專利名稱：操作位置檢測器及其應(yīng)用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過超聲波信號的發(fā)送和接收來檢測操作位置的操作位置檢測器及 其應(yīng)用裝置。
背景技術(shù)：
通過超聲波信號的發(fā)送和接收來檢測物體的位置的裝置，基本上是根據(jù)從超聲波 信號的發(fā)送至接收在物體處發(fā)生的反射波的時間差來測定距離的。特別是在專利文獻(xiàn)1中 披露的物體檢測裝置采用了傳輸超聲波的傳輸管。圖1為在專利文獻(xiàn)1中所示的公路物體檢測裝置的超聲波發(fā)送接收單元的剖面 圖。該超聲波發(fā)送接收單元具有筒狀傳輸管10，在該傳輸管的一端固定超聲波發(fā)送體20， 并封閉傳輸管10的另一端。從發(fā)送體20發(fā)出的超聲波在傳輸管10的內(nèi)部傳播并通過開 口 30(1) 30(10)以及喇叭31(1) 31(10)輻射至外部，來自物體的反射波再次射入并 在傳輸管10內(nèi)傳播后返回發(fā)送體20。這樣，通過與發(fā)送體20相連的回路，根據(jù)從上述超聲波信號的發(fā)送至接收的時間 差，求出與物體之間的距離。專利文獻(xiàn)1 特開平10-96769號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)課題本發(fā)明并非計量與物體之間的距離，而是無需使用電子開關(guān)等就能檢測操作者例 如通過指尖進(jìn)行操作的操作位置。在專利文獻(xiàn)1中所示的超聲波發(fā)送接收單元中，并不能 讀取操作者的操作位置。本發(fā)明的目的在于提供利用傳輸超聲波信號的管來檢測操作者的操作位置的操 作位置檢測裝置。解決上述課題的技術(shù)方案本發(fā)明的操作位置檢測器設(shè)有管，所述管在側(cè)部設(shè)有通過操作者的操作可選擇 地封閉或打開的多個孔；設(shè)置在上述管的端部的超聲波轉(zhuǎn)換器；超聲波信號處理裝置，該 裝置驅(qū)動上述超聲波轉(zhuǎn)換器以發(fā)送超聲波信號，接收在上述管內(nèi)傳輸并在上述管內(nèi)反射的 超聲波反射信號以便獲得接收信號，同時，根據(jù)上述接收信號，檢測被操作的孔的位置。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在打開狀態(tài)下的孔部分，管內(nèi)的氣體濃度不連續(xù)，因傳輸路徑的音頻 特性阻抗的不匹配產(chǎn)生超聲波信號的反射，從而通過從超聲波發(fā)送接收器發(fā)送超聲波信號 至接收反射波的時間差能夠檢測其產(chǎn)生反射的孔的位置。由于上述多個孔可以通過操作者 的操作可選擇地封閉或打開，因此，無需將超聲波信號輻射至管外，就能檢測操作者的操作 位置。(2)在使上述管例如多根并排設(shè)置的同時，在各根管上設(shè)置上述超聲波轉(zhuǎn)換器，上 述超聲波信號處理裝置通過各個超聲波轉(zhuǎn)換器進(jìn)行超聲信號的發(fā)送和接收的同時，檢測各
3根管中的孔的操作位置。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠縱橫布置多個孔，從而能夠構(gòu)成檢測在二維平面上的操作位置 的操作位置檢測裝置。(3)以U字型或曲折狀形成上述管，同時，縱橫布置上述孔。因此，能夠以單一的超聲波發(fā)送接收器小型化、低成本地構(gòu)成操作位置檢測裝置。(4)上述管以渦流狀或螺旋狀形成，且將孔布置在平面或曲面擴(kuò)展的范圍內(nèi)。因此，能夠設(shè)置各種方式分布的孔來檢測操作者的操作位置。(5)在上述孔處，可以設(shè)置能使該孔位置的管內(nèi)徑相對于孔形成位置以外的位置 處的管內(nèi)徑產(chǎn)生變化的蓋子。因此，能夠防止灰塵從孔侵入管內(nèi)，另外，能夠防止外部氣流侵入以提高操作位置 檢測的穩(wěn)定性。(6)本發(fā)明的操作位置檢測器應(yīng)用裝置設(shè)有上述各種操作位置檢測器，并且，設(shè)有 對應(yīng)于被檢測出的上述孔的位置而發(fā)出與各個孔對應(yīng)的音階的聲音的裝置。因此，能夠用作與操作者操作對應(yīng)的音階上產(chǎn)生聲音的電子樂器。(7)另外，本發(fā)明的操作位置檢測器應(yīng)用裝置設(shè)有上述各種操作位置檢測器，并 且，設(shè)有對應(yīng)于被檢測出的上述孔的位置而產(chǎn)生與各個孔對應(yīng)的鍵值的裝置。因此，能夠用作輸入文字 記號等的鍵盤。(8)本發(fā)明的操作位置檢測器應(yīng)用裝置設(shè)有上述操作位置檢測器，并且，設(shè)有對應(yīng) 于被檢測出的上述孔的位置而輸出與各個孔對應(yīng)的表示答案正確或答案錯誤的表演的裝置。通過該結(jié)構(gòu)，用作操作者例如以回答問題的形式進(jìn)行操作，并比較其得分多少的 比賽等的電子玩具。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，在打開狀態(tài)下的孔部分，管內(nèi)的氣體濃度不連續(xù)，因傳輸路徑的音頻 特性阻抗的不匹配產(chǎn)生超聲波信號的反射，從而通過從超聲波發(fā)送接收器發(fā)送超聲波信號 至接收反射波的時間差能夠檢測其產(chǎn)生反射的孔的位置。由于上述多個孔通過操作者的 操作可選擇地封閉或打開，因此，無需將超聲波信號輻射至管外，就能檢測操作者的操作位置。


圖1顯示了專利文獻(xiàn)1所示的物體檢測裝置的結(jié)構(gòu)。圖2顯示了第一實施方式的操作位置檢測器及其應(yīng)用裝置的結(jié)構(gòu)。圖3為框圖，其顯示了該操作位置檢測部的信號處理部的結(jié)構(gòu)。圖4為操作位置檢測部中各個部分的波形圖。圖5顯示了第2實施方式的操作位置檢測器中孔部分的結(jié)構(gòu)。圖6顯示了第3實施方式的操作位置檢測器及作為其應(yīng)用裝置的電子樂器的結(jié) 構(gòu)。圖7顯示了第4實施方式的操作位置檢測器及作為其應(yīng)用裝置的輸入裝置的結(jié) 構(gòu)。
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圖8顯示了第5實施方式的操作位置檢測器及作為其應(yīng)用裝置的游戲裝置的結(jié) 構(gòu)。圖9顯示了該應(yīng)用裝置的輸出裝置的處理順序。圖10顯示了第6實施方式的操作位置檢測器及作為其應(yīng)用裝置的鍵盤的結(jié)構(gòu)。圖11顯示了第7實施方式的操作位置檢測器及作為其應(yīng)用裝置的鍵盤的結(jié)構(gòu)。圖12顯示了第8實施方式的操作位置檢測器及作為其應(yīng)用裝置的電子玩具的結(jié) 構(gòu)。圖13顯示了第9實施方式的操作位置檢測器及作為其應(yīng)用裝置的信號處理部的 框圖。圖14顯示了第9實施方式的操作位置檢測器及其應(yīng)用裝置的結(jié)構(gòu)。圖15顯示了在通過手指等堵住孔41a，41b中任意一個孔的狀態(tài)下的超聲波的路徑。圖16顯示了圖13所示的操作位置檢測部170的動作以及處理的時間關(guān)系。圖17也顯示了圖13所示的操作位置檢測部170的動作以及處理的時間關(guān)系。圖18顯示了第10實施方式的操作位置檢測器所使用的管的結(jié)構(gòu)以及反射波的例子。符號說明40，140—管41—孔42—蓋子43—開閉部件44 一螺旋彈簧45—插入棒50—超聲波發(fā)送接收器60，61—信號處理部70，170—操作位置檢測部80—輸出控制部90，93—輸出裝置91 一擴(kuò)音器92—個人電腦94 一顯示部95—蜂鳴器96—表演部件100—操作位置檢測器rl r8 路徑發(fā)明的最佳實施方式第1實施方式圖2顯示了涉及第一實施方式的操作位置檢測器及其應(yīng)用裝置的結(jié)構(gòu)。在圖2 (A) 中，操作位置檢測器100設(shè)有在側(cè)部具有多個孔41a 41e的管40，布置在該管40的端部并相當(dāng)于本發(fā)明的超聲波轉(zhuǎn)換器的超聲波發(fā)送接收器50。使信號處理部60與超聲波發(fā)送 接收器50相連。這樣，就由設(shè)置有多個孔并在端部設(shè)有超聲波發(fā)送接收器50的管40、以及 信號處理部60構(gòu)成了操作位置檢測器100。信號處理部60檢測設(shè)置在管40上的孔41a 41e的開閉狀態(tài)，并向輸出裝置90 輸出與其對應(yīng)的信號。輸出裝置90根據(jù)使用操作位置檢測器100的目的進(jìn)行規(guī)定的輸出。 通過該輸出裝置90和操作位置檢測器100構(gòu)成操作位置檢測器應(yīng)用裝置。圖2(B)為剖面圖，其顯示了在圖2(A)中所示的管40的結(jié)構(gòu)。管40為沿其縱向 設(shè)有孔41a，41b 的長度為500m左右的管，在不彎曲使用的狀態(tài)下，例如可采用丙烯樹 脂管等剛性管。該管40的兩端處，一端的開口通過安裝超聲波發(fā)送接收器50來封閉，而另一端的 開口仍作為開放端。此時，若考慮操作者通過手指F按壓堵塞孔41a的狀態(tài)，則從超聲波發(fā)送接收器50 發(fā)送的超聲波信號經(jīng)過孔41a附近繼續(xù)往前傳輸而不發(fā)生特別變化，在打開的孔41b附近 反射。對于其它打開的孔而言，也會反射，進(jìn)而在管40的開放端也反射，并使這些反射信號 返回超聲波發(fā)送接收器50。產(chǎn)生上述反射的原因在于管內(nèi)的音頻特性阻抗在打開的孔41部分會產(chǎn)生不連
續(xù)變化。另外，即使在不打開而是封閉管40終端的情況下，仍會在其短路端發(fā)生反射。圖3為框圖，其顯示了在圖2(A)中所示的信號處理部60的具體結(jié)構(gòu)例。信號處 理部60設(shè)有檢測管的操作位置的基本操作位置檢測部70、根據(jù)其檢測出的位置以及根據(jù) 輸出裝置90進(jìn)行輸出控制的輸出控制部80。在操作位置檢測部70中，前置回路73在對超聲波發(fā)送接收器50的接收信號進(jìn)行 頻率過濾的同時，使其增幅。A/D轉(zhuǎn)換器74對其輸出電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。定時控制回路76對發(fā)送脈沖形成回路71提供發(fā)送脈沖觸發(fā)。發(fā)送脈沖形成回路 71通過該發(fā)送脈沖觸發(fā)產(chǎn)生超聲波的脈沖信號并將其輸送至驅(qū)動回路72。定時控制回路76對A/D值獲取回路75輸出A/D值獲取觸發(fā)信號。A/D值獲取回 路75在A/D值獲取觸發(fā)時進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換器74的控制，同時，獲取其數(shù)字值。存儲回路77為用于在對各接收信號進(jìn)行相互比較時存儲過去的波形信息的存儲 器。該存儲回路77存儲A/D值獲取回路75獲得的值。另外，將已存儲的內(nèi)容輸送至差分 比較回路78。差分比較回路78為運(yùn)算回路，其用于累計存儲在存儲回路77中的波形和從A/D 值獲取回路75輸出的波形每一取樣值下的差分(絕對值)?？孜恢么_定回路79用于確定在差分比較回路78的運(yùn)算結(jié)果超過預(yù)先設(shè)定的域值 時，在該時刻使差分信號產(chǎn)生變化(被封閉或者打開)的孔。輸出控制部80根據(jù)由孔位置確定回路79確定的數(shù)據(jù)(在圖2(A)所示的例子中， 表示5個孔41a 41e中各個孔的開閉狀態(tài)的數(shù)據(jù))進(jìn)行預(yù)定的處理，并向輸出裝置90輸 出其結(jié)果。該輸出控制以及輸出裝置的具體例子將由下面的其它例子說明。圖4顯示了在圖3中所示的操作位置檢測部70的動作以及處理的定時關(guān)系。在圖4中，“發(fā)送脈沖”表示圖3所示的發(fā)送脈沖形成回路71的輸出信號，“接收
6信號”以波形表示圖3所示的A/D轉(zhuǎn)換器74的輸出值，“差分信號”以波形表示圖3所示的 差分比較回路78的差分值。在該例子中，每隔發(fā)送周期Tp( = 300ms)，向監(jiān)視區(qū)發(fā)送超聲波信號。反射波的接 收信號僅是將波形比較時間Tr( = 10ms)內(nèi)的信號寫入存儲回路77中。差分比較回路78在波形比較時間A1的時刻求出前次波形比較時間AO的接收信 號與這次的A1的接收信號的差分，在波形比較時間A2的時刻求出前次波形比較時間A1的 接收信號與這次的A2的接收信號的差分。因此，在圖4所示的例子中，在該波形比較時間 A1，A3，產(chǎn)生圖示的差分信號。如果上述差分信號的強(qiáng)度在規(guī)定值以上，則差分比較回路78確定出在該時刻使 差分信號產(chǎn)生變化的起因的(被封閉或者打開)孔。在圖4所示的例子中，在A1的接收信號Srll與在AO內(nèi)在相同時刻的接收信號 SrlO相比，信號強(qiáng)度降低，產(chǎn)生差分信號Sdl。其原因在于產(chǎn)生接收信號SrlO的處于開口 狀態(tài)的孔在A1時刻被封閉，從而反射信號強(qiáng)度降低。另外，在A3的接收信號Sr23與在A2 內(nèi)在相同時刻的接收信號Sr22相比，信號強(qiáng)度降低，從而產(chǎn)生差分信號Sd2。其原因在于 產(chǎn)生接收信號Sr22的處于開口狀態(tài)的孔在A3時刻被封閉，從而反射信號強(qiáng)度降低。這樣，產(chǎn)生反射信號的發(fā)生/抑制的幾個規(guī)定時刻基本上與產(chǎn)生或抑制那些反射 信號的孔的位置相對應(yīng)。因此，根據(jù)上述差分信號的發(fā)生時刻，來確定被封閉/開口操作的 孔的位置。在圖4所示的例子中，以較少反射信號數(shù)量(簡單化)的情況來舉例，但是，在處 于開口狀態(tài)的孔位置反射的信號向超聲波發(fā)送接收器側(cè)返回時，會再次在其它處于開口狀 態(tài)的孔位置處反射(多重反射)。雖然這些多重反射的信號的強(qiáng)度較低，但是，該多重反射 的信號卻會重疊在接收信號上。因此，除了單純根據(jù)在封閉或者打開孔時產(chǎn)生的差分信號的發(fā)生時刻來確定所述 被封閉或者打開的孔的位置，而且，還可以預(yù)先求出在封閉哪個孔時會產(chǎn)生哪樣的反射信 號，并通過與其波形的圖形匹配，檢測孔的封閉或者打開狀態(tài)。第2實施方式圖5為剖面圖，其顯示了第二實施方式的操作位置檢測器使用的管的孔位置部分 的結(jié)構(gòu)。在圖5㈧的例子中，設(shè)置覆蓋在管40上的孔41外表面?zhèn)鹊目字車目梢宰冃蔚?蓋子42。該蓋子42例如可以采用軟質(zhì)橡膠，通過操作者指尖按壓，蓋子42的內(nèi)表面可以封 閉孔41，移開指尖就使其恢復(fù)至圖5(A)所示的狀態(tài)。因此，通過蓋子42的變形，孔41附近 的音頻特性阻抗發(fā)生變化，在由蓋子42封閉孔41的狀態(tài)下，超聲波信號幾乎不會反射而在 管內(nèi)通過，在蓋子42如圖5(A)所示鼓起的狀態(tài)下，超聲波信號在孔41部分反射。這樣，通過在孔41的外表面設(shè)置蓋子42，能夠防止灰塵從孔侵入管內(nèi)，另外，還能 夠防止外部氣流的侵入，從而能夠提高操作位置檢測的穩(wěn)定性。在圖5(B)的例子中，對管40上的孔41安裝開閉部件43以及螺旋彈簧44。在該 圖5 (B)所示的狀態(tài)下，由于螺旋彈簧44向管40的外側(cè)方向推升開閉部件43，因此，封閉了 孔41。若從該狀態(tài)，操作者利用指尖按壓開閉部件43，則開閉部件43的下端部S打開，從 而孔41附近的音頻特性阻抗發(fā)生變化。
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這樣，通常使孔處于封閉狀態(tài)，通過按下則能夠使其形成打開狀態(tài)。第3實施方式圖6顯示了第3實施方式的設(shè)有操作位置檢測器的電子樂器的結(jié)構(gòu)。在管40的 側(cè)部設(shè)置孔41a 41e并在端部設(shè)置超聲波發(fā)送接收器50，這一點與第1實施方式所示的 結(jié)構(gòu)相同。信號處理部60的結(jié)構(gòu)也與圖3所示的結(jié)構(gòu)相同。在該第3實施方式中，將擴(kuò)音器91作為輸出裝置。信號處理部60根據(jù)通過操作 者操作而被封閉或者打開的孔41a 41e的狀態(tài)，輸出規(guī)定音階的聲音。以此方式，能夠制成操作者通過堵住孔41a 41e來演奏的電子樂器。第4實施方式圖7顯示了第4實施方式的設(shè)有操作位置檢測器的輸入裝置的結(jié)構(gòu)。在管40的 側(cè)部設(shè)置孔41a 41e并在端部設(shè)置超聲波發(fā)送接收器50，這一點與第1實施方式所示的 結(jié)構(gòu)相同。信號處理部60的結(jié)構(gòu)也與圖3所示的結(jié)構(gòu)相同。在該例子中，設(shè)置個人電腦92作為輸出裝置，在信號處理部60中產(chǎn)生與孔41a 41e中被封閉的孔對應(yīng)的鍵碼，同時，在顯示裝置中顯示與該鍵碼對應(yīng)的文字 記號等。第5實施方式圖8顯示了第5實施方式的設(shè)有操作位置檢測器的游戲裝置的結(jié)構(gòu)。在管40的 側(cè)部設(shè)有孔41a 41e并在端部設(shè)置超聲波發(fā)送接收器50，這一點與第1實施方式所示的 結(jié)構(gòu)相同。信號處理部60的結(jié)構(gòu)也與圖3所示的結(jié)構(gòu)相同。但是，在該例子中，在管40的 側(cè)部形成孔41a 41e的同時，在各個孔的附近記載有與各個孔對應(yīng)的數(shù)字。在該例子中，在輸出裝置93上設(shè)有顯示部94以及蜂鳴器95，信號處理部60針對 輸出裝置93，進(jìn)行使顯示部94作規(guī)定顯示的處理以及驅(qū)動蜂鳴器95的處理。圖9為流程圖，其顯示了圖8所示的輸出裝置93的處理內(nèi)容。輸出裝置93從信 號處理部60接收封閉哪一個孔的數(shù)據(jù)，并以該圖9所示的順序進(jìn)行處理。即，首先，隨機(jī)生 成在顯示部94中顯示的問題，并對其進(jìn)行顯示(SI —S2)。之后，等待操作者進(jìn)行操作，如 果封閉其中某個孔，則從信號處理部60接收與該孔對應(yīng)的鍵碼，并判斷其是否為正確答案 (S3 — S4)。若為正確答案，則以正確答案用的圖形驅(qū)動蜂鳴器95，同時，對顯示部94進(jìn)行 表示其答案正確的表演顯示(S5)。若答案錯誤，則以錯誤答案用的圖形驅(qū)動蜂鳴器95，同 時，對顯示部94進(jìn)行表示其答案錯誤的表演顯示(S6)。第6實施方式圖10顯示了第6實施方式的設(shè)有操作位置檢測器的鍵盤的結(jié)構(gòu)。在與操作者操 作的鍵盤的操作部相當(dāng)?shù)奈恢锰幵O(shè)有多根管40a 40d，在各根管中，在其側(cè)部形成多個孔 41，在一側(cè)端部設(shè)置超聲波發(fā)送接收器50a 50d。信號操作部61中，根據(jù)管40a 40d的根數(shù)設(shè)置有相應(yīng)數(shù)目的圖3所示的操作位 置檢測部70。該信號操作部61在驅(qū)動這些超聲波發(fā)送接收器50a 50d的同時，進(jìn)行接收 信號的輸入。因此，信號處理部61檢測形成在管40a 40d上的多個孔41的操作狀態(tài)，同 時，向個人電腦92輸出對應(yīng)的鍵碼。由于個人電腦92可以將信號處理部61視為通常的鍵 盤，因此，個人電腦92進(jìn)行與通常的鍵盤操作相應(yīng)的處理。第7實施方式圖11顯示了第7實施方式的設(shè)有操作位置檢測器的鍵盤的結(jié)構(gòu)。在與操作者操作的鍵盤的操作部相當(dāng)?shù)奈恢锰幵O(shè)置管40，在管的側(cè)部形成孔41，在一側(cè)端部設(shè)置超聲波 發(fā)送接收器50。在該例子中，在局部呈U字型、整體以曲折狀彎曲的管40的側(cè)部，沿管形成多個孔 41。即使采用這種形狀，仍能由管40確定超聲波在管40內(nèi)部的傳輸距離，因此，信號 處理部60能夠以與管40為直管時相同的方式進(jìn)行處理。這樣，在采用單一超聲波發(fā)送接收器50的同時，能夠縱橫布置多個孔。第8實施方式圖12顯示了第8實施方式的設(shè)有操作位置檢測器的電子玩具的結(jié)構(gòu)。該電子玩 具是使以螺旋狀盤繞的管40形成條桶狀，游戲的玩法是，為了從該桶的上面救出僅露出頭 部的玩偶(海盜)，一邊刺入插入棒(短劍)45，一邊切斷桶中的繩子救出玩偶(海盜)。在該例子中，在以螺旋狀形成管40的同時，在其側(cè)部設(shè)置多個孔41，在一側(cè)端部 設(shè)置超聲波發(fā)送接收器50。另一側(cè)端部可以為開放端，也可以為封閉端。在該以螺旋狀卷 繞的管40的中心部設(shè)置玩偶形狀的表演部件96，并在壓縮狀態(tài)下將壓縮螺旋彈簧緊固在 緊固部上。解除該緊固部的裝置(螺線管)為信號處理部60的輸出裝置。通過信號處理部60驅(qū)動上述螺線管，能夠解除上述緊固部以使表演部件96彈起。操作者利用插入棒45推入多個孔41中的規(guī)定孔內(nèi)，并封閉該孔。信號處理部60 確定被封閉的孔且檢測到規(guī)定孔被封閉時，通過驅(qū)動上述螺線管，使表演部件96彈起。在以上所示的各個實施例中，作為超聲波轉(zhuǎn)換器，采用了發(fā)送和接收共用的超聲 波發(fā)送接收器，但是，在管的全長較短的情況下，也可以分別設(shè)置超聲波發(fā)送器和超聲波接 收器。第9實施方式圖13為框圖，其顯示了第9實施方式的操作位置檢測器及其應(yīng)用裝置的信號處理 部60的結(jié)構(gòu)。信號處理部60設(shè)有檢測管的操作位置的基本操作位置檢測部170、對應(yīng)該檢 測位置以及對應(yīng)輸出裝置90進(jìn)行輸出控制的輸出控制部80。超聲波發(fā)送接收器50以及輸 出裝置90的結(jié)構(gòu)與已給出的各個實施例均相同。在操作位置檢測部170中，前置回路73在對超聲波發(fā)送接收器50的接收信號進(jìn) 行頻率過濾的同時，使其增幅。A/D轉(zhuǎn)換器74對其輸出電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。定時控制回路76對發(fā)送脈沖形成回路71提供發(fā)送脈沖觸發(fā)。發(fā)送脈沖形成回路 71通過該發(fā)送脈沖觸發(fā)產(chǎn)生超聲波的脈沖信號并向驅(qū)動回路72輸出。定時控制回路76對A/D值獲取回路75輸出A/D值獲取觸發(fā)信號。A/D值獲取回 路75在A/D值獲取觸發(fā)的時刻進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換器74的控制，同時，獲取其數(shù)字值。反射波定時參數(shù)存儲器81存儲關(guān)于接收信號的振幅被檢測到的時刻(接收時刻) 的信息。振幅的域值存儲器82存儲用于判定接收信號在各個時刻有無反射波的域值?？?位置確定回路83輸出接收信號的波形數(shù)據(jù)，檢測在由反射波定時參數(shù)存儲器81確定的各 個時刻的振幅，進(jìn)而，通過與振幅域值存儲器82的值相比較，判定其振幅是否為有意義值 (即，有無反射波)。之后，如后所述，通過對每個作為判定對象的孔預(yù)定的、在各個時刻有 無反射波的圖形，來確定作為判定對象的孔的封閉/打開狀態(tài)。輸出控制部80根據(jù)由孔位置確定回路80確定的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)定的處理，并向輸出裝置90輸出其結(jié)果。圖14顯示了第9實施方式的操作位置檢測器及其應(yīng)用裝置的結(jié)構(gòu)。在圖14(A) 中，操作位置檢測器100設(shè)有在側(cè)部具有孔41a，41b的管40，設(shè)置在該管40端部的超聲波 發(fā)送接收器50。信號處理部60與超聲波發(fā)送接收器50相連。這樣，由設(shè)置多個孔并在端 部設(shè)有超聲波發(fā)送接收器50的管40、以及信號處理部60，構(gòu)成操作位置檢測器100。圖14⑶為剖面圖，其顯示了在圖14(A)所示的在管40內(nèi)傳輸及反射的超聲波的 路徑。管40為沿其縱向設(shè)有孔41a，41b的圓筒管。該管40的左端通過裝配超聲波發(fā)送接 收器50而封閉。右端也通過壁面封閉。由于超聲波在管40的封閉端和打開的孔的位置處反射，因此，對應(yīng)孔41a，41b的 封閉/打開狀態(tài)，超聲波以圖中rl r8的路徑傳輸。不言而喻，雖然會產(chǎn)生其它的反射， 但是，由于其反射波的振幅非常小，因此，可以忽略不計。另外，由于滯后于規(guī)定時間接收， 因此，可以忽略不計。圖15(A)顯示了在通過手指等堵住孔41a的狀態(tài)下的超聲波的路徑。圖15⑶顯 示了在通過手指等堵住孔41b的狀態(tài)下的超聲波的路徑。如圖15㈧所示，由于在通過手指等堵住孔41a的狀態(tài)下，在孔41a的位置al處不 會發(fā)生超聲波的反射，因此，如圖中粗線所示，超聲波以r2，r3, r4, r7, r8的路徑傳輸。另 外，如圖15(B)所示，由于在通過手指等堵住孔41b的狀態(tài)下，在孔41b的位置a2處不會發(fā) 生超聲波的反射，因此，如圖中粗線所示，超聲波以rl，r3, r5, r6, r8的路徑傳輸。圖16顯示了圖13所示的操作位置檢測部170的動作以及處理的時間關(guān)系。圖中， 時段Tp為發(fā)送周期，時段Ts為用于圖形判定的時段。在圖16、圖17中，“發(fā)送脈沖”表示圖13所示的發(fā)送脈沖形成回路71的輸出信號， “接收信號”將圖13所示的A/D轉(zhuǎn)換器74的輸出值表示成波形。在圖16中，如作為接收信號(b)所示的那樣，在打開孔41a，41b的狀態(tài)下，在沿圖 14(B)所示的路徑rl r8傳輸?shù)某暡ǖ慕邮諘r刻產(chǎn)生反射波。在圖16中，如作為接收信號(c)所示的那樣，在封閉孔41a并打開孔41b的狀態(tài) 下，在沿圖15(A)所示的路徑r2，r3, r4, r7, r8傳輸?shù)某暡ǖ慕邮諘r刻產(chǎn)生反射波。在圖17中，如作為接收信號(c)所示的那樣，在打開孔41a并封閉孔41b的狀態(tài) 下，在沿圖15(B)所示的路徑1~1，1~3，1~5，1~6，1~8傳輸?shù)某暡ǖ慕邮諘r刻產(chǎn)生反射波。這樣，對應(yīng)各個孔的封閉/打開狀態(tài)，出現(xiàn)反射波的圖形就確定了。圖13所示的 孔位置確定回路83通過上述圖形，確定哪個孔是打開的。在圖16、圖17的例子中，由于必然會產(chǎn)生r8路徑的反射波，因此，不使用由r8路 徑形成的反射波的信息。另外，在上述例子中，顯示了封閉兩個孔41a，41b中任意一個或打開兩個孔的情 況，而在同時封閉兩個孔的情況下，會產(chǎn)生更加不同的反射波，因此，能夠以相同的方式確 定其狀態(tài)。進(jìn)而，對于存在3個以上孔的情況而言，同樣，由于對應(yīng)各個孔的封閉/打開狀 態(tài)分別產(chǎn)生不同的反射波，因此，能夠同樣地確定其狀態(tài)。另外，管的終端可以形成開放端。由于在其開放端會產(chǎn)生超聲波的反射，因此，能 夠通過同樣的處理來確定各個孔的封閉/打開狀態(tài)。但是，由于封閉端部的反射率高于開 放端，因此，如第9實施方式那樣，在利用端部反射的情況下，最好其終端形成封閉端。
10
第10實施方式圖18(A)顯示了第10實施方式的操作位置檢測器中使用的管140的結(jié)構(gòu)。圖 18(B)顯示了使用圖18(A)所示的管140的操作位置檢測部的動作以及處理的時間關(guān)系。與第9實施方式的管40相比，從超聲波發(fā)送接收器50至最近位置的孔41a的距 離L較短。該距離L比超聲波在與超聲波發(fā)送接收器50的混響時間相當(dāng)?shù)臅r間內(nèi)傳輸?shù)?距離短。其它結(jié)構(gòu)與第9實施方式相同。對比圖16和圖18B可以得知，接收信號中由rl的路徑產(chǎn)生的反射波與超聲波發(fā) 送接收器50的混響時間重合，從而不會作為反射波出現(xiàn)。因此，針對由r2 r7的路徑形 成的反射波進(jìn)行圖形判斷。雖然缺少了由rl的路徑產(chǎn)生的反射波有無的信息，但是，可以 通過由其它多個路徑形成的反射波的信息進(jìn)行圖形的判定。因此，也可以使用從超聲波發(fā)送接收器50至最近位置的孔41a的距離L較短的管。
權(quán)利要求
操作位置檢測器，其設(shè)有管，所述管在側(cè)部設(shè)有通過操作者的操作可選擇地封閉或打開的多個孔；設(shè)置在上述管的端部的超聲波轉(zhuǎn)換器；超聲波信號處理裝置，該裝置驅(qū)動上述超聲波轉(zhuǎn)換器以發(fā)送超聲波信號，接收在上述管內(nèi)傳輸并在上述管內(nèi)反射的超聲波反射信號以便獲得接收信號，同時，根據(jù)上述接收信號，檢測被操作的孔的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作位置檢測器，其中在使上述管多根并排設(shè)置的同時，在 各根管上設(shè)置上述超聲波轉(zhuǎn)換器，上述超聲波信號處理裝置通過各個超聲波轉(zhuǎn)換器進(jìn)行超 聲波信號的發(fā)送和接收的同時，檢測各根管中的孔的操作位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作位置檢測器，其中以U字型或曲折狀形成上述管，同 時，縱橫布置上述孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作位置檢測器，其中以渦流狀或螺旋狀形成上述管，同 時，在平面或曲面擴(kuò)展范圍內(nèi)布置上述孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任意一項所述的操作位置檢測器，其中在上述孔處，設(shè)置能 使該孔位置的管內(nèi)徑相對于孔形成位置以外的位置處的管內(nèi)徑產(chǎn)生變化的蓋子。
6.操作位置檢測器應(yīng)用裝置，其設(shè)有在權(quán)利要求1 5任意一項所述的操作位置檢測 器，并且，設(shè)有對應(yīng)于被檢測出的上述孔的位置而發(fā)出與各個孔對應(yīng)的音階的聲音的裝置。
7.操作位置檢測器應(yīng)用裝置，其設(shè)有在權(quán)利要求1 5任意一項所述的操作位置檢測 器，并且，設(shè)有對應(yīng)于被檢測出的上述孔的位置而產(chǎn)生與各個孔對應(yīng)的鍵值的裝置。
8.操作位置檢測器應(yīng)用裝置，其設(shè)有在權(quán)利要求1 5任意一項所述的操作位置檢測 器，并且，設(shè)有對應(yīng)于被檢測出的上述孔的位置而輸出與各個孔對應(yīng)的表示答案正確或答 案錯誤的表演的裝置。全文摘要
提供一種操作位置檢測裝置及其應(yīng)用裝置，設(shè)置傳輸超聲波信號的管，無需使用電氣開關(guān)，就能檢測操作者的操作位置。在管(40)的側(cè)部設(shè)置通過操作者的操作可選擇地封閉或打開的多個孔(41a～41e)，在一側(cè)端部設(shè)置超聲波發(fā)送接收器(50)。信號處理部(60)驅(qū)動超聲波發(fā)送接收器(50)以使超聲波信號在管(40)的內(nèi)部傳輸，接收與孔(41a～41e)的封閉/打開狀態(tài)相對應(yīng)的反射信號，以該反射信號為基礎(chǔ)檢測各個孔的狀態(tài)，從而檢測操作者的操作位置。
文檔編號G01B17/00GK101855513SQ20088011623
公開日2010年10月6日 申請日期2008年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月12日
發(fā)明者中谷和義, 前田祐樹 申請人:株式會社村田制作所