JP2006128019A

JP2006128019A - 静電容量式スイッチ装置

Info

Publication number: JP2006128019A
Application number: JP2004317537A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nikaido; 伸一二階堂; Noboru Tsuji; 昇辻; Akira Uejima; 彰上島; Nobumasa Misaki; 信正見崎
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2004-11-01
Filing date: 2004-11-01
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】操作性を向上させて暗所での操作も可能にする。
【解決手段】人体の接近を検出する検知電極２の近傍にバックライト６が設けられ、バックライト６の上に光透過パターン３ａが形成された表示用マスク板３が設けられている。検知電極２の裏側には、第２光源７が配置されている。検知電極２に操作者の指が近づくと、まずバックライト６が第１のパターンで点灯され、意匠板１の表面１ａに光透過パターン３ａを浮かび上がる。指がその部分に接触すると、第２光源７が第２のパターンで点灯され、意匠板１に浮かび上がった光透過パターン３ａの輝度、色等が変化するので、これにより、スイッチがＯＮ状態になったことを確認することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、家電用機器、産業用機器機、輸送機器、建造物等に使用される静電容量式スイッチ装置に関する。

従来より、静電容量の変化を検出する静電容量式スイッチとして、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この特許文献１に開示されたものは、透明保護膜の下に静電容量検知用透明電極及び表示素子を設け、透明電極での静電容量を検出手段で検出し、その検出結果に基づいて制御手段が表示素子を駆動するようにしたものである。また、この特許文献１には、表示素子の表示面にマスクを設け、文字や絵を表示する点も開示されている。これにより、機械的駆動部分がないタッチスイッチを実現するだけでなく、スイッチがＯＮしたことを表示機能により操作者に報知することが可能になる。
特開平５−２９８９７９号公報、段落００１２〜００１３、００１９、図１

上述した従来の静電容量式スイッチでは、単に透明電極に指等を近づけると表示素子が表示されるというものであり、例えば暗所における操作性等を考慮したものではない。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、操作性を向上させて暗所等においても支障のない操作を行うことが可能な静電容量式スイッチを提供することを目的とする。

本発明に係る第１の静電容量式スイッチ装置は、検知電極と、この検知電極の近傍に配置された照光手段と、前記検知電極と接地との間の静電容量を検出してこれに対応した検出値を出力する静電容量検知回路と、この静電容量検知回路から出力される検出値と第１及び第２のしきい値とを比較して、前記検出値が前記第１のしきい値を超えたときに前記照光手段を第１の点灯パターンで点灯制御し、前記検出値が前記第２のしきい値を超えたときに前記照光手段を第２の点灯パターンで点灯制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る第２の静電容量式スイッチ装置は、検知電極と、この検知電極の近傍に配置された照光手段と、前記検知電極と接地との間の静電容量を検出してこれに対応した検出値を出力する静電容量検知回路と、この静電容量検知回路から出力される検出値と第１及び第２のしきい値とを比較して、両比較結果に基づいて前記照光手段の点灯パターンを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、静電容量検知回路から出力される検出値と第１及び第２のしきい値とを比較して、その比較結果に基づいて照光手段の点灯パターンを制御するようにしているので、暗所においても単に手などを検知電極の近傍にかざすだけで照光手段が所定のパターで点灯してスイッチの位置が明確に視認できるので、操作性を大幅に向上させることができる。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る静電容量式スイッチ装置の構成を示す分解斜視図である。

このスイッチ装置は、被覆材としての意匠板１の裏側に人体の接近を検出するための中央に開口部２ａを有する矩形状の検知電極２を配置し、意匠板１と検知電極２との間に意匠板１側から順に表示用マスク板３と、バックライト用導光板４及び第１光源５からなるバックライト６とを配置し、更に検知電極２の裏面側に第２光源７を配置してなる。ここで意匠板１は、光透過性を有する樹脂、ガラス等の材料により形成され、例えば無色透明の板の表面１ａ上に目的にあった模様や色のシートを貼り付けるなどして、数十％、例えば１０〜５０％の光透過率に調整されたものである。表示用マスク板３は、スイッチの種類及び位置を示すために所定の文字、記号、図形等の所定の光透過パターン３ａを形成し、それ以外の部分をマスクしたもので、バックライト６の点灯時に意匠板１の表面１ａに光透過パターン３ａを浮き上がらせるために設けられている。検知電極２は、所定の基板８上に形成されている。

なお、この例では、検知電極２がバックライト６の後ろ側に配置されているが、検知電極２は、意匠板１と表示用マスク板３との間に配置するようにしても良い。この場合には、検知電極２は、表示用マスク板３のマスク部分に設けられることになる。

図２は、このスイッチ装置の回路構成を示す回路図である。

検知電極２は、静電容量検知回路１１に接続されている。静電容量検知回路１１は、検知電極２と接地との間の静電容量に応じた検出値を出力する。この検知回路１１は、例えば発振回路を内蔵し、検知電極２によって生成される静電容量Ｃｘに応じて発振周波数又はデューティー比が変化する信号を生成するものである。この検知回路１１から出力される検出値は、判定回路１２に入力されている。判定回路１２は、２つのコンパレータ１２１，１２２を備えて構成されている。コンパレータ１２１は、一方の入力端に静電容量検知回路１１からの検出値を入力し、他方の入力端に、判定電圧生成回路１２３で生成された第１判定電圧を入力し、検出値が第１判定電圧を超えたときに第１検知信号を出力する。コンパレータ１２２は、一方の入力端に静電容量検知回路１１からの検出値を入力し、他方の入力端に、判定電圧生成回路１２４で生成された第２判定電圧を入力し、検出値が第２判定電圧を超えたときに第２検知信号を出力する。なお、ここで第２判定電圧は、第１判定電圧よりも大きく、人体が殆ど意匠板１に触れた場合に超える電圧に設定されている。操作制御回路１３は、コンパレータ１２１から出力される第１検知信号を入力し、光源駆動回路１５を第１の点灯パターンで制御すると共に音発生回路１７を制御する。なお、ここで、判定回路１２及び操作制御回路１３，１４で本発明における制御手段が構成されている。操作制御回路１４は、コンパレータ１２２から出力される第１検知信号を入力し、光源駆動回路１６を第２の点灯パターンで制御すると共に音発生回路１８を制御する。光源駆動回路１５は、第１の点灯パターンに従ってＬＥＤ等からなる第１光源５を駆動する。また、光源駆動回路１６は、第２の点灯パターンに従ってＬＥＤ等からなる第２光源７を駆動する。また、音発生回路１７，１８は、それぞれスピーカ等の発音体１９，２０を駆動する。

次に、このように構成された本実施形態に係るスイッチ装置の動作について説明する。

検知電極２に人体、例えば指が接近すると、検知電極２の人体を介した対接地容量が変化し、この結果、静電容量検知回路１１から出力される検出値が図３のように増加する。判定回路１２は、静電容量検知回路１１からの検出値が第１判定電圧を超えたら、コンパレータ１２１の出力を反転させる。この出力は操作制御回路１３に入力される。ここで、操作制御回路１３が光駆動回路１５を第１の点灯パターンで駆動する。これにより光源駆動回路１５は、バックライト用の第１光源５を点灯する。このようにバックライト６が点灯されると、その光が表示用マスク板３の光透過パターン３ａを透過して意匠板１の裏面を照射するので、意匠板１の表面１ａには、光透過パターン３ａが浮き上がって見えることになる。

操作者は、これを確認して意匠板１の光透過パターン３ａが浮き上がっている部分に指を接触させると、静電容量検出回路１１からの検出値が第２判定電圧を超えるので、操作制御回路１４は、光駆動回路１６を駆動して第２光源７を点灯させると共に、図示しない回路にスイッチＯＮ信号を出力する。第２光源７の点灯により、意匠板１に浮き上がった光透過パターン３ａの輝度、色等が変化するので、スイッチ操作が有効になったことを操作者に報知することができる。

バックライト点灯時の、操作制御回路１３から出力される第１の点灯パターンとしては、例えば静電容量検知回路１１から出力される検出値が第１判定電圧を超えた後、第１判定電圧を下回ったときでも、少なくとも一定時間だけ第１光源５の点灯状態を維持するパターンとする。このような点灯パターンを採用することにより、バックライト用の第１光源５が点灯されたのち、直ちに消灯されるのを防止し、操作性を向上させることができる。

図４は、このような点灯パターンを実現する操作制御回路１３の回路構成例を示している。コンパレータ１２１の出力は、ＲＳ−ＦＦ（フリップフロップ）１３１のセット端子Ｓに入力され、ＲＳ−ＦＦ１３１の出力Ｑをセットする。この出力Ｑがゲート回路１３２のゲート信号となり、クロック信号ＣＫがタイマ回路１３３に供給される。タイマ回路１３３は、ＲＳ−ＦＦ１３１がセットされるのと同時にリセットされ、以後、クロックＣＫをカウントして、一定数カウントしたらキャリー信号ＣＲを出力する。キャリー信号ＣＲはＲＳ−ＦＦ１３１をリセットする。これにより、コンパレータ１２１の出力が立ち上がってから、タイマ回路１３３で計数される時間だけ操作制御回路１３からの出力がオンになる第１の点灯パターンが生成され、これが光源駆動回路１５に供給される。

また、第１の点灯パターンがオンになるのと同時に、ワンショット回路１３４が一定幅のパルス信号を出力し、これが音発生回路１７に供給される。これにより、バックライト用の第１光源５が点灯する際に発音体１９が音を発生させて操作者にこれを報知することができる。なお、第１の点灯パターンがオフになるのと同時に動作するワンショット回路を設けて、バックライト用の第１光源５が消灯するときに、或いは点灯、消灯の両方で発音させるようにしても良い。

以上は操作制御回路１３での動作であるが、操作制御回路１４についても、これと同様の動作を行わせることは可能である。また、第１及び第２の点灯パターンとしては、この他に、光源５，７の消灯時に光源５，７を徐々に減光させていくパターン、光源５，７の点灯時に光源５，７を徐々に明るくしていくパターン、光源５，７の点灯時、消灯時又はその両方で光源５，７を点滅させるパターン等が考えられる。

図５は、判定回路１２にヒステリシスを持たせた例を示す図である。

この例では、コンパレータ１２１の基準電圧入力端子に、コンパレータ１２１の出力端子と判定電圧生成回路１２３の出力端子との間を抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した電圧が供給されている。これにより、コンパレータ１２１の出力レベルによって第１判定電圧（基準電圧）のレベルが変化するヒステリシス特性を持たせることができるので、バックライト用の光源５が点灯と非点灯の間で頻繁に切り替わるのを防止して、操作性の向上を図ることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、図６は、照光手段を１つの光源８で構成した最もシンプルな実施形態である。本実施形態では、人体の検知電極２への接近で光源８が第１の点灯パターンにより点灯し、人体の検知電極２への更なる接近（例えば、意匠板１への接触）で光源８の点灯輝度が変化したり、点滅したりする（第２の点灯パターン）。このように、マスク板が存在しなくても、検知電極２の中央の開口部２ａがマスクとして機能して、矩形の光を意匠板１の表面１ａに映し出すことができる。なお、検知電極２が透明電極であっても、光源５，７の投影像が意匠板１に映し出されるので、機能上支障となることはない。

図７の実施形態は、図６の光源８に代えて、照光手段を２つの光源、すなわち第１光源５と第２光源７によって構成した例である。この場合には、人体の検知電極２への接近で光源５が点灯し、人体の検知電極２への更なる接近で光源７が点灯する。両者の発光色を変えておくと、更に操作確認がし易くなる。

図８の実施形態は、図７の意匠板1と検知電極２との間にバックライト導光板４を設けた例である。この実施形態によれば、意匠板１の表面にスイッチの形をより鮮明に映し出すことができる。

図９の実施形態は、第１光源５及び第２光源７を３つのＲＧＢ三原色の光源５ｒ，５ｇ，５ｂで構成したものである。図１０は、この形態に適用される回路例を示している。

判定回路１２からの２つの判定値に基づいて、操作制御回路２１は光源駆動回路２２を駆動して、光源５ｒ，５ｇ，５ｂの輝度、色、照光時間及び点灯パターンの少なくとも１つを制御する。これにより、操作状態に応じて、色、輝度等が様々に変化し、操作性を向上させることができる。また、２つの判定値に基づいて、音発生回路２３を制御して発音体２４を発音させることにより、更に操作性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る静電容量式スイッチ装置の構成を示す分解斜視図である。同装置の電気的構成を示すブロック図である。同装置における人体と検知電極との間の距離と静電容量検知回路の検出値との関係を示すグラフである。同装置における操作制御回路の構成例を示すブロック図である。判定回路の変形例を示す回路図である。本発明の他の実施形態を示す分解斜視図である。本発明の更に他の実施形態を示す分解斜視図である。本発明の更に他の実施形態を示す分解斜視図である。本発明の更に他の実施形態を示す分解斜視図である。同実施形態に適用される回路例を示す部録図である。

符号の説明

１…意匠板、２…検知電極、３…表示用マスク板、４…バックライト導光板、５…第１光源、６…バックライト、７…第２光源、５ｒ，５ｇ，５ｂ，８…光源、１１…静電容量検知回路、１２…判定回路、１３，１４，２１…操作制御回路、１５，１６，２２…光源駆動回路、１７，１８，２３…音発生回路、１９，２０，２４…発音体。

Claims

検知電極と、
この検知電極の近傍に配置された照光手段と、
前記検知電極と接地との間の静電容量を検出してこれに対応した検出値を出力する静電容量検知回路と、
この静電容量検知回路から出力される検出値と第１及び第２のしきい値とを比較して、前記検出値が前記第１のしきい値を超えたときに前記照光手段を第１の点灯パターンで点灯制御し、前記検出値が前記第２のしきい値を超えたときに前記照光手段を第２の点灯パターンで点灯制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする静電容量式スイッチ装置。
前記制御手段は、前記検出値が前記第１のしきい値を超えた後、前記第１のしきい値を下回ったときでも、少なくとも一定時間だけ前記照光手段の点灯状態を維持する第１の点灯パターンで前記照光手段を点灯制御するものであることを特徴とする請求項１記載の静電容量式スイッチ装置。
前記制御手段は、前記検出値が前記第２のしきい値を超えた後、前記第２のしきい値を下回ったときでも、少なくとも一定時間だけ前記照光手段の点灯状態を維持する第２の点灯パターンで前記照光手段を点灯制御するものであることを特徴とする請求項１記載の静電容量スイッチ装置。
前記制御手段は、前記静電容量検知回路から出力される検出値と前記第１のしきい値との比較動作及び前記検出値と前記第２のしきい値との比較動作の少なくとも一方にヒステリシス特性を持たせたことを特徴とする請求項１記載の静電容量式スイッチ装置。
前記第１及び第２の点灯パターンの少なくとも一方は、前記照光手段の消灯時に前記照光手段を徐々に減光させていくパターンであることを特徴とする請求項１記載の静電容量式スイッチ装置。
前記第１及び第２の点灯パターンの少なくとも一方は、前記照光手段の点灯時に前記照光手段を徐々に明るくしていくパターンであることを特徴とする請求項１記載の静電容量式スイッチ装置。
前記第１及び第２の点灯パターンの少なくとも一方は、前記照光手段を点灯させる際に、前記照光手段を点滅させるパターンであることを特徴とする請求項１記載の静電容量式スイッチ装置。
前記第１及び第２の点灯パターンの少なくとも一方は、前記照光手段を消灯させる際に、前記照光手段を点滅させるパターンであることを特徴とする請求項１記載の静電容量式スイッチ装置。
発音手段を更に備え、
前記制御手段は、前記照光手段を点灯制御及び／又は消灯制御する際に前記発音手段を発音させるものであることを特徴とする請求項１記載の請求項１記載の静電容量式スイッチ装置。
前記照光手段は、ＲＧＢの三原色の光をそれぞれ発光させる光源であり、
前記制御手段は、前記光源の輝度、色、照光時間及び点滅パターンの少なくとも１つを制御する
ことを特徴とする請求項１記載の電容量式スイッチ装置。
検知電極と、
この検知電極の近傍に配置された照光手段と、
前記検知電極と接地との間の静電容量を検出してこれに対応した検出値を出力する静電容量検知回路と、
この静電容量検知回路から出力される検出値と第１及び第２のしきい値とを比較して、両比較結果に基づいて前記照光手段の点灯パターンを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする静電容量式スイッチ装置。