JPH0741038Y2

JPH0741038Y2 - 鍵盤センサ

Info

Publication number: JPH0741038Y2
Application number: JP1186088U
Authority: JP
Inventors: 保敏兼子; 隆玉木
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1988-01-29
Filing date: 1988-01-29
Publication date: 1995-09-20
Anticipated expiration: 2003-01-29
Also published as: JPH01115797U

Description

【考案の詳細な説明】この考案は自動演奏ピアノにあって鍵に取着したエンコ
ーダプレートのスリットパターンに基づいて異なる信号
を出力するホトカプラにより鍵の動きを検出する鍵盤セ
ンサに関し、１のエンコーダプレートに2^N個のスリット
パターンを形成するとともに、該１のエンコーダプレー
トに対してＮ個のホトカプラを配設することにより、鍵
盤センサとしての鍵の動作に対する検出精度を向上させ
たものである。

（従来の技術）従来この種の自動演奏ピアノとしては、例えば第９図に
示すようなものが知られていた。

同図において、この自動演奏ピアノは、複数の鍵101
と、該鍵101の運動に基づきハンマ103及びダンパ105を
それぞれ駆動する鍵機構107と、ハンマ103により打弦さ
れる弦109と、を有するピアノ本体に、コントローラ113
を内蔵させたものである。そして、該コントローラ113
はハンマ103の軌道上に配設された複数のセンサ115と、
該鍵101に力を付与するソレノイド117とに接続されてい
た。

かかる構成の自動演奏ピアノは記録モードと再生モード
とで機能し、記録モード時には、演奏者の鍵操作により
ハンマ103が打弦するときにハンマ103の運動をその軌道
上に配設した複数のセンサ115で検出し、該検出結果に
基づきハンマ103の回動速度を算出してハンマ103の打弦
力を推定していた。

このようにしてハンマ103の打弦力が推定されると、こ
の打弦力は打弦情報として操作された鍵101を特定する
鍵情報等とともにコントローラ113の記憶部に保持さ
れ、演奏の終了まで上記動作が繰り返される。

次に、自動演奏ピアノが再生モードに設定されると、コ
ントローラ113は鍵情報に基づき駆動すべき鍵101を特定
し、該鍵101に対応して設けられているソレノイド117を
励磁して鍵101に所定の力を付与する。このとき、ソレ
ノイド117から鍵101に付与される力は、ハンマ103に打
弦情報で表されている大きさの打弦力を発生させる大き
さなので、ハンマ103は記録モード時と同一の打弦力を
発生し、かかるハンマ103の連続的な運動により記録モ
ード時と同一の演奏が再生される。

従って、このような従来の自動演奏ピアノにあっては、
ハンマ103の運動速度を直接センサ115で検出して打弦力
に関する情報を形成していたため、当初から自動演奏機
能を備えるべく、ピアノの製造段階でハンマ103の位
置、大きさ等から決定される軌道上にセンサ115を配設
するならば、僅かな工程の増加で自動演奏ピアノを構成
することができる。

しかしながら、既に製造されたピアノに自動演奏機能を
付与しようとする場合には、ピアノの鍵機構107、ハン
マ103の大きさ、その取付位置等が製造メーカ毎に異な
っており、さらには同じ製造メーカでもピアノの型式で
これらが異なることもあるので、ハンマ103の軌道も一
様ではない。従って、かかる既存のピアノにハンマ103
の運動速度を検出するためのセンサ115を取付ようとす
ると、ハンマ103の取付位置、その大きさ等を確認した
上でセンサ115の位置、その取付方法を個別に設計しな
ければならず、既存のピアノの自動演奏装置化に多額の
費用と大規模な工事が必要になるという問題点があっ
た。

ここで、ピアノ等の鍵盤楽器では押鍵により鍵101に力
を付与すると、鍵101はこの付与された力に対応した速
度で運動し、この鍵101の運動は鍵機構107の運動を惹起
して鍵101に付与された力をハンマ103に伝達するもので
ある。

ハンマ103はこのようにして打弦するものであるところ
から、その打弦力は鍵101の運動速度を検出することに
より推定することができる。しかも、この鍵101の取付
構造はピアノの製造メーカ、ピアノの型式の如何に拘ら
ずほぼ一定である。特に、鍵101の筬中119から筬前121
までの支持構造は全ての鍵101においてほぼ一定の構造
をなしている。よって、センサ115の取付位置、取付構
造を事前に設計することは可能である。

そこで、当該鍵101の動きを検出する鍵盤センサ115を、
鍵盤筬の筬中119と筬前121との間の棚板123上にセンサ
ユニットとして配設することが考えられる。

ところが、この場合にあっては、当該筬中119と筬前121
との間の空間は狭いため、センサユニット自体も薄く小
さく構成しなければならない。

しかしながら、従来の鍵盤センサ115としては、鍵101に
１枚のエンコーダプレートを取着し、このプレートに１
個のスリットパターンを形成したものが知られている。
そして、このエンコーダプレート（シャッタ）の両側に
はホトカプラの発光素子と受光素子とが対向して配設さ
れている。従って、従来のこの種の鍵盤センサ115にあ
っては、２点間におけるシャッタの通過速度を測定して
いた。

すなわち、１個のエンコーダプレートには１個のスリッ
トパターンしか形成されておらず、結局、１個のエンコ
ーダプレートに対応しては１個のホトカプラしか設けら
れていなかったため、そのセンシング精度を向上させ
て、色々な鍵101の動きを、例えばスタッカート、深い
ピアニッシモ等を検出しようとすると、当該狭い空間に
エンコーダプレートとホトカプラとを複数対配設する必
要があった。

（考案が解決しようとする問題点）しかしながら、このような従来の鍵盤センサにあって
は、上述したように、１個のエンコーダプレートに対応
しては１個のホトカプラしか設けられていなかったた
め、狭い空間に配設しなければならない鍵盤センサとし
て、その鍵の複雑な動きに対してのセンシング精度を高
めるには不適当であるという問題点が生じていた。

（問題点を解決するための手段）そこで、この考案は、上下方向に揺動自在に設けられた
鍵と、前記鍵に固着された遮光部材と、この遮光部材が
その光路に出没可能に配設されるとともに、該遮光部材
がその光路を遮光するか透光するかに応じて異なる検出
信号を出力する第１および第２の光センサとを備えた鍵
盤センサであって、前記遮光部材は前記第１の光センサ
に対応して設けられた第１の透光部および前記第２の光
センサに対応して設けられた第２の透光部を有し、前記
第１の透光部は鍵の揺動に応じて前記第１の光センサの
検出信号が変化する第１および第２の縁部を有し、前記
第２の透光部は前記第１の光センサの光路が前記第１の
縁部にあるときと前記第２の縁部にあるときとで前記第
２の光センサの検出信号を異ならせるように設けられ、
さらに、前記第１の光センサの検出信号が変化したとき
の前記第２の光センサの検出信号に応じてアップあるい
はダウンするカウンタを備えた鍵盤センサを提供するこ
とにより、上記問題点を解決することをその目的として
いる。

（作用）この考案に係る鍵盤センサにあっては、鍵が揺動する
と、第１および第２の光センサの光路に遮光部材が出没
する。これにより、第１および第２の光センサの光路は
第１および第２の透光部によって透光される。ここで、
透光部材が所定方向に動くと、第１の透光部は第１の縁
部を通過して第１の光センサの光路に達する。その際、
第２の光センサの検出信号は所定の状態になる。一方、
遮光部材が上記所定方向の反対方向に動くと、第１の透
光部は第２の縁部を通過して第１の光センサの光路に達
する。その際、第２の光センサの検出信号は上記所定の
状態とは異なる状態になる。カウンタは、第１の光セン
サの検出信号が変化したときの第２の光センサの検出信
号に応じてアップあるいはダウンするから、カウンタの
計数結果は鍵の位置に対応する値になり、その計数結果
の変化速度は鍵の速度に対応する値になる。

なお、第１および第２の光センサとしては、ホトインタ
ラプタ、ホトリフレクタ等が適用される。

（実施例の前提）次に、本実施例の前提となる構成を図面に基づいて説明
する。

第１図〜第３図は本考案に係るピアノ自動演奏装置の鍵
盤センサの第１前提例を示している。

第１図において、１は棚板を示しており、この棚板１の
上の鍵盤筬の筬中３にはバランスキーピン５を介して鍵
７が上下方向に揺動自在に支持されている。鍵７の下方
で筬中３と筬前９との間の棚板１の上方に画成された偏
平な空間11には鍵駆動ユニット13が配設されている。

この鍵駆動ユニット13は、第２図に詳示するように、コ
の字形のケース15と、このケース15に支持された複数の
電磁アクチュエータ17と、を有している。電磁アクチュ
エータ17により揺動レバ19を介して鍵７を上下動させる
（駆動する）ものである。

すなわち、揺動レバ19はケース15にフレンジ21を介して
上下動自在に支持されており、その揺動レバ19の一端を
電磁アクチュエータ17の電磁プランジャの先端が突き上
げるものである。また、揺動レバ19の他端はフォーク状
に形成されて鍵７の下面に突出した板状のフック23の水
平片25に上方から係合している。

また、この空間11で鍵駆動ユニット13の前方にはセンサ
ユニット27が配設されている。

このセンサユニット27は鍵７の上下動を検出して図示し
ていないコントロールユニット（CPU）に検出信号を出
力するものである。

センサユニット27の構成は、鍵７の下面に固着されて下
方に向かって突出したフック23の下端に連続的に形成し
たエンコーダプレート（シャッタ）29が、一対のホトカ
プラ31、33の光路に対して出没自在に設けられている。
すなわち、エンコーダプレート29には、第３図に示すよ
うに、その幅方向に一対のスリットパターン（窓）35、
37が上下にずれて段違いに形成されている。この段違い
のスリットパターン35、37の位置に対応してケース39の
スリット41の両側面には発光素子と受光素子とからなる
上記一対のホトカプラ31、33が配設されている。すなわ
ち、一方のホトカプラ31の光路には一方のスリットパタ
ーン（窓）35が通過するように、他方のホトカプラ33の
光路は他方のスリットパターン（窓）37が通過可能に構
成されている。

すなわち、上記２個のホトカプラ31、33のそれぞれに対
応して（Ｎ＝２）、上記エンコーダプレート29にはその
上下方向（鍵７の動き方向）に沿って2²＝４個のスリッ
トパターン35、37が形成されているのである。

以上の構成に係る鍵盤センサにあっては、押鍵操作によ
り鍵７が下降すると、シャッタ29も下降して各窓35、37
がそれぞれホトカプラ31、33の光路を横切ることとな
る。この結果、ホトカプラ31、33はその光路がシャッタ
29によって遮断されると、例えばOFF信号を、窓35、37
を通って光が受光素子に到達するとON信号を出力する。
また、非押鍵状態（離鍵時）ではシャッタ29は上限位置
にあって、各ホトカプラ31、33の光路を遮断している。

そして、鍵７の動きに従ってこれらのホトカプラ31、33
は全体としてスリットパターン（窓）35、37に基づいて
下記の別表に示すような異なる４種類の信号を出力する
こととなる。

この別表にあって、鍵７は第４位置が最も高く、第１位
置は最も低く位置していることとなる。

そして、これらの出力信号の組み合わせに基づいてコン
トローラは、鍵７がどの位置にあるか、各位置間を動く
に要した時間（押鍵速度）を演算することによって、鍵
７の動き方向、その速度、さらに、そのタッチ等を検出
するものである。例えば鍵７が上昇したのか下降したの
か、或は、深いピアニッシモ、浅いタッチ、スタッカー
ト、浅い位置での連打、深い位置での連打、か否か等を
検出、判別することができる。

なお、上記ホトカプラ31、33にあっては、少なくとも受
光側を２ヶ所で受けることとし、シャッタ29には分解能
に必要な隙間を設ける。実用上は0.5mm以上とする。シ
ャッタ29の隙間は各列毎にその分解能に応じた段差をつ
けるが、その段差がないときは一方のホトカプラ31と他
方のホトカプラ33との間に段差をつけるものとする。

第４図及び第５図は本考案に係る自動演奏ピアノの鍵盤
センサの第２前提例を示している。

これらの図に示すように、この前提例にあっては、鍵に
垂下されたエンコーダプレート（シャッタ）51にその幅
方向に並んで大きさの異なる３つの窓（スリット）53、
55、57を並設したものである。これらの３つの窓53、5
5、57はそれぞれの高さ位置が異なり、しかも、その窓5
3、55、57の幅は同一であるが、その高さ自体は各列で
は異なる構成である。

一方、これらの窓53、55、57の各列に対応して３個のホ
トカプラ61、63、65が所定位置に固定されている。すな
わち、所定部位に固定された受光素子と発光素子とから
なる各ホトカプラ61、63、65の各光路に、各窓53、55、
57は移動可能に配設されているのである。

そして、窓53はエンコーダプレート51の高さ方向（プレ
ート51の動く方向）に等間隔に４個配列されている。窓
55は同方向に沿って２個、窓57は１個、それぞれ配設、
形成されている。従って、これらの３列の窓53、55、57
によって、エンコーダプレート51にはその高さ方向に沿
って８個の異なる信号が出力可能となっている。

換言すると、当該鍵盤センサにあっては、鍵に対してそ
の高さ方向に８の位置を検出することができるのであ
る。上記スリットパターンの構成に係るエンコーダプレ
ート51により鍵の上下動に対応してその高さ位置を第１
から第８迄の８位置について検出することが可能となっ
ている。

第５図は各ホトカプラからの出力信号に基づいてコント
ローラにその鍵の位置を示す信号を出力する信号処理回
路を示している。

すなわち、各ホトカプラ61、63、65の各出力は第１〜第
８のアンド回路71、72、73、74、75、76、77、78に直接
に又はインバータを介して入力され、これらのアンド回
路71、72、73、74、75、76、77、78の各出力は第１〜第
８のフリップフロップ回路81、82、83、84、85、86、8
7、88の各セット端子にそれぞれ入力されている。

そして、第１〜第８のフリップフロップ回路81、82、8
3、84、85、86、87、88の各リセット端子には、それぞ
れ、第２〜第１のアンド回路72、73、74、75、76、77、
78、71の各出力が入力されている。すなわち、第１のフ
リップフロップ回路81のリセット端子には第２のアンド
回路72の出力が、第２のフリップフロップ回路82のリセ
ット端子には第３のアンド回路73の出力が、第３のフリ
ップフロップ回路83のリセット端子には第４のアンド回
路74の出力が、第４のフリップフロップ回路84について
は第５のアンド回路75の出力が、第５のフリップフロッ
プ回路85には第６のアンド回路76の出力が、第６のフリ
ップフロップ回路86には第７のアンド回路77の出力が、
第７のフリップフロップ回路87には第８のアンド回路78
の出力が、さらに、第８のフリップフロップ回路88には
第１のアンド回路71の出力が、それぞれ、入力されてい
るのである。

以上の構成による第２前提例にあっては、本考案におけ
るＮ＝３のときを示し、３個のホトカプラ61、63、65に
対して３つの窓53、55、57を所定のパターン（2³＝８個
のスリットパターンを）で１枚のエンコーダプレート51
に形成することにより、鍵の上下動に対して８位置を検
出することができる。鍵盤センサとしてのセンシング精
度を高めることができるのである。８通りの組み合わせ
の出力によりコントローラは鍵のタッチ等をより正確に
検出することが可能となるのである。

（実施例）次に、本考案の一実施例を第６図〜第８図を参照し説明
する。

この実施例は、上記第１前提例と同様に２個のホトカプ
ラ（Ｎ＝２）についてのものである。

この実施例にあっては、第６図に示すように、鍵に取着
される１枚のエンコーダプレート91に２個のホトカプラ
92、93に対応して２列の窓94、95を上下方向に複数個互
い違いに等間隔おいて形成したものである。すなわち、
図示のように、窓95の下縁部に対応する位置においては
窓94が形成されているのに対し、窓95の上縁部に対応す
る位置においては窓は形成されていない。

第７図に示すように、これらのホトカプラ92、93からは
カウントアップパルス発生器96、カウントダウンパルス
発生器97、のそれぞれに信号が入力されており、これら
の発生器96、97からはそれぞれカウンタ98に信号が入力
されている。カウンタ98により位置情報に変換するもの
である。

第８図はホトカプラ92、93、パルス発生器96、97の各出
力波形、及び、カウンタ98のカウント値をそれぞれ示し
ている。図において最初に鍵７は最も高い位置にあり、
カウンタ98のカウント値は「０」になている。また、ホ
トカプラ92、93の光路は、エンコーダプレート91の下端
部によって遮光されているため、これらホトカプラの出
力信号は“0"になっている。ここで、鍵７が押下される
と、まず窓94によってホトカプラ92の光路が透光され、
ホトカプラ92の検出信号が“1"になる。さらに鍵７が押
下されると、窓95の下縁部がホトカプラ98に達し、ホト
カプラ93の検出信号が“1"に立ち上がる。この時点では
ホトカプラ92の検出信号は“1"であるから、カウントア
ップパルス発生器96によってカウントダウンパルスが発
生され、カウンタ98のカウント値は「１」だけインクリ
メントされ、「１」になる。

さらに鍵７が押下されると、窓94、95の上縁部がホトカ
プラ92、93の光路に順次到達するから、これらホトカプ
ラ92、93の検出信号は順次“0"になる。以後、同様に、
鍵７が押下されてゆくと、ホトカプラ93の検出信号が立
ち上がる際にホトカプラ92の検出信号は“1"になってい
るから、カウントアップパルスが順次出力され、カウン
タ98のカウント値は、図示のように、「２」、「３」に
インクリメントされてゆく。

次に、ホトカプラ92の光路が下から４段目の窓94によっ
て透光状態になった後、鍵７が離鍵されると、エンコー
ダプレート91は上方向に移動し、下から３段目の窓95の
上縁部はホトカプラ93の光路に達する。これにより、ホ
トカプラ93の検出信号は“1"に立ち上がる。しかし、こ
の時点では、下から３段目の窓94の上縁部は未だホトカ
プラ92の光路に達していない。従って、カウントダウン
パルス発生器97からカウントダウンパルスが出力され、
これによってカウンタ98のカウント値は「２」にデクリ
メントされる。

このように、本実施例にあっては、カウンタ98のカウン
ト値によって、エンコーダプレート91の位置すなわち鍵
７の押鍵深さが表される。また、カウント値の変化する
速度は鍵７の押鍵速度（または離鍵速度）に対応するも
のになる。

この第３実施例にあっては、エンコーダプレート91のス
リット（窓）の数は決まっているため、カウンタ98のカ
ウント値が決まった範囲を越えたときは、カウント値を
境界値に訂正することにより、電源ON時等のエラーによ
る誤差を修正することができ、リセット回路は不必要と
なっている。カウンタのオーバフロー又はアンダフロー
によりリセット回路を不必要とするものである。

（効果）以上説明したように、本考案によれば、第１の光センサ
の光路が第１の縁部にあるときと第２の縁部にあるとき
とで第２の光センサの検出信号を異ならせるから、鍵の
移動方向を正確に検出することができる。また、その結
果に応じてカウンタをアップあるいはダウンさせるか
ら、鍵の複雑な動きに対して正確なセンシングを行うこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る自動演奏ピアノの鍵盤センサの第
１前提例を示すその側面図、第２図は本考案の第１前提例に係るセンサユニットを示
すその分解斜視図、第３図は第１前提例に係るエンコーダプレートを示すそ
の正面図、第４図は本考案の第２前提例に係るエンコーダプレート
を示すその正面図、第５図は第２前提例に係るエンコーダ回路を示す回路
図、第６図は本考案の一実施例に係るエンコーダプレートを
示すその正面図、第７図は一実施例に係る信号処理回路を示すブロック
図、第８図は一実施例に係る信号処理回路の波形図、第９図は従来の自動演奏ピアノの鍵駆動部を示すその側
面図である。７……鍵、27……センサユニット、29……エンコーダプ
レート、31、33……ホトカプラ、35、37……窓（スリッ
トパターン）、92、93……ホトカプラ（第１および第２
の光センサ）、94、95……窓（第１および第２の透光
部）、96……カウントアップパルス発生器、97……カウ
ントダウンパルス発生器、98……カウンタ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】上下方向に揺動自在に設けられた鍵と、前記鍵に固着された遮光部材と、この遮光部材がその光路に出没可能に配設されるととも
に、該遮光部材がその光路を遮光するか透光するかに応
じて異なる検出信号を出力する第１および第２の光セン
サとを備えた鍵盤センサであって、前記遮光部材は前記第１の光センサに対応して設けられ
た第１の透光部および前記第２の光センサに対応して設
けられた第２の透光部を有し、前記第１の透光部は鍵の
揺動に応じて前記第１の光センサの検出信号が変化する
第１および第２の縁部を有し、前記第２の透光部は前記
第１の光センサの光路が前記第１の縁部にあるときと前
記第２の縁部にあるときとで前記第２の光センサの検出
信号を異ならせるように設けられ、さらに、前記第１の光センサの検出信号が変化したときの前記第
２の光センサの検出信号に応じてアップあるいはダウン
するカウンタを備えた鍵盤センサ。