(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触にてスイッチ操作を行う非接触スイッチであって、
フレネル状の凹面鏡であるフレネル凹面鏡と、
前記フレネル凹面鏡上に接触または近接して配置され、前記フレネル凹面鏡のフレネル面に向けて拡散光を照射する照光部材である補助部材と、
を備え、
前記補助部材からの光が前記フレネル凹面鏡にて反射集光されることにより前記フレネル凹面鏡上に浮上視認体が形成されるとともに、
前記浮上視認体に向かって進入する検出対象の存在を非接触にて検出することでスイッチングを行うスイッチング手段、
をさらに備え、
前記照光部材が、前記フレネル凹面鏡に形成される開口部上に配置された透明部材であるとともに、
前記開口部を介して前記透明部材に光を導入する手段、
をさらに有することを特徴とする非接触スイッチ。
【請求項２】
請求項１記載の非接触スイッチであって、
前記スイッチング手段のスイッチングに応じて前記照光部材からの光の色または光量を変更する手段、
をさらに備えることを特徴とする非接触スイッチ。
【請求項３】
非接触にてスイッチ操作を行う非接触スイッチであって、
フレネル状の凹面鏡であるフレネル凹面鏡と、
前記フレネル凹面鏡上に接触または近接して配置された補助部材と、
を備え、
前記補助部材からの光が前記フレネル凹面鏡にて反射集光されることにより前記フレネル凹面鏡上に浮上視認体が形成されるとともに、
前記浮上視認体に向かって進入する検出対象の存在を非接触にて検出することでスイッチングを行うスイッチング手段、
をさらに備え、
前記フレネル凹面鏡には同心状のフレネル面が形成されており、
前記補助部材を前記フレネル面のほぼ中心に配置することにより前記浮上視認体をリング状に浮かび上がらせることを特徴とする非接触スイッチ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の非接触スイッチであって、
前記補助部材が蛍光材を含有する透明な部材であることを特徴とする非接触スイッチ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の非接触スイッチであって、
前記スイッチング手段が反射型の光電式スイッチング手段であることを特徴とする非接触スイッチ。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかに記載の非接触スイッチであって、
前記スイッチング手段が透過型の光電式スイッチング手段であることを特徴とする非接触スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は非接触にてスイッチ操作を行う非接触スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
手や指などが触れることなくスイッチ操作を行うことができる非接触スイッチは、医療機器に手が触れることによる感染を防止したり、日常生活の衛生を向上させることができるスイッチとして注目されている。また、クリーンルーム内の発塵の防止という観点からも非接触スイッチの利用が考えられている。
【０００３】
その一方でこのような非接触スイッチは視覚で認識される操作部を有しないので、スイッチを操作する者（以下、「スイッチ操作者」という。）にスイッチの操作方法を習得させる必要がある。また、スイッチを初めて操作する者にとってはスイッチの存在すら認識できない場合もある。
【０００４】
そこで、スイッチとしての存在を示す表示を浮かび上がらせる技術が必要となるが、このような技術の一つとして屈折率分布型ロッドレンズを利用する方法がある（特開平８−１６１９８７号公報参照）。すなわち、屈折率分布型ロッドレンズにより浮かび上がって見える表示に指が触れるような動作を行うと（実際には指は物体には触れない）、光電式のスイッチング手段などが指の存在を検出してスイッチングを行うという非接触スイッチが開発されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、屈折率分布型ロッドレンズは非常に高価な部材であり、このような非接触スイッチを家庭電化製品などに応用することができないのが実状である。特に、一つの製品に多数のスイッチを配置しようとする場合には、非接触スイッチ単体の価格は製品設計上重要な問題となる。
【０００６】
そこで、この発明は上記課題に鑑みなされたもので、簡易な構造にて非接触スイッチの操作位置を示すことができ、これにより低価格であるとともに的確なスイッチ操作を行うことができる非接触スイッチを実現することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、非接触にてスイッチ操作を行う非接触スイッチであって、フレネル状の凹面鏡であるフレネル凹面鏡と、前記フレネル凹面鏡上に接触または近接して配置され、前記フレネル凹面鏡のフレネル面に向けて拡散光を照射する照光部材である補助部材とを備え、前記補助部材からの光が前記フレネル凹面鏡にて反射集光されることにより前記フレネル凹面鏡上に浮上視認体が形成されるとともに、前記浮上視認体に向かって進入する検出対象の存在を非接触にて検出することでスイッチングを行うスイッチング手段をさらに備え、前記照光部材が、前記フレネル凹面鏡に形成される開口部上に配置された透明部材であるとともに、前記開口部を介して前記透明部材に光を導入する手段をさらに有する。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載の非接触スイッチであって、前記スイッチング手段のスイッチングに応じて前記照光部材からの光の色または光量を変更する手段をさらに備える。
請求項３の発明は、非接触にてスイッチ操作を行う非接触スイッチであって、フレネル状の凹面鏡であるフレネル凹面鏡と、前記フレネル凹面鏡上に接触または近接して配置された補助部材とを備え、前記補助部材からの光が前記フレネル凹面鏡にて反射集光されることにより前記フレネル凹面鏡上に浮上視認体が形成されるとともに、前記浮上視認体に向かって進入する検出対象の存在を非接触にて検出することでスイッチングを行うスイッチング手段をさらに備え、前記フレネル凹面鏡には同心状のフレネル面が形成されており、前記補助部材を前記フレネル面のほぼ中心に配置することにより前記浮上視認体をリング状に浮かび上がらせる。
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の非接触スイッチであって、前記補助部材が蛍光材を含有する透明な部材である。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の非接触スイッチであって、前記スイッチング手段が反射型の光電式スイッチング手段である。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の非接触スイッチであって、前記スイッチング手段が透過型の光電式スイッチング手段である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
＜１．  発明の原理の概要＞
半球面の凹面鏡と同様の機能を有するフレネル凹面鏡をのぞき込んだ場合、円形の像がフレネル凹面鏡上に浮かび上がって見える。ここで、このようなフレネル凹面鏡に形成されている同心円状のフレネル面の中央に色の付いた部材を置くと、この部材の色がフレネル凹面鏡上におよそリング状に広がって浮き上がって見えるという現象が本発明者によって発見された。
【００１６】
本発明はフレネル状の凹面鏡であるフレネル凹面鏡とフレネル凹面鏡上に配置された補助部材とにより、色が付いた物体のように浮かび上がって見える領域（以下、「浮上視認体」という。）を非接触スイッチの操作位置の表示（目印）として利用したものである。
【００１７】
フレネル凹面鏡上に着色した部材を配置した場合に浮上視認体が浮かび上がって見えるという現象は、およそ次のように理解することができる。
【００１８】
図１(a)は、凹面鏡ＣＭの一部の領域ＲＧに対して平行光線Ｌ１が入射した場合の光学的モデル図である。ただし、このモデルでは原理説明を容易にするために凹面鏡ＣＭはほぼ球面鏡として描かれている。このような平行光線Ｌ１が凹面鏡ＣＭに入射すると、凹面鏡の性質としてこの平行光線Ｌ１はほぼ一点Ｐ１に集光する。ただし、点Ｃはこの球面鏡の幾何学的中心点である。
【００１９】
一方、これと同じ領域ＲＧに、上記平行光線Ｌ１とは異なる方向の平行光線Ｌ２（図１(b)）が入射した場合を考える。このときにもこの平行光線Ｌ２はほぼ一点に集光するが、その点Ｐ２は図１(a)の場合の集光点Ｐ１とは異なる位置にある。
【００２０】
同様にして、この領域ＲＧに種々の方向の平行光線が同時に入射した場合を考えると、図１(a)および図１(b)の集光点Ｐ１，Ｐ２に相当する無数の集光点が連続的に連なることになり、その集光範囲は図１(c)のように一定の集光領域ＰＲを形成する。球面鏡の対称性から、この集光領域ＰＲは球面鏡の半分の大きさを有する小球面（以下「焦点球」）の一部となる。
【００２１】
このような予備解析を基礎として、フレネル凹面鏡での状況を図２を参照して説明する。このうち図２(a)はフレネル凹面鏡１０１の部分断面図であり、同心円状のフレネル面１１０がその上面に形成されている。そして、このフレネル凹面鏡１０１の上には、後述する実施の形態で説明するような蛍光板で形成された補助部材１０３が設けられている。補助部材１０３の側面１３２からは外部からの光を反射したり、あるいは補助部材１０３内部を伝播してきた光を拡散光１２０として様々な方向に放出している。この補助部材１０３の側面１３２は、フレネル面１１０の中心軸１１８からずれた位置に存在している。また図２(b)には、図２(a)のフレネル凹面鏡１０１に対応する凹面鏡ＣＭが、Ｘ方向の光学的位置を図２(a)と整合させて描かれている。
【００２２】
このような位置関係において、補助部材１０３の側面１３２から放出された拡散光は、フレネル面１１０のうちこの側面１３２よりも外側にある領域（以下「有効反射領域」）ＲＡで反射されるが、この側面１３２からの拡散光１２０（図３(a)）は、図３(b)から図３(e)までに例示した種々の方向への平行光線の集合体とみなることができる。ただし、図３(e)のように斜め上向きに放出される光はフレネル凹面鏡１０１には到達しないため、フレネル凹面鏡１０１の光学的作用の考察からは除外することができる。
【００２３】
したがって、図２(a)の有効反射領域ＲＡへ入射する拡散光１２０は、図３(b)〜図３(d)などの種々の入射方向への平行光成分を含み、それらが鏡面にて反射される。ここにおいて、フレネル凹面鏡１０１の光学的作用は図１の凹面鏡ＣＭと同様であるから、これらの反射光の集光状態は図２(b)の凹面鏡ＣＭを参照しつつ考察することができる。ただし、図２(b)の凹面鏡ＣＭにおいて、図２(a)の有効反射領域ＲＡに対応するのは、有効反射領域ＲＢである。
【００２４】
図２(a)および図３からわかるように、補助部材１０３の側面１３２からの拡散光１２０のうち有効反射領域ＲＡに入射する方向は、図２(a)に併記した座標系において、（＋Ｘ）方向から（−Ｚ）方向までの範囲φ内の方向に限定される。このことを図２(b)で見れば、
▲１▼水平方向（＋Ｘ）に近い方向に向いた平行光線ＬＨ（以下「横光線」）と、
▲２▼真下方向（−Ｚ）に近い方向に向いた平行光線ＬＶ（以下「縦光線」）とが限界方向である。このうち横光線ＬＨはほぼ図３(b)の平行光線に対応し、縦光線ＬＶはほぼ図３(d)の平行光線に対応する。
【００２５】
横光線ＬＨは、図４(a)の等価光学図で見るように集光点ＰＨに集光する。また、縦光線ＬＶは、図４(b)で見るように集光点ＰＶに集光する。ただし、図４ではこれらの光線の集光点の位置が容易に理解できるように仮想的な光路（破線矢印）も記入されている。
【００２６】
そして、図２(a)の補助部材１０３の側面１３２からの拡散光１２０の各成分とフレネル凹面鏡１０１の有効反射領域ＲＡ（または、これと等価なものとしての凹面鏡ＣＭの有効反射領域ＲＢ）との入射角度関係は、横光線ＬＨと縦光線ＬＶとの間の角度範囲φに分布するから、その結果として、集光領域ＰＲは限界集光点ＰＨ，ＰＶの間の有限区間になる。
【００２７】
このように、フレネル凹面鏡１１０上に補助部材１０３を配置して拡散光を放出させた場合には有限の大きさを持つ集光領域ＰＲ内の各点に集光がなされるが、集光した後の光は集光領域ＰＲから図２(a)の上方に放射状に広がるから、これを外部（図２(a)の上方）から見ると、フレネル面１１０から浮き上がった集光領域ＰＲの全体が光って見え、それによって「浮上視認体」を形成する。
【００２８】
ただし、集光領域ＰＲ内の任意の点に着目したとき、その点には特定の点光源からの光が集光して結像しているのではなく、ある広がりを持った補助部材１０３の側面１３２からの散乱光１２０のうち、特定の方向への平行光線が集光しているだけであるから、このようにして視覚的に浮かび上がって見える浮上認識体の全体は光学的な意味での「像」ではなく、所定の広がりを持つ有色の発光体があたかもこの集光領域ＰＲに分布しているように見えるというものである。
【００２９】
一方、図２(a)の限界集光点ＰＨ、ＰＶの位置はフレネル凹面鏡の光学的設計値（曲率および有効半径）によって定まる。すなわち、図２(a)の補助部材１０３の側面１３２の位置や高さがある程度変化しても、限界集光点ＰＨ、ＰＶの位置（したがって集光領域ＰＲの位置や大きさ）はほとんど変化せず、集光領域ＰＲの各部の輝度分布が変化するだけである。この点を詳細に見ると以下のようになる。
【００３０】
まず、図４(a)からわかるように、一方の限界集光点ＰＨの位置は、横光線ＬＨがどの方向に集光されるかによってのみ定まり、これらの横光線がどの位置から出射したか（たとえば図４(a)の位置Ｊ１から出射したかそれとも位置Ｊ２から出射したか）には依存しないことがわかる。また、他方の限界集光点ＰＶについても、縦光線ＬＶがどの方向に集光されるかによってのみ定まり、縦光線がどの高さから出射したかには依存しないことがわかる。すなわち、図２(a)の補助部材１０３の位置がある程度変化しても、限界集光点ＰＨ，ＰＶ（したがって集光領域ＰＲ）の位置は変化しないことがわかる。
【００３１】
次に輝度の分布を見る。図２(b)からわかるように、有効反射領域ＲＡの内端点ＩＮ付近では、側面１３２からの光のうち横光線ＬＨも入射するが、縦光線ＬＶも入射する。これらの間の方向範囲φで入射する各光線も同様である。これに対して、有効反射領域ＲＡの外端点ＯＵＴ付近では、側面１３２からの光のうち横光線ＬＨおよびそれに近い方向の成分だけが入射する。それは、図３(d)からわかるように、縦光線は補助部材１０３の端部にごく近い範囲だけに入射するからである。図２(b)において有効反射領域ＲＢの外端点ＯＵＴ付近に縦方向に進む光の成分を描いていないのはこの事情による。
【００３２】
この事情を図２(a)のフレネル凹面鏡１０１で考えたとき、有効反射領域ＲＡのうち内端点ＩＮと外端点ＯＵＴとの間では、内端点ＩＮから外端点ＯＵＴに向かうにつれて、そこに入射する光の進行方向の範囲が減少するという関係になる。たとえば、内端点ＩＮ付近では図３(b)〜図３(d)の各方向の成分が入射するが、内端点ＩＮと外端点ＯＵＴとの中間付近では図３(b)および図３(c)の方向の入射光成分はあるものの、図３(d)の成分は入射しない。そして、外端点ＯＵＴ付近では図３(b)の成分付近のみが入射する。
【００３３】
したがって、有効反射領域ＲＡの全体で考えると、横光線は領域ＲＡの全体に入射して集光点ＰＨに到達するが、この反射光路中には障害がないために反射した光のほぼ全量が集光点ＰＨに集光する。これに対して、縦光線は有効反射領域ＲＡのうち補助部材１０３の側面１３２に近いごく一部にのみ入射するが、ここで反射された光は補助部材１０３自身が光路上の障害となるため、実際には集光点ＰＶに到達する光量が少ない。
【００３４】
このような事情により、図２(a)において、拡散光１２０のうち水平方向に出射する成分が集光する外側の限界集光点ＰＨでの光量が最大であり、拡散光１２０のうち下方側に出射する成分が集光する内側の限界集光点ＰＶでの光量が最小となる。
【００３５】
このため、浮上視認体としての集光領域ＰＲでは、補助部材１０３の形状や位置によって輝度分布は変化するが、浮上視認体としての集光領域ＰＲの形状および外周部の位置は変化せず、その外側の輪郭が特に鮮明に視認されることになる。
【００３６】
また、集光領域ＰＲの外周付近すなわち集光点ＰＨ付近では有効反射領域ＲＡのほぼ全域からの反射光が集光するから、集光後に光が放射状に広がる角度範囲も広く、いわゆる視野角も広くなっている。したがって、集光領域ＰＲのうち特に外周部は鮮明に視認されるとともに視認角も大きい。
【００３７】
次に集光領域ＰＲの平面形状についても考察する。集光領域ＰＲの平面形状はフレネル面１１０の光学的形状によって定まり、補助部材１０３の側面１３２の位置や平面形状には依存しない。すなわち、図２(a)の平面図に相当する図５のように補助部材１０３の平面形状が円形であれば集光領域ＰＲも円形になるのは容易に理解できるが、それのみならず補助部材１０３の平面形状が矩形（図６）であっても集光領域ＰＲは円形になるのである。すなわち、上述したような光学的性質から、補助部材１０３の側面１３２の位置が（＋Ｘ）方向または（−Ｘ）方向にずれても集光点ＰＨの位置は変化しない。したがって、図６において補助部材１０３の側面１３２が実線の位置であっても仮想線１３２Ａの位置であっても、集光領域ＰＲの位置および範囲には変化がないのである。集光領域ＰＲの形状を円形以外にしたいときにはフレネル面１１０を同心円ではなく、他の形状にすることによってそれが達成される。
【００３８】
また、既述したように集光領域ＰＲの内側部分（集光点ＰＶに近い部分）では比較的光量が少ないため、図２(a)の関係を軸１１８を回転対称軸として回転対称に形成しても、実際に視認したときには集光領域ＰＲのうち軸１１８に近い部分は視認性が低く、実質的にはリング状として視認されるような浮上視認体となることが多い。このため、後述する実施の形態では、浮上視認体は実質的にリング状であるとして説明を行うこととする。
【００３９】
さらに、実際のフレネル凹面鏡は理想的な球面鏡に対応するものではないが、実際のフレネル凹面鏡においても「平行光線を特定の点または空間領域に集光させる」という性質は凹面鏡に共通なものである。このため、上記の結果の本質部分は球面鏡だけでなくフレネル凹面鏡一般について成立し、フレネル凹面鏡の種類や設計値によって異なるのは、形成される浮上視認体の位置や大きさ、それに厚さ方向の広がりなどであって、その本質は上記の説明と同様である。
【００４０】
このように、フレネル凹面鏡の性質は上記のように立体的凹面鏡の幾何光学を参照して説明することができるが、実際に非接触スイッチにこのような浮上視認体を応用する場合には、立体的凹面鏡は厚み方向のサイズが大きく、スイッチ操作の際に凹面鏡の一部に指が接触してしまうなどの問題がある。このため、この発明では平面性を重視してフレネル凹面鏡を採用する。その利用の態様の詳細については各種の実施の形態として次に詳述する。
【００４１】
＜２．  第１の実施の形態＞
以上、フレネル凹面鏡を利用して浮上視認体を形成する原理の概要について説明したが、次にこの原理を利用した非接触スイッチについて説明する。
【００４２】
図７はリング状の浮上視認体２６１を形成する構成を示しているが、併せてこの発明に係る第１の実施の形態である非接触スイッチ２００として利用するための構成も図示している。すなわち、浮上視認体を利用する非接触スイッチ２００では断面方向から見た場合に図２(a)と同じであるフレネル凹面鏡２０１およびその上に固定された補助部材２０３に加え、非接触にて検出対象を検出してスイッチングを行う非接触式のスイッチング手段２０４を備えている。また、補助部材２０３は蛍光材を含有した透明な部材で形成されており、この補助部材２０３の側面からは、外部からの光により励起されて発光し補助部材２０３の内部を全反射しながら伝播してきた励起光を放出することにより、蛍光色の拡散光が様々な方向に放出されている。これにより、浮上視認体も蛍光色を呈することとなり、明瞭に認識されるようになっている。
【００４３】
図７に示すスイッチング手段２０４は反射式の光電式スイッチング手段であり、検出対象の検出用の光２４７を出射する発光部２４１、光２４７が検出対象にて反射した光２４８を受光して検出対象の存在を検出する受光部２４２、および受光部２４２からの信号を受けてスイッチングを行い、ＯＮ／ＯＦＦなどの信号を出力するスイッチング回路２４３を有している。
【００４４】
発光部２４１からの光２４７は浮上視認体２６１が見える領域に向けて出射されており、例えば検出対象として指Ｆがこの領域に進入してくると、指Ｆにて反射された光２４８が受光部２４２にて受光されるようになっている。なお、反射型の光電式スイッチング手段は検出可能な検出対象の距離を調整することができるので、指Ｆがおよそ浮上視認体２６１の位置に進入してきたときにのみスイッチングを行うように設定することができる。
【００４５】
以上のように、フレネル凹面鏡２０１、補助部材２０３、およびスイッチング手段２０４を設けることにより、浮上視認体２６１を目印としてスイッチ操作を行う非接触スイッチ２００が実現される。これにより、スイッチ操作者は的確に非接触スイッチ２００の操作を行うことができるとともに、スイッチを初めて操作する者にとってもスイッチの存在を容易に認識することができる。なお、補助部材２０３を蛍光色とすることにより浮上視認体２６１も蛍光色を呈することとなるので、より明瞭に浮上視認体２６１を認識することができ、さらに的確なスイッチ操作が実現される。この蛍光色の拡散光を放出する補助部材としては、透明なプラスチック部材に蛍光材を含有させたもの（蛍光板）が容易に入手できるが、放出される光を効率よく拡散させるために補助部材２０３の表面を梨地としたり、内部に拡散材を封入させるようにしてもよい。
【００４６】
また、フレネル凹面鏡２０１は平坦な形状をしており、補助部材２０３もフレネル凹面鏡２０１上に配置されていることから、スイッチ操作者の指Ｆなどが非接触スイッチ２００に触れるということもない。
【００４７】
さらに、この非接触スイッチ２００では浮かんで見える目印である浮上視認体２６１をフレネル凹面鏡２０１および補助部材２０３のみを用いて実現しているので、非接触スイッチ２００を安価な部材で簡単に構成することができ、その結果、非接触スイッチの価格を非常に低価格に抑えることができる。これにより、非接触スイッチを様々な装置に価格を問題とすることなく利用することができる。
【００４８】
＜３．  第２の実施の形態＞
図８はこの発明の第２の実施の形態である非接触スイッチ３００の構成を示す斜視図である。
【００４９】
この非接触スイッチ３００は第１の実施の形態に係る非接触スイッチ２００とほぼ同様の構成であるが、フレネル凹面鏡３０１および補助部材３０３の外形が正方形をしており、スイッチング手段３０４として透過型の光電式スイッチング手段を利用しているという点で異なる。なお、フレネル凹面鏡３０１のフレネル面は第１の実施の形態と同様に同心円状の形状となっており、その中心に補助部材３０３が配置されている。
【００５０】
この非接触スイッチ３００ではフレネル凹面鏡３０１および補助部材３０３の外形は正方形であるが、図６を用いて説明したように浮上視認体３６１の外形はフレネル面の形状のみの影響を受けるので、図７に示したフレネル凹面鏡２０１の場合と同様にほぼリング状の浮上視認体３６１が形成される。
【００５１】
また、スイッチング手段３０４は発光部３４１および受光部３４２を対向して有し、発光部３４１からの光３４７が浮上視認体３６１が形成される位置を経由して受光部３４２にて受光されるようになっている。さらに受光部３４２にはスイッチング回路３４３が接続されている。
【００５２】
以上の構成により、検出対象である指Ｆがおよそ浮上視認体３６１が形成される位置に進入してくると発光部３４１からの光３４７が遮断されて受光部３４２に受光されなくなり、指Ｆの進入の検出信号がスイッチング回路３４３に送られてＯＮ／ＯＦＦなどのスイッチング結果が出力されるようになっている。
【００５３】
このように第２の実施の形態にかかる非接触スイッチ３００においても、第１の実施の形態と同様に的確な操作ができる低価格な非接触スイッチが実現される。
【００５４】
＜４．  第３の実施の形態＞
第１および第２の実施の形態では補助部材として色が付いた部材を用いて色が付いて見える浮上視認体を形成している。図９はこの発明の第３の実施の形態に係る非接触スイッチ４００の構成を示す断面図であり、この非接触スイッチ４００では補助部材４０３を発光させて拡散光４２０をフレネル面に向けて照射する構成となっている。
【００５５】
非接触スイッチ４００は、フレネル凹面鏡４０１および補助部材４０３を有しており、フレネル凹面鏡４０１および補助部材４０３の形状（正方形）や配置関係は第２の実施の形態と同様となっている。ただし、補助部材４０３は無色透明な部材となっている。
【００５６】
また、フレネル凹面鏡４０１の補助部材４０３の下方の部分には開口部４１９が形成されており、開口部４１９の下方にはスイッチング手段４０４および光源部４５１が設けられている。
【００５７】
光源部４５１は色の付いた光４５３を補助部材４０３の下面に向けて照射するようになっており、光４５３が照射される領域には透明な補助部材４０３内部に光４５３を導入するための凹凸面４３３が形成されている。すなわち、光源部４５１からの光４５３は凹凸面４３３から補助部材４０３内部へと入射し、補助部材４０３内部を全反射しながら伝播した後、補助部材４０３の側面から拡散光４２０として放出されるようになっている。
【００５８】
これにより、補助部材４０３の側面からは第１および第２の実施の形態と同様に拡散光４２０が放出されてフレネル面で反射され、矢印Ｄにて示すように上方からフレネル凹面鏡４０１を見たときに浮上視認体４６１が浮かび上がって見えることとなる。なお、図９では浮上視認体４６１が見えるおよその位置を破線にて簡略して示している。
【００５９】
スイッチング手段４０４は反射型の光電式スイッチング手段であり、第１の実施の形態における発光部２４１および受光部２４２が一体となった検出部４４１とスイッチング回路４４３とを有している。検出部４４１から出射される光４４７は開口部４１９を通過して透明な補助部材４０３を透過し、浮上視認体４６１が見える位置に向けて進むようになっている。また、浮上視認体４６１が見える位置へ検出対象が進入すると光４４７が検出対象にて反射され、検出対象からの光４４８が補助部材４０３および開口部４１９を介して検出部４４１にて検出されるようになっている。したがって、検出対象が浮上視認体４６１が見える位置に進入すると、検出部４４１からの検出信号がスイッチング回路４４３へと送られてスイッチングが行われるようになっている。
【００６０】
このように第３の実施の形態に係る非接触スイッチ４００では、補助部材４０３が自ら光を放つことができるので、浮上視認体４６１が光り輝いて見えることとなり、周囲が明るくても暗くても的確なスイッチ操作を行うことができる。
【００６１】
また、非接触スイッチ４００ではスイッチング手段４０４および光源部４５１をフレネル凹面鏡４０１の下方（操作側とは反対側）に配置しているので、フレネル凹面鏡４０１上にスイッチ操作の障害となる物体が何も存在しなくなる。したがって、スイッチング手段４０４や光源部４５１の配置設計が容易となるとともにスイッチを美しく見せることが可能となる。
【００６２】
＜５．  第４の実施の形態＞
図１０はこの発明の第４の実施の形態である非接触スイッチ５００の構成を示す断面図である。この非接触スイッチ５００は第３の実施の形態と同様に開口部を有するフレネル凹面鏡５０１、透明な補助部材５０３、およびスイッチング手段５０４を有している。
【００６３】
第３の実施の形態と異なる点は、非接触スイッチ５００が２つの光源部５５１、５５２を有し、さらにこれらの光源部に接続された表示色切替回路５５４も有しているという点である。
【００６４】
２つの光源部５５１、５５２はそれぞれ異なった色の光を補助部材５０３の下面に向けて照射するようになっており、いずれの光源部を点灯させるかは表示色切替回路５５４により制御されるようになっている。また、表示色切替回路５５４はスイッチング回路５４３の出力に接続されており、スイッチング回路５４３のスイッチングに応じて点灯する光源を切り替えるようになっている。
【００６５】
以上の構成により、第３の実施の形態と同様にフレネル凹面鏡５０１上に浮かび上がって見える浮上視認体５６１の位置に検出対象が進入すると検出部５４１がこれを検出してスイッチング回路５４３によるスイッチングが行われるが、これに連動して補助部材５０３に照射される光の色が変更されることとなる。その結果、スイッチング回路５４３からの出力の状態に応じて浮上視認体５６１の色が変化することとなり、スイッチ操作者がスイッチの操作を行ったかどうかを確実に認識することができる。
【００６６】
以上のようにこの非接触スイッチ５００では、スイッチ操作を行うことにより浮上視認体５６１の色が変更されるので、さらに確実なスイッチ操作を行うことができる。
【００６７】
なお、スイッチングの形態は検出対象が浮上視認体５６１の見える位置に存在している間のみＯＮとなるようなものであってもよく、この場合はスイッチ操作者が浮上視認体５６１に触れるような動作をしている間のみ浮上視認体５６１の色が変化することとなる。
【００６８】
また、変更される色の種類は２つに限定されるものではなく、３つの光源を設けてスイッチ操作を行うごとに浮上視認体５６１の色が３つの色に順次切り変わるような設計も可能である。
【００６９】
さらに、光の色を変更するのではなく、光量を変更するようにしてもよい。すなわち、光源を１つのみとして、スイッチング回路からの出力を光量変更回路に送り、この光量変更回路が光源の光量を変更する構成としてもよい。これにより、スイッチングに応じて浮上視認体の明るさを変化させることができる。
【００７０】
＜６．  変形例＞
以上、この発明に係る非接触スイッチについて説明してきたが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００７１】
第１ないし第４の実施の形態ではフレネル凹面鏡として、同心円状にフレネルが形成されたものを用いているが、図６などを用いて説明した浮上視認体を浮かび上がらせる原理が成り立つのであるならばどのような形態であってもよい。
【００７２】
すなわち、図７に示すフレネル凹面鏡２０１の一部分のみを浮上視認体を形成するためのフレネル凹面鏡として利用してもよいし、また、図７に示すフレネル凹面鏡２０１の複数の部分を集合したものをフレネル凹面鏡として利用してもよい。また、同心円状のフレネル面に限定されるものではなく、例えば図１１に示すような直角二等辺三角形のシリンドリカルフレネル凹面鏡６０１を４つ組み合わせて中心に補助部材６０３を配置することにより、略正方形の浮上視認体６６１を浮かび上がらせて見せることも可能である。
【００７３】
また、第３および第４の実施の形態では補助部材を発光させるようにしているが、この発光の手法も適宜変更してよい。例えば、補助部材を有色透明な部材とし、補助部材内部に光源を設けるようにしてもよい。
【００７４】
さらに、スイッチング手段は実施の形態において説明した光電式のものに限定されるものではなく、非接触にて検出対象を検出してスイッチング回路へと信号を導くことができるのであるならばどのようなものであってもよい。例えば、超音波センサや赤外線センサを利用するようにしてもよい。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１ないし６記載の発明では、フレネル凹面鏡および補助部材を用いてフレネル凹面鏡上に浮上視認体を形成するので、スイッチ操作者はこの浮上視認体を目印としてスイッチ操作を行うことができる。これにより、スイッチ操作者は的確に非接触スイッチの操作を行うことができる。また、スイッチを初めて操作する者にとってもスイッチの存在を容易に認識することができる。さらに、非接触スイッチを安価な部材を用いて構成することができるので、非接触スイッチの価格を低価格に抑えることができる。
【００７６】
請求項４記載の発明では、補助部材が蛍光材を含有しているので、蛍光色の浮上視認体を形成することができ、さらに的確なスイッチ操作を実現することができる。
【００７７】
また、請求項１および２記載の発明では、補助部材が拡散光をフレネル凹面鏡の鏡面に向けて照射する照光部材であるので、非接触スイッチの周囲の明暗の影響を受けることなく浮上視認体を形成することができる。さらに、請求項１記載の発明ではフレネル凹面鏡上に透明部材のみを配置して非接触スイッチを美しく見せることができ、請求項２記載の発明ではスイッチングに応じて浮上視認体の色を変更させることでさらに的確なスイッチ操作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】凹面鏡による集光の光学的モデル図である。
【図２】フレネル凹面鏡と立体的凹面鏡との比較における浮上視認体の説明図である。
【図３】補助部材からの拡散光のフレネル凹面鏡による反射の説明図である。
【図４】凹面鏡による集光位置の説明図である。
【図５】円形の補助部材と浮上視認体との関係の説明図である。
【図６】矩形の補助部材と浮上視認体との関係の説明図である。
【図７】この発明の第１の実施の形態である非接触スイッチの構成を示す斜視図である。
【図８】この発明の第２の実施の形態である非接触スイッチの構成を示す斜視図である。
【図９】この発明の第３の実施の形態である非接触スイッチの構成を示す断面図である。
【図１０】この発明の第４の実施の形態である非接触スイッチの構成を示す断面図である。
【図１１】正方形状の浮上視認体が形成される様子を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１  フレネル凹面鏡
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３  補助部材
１１０、２１０  フレネル面
１１８、２１８  中心軸
１２０、４２０、５２０  拡散光
２００、３００、４００、５００  非接触スイッチ
２０４、３０４、４０４、５０４  スイッチング手段
２４１、３４１  投光部
２４２、３４２  受光部
２４３、３４３、４４３、５４３  スイッチング回路
２６１、３６１、４６１、５６１  浮上視認体
４１９  開口部
４３３  凹凸面
４４１、５４１  検出部
４５１、５５１、５５２  光源部
５５４  表示色切替回路
Ｆ  指
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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