JP4582012B2 - 操作パネル装置及び表示器 - Google Patents

Description

本発明は、操作パネル装置及び表示器に関する。

一般に、操作パネル装置では、制御対象の動作状態等をユーザに視認させるために、液晶表示器やセグメント表示器等の数値や文字を表示できる表示器が設けられている。図７（ａ）は従来の操作パネル装置１０１を一部透視して示す斜視図であり、図７（ｂ）は操作パネル装置１０１を一部透視して示す側面図である。操作パネル装置１０１は、キートップ１０２への押圧操作により制御対象の動作を制御するものであり、押圧操作に応じた情報がセグメント表示器により構成された表示器１０３により表示される。操作パネル装置１０１の筐体１０４の内部には、キートップ１０２により押圧操作されるスイッチ１０５が設けられる主基板１０６が設けられている。

主基板１０６には、スイッチ１０５等の種々の電子部品が実装されるため、主基板１０６と筐体１０４のパネル面Ｓ１０１とは離れざるを得ない。そのため、主基板１０６上に直接表示器１０３を配置すると、表示器１０３の表示面Ｓ１０２がパネル面Ｓ１０１よりも筐体１０４の内部側に位置してしまい、視認性が低下する。そこで、操作パネル装置１０１では、主基板１０６上に、支柱１１０により支持された表示器基板１１１を設け、表示器基板１１１に表示器１０３を配置することにより、表示面Ｓ１０２をパネル面Ｓ１０１に近づけて視認性を向上させている。

なお、操作パネル装置内部の主基板に設けられた発光素子の光を、キートップを導光部材としてパネル面に導く技術も知られている（特許文献１）。
特開２００５−８５５０６号公報

図７に示した操作パネル装置１０１では、主基板１０６とは別に表示器基板１１１を設け、主基板１０６と表示器基板１１１とを不図示のハーネスやコネクタ等により接続しているために、表示器基板、ハーネス、コネクタ等の部品費用によりコストが増大する。また、ハーネスが引き回されることなどにより操作パネル装置１０１内部の構成の複雑化、組み立て困難性を招き、作業負担も増大する。

本発明の目的は、一の基板から離れた適宜な位置に、表示器用の他の基板を設けることなく、情報を表示できる操作パネル装置及び表示器を提供することにある。

本発明の操作パネル装置は、基板と、前記基板の一主面に所定の間隔で対向配置されるパネル部と、前記パネル部の前記基板とは反対側のパネル面に露出する操作部材と、前記基板に設けられ、前記操作部材に対する操作を検出する検出素子と、前記パネル面に情報を表示する表示器と、前記検出素子の検出に応じて得られる信号に基づいて前記表示器の動作を制御する制御部と、を備え、前記表示器は、前記基板の前記一主面に設けられ、前記制御部により点滅が制御される発光素子と、前記発光素子からの光を前記パネル部側へ透過させる所定形状の透孔が形成された整形部材と、前記整形部材側から前記パネル部側へ延びる複数のロッド状のレンズが配列されたロッドレンズアレイと、前記パネル面に露出し、前記ロッドレンズアレイからの前記所定形状の光が投影されるリアスクリーンと、を備える。

好適には、前記整形部材は、前記基板に支持され、前記ロッドレンズアレイを保持している。

好適には、前記発光素子は、前記基板の前記一主面に複数配置され、前記整形部材の透孔は、前記複数の発光素子の配置位置に複数配置され、前記制御部は、前記複数の発光素子の点滅をそれぞれ独立に制御する。

好適には、前記リアスクリーンは、前記基板と前記パネル部とが対向する方向において前記パネル部と同等の位置に配置されている。

本発明の表示器は、基板の一主面に設けられた複数の発光素子と、前記複数の発光素子からの光を前記一主面の向く方向へ透過させる所定形状の透孔が前記複数の発光素子の配置位置に複数形成された整形部材と、前記整形部材側から前記一主面の向く方向へ延びる複数のロッド状のレンズが配列されたロッドレンズアレイと、前記ロッドレンズアレイからの前記所定形状の光が投影されるリアスクリーンと、前記複数の発光素子の点滅をそれぞれ独立に制御する表示制御部と、を備える。

本発明によれば、一の基板から離れた適宜な位置に、表示器用の他の基板を設けることなく、情報を表示できる。

図１（ａ）は本発明の操作パネル装置１を一部透視して示す斜視図であり、図１（ｂ）は操作パネル装置１を一部透視して示す側面図である。操作パネル装置１は、キートップ２への押圧操作により制御対象の動作を制御するものであり、押圧操作に応じた情報が表示器３により表示される。なお、キートップ２は操作部材の一例である。

操作パネル装置１は筐体４を備え、筐体４の内部には基板５が設けられている。筐体４は、例えば樹脂や金属により形成されている。筐体４は、例えば直方体状に形成されており、紙面上方側の一面を構成する平板状のパネル部４ａを有している。パネル部４ａには、筐体外部側（基板５とは反対側）のパネル面Ｓ１にキートップ２を露出させるための開口部４ｂと、表示器３を露出させるための窓部４ｃとが開口している。

基板５は、例えば硬質の樹脂をベースとしたプリント配線基板により構成され、第１の主面５ａをパネル部４ａに対向させるようにパネル部４ａに対して平行に配置されている。第１の主面５ａには、キートップ２に対する操作を検出するための検出素子７が設けられている。基板５には、この他にも、第１の主面５ａ及び第１の主面５ａの裏面である第２の主面５ｂに、制御回路等を構成するＩＣなどの種々の不図示の電子部品が設けられている。

検出素子７は、例えば、光検出センサにより構成され、図１（ｂ）に示すように、発光部７ａと、発光部７ａからの光を検出する受光部７ｂとを備えている。キートップ２に対して押し込み操作がなされると、キートップ２に対して固定された遮光部９が発光部７ａと受光部７ｂとの間に挿入され、押し込み操作が中止されると、不図示の付勢手段によりキートップ２が紙面上方に押し戻され、遮光部９は発光部７ａと受光部７ｂとの間から退避する。受光部７ｂは、発光部７ａからの光の有無に応じてオン信号又はオフ信号を出力する。

図２は、表示器３の分解斜視図である。表示器３はいわゆる７セグメントのセグメント表示器として構成されており、３桁の数字を表示可能に構成されている。表示器３は、基板５側からパネル部４ａ側へ、順に、ＬＥＤ（発光ダイオード）１１、ホルダ１２、ロッドレンズアレイ１３、スクリーン１４を備えている。なお、ＬＥＤ１１は発光素子の一例であり、ホルダ１２は、整形部材の一例である。

ＬＥＤ１１は、例えばチップ型のＬＥＤであり、基板５の第１主面５ａに設けられている。すなわち、ＬＥＤ１１は、カソード端子及びアノード端子がそれぞれ基板５の導電層に固定され、基板５の導電層を介して電力が供給される。また、ＬＥＤ１１は、複数設けられるとともに所定の形状に配列されている。具体的には、ＬＥＤ１１は、１桁の数字につき、８の字を形成する７個のセグメントに対応して７個、数字を区切るドットに対応して１個設けられており、３桁の数字につき合計２４個設けられている。

図３（ａ）はホルダ１２の斜視図であり、図３（ｂ）はホルダ１２を図３（ａ）の紙面上方側から見た平面図である。

ホルダ１２は、例えば樹脂あるいは金属により形成されている。ホルダ１２は、樹脂に遮光性の塗料や金属メッキが施されることにより、あるいは、ホルダ１２が金属により構成されることにより、遮光性を有している。ホルダ１２は、例えば全体として概ね直方体状に形成されている。

ホルダ１２は、図２に示すように、基板５の第１主面５ａに載置されるとともに、ホルダ１２の底面から突出する複数の爪部１６が、基板５に設けられた複数の孔部１７に挿入されて基板５に係合することにより、基板５に対して固定される。なお、ホルダ１２の底面（基板５側の面）には、ＬＥＤ１１の配置領域を含む広さで、ＬＥＤ１１の高さと同程度の不図示の凹部が形成されており、当該凹部の底面Ｓ５（図５参照）はＬＥＤ１１に当接又は微小隙間で対向する。

ホルダ１２には、スクリーン１４側（紙面上方側）にロッドレンズアレイ１３を保持するための凹部（保持部）２１が形成されている。凹部２１の平面形状はロッドレンズアレイ１３が嵌合する形状、例えば矩形であり、ロッドレンズアレイ１３は凹部２１に嵌合して基板５に沿う方向（光軸に直交する方向）において位置決めされる。

凹部２１は、ロッドレンズアレイ１３の厚さよりも深く形成されており、凹部２１の側面のうちロッドレンズアレイ１３の厚さよりも深い位置（凹部２１の底部側）には、凹部２１の内部側へ突出する突出部２２が形成されている。また、凹部２１の縁部側（紙面上方側）には、凹部２１の側面から内側へ突出する爪部２３が形成されている。図２に示すように、凹部２１にロッドレンズアレイ１３を挿入すると、ロッドレンズアレイ１３は、基板５側の端面の縁部が突出部２２に係止されるとともに、スクリーン１４側の端面の縁部が爪部２３に係止され、基板５に直交する方向（光軸方向）において位置決めされる。

ホルダ１２の凹部２１の底部側は、ＬＥＤ１１からの光を整形する整形部２５を構成している。整形部２５は、例えば略直方体状に形成されている。整形部２５には、基板５に直交する方向に整形部２５を貫通し、ＬＥＤ１１からの光をパネル部４ａ側へ（基板５の第１主面５ａが向く方向へ、紙面上方側へ）透過させる透孔２６が形成されている。

透孔２６は、ＬＥＤ１１の配置位置に対応してＬＥＤ１１と同数配列された透孔を含む。すなわち、図３（ｂ）に示すように、透孔２６は、４桁の７セグメント及びドットに対応して合計３２個設けられており、そのうち、紙面右側の３桁は、ＬＥＤ１１の配置位置に対応している。なお、紙面左側の１桁分の透孔２６は、基板５に配置されるＬＥＤ１１の数を数字１桁分増加させることができるように予備用に設けられているものであり、ホルダ１２の汎用性を向上させている。

透孔２６は、一定の断面形状で整形部２５を貫通している。ただし、透孔２６は、貫通方向に延びるに従って縮径又は拡径するようにしてもよい。透孔２６の断面形状は、最終的に表示すべき文字や記号等の形状、すなわち、スクリーン１４に表示される文字や記号等の形状である。例えば、７セグメントの各セグメントに対応する透孔２６は、４角形、５角形、６角形などに形成され、ドットに対応する透孔２６は円形に形成されている。なお、ＬＥＤ１１の発光面及び透孔２６の断面形状の大きさは同程度であり、ＬＥＤ１１の発光面の形状は７セグメントの各セグメントに対応する透孔２６の形状に近い長方形である。

ホルダ１２の表面が暗い色であると、ＬＥＤ１１の光が吸収されてしまい、透孔２６から出射する光量が低下する。また、ホルダ１２の表面が明るい色であると、透孔２６からの光が他の透孔２６上へも散逸してしまい、出射光は透孔２６の形状を正確に反映することができない。従って、ホルダ１２の表面の色は、適宜な明度のグレーにするなど適宜に調整することが好ましい。

図４（ａ）はロッドレンズアレイ１３を模式的に示す斜視図である。ロッドレンズアレイ１３は、入射した光像の等倍正立像を投影するように構成されている。なお、等倍倒立像を投影するように構成されていてもよい。ロッドレンズアレイ１３は、ホルダ１２側からパネル部４ａ側へ（基板５の第１主面５ａの向く方向へ、紙面上方へ）延びる複数のロッド状のロッドレンズ３１が並列に配列されて形成されている。なお、ロッドレンズ３１は、円形等の適宜な断面形状を有し、ロッドレンズアレイ１３が薄型直方体状等の適宜な形状になるように配列されている。

図４（ｂ）はロッドレンズアレイ１３の投影原理を示す概念図である。ロッドレンズ３１の端面に入射した光は、ロッドレンズ３１内を一定の周期で蛇行しながら進行する。従って、ロッドレンズ３１の長さを入射光の蛇行ピッチの３／４などの適宜な長さにすることにより、ロッドレンズアレイ１３は、入射した光像の等倍正立像を投影することができる。

スクリーン１４（図２）は、背面側から投影された光像を正面側に表示する、いわゆるリアスクリーンにより構成されている。スクリーン１４は、例えばアクリルやガラスに光拡散物質が混入されて形成されている。スクリーン１４は、パネル部４ａに開口する窓部４ｃを塞ぐように設けられており、基板５とパネル部４ａとの対向方向においてパネル部４ａと同等の位置に配置されている。

図５は、基板５、ＬＥＤ１１、ホルダ１２、ロッドレンズアレイ１３及びスクリーン１４（パネル部４ａ）間における基板５及びパネル部４ａの対向方向の位置関係を模式的に示す図である。

ＬＥＤ１１とホルダ１２の整形部２５の入射面Ｓ５（透孔２６の光の入口）とは、当接又は微小間隔で対向しており、基板５の第１主面５ａから整形部２５の光の出射面Ｓ６（透孔２６の光の出口）までの距離Ｌ１は、ＬＥＤ１１の厚さ及び整形部２５の厚さの合計と同程度である。

出射面Ｓ６からスクリーン１４までの距離Ｌ２は、ロッドレンズアレイ１３の共役長（物像間距離）と同等に設定されている。これにより、出射面Ｓ６から出射した透孔２６の形状の光は、ロッドレンズアレイ１３により等倍正立像としてスクリーン１４に結像する。

なお、スクリーン１４は、基板５からの高さがパネル部４ａと同等になるように配置されると視認性がよくなるから、基板５とスクリーン１４との距離Ｌ３は、主として基板５とパネル部４ａとの距離により決定される。基板５とパネル部４ａとの距離は、主として基板５に実装される電子部品等の大きさにより決定される。従って、一般には、距離Ｌ３が先に決定され、次に、距離Ｌ１及び距離Ｌ２の合計が距離Ｌ３になるように、距離Ｌ１や距離Ｌ２を規定する条件の設定、例えば、ホルダ１２の整形部２５の厚さの設定やロッドレンズアレイ１３の選択（共役長の設定）が行われることになる。

ＬＥＤ１１の性能や各部材の寸法等の一例を示すと、ＬＥＤ１１の寸法は１．６（縦）×０．８（横）×０．６（高さ）ｍｍ、ＬＥＤ１１の光度は２０ｍＡの電流で２８．６〜６２．８ｍｃｄ、ＬＥＤ１１の波長は５６８〜５７７ｎｍ、ロッドレンズアレイ１３の寸法は３２（縦）×１２（横）×３．９（厚さｔ）ｍｍ、ロッドレンズアレイ１３の共役長（距離Ｌ２）は１３．１ｍｍ、距離Ｌ１は９．７ｍｍ、距離Ｌ３は２２．８ｍｍである。なお、ロッドレンズアレイ１３は、出射面Ｓ６からロッドレンズアレイ１３までの距離Ｌ６と、ロッドレンズアレイ１３からスクリーン１４までの距離Ｌ７とが同等になるように配置される。ただし、例えば、Ｌ６を４．９ｍｍ、Ｌ７を４．３ｍｍとするなど、ロッドレンズアレイ１３等の性能に応じて適宜に微調整してよい。

図６は操作パネル装置１の信号処理系の構成を示すブロック図である。操作パネル装置１は、主制御部４１、表示制御部４２、駆動部４３を備えている。主制御部４１、表示制御部４２、駆動部４３は、例えばＩＣを含んで構成され、基板５に設けられている。なお、主制御部は、本発明の操作パネル装置の制御部の一例である。

主制御部４１は、検出素子７からの検出信号が入力されると、その検出信号に応じた制御信号を制御対象５００に出力する。制御対象５００は、主制御部４１からの制御信号に応じた動作を行うとともに、当該動作に基づいて得られた情報を示す信号を主制御部４１へ出力する。例えば、制御対象５００は、主制御部４１からの速度指令に基づいてモータを駆動し、モータによって駆動される移動部の速度をセンサにより検出して検出結果を主制御部４１に出力する。

また、主制御部４１は、検出素子７の検出に応じて得られた情報を含む信号を表示制御部４２に出力する。表示制御部４２は、主制御部４１からの信号に含まれる情報を表示すべく、駆動部４３に制御信号を出力し、駆動部４３を介して複数のＬＥＤ１１の点滅をそれぞれ独立に制御する。駆動部４３は表示制御部４２からの制御信号に基づいてＬＥＤ１１への電力供給を開始又は停止し、ＬＥＤ１１を点滅させる。

例えば、主制御部４１からは制御対象５００から得られた速度情報が表示制御部４２へ出力され、表示制御部４２はその速度情報を、複数のＬＥＤ１１のうちいずれのＬＥＤ１１を点灯させるかの情報に変換して駆動部４３に出力し、駆動部４３は複数のＬＥＤ１１のうち、表示制御部４２に点灯を指示されたＬＥＤ１１へ選択的に電力を供給する。

以上の実施形態によれば、表示器３は、基板５の第１主面５ａに設けられ、主制御部４１に点滅が制御されるＬＥＤ１１と、ＬＥＤ１１からの光をパネル部４ａ側へ透過させる所定形状の透孔２６が形成されたホルダ１２と、ホルダ１２側からパネル部４ａ側へ延びる複数のロッドレンズ３１が配列されたロッドレンズアレイ１３と、パネル面５ａに露出し、透孔２６からの光がロッドレンズアレイ１３により投影されるリアスクリーンとを備えるから、基板５から離れた適宜な位置に、表示器用の他の基板を設けることなく、情報を表示できる。

すなわち、ＬＥＤ１１の光が透孔の形状によって情報に応じた形状に整形され、かつ、その光がロッドレンズアレイ１３によってロッドレンズアレイ１３の長さに亘って導光されるとともにスクリーン１４へ投影されるから、ホルダ１２の整形部２５の厚さ（透孔２６の長さ）等を調整することにより、情報に応じた形状の像を基板５から距離Ｌ３だけ離れた適宜な位置に表示できる。しかも、透孔２６、ロッドレンズアレイ１３及びスクリーン１４により、ＬＥＤ１１の光が導光及び投影されることから、輝度の低下が防止される。

ホルダ１２に透孔２６が設けられ、ホルダ１２がロッドレンズアレイ１３を保持する保持部材と、透孔２６が設けられる整形部材とを兼ねているから、部品点数の削減、組立工程の削減が図られる。

ＬＥＤ１１は基板５の第１主面５ａに複数配置され、透孔２６はＬＥＤ１１の配置位置に複数配置され、複数のＬＥＤ１１の点滅はそれぞれ独立に制御されるから、複数のＬＥＤ１１の点滅の組み合わせにより複数の情報を表示することができる。

スクリーン１４は、基板５とパネル部４ａとが対向する方向においてパネル部４ａと同等の位置に配置されているから、操作パネル装置１の操作をしつつスクリーン１４に表示された情報を視認することが容易である。

本発明は以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施してよい。

操作パネル装置の制御対象にはあらゆるものが含まれる。例えば、産業用ロボット等の産業用機械、コピー機等の業務用機械、カメラ等の家電製品が含まれる。また、操作パネル装置に設けられた演算部や表示器も制御対象に含まれる。

操作部材は、パネル面に露出するものであればよく、押圧式のボタンに限定されない。例えば、スライドボタンであってもよいし、レバーであってもよい。ユーザの指の接触を感知する静電式スイッチの操作部材のように、パネル部に対して固定されているものであってもよい。

検出素子は、操作部材に対する操作を検出できるものであればよく、非接触型のセンサに限定されない。例えば、接点が接触して回路を開閉するスイッチであってもよい。

制御部が表示器を制御する際に利用する情報を含む信号は、検出素子の検出に応じて得られる信号であればよい。例えば、検出素子の検出信号自体でもよいし、操作パネル装置の演算部において検出素子の検出信号に基づいて何らかの演算が行われた場合にその演算結果を示す信号でもよいし、検出信号に基づいて制御対象が動作した場合に、その動作に関連する情報を含む信号であって、制御対象又は制御対象以外の装置から得た信号でもよい。

表示器は７セグメントの表示器に限定されず、透孔の形状も適宜である。例えば、一様に配列された多数のドットから、点灯させるドットを適宜に選択することにより、ひらがなや漢字等の文字を自由に表示するドット表示の表示器であってもよいし、矢印等の記号や何らかの物を模した図形を表示する表示器であってもよい。

複数の発光素子の配列と複数の透孔の配列との組み合わせも適宜であり、発光素子の数と透孔の数とは同じでなくてもよい。表示させる文字や記号を構成するセグメント等の数に応じて適宜に透孔の形状及び数を設定するとともに、その複数の透孔において必要とされる点滅の組み合わせに応じて発光素子の配置位置や数を設定すればよい。

本発明の実施形態の操作パネル装置の透視図。 図１の操作パネル装置の表示器の分解斜視図。 図２の表示器のホルダの外観を示す図。 図２の表示器のロッドレンズアレイを説明する図。 図２の表示器の各部材の配置を模式的に示す断面図。 図１の操作パネル装置の信号処理系の構成を示すブロック図。 従来の操作パネル装置の透視図。

符号の説明

１…操作パネル装置、２…キートップ（操作部材）、３…表示器、４ａ…パネル部、５…基板、５ａ…第１主面（一主面）、７…検出素子、１１…ＬＥＤ（発光素子）、１２…ホルダ（整形部材）、１３…ロッドレンズアレイ、１４…スクリーン（リアスクリーン）、２６…透孔、３１…ロッドレンズ、４１…主制御部（制御部）、Ｓ１…パネル面。

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板の一主面に所定の間隔で対向配置されるパネル部と、
   前記パネル部の前記基板とは反対側のパネル面に露出する操作部材と、
   前記基板に設けられ、前記操作部材に対する操作を検出する検出素子と、
   前記パネル面に情報を表示する表示器と、
   前記検出素子の検出に応じて得られる信号に基づいて前記表示器の動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記表示器は、
   前記基板の前記一主面に所定の形状で配列され、前記制御部により点滅が独立に制御される複数の発光素子と、
   前記複数の発光素子を挟んで前記基板の前記一主面に対向する第１面と、その背面となる第２面とを有する整形部を有し、前記整形部に、前記第１面から前記第２面まで一定の断面形状で延びて前記整形部を貫通する複数の透孔が形成されており、前記複数の透孔には、前記複数の発光素子と同数で、前記所定の形状で配列されることにより前記複数の発光素子の配置位置に配置され、前記複数の発光素子からの光を前記パネル部側へ導光する透孔が含まれる整形部材と、
   前記整形部材側から前記パネル部側へ延びる複数のロッド状のレンズが配列されたロッドレンズアレイと、
   前記パネル面に露出し、前記ロッドレンズアレイにより前記整形部材の前記第２面の等倍像が投影されるリアスクリーンと、
   を備えた操作パネル装置。
2. 前記複数の透孔の貫通長さは前記ロッドレンズアレイの厚みよりも大きい
   請求項１に記載の操作パネル装置。
3. 前記整形部材は、前記基板に支持され、前記ロッドレンズアレイを保持している
   請求項１又は２に記載の操作パネル装置。
4. 前記リアスクリーンは、前記基板と前記パネル部とが対向する方向において前記パネル部と同等の位置に配置されている
   請求項１に記載の操作パネル装置。
5. 基板の一主面に所定の形状で配列された複数の発光素子と、
   前記複数の発光素子を挟んで前記基板の前記一主面に対向する第１面と、その背面となる第２面とを有する整形部を有し、前記整形部に、前記第１面から前記第２面まで一定の断面形状で延びて前記整形部を貫通する複数の透孔が形成されており、前記複数の透孔には、前記複数の発光素子と同数で、前記所定の形状で配列されることにより前記複数の発光素子の配置位置に配置され、前記複数の発光素子からの光を前記パネル部側へ導光する透孔が含まれる整形部材と、
   前記整形部材側から前記一主面の向く方向へ延びる複数のロッド状のレンズが配列されたロッドレンズアレイと、
   前記ロッドレンズアレイにより前記整形部材の前記第２面の等倍像が投影されるリアスクリーンと、
   前記複数の発光素子の点滅をそれぞれ独立に制御する表示制御部と、
   を備えた表示器。

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