JP2011189821A

JP2011189821A - 車両室内灯

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Publication number: JP2011189821A
Application number: JP2010057032A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Sakai; 智幸酒井; Toranosuke Sakuma; 寅之助佐久間
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2011-09-29

Abstract

【課題】安価で汎用的なマイコンを用いて構成可能な車両室内灯を提供する。
【解決手段】複数のタッチ部１０は、ユーザの接触に応じてその静電容量が変化する。発振器１２は、複数のタッチ部１０ごとに設けられ、それぞれがアクティブ、非アクティブが切りかえ可能であるとともに、対応するタッチ部１０の静電容量に応じた周波数で発振する。選択回路１４は、複数の発振器１２それぞれの出力信号を受け、そのうちの発振した信号を出力する。マイコン２０は、複数の発振器１２を順にアクティブとするとともに、選択回路１４の出力信号を受ける入力端子を有し、当該入力端子に入力された信号の周波数に応じて、複数のタッチ部１０に対する接触の有無を判定し、その接触の有無に応じて点消灯信号Ｓ４を出力する。またマイコン２０は所定時間内にタッチ部１０に対する接触有りを複数回判定したときに光量変更信号Ｓ５を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両室内灯に関する。

車両室内灯（リーディングランプ）のオン、オフを切りかえるためのスイッチとして、機械式のスイッチに代えて、タッチセンサが利用されている。たとえば特許文献１には、タッチセンサを利用したスイッチが開示されている。

特開２００７−２３０４５０号公報

単一の照明あるいは複数の照明を、複数のタッチセンサの状態に応じて制御したい場合がある。この場合、従来では複数のタッチセンサごとに、発振器と、タッチ検出用の専用ＩＣ（Integrated Circuit）を設ける必要があったため、コストが高くなり、消費電力が大きくなる要因となっていた。

そこで安価で汎用的なマイコンを用いて構成可能なスイッチが望まれているが、かかるタッチセンサおよびマイコンからなるスイッチに、スイッチのオン、オフ機能に加えて、調光機能が具備されれば便宜である。

本発明は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、調光機能を有する車両室内灯の提供にある。

本発明のある態様は、車両室内灯に関する。この車両室内灯は、ユーザの接触に応じてその静電容量が変化する複数のタッチ部と、複数のタッチ部ごとに設けられ、それぞれがアクティブ、非アクティブが切りかえ可能であるとともに、対応するタッチ部の静電容量に応じた周波数で発振する、複数の発振器と、複数の発振器それぞれの出力信号を受け、そのうちの発振した信号を出力する選択回路と、複数の発振器を順にアクティブとするとともに、選択回路の出力信号を受ける入力端子を有し、当該入力端子に入力された信号の周波数に応じて、複数のタッチ部に対する接触の有無を判定し、その接触の有無に応じて点消灯信号を出力するマイコンと、を備える。マイコンは所定時間内にタッチ部に対する接触有りを複数回判定したときに光量変更信号を出力する。

本発明の別の態様も、車両室内灯に関する。この車両室内灯は、ユーザの接触に応じてその静電容量が変化する複数のタッチ部と、複数のタッチ部ごとに設けられ、それぞれがアクティブ、非アクティブが切りかえ可能であるとともに、対応するタッチ部の静電容量に応じた周波数で発振する、複数の発振器と、複数の発振器それぞれの出力信号を受け、そのうちの発振した信号を出力する選択回路と、複数の発振器を順にアクティブとするとともに、選択回路の出力信号を受ける入力端子を有し、当該入力端子に入力された信号の周波数に応じて、複数のタッチ部に対する接触の有無を判定し、その接触の有無に応じて室内灯の点灯、消灯を制御するとともに、所定時間内に判定したタッチ部に対する接触の回数に応じて室内灯の輝度を制御するマイコンと、を備える。

これらの態様によると、単一の汎用マイコンを用いて、複数のタッチ部に対する接触の有無を検出することができる。またタッピングあるいはロングタッチによる調光が可能となる。

本発明によれば、安価で汎用的なマイコンを用いた車両室内灯を提供することができる。

実施の形態に係る車両室内灯用スイッチの構成を示す回路図である。図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、タッピング操作およびロングタッチ操作による調光を示すタイムチャートである。図１の車両室内灯用スイッチの動作を示すタイムチャートである。マイコンによる接触の有無の判定方法を示すフローチャートである。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

実施の形態に係る車両室内灯用スイッチ（以下、単にスイッチともいう）１００は、制御対象の車両室内灯のオンオフ（点消灯）制御に加えて、車両室内灯を調光する機能を有している。以下、その構成を説明する。

図１は、実施の形態に係る車両室内灯用スイッチの構成を示す回路図である。車両室内灯用スイッチ１００は、複数のタッチ部１０_１〜１０_５、複数の発振器１２_１〜１２_５、選択回路１４およびマイコン２０を備える。

複数のタッチ部１０_１〜１０_５はそれぞれ、ユーザの接触に応じてその静電容量が変化するように構成される。タッチ部１０はいわゆる静電容量センサであり、室内灯のレンズ部に設けられている。本実施の形態では、５個のタッチ部１０が設けられる場合を説明しているが、その個数は任意である。

複数の発振器１２_１〜１２_５は、複数のタッチ部１０_１〜１０_５ごとに設けられる。発振器１２はそれぞれが、アクティブ（発振状態）、非アクティブ（発振停止状態）が切りかえ可能に構成される。各発振器１２_ｉは、対応するタッチ部１０_ｉの静電容量に応じた周波数で発振する。

具体的には発振器１２は、シュミットＮＡＮＤ発振器であり、キャパシタＣ１、帰還抵抗Ｒ１、シュミットＮＡＮＤゲートＧ１を備える。ｉ番目（１≦ｉ≦５）の発振器１２_ｉにおいて、シュミットＮＡＮＤゲートＧ１_ｉの第１入力端子（１）と接地端子の間には、キャパシタＣ１_ｉが設けられる。またシュミットＮＡＮＤゲートＧ１の第１入力端子（１）にはタッチ部１０_ｉが接続される。帰還抵抗Ｒ１_ｉは、シュミットＮＡＮＤゲートＧ１_ｉの出力端子（３）と第１入力端子（１）の間に設けられる。シュミットＮＡＮＤゲートＧ１_ｉの第２入力端子（２）には、後述するマイコン２０からの対応する制御信号Ｓ１_ｉが入力される。

制御信号Ｓ１_ｉがアサート（ハイレベル）されると、発振器１２_ｉはアクティブとなり、帰還抵抗Ｒ１_ｉの抵抗値およびキャパシタＣ１_ｉとタッチ部１０_ｉの合成容量で定まる周波数ｆ_ｉで発振する。つまり、発振器１２_ｉの出力信号Ｓ２_ｉは、対応するタッチ部１０_ｉの接触状態に応じた周波数ｆ_ｉを有するパルス信号となる。

タッチ部１０_ｉの静電容量は、ユーザが接触したときに大きくなり、非接触のとき小さくなる。したがってタッチ部１０_ｊの発振周波数ｆ_ｊを決定する合成容量も接触したときに大きくなる。つまり接触時の発振周波数ｆ_ｊは、非接触時のそれに比べて低くなる。

制御信号Ｓ１_ｉがネゲート（ローレベル）されると、発振器１２_ｉは非アクティブとなり、出力信号Ｓ２_ｉは一定のレベル（ハイレベル）に固定される。なお発振器１２_ｉの構成は図１のそれに限定されず、別の構成であってもよい。

選択回路１４は、複数の発振器１２_１〜１２_５それぞれの出力信号Ｓ２_１〜Ｓ２_５を受け、そのうちの、発振したパルス状の信号を選択出力する。ｉ番目の出力信号Ｓ２_ｉは非発振状態においてハイレベルに固定されることから、選択回路１４は、出力信号Ｓ２_１〜Ｓ２_５の少なくともひとつがローレベルとなったときにローレベルを出力する、反転入力型（ローアクティブ）のＯＲゲートとみなすことができる。

具体的には選択回路１４は、発振器１２_１〜１２_５ごとに設けられた複数のダイオードＤ１_１〜Ｄ１_５と、プルアップ抵抗Ｒ２を含む。複数のダイオードＤ１_１〜Ｄ１_５のアノードは共通に接続されており、プルアップ抵抗Ｒ２を介して電源電圧Ｖｃｃにプルアップされている。複数のダイオードＤ１_１〜Ｄ１_５それぞれのカソードは、対応する発振器１２_１〜１２_５の出力端子と接続され、対応する出力信号Ｓ２_１〜Ｓ２_５が入力されている。

この選択回路１４によれば、複数の出力信号Ｓ２_１〜Ｓ２_５のうち、発振状態のパルス信号を選択出力できる。

なお、各発振器１２において、非発振状態における出力信号Ｓ２のレベルがローレベルに固定される場合には、選択回路１４は、出力信号Ｓ２_１〜Ｓ２_５の少なくともひとつがハイレベルとなったときにハイレベルを出力する、非反転入力型（ハイアクティブ）のＯＲゲート（通常のＯＲゲート）で構成すればよい。

図１において、複数の発振器１２_１〜１２_５のうちのいくつか（具体的には１２_１〜１２_３）は、室内灯のオン、オフ制御に割り当てられ、残りのいくつか（具体的には１２_４、１２_５）は、室内灯の調光制御に割り当てられる。

マイコン２０は、各発振器１２_１〜１２_５に対する制御信号Ｓ１_１〜Ｓ１_５を出力する端子Ｐ１_１〜Ｐ１_５、選択回路１４の出力信号Ｓ３を受ける入力端子Ｐ２、タッチ部１０_１〜１０_５に対する接触の有無を示す検出信号（点消灯信号）Ｓ４ならびに車両室内灯の光量を指示する光量変更信号Ｓ５を出力するための検出端子Ｐ３を備える。マイコン２０は、たとえばマイコン２０自身に内蔵される１２５ｋＨｚのオンチップオシレータクロックを８分周して動作させる。これにより消費電力を低減できる。

マイコン２０は、制御信号Ｓ１_１〜Ｓ１_５の任意のひとつを選択的にアサート（ハイレベル）し、制御端子Ｐ１_１〜Ｐ１_５から出力する。たとえばマイコン２０は、所定の周期でサイクリックに時分割で発振器１２_１〜１２_５のひとつ１２_ｊ（１≦ｊ≦５）をアクティブとする。この状態で、マイコン２０の入力端子Ｐ２には、パルス状の対応する出力信号Ｓ２_ｊが入力される。マイコン２０は、出力信号Ｓ２_ｊの周波数をカウントし、タッチ部１０_ｊの容量変化、すなわち接触の有無を判定する。接触の有無の判定方法については後述する。

マイコン２０は、複数のタッチ部１０_１〜１０_５それぞれに対する接触の有無に応じて、点消灯信号Ｓ４および光量変更信号Ｓ５を生成する。出力信号Ｓ４、Ｓ５は、図示しない室内灯もしくはその制御回路に供給される。なお、点消灯信号Ｓ４および光量変更信号Ｓ５は、単一のデータであってもよい。

具体的にはマイコン２０は、オン、オフ制御に割り当てられたタッチ部１０_１〜１０_３の接触の有無に応じて、点消灯信号Ｓ４を生成する。たとえば少なくともひとつのタッチ部１０_１〜１０_３への接触を検出したとき、点消灯信号Ｓ４をアサートして点灯を指示してもよい。またマイコン２０は、室内灯の調光制御に割り当てられたタッチ部１０_４、１０_５の接触の有無に応じて光量変更信号Ｓ５を生成する。

以上が車両室内灯用スイッチ１００の構成である。続いてその動作を説明する。はじめにマイコン２０による調光機能について２つの例を説明する。

（第１の調光例）
第１の調光例では、ユーザがタッチ部１０_４、１０_５をタッピングすると、所定期間Ｔｃｙｃ内のタッピングの回数によって、最小輝度Ｌ_１から最大輝度Ｌ_Ｎに向けて輝度がＮ段階で増大する。最大輝度Ｌ_Ｎの状態でタッピングされると、最小輝度Ｌ_１に戻る。なお最小輝度Ｌ_１と消灯とは区別すべきものである。

図２（ａ）は、タッピング操作による調光を示すタイムチャートである。
図２（ａ）において、マイコン２０が検出したタッチは、パルス３０として示される。消灯した状態から、１回目のタッチ部１０_１〜１０_３に対するタッチ３０_１が検出されると、点消灯信号Ｓ４がアサートされ、室内灯が最小輝度Ｌ_１（もしくは前回の最終輝度）で点灯する。続いてマイコン２０は、所定時間Ｔｃｙｃ内にタッチ部１０_４、１０_５に何回接触されたかを検出する。タッピングは、タッチ部１０_４、１０_５に対する接触の間隔が、所定の判定時間ｔ１より短いときに有効、長いときには無効とされる。所定時間ｔ１は、０．５ｓ±０．１ｓが好ましい。

ユーザがタッチ部１０_４、１０_５をタッピングすると、タッチ３０_２、３０_３・・・が検出され、タッチ検出されるごとに、輝度がＬ_２、Ｌ_３と上昇していき、再びＬ_１に戻る。ユーザがタッチ部１０_４、１０_５に対するタッピングをやめると、輝度は一定に保たれる。マイコン２０は、検出された接触回数（タッピング回数）に応じた光量変更信号Ｓ５を出力する。マイコン２０は、前のサイクルにおける最終的な輝度を保持しており、次のサイクルでは、保持した輝度からスタートする。

マイコン２０がタッチ部１０_１〜１０_３に対するタッチ３０_７を検出すると、点消灯信号Ｓ４がネゲートされ、室内灯が消灯する。マイコン２０は、消灯直前の最終輝度を保持しており、次回の点灯時には、保持した輝度にて室内灯を点灯させる。

（第２の調光例）
第２の調光例では、ユーザがタッチ部１０_４、１０_５をロングタッチ（連続的に接触）すると、接触した長さに応じて、最小輝度Ｌ_１から最大輝度Ｌ_Ｎに向けて輝度がＮ段階もしくは無段階で増大し、最大輝度Ｌ_Ｎを経ると最小輝度Ｌ_１に戻る。また、ロングタッチされた場合であっても、最小輝度Ｌ_１、最大輝度Ｌ_Ｎそれぞれにおいては、一定時間ｔ２、ｔ３の間、輝度が一定に保持される。これによりユーザが最小輝度Ｌ_１、最大輝度Ｌ_Ｎを認識することができる。

図２（ｂ）は、ロングタッチ操作による調光操作を示すタイムチャートである。消灯した状態から、１回目のタッチ部１０_１〜１０_３に対するタッチ３０_１が検出されると、点消灯信号Ｓ４がアサートされ、室内灯が最小輝度Ｌ_１（もしくは前回の最終輝度）で点灯する。続いてマイコン２０は、所定時間Ｔｃｙｃ内にタッチ部１０_４、１０_５に連続的に接触された期間を検出し、その期間の長さに応じて輝度を上昇させる。図２（ｂ）においてタッチ部１０_４、１０_５に対するロングタッチは、パルス３０_８で示される。なお後述するように、各タッチ部１０に対する接触の有無の検出は時分割的に行われるため、ロングタッチを行った場合、接触状態が連続的に検出されることになり、それによりロングタッチを判定できる。またロングタッチの期間は、接触状態の検出回数として判定できる。

ロングタッチによって最大輝度Ｌ_Ｎに達すると、ロングタッチが継続しているにもかかわらず、一定期間ｔ２の間、輝度が一定に保たれ、その後最小輝度Ｌ_１に戻る。これによりユーザが最大輝度であることを認識できる。最小輝度Ｌ_１に戻ると、ロングタッチが継続しているにもかかわらず、一定期間ｔ３の間、最小輝度Ｌ_１が保たれる。これにより、ユーザが最小輝度であることを認識できる。

マイコン２０は、ロングタッチの期間に応じた光量変更信号Ｓ５を出力する。マイコン２０は、前のサイクルにおける最終的な輝度を保持しており、次のサイクルでは、保持した輝度からスタートする。マイコン２０がタッチ部１０_１〜１０_３に対するタッチ３０_９を検出すると、点消灯信号Ｓ４がネゲートされ、室内灯が消灯する。マイコン２０は、消灯直前の最終輝度を保持しており、次回の点灯時には、保持した輝度にて室内灯を点灯させる。

なお第１、第２の調光例において、最大輝度Ｌ_Ｎから最小輝度Ｌ_１に向けて輝度が減少し、最小輝度Ｌ_１を経ると最大輝度Ｌ_Ｎに戻る構成としてもよい。この場合、ユーザが最も明るい輝度状態を認識しやすくなる。

以上が車両室内灯用スイッチ１００の構成である。続いてその動作を説明する。図３は、図１の車両室内灯用スイッチ１００の動作を示すタイムチャートである。

マイコン２０は、制御信号Ｓ１_１〜Ｓ１_５を順にアクティブとする。ｊ番目の制御信号Ｓ１_ｊがアクティブの期間（検出期間という）、マイコン２０に入力される信号Ｓ３の周波数は、対応する発振器１２_ｊの発振周波数ｆ_ｊとなる。マイコン２０は、検出期間ごとに信号Ｓ３の周波数を測定し、タッチ部１０_ｊに対する接触の有無を判定する。

マイコン２０によるタッチ部１０の接触の有無の判定を説明する。図４は、マイコン２０による接触の有無の判定方法を示すフローチャートである。

上述のように信号Ｓ３の周波数は、検出対象となっているタッチ部１０_ｊの接触の有無に応じて変化するため、一定期間内に発生するパルス数も、接触の有無に応じて変化する。具体的には、接触時の発振周波数ｆ_ｊは、非接触時のそれに比べて低くなる。そこでまずマイコン２０は、制御信号Ｓ１_ｊがアサートされる検出期間Ｔｄ_ｊに入力される入力信号Ｓ３のパルス数をカウントする（Ｓ１００）。また検出期間Ｔｄはたとえば１ｍｓである。このカウント処理は、マイコン２０に内蔵されるダウンカウンタを用いて実行される。この場合、接触時のカウント値は、非接触時のカウント値よりも原理的に大きくなるはずである。反対にアップカウンタを用いた場合、数値の大小関係が逆となる。

続いてマイコン２０は、各発振器１２_ｊの過去ｎ（ｎは２以上の整数、たとえば４）回分の平均値を算出する（Ｓ１０２）。
そして、最新のカウント値と過去ｎ回の平均値の差分を、所定のしきい値と比較する（Ｓ１０４）。その結果、最新のカウント値が平均値より大きければ接触有りと（Ｓ１０４のＹ）、小さければ接触無し（Ｓ１０４のＮ）と判定する。そして検出対象のタッチ部１０_ｊの番号ｊをインクリメントし、同様の処理を行う。

以上が車両室内灯用スイッチ１００の動作である。この車両室内灯用スイッチ１００の利点は、従来技術との対比によって明確となる。すなわち従来では、複数の発振器ごとに、専用の検出ＩＣを設けていた。そして各検出ＩＣは、対応する発振器からのパルス信号のパルス数を、リファレンス用の発振器からの基準クロックのパルス数と比較することで、接触の有無を判定していた。

これに対して図１の車両室内灯用スイッチ１００によれば、単一のマイコン２０（パルスカウンタ）によって、複数の発振器１２_１〜１２_５からの出力信号Ｓ２_１〜Ｓ２_５をカウントすることが可能となる。このマイコン２０は、少なくともパルス信号（出力信号Ｓ２_ｊ）の個数をカウントする機能と、制御信号Ｓ１_ｊを時分割的に順にアサートする機能、および簡単な四則演算を行う機能を有していればよいため、汎用マイコンを利用できる。したがって従来のように専用の検出ＩＣを用いる必要がないため、コスト、消費電力の観点で優れている。

さらに実施の形態では、接触の有無を判定する手法として移動平均を用いている。各発振器の発振周波数は、接触の有無のみでなく、温度や電源電圧、周囲の浮遊容量等の影響を受ける。したがって従来のように一定の周波数の基準クロックとの比較では、判定の結果の精度がそれらの影響を受ける場合があった。これに対して図１の車両室内灯用スイッチ１００では、過去の周波数（パルス数）と現在の周波数（パルス数）の相対比較を行うため、判定結果が温度変動や電源電圧変動の影響を受けにくいという利点を有する。

また実施の形態に係る車両室内灯用スイッチ１００によれば、タッピング操作あるいはロングタッチ操作による調光が可能となる。調光機能に関して、マイコン２０によるわずかな演算、信号処理が必要となるが、ハードウェア的な増大は実質的にゼロであるため、低コスト、低消費電力で柔軟に室内灯の輝度を調節できる。

実施の形態では、タッチ部１０_１〜１０_３を室内灯のオンオフ制御用に、タッチ部１０_４、１０_５を調光制御用に割り当てたが、本発明はこれには限定されず、タッチ部１０_１〜１０_３を、オンオフ制御用および調光制御用のスイッチとして利用してもよい。この場合のマイコン制御を、図２（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。

図２（ａ）のようにタッピングによる調光を行う場合には、タッチ部１０_１〜１０_３に対する接触の間隔が所定時間ｔ１より短いときにタッピングとして判定し、接触の間隔が所定時間ｔ１より長いときには、消灯操作として扱えばよい。

図２（ｂ）のようにロングタッチによる調光を行う場合も同様であり、点灯した状態において、前回のロングタッチから所定時間ｔ１経過後以降のタッチ３０_９を、消灯操作として扱えばよい。

オンオフ制御用のタッチ部１０と調光制御用のタッチ部１０を共有することにより、回路面積、部品点数を削減できるため、コスト、消費電力をさらに低減することができる。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

Ｒ１…帰還抵抗、Ｃ１…キャパシタ、Ｇ１…シュミットＮＡＮＤゲート、Ｓ１…制御信号、Ｒ２…プルアップ抵抗、Ｓ２，Ｓ３…出力信号、１０…タッチ部、１２…発振器、１４…選択回路、２０…マイコン、１００…車両室内灯用スイッチ。

Claims

ユーザの接触に応じてその静電容量が変化する複数のタッチ部と、
前記複数のタッチ部ごとに設けられ、それぞれがアクティブ、非アクティブが切りかえ可能であるとともに、対応する前記タッチ部の前記静電容量に応じた周波数で発振する、複数の発振器と、
前記複数の発振器それぞれの出力信号を受け、そのうちの発振した信号を出力する選択回路と、
前記複数の発振器を順にアクティブとするとともに、前記選択回路の出力信号を受ける入力端子を有し、当該入力端子に入力された信号の周波数に応じて、前記複数のタッチ部に対する接触の有無を判定し、その接触の有無に応じて点消灯信号を出力するマイコンと、
を備え、
前記マイコンは所定時間内に前記タッチ部に対する接触有りを複数回判定したときに光量変更信号を出力することを特徴とする車両室内灯用。