JP4021006B2 - Non-contact switch - Google Patents

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JP4021006B2
JP4021006B2 JP18657397A JP18657397A JP4021006B2 JP 4021006 B2 JP4021006 B2 JP 4021006B2 JP 18657397 A JP18657397 A JP 18657397A JP 18657397 A JP18657397 A JP 18657397A JP 4021006 B2 JP4021006 B2 JP 4021006B2
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Description

【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
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-contact switch that performs a switch operation without contact.
[0002]
[Prior art]
Non-contact switches that can be operated without touching hands or fingers are attracting attention as switches that can prevent infection caused by touching medical devices and improve hygiene in daily life. . The use of non-contact switches is also considered from the viewpoint of preventing dust generation in the clean room.
[0003]
On the other hand, such a non-contact switch does not have a visually recognizable operation unit, and therefore, it is necessary for a person who operates the switch (hereinafter referred to as a “switch operator”) to learn how to operate the switch. Further, there are cases in which even a switch cannot be recognized by a person who operates the switch for the first time.
[0004]
Therefore, a technique for highlighting the display indicating the existence as a switch is required. As one of such techniques, there is a method using a gradient index rod lens (see JP-A-8-161987). In other words, when the finger touches the display that appears to be raised by the gradient index rod lens (actually, the finger does not touch the object), the photoelectric switching means detects the presence of the finger. Non-contact switches that perform switching are developed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the gradient index rod lens is a very expensive member, and the fact is that such a non-contact switch cannot be applied to home appliances and the like. In particular, when a large number of switches are to be arranged in one product, the price of the non-contact switch alone becomes an important problem in product design.
[0006]
Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and can show the operation position of the non-contact switch with a simple structure, thereby enabling low-cost and accurate switch operation. It aims to realize.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  The invention of claim 1 is a non-contact switch that performs a switch operation in a non-contact manner, and is disposed in contact with or in proximity to a Fresnel concave mirror that is a Fresnel concave mirror and the Fresnel concave mirror.The illumination member that irradiates diffused light toward the Fresnel surface of the Fresnel concave mirrorAn auxiliary member, and a detection target entering the levitating visual body while a levitating visual body is formed on the Fresnel concave mirror by the light from the auxiliary member being reflected and collected by the Fresnel concave mirror Further includes switching means for performing switching by detecting the presence of the contactlesslyThe illumination member is a transparent member disposed on an opening formed in the Fresnel concave mirror, and further includes means for introducing light into the transparent member through the opening.
[0011]
  Claim 2The invention ofClaim 1It is a non-contact switch of description, Comprising: The means to change the color or light quantity of the light from the said illumination member according to switching of the said switching means is further provided.
  The invention of claim 3 is a non-contact switch that performs a switch operation in a non-contact manner, and includes a Fresnel concave mirror that is a Fresnel concave mirror, and an auxiliary member that is disposed in contact with or close to the Fresnel concave mirror. The light from the auxiliary member is reflected and collected by the Fresnel concave mirror, thereby forming a floating visual recognition body on the Fresnel concave mirror and non-contacting the presence of a detection target entering toward the floating visual recognition body. And a switching means for performing switching by detecting at said position, wherein the Fresnel concave mirror has a concentric Fresnel surface, and the auxiliary member is disposed substantially at the center of the Fresnel surface so that the floating visual recognition body Appears in a ring shape.
  A fourth aspect of the present invention is the non-contact switch according to any one of the first to third aspects, wherein the auxiliary member is a transparent member containing a fluorescent material.
[0012]
  Claim 5The invention of claim 1 to claim 14The non-contact switch according to any one of the above, wherein the switching means is a reflective photoelectric switching means.
[0013]
  Claim 6The invention of claim 1 to claim 14The non-contact switch according to any one of the above, wherein the switching means is a transmissive photoelectric switching means.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<1. Summary of Principle of Invention>
When a Fresnel concave mirror having the same function as a hemispherical concave mirror is looked into, a circular image appears to appear on the Fresnel concave mirror. Here, when a colored member is placed in the center of the concentric Fresnel surface formed on such a Fresnel concave mirror, the color of this member appears to float on the Fresnel concave mirror approximately in a ring shape Has been discovered by the present inventors.
[0016]
In the present invention, the Fresnel concave mirror, which is a Fresnel concave mirror, and the auxiliary member disposed on the Fresnel concave mirror are non-exposed to a region that appears to be raised like a colored object (hereinafter referred to as a “floating visual object”). This is used as a display (mark) of the operation position of the contact switch.
[0017]
The phenomenon that the floating visible body appears to rise when a colored member is arranged on the Fresnel concave mirror can be understood as follows.
[0018]
FIG. 1A is an optical model diagram in the case where a parallel light beam L1 is incident on a partial region RG of the concave mirror CM. However, in this model, the concave mirror CM is depicted as a substantially spherical mirror for easy explanation of the principle. When such a parallel light beam L1 is incident on the concave mirror CM, the parallel light beam L1 is condensed at almost one point P1 as a property of the concave mirror. However, point C is the geometric center point of this spherical mirror.
[0019]
On the other hand, let us consider a case where a parallel light beam L2 (FIG. 1B) in a direction different from the parallel light beam L1 is incident on the same region RG. At this time as well, the parallel light beam L2 is condensed at approximately one point, but the point P2 is at a position different from the condensing point P1 in the case of FIG.
[0020]
Similarly, considering the case where parallel rays in various directions are simultaneously incident on this region RG, there are innumerable condensing points corresponding to the condensing points P1 and P2 in FIGS. 1 (a) and 1 (b). As a result, the light collection range forms a constant light collection region PR as shown in FIG. Due to the symmetry of the spherical mirror, this light collection region PR becomes a part of a small spherical surface (hereinafter referred to as “focal sphere”) having a half size of the spherical mirror.
[0021]
Based on such preliminary analysis, the situation in the Fresnel concave mirror will be described with reference to FIG. FIG. 2A is a partial cross-sectional view of the Fresnel concave mirror 101, and a concentric Fresnel surface 110 is formed on the upper surface thereof. On the Fresnel concave mirror 101, there is provided an auxiliary member 103 formed of a fluorescent plate as described in an embodiment described later. Light from the outside is reflected from the side surface 132 of the auxiliary member 103, or light that has propagated through the auxiliary member 103 is emitted as diffused light 120 in various directions. The side surface 132 of the auxiliary member 103 exists at a position shifted from the central axis 118 of the Fresnel surface 110. FIG. 2B shows a concave mirror CM corresponding to the Fresnel concave mirror 101 in FIG. 2A with the optical position in the X direction aligned with that in FIG.
[0022]
In such a positional relationship, the diffused light emitted from the side surface 132 of the auxiliary member 103 is reflected by a region RA (hereinafter referred to as an “effective reflection region”) RA outside the side surface 132 of the Fresnel surface 110. The diffused light 120 (FIG. 3 (a)) from the side surface 132 can be regarded as an assembly of parallel rays in various directions exemplified in FIGS. 3 (b) to 3 (e). However, light emitted obliquely upward as shown in FIG. 3 (e) does not reach the Fresnel concave mirror 101, and can be excluded from consideration of the optical action of the Fresnel concave mirror 101.
[0023]
Therefore, the diffused light 120 incident on the effective reflection area RA in FIG. 2A includes parallel light components in various incident directions such as FIGS. 3B to 3D, and these are reflected on the mirror surface. Reflected. Here, since the optical action of the Fresnel concave mirror 101 is the same as that of the concave mirror CM of FIG. 1, the condensing state of these reflected lights can be considered with reference to the concave mirror CM of FIG. However, in the concave mirror CM of FIG. 2B, the effective reflection region RB corresponds to the effective reflection region RA of FIG.
[0024]
As can be seen from FIGS. 2 (a) and 3, the direction of the diffused light 120 from the side surface 132 of the auxiliary member 103 that enters the effective reflection area RA is (+ X in the coordinate system shown in FIG. 2 (a). ) Direction to the direction within the range φ from the (−Z) direction. If this is seen in FIG. 2 (b),
(1) A parallel light beam LH (hereinafter referred to as “horizontal light beam”) directed in a direction close to the horizontal direction (+ X);
{Circle around (2)} A parallel light beam LV (hereinafter referred to as “longitudinal light beam”) directed in a direction close to the direct downward direction (−Z) is the limit direction. Of these, the horizontal ray LH substantially corresponds to the parallel ray of FIG. 3B, and the vertical ray LV substantially corresponds to the parallel ray of FIG.
[0025]
The lateral light LH is condensed at the condensing point PH as seen in the equivalent optical diagram of FIG. Further, the vertical ray LV is condensed at the condensing point PV as seen in FIG. However, in FIG. 4, virtual light paths (broken arrows) are also entered so that the positions of the condensing points of these rays can be easily understood.
[0026]
Each component of the diffused light 120 from the side surface 132 of the auxiliary member 103 in FIG. 2A and the effective reflection area RA of the Fresnel concave mirror 101 (or the effective reflection area RB of the concave mirror CM as an equivalent thereof) and Is distributed in an angle range φ between the horizontal light beam LH and the vertical light beam LV. As a result, the light condensing region PR becomes a finite section between the limit light condensing points PH and PV.
[0027]
As described above, when the auxiliary member 103 is arranged on the Fresnel concave mirror 110 and diffused light is emitted, the light is condensed at each point in the light condensing region PR having a finite size. Since the subsequent light spreads radially from the light condensing region PR upward in FIG. 2A, when viewed from the outside (above FIG. 2A), the entire light condensing region PR floating from the Fresnel surface 110 is seen. Appears to shine, thereby forming a “floating visual object”.
[0028]
However, when attention is paid to an arbitrary point in the condensing region PR, the light from a specific point light source is not condensed and imaged at that point, but the auxiliary member 103 having a certain spread is formed. Of the scattered light 120 from the side surface 132, only parallel light rays in a specific direction are collected, and thus the entire floating recognition body that appears to rise visually in this way is optically defined. In other words, a colored illuminant having a predetermined spread appears as if it is distributed in the condensing region PR.
[0029]
On the other hand, the positions of the limit condensing points PH and PV in FIG. 2A are determined by the optical design values (curvature and effective radius) of the Fresnel concave mirror. That is, even if the position and height of the side surface 132 of the auxiliary member 103 in FIG. 2 (a) change to some extent, the positions of the limit condensing points PH and PV (and therefore the position and size of the condensing region PR) change almost. Instead, the luminance distribution of each part of the condensing region PR only changes. The details are as follows.
[0030]
First, as can be seen from FIG. 4 (a), the position of one limit condensing point PH is determined only by the direction in which the transverse ray LH is collected, and from which position these transverse rays are emitted. It can be seen that it does not depend on (for example, whether the light is emitted from the position J1 in FIG. 4A or from the position J2). Further, it can be seen that the other limit condensing point PV is determined only by the direction in which the longitudinal light beam LV is condensed and does not depend on the height from which the longitudinal light beam is emitted. That is, it can be seen that even if the position of the auxiliary member 103 in FIG. 2A changes to some extent, the positions of the limit condensing points PH and PV (and hence the condensing region PR) do not change.
[0031]
Next, look at the luminance distribution. As can be seen from FIG. 2B, in the vicinity of the inner end point IN of the effective reflection area RA, the horizontal ray LH of the light from the side surface 132 is incident, but the vertical ray LV is also incident. The same applies to each ray incident in the direction range φ between them. On the other hand, in the vicinity of the outer end point OUT of the effective reflection area RA, only the transverse light LH and the component in the direction close thereto enter the light from the side surface 132. This is because, as can be seen from FIG. 3 (d), the longitudinal ray is incident only in a range very close to the end of the auxiliary member 103. In FIG. 2B, the light component traveling in the vertical direction is not drawn in the vicinity of the outer end point OUT of the effective reflection region RB.
[0032]
When this situation is considered by the Fresnel concave mirror 101 in FIG. 2A, the light enters the outer reflection point RA between the inner end point IN and the outer end point OUT as it goes from the inner end point IN to the outer end point OUT. The range of the light traveling direction is reduced. For example, in the vicinity of the inner end point IN, components in each direction of FIG. 3B to FIG. 3D are incident, but in the vicinity of the middle between the inner end point IN and the outer end point OUT, FIG. 3B and FIG. Although there is an incident light component in the direction of), the component in FIG. 3D is not incident. In the vicinity of the outer end point OUT, only the vicinity of the component shown in FIG.
[0033]
Therefore, considering the entire effective reflection area RA, the lateral rays enter the entire area RA and reach the condensing point PH. However, since there is no obstacle in the reflected light path, almost all of the reflected light is reflected. Condensed at the condensing point PH. On the other hand, the vertical ray is incident on only a part of the effective reflection area RA near the side surface 132 of the auxiliary member 103, but the light reflected here is an obstacle on the optical path by the auxiliary member 103 itself. Actually, the amount of light reaching the condensing point PV is small.
[0034]
Due to such circumstances, in FIG. 2A, the amount of light at the outer limit condensing point PH where the component emitted in the horizontal direction of the diffused light 120 is collected is the largest, and the lower side of the diffused light 120 The amount of light at the inner limit condensing point PV where the component emitted to the light condenses is minimized.
[0035]
For this reason, in the condensing region PR as a floating visual recognition body, the luminance distribution changes depending on the shape and position of the auxiliary member 103, but the shape of the condensing region PR as the floating visual recognition body and the position of the outer peripheral portion do not change. The outer contour thereof is particularly clearly visible.
[0036]
In addition, the reflected light from almost the entire effective reflection area RA is collected near the outer periphery of the light collection area PR, that is, near the light collection point PH. It is getting wider. Accordingly, the outer peripheral portion of the light condensing region PR is particularly clearly visible and has a large viewing angle.
[0037]
Next, the planar shape of the condensing region PR will also be considered. The planar shape of the condensing region PR is determined by the optical shape of the Fresnel surface 110 and does not depend on the position or the planar shape of the side surface 132 of the auxiliary member 103. That is, as shown in FIG. 5 corresponding to the plan view of FIG. 2A, it can be easily understood that the condensing region PR is also circular if the planar shape of the auxiliary member 103 is circular. Even if the planar shape of the member 103 is a rectangle (FIG. 6), the condensing region PR is circular. That is, due to the optical properties as described above, the position of the condensing point PH does not change even if the position of the side surface 132 of the auxiliary member 103 is shifted in the (+ X) direction or the (−X) direction. Therefore, even if the side surface 132 of the auxiliary member 103 is the position of the solid line or the position of the virtual line 132A in FIG. When it is desired to make the shape of the light collecting region PR other than a circle, this is achieved by making the Fresnel surface 110 other than a concentric circle.
[0038]
Further, as described above, since the amount of light is relatively small in the inner portion of the condensing region PR (portion close to the condensing point PV), the relationship in FIG. 2A is rotationally symmetric with the axis 118 as the rotational symmetry axis. However, when it is actually visually recognized, the portion near the axis 118 in the light condensing region PR has low visibility, and it is often a floating visual recognition body that is substantially visually recognized as a ring shape. For this reason, in embodiment mentioned later, suppose that it is assumed that a floating visual recognition body is substantially ring shape.
[0039]
In addition, an actual Fresnel concave mirror does not correspond to an ideal spherical mirror, but even in an actual Fresnel concave mirror, the property of “condensing parallel rays to a specific point or spatial region” is common to concave mirrors. . For this reason, the essence of the above results is true not only for spherical mirrors but also for Fresnel concave mirrors in general. The essence is the same as described above.
[0040]
As described above, the nature of the Fresnel concave mirror can be explained with reference to the geometrical optics of the three-dimensional concave mirror as described above. However, when such a floating visual recognition body is actually applied to a non-contact switch, a three-dimensional The concave mirror has a large size in the thickness direction, and there is a problem that a finger contacts a part of the concave mirror when a switch is operated. For this reason, in the present invention, the Fresnel concave mirror is employed with emphasis on flatness. The details of the mode of use will be described in detail below as various embodiments.
[0041]
<2. First Embodiment>
The outline of the principle of forming the floating visual recognition body using the Fresnel concave mirror has been described above. Next, a non-contact switch using this principle will be described.
[0042]
FIG. 7 shows a configuration for forming the ring-shaped floating visual recognition body 261, and also shows a configuration for use as the non-contact switch 200 according to the first embodiment of the present invention. In other words, in the non-contact switch 200 using the floating visual recognition body, in addition to the Fresnel concave mirror 201 and the auxiliary member 203 fixed on the same as shown in FIG. Non-contact type switching means 204 that detects and switches an object is provided. The auxiliary member 203 is formed of a transparent member containing a fluorescent material. From the side surface of the auxiliary member 203, the auxiliary member 203 is excited by light from the outside to emit light and propagates while totally reflecting the inside of the auxiliary member 203. By emitting the excitation light that has been emitted, diffused light of fluorescent color is emitted in various directions. As a result, the levitating object also exhibits a fluorescent color, and is clearly recognized.
[0043]
The switching unit 204 shown in FIG. 7 is a reflection type photoelectric switching unit, and a light emitting unit 241 that emits a detection light 247 to be detected, and a light 248 that is reflected by the light 247 on the detection target and receives the detection target. And a switching circuit 243 that performs switching in response to a signal from the light receiving unit 242 and outputs a signal such as ON / OFF.
[0044]
The light 247 from the light emitting unit 241 is emitted toward a region where the floating visual recognition body 261 can be seen. For example, when the finger F enters the region as a detection target, the light 248 reflected by the finger F is received. The unit 242 receives light. In addition, since the reflective photoelectric switching means can adjust the distance of the detection target that can be detected, it is set so that the switching is performed only when the finger F enters the position of the floating visual recognition body 261 approximately. Can do.
[0045]
As described above, by providing the Fresnel concave mirror 201, the auxiliary member 203, and the switching unit 204, the non-contact switch 200 that performs a switch operation using the floating visual recognition body 261 as a mark is realized. As a result, the switch operator can accurately operate the non-contact switch 200, and the person who operates the switch for the first time can easily recognize the presence of the switch. Note that when the auxiliary member 203 has a fluorescent color, the ascending visual recognition body 261 also exhibits a fluorescent color, so that the ascending visual recognition body 261 can be recognized more clearly and a more accurate switch operation is realized. As an auxiliary member for emitting the fluorescent diffused light, a transparent plastic member containing a fluorescent material (fluorescent plate) can be easily obtained. However, in order to efficiently diffuse the emitted light, the auxiliary member 203 is used. You may make it make the surface of sashimi or enclose a diffusion material inside.
[0046]
Further, since the Fresnel concave mirror 201 has a flat shape and the auxiliary member 203 is also disposed on the Fresnel concave mirror 201, the switch operator's finger F or the like does not touch the non-contact switch 200.
[0047]
Furthermore, since the non-contact switch 200 implements the floating visual recognition body 261, which is a mark that appears floating, using only the Fresnel concave mirror 201 and the auxiliary member 203, the non-contact switch 200 can be easily configured with an inexpensive member. As a result, the price of the non-contact switch can be kept at a very low price. As a result, the non-contact switch can be used for various devices without causing a price problem.
[0048]
<3. Second Embodiment>
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a non-contact switch 300 according to the second embodiment of the present invention.
[0049]
The non-contact switch 300 has substantially the same configuration as the non-contact switch 200 according to the first embodiment, but the outer shape of the Fresnel concave mirror 301 and the auxiliary member 303 is a square, and the transmission means is a transmission type. The difference is that photoelectric switching means are used. Note that the Fresnel surface of the Fresnel concave mirror 301 has a concentric shape as in the first embodiment, and an auxiliary member 303 is disposed at the center thereof.
[0050]
In this non-contact switch 300, the Fresnel concave mirror 301 and the auxiliary member 303 have a square outer shape. However, as described with reference to FIG. 6, the outer shape of the floating visual recognition body 361 is affected only by the shape of the Fresnel surface. In the same manner as in the case of the Fresnel concave mirror 201 shown in FIG.
[0051]
In addition, the switching unit 304 has a light emitting unit 341 and a light receiving unit 342 facing each other, so that light 347 from the light emitting unit 341 is received by the light receiving unit 342 via a position where the floating visual recognition body 361 is formed. It has become. Further, a switching circuit 343 is connected to the light receiving unit 342.
[0052]
With the above configuration, when the finger F that is the detection target enters the position where the floating visual recognition body 361 is formed, the light 347 from the light emitting unit 341 is blocked and is not received by the light receiving unit 342, and the finger F An entry detection signal is sent to the switching circuit 343, and a switching result such as ON / OFF is output.
[0053]
As described above, the non-contact switch 300 according to the second embodiment also realizes a low-cost non-contact switch that can be accurately operated as in the first embodiment.
[0054]
<4. Third Embodiment>
In the first and second embodiments, a floating visual recognition body that looks colored is formed using a colored member as an auxiliary member. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of a non-contact switch 400 according to the third embodiment of the present invention. In the non-contact switch 400, the auxiliary member 403 emits light and irradiates the diffused light 420 toward the Fresnel surface. It is the composition to do.
[0055]
The non-contact switch 400 includes a Fresnel concave mirror 401 and an auxiliary member 403, and the shapes (squares) and arrangement relationships of the Fresnel concave mirror 401 and the auxiliary member 403 are the same as those in the second embodiment. However, the auxiliary member 403 is a colorless and transparent member.
[0056]
In addition, an opening 419 is formed below the auxiliary member 403 of the Fresnel concave mirror 401, and a switching means 404 and a light source 451 are provided below the opening 419.
[0057]
The light source unit 451 emits colored light 453 toward the lower surface of the auxiliary member 403, and the light 453 is introduced into the transparent auxiliary member 403 in the region irradiated with the light 453. An uneven surface 433 is formed. That is, the light 453 from the light source unit 451 enters the auxiliary member 403 from the uneven surface 433, propagates while totally reflecting inside the auxiliary member 403, and then is emitted as diffused light 420 from the side surface of the auxiliary member 403. It has become.
[0058]
As a result, the diffused light 420 is emitted from the side surface of the auxiliary member 403 and reflected by the Fresnel surface in the same manner as in the first and second embodiments, and the Fresnel concave mirror 401 is viewed from above as indicated by the arrow D. Sometimes the floating visual recognition body 461 appears to rise up. In FIG. 9, the approximate position where the floating visually checking body 461 can be seen is simply indicated by a broken line.
[0059]
The switching unit 404 is a reflection type photoelectric switching unit, and includes a detection unit 441 and a switching circuit 443 in which the light emitting unit 241 and the light receiving unit 242 in the first embodiment are integrated. The light 447 emitted from the detection unit 441 passes through the opening 419, passes through the transparent auxiliary member 403, and travels toward a position where the floating visual recognition body 461 can be seen. In addition, when the detection target enters a position where the floating visual recognition body 461 can be seen, the light 447 is reflected by the detection target, and the light 448 from the detection target is detected by the detection unit 441 through the auxiliary member 403 and the opening 419. It is like that. Therefore, when the detection target enters a position where the floating visually-recognizing body 461 can be seen, the detection signal from the detection unit 441 is sent to the switching circuit 443 so that switching is performed.
[0060]
As described above, in the non-contact switch 400 according to the third embodiment, the auxiliary member 403 can emit light by itself, so that the ascending visual recognition body 461 appears to shine, and it is accurate whether the surroundings are bright or dark. Switch operation can be performed.
[0061]
Further, in the non-contact switch 400, the switching means 404 and the light source unit 451 are disposed below the Fresnel concave mirror 401 (on the side opposite to the operation side), so there are no obstructing objects on the Fresnel concave mirror 401. No longer exists. Therefore, the layout design of the switching means 404 and the light source unit 451 can be facilitated and the switch can be made beautiful.
[0062]
<5. Fourth Embodiment>
FIG. 10 is a sectional view showing the configuration of a non-contact switch 500 according to the fourth embodiment of the present invention. This non-contact switch 500 includes a Fresnel concave mirror 501 having an opening, a transparent auxiliary member 503, and switching means 504, as in the third embodiment.
[0063]
The difference from the third embodiment is that the non-contact switch 500 includes two light source units 551 and 552 and further includes a display color switching circuit 554 connected to these light source units. .
[0064]
The two light source units 551 and 552 each radiate light of different colors toward the lower surface of the auxiliary member 503, and which light source unit is turned on is controlled by the display color switching circuit 554. It has become. The display color switching circuit 554 is connected to the output of the switching circuit 543, and switches the light source to be turned on according to the switching of the switching circuit 543.
[0065]
With the above configuration, when the detection target enters the position of the floating visual recognition body 561 that appears to float on the Fresnel concave mirror 501 as in the third embodiment, the detection unit 541 detects this and switching by the switching circuit 543 is performed. Although it is performed, the color of the light irradiated to the auxiliary member 503 is changed in conjunction with this. As a result, the color of the floating visual recognition body 561 changes according to the state of the output from the switching circuit 543, and it is possible to reliably recognize whether the switch operator has operated the switch.
[0066]
As described above, in the non-contact switch 500, the color of the floating visual recognition body 561 is changed by performing a switch operation, so that a more reliable switch operation can be performed.
[0067]
The switching mode may be such that the detection target is turned on only while the detection target is present at a position where the floating visual recognition body 561 can be seen. In this case, the switch operator touches the floating visual recognition body 561. The color of the floating visual recognition body 561 changes only during the operation.
[0068]
In addition, the type of color to be changed is not limited to two, and a design is possible in which the color of the floating visual recognition body 561 is sequentially switched to three colors each time a switch operation is performed with three light sources. It is.
[0069]
Furthermore, instead of changing the color of light, the amount of light may be changed. That is, only one light source may be used, and an output from the switching circuit may be sent to the light amount changing circuit, and the light amount changing circuit may change the light amount of the light source. Thereby, the brightness of a floating visual recognition body can be changed according to switching.
[0070]
<6. Modification>
Although the non-contact switch according to the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
[0071]
In the first to fourth embodiments, a Fresnel concave mirror having a concentric Fresnel shape is used. However, if the principle for raising the floating visual object described with reference to FIG. Any form is acceptable.
[0072]
That is, only a part of the Fresnel concave mirror 201 shown in FIG. 7 may be used as a Fresnel concave mirror for forming a floating visual recognition body, or a set of Fresnel concave mirror 201 shown in FIG. It may be used as a concave mirror. Further, it is not limited to a concentric Fresnel surface. For example, by arranging an auxiliary member 603 at the center of four cylindrical fresnel concave mirrors 601 having a right isosceles triangle shape as shown in FIG. It is also possible to show the floating visual recognition body 661 as it floats.
[0073]
In the third and fourth embodiments, the auxiliary member is caused to emit light, but this light emission method may be changed as appropriate. For example, the auxiliary member may be a colored transparent member, and the light source may be provided inside the auxiliary member.
[0074]
Further, the switching means is not limited to the photoelectric type described in the embodiment, and any switching means can be used as long as it can detect the detection target and guide the signal to the switching circuit. It may be a thing. For example, an ultrasonic sensor or an infrared sensor may be used.
[0075]
【The invention's effect】
  Claims 1 to 6In the described invention, since the floating visual recognition body is formed on the Fresnel concave mirror using the Fresnel concave mirror and the auxiliary member, the switch operator can perform the switch operation using the floating visual recognition object as a mark. As a result, the switch operator can accurately operate the non-contact switch. In addition, the presence of the switch can be easily recognized by a person who operates the switch for the first time. Furthermore, since the non-contact switch can be configured using an inexpensive member, the price of the non-contact switch can be kept low.
[0076]
  Claim 4In the described invention, since the auxiliary member contains the fluorescent material, it is possible to form a fluorescent color floating visual recognition body and realize a more accurate switch operation.
[0077]
  Also,Claims 1 and 2In the described invention, since the auxiliary member is an illuminating member that irradiates the diffused light toward the mirror surface of the Fresnel concave mirror, the floating visual recognition body can be formed without being influenced by the brightness around the non-contact switch. further,Claim 1In the described invention, only the transparent member can be arranged on the Fresnel concave mirror to make the non-contact switch look beautiful.Claim 2In the described invention, a more accurate switch operation can be realized by changing the color of the floating visual recognition body according to switching.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an optical model diagram of light collection by a concave mirror.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a floating visual recognition body in a comparison between a Fresnel concave mirror and a three-dimensional concave mirror.
FIG. 3 is an explanatory diagram of reflection of diffused light from an auxiliary member by a Fresnel concave mirror.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a condensing position by a concave mirror.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a relationship between a circular auxiliary member and a floating visual recognition body.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a relationship between a rectangular auxiliary member and a floating visual recognition body.
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a non-contact switch according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a non-contact switch according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of a non-contact switch according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a non-contact switch according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a perspective view showing a state in which a square-shaped floating visual recognition body is formed.
[Explanation of symbols]
101, 201, 301, 401, 501 Fresnel concave mirror
103, 203, 303, 403, 503 Auxiliary member
110, 210 Fresnel surface
118, 218 Central axis
120, 420, 520 Diffused light
200, 300, 400, 500 Non-contact switch
204, 304, 404, 504 switching means
241 and 341 Projection unit
242 and 342
243, 343, 443, 543 switching circuit
261, 361, 461, 561 Ascending visual recognition body
419 opening
433 Uneven surface
441, 541 detector
451, 551, 552 Light source section
554 Display color switching circuit
F finger

Claims (6)

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。
A non-contact switch that performs non-contact switch operation,
Fresnel concave mirror, which is a Fresnel concave mirror,
An auxiliary member that is an illumination member that is disposed on or in contact with the Fresnel concave mirror and that irradiates diffused light toward the Fresnel surface of the Fresnel concave mirror ;
With
While the light from the auxiliary member is reflected and collected by the Fresnel concave mirror, a floating visual recognition body is formed on the Fresnel concave mirror, and
Switching means for performing switching by detecting the presence of a detection target entering toward the floating visual recognition body without contact;
Further comprising a,
The illumination member is a transparent member disposed on an opening formed in the Fresnel concave mirror,
Means for introducing light into the transparent member through the opening;
A non-contact switch , further comprising:
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。
The non-contact switch according to claim 1,
Means for changing the color or amount of light from the illumination member in accordance with the switching of the switching means;
A non-contact switch , further comprising:
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。
A non-contact switch that performs non-contact switch operation ,
Fresnel concave mirror, which is a Fresnel concave mirror,
An auxiliary member disposed in contact with or in proximity to the Fresnel concave mirror;
With
While the light from the auxiliary member is reflected and collected by the Fresnel concave mirror, a floating visual recognition body is formed on the Fresnel concave mirror, and
Switching means for performing switching by detecting the presence of a detection target entering toward the floating visual recognition body without contact;
Further comprising
The Fresnel concave mirror is formed with a concentric Fresnel surface,
A non-contact switch, wherein the auxiliary visual member is arranged in the center of the Fresnel surface to cause the floating visual recognition body to rise in a ring shape .
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。
A non-contact switch according to any one of claims 1 to 3 ,
The non-contact switch, wherein the auxiliary member is a transparent member containing a fluorescent material .
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。
A non-contact switch according to any one of claims 1 to 4 ,
The non-contact switch, wherein the switching means is a reflection type photoelectric switching means .
請求項1ないし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。
A non-contact switch according to any one of claims 1 to 4 ,
A non-contact switch, wherein the switching means is a transmissive photoelectric switching means.
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