专利名称：控制面板装置和显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及控制面板装置和显示器。
背景技术：
在控制面板中，通常提供能够显示数值和字符的显示器，例如液晶显示器和段式显示器，供用户视觉检查受控系统等的工作状况。图1A为用于部分透视示出根据相关技术的控制面板装置101的透视图，图1B为用于部分透视示出控制面板装置101的侧视图。控制面板装置101用于通过压下键顶(keytop)102而控制受控系统的工作，根据该压下操作的信息被显示于使用段式显示器103配置的显示器103上。在控制面板装置101的外壳104内部设有主基板106，该主基板106设有通过压下键顶102进行操作的开关105。
由于各种电子部件例如开关105安装在主基板106上，主基板106和外壳104的面板表面S101应该相互分隔。因此，如果显示器103直接置于主基板106上，则显示器103的显示表面S102将位于外壳104的内侧上而不是面板表面S101上，导致可见度降低。有鉴于此，在控制面板装置101内，由支柱(strut)支撑的显示基板111设于主基板106上，显示器103置于显示基板111上，从而显示表面S102置得靠近面板表面S101，由此提高了可见度。
附带地，已知一种技术，其将设于置于控制面板装置内的主基板上的一个或多个发光元件的光导向面板表面，使用键顶作为光导部件(例如参考日本专利公报NO.2005-85506)。
发明内容
在图1A和1B所示的控制面板装置101中，与主基板106分离地提供显示基板111，且主基板106和显示基板111通过装具(harness)、连接器等(未示出)彼此连接，且因此，由于例如显示基板、装具、连接器等部件的成本而导致控制面板装置101的成本增大。此外，布置装具等导致控制面板装置101内部配置的复杂化且难以组装，由此增大工作负担。
因此，需要一种控制面板装置和显示器，由此可以将信息显示在与一个基板分隔开的恰当位置，而不提供用于该显示器的任何其他基板。
根据本发明一个实施方案，提供了一种控制面板装置，其包括基板；与该基板的一个主表面相对放置约面板部分，在其之间相隔预定间距；位于该基板的相对侧上并在该面板部分的面板表面被暴露的操作部件；探测元件，设于该基板上并可工作地探测对操作部件的操作；显示器，用于在该面板表面上显示信息；以及，控制单元，基于根据探测元件的探测所获得的信号而控制该显示器的工作；其中该显示器包括发光元件，设于该基板的一个主表面上，且该发光元件的ON/OFF状态受该控制单元控制；成形部件，设有预定形状的通孔，以允许来自该发光元件的光穿过该通孔到达该面板部分侧；杆透镜阵列，具有从该成形部件侧朝该面板部分侧延伸的多个杆形成的透镜的阵列；以及后屏幕，其在该面板表面被暴露，且来自该杆透镜阵列的预定形状的光投影到该后屏幕上。
优选地，该成形部件被支撑在该基板上，并支持该杆透镜阵列。
优选地，多个该发光元件置于该基板的一个主表面上；该成形部件内的多个通孔布置成对应于该多个发光元件的位置；且该控制单元独立地控制该多个发光元件的ON/OFF状态。
优选地，该后屏幕置于沿该基板和该面板部分彼此相对放置的方向上与该面板部分相当的位置。
根据本发明另一个实施方案，提供了一种显示器，其包括多个发光元件，设于基板的一个主表面上；设有多个通孔的定形部件，该通孔具有预定形状，并允许来自该多个发光元件的光沿该一个主表面面向的方向穿过该通孔，该多个通孔布置成对应于该多个发光元件的位置；杆透镜阵列，具有从该成形部件侧沿该一个主表面面向的方向延伸的多个杆形成的透镜的阵列；后屏幕，来自该杆透镜阵列的预定形状的光投影到该后屏幕上；以及显示控制单元，用于独立地控制该多个发光单元的ON/OFF状态。
在该显示器中，优选地，该成形部件被支撑在该基板上，并支持该杆透镜阵列。
在该显示器中，优选地，多个该发光元件置于该基板的一个主表面上；该成形部件内的多个通孔布置成对应于该多个发光元件的位置；且该控制单元独立地控制该多个发光元件的ON/OFF状态。
在该显示器中，优选地，该后屏幕置于沿该基板和该面板部分彼此相对放置的方向上与该面板部分相当的位置。
根据本发明，可以将信息显示在与一个基板分隔的恰当位置，而不提供用于该显示器的任何其他基板。
通过结合示范性地示出了本发明优选实施方案的附图的如下描述，本发明的上述和其他特征及优点将变得显而易见。
图1A和1B示出了根据相关技术的控制面板装置的透视图；图2A和2B示出了根据本发明实施方案的控制面板装置的透视图；图3示出了图2A和2B所示的控制面板装置中的显示器的分解透视图；图4A和4B示出了图3所示的显示器的支座的外观；图5A和5B说明了图3所示的显示器内的杆透镜阵列；图6为示出了图3所示显示器的部件的布局的剖面视图；以及图7为示出了图2A和2B所示控制面板装置的信号处理系统的配置的方框图。
具体实施例方式
图2A的透视图部分透视地示出了根据本发明一个实施方案的控制面板装置1，图2B的侧视图部分透视地示出了控制面板装置1。控制面板装置1用于通过压下键顶2而控制受控系统，且根据该压下操作的信息被显示于显示器3上。附带地，键顶2为操作部件的一个示例。
控制面板装置1具有外壳4，基板5设于外壳4的内部。外壳4由例如树脂或金属形成。外壳4为例如规则的平行管状，并具有平坦板状的面板部分4a，该面板部分4a构成了相对于该图示的上侧上的表面。面板部分4a设有开口部分4b和窗口部分4c，该开口部分4b用于暴露位于外壳外侧(基板5的相对侧)上的面板表面S1处的键顶2，该窗口部分4c用于暴露显示器3。
基板5由例如印刷电路板构成，该印刷电路板使用硬树脂以形成其基底，且基板5设置成平行于面板部分4a，使得其第一主表面5a面向面板部分4a。用于探测键顶2上的操作的探测元件7设于第一主表面5a上。除此之外，基板5在第一主表面5a和位于该第一主表面5a背侧的第二主表面5b上设有各种电子部件(未示出)，例如构成控制电路的IC等。
探测元件7由例如光电探测器构成，且如图2B所示，包括发光部分7a以及用于探测从发光部分7a发射的光的光接收部分7b。当键顶2被压下时，固定到键顶2的遮光部件9被插入至发光部分7a和光接收部分7b之间。另一方面，当停止压下键顶2时，通过推动部分(未示出)朝相对于图示的上侧往回推动键顶2，且将遮光部件9从发光部分7a和光接收部分7b之间的位置缩回。光接收部分7b根据存在或不存在来自发光部分7a的光而输出导通(ON)信号或关闭(OFF)信号。
图3为显示器3的分解透视图。显示器3配置成所谓的7段显示器，并能够显示三位数。显示器3从基板5侧朝面板部分4a侧依次包括LED(发光二极管)11、支座12、杆透镜阵列13、以及屏幕14。附带地，LED 11为发光元件的示例，支座12为成形部件的示例。
LED 11为例如芯片型LED，并设于基板5的第一主表面5a上。具体而言，LED 11具有分别固定于基板5的导电层的阴极端子和阳极端子，并通过基板5的导电层供电。此外，提供多个LED 11并将其布置成预定形状。更具体地，在各位数提供了与形成数字“8”的七个段相对应的七个LED 11，并提供了与用于分隔各位数(数字)的点相对应的一个LED 11；因此为三个位数提供了总计24个LED 11。
图4A为支座12的透视图，图4B为从相对于图4A的图示的上侧观看的支座12的平面视图。
支座12由例如树脂或金属形成。支座12可通过将遮光涂敷材料涂敷到树脂或者通过对树脂电镀金属而形成，或者可由金属形成，支座12由此提供有遮光性能。支座12整体形状为例如近似矩形平行管。
如图3所示，支座12安装在基板5的第一主表面5a上，并通过一种结构固定到基板5，在该结构中从支座12的底面凸起的多个棘爪部件16插入到设于基板5内的多个孔部分17并与基板5啮合。附带地，支座12的底面(基板5侧上的表面)设有凹陷部件(未示出)，该凹陷部件具有覆盖LED 11的布局区域的面积并具有与LED 11相当的高度，该凹陷部件的底面S5(见图6)接触LED 11，或者面向LED 11且其间存在微小的间隙。
支座12在屏幕14侧(相对于图示的上侧)设有用于支持杆透镜阵列13的凹陷部件(支持部分)21。凹陷部件21的平面视图形状为这样的形状，使得杆透镜阵列13可安装到其中，例如为矩形，且杆透镜阵列13被安装到凹陷部件21内并置于沿基板5的方向(与光轴垂直的方向)。
凹陷部件21形成为具有大于杆透镜阵列13的厚度的深度，且凸起到凹陷部件21内侧的凸起部件22形成于凹陷部件21侧表面(凹陷部件21的底部侧上)的对应于大于杆透镜阵列13的厚度的深度的位置。此外，从凹陷部件21侧表面朝内侧凸起的棘爪部件23形成于凹陷部件21的边缘部分侧(相对于图示的上侧)上。当杆透镜阵列13插入凹陷部件21时，如图2A和2B所示，杆透镜阵列13的位于基板5侧上的端面边缘部分被凸起部件22锁住，而杆透镜阵列13的位于屏幕14侧上的端面边缘部分被棘爪部件23锁住，杆透镜阵列13由此置于与基板5正交的方向(沿光学轴方向)。
支座12的凹陷部件21的底部侧构成了用于成形来自LED 11的光的成形部分25。该成形部分25形成为例如近似矩形平行管状。成形部分25设有通孔26，该通孔26沿与基板5正交的方向穿过成形部分25，且来自LED 11的光通过该通孔26可朝面板部分4a侧传播(在沿基板5的主表面5a所面向的方向上，或者朝向相对于图示的上侧)。
通孔26包括数目与LED 11相同且与LED 11的位置相对应地布置的通孔。如图4B所示，为四个7段的位数和四个点提供了总计32个通孔26；这四位数中，图示右侧的三位数对应于LED 11的位置。附带地，提供了用于图中左侧的一位数的通孔26供备用，以允许置于基板5上的LED 11的数目增大对应于一位数的数目。这增强了支座12的通用性。
通孔26穿透成形部分25，同时维持预定的剖面形状。然而，通孔26可形成为使得当沿穿透方向延伸时其剖面尺寸减小或者增大。通孔26的剖面形状为最终待显示的字符、符号等的形状，即，待显示于屏幕14上的字符、符号等的形状。例如，与该7段的各个段相对应的通孔26形成为四角形、五角形、六角形等形状，且与点对应的通孔26形成为圆形。附带地，LED 11的发光表面和通孔26剖面形状的尺寸相当，且LED 11的发光表面的形状为矩形，与该7段的各个段相对应的通孔26的形状相近。
如果支座12的表面为暗色，则来自LED 11的光将被该表面吸收，从通孔26出射的光的数量由此降低。另一方面，如果支座12的表面具有浅色，则来自一个通孔26的光将被散射到其他通孔26的上侧，其结果为，出射的光可能没有精确地反映通孔26的形状。因此，优选地根据需要调节支座12表面的颜色；例如，将该颜色设置为具有恰当亮度的灰色。
图5A为示意性示出了杆透镜阵列13的透视图。杆透镜阵列13配置成使得由此投影入射光图像的相同大小的直立图像。附带地，杆透镜阵列13还可以配置成使得由此投影入射光图像的相同大小的倒立图像。通过平行地排布从支座12侧朝面板部分4a侧延伸(在沿基板5的主表面5a所面向的方向上，或者朝向相对于图示的上侧)的多个杆形成的杆透镜31而形成该杆透镜阵列13。附带地，杆透镜31具有恰当的剖面形状，例如圆形，且排布成使得杆透镜阵列13具有恰当的整体形状，例如薄型矩形平行管状。
图5B为示出了由杆透镜阵列13投影的原理的概念视图。入射到杆透镜31端面的光在杆透镜31内传播，同时以固定的周期弯曲前行。因此，通过将杆透镜31的长度设置为恰当的长度，例如入射光的弯曲节距的3/4倍，则可由杆透镜阵列13投影形成入射光图像的相同大小的直立图像。
屏幕14(图3)配置成所谓的后屏幕，即，将从后表面侧投影到其上的光图像显示于其前表面侧上。屏幕14由例如其中混合了光散射物质的丙烯酸树脂或者玻璃形成。屏幕14设置成靠近在面板部分4a内敞开的窗口部分4c，并位于沿基板5和面板部分4a彼此相对的方向上与面板部分4a相当的位置。
图6为示意性示出了沿基板5和面板部分4a彼此相对的方向，基板5、LED 11、支座12、杆透镜阵列13和屏幕14(面板部分4a)之间的位置关系。
LED 11和支座12的成形部分25的入射表面S5(通孔26的光的入口)彼此接触，或者彼此相对且其间存在微小的间隙，从基板5的第一主表面5a到成形部分25的光出射表面S6(通孔26的光的出口)的距离L1相当于LED11的厚度和成形部分25的厚度之和。
从出射表面S6到屏幕14的距离L2设置为与杆透镜阵列13的共轭长度(conjugate length)(图像到图像的距离)相当。这保证了呈通孔26的形状的出射表面S6出射的光被杆透镜阵列13聚焦于屏幕14上形成相同大小的直立图像。
附带地，当屏幕14设置为使其距基板5的高度与面板部分4a距基板5的高度相当，则屏幕14的良好可见度得到保证。因此，基板5和屏幕14之间的距离L3主要由基板5和面板部分4a之间的距离决定。基板5和面板部分4a之间的距离主要由安装在基板5上的电子部件等的尺寸决定。因此，一般而言，首先确定距离L3，随后设定确定距离L1和距离L2的条件，例如，设定支座12内成形部分25的厚度以及选择杆透镜阵列13(设定共轭长度)，使得距离L1和距离L2之和等于距离L3。
LED 11的性能、部件的尺寸等的示例设置为，LED 11的尺寸为1.6mm(纵向)×0.8mm(横向)×0.6mm(高度)，LED 11在20mA电流的发光强度为28.6至62.8mcd，从LED 11发射的光的波长为568至577nm，杆透镜阵列13的尺寸为32mm(纵向)×12mm(横向)×3.9mm(高度)，杆透镜阵列13的共轭长度(距离L2)为13.1mm，距离L1为9.7mm，以及距离L3为22.8mm。附带地，杆透镜阵列L3设置成使得从出射表面S6到杆透镜阵列13的距离L6与从杆透镜阵列13到屏幕14的距离L7将彼此相当。然而，这里应该注意，可以根据杆透镜阵列13的性能等进行恰当的精细调整，例如将L6设置为4.9mm，L7设置为4.3mm。
图7为示出了控制面板装置1的信号处理系统的配置的方框图。控制面板装置1包括主控制单元41、显示控制单元42和驱动单元43。主控制单元41、显示控制单元42和驱动单元43分别配置成包括例如IC，并设于基板5上。附带地，主控制单元为根据本发明实施方案的该控制面板装置内控制单元的示例。
在从探测元件7接收到探测信号时，主控制单元41根据该探测信号向受控系统500输出控制信号。受控系统500根据来自主控制单元41的该控制信号执行动作，并向主控制单元41输出表示基于该动作获得的信息的信号。例如，受控系统500基于来自主控制单元41的速度命令驱动电机，使用传感器探测受该电机驱动的运动部分的速度，并将探测结果输出到主控制单元41。
此外，主控制单元41向显示控制单元42输出包含根据探测元件7的探测而获得的信息的信号。为了显示包含在来自主控制单元41的信号内的信息，显示控制单元42向驱动单元43输出控制信号，从而通过驱动单元43独立地控制多个LED 11的ON/OFF状态。基于来自显示控制单元42的控制信号，驱动单元43开始或终止向LED 11供电，由此分别将LED 11置为ON或OFF状态。
例如，从受控系统500获得的速度数据从主控制单元41输出到显示控制单元42，显示控制单元42将该速度数据转换成指示将导通(ON)该多个LED 11中的那几个的信息，并将该信息输出到驱动单元43，该驱动单元43根据来自显示控制单元42的指令选择性地对该多个LED 11中将被导通的那几个供电。
根据上述实施方案，显示器3包括LED 11，设于基板5的第一主表面5a上且其ON/OFF状态由主控制单元41控制；支座12，设有预定形状的通孔26以允许来自LED 11的光穿过该通孔到达面板部分4a侧；杆透镜阵列13，具有从支座12侧朝面板部分4a侧延伸的多个杆透镜13的阵列；以及，后屏幕，暴露于面板表面且来自通孔26的光被杆透镜阵列13投影到该后屏幕上。因此，信息可以显示于与基板5分隔的恰当位置，而无需为该显示器提供任何其他基板。
具体地，来自LED 11的光被通孔的形状成形为对应该信息的形状，且这样成形的光被杆透镜阵列13在杆透镜阵列13的长度上引导并被投影到屏幕14上。因此，通过调节支座12的成形部分25的厚度(通孔26的长度)等，形状与该信息对应的图像可以显示于与基板5间隔距离L3的恰当位置。此外，由于通过通孔26、杆透镜阵列13和屏幕14引导和投影来自LED 11的光，因此发光亮度的降低受到阻止。
由于支座12设有通孔26，且支座12同时起着支撑杆透镜阵列13的支撑部件和设有通孔26的成形部件的功能，因此可以实现元件部分的数目以及组装步骤的数目的减少。
由于多个LED 11置于基板5的第一主表面5a上，多个通孔26布置成对应于LED 11的位置，且多个LED 11的ON/OFF状态被独立地控制，因此通过多个LED 11的ON/OFF状态的组合可以显示多条信息。
由于屏幕14位于沿基板5与面板部分4a彼此相对的方向上与面板部分4a相当的位置，所以用户容易视觉上确认显示于屏幕14上的信息同时操作该控制面板装置1。
本发明不限于上述实施方案，而可以按照多种模式实施。
控制面板装置的受控系统包括所有的受控系统。受控系统的示例包括例如工业机器人的工业机器、例如复印机的商业机器、以及例如照相机的家用电子设备和电器。此外，该受控系统内还可包含算术单元和设于该控制面板单元内的显示器。
操作部件不限于推型按钮，只要其暴露于面板表面即可。操作部件的示例包括滑动按钮和杠杆。此外，可以采用固定到面板部分的操作部件，例如检测与其接触的用户手指的静电型开关的操作部件。
操作部件不限于非接触型传感器，只要其可探测对该操作部件的操作即可。例如，作为操作部件可以使用这样的开关，其中根据接触之间的接触而形成与断开电路。
包含控制单元控制显示器中待使用的信息的信号可以是根据探测元件的探测而获得的任何信号。信号的示例包括来自探测元件本身的探测信号；指示基于来自探测元件的探测信号由控制面板装置内算术单元执行的算术处理的结果的信号；以及包含与基于探测信号由受控系统进行的动作有关的信息、及从该受控系统或者受控系统之外的其他装置获得的信号。
该显示器不限于7段显示器，且通孔的形状可以恰当地选择。显示器的示例包括点显示类型的显示器，其中从多个均匀排列的点选择将被导通的点，从而自由地显示例如平假名(日文字母)和中文字符中的一个或多个字符；以及用于显示例如箭头的符号或者根据某物模制的图像的显示器。
还可以恰当地选择多个发光元件的布置与多个通孔的布置的组合，且发光元件的数目和通孔的数目可以互不相同。根据构成待显示的字符或符号的数目恰当地选择通孔的形状和数目，并根据与多个通孔相关的所要求的ON/OFF状态而设定发光元件的位置和数目，这样就足够了。
尽管已经使用具体术语描述了本发明的优选实施方案，但是这些描述是出于阐述目的，应该理解，在不背离权利要求的范围的情况下可以进行变化和修改。
本发明包含与于2006年1月30日向竟日本专利局提交的日本专利申请JP2006-020590相关的主题，该专利申请的全部内容通过引用的方式结合于此。
权利要求
1.一种控制面板装置，包括基板；与所述基板的一个主表面相对放置的面板部分，在其之间相隔预定间距；操作部件，位于所述基板的相对侧上并在所述面板部分的面板表面被暴露；探测元件，设于所述基板上并可工作地探测对所述操作部件的操作；显示器，配置成在所述面板表面上显示信息；以及控制单元，配置成基于根据探测元件的探测所获得的信号而控制所述显示器的工作；其中所述显示器包括发光元件，设于所述基板的一个主表面上，且其ON/OFF状态受所述控制单元控制；成形部件，设有预定形状的通孔，所述通孔配置来允许来自所述发光元件的光穿过其到达所述面板部分侧；杆透镜阵列，具有从所述成形部件侧朝所述面板部分侧延伸的多个杆形成的透镜的阵列；以及后屏幕，其在所述面板表面被暴露，且来自所述杆透镜阵列的预定形状的光被投影到所述后屏幕上。
2.根据权利要求1的控制面板装置，其中，所述成形部件被支撑在所述基板上，并支持所述杆透镜阵列。
3.根据权利要求1的控制面板装置，其中，多个所述发光元件置于所述基板的一个主表面上；所述成形部件内的多个所述通孔布置成对应于多个所述发光元件的位置；且所述控制单元独立地控制多个所述发光元件的ON/OFF状态。
4.根据权利要求1的控制面板装置，其中，所述后屏幕置于沿所述基板和所述面板部分彼此相对放置的方向上与所述面板部分相当的位置。
5.一种显示器，包括多个发光元件，设于基板的一个主表面上；设有多个通孔的定形部件，所述通孔具有预定形状，并允许来自所述多个发光元件的光沿所述一个主表面面向的方向穿过所述通孔，所述多个通孔布置成对应于所述多个发光元件的位置；杆透镜阵列，具有从所述成形部件侧沿所述一个主表面面向的方向延伸的多个杆形成的透镜的阵列；来自所述杆透镜阵列的预定形状的光投影到其上的后屏幕；以及显示控制单元，配置成独立地控制所述多个发光单元的ON/OFF状态。
6.根据权利要求5的显示器，其中，所述成形部件被支撑在所述基板上，并支持所述杆透镜阵列。
7.根据权利要求5的显示器，其中，多个所述发光元件置于所述基板的一个主表面上；所述成形部件内的多个所述通孔布置成对应于多个所述发光元件的位置；且所述控制单元独立地控制多个所述发光元件的ON/OFF状态。
8.根据权利要求5的显示器，其中，所述后屏幕置于沿所述基板和所述面板部分彼此相对放置的方向上与所述面板部分相当的位置。
全文摘要
本发明揭示了一种控制面板装置，其包括基板；与该基板的一个主表面相对放置的面板部分，在其之间相隔预定间距；位于该基板的相对侧上且在该面板部分的面板表面被暴露的操作部件；探测元件，设于该基板上并可工作地探测该操作部件上的操作；显示器，配置成在该面板表面上显示信息；以及控制单元，配置成基于根据探测元件的探测所获得的信号而控制该显示器的工作；其中，该显示器包括发光元件、成形部件、杆透镜阵列以及后屏幕。
文档编号G09F9/33GK101013541SQ200710004748
公开日2007年8月8日 申请日期2007年1月30日 优先权日2006年1月30日
发明者宫野秀雄 申请人:索尼株式会社