JP2010015881A - 光スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】接触不良を無くし、信頼性を向上させることができる光スイッチを提供する。
【解決手段】ロータリースイッチ装置１は、所定の操作位置に回転操作可能に設けられた操作部１５と、円板形状を有して操作部１５に設けられ、所定の操作位置に基づいて光２を反射する少なくとも１つの凹部１８４を有する凹部群１８３が形成されたライトガイド１８と、ライトガイド１８の側部１８１に向けて光２を出射する発光部１２と、ライトガイド１８の内部を伝播する光２を凹部群１８３を介して受光し、受光した光２の強度に基づいた出力電圧を出力する受光部１４と、を備え、制御部１００は、出力電圧に基づいて所定の操作位置を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光スイッチに関する。

従来の技術として、所定の操作位置に回転操作可能に設けられた操作つまみと、操作つまみに設けられ、所定の操作位置に基づいて間欠的に接点が設けられた摺動接点板と、所定の操作位置に基づいて間欠的に接点が設けられたプリント配線基板と、を備えたロータリースイッチが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このロータリースイッチによると、所定の操作位置に操作つまみを操作したとき、摺動接点板の接点と、プリント配線基板の接点とが接触して電気的に導通することによって電気スイッチを形成している。
特開２００４−１７２０４２号公報

しかし、従来のロータリースイッチは、接点同士の摩擦によって接点が劣化し、接触不良が起こるという問題があった。

従って本発明の目的は、接触不良を無くし、信頼性を向上させることができる光スイッチを提供する。

（１）本発明は上記目的を達成するため、所定の操作位置に操作可能に設けられた操作部と、前記操作部に設けられ、前記所定の操作位置に基づいて光を反射する反射領域が形成された光伝播部と、前記光伝播部に向けて前記光を出射する発光部と、前記発光部から出射した前記光を前記反射領域を介して受光し、受光した前記光の強度に基づいた出力信号を出力する受光部と、を備えた光スイッチを提供する。

（２）本発明は上記目的を達成するため、前記光伝播部は、円板形状を有し、前記発光部から出射した前記光が側部を介して内部に伝播し、前記受光部の受光面と対向する前記光伝播部の面に対向する面に前記反射領域が形成され、前記受光部は、前記内部を伝播し、前記反射領域によって反射された前記光を受光する前記（１）に記載の光スイッチを提供する。

（３）本発明は上記目的を達成するため、前記反射領域は、前記光を前記受光部に向けて反射する少なくとも１つの凹部が形成され、前記所定の操作位置に基づいて前記凹部が形成される密度が異なる前記（１）に記載の光スイッチを提供する。

（４）本発明は上記目的を達成するため、所定の操作位置に回転操作可能に設けられた操作部と、円板形状を有して前記操作部に設けられ、前記所定の操作位置に基づいて光を反射する少なくとも１つの凹部を有する反射領域が形成された光伝播部と、前記光伝播部に向けて前記光を出射する発光部と、前記光伝播部の内部を伝播する前記光を前記反射領域を介して受光し、受光した前記光の強度に基づいた出力信号を出力する受光部と、を備えた光スイッチを提供する。

このような発明によれば、接触不良を無くし、信頼性を向上させることができる。

以下に、本発明の光スイッチの実施の形態を図面を参考にして詳細に説明する。

[実施の形態]
（ロータリースイッチ装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係るロータリースイッチ装置の斜視図である。本発明の光スイッチをロータリースイッチ装置として用いる場合について説明する。

ロータリースイッチ装置１の主たる構成は、図１に示すように、発光部１２と、受光部１４と、操作部１５と、ライトガイド（光伝播部）１８と、である。

またロータリースイッチ装置１は、図１に示すように、配線パターン（図示しない）を有する基板１０と、基板１０上に設けられ、発光部１２が取り付けられた取付部１１と、基板１０上に設けられ、受光部１４が取り付けられた取付部１３と、を備えて概略構成されている。

（発光部の構成）
発光部１２は、一例として、発光ダイオードによって構成され、光２をライトガイド１８の側部に向けて出射するものである。また、発光部１２は、取付部１１を介して基板１０上の配線パターンと電気的に接続されている。

（受光部の構成）
受光部１４は、一例として、フォトダイオードによって構成され、発光部１２から出射された光２をライトガイド１８、及び後述する凹部群を介して受光面によって受光し、受光した光２の強度に基づいて外部に電圧を出力するものである。受光面は、光２が出射するライトガイド１８の下部に対向している。また、受光部１４は、取付部１３を介して基板１０上の配線パターンと電気的に接続されている。

（操作部の構成）
操作部１５は、一例として、円板形状に形成され、上部に現在の操作位置を指示する目印１６０を有する操作ノブ１６と、操作ノブ１６と回転軸を同一とした円柱形状に形成され、基板１０、及び図示しない支持機構に回転可能に設けられた支持部１７と、を備えて構成されている。

支持部１７は、一例として、中間部分に回転軸を同一としたライトガイド１８が、圧入等の方法によって設けられている。

また操作部１５は、図示しない節度機構により、各操作位置に操作されたとき、節度を感じるように構成されている。

（ライトガイドの構成）
図２は、本発明の実施の形態に係る操作位置Ｃに回転操作が行われた場合のロータリースイッチ装置の上平面図であり、図３は、本発明の実施の形態に係る図２のＩ−Ｉ線断面図である。図２に示すライトガイド１８の外側上部に付されたＡ〜Ｅは、ロータリースイッチ装置１が備える操作位置を示している。

ライトガイド１８は、図２に示すように、一例として、回転中心に支持部１７が設けられた円板形状を有し、光に対して透明なアクリル樹脂によって形成されている。なお、ライトガイド１８は、アクリル樹脂に限定されず、光が内部を伝播するシリコン樹脂等の光透過性部材であれば良い。

ライトガイド１８は、図２に示すように、一例として、操作ノブ１６によって指示される操作位置（所定の操作位置）Ａ〜Ｅの５つの操作位置に基づいて後述する領域Ａ〜Ｅが形成されている。また、領域Ｆは、凹部１８４が形成されていないものとする。なお、操作部１５は、操作位置Ａから矢印Ｈ方向に対する回転操作が規制され、操作位置Ｅから矢印Ｇ方向に対する回転操作が規制されているものとする。

ライトガイド１８は、図３に示すように、受光部１４の受光面に対向する下部１８２に対向し、凹部群（反射領域）１８３が設けられた上部１８０と、光２が入射する側部１８１と、受光部１４の受光面と対向する面である下部１８２と、を備えて概略構成されている。

ライトガイド１８は、一例として、図３に示す厚みＷが０．７〜１．０ｍｍであり、発光部１２から出射した光２が側部１８１から入射し、その光２が、上部１８０及び下部１８２の内部側の面、すなわち、境界面によって全反射するように構成されている。なお、上部１８０からの光２の漏れを防ぐため、上部１８０に蒸着等の公知の金属反射膜を形成しても良く、さらに、側部１８１に光２の入射を妨げない程度の金属反射膜を形成しても良い。また、凹部群１８３が形成されない下部１８２に金属反射膜を形成しても良く、支持部１７とライトガイド１８の境界に金属反射膜を形成しても良く、さらに、これらを組合せて形成しても良い。

（凹部の構成）
図４は、本発明の実施の形態に係る図３に示す受光部付近のライトガイドの拡大図であり、図５は、本発明の実施の形態に係る凹部郡の拡大図である。図５は、最も密度が高い凹部群１８３の一部分を示しており、２つの凹部１８４の中心を結んで断面とした状態を示している。

凹部群１８３は、領域Ａ〜Ｅの上部１８０に設けられ、少なくとも１つの凹部１８４から形成されている。また、凹部群１８３は、一例として、受光部１４に近いほど凹部１８４と凹部１８４の間隔が密となるように、すなわち、密度が高くなるように配置され、凹部群１８３の密度は、領域Ａ〜Ｅごとに異なっている。なお、凹部１８４は、領域内全体に渡って形成される必要は無く、操作部１５が所定の操作位置に操作されたとき、受光部１４の受光面に対向する下部１８２に対向する上部１８０部分に形成されて良い。

凹部１８４は、ライトガイド１８の上部１８０に設けられ、ライトガイド１８の作製時に形成され、図５に示すように、断面が略二等辺三角形状となる円錐台形状を有する開口である。

また、図５に示す最も密度の高い部分の凹部１８４と凹部１８４との間隔ａは、一例として７０μｍである。

凹部１８４は、一例として、円錐台形状の上部から下部までの距離ｂが、３０μｍであり、円錐台形状の上部の幅ｃは、５０μｍである。

凹部１８４は、円錐台形状の側面に反射面１８５を有し、反射面１８５は、入射する光２を反射して下部１８２方向に光路を変更するように、一例として、図５に示す角θを７０°としている。反射した光２は、下部１８２の作る面に対して略垂直方向から入射するので、一部の光２が、受光部１４に向けて下部１８２から出射する。

（ロータリースイッチ装置の制御について）
図６は、本発明の実施の形態に係るロータリースイッチ装置に関するブロック図であり、図７は、本発明の実施の形態に係る操作位置と出力電圧の関係を示すグラフである。

ロータリースイッチ装置１は、一例として、図６に示すように、制御部１００によって発光部１２及び受光部１４が制御されている。

制御部１００は、発光部１２に対しては、電力の供給や発光の間隔等を制御し、また、受光部１４から出力される出力信号としての出力電圧に基づいて操作部１５がどの操作位置に操作されたかを判定する。

また、制御部１００は、ロータリースイッチ装置１によって制御される被制御装置３を制御する。これは、ロータリースイッチ装置１が操作された操作位置に基づいて被制御装置３を制御するものである。

非制御装置３は、一例として、車両のエアコンディショナー装置及び音響装置等の電子機器である。

（領域Ａ〜Ｅについて）
受光部１４は、発光部１２からの光２をライトガイド１８の内部、及び凹部群１８３を介して受光するが、各領域Ａ〜Ｅにおいて、凹部群１８３の密度に差があるため、受光部１４に達する光２に差が生じる。例えば、その差は、図７に示すように、階段状になるため、制御部１００は、受光部１４から出力される出力電圧によって正確に操作位置を判定することができる。

図７に示すように、操作部１５が操作位置Ａに操作されたとき、出力電圧が最小であることから、受光部１４の受光面と対向する領域Ａの凹部群１８３の密度は最大となり、操作部１５が操作位置Ｅに操作されたとき、出力電圧が最大であることから、受光部１４の受光面と対向する領域Ｅの凹部群１８３の密度は最小となるよう構成され、さらに、図７に示すように、出力電圧が最小から最大へと階段状になるように、領域Ｂ〜Ｄの密度が設定される。すなわち、密度は、領域Ｅ＜領域Ｄ＜領域Ｃ＜領域Ｂ＜領域Ａとなるように凹部群１８３が形成される。

なお、領域Ａ〜Ｆは、模式的な境界を表しており、すでに記載した通り、所定の操作位置に基づいた受光部１４の受光面に対向する位置にある上部１８０近傍に凹部群１８３が形成されても良い。

（動作）
以下に、本実施の形態におけるロータリースイッチ装置に関する動作を各図を参照して詳細に説明する。まず、ロータリースイッチ装置１が、操作位置Ａに回転操作が行われた場合について説明し、続いて操作位置Ｂ〜操作位置Ｅへと順番に回転操作を行う場合について説明する。

（操作位置Ａに回転操作が行われた場合）
図８は、本発明の実施の形態に係る操作位置Ａに回転操作が行われた場合のロータリースイッチ装置の上平面図である。

操作者は、操作ノブ１６の目印１６０が操作位置Ａを指示するように、図２の状態にある操作ノブ１６に対して矢印Ｈ方向に回転操作を行う。

操作ノブ１６の目印１６０が、図８に示すように、操作位置Ａ付近を指示すると、操作位置Ａに基づいた節度機構によって、操作者は節度を感じ、回転操作を停止する。

操作位置Ａに回転操作が行われたロータリースイッチ装置１の発光部１２は、側部１８１を介して領域Ｆに光２を入射する。

領域Ｆに入射した光２は、ライトガイド１８の上部１８０及び下部１８２の境界面で全反射を繰り返しながら領域Ｆ全域に広がり、領域Ａの受光部１４近傍の凹部群１８３によって光路を変更された光２と、領域Ｅ、領域Ｄ、領域Ｃ及び領域Ｂの凹部群１８３によって光路を変更されなかった光２が領域Ａに入射し、領域Ａの受光部１４近傍の凹部群１８３によって光路を変更された光２とが、下部１８２から出射し、受光部１４によって受光される。

制御部１００は、図７に示すように、受光部１４から出力された出力電圧に基づいて操作ノブ１６の操作位置を操作位置Ａと判定し、操作位置Ａに割り当てられた制御を被制御装置３に対して行う。

（操作位置Ｂに回転操作が行われた場合）
図９は、本発明の実施の形態に係る操作位置Ｂに回転操作が行われた場合のロータリースイッチ装置の上平面図である。

操作者は、操作ノブ１６の目印１６０が操作位置Ｂを指示するように、操作位置Ａにある操作ノブ１６に対して矢印Ｇ方向に回転操作を行う。

操作ノブ１６の目印１６０が、図９に示すように、操作位置Ｂ付近を指示すると、操作位置Ｂに基づいた節度機構によって、操作者は節度を感じ、回転操作を停止する。

操作位置Ｂに回転操作が行われたロータリースイッチ装置１の発光部１２は、側部１８１を介して領域Ｆに光２を入射する。

領域Ｆに入射した光２は、ライトガイド１８の上部１８０及び下部１８２の境界面で全反射を繰り返しながら領域Ｆ全域に広がり、領域Ａの凹部群１８３によって光路を変更されなかった光２が領域Ｂに入射し、領域Ｂの受光部１４近傍の凹部群１８３によって光路を変更された光２と、領域Ｅ、領域Ｄ及び領域Ｃの凹部群１８３によって光路を変更されなかった光２が領域Ｂに入射し、領域Ｂの受光部１４近傍の凹部群１８３によって光路を変更された光２とが、下部１８２から出射し、受光部１４によって受光される。

制御部１００は、図７に示すように、受光部１４から出力された出力電圧に基づいて操作ノブ１６の操作位置を操作位置Ｂと判定し、操作位置Ｂに割り当てられた制御を被制御装置３に対して行う。

（操作位置Ｃに回転操作が行われた場合）
操作者は、操作ノブ１６の目印１６０が操作位置Ｃを指示するように、操作位置Ｂにある操作ノブ１６に対して矢印Ｇ方向に回転操作を行う。

操作ノブ１６の目印１６０が、図２に示すように、操作位置Ｃ付近を指示すると、操作位置Ｃに基づいた節度機構によって、操作者は節度を感じ、回転操作を停止する。

操作位置Ｃに回転操作が行われたロータリースイッチ装置１の発光部１２は、側部１８１を介して領域Ｆに光２を入射する。

領域Ｆに入射した光２は、ライトガイド１８の上部１８０及び下部１８２の境界面で全反射を繰り返しながら領域Ｆ全域に広がり、領域Ａ及び領域Ｂの凹部群１８３によって光路を変更されなかった光２が領域Ｃに入射し、領域Ｃの受光部１４近傍の凹部群１８３によって光路を変更された光２と、領域Ｅ及び領域Ｄの凹部群１８３によって光路を変更されなかった光２が領域Ｃに入射し、領域Ｃの受光部１４近傍の凹部群１８３によって光路を変更された光２とが、下部１８２から出射し、受光部１４によって受光される。

制御部１００は、図７に示すように、受光部１４から出力された出力電圧に基づいて操作ノブ１６の操作位置を操作位置Ｃと判定し、操作位置Ｃに割り当てられた制御を被制御装置３に対して行う。

（操作位置Ｄに回転操作が行われた場合）
図１０は、本発明の実施の形態に係る操作位置Ｄに回転操作が行われた場合のロータリースイッチ装置の上平面図である。

操作者は、操作ノブ１６の目印１６０が操作位置Ｄを指示するように、操作位置Ｃにある操作ノブ１６に対して矢印Ｇ方向に回転操作を行う。

操作ノブ１６の目印１６０が、図１０に示すように、操作位置Ｄ付近を指示すると、操作位置Ｄに基づいた節度機構によって、操作者は節度を感じ、回転操作を停止する。

操作位置Ｄに回転操作が行われたロータリースイッチ装置１の発光部１２は、側部１８１を介して領域Ｆに光２を入射する。

領域Ｆに入射した光２は、ライトガイド１８の上部１８０及び下部１８２の境界面で全反射を繰り返しながら領域Ｆ全域に広がり、領域Ａ、領域Ｂ及び領域Ｃの凹部群１８３によって光路を変更されなかった光２が領域Ｄに入射し、領域Ｄの受光部１４近傍の凹部群１８３によって光路を変更された光２と、領域Ｅの凹部群１８３によって光路を変更されなかった光２が領域Ｄに入射し、領域Ｄの受光部１４近傍の凹部群１８３によって光路を変更された光２とが、下部１８２から出射し、受光部１４によって受光される。

制御部１００は、図７に示すように、受光部１４から出力された出力電圧に基づいて操作ノブ１６の操作位置を操作位置Ｄと判定し、操作位置Ｄに割り当てられた制御を被制御装置３に対して行う。

（操作位置Ｅに回転操作が行われた場合）
図１１は、本発明の実施の形態に係る操作位置Ｅに回転操作が行われた場合のロータリースイッチ装置の上平面図である。

操作者は、操作ノブ１６の目印１６０が操作位置Ｅを指示するように、操作位置Ｄにある操作ノブ１６に対して矢印Ｇ方向に回転操作を行う。

操作ノブ１６の目印１６０が、図１１に示すように、操作位置Ｅ付近を指示すると、操作位置Ｅに基づいた節度機構によって、操作者は節度を感じ、回転操作を停止する。

操作位置Ｅに回転操作が行われたロータリースイッチ装置１の発光部１２は、側部１８１を介して領域Ｆに光２を入射する。

領域Ｆに入射した光２は、ライトガイド１８の上部１８０及び下部１８２の境界面で全反射を繰り返しながら領域Ｆ全域に広がり、領域Ｅの受光部１４近傍の凹部群１８３によって光路を変更された光２と、領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ及び領域Ｄの凹部群１８３によって光路を変更されなかった光２が領域Ｅに入射し、領域Ｅの受光部１４近傍の凹部群１８３によって光路を変更された光２とが、下部１８２から出射し、受光部１４によって受光される。

制御部１００は、図７に示すように、受光部１４から出力された出力電圧に基づいて操作ノブ１６の操作位置を操作位置Ｅと判定し、操作位置Ｅに割り当てられた制御を被制御装置３に対して行う。

（効果）
（１）上記した実施の形態におけるロータリースイッチ装置１によれば、無接点でロータリースイッチ装置１を構成することができるので、接点不良を起すことが無く、信頼性を向上させることができる。

（２）上記した実施の形態におけるロータリースイッチ装置１によれば、構成が簡単であるので、組付けも容易であり、コストを抑制することができる。

（３）上記した実施の形態におけるロータリースイッチ装置１によれば、凹部群１８３の形成を容易に行うことができるので、コストを抑えることができる。

（４）上記した実施の形態におけるロータリースイッチ装置１によれば、凹部１８４によって効果的に光２の光路を変更し、受光部１４によって受光することができるので、精度良く操作位置を判定することができる。

（５）上記した実施の形態におけるロータリースイッチ装置１によれば、凹部１８４を形成する密度によって受光部１４が受光する光２の強度を調整することができるので、容易にライトガイド１８を作製することができる。

（他の実施の形態について）
（１）上記した実施の形態においてロータリースイッチ装置１の発光部１２と受光部１４は、対向する位置に配置されているが、これに限定されず、例えば、受光部１４は、凹部１８４によって光路を変更された光２が出射する方向であれば、配置場所は限定されない。また、発光部１２は、例えば、出射した光２をライトガイド１８の内部に伝播させることが可能であれば、配置場所は限定されない。

（２）上記した実施の形態においてライトガイド１８は、円板形状を有していたが、これに限定されず、例えば、板形状のライトガイドとし、一方の側部から光を入射し、凹部群１８３によって光路を変更された光２を受光するような構成としても良い。また、ライトガイド１８は、多角形状であっても良い。

（３）上記した実施の形態において操作位置は、操作位置Ａ〜Ｅの５種類であったが、これに限定されず、用途に応じて増減可能である。

（４）上記した実施の形態において凹部１８４は、円錐台形状であったが、これに限定されず、例えば、円錐形状や三角錐形状等であっても良いし、光２の光路を変更し、ライトガイド１８の外側に導くものであれば、その他の形状であっても良い。

（５）上記した実施の形態において凹部１８４は、円錐台形状であったが、これに限定されず、例えば、光２を反射することができる金属粉を操作位置に基づいたライトガイド１８の領域に混合し、光２の光路を変更して受光部１４によって受光されるように構成しても良い。

（６）上記した実施の形態において受光部１４は、階段状の出力電圧を出力しているが、これに限定されず、連続的な出力が得られるように、ライトガイド１８に凹部１８４を形成しても良い。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形が可能である。

本発明の実施の形態に係るロータリースイッチ装置の斜視図である。 本発明の実施の形態に係る操作位置Ｃに回転操作が行われた場合のロータリースイッチ装置の上平面図である。 本発明の実施の形態に係る図２のＩ−Ｉ線断面図である。 本発明の実施の形態に係る図３に示す受光部付近のライトガイドの拡大図である。 本発明の実施の形態に係る凹部郡の拡大図である。 本発明の実施の形態に係るロータリースイッチ装置に関するブロック図である。 本発明の実施の形態に係る操作位置と出力電圧の関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る操作位置Ａに回転操作が行われた場合のロータリースイッチ装置の上平面図である。 本発明の実施の形態に係る操作位置Ｂに回転操作が行われた場合のロータリースイッチ装置の上平面図である。 本発明の実施の形態に係る操作位置Ｄに回転操作が行われた場合のロータリースイッチ装置の上平面図である。 本発明の実施の形態に係る操作位置Ｅに回転操作が行われた場合のロータリースイッチ装置の上平面図である。

符号の説明

１…ロータリースイッチ装置、２…光、３…被制御装置、１０…基板、１１…取付部、１２…発光部、１３…取付部、１４…受光部、１５…操作部、１６…操作ノブ、１７…支持部、１８…ライトガイド、１００…制御部、１６０…目印、１８０…上部、１８１…側部、１８２…下部、１８３…凹部群、１８４…凹部、１８５…反射面

Claims (4)

1. 所定の操作位置に操作可能に設けられた操作部と、
   前記操作部に設けられ、前記所定の操作位置に基づいて光を反射する反射領域が形成された光伝播部と、
   前記光伝播部に向けて前記光を出射する発光部と、
   前記発光部から出射した前記光を前記反射領域を介して受光し、受光した前記光の強度に基づいた出力信号を出力する受光部と、
   を備えた光スイッチ。
2. 前記光伝播部は、円板形状を有し、前記発光部から出射した前記光が側部を介して内部に伝播し、前記受光部の受光面と対向する前記光伝播部の面に対向する面に前記反射領域が形成され、
   前記受光部は、前記内部を伝播し、前記反射領域によって反射された前記光を受光する請求項１に記載の光スイッチ。
3. 前記反射領域は、前記光を前記受光部に向けて反射する少なくとも１つの凹部が形成され、前記所定の操作位置に基づいて前記凹部が形成される密度が異なる請求項１に記載の光スイッチ。
4. 所定の操作位置に回転操作可能に設けられた操作部と、
   円板形状を有して前記操作部に設けられ、前記所定の操作位置に基づいて光を反射する少なくとも１つの凹部を有する反射領域が形成された光伝播部と、
   前記光伝播部に向けて前記光を出射する発光部と、
   前記光伝播部の内部を伝播する前記光を前記反射領域を介して受光し、受光した前記光の強度に基づいた出力信号を出力する受光部と、
   を備えた光スイッチ。

Images