JP4494164B2 - 静電容量式スイッチ装置 - Google Patents

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、スイッチ表面と表示手段の間に透明電極と保護シートが存在するだけで、外部からスイッチの位置が視認可能である。換言すれば、操作上の観点から、スイッチの位置は明示されていることが前提であり、技術常識であるとも言える。

しかしその一方で、例えばデザインの都合上、又はセキュリティーやプライバシーの問題からスイッチの位置を外部からは視認不能にしたい要求もある。そのような用途では、先の先行技術をそのまま適用することはできない。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、操作性を何ら損なわずに、美感の維持及びセキュリティー上又はプライバシー上の問題も解決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に基づいて前記照光手段を制御する制御手段と、前記照光手段を外部から覆い、前記照光手段の非点灯時には前記照光手段を外部から視認不能にさせ、前記照光手段の点灯時には前記照光手段からの光を外部側の表面に浮かび上がらせる光透過率を有する被覆材とを有し、前記検知電極は、透明電極により形成され、前記被覆材と前記照光手段との間又は前記被覆材の前記照光手段とは反対側の面に配置され、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が第１のしきい値を超えたときに前記照光手段を第１の状態とし、前記検出値が前記第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値を超えたときに前記照光手段を第２の状態とし、前記照光手段は、第１光源及び第２光源を含み、前記検知電極、静電容量検知回路、制御手段及び第２光源はスイッチ回路を構成し、前記スイッチ回路が複数設けられ、前記第１光源は、前記複数のスイッチ回路に対して共通に設けられ、いずれか１つのスイッチ回路の前記検出値が前記第１のしきい値を超えたときに点灯され、前記第２光源は、前記検出値が前記第２のしきい値を超えたスイッチ回路に設けられたものだけが点灯されることを特徴とする。

本発明によれば、照光手段を被覆材で外部から覆い、前記被覆材が、照光手段の非点灯時には照明手段を外部から視認不能とさせ、照光手段の点灯時には照光手段からの光を外部側の表面に浮かび上がらせる光透過率を有しているので、スイッチの存在を外部から隠すことができ、しかも検知電極は透明電極で形成し、前記被覆材と照光手段との間又は前記被覆材の照光手段とは反対側の面に配置されるので、被覆材の表面からの距離が近く、検出感度も低下させることがない。

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透明電極からなる矩形状の検知電極２を配置し、この検知電極２を介して意匠板１の裏側に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、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。

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、制御手段を構成する判定回路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。光源駆動回路１３は、第１検知信号によってＬＥＤ等からなる第１光源５を駆動する。また、光源駆動回路１４は、第２検知信号によってＬＥＤ等からなる第２光源７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、光駆動回路１３を駆動して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及び透明な検知電極２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、判定回路１２は、光駆動回路１４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。

図４は、本発明の第２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斜視図、図５は同じく断面図である。

この実施形態は、複数の種類の異なるスイッチに対して１つのバックライトを共用した例である。

機器の一部をなす被覆材としての意匠部品２１には、その表面２１ａに目的に応じた模様、色等の意匠処理が施されている。例えば、透明な部材に木目調のプリントを転写したものを使用すれば、木目調のスイッチとなり、マジックミラーの機能を持った部材を使用すれば、金属的なデザインのスイッチも実現可能である。この意匠部品２１の裏面には、溝２１ｂが形成されている。そして、この溝２１ｂの部分に、溝２１ｂに沿って複数の透明電極からなる検知電極２４が配列形成されると共に、静電容量式スイッチモジュール２２が装着されている。

静電容量式スイッチモジュール２２は、次のように構成されている。即ち、溝２１ｂに沿って延びる基板２３の上には、静電容量検知回路等の回路が集積された集積回路部品２５が搭載され、各検知電極２４の中央部分と対向する位置には、それぞれ操作表示用の第２光源２６が装着されている。基板２３の上には、複数の検知電極２４の全体を覆うように、バックライト２７と表示用マスク板２８とがこの順に搭載されている。バックライト２７は、バックライト導光板２９の基板２３側の面にバックライト用反射シート３０を貼着すると共に、バックライト導光板２９の側縁部にバックライト用の第１光源３１をバックライト導光板２９に向けて装着してなる。表示用マスク板２８は、各検知電極２４の部分にスイッチの位置を示す光透過パターン２８ａをそれぞれ形成したものである。

図６は、本実施形態に係る静電容量式スイッチ装置の電気的構成を示すブロック図である。

この実施形態では、各検知電極２４に対応させて、前述した静電容量検知回路１１、判定回路１２、光源駆動回路及び第２光源２６をスイッチ回路４１，４２として、これら複数のスイッチ回路４１，４２からの第１検知信号をＯＲゲート１５を介して光源駆動回路１３に与えることにより、複数のスイッチ回路４１，４２のいずれか１つの第１検知信号がＯＮになると第１光源３１を点灯させるようにしたものである。

この装置においては、複数の検知電極２４のいずれか1つに操作者の指が接近すると、第１光源３１が点灯し、複数の光透過パターン２８ａの光が意匠部品２１の表面２１ａに浮き上がる。操作者は、この浮き上がったパターンから所望のスイッチ部分を指で触れると、その部分の近傍の検知電極２４に対応した判定回路１２からの第２検知信号がＯＮになるので、そのスイッチ部分のみ第２光源２６が点灯され、輝度が変化する。これにより、そのスイッチがＯＮ状態になったことが分かる。

このように、本実施形態のスイッチ装置によれば、複数のスイッチで第１光源３１を含むバックライト２７を共用することができるので、部品単価及び組立工数を削減することができ、コスト低減を図ることができる。

また、各スイッチ回路４１，４２に、その機能の有効／無効を設定が可能なスイッチ回路等の設定手段をそれぞれ設けておけば、同一のスイッチモジュール２２で複数の用途に対応することが可能になる。

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７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が点灯し（第１の状態）、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の状態）。

図８の実施形態は、図７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９の実施形態は、図８の意匠板1と光源５，７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１０の実施形態は、第１光源５をバックライト導光板４の側縁部に配置したものであり、図１の実施形態の中から表示用マスク板３を削除した形態である。

この場合には、意匠板１により均一な光を透光することができる。

なお、以上の実施形態では、１又は２つの光源によって第１及び第２の状態として輝度及び／又は色の異なる点灯状態に制御しているが、第１及び第２の状態としては、この他にも、一方を点灯状態、他方を点滅状態としたり、一方を点灯状態、他方を消灯状態とするようにしても良い。要は、第１の状態でスイッチの位置を確認でき、第２の状態でスイッチがＯＮになったことが確認できれば、本願発明の効果を奏することができる。

また、以上の実施形態では、検出電極を意匠板等の被覆材の裏面に配置したが、検知電極は透明電極であるため、被覆材の表面側に配置しても良い。この場合には、被検出物との距離を更に短くすることができるので、検出感度が更に良好になるという利点を有する。

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。 本発明の他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一部を切欠した斜視図である。 同装置の断面図である。 同装置の電気的構成を示すブロック図である。 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。

符号の説明

１…意匠板、２，２４…検知電極、３，２８…表示用マスク板、４…バックライト導光板、５，３１…第１光源、６，２７…バックライト、７，２６…第２光源、８…光源、１１…静電容量検知回路、１２…判定回路、１３，１４…光源駆動回路。

Claims (10)

1. 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に基づいて前記照光手段を制御する制御手段と、
   前記照光手段を外部から覆い、前記照光手段の非点灯時には前記照光手段を外部から視認不能にさせ、前記照光手段の点灯時には前記照光手段からの光を外部側の表面に浮かび上がらせる光透過率を有する被覆材と
   を有し、
   前記検知電極は、透明電極により形成され、前記被覆材と前記照光手段との間又は前記被覆材の前記照光手段とは反対側の面に配置され、
   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が第１のしきい値を超えたときに前記照光手段を第１の状態とし、前記検出値が前記第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値を超えたときに前記照光手段を第２の状態とし、
   前記照光手段は、第１光源及び第２光源を含み、
   前記検知電極、静電容量検知回路、制御手段及び第２光源はスイッチ回路を構成し、
   前記スイッチ回路が複数設けられ、
   前記第１光源は、前記複数のスイッチ回路に対して共通に設けられ、いずれか１つのスイッチ回路の前記検出値が前記第１のしきい値を超えたときに点灯され、
   前記第２光源は、前記検出値が前記第２のしきい値を超えたスイッチ回路に設けられたものだけが点灯される
   ことを特徴とする静電容量式スイッチ装置。
2. 前記被覆材は、板状体であり、
   前記検知電極は、前記被覆材の裏面に形成されている
   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。
3. 前記被覆材は、板状体であり、
   前記検知電極は、前記被覆材の表面に形成されている
   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。
4. 前記第１及び第２の状態は、いずれか一方が前記照光手段の第１の輝度による点灯状態であり、他方が前記照光手段の前記第１の輝度よりも大きな第２の輝度による点灯状態である
   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。
5. 前記第１及び第２の状態は、いずれか一方が前記照光手段の第１色による点灯状態であり、他方が前記照光手段の第２色による点灯状態である
   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。
6. 前記第１及び第２の状態は、いずれか一方が前記照光手段の点灯状態であり、他方が前記照光手段の点滅状態である
   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。
7. 前記照光手段は、光源と、この光源からの光を前記検知電極まで導く導光板とを含む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。
8. 前記第１光源からの光を前記被覆材の裏面に前記検知電極を介してバックライトとして照射するバックライト用導光板を更に備え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。
9. 前記照光手段と前記被覆材との間に介装されて前記照光手段からの光を部分的にマスクして前記被覆材の表面に所定のパターンを浮かび上がらせるマスク材を更に設け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。
10. 前記各スイッチ回路は、その機能の有効／無効を設定が可能な設定手段をそれぞれ有す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。

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