JP2011159460A - 車両室内灯用のスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】安価で汎用的なマイコンを用いて構成可能なスイッチを提供する。
【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する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両室内灯用のスイッチに関する。

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。

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、安価で汎用的なマイコンを用いて構成可能なスイッチの提供にある。

本発明のある態様は、車両室内灯のスイッチに関する。このスイッチは、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するマイコンと、を備える。

この態様によると、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。

本発明によれば、安価で汎用的なマイコンを用いたスイッチ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。

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（以下、単にスイッチともいう）１００は、複数のタッチ部１０_１〜１０_３、複数の発振器１２_１〜１２_３、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_３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、３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_３は、複数のタッチ部１０_１〜１０_３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≦３）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_３それぞれの出力信号Ｓ２_１〜Ｓ２_３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_３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_３ごとに設けられた複数のダイオードＤ１_１〜Ｄ１_３と、プルアップ抵抗Ｒ２を含む。複数のダイオードＤ１_１〜Ｄ１_３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_３それぞれのカソードは、対応する発振器１２_１〜１２_３の出力端子と接続され、対応する出力信号Ｓ２_１〜Ｓ２_３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_３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_３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。

マイコン２０は、各発振器１２_１〜１２_３に対する制御信号Ｓ１_１〜Ｓ１_３を出力する端子Ｐ１_１〜Ｐ１_３、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_３に対する接触の有無を示す検出信号Ｓ４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_３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_３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_３のひとつ１２_ｊ（１≦ｊ≦３）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。そしてマイコン２０は、タッチ部１０_ｊの接触の有無を示す出力信号Ｓ４を出力端子Ｐ３から出力する。出力信号Ｓ４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。

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２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_３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、対応するオシレータ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３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_３からの出力信号Ｓ２_１〜Ｓ２_３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。

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 (1)

1. 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するマイコンと、
   を備えることを特徴とする車両室内灯用のスイッチ。

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