JP2009145555A - Pressure sensor and device for inputting data - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、操作情報を入力可能な圧力センサおよびデータ入力装置に関し、演奏情報を入力する演奏情報入力装置に適用して好適なものである。 The present invention relates to a pressure sensor and a data input device capable of inputting operation information, and is suitable for application to a performance information input device for inputting performance information.
従来の電子打楽器に用いられている圧力センサの一例の構成を示す断面図を図２０に示す。図２０に示す圧力センサ２００は、最下層にフィルム等によって円形に形成した絶縁体２１０を有し、その上面にカーボン等からなる円形の抵抗面２１１が張り合わされている。この抵抗面２１１の円周部には環状の電極２１３が設けられている。また、この抵抗面２１１の中心にも電極２１２が設けられている。この抵抗面２１１と間隔を隔てて上方に円形の感圧抵抗素子２１５が設けられている。この間隔を隔てるために、抵抗面２１１と感圧抵抗素子２１５との間に環状のスペーサ２１４が設けられている。感圧抵抗素子２１５の上面には、円形の電極２１６が張り合わされている。この電極２１６の上面には、可撓性のあるフィルムからなる円形の打面２１７が張り合わされている。このように構成された圧力センサ２００の打面２１７をスティックで打撃すると、打撃位置に対応する打面２１７、電極２１６及び感圧抵抗素子２１５が撓み、感圧抵抗素子２１５が抵抗面２１１に接触する。 FIG. 20 is a cross-sectional view showing a configuration of an example of a pressure sensor used in a conventional electronic percussion instrument. A pressure sensor 200 shown in FIG. 20 has an insulator 210 formed in a circular shape with a film or the like in the lowermost layer, and a circular resistance surface 211 made of carbon or the like is bonded to the upper surface thereof. An annular electrode 213 is provided on the circumferential portion of the resistance surface 211. An electrode 212 is also provided at the center of the resistance surface 211. A circular pressure-sensitive resistance element 215 is provided above the resistance surface 211 with a space therebetween. An annular spacer 214 is provided between the resistance surface 211 and the pressure-sensitive resistance element 215 in order to leave this gap. A circular electrode 216 is attached to the upper surface of the pressure sensitive resistance element 215. A circular striking surface 217 made of a flexible film is bonded to the upper surface of the electrode 216. When the striking surface 217 of the pressure sensor 200 configured as described above is struck with a stick, the striking surface 217 corresponding to the striking position, the electrode 216, and the pressure-sensitive resistance element 215 bend, and the pressure-sensitive resistance element 215 contacts the resistance surface 211. To do.
電極２１２，電極２１３および電極３１６の間の等価回路を図２１に示すが、等価回路において抵抗値Ｒ１は感圧抵抗素子２１５の抵抗値である。また、抵抗値Ｒ２と抵抗値Ｒ３は抵抗面２１１の抵抗値であり、抵抗値Ｒ２と抵抗値Ｒ３の接点ｄが感圧抵抗素子２１５が撓み接触する打撃位置となる。すなわち、スティックの打撃強度に応じて感圧抵抗素子２１５の抵抗値Ｒ１が変化し、打撃位置によって電極２１２、２１３間に構成される抵抗値Ｒ２と抵抗値Ｒ３の比率が変化する。そこで、このような抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の変化を検出するために、電極２１２、２１３、２１６は強さ位置分離回路２２０に接続されている。強さ位置分離回路２２０においては、電極２１２と電極２１３に固定値の抵抗がそれぞれ接続されてブリッジ回路が構成され、このブリッジ回路と電極２１６間に定電流源が接続される。そして、電極２１３における電圧を測定することにより打撃位置を検出し、ブリッジ回路と電極２１６間における電圧を測定することにより打撃強度を検出するようにしている。
そして、検出された打撃位置と打撃強度の情報に基づいて図示しない音源を制御して、打撃強度及び打撃位置に応じた楽音を発生させる。この楽音は増幅されてスピーカより拡声される。
Then, a sound source (not shown) is controlled based on information on the detected hitting position and hitting intensity, and a musical sound corresponding to the hitting intensity and hitting position is generated. This musical sound is amplified and amplified by a speaker.
しかしながら、抵抗値変化で演奏情報を入力する従来の圧力センサにおいては、導電率の均一な抵抗面２１１をつくるのが容易でないため、打撃位置の検出精度を高めることができない。また、複数の電極の電圧値から演奏情報とされる打撃強度と打撃位置の情報を検出する処理に時間がかかるようになることから反応速度が遅くなり、このため、高速でスティックが打面２１７を繰り返し叩いた際に追従できないおそれが生じる。さらに、広い面積を持つ高価な感圧抵抗素子２１５が必要であるため、材料費が高価になってしまう。さらにまた、同時に打面２１７の２箇所以上に打撃力が加えられた場合に対応することができない。
ところで、抵抗値変化に替えて容量の変化を利用した圧力センサが考えられる。容量変化を利用する圧力センサにおいては、抵抗面や感圧抵抗素子を不要とすることができる。また、打撃強度と打撃位置の情報を検出する方法が抵抗値変化で演奏情報を入力する場合と原理的に異なることから、上記した抵抗値変化で演奏情報を入力する従来の圧力センサの問題点を解消することができる。なお、容量変化を利用する圧力センサにおける利用する容量は、電極を対向させることにより生じた容量とされ、演奏情報を入力した際に電極間のギャップが変化することにより容量が変化するようになる。しかしながら、このような容量変化を利用する圧力センサでは、容量変化は打撃位置によらず同様となることから打撃位置の検出が困難になるという問題点があった。
However, in the conventional pressure sensor that inputs performance information by changing the resistance value, it is not easy to create the resistance surface 211 having a uniform conductivity, so that the detection accuracy of the hitting position cannot be increased. Further, since it takes time to detect the information on the striking strength and the striking position as performance information from the voltage values of a plurality of electrodes, the reaction speed is slowed. There is a possibility that it may not be able to follow when it is repeatedly hit. Furthermore, since an expensive pressure-sensitive resistance element 215 having a large area is necessary, the material cost becomes high. Furthermore, it is impossible to cope with a case where a striking force is applied to two or more locations on the striking surface 217 at the same time.
By the way, a pressure sensor using a change in capacitance instead of a change in resistance value can be considered. In a pressure sensor that uses capacitance change, a resistance surface or a pressure-sensitive resistance element can be eliminated. In addition, since the method of detecting the information of the striking strength and the striking position is different in principle from the case where the performance information is input by changing the resistance value, there is a problem with the conventional pressure sensor that inputs the performance information by changing the resistance value. Can be eliminated. Note that the capacity used in the pressure sensor that utilizes capacity change is the capacity generated by making the electrodes face each other, and when performance information is input, the capacity changes as the gap between the electrodes changes. . However, in the pressure sensor using such a capacity change, the capacity change is the same regardless of the hitting position, so that it is difficult to detect the hitting position.
そこで、本発明は、容量変化を利用して操作情報や演奏情報を入力する圧力センサとしても、圧力が印加された位置の検出を容易に行うことができる圧力センサおよびデータ入力装置を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention provides a pressure sensor and a data input device that can easily detect a position to which pressure is applied, even as a pressure sensor that inputs operation information and performance information by using a change in capacity. It is an object.
上記目的を達成するために、本発明の圧力センサおよびデータ入力装置は、面状の可動電極と、該可動電極と所定の間隔を隔てて対向するよう配設され、複数の分割電極を有している面状の固定電極とを備え、可動電極に圧力が印加された際に、複数の分割電極から出力される信号が合算されて出力信号として出力されると共に、複数の分割電極から出力される信号の内の最大レベルの信号が出力された分割電極の位置情報が、可動電極における加力された位置情報として出力されることを最も主要な特徴としている。 In order to achieve the above object, a pressure sensor and a data input device according to the present invention are provided with a planar movable electrode, a movable electrode and a plurality of divided electrodes, which are arranged to face the movable electrode with a predetermined interval. When a pressure is applied to the movable electrode, signals output from the plurality of divided electrodes are added together and output as an output signal, and output from the plurality of divided electrodes. The main feature is that the position information of the divided electrode from which the signal of the maximum level is output is output as the position information applied to the movable electrode.
本発明によれば、面状の可動電極と、該可動電極と所定の間隔を隔てて対向するよう配設され、複数の分割電極を有している面状の固定電極とを備えていることから、可動電極に圧力が印加された際に、複数の分割電極から出力される信号を合算することにより出力信号を得ることができると共に、複数の分割電極から出力される信号の内の最大レベルの信号が出力された分割電極を検出することにより、可動電極における加力された位置を検出することができるようになる。また、分割電極に隣接する分割電極からもそれぞれ信号が出力される場合は、２つの分割電極から出力される２つの信号のレベルに応じて２つの分割電極間の境界における位置を算出することができる。 According to the present invention, there is provided a planar movable electrode and a planar fixed electrode that is disposed so as to face the movable electrode at a predetermined interval and has a plurality of divided electrodes. From the above, when pressure is applied to the movable electrode, an output signal can be obtained by adding up the signals output from the plurality of divided electrodes, and the maximum level among the signals output from the plurality of divided electrodes By detecting the divided electrode from which the above signal is output, it is possible to detect the applied position in the movable electrode. When signals are also output from the divided electrodes adjacent to the divided electrodes, the position at the boundary between the two divided electrodes can be calculated according to the level of the two signals output from the two divided electrodes. it can.
本発明にかかる圧力センサは、ゲーム機やゲーム機に接続されるコントローラ等の操作情報を入力する本発明にかかる入力装置に適用することができると共に、電子ドラム等の電子打楽器の演奏情報入力装置に適用することができる。本発明にかかる圧力センサを適用した入力装置および演奏情報入力装置は、本発明にかかるデータ入力装置であり、演奏情報入力装置に適用できる本発明にかかる圧力センサを以下に説明する。本発明の第１実施例にかかる圧力センサの構成を断面図で示す正面図を図１に、圧力センサの構成を示す斜視図を図２に、圧力センサの構成を示す分解組立図を図３に示す。
これらの図に示す第１実施例の圧力センサ１は、電子ドラム等の電子打楽器に適用して好適な演奏情報入力装置である。第１実施例の圧力センサ１は上面にスティック１００等で叩かれる打面を形成する円板状のパッド１０が配置されている。パッド１０を独立気泡が含まれる発泡性樹脂により形成することによりアコースティックなドラムを叩いたときと同じ様な感触を得ることができる。パッド１０の下面には、可動電極１１が上面に形成された薄い円形とされた面状の樹脂フィルム１２が貼着されている。絶縁性の樹脂フィルム１２の材質は、例えばＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）とされ、可動電極１１が樹脂フィルム１２の上面の全面に蒸着等により形成されている。
The pressure sensor according to the present invention can be applied to the input device according to the present invention for inputting operation information of a game machine or a controller connected to the game machine, and the performance information input device for an electronic percussion instrument such as an electronic drum. Can be applied to. The input device and performance information input device to which the pressure sensor according to the present invention is applied are the data input device according to the present invention, and the pressure sensor according to the present invention that can be applied to the performance information input device will be described below. FIG. 1 is a front view showing the structure of the pressure sensor according to the first embodiment of the present invention in a sectional view, FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the pressure sensor, and FIG. 3 is an exploded view showing the structure of the pressure sensor. Shown in
The pressure sensor 1 of the first embodiment shown in these drawings is a performance information input device suitable for application to an electronic percussion instrument such as an electronic drum. In the pressure sensor 1 of the first embodiment, a disk-shaped pad 10 that forms a hitting surface to be hit with a stick 100 or the like is disposed on the upper surface. By forming the pad 10 with a foamable resin containing closed cells, it is possible to obtain the same feeling as when an acoustic drum is struck. A thin resin film 12 having a thin circular shape with a movable electrode 11 formed on the upper surface is attached to the lower surface of the pad 10. The material of the insulating resin film 12 is, for example, PET (Polyethylene Terephthalate), and the movable electrode 11 is formed on the entire upper surface of the resin film 12 by vapor deposition or the like.
樹脂フィルム１２と固定電極１５が形成されている円形とされた面状のプリント基板１４とは、円形の薄い両面テープ１３により貼着されている。この場合、図４に示すように円形の両面テープ１３には、矩形とされた矩形状切欠１３ａが縦横に整列して所定のピッチで設けられている。また、矩形状切欠１３ａを同心円状に整列して所定のピッチで設けるようにしても良い。この両面テープ１３の上面は樹脂フィルム１２の下面に貼着されており、両面テープ１３の下面はプリント基板１４の固定電極１５が形成されている上面に貼着されている。プリント基板１４はガラスエポキシ基板等の絶縁性の基板とされ、図３および後述する図５に示すように第１分割電極１５ａ、第２分割電極１５ｂ、第３分割電極１５ｃ、第４分割電極１５ｄの４つのリング状に分割されている電極が固定電極１５としてプリントあるいはエッチングにより一面に同心円状に形成されている。プリント基板１４には、第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄからそれぞれ信号を出力する端子部１４ａが設けられている。なお、プリント基板１４に設けられるリング状の固定電極１５の分割数は４分割に限るものではなく、５以上に分割して設けるようにしても良い。
A circular printed circuit board 14 on which the resin film 12 and the fixed electrode 15 are formed is attached by a thin circular double-sided tape 13. In this case, as shown in FIG. 4, the rectangular double-sided tape 13 is provided with rectangular cutouts 13 a arranged in a vertical and horizontal direction at a predetermined pitch. Alternatively, the rectangular cutouts 13a may be arranged concentrically and provided at a predetermined pitch. The upper surface of the double-sided tape 13 is attached to the lower surface of the resin film 12, and the lower surface of the double-sided tape 13 is attached to the upper surface of the printed circuit board 14 on which the fixed electrode 15 is formed. The printed board 14 is an insulating board such as a glass epoxy board. As shown in FIG. 3 and FIG. 5 described later, the first divided electrode 15a, the second divided electrode 15b, the third divided electrode 15c, and the fourth divided electrode 15d. The four electrodes divided into four rings are concentrically formed on one surface as a fixed electrode 15 by printing or etching. The printed circuit board 14 is provided with
そして、プリント基板１４の裏面に例えば金属製とされた導電性のシールド電極１６が貼着されている。これにより、固定電極１５は、シールド電極１６と可動電極１１とに挟まれる構造とされていると共にシールド電極１６および可動電極１１がアースされていることから、この両電極により固定電極１５はシールドされることになる。これにより、圧力センサ１に手等を近づけても第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄからなる固定電極１５から信号が出力されることはなく、外乱に強い圧力センサ１とすることができる。また、両面テープ１３は、可動電極１１と固定電極１５とをわずかなギャップを介して対向させるためのギャップを形成するスペーサとして機能している。さらに、可動電極１１と第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄのそれぞれの固定電極１５との間には静電容量が生じている。寸法の一例を挙げると、圧力センサ１の外径は約２４０ｍｍとされ、樹脂フィルム１２の厚さは約１０μｍとされ、両面テープ１３の厚さは約１７０μｍとされる。また、両面テープ１３には約８ｍｍ角の矩形状切欠１３ａが、隣接する矩形状切欠１３ａの中心の間隔が約１０ｍｍのピッチで設けられている。すなわち、両面テープ１３は矩形状切欠１３ａの周囲に約２ｍｍの幅のラインだけが残された構成とされている。なお、各図に示す圧力センサ１のスケールは理解しやすいように厚さ（高さ）方向が実寸より誇張されたスケールで示されている。 A conductive shield electrode 16 made of, for example, metal is attached to the back surface of the printed board 14. As a result, the fixed electrode 15 is sandwiched between the shield electrode 16 and the movable electrode 11 and the shield electrode 16 and the movable electrode 11 are grounded. Therefore, the fixed electrode 15 is shielded by both electrodes. Will be. Thereby, even if a hand etc. are brought close to pressure sensor 1, a signal is not outputted from fixed electrode 15 which consists of the 1st divided electrode 15a-the 4th divided electrode 15d, and it can be set as pressure sensor 1 strong against disturbance. . The double-sided tape 13 functions as a spacer that forms a gap for making the movable electrode 11 and the fixed electrode 15 face each other with a slight gap. Further, electrostatic capacitance is generated between the movable electrode 11 and the fixed electrodes 15 of the first divided electrode 15a to the fourth divided electrode 15d. For example, the outer diameter of the pressure sensor 1 is about 240 mm, the thickness of the resin film 12 is about 10 μm, and the thickness of the double-sided tape 13 is about 170 μm. The double-sided tape 13 is provided with rectangular cutouts 13a each having an approximately 8 mm square at a pitch of about 10 mm between the centers of adjacent rectangular cutouts 13a. That is, the double-sided tape 13 is configured such that only a line having a width of about 2 mm is left around the rectangular notch 13a. It should be noted that the scale of the pressure sensor 1 shown in each figure is shown with a scale in which the thickness (height) direction is exaggerated from the actual size for easy understanding.
このように構成された第１実施例の圧力センサ１において、パッド１０をスティック１００により叩くと打撃を受けた部位のパッド１０が下方に撓むよう変位し、パッド１０が撓むことにより柔軟な樹脂フィルム１２上に形成されている可動電極１１も下方へ変位して撓むようになる。撓んだ可動電極１１の部位は両面テープ１３に開けられている矩形状切欠１３ａ内に進入し、撓んだ可動電極１１の部位と固定電極１５の内の対応する第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄとのギャップが狭くなる。この場合の最小ギャップは、樹脂フィルム１２の厚さである約１０μｍと極めて狭くなり、可動電極１１と固定電極１５とのギャップが約１０μｍとなっても樹脂フィルム１２が両電極間に介在しているため両電極間の絶縁状態は維持されるようになる。このように、撓んだ可動電極１１と第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄの内のいずれかの固定電極１５とのギャップが狭くなることにより、可動電極１１とのギャップが狭くなった第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄとの間の静電容量が変化して、変化した静電容量に応じた出力が端子部１４ａにおける対応する第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄの端子から出力されるようになる。
In the pressure sensor 1 of the first embodiment configured as described above, when the pad 10 is hit with the stick 100, the pad 10 at the hit portion is displaced so as to bend downward, and the pad 10 is bent to be flexible resin. The movable electrode 11 formed on the film 12 is also displaced downward and bends. The deflected movable electrode 11 part enters the rectangular notch 13 a opened in the double-sided tape 13, and the deflected movable electrode 11 part and the corresponding first divided electrode 15 a to 15 in the fixed electrode 15. The gap with the four-divided electrode 15d becomes narrow. In this case, the minimum gap is as narrow as about 10 μm, which is the thickness of the resin film 12. Even when the gap between the movable electrode 11 and the fixed electrode 15 is about 10 μm, the resin film 12 is interposed between both electrodes. Therefore, the insulation state between both electrodes is maintained. As described above, the gap between the movable electrode 11 and the movable electrode 11 is reduced by narrowing the gap between the bent movable electrode 11 and the fixed electrode 15 of any of the first divided electrode 15a to the fourth divided electrode 15d. The capacitance between the first divided electrode 15a and the fourth divided electrode 15d changes, and the output according to the changed capacitance corresponds to the corresponding first divided electrode 15a to fourth divided electrode 15d in the
この場合の可動電極１１の撓みの大きさは、スティック１００によりパッド１０を叩いた打撃強度にほぼ比例し、撓みの大きさに応じて可動電極１１と第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄとのギャップが狭くなる。このことから、第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄからの出力は、スティック１００によりパッド１０を叩いた打撃強度に対応するレベルの出力となる。そして、可動電極１１と第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄとの最小ギャップは極めて狭い約１０μｍまで狭くすることができると共に、固定電極１５はシールドされて外乱の影響と受けにくいことからダイナミックレンジを大きくすることができる。また、スティック１００によりパッド１０を叩いた打撃位置に対応する第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄからだけ打撃強度に応じた信号が出力されることから、信号が出力される第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄを検出することにより、打撃位置も検出することができるようになる。 In this case, the magnitude of the bending of the movable electrode 11 is substantially proportional to the striking strength when the pad 10 is struck by the stick 100, and the movable electrode 11 and the first divided electrode 15a to the fourth divided electrode 15d according to the magnitude of the bending. And the gap becomes narrower. From this, the output from the first divided electrode 15a to the fourth divided electrode 15d becomes an output of a level corresponding to the striking strength of hitting the pad 10 with the stick 100. The minimum gap between the movable electrode 11 and the first divided electrode 15a to the fourth divided electrode 15d can be reduced to an extremely narrow value of about 10 μm, and the fixed electrode 15 is shielded so that it is not easily affected by disturbance. The range can be increased. Further, since a signal corresponding to the striking strength is output only from the first divided electrode 15a to the fourth divided electrode 15d corresponding to the striking position where the pad 10 is struck by the stick 100, the first divided electrode from which the signal is output. By detecting the 15a to the fourth divided electrode 15d, the striking position can also be detected.
このように構成された第１実施例の圧力センサ１を電子打楽器に適用した際の構成を示すブロック図を図５に示す。
図５に示す電子打楽器２においては、圧力センサ１についてはプリント基板１４のみを示している。プリント基板１４の一面にリング状に形成されている固定電極１５を構成する第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄのそれぞれからラインが端子部１４ａまで延伸されている。端子部１４ａにおいて第１分割電極１５ａから延伸されたラインは抵抗Ｒ１を介して電源＋Ｖに接続されると共に第１アンプＡ１に接続され、第２分割電極１５ｂから延伸されたラインは抵抗Ｒ２を介して電源＋Ｖに接続されると共に第２アンプＡ２に接続され、第３分割電極１５ｃから延伸されたラインは抵抗Ｒ３を介して電源＋Ｖに接続されると共に第３アンプＡ３に接続され、第４分割電極１５ｄから延伸されたラインは抵抗Ｒ４を介して電源＋Ｖに接続されると共に第４アンプＡ４に接続されている。このように、第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄは抵抗Ｒ１ないし抵抗Ｒ４により電源＋Ｖにプルアップされていることから、第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄと可動電極１１との間の静電容量が変化した際に、変化した容量に応じた電気信号が固定電極１５から出力されるようになる。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration when the pressure sensor 1 of the first embodiment configured as described above is applied to an electronic percussion instrument.
In the electronic percussion instrument 2 shown in FIG. 5, only the printed circuit board 14 is shown for the pressure sensor 1. A line extends from each of the first divided electrode 15a to the fourth divided electrode 15d constituting the fixed electrode 15 formed in a ring shape on one surface of the printed board 14 to the
第１アンプＡ１ないし第４アンプＡ４により増幅された第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄからそれぞれ出力された信号は、アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）２０によりそれぞれディジタル信号に変換される。ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１は、Ａ／Ｄ２０から出力されるディジタル信号を処理することにより、圧力センサ１をスティック１００で叩いた際の打撃強度と打撃位置とを検出している。第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄにおける各リング状の分割電極の面積は等しく形成することが好適であるが、等しく形成することができない場合はこれを補正する補正テーブル２１ａをＣＰＵ２１は備えている。これは、第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄにおける分割電極の面積が等しくないと、同じ打撃力が加えられても小さい面積の分割電極では容量の変化率が大きくなり、大きい面積の分割電極では容量の変化率が小さくなって、出力される信号のレベルが異なるようになる。そこで、補正テーブル２１ａにより分割電極の面積の異なりを補正して同じ打撃力が加えられた際には分割電極の面積が異なっていても同じ打撃強度として検出されるようにしている。また、ＣＰＵ２１は第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄから出力される信号のうちの最大レベルの信号を出力する分割電極を検出することにより、打撃位置を検出している。
The signals output from the first divided electrode 15a to the fourth divided electrode 15d amplified by the first amplifier A1 to the fourth amplifier A4 are converted into digital signals by the analog / digital converter (A / D) 20, respectively. The A CPU (Central Processing Unit) 21 detects a striking strength and a striking position when the pressure sensor 1 is hit with the stick 100 by processing a digital signal output from the A /
そして、ＣＰＵ２１は検出された打撃位置と打撃強度の情報を音源２２に与えて、音源２２は打撃位置に応じた音色の楽音波形データをメモリ２２ａから読み出して、打撃強度に応じたエンベロープを付与することにより楽音を発生させる。音源２２には、音の種類別や音程別の楽音波形データがメモリ２２ａに記憶されている。なお、打撃位置と打撃強度の情報を音の種類、音の大きさ、音程、音質等のパラメータに自由に割り当てて楽音を発生させるようにしてもよい。これにより、アコースティックなドラムを叩いたときと同様の楽音が得られるようになる。この楽音はアンプ２３により増幅されてスピーカ（ＳＰ）２４から放音される。
Then, the
図５に示す電子打楽器２における回路部の等価回路を図６に示す。図６において、破線で囲った部位はプリント基板１４の等価回路とされ、容量Ｃ１は可動電極１１と第１分割電極１５ａとの間の容量であり、容量Ｃ２は可動電極１１と第２分割電極１５ｂとの間の容量であり、容量Ｃ３は可動電極１１と第３分割電極１５ｃとの間の容量であり、容量Ｃ４は可動電極１１と第４分割電極１５ｄとの間の容量である。定常状態においては、容量Ｃ１ないし容量Ｃ４にはそれぞれ直列に接続されている抵抗Ｒ１ないし抵抗Ｒ４により電源＋Ｖから充電された状態とされている。ここで、スティック１００によりパッド１０が叩かれて、例えば容量Ｃ１の容量値が大きくなるよう変化したとする。すると、抵抗Ｒ１と容量Ｃ１との接続点の電位が下がり容量Ｃ１は抵抗Ｒ１を介して充電されていくようになる。この時の抵抗Ｒ１と容量Ｃ１との接続点の電位変化が信号として第１増幅器Ａ１により増幅されてＡ／Ｄ２０に供給されるようになる。この信号のレベルは容量Ｃ１の変化率にほぼ比例し、スティック１００で強く叩くほど大きなレベルの信号が出力されるようになる。
FIG. 6 shows an equivalent circuit of the circuit section in the electronic percussion instrument 2 shown in FIG. In FIG. 6, the part surrounded by a broken line is an equivalent circuit of the printed circuit board 14, the capacitor C1 is a capacitor between the movable electrode 11 and the first divided electrode 15a, and the capacitor C2 is the movable electrode 11 and the second divided electrode. 15b, a capacitance C3 is a capacitance between the movable electrode 11 and the third divided electrode 15c, and a capacitance C4 is a capacitance between the movable electrode 11 and the fourth divided electrode 15d. In the steady state, the capacitors C1 to C4 are charged from the power source + V by the resistors R1 to R4 connected in series. Here, it is assumed that the pad 10 is struck by the stick 100 and the capacitance value of the capacitance C1 is changed, for example. Then, the potential at the connection point between the resistor R1 and the capacitor C1 decreases, and the capacitor C1 is charged via the resistor R1. The potential change at the connection point between the resistor R1 and the capacitor C1 at this time is amplified as a signal by the first amplifier A1 and supplied to the A /
次に、電子打楽器２の構造の一例を示す断面図を図７に示す。
図７に示す電子打楽器２は電子ドラムの例であり、木製や金属製とされた円筒状の胴３０の上部に圧力センサ１が配置されており、胴３０の下部には円形の底板３１が固着されている。胴３０における内周面の上部にはいくつかのＬ型金具３３が内向きに固着されており、Ｌ型金具３３における内側に突出した部分がゴム等のリング状の緩衝材３２に設けられた溝に嵌挿されて取り付けられている。この場合、リング状の緩衝材３２の外側面のほぼ半ばに溝が形成されており、この溝内にＬ型金具３３の突出した部分が嵌挿されている。また、圧力センサ１の最下層を構成しているシールド電極１６は数ｍｍの厚さの金属板とすることができ、このシールド電極１６の下面にいくつかのＺ型金具３４がＬ型金具３３に対応して固着されている。Ｚ型金具３４の外側を向いた下片により緩衝材３２の下面が支持されて、この結果緩衝材３２はＬ型金具３３とＺ型金具３４とにより挟持されるようになる。胴３０の上縁と圧力センサ１の下面とは若干の間隙を持って対向するよう支持されており、圧力センサ１をスティック１００により叩いた際でも、圧力センサ１と胴３０とは緩衝材３２の作用により接触しないようにされている。逆に、胴３０に与えられた何らかの衝撃も緩衝材３２の作用により圧力センサ１に与えられることはない。なお、底板３１は３脚等のドラムを支持する支持脚に取り付けることができる。
Next, a sectional view showing an example of the structure of the electronic percussion instrument 2 is shown in FIG.
The electronic percussion instrument 2 shown in FIG. 7 is an example of an electronic drum. The pressure sensor 1 is arranged on the upper part of a cylindrical body 30 made of wood or metal, and a circular bottom plate 31 is formed on the lower part of the body 30. It is fixed. A number of L-shaped metal fittings 33 are fixed inwardly on the upper part of the inner peripheral surface of the body 30, and a portion protruding inward in the L-shaped metal fittings 33 is provided on a ring-shaped cushioning material 32 such as rubber. It is fitted in the groove. In this case, a groove is formed substantially in the middle of the outer surface of the ring-shaped cushioning material 32, and the protruding portion of the L-shaped metal fitting 33 is fitted into this groove. Further, the shield electrode 16 constituting the lowermost layer of the pressure sensor 1 can be a metal plate having a thickness of several millimeters, and several Z-shaped metal fittings 34 are formed on the lower surface of the shield electrode 16 with L-shaped metal fittings 33. It is fixed correspondingly. The lower surface of the cushioning material 32 is supported by the lower piece facing the outside of the Z-shaped bracket 34, and as a result, the cushioning material 32 is sandwiched between the L-shaped bracket 33 and the Z-shaped bracket 34. The upper edge of the body 30 and the lower surface of the pressure sensor 1 are supported so as to face each other with a slight gap. Even when the pressure sensor 1 is hit with the stick 100, the pressure sensor 1 and the body 30 are provided with the cushioning material 32. It is made not to contact by the action of. Conversely, any impact applied to the body 30 is not applied to the pressure sensor 1 by the action of the cushioning material 32. The bottom plate 31 can be attached to a support leg that supports a drum such as a tripod.
次に、ＣＰＵ２１が検出する打撃位置と打撃強度の検出方法について図８を参照して説明する。
図８は圧力センサ１の一部を拡大して示す図であり、第１分割電極１５ａと第２分割電極１５ｂとの境界の部分がスティック１００により叩かれた態様が示されている。圧力センサ１のパッド１０をスティック１００によりＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの位置で叩いたとする。位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは第２分割電極１５ｂから隣接する第１分割電極１５ａに至るまでの位置とされる。この時の叩かれて変形する可動電極１１の第１分割電極１５ａおよび第２分割電極１５ｂ上の部位がａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの範囲で示されている。変形する部位ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは、頭が丸いスティック１００で叩かれることからほぼ円形に拡がる範囲となる。ここで、位置Ａおよび位置Ｂで叩いた場合は可動電極１１が変形する部位ａ、ｂが第２分割電極１５ｂ上に限られることから、第２分割電極１５ｂのみから信号が出力される。出力される信号のレベルは打撃強度に比例する。
Next, a method for detecting the striking position and the striking strength detected by the
FIG. 8 is an enlarged view of a part of the pressure sensor 1, and shows a mode in which a boundary portion between the first divided electrode 15 a and the second divided electrode 15 b is hit with a stick 100. It is assumed that the pad 10 of the pressure sensor 1 is hit with the stick 100 at positions A, B, C, D, and E. Positions A, B, C, D, and E are positions from the second divided electrode 15b to the adjacent first divided electrode 15a. The portions of the movable electrode 11 that are struck and deformed at this time on the first divided electrode 15a and the second divided electrode 15b are shown in a range of a, b, c, d, and e. The deformed portions a, b, c, d, and e are in a range that extends in a substantially circular shape because the head is hit with the round stick 100. Here, when hitting at the position A and the position B, the parts a and b where the movable electrode 11 is deformed are limited to the second divided electrode 15b, so that a signal is output only from the second divided electrode 15b. The level of the output signal is proportional to the impact strength.
また、位置Ｃで叩かれて可動電極１１が変形する部位ｃが第１分割電極１５ａと第２分割電極１５ｂとのほぼ中央とされる場合は、第１分割電極１５ａおよび第２分割電極１５ｂから信号が出力される。出力される信号のレベルは、変形する部位ｃにおける面積のほぼ半分ずつが第１分割電極１５ａおよび第２分割電極１５ｂに対応することから打撃強度に比例する出力のほぼ半分ずつが出力される。さらに、位置Ｄおよび位置Ｅで叩いた場合は可動電極１１が変形する部位ｄ、ｅが第１分割電極１５ａ上に限られることから、第１分割電極１５ａのみから信号が出力される。出力される信号のレベルは打撃強度に比例する。このことから、打撃位置を横軸に出力レベルを縦軸とすると図８の下段に示すグラフのように打撃位置に応じて第１分割電極１５ａおよび第２分割電極１５ｂから出力される信号のレベルが変化するようになる。ただし、打撃位置が変化しても打撃強度は一定としている。 In addition, when the portion c where the movable electrode 11 is deformed by being struck at the position C is approximately the center between the first divided electrode 15a and the second divided electrode 15b, from the first divided electrode 15a and the second divided electrode 15b, A signal is output. As for the level of the output signal, almost half of the area at the deformed portion c corresponds to the first divided electrode 15a and the second divided electrode 15b. Further, when hitting at the position D and the position E, the portions d and e where the movable electrode 11 is deformed are limited to the first divided electrode 15a, so that a signal is output only from the first divided electrode 15a. The level of the output signal is proportional to the impact strength. Therefore, when the impact position is on the horizontal axis and the output level is on the vertical axis, the level of the signal output from the first split electrode 15a and the second split electrode 15b according to the strike position as shown in the lower graph of FIG. Will change. However, the hitting strength is constant even if the hitting position changes.
このグラフに示されているように、位置Ｂから位置Ｄまでの間の位置で叩いた場合は、位置に応じたレベルの信号が第１分割電極１５ａおよび第２分割電極１５ｂからそれぞれ出力されるようになる。すなわち、第１分割電極１５ａおよび第２分割電極１５ｂから出力される信号のレベルを検出することで第１分割電極１５ａおよび第２分割電極１５ｂのどの位置が叩かれたのかを精度良く検出することができるようになる。この時に、第１分割電極１５ａおよび第２分割電極１５ｂの出力を合算することで打撃強度に応じたレベルの信号を得ることができる。これにより、第１分割電極１５ａと第２分割電極１５ｂとの間に間隙があっても、間隙による不感帯が生じないようになる。 As shown in this graph, when a strike is made at a position between position B and position D, a signal of a level corresponding to the position is output from each of the first divided electrode 15a and the second divided electrode 15b. It becomes like this. That is, by detecting the level of the signal output from the first divided electrode 15a and the second divided electrode 15b, it is possible to accurately detect which position of the first divided electrode 15a and the second divided electrode 15b has been hit. Will be able to. At this time, by adding the outputs of the first divided electrode 15a and the second divided electrode 15b, a signal having a level corresponding to the impact strength can be obtained. As a result, even if there is a gap between the first divided electrode 15a and the second divided electrode 15b, a dead zone due to the gap does not occur.
以上説明した本発明の第１実施例の圧力センサ１においては、信号を出力する第１分割電極１５ａないし第４分割電極１５ｄからなる固定電極１５の上下が、アースされている可動電極１１およびシールド電極１６により挟まれているため、外乱を受けることを防止することができる。これにより、圧力センサ１の感度が高くなってダイナミックレンジが拡がることから演奏表現力を向上することができる。また、パッド１０の上面に加えられた打撃力の強さと、それに応じてパッド１０における底面の変形する量との関係はパッド１０のどの場所であっても一定となることから、打撃力がパッド上面のどの場所に加えられた場合であってもその打撃力の強さと静電容量の変化量との関係はパッド１０の場所によらず一定になる。さらに、第１分割電極１５ａないし第４分割電極１５ｄから出力される信号のうちの最大レベルの信号を出力する分割電極を検出することにより、打撃位置を検出することができると共に、第１分割電極１５ａないし第４分割電極１５ｄから出力される信号を合算することにより打撃強度を得ることができることから、打撃位置および打撃強度を得る処理を簡易化することができる。従って、圧力センサ１では反応速度が速くなり高速でパッド１０が繰り返し叩かれてもその入力に追従した出力を得ることができる。さらに、パッド１０の異なる位置が同時に叩かれても、叩かれた位置に対応する第１分割電極１５ａないし第４分割電極１５ｄから出力をそれぞれ得ることができる。なお、固定電極１５において分割電極の数を増やすことにより打撃位置の精度を向上することができる。 In the pressure sensor 1 according to the first embodiment of the present invention described above, the movable electrode 11 and the shield that are grounded above and below the fixed electrode 15 including the first divided electrode 15a to the fourth divided electrode 15d that output signals are provided. Since it is sandwiched between the electrodes 16, it can be prevented from receiving disturbance. As a result, the sensitivity of the pressure sensor 1 is increased and the dynamic range is expanded, so that the performance expression can be improved. Further, since the relationship between the strength of the striking force applied to the upper surface of the pad 10 and the amount of deformation of the bottom surface of the pad 10 corresponding thereto is constant at any location on the pad 10, the striking force is constant. Regardless of where the pad 10 is applied, the relationship between the strength of the striking force and the amount of change in capacitance is constant regardless of the location of the pad 10. Further, the hitting position can be detected by detecting the divided electrode that outputs the signal of the maximum level among the signals output from the first divided electrode 15a to the fourth divided electrode 15d, and the first divided electrode. Since the striking strength can be obtained by adding the signals output from 15a to the fourth divided electrode 15d, the process of obtaining the striking position and the striking strength can be simplified. Accordingly, the reaction speed of the pressure sensor 1 is increased, and an output following the input can be obtained even if the pad 10 is repeatedly hit at a high speed. Further, even when different positions of the pad 10 are hit simultaneously, outputs can be obtained from the first divided electrode 15a to the fourth divided electrode 15d corresponding to the hit positions. It should be noted that the accuracy of the striking position can be improved by increasing the number of divided electrodes in the fixed electrode 15.
次に、本発明の第２実施例にかかる圧力センサの構成を断面図で示す正面図を図９に、第２実施例の圧力センサにおけるプリントフィルムの構成を示す平面図を図１０に、第２実施例の圧力センサにおけるプリントフィルムの構成を示す下面図を図１１に示す。
これらの図に示す第２実施例の圧力センサ３は、電子ドラム等の電子打楽器に適用して好適な演奏情報入力装置である。第２実施例の圧力センサ３は上面にスティック１００等で叩かれる打面を形成する円板状のパッド４０が配置されている。パッド４０を独立気泡が含まれる発泡性樹脂により形成することによりアコースティックなドラムを叩いたときと同じ様な感触を得ることができる。パッド４０の下面には、第１可動電極４１が上面の全面に形成された薄い円形とされた面状の樹脂フィルム４２が貼着されている。絶縁性の樹脂フィルム４２の材質は、例えばＰＥＴとされ、第１可動電極４１が樹脂フィルム４２の上面の全面に蒸着等により形成されている。
Next, FIG. 9 is a front view showing the configuration of the pressure sensor according to the second embodiment of the present invention in a sectional view, FIG. 10 is a plan view showing the configuration of the print film in the pressure sensor of the second embodiment, and FIG. FIG. 11 is a bottom view showing the configuration of the print film in the pressure sensor of the second embodiment.
The pressure sensor 3 of the second embodiment shown in these drawings is a performance information input device suitable for application to an electronic percussion instrument such as an electronic drum. In the pressure sensor 3 of the second embodiment, a disk-shaped pad 40 that forms a hitting surface to be hit with a stick 100 or the like is disposed on the upper surface. By forming the pad 40 with a foamable resin containing closed cells, it is possible to obtain the same feeling as when an acoustic drum is struck. On the lower surface of the pad 40, a thin resin film 42 having a thin circular shape with a first movable electrode 41 formed on the entire upper surface is attached. The material of the insulating resin film 42 is, for example, PET, and the first movable electrode 41 is formed on the entire upper surface of the resin film 42 by vapor deposition or the like.
この樹脂フィルム４２と、第２可動電極４７が表面に形成され、第３可動電極４８が裏面に形成されている略円形とされた面状のプリントフィルム４４とは、円形の薄い第１両面テープ４３により貼着されている。この場合、第１両面テープ４３には第１実施例における両面テープ１３と同様に、矩形とされた矩形状切欠が縦横に整列して所定のピッチで設けられている。この矩形状切欠を、同心円状に整列して所定のピッチで設けるようにしても良い。この第１両面テープ４３の上面は樹脂フィルム４２の下面に貼着されており、第１両面テープ４３の下面はプリントフィルム４４の第２可動電極４７が形成されている上面に貼着されている。プリントフィルム４４は金属を蒸着することのできる絶縁性のフィルム基板４９から構成される。図１０に示すように、プリントフィルム４４を構成するフィルム基板４９の表面（上面）には図１０に示すように第２可動電極４７が蒸着やプリントにより形成されており、フィルム基板４９の裏面（下面）には図１１に示すように第３可動電極４８が蒸着やプリントにより形成されている。第２可動電極４７は、矩形パッチを繋げた中心から約９０°ずつ４つに分割された分割電極４７−１，４７−２，４７−３，４７−４からなり、第３可動電極４８は矩形パッチを繋げた中心から約９０°ずつ４つに分割された分割電極４８−１，４８−２，４８−３，４８−４により構成されている。 The resin film 42 and the substantially circular planar print film 44 in which the second movable electrode 47 is formed on the front surface and the third movable electrode 48 is formed on the rear surface are a thin first double-sided tape having a circular shape. 43 is attached. In this case, like the double-sided tape 13 in the first embodiment, the first double-sided tape 43 is provided with rectangular cutouts arranged in a vertical and horizontal direction at a predetermined pitch. These rectangular cutouts may be arranged in a concentric manner at a predetermined pitch. The upper surface of the first double-sided tape 43 is attached to the lower surface of the resin film 42, and the lower surface of the first double-sided tape 43 is attached to the upper surface of the print film 44 on which the second movable electrode 47 is formed. . The print film 44 includes an insulating film substrate 49 on which a metal can be deposited. As shown in FIG. 10, the second movable electrode 47 is formed by vapor deposition or printing on the surface (upper surface) of the film substrate 49 constituting the print film 44 as shown in FIG. As shown in FIG. 11, the third movable electrode 48 is formed on the lower surface by vapor deposition or printing. The second movable electrode 47 is composed of divided electrodes 47-1, 47-2, 47-3, and 47-4 divided into four portions of about 90 ° from the center where the rectangular patches are connected. It is composed of divided electrodes 48-1, 48-2, 48-3, 48-4 divided into four at about 90 ° from the center where the rectangular patches are connected.
第２可動電極４７を構成している分割電極４７−１，４７−２，４７−３，４７−４は、それぞれ矩形パッチを繋げて構成されている。また、第３可動電極４８を構成している分割電極４８−１，４８−２，４８−３，４８−４も、それぞれ矩形パッチを繋げて構成されている。第２可動電極４７を構成している矩形パッチと、第３可動電極４８を構成している矩形パッチとは、大きさおよび配置されるピッチが異なっており、第３可動電極４８を構成している矩形パッチの方が大きくされていると共にピッチも大きくなっている。分割電極４７−１〜４７−４からそれぞれ信号を出力する端子と、分割電極４８−１〜４８−４からそれぞれ信号を出力する端子が端子部４４ａの表面と裏面とに設けられている。第２可動電極４７と第３可動電極４８とにおいて、対応する位置の分割電極同士が電気的に接続されている。すなわち、分割電極４７−１と分割電極４８−１とが、分割電極４７−２と分割電極４８−２とが、分割電極４７−３と分割電極４８−３とが、分割電極４７−４と分割電極４８−４とが電気的に接続されている。この接続は、端子部４４ａにおいて対応する端子同士を接続したり、フィルム基板４９にスルーホールを設けて接続すればよい。このようなプリントフィルム４４の裏面と円板状に形成されたシールド電極４６とは、円形の薄い第２両面テープ４５により貼着されている。この場合、第２両面テープ４５には第１実施例における両面テープ１３と同様に、矩形とされた矩形状切欠が縦横に整列して設けられている。この矩形状切欠は、第１両面テープ４３に設けられている矩形状切欠より小さいと共により小さなピッチで設けられている。この矩形状切欠を、同心円状に整列して所定のピッチで設けるようにしても良い。なお、シールド電極４６の上面には第３可動電極４８との短絡を防止するための絶縁層４６ａが設けられている。絶縁層４６ａは絶縁被膜や絶縁塗装等により形成される。 The divided electrodes 47-1, 47-2, 47-3, 47-4 constituting the second movable electrode 47 are each formed by connecting rectangular patches. Further, the divided electrodes 48-1, 48-2, 48-3, 48-4 constituting the third movable electrode 48 are also constituted by connecting rectangular patches. The rectangular patch constituting the second movable electrode 47 and the rectangular patch constituting the third movable electrode 48 are different in size and pitch, and constitute the third movable electrode 48. The rectangular patch is larger and the pitch is larger. Terminals for outputting signals from the divided electrodes 47-1 to 47-4 and terminals for outputting signals from the divided electrodes 48-1 to 48-4 are provided on the front and back surfaces of the terminal portion 44a. In the second movable electrode 47 and the third movable electrode 48, the divided electrodes at corresponding positions are electrically connected. That is, the divided electrode 47-1 and the divided electrode 48-1, the divided electrode 47-2 and the divided electrode 48-2, the divided electrode 47-3 and the divided electrode 48-3 are divided into the divided electrode 47-4 and the divided electrode 47-4. The divided electrode 48-4 is electrically connected. This connection may be achieved by connecting corresponding terminals in the terminal portion 44 a or by providing a through hole in the film substrate 49. The back surface of the print film 44 and the shield electrode 46 formed in a disk shape are attached by a thin circular second double-sided tape 45. In this case, like the double-sided tape 13 in the first embodiment, the second double-sided tape 45 is provided with rectangular rectangular cutouts arranged vertically and horizontally. The rectangular cutouts are smaller than the rectangular cutouts provided in the first double-sided tape 43 and are provided at a smaller pitch. These rectangular cutouts may be arranged in a concentric manner at a predetermined pitch. An insulating layer 46 a for preventing a short circuit with the third movable electrode 48 is provided on the upper surface of the shield electrode 46. The insulating layer 46a is formed by an insulating coating or insulating coating.
このように、表面に第２可動電極４７が形成され、裏面に第３可動電極４８が形成されているプリントフィルム４４は、シールド電極４６と第１可動電極４１とに挟まれる構造とされていると共に、シールド電極４６および第１可動電極４１がアースされていることから、この両電極により第２可動電極４７および第３可動電極４８はシールドされることになる。これにより、圧力センサ３に手等を近づけても第２可動電極４７および第３可動電極４８から信号が出力されることはなく、外乱に強い圧力センサ３とすることができる。また、第１両面テープ４３は、第１可動電極４１と第２可動電極４７との間にギャップを形成するスペーサとして機能して第１容量手段が構成されており、第１可動電極４１と第２可動電極４７における分割電極４７−１〜４７−４のそれぞれの間には静電容量が生じている。さらに、第２両面テープ４５は、第３可動電極４８とシールド電極４６との間にギャップを形成するスペーサとして機能して第２容量手段が構成されており、第３可動電極４８における分割電極４８−１〜４８−４とシールド電極４６のそれぞれの間には静電容量が生じている。 As described above, the print film 44 in which the second movable electrode 47 is formed on the front surface and the third movable electrode 48 is formed on the back surface is configured to be sandwiched between the shield electrode 46 and the first movable electrode 41. At the same time, since the shield electrode 46 and the first movable electrode 41 are grounded, the second movable electrode 47 and the third movable electrode 48 are shielded by both electrodes. Thereby, even if a hand etc. are brought close to the pressure sensor 3, a signal is not output from the 2nd movable electrode 47 and the 3rd movable electrode 48, and it can be set as the pressure sensor 3 strong against a disturbance. In addition, the first double-sided tape 43 functions as a spacer that forms a gap between the first movable electrode 41 and the second movable electrode 47 and constitutes a first capacitor means. Capacitance is generated between the divided electrodes 47-1 to 47-4 in the two movable electrodes 47. Further, the second double-sided tape 45 functions as a spacer that forms a gap between the third movable electrode 48 and the shield electrode 46 to constitute a second capacitor means, and the divided electrode 48 in the third movable electrode 48. Capacitance is generated between each of -1 to 48-4 and the shield electrode 46.
この場合、例えば第１両面テープ４３および第２両面テープ４５の厚さは約１７０μｍとされ、第１両面テープ４３の矩形状切欠は第２両面テープ４５の矩形状切欠より大きくされている。また、例えば第２可動電極４７を構成している矩形パッチは約８ｍｍ角の矩形パッチが、隣接する矩形パッチの中心の間隔が約１０ｍｍのピッチで設けられ、第３可動電極４８を構成している矩形パッチは約１８ｍｍ角の矩形パッチが、隣接する矩形パッチの中心の間隔が約２０ｍｍのピッチで設けられている。このように、第１容量手段における第１両面テープ４３の矩形状切欠が大きくされると共に第２可動電極４７の矩形パッチが小さくされて、第１容量手段における印加された圧力に対する剛性が小さくされている。また、第２容量手段における第２両面テープ４５の矩形状切欠が小さくされると共に第３可動電極４８の矩形パッチが大きくされて、第２容量手段における印加された圧力に対する剛性が大きくされている。第１容量手段の剛性を第２容量手段の剛性より小さくしたことによる作用については後述する。なお、第２実施例の圧力センサ３の構成を示す図においては理解しやすいように厚さ（高さ）方向のスケールが実寸より誇張されたスケールで示されている。 In this case, for example, the thickness of the first double-sided tape 43 and the second double-sided tape 45 is about 170 μm, and the rectangular cutout of the first double-sided tape 43 is larger than the rectangular cutout of the second double-sided tape 45. In addition, for example, the rectangular patch constituting the second movable electrode 47 is a rectangular patch of about 8 mm square, and the interval between the centers of adjacent rectangular patches is provided at a pitch of about 10 mm to form the third movable electrode 48. As for the rectangular patches, rectangular patches of about 18 mm square are provided at a pitch of about 20 mm between the centers of adjacent rectangular patches. As described above, the rectangular cutout of the first double-sided tape 43 in the first capacitor means is increased and the rectangular patch of the second movable electrode 47 is reduced, so that the rigidity with respect to the applied pressure in the first capacitor means is reduced. ing. In addition, the rectangular notch of the second double-sided tape 45 in the second capacitor means is reduced, and the rectangular patch of the third movable electrode 48 is increased, so that the rigidity of the second capacitor means against the applied pressure is increased. . The effect of making the rigidity of the first capacity means smaller than that of the second capacity means will be described later. In addition, in the figure which shows the structure of the pressure sensor 3 of 2nd Example, the scale of thickness (height) direction is shown by the scale exaggerated from the actual size so that it may be easy to understand.
第２実施例の圧力センサ３におけるプリントフィルム４４の他の構成例を図１３ないし図１５に示す。なお、図１３は他の構成例のプリントフィルム５４の表面の構成を示す平面図であり、図１４は他の構成例のプリントフィルム５４の裏面の構成を示す下面図であり、図１５は他の構成例のプリントフィルム５４の構成を示す側面図である。
これらの図に示すように、プリントフィルム５４を構成しているフィルム基板５９の表面にはリング状に分割された４つの分割電極５７−１，５７−２，５７−３，５７−４からなる第２可動電極５７が形成されており、フィルム基板５１の裏面にはリング状に分割された４つの分割電極５８−１，５８−２，５８−３，５８−４からなる第３可動電極５８が蒸着またはプリントにより形成されている。分割電極５７−１〜５７−４と分割電極５８−１〜５８−４における対応するリング状の分割電極の形状は同形状とされており、図１３のＡ部拡大図で示すように正方形の矩形パッチを繋いで形成されている。リング状の分割電極５７−１〜５７−４からそれぞれ信号を出力する端子と、リング状の分割電極５８−１〜５８−４からそれぞれ信号を出力する端子が端子部５４ａの表面と裏面とに設けられている。第２可動電極５７と第３可動電極５８とにおいて、対応する位置のリング状の分割電極同士が電気的に接続されている。すなわち、分割電極５７−１と分割電極５８−１とが、分割電極５７−２と分割電極５８−２とが、分割電極５７−３と分割電極５８−３とが、分割電極５７−４と分割電極５８−４とが電気的に接続されている。この接続は、端子部５４ａにおいて対応する端子同士を接続したり、フィルム基板５９にスルーホールを設けて接続すればよい。分割電極５７−１〜５７−４および分割電極５８−１〜５８−４における各リング状の分割電極の面積は等しく形成することが好適とされているが、等しく形成することができない場合はこれを補正する上記した補正テーブルを処理部に備えるようにする。
Other structural examples of the print film 44 in the pressure sensor 3 of the second embodiment are shown in FIGS. 13 is a plan view showing the configuration of the surface of the print film 54 of another configuration example, FIG. 14 is a bottom view showing the configuration of the back surface of the print film 54 of another configuration example, and FIG. It is a side view which shows the structure of the print film 54 of the example of a structure.
As shown in these figures, the surface of the film substrate 59 constituting the print film 54 is composed of four divided electrodes 57-1, 57-2, 57-3, 57-4 divided in a ring shape. A second movable electrode 57 is formed, and a third movable electrode 58 comprising four divided electrodes 58-1, 58-2, 58-3, 58-4 divided in a ring shape on the back surface of the film substrate 51. Is formed by vapor deposition or printing. The corresponding ring-shaped divided electrodes in the divided electrodes 57-1 to 57-4 and the divided electrodes 58-1 to 58-4 have the same shape, and have a square shape as shown in the enlarged view of part A in FIG. It is formed by connecting rectangular patches. Terminals for outputting signals from the ring-shaped divided electrodes 57-1 to 57-4 and terminals for outputting signals from the ring-shaped divided electrodes 58-1 to 58-4 are provided on the front and back surfaces of the terminal portion 54a. Is provided. In the second movable electrode 57 and the third movable electrode 58, ring-shaped divided electrodes at corresponding positions are electrically connected to each other. That is, the divided electrode 57-1 and the divided electrode 58-1, the divided electrode 57-2 and the divided electrode 58-2, the divided electrode 57-3 and the divided electrode 58-3, and the divided electrode 57-4. The divided electrode 58-4 is electrically connected. This connection may be achieved by connecting corresponding terminals in the terminal portion 54a or by providing a through hole in the film substrate 59. The areas of the ring-shaped divided electrodes in the divided electrodes 57-1 to 57-4 and the divided electrodes 58-1 to 58-4 are preferably formed equal to each other. The processing unit is provided with the correction table described above for correcting the above.
次に、本発明の第３実施例にかかる圧力センサの構成を断面図で示す正面図を図１６に示す。
図１６に示す第３実施例の圧力センサ４の外形の形状は円形や矩形とされ、上面にアースされた第１可動電極６１が配置され、第１可動電極６１は第１スペーサ６２の上面の全面に貼着あるいは蒸着等により形成されている。第１スペーサ６２の下面には出力電極とされる第２可動電極６３が配置され、第２可動電極６３は第２スペーサ６４の上面の全面に貼着あるいは蒸着等により形成されている。第２スペーサ６４の下面には例えば金属製とされた導電性のシールド電極６５が貼着されている。シールド電極６５は、第１可動電極６１と同様にアースされている。なお、第１可動電極６１が形成されている第１スペーサ６２の下面は、第２可動電極６３の上面と貼着されている。また、第１スペーサ６２および第２スペーサ６４は可撓性のエラストマーや多孔質の柔軟なスポンジ等から構成され、第１スペーサ６２と第２スペーサ６４との硬さを変えることができる。第３実施例の圧力センサ４においては、第１スペーサ６２は軟質スペーサとされ、第２スペーサ６４は第１スペーサ６２より堅い硬質スペーサとされている。第３実施例の圧力センサ４においては、第１スペーサ６２を介して対向する第１可動電極６１と第２可動電極６３とにより第１容量手段が構成され、第２スペーサ６４を介して対向する第２可動電極６３とシールド電極６５とにより第２容量手段が構成されるようになる。そして、軟質スペーサとされた第１容量手段の剛性は小さくなり、硬質スペーサとされた第２容量手段の剛性は大きくなっている。
Next, FIG. 16 is a front view showing the configuration of the pressure sensor according to the third embodiment of the present invention in a sectional view.
The external shape of the pressure sensor 4 of the third embodiment shown in FIG. 16 is circular or rectangular, and a grounded first movable electrode 61 is disposed on the upper surface. The first movable electrode 61 is disposed on the upper surface of the first spacer 62. It is formed on the entire surface by sticking or vapor deposition. A second movable electrode 63 serving as an output electrode is disposed on the lower surface of the first spacer 62, and the second movable electrode 63 is formed on the entire upper surface of the second spacer 64 by adhesion or vapor deposition. For example, a conductive shield electrode 65 made of metal is attached to the lower surface of the second spacer 64. The shield electrode 65 is grounded in the same manner as the first movable electrode 61. Note that the lower surface of the first spacer 62 on which the first movable electrode 61 is formed is bonded to the upper surface of the second movable electrode 63. The first spacer 62 and the second spacer 64 are made of a flexible elastomer, a porous soft sponge, or the like, and the hardness of the first spacer 62 and the second spacer 64 can be changed. In the pressure sensor 4 of the third embodiment, the first spacer 62 is a soft spacer, and the second spacer 64 is a hard spacer that is harder than the first spacer 62. In the pressure sensor 4 of the third embodiment, the first capacitive means is configured by the first movable electrode 61 and the second movable electrode 63 that are opposed via the first spacer 62, and is opposed via the second spacer 64. The second movable electrode 63 and the shield electrode 65 constitute a second capacitor means. And the rigidity of the 1st capacity | capacitance means made into the soft spacer becomes small, and the rigidity of the 2nd capacity | capacitance means made into the hard spacer becomes large.
このように構成された第３実施例の圧力センサ４において、図１７に示すように圧力センサ４の上面にきわめて弱い圧力（音楽記号pppに相当する圧力）を印加した場合は、圧力が印加された第１可動電極６１の部位がわずかに下方に撓み、これに伴い軟質スペーサとされた第１スペーサ６２も下方へ撓むようになる。これにより、撓んだ第１可動電極６１の部位と第２可動電極６３とのギャップが狭くなる。このように、第１可動電極６１と第２可動電極６３との間隔が狭くなることにより、第１可動電極６１と第２可動電極６３との間の第１容量手段の静電容量が変化して、第１容量手段における静電容量の変化率に応じたレベルの出力が第２可動電極６３から出力されるようになる。この場合、第２容量手段の静電容量は未だ変化しておらず、その出力もされていない。 In the pressure sensor 4 of the third embodiment configured as described above, when a very weak pressure (pressure corresponding to the music symbol ppp) is applied to the upper surface of the pressure sensor 4 as shown in FIG. Further, the portion of the first movable electrode 61 is slightly bent downward, and accordingly, the first spacer 62 which is a soft spacer is also bent downward. Thereby, the gap between the bent part of the first movable electrode 61 and the second movable electrode 63 is narrowed. As described above, the distance between the first movable electrode 61 and the second movable electrode 63 is reduced, so that the capacitance of the first capacitance means between the first movable electrode 61 and the second movable electrode 63 changes. Thus, an output of a level corresponding to the rate of change of capacitance in the first capacitor means is output from the second movable electrode 63. In this case, the capacitance of the second capacitor means has not changed yet, and the output has not been performed.
また、図１８に示すように圧力センサ４の上面に弱い圧力（音楽記号pに相当する圧力）を印加した場合は、圧力が印加された第１可動電極６１の部位がさらに下方に撓み、これに伴い第１スペーサ６２も下方へ撓むようになる。この場合、撓んだ第１可動電極６１の部位と第２可動電極６３とのギャップは最小となる。このように、第１可動電極６１と第２可動電極６３との間隔が最小の間隔となることにより、第１容量手段における静電容量の変化率が最大となり、第１容量手段による最大レベルの出力が第２可動電極６３から出力される。この出力は第１容量手段による出力であり、第１容量手段からの出力は飽和する。しかし、第２容量手段の静電容量は未だ変化しておらず、その出力もされていない。 Further, as shown in FIG. 18, when a weak pressure (pressure corresponding to the music symbol p) is applied to the upper surface of the pressure sensor 4, the portion of the first movable electrode 61 to which the pressure is applied is further bent downward. Accordingly, the first spacer 62 also bends downward. In this case, the gap between the bent portion of the first movable electrode 61 and the second movable electrode 63 is minimized. As described above, since the distance between the first movable electrode 61 and the second movable electrode 63 becomes the minimum distance, the rate of change of the electrostatic capacity in the first capacitance means becomes the maximum, and the maximum level by the first capacitance means. An output is output from the second movable electrode 63. This output is output by the first capacity means, and the output from the first capacity means is saturated. However, the capacitance of the second capacitor means has not changed yet, and the output has not been performed.
さらに、図１９に示すように圧力センサ４の上面に強い圧力（音楽記号ｆに相当する圧力）を印加した場合は、圧力が印加された第１可動電極６１の部位がさらに深く下方に撓み、これに伴い第１スペーサ６２も下方へ撓むようになる。この場合、第１可動電極６１の部位と第２可動電極６３とのギャップが最小となっても、さらに撓むことから、第２可動電極６３の部位も下方に撓み、これに伴い硬質スペーサとされた第２スペーサ６４も下方へ撓むようになる。これにより、第１容量手段による最大レベルの出力が第２可動電極６３から出力されるが、撓んだ第２可動電極６３の部位とシールド電極６５とのギャップが狭くなったことにより変化した第２容量手段の静電容量の変化率に応じたレベルの出力が加算されて第２可動電極６３から出力されるようになる。 Furthermore, as shown in FIG. 19, when a strong pressure (pressure corresponding to the music symbol f) is applied to the upper surface of the pressure sensor 4, the portion of the first movable electrode 61 to which the pressure is applied is bent deeper and downward, Along with this, the first spacer 62 also bends downward. In this case, even if the gap between the portion of the first movable electrode 61 and the second movable electrode 63 is minimized, the portion of the second movable electrode 63 also bends downward due to further bending, and accordingly, the hard spacer and The second spacer 64 is also bent downward. As a result, the maximum level output from the first capacitive means is output from the second movable electrode 63, but the first level changed due to the narrow gap between the bent portion of the second movable electrode 63 and the shield electrode 65. Outputs of a level corresponding to the change rate of the capacitance of the two-capacitance means are added and output from the second movable electrode 63.
さらにまた、図２０に示すように圧力センサ４の上面にきわめて強い圧力（音楽記号ｆｆｆに相当する圧力）を印加した場合は、圧力が印加された第１可動電極６１の部位がさらにより深く下方に撓み、これに伴い第１スペーサ６２もより深く下方へ撓むようになる。この場合、第１可動電極６１の部位と第２可動電極６３とのギャップが最小となっても、さらに深く撓むことから、第２可動電極６３の部位も深く下方に撓み、これに伴い硬質スペーサとされた第２スペーサ６４も下方へ深く撓むようになる。この場合、撓んだ第２可動電極６３の部位とシールド電極６５とのギャップも最小となる。このように、第２可動電極６３とシールド電極６５との間隔が最小の間隔となることにより、第２容量手段における静電容量の変化率が最大となり、第２容量手段による最大レベルの出力が第２可動電極６３から出力される。すなわち、第２容量手段からの出力も飽和するようになる。この場合、第１容量手段からの出力も飽和していることから、第１容量手段による最大レベルの出力に、第２容量手段による最大レベルの出力が加算されて第２可動電極６３から出力されるようになる。 Furthermore, as shown in FIG. 20, when a very strong pressure (a pressure corresponding to the musical symbol fff) is applied to the upper surface of the pressure sensor 4, the portion of the first movable electrode 61 to which the pressure is applied is further deepened downward. As a result, the first spacer 62 also bends deeper and downward. In this case, even if the gap between the portion of the first movable electrode 61 and the second movable electrode 63 is minimized, the portion of the second movable electrode 63 bends deeply downward because it bends further deeply. The second spacer 64 that is a spacer also bends deeply downward. In this case, the gap between the bent portion of the second movable electrode 63 and the shield electrode 65 is also minimized. As described above, since the distance between the second movable electrode 63 and the shield electrode 65 is the minimum, the rate of change of the electrostatic capacity in the second capacitor means is maximized, and the maximum level output by the second capacitor means is obtained. Output from the second movable electrode 63. That is, the output from the second capacitor means is also saturated. In this case, since the output from the first capacitor means is also saturated, the maximum level output from the second capacitor means is added to the maximum level output from the first capacitor means and output from the second movable electrode 63. Become so.
ここで、第３実施例の圧力センサ４における印加された圧力に対する出力特性を図２１に示す。図２１において、破線で示す出力特性は第１容量手段の出力特性であり、第１スペーサ６２が軟質スペーサとされて剛性が小さくされていることから、きわめて弱い圧力が印加されても大きな出力が得られ感度が高くなる。しかし、弱い圧力が印加されても出力が飽和してしまうようになる。また、一点鎖線で示す出力特性は第２容量手段の出力特性であり、第２スペーサ６４が硬質スペーサとされて剛性が大きくされていることから、きわめて弱い圧力からきわめて強い圧力まで印加されても、印加された圧力に対してほぼリニアな出力が得られる。しかし、感度は低くなる。そして、実線で示す出力特性は第１容量手段および第２容量手段を備える第３実施例の圧力センサ４の出力特性であり、第１容量手段の出力と第２容量手段の出力特性を合わせ持つ出力特性とされる。すなわち、圧力センサ４では、きわめて弱い圧力が印加されても大きな出力が得られ感度が高いにもかかわらず、きわめて弱い圧力からきわめて強い圧力まで印加されても、出力は飽和せずに印加された圧力に応じた出力を得ることができるようになる。すなわち、ダイナミックレンジをさらに大きくした高感度の圧力センサとすることができる。しかも、出力電極である第２可動電極６３は、アースされた第１可動電極６１とシールド電極６５とに挟まれているため、感度を高くしても外乱を受けることを防止することができる。 Here, the output characteristic with respect to the applied pressure in the pressure sensor 4 of the third embodiment is shown in FIG. In FIG. 21, the output characteristic indicated by the broken line is the output characteristic of the first capacity means. Since the first spacer 62 is a soft spacer and has a small rigidity, a large output is obtained even when a very weak pressure is applied. The sensitivity obtained is high. However, even if a weak pressure is applied, the output is saturated. Further, the output characteristic indicated by the alternate long and short dash line is the output characteristic of the second capacity means. Since the second spacer 64 is a hard spacer and has a high rigidity, even if it is applied from a very weak pressure to a very strong pressure. A substantially linear output can be obtained with respect to the applied pressure. However, the sensitivity is low. The output characteristic indicated by the solid line is the output characteristic of the pressure sensor 4 of the third embodiment having the first capacity means and the second capacity means, and has both the output of the first capacity means and the output characteristic of the second capacity means. Output characteristics. That is, in the pressure sensor 4, even if a very weak pressure is applied, a large output is obtained and the sensitivity is high, but even if a very weak pressure is applied to a very strong pressure, the output is applied without being saturated. An output corresponding to the pressure can be obtained. That is, a highly sensitive pressure sensor with a further increased dynamic range can be obtained. Moreover, since the second movable electrode 63 that is the output electrode is sandwiched between the grounded first movable electrode 61 and the shield electrode 65, it is possible to prevent disturbance even if the sensitivity is increased.
なお、前述したように第２実施例の圧力センサ３においても第１容量手段の剛性を第２容量手段の剛性より小さくしており、第３実施例の圧力センサ４と同様の圧力−出力特性を得ることができる。すなわち、圧力センサ３でも、圧力センサ４と同様にきわめて弱い圧力が印加されても大きな出力が得られ感度が高いにもかかわらず、きわめて弱い圧力からきわめて強い圧力まで印加されても、出力は飽和せずに印加された圧力に応じた出力を得ることができるようになる。このように、圧力センサ３でも、ダイナミックレンジをさらに大きくした高感度の圧力センサとすることができる。しかも、出力電極である第２可動電極４７および第３可動電極４８は、アースされた第１可動電極４１とシールド電極４６とに挟まれているため、感度を高くしても外乱を受けることを防止することができる。
なお、第２実施例の圧力センサ３あるいは第３実施例の圧力センサ４を電子ドラム等の電子打楽器の演奏情報入力装置に適用した場合は、打撃強度に応じた第１容量手段および第２容量手段の変化を利用していることから、出力信号のダイナミックレンジをより大きくすることができ、より演奏表現力を向上することができる。
As described above, also in the pressure sensor 3 of the second embodiment, the rigidity of the first capacity means is smaller than the rigidity of the second capacity means, and the same pressure-output characteristics as the pressure sensor 4 of the third embodiment. Can be obtained. That is, even in the case of the pressure sensor 3, even if a very weak pressure is applied, a large output is obtained even when a very weak pressure is applied. An output corresponding to the applied pressure can be obtained. Thus, the pressure sensor 3 can also be a highly sensitive pressure sensor with a further increased dynamic range. In addition, since the second movable electrode 47 and the third movable electrode 48 that are output electrodes are sandwiched between the grounded first movable electrode 41 and the shield electrode 46, the second movable electrode 47 and the third movable electrode 48 are not disturbed even if the sensitivity is increased. Can be prevented.
When the pressure sensor 3 of the second embodiment or the pressure sensor 4 of the third embodiment is applied to a performance information input device for an electronic percussion instrument such as an electronic drum, the first capacity means and the second capacity corresponding to the percussion strength are used. Since the change in means is used, the dynamic range of the output signal can be increased, and the performance expression can be further improved.
また、第２実施例の圧力センサ３を電子打楽器に適用した際の構成は、前記図５に示す構成とほぼ同様になる。また、圧力センサ３においては端子部４４ａには表面に４つ裏面に４つの出力端子が設けられているが、第２可動電極４７および第３可動電極４８においては対応する位置の分割電極同士が並列接続されているので、４つのアンプと４つのプルアップ抵抗だけでよいことになる。また、Ａ／Ｄ変換器は４つの入力信号をディジタル信号に変換して並列接続されている分割電極４７−１〜４７−４および分割電極４８−１〜４８−４から出力される信号のうちの最大レベルの出力を検出することにより、打撃位置を検出する。この場合、打撃位置が２つの電極の境界部分にかかる場合でも、前述した図８に示すとおり精度良く検出することができる。また、第２可動電極４７および第３可動電極４８の全ての分割電極から出力される信号を加算することにより打撃強度に応じたレベルの信号を得ることができる。
第２実施例の圧力センサ３を電子打楽器に適用した際の構造は、圧力センサ１が圧力センサ３に置き換わるだけで図７に示す構造とほぼ同様となる。また、第２可動電極４７および第３可動電極４８における分割電極毎に異なる楽器を割り当てて、圧力センサ３により、複数の楽器の演奏情報を入力するようにしても良い。
The configuration when the pressure sensor 3 of the second embodiment is applied to an electronic percussion instrument is almost the same as the configuration shown in FIG. In the pressure sensor 3, the terminal portion 44 a is provided with four output terminals on the front surface and four output terminals on the rear surface. However, in the second movable electrode 47 and the third movable electrode 48, the divided electrodes at the corresponding positions are arranged. Since they are connected in parallel, only four amplifiers and four pull-up resistors are required. The A / D converter converts four input signals into digital signals, and outputs the divided electrodes 47-1 to 47-4 and the divided electrodes 48-1 to 48-4 that are connected in parallel. The hitting position is detected by detecting the maximum level output. In this case, even when the striking position is at the boundary between the two electrodes, it can be detected with high accuracy as shown in FIG. Further, by adding the signals output from all the divided electrodes of the second movable electrode 47 and the third movable electrode 48, it is possible to obtain a signal having a level corresponding to the impact strength.
The structure when the pressure sensor 3 of the second embodiment is applied to an electronic percussion instrument is substantially the same as the structure shown in FIG. 7 just by replacing the pressure sensor 1 with the pressure sensor 3. Also, different musical instruments may be assigned to the divided electrodes of the second movable electrode 47 and the third movable electrode 48, and performance information of a plurality of musical instruments may be input by the pressure sensor 3.
次に、第３実施例の圧力センサ４は、第２実施例の圧力センサ３と同様に２つの出力電極を備えるようにしてもよい。２つの出力電極を備える変形例である圧力センサ５の構成を断面図で示す正面図を図２２に示す。
図２２に示す圧力センサ５は、上面にアースされた第１可動電極６１が配置され、第１可動電極６１は第１スペーサ６２の上面の全面に貼着あるいは蒸着等により形成されている。第１スペーサ６２の下面には出力電極とされる第２可動電極６３が配置され、第２可動電極６３はプリントフィルム６６の上面の全面に貼着あるいは蒸着等により形成されている。プリントフィルム６６は、例えばＰＥＴ等の樹脂フィルムとされており、下面の全面に貼着あるいは蒸着等により第３可動電極６７が形成されている。第３可動電極６７の下面には、第２スペーサ６４の上面が貼着されており、第２スペーサ６４の下面には例えば金属製とされた導電性のシールド電極６５が貼着されている。シールド電極６５は、第１可動電極６１と同様にアースされている。
Next, the pressure sensor 4 of the third embodiment may be provided with two output electrodes similarly to the pressure sensor 3 of the second embodiment. FIG. 22 is a front view showing a configuration of a pressure sensor 5 which is a modified example including two output electrodes in a cross-sectional view.
The pressure sensor 5 shown in FIG. 22 has a first movable electrode 61 that is grounded on the upper surface, and the first movable electrode 61 is formed on the entire upper surface of the first spacer 62 by adhesion or vapor deposition. A second movable electrode 63 serving as an output electrode is disposed on the lower surface of the first spacer 62, and the second movable electrode 63 is formed on the entire upper surface of the print film 66 by adhesion or vapor deposition. The print film 66 is, for example, a resin film such as PET, and the third movable electrode 67 is formed on the entire lower surface by sticking or vapor deposition. The upper surface of the second spacer 64 is attached to the lower surface of the third movable electrode 67, and the conductive shield electrode 65 made of metal, for example, is attached to the lower surface of the second spacer 64. The shield electrode 65 is grounded in the same manner as the first movable electrode 61.
また、第１スペーサ６２および第２スペーサ６４は可撓性のエラストマーや多孔質の柔軟なスポンジ等から構成され、第１スペーサ６２と第２スペーサ６４との硬さを変えることができる。第３実施例の変形例の圧力センサ５においても、第１スペーサ６２は軟質スペーサとされ、第２スペーサ６４は第１スペーサ６２より堅い硬質スペーサとされている。第３実施例の変形例の圧力センサ５においては、第１スペーサ６２を介して対向する第１可動電極６１と第２可動電極６３とにより第１容量手段が構成され、第２スペーサ６４を介して対向する第３可動電極６７とシールド電極６５とにより第２容量手段が構成されるようになる。そして、軟質スペーサとされた第１容量手段の剛性は小さくなり、硬質スペーサとされた第２容量手段の剛性は大きくなっている。
このように構成された第３実施例の変形例の圧力センサ５においても、第３実施例の圧力センサ４と同様の図２１の実線で示す圧力−出力特性を得ることができる。従って、圧力センサ５でも、ダイナミックレンジをさらに大きくした高感度の圧力センサとすることができる。しかも、出力電極である第２可動電極６３および第３可動電極６７は、アースされた第１可動電極６１とシールド電極６５とに挟まれているため、感度を高くしても外乱を受けることを防止することができる。
The first spacer 62 and the second spacer 64 are made of a flexible elastomer, a porous soft sponge, or the like, and the hardness of the first spacer 62 and the second spacer 64 can be changed. Also in the pressure sensor 5 of the modified example of the third embodiment, the first spacer 62 is a soft spacer, and the second spacer 64 is a hard spacer that is harder than the first spacer 62. In the pressure sensor 5 of the modification of the third embodiment, the first movable electrode 61 and the second movable electrode 63 facing each other via the first spacer 62 constitute a first capacitance means, and the second spacer 64 is interposed. The third movable electrode 67 and the shield electrode 65 that are opposed to each other constitute a second capacitor means. And the rigidity of the 1st capacity | capacitance means made into the soft spacer becomes small, and the rigidity of the 2nd capacity | capacitance means made into the hard spacer becomes large.
Also in the pressure sensor 5 of the modified example of the third embodiment configured as described above, the pressure-output characteristic indicated by the solid line in FIG. 21 similar to that of the pressure sensor 4 of the third embodiment can be obtained. Therefore, the pressure sensor 5 can also be a highly sensitive pressure sensor with a further increased dynamic range. In addition, since the second movable electrode 63 and the third movable electrode 67, which are output electrodes, are sandwiched between the grounded first movable electrode 61 and the shield electrode 65, they are subject to disturbance even if the sensitivity is increased. Can be prevented.
次に、第３実施例の圧力センサ４とほぼ同様の構成を備え、圧力を印加した位置を検出することのできる第４実施例の圧力センサ６の構成を断面図で示す正面図を図２３に、第４実施例の圧力センサ６にかかる第２スペーサ７４の構成を示す平面図を図２４に示す。
これらの図に示す第４実施例の圧力センサ６は、上面にアースされた第１可動電極７１が配置され、第１可動電極７１は第１スペーサ７２の上面の全面に貼着あるいは蒸着等により形成されている。第１スペーサ７２の下面には出力電極とされる第２可動電極７３が配置されている。この第２可動電極７３は、第２スペーサ７４の上面の全面に貼着あるいは蒸着等により形成されているマトリクス状に配置されたパッチ電極とされている。例えば、第２可動電極７３は４×４の１６個のパッチ電極ｍ１１，ｍ１２，ｍ１３，・・・，ｍ４４から構成されており、それぞれのパッチ電極ｍ１１〜ｍ４４からの端子が８本ずつ第２スペーサ７４の左側と右側から引き出されている。すなわち、図２４に示すように第２スペーサ７４の左側に端子ｃ１１，ｃ１２，ｃ２１，・・・，ｃ４２が設けられ、第２スペーサ７４の右側に端子ｃ１４，ｃ１３，ｃ２４，・・・，ｃ４３が設けられている。
Next, FIG. 23 is a front view showing a cross-sectional view of the configuration of the pressure sensor 6 of the fourth embodiment, which has substantially the same configuration as the pressure sensor 4 of the third embodiment and can detect the position where pressure is applied. FIG. 24 is a plan view showing the configuration of the second spacer 74 according to the pressure sensor 6 of the fourth embodiment.
In the pressure sensor 6 of the fourth embodiment shown in these drawings, a first movable electrode 71 grounded on the upper surface is disposed, and the first movable electrode 71 is adhered to the entire upper surface of the first spacer 72 by vapor deposition or evaporation. Is formed. A second movable electrode 73 serving as an output electrode is disposed on the lower surface of the first spacer 72. The second movable electrode 73 is a patch electrode arranged in a matrix formed on the entire upper surface of the second spacer 74 by sticking or vapor deposition. For example, the second movable electrode 73 is composed of 16 4 × 4 patch electrodes m11, m12, m13,..., M44, and each of the second terminals from the patch electrodes m11 to m44 is the second one. The spacer 74 is pulled out from the left side and the right side. 24, terminals c11, c12, c21,..., C42 are provided on the left side of the second spacer 74, and terminals c14, c13, c24,..., C43 are provided on the right side of the second spacer 74. Is provided.
第２スペーサ７４の下面には例えば金属製とされた導電性のシールド電極７５が貼着されている。シールド電極７５は、第１可動電極７１と同様にアースされている。なお、第１可動電極７１が形成されている第１スペーサ７２の下面は、第２可動電極７３の上面と貼着されている。また、第１スペーサ７２および第２スペーサ７４は可撓性のエラストマーや多孔質の柔軟なスポンジ等から構成され、第１スペーサ７２と第２スペーサ７４との硬さを変えることができる。第４実施例の圧力センサ６においても、第１スペーサ７２は軟質スペーサとされ、第２スペーサ７４は第１スペーサ７２より堅い硬質スペーサとされている。第４実施例の圧力センサ６においては、第１スペーサ７２を介して対向する第１可動電極７１と第２可動電極７３とにより第１容量手段が構成され、第２スペーサ７４を介して対向する第２可動電極７３とシールド電極７５とにより第２容量手段が構成されるようになる。そして、軟質スペーサとされた第１容量手段の剛性は小さくなり、硬質スペーサとされた第２容量手段の剛性は大きくなる。 For example, a conductive shield electrode 75 made of metal is attached to the lower surface of the second spacer 74. The shield electrode 75 is grounded in the same manner as the first movable electrode 71. Note that the lower surface of the first spacer 72 on which the first movable electrode 71 is formed is adhered to the upper surface of the second movable electrode 73. The first spacer 72 and the second spacer 74 are made of a flexible elastomer, a porous soft sponge, or the like, and the hardness of the first spacer 72 and the second spacer 74 can be changed. Also in the pressure sensor 6 of the fourth embodiment, the first spacer 72 is a soft spacer, and the second spacer 74 is a hard spacer that is harder than the first spacer 72. In the pressure sensor 6 of the fourth embodiment, the first capacitive means is constituted by the first movable electrode 71 and the second movable electrode 73 facing each other via the first spacer 72, and is opposed via the second spacer 74. The second movable electrode 73 and the shield electrode 75 constitute a second capacitance means. And the rigidity of the 1st capacity | capacitance means made into the soft spacer becomes small, and the rigidity of the 2nd capacity | capacitance means made into the hard spacer becomes large.
このように構成された第４実施例の圧力センサ６が操作されて所定の位置に圧力が印加された際には、パッチ電極ｍ１１〜ｍ４４からの信号がそれぞれ出力される端子ｃ１１〜ｃ４４のうちから最大のレベルが出力される端子を検出する。この場合、圧力が印加された位置に対応して配置されているパッチ電極からは、他のパッチ電極より大きな出力が出力されることから、検出された端子が接続されているパッチ電極上の位置が操作された位置を検出することができる。また、全ての端子ｃ１１〜ｃ４４の出力を加算して出力することにより、印加された圧力に対応するレベルの出力を得ることができる。なお、パッチ電極間の位置に圧力が印加された際には、図８を参照して説明した手法を用いることによりパッチ電極間のどの位置に圧力が印加されたかを検出することができる。また、第４実施例の圧力センサ６においても、第３実施例の圧力センサ４と同様の図２１の実線で示す圧力−出力特性を得ることができる。従って、第４実施例の圧力センサ６でも、ダイナミックレンジをさらに大きくした高感度の圧力センサとすることができる。しかも、出力電極である第２可動電極７３は、アースされた第１可動電極７１とシールド電極７５とに挟まれているため、感度を高くしても外乱を受けることを防止することができる。なお、第４実施例の圧力センサ６を電子ドラム等の電子打楽器の演奏情報入力装置に適用した場合においては、打撃された位置を検出することができると共に打撃力に対応する出力を得ることができる。 When the pressure sensor 6 of the fourth embodiment configured as described above is operated and pressure is applied to a predetermined position, signals from the patch electrodes m11 to m44 are output from terminals c11 to c44, respectively. Detects the terminal that outputs the maximum level. In this case, since the patch electrode arranged corresponding to the position where the pressure is applied outputs a larger output than the other patch electrodes, the position on the patch electrode to which the detected terminal is connected is output. It is possible to detect the position where is operated. Moreover, the output of the level corresponding to the applied pressure can be obtained by adding and outputting the output of all the terminals c11-c44. When a pressure is applied to a position between the patch electrodes, it is possible to detect a position between the patch electrodes by using the method described with reference to FIG. Also in the pressure sensor 6 of the fourth embodiment, the pressure-output characteristic indicated by the solid line in FIG. 21 similar to the pressure sensor 4 of the third embodiment can be obtained. Therefore, the pressure sensor 6 of the fourth embodiment can be a highly sensitive pressure sensor with a further increased dynamic range. Moreover, since the second movable electrode 73 that is the output electrode is sandwiched between the grounded first movable electrode 71 and the shield electrode 75, it is possible to prevent disturbance even if the sensitivity is increased. When the pressure sensor 6 of the fourth embodiment is applied to a performance information input device for an electronic percussion instrument such as an electronic drum, it is possible to detect the hit position and obtain an output corresponding to the hitting force. it can.
以上説明した本発明にかかる圧力センサは、上述したように容量手段を１つあるいは２つ備えているが、可動電極を増やすことにより３つ以上の容量手段を備える圧力センサとしてもよい。また、容量手段は印加された圧力に応じて撓む可動電極を備えていることから、本発明にかかる圧力センサを用いる本発明にかかるデータ入力装置がゲーム機やゲーム機に接続されるコントローラの入力装置に適用された場合は、可動電極が指等で押された際の押圧力に応じた操作出力を得ることができる。さらに、本発明にかかる圧力センサを用いるデータ入力装置が電子ドラム等の電子打楽器の演奏情報入力装置に適用された場合は、可動電極が叩かれた際の打撃力に応じた演奏操作出力を得ることができる。なお、圧力センサの上面を保護するカバーやパッドを圧力センサの上面に設けるようにしてもよい。
さらにまた、分割電極をリング状の形状で分割する場合は、その分割数は任意の数とすることができ、分割数を増やすことにより打撃位置の精度を向上することができる。そして、中心点から所定の角度範囲で分割する場合も、任意の角度範囲で任意の分割数に分割することができる。
さらにまた、本発明にかかる圧力センサおよびデータ入力装置においては、分割されている分割電極毎に異なる楽器を割り当てるようにしても良い。これにより、マルチパッドを実現することができる。
さらにまた、本発明にかかる圧力センサおよびデータ入力装置の形状は、円形に限るものではなく矩形としてもよいものである。圧力センサの形状を矩形とすることによりゲーム機やゲーム機のコントローラ、および、マルチパッド等のデータ入力装置に適用しやすくなる。
The pressure sensor according to the present invention described above includes one or two capacitive means as described above, but may be a pressure sensor including three or more capacitive means by increasing the movable electrodes. In addition, since the capacitive means includes a movable electrode that bends according to the applied pressure, the data input device according to the present invention using the pressure sensor according to the present invention is a game machine or a controller connected to the game machine. When applied to an input device, an operation output corresponding to the pressing force when the movable electrode is pressed with a finger or the like can be obtained. Furthermore, when the data input device using the pressure sensor according to the present invention is applied to a performance information input device for an electronic percussion instrument such as an electronic drum, a performance operation output corresponding to the striking force when the movable electrode is struck is obtained. be able to. A cover or a pad for protecting the upper surface of the pressure sensor may be provided on the upper surface of the pressure sensor.
Furthermore, when dividing | segmenting a division | segmentation electrode in a ring shape, the division | segmentation number can be made into arbitrary numbers, and the precision of a striking position can be improved by increasing a division | segmentation number. And also when dividing | segmenting in a predetermined angle range from a center point, it can divide | segment into arbitrary division numbers in arbitrary angle ranges.
Furthermore, in the pressure sensor and the data input device according to the present invention, different musical instruments may be assigned to the divided electrodes. Thereby, a multipad is realizable.
Furthermore, the shape of the pressure sensor and the data input device according to the present invention is not limited to a circle but may be a rectangle. By making the shape of the pressure sensor rectangular, it can be easily applied to a game machine, a controller of the game machine, and a data input device such as a multipad.
１ 圧力センサ、２ 電子打楽器、３ 圧力センサ、４ 圧力センサ、５ 圧力センサ、６ 圧力センサ、１０ パッド、１１ 可動電極、１２ 樹脂フィルム、１３ 両面テープ、１３ａ 矩形状切欠、１４ プリント基板、１４ａ 端子部、１５ 固定電極、１５ａ 第１分割電極、１５ｂ 第２分割電極、１５ｃ 第３分割電極、１５ｄ 第４分割電極、１６ シールド電極、２０ Ａ／Ｄ、２１ ＣＰＵ、２１ａ 補正テーブル、２２ 音源、２２ａ メモリ、２３ アンプ、２４ ＳＰ、３０ 胴、３１ 底板、３２ 緩衝材、３３ Ｌ型金具、３４ Ｚ型金具、４０ パッド、４１ 第１可動電極、４２ 樹脂フィルム、４３ 第１両面テープ、４４ プリントフィルム、４４ａ 端子部、４５ 第２両面テープ、４６ シールド電極、４６ａ 絶縁層、４７ 第２可動電極、４７−１〜４７−４ 分割電極、４８ 第３可動電極、４８−１〜４８−４ 分割電極、４９ フィルム基板、５１ フィルム基板、５４ プリントフィルム、５４ａ 端子部、５７ 第２可動電極、５７−１〜５７−４ 分割電極、５８ 第３可動電極、５８−１〜５８−４ 分割電極、５９ フィルム基板、６１ 第１可動電極、６２ 第１スペーサ、６３ 第２可動電極、６４ 第２スペーサ、６５ シールド電極、６６ プリントフィルム、６７ 第３可動電極、７１ 第１可動電極、７２ 第１スペーサ、７３ 第２可動電極、７４ 第２スペーサ、７５ シールド電極、１００ スティック、２００ 圧力センサ、２１０ 絶縁体、２１１ 抵抗面、２１２ 電極、２１３ 電極、２１４ スペーサ、２１５ 感圧抵抗素子、２１６ 電極、２１７ 打面、２２０ 強さ位置分離回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pressure sensor, 2 Electronic percussion instrument, 3 Pressure sensor, 4 Pressure sensor, 5 Pressure sensor, 6 Pressure sensor, 10 Pad, 11 Movable electrode, 12 Resin film, 13 Double-sided tape, 13a Rectangular cutout, 14 Printed circuit board, 14a Terminal 15 fixed electrode, 15a first divided electrode, 15b second divided electrode, 15c third divided electrode, 15d fourth divided electrode, 16 shield electrode, 20 A / D, 21 CPU, 21a correction table, 22 sound source, 22a Memory, 23 Amplifier, 24 SP, 30 Body, 31 Base plate, 32 Buffer material, 33 L-shaped bracket, 34 Z-shaped bracket, 40 Pad, 41 First movable electrode, 42 Resin film, 43 First double-sided tape, 44 Print film 44a terminal portion, 45 second double-sided tape, 46 shield electrode, 46a insulating layer, 4 Second movable electrode, 47-1 to 47-4 Split electrode, 48 Third movable electrode, 48-1 to 48-4 Split electrode, 49 Film substrate, 51 Film substrate, 54 Print film, 54a Terminal portion, 57 Second Movable electrode, 57-1 to 57-4 divided electrode, 58 third movable electrode, 58-1 to 58-4 divided electrode, 59 film substrate, 61 first movable electrode, 62 first spacer, 63 second movable electrode, 64 second spacer, 65 shield electrode, 66 print film, 67 third movable electrode, 71 first movable electrode, 72 first spacer, 73 second movable electrode, 74 second spacer, 75 shield electrode, 100 stick, 200 pressure Sensor 210 insulator 211 resistance surface 212 electrode 213 electrode 214 spacer 215 pressure sensitive resistance element 216 Electrode, 217 strokes surface 220 Strength position separating circuit
Claims (6)
該可動電極と所定の間隔を隔てて対向するよう配設され、複数の分割電極を有している面状の固定電極とを備え、
前記可動電極と前記固定電極とにより容量手段が構成され、前記可動電極に圧力が印加されて変位した際の前記容量手段における容量の変化情報に基づいて、複数の前記分割電極から出力される信号が合算されて出力信号として出力されると共に、複数の前記分割電極から出力される信号の内の最大レベルの信号が出力された前記分割電極の位置情報が、前記可動電極における圧力が印加された位置情報として出力されることを特徴とする圧力センサ。 A planar movable electrode;
A planar fixed electrode that is arranged to face the movable electrode at a predetermined interval and has a plurality of divided electrodes;
Capacitor means is constituted by the movable electrode and the fixed electrode, and signals output from the plurality of divided electrodes based on the change information of the capacity of the capacitor means when pressure is applied to the movable electrode and displaced. Are combined and output as an output signal, and the position information of the divided electrode from which the signal of the maximum level among the signals output from the plurality of divided electrodes is output is the pressure applied to the movable electrode. A pressure sensor that is output as position information.
該第１可動電極と可撓性の第１スペーサを隔てて一面が対向するよう配設され、複数のパッチ電極からなる面状の第２可動電極と、
該第２可動電極の他面と可撓性の第２スペーサを隔てて対向するよう配設され、前記第１可動電極と接続されている導体とを備え、
前記第１可動電極と前記第１スペーサと前記第２可動電極とにより第１容量手段が構成されると共に、前記第２可動電極と前記第２スペーサと前記導体とにより第２容量手段が構成され、前記第１可動電極に印加された圧力に応じて前記第１容量手段のみが変位、あるいは、前記第１容量手段および前記第２容量手段が変位し、前記第１容量手段における容量の変化情報、および、前記第２容量手段における容量の変化情報に基づいて、複数の前記パッチ電極から出力される信号が合算されて出力信号として出力されると共に、複数の前記パッチ電極から出力される信号の内の最大レベルの信号が出力された前記パッチ電極の位置情報が、前記第１可動電極における圧力が印加された位置情報として出力されることを特徴とする圧力センサ。 A planar first movable electrode;
A planar second movable electrode which is disposed so that one surface thereof is opposed to the first movable electrode with a flexible first spacer, and includes a plurality of patch electrodes;
A conductor disposed to face the other surface of the second movable electrode across a flexible second spacer and connected to the first movable electrode;
The first movable electrode, the first spacer, and the second movable electrode constitute a first capacitor means, and the second movable electrode, the second spacer, and the conductor constitute a second capacitor means. In accordance with the pressure applied to the first movable electrode, only the first capacitive means is displaced, or the first capacitive means and the second capacitive means are displaced, and the capacitance change information in the first capacitive means. And, based on the capacitance change information in the second capacitor means, the signals output from the plurality of patch electrodes are added together and output as output signals, and the signals output from the plurality of patch electrodes The position information of the patch electrode from which the maximum level signal is output is output as the position information to which the pressure in the first movable electrode is applied.
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