JPWO2009063778A1 - 操作位置検出器およびその応用装置 - Google Patents

Abstract

超音波信号を伝搬する管を備えて電気的なスイッチ等を用いることなく操作者の操作位置を検出する操作位置検出装置およびその応用装置を構成する。管（４０）の側部に、操作者の操作によって選択的に閉塞または開口可能な複数の孔（４１ａ〜４１ｅ）を備え、一方の端部に超音波送受信器（５０）を配置する。信号処理部（６０）は超音波送受信器（５０）を駆動して超音波信号を管（４０）の内部に伝搬させ、孔（４１ａ〜４１ｅ）の閉塞／開口状態に応じた反射信号を受信し、この反射信号を基に各孔の状態を検出することによって操作者による操作位置を検出する。

Description

この発明は、超音波信号の送受信を行って操作位置を検出する操作位置検出器およびそれを用いた応用装置に関するものである。

超音波信号の送受信によって物体の位置を検出するものは、基本的に超音波信号の送信から物体での反射波を受信するまでの時間差に基づいて距離を測定するものであった。特に超音波を伝送する伝送管を用いた物体検出装置は特許文献１に示されている。

図１は特許文献１に示されている路上物体検出装置の超音波送受信ユニットの断面図である。この超音波送受信ユニットは、筒状の伝送管１０を有し、この伝送管１０の一端に超音波発信体２０を固定し、伝送管１０の他端を閉塞している。発信体２０から発せられた超音波は伝送管１０の内部を伝搬し、開口３０（１）〜３０（１０）およびホーン３１（１）〜３１（１０）を介して外部に放射され、物体からの反射波が再び入射し、伝送管１０を伝搬して発信体２０へ戻る。

このようにして、発信体２０に接続される回路で上記超音波信号の送信から受信までの時間差に基づいて物体までの距離を求める。
特開平１０−９６７６９号公報

本発明は物体までの距離を計測しようとするものではなく、操作者の例えば指先での操作によるその操作位置を電気的なスイッチ等を用いることなく検出しようとするものである。特許文献１に示されている超音波送受信ユニットでは操作者の操作位置を読み取るといったことはできない。

この発明の目的は、超音波信号を伝搬する管を用いて操作者の操作位置を検出する操作位置検出装置を提供することにある。

（１）この発明の操作位置検出器は、操作者の操作によって選択的に閉塞または開口可能な複数の孔を側部に備える管と、
前記管の端部に配置された超音波トランスデューサと、
前記超音波トランスデューサを駆動して超音波信号を送信し、前記管内を伝搬して前記管内で反射する超音波反射信号を受信して受信信号を得るとともに、前記受信信号に基づいて、操作された孔の位置を検出する超音波信号処理手段と、を備えたことを特徴としている。

この構成によれば、開口状態の孔部分で管内の気体密度が不連続となって、伝送路の音響特性インピーダンスの不整合によって超音波信号の反射が生じ、超音波送受波器からの超音波信号の送信から反射波の受信までの時間差によってその反射が生じた孔の位置を検出することができる。前記複数の孔は操作者の操作によって選択的に閉塞または開口可能なように備えられているので、超音波信号を管外へ放出することなく操作者の操作位置を検出できるようになる。

（２）前記管は例えば複数本並列に配列するとともに、各管に前記超音波トランスデューサを配置し、前記超音波信号処理手段が各超音波トランスデューサによって超音波信号の送受信を行うとともに、各管における孔の操作位置を検出するように構成する。

この構成によれば、複数の孔を縦横に配列することができ、二次元平面上での操作位置を検出する操作位置検出装置を構成できる。

（３）前記管はＵ字型またはジグザグ状に形成するとともに前記孔を縦横に配列してもよい。
これにより、単一の超音波送受信器を用いて小型・低コストに構成することができる。

（４）前記管は渦巻き状または螺旋状に形成して孔を平面または曲面に広がる範囲内に配置してもよい。
これにより様々に分布する孔を設けて操作者の操作位置を検出できるようになる。

（５）また、前記孔には、その孔の位置で管内径が孔形成位置以外の位置での管内径に対して変化しうるカバーを設けてもよい。
これにより、孔から管内への塵埃の侵入を防止することができ、また外気流の侵入も防止して操作位置検出の安定性を高めることができる。

（６）この発明の操作位置検出器応用装置は、上述の各種操作位置検出器を備えて、その検出された孔の位置に応じて、各孔に対応付けた音階の音を発生する手段を備える。
これにより操作者の操作に応じた音階で音を発生する電子楽器として用いることができる。

（７）また、この発明の操作位置検出器応用装置は、上記操作位置検出器を備えるとともに、検出された孔の位置に応じて、各孔に対応付けられたキーコードを発生する手段を備える。
これにより、文字・記号等の入力を行うキーボードとして利用することができる。

（８）また、この発明の操作位置検出器応用装置は、上記操作位置検出器を備えるとともに、検出された孔の位置に応じて、各孔に対応付けられた正解・不正解を表す演出出力を行う手段を備える。
この構成により、例えは出題された質問に答える形で操作者が操作を行い、得点を競うゲーム等の電子玩具として利用できる。

この発明によれば、開口状態の孔部分で管内の気体密度が不連続となって、伝送路の音響特性インピーダンスの不整合によって超音波信号の反射が生じ、超音波送受波器からの超音波信号の送信から反射波の受信までの時間差によってその反射が生じた孔の位置を検出することができる。前記複数の孔は操作者の操作によって選択的に閉塞または開口可能なように備えられているので、超音波信号を管外へ放出することなく操作者の操作位置を検出できるようになる。

特許文献１に示されている物体検出装置の構成を示す図である。 この発明の第１の実施形態に係る操作位置検出器およびその応用装置の構成を示す図である。 同操作位置検出部の信号処理部の構成を示すブロック図である。 操作位置検出部の各部の波形図である。 第２の実施形態に係る操作位置検出器の孔部分の構成を示す図である。 第３の実施形態に係る操作位置検出器およびその応用装置である電子楽器の構成を示す図である。 第４の実施形態に係る操作位置検出器およびその応用装置である入力装置の構成を示す図である。 第５の実施形態に係る操作位置検出器およびその応用装置であるゲーム装置の構成を示す図である。 同応用装置の出力装置の処理手順を示す図である。 第６の実施形態に係る操作位置検出器およびその応用装置であるキーボードの構成を示す図である。 第７の実施形態に係る操作位置検出器およびその応用装置であるキーボードの構成を示す図である。 第８の実施形態に係る操作位置検出器およびその応用装置である電子玩具の構成を示す図である。 第９の実施形態に係る操作位置検出器およびその応用装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。 第９の実施形態に係る操作位置検出器およびその応用装置の構成を示す図である。 孔４１ａ，４１ｂの何れかを指等で閉塞した状態での超音波の経路を示す図である 図１３に示した操作位置検出部１７０の動作および処理のタイミング関係を示す図である。 図１３に示した操作位置検出部１７０の動作および処理のタイミング関係を示す図である。 第１０の実施形態に係る操作位置検出器で用いる管の構造、及び反射波の例を示す図である。

符号の説明

４０，１４０−管
４１−孔
４２−カバー
４３−開閉部材
４４−コイルバネ
４５−挿入棒
５０−超音波送受信器
６０，６１−信号処理部
７０，１７０−操作位置検出部
８０−出力制御部
９０，９３−出力装置
９１−スピーカ
９２−パソコン
９４−表示部
９５−ブザー
９６−演出部材
１００−操作位置検出器
ｒ１〜ｒ８…経路

《第１の実施形態》
図２は第１の実施形態に係る操作位置検出器およびその応用装置の構成を示す図である。図２（Ａ）において、操作位置検出器１００は、側部に複数の孔４１ａ〜４１ｅを有する管４０と、この管４０の端部に配置された、この発明に係る超音波トランスデューサに相当する超音波送受信器５０とを備えている。超音波送受信器５０には信号処理部６０を接続している。このように複数の孔を備え、端部に超音波送受信器５０を備えた管４０と、信号処理部６０とによって操作位置検出器１００を構成している。

信号処理部６０は管４０に備えられている孔４１ａ〜４１ｅの開閉状態を検出してそれに応じた信号を出力装置９０へ出力する。出力装置９０は操作位置検出器１００を用いる目的に応じて所定の出力を行う。この出力装置９０と操作位置検出器１００とによって操作位置検出器応用装置を構成している。

図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示した管４０の構成を示す断面図である。管４０は、その長手方向に沿って孔４１ａ，４１ｂ・・・を備えた長さ５００ｍｍ程度の管であり、屈曲させないで用いる場合には、例えばアクリル樹脂製パイプ等のリジッドな管を用いる。

この管４０の両端は開口の一方に超音波送受信器５０を取り付けることによって閉塞し、他方の開口はそのまま開放端としている。

いま、孔４１ａを操作者が指Ｆで押さえて閉塞している状態を考えると、超音波送受信器５０から送信された超音波信号は孔４１ａ付近をそのまま伝搬し、開口されている孔４１ｂ付近で反射する。その他の開口されている孔についても反射し、さらに管４０の開放端でも反射し、超音波送受信器５０へそれらの反射信号が戻る。

上記反射は、管内の音響特性インピーダンスが、開口されている孔４１部分で不連続に変化することに起因して生じる。
なお、管４０の終端を開放せず閉塞した場合にもその短絡端で反射が生じる。

図３は図２（Ａ）に示した信号処理部６０の具体的な構成例を示すブロック図である。信号処理部６０は、管の操作位置を検出する基本的な操作位置検出部７０と、その検出位置に応じておよび出力装置９０に応じて出力制御を行う出力制御部８０とを備えている。

操作位置検出部７０において、前置回路７３は超音波送受信器５０の受信信号を周波数フィルタリングするとともに増幅する。Ａ／Ｄ変換器７４はその出力電圧をＡ／Ｄ変換する。

タイミング管理回路７６は送信パルス形成回路７１に対して送信パルストリガーを与える。送信パルス形成回路７１は、この送信パルストリガーによって超音波のバースト信号を発生して駆動回路７２へ出力する。

またタイミング管理回路７６はＡ／Ｄ値取得回路７５に対してＡ／Ｄ値取得トリガー信号を出力する。Ａ／Ｄ値取得回路７５はＡ／Ｄ値取得トリガーのタイミングでＡ／Ｄ変換器７４の制御を行うとともにそのディジタル値を取得する。

記憶回路７７は受信信号同士を比較する際に過去の波形情報を記憶するためのメモリである。この記憶回路７７は、Ａ／Ｄ値取得回路７５が取得した値を記憶する。また、既に記憶されている内容を差分比較回路７８へ出力する。

差分比較回路７８は記憶回路７７に記憶されている波形とＡ／Ｄ値取得回路７５から出力される波形とを、サンプリング値ごとに、その差分（絶対値）を累積する演算回路である。

孔位置特定回路７９は、差分比較回路７８によって演算された演算結果が、事前に設定したしきい値を上回ったとき、そのタイミングで差分信号に変化を生じさせた（閉塞または開口された）孔を特定する。

出力制御部８０は、孔位置特定回路７９によって特定されたデータ（図２（Ａ）に示した例では５つの孔４１ａ〜４１ｅのそれぞれについての開閉状態を表すデータ）に応じて予め定めた処理を行い、その結果を出力装置９０へ出力する。この出力制御および出力装置の具体的な例については以降の別の実施形態で示す。

図４は図３に示した操作位置検出部７０の動作および処理のタイミング関係を示す図である。
図４において「送信パルス」は図３に示した送信パルス形成回路７１の出力信号、「受信信号」は、図３に示したＡ／Ｄ変換器７４の出力値を波形として表したもの、「差分信号」は、図３に示した差分比較回路７８における差分値を波形として表したものである。

この例では、送信周期Ｔｐ（＝３００ｍｓ）毎に間欠的に監視エリアに向けて超音波信号を送信する。反射波の受信信号は波形比較時間Ｔｒ（＝１０ｍｓ）分だけ記憶回路７７に書き込む。

差分比較回路７８は波形比較時間Ａ１のタイミングで前回の波形比較時間Ａ０の受信信号と今回のＡ１での受信信号との差分を求め、波形比較時間Ａ２のタイミングでは前回の波形比較時間Ａ１での受信信号と今回のＡ２での受信信号との差分を求める。したがって、図４に示した例では、この波形比較時間Ａ１，Ａ３で、図に示すような差分信号が生じる。

差分比較回路７８は上記差分信号の強度が所定値以上であれば、そのタイミングで差分信号に変化を生じさせた起因である（閉塞または開口された）孔を特定する。

図４に示した例では、Ａ１で受信信号Ｓｒ１１がＡ０内での同じタイミングでの受信信号Ｓｒ１０に比べて信号強度が低下して、その差分信号Ｓｄ１が生じている。これは、受信信号Ｓｒ１０を生じさせていた開口状態の孔がＡ１のタイミングで閉塞されて、反射信号強度が低下したからである。また、Ａ３で受信信号Ｓｒ２３がＡ２内での同じタイミングでの受信信号Ｓｒ２２に比べて信号強度が低下して、その差分信号Ｓｄ２が生じている。これは、受信信号Ｓｒ２２を生じさせていた開口状態の孔がＡ３のタイミングで閉塞されて、反射信号強度が低下したからである。

このようにして、反射信号の発生／抑制が生じる幾つかの所定のタイミングは基本的にそれらの反射信号を生じさせる、または抑制する孔の位置に対応している。したがって、上記差分信号の発生タイミングに応じて、閉塞／開口操作された孔の位置を特定する。

なお、図４に示した例では、反射信号の数を少なくして（単純化して）表したが、開口状態の孔位置で反射した信号は超音波送受信器側へ戻る際に、再び他の開口状態の孔位置で反射（多重反射）する。これらの多重反射の信号は信号強度が低いが、受信信号にはこの多重反射の信号が重畳されることになる。

そこで、単に孔を閉塞／開口した時に生じる差分信号の発生タイミングからその閉塞／開口された孔の位置を特定するだけでなく、複数の孔のうちどの孔を閉塞した時にどのような反射信号が生じるかを予め求めておき、その波形とのパターンマッチングによって孔の閉塞／開口状態を検出するようにしてもよい。

《第２の実施形態》
図５は第２の実施形態に係る操作位置検出器で用いる管の孔位置部分の構成を示す断面図である。
図５（Ａ）の例では、管４０に形成した孔４１の外面側の孔周囲を覆う、変形可能なカバー４２を設けている。このカバー４２はたとえば軟質ゴムであり、操作者が指先で押下することによってカバー４２の内面が孔４１を閉塞するようになり、指先を離すことによって図５（Ａ）に示す状態に戻る。したがってカバー４２の変形によって孔４１付近の音響特性インピーダンスが変化し、カバー４２で孔４１を閉塞した状態で超音波信号が殆ど反射せず管内を透過し、カバー４２が図５（Ａ）に示したように持ち上がっている状態で超音波信号が孔４１部分で反射することになる。

このように孔４１の外面にカバー４２を設けることによって、孔から管内への塵埃の侵入を防止することができ、また外気流の侵入も防止して操作位置検出の安定性を高めることができる。

図５（Ｂ）の例では、管４０に形成した孔４１に対して開閉部材４３およびコイルバネ４４を取り付けている。この図５（Ｂ）に示した状態では、コイルバネ４４が開閉部材４３を管４０の外側方向へ押し上げるように作用しているので、孔４１は閉塞されている。この状態から操作者が指先で開閉部材４３を押下すれば、開閉部材４３の下端部Ｓが開口して孔４１付近の音響特性インピーダンスが変化する。
このようにして、通常は孔を閉塞状態とし、押下によって開口状態とすることができる。

《第３の実施形態》
図６は第３の実施形態に係る操作位置検出器を備えた電子楽器の構成を示す図である。管４０の側部に孔４１ａ〜４１ｅを備え、端部に超音波送受信器５０を備えている点は第１の実施形態で示した構成と同様である。信号処理部６０についても、その構成は図３に示したものと同様である。

この第３の実施形態では、出力装置としてスピーカ９１を備えている。信号処理部６０は操作者が操作することによって閉塞／開口される孔４１ａ〜４１ｅの状態によって所定音階の音を出力する。

これにより操作者が孔４１ａ〜４１ｅを塞ぐ操作によって演奏できる電子楽器として作用する。

《第４の実施形態》
図７は第４の実施形態に係る操作位置検出器を備えた入力装置の構成を示す図である。管４０の側部に孔４１ａ〜４１ｅを備え、端部に超音波送受信器５０を備えている点は第１の実施形態で示した構成と同様である。信号処理部６０についても、その構成は図３に示したものと同様である。

この例では出力装置としてパソコン９２を備え、信号処理部６０では孔４１ａ〜４１ｅのうち閉塞された孔に応じたキーコードを生成するとともに、そのキーコードに応じた文字・記号等を表示装置に表示する。

《第５の実施形態》
図８は第５の実施形態に係る操作位置検出器を備えたゲーム装置の構成を示す図である。管４０の側部に孔４１ａ〜４１ｅを備え、端部に超音波送受信器５０を備えている点は第１の実施形態で示した構成と同様である。信号処理部６０についても、その構成は図３に示したものと同様である。但し、この例では管４０の側部に孔４１ａ〜４１ｅを形成するとともに、各孔の近傍に各孔に対応する数字を記載している。

この例では、出力装置９３に表示部９４およびブザー９５を備えていて、信号処理部６０は出力装置９３に対して表示部９４への所定の表示を行うための処理、およびブザー９５を駆動するための処理を行う。

図９は図８に示した出力装置９３の処理内容を示すフローチャートである。出力装置９３は信号処理部６０から、どの孔が閉塞されたかを示すデータを受け取り、この図９に示す手順で処理を行う。すなわち、まず表示部９４に表示する問題をランダムに生成し、これを表示する（Ｓ１→Ｓ２）。そして操作者が操作するのを待って、いずれかの孔が閉塞されたなら、その孔に対応するキーコードを信号処理部６０から受け取り、正解であるか否かを判定する（Ｓ３→Ｓ４）。正解であれば正解用のパターンでブザー９５を駆動するとともに表示部９４に対して正解である旨の演出表示を行う（Ｓ５）。また不正解であれば不正解用のパターンでブザー９５を駆動するとともに表示部９４に対して不正解である旨の演出表示を行う（Ｓ６）。

《第６の実施形態》
図１０は第６の実施形態に係る操作位置検出器を備えたキーボードの構成を示す図である。操作者が操作するキーボードの操作部に相当する箇所には複数の管４０ａ〜４０ｄを備えていて、各管には、その側部に複数の孔４１を形成し、一方の端部に超音波送受信器５０ａ〜５０ｄを配置している。

信号処理部６１は、図３に示した操作位置検出部７０を管４０ａ〜４０ｄの数分備えたものである。この信号処理部６１はこれら複数の超音波送受信器５０ａ〜５０ｄを駆動するとともに受信信号の入力を行う。したがって信号処理部６１は管４０ａ〜４０ｄに形成された多数の孔４１の操作状態を検出するとともに、対応するキーコードをパソコン９２へ出力する。パソコン９２から信号処理部６１は通常のキーボードとして見えるので、パソコン９２は通常のキーボードの操作に応じた処理を行う。

《第７の実施形態》
図１１は第７の実施形態に係る操作位置検出器を備えたキーボードの構成を示す図である。操作者が操作するキーボードの操作部に相当する箇所には管４０を備えていて、管の側部に孔４１を形成し、一方の端部に超音波送受信器５０を配置している。

この例では、部分的にはＵ字型、全体としてはジグザグ状に屈曲させた管４０の側部に管に沿って複数の孔４１を形成している。

このような形状であっても、管４０の内部を伝搬する超音波の伝搬距離は管４０に沿って決定されるので、信号処理部６０は管４０が直管である場合と同様に処理できる。

このようにして単一の超音波送受信器５０を用いながらも複数の孔を縦横に配置することができる。

《第８の実施形態》
図１２は第８の実施形態に係る操作位置検出器を備えた電子玩具の構成を示す図である。この電子玩具は螺旋状に巻いた管４０を樽に見立てて、その樽の上面から首だけ突出させた人形（海賊）を救出するために挿入棒（短剣）４５を刺しながら樽の中のロープを切って人形（海賊）助け出す設定のゲームである。

この例では、管４０を螺旋状に形成するとともに、その側部に複数の孔４１を備え、一方の端部に超音波送受信器５０を備えている。他方の端部は開放端としてもよいし閉塞端としてもよい。この螺旋状に巻いた管４０の中心部には人形の形をした演出部材９６を配置していて、圧縮コイルバネを圧縮状態で係止部に係止させている。この係止部を解除する装置（ソレノイド）が信号処理部６０の出力装置である。

信号処理部６０は上記ソレノイドを駆動することによって上記係止部を解除して演出部材９６を飛び上がらせる。

操作者は挿入棒４５を用いて複数の孔４１のうち所定の孔内に押し込み、その孔を閉塞させる。信号処理部６０は、その閉塞された孔の特定を行い、予め定めた所定の孔が閉塞されたことを検知したとき、上記ソレノイドを駆動することによって演出部材９６を飛び上がらせる。

なお、以上に示した各実施形態では、超音波トランスデューサとして送受共用の超音波送受信器を設けたが、管の全長が短い場合には超音波送信器と超音波受信器を別に設けてもよい。

《第９の実施形態》
図１３は第９の実施形態に係る操作位置検出器およびその応用装置の信号処理部６０の構成を示すブロック図である。信号処理部６０は、管の操作位置を検出する基本的な操作位置検出部１７０と、その検出位置に応じておよび出力装置９０に応じて出力制御を行う出力制御部８０とを備えている。超音波送受信器５０及び出力装置９０の構成は、既に示した各実施形態のものと同様である。

操作位置検出部１７０において、前置回路７３は超音波送受信器５０の受信信号を周波数フィルタリングするとともに増幅する。Ａ／Ｄ変換器７４はその出力電圧をＡ／Ｄ変換する。

タイミング管理回路７６は送信パルス形成回路７１に対して送信パルストリガーを与える。送信パルス形成回路７１は、この送信パルストリガーによって超音波のバースト信号を発生して駆動回路７２へ出力する。

またタイミング管理回路７６はＡ／Ｄ値取得回路７５に対してＡ／Ｄ値取得トリガー信号を出力する。Ａ／Ｄ値取得回路７５はＡ／Ｄ値取得トリガーのタイミングでＡ／Ｄ変換器７４の制御を行うとともにそのディジタル値を取得する。

反射波タイミングパラメータメモリ８１は、受信信号のどのタイミング（受信タイミング）における振幅を検出するか、そのタイミングの情報を記憶したメモリである。振幅しきい値メモリ８２は、受信信号の各タイミングにおける反射波の有無を判定するためのしきい値を記憶したメモリである。孔位置特定回路８３は、受信信号の波形データを出力し、反射波タイミングパラメータメモリ８１に定められた各タイミングでの振幅を検出し、さらに、その振幅が有意な値であるか否か（すなわち反射波の有無）の判定を、振幅しきい値メモリ８２の値と比較することによって行う。そして、後述するように、判定対象である孔毎に予め定めた、各タイミングにおける反射波の有無のパターンによって、判定対象である孔の閉塞／開口状態を特定する。

出力制御部８０は、孔位置特定回路８３によって特定されたデータに応じて予め定めた処理を行い、その結果を出力装置９０へ出力する。

図１４は、第９の実施形態に係る操作位置検出器およびその応用装置の構成を示す図である。図１４（Ａ）において、操作位置検出器１００は、側部に孔４１ａ，４１ｂを有する管４０と、この管４０の端部に配置された超音波送受信器５０とを備えている。超音波送受信器５０には信号処理部６０を接続している。このように複数の孔を備え、端部に超音波送受信器５０を備えた管４０と、信号処理部６０とによって操作位置検出器１００を構成している。

図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）に示した管４０内を伝搬及び反射する超音波の経路について示す断面図である。管４０は、その長手方向に沿って孔４１ａ，４１ｂを備えた円筒管である。この管４０の左端は超音波送受信器５０を取り付けることによって閉塞している。右端も壁面によって閉塞している。

超音波は管４０の閉塞端と開口された孔の位置で反射するので、孔４１ａ，４１ｂの閉塞／開口状態に応じて、図中のｒ１〜ｒ８の経路で超音波の伝搬が生じる。勿論、その他の反射も生じるが、その反射波の振幅は非常に小さいので、無視できる。また、規定時間より遅れて受信されるので、無視できる。

図１５（Ａ）は、孔４１ａを指等で閉塞した状態での超音波の経路を示している。また、図１５（Ｂ）は、孔４１ｂを指等で閉塞した状態での超音波の経路を示している。

図１５（Ａ）のように、孔４１ａを指等で閉塞した状態では、孔４１ａの位置ａ１で超音波の反射が生じないので、図中太線で示すように、ｒ２，ｒ３，ｒ４，ｒ７，ｒ８の経路で超音波の伝搬が生じる。また、図１５（Ｂ）のように、孔４１ｂを指等で閉塞した状態では、孔４１ｂの位置ａ２で超音波の反射が生じないので、図中太線で示すように、ｒ１，ｒ３，ｒ５，ｒ６，ｒ８の経路で超音波の伝搬が生じる。

図１６は、図１３に示した操作位置検出部１７０の動作および処理のタイミング関係を示す図である。図中、期間Ｔｐは送信周期、期間Ｔｓはパターン判定に用いる期間である。

図１６・図１７において「送信パルス」は、図１３に示した送信パルス形成回路７１の出力信号、「受信信号」は、図１３に示したＡ／Ｄ変換器７４の出力値を波形として表したものである。

図１６中に受信信号（ｂ）として示したように、孔４１ａ，４１ｂが開口された状態では、図１４（Ｂ）に示した経路ｒ１〜ｒ８を辿った超音波の受信タイミングで反射波が生じる。

図１６中に受信信号（ｃ）として示したように、孔４１ａが閉塞、４１ｂが開口された状態では、図１５（Ａ）に示した経路ｒ２，ｒ３，ｒ４，ｒ７，ｒ８を辿った超音波の受信タイミングで反射波が生じる。

また、図１７中に受信信号（ｃ）として示したように、孔４１ａが開口、４１ｂが閉塞された状態では、図１５（Ｂ）に示した経路ｒ１，ｒ３，ｒ５，ｒ６，ｒ８を辿った超音波の受信タイミングで反射波が生じる。

このように、各孔の閉塞／開口状態に応じて反射波が現れるパターンが定まる。図１３に示した孔位置特定回路８３は上記パターンによって、どの孔が開口されているかを特定する。
図１６・図１７の例では、ｒ８の経路による反射波は必ず生じるので、ｒ８の経路による反射波の情報は用いていない。

なお、上述の例では、二つの孔４１ａ，４１ｂのいずれか一方が閉塞されているか、両方が開口されている場合について示したが、両方が閉塞されている場合には更に異なった反射波が生じるので、その状態を同様にして特定できる。さらに、３以上の孔が存在する場合についても同様に、各孔の閉塞／開口状態に応じてそれぞれ異なった反射波が生じるので、その状態を同様にして特定できる。

また、管の終端が開放端になっていてもよい。その開放端で超音波の反射が生じるので、同様の処理によって各孔の閉塞／開口状態が特定できる。但し、開放端より閉塞端の方が反射率が高いので、この第９の実施形態のように、端部での反射を利用する場合には終端を閉塞端とする方が望ましい。

《第１０の実施形態》
図１８（Ａ）は、第１０の実施形態に係る操作位置検出器で用いる管１４０の構造を示す図である。図１８（Ｂ）は、図１８（Ａ）に示した管１４０を用いた操作位置検出部の動作および処理のタイミング関係を示す図である。
第９の実施形態で示した管４０に比べて、超音波送受信器５０から最短位置の孔４１ａまでの距離Ｌが短い。この距離Ｌは、超音波送受信器５０の残響時間に相当する時間で超音波が伝搬する距離より短い。その他の構成は第９の実施形態と同様である。

図１６と図１８（Ｂ）とを対比すれば明らかなように、受信信号のうち、ｒ１の経路による反射波は超音波送受信器５０の残響時間に重なって、反射波として現れない。そのため、ｒ２〜ｒ７の経路による反射波についてパターン判定を行う。ｒ１の経路による反射波の有無は情報と抜けるが、その他の多くの経路による反射波の情報でパターンの判定が可能となる。

したがって、超音波送受信器５０から最短位置の孔４１ａまでの距離Ｌが短い管も利用できる。

Claims (8)

1. 操作者の操作によって選択的に閉塞または開口可能な複数の孔を側部に備える管と、
   前記管の端部に配置された超音波トランスデューサと、
   前記超音波トランスデューサを駆動して超音波信号を送信し、前記管内を伝搬して前記管内で反射する超音波反射信号を受信して受信信号を得るとともに、前記受信信号に基づいて、操作された孔の位置を検出する超音波信号処理手段と、
   を備えた操作位置検出器。
2. 前記管を複数本並列に配列するとともに、各管に前記超音波トランスデューサを配置し、前記超音波信号処理手段が各超音波トランスデューサによって超音波信号の送受信を行うとともに、各管における孔の操作位置を検出するようにした請求項１に記載の操作位置検出器。
3. 前記管をＵ字型またはジグザグ状に形成するとともに前記孔を縦横に配列した請求項１に記載の操作位置検出器。
4. 前記管を渦巻き状または螺旋状に形成するとともに前記孔を平面または曲面に拡がる範囲内に配置した請求項１に記載の操作位置検出器。
5. 前記孔に、当該孔の位置での管内径が孔形成位置以外の位置での管内径に対して変化し得るカバーを設けた請求項１〜４のいずれかに記載の操作位置検出器。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の操作位置検出器を備え、且つ検出された前記孔の位置に応じて、各孔に対応付けられた音階の音を発生する手段を備えた、操作位置検出器応用装置。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載の操作位置検出器を備え、且つ検出された前記孔の位置に応じて、各孔に対応付けられたキーコードを発生する手段を備えた操作位置検出器応用装置。
8. 請求項１〜５のいずれかに記載の操作位置検出器を備え、且つ検出された前記孔の位置に応じて、各孔に対応付けられた正解・不正解を表す演出出力を行う手段を備えた操作位置検出器応用装置。

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