JP4321858B2 - 位置圧力検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、楽器等の操作に用いることができる、押圧対象エリア内において押圧した押圧位置およびその圧力を検出する位置圧力検出装置に関する。

音楽分野においては、操作性の良い楽音コントローラを提供するために、平面位置検出センサを用いたものが多く提案されている。例えば、押圧点の位置を１次元の或る方向（Ｘ方向）に移動させた場合に、この押圧点に対応した直流電圧を出力する平面位置検出センサが提案されていた（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０００−２６７６６３号公報（第３−４頁、第４図）

しかしながら、このような従来の平面位置検出センサによれば、一直線上換言すれば１次元の押圧点位置に対応する信号しか得られない。このため、例えば、楽器の操作において検出する場合が多い押圧位置およびその圧力の情報を一度に得るためには、押圧位置検出装置と押圧圧力検出装置とを組み合わせた構成にしなければならず、装置規模が大きくなることやコスト高になるといった様々な問題があった。

そこで、本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成で押圧対象エリア内において押圧した押圧位置およびその圧力を検出する押圧位置圧力検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、押圧対象エリア内において押圧した押圧位置およびその圧力を検出する位置圧力検出装置において、
片面に抵抗膜を形成した可撓性のある第１のベースと、片面に導電体を形成した第２のベースとを備え、前記抵抗膜と前記導電体とが対向するように配置すると共に両ベース間にスペーサを設け、
前記抵抗膜の両端の電極対に電源を供給して抵抗膜の電圧が、その一端側から他端側に高くなるように構成し、前記導電体に電極を設け、更に、
前記導電体の電極から得られる信号に基づいて位置信号を出力する位置信号出力回路と、
前記抵抗膜の両端の電極対から得られる信号に基づいて圧力信号を出力する圧力信号出力回路と、を備えたことを特徴とするようにした。

また、本発明の他の態様は、押圧対象エリア内において押圧した押圧位置およびその圧力を検出する位置圧力検出装置において、
片面に抵抗膜を形成した可撓性のある第１のベースと、片面に複数個の導電体群を形成した第２のベースとを備え、前記抵抗膜と前記導電体群とが対向するように配置すると共に両ベース間にスペーサを設け、
前記抵抗膜の両端の電極対に電源を供給して抵抗膜の電圧が、その一端側から他端側に高くなるように構成し、前記導電体群の各導電体に夫々ダイオードのアノードを接続して夫々のカソードを共通に接続し、更に、
前記共通接続したカソードから得られる信号に基づいて位置信号を出力する位置信号出力回路と、
前記抵抗膜の両端の電極対から得られる信号に基づいて圧力信号を出力する圧力信号出力回路と、を備えたことを特徴とする位置圧力検出装置である。また、本発明によれば、押圧対象エリア内において押圧した押圧位置およびその圧力を検出する位置圧力検出装置において、
片面に抵抗膜を形成した可撓性のある第１のベースと、片面に複数個の導電体群を形成した第２のベースとを備え、前記抵抗膜と前記導電体群とが対向するように配置すると共に両ベース間にスペーサを設け、
前記抵抗膜の両端の電極対に電源を供給して抵抗膜の電圧が、その一端側から他端側に高くなるように構成し、前記導電体群の各導電体に夫々ダイオードのカソードを接続して夫々のアノードを共通に接続し、更に、
前記共通接続したアノードから得られる信号に基づいて位置信号を出力する位置信号出力回路と、
前記抵抗膜の両端の電極対から得られる信号に基づいて圧力信号を出力する圧力信号出力回路と、を備えたことを特徴とする位置圧力検出装置も提供される。前記共通に接続したカソードから得られる信号は、各アノードに接続された導電体の電位の内、最も高い電位を示す電圧である。ダイオードを逆接続した場合、すなわち、各カソードを夫々導電体に接続し、アノードを共通接続し、共通接続したアノードから得られる信号は、各カソードに接続された導電体の電位の内最も低い電位を示す電圧となるが、この電圧信号を位置検出信号として用いることができる。

さらに、他の発明の態様として、押圧対象エリア内において押圧した押圧位置およびその圧力を検出する位置圧力検出装置において、
片面に抵抗膜を形成した可撓性のある第１のベースと、片面に複数個の導電体群を形成した第２のベースとを備え、前記抵抗膜と前記導電体とが対向するように配置すると共に両ベース間にスペーサを設け、
前記抵抗膜の両端の電極対に電源を供給して抵抗膜の電圧が、その一端側から他端側に高くなるように構成し、前記導体群の各導電体に夫々、複数入力を定期的に切り替えて入力する選択スイッチ（３００）の入力を接続し、更に、
前記選択スイッチの出力から得られる信号に基づいて位置信号を出力する位置信号出力回路と、
前記抵抗膜の両端の電極対から得られる信号に基づいて圧力信号を出力する圧力信号出力回路と、を備えたことを特徴とする位置圧力検出装置も提供される。この発明の態様では、前記ダイオードの代わりに、前記導電体群の各導電体に夫々、複数入力を定期的に切り替えて入力を選択する選択スイッチ（３００）の入力を接続し、前記選択スイッチの出力から得られる信号に基づいて位置信号を出力する位置信号出力回路と、前記抵抗膜の両端の電極対から得られる信号に基づいて圧力信号を出力する圧力信号出力回路とを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、簡単な構成で、押圧対象エリア内において押圧した押圧位置およびその圧力を検出する押圧位置圧力検出装置を実現することが可能になるという効果が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しつつ説明する。

（構成）
図１は押圧位置圧力検出装置１の構成図、図２はこの押圧位置圧力検出装置１に用いられるセンサ部１００の模式的側面図である。図２に示すように、センサ部１００は、平面視長方形状で、その片面（下面）にカーボン等でできた抵抗膜１２０を形成した可撓性のあるベース１１０と、同じく、平面視長方形状で、その片面（上面）に銅等の導電体１２５を形成したベース１１１とを備え、抵抗膜１２０と導電体１２５とが対向するように、ベース１１０とベース１１１とが配置されている。そして、導電体１２５上には適宜のパターンで例えば極小径の半球状のスペーサー１３０（例えばＰＥＴ等の材料を用いる）が形成されていて、非押圧時には抵抗膜１２０と導電体１２５とが接触しないように構成されている。また、抵抗膜１２０と導電体１２５の両端近傍には、押圧（符号ＰＳで図示）時にのみ、ベース１１０の可撓性によって、対応する位置（符号Ｓで図示）の抵抗膜１２０の部分が導電体１２５に接触する一方、押圧を止めると抵抗膜１２０と導電体１２５との位置関係が元に戻るようにするための弾性力がある部材である中間部材１４０、１４０が設けられている。

また、平面視長方形の抵抗膜１２０の両端には夫々、電極２００、電極２０１が形成されて電極対を成し、電極２００、電極２０１間に電源（図１では１０（Ｖ）電圧）を供給することによって、抵抗膜１２０の長手方向（図２の左右方向）には「０（Ｖ）：電極２００」から「１０（Ｖ）：電極２０１」まで、直線的に電圧が変化するように構成されている。さらに、導電体１２５にも電極２０２が形成されている。

次に、図１に戻って装置全体の構成を説明する。電極２０２は、自身の出力を負帰還させるように接続してバッファ機能を有する演算増幅器１１の非反転端子に接続され、後に説明するようにこの演算増幅器１１の出力が位置信号となる。また、自身の出力を抵抗Ｒ４で負帰還させた演算増幅器１０も設けられており、この演算増幅器１０の反転端子には、調整用抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２とが接続された抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ３との接続点が接続されている。さらに、演算増幅器１０の非反転端子には、電極２００と抵抗Ｒ２の一端との接続点が接続され、この抵抗Ｒ２の他端はｇｎｄ電圧に接続、即ち、接地されている。なお、抵抗Ｒ１の一端と電極２０１とには、１０（Ｖ）の電圧が供給されている。

かくして、センサ部１００の抵抗値を「Ｒｘ」とすると、図３に示すように、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒｘとでブリッジ回路が構成され、後に説明するように、演算増幅器１０の出力は押圧の圧力信号に対応する。

（作用）
図２の符号ＰＳで示すように、ベース１１０の押圧操作を行うと、その押圧点に対応する位置（符号Ｓ）の抵抗膜１２０の部分の電圧が、導電体１２５に伝わる。つまり、電極２０２からは押圧位置に応じた電圧が出力され、これがバッファリングされることによって、演算増幅器１１からは、ベース１１０の長手方向（図２では左右方向）における押圧位置に応じた位置信号が出力されることになる。

一方、押圧圧力の大きさに応じて、抵抗膜１２０が導電体１２５と接触する面積が大きくなり、この結果、抵抗Ｒｘが小さくなる。逆に、両者の接触面積が小さくなると、センサ部１００の抵抗Ｒｘが大きくなる。このＲｘの変化に応じて電極２００から信号が出力され、これが演算増幅器１０によって「（Ｒ１とＲ３の合成抵抗＋Ｒ４）／（Ｒ１とＲ３の合成抵抗）」倍だけ増幅されて出力される、かくして、抵抗膜１２０の押圧圧力の大きさに応じた大きさの圧力信号が演算増幅器１０から出力される。なお、何ら抵抗膜１２０を押圧していない場合の圧力信号が零となるように、調整抵抗Ｒ１を用いて調整することができる。

したがって、図１の装置構成例によれば、下面に抵抗膜１２０を形成したベース１１０（第１のベース）と、上面に導電体１２５を形成したベース１１１（第２のベース）とを備え、抵抗膜１２０と導電体１２５とが対向するように配置すると共に両ベース１１０、１１１間にスペーサ１３０を設け、抵抗膜１２０の両端の電極対２００、２０１に電圧を供給して抵抗膜１２０の電圧が、抵抗膜１２０の一端側（図２中左側）から他端側（図２中右側）に直線的に高くなるように構成し、導電体１２５に電極２０２を設け、更に、導電体１２５の電極から得られる信号に基づいて位置信号を出力する回路と、抵抗膜１２０の両端の電極対２００、２０１から得られる信号に基づいて圧力信号を出力する回路と、を備えた構成にすることによって、１つのセンサ部１００を用いた簡単な構成で、ベース１１０の押圧位置およびその押圧圧力に対応する信号を同時に得ることが可能になった。

図４は他の構成の押圧位置圧力検出装置２の構成図、図５はこれに用いられるセンサ部１０１の模式的構成図である。なお、上述したものと同一の符号を付したものは同一の物でありこれについては重複説明はしない。

図５（ａ）はセンサ部１０１の側面図、図５（ｂ）は図５（ａ）においてセンサ部１０１を矢印Ｙ１側から見た、ベース１１１側の平面図である。図２と比較すれば分かるように、このセンサ部１０１の平面視長方形のベース１１１の上面には、同じく平面視長方形の４個の導電体１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄがベース１１１の長手方向（図面左右方向）において一直線上に設けられている。さらに各導電体１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄには夫々ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４のアノード側が接続されており、各ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４のカソードは共通に接続され、このカソード共通接続点が演算増幅器１１の非反転端子に接続され、更に、この非反転端子は抵抗Ｒ５を介して接地されている。なお、このセンサ部１０１には電極２０２を設けていない。

前記共通に接続したカソードから得られる信号は、各アノードに接続された導電体の電位の内、最も高い電位を示す電圧である。ダイオードを逆接続した場合、すなわち、各カソードを夫々導電体に接続し、アノードを共通接続した場合、共通接続したアノードから得られる信号は、各カソードに接続された導電体の電位の内最も低い電位を示す電圧となるが、この電圧信号を位置検出信号として用いることもできる。ダイオードを用いて最高電位又は最低電位を選択するのは、センサーの離れた位置を複数箇所同時に押された場合に、優先される押圧位置情報を決めるためである。連続した押圧範囲であれば、その押圧範囲の内側の一箇所を押圧位置とすることで実用上問題ない場合が多いが、操作者が指で押圧する場合、複数の指が触れる可能性がある。抵抗膜を用いた位置センサーでは、離れた位置を複数箇所同時に押された場合には、押圧した位置以外の中間点を示す位置情報となってしまう。これを避けるため、本発明では電極を分離しダイオード又は以降で説明するスイッチング部３００を用いた。

そして、４個の導電体１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄの内で、ベース１１０の押圧位置に対応する導電体のダイオードが導通状態となって、当該押圧位置に対する抵抗膜１２０の電圧が演算増幅器１１から出力される。かくして、ベース１１０の長手方向（図５では左右方向）における押圧位置に応じた位置信号が出力されることになる。一方、押圧圧力の大きさが大きくなると、抵抗膜１２０が導電体１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄのいずれかと接触する面積が多くなりその結果、抵抗膜１２０と導電体との抵抗Ｒｘが小さくなる。また、押圧圧力の大きさが小さくなると、抵抗膜１２０が導電体１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄのいずれかと接触する面積が少なくなりその結果、抵抗膜１２０と導電体との抵抗Ｒｘが大きくなる。このようなＲｘの変化に応じて電極２００から信号が出力され、これが演算増幅器１０によって「（Ｒ１とＲ３の合成抵抗＋Ｒ４）／（Ｒ１とＲ３の合成抵抗）」倍だけ増幅されて出力され、かくして、抵抗膜１２０の押圧圧力の大きさに応じた大きさの圧力信号が演算増幅器１０から出力される。なお、この装置例では、導電体群の個数を４個としたがこれは一例に過ぎない。

したがって、この押圧位置圧力検出装置２においては、下面に抵抗膜１２０を形成したベース１１０（第１のベース）と、上面に複数個の導電体群１２５ａ〜１２５ｄを形成したベース１１１（第２のベース）とを備え、抵抗膜１２０と導電体群１２５ａ〜１２５ｃとが対向するように配置すると共に両ベース１１０、１１１間にスペーサ１３０を設け、抵抗膜１２０の両端の電極対２００、２０１に電圧を供給して抵抗膜１２０の電圧が、抵抗膜１２０の一端側から他端側に直線的に高くなるように構成し、導電体群１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄの各導電体に夫々ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４のアノードを接続して夫々のカソードを共通に接続し、更に、共通接続されたカソードから得られる信号に基づいて位置信号を出力する回路と、抵抗膜１２０の両端の電極対２００、２０１から得られる信号に基づいて圧力信号を出力する回路とを備えた構成にすることによって、１つのセンサ部１０１を用いた簡単な構成で、ベース１１０の押圧位置およびその押圧圧力に対応する信号を同時に得ることが可能になった。

前記共通に接続したカソードから得られる信号は、各アノードに接続された導電体の電位の内、最も高い電位を示す電圧である。電極２０１に加える電位を１０（Ｖ）として説明したが、これを負の電圧（例えば−１０（Ｖ））とすれば、ダイオードを逆接続して同様の効果を得ることができる。すなわち、各カソードを夫々導電体に接続し、アノードを共通接続し、共通接続したアノードから得られる信号は、各カソードに接続された導電体の電位の内最も低い電位を示す電圧となるが、この電圧信号を位置検出信号として用いることができ、複数本の指などで、センサーの分離した複数箇所を押圧された場合にも、押圧された範囲内の位置を検出できる。

（他の構成例）
図６は図５のセンサ部１０１を用いた他の装置構成例の構成説明図である。この装置構成では、電極２００を接地する（ｇｎｄ）と共に、電極２０１には電流源１５０からの定電流を供給する。これによって、抵抗膜１２０の電圧は図面下側から上側に向かって０（Ｖ）から最高値となる。スイッチング部３００はスイッチを定期的に切換えて導電体１２５ａ〜１２５ｃまでを順番にバッファ１４０に接続する。この結果、４個の導電体１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄの内で、ベース１１０の押圧位置に対応する導電体がバッファ１４０と導通状態となって、当該押圧位置に対する抵抗膜１２０の電圧がバッファ１４０から出力される。かくして、ベース１１０の長手方向（図５では左右方向）における押圧位置に応じた位置信号が出力されることになる。

一方、押圧圧力の大きさが大きくなることに応じて、抵抗膜１２０が導電体１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄと接触する個数が多くなり、その結果、抵抗膜１２０と導電体との接触面積が大きくなり、電極２０１の電圧が小さくなる。逆に、押圧圧力の大きさが大きくなることに応じて、抵抗膜１２０が導電体１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄと接触する個数が少なくなり、その結果、抵抗膜１２０と導電体との接触面積が小さくなり、電極２０１の電圧が大きくなる。したがって、この電極２０１からの出力電圧を増幅器１４５で増幅すれば、押圧圧力の大きさに応じた圧力信号が得られることになる。したがって、この簡単な構成によっても、１つのセンサ部１０１を用いた簡単な構成で、ベース１１０の押圧位置およびその押圧圧力に対応する信号を同時に得ることが可能になる。

なお、以上の説明では抵抗膜を平面視長方形のもので説明してきたが、抵抗膜の形状を円形状にしたりすることも可能である。抵抗膜を円形とした場合にはその中心部に電極を設けると共にその周縁部に輪状の電極を設けて例えば中心部から周縁部までの同心円的に電圧が変化するようにベース１１０側を構成し、一方、これに合わせてベース１１１側も円状にしてベース１１１の上面に円状の導電体を形成する構成とすれば良い。また、本装置は、検出した位置に音階を対応させると共に、検出した押圧圧力にその音階での音の強さを対応させる楽器の操作部等に応用することができるが、その応用例は楽器の操作部には限られないことは言うまでもない。

以上説明してきたように、本発明は、押圧対象エリア内において押圧した押圧位置と押圧圧力を検出できる押圧位置圧力検出装置を提供することができる。

押圧位置圧力検出装置１の構成図である。 センサ部１００の構成図である。 圧力信号を得る動作の説明図である。 押圧位置圧力検出装置２の構成図である。 センサ部１０１の構成図である。 他の装置構成例の説明図である。

符号の説明

１ 押圧位置圧力検出装置
２ 押圧位置圧力検出装置
１０ 演算増幅器
１１ 演算増幅器
１００ センサ部
１０１ センサ部
１１０ ベース
１１１ ベース
１２０ 抵抗膜
１２５ 導電体
１３０ スペーサー
１４０ バッファ
１４５ 増幅器
１５０ 電流源
２００ 電極Ａ
２０１ 電極Ｂ
２０２ 電極Ｃ

Claims (4)

1. 押圧対象エリア内において押圧した押圧位置およびその圧力を検出する位置圧力検出装置において、
   片面に抵抗膜を形成した可撓性のある第１のベースと、片面に導電体を形成した第２のベースとを備え、前記抵抗膜と前記導電体とが対向するように配置すると共に両ベース間にスペーサを設け、
   前記抵抗膜の両端の電極対に電源を供給して抵抗膜の電圧が、その一端側から他端側に高くなるように構成し、前記導電体に電極を設け、更に、
   前記導電体の電極から得られる信号に基づいて位置信号を出力する位置信号出力回路と、
   前記抵抗膜の両端の電極対から得られる信号に基づいて圧力信号を出力する圧力信号出力回路と、を備えたことを特徴とする位置圧力検出装置。
2. 押圧対象エリア内において押圧した押圧位置およびその圧力を検出する位置圧力検出装置において、
   片面に抵抗膜を形成した可撓性のある第１のベースと、片面に複数個の導電体群を形成した第２のベースとを備え、前記抵抗膜と前記導電体群とが対向するように配置すると共に両ベース間にスペーサを設け、
   前記抵抗膜の両端の電極対に電源を供給して抵抗膜の電圧が、その一端側から他端側に高くなるように構成し、前記導電体群の各導電体に夫々ダイオードのアノードを接続して夫々のカソードを共通に接続し、更に、
   前記共通接続したカソードから得られる信号に基づいて位置信号を出力する位置信号出力回路と、
   前記抵抗膜の両端の電極対から得られる信号に基づいて圧力信号を出力する圧力信号出力回路と、を備えたことを特徴とする位置圧力検出装置。
3. 押圧対象エリア内において押圧した押圧位置およびその圧力を検出する位置圧力検出装置において、
   片面に抵抗膜を形成した可撓性のある第１のベースと、片面に複数個の導電体群を形成した第２のベースとを備え、前記抵抗膜と前記導電体群とが対向するように配置すると共に両ベース間にスペーサを設け、
   前記抵抗膜の両端の電極対に電源を供給して抵抗膜の電圧が、その一端側から他端側に高くなるように構成し、前記導電体群の各導電体に夫々ダイオードのカソードを接続して夫々のアノードを共通に接続し、更に、
   前記共通接続したアノードから得られる信号に基づいて位置信号を出力する位置信号出力回路と、
   前記抵抗膜の両端の電極対から得られる信号に基づいて圧力信号を出力する圧力信号出力回路と、を備えたことを特徴とする位置圧力検出装置。
4. 押圧対象エリア内において押圧した押圧位置およびその圧力を検出する位置圧力検出装置において、
   片面に抵抗膜を形成した可撓性のある第１のベースと、片面に複数個の導電体群を形成した第２のベースとを備え、前記抵抗膜と前記導電体とが対向するように配置すると共に両ベース間にスペーサを設け、
   前記抵抗膜の両端の電極対に電源を供給して抵抗膜の電圧が、その一端側から他端側に高くなるように構成し、前記導体群の各導電体に夫々、複数入力を定期的に切り替えて入力する選択スイッチ（３００）の入力を接続し、更に、
   前記選択スイッチの出力から得られる信号に基づいて位置信号を出力する位置信号出力回路と、
   前記抵抗膜の両端の電極対から得られる信号に基づいて圧力信号を出力する圧力信号出力回路と、を備えたことを特徴とする位置圧力検出装置。

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