JP4412217B2 - ハーフミラー付き静電容量型タッチスイッチ装置 - Google Patents
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Description
光学センサを利用したハーフミラー付きスイッチは、図1に示した構造が一般的で使われている。動作原理は、照明手段1から文字や絵を描いた表示シートに光を透過し、その光を屈折率分布型レンズの働きで、表示シートに描いた絵や文字を空中に結像し浮かび上がったように見せる。その絵や文字が浮かび上がった結像ポイントに合わせて、発光素子2より投光させる。結像ポイントに光を反射する物がなければ発光素子2からの光は通過し、結像ポイントに手をかざすと発光素子1からの光を反射し、その反射光をハーフミラーで屈曲させ受光素子3により認識する。この原理に基づき空中に浮かんだ絵や文字に手を近づけたり離したりすることを確認し、スイッチのON/OFF機能と連動させている。
しかしスイッチが1個の場合は問題ないが、複数個のスイッチを構成するとアクリル板に金属蒸着した面をスイッチの数だけ分割する必要があり、スイッチとスイッチの間に隙間が出来、隙間の部分はミラーの機能が果たさず、ハーフミラーとしの商品価値が著しく低下する。
しかし、図1の構成から明らかなように、使用者の指の反射光を屈曲させるためのハーフミラーを斜めに取り付ける構造で、スペースが必要になり、軽薄短小が要求される電子機器やオーディオのスイッチに採用する場合には、筐体の厚みが問題となり不向きである。
また、静電容量変化型ハーフミラー付きスイッチは、設置場所の美観を損なうことが少ないため、セントラルタイプの給湯器や暖房装置のリモコンに採用されている。このリモコンは、リビングルームやダイニングルームに設置し、使わないときはハーフミラー部分が鏡状態となり、鏡に指が触れると静電容量が変化し、液晶のバックライトを点灯し液晶表示が現れ、図3の(a)に示した状態となる。しかしセントラルタイプの給湯器や暖房装置のリモコンは、時間セットや温度調整機能がありスイッチが複数必要になる。そのためリモコンを使わない状態でも、リモコン全体を鏡に出来ず、図3の(b)ようにスイッチが見えてしまう状況が発生する。この原因は静電容量用電極とハーフミラーが共有され、スイッチが1個しか実現できないためである。この構成では、ハーフミラーの特徴が半減してしまう。
ハーフミラーは、図4に示すアクリル板にアルミニウム膜を真空蒸着したもので、金属蒸着のため導通性があり低い抵抗値になる。その為、図5に示す導通性のアルミニウム膜の下に静電容量電極を搭載する場合に1個の静電容量電極を搭載する場合なら問題ないが、図6に示すように静電容量電極を複数個搭載すると、アルミニウム膜で電極全体が覆われ、全部の電極が同時に静電容量変化を引き起こし、各電極の静電容量変化の区別が出来なくなる現象が発生する。
そこで本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、スイッチ構造を小型化し、非接触浮上入力機能が実現でき、またスイッチ形状やスイッチを設ける数も限定しないハーフミラー付き静電容量型タッチスイッチ装置を提供する事にある。
更に制御回路のプログラムにより、静電容量のOFF/近接/ONの判定基準を3段階にしたことで浮上入力が可能となり、構造もITO透明電極シートの100ミクロンしか厚みが増えず、薄型構造が実現可能なものである。
その為、軽薄短小が要求される電子機器やオーディオのスイッチにも、ハーフミラー付き静電容量型タッチスイッチが搭載可能となるものである。
ハーフミラー付き電極パネルは、アクリル板に錫膜を真空蒸着した非導通タイプのハーフミラーパネルを作成し、PETフィルムにITO透明電極膜を印刷した静電容量電極シートを透明な糊で貼り付けた物である。静電容量電極シートのスイッチ部に指が触れると静電容量が変化し、スイッチ機能を実現している。
表示ユニットは、通常表面が鏡になっている状態からスイッチの位置と形状を分かりやすくするために、青色LED(LED−A1、LED−B1、LED−C1)を同時に点灯し、スイッチを触られた場合には触られたスイッチ部分の白色LED(LED−A2、LED−B2、LED−C2)の何れかを点灯させる。
制御基板は、図12で示したスイッチ電極切り換え回路、発振回路を利用した容量変化を周波数変化に変換するC/F変換回路、しきい値データを記憶するための不揮発性メモリ、波形の幅が計測できるインプットキャプチャ機能を内蔵したCPUで構成する。CPUのI/O端子1は、不揮発性メモリのリードライトに使用する。スイッチ電極切り換え回路は、汎用のアナログスイッチで構成され、CPUのI/O端子2でスイッチ電極SW−A/SW−B/SW−Cの何れかを選択する機能を有している。CPUのI/O端子3は、LED駆動制御に使用する。
電極パネル10上に使用者の手が存在しないスイッチOFF状態(図13参照)で、CPUのI/O端子2(図12を参照)よりスイッチ電極切り換え回路に対し、制御信号を出力し、C/F変換回路にSW−A、SW−B、SW−Cの順番で接続しその時の発振周波数を測定し、各スイッチOFF状態の発信周波数Toff−A,Toff−B,Toff−CをCPUのI/O端子1に接続された不揮発性メモリに記憶する。
次に電極パネル4上に使用者の手5が近接した状態(図14参照)で、CPUのI/O端子2(図12参照)よりスイッチ電極切り換え回路に対し、制御信号を出力し、C/F変換回路にSW−A、SW−B、SW−Cの順番で接続しその時の発振周波数を測定し、各スイッチ上での近接状態の発信周波数Tnea−A,Tnea−B,Tnea−CをCPUのI/O端子1に接続された不揮発性メモリに記憶する。
続いて電極パネル4上に使用者の手11が、触れた状態(スイッチONの状態)で、CPUのI/O端子2(図12参照)よりスイッチ電極切り換え回路に対し、制御信号を出力し、C/F変換回路にSW−A、SW−B、SW−Cの順番で接続しその時の発振周波数を測定し、各スイッチ上での発信周波数Ton−A,Ton−B,Ton−CをCPUのI/O端子1に接続された不揮発性メモリに記憶する。
1.図13のスイッチOFF状態の発振周波数
・容量 C=C1
・抵抗値 R=R1
・周波数 Toff−A,B,C=100kHz程度
2.図14のスイッチに手が近接状態の発振周波数
・容量 C=C1+C2(手が近づいたことによる容量増加)
・抵抗値 R=R1
・周波数 Tnea−A,B,C=99.8kHz程度
3.図15のスイッチON状態の発振周波数
・容量 C=C1+C3(指が触ったことによる容量増加)
・抵抗値 R=R1
・周波数 Ton−A,B,C=99kHz程度
図13の状態(スイッチOFF状態)で周波数を計測すると、SW−A=SW−B=SW−C=100kHzでToffと同じ周波数のためスイッチOFFと判断できる。その時のパネル表示は図16でCPUのI/O端子3よりLEDが消灯した鏡状態となる。
図14の状態(使用者の指が電極パネル上に近接した状態)で周波数を計測すると、SW−A=SW−B=100kHzでSW−C=99.8kHzの為SW−A,BはToffと同じ周波数のためスイッチOFFと判断し、SW−CはTneaと同じ周波数のため近接状態と判断できる。その時のパネル表示状態は図17でCPUのI/O端子3よりLED−A1,B1,C1が3個とも点灯し、スイッチ青色表示となる。この時非接触の浮上入力が可能となる。
図15の状態(使用者の指が電極パネル上に接触した状態)で周波数を計測すると、SW−A=SW−C=99.8kHzでSW−B=99kHzの為SW−A,CはTneaと同じ周波数のため近接状態と判断し、SW−BはTonと同じ周波数のためスイッチON状態と判断できる。その時のパネル表示状態は図18に示している状態であり、CPUのI/O端子3よりLED−A1,C1が点灯しLED−B1が消灯しスイッチSW−A、Cは青色の表示となる。スイッチBは、ON状態のため白色LED−B2が点灯しスイッチON状態を目視確認できる。このことによりSW−Bが押されたことが確認できる。
2 発光素子
3 受光素子
4 電極パネル
5 使用者の手
Claims (2)
- ハーフミラー付き静電容量型タッチスイッチにおいて、ハーフミラーはアクリル板に100メガオーム以上の真空蒸着により錫薄膜を蒸着して非導通タイプのハーフミラーパネルとした構成であり、前記静電容量型タッチスイッチは、ITO透明電極で作成した静電容量電極シートを、透明な接着剤で前記ハーフミラーパネルに貼り付けた電極パネルを構成したハーフミラー付き静電容量型タッチスイッチであり、前記電極パネルを使用者の指が接触した状態又は非接触状態に応じて静電容量変化量を計測して演算する演算回路と、前記静電容量の変化量を記憶する不揮発性メモリを制御基板に搭載し、前記演算回路で演算した静電容量変化の演算結果により前記ハーフミラーを鏡の状態または、スイッチ表示の状態に切り替える手段を内蔵したことを特徴としたことを特徴とするハーフミラー付き静電容量型タッチスイッチ装置。
- 静電容量変化の違いにより入力感度レベルを3段階に設定し、1段目以下の場合スイッチOFF状態で全面鏡、2段目範囲内は近接状態でスイッチの存在を認識出来き、3段目以上でスイッチON状態と認識出来き、入力感度レベルで切り替え機能を選択出来ることを特徴とする請求項1記載のハーフミラー付き静電容量型タッチスイッチ装置。
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