(57)【要約】【課題】本発明は、演奏者が演奏する楽器において、操作による操作感を与えながら演奏操作子の操作状態の検出を行うことで、演奏者の得られる操作感と発音内容とのずれによる違和感を低減することを目的とする。【解決手段】楽器１０は、加えられる押力によって変形する変形部材３０と光を出射する光源２１と光を検出する光検出素子４１とを備える。変形部材３０は、第１の方向に沿って配置される光ファイバ３１ａと第１の方向とは異なる第２の方向に沿って配置される光ファイバ３１ｂとを内部に有する。光ファイバ３１は、変形部材３０が変形するのに伴って変形する。楽器１０は、光源２１が出射し、変形した光ファイバ３１が伝達する光が光検出素子４１に到達する際に発生する遅れ時間を測定し、この値と光ファイバ３１の位置に関する情報とに基づいて、部材変形量および加力位置を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
押力によって変形する変形部材であって、波動を伝達する材料と前記材料とは異なる材料とを組み合わせて形成された変形部材と、
前記変形部材に対して波動を出射する出射部と、
前記出射部から出射され前記変形部材を介して伝達された波動に関する物理量を測定する測定部と、
前記測定部が測定する物理量の情報に基づいて前記変形部材に加えられる押力によって変形した前記変形部材の変形量を検出する検出部と
を具備することを特徴とする押力検出装置。
【請求項２】
前記測定部は、前記出射部から出射され前記変形部材における複数の経路を通って伝達された波動に関する物理量を経路ごとに測定し、
前記検出部は、前記測定部によって測定された複数の物理量に基づいて前記変形部材に押力が加えられた位置を検出する
ことを特徴とする請求項１に記載の押力検出装置。
【請求項３】
前記波動が伝達される経路は、第１の方向に沿った経路と第１の方向とは異なる第２の方向に沿った経路とを有する
ことを特徴とする請求項２に記載の押力検出装置。
【請求項４】
前記波動は光であり、
前記波動を伝達する材料は、線状に配置された光ファイバである
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の押力検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の押力検出装置と、
前記検出部の検出結果に対応する楽音の波形を生成する生成部と
を具備することを特徴とする楽器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押力検出装置および楽器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光センサを用いて演奏者が演奏する楽器における演奏操作子の操作状態を検出する電子楽器が開示されている。例えば、特許文献１に記載の電子楽器は、発光部から受光部に向かう光が演奏者の指によって遮られたときに演奏操作子が操作されたと認識して音を発する。この際、演奏者は、電子楽器の操作部に設けられた凸部を操作して感触を得ることで、楽器を操作したという満足感を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−８３９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような構成では、光の遮断によって操作状態を検出し、凸部への接触によって操作感を提供するため、演奏者は、得られた操作感と発音された楽音の強さや発音タイミングなどの発音内容とのずれにより違和感を生じる場合がある。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、演奏者が演奏する楽器において、操作による操作感を与えながら演奏操作子の操作状態の検出を行うことで、演奏者の得られる操作感と発音内容とのずれによる違和感を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明は、押力によって変形する変形部材であって、波動を伝達する材料と前記材料とは異なる材料とを組み合わせて形成された変形部材と、前記変形部材に対して波動を出射する出射部と、前記出射部から出射され前記変形部材を介して伝達された波動に関する物理量を測定する測定部と、前記測定部が測定する物理量の情報に基づいて前記変形部材に加えられる押力によって変形した前記変形部材の変形量を検出する検出部とを具備することを特徴とする押力検出装置を提供する。
【０００６】
本発明の好ましい態様において、前記測定部は、前記出射部から出射され前記変形部材における複数の経路を通って伝達された波動に関する物理量を経路ごとに測定し、前記検出部は、前記測定部によって測定された複数の物理量に基づいて前記変形部材に押力が加えられた位置を検出してもよい。
【０００７】
本発明の好ましい態様において、前記波動が伝達される経路は、第１の方向に沿った経路と第１の方向とは異なる第２の方向に沿った経路とを有してもよい。
【０００８】
本発明の好ましい態様において、前記波動は光であり、前記波動を伝達する材料は、線状に配置された光ファイバであってもよい。
【０００９】
また、本発明は、上記に記載の押力検出装置と、前記検出部の検出結果に対応する楽音の波形を生成する生成部とを具備することを特徴とする楽器を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、演奏者が演奏する楽器において、操作による操作感を与えながら演奏操作子の操作状態を検出することで、演奏者の得られる操作感と発音内容とのずれによる違和感を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る押力検出装置を有する楽器の概略を示す図である。
【図２】楽器の構成を示すブロック図である。
【図３】光ファイバが変形部材へ加えられる押力によって変形する様子を示す図である。
【図４】遅れ時間が発生して変化する様子を説明するグラフである。
【図５】加力位置の検出を説明する図である。
【図６】変形面上の２箇所に加えられる押力の検出を説明する図である。
【図７】楽音波形を生成する動作を示すフローチャートである。
【図８】変形例１に係る押力検出装置の概観図である。
【図９】変形例２に係る押力検出装置を搭載した楽器を説明する図である。
【図１０】変形例５に係る押力検出装置を説明する図である。
【図１１】変形例７に係る加力位置の検出を説明する図である。
【図１２】変形例８に係る加力位置の検出を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜実施形態＞
図１は、実施形態に係る押力検出装置１１を有する楽器１０の概略を示す図である。図１を含む以下の図においては、図中の各構成要素の寸法は、構成要素の形状を容易に理解できるように実際の寸法とは異ならせてある。図１（ａ）は、楽器１０の斜視図であり、一部の構成を透過させて２点鎖線で示している。楽器１０は、押力検出装置１１および図示せぬ操作部や生成部など（図２参照。詳細は後述する。）で構成されている。押力検出装置１１は、円形で板状の変形部材３０と変形部材３０を保持する円環状の保持部３２を有する。なお、変形部材３０および保持部３２は、四角形または三角形など円形以外の形状であってもよい。また、変形部材３０および保持部３２は互いに異なる厚さであってもよい。
【００１３】
変形部材３０は、伸縮する特性を有する第１の材料Ｍ１と第２の材料Ｍ２とを組み合わせて形成され、外部から付加される押す力（以下、「押力」という。）によって変形する。ここでいう変形とは、変形部材３０が伸縮することおよび曲がることを含む。第１の材料Ｍ１は、光を伝達する材料である。第１の材料Ｍ１は、例えば、光ファイバ、半透明状のゴムまたは半透明状のシリコン等の材料であり、本実施形態においては、光ファイバである。第１の材料Ｍ１で形成されている部分を、光ファイバ３１という。第２の材料Ｍ２は、第１の材料Ｍ１とは異なる材料である。この異なる材料とは、例えば、光を伝達する性質が異なる材料であり、または弾性係数が異なる材料などである。具体的には、第２の材料Ｍ２は、例えば、ゴム、シリコンまたは繊維等の材料であり、本実施形態においては、ゴムである。第２の材料Ｍ２で形成されている部分を、第２材料部３４という。なお、変形部材３０は、第１の材料Ｍ１および第２の材料Ｍ２以外の材料を含んでいてもよい。
【００１４】
上述した光を伝達する光ファイバ３１は、線状に配置され、光を伝達する経路を形成している。変形部材３０は、第１の方向Ｄａに沿った光ファイバ３１ａと第１の方向Ｄａとは異なる第２の方向Ｄｂに沿った光ファイバ３１ｂ（以下、区別しない場合は「光ファイバ３１」という。）とを有する。図１では、光ファイバ３１ａと光ファイバ３１ｂとは直交しているが、必ずしも直交していなくてもよい。本実施形態においては、光ファイバ３１ａが、本発明に係る「第１の経路」に相当し、光ファイバ３１ｂが、本発明に係る「第２の経路」に相当する。変形部材３０は、保持部３２側の端部に光を入射させる入射端ＩＮを有する。入射端ＩＮの位置には、光ファイバ３１の端部が配置されている。入射端ＩＮに入射する光は、光ファイバ３１によって伝達される。変形部材３０は、保持部３２側の端部に光ファイバ３１が伝達した光を出射する出射端ＥＸを有する。出射端ＥＸの位置には、光ファイバ３１の端部が配置されている。このように構成されることで、変形部材３０の入射端ＩＮに入射される光は、変形部材３０を介して出射端ＥＸまで伝達される。
【００１５】
保持部３２は、内部に空間を有する。この空間内には、変形部材３０に対して光を出射する光源２１および変形部材３０を介して伝達された光を検出する光検出素子４１が備えられている。光源２１は、変形部材の入射端ＩＮに対して光を出射する。この出射された光は、入射端ＩＮの位置で光ファイバ３１の端部に入射する。光源２１は、出射する光が光ファイバ３１ａによって伝達される光源２１ａと出射する光が光ファイバ３１ｂによって伝達される光源２１ｂ（以下、区別しない場合は「光源２１」という。）とで構成されている。光源２１は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）、蛍光灯または有機ＥＬ（Electro-Luminescence）照明等の光源であり、本実施形態においては、ＬＥＤである。
【００１６】
光ファイバ３１は、入射した光を伝達して出射し、この出射した光は、光検出素子４１に到達する。光検出素子４１は、到達した光を検出する。光検出素子４１は、光ファイバ３１ａによって伝達された光を検出する光検出素子４１ａと光ファイバ３１ｂによって伝達された光を検出する光検出素子４１ｂ（以下、区別しない場合は「光検出素子４１」という。）とで構成されている。光検出素子４１は、例えば、フォトダイオード、フォトレジスタまたはフォトトランジスタ等の光を検出する素子であり、本実施形態においては、フォトダイオードである。
【００１７】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の切断線ＩＩｂ１−ＩＩｂ２による楽器１０の切断面を示す切断図である。変形部材３０は、演奏者によって押力を加えられて変形する変形面３３を有する。光ファイバ３１は、変形面３３に沿って配置されている。変形部材３０および光ファイバ３１は、演奏者が変形部材３０に押力を加えると、共に変形する。なお、変形面３３は、平面に限らず、曲面または凹凸などを有していてもよく、変形部材３０は、位置によって厚みが異なってもよい。また、光ファイバ３１は、変形面３３からの距離が不均一であってもよく、概ね変形面３３に沿って配置されていればよい。さらに、光ファイバ３１は、曲がっていてもよく、隣り合う光ファイバ３１同士の間隔が位置によって異なっていてもよい。例えば、変形部材３０の中央部は間隔を広くして、端部側は間隔を狭くしてもよい。
【００１８】
図２は、実施形態に係る楽器１０の構成を示すブロック図である。光出射部２０は、光源２１を備え、変形部材３０に向けて光を出射する。この光は、光ファイバ３１によって変形部材３０の内部を伝達される。光検出部４０は、光検出素子４１を備え、光ファイバ３１が伝達した光を検出する。このように、図２において、光出射部２０、光ファイバ３１および光検出部４０を結ぶ点線は、光のやり取りを示している。制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置およびＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶手段を備える。また、制御部５０は、楽器１０を構成する各部の動作を制御する。
【００１９】
時計部６０は、クロック信号を生成するクロックジェネレータを有する。時計部６０は、クロックジェネレータから供給されるクロック信号に同期して作動するリアルタイムクロックである。時計部６０は、予め定められた時刻からの経過時間を計測するとともに、その計測結果を時刻に変換してその時刻を表す時刻データを制御部５０へ供給する。本実施形態においては、時計部６０は、数千分の一秒の単位で時刻データを供給する。なお、時刻データの単位は、数十分の一秒から数十万、数千万分の一秒とより短い時間であってもよい。扱う時刻データの単位に応じて、この単位の時刻データを供給できるクロックジェネレータを用いればよい。また、時計部６０は、クロック信号を制御部５０に供給して、制御部５０が経過時間の計測または時刻への変換などを行ってもよい。操作部７０は、演奏者が楽器１０に対して各種操作を行うタッチパネル、キーボードなどの操作手段であって、操作内容を示す情報を制御部５０に出力する。Ｉ／Ｆ（Inter Face：インターフェース）８０は、外部装置と接続する機能を有し、楽音波形等の情報を伝達する。生成部９０は、ＣＰＵ等の演算装置およびＲＡＭやＲＯＭ等の記憶手段を備える。生成部９０は、あらかじめ定められた楽音を指定するパラメータに基づいて楽音波形を生成するプログラムおよびこのプログラムで用いられる楽音波形のサンプルデータをＲＯＭに記憶している。生成部９０は、このプログラムを用いてサンプルデータを加工し、楽音波形を生成する。
【００２０】
図３は、光ファイバ３１が変形部材３０へ加えられる押力によって変形する様子を示す図である。図３（ａ）は、変形する前の光ファイバ３１を示している。この状態において、光が光ファイバ３１の端部３１ｅ１から端部３１ｅ２まで伝達するとき、光が通過する経路の中心線ＣＬの長さを長さＣＬａとする。図３（ｂ）は、変形部材３０への押力によって光ファイバ３１が変形した状態を示している。この状態において、長さＣＬａと同様に光が通過する経路の中心線ＣＬの長さを長さＣＬｂとする。図３（ｃ）は、変形部材３０への押力によって図３（ｂ）に示したよりも大きく変形した光ファイバ３１を示している。この状態における長さＣＬａと同様の長さを長さＣＬｃとすると、長さＣＬａ＜ＣＬｂ＜ＣＬｃの関係が成り立つ。このとき、光が長さＣＬａ，ＣＬｂ，ＣＬｃを移動するのにかかる時間ｔａ，ｔｂ，ｔｃは、時間ｔａ＜ｔｂ＜ｔｃの関係が成り立つ。
【００２１】
このように、光ファイバ３１が大きく変形するほど、光源２１が出射する光が光検出素子４１に到達し光検出素子４１によって検出されるまでにかかる時間（以下、「到達時間ＡＴ」という。）が大きくなる。ここで、変形部材３０が変形していない場合の到達時間ＡＴを、標準到達時間ＳＴとする。また、標準到達時間ＳＴと実際の到達時間ＡＴとの差分となる時間を「遅れ時間ＤＴ」という。制御部５０は、遅れ時間ＤＴを次のように測定する。
【００２２】
制御部５０は、光源２１に対して光を出射するように制御し、時計部６０から供給される時刻データを用いて光が出射される出射時刻を記憶する。この出射された光を光検出素子４１が検出し、光検出部４０はこの検出した情報に基づいて生成した信号を制御部５０へ出力する。制御部５０は、この信号が入力されると、時計部６０から供給される時刻データを用いて検出時刻を記憶する。制御部５０は、この検出時刻と出射時刻との差分を算出し、到達時間ＡＴを測定する。制御部５０は、押力検出装置１１が押力を検出する動作（以下、「押力検出動作」という。）を始める前に、変形部材３０が変形していない状態で到達時間ＡＴを測定し、これを標準到達時間ＳＴとしてＲＯＭに記憶しておく。押力検出装置１１が押力検出動作を開始した後は、制御部５０は、測定した到達時間ＡＴと標準到達時間ＳＴとの差分を算出し、この結果を遅れ時間ＤＴとして測定する。このようにして、制御部５０は、光源２１が出射して変形部材３０を介して伝達された光に関する遅れ時間ＤＴを測定する。本実施形態においては、遅れ時間ＤＴが、本発明に係る「物理量」に相当する。
【００２３】
押力検出装置１１が押力検出動作を開始すると、制御部５０は、時計部６０から供給される時刻データを用いて、各光源２１をあらかじめ定められた時間間隔で順番に光を出射するように制御する。なお、制御部５０は、一度にひとつの光源２１が光を出射するように制御してもよいし、一度に複数の光源２１が光を出射するように制御してもよい。制御部５０は、各光源２１が光を出射する動作を、例えば、毎秒数千回の頻度で行う（毎秒数千回で点滅する）ように制御する。制御部５０は、光源２１が出射する各々の光に対して、遅れ時間ＤＴを測定する。なお、光源２１が光を出射する動作の頻度は、毎秒数十万回でもよいし、数十回であってもよい。この頻度は、制御部５０、時計部６０、光源２１および光検出素子４１の性能に応じて、必要な頻度を定めればよい。
【００２４】
図４は、遅れ時間ＤＴが発生して変化する様子を説明するグラフである。このグラフの横軸は、光出射部２０が光を出射する時刻ｔを示している。このグラフの縦軸は、時刻ｔに出射した光が光ファイバ３１によって伝達されて光検出素子４１に到達したときに発生する遅れ時間ＤＴを示している。図４（ａ）は、光ファイバ３１が変形部材３０への押力によって変形したときに図３（ｂ）に示した状態となる場合の遅れ時間ＤＴｂの推移を示している。図４（ｂ）は、同様に変形部材３０への押力によって大きく変形したときに図３（ｃ）に示した状態になるときの遅れ時間ＤＴｃの推移を示している。なお、図４で示す変化の様子は一例であり、変形部材３０および光ファイバ３１の材料、保持部３２から加えられている張力、押力が加えられる位置または保持部３２の材料および質量などによってこの様子は変化する。
【００２５】
遅れ時間ＤＴｂ，ＤＴｃは、変形部材３０への押力によって光ファイバ３１が最も大きく変形した状態のときに最大値ＤＴｂｍａｘ，ＤＴｃｍａｘとなる。そして、遅れ時間ＤＴｂ，ＤＴｃは、光ファイバ３１が変形部材３０と共に振動しながら徐々に変形量が小さくなるに連れて、この振動の様子と同じように増減を繰り返しながら小さくなっていく。制御部５０は、測定された遅れ時間ＤＴｂ，ＤＴｃの最大値ＤＴｂｍａｘ，ＤＴｃｍａｘの大きさに基づいて、変形部材３０に加えられる押力によって変形した変形部材３０の変形する量（以下、「部材変形量」という。）を検出する。例えば、最大値ＤＴｂｍａｘ，ＤＴｃｍａｘをそのまま部材変形量としてもよい。または、これらの最大値を指標として必要な数値の範囲に変換して部材変形量としてもよいし、あらかじめ決められた時間の範囲で遅れ時間ＤＴを積分した値の大きさを部材変形量としてもよい。本実施形態においては、制御部５０は、最大値ＤＴｂｍａｘ，ＤＴｃｍａｘを部材変形量として検出する。
【００２６】
また、変形部材３０への押力による変形量が大きい場合は、隣接する複数の光ファイバ３１が変形するため、複数の光検出素子４１で遅れ時間ＤＴが発生する。この場合、本実施形態においては、制御部５０は、これらの遅れ時間のうち最も大きい遅れ時間ＤＴの最大値ＤＴｍａｘに基づいて、部材変形量を検出する。なお、制御部５０は、複数の遅れ時間ＤＴの最大値ＤＴｍａｘを合計した値に基づいて部材変形量を検出してもよい。このようにして制御部５０は部材変形量を検出し、検出した部材変形量は、変形部材３０に加えられた押力の強度に相当する。
次に、押力検出装置１１が、変形部材３０に押力が加えられた位置（以下、「加力位置」という。）を検出する動作について説明する。
【００２７】
図５は、加力位置の検出を説明する図である。図５においては、説明の便宜上、光源２１、光ファイバ３１および光検出素子４１のみを模式的に示す。また、光ファイバ３１ａ，３１ｂおよび光検出素子４１ａ，４１ｂには、末尾に１から４までの番号を振って示す。光ファイバ３１ａ，３１ｂの交点Ｖは、各々の末尾の番号をとって交点Ｖ（１，１）〜Ｖ（４，４）と示す。制御部５０は、変形面３３における各交点Ｖの位置に対応する座標Ｃの情報をあらかじめ記憶している。
【００２８】
図５（ａ）は、交点Ｖ（２，２）に対応した変形面３３上の位置に押力が加えられたときの状態を示している。変形範囲Ｄａは、この押力による部材変形量が最大となったときに変形している光ファイバ３１の範囲を示している。この場合、光検出素子４１ａ，４１ｂのうち光検出素子４１ａ２，４１ｂ２が検出した光からは、遅れ時間ＤＴが測定される（表Ｌａ，Ｌｂ）。このとき、制御部５０は、遅れ時間ＤＴの検出された光を伝達した光ファイバ３１ａ２および光ファイバ３１ｂ２において変形が生じたものとし、交点Ｖ（２，２）に対応する座標Ｃに押力が加えられたと判断する。
【００２９】
図５（ｂ）は、交点Ｖ（３，３）と交点Ｖ（４，３）との間にある変形面３３上の位置に押力が加えられたときの状態を示している。変形範囲Ｄｂは、この押力による部材変形量が最大となったときに変形している光ファイバ３１の範囲を示している。この場合、光検出素子４１ａ，４１ｂのうち光検出素子４１ａ３，４１ａ４，４１ｂ２，４１ｂ３，４１ｂ４が検出した光からは、遅れ時間ＤＴが測定される（表Ｌａ，Ｌｂ）。このとき、制御部５０は、遅れ時間ＤＴが測定された光ファイバ３１ａ３，３１ａ４および光ファイバ３１ｂ２，３１ｂ３，３１ｂ４において変形部材３０への押力による変形が生じたものと判定し、交点Ｖ（３，２），（４，２），（３，３），（４，３），（４，３），（４，４）に対応する座標Ｃを取得する。そして、制御部５０は、これらの座標Ｃが形作る方形または多角形の重心を示す座標ＣＧに押力が加えられたと判断する。なお、中心座標ＣＧを求める際は、各座標において生じた遅れ時間ＤＴの大きさを各座標の値の重み付けに用いてもよい。この場合、制御部５０は、変形量の大きい座標により近い座標を加力位置として判断する。以上が、押力検出装置１１が変形面３３の１箇所に押力を受けた場合の加力位置を検出する動作である。続いて、押力が変形面３３の複数箇所にくわえられる場合を説明する。
【００３０】
図６は、変形面３３上の２箇所に加えられる押力の検出を説明する図である。図６に示す矢印は、光ファイバの配置を示している。この矢印が指す数字は、各光ファイバで検出される遅れ時間ＤＴの大きさを示し、押力の強度が１のときに遅れ時間ＤＴを１と示す。図６（ａ）および（ｂ）は、光ファイバが２つの方向に沿って配置されている場合に、変形面３３上の２箇所に同じ強度で押力を加えられた状態を説明する図である。これらの図に示されるように、部材変形量および加力位置の条件によっては、押力を加えられた位置が異なっても、同じ光ファイバから同じ大きさの遅れ時間ＤＴが検出される場合がある。
【００３１】
制御部５０は、上述の通り、各光源２１をあらかじめ定められた時間間隔で順番に光を出射するように制御する。例えば、制御部５０は、図６（ｃ）に示すように、時刻ｔｃ１には、時刻ｔｃ１が示す交点を通る２本の光ファイバ３１に対して光を出射するように光源２１を制御する。時刻ｔｃ２には、時刻ｔｃ２が示す交点を通る２本の光ファイバ３１に対して光を出射するように光源２１を制御する。これを時刻ｔｃ６まで繰り返すと、図６（ｃ）に示す例においては、制御部５０は、時刻ｔｃ１および時刻ｔｃ６のときに光源２１が出射した光の遅れ時間ＤＴを測定することになる。また、図６（ｄ）に示すように、時刻ｔｄ３および時刻ｔｄ４に示す位置に押力が加わっている場合、押力検出装置１１は、時刻ｔｄ３および時刻ｔｄ４に出射する光の遅れ時間ＤＴを測定する。このように、押力検出装置１１は、変形面３３上の複数箇所に押力を加えられた場合でも、遅れ時間ＤＴを測定する時刻によって変形している光ファイバ３１を特定して、加力位置を検出することができる。
【００３２】
なお、制御部５０は、光ファイバ３１ａに対しては同時に光を出射するように光源２１を制御し、光ファイバ３１ｂに対してはあらかじめ定められた時間間隔で順番に光を出射するように光源２１を制御してもよい。また、制御部５０は、同時に光を出射するのを光ファイバ３１ｂ、順番に光を出射するのを光ファイバ３１ａとして光源２１を制御してもよい。このように制御しても、制御部５０は、変形した光ファイバ３１を特定し、加力位置を検出することができる。このようにして、制御部５０は、複数の光ファイバ３１を通って伝達された光に関する遅れ時間ＤＴをそれぞれ測定し、測定結果に基づいて加力位置を検出する。
【００３３】
なお、押力検出装置１１は、上述した光ファイバ３１ａ，３１ｂの交点Ｖの位置に対応する座標Ｃの情報を用いて部材変形量を検出してもよい。例えば、制御部５０は、遅れ時間ＤＴを測定した光検出素子４１に対応する光ファイバ３１の交点を示す座標Ｃの情報から、部材変形量の大きさと位置とを示すマップを作成する。制御部５０は、このマップにおける部材変形量の分布に基づいて、最大の部材変形量を検出する。
【００３４】
図７は、楽音波形を生成する動作を示すフローチャートである。制御部５０は、上述の通り、毎秒数千回の頻度で遅れ時間ＤＴを測定している。制御部５０は、遅れ時間ＤＴを測定すると、楽音波形を生成する動作を開始する。制御部５０は、検出された遅れ時間ＤＴの値に基づき、部材変形量を検出する（ステップＳ１１０）。続いて、制御部５０は、遅れ時間ＤＴが測定された光検出素子４１の情報に基づき、変形面３３における加力位置を検出する（ステップＳ１２０）。
【００３５】
制御部５０は、検出した部材変形量および加力位置の情報を上述した楽音を指定するパラメータ（以下、「楽音パラメータ」という。）に変換する（ステップＳ１３０）。楽音パラメータは、例えば、音量、音程、音色などを示す情報などである。変換の態様としては、部材変形量に応じて音量を調整し、加力位置に応じて音色を変更するようにすればよい。制御部５０は、変換した楽音パラメータを生成部９０に入力する。制御部５０は、生成部９０を制御して、入力した楽音パラメータに対応する楽音波形を生成させる（ステップＳ１４０）。制御部５０は、生成部９０が生成した楽音波形を、Ｉ／Ｆ８０を介して外部装置に出力する（ステップＳ１５０）。
【００３６】
なお、生成部９０は、検出された加力位置にのみ対応する楽音波形または各キーの信号を生成してもよい。例えば、押力を加えた位置にのみ対応して発音する楽器に押力検出装置１１を用いる場合である。また、生成部９０は、検出された部材変形量にのみ対応する楽音波形を生成してもよい。例えば、加えられた押力の強さにのみ対応して発音する楽器に押力検出装置１１を用いる場合である。すなわち、生成部９０は、制御部５０が検出する結果に対応する楽音の波形を生成する。
【００３７】
以上のように、楽器１０は、変形部材３０と共に変形する光ファイバ３１を伝達する光の物理量の変化と光ファイバ３１の配置されている位置の情報とを用いて、変形部材３０に加えられる押力の部材変形量と加力位置とを検出する。また、変形部材３０は、第１の材料Ｍ１および第２の材料Ｍ２が有する張力によって、演奏者に操作した感触を提供し、演奏者に演奏の満足感を与える。このように、楽器１０は、演奏者に操作による操作感を与えながら演奏操作子の操作状態を検出することで、演奏者の得られる操作感と発音内容とのずれによる違和感を低減する。
【００３８】
また、楽器１０は、異なる特性の材料を組み合わせて変形部材３０を形成することで、演奏者に対して本来の楽器から得られるものに近い操作感を提供し、演奏操作による満足感を高めることができる。また、第１の材料Ｍ１である光ファイバは、楽器１０に求められる加力位置の検出の精度に応じて本数および配置を決めればよい。すなわち、楽器１０は、第１の材料Ｍ１および第２の材料Ｍ２の組み合わせを調整することで、変形部材３０の張力および加力位置の検出の精度を変化させ、演奏者が求める操作感および押力の検出精度を提供する。
【００３９】
＜変形例１＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は他の形態でも実施可能である。
上述した実施形態においては、光ファイバ３１を構成する第１の材料として光ファイバを内部に備えた変形部材３０を用いたが、この光ファイバを第２の材料と共にメッシュ状に編みこんで形成した変形部材３０Ａを用いてもよい。この場合、第２の材料は、ゴム、シリコンまたは繊維等の伸縮する材料であり、これらの材料を線状に形成して用いる。第１の材料および第２の材料を編みこんだ変形部材３０Ａは、押力に耐えられる強度、耐久性および弾性を有し、演奏者の指や加力用の用具などが材料の隙間に入らないようにするだけの密度で編みこまれていることが望ましい。この場合、光ファイバは、楽器１０Ａが検出する加力位置の精度に応じて、編みこまれる本数および位置を決められればよい。
【００４０】
図８は、変形例１に係る楽器１０Ａの概観図である。変形部材３０Ａは、第２材料部３４Ａ、光ファイバ３１ａおよび３１ｂがメッシュ状に編みこまれて形成されている。第２材料部３４Ａは、区別しやすくするためハッチングして示している。光ファイバ３１ａ，３１ｂの端部は、保持部３２によって保持されている。光ファイバ３１ａ，３１ｂの端部には、それぞれ図示せぬ光源２１および光検出素子４１が配置されている。
【００４１】
＜変形例２＞
上述した実施形態においては、楽器１０は、検出した部材変形量および加力位置に基づいて楽音の音量と音色とが異なる楽音波形を生成したが、加力位置によって音の高さが異なる楽音波形を生成してもよい。このように用いることで、楽器１０は、鍵楽器や弦楽器など放音する音の高さの異なる複数の操作子を有する楽器の楽音を生成する。この場合、例えば、変形面３３に鍵楽器または弦楽器の楽音に対応する操作子を表わし、各操作子の位置に光ファイバ３１を配置すればよい。生成部９０は、検出された部材変形量および加力位置に応じた大きさ、音色および高さを有する楽音波形を生成する。また、コンピュータのキーボードにおけるキーの配列を変形面３３に描いて、検出した加力位置に応じて各キーの信号を生成してもよい。
【００４２】
図９は、変形例２に係る押力検出装置を搭載した楽器を説明する図である。図９（ａ）は、押力検出装置１１Ｂ１，１１Ｂ２を備えた楽器１０Ｂを示す図である。楽器１０Ｂは、キーボード等の鍵楽器である。押力検出装置１１Ｂ１は方向Ｄａ１，Ｄｂ１に、押力検出装置１１Ｂ２は方向Ｄａ２，Ｄｂ２に沿って図示せぬ光ファイバを配置している。このように、２つの異なる変形面に座標系を持たせてもよい。図９（ｂ）は、押力検出装置１１Ｃを備えた楽器１０Ｃを示す図である。楽器１０Ｃは、ギター等の弦楽器である。このように、弦楽器の操作子が位置する領域を網羅するように押力検出装置１１Ｃを形成することで、押力検出装置１１Ｃを弦楽器の操作子として用いることが出来る。図９（ｃ）は、押力検出装置１１Ｄを備えたコンピュータのキーボード１０Ｄを示す図である。図９（ｃ）の方向Ｄａ４，Ｄｂ４が示すように、光ファイバは、曲線状に配置されてもよいし、放射状に配置されてもよい。また、他の操作子と共に操作して使用するもしくは使用することが多い操作子に対して、例えば、方向Ｄｃ４に沿って配置されてひとつの操作子への押力によってしか変形しない独立した光ファイバを設けてもよい。上述したいずれの場合も、各々の押力検出装置においては、各操作子の位置に光ファイバの交点がくるように光ファイバを配置することが望ましい。
【００４３】
＜変形例３＞
上述した実施形態においては、押力を検出するために変形面３３に沿って伝達する光を用いたが、音波または電磁波等の他の波動を用いてもよい。例えば、音波を用いる場合、光源２１の代わりにスピーカ等の発音部を設置し、光検出素子４１の代わりにマイク等の音を検出する音検出部を設置すればよい。また、光ファイバ３１の代わりに音波を伝達する第３の材料Ｍ３を用いて音波が伝達する経路（以下、「音伝達部材」という。）を形成すればよい。制御部５０は、音伝達部材が変形部材３０と共に変形することで、音波の物理量の変動を測定する。例えば、音伝達部材が変形すると音伝達部材における音波の屈折率が変化する。このとき、制御部５０は、音波の伝達する速度が変化することで生じる音波が出射されてから検出されるまでの時間の変化を測定すればよい。なお、ここで用いる音波には、より指向性の高い超音波を用いてもよい。
【００４４】
＜変形例４＞
上述した実施形態においては、制御部５０は、遅れ時間を測定したが、光検出素子４１に到達する光の強さまたは位相等、遅れ時間以外の光に関する物理量を測定してもよい。例えば、光ファイバ３１が変形すると、光を伝達する材料の中における光の減衰率が変形前と変化して、光検出素子４１へ到達する光の強さが変化する。この光の強さの変化量に基づいて部材変形量を検出すればよい。
【００４５】
＜変形例５＞
上述した実施形態においては、線状に形成された部材である光ファイバによって光を伝達させたが、面状の部材を用いて光を伝達させてもよい。この場合、例えば、変形部材３０Ｅは、保持部３２側に端部を有する第１の材料の層（以下、「光伝達層３１Ｅ」という。）を備えて形成されており、この第１の材料の層が光を伝達する。
【００４６】
図１０は、変形例５に係る楽器１０Ｅを説明する図である。図１０（ａ）は、楽器１０Ｅの断面図である。光源２１Ｅは、光伝達層３１Ｅの入射端ＩＮＥに対して光を出射する。光伝達層３１Ｅは、入射端ＩＮＥから出射端ＥＸＥまで光を伝達する。光伝達層３１Ｅは、出射端ＥＸＥから伝達した光を出射する。光検出素子４１Ｅは、光伝達層３１Ｅが出射した光を検出する。図１０（ｂ）は、変形部材３０Ｅの構造を説明する模式図である。変形部材３０Ｅは、２層の第２材料部３４Ｅの間に光伝達層３１Ｅを形成している。この場合、光源２１Ｅおよび光検出素子４１Ｅは、光検出素子４１Ｅが検出すべき光とは異なる光を検出することがないように配置されればよい。例えば、光源２１Ｅが出射する光に指向性の高いレーザ光を用いてもよい。これにより、光源２１Ｅの出射するレーザ光が別の光源２１Ｅの出射するレーザ光を検出している光検出素子４１Ｅによって検出されるのを防ぐことができる。また、各光源２１Ｅがそれぞれ波長の異なる光を出射して、光検出素子４１Ｅは検出すべき光源２１Ｅが出射する波長の光を検出するようにしてもよい。これにより、光検出素子４１Ｅは、検出すべき光源２１Ｅ以外の光源２１Ｅが出射する光を検出するのを防ぐことができる。
【００４７】
＜変形例６＞
上述した実施形態においては、制御部５０は、測定した遅れ時間に基づいて部材変形量を検出したが、光ファイバ３１が変形すると接触する位置に圧電素子を設置してもよい。この場合、圧電素子は、光ファイバ３１の変形の大きさに応じた信号を制御部５０へ送信する。
【００４８】
＜変形例７＞
上述した実施形態においては、光ファイバ３１は２つの方向に沿って配置したが、３つまたはそれ以上の方向に沿って配置してもよい。例えば、光ファイバを３つの方向に沿って配置する押力検出装置１１ｄは、３つの光ファイバの組によって与えられる座標で加力位置を検出する。
【００４９】
図１１は、変形例７に係る加力位置の検出を説明する図である。図１１（ａ），（ｂ）は、図６（ａ），（ｂ）に示した状態のときに、光ファイバが３つの方向に沿って配置されている押力検出装置１１ｄが押力を検出する様子を示している。これらの図に示されるように、図６（ａ），（ｂ）と共通の２つの方向Ｄａ５，Ｄｂ５に沿った光ファイバでは同じ値が検出されても、３つ目の方向Ｄｃ５に沿った光ファイバから異なる値が検出されることで、押力検出装置１１ｄは、これらの押力が加えられた位置を区別する。
【００５０】
＜変形例８＞
上述した実施形態においては、光ファイバ３１は２つの方向に沿って配置したが、１つの方向に沿って配置されてもよい。この場合、制御部５０は、光ファイバ３１が沿っている方向Ｄａ６とは角度をなす方向Ｄｂ６における光ファイバ３１からの位置を検出する。
【００５１】
図１２は、変形例８に係る加力位置の検出を説明する図である。図１２（ａ）は、変形面３３に押力が加えられた状態を示す模式図である。図１２（ａ）における実線の矢印は、方向Ｄａ６および方向Ｄａ６に沿って配置されている光ファイバ３１ｆ１，３１ｆ２，３１ｆ３を示している。この押力は、光ファイバ３１ｆ１と光ファイバ３１ｆ２との間に加えられている。この例においては、制御部５０は、検出した部材変形量が最大となったときの値を押力として検出する。ここで、検出する部材変形量が最大のときに、実線で囲む範囲の部材変形量が１、２点鎖線で囲む範囲の部材変形量が０．５であったとする。この場合、制御部５０は、光ファイバ３１ｆ１において０．５を、光ファイバ３１ｆ２において１を、光ファイバ３１ｆ３において０をそれぞれ部材変形量として検出する。この検出結果から、制御部５０は、加えられた押力の部材変形量は１で、加力された位置は光ファイバ３１ｆ１と光ファイバ３１ｆ２との間で、光ファイバ３１ｆ２に近い領域であると検出する。このように、制御部５０は、光ファイバ３１が沿っている方向Ｄａ６とは異なる方向Ｄｂ６における光ファイバ３１に対する加力位置を検出する。
【００５２】
図１２（ｂ）は、時刻ｔ６に変形面３３に部材変形量１の押力が加えられた状態を示す模式図である。時刻ｔ６に、制御部５０は、光ファイバ３１ｆ２において、部材変形量１を検出する。図１２（ｃ）は、時刻ｔ６から時間α経過した状態を示す模式図である。時刻ｔ６に加えられた押力によって変形した変形面３３は、変形の大きさを減衰させながら周囲に変形する領域を広げる。この結果、時刻（ｔ６＋α）には、制御部５０は、光ファイバ３１ｆ２および光ファイバ３１ｆ３において部材変形量０．７５を検出し、光ファイバ３１ｆ１において、部材変形量０を検出する。この検出結果から、制御部５０は、加えられた押力の部材変形量は１で、加力された位置は光ファイバ３１ｆ２と光ファイバ３１ｆ３との間で、光ファイバ３１ｆ２に近い領域であると検出する。このように、制御部５０は、光ファイバ３１が沿っている方向Ｄａ６とは異なる方向Ｄｂ６における光ファイバ３１に対する加力位置を検出する。
【００５３】
＜変形例９＞
上述した実施形態においては、押力検出装置１１は、加えられた押力の強度と加力位置とを検出したが、押力の強度のみを検出してもよい。例えば、押力検出装置１１を、押力を加えられた位置に関わらず押力の強度のみに基づいて発音する楽器に用いる場合である。この場合、光ファイバ３１は、少なくともひとつ以上配置されていればよい。
【００５４】
＜変形例１０＞
上述した実施形態においては、複数の光源２１を用いたが、ひとつの光源２１としてもよい。例えば、光源２１は、複数の入射端ＩＮに対して光を出射するように構成してもよいし、変形例５に示した光伝達層３１Ｅに対して拡散する光を出射して複数の光検出素子４１で検出するように構成してもよい。
【００５５】
＜変形例１１＞
上述した実施形態においては、複数の光検出素子４１を用いたが、ひとつの光検出素子としてもよい。例えば、複数の光源２１があらかじめ定められた時間間隔で光を出射し、この光が複数の光ファイバ３１によって順番にひとつの光検出素子４１に到達するように構成してもよい。この場合、制御部５０は、光検出素子４１に順番に到達する光における遅れ時間ＤＴを測定することで、測定した遅れ時間ＤＴから部材変形量を検出することができる。また、制御部５０は、光検出素子４１に順番に到達する光における遅れ時間ＤＴの有無を判定することで、遅れ時間ＤＴを測定した光を伝達した光ファイバ３１の位置を示す情報に基づいて加力位置を検出することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｅ…楽器、１１，１１Ｂ１，１１Ｂ２，１１Ｃ，１１Ｄ…押力検出装置、２０…光出射部、２１，２１ａ，２１ｂ,２１Ｅ…光源、３０,３０Ａ,３０Ｅ…変形部材、３１，３１ａ，３１ａ２，３１ａ３，３１ｂ，３１ｂ２,３１ｆ１,３１ｆ２,３１ｆ３…光ファイバ、３２…保持部、３３…変形面、３４,３４Ａ,３４Ｅ…第２材料部、４０…光検出部、４１，４１ａ，４１ｂ,４１Ｅ…光検出素子、５０…制御部、６０…時計部、７０…操作部、８０…Ｉ／Ｆ、９０…生成部
【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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