スイッチ装置
【課題】光源を追加したり、専用の制御回路を追加したりすることなく、なされた操作に基づいて機械的に照明によるフィードバックを行うことができ、さらに、誤検出を防止することができるスイッチ装置を提供する。
【解決手段】スイッチ装置１は、主に、光を出射するＬＥＤ１２と、ＬＥＤ１２から出射された光を内部に伝達させるライトガイド１０と、ライトガイド１０になされた押し下げ操作に基づいて弾性変形を行ってライトガイド１０の内部に伝達する光を、自身の内部に伝達させて光の進行方向をライトガイド１０の表面１００方向に変更させる光路変更部２４と、ライトガイド１０になされた押し下げ操作を検出する電極１３０を有するタッチセンサ部１３と、を備える。
【解決手段】スイッチ装置１は、主に、光を出射するＬＥＤ１２と、ＬＥＤ１２から出射された光を内部に伝達させるライトガイド１０と、ライトガイド１０になされた押し下げ操作に基づいて弾性変形を行ってライトガイド１０の内部に伝達する光を、自身の内部に伝達させて光の進行方向をライトガイド１０の表面１００方向に変更させる光路変更部２４と、ライトガイド１０になされた押し下げ操作を検出する電極１３０を有するタッチセンサ部１３と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、半透明のカバーと、カバーの下に設けられたタッチパッドと、タッチパッドの下に設けられた発光層と、を備えたタッチパッド装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このタッチパッド装置は、さらに、なされた操作を検出するようにタッチパッドを制御するタッチパッドセンサコントローラと、発光するように発光層を制御する照明コントローラと、を備えている。照明コントローラは、タッチパッドコントローラに接続され、操作がなされた位置に関する情報がタッチパッドコントローラから照明コントローラに出力される。照明コントローラは、この位置に関する情報に応じて発光層を発光させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１２１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のタッチパッド装置は、照明コントローラによる電子制御により、操作された位置の発光が制御されるので、処理能力の高いＣＰＵ（Central Processing Unit）を使用しなければならず製造コストが高くなる。また、従来のタッチパッド装置は、例えば、カバーに水滴が付着した場合、水滴の寄生容量により、指を誤検出する可能性がある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、光源を追加したり、専用の制御回路を追加したりすることなく、なされた操作に基づいて機械的に照明によるフィードバックを行うことができ、さらに、誤検出を防止することができるスイッチ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、光を出射する光源と、光源から出射された光を内部に伝達させるライトガイドと、ライトガイドになされた押し下げ操作に基づいて弾性変形を行ってライトガイドの内部に伝達する光を、自身の内部に伝達させて光の進行方向をライトガイドの表面方向に変更させる光路変更部と、ライトガイドになされた押し下げ操作を検出する電極を有するタッチセンサ部と、を備えたスイッチ装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光源を追加したり、専用の制御回路を追加したりすることなく、なされた操作に基づいて機械的に照明によるフィードバックを行うことができ、さらに、誤検出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は、第１の実施の形態に係るスイッチ装置の上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のI（ｂ）-I（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図であり、（ｃ）は、スイッチ装置のタッチセンサ部のブロック図である。
【図２】図２（ａ）は、第１の実施の形態に係る光路変更部の上面図であり、（ｂ）は、光路変更部の側面図であり、（ｃ）及び（ｄ）は、押し下げ操作の前後で光の進行方向が変更される様子を説明するための模式図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施の形態に係る押し下げ操作の前後で光の進行方向が変更される様子を説明するための模式図であり、（ｃ）は、変形例に係る光路変更部と基板に形成されたパターンとの接続を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態の要約）
実施の形態に係るスイッチ装置は、光を出射する光源と、光源から出射された光を内部に伝達させるライトガイドと、ライトガイドになされた押し下げ操作に基づいて弾性変形を行ってライトガイドの内部に伝達する光を、自身の内部に伝達させて光の進行方向をライトガイドの表面方向に変更させる光路変更部と、ライトガイドになされた押し下げ操作を検出する電極を有するタッチセンサ部と、を備える。
【００１１】
[第１の実施の形態]
（スイッチ装置１の構成）
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係るスイッチ装置の上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のI（ｂ）-I（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図であり、（ｃ）は、スイッチ装置のタッチセンサ部のブロック図である。なお、実施の形態に係る各図において、部品と部品との比率は、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１２】
このスイッチ装置１は、一例として、車両に搭載され、押し下げ操作前には、照明されていなかった後述するフィードバックマーク１９ａが、押し下げ操作後に照明されることで、操作者に操作を受け付けたことをフィードバックする、つまり、操作フィードバックを操作者に与えるように構成されている。また、スイッチ装置１は、例えば、水滴が付着した場合、水滴による寄生容量に起因する誤検出を防止することができるように構成されている。なお、本実施の形態に係るスイッチ装置１は、一例として、車両に取り付けられるが、これに限定されない。また、以下における押し下げ操作前とは、押し下げ操作を行う前を示し、押し下げ操作後とは、押し下げ操作を行って光路変更部２４が最も押しつぶれている時点を示すものとする。
【００１３】
スイッチ装置１は、主に、光を出射する光源としてのＬＥＤ（Light Emitting Diode）１２と、ＬＥＤ１２から出射された光を内部に伝達させるライトガイド１０と、ライトガイド１０になされた押し下げ操作に基づいて弾性変形を行ってライトガイド１０の内部に伝達する光を、自身の内部に伝達させて光の進行方向をライトガイド１０の表面１００方向に変更させる光路変更部２４と、ライトガイド１０になされた押し下げ操作を検出する電極１３０を有するタッチセンサ部１３と、を備える。
【００１４】
また、スイッチ装置１は、例えば、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、ライトガイド１０の表面１００に接着剤１４を介してシート１６が設けられている。
【００１５】
スイッチ装置１は、例えば、図１（ｂ）に示すように、筐体４に形成された凹部４０の底部である設置面４１に配置される。
【００１６】
（ライトガイド１０の構成）
ライトガイド１０は、例えば、表面１００及び裏面１０１が矩形となる板形状を有する。また、ライトガイド１０は、例えば、裏面１０１から窪んだ段差部１０２が形成されている。
【００１７】
ライトガイド１０は、例えば、光を透過させるアクリル、ポリカーボネート等の合成樹脂を用いて形成される。ライトガイド１０の内部を進行する光は、ライトガイド１０の側面１０４に設けられた反射部材２０と衝突又は相互作用して散乱する（以下では散乱すると記載する。）。
【００１８】
この散乱された光の一部は、シート１６とライトガイド１０との間に形成される空気層５との境界、光路変更部２４とライトガイド１０との間に形成される空気層６との境界、及び側面１０３等に接する空気７との境界で反射する。これは、ライトガイド１０の屈折率が、空気層５、空気層６及び空気７の屈折率よりも大きいので、全反射が起こり易いことに起因している。
【００１９】
シート１６に形成されたマーク１９ｂに対応するライトガイド１０の裏面１０１の段差部１０２には、光をマーク１９ｂ方向に散乱させる散乱部材２２が設けられている。この散乱部材２２によって、光の一部は、マーク１９ｂを介してライトガイド１０の外に放出されるので、操作者からは、マーク１９ｂが照明されているように見える。段差部１０２は、例えば、ライトガイド１０の裏面１０１と、散乱部材２２の光路変更部２４に接触する側の面と、が同じ平面上、つまり、フラットになるように構成されている。
【００２０】
ここで、反射部材２０及び散乱部材２２は、例えば、アルミニウム、銀等の金属材料、酸化チタン（チタンホワイト）等を用いた塗装、及び光を反射する白色シート等を用いて形成される。
【００２１】
（ＬＥＤ１２の構成）
ＬＥＤ１２は、例えば、車両の電源がオン状態にされると点灯するように構成されている。
【００２２】
ＬＥＤ１２は、例えば、図１（ａ）に示すシート１６の上面視において横中央の線（例えば、I（ａ）-I（ａ）線）を中心線として筐体４の凹部４０の側面４２に設けられている。ＬＥＤ１２の側面４２における位置は、例えば、図１（ｂ）に示すように、ライトガイド１０の側面１０３の中央に向けて光を出射可能な位置である。従って、ＬＥＤ１２から出射された光は、ライトガイド１０の側面１０３から内部へ進行し、側面１０４に設けられた反射部材２０により散乱する。
【００２３】
この散乱された光の一部が、さらに、散乱部材２２により散乱する。この散乱した光の一部が、臨界角よりも小さい角度で空気層５との境界に入射するので、ライトガイド１０と空気層５の境界で反射せずに、マーク１９ｂを照明する光となる。
【００２４】
このＬＥＤ１２は、例えば、スイッチ装置１を照明する目的で設けられた光源を、照明フィードバックとしても用いている。つまり、スイッチ装置１は、照明用のＬＥＤ１２以外に照明フィードバック用の光源を追加する必要がない。
【００２５】
（タッチセンサ部１３の構成）
タッチセンサ部１３は、例えば、図１（ｃ）に示すように、電極１３０と、静電容量ＩＣ（Integrated Circuit）１３１と、を備えて概略構成されている。
【００２６】
電極１３０は、例えば、ライトガイド１０と対向する光路変更部２４の面、つまり、後述する光路変更部２４の表面２４１、及び凸部２４２の表面、に形成される。また、電極１３０は、例えば、光路変更部２４の側面にも設けられている。この電極１３０は、例えば、酸化インジウム系、酸化スズ系及び酸化亜鉛系の透明電極が用いられる。なお、電極１３０は、例えば、光路変更部２４の全面に設けられ、基板２６に設けられたパターンと裏面側で電気的に接続されても良い。
【００２７】
この電極１３０は、例えば、基板２６に形成されたパターン２６０と電気的に接続するように構成されている。このパターン２６０は、静電容量ＩＣ１３１と電気的に接続されている。また、基板２６は、例えば、電子部品等が搭載されたプリント配線基板である。
【００２８】
静電容量ＩＣ１３１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等から構成されるマイクロコンピュータである。この静電容量ＩＣ１３１は、例えば、電極１３０から取得した静電容量信号から求められる静電容量と、ＲＯＭに格納されたしきい値と、を比較することで、押し下げ操作がなされたか否かを判定するように構成されている。このタッチセンサ部１３は、一例として、指による押し下げ操作により、後述する光路変更部２４の厚みがｈ１からおよそｈ２となるときの静電容量が、静電容量ＩＣ１３１に格納されたしきい値よりも大きくなるように構成されている。ここで、光路変更部２４の厚みがｈ２のとき、一例として、電極１３０を介したライトガイド１０と光路変更部２４との接触面積が最大になるものとする。
【００２９】
ここで、静電容量は、例えば、主に、検出対象物と電極１３０の距離に反比例し、検出対象物とシート１６との接触面積、及び電極１３０とライトガイド１０の接触面積に比例する。操作者の指と水滴とを比較した場合、接触面積は、指の方が大きいといえる。また、電極１３０は、押し下げ操作前であっても、ライトガイド１０と点で接していることから、シート１６に接する検出対象物との距離は、ライトガイド１０を押し下げたときと変化しない。しかし、電極１３０がライトガイド１０に接触する接触面積は、押し下げ操作を行っているときの方が大きくなる。つまり、検出される静電容量は、押し下げ操作前よりも押し下げ操作を行っているときの方が大きくなる。従って、指で押し下げ操作を行って光路変更部２４の厚みがｈ１とｈ２の間で、ｈ２よりの厚みとなるときの静電容量がしきい値を超えるように、しきい値を定めることにより、静電容量ＩＣ１３１は、精度良く、押し下げ操作の判定を行うことが可能となる。また、静電容量ＩＣ１３１は、光路変更部２４の厚みがｈ１で接触面積が指よりも小さい水滴の静電容量がしきい値を越えることはないので、誤検出を行うことはない。なお、以下では、説明を簡略化するため、例えば、押し下げ操作の検出に関する記載において、厚みがｈ２となるときの静電容量がしきい値を超える等の表現を用いるものとする。
【００３０】
（シート１６の構成）
シート１６は、例えば、フィルム形状のＰＣ（ポリカーボネート）等の合成樹脂を用いて形成される。このシート１６は、例えば、遮蔽部としての印刷部１８と、透過部としてのフィードバックマーク１９ａ及びマーク１９ｂと、が形成されている。なお、１枚のシートの下に、複数のスイッチ装置が配置される場合、押し下げ操作により局所的にシートが変形しなければ、それぞれの光路変更部２４を弾性変形させることができないので、シート１６は、ポリカーボネートのような局所的な変形が可能な合成樹脂であることが望ましい。
【００３１】
印刷部１８は、印刷によるインクが塗布された領域であり、ライトガイド１０から放出された光を遮蔽する。一方、フィードバックマーク１９ａ及びマーク１９ｂは、インクが塗布されていない領域であるので、ライトガイド１０から放出された光が透過する。
【００３２】
上述したように、ライトガイド１０は、マーク１９ｂに対応する段差部１０２に散乱部材２２が形成されているので、マーク１９ｂが照明される。
【００３３】
一方、フィードバックマーク１９ａに対応する裏面１０１には、電極１３０を介して光路変更部２４が接触しているが、押し下げ操作前、その面積は小さい。つまり、光路変更部２４に対応するライトガイド１０の領域では、ライトガイド１０の屈折率と、空気層６の屈折率と、によって後述する臨界角が決まるので、ほとんどの光が反射し、フィードバックマーク１９ａは、照明されない。なお、電極１３０は、光の透過率が高い（一例として、ガラスの光透過率を１００％として平均透過率が８０％以上）ので、ライトガイド１０及び電極１３０を介して光路変更部２４へ入射する光の臨界角は、ライトガイド１０と光路変更部２４の屈折率で決まるものとする。また、電極１３０は、光の透過率が高いので、ライトガイド１０と電極１３０との接触面積をライトガイド１０と光路変更部２４との接触面積と近似するものとする。
【００３４】
なお、フィードバックマーク１９ａ及びマーク１９ｂは、ライトガイド１０の表面１００に、直接印刷することで形成されても良い。しかし、例えば、黒色で印刷した場合、ライトガイド１０の内部を反射して印刷部分に到達する光が吸収され、照明の輝度が下がる。一方、本実施の形態のように、ライトガイド１０とシート１６の間に空気層５がある場合、空気層５とシート１６との境界で反射が発生し、ライトガイド１０に進行する光や、ライトガイド１０とシート１６とで反射を繰り返す光が発生するので、光が吸収される場合と比べると、照明の輝度が向上する。なお、空気層５の厚みは、一例として、１μｍ程度である。
【００３５】
（光路変更部２４の構成）
図２（ａ）は、第１の実施の形態に係る光路変更部の上面図であり、（ｂ）は、光路変更部の側面図であり、（ｃ）及び（ｄ）は、押し下げ操作の前後で光の進行方向が変更される様子を説明するための模式図である。
【００３６】
光路変更部２４は、例えば、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本体２４０と、複数の凸部２４２と、を備えて概略構成されている。光路変更部２４は、一例として、図２（ｃ）に示すように、厚みｈ１が１．５ｍｍであり、押し下げ操作後の厚みｈ２が１．０ｍｍとなる。
【００３７】
また、光路変更部２４は、例えば、図１（ｂ）に示すように、ライトガイド１０と基板２６の間に設けられ、ライトガイド１０の裏面１０１と、ライトガイド１０の段差部１０２の散乱部材２２と、に後述する凸部が接触している。つまり、光路変更部２４は、ライトガイド１０を支持している。なお、スイッチ装置１は、例えば、ライトガイド１０の移動を案内するガイド等が設けられても良いし、光路変更部２４以外にライトガイド１０を支持する機構を有していても良い。
【００３８】
光路変更部２４は、例えば、光が透過し、さらに、弾性を有するシリコーンゴム、アクリルゴム等の合成樹脂性ゴムを用いて形成される。光路変更部２４には、例えば、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム等の光拡散剤が混合されている。光は、主に、この光拡散剤により散乱する。なお、光路変更部２４は、例えば、ライトガイド１０等の重さにより、弾性変形し難い材料を用いて形成されるのが望ましい。
【００３９】
光路変更部２４の本体２４０は、例えば、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、表面２４１が正方形となる板形状を有する。光路変更部２４は、例えば、ライトガイド１０と対向する面に、先端が先細りとなる少なくとも１つの凸部２４２を有する。本実施の形態に係る光路変更部２４は、例えば、その表面２４１上に、円錐形状となる複数の凸部２４２が設けられている。この凸部２４２の先端が、ライトガイド１０の裏面１０１に、電極１３０を介して接触しているので、操作がなされていないときは、凸部２４２がライトガイド１０に電極１３０を介して接触する接触面積は、表面２４１の面積よりも小さい。これは、操作前に、フィードバックマーク１９ａを照明させないためである。以下では、フィードバックマーク１９ａの照明について説明する。
【００４０】
例えば、ライトガイド１０が、屈折率ｎ１（１．４９０）のアクリルから形成され、光路変更部２４が、屈折率ｎ２（１．４６５）のアクリルゴムから形成されている場合の臨界角θＣは、次のように算出される。なお、以下の計算では、電極１３０の影響は小さいとしている。
【００４１】
押し下げ操作がなされる前、ライトガイド１０に接触する光路変更部２４の凸部２４２の面積は、わずかであることから、臨界角θＣは、ライトガイド１０と空気層６との屈折率を用いて算出される。従って、スネルの法則より、臨界角θＣは、arcsin（ｎ２／ｎ１）であるから、臨界角θＣは、約４２°（４２．１５５°）と計算される。つまり、ライトガイド１０の内部を反射しながら進行する光は、図２（ｃ）に示す入射角θ１が約４２°よりも小さくならないとライトガイド１０の外に放出されないこととなる。
【００４２】
一方、押し下げ操作がなされた後、光路変更部２４の凸部２４２が弾性変形することでつぶれ、ライトガイド１０と光路変更部２４の接触面積が増大する。この場合の臨界角θＣは、ライトガイド１０と光路変更部２４の屈折率を用いて算出される。従って、スネルの法則より、臨界角θＣは、約８０°（７９．４８９°）と計算される。つまり、ライトガイド１０の内部を反射しながら進行する光は、図２（ｄ）に示す入射角θ２が約８０°よりも小さいものが、光路変更部２４内に進行することとなる。これは、押し下げ操作がなされた場合の光が、押し下げ操作がなされる前の光よりも容易に光路変更部２４内に進行することを意味する。
【００４３】
以上の結果により、ライトガイド１０の屈折率ｎ１と光路変更部２４の屈折率ｎ２は、近いほうが望ましいことが分かる。つまり、スネルの法則より、例えば、ライトガイド１０の屈折率ｎ１と光路変更部２４の屈折率ｎ２が等しい場合、臨界角θＣが９０°となり、光路変更部２４上に達したほとんどの光は、光路変更部２４に進行する。一方、ライトガイド１０の屈折率ｎ１（アクリルの場合１．４９０）と空気層の屈折率ｎ２（１．０００）から算出される臨界角θＣは、前述のように約４２°であるからその差は歴然としている。
【００４４】
光路変更部２４に進行した光は、光路変更部２４内で散乱し、散乱光としてライトガイド１０内に進行する。この散乱光のうち、ライトガイド１０と空気層５により定まる臨界角より入射角が小さくなる光の一部が、フィードバックマーク１９ａを透過するので、操作者からは、フィードバックマーク１９ａが照明されたように見える。
【００４５】
以下に、本実施の形態に係るスイッチ装置１の動作について、各図を参照して説明する。
【００４６】
（第１の実施の形態の動作）
・マーク１９ｂの照明
ＬＥＤ１２は、車両の電源がオン状態にされると、点灯する。ＬＥＤ１２から出射された光は、スイッチ装置１のライトガイド１０の側面１０３からライトガイド１０内に進行し、側面１０３の反対側の側面１０４に設けられた反射部材２０により散乱する。
【００４７】
反射部材２０によって散乱した光は、ライトガイド１０と空気層５、空気層６及び空気７との境界で反射を繰り返し、その一部は、ライトガイド１０の裏面１０１に設けられた散乱部材２２により散乱する。この散乱した光の一部が、ライトガイド１０の屈折率と空気層５の屈折率で決まる臨界角θＣよりも小さい入射角となるので、マーク１９ｂを透過してマーク１９ｂを照明する。
【００４８】
・フィードバックマーク１９ａの照明
操作者は、スイッチ装置１を操作するため、マーク１９ｂ部分を押し下げる。
【００４９】
スイッチ装置１は、この押し下げ操作の操作力により、ライトガイド１０が押し下げ操作方向に移動して光路変更部２４の厚みをｈ１からｈ２に弾性変形させる。また、押し下げ操作に基づく静電容量が静電容量ＩＣ１３１に格納されたしきい値よりも大きくなるので、静電容量ＩＣ１３１は、押し下げ操作がなされたと判定し、押し下げ操作がなされたことを示す操作信号を出力する。
【００５０】
また、光路変更部２４は、この押し下げ操作により、厚みｈ１から厚みｈ２に弾性変形すると、凸部２４２がつぶれて、電極１３０を介したライトガイド１０との接触面積が増大する。
【００５１】
光路変更部２４が弾性変形することにより、電極１３０を介したライトガイド１０と光路変更部２４の接触面積が、弾性変形前と比べて大きくなり、臨界角θＣが、ライトガイド１０の屈折率と、光路変更部２４の屈折率と、により決まることとなる。上記に計算したように、この場合の臨界角θＣは、約８０°となり、ライトガイド１０と光路変更部２４との境界に到達した光で、臨界角θＣが８０°以下のものは、光路変更部２４に進行する。
【００５２】
光路変更部２４に進行した光は、光路変更部２４内で反射を繰り返す。光路変更部２４からライトガイド１０に進行した光の一部は、ライトガイド１０と空気層５の境界に入射角が臨界角より小さくなるように入力したものが、フィードバックマーク１９ａを透過するので、操作者からは、フィードバックマーク１９ａが照明されたように見える。
【００５３】
操作者が操作を終了すると、光路変更部２４の復元力により、ライトガイド１０は、押し下げ操作方向とは逆向きに移動し、押し下げ操作がなされる前の初期位置に復帰する。この際、光路変更部２４の形状が元の形状に戻るので、ライトガイド１０と光路変更部２４との接触面積が小さくなり、この領域の臨界角θＣは、再び、ライトガイド１０の屈折率と、空気層６の屈折率と、により決まるので、ライトガイド１０内の光は、光路変更部２４に進行し難くなる。従って、フィードバックマーク１９ａを通過する光が少なくなるため、操作者からは、フィードバックマーク１９ａが照明されていないように見える。
【００５４】
（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係るスイッチ装置１は、光路変更部２４が弾性変形することにより、この領域の臨界角θＣが大きくなってフィードバックマーク１９ａを照明することができるので、フィードバックマークを照明する専用の光源と制御回路を追加する場合と比べて、簡素で機械的な構造により操作フィードバックを与えることができ、また、部品点数が少なくなって製造コストが抑制される。
【００５５】
スイッチ装置１は、押し下げ操作に基づく静電容量がしきい値を超えるように構成されているので、シート１６に水滴が付着したことに起因する誤検出を防止することができる。
【００５６】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、光源を追加することなく、フィードバックマーク１９ａとマーク１９ｂの照明の色を変更することができる点で第１の実施の形態と異なっている。
【００５７】
図３（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施の形態に係る押し下げ操作の前後で光の進行方向が変更される様子を説明するための模式図である。なお、以下の実施の形態において、第１の実施の形態と同じ機能及び構成を有する部分は、第１の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。
【００５８】
第２の実施の形態に係るスイッチ装置１は、主に、第１の色の光を出射する光源としてのＬＥＤ１２と、ＬＥＤ１２から出射された第１の色の光を内部に伝達させるライトガイド１０と、光路変更部２４ａと、タッチセンサ部１３と、を備え、光路変更部２４ａは、第１の色の光を、第１の色の光の色と異なる第２の色の光として放出する蛍光体２４３を含み、ライトガイド１０を介して第１の色の光と第２の色の光とが混合された光を放出するように概略構成されている。
【００５９】
（ＬＥＤ１２の構成）
ＬＥＤ１２は、一例として、青色の光（第１の色の光）を出射する発光ダイオードである。なお、ＬＥＤ１２が出射する光の色は、青色に限定されず、フィードバックマーク１９ａとマーク１９ｂを照明する光の色に合わせて変更される。
【００６０】
（光路変更部２４ａの構成）
第２の実施の形態に係る光路変更部２４ａは、第１の実施の形態に係る光路変更部２４に蛍光体２４３を含有させて形成される。具体的には、光路変更部２４ａは、一例として、光拡散剤を含有する白色アクリルゴムと、黄色に発光する蛍光体２４３と、を備えて概略構成されている。
【００６１】
この蛍光体２４３は、一例として、セリウムをドープしたイットリウムアルミニウム酸化物(YAG:Ce)である。蛍光体２４３は、ＬＥＤ１２より出射された青色の光が蛍光体２４３により励起し、黄色の光（第２の色の光）を出射するものである。
【００６２】
以下に、第２の実施の形態に係るスイッチ装置１の動作について、各図を参照して説明する。
【００６３】
（第２の実施の形態の動作）
・マーク１９ｂの照明
ＬＥＤ１２は、車両の電源がオン状態にされると、点灯する。ＬＥＤ１２から出射された青色光は、スイッチ装置１のライトガイド１０の側面１０３からライトガイド１０内に進行し、側面１０３の反対側の側面１０４に設けられた反射部材２０により散乱する。
【００６４】
反射部材２０によって散乱した青色光は、ライトガイド１０と空気層５、空気層６及び空気７との境界で反射を繰り返し、その一部は、ライトガイド１０の裏面１０１に設けられた散乱部材２２により散乱する。この散乱した青色光の一部が、ライトガイド１０の屈折率と空気層５の屈折率で決まる臨界角θＣよりも小さい入射角となるので、マーク１９ｂを透過してマーク１９ｂを青色光で照明する。
【００６５】
・フィードバックマーク１９ａの照明
操作者は、スイッチ装置１を操作するため、マーク１９ｂ部分を押し下げる。
【００６６】
スイッチ装置１は、この押し下げ操作の操作力により、押し下げ操作方向に移動し、ライトガイド１０を介して光路変更部２４ａを弾性変形させる。また、静電容量ＩＣ１３１は、押し下げ操作に基づく静電容量がしきい値よりも大きくなることに基づいて、押し下げ操作がなされたと判定して操作信号を出力する。
【００６７】
光路変更部２４ａは、この押し下げ操作により、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、厚みｈ１から厚みｈ２に弾性変形すると、凸部２４２がつぶれて、電極１３０を介したライトガイド１０との接触面積が増大する。
【００６８】
光路変更部２４ａが弾性変形することにより、電極１３０を介したライトガイド１０と光路変更部２４ａの接触面積が、弾性変形前と比べて大きくなり、臨界角θＣが、ライトガイド１０の屈折率と、光路変更部２４ａの屈折率と、により決まることとなる。上記に計算したように、この場合の臨界角θＣは、約８０°となり、ライトガイド１０と光路変更部２４ａとの境界に到達した青色光で、臨界角θＣが８０°以下の入射角θ２の青色光は、光路変更部２４ａに進行する。
【００６９】
この光路変更部２４ａに進行した青色光は、例えば、図３（ｂ）に示すように、一部の青色光が光拡散剤により散乱し、他の青色光が蛍光体２４３により励起され、黄色光として出射される。
【００７０】
従って、光路変更部２４ａからライトガイド１０に進行した青色光と黄色光は、ライトガイド１０と空気層５の境界に入射角が臨界角より小さくなるように入力したものが、フィードバックマーク１９ａを透過するので、操作者からは、フィードバックマーク１９ａが青色光と黄色光とで照明されたように、つまり、２色が混合された白色光で照明されたように見える。
【００７１】
操作者が操作を終了すると、光路変更部２４ａの復元力により、ライトガイド１０は、押し下げ操作方向とは逆向きに移動し、押し下げ操作がなされる前の初期位置に復帰する。この際、光路変更部２４ａの形状が元の形状に戻るので、電極１３０を介したライトガイド１０と光路変更部２４ａとの接触面積が小さくなり、この領域の臨界角θＣは、再び、ライトガイド１０の屈折率と、空気層６の屈折率と、により決まるので、ライトガイド１０内の青色光は、光路変更部２４ａに進行し難くなる。従って、フィードバックマーク１９ａを通過する光が少なくなるため、操作者からは、フィードバックマーク１９ａが照明されていないように見える。
【００７２】
なお、他の変形例として、フィードバックマーク１９ａを白色で照明するためには、例えば、青色光を出射するＬＥＤ１２と、赤色光及び緑色光を出射する蛍光体２４３、又は紫外線を出射するＬＥＤ１２と、赤色光、緑色光及び青色光を出射する蛍光体２４３の組み合わせであっても良い。
【００７３】
（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態に係るスイッチ装置１は、光源を追加することなく、押し下げ操作前にはマーク１９ｂを第１の色の光（青色光）により照明し、押し下げ操作後にはフィードバックマーク１９ａを第１の光と第１の光と異なる第２の光（黄色光）とが混合した第３の光（白色光）で照明することができる。
【００７４】
スイッチ装置１は、蛍光体２４３が発光するので、光路変更部２４に蛍光体が含まれない場合と比べて、輝度が向上する。
【００７５】
以下では、光路変更部２４の変形例について図面を参照しながら説明する。
【００７６】
（変形例）
変形例は、光路変更部２４ｂを導電性ゴムで形成することにより、電極としての機能を持たせる点で上記の実施の形態と異なっている。
【００７７】
図３（ｃ）は、変形例に係る光路変更部と基板に形成されたパターンとの接続を説明するための模式図である。
【００７８】
変形例に係る光路変更部２４ｂは、例えば、基板２６に設けられたパターン２６１とライトガイド１０の間に配置され、タッチセンサ部１３の電極としての機能を有するように構成されている。具体的には、光路変更部２４ｂは、例えば、カーボンブラック、銀等の導電性粒子と、光拡散剤と、を天然ゴム又は合成樹脂性ゴム等に混合した導電性ゴムを用いて形成される。
【００７９】
この光路変更部２４ｂは、例えば、図３（ｃ）に示すように、基板２６に形成されたパターン２６１上に配置される。このパターン２６１は、静電容量ＩＣ１３１と電気的に接続されているので、光路変更部２４ｂは、パターン２６１を介して静電容量ＩＣ１３１と電気的に接続されている。
【００８０】
静電容量は、例えば、主に、操作者の指と、ライトガイド１０の裏面１０１に接触する光路変更部２４ｂの接触面積と、に基づいて決まる。
【００８１】
従って、静電容量ＩＣ１３１は、押し下げ操作に基づく静電容量をしきい値と比較して、操作がなされたことを示す操作信号を出力する。
【００８２】
（変形例の効果）
変形例に係るスイッチ装置１は、光路変更部２４ｂが電極となるので、光路変更部２４ｂの表面に電極を形成する場合と比べて、電極の剥がれや断裂による導通不良が発生し難い。
【００８３】
以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８４】
１…スイッチ装置
４…筐体
５、６…空気層
７…空気
１０…ライトガイド
１２…ＬＥＤ
１３…タッチセンサ部
１４…接着剤
１６…シート
１８…印刷部
１９ａ…フィードバックマーク
１９ｂ…マーク
２０…反射部材
２２…散乱部材
２４、２４ａ、２４ｂ…光路変更部
２６…基板
４０…凹部
４１…設置面
４２…側面
１００…表面
１０１…裏面
１０２…段差部
１０３、１０４…側面
１３０…電極
１３１…静電容量ＩＣ
２４０…本体
２４１…表面
２４２…凸部
２４３…蛍光体
２６０、２６１…パターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、半透明のカバーと、カバーの下に設けられたタッチパッドと、タッチパッドの下に設けられた発光層と、を備えたタッチパッド装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このタッチパッド装置は、さらに、なされた操作を検出するようにタッチパッドを制御するタッチパッドセンサコントローラと、発光するように発光層を制御する照明コントローラと、を備えている。照明コントローラは、タッチパッドコントローラに接続され、操作がなされた位置に関する情報がタッチパッドコントローラから照明コントローラに出力される。照明コントローラは、この位置に関する情報に応じて発光層を発光させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１２１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のタッチパッド装置は、照明コントローラによる電子制御により、操作された位置の発光が制御されるので、処理能力の高いＣＰＵ（Central Processing Unit）を使用しなければならず製造コストが高くなる。また、従来のタッチパッド装置は、例えば、カバーに水滴が付着した場合、水滴の寄生容量により、指を誤検出する可能性がある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、光源を追加したり、専用の制御回路を追加したりすることなく、なされた操作に基づいて機械的に照明によるフィードバックを行うことができ、さらに、誤検出を防止することができるスイッチ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、光を出射する光源と、光源から出射された光を内部に伝達させるライトガイドと、ライトガイドになされた押し下げ操作に基づいて弾性変形を行ってライトガイドの内部に伝達する光を、自身の内部に伝達させて光の進行方向をライトガイドの表面方向に変更させる光路変更部と、ライトガイドになされた押し下げ操作を検出する電極を有するタッチセンサ部と、を備えたスイッチ装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光源を追加したり、専用の制御回路を追加したりすることなく、なされた操作に基づいて機械的に照明によるフィードバックを行うことができ、さらに、誤検出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は、第１の実施の形態に係るスイッチ装置の上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のI（ｂ）-I（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図であり、（ｃ）は、スイッチ装置のタッチセンサ部のブロック図である。
【図２】図２（ａ）は、第１の実施の形態に係る光路変更部の上面図であり、（ｂ）は、光路変更部の側面図であり、（ｃ）及び（ｄ）は、押し下げ操作の前後で光の進行方向が変更される様子を説明するための模式図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施の形態に係る押し下げ操作の前後で光の進行方向が変更される様子を説明するための模式図であり、（ｃ）は、変形例に係る光路変更部と基板に形成されたパターンとの接続を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態の要約）
実施の形態に係るスイッチ装置は、光を出射する光源と、光源から出射された光を内部に伝達させるライトガイドと、ライトガイドになされた押し下げ操作に基づいて弾性変形を行ってライトガイドの内部に伝達する光を、自身の内部に伝達させて光の進行方向をライトガイドの表面方向に変更させる光路変更部と、ライトガイドになされた押し下げ操作を検出する電極を有するタッチセンサ部と、を備える。
【００１１】
[第１の実施の形態]
（スイッチ装置１の構成）
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係るスイッチ装置の上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のI（ｂ）-I（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図であり、（ｃ）は、スイッチ装置のタッチセンサ部のブロック図である。なお、実施の形態に係る各図において、部品と部品との比率は、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１２】
このスイッチ装置１は、一例として、車両に搭載され、押し下げ操作前には、照明されていなかった後述するフィードバックマーク１９ａが、押し下げ操作後に照明されることで、操作者に操作を受け付けたことをフィードバックする、つまり、操作フィードバックを操作者に与えるように構成されている。また、スイッチ装置１は、例えば、水滴が付着した場合、水滴による寄生容量に起因する誤検出を防止することができるように構成されている。なお、本実施の形態に係るスイッチ装置１は、一例として、車両に取り付けられるが、これに限定されない。また、以下における押し下げ操作前とは、押し下げ操作を行う前を示し、押し下げ操作後とは、押し下げ操作を行って光路変更部２４が最も押しつぶれている時点を示すものとする。
【００１３】
スイッチ装置１は、主に、光を出射する光源としてのＬＥＤ（Light Emitting Diode）１２と、ＬＥＤ１２から出射された光を内部に伝達させるライトガイド１０と、ライトガイド１０になされた押し下げ操作に基づいて弾性変形を行ってライトガイド１０の内部に伝達する光を、自身の内部に伝達させて光の進行方向をライトガイド１０の表面１００方向に変更させる光路変更部２４と、ライトガイド１０になされた押し下げ操作を検出する電極１３０を有するタッチセンサ部１３と、を備える。
【００１４】
また、スイッチ装置１は、例えば、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、ライトガイド１０の表面１００に接着剤１４を介してシート１６が設けられている。
【００１５】
スイッチ装置１は、例えば、図１（ｂ）に示すように、筐体４に形成された凹部４０の底部である設置面４１に配置される。
【００１６】
（ライトガイド１０の構成）
ライトガイド１０は、例えば、表面１００及び裏面１０１が矩形となる板形状を有する。また、ライトガイド１０は、例えば、裏面１０１から窪んだ段差部１０２が形成されている。
【００１７】
ライトガイド１０は、例えば、光を透過させるアクリル、ポリカーボネート等の合成樹脂を用いて形成される。ライトガイド１０の内部を進行する光は、ライトガイド１０の側面１０４に設けられた反射部材２０と衝突又は相互作用して散乱する（以下では散乱すると記載する。）。
【００１８】
この散乱された光の一部は、シート１６とライトガイド１０との間に形成される空気層５との境界、光路変更部２４とライトガイド１０との間に形成される空気層６との境界、及び側面１０３等に接する空気７との境界で反射する。これは、ライトガイド１０の屈折率が、空気層５、空気層６及び空気７の屈折率よりも大きいので、全反射が起こり易いことに起因している。
【００１９】
シート１６に形成されたマーク１９ｂに対応するライトガイド１０の裏面１０１の段差部１０２には、光をマーク１９ｂ方向に散乱させる散乱部材２２が設けられている。この散乱部材２２によって、光の一部は、マーク１９ｂを介してライトガイド１０の外に放出されるので、操作者からは、マーク１９ｂが照明されているように見える。段差部１０２は、例えば、ライトガイド１０の裏面１０１と、散乱部材２２の光路変更部２４に接触する側の面と、が同じ平面上、つまり、フラットになるように構成されている。
【００２０】
ここで、反射部材２０及び散乱部材２２は、例えば、アルミニウム、銀等の金属材料、酸化チタン（チタンホワイト）等を用いた塗装、及び光を反射する白色シート等を用いて形成される。
【００２１】
（ＬＥＤ１２の構成）
ＬＥＤ１２は、例えば、車両の電源がオン状態にされると点灯するように構成されている。
【００２２】
ＬＥＤ１２は、例えば、図１（ａ）に示すシート１６の上面視において横中央の線（例えば、I（ａ）-I（ａ）線）を中心線として筐体４の凹部４０の側面４２に設けられている。ＬＥＤ１２の側面４２における位置は、例えば、図１（ｂ）に示すように、ライトガイド１０の側面１０３の中央に向けて光を出射可能な位置である。従って、ＬＥＤ１２から出射された光は、ライトガイド１０の側面１０３から内部へ進行し、側面１０４に設けられた反射部材２０により散乱する。
【００２３】
この散乱された光の一部が、さらに、散乱部材２２により散乱する。この散乱した光の一部が、臨界角よりも小さい角度で空気層５との境界に入射するので、ライトガイド１０と空気層５の境界で反射せずに、マーク１９ｂを照明する光となる。
【００２４】
このＬＥＤ１２は、例えば、スイッチ装置１を照明する目的で設けられた光源を、照明フィードバックとしても用いている。つまり、スイッチ装置１は、照明用のＬＥＤ１２以外に照明フィードバック用の光源を追加する必要がない。
【００２５】
（タッチセンサ部１３の構成）
タッチセンサ部１３は、例えば、図１（ｃ）に示すように、電極１３０と、静電容量ＩＣ（Integrated Circuit）１３１と、を備えて概略構成されている。
【００２６】
電極１３０は、例えば、ライトガイド１０と対向する光路変更部２４の面、つまり、後述する光路変更部２４の表面２４１、及び凸部２４２の表面、に形成される。また、電極１３０は、例えば、光路変更部２４の側面にも設けられている。この電極１３０は、例えば、酸化インジウム系、酸化スズ系及び酸化亜鉛系の透明電極が用いられる。なお、電極１３０は、例えば、光路変更部２４の全面に設けられ、基板２６に設けられたパターンと裏面側で電気的に接続されても良い。
【００２７】
この電極１３０は、例えば、基板２６に形成されたパターン２６０と電気的に接続するように構成されている。このパターン２６０は、静電容量ＩＣ１３１と電気的に接続されている。また、基板２６は、例えば、電子部品等が搭載されたプリント配線基板である。
【００２８】
静電容量ＩＣ１３１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等から構成されるマイクロコンピュータである。この静電容量ＩＣ１３１は、例えば、電極１３０から取得した静電容量信号から求められる静電容量と、ＲＯＭに格納されたしきい値と、を比較することで、押し下げ操作がなされたか否かを判定するように構成されている。このタッチセンサ部１３は、一例として、指による押し下げ操作により、後述する光路変更部２４の厚みがｈ１からおよそｈ２となるときの静電容量が、静電容量ＩＣ１３１に格納されたしきい値よりも大きくなるように構成されている。ここで、光路変更部２４の厚みがｈ２のとき、一例として、電極１３０を介したライトガイド１０と光路変更部２４との接触面積が最大になるものとする。
【００２９】
ここで、静電容量は、例えば、主に、検出対象物と電極１３０の距離に反比例し、検出対象物とシート１６との接触面積、及び電極１３０とライトガイド１０の接触面積に比例する。操作者の指と水滴とを比較した場合、接触面積は、指の方が大きいといえる。また、電極１３０は、押し下げ操作前であっても、ライトガイド１０と点で接していることから、シート１６に接する検出対象物との距離は、ライトガイド１０を押し下げたときと変化しない。しかし、電極１３０がライトガイド１０に接触する接触面積は、押し下げ操作を行っているときの方が大きくなる。つまり、検出される静電容量は、押し下げ操作前よりも押し下げ操作を行っているときの方が大きくなる。従って、指で押し下げ操作を行って光路変更部２４の厚みがｈ１とｈ２の間で、ｈ２よりの厚みとなるときの静電容量がしきい値を超えるように、しきい値を定めることにより、静電容量ＩＣ１３１は、精度良く、押し下げ操作の判定を行うことが可能となる。また、静電容量ＩＣ１３１は、光路変更部２４の厚みがｈ１で接触面積が指よりも小さい水滴の静電容量がしきい値を越えることはないので、誤検出を行うことはない。なお、以下では、説明を簡略化するため、例えば、押し下げ操作の検出に関する記載において、厚みがｈ２となるときの静電容量がしきい値を超える等の表現を用いるものとする。
【００３０】
（シート１６の構成）
シート１６は、例えば、フィルム形状のＰＣ（ポリカーボネート）等の合成樹脂を用いて形成される。このシート１６は、例えば、遮蔽部としての印刷部１８と、透過部としてのフィードバックマーク１９ａ及びマーク１９ｂと、が形成されている。なお、１枚のシートの下に、複数のスイッチ装置が配置される場合、押し下げ操作により局所的にシートが変形しなければ、それぞれの光路変更部２４を弾性変形させることができないので、シート１６は、ポリカーボネートのような局所的な変形が可能な合成樹脂であることが望ましい。
【００３１】
印刷部１８は、印刷によるインクが塗布された領域であり、ライトガイド１０から放出された光を遮蔽する。一方、フィードバックマーク１９ａ及びマーク１９ｂは、インクが塗布されていない領域であるので、ライトガイド１０から放出された光が透過する。
【００３２】
上述したように、ライトガイド１０は、マーク１９ｂに対応する段差部１０２に散乱部材２２が形成されているので、マーク１９ｂが照明される。
【００３３】
一方、フィードバックマーク１９ａに対応する裏面１０１には、電極１３０を介して光路変更部２４が接触しているが、押し下げ操作前、その面積は小さい。つまり、光路変更部２４に対応するライトガイド１０の領域では、ライトガイド１０の屈折率と、空気層６の屈折率と、によって後述する臨界角が決まるので、ほとんどの光が反射し、フィードバックマーク１９ａは、照明されない。なお、電極１３０は、光の透過率が高い（一例として、ガラスの光透過率を１００％として平均透過率が８０％以上）ので、ライトガイド１０及び電極１３０を介して光路変更部２４へ入射する光の臨界角は、ライトガイド１０と光路変更部２４の屈折率で決まるものとする。また、電極１３０は、光の透過率が高いので、ライトガイド１０と電極１３０との接触面積をライトガイド１０と光路変更部２４との接触面積と近似するものとする。
【００３４】
なお、フィードバックマーク１９ａ及びマーク１９ｂは、ライトガイド１０の表面１００に、直接印刷することで形成されても良い。しかし、例えば、黒色で印刷した場合、ライトガイド１０の内部を反射して印刷部分に到達する光が吸収され、照明の輝度が下がる。一方、本実施の形態のように、ライトガイド１０とシート１６の間に空気層５がある場合、空気層５とシート１６との境界で反射が発生し、ライトガイド１０に進行する光や、ライトガイド１０とシート１６とで反射を繰り返す光が発生するので、光が吸収される場合と比べると、照明の輝度が向上する。なお、空気層５の厚みは、一例として、１μｍ程度である。
【００３５】
（光路変更部２４の構成）
図２（ａ）は、第１の実施の形態に係る光路変更部の上面図であり、（ｂ）は、光路変更部の側面図であり、（ｃ）及び（ｄ）は、押し下げ操作の前後で光の進行方向が変更される様子を説明するための模式図である。
【００３６】
光路変更部２４は、例えば、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本体２４０と、複数の凸部２４２と、を備えて概略構成されている。光路変更部２４は、一例として、図２（ｃ）に示すように、厚みｈ１が１．５ｍｍであり、押し下げ操作後の厚みｈ２が１．０ｍｍとなる。
【００３７】
また、光路変更部２４は、例えば、図１（ｂ）に示すように、ライトガイド１０と基板２６の間に設けられ、ライトガイド１０の裏面１０１と、ライトガイド１０の段差部１０２の散乱部材２２と、に後述する凸部が接触している。つまり、光路変更部２４は、ライトガイド１０を支持している。なお、スイッチ装置１は、例えば、ライトガイド１０の移動を案内するガイド等が設けられても良いし、光路変更部２４以外にライトガイド１０を支持する機構を有していても良い。
【００３８】
光路変更部２４は、例えば、光が透過し、さらに、弾性を有するシリコーンゴム、アクリルゴム等の合成樹脂性ゴムを用いて形成される。光路変更部２４には、例えば、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム等の光拡散剤が混合されている。光は、主に、この光拡散剤により散乱する。なお、光路変更部２４は、例えば、ライトガイド１０等の重さにより、弾性変形し難い材料を用いて形成されるのが望ましい。
【００３９】
光路変更部２４の本体２４０は、例えば、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、表面２４１が正方形となる板形状を有する。光路変更部２４は、例えば、ライトガイド１０と対向する面に、先端が先細りとなる少なくとも１つの凸部２４２を有する。本実施の形態に係る光路変更部２４は、例えば、その表面２４１上に、円錐形状となる複数の凸部２４２が設けられている。この凸部２４２の先端が、ライトガイド１０の裏面１０１に、電極１３０を介して接触しているので、操作がなされていないときは、凸部２４２がライトガイド１０に電極１３０を介して接触する接触面積は、表面２４１の面積よりも小さい。これは、操作前に、フィードバックマーク１９ａを照明させないためである。以下では、フィードバックマーク１９ａの照明について説明する。
【００４０】
例えば、ライトガイド１０が、屈折率ｎ１（１．４９０）のアクリルから形成され、光路変更部２４が、屈折率ｎ２（１．４６５）のアクリルゴムから形成されている場合の臨界角θＣは、次のように算出される。なお、以下の計算では、電極１３０の影響は小さいとしている。
【００４１】
押し下げ操作がなされる前、ライトガイド１０に接触する光路変更部２４の凸部２４２の面積は、わずかであることから、臨界角θＣは、ライトガイド１０と空気層６との屈折率を用いて算出される。従って、スネルの法則より、臨界角θＣは、arcsin（ｎ２／ｎ１）であるから、臨界角θＣは、約４２°（４２．１５５°）と計算される。つまり、ライトガイド１０の内部を反射しながら進行する光は、図２（ｃ）に示す入射角θ１が約４２°よりも小さくならないとライトガイド１０の外に放出されないこととなる。
【００４２】
一方、押し下げ操作がなされた後、光路変更部２４の凸部２４２が弾性変形することでつぶれ、ライトガイド１０と光路変更部２４の接触面積が増大する。この場合の臨界角θＣは、ライトガイド１０と光路変更部２４の屈折率を用いて算出される。従って、スネルの法則より、臨界角θＣは、約８０°（７９．４８９°）と計算される。つまり、ライトガイド１０の内部を反射しながら進行する光は、図２（ｄ）に示す入射角θ２が約８０°よりも小さいものが、光路変更部２４内に進行することとなる。これは、押し下げ操作がなされた場合の光が、押し下げ操作がなされる前の光よりも容易に光路変更部２４内に進行することを意味する。
【００４３】
以上の結果により、ライトガイド１０の屈折率ｎ１と光路変更部２４の屈折率ｎ２は、近いほうが望ましいことが分かる。つまり、スネルの法則より、例えば、ライトガイド１０の屈折率ｎ１と光路変更部２４の屈折率ｎ２が等しい場合、臨界角θＣが９０°となり、光路変更部２４上に達したほとんどの光は、光路変更部２４に進行する。一方、ライトガイド１０の屈折率ｎ１（アクリルの場合１．４９０）と空気層の屈折率ｎ２（１．０００）から算出される臨界角θＣは、前述のように約４２°であるからその差は歴然としている。
【００４４】
光路変更部２４に進行した光は、光路変更部２４内で散乱し、散乱光としてライトガイド１０内に進行する。この散乱光のうち、ライトガイド１０と空気層５により定まる臨界角より入射角が小さくなる光の一部が、フィードバックマーク１９ａを透過するので、操作者からは、フィードバックマーク１９ａが照明されたように見える。
【００４５】
以下に、本実施の形態に係るスイッチ装置１の動作について、各図を参照して説明する。
【００４６】
（第１の実施の形態の動作）
・マーク１９ｂの照明
ＬＥＤ１２は、車両の電源がオン状態にされると、点灯する。ＬＥＤ１２から出射された光は、スイッチ装置１のライトガイド１０の側面１０３からライトガイド１０内に進行し、側面１０３の反対側の側面１０４に設けられた反射部材２０により散乱する。
【００４７】
反射部材２０によって散乱した光は、ライトガイド１０と空気層５、空気層６及び空気７との境界で反射を繰り返し、その一部は、ライトガイド１０の裏面１０１に設けられた散乱部材２２により散乱する。この散乱した光の一部が、ライトガイド１０の屈折率と空気層５の屈折率で決まる臨界角θＣよりも小さい入射角となるので、マーク１９ｂを透過してマーク１９ｂを照明する。
【００４８】
・フィードバックマーク１９ａの照明
操作者は、スイッチ装置１を操作するため、マーク１９ｂ部分を押し下げる。
【００４９】
スイッチ装置１は、この押し下げ操作の操作力により、ライトガイド１０が押し下げ操作方向に移動して光路変更部２４の厚みをｈ１からｈ２に弾性変形させる。また、押し下げ操作に基づく静電容量が静電容量ＩＣ１３１に格納されたしきい値よりも大きくなるので、静電容量ＩＣ１３１は、押し下げ操作がなされたと判定し、押し下げ操作がなされたことを示す操作信号を出力する。
【００５０】
また、光路変更部２４は、この押し下げ操作により、厚みｈ１から厚みｈ２に弾性変形すると、凸部２４２がつぶれて、電極１３０を介したライトガイド１０との接触面積が増大する。
【００５１】
光路変更部２４が弾性変形することにより、電極１３０を介したライトガイド１０と光路変更部２４の接触面積が、弾性変形前と比べて大きくなり、臨界角θＣが、ライトガイド１０の屈折率と、光路変更部２４の屈折率と、により決まることとなる。上記に計算したように、この場合の臨界角θＣは、約８０°となり、ライトガイド１０と光路変更部２４との境界に到達した光で、臨界角θＣが８０°以下のものは、光路変更部２４に進行する。
【００５２】
光路変更部２４に進行した光は、光路変更部２４内で反射を繰り返す。光路変更部２４からライトガイド１０に進行した光の一部は、ライトガイド１０と空気層５の境界に入射角が臨界角より小さくなるように入力したものが、フィードバックマーク１９ａを透過するので、操作者からは、フィードバックマーク１９ａが照明されたように見える。
【００５３】
操作者が操作を終了すると、光路変更部２４の復元力により、ライトガイド１０は、押し下げ操作方向とは逆向きに移動し、押し下げ操作がなされる前の初期位置に復帰する。この際、光路変更部２４の形状が元の形状に戻るので、ライトガイド１０と光路変更部２４との接触面積が小さくなり、この領域の臨界角θＣは、再び、ライトガイド１０の屈折率と、空気層６の屈折率と、により決まるので、ライトガイド１０内の光は、光路変更部２４に進行し難くなる。従って、フィードバックマーク１９ａを通過する光が少なくなるため、操作者からは、フィードバックマーク１９ａが照明されていないように見える。
【００５４】
（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係るスイッチ装置１は、光路変更部２４が弾性変形することにより、この領域の臨界角θＣが大きくなってフィードバックマーク１９ａを照明することができるので、フィードバックマークを照明する専用の光源と制御回路を追加する場合と比べて、簡素で機械的な構造により操作フィードバックを与えることができ、また、部品点数が少なくなって製造コストが抑制される。
【００５５】
スイッチ装置１は、押し下げ操作に基づく静電容量がしきい値を超えるように構成されているので、シート１６に水滴が付着したことに起因する誤検出を防止することができる。
【００５６】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、光源を追加することなく、フィードバックマーク１９ａとマーク１９ｂの照明の色を変更することができる点で第１の実施の形態と異なっている。
【００５７】
図３（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施の形態に係る押し下げ操作の前後で光の進行方向が変更される様子を説明するための模式図である。なお、以下の実施の形態において、第１の実施の形態と同じ機能及び構成を有する部分は、第１の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。
【００５８】
第２の実施の形態に係るスイッチ装置１は、主に、第１の色の光を出射する光源としてのＬＥＤ１２と、ＬＥＤ１２から出射された第１の色の光を内部に伝達させるライトガイド１０と、光路変更部２４ａと、タッチセンサ部１３と、を備え、光路変更部２４ａは、第１の色の光を、第１の色の光の色と異なる第２の色の光として放出する蛍光体２４３を含み、ライトガイド１０を介して第１の色の光と第２の色の光とが混合された光を放出するように概略構成されている。
【００５９】
（ＬＥＤ１２の構成）
ＬＥＤ１２は、一例として、青色の光（第１の色の光）を出射する発光ダイオードである。なお、ＬＥＤ１２が出射する光の色は、青色に限定されず、フィードバックマーク１９ａとマーク１９ｂを照明する光の色に合わせて変更される。
【００６０】
（光路変更部２４ａの構成）
第２の実施の形態に係る光路変更部２４ａは、第１の実施の形態に係る光路変更部２４に蛍光体２４３を含有させて形成される。具体的には、光路変更部２４ａは、一例として、光拡散剤を含有する白色アクリルゴムと、黄色に発光する蛍光体２４３と、を備えて概略構成されている。
【００６１】
この蛍光体２４３は、一例として、セリウムをドープしたイットリウムアルミニウム酸化物(YAG:Ce)である。蛍光体２４３は、ＬＥＤ１２より出射された青色の光が蛍光体２４３により励起し、黄色の光（第２の色の光）を出射するものである。
【００６２】
以下に、第２の実施の形態に係るスイッチ装置１の動作について、各図を参照して説明する。
【００６３】
（第２の実施の形態の動作）
・マーク１９ｂの照明
ＬＥＤ１２は、車両の電源がオン状態にされると、点灯する。ＬＥＤ１２から出射された青色光は、スイッチ装置１のライトガイド１０の側面１０３からライトガイド１０内に進行し、側面１０３の反対側の側面１０４に設けられた反射部材２０により散乱する。
【００６４】
反射部材２０によって散乱した青色光は、ライトガイド１０と空気層５、空気層６及び空気７との境界で反射を繰り返し、その一部は、ライトガイド１０の裏面１０１に設けられた散乱部材２２により散乱する。この散乱した青色光の一部が、ライトガイド１０の屈折率と空気層５の屈折率で決まる臨界角θＣよりも小さい入射角となるので、マーク１９ｂを透過してマーク１９ｂを青色光で照明する。
【００６５】
・フィードバックマーク１９ａの照明
操作者は、スイッチ装置１を操作するため、マーク１９ｂ部分を押し下げる。
【００６６】
スイッチ装置１は、この押し下げ操作の操作力により、押し下げ操作方向に移動し、ライトガイド１０を介して光路変更部２４ａを弾性変形させる。また、静電容量ＩＣ１３１は、押し下げ操作に基づく静電容量がしきい値よりも大きくなることに基づいて、押し下げ操作がなされたと判定して操作信号を出力する。
【００６７】
光路変更部２４ａは、この押し下げ操作により、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、厚みｈ１から厚みｈ２に弾性変形すると、凸部２４２がつぶれて、電極１３０を介したライトガイド１０との接触面積が増大する。
【００６８】
光路変更部２４ａが弾性変形することにより、電極１３０を介したライトガイド１０と光路変更部２４ａの接触面積が、弾性変形前と比べて大きくなり、臨界角θＣが、ライトガイド１０の屈折率と、光路変更部２４ａの屈折率と、により決まることとなる。上記に計算したように、この場合の臨界角θＣは、約８０°となり、ライトガイド１０と光路変更部２４ａとの境界に到達した青色光で、臨界角θＣが８０°以下の入射角θ２の青色光は、光路変更部２４ａに進行する。
【００６９】
この光路変更部２４ａに進行した青色光は、例えば、図３（ｂ）に示すように、一部の青色光が光拡散剤により散乱し、他の青色光が蛍光体２４３により励起され、黄色光として出射される。
【００７０】
従って、光路変更部２４ａからライトガイド１０に進行した青色光と黄色光は、ライトガイド１０と空気層５の境界に入射角が臨界角より小さくなるように入力したものが、フィードバックマーク１９ａを透過するので、操作者からは、フィードバックマーク１９ａが青色光と黄色光とで照明されたように、つまり、２色が混合された白色光で照明されたように見える。
【００７１】
操作者が操作を終了すると、光路変更部２４ａの復元力により、ライトガイド１０は、押し下げ操作方向とは逆向きに移動し、押し下げ操作がなされる前の初期位置に復帰する。この際、光路変更部２４ａの形状が元の形状に戻るので、電極１３０を介したライトガイド１０と光路変更部２４ａとの接触面積が小さくなり、この領域の臨界角θＣは、再び、ライトガイド１０の屈折率と、空気層６の屈折率と、により決まるので、ライトガイド１０内の青色光は、光路変更部２４ａに進行し難くなる。従って、フィードバックマーク１９ａを通過する光が少なくなるため、操作者からは、フィードバックマーク１９ａが照明されていないように見える。
【００７２】
なお、他の変形例として、フィードバックマーク１９ａを白色で照明するためには、例えば、青色光を出射するＬＥＤ１２と、赤色光及び緑色光を出射する蛍光体２４３、又は紫外線を出射するＬＥＤ１２と、赤色光、緑色光及び青色光を出射する蛍光体２４３の組み合わせであっても良い。
【００７３】
（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態に係るスイッチ装置１は、光源を追加することなく、押し下げ操作前にはマーク１９ｂを第１の色の光（青色光）により照明し、押し下げ操作後にはフィードバックマーク１９ａを第１の光と第１の光と異なる第２の光（黄色光）とが混合した第３の光（白色光）で照明することができる。
【００７４】
スイッチ装置１は、蛍光体２４３が発光するので、光路変更部２４に蛍光体が含まれない場合と比べて、輝度が向上する。
【００７５】
以下では、光路変更部２４の変形例について図面を参照しながら説明する。
【００７６】
（変形例）
変形例は、光路変更部２４ｂを導電性ゴムで形成することにより、電極としての機能を持たせる点で上記の実施の形態と異なっている。
【００７７】
図３（ｃ）は、変形例に係る光路変更部と基板に形成されたパターンとの接続を説明するための模式図である。
【００７８】
変形例に係る光路変更部２４ｂは、例えば、基板２６に設けられたパターン２６１とライトガイド１０の間に配置され、タッチセンサ部１３の電極としての機能を有するように構成されている。具体的には、光路変更部２４ｂは、例えば、カーボンブラック、銀等の導電性粒子と、光拡散剤と、を天然ゴム又は合成樹脂性ゴム等に混合した導電性ゴムを用いて形成される。
【００７９】
この光路変更部２４ｂは、例えば、図３（ｃ）に示すように、基板２６に形成されたパターン２６１上に配置される。このパターン２６１は、静電容量ＩＣ１３１と電気的に接続されているので、光路変更部２４ｂは、パターン２６１を介して静電容量ＩＣ１３１と電気的に接続されている。
【００８０】
静電容量は、例えば、主に、操作者の指と、ライトガイド１０の裏面１０１に接触する光路変更部２４ｂの接触面積と、に基づいて決まる。
【００８１】
従って、静電容量ＩＣ１３１は、押し下げ操作に基づく静電容量をしきい値と比較して、操作がなされたことを示す操作信号を出力する。
【００８２】
（変形例の効果）
変形例に係るスイッチ装置１は、光路変更部２４ｂが電極となるので、光路変更部２４ｂの表面に電極を形成する場合と比べて、電極の剥がれや断裂による導通不良が発生し難い。
【００８３】
以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８４】
１…スイッチ装置
４…筐体
５、６…空気層
７…空気
１０…ライトガイド
１２…ＬＥＤ
１３…タッチセンサ部
１４…接着剤
１６…シート
１８…印刷部
１９ａ…フィードバックマーク
１９ｂ…マーク
２０…反射部材
２２…散乱部材
２４、２４ａ、２４ｂ…光路変更部
２６…基板
４０…凹部
４１…設置面
４２…側面
１００…表面
１０１…裏面
１０２…段差部
１０３、１０４…側面
１３０…電極
１３１…静電容量ＩＣ
２４０…本体
２４１…表面
２４２…凸部
２４３…蛍光体
２６０、２６１…パターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する光源と、
前記光源から出射された前記光を内部に伝達させるライトガイドと、
前記ライトガイドになされた押し下げ操作に基づいて弾性変形を行って前記ライトガイドの内部に伝達する前記光を、自身の内部に伝達させて前記光の進行方向を前記ライトガイドの表面方向に変更させる光路変更部と、
前記ライトガイドになされた前記押し下げ操作を検出する電極を有するタッチセンサ部と、
を備えたスイッチ装置。
【請求項２】
前記電極は、前記ライトガイドと対向する前記光路変更部の面に形成される請求項１に記載のスイッチ装置。
【請求項３】
前記光路変更部は、導電性ゴムを用いて形成され、基板に設けられたパターンと前記ライトガイドの間に配置され、前記電極としての機能を有する請求項１に記載のスイッチ装置。
【請求項４】
前記光路変更部は、前記ライトガイドと対向する面に、先端が先細りとなる少なくとも１つの凸部を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項５】
前記ライトガイドの表面には、前記光を遮蔽する遮蔽部と、前記光を透過させる透過部と、を有するシートが設けられ、
前記光は、前記押し下げ操作に基づく前記光路変更部の前記弾性変形により前記透過部を通過して前記ライトガイドの外に放出される請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項６】
前記光源は、第１の色の光を出射し、
前記光路変更部は、前記第１の色の光を、前記第１の色の光と異なる第２の色の光として放出する蛍光体を含み、
前記ライトガイドを介して前記第１の色の光と前記第２の色の光とが混合された光を放出する請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項１】
光を出射する光源と、
前記光源から出射された前記光を内部に伝達させるライトガイドと、
前記ライトガイドになされた押し下げ操作に基づいて弾性変形を行って前記ライトガイドの内部に伝達する前記光を、自身の内部に伝達させて前記光の進行方向を前記ライトガイドの表面方向に変更させる光路変更部と、
前記ライトガイドになされた前記押し下げ操作を検出する電極を有するタッチセンサ部と、
を備えたスイッチ装置。
【請求項２】
前記電極は、前記ライトガイドと対向する前記光路変更部の面に形成される請求項１に記載のスイッチ装置。
【請求項３】
前記光路変更部は、導電性ゴムを用いて形成され、基板に設けられたパターンと前記ライトガイドの間に配置され、前記電極としての機能を有する請求項１に記載のスイッチ装置。
【請求項４】
前記光路変更部は、前記ライトガイドと対向する面に、先端が先細りとなる少なくとも１つの凸部を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項５】
前記ライトガイドの表面には、前記光を遮蔽する遮蔽部と、前記光を透過させる透過部と、を有するシートが設けられ、
前記光は、前記押し下げ操作に基づく前記光路変更部の前記弾性変形により前記透過部を通過して前記ライトガイドの外に放出される請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【請求項６】
前記光源は、第１の色の光を出射し、
前記光路変更部は、前記第１の色の光を、前記第１の色の光と異なる第２の色の光として放出する蛍光体を含み、
前記ライトガイドを介して前記第１の色の光と前記第２の色の光とが混合された光を放出する請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスイッチ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−９３１５５（Ｐ２０１３−９３１５５Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３３６４９（Ｐ２０１１−２３３６４９）
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【出願人】（０００００３５５１）株式会社東海理化電機製作所 (3,198)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【出願人】（０００００３５５１）株式会社東海理化電機製作所 (3,198)
【Ｆターム（参考）】
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