(57)【要約】【課題】多段階的或いは連続的なスイッチング（検出）を行うことが可能なスイッチを提供する。【解決手段】スイッチ１０は、弾性変形可能であると共に光が透過可能な導光板１１と、導光板１１の下面１１２を支持する支持体１２と、導光板１１に光を投光する投光素子１３と、投光素子１３から投光され導光板１１を透過した光を受光する受光素子１４と、を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性変形可能であると共に光が透過可能な導光体と、
前記導光体の第１の主面を支持する支持体と、
前記導光体に光を投光する投光素子と、
前記投光素子から投光され前記導光体を透過した光を受光する受光素子と、を備えたことを特徴とするスイッチ。
【請求項２】
弾性変形可能であると共に光が透過可能な導光体と、
前記導光体の第１の主面を支持する支持体と、
前記導光体の側面における第１の部分に隣接する投光素子と、
前記導光体を介して前記投光素子に対向するように、前記導光体の側面において前記第１の部分に対向する第２の部分に隣接する受光素子と、を備えたことを特徴とするスイッチ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のスイッチであって、
前記導光体において前記第１の主面に対向する第２の主面が押圧されることで、前記導光体の断面形状が変形して、前記受光素子が受光する光量が変化することを特徴とするスイッチ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のスイッチであって、
３種以上の出力信号の中から、前記受光素子によって受光された光量に対応した出力信号を選択して出力する出力手段を備えたことを特徴とするスイッチ。
【請求項５】
請求項１〜３の何れかに記載のスイッチであって、
前記受光素子によって受光された光量に応じた電圧を出力する電圧出力手段と、
前記電圧出力手段の出力電圧と、所定電圧と、の比率を演算する比率演算手段と、
３種以上の出力信号の中から、前記比率に対応した出力信号を選択して出力する信号出力手段と、を備えたことを特徴とするスイッチ。
【請求項６】
請求項１〜３の何れかに記載のスイッチであって、
前記投光素子を複数備えると共に前記受光素子を複数備え、
複数の前記投光素子と複数の前記受光素子とは、相互に対向するように配置されており、
単一の前記導光体が、複数の前記投光素子と複数の前記受光素子との間に介在していることを特徴とするスイッチ。
【請求項７】
請求項１に記載のスイッチであって、
前記受光素子を複数備えると共に、
前記投光素子と前記導光体との間に介装された光分配手段を備えており、
前記光分配手段は、単一の前記投光素子から照射された光を複数の前記受光素子に分配することを特徴とするスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スペーサを介して投光用導光板に積層された受光用導光板が押圧されると、投光用導光板と受光用導光板とが接触して、投光用導光板内を伝播していた光が受光用導光板に導かれることを利用してスイッチングを行う技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１６２６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記技術では、オン／オフ（すなわち二値）のスイッチングしか行うことができないという問題がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、多段階的或いは連続的なスイッチング（検出）を行うことが可能なスイッチを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［１］本発明に係るスイッチは、弾性変形可能であると共に光が透過可能な導光体と、前記導光体の第１の主面を支持する支持体と、前記導光体に光を投光する投光素子と、前記投光素子から投光され前記導光体を透過した光を受光する受光素子と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
［２］本発明に係るスイッチは、弾性変形可能であると共に光が透過可能な導光体と、前記導光体の第１の主面を支持する支持体と、前記導光体の側面における第１の部分に隣接する投光素子と、前記導光体を介して前記投光素子に対向するように、前記導光体の側面において前記第１の部分に対向する第２の部分に隣接する受光素子と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
［３］上記発明において、前記導光体において前記第１の主面に対向する第２の主面が押圧されることで、前記導光体の断面形状が変形して、前記受光素子が受光する光量が変化してもよい。
【０００９】
［４］上記発明において、前記スイッチは、３種以上の出力信号の中から、前記受光素子によって受光された光量に対応した出力信号を選択して出力する出力手段を備えてもよい。
【００１０】
［５］上記発明において、前記スイッチは、前記受光素子によって受光された光量に応じた電圧を出力する電圧出力手段と、前記電圧出力手段の出力電圧と、所定電圧と、の比率を演算する比率演算手段と、３種以上の出力信号の中から、前記比率に対応した出力信号を選択して出力する信号出力手段と、を備えてもよい。
【００１１】
［６］上記発明において、前記投光素子を複数備えると共に前記受光素子を複数備え、複数の前記投光素子と複数の前記受光素子とは、相互に対向するように配置されており、単一の前記導光体が、複数の前記投光素子と複数の前記受光素子との間に介在していてもよい。
【００１２】
［７］上記発明において、前記スイッチは、前記受光素子を複数備えると共に、前記投光素子と前記導光体との間に介装された光分配手段を備えており、前記光分配手段は、単一の前記投光素子から照射された光を複数の前記受光素子に分配してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、導光板の押し込み量に応じて受光素子が受光する光量が変化するので、多段階的或いは連続的なスイッチング（検出）を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態におけるスイッチの全体構成を示す平面図及びブロック図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示すスイッチの側面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態において、押圧された状態のスイッチを示す側面図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態における電圧出力部の構成を示す回路図である。
【図４】図４は、受光素子の受光量と、電圧出力部の出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を示すグラフである。
【図５】図５は、比率演算部により演算された比率ＲＴと、複数の出力信号との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態におけるスイッチの全体構成を示す平面図である。
【図７】図７は、本発明の第３実施形態におけるスイッチの全体構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
<<第１実施形態>>
図１（Ａ）は本実施形態におけるスイッチの全体構成を示す平面図及びブロック図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示すスイッチの側面図、図２は本実施形態において押圧された状態のスイッチを示す側面図、図３は本実施形態における電圧出力部の構成を示す回路図、図４は受光素子の受光量と電圧出力部の出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を示すグラフ、図５は比較演算部により演算された比率ＲＴと複数の出力信号との関係を示すグラフである。
【００１７】
本実施形態におけるスイッチ１０は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、導光板１１、支持体１２、投光素子１３、受光素子１４、及び出力装置１５を備えており、例えば、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の携帯型情報端末、パソコン、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルオーディオプレーヤ等の入力部分に用いられる。後に詳述するが、このスイッチ１０は、導光板１１の押し込み量に応じて受光素子１４の受光量が変化することを利用して多段階のスイッチング（検出）を行うことが可能となっている。
【００１８】
導光板１１は、弾性変形可能な透明部材であり、その内部を光が伝播することが可能となっている。この導光板１１を構成する材料としては、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などの、弾性変形可能であり且つ透光性に優れた樹脂材料を例示することができる。なお、平面視における導光板１１の形状は、矩形に限定されず、例えば、多角形状、真円形状、楕円形状等であってもよい。
【００１９】
支持体１２は、例えば、ガラスエポキシ樹脂やセラミックスやガラス、シリコンなどから構成されるリジッド基板である。上記の導光板１１は、当該導光板１１の下面１１２が支持体１２に支持されるように支持体１２上に実装されている。この支持体１２は、導光板１１の押圧時に変形しないような十分な剛性を有している。
【００２０】
なお、本実施形態における導光板１１の下面１１２が本発明における導光体の第１の主面の一例に相当し、本実施形態における導光板１１の上面１１１が本発明における導光体の第２の主面の一例に相当する。
【００２１】
投光素子１３は、導光板１１の第１の側面１１３に隣接するように保持板１２上に実装されており、導光板１１に向かって光を投光することが可能となっている。この投光素子１３としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザダイオード、有機ＥＬ、白熱電球、蛍光管等を用いることができる。
【００２２】
この投光素子１３が照射する光としては、可視光や赤外線などを例示することができる。投光素子１３の照射光として可視光を用いた場合には、投光時に導光板１１を発光させたり着色することができる。一方、投光素子１３の照射光として赤外線を用いた場合には、投光時にも導光板１１を無色透明とすることができ、例えば、支持体１２の表面に印刷したキーボードの文字等を、導光板１１を介して視認可能とすることができる。
【００２３】
受光素子１４は、導光板１１において第１の側面１１３に対向する第２の側面１１４に隣接し、導光板１１を介して投光素子１３に対向するように支持体１２上に実装されており、導光板１１を通過した光を受光することが可能となっている。この受光素子１４は、受光量を電気的信号に変換することが可能となっており、具体的には、ＣｄＳセル等の光導電素子、フォトダイオード、フォトトランジスタ、太陽電池、光電子倍増管等を、受光素子１４として用いることができる。なお、本実施形態における第１の側面１１３が、本発明の導光体の側面における第１の部分に相当し、本実施形態における第２の側面１１４が、本発明の導光体の側面における第２の部分に相当する。
【００２４】
本実施形態では、導光板１１が押圧されていない状態で、投光素子１３から導光板１１に光を投光すると、その光のほとんどが導光板１１を通過して受光素子１４によって受光される。
【００２５】
ところが、例えば、図２に示すように、導光板１１の上面１１１が人間の指２０等で押圧されると、その押圧力によって導光板１１は潰れてその断面形状が変形する。この変形によって、導光板１１と空気との接触角が変化して導光板１１を通過する光は散乱するので、無負荷時に比べて、受光素子１４が受光する光量が減少する。この受光量が減少する傾向は、導光板１１の押し込み量が大きくなるほど顕著となる。
【００２６】
図１に戻り、本実施形態における出力装置１５は、受光素子１４が受光した光量に対応した出力信号を、５種の出力信号（“１”〜“５”）の中から選択して出力することが可能となっており、電圧出力部１６、比率演算部１７、及び信号出力部１８を有している。なお、以下に説明する電子回路は、電圧出力部１６の一例であり、特にこれに限定されない。電圧出力部１６、比率演算部１７、及び信号出力部１８をコンピュータ等で構成してもよい。
【００２７】
電圧出力部１６は、図３に示すような電子回路から構成されている。この電圧出力部１６は、ツェナーダイオードＺＤ１、オペアンプＯＰ１、並びに第１及び第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２を有していると共に、受光素子１４を含んでいる。なお、受光素子１４は、導光板１１を介して投光素子１３に対向するように支持体１２上に実装された上述のものであり、本実施形態では、受光素子１４としてＣｄＳセルを用いた場合について説明する。
【００２８】
図３に示すように、ツェナーダイオードＺＤ１のカソードは、第１の抵抗Ｒ１と第２の抵抗Ｒ２に接続されている。一方、このツェナーダイオードＺＤ１のアノードは接地されている。そして、第１の抵抗Ｒ１は電源電圧ＶＣＣに接続されていると共に、第２の抵抗Ｒ２はオペアンプＯＰ１の非反転入力端子（＋）に接続されている。
【００２９】
また、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子（＋）には、第２の抵抗Ｒ２に加えて、受光素子１４を介してオペアンプＯＰ１の出力端子が接続されている。一方、オペアンプＯＰ１の反転入力端子（−）は接地されている。
【００３０】
この電圧出力部１６は、上記の電子回路によって、下記の式に示すような電圧Ｖｏｕｔを出力する。
【００３１】
【数１】
2012124051.tif 000003
【００３２】
ここで、ＣｄＳセルの受光量が増加するほど、ＣｄＳセルの電気抵抗が小さくなるので、上記式で示される出力電圧Ｖｏｕｔは、図４に示すように、受光素子１４の受光量の増減に応じて連続的に（アナログ的に）増減する。なお、上式において、Ｖｉｎは、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子（＋）への入力電圧であり、ＲＣｄＳは、受光素子１４の抵抗値である。
【００３３】
比率演算部１７は、電圧出力部１６の出力電圧Ｖｏｕｔに対する所定電圧Ｖｓｔｎの比率ＲＴ（＝Ｖｓｔｎ／Ｖｏｕｔ）を演算する。なお、所定電圧Ｖｓｔｎは、例えば、非押圧時に受光素子１４が受光する光量に応じた電圧、或いは、投光素子１３から導光板１１に投光された光量に応じた電圧であり、予め設定された所定の電圧値である。また、この比率演算部１７が、比率ＲＴに代えて、所定電圧Ｖｓｔｒに対する出力電圧Ｖｏｕｔの比率（＝Ｖｏｕｔ／Ｖｓｔｒ）を演算してもよい。
【００３４】
信号出力部１８は、例えば、図５のグラフに示すように、比率ＲＴの５つの範囲ＡＲ１〜ＡＲ５に対して、“１”〜“５”を示す出力信号に予め対応付けておき、これらの５つの出力信号の中から、比率演算部１７によって実際に演算された比率ＲＴに対応した出力信号を選択して出力する。
【００３５】
例えば、導光板１１が押圧されていない状態では、投光素子１３から導光板１１に投光された光のほとんどが受光素子１４に受光されているので、比較演算部１７によって演算された比率ＲＴは１．０となり、図５に示すように、信号出力部１８は、それに対応した“１”を示す出力信号を出力する。
【００３６】
これに対し、導光板１１が押圧されると、導光板１１に凹部１１５（図２参照）が部分的に形成され、当該凹部１１５で光が散乱して外部に漏れるため、受光素子１４が受光する光量が減少する。これにより、例えば比率ＲＴが０．５となった場合には、図５に示すように、信号出力部１８は、それに対応した“３”を示す出力信号を出力する。
【００３７】
さらに、導光板１１がさらに強く押圧されると、凹部１１５が深くなって導光板１１と空気との接触角が更に鋭角となるので、受光素子１４が受光する光量が一層減少する。これにより、例えば比率ＲＴが０．１となった場合には、図５に示すように、信号出力部１８は、それに対応した“５”を示す出力信号を出力する。
【００３８】
以上のように、本実施形態では、導光板１１の押し込み量を変化させることで、これに応じて受光素子１４の受光量も変化するので、多段階的なスイッチング（検出）を行うことが可能となる。
【００３９】
また、本実施形態では、上述の従来技術と比較して、導光板の数が減ると共にスペーサが不要となるので、部品点数の低減を図ることもできる。
【００４０】
なお、多段階の出力であれば５段階に限定されず、例えば、３段階や４段階でもよく、或いは、６段階以上であってもよい。また、当然のことながら、比率ＲＴを“０”及び“１”を示す２つの出力信号に対応付けて、オン／オフのスイッチングに用いることもできる。
【００４１】
また、比率ＲＴを算出せずに、電圧出力部１６の出力電圧Ｖｏｕｔを、“１”〜“５”を示す出力信号に直接対応付けてもよい。或いは、多段階の出力信号に限定されず、例えば、電圧出力部１６の出力電圧Ｖｏｕｔを連続的な出力信号としてそのまま利用してもよい。
【００４２】
<<第２実施形態>>
図６は本発明の第２実施形態におけるスイッチの全体構成を示す平面図である。
本実施形態におけるスイッチ１０Ｂは、第１実施形態で説明したスイッチ１０を５つ統合した構成に相当する。なお、本実施形態において第１実施形態と同一の構成である部分については、同一符号を付して説明を省略し、第２実施形態について第１実施形態との相違点のみについて以下に説明する。
【００４３】
本実施形態におけるスイッチ１０Ｂは、図６に示すように、投光素子１３を５つ備えていると共に、受光素子１４を５つ備えている。５つの投光素子１３は、支持体１２上に整列されており、５つの受光素子１４は、それぞれの投光素子１３に対して所定の間隔を空けて対向するように支持体１２上に配置されている。そして、５つの投光素子１３と５つの受光素子１４の間には、単一の導光板１１が介在している。なお、投光素子１３の数と受光素子１４の数が同一である限り、投光素子１３の数や受光素子１４の数は特に限定されない。
【００４４】
導光板１１における押圧領域１１６（図６中において模様が付された領域）が押圧されると、投光素子１３と受光素子１４との間で導光板１１の断面形状が変形し、受光素子１４の受光量が変化する。本実施形態では、こうした押圧領域１１６が導光板１１に５つ存在しており、換言すれば、スイッチ１０Ｂは、第１実施形態で説明したスイッチ１０と同等の多段階スイッチを５つ有している。
【００４５】
なお、特に図示しないが、スイッチ１０Ｂが有する５つの多段階スイッチが、第１実施形態で説明した出力装置１５をそれぞれ備えており、それぞれの多段階スイッチが出力信号を独立して出力可能となっている。
【００４６】
以上のように、本実施形態では、第１実施形態と同様に、導光板１１の押し込み量を変化させることで、これに応じて受光素子１４の受光量も変化するため、多段階的なスイッチング（検出）を行うことが可能となる。
【００４７】
また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、上述の従来技術と比較して、導光板の数が減ると共にスペーサが不要となるので、部品点数の低減を図ることもできる。
【００４８】
さらに、本実施形態では、複数の投光素子１３と複数の受光素子１４とが、一つの導光板１１を共用しているので、部品点数の更なる低減を図ることができる。
【００４９】
<<第３実施形態>>
図７は本発明の第３実施形態におけるスイッチの全体構成を示す平面図である。
【００５０】
本実施形態では、複数の投光素子１３に代えて、単一の投光素子１３とライトガイド１９を用いた点で第２実施形態と相違するが、それ以外の構成は、第２実施形態と同様である。以下に、第３実施形態について第２実施形態との相違点のみについて説明し、第２実施形態と同様の構成である部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００５１】
本実施形態におけるスイッチ１０Ｃは、図７に示すように、導光板１１と投光素子１３との間に介在するライトガイド１９を備えている。なお、本実施形態におけるライトガイド１９が、本発明における光分配手段の一例に相当する。
【００５２】
このライトガイド１９は、光が透過可能な透明部材であり、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂、シクロポリオレフィン樹脂等の透光性の高い樹脂材料から構成されている。
【００５３】
このライトガイド１９は、導光板１１の側面に密着するように支持体１２上に実装されており、導光板１１を介して５つの受光素子１４に対向している。なお、受光素子１４の数は特に限定されない。
【００５４】
さらに、このライトガイド１９は、５つの溝部１９１を有しており、５つの溝部１９１は、５つの受光素子１４に対向する位置にそれぞれ形成されている。それぞれの溝部１９１は、略Ｖ字の断面形状を有しており、連続的且つライトガイド１９を厚さ方向（図７において紙面奥行き方向）に横断するように形成されている。
【００５５】
このライトガイド１９の一端面には、単一の投光素子１３が隣接している。この投光素子１３からライトガイド１９に投光された光は、それぞれの溝部１９において投光素子１３に対向する側の反射面１９２で受光素子１４に向かって反射され、５つの受光素子１４に分配される。なお、本実施形態では、５つの受光素子１４に分配される光量を均一にするために、５つの溝部１９１の深さが、ライトガイド１９の長手方向に沿って漸次的に深くなっている。
【００５６】
なお、溝部１９に代えて、酸化チタン等を含有するドットによって、投光素子１３からライトガイド１９に投光された光を５つの受光素子１４に向かって反射してもよい。このドットは、ライトガイド１９において受光素子１４側の面（又はその反対面）に印刷されている。この場合に、投光素子１３から離れるに従って、ドットの密度を高めることで、５つの受光素子１４に分配される光量を均一にすることができる。
【００５７】
導光板１１における押圧領域１１６（図７中において模様が付された領域）が押圧されると、投光素子１３と受光素子１４との間で導光板１１の断面形状が変形し、受光素子１４の受光量が変化する。本実施形態では、こうした押圧領域１１６が導光板１１上に５つ存在しており、換言すれば、スイッチ１０Ｃは、第１実施形態で説明したスイッチ１０と同等の多段階スイッチを５つ有している。
【００５８】
なお、特に図示しないが、スイッチ１０Ｃが有する５つの多段階スイッチが、第１実施形態で説明した出力装置１５をそれぞれ備えており、それぞれの多段階スイッチが独立して出力信号を出力可能となっている。
【００５９】
以上のように、本実施形態では、第１及び第２実施形態と同様に、導光板１１の押し込み量を変化させることで、これに応じて受光素子１４の受光量も変化するため、多段階的なスイッチング（検出）を行うことが可能となる。
【００６０】
また、本実施形態では、第１及び第２実施形態と同様に、上述の従来技術と比較して、導光板の数が減ると共にスペーサが不要となるので、部品点数の低減を図ることもできる。
【００６１】
さらに、本実施形態では、複数の受光素子１４で一つの導光板１１を共用すると共に、ライトガイド１９を採用することによって投光素子１３の数を低減することができるので、部品点数の更なる低減を図ることができる。
【００６２】
なお、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【符号の説明】
【００６３】
１０，１０Ｂ，１０Ｃ…スイッチ
１１…導光板
１１１…上面
１１２…下面
１１３…第１の側面
１１４…第２の側面
１１５…凹部
１１６…押圧領域
１２…支持体
１３…投光素子
１４…受光素子
１５…出力装置
１６…電圧出力部
ＺＤ１…ツェナーダイオード
ＯＰ１…オペアンプ
Ｒ１…第１の抵抗
Ｒ２…第２の抵抗
１７…比率演算部
１８…信号出力部
１９…ライトガイド
１９１…Ｖ溝
１９２…反射面
２０…指
【図１】
2012124051.tif 000004
【図２】
2012124051.tif 000005
【図３】
2012124051.tif 000006
【図４】
2012124051.tif 000007
【図５】
2012124051.tif 000008
【図６】
2012124051.tif 000009
【図７】
2012124051.tif 000010