JPH0915072A - 押圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精度の良い検出ができるようにする。 【構成】 この押圧力検出装置１は、一端部から入射さ
れた光が上下面と空気層との境界で全反射を繰り返しな
がら進行して他端部から出射される透明板２の一端部に
光源３が埋設され、透明板２の上方に透明板２の上面に
対し接離可能に押圧部材４が設けられ、透明板２の下面
に箱形の遮光ケース６が設けられ、遮光ケース６の内部
にフォトセンサ７が設けられた構造となっている。この
場合、押圧部材４が押圧されると、押圧部材４が押圧力
に応じて弾性変形するとともに、弾性変形に応じて透明
板２の上面に接触し、この弾性変形に応じた接触面で光
が乱反射され、接触面の大きさに応じた乱反射による光
量の変化をフォトセンサ７が検出することにより、押圧
力を光量の変化として検出する。したがって、長期間使
用して押圧部材４が劣化したとしても、その影響をフォ
トセンサ７が受けないため、精度の良い検出ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は押圧力を検出する押圧
力検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、平面のどの箇所を押圧しても、そ
の押圧力を検出することのできる押圧力検出装置には、
圧電素子を用いたもの、あるいは弾性導電体を用いたも
のなどがある。前者の圧電素子を用いた押圧力検出装置
は、例えば押圧部材の下面に振動板が設けられ、振動板
の下面に圧電素子が設けられた構造となっていて、本体
ケースの上面側に取り付けられている。そして、押圧部
材に上方から押圧力が作用すると、押圧力に応じて振動
板が変形し、この振動板の変形に伴って圧電素子も変形
し、圧電素子が押圧力に応じて電圧を発生させ、この電
圧を測定して押圧力を検出するようになっている。

【０００３】後者の弾性導電体を用いた押圧力検出装置
は、例えば押圧部材の下面に上側電極、弾性導電体、お
よび下側電極がこの順に積層された構造となっていて、
本体ケースの上面側に取り付けられている。そして、押
圧部材に上方から押圧力が作用すると、押圧力に応じて
弾性導電体が圧縮されるとともにその内部抵抗が変化
し、この内部抵抗の変化を測定して押圧力を検出するよ
うになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
圧電素子あるいは後者の弾性導電体を用いた従来の押圧
力検出装置では、押圧力による変形に応じて電気信号を
出力する圧電素子または弾性導電体に押圧力が直接作用
するので、長期間、変形を繰り返すと圧電素子または弾
性導電体が劣化し、この劣化に伴って検出精度が低下す
るという問題がある。この発明の目的は、長期間の使用
によって押圧力が作用する部材が劣化したとしても、そ
の影響を検出素子が受けず、精度の良い検出ができる押
圧力検出装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
一端部から入射された光が表裏面の界面で全反射を繰り
返しながら進行して他端部から出射される透明板と、こ
の透明板の一端部に配置された光源と、透明板の表面側
の界面に接離可能に配置され、押圧力により表面側の界
面に接触するとともに、押圧力に応じて接触態様が変化
し、その接触態様に応じた接触面で光を乱反射させる押
圧部材と、透明板の近傍に配置され、透明板の外部に出
射された光量を検出するフォトセンサとを備えたことを
特徴とするものである。この場合、請求項２に記載の如
く、フォトセンサは、押圧部材に対向する透明板の裏面
側に配置され、押圧部材の接触面で乱反射されて透明板
の外部に出射した光量を検出することが望ましく、また
請求項３に記載の如く、フォトセンサは、透明板の他端
部に対応して配置され、押圧部材の界面に対する接触面
で乱反射されずに透明板内を通過した光量を検出するこ
とが望ましい。

【０００６】また、請求項６記載の発明は、一端部から
入射された光が表裏面の界面で全反射を繰り返しながら
進行して他端部から出射されるとともに、少なくとも表
面側が押圧力に応じて弾性変形し、その弾性変形した部
分で乱反射する透明板と、この透明板の一端部に配置さ
れた光源と、透明板の近傍に配置され、透明板の外部に
出射された光量を検出するフォトセンサとを備えたこと
を特徴とするものである。この場合にも、請求項７に記
載の如く、フォトセンサは、透明板の裏面側に配置さ
れ、透明板の押圧力による弾性変形した部分で乱反射さ
れて透明板の外部に出射した光量を検出することが望ま
しく、また請求項８に記載の如く、フォトセンサは、透
明板の他端部に対応して配置され、透明板の押圧力によ
る弾性変形した部分で乱反射されずに透明板内を通過し
た光量を検出することが望ましい。

【０００７】

【作用】請求項１記載の発明によれば、押圧部材が押圧
されると、押圧部材が透明板の表面側の界面に接触する
とともに、押圧力に応じて接触態様が変化し、この接触
態様に応じた接触面で光を乱反射させ、接触面の大きさ
に応じた乱反射による光量の変化をフォトセンサで検出
することにより、押圧力を光量の変化として検出するこ
とができる。したがって、長期間使用して押圧部材が劣
化したとしても、その影響をフォトセンサが受けないた
め、精度の良い検出ができる。また、請求項６記載の発
明によれば、透明板の表面を押圧すると、その押圧力に
応じて透明板の少なくとも表面側が押圧力に応じて弾性
変形し、その弾性変形した部分で光が乱反射され、弾性
変形した部分の大きさに応じた乱反射による光量の変化
をフォトセンサで検出することにより、押圧力を光量の
変化として検出することができる。したがって、請求項
１に記載した発明と同様、長期間使用して透明板が劣化
したとしても、その影響をフォトセンサが受けないた
め、精度の良い検出ができる。

【０００８】

【実施例】以下、図１〜図６を参照して、この発明の押
圧力検出装置の第１実施例について説明する。図１はこ
の発明の押圧力検出装置を示したものである。この押圧
力検出装置１では、ガラスや透明な樹脂などからなる硬
質の透明板２を備えている。この透明板２の右端部には
光源３が埋設されている。この場合、透明板２は右端部
の光源３から入射された光が上下面と空気層との界面
（境界）で全反射を繰り返しながら進行して左端部から
出射されるようになっている。光源３はＬＥＤ（発光ダ
イオード）、蛍光管、豆電球などからなっている。透明
板２の中央部上方にはゴムなどの弾性部材からなる押圧
部材４が透明板２の上面に対し接離可能に離間して配置
されている。押圧部材４は、図２に示すように、平面ほ
ぼ方形状に形成され、下面に複数の円柱形状の突起４ａ
がマトリックス状に設けられている。この突起４ａの下
面は乱反射面になっている。押圧部材４は透明板２の上
方からの外部光を遮光するための遮光板５の開口部５ａ
内に配置され、遮光板５は透明板２の上方に所定の隙間
をもって配置されている。透明板２の下面には箱形の遮
光ケース６が設けられ、この遮光ケース６の内部におけ
る底面のほぼ中央部には透明板２の下面から出射される
光を検出するフォトセンサ７が設けられている。フォト
センサ７は、光電セル、フォトダイオード、フォトトラ
ンジスタなどからなっている。

【０００９】次に、このように構成された押圧力検出装
置１の動作について説明する。光源３からの光は透明板
２に右端部から入射され、図３に示すように、透明板２
の上下面と空気層との界面で全反射を繰り返しながら内
部を進行し、左端部から出射される。この場合、透明板
２の下面からは光が漏れないので遮光ケース６の内部は
暗室状態となり、フォトセンサ７には光が照射されな
い。次に、押圧部材４を上方から押圧すると、図４に示
すように、押圧部材４が押圧力に応じて弾性変形し、弾
性変形した部分の突起４ａが透明板２の上面に接触する
ことにより、透明板２の内部を全反射を繰り返しながら
進行してきた光は透明板２の上面と押圧部材４の弾性変
形した部分の突起４ａとの接触面で乱反射される。この
乱反射による光量は透明板２の上面と押圧部材４の弾性
変形した部分の突起４ａとの接触面の大きさに応じて変
化する。すなわち、押圧力が弱い場合には、押圧部材４
の弾性変形が小さく、図５に示すように、透明板２の上
面と押圧部材４の弾性変形した部分の突起４ａとの接触
面（図５における破線で示す部分）が狭いので、乱反射
によって透明板２の下面から出射される光量が少ない。
押圧力が強くなると、押圧部材４の弾性変形が大きくな
り、図６に示すように、透明板２の上面と押圧部材４の
弾性変形した部分の突起４ａとの接触面（図６における
破線で示す部分）が広くなるので、乱反射によって透明
板２の下面から出射される光量が多くなる。乱反射され
た光は透明板２の下方に設けられたフォトセンサ７に照
射され、フォトセンサ７は受光した光量に応じて電圧を
発生し、押圧力を検出する。

【００１０】このように、この押圧力検出装置では、押
圧部材４が上方から押圧されると、押圧部材４が押圧力
に応じて弾性変化するとともに、弾性変形に応じて透明
板２の上面に接触し、この弾性変形に応じた接触面で光
が乱反射させ、接触面の大きさに応じた乱反射による光
量の変化をフォトセンサ７で検出することにより、押圧
力を光量の変化として検出することができる。したがっ
て、長期間使用して押圧部材４が劣化したとしても、フ
ォトセンサ７に押圧力が作用しない構造であり、押圧力
による影響をフォトセンサ７が受けないため、精度の良
い検出ができる。

【００１１】次に、この発明の押圧力検出装置の第２実
施例について説明する。図７はこの発明の押圧力検出装
置を示したものである。この図において、図１と同一名
称部分には同一の符号を付し、その説明を適宜省略す
る。この押圧力検出装置８では、遮光板５の下面におけ
る透明板２の左端部にこの左端部が挿入された状態で箱
形の遮光ケース６が設けられ、この遮光ケース６の内部
における遮光板５の下面に透明板２の左端部に対応して
フォトセンサ７が設けられている。この押圧力検出装置
８の場合には、押圧部材４が上方から押圧されると、押
圧部材４が押圧力に応じて弾性変形するとともに、弾性
変形に応じて透明板２の上面に接触し、この弾性変形に
応じた接触面で光が乱反射され、接触面の大きさに応じ
た乱反射による光が透明板２の下面から漏れるので、乱
反射されずに透明板７内を通過して左端部から出射され
る光量は乱反射により透明板２の下面から漏れた光量の
分減少する。したがって、透明板２の左端部から出射さ
れる光量の変化をフォトセンサ７で検出することによ
り、押圧力を検出することができる。なお、この押圧力
検出装置８では、第１実施例と同様の効果を奏する。

【００１２】次に、この発明の押圧力検出装置の第３実
施例について説明する。図８（Ａ）はこの発明の押圧力
検出装置における透明板を示したものである。この押圧
力検出装置９における透明板１０は、シリコーンゴムな
どの透明な弾性部材からなり、右端部から入射された光
が上下面と空気層との界面で全反射を繰り返しながら進
行して左端部から出射されるようになっている。この場
合には、図８（Ｂ）に示すように、透明板１０を上方か
ら押圧すると、透明板１０が押圧力に応じて弾性変形
し、その弾性変形した部分で光が乱反射され、弾性変形
した部分の大きさに応じた乱反射による光量の変化をフ
ォトセンサで検出することにより、押圧力を光量の変化
として検出することができる。したがって、第１実施例
と同様、長期間使用して透明板１０が劣化したとして
も、その影響をフォトセンサが受けないため、精度の良
い検出ができる。なお、この透明板１０を押圧する場合
には、押圧部材を用いずに透明板１０を指などで直接押
圧してもよく、必ずしも押圧部材を用いなくてもよい。
また、押圧部材を用いる場合には、押圧部材を剛性を有
する材料から形成し、下面を湾曲状に突出させるか、傾
斜させるなどにより透明板１０が押圧力に応じて弾性変
形できる形状にすることが望ましい。

【００１３】次に、この発明の押圧力検出装置の第４実
施例について説明する。図９（Ａ）はこの発明における
押圧力検出装置における透明板を示したものである。こ
の押圧力検出装置１１における透明板１２は、可撓性を
有する透明なシート１３間に水などの透明な液体１４を
封入したものからなり、右端部から入射された光が液体
１４の上下面とシート１３との界面で全反射を繰り返し
ながら進行して左端部から出射されるようになってい
る。この場合には、図９（Ｂ）に示すように、透明板１
２を上方から押圧すると、透明板１２の上面側が押圧力
に応じて弾性変形し、その弾性変形した部分で光が乱反
射され、弾性変形した部分の大きさに応じた乱反射によ
る光量の変化をフォトセンサで検出することにより、押
圧力を光量の変化として検出することができる。したが
って、第１実施例と同様、長期間使用して透明板１２が
劣化したとしても、その影響をフォトセンサが受けない
ため、精度の良い検出ができる。なお、この透明板１２
を押圧する場合も、押圧部材を用いずに透明板１２を指
などで直接押圧してもよく、必ずしも押圧部材を用いな
くてもよい。また、押圧部材を用いる場合も、押圧部材
を剛性を有する材料から形成し、下面を湾曲状に突出さ
せるか、傾斜させるなどにより透明板１２の上面側が押
圧力に応じて弾性変形できる形状にすることが望まし
い。

【００１４】次に、このように構成された押圧力検出装
置を電子鍵盤楽器に適用した使用例について説明する。
図１０は押圧力検出装置の第１使用例を示したものであ
り、図１１は押圧力検出装置の第２使用例を示したもの
である。これらの図において、電子鍵盤楽器は、楽器本
体ケース２１の取付ボス２２にビス止めされた鍵盤シャ
ーシ２３を備えている。鍵盤シャーシ２３の上面側には
複数の鍵２４が並列して配置されている。鍵２４は、後
端部の取付部２５が弾性変形可能なヒンジ部２６を介し
て鍵盤シャーシ２３の後端部にビス止めされ、ヒンジ部
２６の弾性変形により取付部２５を中心に上下方向に回
動する。また、鍵２４はヒンジ部２６の弾性復帰力によ
り上方に付勢され、通常は鍵２４の前部下方に突設され
たストッパ片２７が鍵盤シャーシ２３の前部下面に設け
られた上限ストッパ２８に当接して、所定の初期位置
（上限位置）に位置決めされている。鍵盤シャーシ２３
の前部上面の所定箇所には、鍵２４の下端が当接して鍵
２４の下限位置を規制する下限ストッパ２９が設けられ
ている。鍵２４の中央部下面の所定の２箇所には第１お
よび第２のスイッチ押圧突起３０、３１が下方に突設さ
れている。

【００１５】そして、図１０に示す第１使用例では、第
１〜第４実施例における押圧力検出装置１、８、９、１
１からなる押圧力検出装置３２が第１および第２のスイ
ッチ押圧突起３０、３１の下方に配置されている。この
場合、押圧力検出装置３２はイニシャルタッチセンサと
して用いられ、鍵２４が押鍵操作されると、第１および
第２のスイッチ押圧突起３０、３１が押圧力検出装置３
２をそれぞれ押圧し、押圧力検出装置３２が鍵２４の押
鍵速度に対応した時間差をもって順次押圧され、このと
きの押圧力の検出により、音源手段に対して楽音の発音
開始を指示するキーオンデータを検出するとともに、時
間差により、押鍵速度に関するデータつまり楽音の音量
や音色などの楽音特性をイニシャル制御するイニシャル
タッチデータを検出するようになっている。一方、図１
１に示す第２使用例では、第１〜第４実施例における押
圧力検出装置１、８、９、１１からなる押圧力検出装置
３２が鍵２４の後端部の下方およびストッパ片２７の下
方にそれぞれ配置されている。この場合、押圧力検出装
置３２はアフターセンサとして用いられ、鍵２４が押鍵
操作されると、鍵２４の後端部およびストッパ片２７が
押圧力検出装置３２をそれぞれ押圧し、押圧力検出装置
３２が押鍵圧力に関するデータつまりビブラートなどの
エフェクトをコントロールするアフタータッチデータを
検出するようになっている。なお、第１および第２のス
イッチ押圧突起３０、３１の下方には第１使用例におけ
る押圧力検出装置３２の代わりに第１および第２のゴム
スイッチ３３、３４がそれぞれ配置されている。

【００１６】次に、図１２を参照しながら、このような
電子鍵盤楽器の回路構成について説明する。押圧力検出
装置３２のフォトセンサ７は押圧力に応じた電圧値をＡ
／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器３５に出力する。Ａ
／Ｄ変換器３５は、フォトセンサ７より入力された電圧
値（アナログ値）をデジタル値に変換して、制御回路部
３６に出力する。参照データテーブル３７はデジタル値
の範囲データと制御データとを一組みとして記憶するＲ
ＯＭであり、制御データとしては、キーオンデータ、イ
ニシャルタッチデータ、アフタタッチデータなどがあ
る。制御回路部３６はデジタル変換された電圧値を参照
データテーブル３７のデータと比較し、参照データテー
ブル３７の制御データに応じ、対応する音源手段（図示
せず）、イニシャルタッチ回路部（図示せず）、アフタ
タッチ回路部（図示せず）などに対し各種制御信号を出
力する。

【００１７】このように、この電子鍵盤楽器では、図１
０に示すように、押圧力検出装置３２をイニシャルタッ
チセンサとして用いる場合、および図１１に示すよう
に、押圧力検出装置３２をアフターセンサとして用いる
場合、長期間使用して押圧部材が劣化したとしても、そ
の影響をフォトセンサ７が受けないため、精度の良い検
出ができ、所望の音量、音色などを得ることができる。
また、図１０に示すように、押圧力検出装置３２をイニ
シャルタッチセンサとして用いる場合、複数のスイッチ
押圧突起３０、３１に対して１つの押圧力検出装置３２
を配置すればよく、取付が容易で、取付時の作業性が向
上する。

【００１８】なお、上記第１および第２使用例では、こ
の発明の押圧力検出装置３２を電子鍵盤楽器のイニシャ
ルタッチセンサ、またはアフターセンサとして用いた
が、これらに限定されず、楽器本体ケース２１の上面に
押圧力検出装置３２を設け、ピッチベンドセンサ、ビブ
ラートセンサ、またはモジュレーションセンサなどとし
て用いることができる。さらに、上記第１および第２利
用例では、この発明の押圧力検出装置３２を電子鍵盤楽
器に用いたが、これに限定されず、他の電子楽器にも用
いることができ、さらにゲーム機などの他の電子機器の
各種制御釦として用いることができる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、押圧部材が押圧されると、押圧部材が透明
板の表面側の界面に接触するとともに、押圧力に応じて
接触態様が変化し、この接触態様に応じた接触面で光を
乱反射させ、接触面の大きさに応じた乱反射による光量
の変化をフォトセンサで検出することにより、押圧力を
光量の変化として検出することができる。したがって、
長期間使用して押圧部材が劣化したとしても、その影響
をフォトセンサが受けないため、精度の良い検出ができ
る。また、請求項６記載の発明によれば、透明板の表面
を押圧すると、その押圧力に応じて透明板の少なくとも
表面側が押圧力に応じて弾性変形し、その弾性変形した
部分で光が乱反射され、弾性変形した部分の大きさに応
じた乱反射による光量の変化をフォトセンサで検出する
ことにより、押圧力を光量の変化として検出することが
できる。したがって、請求項１に記載した発明と同様、
長期間使用して透明板が劣化したとしても、その影響を
フォトセンサが受けないため、精度の良い検出ができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例における押圧力検出装置
を示す断面図。

【図２】同押圧力検出装置における透明板と押圧部材と
の位置関係を示す概略図。

【図３】同押圧力検出装置の要部を示す拡大断面図。

【図４】同押圧力検出装置の押圧後の状態を示す拡大断
面図。

【図５】同押圧力検出装置の動作における押圧力が弱い
場合の透明板と押圧部材との接触状態を示す概略図。

【図６】同押圧力検出装置の動作における押圧力が強い
場合の透明板と押圧部材との接触状態を示す概略図。

【図７】この発明の第２実施例における押圧力検出装置
を示す断面図。

【図８】（Ａ）はこの発明の第３実施例における押圧力
検出装置の透明板を示す断面図、（Ｂ）は同透明板の押
圧後の状態を示す断面図。

【図９】（Ａ）はこの発明の第４実施例における押圧力
検出装置の透明板を示す断面図、（Ｂ）は同透明板の押
圧後の状態を示す断面図。

【図１０】押圧力検出装置の第１利用例における電子鍵
盤楽器を示す断面図。

【図１１】押圧力検出装置の第２利用例における電子鍵
盤楽器を示す断面図。

【図１２】同電子鍵盤楽器のブロック回路図。

【符号の説明】 １ 押圧力検出装置 ２ 透明板 ３ 光源 ４ 押圧部材 ７ フォトセンサ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端部から入射された光が表裏面の界面
   で全反射を繰り返しながら進行して他端部から出射され
   る透明板と、 前記透明板の前記一端部に配置された光源と、 前記透明板の表面側の界面に接離可能に配置され、押圧
   力により前記表面側の界面に接触するとともに、押圧力
   に応じて接触態様が変化し、その接触態様に応じた接触
   面で光を乱反射させる押圧部材と、 前記透明板の近傍に配置され、前記透明板の外部に出射
   された光量を検出するフォトセンサと、 を備えたことを特徴とする押圧力検出装置。
2. 【請求項２】 前記フォトセンサは、前記押圧部材に対
   向する前記透明板の裏面側に配置され、前記押圧部材の
   前記接触面で乱反射されて前記透明板の外部に出射した
   光量を検出することを特徴とする請求項１記載の押圧力
   検出装置。
3. 【請求項３】 前記フォトセンサは、前記透明板の前記
   他端部に対応して配置され、前記押圧部材の前記界面に
   対する接触面で乱反射されずに前記透明板内を通過した
   光量を検出することを特徴とする請求項１記載の押圧力
   検出装置。
4. 【請求項４】 前記透明板はガラスなどの硬質材料から
   なり、前記押圧部材はゴムなどの弾性材料からなること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の押圧力検
   出装置。
5. 【請求項５】 前記押圧部材は、前記透明板に対する対
   向面に複数の突起が設けられた構造であることを特徴と
   する請求項４記載の押圧力検出装置。
6. 【請求項６】 一端部から入射された光が表裏面の界面
   で全反射を繰り返しながら進行して他端部から出射され
   るとともに、少なくとも表面側が押圧力に応じて弾性変
   形し、その弾性変形した部分で乱反射する透明板と、 前記透明板の前記一端部に配置された光源と、 前記透明板の近傍に配置され、前記透明板の外部に出射
   された光量を検出するフォトセンサと、 を備えたことを特徴とする押圧力検出装置。
7. 【請求項７】 前記フォトセンサは、前記透明板の裏面
   側に配置され、前記透明板の押圧力による弾性変形した
   部分で乱反射されて前記透明板の外部に出射した光量を
   検出することを特徴とする請求項６記載の押圧力検出装
   置。
8. 【請求項８】 前記フォトセンサは、前記透明板の前記
   他端部に対応して配置され、前記透明板の押圧力による
   弾性変形した部分で乱反射されずに前記透明板内を通過
   した光量を検出することを特徴とする請求項６記載の押
   圧力検出装置。
9. 【請求項９】 前記透明板を押圧力に応じて弾性変形さ
   せる押圧部材を備えていることを特徴とする請求項６〜
   ８のいずれかに記載の押圧力検出装置。