圧力センサおよびデータ入力装置
【課題】 容量変化を利用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。
【解決手段】 円形の可動電極１１と円形のプリント基板１４の一面に形成された第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄとの間に、スペーサとなる両面テープ１３を介在させてわずかなギャップで対向させる。スティック１００でパッド１０を叩いた際に、可動電極１１と叩いた位置における第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄとのギャップが変化して、その間の容量が変化して叩いた位置における第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄから信号が出力される。第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄ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１１における打撃位置の位置情報となる。
【解決手段】 円形の可動電極１１と円形のプリント基板１４の一面に形成された第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄとの間に、スペーサとなる両面テープ１３を介在させてわずかなギャップで対向させる。スティック１００でパッド１０を叩いた際に、可動電極１１と叩いた位置における第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄとのギャップが変化して、その間の容量が変化して叩いた位置における第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄから信号が出力される。第１分割電極１５ａ〜第４分割電極１５ｄ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１１における打撃位置の位置情報となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【特許文献１】特許第２９４４０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【発明の効果】
【０００７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】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である。
【図２】本発明の第１実施例にかかる圧力センサの構成を示す斜視図である。
【図３】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分解組立図である。
【図４】本発明の第１実施例にかかる圧力センサにおける両面テープの構成を示す平面図である。
【図５】本発明にかかる第１実施例の圧力センサを電子打楽器に適用した際の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明にかかる第１実施例の圧力センサを適用した電子打楽器における回路部の等価回路を示す図である。
【図７】本発明にかかる第１実施例の圧力センサを適用した電子打楽器の構造の一例を示す断面図である。
【図８】本発明の第１実施例にかかる圧力センサにおける打撃位置と打撃強度の検出方法を示す図である。
【図９】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である。
【図１０】本発明の第２実施例にかかる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である。
【図１１】本発明の第２実施例にかかる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である。
【図１２】本発明の第２実施例にかかる圧力センサにおけるプリントフィルムの構成を示す側面図である。
【図１３】本発明の第２実施例にかかる圧力センサにおける他の構成のプリントフィルムの構成を示す平面図である。
【図１４】本発明の第２実施例にかかる圧力センサにおける他の構成のプリントフィルムの構成を示す下面図である。
【図１５】本発明の第２実施例にかかる圧力センサにおける他の構成のプリントフィルムの構成を示す側面図である。
【図１６】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である。
【図１７】本発明の第３実施例にかかる圧力センサにおいてきわめて弱い圧力が印加された際の態様を示す図である。
【図１８】本発明の第３実施例にかかる圧力センサにおいて弱い圧力が印加された際の態様を示す図である。
【図１９】本発明の第３実施例にかかる圧力センサにおいて強い圧力が印加された際の態様を示す図である。
【図２０】本発明の第３実施例にかかる圧力センサにおいてきわめて強い圧力が印加された際の態様を示す図である。
【図２１】本発明の第３実施例の圧力センサにおける印加された圧力に対する出力特性を示す図である。
【図２２】本発明の第３実施例にかかる圧力センサの変形例の構成を断面図で示す正面図である。
【図２３】本発明の第４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である。
【図２４】本発明の第４実施例にかかる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である。
【図２５】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である。
【図２６】従来の電子打楽器に用いられている圧力センサの等価回路を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【特許文献１】特許第２９４４０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【発明の効果】
【０００７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】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である。
【図２】本発明の第１実施例にかかる圧力センサの構成を示す斜視図である。
【図３】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分解組立図である。
【図４】本発明の第１実施例にかかる圧力センサにおける両面テープの構成を示す平面図である。
【図５】本発明にかかる第１実施例の圧力センサを電子打楽器に適用した際の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明にかかる第１実施例の圧力センサを適用した電子打楽器における回路部の等価回路を示す図である。
【図７】本発明にかかる第１実施例の圧力センサを適用した電子打楽器の構造の一例を示す断面図である。
【図８】本発明の第１実施例にかかる圧力センサにおける打撃位置と打撃強度の検出方法を示す図である。
【図９】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である。
【図１０】本発明の第２実施例にかかる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である。
【図１１】本発明の第２実施例にかかる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である。
【図１２】本発明の第２実施例にかかる圧力センサにおけるプリントフィルムの構成を示す側面図である。
【図１３】本発明の第２実施例にかかる圧力センサにおける他の構成のプリントフィルムの構成を示す平面図である。
【図１４】本発明の第２実施例にかかる圧力センサにおける他の構成のプリントフィルムの構成を示す下面図である。
【図１５】本発明の第２実施例にかかる圧力センサにおける他の構成のプリントフィルムの構成を示す側面図である。
【図１６】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である。
【図１７】本発明の第３実施例にかかる圧力センサにおいてきわめて弱い圧力が印加された際の態様を示す図である。
【図１８】本発明の第３実施例にかかる圧力センサにおいて弱い圧力が印加された際の態様を示す図である。
【図１９】本発明の第３実施例にかかる圧力センサにおいて強い圧力が印加された際の態様を示す図である。
【図２０】本発明の第３実施例にかかる圧力センサにおいてきわめて強い圧力が印加された際の態様を示す図である。
【図２１】本発明の第３実施例の圧力センサにおける印加された圧力に対する出力特性を示す図である。
【図２２】本発明の第３実施例にかかる圧力センサの変形例の構成を断面図で示す正面図である。
【図２３】本発明の第４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である。
【図２４】本発明の第４実施例にかかる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である。
【図２５】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である。
【図２６】従来の電子打楽器に用いられている圧力センサの等価回路を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
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。
【請求項２】
前記分割電極の１つと、該分割電極に隣接する前記分割電極からそれぞれ信号が出力される場合は、２つの前記分割電極から出力される２つの信号のレベルに応じた２つの前記分割電極間の境界における位置情報が算出され、算出された境界における位置情報が前記可動電極に圧力を印加した位置情報として出力されることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記出力信号および前記位置情報に応じた楽音が音源手段において生成される場合に、複数の前記分割電極の位置情報に対応してそれぞれ異なる楽器の楽音が前記音源手段において生成されるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の圧力センサ。
【請求項４】
面状の第１可動電極と、
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。
【請求項５】
前記パッチ電極の１つと、該パッチ電極に隣接する前記パッチ電極からそれぞれ信号が出力される場合は、２つの前記パッチ電極から出力される２つの信号のレベルに応じた２つの前記パッチ電極間の境界における位置情報が算出され、算出された境界における位置情報が前記第１可動電極に圧力を印加した位置情報として出力されることを特徴とする請求項４記載の圧力センサ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか記載の圧力センサを操作することにより、操作情報を入力するようにしたことを特徴とするデータ入力装置。
【請求項１】
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、
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。
【請求項２】
前記分割電極の１つと、該分割電極に隣接する前記分割電極からそれぞれ信号が出力される場合は、２つの前記分割電極から出力される２つの信号のレベルに応じた２つの前記分割電極間の境界における位置情報が算出され、算出された境界における位置情報が前記可動電極に圧力を印加した位置情報として出力されることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記出力信号および前記位置情報に応じた楽音が音源手段において生成される場合に、複数の前記分割電極の位置情報に対応してそれぞれ異なる楽器の楽音が前記音源手段において生成されるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の圧力センサ。
【請求項４】
面状の第１可動電極と、
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。
【請求項５】
前記パッチ電極の１つと、該パッチ電極に隣接する前記パッチ電極からそれぞれ信号が出力される場合は、２つの前記パッチ電極から出力される２つの信号のレベルに応じた２つの前記パッチ電極間の境界における位置情報が算出され、算出された境界における位置情報が前記第１可動電極に圧力を印加した位置情報として出力されることを特徴とする請求項４記載の圧力センサ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか記載の圧力センサを操作することにより、操作情報を入力するようにしたことを特徴とするデータ入力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２００９−１４５５５５（Ｐ２００９−１４５５５５Ａ）
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２１９５３（Ｐ２００７−３２１９５３）
【出願日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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