(57)【要約】【課題】簡単な構成で、スイッチの配列や形状を容易に視認でき、また、スイッチ表面にイルミネーション効果を付加できる触覚スイッチ装置を提供する。【解決手段】透過性を有する弾性シート１０、光源部２０、および触覚スイッチ部３０とから構成する。触覚スイッチ部３０の圧電素子３２を駆動することで弾性シート１０を変形させ、かつ、光源部２０から弾性シート１０の内部へ光を照射することで、イルミネーション効果を有する触覚スイッチ装置を実現する。【選択図】図１
2009164035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過性を有する弾性シートと、
前記弾性シートの内部へ光を入射させる光源部と、
前記弾性シートを変形させるピン駆動部を有し、前記ピン駆動部により前記弾性シートが押圧された領域がスイッチとして機能する触覚スイッチ部と、
を有することを特徴とする触覚スイッチ装置。
【請求項２】
前記弾性シートは、前記光源部からの光が前記弾性シートの側面から内部へ入射され、前記ピン駆動部により押圧されて変形した前記弾性シートの表面の領域から発光することを特徴とする請求項１に記載の触覚スイッチ装置。
【請求項３】
前記ピン駆動部の前記弾性シートを押圧する領域は、凹凸加工が施された凹凸形状を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の触覚スイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触覚スイッチ装置に関し、特に、触覚部分が発光して操作性に優れる触覚スイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の触覚スイッチ装置として、例えば、特許文献１に示す凹凸表示装置がある。この凹凸表示装置は、凹凸出力用の素子それぞれの長さを変化させて文字、図形、イメージ等の凹凸表示を実現し、これに対応したタッチパネルを備える。
【０００３】
この装置によれば、凹凸表示位置を操作者が触れて確認できるので、視覚のみを用いるより操作が容易であり、かつ、タッチパネルにより凹凸表示内容に対応したスイッチ操作が可能となる。
【特許文献１】特開平６−３３２６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の触覚スイッチ装置によると、凹凸表示は凹凸出力用の素子それぞれの長さ変化により表される。このような触覚スイッチを、例えば、車などに搭載しようとした場合、防水・デザイン的な設計から表面は透明ラバーなどで覆うが、触覚機能によってスイッチの配列や形状を変化させると、実際に表面に触れて確認しなければどこを操作すればよいのか分からないという問題があった。また、スイッチ表面にイルミネーションをつけようとすると複雑な構造が必要になるという問題があった。
【０００５】
従って、本発明の目的は、簡単な構成で、スイッチの配列や形状を容易に視認でき、また、スイッチ表面にイルミネーション効果を付加できる触覚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】
【０００６】
［１］本発明は、上記目的を達成するために、透過性を有する弾性シートと、前記弾性シートの内部へ光を入射させる光源部と、前記弾性シートを変形させるピン駆動部を有し、前記ピン駆動部により前記弾性シートが押圧された領域がスイッチとして機能する触覚スイッチ部と、を有することを特徴とする触覚スイッチ装置を提供する。
【０００７】
［２］前記弾性シートは、前記光源部からの光が前記弾性シートの側面から内部へ入射され、前記ピン駆動部により押圧されて変形した前記弾性シートの表面の領域から発光することを特徴とする上記［１］に記載の触覚スイッチ装置であってもよい。
【０００８】
［３］また、前記ピン駆動部の前記弾性シートを押圧する領域は、凹凸加工が施された凹凸形状を有していることを特徴とする上記［１］または［２］に記載の触覚スイッチ装置であってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、簡単な構成で、スイッチの配列や形状を容易に視認でき、また、スイッチ表面にイルミネーション効果を付加できる触覚スイッチ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
［本発明の第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る触覚スイッチ装置を示す図である。
【００１１】
この触覚スイッチ装置１は、情報の表示及び入力を触覚により行う装置である。第１の実施の形態では、表示データを触覚スイッチ装置１に送信すると共に触覚スイッチ装置１に入力されたスイッチ情報を取り込んで処理する図示しない専用の制御装置に接続される使用形態を示すが、車両等の所定の位置に配置されて、ＥＣＵ（Electric Control Unit）に接続されて制御される使用形態等でもよい。また、触覚スイッチ装置１は、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）用のケーブルによって、パーソナルコンピュータに接続される使用形態でもよく、あるいは、触覚スイッチ装置１に上記のパーソナルコンピュータの機能を内蔵して、触覚スイッチ装置１単独で動作する構成としてもよい。
【００１２】
触覚スイッチ装置１は、透過性を有する弾性シート１０、光源部２０、触覚スイッチ部３０とを有して構成されている。
【００１３】
弾性シート１０は、例えば、透過性を有するシリコーンゴムであり、弾性を有する。シート状に形成され、上面１０ａと下面１０ｂは平滑面とされ、４方の周囲は光源部２０からの光入射面１０ｃとされている。弾性シート１０は、箱型の本体ケース１００の枠部１００ａに４方の周囲が固定され、下面１０ｂは後述する押圧ピン３１の上面部に近接あるいは当接した状態とされている。
【００１４】
光源部２０は、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）が使用でき、図１に示すように、本体ケース１００の枠部１００ａの所定箇所に取り付けられ、弾性シート１０の光入射面１０ｃからＬＥＤ光を弾性シート１０の内部へ照射する。光源部２０は、上記示したＬＥＤに限られず、例えば、導光板を備えたライトガイドを使用することもでき、弾性シート１０の周囲に配置することで導光板を介して弾性シート１０の内部へ光を照射することができる。
【００１５】
（マトリクススイッチ４０及びピン駆動部３３の構成）
図２は、図１のＡ−Ａ断面を示す断面図である。図３は、主にマトリクススイッチ４０の構成を説明するための図２におけるＢ部拡大図である。
【００１６】
触覚スイッチ部３０は、２次元方向にマトリクス配置されたスイッチからなるマトリクススイッチ４０、マトリクススイッチ４０のそれぞれのスイッチ部分に対応して配設された圧電素子３２とこの圧電素子３２の上部に配設された押圧ピン３１とから構成され、取付スペーサ１０１により本体ケース１００に取り付けられている。
【００１７】
マトリクススイッチ４０は、厚みｔがｔ＜０．４ｍｍ程度のシート状であり、例えば、３３ライン（Ｘライン）×２４ライン（Ｙライン）による７９２の枡目が配線パターンにより構成されており、指で押したときに押圧部位のＸラインとＹラインの配線パターンが電気的に接触してオンになるように構成されている。
【００１８】
押圧ピン３１と圧電素子３２は、直列的に接続されてユニット化されて、ピン駆動部３３を構成する。ピン駆動部３３は、マトリクススイッチ４０のそれぞれのスイッチ部分に対応して配設され、本実施の形態では、３２×２４の押圧ピン３１が圧電素子３２により個別に駆動されるようになっている。
【００１９】
マトリクススイッチ４０は、図３に示すように、フレキシブル基板４１に形成された配線パターンによるＸライン４３、及び、フレキシブル基板４５に形成されたＹライン４７が、スペーサ５１を挟んで接合されて基板５０上に積層されて構成されている。スペーサ５１のない部分は空間５２となっており、マトリクススイッチ４０が厚み方向に押圧されない場合は、この空間５２によりＸライン４３とＹライン４７との非接触状態が保持される。尚、空間５２は、空気によるものでもよく、また、非導電性の材質を充填したものによるものでもよい。
【００２０】
図４は、マトリクススイッチ４０のＸライン４３とＹライン４７の配線図である。
【００２１】
図３及び図４に示すように、Ｘライン４３とＹライン４７はマトリクス状に配設されており、Ｘライン４３とＹライン４７が交差している部分は、図４に示すように、電気的接触箇所となるスイッチ４９を構成している。
【００２２】
ピン駆動部３３は、マトリクススイッチ４０のＸライン４３とＹライン４７の交差している部分、すなわち、それぞれのスイッチ１３１に対応した位置に配設されている。押圧ピン３１は、圧電素子３２の駆動により弾性シート１０側へ伸張し、弾性シート１０を図２の上方に変形させる。押圧ピン３１は、例えば、２．５ｍｍのピッチで設けられている。また、圧電素子３２は、圧電体に加えられた電圧が力に変換されて伸縮するもので、積層型またはバイメタル型のピエゾ素子等が使用できる。
【００２３】
（触覚スイッチ装置１の周辺回路構成）
図５は、触覚スイッチ装置１の周辺回路構成を示すブロック図である。マトリクススイッチ４０側の回路は、信号生成回路６１と、信号生成回路６１に接続された信号変換回路６２とを備えて構成されている。また、ピン駆動部３３側の回路は、図示しない制御装置からコネクタ６４を介して接続されるＩ／Ｏ（入出力）インターフェイス６５と、Ｉ／Ｏインターフェイス６５に接続された信号処理回路６６と、信号処理回路６６及びピン駆動部３３に接続された駆動回路６７と、上記各回路に直流電源を供給する電源回路６９とを備えて構成されている。
【００２４】
信号生成回路６１は、図４に示すスイッチ４９の動作状態をＸライン信号及びＹライン信号に変換したスイッチデータを信号変換回路６２へ出力する回路構成を有する。
【００２５】
信号変換回路６２は、信号生成回路６１からのスイッチデータを所定の形式の信号に変換してコネクタ６４へと出力する回路構成を有する。
【００２６】
Ｉ／Ｏインターフェイス６５は、図示しない専用の制御装置からの制御信号を信号処理に適したデジタル信号に変換して信号処理回路６６へ出力する回路構成を有する。
【００２７】
信号処理回路６６は、Ｉ／Ｏインターフェイス６５からの信号に基づいて、触覚スイッチ部３０の１または２以上のピン駆動部３３を駆動するための信号をＸ，Ｙに分けて出力するように構成されている。
【００２８】
駆動回路６７は、Ｎ個（例えば、３２×２４＝７６８個）のＡＮＤ素子６８−１〜６８−Ｎを備えて構成されており、２入力型のＮ個のＡＮＤ素子６８−１〜６８−Ｎのそれぞれの入力端には、Ｘ，Ｙの信号が入力され、そのＡＮＤ論理によってピン駆動部３３の圧電素子３２が駆動される。なお、駆動回路６７は、必要に応じてＡＮＤ素子６８−１〜６８−Ｎにドライバ、昇圧回路等が接続される。
【００２９】
電源回路６９は、変圧器、整流器、電圧安定化回路等を備えて構成され、ＡＣ１００ＶからＤＣ５Ｖ、ＤＣ１２Ｖ等の安定化電圧を生成し、この電圧を図５に示す各回路へ供給する。
【００３０】
［本発明の実施の形態の動作］
図６は、触覚スイッチ装置１を動作させた場合を示す図２相当図であり、図１のＡ−Ａ断面を示す断面図である。触覚スイッチ装置１を動作させるには、図示しない制御装置に触覚スイッチ装置１を接続する。制御装置から触覚表示情報に応じたデータが触覚スイッチ装置１に送られる。ここで、触覚表示情報は、例えば、１つのピン駆動部３３により形成される凸形状や、複数のピン駆動部３３により形成される特定の形状を有する図形、文字形状であり、また、これらの形状は押圧動作によりスイッチとして作用する領域を規定するスイッチ形状でもある。
【００３１】
（触覚表示動作）
触覚スイッチ装置１は、信号処理回路６６によって触覚スイッチ部３０のピン駆動部３３のそれぞれに対応した駆動信号を生成し、駆動回路６７を駆動して圧電素子３２に電圧を印加する。電圧が印加された圧電素子３２は、図６に示すように、歪み応力によって他のピン駆動部３３に比べ長手方向に伸長する。これにより、図６に示すように、駆動されたピン駆動部３３の押圧ピン３１は弾性シート１０側へ突出し、弾性シート１０を図６に示す上方へ凸形状に変形させる。
【００３２】
（イルミネーション効果）
図２において、光源部２０を発光させると光入射面１０ｃから弾性シート１０側へＬＥＤ光が入射する。この入射された光は、上面１０ａおよび下面１０ｂに対して浅い入射角で反射するので、大部分が全反射され、上面１０ａから触覚スイッチ装置１の外部へ照射される光はほとんどない。
【００３３】
これに対して、図６に示すように、触覚スイッチ装置１を動作させると、駆動されたピン駆動部３３の押圧ピン３１の突出により弾性シート１０が変形する。この変形した領域では全反射の条件からはずれて、弾性シート１０の内部で反射していた光が上面１０ａから触覚スイッチ装置１の外部へ照射される。これは弾性シート１０の変形部分で顕著であるので、押圧ピン３１の突出により形成された特定の形状の主に輪郭部から外部へ光が照射される。
【００３４】
（スイッチ入力操作）
次に、触覚スイッチ装置１のマトリクススイッチ４０に対するスイッチ入力操作について説明する。マトリクススイッチ４０のＸライン４３とＹライン４７の間には、信号生成回路６１から短い周期でバイアス電圧が付与されている。
【００３５】
図７は、触覚スイッチ装置１を動作させた場合を示す図３相当図である。触覚表示動作によって形成された特定の形状、すなわち、スイッチ形状の領域を弾性シート１０の上から指先で押すと、圧力Ｐの加わった部位のＸライン４３が撓み、直下のＹライン４７に接触する。これにより、図７に示すように、接触部位のスイッチ４９がＯＮになる。尚、図６に示したように、複数のピン駆動部３３により触覚表示をする場合は、これにより形成される１つのスイッチ形状の領域の直下のいずれか１つのスイッチ４９がＯＮになればスイッチ動作がなされたものとするように構成することができる。
【００３６】
ＯＮ信号は、Ｘライン４３及びＹライン４７の位置に対応した信号として信号生成回路６１に取り込まれ、所定の信号列のデジタルデータにされた後、信号変換回路６２によって所定の信号形式に変換されてコネクタ６４へ出力され、図示しない制御装置へ送信される。
【００３７】
［第１の実施の形態の効果］
以上説明した本発明の第１の実施の形態に係る触覚スイッチ装置によれば、次に示す効果が得られる。
（１）１つのピン駆動部３３により形成される凸形状や、複数のピン駆動部３３により形成される特定の形状を有する図形、文字形状が簡単に設定でき、スイッチの配列や形状を容易に視認できる触覚スイッチ装置が可能となる。
（２）駆動されたピン駆動部３３の押圧ピン３１の突出により弾性シート１０が変形するので、簡単な構成でスイッチ表面にイルミネーション効果を付加できる。これにより操作性に優れた触覚スイッチ装置を実現できる。
【００３８】
［本発明の第２の実施の形態］
図８は、第２の実施の形態にかかる触覚スイッチ装置を示し、第１の実施の形態の図３相当図である。
【００３９】
第２の実施の形態は、押圧ピン３１の弾性シート１０に接する面に凹凸部３１ａを形成したものである。これにより、触覚スイッチ装置１を動作させると、駆動されたピン駆動部３３の押圧ピン３１の突出により弾性シート１０が変形する。第１の実施の形態では、弾性シート１０において、触覚表示による輪郭部の変形が主であったが、第２の実施の形態では、上記に加えて、押圧ピン３１の凹凸部３１ａにより弾性シート１０が変形するので、触覚表示による輪郭部とその内側部分の全領域が変形する。これにより、押圧ピン３１の突出により形成された特定の形状の全領域から外部へ光が照射され、イルミネーション効果がさらに向上する。
【００４０】
また、上記した各実施の形態は、押圧ピン３１の駆動を圧電素子３２により駆動する構成にしたが、圧電素子に代えて、小型ソレノイド等の電磁アクチュエータを用いる構成も可能である。
【００４１】
また、上記した各実施の形態は、専用の制御装置に接続するものとしたが、専用の制御装置に代えてパーソナルコンピュータ等を用いてもよい。また、車両等の種々の操作スイッチ類に適用することもでき、車両の所定の位置に配置して、ＥＣＵ（Electric Control Unit）に接続して制御される使用形態等とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る触覚スイッチ装置を示す図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図３】図３は、主にマトリクススイッチ４０の構成を説明するための図２におけるＢ部拡大図である。
【図４】図４は、マトリクススイッチ４０のＸライン４３とＹライン４７の配線図である。
【図５】図５は、触覚スイッチ装置１の周辺回路構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、触覚スイッチ装置１を動作させた場合を示す図２相当図であり、図１のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図７】図７は、触覚スイッチ装置１を動作させた場合を示す図３相当図である。
【図８】図８は、第２の実施の形態にかかる触覚スイッチ装置を示し、第１の実施の形態の図３相当図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    触覚スイッチ装置
１０  弾性シート
２０  光源部
３０  触覚スイッチ部
３１  押圧ピン
３１ａ  凹凸部
３２  圧電素子
３３  ピン駆動部
４０  マトリクススイッチ
４１、４５  フレキシブル基板
４２、４６  印刷配線基板
４３  Ｘライン
４７  Ｙライン
４９  スイッチ
５０  基板
５１  スペーサ
５２  空間
６１    信号生成回路
６２    信号変換回路
６４    コネクタ
６５    インターフェイス
６６    信号処理回路
６７    駆動回路
６８−１〜６８−Ｎ  ＡＮＤ素子
６９    電源回路
１００  本体ケース
１００ａ  枠部
１０１  取付スペーサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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