静電容量式スイッチ装置
【課題】簡単な構成で待機電力を減少させ安価に物体の近接・接触を判定して正確なスイッチ操作を実現すること。
【解決手段】静電容量式スイッチ装置は、透過パターン３Ａ〜３Ｃが設けられた意匠板１と、センサ電極１１〜１３と、これらを囲むセンサ電極１９と、拡散板２Ａ〜２ＣおよびＬＥＤ５１〜５３と、回路部２０とを備える。手などが近接してきたことはセンサ電極１９で検知され、指などがタッチしたことはセンサ電極１１〜１３で検知される。手などが離れているときは、センサ電極１１〜１３がＯＦＦモードとなり浮いた電位となるが、静電容量結合によりセンサ電極１９にて検知される静電容量値は上昇する。このため、各センサ電極１１〜１３のＯＮ／ＯＦＦモードを切り替える切替スイッチ等が不要の構成となる。
【解決手段】静電容量式スイッチ装置は、透過パターン３Ａ〜３Ｃが設けられた意匠板１と、センサ電極１１〜１３と、これらを囲むセンサ電極１９と、拡散板２Ａ〜２ＣおよびＬＥＤ５１〜５３と、回路部２０とを備える。手などが近接してきたことはセンサ電極１９で検知され、指などがタッチしたことはセンサ電極１１〜１３で検知される。手などが離れているときは、センサ電極１１〜１３がＯＦＦモードとなり浮いた電位となるが、静電容量結合によりセンサ電極１９にて検知される静電容量値は上昇する。このため、各センサ電極１１〜１３のＯＮ／ＯＦＦモードを切り替える切替スイッチ等が不要の構成となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車載機器、家電用機器、産業用機器、輸送機器、建造物等に使用され、人体の静電容量を測定してこれらの操作入力などの入力を受け付けてスイッチ出力を出力する静電容量式スイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、静電容量の変化を検出するものとして、静電容量式スイッチ装置（例えば、特許文献１（第４−６頁、第１−１０図）参照）が知られている。この静電容量式スイッチ装置は、人体の近接を検知する検知電極の近傍にバックライトが設けられ、バックライトの上に光透過パターンが形成された表示用マスク板が設けられ、検知電極の裏側に第２光源が設けられている。
【０００３】
そして、検知電極に操作者の指が近づくとバックライトが第１のパターンで点灯され、意匠板の表面に光透過パターンを浮かび上がらせ、指がその部分に接触すると、第２光源が第２のパターンで点灯され、意匠板１に浮かび上がった光透過パターンの輝度、色等を変化させる。
【０００４】
また、他の静電容量式スイッチ装置（例えば、特許文献２（第４−８頁、第１−１５図）参照）も知られている。この静電容量式スイッチ装置は、人体の近接を検知する検知電極を複数有し、複数のスイッチにより検知電極面積を切り替えるとされ、被検知物体が装置から離れているときは検知電極面積を増やして検知感度を高感度とし、装置に近いときには検知感度を標準感度とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１２８０１９号公報
【特許文献２】特開２００７−１８８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１および２に開示されている従来の静電容量式スイッチ装置では、１つの検知電極に対して複数の光源を設けたり、切り替えのためのスイッチを複数設けたりしている。このため、装置の構造が複雑となるとともに、例えば遠くの物体を検知するには高精度かつダイナミックレンジの複雑な検知回路が必要となり、安価に構成することが困難である。
【０００７】
また、複数の光源や複数のスイッチ等を備える構造では、装置が待機状態（スタンバイ状態）である場合であっても、相応の待機電力が必要となるため、やはり安価に構成することが難しいという問題がある。
【０００８】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、簡単な構成で待機電力を減少させ安価に物体の近接・接触を判定して正確なスイッチ操作を実現することができる静電容量式スイッチ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる静電容量式スイッチ装置は、第１のセンサ電極と、前記第１のセンサ電極の近傍に配置された第２のセンサ電極と、前記第１および第２のセンサ電極によって検知される各センサ電極と接地との間の静電容量をそれぞれ検出して、これらに対応する静電容量値を出力する複数の静電容量検知手段と、前記複数の静電容量検知手段からの出力に基づいて、前記第１のセンサ電極のＯＮ／ＯＦＦ状態を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第２のセンサ電極により検知された静電容量値が所定のしきい値以下である場合は前記第１のセンサ電極をＯＦＦ状態にするとともに、該静電容量値が所定のしきい値を超える場合は前記第１のセンサ電極をＯＮ状態にすることを特徴とする。
【００１０】
なお、前記第２のセンサ電極は、例えば前記第１のセンサ電極がＯＦＦ状態の際にこの第１のセンサ電極との静電容量結合を生じさせ、前記第２のセンサ電極単独の場合よりも検知感度が向上するように前記第１のセンサ電極に近接して設けられている。
【００１１】
前記制御手段は、例えば前記第１のセンサ電極がＯＮ状態となってからの時間を計測し、所定時間内に前記第１のセンサ電極により検知された静電容量値が所定のしきい値を超えなかった場合は、前記第１のセンサ電極をＯＦＦ状態にする。
【００１２】
前記第１のセンサ電極の所定の検知領域を照光する照光手段をさらに備え、前記制御手段は、例えば前記第１のセンサ電極がＯＮ状態である場合に前記照光手段を点灯させる。
【００１３】
前記制御手段は、例えば前記第２のセンサ電極により検知された静電容量値が所定のしきい値以下である場合は、前記照光手段を消灯させる。
【００１４】
告知手段をさらに備え、前記制御手段は、例えば第１のセンサ電極がＯＮ状態であるときに、前記第１のセンサ電極により検知された静電容量値が所定のしきい値を超えた場合は、前記告知手段を動作させる。この告知手段としては、例えば前記照光手段の点灯状態を変化させることや、警報音などの音声を出力させることなどがある。
【００１５】
前記第１のセンサ電極上に設けられ、前記照光手段からの光を透過する透過部と該光を遮光する遮光部とからなる透過パターンが形成された、前記透過部の遮光率が１０％〜１５％に設定された意匠板をさらに備えてもよい。
【００１６】
前記第２のセンサ電極は、例えば前記第１のセンサ電極を囲むように近傍に配置されてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、簡単な構成で待機電力を減少させ安価に物体の近接・接触を判定して正確なスイッチ操作を実現することができる静電容量式スイッチ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる静電容量式スイッチ装置の全体構成の例を示す分解斜視図である。
【図２】同静電容量式スイッチ装置の電気的構成の例を示すブロック図である。
【図３】同静電容量式スイッチ装置の全体構成の他の例を示す分解斜視図である。
【図４】同静電容量式スイッチ装置の一部の他の例を示す分解斜視図である。
【図５】同静電容量式スイッチ装置の一部のさらに他の例を示す分解斜視図である。
【図６】同静電容量式スイッチ装置の動作処理手順の例を示すフローチャートである。
【図７】同静電容量式スイッチ装置の動作処理手順の例を示すフローチャートである。
【図８】同静電容量式スイッチ装置における静電容量結合を説明するための説明図である。
【図９】同静電容量式スイッチ装置の電気的構成の他の例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、添付の図面を参照して、この発明にかかる静電容量式スイッチ装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態にかかる静電容量式スイッチ装置の全体構成の例を示す分解斜視図である。図１に示すように、静電容量式スイッチ装置は、被覆材としての意匠板１と、意匠板１の裏側に配置された人体の近接・接触を検知するための矩形状のセンサ電極１１，１２，１３およびロの字状のセンサ電極１９とを備える。
【００２１】
また、静電容量式スイッチ装置は、各センサ電極１１〜１３の上にそれぞれ配置された光を拡散させる拡散板２Ａ，２Ｂ，２Ｃと、これら拡散板２Ａ〜２Ｃの側面側に配置された光源としてのＬＥＤ５１，５２，５３とを備える。これら拡散板２Ａ〜２ＣとＬＥＤ５１〜５３は、照光手段を構成する。各センサ電極１１〜１３および１９と各ＬＥＤ５１〜５３は、検知された静電容量に基づき、例えばＬＥＤ５１〜５３の点灯状態を制御して、外部にスイッチ出力を行う回路部２０に接続されている。
【００２２】
意匠板１は、例えば光透過性を有する樹脂やガラス等の材料により形成され、無色透明の板の表面１ａ上に目的に合った模様や色のシート材等を貼り付けるなどして、数十％、例えば１０％〜５０％程度の光透過率に調整されたものである。また、意匠板１は、裏面１ｂ側にスイッチの種類や位置などを示すために、遮光塗料などを塗布することによって形成された光を遮光する遮光部と光を透過する透過部とからなる、所定の文字、記号、図形等を構成する透過パターン３Ａ，３Ｂ，３Ｃを備えてなる。
【００２３】
本例では、透過パターン３Ａはスイッチ「Ａ」を、透過パターン３Ｂはスイッチ「Ｂ」を、透過パターン３Ｃはスイッチ「Ｃ」をそれぞれ示すものである。なお、各透過パターン３Ａ〜３Ｃを印刷により形成する場合は、装置の動作を安定させるために、非導電性塗料を使用することが好ましい。
【００２４】
透過パターン３Ａ〜３Ｃを構成する透過部の遮光率は、例えば１０％〜１５％程度に設定され、これら透過パターン３Ａ〜３Ｃは、ＬＥＤ５１〜５３の点灯時に意匠板１の表面１ａに各透過パターン３Ａ〜３Ｃを浮かび上がらせるために設けられている。また、各透過パターン３Ａ〜３Ｃは、例えば意匠板１とは別体に構成されてもよく、この場合は各透過パターン３Ａ〜３Ｃが、スイッチごとに（すなわち、センサ電極１１〜１３に対応して）設けられた図示しないマスク板等に形成されていてもよい。
【００２５】
センサ電極１１〜１３は、第１のセンサ電極として接地（ＧＮＤ）との間の静電容量を検知して、例えば所定の変化量や変化速度となった場合に人体（手など）が接触（タッチ）したと判定するためのタッチセンサ用電極であり、それぞれが１つのタッチセンサとして機能する。センサ電極１９は、第２のセンサ電極として静電容量を検知し、手などが近接してきたことを検知するための近接センサ用電極である。このセンサ電極１９は、ここでは各センサ電極１１〜１３を囲むように近傍に配置されている。
【００２６】
拡散板２Ａ〜２Ｃは、側面に配置された各ＬＥＤ５１〜５３からの光を導入してこの光を拡散し、透過パターン３Ａ〜３Ｃを介して光を透過させることにより、意匠板１の表面１ａにスイッチの位置をより鮮明に映し出すことができるように配置されている。すなわち、これによりセンサ電極１１〜１３の所定の検知領域が照光されることとなる。各ＬＥＤ５１〜５３は、例えばセンサ電極１９により手などが近接してきたことが検知された場合（近接モードとなった場合）は第１色で点灯し、センサ電極１１〜１３により手などがタッチしたことが検知された場合（タッチモードとなった場合）は第１色とは異なる第２色で点灯することができるように、少なくとも複数の色で発光可能に形成されている。
【００２７】
これにより、本例の静電容量式スイッチ装置では、手などが近接していない場合は上述したスイッチＡ〜Ｃが意匠板１を通して見えない状態（不可視状態）となるが、手などが装置の近傍に近接した近接モードとなった場合はＬＥＤ５１〜５３が第１色で発光することにより、各スイッチＡ〜Ｃを意匠板１の表面１ａに視認可能に浮かび上がらせることができる。さらに、この状態で手などがスイッチ位置にタッチしたタッチモードとなった場合は該当するスイッチに対応するＬＥＤが第２色で発光することにより、スイッチ操作を確認させることが可能となる。
【００２８】
図２は、この静電容量式スイッチ装置の電気的構成の例を示すブロック図である。図２に示すように、回路部２０は、例えばセンサ電極１１〜１３，１９と接続され、各センサ電極１１〜１３，１９により検知された静電容量（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ）に変換して接地との間の静電容量値を測定するＣ−Ｖ変換回路２１，２２，２３，２９を備える。
【００２９】
また、回路部２０は、これらＣ−Ｖ変換回路２１〜２３からの出力に基づいて、例えば静電容量値の変化量や変化時間などの変化パターンを判定し、各センサ電極１１〜１３近傍の意匠板１に表示された各スイッチＡ〜Ｃに手などがタッチしたか否かを判定する判定回路３１，３２，３３と、Ｃ−Ｖ変換回路２９からの出力に基づいて、例えばセンサ電極１９に手などが近接していないときの静電容量値やその変化量を監視し、所定のしきい値と比較して手などが近接したか否かを判定するとともに、各センサ電極１１〜１３のＯＮ／ＯＦＦ状態を制御する制御回路４０とを備える。なお、各判定回路３１〜３３にて手などがタッチしたか否かを判定するための基準変化パターンは、あらかじめ定められているものを用いればよい。
【００３０】
各Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３，２９は、例えば公知のＣＲ充放電時間を計測する回路、充電した電荷を既知のコンデンサに転送する回路、インピーダンスを測定する回路、発振回路を構成して発振周波数を計測する回路等を用いて構成することができる。なお、手などの近接を意匠板１から２００ｍｍ以上離れた距離から検知する場合は、Ｃ−Ｖ変換回路２９を１０ｆＦ（フェムトファラド）以下の高精度な回路とする必要がある。各判定回路３１〜３３は、手などがタッチしたと判定した場合は、スイッチＡ〜Ｃに対応するスイッチ出力１〜３を行う。これら判定回路３１〜３３の機能は、制御回路４０に含まれていてもよい。
【００３１】
制御回路４０は、各Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３，２９と接続されるとともに、各判定回路３１〜３３と接続され、さらに各ＬＥＤ５１〜５３や警報音等の音声を出力するブザー５９などの告知手段と接続されている。この制御回路４０は、Ｃ−Ｖ変換回路２９からの出力や各判定回路３１〜３３からの出力に基づいて、各ＬＥＤ５１〜５３の点灯状態を制御したり、ブザー５９の動作を制御したりする。
【００３２】
また、制御回路４０は、各Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３のＯＮ／ＯＦＦ状態（ＯＮ／ＯＦＦモード）を制御する。すなわち、制御回路４０は、Ｃ−Ｖ変換回路２９からの出力に基づく静電容量値やその変化量と所定のしきい値とを比較して、所定のしきい値以下である場合（すなわち、手などが近傍に近接していない場合）は、Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３をＯＦＦモード（例えば、供給電源をＯＦＦにしたり、シャットダウン状態にしたりして、各センサ電極１１〜１３との接続を切断した状態）となるように制御する。
【００３３】
このＯＦＦモードのときは、各センサ電極１１〜１３には電位が与えられないため、いわゆる電位が浮いた状態となる。そして、図中破線で示すように、各センサ電極１１〜１３の静電容量の静電容量結合分は、Ｃ−Ｖ変換回路２９にて検出されるようになる。また、このＯＦＦモードのときは、さらなる消費電力低減のために、各Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３と併せて各判定回路３１〜３３もＯＦＦモードとするようにしてもよい。このように、本例の静電容量式スイッチ装置によれば、簡単な構成で待機電力を減少させることができる。
【００３４】
なお、静電容量式スイッチ装置は、次のような構成であってもよい。図３は、静電容量式スイッチ装置の全体構成の他の例を示す分解斜視図、図４は静電容量式スイッチ装置の一部の他の例を示す分解斜視図、図５は静電容量式スイッチ装置の一部のさらに他の例を示す分解斜視図である。図３に示すように、静電容量式スイッチ装置は、例えば各センサ電極１１〜１３を拡散板２Ａ〜２Ｃの上に配置するようにしてもよい。
【００３５】
この場合、各センサ電極１１〜１３は、図示のように拡散板２Ａ〜２Ｃからの光が透過可能となるような開口部を有する形状とするか、透明電極とすればよい。透明電極は、例えば錫ドープ酸インジウム（ＩＴＯ）や導電性ポリマーによって構成することができる。導電性ポリマーとしては、例えばＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォニック酸）や、ＰＥＤＯＴ／ＴｓＯ（ポリエチレンジオキシチオフェン／トルエンスルフォネート）などを用いることができる。
【００３６】
また、図４に示すように、ＬＥＤ５１〜５３を拡散板２Ａ〜２Ｃの裏面側に配置したり、図５に示すように、センサ電極１９をロの字状ではなく直線並行配列状に各センサ電極１１〜１３の近傍に配置するようにしてもよい。この場合、センサ電極１９の各直線状部分は、それぞれＣ−Ｖ変換回路２９に接続される。次に、静電容量式スイッチ装置の動作について説明する。
【００３７】
図６および図７は、静電容量式スイッチ装置の動作処理手順の例を示すフローチャートである。なお、以降において、既に説明した部分と重複する箇所には同一の符号を付して説明を省略し、本発明と特に関連のない部分については明記しないことがあるとする。
【００３８】
図６に示すように、静電容量式スイッチ装置は、まず、Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３をＯＦＦ状態にして各センサ電極１１〜１３を上述したようなＯＦＦモードに設定し（ステップＳ１０１）、Ｃ−Ｖ変換回路２９のみを有効な状態とする。このとき、ＬＥＤ５１〜５３は消灯状態となっているので、各透過パターン３Ａ〜３Ｃは不可視状態となっている。
【００３９】
そして、センサ電極１９で検知された静電容量に基づきＣ−Ｖ変換回路２９で検出された静電容量値の変化量ΔＣが所定のしきい値を超えたか否かを判断し（ステップＳ１０２）、所定のしきい値を超えていないと判断した場合（ステップＳ１０２のＮ）は、ＯＦＦモードの設定を維持する。
【００４０】
所定のしきい値を超えたと判断した場合（ステップＳ１０２のＹ）は、ＯＦＦモードを解除してＣ−Ｖ変換回路２１〜２３をＯＮ状態にし、各センサ電極１１〜１３を上述したような近接モードに設定して（ステップＳ１０３）、各判定回路３１〜３３での時間の計測を開始させるとともにタッチセンサの動作を有効な状態とする。そして、制御回路４０は、ＬＥＤ５１〜５３を第１色で点灯させる（ステップＳ１０４）。これにより、意匠板１を通して透過パターン３Ａ〜３Ｃが可視状態となり、スイッチ位置を確認させることが可能となる。
【００４１】
その後、判定回路３１〜３３は、センサ電極１１〜１３の少なくともいずれかの近傍（所定の検知領域）の意匠板１に指などが触れて（タッチして）、タッチを判定したかを判断する（ステップＳ１０５）。制御回路４０は、判定回路３１〜３３からの出力を監視して、タッチを判定したと判断された場合（ステップＳ１０５のＹ）は、タッチセンサの動作を上述したようなタッチモードに設定し（ステップＳ１０６）、時間を計測する。
【００４２】
そして、タッチ判定されたセンサ電極１１〜１３のＬＥＤ５１〜５３を第１色とは異なる第２色で点灯させて、ブザー５９を鳴動させ（ステップＳ１０７）、各判定回路３１〜３３は、タッチ判定に伴うスイッチ出力１〜３を行う（ステップＳ１０８）。
【００４３】
このときの点灯状態の一例としては、例えば、指などが近接して近接モードとなった場合に第１色としての白色でＬＥＤ５１〜５３が点灯しているときに、スイッチＡに指などがタッチした場合は、ＬＥＤ５１が第２色としての青色で点灯し、スイッチ位置に応じた音声をブザー５９が出力することなどが挙げられる。これにより、スイッチＡ〜Ｃにタッチしたことを確認させることが可能となる。また、スイッチ出力１〜３は、静電容量式スイッチ装置からの出力として、例えば図示しない車載機器等に入力されて、操作入力情報などとして取り扱われる。
【００４４】
なお、第２色はスイッチ位置ごとに異なる色であってもよく、複数のスイッチが同時にタッチされているときは対応するスイッチ出力と第２色の点灯が行われてもよい。そして、制御回路４０は、計測した時間が所定時間を経過するまで待って（ステップＳ１０９のＮ）、所定時間を経過したら（ステップＳ１０９のＹ）、各判定回路３１〜３３によって、Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３からの出力に基づいて、タッチが終了したか否かを判断させ（ステップＳ１１０）、タッチが終了していないと判断された場合（ステップＳ１１０のＮ）は、上記ステップＳ１０７に移行して処理を繰り返す。
【００４５】
この繰り返し処理により、タッチしている時間に応じたスイッチ出力（Ｓ１０８）等を行うことができ、この時間に対応して制御回路４０により、ＬＥＤ５１〜５３の輝度や明るさなどを変化させるようにしてもよい。また、上述した態様では、タッチを判定したときに、第１色から第２色に色を変化させるモーメンタリー動作を例に挙げたが、タッチを判定している状態で第１色と第２色とを交互に切り替えるようなトグル動作としてもよい。
【００４６】
タッチが終了したと判断された場合（ステップＳ１１０のＹ）は、タッチが判定されたセンサ電極に応じて第２色で点灯されていたＬＥＤ５１〜５３を第１色で点灯させ（ステップＳ１１１）、上記ステップＳ１０５に移行して再度タッチを判定したかを判断する。このステップＳ１０５にて、タッチを判定していないと判断した場合（ステップＳ１０５のＮ）は、図７に示すように、制御回路４０によって、各判定回路３１〜３３が１回以上タッチを判定したか否かを判断する（ステップＳ１１２）。
【００４７】
１回以上タッチを判定していないと判断した場合（ステップＳ１１３のＮ）は、計測した時間に基づき、近接モードが所定時間以上であるか否かを判断する（ステップＳ１１３）。すなわち、この場合は、近接モードになってから指などのタッチが判定されるまでの近接中接触待機時間が所定時間以上であるかが判断される。
【００４８】
また、１回以上タッチを判定したと判断した場合（ステップＳ１１３のＹ）は、計測した時間に基づき、タッチ非判定時間が所定時間以上であるか否かを判断する（ステップＳ１１４）。すなわち、この場合は、タッチモードになってから再度指などのタッチが判定されるまでの接触非判定時間が所定時間以上であるかが判断される。
【００４９】
近接モードが所定時間以上であると判断された場合（ステップＳ１１３のＹ）、およびタッチ非判定時間が所定時間以上であると判断された場合（ステップＳ１１４のＹ）は、上記ステップＳ１０１に移行して第１色で点灯されていた各ＬＥＤ５１〜５３を消灯状態にし、以降の処理を繰り返す。
【００５０】
すなわち、このステップＳ１０１では、各Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３をＯＦＦ状態にするとともに各センサ電極１１〜１３をＯＦＦモードにする。これとともに、手などが装置近傍から離れたと判断して、各ＬＥＤ５１〜５３を消灯状態にし、スイッチＡ〜Ｃが見えない状態にする。
【００５１】
一方、近接モードが所定時間以上でないと判断された場合（ステップＳ１１３のＮ）、およびタッチ非判定時間が所定時間以上でないと判断された場合（ステップＳ１１４のＮ）は、手などが装置の近傍にあり、タッチ操作が直ぐに起こり得ると判断することができるので、タッチ判定に移行して（ステップＳ１０５）、処理を繰り返す。
【００５２】
静電容量式スイッチ装置は、このように動作することによって、手などが近傍に近接していないときはＯＦＦモードとなり待機電力を減少させることができるので、安価に手などの近接・接触を判定して正確なスイッチ操作を可能とすることができる。なお、本例の静電容量式スイッチ装置では、このＯＦＦモードのときでもセンサ電極１９の検知感度を上昇させることができる構成を採用している。次に、このことについて説明する。
【００５３】
図８は、静電容量式スイッチ装置における静電容量結合を説明するための説明図である。図８に示すように、Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３をＯＦＦ状態にしたＯＦＦモードのときは、これらの供給電源がＯＦＦとなっているか、あるいはシャットダウン状態であるため、各センサ電極１１〜１３と各Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３との電気的な接続は断たれた状態となり、各センサ電極１１〜１３は浮いた電位となっている。
【００５４】
このとき、センサ電極１９およびＣ−Ｖ変換回路２９によって手４９などの近傍への近接を検出するが、手４９などが装置から遠い位置にある場合は、通常はセンサ電極１９により検知されＣ−Ｖ変換回路２９によって検出される静電容量値Ｃ１９は非常に小さいものとなる。
【００５５】
しかしながら、本実施形態の構成によれば、センサ電極１９が、センサ電極１１〜１３がＯＦＦモードの際にこれら各センサ電極１１〜１３との静電容量結合を生じさせ、センサ電極１９単独の場合よりも検知感度が向上するように各センサ電極１１〜１３に近接して設けられているので、各センサ電極１１〜１３がＯＦＦモードの場合、上述したようにセンサ電極１１〜１３の電位は浮いた状態であるため、センサ電極１１〜１３を介した静電容量結合（Ｃ１１，Ｃ１１ａ）、（Ｃ１２，Ｃ１２ａ）、（Ｃ１３，Ｃ１３ａ）も発生することとなる。したがって、センサ電極１９にて検知されるＣ−Ｖ変換回路２９にて検出される静電容量値Ｃｘは、Ｃｘ＝Ｃ１９＋（Ｃ１１×Ｃ１１ａ）／（Ｃ１１＋Ｃ１１ａ）＋（Ｃ１２＋Ｃ１２ａ）／（Ｃ１２＋Ｃ１２ａ）＋（Ｃ１３＋Ｃ１３ａ）／（Ｃ１３＋Ｃ１３ａ）となり、静電容量値Ｃ１９よりも上昇するため、検知感度を高めることが可能となる。このように、別途電極の切替スイッチ等を設けなくても、簡単な構成で待機電力を減少させつつ、安価に手４９などの装置近傍への近接を判定することが可能となる。
【００５６】
なお、例えば拡散板２Ａ〜２Ｃを透明なアクリル板などにより構成し、透過パターン３Ａ〜３Ｃと同様な文字等のパターンを描く傷などを形成し、その部分に光が反射するように構成すれば、遮光塗料等を用いて形成した透過パターン３Ａ〜３Ｃを省略することも可能となる。また、各センサ電極１１〜１３の周囲に、これらと絶縁状態で同電位に駆動されるシールド電極を配置し、各センサ電極１１〜１３の裏面にもこのようなシールド電極を配置すれば、センサ電極同士の干渉を低減させたり、ＬＥＤ５１〜５３やＦＰＣ、筐体等の周囲の構造物の影響を低減させたりすることができる構成とすることもできる。
【００５７】
さらに、図９に示すように、Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３および判定回路３１〜３３の代わりに、Ｃ−Ｖ変換回路２４および判定回路３４を設け、各センサ電極１１〜１３とＣ−Ｖ変換回路２４との接続を切り替える切替スイッチ（切替ＳＷ）を設けて、制御回路４０により切替ＳＷの制御を行うようにすれば、同様の作用効果を有しつつＣ−Ｖ変換回路数を少なくした静電容量式スイッチ装置とすることも可能である。
【００５８】
以上述べたように、本実施形態にかかる静電容量式スイッチ装置によれば、簡単な構成で待機電力を減少させ、安価に手などの近接・接触を判定して正確なスイッチ操作を実現することが可能となる。なお、上述した実施形態においては、静電容量を検知する手段として、Ｃ−Ｖ変換回路、すなわち静電容量を電圧に変換する回路を用いて説明したが、静電容量値を制御回路あるいはＣＰＵで判定できる電流値や周波数に変換したり、ディジタル値に変換したりする手段を用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 意匠板
２Ａ 拡散板
２Ｂ 拡散板
２Ｃ 拡散板
３Ａ 透過パターン
３Ｂ 透過パターン
３Ｃ 透過パターン
１１ センサ電極
１２ センサ電極
１３ センサ電極
１９ センサ電極
２０ 回路部
２１ Ｃ−Ｖ変換回路
２２ Ｃ−Ｖ変換回路
２３ Ｃ−Ｖ変換回路
２４ Ｃ−Ｖ変換回路
２９ Ｃ−Ｖ変換回路
３１ 判定回路
３２ 判定回路
３３ 判定回路
３４ 判定回路
４０ 制御回路
４９ 手
５１ ＬＥＤ
５２ ＬＥＤ
５３ ＬＥＤ
５９ ブザー
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車載機器、家電用機器、産業用機器、輸送機器、建造物等に使用され、人体の静電容量を測定してこれらの操作入力などの入力を受け付けてスイッチ出力を出力する静電容量式スイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、静電容量の変化を検出するものとして、静電容量式スイッチ装置（例えば、特許文献１（第４−６頁、第１−１０図）参照）が知られている。この静電容量式スイッチ装置は、人体の近接を検知する検知電極の近傍にバックライトが設けられ、バックライトの上に光透過パターンが形成された表示用マスク板が設けられ、検知電極の裏側に第２光源が設けられている。
【０００３】
そして、検知電極に操作者の指が近づくとバックライトが第１のパターンで点灯され、意匠板の表面に光透過パターンを浮かび上がらせ、指がその部分に接触すると、第２光源が第２のパターンで点灯され、意匠板１に浮かび上がった光透過パターンの輝度、色等を変化させる。
【０００４】
また、他の静電容量式スイッチ装置（例えば、特許文献２（第４−８頁、第１−１５図）参照）も知られている。この静電容量式スイッチ装置は、人体の近接を検知する検知電極を複数有し、複数のスイッチにより検知電極面積を切り替えるとされ、被検知物体が装置から離れているときは検知電極面積を増やして検知感度を高感度とし、装置に近いときには検知感度を標準感度とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１２８０１９号公報
【特許文献２】特開２００７−１８８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１および２に開示されている従来の静電容量式スイッチ装置では、１つの検知電極に対して複数の光源を設けたり、切り替えのためのスイッチを複数設けたりしている。このため、装置の構造が複雑となるとともに、例えば遠くの物体を検知するには高精度かつダイナミックレンジの複雑な検知回路が必要となり、安価に構成することが困難である。
【０００７】
また、複数の光源や複数のスイッチ等を備える構造では、装置が待機状態（スタンバイ状態）である場合であっても、相応の待機電力が必要となるため、やはり安価に構成することが難しいという問題がある。
【０００８】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、簡単な構成で待機電力を減少させ安価に物体の近接・接触を判定して正確なスイッチ操作を実現することができる静電容量式スイッチ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる静電容量式スイッチ装置は、第１のセンサ電極と、前記第１のセンサ電極の近傍に配置された第２のセンサ電極と、前記第１および第２のセンサ電極によって検知される各センサ電極と接地との間の静電容量をそれぞれ検出して、これらに対応する静電容量値を出力する複数の静電容量検知手段と、前記複数の静電容量検知手段からの出力に基づいて、前記第１のセンサ電極のＯＮ／ＯＦＦ状態を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第２のセンサ電極により検知された静電容量値が所定のしきい値以下である場合は前記第１のセンサ電極をＯＦＦ状態にするとともに、該静電容量値が所定のしきい値を超える場合は前記第１のセンサ電極をＯＮ状態にすることを特徴とする。
【００１０】
なお、前記第２のセンサ電極は、例えば前記第１のセンサ電極がＯＦＦ状態の際にこの第１のセンサ電極との静電容量結合を生じさせ、前記第２のセンサ電極単独の場合よりも検知感度が向上するように前記第１のセンサ電極に近接して設けられている。
【００１１】
前記制御手段は、例えば前記第１のセンサ電極がＯＮ状態となってからの時間を計測し、所定時間内に前記第１のセンサ電極により検知された静電容量値が所定のしきい値を超えなかった場合は、前記第１のセンサ電極をＯＦＦ状態にする。
【００１２】
前記第１のセンサ電極の所定の検知領域を照光する照光手段をさらに備え、前記制御手段は、例えば前記第１のセンサ電極がＯＮ状態である場合に前記照光手段を点灯させる。
【００１３】
前記制御手段は、例えば前記第２のセンサ電極により検知された静電容量値が所定のしきい値以下である場合は、前記照光手段を消灯させる。
【００１４】
告知手段をさらに備え、前記制御手段は、例えば第１のセンサ電極がＯＮ状態であるときに、前記第１のセンサ電極により検知された静電容量値が所定のしきい値を超えた場合は、前記告知手段を動作させる。この告知手段としては、例えば前記照光手段の点灯状態を変化させることや、警報音などの音声を出力させることなどがある。
【００１５】
前記第１のセンサ電極上に設けられ、前記照光手段からの光を透過する透過部と該光を遮光する遮光部とからなる透過パターンが形成された、前記透過部の遮光率が１０％〜１５％に設定された意匠板をさらに備えてもよい。
【００１６】
前記第２のセンサ電極は、例えば前記第１のセンサ電極を囲むように近傍に配置されてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、簡単な構成で待機電力を減少させ安価に物体の近接・接触を判定して正確なスイッチ操作を実現することができる静電容量式スイッチ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる静電容量式スイッチ装置の全体構成の例を示す分解斜視図である。
【図２】同静電容量式スイッチ装置の電気的構成の例を示すブロック図である。
【図３】同静電容量式スイッチ装置の全体構成の他の例を示す分解斜視図である。
【図４】同静電容量式スイッチ装置の一部の他の例を示す分解斜視図である。
【図５】同静電容量式スイッチ装置の一部のさらに他の例を示す分解斜視図である。
【図６】同静電容量式スイッチ装置の動作処理手順の例を示すフローチャートである。
【図７】同静電容量式スイッチ装置の動作処理手順の例を示すフローチャートである。
【図８】同静電容量式スイッチ装置における静電容量結合を説明するための説明図である。
【図９】同静電容量式スイッチ装置の電気的構成の他の例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、添付の図面を参照して、この発明にかかる静電容量式スイッチ装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態にかかる静電容量式スイッチ装置の全体構成の例を示す分解斜視図である。図１に示すように、静電容量式スイッチ装置は、被覆材としての意匠板１と、意匠板１の裏側に配置された人体の近接・接触を検知するための矩形状のセンサ電極１１，１２，１３およびロの字状のセンサ電極１９とを備える。
【００２１】
また、静電容量式スイッチ装置は、各センサ電極１１〜１３の上にそれぞれ配置された光を拡散させる拡散板２Ａ，２Ｂ，２Ｃと、これら拡散板２Ａ〜２Ｃの側面側に配置された光源としてのＬＥＤ５１，５２，５３とを備える。これら拡散板２Ａ〜２ＣとＬＥＤ５１〜５３は、照光手段を構成する。各センサ電極１１〜１３および１９と各ＬＥＤ５１〜５３は、検知された静電容量に基づき、例えばＬＥＤ５１〜５３の点灯状態を制御して、外部にスイッチ出力を行う回路部２０に接続されている。
【００２２】
意匠板１は、例えば光透過性を有する樹脂やガラス等の材料により形成され、無色透明の板の表面１ａ上に目的に合った模様や色のシート材等を貼り付けるなどして、数十％、例えば１０％〜５０％程度の光透過率に調整されたものである。また、意匠板１は、裏面１ｂ側にスイッチの種類や位置などを示すために、遮光塗料などを塗布することによって形成された光を遮光する遮光部と光を透過する透過部とからなる、所定の文字、記号、図形等を構成する透過パターン３Ａ，３Ｂ，３Ｃを備えてなる。
【００２３】
本例では、透過パターン３Ａはスイッチ「Ａ」を、透過パターン３Ｂはスイッチ「Ｂ」を、透過パターン３Ｃはスイッチ「Ｃ」をそれぞれ示すものである。なお、各透過パターン３Ａ〜３Ｃを印刷により形成する場合は、装置の動作を安定させるために、非導電性塗料を使用することが好ましい。
【００２４】
透過パターン３Ａ〜３Ｃを構成する透過部の遮光率は、例えば１０％〜１５％程度に設定され、これら透過パターン３Ａ〜３Ｃは、ＬＥＤ５１〜５３の点灯時に意匠板１の表面１ａに各透過パターン３Ａ〜３Ｃを浮かび上がらせるために設けられている。また、各透過パターン３Ａ〜３Ｃは、例えば意匠板１とは別体に構成されてもよく、この場合は各透過パターン３Ａ〜３Ｃが、スイッチごとに（すなわち、センサ電極１１〜１３に対応して）設けられた図示しないマスク板等に形成されていてもよい。
【００２５】
センサ電極１１〜１３は、第１のセンサ電極として接地（ＧＮＤ）との間の静電容量を検知して、例えば所定の変化量や変化速度となった場合に人体（手など）が接触（タッチ）したと判定するためのタッチセンサ用電極であり、それぞれが１つのタッチセンサとして機能する。センサ電極１９は、第２のセンサ電極として静電容量を検知し、手などが近接してきたことを検知するための近接センサ用電極である。このセンサ電極１９は、ここでは各センサ電極１１〜１３を囲むように近傍に配置されている。
【００２６】
拡散板２Ａ〜２Ｃは、側面に配置された各ＬＥＤ５１〜５３からの光を導入してこの光を拡散し、透過パターン３Ａ〜３Ｃを介して光を透過させることにより、意匠板１の表面１ａにスイッチの位置をより鮮明に映し出すことができるように配置されている。すなわち、これによりセンサ電極１１〜１３の所定の検知領域が照光されることとなる。各ＬＥＤ５１〜５３は、例えばセンサ電極１９により手などが近接してきたことが検知された場合（近接モードとなった場合）は第１色で点灯し、センサ電極１１〜１３により手などがタッチしたことが検知された場合（タッチモードとなった場合）は第１色とは異なる第２色で点灯することができるように、少なくとも複数の色で発光可能に形成されている。
【００２７】
これにより、本例の静電容量式スイッチ装置では、手などが近接していない場合は上述したスイッチＡ〜Ｃが意匠板１を通して見えない状態（不可視状態）となるが、手などが装置の近傍に近接した近接モードとなった場合はＬＥＤ５１〜５３が第１色で発光することにより、各スイッチＡ〜Ｃを意匠板１の表面１ａに視認可能に浮かび上がらせることができる。さらに、この状態で手などがスイッチ位置にタッチしたタッチモードとなった場合は該当するスイッチに対応するＬＥＤが第２色で発光することにより、スイッチ操作を確認させることが可能となる。
【００２８】
図２は、この静電容量式スイッチ装置の電気的構成の例を示すブロック図である。図２に示すように、回路部２０は、例えばセンサ電極１１〜１３，１９と接続され、各センサ電極１１〜１３，１９により検知された静電容量（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ）に変換して接地との間の静電容量値を測定するＣ−Ｖ変換回路２１，２２，２３，２９を備える。
【００２９】
また、回路部２０は、これらＣ−Ｖ変換回路２１〜２３からの出力に基づいて、例えば静電容量値の変化量や変化時間などの変化パターンを判定し、各センサ電極１１〜１３近傍の意匠板１に表示された各スイッチＡ〜Ｃに手などがタッチしたか否かを判定する判定回路３１，３２，３３と、Ｃ−Ｖ変換回路２９からの出力に基づいて、例えばセンサ電極１９に手などが近接していないときの静電容量値やその変化量を監視し、所定のしきい値と比較して手などが近接したか否かを判定するとともに、各センサ電極１１〜１３のＯＮ／ＯＦＦ状態を制御する制御回路４０とを備える。なお、各判定回路３１〜３３にて手などがタッチしたか否かを判定するための基準変化パターンは、あらかじめ定められているものを用いればよい。
【００３０】
各Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３，２９は、例えば公知のＣＲ充放電時間を計測する回路、充電した電荷を既知のコンデンサに転送する回路、インピーダンスを測定する回路、発振回路を構成して発振周波数を計測する回路等を用いて構成することができる。なお、手などの近接を意匠板１から２００ｍｍ以上離れた距離から検知する場合は、Ｃ−Ｖ変換回路２９を１０ｆＦ（フェムトファラド）以下の高精度な回路とする必要がある。各判定回路３１〜３３は、手などがタッチしたと判定した場合は、スイッチＡ〜Ｃに対応するスイッチ出力１〜３を行う。これら判定回路３１〜３３の機能は、制御回路４０に含まれていてもよい。
【００３１】
制御回路４０は、各Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３，２９と接続されるとともに、各判定回路３１〜３３と接続され、さらに各ＬＥＤ５１〜５３や警報音等の音声を出力するブザー５９などの告知手段と接続されている。この制御回路４０は、Ｃ−Ｖ変換回路２９からの出力や各判定回路３１〜３３からの出力に基づいて、各ＬＥＤ５１〜５３の点灯状態を制御したり、ブザー５９の動作を制御したりする。
【００３２】
また、制御回路４０は、各Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３のＯＮ／ＯＦＦ状態（ＯＮ／ＯＦＦモード）を制御する。すなわち、制御回路４０は、Ｃ−Ｖ変換回路２９からの出力に基づく静電容量値やその変化量と所定のしきい値とを比較して、所定のしきい値以下である場合（すなわち、手などが近傍に近接していない場合）は、Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３をＯＦＦモード（例えば、供給電源をＯＦＦにしたり、シャットダウン状態にしたりして、各センサ電極１１〜１３との接続を切断した状態）となるように制御する。
【００３３】
このＯＦＦモードのときは、各センサ電極１１〜１３には電位が与えられないため、いわゆる電位が浮いた状態となる。そして、図中破線で示すように、各センサ電極１１〜１３の静電容量の静電容量結合分は、Ｃ−Ｖ変換回路２９にて検出されるようになる。また、このＯＦＦモードのときは、さらなる消費電力低減のために、各Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３と併せて各判定回路３１〜３３もＯＦＦモードとするようにしてもよい。このように、本例の静電容量式スイッチ装置によれば、簡単な構成で待機電力を減少させることができる。
【００３４】
なお、静電容量式スイッチ装置は、次のような構成であってもよい。図３は、静電容量式スイッチ装置の全体構成の他の例を示す分解斜視図、図４は静電容量式スイッチ装置の一部の他の例を示す分解斜視図、図５は静電容量式スイッチ装置の一部のさらに他の例を示す分解斜視図である。図３に示すように、静電容量式スイッチ装置は、例えば各センサ電極１１〜１３を拡散板２Ａ〜２Ｃの上に配置するようにしてもよい。
【００３５】
この場合、各センサ電極１１〜１３は、図示のように拡散板２Ａ〜２Ｃからの光が透過可能となるような開口部を有する形状とするか、透明電極とすればよい。透明電極は、例えば錫ドープ酸インジウム（ＩＴＯ）や導電性ポリマーによって構成することができる。導電性ポリマーとしては、例えばＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォニック酸）や、ＰＥＤＯＴ／ＴｓＯ（ポリエチレンジオキシチオフェン／トルエンスルフォネート）などを用いることができる。
【００３６】
また、図４に示すように、ＬＥＤ５１〜５３を拡散板２Ａ〜２Ｃの裏面側に配置したり、図５に示すように、センサ電極１９をロの字状ではなく直線並行配列状に各センサ電極１１〜１３の近傍に配置するようにしてもよい。この場合、センサ電極１９の各直線状部分は、それぞれＣ−Ｖ変換回路２９に接続される。次に、静電容量式スイッチ装置の動作について説明する。
【００３７】
図６および図７は、静電容量式スイッチ装置の動作処理手順の例を示すフローチャートである。なお、以降において、既に説明した部分と重複する箇所には同一の符号を付して説明を省略し、本発明と特に関連のない部分については明記しないことがあるとする。
【００３８】
図６に示すように、静電容量式スイッチ装置は、まず、Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３をＯＦＦ状態にして各センサ電極１１〜１３を上述したようなＯＦＦモードに設定し（ステップＳ１０１）、Ｃ−Ｖ変換回路２９のみを有効な状態とする。このとき、ＬＥＤ５１〜５３は消灯状態となっているので、各透過パターン３Ａ〜３Ｃは不可視状態となっている。
【００３９】
そして、センサ電極１９で検知された静電容量に基づきＣ−Ｖ変換回路２９で検出された静電容量値の変化量ΔＣが所定のしきい値を超えたか否かを判断し（ステップＳ１０２）、所定のしきい値を超えていないと判断した場合（ステップＳ１０２のＮ）は、ＯＦＦモードの設定を維持する。
【００４０】
所定のしきい値を超えたと判断した場合（ステップＳ１０２のＹ）は、ＯＦＦモードを解除してＣ−Ｖ変換回路２１〜２３をＯＮ状態にし、各センサ電極１１〜１３を上述したような近接モードに設定して（ステップＳ１０３）、各判定回路３１〜３３での時間の計測を開始させるとともにタッチセンサの動作を有効な状態とする。そして、制御回路４０は、ＬＥＤ５１〜５３を第１色で点灯させる（ステップＳ１０４）。これにより、意匠板１を通して透過パターン３Ａ〜３Ｃが可視状態となり、スイッチ位置を確認させることが可能となる。
【００４１】
その後、判定回路３１〜３３は、センサ電極１１〜１３の少なくともいずれかの近傍（所定の検知領域）の意匠板１に指などが触れて（タッチして）、タッチを判定したかを判断する（ステップＳ１０５）。制御回路４０は、判定回路３１〜３３からの出力を監視して、タッチを判定したと判断された場合（ステップＳ１０５のＹ）は、タッチセンサの動作を上述したようなタッチモードに設定し（ステップＳ１０６）、時間を計測する。
【００４２】
そして、タッチ判定されたセンサ電極１１〜１３のＬＥＤ５１〜５３を第１色とは異なる第２色で点灯させて、ブザー５９を鳴動させ（ステップＳ１０７）、各判定回路３１〜３３は、タッチ判定に伴うスイッチ出力１〜３を行う（ステップＳ１０８）。
【００４３】
このときの点灯状態の一例としては、例えば、指などが近接して近接モードとなった場合に第１色としての白色でＬＥＤ５１〜５３が点灯しているときに、スイッチＡに指などがタッチした場合は、ＬＥＤ５１が第２色としての青色で点灯し、スイッチ位置に応じた音声をブザー５９が出力することなどが挙げられる。これにより、スイッチＡ〜Ｃにタッチしたことを確認させることが可能となる。また、スイッチ出力１〜３は、静電容量式スイッチ装置からの出力として、例えば図示しない車載機器等に入力されて、操作入力情報などとして取り扱われる。
【００４４】
なお、第２色はスイッチ位置ごとに異なる色であってもよく、複数のスイッチが同時にタッチされているときは対応するスイッチ出力と第２色の点灯が行われてもよい。そして、制御回路４０は、計測した時間が所定時間を経過するまで待って（ステップＳ１０９のＮ）、所定時間を経過したら（ステップＳ１０９のＹ）、各判定回路３１〜３３によって、Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３からの出力に基づいて、タッチが終了したか否かを判断させ（ステップＳ１１０）、タッチが終了していないと判断された場合（ステップＳ１１０のＮ）は、上記ステップＳ１０７に移行して処理を繰り返す。
【００４５】
この繰り返し処理により、タッチしている時間に応じたスイッチ出力（Ｓ１０８）等を行うことができ、この時間に対応して制御回路４０により、ＬＥＤ５１〜５３の輝度や明るさなどを変化させるようにしてもよい。また、上述した態様では、タッチを判定したときに、第１色から第２色に色を変化させるモーメンタリー動作を例に挙げたが、タッチを判定している状態で第１色と第２色とを交互に切り替えるようなトグル動作としてもよい。
【００４６】
タッチが終了したと判断された場合（ステップＳ１１０のＹ）は、タッチが判定されたセンサ電極に応じて第２色で点灯されていたＬＥＤ５１〜５３を第１色で点灯させ（ステップＳ１１１）、上記ステップＳ１０５に移行して再度タッチを判定したかを判断する。このステップＳ１０５にて、タッチを判定していないと判断した場合（ステップＳ１０５のＮ）は、図７に示すように、制御回路４０によって、各判定回路３１〜３３が１回以上タッチを判定したか否かを判断する（ステップＳ１１２）。
【００４７】
１回以上タッチを判定していないと判断した場合（ステップＳ１１３のＮ）は、計測した時間に基づき、近接モードが所定時間以上であるか否かを判断する（ステップＳ１１３）。すなわち、この場合は、近接モードになってから指などのタッチが判定されるまでの近接中接触待機時間が所定時間以上であるかが判断される。
【００４８】
また、１回以上タッチを判定したと判断した場合（ステップＳ１１３のＹ）は、計測した時間に基づき、タッチ非判定時間が所定時間以上であるか否かを判断する（ステップＳ１１４）。すなわち、この場合は、タッチモードになってから再度指などのタッチが判定されるまでの接触非判定時間が所定時間以上であるかが判断される。
【００４９】
近接モードが所定時間以上であると判断された場合（ステップＳ１１３のＹ）、およびタッチ非判定時間が所定時間以上であると判断された場合（ステップＳ１１４のＹ）は、上記ステップＳ１０１に移行して第１色で点灯されていた各ＬＥＤ５１〜５３を消灯状態にし、以降の処理を繰り返す。
【００５０】
すなわち、このステップＳ１０１では、各Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３をＯＦＦ状態にするとともに各センサ電極１１〜１３をＯＦＦモードにする。これとともに、手などが装置近傍から離れたと判断して、各ＬＥＤ５１〜５３を消灯状態にし、スイッチＡ〜Ｃが見えない状態にする。
【００５１】
一方、近接モードが所定時間以上でないと判断された場合（ステップＳ１１３のＮ）、およびタッチ非判定時間が所定時間以上でないと判断された場合（ステップＳ１１４のＮ）は、手などが装置の近傍にあり、タッチ操作が直ぐに起こり得ると判断することができるので、タッチ判定に移行して（ステップＳ１０５）、処理を繰り返す。
【００５２】
静電容量式スイッチ装置は、このように動作することによって、手などが近傍に近接していないときはＯＦＦモードとなり待機電力を減少させることができるので、安価に手などの近接・接触を判定して正確なスイッチ操作を可能とすることができる。なお、本例の静電容量式スイッチ装置では、このＯＦＦモードのときでもセンサ電極１９の検知感度を上昇させることができる構成を採用している。次に、このことについて説明する。
【００５３】
図８は、静電容量式スイッチ装置における静電容量結合を説明するための説明図である。図８に示すように、Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３をＯＦＦ状態にしたＯＦＦモードのときは、これらの供給電源がＯＦＦとなっているか、あるいはシャットダウン状態であるため、各センサ電極１１〜１３と各Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３との電気的な接続は断たれた状態となり、各センサ電極１１〜１３は浮いた電位となっている。
【００５４】
このとき、センサ電極１９およびＣ−Ｖ変換回路２９によって手４９などの近傍への近接を検出するが、手４９などが装置から遠い位置にある場合は、通常はセンサ電極１９により検知されＣ−Ｖ変換回路２９によって検出される静電容量値Ｃ１９は非常に小さいものとなる。
【００５５】
しかしながら、本実施形態の構成によれば、センサ電極１９が、センサ電極１１〜１３がＯＦＦモードの際にこれら各センサ電極１１〜１３との静電容量結合を生じさせ、センサ電極１９単独の場合よりも検知感度が向上するように各センサ電極１１〜１３に近接して設けられているので、各センサ電極１１〜１３がＯＦＦモードの場合、上述したようにセンサ電極１１〜１３の電位は浮いた状態であるため、センサ電極１１〜１３を介した静電容量結合（Ｃ１１，Ｃ１１ａ）、（Ｃ１２，Ｃ１２ａ）、（Ｃ１３，Ｃ１３ａ）も発生することとなる。したがって、センサ電極１９にて検知されるＣ−Ｖ変換回路２９にて検出される静電容量値Ｃｘは、Ｃｘ＝Ｃ１９＋（Ｃ１１×Ｃ１１ａ）／（Ｃ１１＋Ｃ１１ａ）＋（Ｃ１２＋Ｃ１２ａ）／（Ｃ１２＋Ｃ１２ａ）＋（Ｃ１３＋Ｃ１３ａ）／（Ｃ１３＋Ｃ１３ａ）となり、静電容量値Ｃ１９よりも上昇するため、検知感度を高めることが可能となる。このように、別途電極の切替スイッチ等を設けなくても、簡単な構成で待機電力を減少させつつ、安価に手４９などの装置近傍への近接を判定することが可能となる。
【００５６】
なお、例えば拡散板２Ａ〜２Ｃを透明なアクリル板などにより構成し、透過パターン３Ａ〜３Ｃと同様な文字等のパターンを描く傷などを形成し、その部分に光が反射するように構成すれば、遮光塗料等を用いて形成した透過パターン３Ａ〜３Ｃを省略することも可能となる。また、各センサ電極１１〜１３の周囲に、これらと絶縁状態で同電位に駆動されるシールド電極を配置し、各センサ電極１１〜１３の裏面にもこのようなシールド電極を配置すれば、センサ電極同士の干渉を低減させたり、ＬＥＤ５１〜５３やＦＰＣ、筐体等の周囲の構造物の影響を低減させたりすることができる構成とすることもできる。
【００５７】
さらに、図９に示すように、Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２３および判定回路３１〜３３の代わりに、Ｃ−Ｖ変換回路２４および判定回路３４を設け、各センサ電極１１〜１３とＣ−Ｖ変換回路２４との接続を切り替える切替スイッチ（切替ＳＷ）を設けて、制御回路４０により切替ＳＷの制御を行うようにすれば、同様の作用効果を有しつつＣ−Ｖ変換回路数を少なくした静電容量式スイッチ装置とすることも可能である。
【００５８】
以上述べたように、本実施形態にかかる静電容量式スイッチ装置によれば、簡単な構成で待機電力を減少させ、安価に手などの近接・接触を判定して正確なスイッチ操作を実現することが可能となる。なお、上述した実施形態においては、静電容量を検知する手段として、Ｃ−Ｖ変換回路、すなわち静電容量を電圧に変換する回路を用いて説明したが、静電容量値を制御回路あるいはＣＰＵで判定できる電流値や周波数に変換したり、ディジタル値に変換したりする手段を用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 意匠板
２Ａ 拡散板
２Ｂ 拡散板
２Ｃ 拡散板
３Ａ 透過パターン
３Ｂ 透過パターン
３Ｃ 透過パターン
１１ センサ電極
１２ センサ電極
１３ センサ電極
１９ センサ電極
２０ 回路部
２１ Ｃ−Ｖ変換回路
２２ Ｃ−Ｖ変換回路
２３ Ｃ−Ｖ変換回路
２４ Ｃ−Ｖ変換回路
２９ Ｃ−Ｖ変換回路
３１ 判定回路
３２ 判定回路
３３ 判定回路
３４ 判定回路
４０ 制御回路
４９ 手
５１ ＬＥＤ
５２ ＬＥＤ
５３ ＬＥＤ
５９ ブザー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のセンサ電極と、
前記第１のセンサ電極の近傍に配置された第２のセンサ電極と、
前記第１および第２のセンサ電極によって検知される各センサ電極と接地との間の静電容量をそれぞれ検出して、これらに対応する静電容量値を出力する複数の静電容量検知手段と、
前記複数の静電容量検知手段からの出力に基づいて、前記第１のセンサ電極のＯＮ／ＯＦＦ状態を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記第２のセンサ電極により検知された静電容量値が所定のしきい値以下である場合は前記第１のセンサ電極をＯＦＦ状態にするとともに、該静電容量値が所定のしきい値を超える場合は前記第１のセンサ電極をＯＮ状態にする
ことを特徴とする静電容量式スイッチ装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１のセンサ電極がＯＮ状態となってからの時間を計測し、所定時間内に前記第１のセンサ電極により検知された静電容量値が所定のしきい値を超えなかった場合は、前記第１のセンサ電極をＯＦＦ状態にする
ことを特徴とする請求項１記載の静電容量式スイッチ装置。
【請求項３】
前記第１のセンサ電極の所定の検知領域を照光する照光手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記第１のセンサ電極がＯＮ状態である場合に前記照光手段を点灯させる
ことを特徴とする請求項１または２記載の静電容量式スイッチ装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第２のセンサ電極により検知された静電容量値が所定のしきい値以下である場合は、前記照光手段を消灯させる
ことを特徴とする請求項３記載の静電容量式スイッチ装置。
【請求項５】
告知手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記第１のセンサ電極がＯＮ状態であるときに、前記第１のセンサ電極により検知された静電容量値が所定のしきい値を超えた場合は、前記告知手段を動作させる
ことを特徴とする請求項３または４記載の静電容量式スイッチ装置。
【請求項６】
前記第１のセンサ電極上に設けられ、前記照光手段からの光を透過する透過部と該光を遮光する遮光部とからなる透過パターンが形成された、前記透過部の遮光率が１０％〜１５％に設定された意匠板をさらに備える
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項記載の静電容量式スイッチ装置。
【請求項７】
前記第２のセンサ電極は、前記第１のセンサ電極を囲むように近傍に配置されている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の静電容量式スイッチ装置。
【請求項１】
第１のセンサ電極と、
前記第１のセンサ電極の近傍に配置された第２のセンサ電極と、
前記第１および第２のセンサ電極によって検知される各センサ電極と接地との間の静電容量をそれぞれ検出して、これらに対応する静電容量値を出力する複数の静電容量検知手段と、
前記複数の静電容量検知手段からの出力に基づいて、前記第１のセンサ電極のＯＮ／ＯＦＦ状態を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記第２のセンサ電極により検知された静電容量値が所定のしきい値以下である場合は前記第１のセンサ電極をＯＦＦ状態にするとともに、該静電容量値が所定のしきい値を超える場合は前記第１のセンサ電極をＯＮ状態にする
ことを特徴とする静電容量式スイッチ装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１のセンサ電極がＯＮ状態となってからの時間を計測し、所定時間内に前記第１のセンサ電極により検知された静電容量値が所定のしきい値を超えなかった場合は、前記第１のセンサ電極をＯＦＦ状態にする
ことを特徴とする請求項１記載の静電容量式スイッチ装置。
【請求項３】
前記第１のセンサ電極の所定の検知領域を照光する照光手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記第１のセンサ電極がＯＮ状態である場合に前記照光手段を点灯させる
ことを特徴とする請求項１または２記載の静電容量式スイッチ装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第２のセンサ電極により検知された静電容量値が所定のしきい値以下である場合は、前記照光手段を消灯させる
ことを特徴とする請求項３記載の静電容量式スイッチ装置。
【請求項５】
告知手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記第１のセンサ電極がＯＮ状態であるときに、前記第１のセンサ電極により検知された静電容量値が所定のしきい値を超えた場合は、前記告知手段を動作させる
ことを特徴とする請求項３または４記載の静電容量式スイッチ装置。
【請求項６】
前記第１のセンサ電極上に設けられ、前記照光手段からの光を透過する透過部と該光を遮光する遮光部とからなる透過パターンが形成された、前記透過部の遮光率が１０％〜１５％に設定された意匠板をさらに備える
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項記載の静電容量式スイッチ装置。
【請求項７】
前記第２のセンサ電極は、前記第１のセンサ電極を囲むように近傍に配置されている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の静電容量式スイッチ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−９６３６９（Ｐ２０１１−９６３６９Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４６０５２（Ｐ２００９−２４６０５２）
【出願日】平成２１年１０月２７日（２００９．１０．２７）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２７日（２００９．１０．２７）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]