(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに近接して配置されるとともに、発光手段と受光手段との間にあって互いに異なるビームを横断する複数の移動体の各々を、それぞれ検出する光センサであって、
発光手段からの出射光を異なる受光手段に入射するように複数のビームに分割する、または、異なる発光手段から出射されたビームの複数を受光手段に入射するように光路を合成する光路変更手段と、
前記ビームの断面形状の縦横の長さを異ならせる調整手段と
を設け、前記移動体が前記ビームの断面の長手方向と同一方向を横断するように構成したことを特徴とする光センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の光センサにおいて、前記ビームの断面形状が矩形であることを特徴とする光センサ。
【請求項３】
請求項１記載の光センサにおいて、前記発光手段は、放射状に光を出射することを特徴とする光センサ。
【請求項４】
請求項３記載の光センサにおいて、
前記調整手段は、前記発光手段による出射光を入射し断面楕円形状にして出射する半円柱状の第１レンズと、
前記第１レンズからの出射光を略平行光にする第２レンズと
を含むことを特徴とする光センサ。
【請求項５】
請求項４記載の光センサにおいて、
前記光路変更手段は、前記ビームの断面形状が矩形となるように、前記第２レンズによる略平行光を分割する反射面を有する
ことを特徴とする光センサ。
【請求項６】
請求項１記載の光センサにおいて、
前記光路変更手段は、
発光手段からの出射光を異なる受光手段に入射するように複数のビームに分割する光路分割手段と、異なる発光手段から出射されたビームの複数を受光手段に入射するように光路を合成する光路分割手段とを有し、
略直線状に配列する複数の移動体の横断位置の左右に、前記光路分割手段および前記光路合成手段をそれぞれ交互に配置し、
隣り合う二つの移動体の横断位置の間に位置する光路分割手段は、当該二つの移動体に対応するように、発光手段から出射されたビームを分割し、
隣り合う二つの移動体の横断位置の間に位置する光路合成手段は、当該二つの移動体に対応するビームが受光手段に入射するように光路を合成する
ことを特徴とする光センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば消音ピアノや自動演奏ピアノなどの鍵の位置検出に用いて好適な光センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、消音演奏が可能な消音ピアノが知られている。このような消音ピアノは、押鍵してもハンマシャンクによる打弦を阻止する機構を備えており、打弦による演奏の代わりに、鍵やハンマの動作をセンサにより検出して、押鍵に対応した音高、発音タイミングおよび音量を有する楽音を電子的に発生する。そして、演奏者は、このようにして発生した楽音を、例えばヘッドホン等により聴くことによって、近隣者に迷惑を掛けずに演奏の練習を行うことができる。
【０００３】
ところで、上記のような消音ピアノでは、鍵やハンマの動作のタイミングと動作速度が検出される。鍵等の動作タイミングを検出するための技術としては、鍵等に設けたシャッタにより動作中の２点を検出するのが一般的である。この場合、２点の検出タイミングに基づいて動作速度を算出することができる。しかし、これだけでは、各点が検出されるまでの微妙な鍵等の動作を検出することは不可能であり、楽音を忠実に再現することが困難である。このため、さらに多数点を検出することも考えられるが、その場合、製造コストが上昇する上、もしそのようにしても、たとえば、鍵が戻り切らないうちに再度押鍵するような演奏法が採られた場合等には、やはり楽音の再現性に問題が残ってしまう。
【０００４】
このような事情から、実際の演奏に忠実な楽音を電子的に発生させるために、鍵等の経時的な位置変化を連続的に検出する技術が開発されている。従来、この位置変化を検出する技術としては、次のものが知られている。
▲１▼  米国特許第５，００１，３３９号明細書に開示されているように、鍵に設けたシャッタでフォトインタラプタの光軸を横断させ、フォトインタラプタのフォトトランジスタに入射する光の量の変化により鍵の位置変化を連続的に検出する。
▲２▼  特開平６−１３８８７０号公報および特開平６−１４９２３３号公報に開示されているように、ペダル等の検出対象物をグレイスケールによって測定し、グレイスケールで測定される経時的な濃淡変化を検出対象物の動作として検出する。
▲３▼  特開平４−７５０９６号公報に開示されているように、フォトリフレクタを鍵の下側に設け、フォトリフレクタに鍵が接近・離間する際の反射光の経時的な強弱変化を検出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの手段では、それぞれ次のような問題があった。
まず▲１▼の手段では、シャッタで遮った光の量に対応するフォトトランジスタに入射する光の量の変化から鍵の位置変化を検出しようとするのであるが、鍵の動作可能な範囲に比べると、一般に市販されているフォトインタラプタのビーム径は極めて小さい。したがって、この場合には、たとえばシャッタに孔を多数形成し、多数点の検出を併用する等しなければ、鍵の動作範囲全体にわたって、鍵の位置検出をするのは不可能である。このため、シャッタ形状を工夫しなければならなかった。また、一般のフォトインタラプタのビームは、円形の断面形状であるから、単純なシャッタ形状では、ビームを遮るシャッタの変位と、フォトトランジスタに入射する光の量は線形関係にならない。このような線形関係を得るためにも、シャッタ形状を工夫しなければならなかった。
【０００６】
▲２▼の手段では、グレイスケールの取り付け精度により、検出精度が左右され、信頼性の高い検出結果を得ることが困難である。
▲３▼の手段では、鍵に設けた反射面の形状や面精度により、検出精度が左右される上、場合により、鍵からの反射光の強弱が、鍵の変位に対応しないこともあり、信頼性の高い検出結果が常に得られるとは限らない。
【０００７】
このように前記のいずれの手段においても、検出精度は満足できるものではなく、しかもいずれも、製造コストが高いという欠点があった。
【０００８】
この発明は、前記の事情を考慮してなされたものであり、移動体の経時的な挙動やその速度を高い精度で検出することが可能であり、廉価に製造可能な光センサを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の光センサにあっては、互いに近接して配置されるとともに、発光手段と受光手段との間にあって互いに異なるビームを横断する複数の移動体の各々を、それぞれ検出する光センサであって、発光手段からの出射光を異なる受光手段に入射するように複数のビームに分割する、または、異なる発光手段から出射されたビームの複数を受光手段に入射するように光路を合成する光路変更手段と、前記ビームの断面形状の縦横の長さを異ならせる調整手段とを設け、前記移動体が前記ビームの断面の長手方向と同一方向を横断するように構成したことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の光センサにあっては、請求項１に記載の構成において、前記ビームの断面形状が矩形であることを特徴としている。
請求項３に記載の光センサにあっては、請求項１記載の構成において、前記発光手段は、放射状に光を出射することを特徴としている。
請求項４に記載の光センサにあっては、請求項３記載の構成において、前記調整手段は、前記発光手段による出射光を入射し断面楕円形状にして出射する半円柱状の第１レンズと、前記第１レンズからの出射光を略平行光にする第２レンズとを含むことを特徴としている。
【００１１】
請求項５に記載の光センサにあっては、請求項４記載の構成において、前記光路変更手段は、前記ビームの断面形状が矩形となるように、前記第２レンズによる略平行光を分割する反射面を有することを特徴としている。
【００１２】
請求項６に記載の光センサにあっては、請求項１記載の構成において、前記光路変更手段は、発光手段からの出射光を異なる受光手段に入射するように複数のビームに分割する光路分割手段と、異なる発光手段から出射されたビームの複数を受光手段に入射するように光路を合成する光路分割手段とを有し、略直線状に配列する複数の移動体の横断位置の左右に、前記光路分割手段および前記光路合成手段をそれぞれ交互に配置し、隣り合う二つの移動体の横断位置の間に位置する光路分割手段は、当該二つの移動体に対応するように、発光手段から出射されたビームを分割し、隣り合う二つの移動体の横断位置の間に位置する光路合成手段は、当該二つの移動体に対応するビームが受光手段に入射するように光路を合成することを特徴としている。
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、調整手段がビームの断面形状の縦横の長さを異ならせる。これにより、縦横の長さが異なるビームが得られる。そして、このビームの断面の長手方向と同一方向を移動体が横断するので、ビームの断面形状が円のものに比して、移動体の変位と光量の変位の関係を線形に近づけることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、例えばビームの外側部分をカットすることにより、ビームの断面形状が矩形にされる、これにより移動体の変位と、ビームの光量の変位の関係をより線形に近づけることができる。
また、請求項３に記載の発明によれば、発光手段から離れるほどビームの断面積が増大するので、移動体が横断する位置におけるビームの断面を拡大することが可能となり、移動体の位置検出が可能な範囲を広くすることができると共に、移動体の経時的な位置の変化やその速度を高い精度で検出することができる。
さらに、請求項４に記載の発明によれば、ビームが平行光とされるので、移動体の取付け位置に依らず、移動体の位置に対するビームの光量を一定とすることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、ビームは断面矩形であって平行光とされるので、より高精度の検出が可能となる。
【００１６】
さらに、請求項６に記載の発明によれば、光路分割手段で、発光手段からのビームが二つの方向に分割されるとともに、光路合成手段で、二つの方向からのビームを一つの受光手段の方向に入射するように光路合成されるので、発光手段および受光手段の個数を削減することができる。これにより製造コストを低減することが可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
１：実施形態の構成
以下、図面を参照してこの発明の一実施形態について説明する。本実施形態の光センサは、消音ピアノの鍵の動作タイミングおよび速度を求めるために用いられる光ファイバセンサである。ただし、後述のように、鍵により作動されるハンマの動作タイミングおよび速度を求めるために用いてもよい。
【００１９】
１−１：キーの構成
まず、図１は実施形態に係る光ファイバセンサを備えた消音ピアノの一つの鍵の構成を示す側面図である。この図に示すように、鍵３２１は、押鍵により中筬２９のバランスピン２９ａを中心にして、ピン２８ａをガイドとして図の二点鎖線で示すエンド位置まで反時計回りに回動するようになっている。そして、離鍵すると、鍵３２１は、実線で示されるレスト位置まで復帰するようになっている。このような構成は、ピアノの８８鍵のそれぞれに対して同一である。
【００２０】
一方、鍵３２１の前筬２８と中筬２９の間の自由端付近の下（裏面）側には、矩形板のシャッタ３０が、鍵３２１の長手方向と平行に取り付けられている。シャッタ３０の近傍には、光ファイバセンサ３１が配置されている。光ファイバセンサ３１は、棚板３３に取り付けられた箱状の支持基板４０上に固定されている。
【００２１】
１−２：光ファイバセンサの概略構成
図２は、光ファイバセンサ３１の構成を示す下面図であり、図３は、その側面図である。これらの図を参照し、まず、光ファイバセンサ３１の構成の概略を説明する。なお、図３は、図１と上下が逆にされている。図２には、隣接する３つの鍵の動作を検出する３組の光ファイバセンサ３１が示されている。符号４１は、支持基板４０に形成された長孔であり、長孔４１内では、前記のシャッタ３０が上下（紙面の垂直方向）に移動可能になされている。各光ファイバセンサ３１は、発光側の光ファイバ４２から、長孔４１付近つまりシャッタ３０が横断可能な区域を通過して、受光側の光ファイバ４７に至る光路５０を有している。
【００２２】
発光側の光ファイバ４２および受光側の光ファイバ４７は、共にアクリルにフッ素樹脂をコーティングして形成された同質のものである。発光側の光ファイバ４２の図示しない端部には、発光ダイオードが接続され、これにより一定輝度のビームが光ファイバ４２内を伝播させられる。また、受光側の光ファイバ４７の図示しない端部には、フォトダイオードが接続され、光ファイバ４７から出射した光の強度に対応した大きさの電圧を出力するようになっている。これらの発光ダイオードおよびフォトダイオードは、支持基板４０の外面に取り付けられた基板４０ａ（図１参照）上に取り付けられている。
【００２３】
符号４３，４８は、ファイバサポートである。ファイバサポート４３，４８は、発光側の光ファイバ４２または受光側の光ファイバ４７を支持基板４０上に固定するものであり、光ファイバ４２，４７と同質のアクリルからなる。各ファイバサポート４３または４８には、嵌合孔が形成され、ここに光ファイバ４２または４７が挿入されて接着されている。なお、図３において、符号４３ａは、ファイバサポート４３の底面に一体成形され、支持基板４０に嵌合される凸部である。同様の凸部は、受光側のファイバサポート４８にも形成されている。
【００２４】
また、長孔４１，４１の間には、センサヘッド４５，４６が配置されている。センサヘッド４５，４６は、共にアクリルから形成された同形、同大のものであり、斜面を反射面４５ｂ，４６ｂとする直角二等辺三角形柱状をなすプリズム体をその反射面４５ｂ，４６ｂが互いに直角をなすように一体化し、これらプリズム体どうしが連続する面に凸面をなすレンズ４５ａ，４６ａが形成されて構成されている。
なお、図３において、符号４５ｄは、センサヘッド４５に一体成形されたベースであり、このベース４５ｄは支持基板４０に嵌合される凸部４５ｅを有する。図２では、簡略化のため、ベース４５ｄは省略されている。同様のベースは、受光側センサヘッド４６にも形成されている。
【００２５】
１−３：発光側のファイバサポートおよびセンサヘッドの構成
次に、図４を参照し、発光側のファイバサポート４３およびセンサヘッド４５の構成を詳細に説明する。図４において、（Ａ）は下面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。図４に示すように、ファイバサポート４３には、光ファイバ４２から出射したビームを屈折させる凸レンズである発光側レンズ４４が一体に突設されている。この発光側レンズ４４は、ほぼ半円柱状であり、これにより縦方向と横方向とで光の屈折の様子が異なっている。
【００２６】
すなわち、（Ａ）に示すように、光ファイバ４２の端面からビームが放射状に出射されるが、横方向においては、レンズ４４が半円状の断面であるために、光ファイバ４２から放射されたビームが収束するように屈折され、センサヘッド４５に到達した時のビームの横方向の長さは、あまり大きくならない。これに対して、（Ｂ）に示すように、縦方向においては、レンズ４４が矩形断面であるために、センサヘッド４５に到達した時のビームの縦方向の長さはより大きくなる。したがって、光ファイバ４２の端面から出射した断面円形のビームは、レンズ４４から出射して、センサヘッド４５に到達するときに、（Ｃ）に符号５１で示すような縦長の楕円形の断面形状となる。
【００２７】
このようにして発光側レンズ４４で断面楕円形になるように拡大されたビームは、センサヘッド４５で側方に向けて反射させられる。この場合において、一つのビームが、センサヘッド４５の前記の二つの反射面４５ｂによって二つに分割され、センサヘッド４５の両側に向けて出射させられる。なお、センサヘッド４５には、発光側レンズ４４から放射するビームを平行光にして、反射面４５ｂに向かわせるレンズ４５ａが一体に形成されている。これにより、センサヘッド４５から出射するビームも平行光となる。
【００２８】
（Ｃ）に示すように、センサヘッド４５は、正面視して、ビームの断面形状５１にほぼ内接する矩形状である。したがって、レンズ４５ａに入射して来る符号５１で示す楕円形状のビームのうち、発光側センサヘッド４５の正面断面より外側の部分はカットされて、反射面４５ｂには到達せず、両側の出射面４５ｃから出射するビームは、それぞれ片方の反射面４５ｂを正面に投影したのと断面形状および大きさが等しくなる。このビームの断面形状を符号５２で示す。（Ｂ）のセンサヘッド４５の出射面４５ｃにおいてドットを付した部分が、ビームの出射する区域に相当する。
【００２９】
図２に示すように、センサヘッド４５の出射面４５ｃから出射したビームは、長孔４１の真下を通過しセンサヘッド４６に到達する。なお、出射面４５ｃから出射するビームは平行光であるから、発光側センサヘッド４５から受光側センサヘッド４６へ至るビームは、出射面４５ｃのドットを付した部分と断面形状および大きさが等しい。
【００３０】
１−４：受光側のファイバサポートおよびセンサヘッドの構成
次に、図５を参照し、受光側のファイバサポート４８およびセンサヘッド４６の構成を詳細に説明する。図５において、（Ａ）は下面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。
（Ｃ）において、符号５２は、発光側センサヘッド４５の出射面４５ｃから出射されてくるビームの断面形状を示し、（Ｂ）のセンサヘッド４６の入射面４６ｃにおいてドットを付した部分が、ビームの入射する区域に相当する。
【００３１】
前述の通り、センサヘッド４６は、発光側センサヘッド４５と同形、同大のものであるから、入射して来るビームは、ほぼすべて反射面４６ｂで内面反射され、レンズ４６ａから受光側のファイバサポート４８に向けて出射される。なお、レンズ４６ａは、平行光であるセンサヘッド４５からのビームをファイバサポート４８に向けて収束させる。
【００３２】
図５に示すように、受光側のファイバサポート４８には、センサヘッド４６からのビームを受光側の光ファイバ４７の端面に向けてさらに収束させる凸レンズである受光側レンズ４９が一体に突設されている。この受光側レンズ４９は、ほぼ半球状であり、これにより縦方向と横方向とで光の屈折の様子は同様となっている。受光側レンズ４９は、センサヘッド４６から入射してくるビームを収束し、このビームが光ファイバ４７の端面に入射される。
【００３３】
この場合において、センサヘッド４６は、隣接する両側のセンサヘッド４５から二つのビームを二つの反射面４６ｂによって、受光側のファイバサポート４８に向けて出射する。したがって、受光側の各光ファイバ４７に、隣接する二つの発光側の光ファイバ４２からのビームが入射されるようになっている。
【００３４】
ただし、本実施形態では、発光側の光ファイバ４２を短い周期で繰り返し発光させると共に、隣り合う発光側の光ファイバ４２では、発光タイミングが異なるように制御する。これにより、受光側の光ファイバ４７に接続されたフォトダイオードでは、どのタイミングで受光したかによって、どちらの光ファイバ４２からのビームを検出しているのかが明確に区別されるようになっている。したがって、隣接するシャッタ３０のどちらの変位を検出しているのか混同することはない。
【００３５】
このように光ファイバセンサ３１は、発光側の光ファイバ４２から放射状に出射されたビームを発光側センサヘッド４５で分岐して、受光側センサヘッド４６と受光側レンズ４９で収束させて受光側の光ファイバ４７に入射させる光路５０を有している。そして、発光側センサヘッド４５と受光側センサヘッド４６との間の光路５０をシャッタ３０が横断すると、受光側の光ファイバ４７に入射する光の量が変化し、受光側の光ファイバ４７に接続されたフォトダイオードにより、この変化を検出することが可能になっている。
【００３６】
２：実施形態の作用・効果
以上のように、本実施形態においては、発光側センサヘッド４５から受光側センサヘッド４６までに至る光路５０において、ビームの断面形状を縦長の矩形にしている。そして、鍵３２１に取り付けられたシャッタ３０が、縦方向に移動可能になされ、これによってビームの矩形の断面の長手方向と同一方向を横断する。
【００３７】
この場合、シャッタ３０の変位に応じて、受光側センサヘッド４６が受光する光量が変化する。すなわち、図１において、鍵３２１がレスト位置にあるときには、シャッタ３０が光路５０を遮る量は少なく、センサヘッド４６が受光する光量は最大である。そして、押鍵により、シャッタ３０が徐々に光路５０を遮ってゆき、鍵３２１がエンド位置にあるときでは、シャッタ３０が光路５０を遮る量が最大となり、センサヘッド４６が受光する光量は最小となる。
【００３８】
このような受光側センサヘッド４６が受光する光量の変化は、受光側の光ファイバ４７に接続されたフォトダイオードの発生する電圧変化として、図６（Ｂ）に示す回路により検出することが可能である。図６（Ａ）は、鍵３２１の変位と、光ファイバ４７に接続されたフォトダイオードの出力電圧の関係を示すグラフである。この図に示すように、鍵３２１の変位と受光出力には、ほぼ線形の関係がみられる。
【００３９】
これは、前述の通り、センサヘッド４５，４６間の光路５０において、ビームの断面形状を縦長の矩形にし、シャッタ３０が、ビームの矩形の断面の長手方向を横断するようにしたため、鍵３２１の変位すなわちシャッタ３０の変位が、ほぼ遮る光の量に比例することによるものである。
【００４０】
なお、シャッタ３０が横断するビームは、ほぼ円形断面の発光側の光ファイバ４２から出射したビームを楕円形に拡大し、外側付近の部分をカットしたものであるから、カットの程度によっては厳密には、ビームの外側付近（上下の両端）ほど光の密度が低い。このため、鍵３２１の変位すなわちシャッタ３０の変位は、厳密な意味では、上下の両端部において受光出力と線形の関係にはならない。しかし、シャッタ３０の下端の移動可能な範囲をビームのある範囲内に限ることにより（図３参照）、図６（Ａ）に示すように、ほぼ線形関係にある範囲だけで受光出力を検出することが可能である。
【００４１】
そして、本実施形態では、単にシャッタ３０がビームを遮ったか否かを検出するのではなく、受光側センサヘッド４６で受光したビームの光量をフォトダイオードで検出するようにしている。したがって、鍵３２１がレスト位置とエンド位置との間のどの位置にあるのか、高い精度で直接的に検出することが可能であり、たとえば、鍵が戻り切らないうちに再度押鍵するような演奏法が採られた場合でも、鍵が現在どの位置にあるのか正確に検出することができる。
【００４２】
また、本実施形態では、前記フォトダイオードの出力電圧を経時的に検出することによって、シャッタ３０の移動範囲全体にわたって、その位置を検出できるから、鍵３２１がわずかに変位したときでも、これに要した速度を容易に検出することができる。したがって、鍵３２１の押鍵の強弱も高い精度で把握することが可能である。
このようにして、本実施形態では、鍵３２１の動作を微妙な程度まで検出し、また押鍵の強弱も検出することにより、演奏動作を高い精度で把握することが可能である。したがって、演奏動作に忠実に対応した楽音を電子的に発生させることが可能となる。
【００４３】
また、たとえば従来のようにフォトインタラプタを使用して、鍵の速度を検出するには、フォトインタラプタの個数を増加させたり、シャッタの検出点を複数にしたりせざるをえなかった。しかし、シャッタ３０の形状は、鍵３２１の変位に対応して、矩形のビームを遮ることができればよい。このため、本実施形態のように、単に矩形にすることも可能であるし、その他の形状であってもよく、いずれにしても、シャッタ３０の製造が容易に行われ、そのコストを低減することができる。また、動作中の一つの鍵の位置を検出するために、センサの個数を多くする必要もない。さらに、グレイスケールを使用する必要もなく、フォトリフレクタを使用する場合のように、光を反射させるための面を高い精度で仕上げる必要もない。したがって、本実施形態の光ファイバセンサは、廉価に製造することが可能である。
【００４４】
なお、本実施形態では、シャッタ３０が横断する断面矩形のビームは、ほぼ円形断面の発光側の光ファイバ４２から出射したビームを発光側レンズ４４により楕円形に拡大し、外側付近の部分を発光側センサヘッド４５でカットしたものであるが、たとえば、発光側レンズ４４で拡大した断面楕円形のビームをカットせずにそのままシャッタ３０の検出に供することも考えられる。あるいは、ファイバサポート４３と受光側のファイバサポート４８の形状を同一にし、半球状のレンズで拡大した断面円形のビームの周縁部を発光側センサヘッド４５でカットするだけで、出射するビームの断面形状を矩形とし、これをシャッタ３０の検出に供することも考えられる。これらの場合にも、シャッタ３０の変位に応じたビームの光量変化があるから、シャッタ３０の挙動を把握することは可能である。これにより、従来技術のようなビームの断面形状が円のものに比して、移動体の変位とビームの光量の変位の関係を線形に近づけることができるのは明らかである。
【００４５】
しかし、楕円形のビームをそのまま検出に供する場合には、受光側のフォトダイオードの出力電圧と鍵の変位とが、図６（Ａ）に示すようなほぼ完全な線形関係になることは期待できない。このため、出力電圧から鍵の変位を換算することが必要になるなど、処理が複雑化するおそれがある。
また、円形のビームの周縁部を発光側センサヘッド４５でカットする場合には、楕円形のビームをカットする場合よりも、検出に利用されずに無駄になる光量が多くなってしまう。
【００４６】
これらに対して、本実施形態では、一旦ビームの断面形状を楕円形にすることにより、無駄になる光量が少なくなって効率がよく、また、受光側のフォトダイオードの出力電圧と鍵の変位とがほぼ線形関係になり、検出処理が簡便で済むという利点がある。
【００４７】
さらに、発光側のファイバサポート４３とセンサヘッド４５とを離間させたことに伴って、発光側レンズ４４から出射されるビームが発光側センサヘッド４５に到達するまでに大きく拡大され、前記のビームの断面形状の縦横の長さの差も拡大される。
【００４８】
また、ビームを発光側センサヘッド４５でシャッタ３０の横断位置に向けて反射させるから、シャッタ３０の移動区域の近辺に光ファイバ４２やファイバサポート４３を配置しなくても済む。消音ピアノの鍵３２１に取り付けられているシャッタ３０どうしの間隔は一定の狭いものであるため、このことは極めて有利である。そればかりか、本実施形態では、シャッタ３０の移動区域の近辺に設ける部品が少ないことから、長孔４１を大きくすることができる。これにより、鍵３２１へのシャッタ３０の取り付けは、あまり精度を要求されない。つまり、長孔４１へのシャッタ３０の位置合わせを厳しく行わなくても、シャッタ３０を長孔４１に侵入させるのが容易だからである。
【００４９】
さらに、発光側センサヘッド４５には、発光側レンズ４４から放射するビームを平行光にするレンズ４５ａが設けられており、出射面４５ｃから出射して、受光側センサヘッド４６の入射面４６ｃに入射するビームが平行光になされている。これにより、シャッタの取付位置が鍵の短手方向（発光側センサヘッド４５と受光側センサヘッド４６との間のビームの方向）において変化したとしても、鍵が所定の位置まで押し下げられたときに、シャッタ３０がビームを遮光する面積が変化することがない。したがって、シャッタの取付精度を厳密に要求する必要がなく、組立作業を簡易化することができる。また、センサヘッド４５からセンサヘッド４６までビームが広がらないために、全く同形、同大のセンサヘッド４５，４６を発光側にも受光側にも共用することができるという利点もある。
なお、ファイバサポート４３とセンサヘッド４５とが離間しているために、センサヘッド４５に到達するビーム角度は、あまり大きくはなっていない。したがって、レンズ４５ａの曲率半径はそれほど小さくする必要がなく、その製作も容易である。
【００５０】
さらにまた、発光側センサヘッド４５からのビームを受光側センサヘッド４６で受光側のファイバサポート４８に向けて反射させることにより、受光側のファイバサポート４８と受光側のファイバサポート４３とを同じ側に配置している。これにより、発光側と受光側の光ファイバ４２，４７を配置する空間を共用可能になっている。
また、ビームを受光側センサヘッド４６で受光側の光ファイバ４７が固定されたファイバサポート４８に向けて反射させるから、シャッタ３０の横断位置の近辺に、発光側の光ファイバ４２やファイバサポート４３だけでなく、受光側の光ファイバ４７やファイバサポート４８を配置しなくても済み、長孔４１を大きくすることができるという前記と同様の利点もある。加えて、発光側のファイバサポート４３からシャッタ３０がビームを横断する位置までの距離を充分確保できるので、シャッタ３０が横断する位置のビームの大きさを充分大きくすることができる。
【００５１】
さらに、本実施形態では、並列された複数のシャッタ３０を検出するために、複数の発光側センサヘッド４５と受光側センサヘッド４６とが設けられているが、各センサヘッド４５，４６は、二つのプリズム体を一体成形した構成であって、それぞれ二つのシャッタ３０の方に向けてビームを出射、あるいは二つのシャッタ３０の方からビームが入射されるようになっている。
これに対応して、各光ファイバ４２，４７、各ファイバサポート４３，４８も、二つのシャッタ３０の検出用のビームを通光するようになっている。このため、光ファイバ４２，４７、センサヘッド４５，４６およびファイバサポート４３，４８の個数を検出すべきシャッタ３０の個数（鍵３２１の個数）よりも大幅に削減することができ、これにより製造コストを低減することが可能である。
【００５２】
しかも、センサヘッド４５，４６は、同一のものでよいから、シャッタ３０の移動経路である長孔４１の両側に同一のセンサヘッドを等間隔に並列させるだけで配設が可能であって、組立て作業が容易である。
また、ファイバサポート４３，４８もセンサヘッドに対向する位置に、ファイバサポート４３，４８が交互になるように等間隔に並列させるだけで配設が可能であって、やはり組立て作業が容易である。
【００５３】
３：変更例
この発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、以下のような種々の変更が可能である。
３−１：ファイバ側のレンズの変更例
発光側の光ファイバ４２から出射するビームを拡大するレンズは、本実施形態のレンズ４４のような半円柱状でなくても、センサヘッド４５でビームの周縁部がカットされるに足る大きさになるように、ビームを拡大することができさえすれば、半円球状であってもよいことは前述した通りである。これとは逆に、受光側の光ファイバ４７にビームを収束させるレンズは、半円柱状であってもよい。が、前述した実施形態のように半円球状である方が、取付誤差で光路がずれたとしても、確実にビームを受光側の光ファイバ４７に入射でき、好適である。
【００５４】
また、これらのレンズとして、図７に示すレンズ５３を使用することもできる。この図において、（Ａ）は下面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。図７では、レンズ５３を発光側レンズとして使用した場合を示す。（Ｃ）に示すように、レンズ５３は正面視して、楕円形である。そして、（Ａ）に示すように、横方向の曲率半径が小さく、（Ｂ）に示すように縦方向の曲率半径が大きくされている。これにより縦方向と横方向とで光の屈折の様子が異なっており、横方向においては、レンズ５３の曲率半径が小さいために、光ファイバ４２から放射されたビームが収束するように屈折され、あまり拡大されない。これに対して、縦方向においては、レンズ５３の曲率半径が大きいために、ビームが横方向より大きく拡大される。したがって、このレンズ５３によっても、出射したビームは、センサヘッド４５に到達するときに、（Ｃ）に符号５１で示すような縦長の楕円形の断面形状となる。
【００５５】
なお、光ファイバ４２，４７に対向したレンズ４４，５３，４９は、ファイバサポート４３，４８に一体に設けられているが、これに限らず同様の機能を果たすレンズをファイバサポート４３，４８とは別個に設けることも可能である。
【００５６】
３−２：センサヘッドの変更例
図８ないし図９は、センサヘッドの変更例を示す。以下、発光側センサヘッド４５を例に採るが、受光側センサヘッド４６についても同様にすることが可能である。
まず、図８（Ａ）は、センサヘッドの変更例を示す平面図、（Ｂ）はその側面図である。前記の実施形態では、センサヘッド４５に入射ビームを平行光にするレンズ４５ａを設けていたが、この変更例ではレンズを省略し、入射面を平面にしている。この場合には、別個にビームを平行光にするレンズを設けるのが好ましい。受光側センサヘッド４６に適用する場合にあっても、受光側のファイバサポート４８に向けてビームを収束するレンズを別個に設けるのが好ましい。
【００５７】
図９は、センサヘッドの他の変更例を示しており、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。この例では、センサヘッド４５の入射面を平面にした代わりに、外側に凸となる球面状のレンズを出射面４５ｃに設けている。これにより別個のレンズを設けなくても、発光側センサヘッド４５と受光側センサヘッド４６の間のビームは平行光にされる。
【００５８】
図１０は、センサヘッドのさらに他の変更例を示しており、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。この例では、発光側のファイバサポートの発光側レンズは、図５に示す受光側レンズ４９と同様の半球状のレンズであり、センサヘッド４５に到達したビームの断面形状は円である。また、センサヘッド４５の入射面にレンズ４５ａを設けているが、このレンズ４５ａは、センサヘッド４５の入射面から突出するように形成されている。レンズ４５ａの半径は、発光側センサヘッド４５に到達したビームの断面の円の半径よりも大きい。レンズ４５ａにより、入射するビームは平行光にされるので、反射面４５ｂに到達したときも、（Ｃ）に示すようにセンサヘッド４５に到達したビームの円の半径と同一の半径を有し、レンズ４５ａよりも小さい円形のままである（ビームの断面を符号５２で示す）。二つの反射面４５ｂでは、このようにして得られたビームを二つに分割し各ビームの断面形状を半円にして、両方の出射面４５ｃに向けて反射する。
【００５９】
したがって、出射面４５ｃから出射するビームは（Ｂ）に示すように半円状の断面となる。この例では、シャッタ３０の変位と、検出出力とは線形関係にならず、検出処理が複雑化するが、ビームがカットされる部分がないため、ビームの利用効率は高くなる。すなわち、フォトダイオードの受光出力は高くなる。
【００６０】
３−３：センサヘッドの結合例
図１１および図１２は、多数のセンサヘッド４５，４６を一体に結合した構造を示す。図１１において、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。図１１の例では、全てのセンサヘッド４５，４６が、スペーサ部５５を介して一つの長尺の板材であるベース５４に結合されている。これらのセンサヘッド４５，４６、スペーサ部５５およびベース５４は、一体成形されている。このような構造を採ることによって、多数のセンサヘッド４５，４６を一括して支持基板４０に取り付けることができる。
なお、この構造は、ベース５４があるため、支持基板４０よりもセンサヘッド４５，４６をシャッタ３０側に設け、シャッタ３０が（Ｂ）に示すように隣接するセンサヘッド４５，４６の間に侵入できるようにするとよい。あるいは棚板３３にベース５４を取り付けるようにして、シャッタ３０がセンサヘッド４５，４６の間に侵入可能にすることもできる。
【００６１】
図１２の例は、ベース５４から直角に多数のアーム部５６が分岐し、各アーム部５６上にセンサヘッド４５または４６が結合された構造である。この構造では、前記の実施形態と同様に、ベース５４を支持基板４０の内面に取り付けることができ、支持基板４０に形成した長孔４１を通じて、シャッタ３０がセンサヘッド４５，４６の間で移動するようにされている。
【００６２】
３−４：ファイバサポートの結合例
図１３は、多数のファイバサポート４３，４８を全て、一つの長尺の板材であるベース５７に一体に結合した構造を示す平面図である。これらのファイバサポート４３，４８およびベース５７は、一体成形されている。このような構造を採ることによって、多数のファイバサポート４３，４８を一括して支持基板４０に取り付けることができる。なお、符号５８は、光ファイバを固定するための嵌合孔を示す。
【００６３】
３−５：センサヘッドとファイバサポートの結合例
図１４（Ａ）は、発光側センサヘッド４５とファイバサポート４３とを板材であるベース５９で結合した構造、および受光側センサヘッド４６とファイバサポート４８とを板材であるベース５９で結合した構造を示す平面図であり、（Ｂ）はその側面図である。この例では、対応するセンサヘッドとファイバサポートとを一括して支持基板４０に取り付けることができる。
【００６４】
３−６：その他の変更例
前記の実施形態は、消音ピアノの鍵３２１に取り付けたシャッタ３０を検出し、鍵３２１の挙動を把握するものであるが、これに限ることなく、楽器であるか否かに拘らず、他の移動体の検出にも、この光ファイバセンサは応用可能である。
たとえば、消音ピアノにあっては、鍵３２１で駆動されるハンマシャンクによる打弦が阻止されるようになっているが、ハンマシャンクを打弦途中まで移動可能にし、その挙動を把握することによって、鍵３２１の挙動データと併せて、より忠実な楽音の発生を行わせる場合があり、前記の光ファイバセンサをこのハンマシャンクの動作検出に利用することも可能である。
また、演奏時の演奏情報を採取して記憶し、この記憶した演奏情報に基づき自動演奏を行う自動演奏ピアノに対しても適用可能である。
またさらに、鍵盤等の操作部分と、この操作部分の操作に応じて動作するピアノのアクション機構と、弦の代わりのストッパとを設け、弦と響板のないアコースティックタッチの電子ピアノや、疑似ハンマ動作部を設けた電子ピアノ、さらには鍵盤だけの電子鍵盤楽器にも適用可能である。
【００６５】
加えて、これ以外の変更例について列記する。
▲１▼上述した実施の形態では、発光ダイオード、フォトダイオードとファイバサポートとの間を光ファイバで接続するようにしているが、ファイバサポートの位置に直接、発光ダイオードおよびフォトダイオードを各々配設するようにしてもよい。
▲２▼上述した実施の形態では、センサヘッドでビームを反射させるようにしたが、ビームを屈折させるようにしてもよい。
▲３▼上述した実施の形態では、発光側のファイバサポートと発光側のセンサヘッドとの間、および受光側のファイバサポートと受光側のセンサヘッドとの間の両者を離間させるようにしたが、ビームを拡大させるという観点からは、発光側のファイバサポートと発光側のセンサヘッドとの間のみを離間させればよく、受光側のセンサヘッドの位置に受光側のファイバサポートあるいはフォトダイオードを設けるようにしてもよい。
▲４▼上述した実施の形態では、発光側レンズによりビームを楕円形にすると共に、発光側のセンサヘッドでビームを矩形化するようにして、発光手段から移動体までの間に調整手段を設ける例を示したが、移動体から受光手段までの間に調整手段を設けてもよい。
【００６６】
▲５▼シャッタがビームを横断する位置に置けるビームの断面積が所望の大きさでない場合には、必要に応じて凸レンズあるいは凹レンズ等を発光手段から移動体までの間に挿入するとよい。
▲６▼上述した変更例において、センサヘッドの結合例、ファイバサポートの結合例、センサヘッドとファイバサポートの結合例は、適宜組み合わせて使用してもよく、センサヘッドおよびファイバサポートの全てを結合させてもよいことは、もちろんである。
▲７▼上述した実施の形態では、発光側のセンサヘッドでビームを反射させると共に、発光側のファイバサポートと発光側のセンサヘッドとを離間させることにより、発光手段から移動体までの距離を確保するようにしているが、図１５に示すように、移動体（たとえばシャッタ３０）を鍵３２１の短手方向に平行に設けると共に、発光手段（たとえば発光側の光ファイバ４２を固定したファイバサポート４３）および受光手段（たとえば受光側の光ファイバ４７を固定した受光側のファイバサポート４８）を移動体を挟んで鍵の長手方向に対向して配設するようにすれば、ビームを反射させることなく、発光手段から移動体までの距離を確保することができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、移動体の経時的な挙動やその速度を高い精度で把握することが可能である。また、光センサを廉価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る光センサを備えた消音ピアノの一つの鍵の構成を示す側面図である。
【図２】同実施形態の光センサの構成を示す下面図である。
【図３】同実施形態の光センサを示す側面図である。
【図４】同実施形態における発光側のファイバサポートおよびセンサヘッドの構成を示しており、（Ａ）は下面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。
【図５】同実施形態における受光側のファイバサポートおよびセンサヘッドの構成を示しており、（Ａ）は下面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。
【図６】（Ａ）は、同実施形態における鍵の変位と、受光側の光ファイバに接続されたフォトダイオードの出力電圧の関係を示すグラフであり、（Ｂ）は、受光側の光ファイバと、これに接続されたフォトダイオードを有する回路を示す図である。
【図７】変更例の発光側のファイバサポートおよびセンサヘッドの構成を示しており、（Ａ）は下面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。
【図８】センサヘッドの変更例を示しており、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図９】センサヘッドの他の変更例を示しており、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。
【図１０】センサヘッドのさらに他の変更例を示しており、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。
【図１１】多数のセンサヘッドを一体に結合した構造を示しており、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１２】多数のセンサヘッドを一体に結合した他の構造を示しており、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１３】多数のファイバサポートを一体に結合した構造を示す平面図である。
【図１４】センサヘッドとファイバサポートとを一体に結合した構造を示しており、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１５】同実施形態の変更例を示す平面図である。
【符号の説明】
３０…シャッタ（移動体）、３１…光センサ、４０…支持基板、４１…長孔、４２…発光側の光ファイバ（発光手段）、４３…ファイバサポート、４３ａ…凸部、４４…発光側レンズ（調整手段、第１レンズ）、４５ａ…レンズ（調整手段、第２レンズ）、４７…受光側の光ファイバ（受光手段）、４８…受光側のファイバサポート、４９…受光側レンズ、５０…光路、５１，５２…ビームの断面形状、５３…発光側レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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