JP2015005448A

JP2015005448A - 照明付タッチスイッチ装置

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Publication number: JP2015005448A
Application number: JP2013130823A
Authority: JP
Inventors: 直也花田; Naoya Hanada; 伸樹林; Nobuki Hayashi
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2015-01-08
Anticipated expiration: 2033-06-21
Also published as: JP6079469B2; US20140374232A1; US9530586B2

Abstract

【課題】少ない部品点数で薄型に構成することができ、視認性・操作性、意匠性に優れた照明付タッチスイッチ装置を提供する。
【解決手段】本照明付タッチスイッチ装置１は、人体の操作面８への近接又は接触を検知する照明付タッチスイッチ装置であって、発光素子５を具備し、一面側に検知電極４が形成された配線基板２と、配線基板の一面側に配設され、発光素子から導入した光を配線基板とは反対側の操作面から外部に放射するための導光板３と、検知電極と接続され、人体が操作面に近接又は接触したときに検知電極に生じる静電容量の変化を検知し、該検知の状態に対応して検知信号を発生する検知部６と、を備え、操作面となる導光板の表面には操作部８１が表示され、該操作部は検知電極の位置に対応して設けられていることを特徴とする。これにより、操作性を高めることができ、極めて少ない部品数及び簡素な構造とすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、照明付タッチスイッチ装置に関する。詳しくは、少ない部品点数で薄型に構成することができ、視認性・操作性、意匠性に優れた照明付タッチスイッチ装置に関する。

従来、屋内・屋外に設置される各種装置や設備において、人の指等が近接又は接触する操作部分に１つ又は複数のスイッチエレメント（操作部、検知電極）を備えたタッチセンサ（タッチスイッチ）が広く用いられている。それらのタッチセンサにおいては、検知電極に生じる浮遊容量又は接地との間の静電容量の変化を計測することによって、当該検知電極への人体の近接又は接触が検知されている。
車両においても、車室に備えられる照明、エアコン、ＡＶ機器等、各種装置・機器を暗い中でも操作容易とするために、操作部が照明される照明付スイッチが用いられている。例えば、車載機器の各種操作を１つのスイッチ装置にまとめたものとして、操作プレートとタッチセンサとを組み合わせた車室内スイッチ装置が検討されている（特許文献１を参照）。特許文献１に記載された車室内スイッチ装置は、加飾パネル、マスク、センサ電極を有する電極基板、ホルダ、制御基板等を備えて構成されている。そして、マスクには、タッチをする位置や機能名等を表す図柄が配置され、制御基板上のＬＥＤによって照らすようにされている。

特開２０１０−１２０４８７

しかし、特許文献１に開示されているような照明付タッチスイッチ装置は、制御基板の他に電極基板を要する等、部品点数が多く、組立てが煩雑であるという問題がある。また、スイッチ装置を薄型にすることが困難であり、操作面の背部に実装スペースを確保しなければならないという問題がある。更に、制御基板上の制御回路からセンサ電極までの距離が長くなるため、外来ノイズによる影響を受けやすいという問題も生じる。

本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、少ない部品点数で薄型に構成することができ、視認性・操作性、意匠性に優れた照明付タッチスイッチ装置を提供することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本第１発明の照明付タッチスイッチ装置は、人体の操作面への近接又は接触を検知する照明付タッチスイッチ装置であって、発光素子を具備し、一面側に検知電極が形成された配線基板と、前記配線基板の前記一面側に配設され、前記発光素子から導入した光を前記配線基板とは反対側の前記操作面から外部に放射するための導光板と、前記検知電極と接続され、人体が前記操作面に近接又は接触したときに前記検知電極に生じる静電容量の変化を検知し、該検知の状態に対応して検知信号を発生する検知部と、を備え、前記操作面となる前記導光板の表面には操作部が表示され、該操作部は前記検知電極の位置に対応して設けられていることを要旨とする。
本第２発明は、前記第１発明において、前記操作部は光を前記導光板から外部に透過させる透過パターンにより表示され、前記透過パターンを除く前記導光板の前記操作面は遮光されていることを要旨とする。
本第３発明は、前記第１又は２発明において、前記導光板は、少なくとも前記検知電極部を覆うように設けられる平板状の導光板本体と、前記導光板本体から前記配線基板側に延出して、前記発光素子が発する光を前記導光板本体に導光する延出部と、を具備することを要旨とする。
本第４発明は、前記第１乃至３発明のいずれかにおいて、１つの前記導光板上に複数の前記操作部を備え、１つの配線基板上に、各前記操作部の位置に対応して複数の前記検知電極を備えることを要旨とする。
本第５発明は、前記第１乃至４発明のいずれかにおいて、前記検知部は、前記検知の状態により前記発光素子の発光を制御することを要旨とする。
本第６発明は、前記第１乃至５発明のいずれかにおいて、前記導光板は前記配線基板側に延出する係止爪を備え、該係止爪によって前記導光板と前記配線基板とが一体に係止されることを要旨とする。

本第１発明の、人体の操作面への近接又は接触を検知する照明付タッチスイッチ装置は、発光素子を具備し、一面側に検知電極が形成された配線基板と、前記配線基板の前記一面側に配設され、前記発光素子から導入した光を前記配線基板とは反対側の前記操作面から外部に放射するための導光板と、前記検知電極と接続され、人体が前記操作面に近接又は接触したときに前記検知電極に生じる静電容量の変化を検知し、該検知の状態に対応して検知信号を発生する検知部と、を備えるため、発光素子から導光板に導入された光を導光して操作面から放射ることにより、視認性を高めることができる。また、前記操作面となる前記導光板の表面には操作部が表示され、該操作部は前記検知電極の位置に対応して設けられているため、その操作部の直下に検知電極を備えて、操作性を高めることができる。操作部は、操作面上に任意の図形や文字等を用いて分かり易く表示することができる。更に、１つの導光板と１つの配線基板のみの構造とすることができ、極めて少ない部品数及び簡素な構造により、組立て易く薄型の照明付タッチスイッチ装置を構成することができる。

前記操作部は光を前記導光板から外部に透過させる透過パターンにより表示され、前記透過パターンを除く前記導光板の前記操作面は遮光されている場合には、意匠性に優れた操作面とすることができる。また、導光板の表面（操作面）に印刷、塗装等することにより遮光層を形成することができるので、操作面及び操作部を構成するための別個の部品を要しない。

前記導光板は、少なくとも前記検知電極部を覆うように設けられる平板状の導光板本体と、前記導光板本体から前記配線基板側に延出して、前記発光素子が発する光を前記導光板本体に導光する延出部と、を具備する場合には、別個の部品を使用することなく、発光素子からの光を導光板に導入し、操作面まで導光することができる。

１つの前記導光板上に複数の前記操作部を備え、１つの配線基板上に、各前記操作部の位置に対応して複数の前記検知電極を備える場合には、複数の操作が可能な照明付タッチスイッチ装置を一体に構成することができる。

前記検知部は、前記検知の状態により前記発光素子の発光を制御する場合には、人体の操作面への近接又は接触の有無や状態によって発光素子を制御し、発光のオン・オフや発光強度、発光色等を変化させることができる。これにより、操作者に対して操作部をより明瞭に示したり、操作状態を知らせたりすることが可能になる。

前記導光板は前記配線基板側に延出する係止爪を備え、該係止爪によって前記導光板と前記配線基板とが一体に係止される場合には、照明付タッチスイッチ装置を極めて簡単に組み立てることができる。

本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述にて更に説明するが、同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部品を示す。
照明付タッチスイッチ装置を用いた車室用ランプスイッチを説明するための平面図である。照明付タッチスイッチ装置を用いた車室用ランプスイッチを説明するための断面図である。照明付タッチスイッチ装置の発光素子及び導光板延出部を説明するための部分断面図である。照明付タッチスイッチ装置の構成を表すブロック図である。照明付タッチスイッチ装置の操作部を説明するための平面図である。

以下、図を参照しながら、本発明を詳しく説明する。
ここで示される事項は例示的なもの及び本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。

図１は、本実施形態に係る照明付タッチスイッチ装置（１）を適用した車室用ランプスイッチ（１００）の、操作面側から見た平面図である。ここに例示した車室用ランプスイッチ１００は車室の天面に設けられ、光源を内蔵し、アウターレンズ１０１を介して光源の光により車室内を照明する装置であり、その光源のスイッチとして１つの照明付タッチスイッチ装置１が中央部に配置されている。本例においては、人が操作する照明付タッチスイッチ装置１の表面（操作面８）に、３つのスイッチエレメント（操作部８１）が並んで設けられており、それぞれ「ＯＮ」、「ＯＦＦ」、「ＤＯＯＲ」という表示がされている。

図２は、上記車室用ランプスイッチ１００の断面（図１のＡ−Ａ断面）を示している。図２において、操作面８は下方になる。照明付タッチスイッチ装置１は、平板状の配線基板２と、導光板３と、図１及び２に示さない検知部６と、を備え、指先等人体の操作面８への近接又は接触を検知する。照明付タッチスイッチ装置１の操作面８は、人体９が近接又は接触する側の導光板３の表面に設けられている。また、操作面８上で、操作者が操作し、照明付タッチスイッチ装置１が人体の近接又は接触を検知する部位を、操作部８１と呼ぶ。１つの照明付タッチスイッチ装置１に設けられる操作部８１の数、位置、形状、大きさ等は、特に限定されない。
操作部への人体の「近接」とは、掌や手指を操作部の表面に近付ける形態、「接触」は、操作部の表面に人体が接触する形態を意図している。この操作部への近接又は接触を、以下「タッチ」という。

操作面８として導光板３の露出する表面には、操作者に対してタッチすべき操作部８１を示すために、文字や図形を用いて任意の態様で表示を行うことができる。例えば、操作部８１は光を導光板３内から外部に透過させる透過パターンにより表示され、その透過パターンを除く導光板３の操作面は遮光部によって遮光されているようにすることができる。
透過パターン及び遮光部の形成方法は問わず、操作面８となる導光板３の表面に印刷、塗装等により形成することができる。また、透過パターンを形成した遮光フィルムを導光板３の表面に貼り付けてもよい。印刷、塗装、遮光フィルム等により形成された遮光部は、光が導光板３内から外部に放射されるのを完全に妨げてもよいし、僅かに漏らすようにしてもよい。

前記車室用ランプスイッチ１００では、図５に示すように、「ＯＮ」、「ＯＦＦ」等の各操作部を表示する文字を透過パターン８２により形成し、操作面８のそれ以外の部分を遮光部８３とすることができる。このようにすれば、導光板３内の光が文字部分のみから放射されるため、操作者の視認性を高めることができる。これに限らず、操作部８１の表示は、任意の意匠とすることができる。

照明付タッチスイッチ装置１は、平板状の配線基板２と、導光板３と、検知部６と、を備える。配線基板２の一面（導光板３側の面）上には検知電極４が形成されており、配線基板２の検知電極４が形成された面と、導光板３の操作面８と反対側の面とが、対向するように配設されている。すなわち、配線基板２に設けられた検知電極４は、導光板３との間に挟まれる。配線基板２上に形成された検知電極４と、導光板３とは、図２に表されている如く接するように配設（図２参照）されてもよいし、隙間を空けて配設されてもよい。

配線基板２は、導電体の配線パターンを形成できる限り、導電体や基材の材料は問わず、エポキシ樹脂製のプリント配線基板等、一般的な印刷配線基板を用いることができる。配線基板２の一面側（導光板３側）には、導電体により検知電極４が形成されている。１つの検知電極４が、複数の電極部分から構成されてもよい。
検知電極４は、操作部８１の位置と対応するように設けられる。すなわち、配線基板２の垂直方向に、検知電極４と操作部８１の位置が一致するように設けられる。各検知電極４の大きさや形状等は特に限定されず、各操作部８１の大きさや形状に応じて、人体の各操作部８１へのタッチを検出可能である限り問わない。
上記例の車室用ランプスイッチ１００では、１つの導光板３上に３つの操作部８１（８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ）を備え、その操作部８１の数と各位置に対応して、配線基板２上に３つの検知電極４（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）が備えられている。

また、配線基板２には、操作面８の表示に用いる光源である発光素子５が具備されている。発光素子５の種類、数、発光色等は特に限定されず、例えば、可視光のＬＥＤを用いることができる。
発光素子５を設ける位置は特に限定されず、例えば、図２に示されるように、検知電極４とは反対側の配線基板２の面の端に発光素子５を設けることができる。

導光板３は、検知電極４が形成された配線基板２の面と対向するように配設される。導光板３は、発光素子５から導入した光を配線基板２とは反対側の操作面８から外部に放射するように設けられている。導光板３は、発光素子５から発せられた光を、操作部８１が位置する表面に導光して外部に放射することができればよく、透光性又は半透光性の樹脂等、絶縁性の素材により構成することができる。導光板３の形状は、平坦な平板に限られない。検知電極４によるタッチの検出が可能な範囲で、導光板３が湾曲等した形状であってもかまわない。

導光板３に発光素子５から発せられる光を導入する方法は特に問わない。例えば、発光素子５と導光板３とを直接対向させて、発光素子５から発せられる光を導光板３に照射するようにすることができる。
また、導光板３は、少なくとも検知電極４部を覆うように設けられる平板状の導光板本体３１と、導光板本体３１から配線基板２側に延出して、発光素子５が発する光を導光板本体３１に導光する延出部３２と、から構成することができる。このようにすれば、例えば、図３に示されるように、配線基板２の他面（導光板３とは反対側の面）に設けられた発光素子５と対向するように、延出部３２を導光板本体３１から延出し、発光素子５の発する光を延出部３２から導入して導光板本体３１内に導光することができる。

配線基板２と導光板３とは、一体となるように固定することが好ましい。照明付タッチスイッチ装置１を一体とすることができ、組立てが容易となるためである。配線基板２と導光板３との固定方法は特に問わない。例えば、配線基板２に孔や切り欠き等を設け、導光板３に係止爪３３を設け、孔や切り欠き等と係止爪とを組み合わせて係止する方法を挙げることができる。また、係止爪を延出部として用い、発光素子５の発する光を導入して導光板本体３１内に導光してもよい。

図４は、照明付タッチスイッチ装置１の構成を表すブロック図である。前記のとおり、照明付タッチスイッチ装置１は、発光素子５を具備し、一面側に検知電極４が形成された平板状の配線基板２と、配線基板２の前記一面側に配設され、発光素子５から導入した光を配線基板２とは反対側の操作面８から外部に放射するための導光板３と、検知電極４と接続され、人体９が操作面８に近接又は接触したときに検知電極４に生じる静電容量の変化を検知し、その検知の状態に対応して検知信号Ｓを発生する検知部６と、を備えて構成されている。また、照明付タッチスイッチ装置１は、発光素子５及び検知部６を動作させるための図示されない電源に接続されている。

検知電極４には浮遊容量や、接地（大地）との間に静電容量が生じる。検知部６は、この検知電極４に生じる浮遊容量の変化や、検知電極と接地との間の静電容量の変化を検出することによって、検知電極４（操作部８１）への人のタッチを検知するように構成される。検知部６の具体的な構成は問わないが、例えば、検知電極４に生じる静電容量又はその変化に対応する電気量を計測する計測回路６１と、その計測値から人体９のタッチを判断する判断回路６２から構成することができる。
検知電極４（操作部８１）が複数である場合には、検知部６は検知電極４毎にタッチを判断するように構成される。

検知部６を設ける場所は限定されないが、配線基板２に設けることが好ましい。配線基板２に検知部６を構成する回路を設ければ、必要な入出力及び電源を除き、電線を用いないで、照明付タッチスイッチ装置１を１つの構造物とすることができる。
検知部６の処理は、ハードウェア、ソフトウェアのいずれによって実現されてもよく、好適には、図示しないＣＰＵ、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、入出力回路等を備えるマイクロコントローラ（マイクロコンピュータ）を中心として構成することができる。また、プログラム可能な論理回路、ゲートアレーその他の論理回路を用いて構成されてもよい。このマイクロコントローラ等に、計測回路６１が内蔵されていてもよい。

計測回路６１は、接続されている検知電極４に生じる静電容量に対応する電気量を計測するための回路である。計測回路６１によって計測する電気量は特に限定されず、例えば、検知電極４の電位の他、インピーダンスや周波数の変化等を計測するようにしてもよい。計測回路６１は、得られた計測値を判断回路６２に送出し、判断回路６２は、その計測値から人体９のタッチの有無や近接の程度を判断するように構成することができる。
検知電極４、計測回路６１及び判断回路６２の構成、及びタッチの検出方式は、特に限定されず、公知のタッチセンサに用いられている構成及び検出方式を適用することができる。例えば、検知電極４として１つの電極を設け、その電極に生じる浮遊容量又は大地との間の静電容量を計測するようにすることができる。この場合、電気量として検知電極４の電位を検出し、計測回路６１に設けたＡＤ変換器等を用いてその電位に対応する値を得るように構成することができる。また、検知電極４として２つの電極を備え、その２つの電極間に生じる静電容量を計測するようにしてもよい。

判断回路６２は、一定の周期（サンプリング周期）で、検知電極４に生じている電気量を計測回路６１により計測し、その計測値を入力するように構成されている。サンプリング周期は適宜とすることができる（例えば、１ｍｓ）。そして、判断回路６２は、得られた計測値を所定の閾値と比較して、計測値がその閾値を超える（若しくは下回る）場合にタッチがあると判断することができる。
また、判断回路６２は、計測値の時間的変動に基づいて適宜フィルタリング等の処理を行って、ノイズ成分を低減した計測値を得るように構成することができる。通常、タッチの有無の他、温度や湿度等の環境によっても検知電極４に生じる電気量が変化し、その結果計測回路６１による計測値のレベル等が変化するため、前記所定の閾値は、計測値の時間的変動に基づいて逐次算出して設定するように構成することが好ましい。また、タッチの有無を判定は、ノイズの影響により誤判定をすることがないように、計測値が一定の時間閾値を超えた場合にタッチがあると判定する等、種々の判断方法を適用することができる。

検知部６（判断回路６２）は、各種装置・設備（例えば、照明、空調、ＡＶ機器、自動開閉式窓等）と電気的に接続され、人体のタッチがあると判定した場合には、その判定又は判定による動作をさせるための検知信号Ｓを、それら装置等に出力するように構成することができる。例えば、前記車室用ランプスイッチ１００においては、操作部８１Ａ（「ＯＮ」）へのタッチを検知した場合にはルームランプを点灯させ、操作部８１Ｂ（「ＯＦＦ」）へのタッチを検知した場合にはルームランプを消灯させ、操作部８１Ｃ（「ＤＯＯＲ」）へのタッチを検知した場合には、扉の開閉信号に応じてルームランプを点灯及び消灯させるように構成することができる。

発光素子５の数や、発光・非発光の制御は、任意とすることができる。発光素子５は常時点灯させてもよいし、周囲が暗いときは常時点灯する等としてもよい。また、検知部６により、発光素子５の発光の制御を行うように構成してもよい。
検知部６（判断回路６２）は、検知したタッチの状態により、発光素子５の発光を制御するように構成することができる。すなわち、検知部６は、タッチの有無、人体の近接の程度等によって、発光素子５の発光をオン・オフしたり、発光強度や発光色を変えたりするように構成することができる。例えば、人体が操作部８１に近接したと判定したときに発光素子５を発光させたり、発光強度を増したりするようにすることができる。また、操作部８１に対応するスイッチが入状態であるか切状態であるかによって、発光素子５の発光状態を制御するように構成することもできる。

尚、本発明においては、以上に示した実施形態に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した態様とすることができる。本照明付タッチスイッチ装置は、例示した車載用途のみならず、屋内外に設置される装置・機器に使用することができる。また、例示したランプのスイッチ装置に限らず、照明、エアコン、ＡＶ機器、電動装置等、各種装置・機器の操作部として広く適用可能である。

１；照明付タッチスイッチ装置、２；配線基板、３；導光板、３１；導光板本体、３２；延出部、３３；係止爪、４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ；検知電極、５；発光素子、６；検知部、６１；計測回路、６２；判断回路、８；操作面、８１、８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ；操作部、８２；透過パターン、８３；遮光部、９；人体、１００；車室用ランプスイッチ、１０１；アウターレンズ。

Claims

人体の操作面への近接又は接触を検知する照明付タッチスイッチ装置であって、
発光素子を具備し、一面側に検知電極が形成された平板状の配線基板と、
前記配線基板の前記一面側に配設され、前記発光素子から導入した光を前記配線基板とは反対側の前記操作面から外部に放射するための導光板と、
前記検知電極と接続され、人体が前記操作面に近接又は接触したときに前記検知電極に生じる静電容量の変化を検知し、該検知の状態に対応して検知信号を発生する検知部と、
を備え、
前記操作面となる前記導光板の表面には操作部が表示され、該操作部は前記検知電極の位置に対応して設けられていることを特徴とする照明付タッチスイッチ装置。
前記操作部は光を前記導光板から外部に透過させる透過パターンにより表示され、前記透過パターンを除く前記導光板の前記操作面は遮光されている請求項１記載の照明付タッチスイッチ装置。
前記導光板は、少なくとも前記検知電極部を覆うように設けられる平板状の導光板本体と、前記導光板本体から前記配線基板側に延出して、前記発光素子が発する光を前記導光板本体に導光する延出部と、を具備する請求項１又は２に記載の照明付タッチスイッチ装置。
１つの前記導光板上に複数の前記操作部を備え、１つの配線基板上に、各前記操作部の位置に対応して複数の前記検知電極を備える請求項１乃至３のいずれかに記載の照明付タッチスイッチ装置。
前記検知部は、前記検知の状態により前記発光素子の発光を制御する請求項１乃至４のいずれかに記載の照明付タッチスイッチ装置。
前記導光板は前記配線基板側に延出する係止爪を備え、該係止爪によって前記導光板と前記配線基板とが一体に係止される請求項１乃至５のいずれかに記載の照明付タッチスイッチ装置。