(57)【要約】【課題】 簡単な構成で正確に鍵操作速度を検出する装置を提供する。【解決手段】 互いに位相が異なる複数の交番信号を送信電極１０９Ａ、１０９Ｂに供給するとともに押鍵操作によって受信電極１１１Ａ、１１１Ｂと送信電極１０９Ａ、１０９Ｂとの間の静電容量を変化させ、受信電極１１１Ａ、１１１Ｂに誘起された交番信号の位相を、比較、弁別する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の鍵の各鍵に対応してそれぞれ１あるいは複数設けられた受信電極と、
前記受信電極と対向して配置された２個以上の送信電極と、
対応する鍵の押鍵操作によって前記受信電極または送信電極の何れかが移動して前記受信電極と送信電極間の静電容量が変化する鍵盤機構と、
複数の鍵に共通して設けられ、周期が同一でかつ位相が互いに異なる複数の交番信号を発生し、発生した各交番信号を前記各送信電極にそれぞれ供給するとともに、該交番信号と同じ周期の基準位相信号を発生する信号発生回路と、
複数の鍵に共通に設けられ、該複数の鍵の各鍵に設けられた前記受信電極に誘起された交番信号および前記基準位相信号が供給され、前記基準位相信号を用いて各鍵の受信電極に誘起された交番信号の位相を弁別することで該鍵の押圧深さを求め、鍵が少なくとも２個の押圧深さを通過する際の時間間隔を計測することで鍵の操作速度を求める信号処理回路と、
を備える電子楽器の鍵操作速度検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置において、
前記受信電極と前記送信電極との間には所定の間隙が設けられている電子楽器の鍵操作速度検出装置。
【請求項３】
請求項２記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置において、
前記信号発生回路は、前記受信電極に誘起される交番信号の電圧が前記信号処理回路で処理可能なレベルになるように前記基準位相信号よりも高電圧の交番信号を前記送信電極に供給する電子楽器の鍵操作速度検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置において、
前記送信電極、前記受信電極のいずれか、あるいは双方が絶縁膜で覆われている電子楽器の鍵操作速度検出装置。
【請求項５】
請求項３に記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置において、
前記信号発生回路で発生する複数の交番信号を前記送信電極に供給する配線は、位相が互いにπ異なる交番信号を対として平行線あるいは撚り対線で前記送信電極に供給する電子楽器の鍵操作速度検出装置。
【請求項６】
請求項３に記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置において、
前記信号発生回路で発生する複数の交番信号の位相は該複数の交番信号を加算したときに交番信号が相殺される位相に設定されているとともに、該複数の交番信号を前記送信電極に供給する配線は平行線、撚り対線、またはこれらの線をシールドで覆ったシールド線とすることで該配線からの不要輻射を相殺する電子楽器の鍵操作速度検出装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置において、
前記受信電極は、各鍵に対応して複数設けられており、
前記送信電極は、２個設けられており、
前記信号発生回路は、２個の送信電極に位相が互いにπ異なる２個の交番信号をそれぞれ供給するものであり、
前記信号処理回路は、各鍵の少なくとも２つの受信電極からの交番信号が位相反転する時間間隔から鍵の操作速度を求める電子楽器の鍵操作速度検出装置。
【請求項８】
請求項１に記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置において、
前記受信電極は、各鍵に対応して１個設けられており、
前記送信電極は、２個以上設けられており、
前記信号処理回路は、各鍵の受信電極からの前記交番信号の位相が少なくとも２つの所定の位相と同一になった際の時間間隔から鍵の操作速度を求める電子楽器の鍵操作速度検出装置。
【請求項９】
請求項１に記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置において、
前記鍵あるいは該鍵に連動する部材に前記送信電極が設けられているとともに、前記鍵盤機構の基部に前記受信電極および前記信号処理回路が設けられている電子楽器の鍵操作速度検出装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置において、
前記鍵あるいは該鍵に連動する部材に前記受信電極が設けられているとともに、前記鍵盤機構の基部に前記送信電極および前記信号発生回路が設けられている電子楽器の鍵操作速度検出装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置において、
前記受信電極に誘起された交番信号を前記信号処理回路に供給する配線にグランドラインで挟まれたシールドが施されている電子楽器の鍵操作速度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押鍵や離鍵などの鍵に対する操作の際の操作速度を検出する電子楽器の鍵操作速度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子楽器の鍵操作速度検出装置においては、安価なものは、各鍵に対応して設けられた２個以上のスイッチが開閉する時間差を計測することで、鍵の操作速度を検出している。図１９に示す従来の電子楽器の鍵操作速度検出装置では、演奏者が鍵１９０１を押下すると、鍵１９０１は回転軸１９０２を中心に回動し、ジャック１９０３が鍵スイッチのコモンコンタクト１９０４を押し下げる。コモンコンタクト１９０４は、押鍵されていないときにはコンタクト１９０５に接触しているが、押鍵によりコンタクト１９０５から離れてコンタクト１９０６に接触する。コモンコンタクト１９０４が、コンタクト１９０５を離れてからコンタクト１９０６に接触するまでの経過時間を測定することで、鍵の操作速度が検出される。この方式は、構造がシンプルなため広く用いられている。しかしながら、この方式では、鍵スイッチにチャタリングが発生したり、長時間の使用後に鍵スイッチの磨耗や変形によって操作速度が正確に測定できないという問題が生じることがある。
【０００３】
また、従来の鍵操作速度検出装置においては、鍵の操作に対応して光や磁気の強さを変化させて各種センサによりこれらの変化を測定して、操作速度を検出する方式も提案されている。特許文献１には、発光素子と受光素子の間に鍵の操作位置の変化に応じて透過光量が連続的に変化するスリットを設け、受光素子が検知する光に基づいて鍵の操作位置を検出する装置が、開示されている。特許文献１に記載の装置では、鍵の２つの操作位置に対応して２つの閾光量を設定し、受光素子が検知する光量がこれらの閾光量を通過する際の時間を計測することで、鍵操作速度検出装置を得ている。
【０００４】
光や磁気の強さを検出する方式の場合には、前述の鍵スイッチを用いる方式における問題の発生を防ぐことができる。しかしながら、光や磁気のセンサは高価であり、普及価格帯の製品に採用することはできない。また、光や磁気のセンサでは、センサ個体間の感度のバラツキ、温度変化などによる感度の変化が存在するため、これらのバラツキや感度の変更によって設計者が意図したのとは異なる操作位置で操作速度を求めてしまうことがあり、正確な操作速度が測定できるとは限らない。
【０００５】
また従来の鍵操作速度検出装置として、鍵の操作に対応して変化する静電容量を利用する方式も提案されている。特許文献２には、鍵の操作に対応してコンデンサの静電容量を変化させ、コンデンサを通過した信号を整流回路、微分回路を介して整形して、鍵操作速度を求める技術が開示されている。特許文献３には、伸縮可能なワイヤで保持された静電容量センサに鍵操作を作用させて、静電容量の変化によって発振器の発振周波数を変化させ、発振周波数を電圧に変換して電圧を検出することで押鍵の深さを検出することが、開示されている。特許文献４には、コイルバネを備えた静電容量型アナログスイッチに鍵操作を作用させて、静電容量型アナログスイッチを通過した信号を増幅器で増幅した後にＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換した信号のレベルの変化から鍵操作速度検出装置求めることが開示されている。
【０００６】
特許文献２に記載されたものでは、整流回路、微分回路などが必要である。特許文献３に記載されたものでは、可変発振器や周波数電圧変換器などが必要である。特許文献４に記載されたものでは、増幅器やＡ／Ｄ変換器が必要である。このように上述のものはいずれも複雑な構成となっている。
【０００７】
一方、２つ以上の位相の互いに異なる交番電圧を複数の電界発生電極（送信電極）にそれぞれ与え、物体の位置や角度に応じて電界発生電極（送信電極）と電界検出電極（受信電極）との間の静電容量を変化させ、電界検出電極（受信電極）に誘起する交番電圧の位相変化を検出することで物体の位置や角度を求める方法が、ノギスや、ロータリエンコーダなどにおける微小な位置や回転角度の測定に利用されている。（例えば、特許文献５、特許文献６、特許文献７を参照）以降、この方法を「静電容量−位相変化方式」と称することにする。なお、以降の説明では、電界を発生する電極を「送信電極（transmission electrode）」、電界を検出する電極を「受信電極（reception electrode）」と称することにする。
【０００８】
特許文献５を例にとると、図２０（ａ）のように、誘電体で構成される円筒２００１の外周面に円周方向に対してその幅が徐々に増大する送信電極２００２と、逆に幅が徐々に減少する送信電極２００３を配置するとともに、円筒２００１の内部で回転するロータ２００４の外周面に形成された凹部に受信電極２００５を配置している。送信電極２００２および送信電極２００３には、位相が互い異なる交番電圧２００６および交番電圧２００７を印加するとともに、受信電極２００５に誘起された電圧を取り出し線２００８によって外部に取り出している。受信電極２００５には、送信電極２００２と受信電極２００５との間に形成される静電容量および送信電極２００３と受信電極２００５との間に形成される静電容量に応じた電圧が、誘起される。図２０（ｂ）に図２０（ａ）の構成における等価回路を示す。
【０００９】
交番電圧２００６および交番電圧２００７の電圧をそれぞれｅ１およびｅ２とし、送信電極２００２と受信電極２００５との間に形成される静電容量および送信電極２００３と受信電極２００５との間に形成される静電容量をそれぞれｃ１およびｃ２としたとき、受信電極２００５に誘起合成される電圧Ｖは、
《数１》
Ｖ＝（ｅ１＊ｃ１＋ｅ２＊ｃ２）／（ｃ１＋ｃ２）        式１
となる。交番電圧２００６および交番電圧２００７の位相差をπ（１８０度）とした場合には、受信電極２００５に誘起する信号の電圧が静電容量ｃ１および静電容量ｃ２に応じて変化する。また、交番電圧２００６および交番電圧２００７の位相差をπ／２（９０度）とした場合には、受信電極２００５に誘起する信号の位相が静電容量ｃ１および静電容量ｃ２に応じて変化する。この電圧あるいは位相の変化からロータの回転角度を求めることができる。
【００１０】
また、特許文献６では、図２１のように、一定の間隔で並べられた矩形の送信電極３００１、３００２、３００３にそれぞれ位相が互いに２π／３（１２０度）異なる３相の交流電圧３００４、交流電圧３００５および交流電圧３００６を交互に印加し、送信電極に対面して移動する受信電極３００７に誘起合成する電圧の位相を連続的に測定して精密な構造のノギスの測定精度を向上させている。
【００１１】
逆相すなわちπの位相差の交番電圧を使って電圧を検出する場合には、誘起電圧を増幅する増幅器の感度など電圧の測定精度が問題になる。また電圧をデジタル的に測定する場合には、Ａ／Ｄコンバータの精度が問題になったり、Ａ／Ｄコンバータを使うことにより構成が複雑になったりするという問題点がある。π／２や２π／３などの位相差の交番電圧を使って位相を検出する場合には、Ａ／Ｄ変換をする必要がなく増幅器の感度なども問題にならないため、シンプルな構成で高精度な測定が行なえる。
【００１２】
しかし、ノギスや、ロータリエンコーダなどに用いられている静電容量−位相変化方式を電子楽器で利用することは未だ提案されていない。また、ノギスや、ロータリエンコーダなどに用いられている静電容量−位相変化方式をそのまま電子楽器の鍵操作速度検出装置に利用することはできない。すなわち、ノギスやロータリエンコーダの場合には測定対象となる物体の位置や角度は1個しかないが、電子楽器の場合には８８鍵などの多数の鍵を備えており、各鍵毎に独立して鍵の操作速度を検出する必要がある。これらの多数の鍵のそれぞれに対して交番電圧を発生する回路や電圧や位相を検出する回路を備えると複雑な構成となり高価なものとなってしまう。また、静電容量−位相変化方式の原理を説明するために用いた図２０（ｂ）の等価回路には、電極間の静電容量ｃ１およびｃ２のみを示したが、実際には図２０（ｂ）に破線で示すように、受信電極から位相測定回路までの配線の浮遊容量や位相測定回路の入力容量などを合成した１０ｐＦ程度の容量ｃ３が存在する。このため位相測定回路に入力される電圧は、電極間静電容量ｃ１およびｃ２と、容量ｃ３とで分圧されたものとなる。位相測定回路に入力される電圧を充分なレベルにするためには電極間静電容量を大きくする必要がある。大きな容量を得るには、電極面積を大きく、電極間隙を小さく、電極間隙に空間を設けずに、誘電率の高い材料を挟めばよい。特許文献５に示された装置では、電極間に存在する円筒２００２を誘電体とするとともに、円筒２００２の内周面とロータ２００４の外周面を接触させているため大きな電極間静電容量を容易に得ることができる。
【００１３】
ノギスや、ロータリエンコーダなどの場合には、このように電極間に誘電体を挟んで電極と誘電体を接触させながら電極を動かす構成をとっても大きな不具合とはならない。電子楽器の鍵操作速度検出に静電容量−位相変化方式を利用する場合には、送信電極（あるいは受信電極）を鍵操作に従って動かし、受信電極（あるいは送信電極）を送信電極に対向する位置に配置することが考えられるが、電極と誘電体を強く接触させながら電極を動かすようにすると、摩擦抵抗により鍵の操作感に影響を与えてしまう可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１０−２６９８３号公報
【特許文献２】特公昭３９−２９４８５号公報
【特許文献３】特開平７−８４５７６号公報
【特許文献４】特開平９−２０４８４６号公報
【特許文献５】特公平４−６７８８３号公報
【特許文献６】特公昭６４−１１８８３号公報
【特許文献７】特公平４−６７８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、従来の電子楽器の鍵操作速度検出装置の有している前述の問題を解決し、簡単な構成で正確に鍵操作速度を検出する装置を、提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記課題を解決するために、請求項１記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置は、
複数の鍵の各鍵に対応してそれぞれ１あるいは複数設けられた受信電極と、
前記受信電極と対向して配置された２個以上の送信電極と、
対応する鍵の押鍵操作によって前記受信電極または送信電極の何れかが移動して前記受信電極と送信電極間の静電容量が変化する鍵盤機構と、
複数の鍵に共通して設けられ、周期が同一でかつ位相が互いに異なる複数の交番信号を発生し、発生した各交番信号を前記各送信電極にそれぞれ供給するとともに、該交番信号と同じ周期の基準位相信号を発生する信号発生回路と、
複数の鍵に共通に設けられ、該複数の鍵の各鍵に設けられた前記受信電極に誘起された交番信号および前記基準位相信号が供給され、前記基準位相信号を用いて各鍵の受信電極に誘起された交番信号の位相を弁別することで該鍵の押圧深さを求め、鍵が少なくとも２個の押圧深さを通過する際の時間間隔を計測することで鍵の操作速度を求める信号処理回路と、
を備えるものである。
なお、前記の送信電極は、各鍵に個々に独立して設けられるものであってもよいし、複数の鍵に共通して設けられているものであってもよい。
【００１７】
請求項２記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置は、請求項１に記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置において、前記受信電極と前記送信電極との間には所定の間隙が設けられているものである。
【００１８】
請求項３記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置は、請求項２に記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置において、
前記信号発生回路は、前記受信電極に誘起される交番信号の電圧が前記信号処理回路で処理可能なレベルになるように前記基準位相信号よりも高電圧の交番信号を前記送信電極に供給するものである。なお、前記の高電圧は昇圧トランスや高電圧ドライバを用いて発生することができる。
【００１９】
請求項４記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置は、請求項３に記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置において、
前記送信電極、前記受信電極のいずれか、あるいは双方が絶縁膜で覆われているものである。
【００２０】
請求項５記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置は、請求項３に記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置において、
前記信号発生回路で発生する複数の交番信号を前記送信電極に供給する配線は、位相が互いにπ異なる交番信号を対として平行線あるいは撚り対線で前記送信電極に供給するものである。
【００２１】
請求項６記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置は、請求項３に記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置において、
前記信号発生回路で発生する複数の交番信号の位相は該複数の交番信号を加算したときに交番信号が相殺される位相に設定されているとともに、該複数の交番信号を前記送信電極に供給する配線は平行線、撚り対線、またはこれらの線をシールドで覆ったシールド線とすることで該配線からの不要輻射を相殺するものである。
【００２２】
請求項７記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置は、請求項１に記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置において、
前記受信電極は、各鍵に対応して複数設けられており、
前記送信電極は、２個設けられており、
前記信号発生回路は、２個の送信電極に位相が互いにπ異なる２個の交番信号をそれぞれ供給するものであり、
前記信号処理回路は、各鍵の少なくとも２つの受信電極からの交番信号が位相反転する時間間隔から鍵の操作速度を求めるものである。
【００２３】
請求項８記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置は、請求項１に記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置において、
前記受信電極は、各鍵に対応して１個設けられており、
前記送信電極は、２個以上設けられており
前記信号処理回路は、各鍵の受信電極からの前記交番信号の位相が少なくとも２つの所定の位相と同一になった際の時間間隔から鍵の操作速度を求めるものである。
【００２４】
請求項９記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置は、請求項１に記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置において、
前記鍵あるいは該鍵に連動する部材に前記送信電極が設けられているとともに、前記鍵盤機構の基部に前記受信電極および前記信号処理回路が設けられているものである。
【００２５】
請求項１０記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置は、請求項１に記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置において、
前記鍵あるいは該鍵に連動する部材に前記受信電極が設けられているとともに、前記鍵盤機構の基部に前記送信電極および前記信号発生回路が設けられているものである。
【００２６】
請求項１１記載の電子楽器の鍵操作速度検出装置は、請求項１０に記載の電子楽器の鍵操作検出装置において、
前記受信電極に誘起された交番信号を前記信号処理回路に供給する配線にグランドラインで挟まれたシールドが施されているものである。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１に記載の装置によれば、信号発生回路で発生した交番信号を複数の鍵で共通して使用するとともに１つの信号処理回路で複数の鍵の操作速度、深さを求めるため、簡単な構成で正確に鍵操作速度を検出することができる。
【００２８】
請求項２記載に記載の装置によれば、請求項１に記載の装置の奏する効果に加え、送信電極と受信電極との間に間隙が設けられているため鍵の操作感に影響を与えることがない。
【００２９】
請求項３に記載の装置によれば、請求項２に記載の装置の奏する効果に加え、送信電極によって強い電界を発生することで、送信電極と受信電極との間に空間を設けながら受信電極に誘起される交番信号の電圧が信号処理回路で処理可能なレベルとすることができ、非接触で、かつ安定して鍵操作速度、深さを検出することができる。
【００３０】
請求項４に記載の装置によれば、請求項３に記載の装置の奏する効果に加え、送信電極に絶縁膜を施した場合には送信電極によって強い電界を発生しても、高湿度や塵埃の多い環境での電極間の漏洩電流や放電を阻止し、受信電極に絶縁膜を施した場合には受信電極に誘起された信号の漏洩を阻止し、安定して鍵操作速度を検出することができる。
【００３１】
請求項５に記載の装置によれば、請求項３に記載の装置の奏する効果に加え、送信電極によって強い電界を発生しても、信号発生回路から送信電極までの長い配線からの不要輻射を相殺して、信号発生回路を複数の鍵で共有し、安価な装置を提供できる。
【００３２】
請求項６に記載の装置によれば、請求項３に記載の装置の奏する効果に加え、送信電極によって強い電界を発生しても、信号発生回路から送信電極までの長い配線からの不要輻射を相殺して、信号発生回路を複数の鍵で共有し、安価な装置を提供できる。
【００３３】
請求項７に記載の装置によれば、請求項１に記載の装置の奏する効果に加え、簡単な構成で受信電極からの交番信号の位相を弁別してその受信電極が２個の送信電極の中間に位置したことが検出でき、少なくとも２個の受信電極からの交番信号の位相反転の時間間隔から鍵の操作速度を求めることができる。
【００３４】
請求項８に記載の装置によれば、請求項１に記載の装置の奏する効果に加え、簡単な構成で受信電極からの交番信号の位相を弁別することができ、交番信号の位相が所定の変化をする時間間隔から鍵の操作速度を求めることができる。また、請求項８に記載の装置によれば交番信号の位相を弁別することで、鍵の操作速度を求めるだけでなく同時に鍵操作の深さを求めることもできる。
【００３５】
請求項９に記載の装置によれば、請求項１に記載の装置の奏する効果に加え、同じ部材に受信電極と信号処理回路が設けられているため、受信電極から信号処理回路までの配線を短くすることができ、受信電極に誘起された交番信号を有効に信号処理回路に導くことができる。
【００３６】
請求項１０記載の装置によれば、請求項１に記載の装置の奏する効果に加え、信号発生回路から送信電極までの距離を短くでき、かつ、小さな受信電極は大きな振幅で移動できるため、鍵盤機構を小型化できる。
【００３７】
請求項１１記載の装置によれば、請求項１０に記載の装置の奏する効果に加え、受信電極から信号処理回路までの配線に周辺の空間からの妨害電波が乗るのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施形態における鍵、ハンマー、送信電極、受信電極の関係を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における信号発生回路および論理集積回路の内部構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における送信電極、受信電極および論理集積回路までの等価回路を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における押鍵深さが変化したときの信号の様子を示す図である。
【図５】図４に示される信号の拡大図である。
【図６】本発明の第１の実施形態におけるマイクロプロセッサが行なう処理内容を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態における送信電極の受信電極に対する影響度合いと位相の関係を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における信号発生回路、送信電極、受信電極、および論理集積回路の内部構成を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態におけるマスタークロック、位相パルス、基準位相信号、ゲート出力の関係を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態における押鍵深さが変化したときの位相の様子を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態におけるマイクロプロセッサが行なう処理内容を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第３の実施形態における送信電極の基本構造を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態における送信電極の別の構造を示す図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態における送信電極に印加される信号、押鍵深さが変化したときの位相の様子を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態におけるマイクロプロセッサが行なう処理内容を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第４の実施形態における送信電極、受信電極および信号発生回路を示す図である。
【図１７】本発明の第４の実施形態における送信電極に印加される信号、押鍵深さが変化したときの位相の様子を示す図である。
【図１８】本発明の変形例を示す図である。
【図１９】従来の電子楽器の鍵操作速度検出装置を示す図である。
【図２０】従来技術における物体の回転角度を検出する技術を示す図である。
【図２１】従来技術における物体の位置を検出する技術を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の好ましい第１の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明が適用された電子楽器の鍵操作速度検出装置における鍵、ハンマー、送信電極、受信電極の関係を示している。代表として１つの鍵を取り上げて説明するが、他の鍵でも同様に構成されている。図１（ａ）には電極をハンマーの先端部の正面側から見た図が示されており、図１（ｂ）には鍵の機構を側面から見た図が示されている。
【００４０】
演奏者が鍵１０１を押下すると、鍵１０１は回動軸１０２を中心に回動する。鍵１０１に連動してジャック１０３がハンマー１０４を動かし、ハンマー１０４は回動軸１０５を中心に回動し、ハンマー１０４の先端部１０６は上に上がる。演奏者の離鍵操作により鍵１０１は図示しないバネなどにより元の位置に復帰し、ハンマー１０４は自重により元の位置に復帰し、受け部材１０７に当接する。これらの鍵機構は鍵盤基部１０８の上に構築されている。
【００４１】
ハンマー１０４の先端部１０６には送信電極１０９が配置されている。送信電極１０９は、何れも矩形の第１の送信電極１０９Ａおよび第２の送信電極１０９Ｂから構成されており、第１の送信電極１０９Ａおよび第２の送信電極１０９Ｂは、ハンマー１０４の移動方向に沿って所定の間隔１０９Ｚをおいて先端部１０６に絶縁固定されている。送信電極１０９のハンマー１０４の移動方向に対する長さは、第１の送信電極１０９Ａの方が第２の送信電極１０９Ｂよりも長くなっており、また第１の送信電極１０９Ａが上に、第２の送信電極１０９Ｂが下に配置されている。両送信電極の幅（ハンマー１０４の移動方向に垂直な方向の長さ）はハンマー１０４の幅とほぼ同じとされている。両送信電極１０９Ａおよび１０９Ｂには後述するように高電圧がかけられるため、漏電や放電を防止するように電極表面および間隔１０９Ｚに絶縁膜が施されているのが望ましい。
【００４２】
鍵盤基部１０８のハンマー１０４の先端部１０６に対向する位置に速度検出基板１１０が設置されている。速度検出基板１１０には何れも矩形の第１の受信電極１１１Ａおよび第２の受信電極１１１Ｂがハンマー１０４の移動方向に沿って所定の間隔をおいて印刷または装着されているとともに、論理集積回路１１２が装着されている。受信電極１１１Ａおよび受信電極１１１Ｂは、ハンマー１０４が回動したときに送信電極１０９Ａおよび送信電極１０９Ｂと接触しないように所定の間隙を設けて、これらの電極に対向する位置に近接して配置されている。なお、ハンマー１０４の先端部１０６の受信電極と対向する面は、ハンマー１０４が回動したときに送信電極と受信電極との距離が変化しないように、回動曲線に沿って湾曲している。受信電極のハンマー１０４の移動方向の長さは送信電極の局所的な影響のみを受けるように何れの送信電極よりも短くされており、受信電極のハンマー１０４の移動方向に垂直方向の幅は送信電極の幅とほぼ同じとしている。また、受信電極１１１Ａが上に、第２の受信電極１１１Ｂが下に配置されており、押鍵がなされていない状態においては両受信電極とも第１の送信電極１０９Ａと対向している。押鍵がなされると、ハンマー１０４の先端１０６は上方に移動し、送信電極１０９Ａに続いて送信電極１０９Ｂが各受信電極の近傍を通過する。なお、受信電極には、誘起された信号の漏洩を阻止するために電極表面および隣接する電極間に絶縁膜が施されているのが望ましい。
【００４３】
図２は、送信電極に印加する信号を発生する信号発生回路２０１および受信電極に誘起された信号を処理する論理集積回路１１２の内部構成を示している。信号発生回路２０１は正弦波発振器２０２および平衡昇圧トランス２０３から構成されており、鍵盤基部１０８に備えられている。正弦波発振器２０２は１００ｋＨｚの長波帯の正弦波交番信号を生成する。生成された信号は平衡昇圧トランス２０３によって高電圧に昇圧される。なお、正弦波発振器２０２の出力の一端はグランドに接続されている。平衡昇圧トランス２０３の２次側のセンタータップはグランドに接続されており、平衡昇圧トランス２０３の２次側の両端の端子からは電圧が等しく位相が互いにπ異なる（逆相）２相の高圧交番信号が出力される。平衡昇圧トランス２０３の昇圧比については後述する。ここでは１つの鍵のみを代表して示したが、信号発生回路２０１は複数の鍵に共通で使用され、信号発生回路２０１からの高圧の交番信号を複数の鍵の送信電極に供給する。
【００４４】
配線２０４は、配線２０４からの不要輻射を減らすために平行線、撚り対線、あるいは、平行線あるいは撚り対線とされた芯線をシールドでガードした（覆った）シールド線とするのが望ましい。配線２０４を平行線あるいは撚り対線としておけば、配線２０４を通る信号は互いに逆相であるため互いに相殺され、不要輻射は低減される。シールド線にした場合には、配線２０４からの不要輻射はさらに低減される。配線２０４からの不要輻射は平行線、撚り対線、シールド線の順に小さくなるが、配線２０４の構造は許容される不要輻射の大きさ、コスト等を勘案して決めればよい。なお、配線２０４としてシールド線を使う場合には、図２に示すように配線２０４のシールドはグランドに接続する。なお、平衡昇圧トランス２０３は鍵盤基部１０８に備えられており、送信電極１０９はハンマー１０４に設けられているため、配線２０４のうちハンマー１０４に信号を受け渡す箇所はハンマー１０４の動作を妨げることがないよう柔軟性に富んだ線材を使用するのが望ましい。
【００４５】
送信電極１０９Ａに印加された交番信号が、送信電極１０９Ａと受信電極１１１Ａ、受信電極１１１Ｂとの間に形成された静電容量を介して受信電極１１１Ａ、受信電極１１１Ｂに誘起される。同様に送信電極１０９Ｂに印加された交番信号も、送信電極１０９Ｂと受信電極１１１Ａ、受信電極１１１Ｂとの間に形成された静電容量を介して受信電極１１１Ａ、受信電極１１１Ｂに誘起される。これらの静電容量はハンマー１０４の移動に伴って変化する。受信電極１１１Ａ、受信電極１１１Ｂに誘起された交番信号は論理集積回路１１２に供給される。受信電極１１１Ａおよび受信電極１１１Ｂから論理集積回路１１２までの配線は図示しないシールドやガード用の銅箔で囲んで隣接する配線からのクロストークや雑音の混入を防ぐようになされている。論理集積回路１１２については後に詳解する。
【００４６】
図３には複数の鍵の送信電極、受信電極および論理集積回路１１２までの等価回路が示されている。コンデンサｃ１は送信電極１０９Ａと受信電極１１１Ａあるいは１１１Ｂとの間に形成された静電容量、コンデンサｃ２は送信電極１０９Ｂと受信電極１１１Ａあるいは１１１Ｂとの間に形成された静電容量、コンデンサｃ３は論理集積回路１１２の入力容量、コンデンサｃ４は速度検出基板１１０上の隣接する受信電極の配線との間の浮遊容量で前記クロストークの原因となる。コンデンサｃ５は受信電極から論理集積回路１１２までの配線の浮遊容量をそれぞれ示している。コンデンサｃ１およびコンデンサｃ２の容量は、電極のサイズ、電極間の距離にもよるが、最大でも１ｐＦに満たず、コンデンサｃ３の容量は概ね５ｐＦ程度となる。前述したように受信電極から論理集積回路１１２までの配線をシールドやガード用の銅箔で囲んだ場合には、コンデンサｃ４は小さくなり、ｃ５は大きくなる。送信電極１０９Ａおよび送信電極１０９Ｂにかけられる交番信号をそれぞれｅ１およびｅ２とすると論理集積回路１１２に入力される電圧は、
《数２》
Ｖ＝（ｅ１＊ｃ１＋ｅ２＊ｃ２）／（ｃ１＋ｃ２＋ｃ３＋ｃ５）        式２
となる。コンデンサｃ３とｃ５の容量はコンデンサｃ１およびコンデンサｃ２の容量よりも１桁以上大きいので、論理集積回路１１２に入力される電圧は送信電極にかけられる電圧の数１０分の１となる。このため、平衡昇圧トランス２０３の昇圧比をコンデンサｃ３、ｃ５の容量とコンデンサｃ１およびコンデンサｃ２の容量の比程度に設定する。このように送信電極にかける電圧を高い電圧とすることで、送信電極と受信電極との間に形成される静電容量が小さくても、論理集積回路１１２でデジタル処理するのに十分なレベルの信号を得ることができる。
【００４７】
なお、図３には示していないが、平衡昇圧トランス２０３の２次側から送信電極１０９Ａ、送信電極１０９Ｂまでの配線には浮遊容量が存在するとともに、送信電極１０９Ａ、送信電極１０９Ｂとグランドとの間にも浮遊容量が存在する。従って、平衡昇圧トランス２０３の２次側には、これらの浮遊容量が接続された鍵の数の分だけ加算されて負荷となる。平衡昇圧トランス２０３の１次側と、２次側の両端間の巻数比をｎとすると、平衡昇圧トランス２０３の１次側から見た前述の浮遊容量の値は、２次側の浮遊容量のnの二乗倍となる。nの二乗倍となった浮遊容量と平衡昇圧トランス２０３の１次側のインダクタンスによって共振回路が形成される。この共振回路の共振周波数が正弦波発振器２０２の発生する交番信号の周波数と一致するように、平衡昇圧トランス２０３のコイルを設計するのが望ましい。このようにすると、平衡昇圧トランス２０３の１次側から見たインピーダンスが高くなるために、平衡昇圧トランス２０３の1次側に流れる電流を少なくすることができる。このため昇圧における電力効率が向上し平衡昇圧トランスを小型化することができる。 また、このようにすると、平衡昇圧トランス２０３の１次側の信号と２次側の信号の位相差を最少にすることができ、位相の測定結果の誤差を小さくすることができる。ただし、共振回路の共振周波数と正弦波発振器の発生する交番信号の周波数を正確に同調させて、平衡昇圧トランスによって位相ずれが生じないようにしなければならない。なお、電極に印加する高電圧の交番信号は昇圧トランスの代わりに高電圧ドライバを用いた増幅回路を使用して生成するようにしてもよい。高電圧ドライバを用いた増幅回路を使用した場合には、前述の共振回路の同調の必要性はない。
【００４８】
なお、前記の静電容量ｃ５は受信電極から論理集積回路１１２までの配線の浮遊容量であるので、この配線の長さによって容量の大きさが決まる。１個の論理集積回路１１２が多数の鍵の速度検出を受け持つ場合、つまり速度検出基板１１０上の受信電極端子１１１Aおよび受信電極端子１１１Bから論理集積回路１１２の入力端子までのそれぞれの導線の長さが鍵によって大きく異なる場合は、鍵によって静電容量ｃ５の大きさが大きく異なることとなる。この場合には、前記受信電極端子１１１Aおよび受信電極端子１１１Bの近傍で安価なCMOSインバータなどの比較的増幅度の小さいバッファーで中継して導線の静電容量ｃ５を最小にし、導線間クロストークや外来雑音による影響を低減してもよい。
【００４９】
図２に戻り、受信電極１１１Ａおよび受信電極１１１Ｂに誘起された検出信号２０５Ａおよび検出信号２０５Ｂは論理集積回路１１２に供給されて、それぞれ電圧比較器２０６Ａおよび電圧比較器２０６Ｂの正側入力端子に入力される。電圧比較器２０６Ａおよび電圧比較器２０６Ｂの正側入力端子とグランドとの間には数ＭΩ程度の抵抗が接続されており、電圧比較器２０６Ａおよび電圧比較器２０６Ｂの負側入力端子はグランドに接続されている。電圧比較器２０６Ａおよび電圧比較器２０６Ｂは正側入力端子の電圧が負側入力端子の電圧よりも高い場合には“１”を出力し、正側入力端子の電圧が負側入力端子の電圧よりも低い場合には“０”を出力することで、検出信号２０５Ａおよび検出信号２０５Ｂをそれぞれ論理レベルに変換し、位相パルス２０７Ａおよび位相パルス２０７Ｂとする。
【００５０】
位相パルス２０７Ａおよび位相パルス２０７Ｂはそれぞれ次段の位相比較器２０８Ａおよび位相比較器２０８Ｂに送出される。一方、正弦波発振器２０２からの信号がレベルコンバータ２０９で論理レベルに変換されて基準位相信号２１０とされ、位相比較器２０８Ａおよび位相比較器２０８Ｂに送出される。位相比較器２０８Ａは位相パルス２０７Ａと基準位相信号２１０との排他的論理和をとって位相出力２１１Ａとしてマイクロプロセッサ２１２に供給する。同様に位相比較器２０８Ｂは位相パルス２０７Ｂと基準位相信号２１０との排他的論理和をとって位相出力２１１Ｂとしてマイクロプロセッサ２１２に供給する。
【００５１】
マイクロプロセッサ２１２は位相出力２１１Ａおよび位相出力２１１Ｂに基づいて、ノートオンと判別したときには、押鍵速度情報を含むノートオン指示を図示しない音源に送出するとともに、ノートオフと判別したときには、離鍵速度情報を含むノートオフ指示を音源に送出する。
【００５２】
なお、論理集積回路１１２は１オクターブ程度の複数の鍵毎に１つ設け、１つの論理集積回路１１２で複数の鍵についての処理を行う。このとき、論理集積回路１１２内のマイクロプロセッサ２１２以外の構成要素は各鍵に独立して用意するが、マイクロプロセッサ２１２は１つのみ設け、１つのマイクロプロセッサ２１２で複数の鍵についての処理を行う。あるいは、論理集積回路１１２内にマイクロプロセッサ２１２以外の構成要素のみを設け、マイクロプロセッサ２１２は論理集積回路１１２とは別の部品としてもよい。この場合には複数の論理集積回路１１２と１つのマイクロプロセッサ２１２を接続し、１つのマイクロプロセッサ２１２で複数の論理集積回路１１２に対する処理を行うようにする。
【００５３】
図４には、押鍵深さが変化したときの検出信号２０５Ａ、検出信号２０５Ｂ、位相出力２１１Ａ、位相出力２１１Ｂが示されている。図５には、図４に示される検出信号２０５Ａ、位相パルス２０７Ａ、基準位相信号２１０および位相出力２１１Ａの関係が押鍵深さ方向に拡大して示されている。押鍵開始点Ｐ０は鍵の初期位置、すなわちまだ押鍵されていない状態での押鍵深さを示している。押鍵深さＰ１は受信電極１１１Ａが送信電極１０９Ａおよび送信電極１０９Ｂの境界に位置する深さを示している。押鍵深さＰ２は受信電極１１１Ｂが送信電極１０９Ａおよび送信電極１０９Ｂの境界に位置する深さを示している。押鍵深さＰ３は最も深い位置まで押鍵されたときの位置を示している。
【００５４】
押鍵開始点Ｐ０では、受信電極１１１Ａおよび受信電極１１１Ｂはいずれも送信電極１０９Ａが対向しているため、受信電極１１１Ａおよび受信電極１１１Ｂの両方に送信電極１０９Ａの交番信号が定常的に誘起している。このとき位相パルス２０８Ａと基準位相信号２１０とは同位相であるため、位相比較器２０６Ａで排他的論理和をとった結果の位相出力２１１Ａは“０”となっている。同様に位相出力２１１Ｂも“０”となっている。
【００５５】
押鍵されて押鍵深さが図４に示す第１の押鍵深さＰ１に近づくと、送信電極１０９Ａが受信電極１１１Ａに与える影響が小さくなり、逆に送信電極１０９Ｂが受信電極１１１Ａに与える影響が大きくなるため、送信電極１０９Ａによって印加される信号が送信電極１０９Ｂによって印加される逆相の信号によって減殺され、受信電極１１１Ａに誘起合成される信号の振幅は急激に減少する。
【００５６】
押鍵深さが図４に示す第１の押鍵深さＰ１に到達したときには、受信電極１１１Ａが送信電極１０９Ａと送信電極１０９Ｂの境界に位置し、受信電極１１１Ａへの二つの送信電極からの影響が等しくなるため、受信電極１１１Ａに誘起合成される信号は相殺して“０”となる。この一瞬、交番信号１０のレベルが“０”となるため位相は不確定となる。
【００５７】
押鍵深さが第１の押鍵深さＰ１を過ぎると、受信電極１１１Ａに与える送信電極１０９Ａの影響が小さくなるとともに、送信電極１０９Ｂの影響が大きくなるため、誘起電圧は急速に増大し、かつ位相は明確に反転し、位相出力２１１Ａは“０”から“１”に変化する。
【００５８】
押鍵がさらに進んで送信電極１０９Ａと送信電極１０９Ｂの境界が受信電極１１１Ｂの上を通過して行き、前述の場合と同様にして押鍵深さが第２の押鍵深さＰ２を通過すると、位相出力２１１Ｂが“０”から“１”に変化する。
【００５９】
このようにして得られた位相出力２１１Ａと位相出力２１１Ｂの“０”から“１”に変化するタイミングの時間差、つまり押鍵深さが第１押鍵深さＰ１から第２の押鍵深さＰ２に遷移する際の時間差を、マイクロプロセッサ２１２のプログラムによるスピードカウンタによって計測し、これから押鍵速度を求めることができる。この時間差は数ミリ秒のオーダーなので１０マイクロ秒周期の基準位相信号２１０を計数するようにしてもよい。
【００６０】
図６には、マイクロプロセッサ２１２の処理内容が示されている。実際には複数の鍵の処理が時分割で行われるがここでは説明を簡略化するために１つの鍵についてのみ解説する。この処理は充分に短い一定時間毎に繰り返し起動される。また処理に使う変数は図示しない処理により電源投入時に初期化されている。
【００６１】
ステップＳ１０１では、位相出力２１１Ａの前回の処理からのレベル変化を判別する。なお、位相出力２１１Ａの前回の処理におけるレベルは後述するステップＳ１１０において記憶されている。現在のレベルが“０”で前回の処理と変化していない場合にはステップＳ１１０に進み、レベルが“０”から“１”に変化した場合にはステップＳ１０２に進み、レベルが“１”から“０”に変化した場合にはステップＳ１０４に進み、レベルが“１”で前回の処理と変化していない場合にはステップＳ１０８に進む。
【００６２】
ステップＳ１０２では、押鍵速度カウンタの値をクリアして、ステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、押鍵速度カウンタのカウントを開始し、ステップＳ１１０に進む。
【００６３】
ステップＳ１０４では、離鍵速度カウンタのカウント中であるか判断し、カウント中である場合にはステップＳ１０５に進み、カウント中でない場合にはステップＳ１１０に進む。ステップＳ１０５では、離鍵速度カウンタのカウントを停止して、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、離鍵速度カウンタのカウント値から離鍵速度を算出してステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、離鍵速度情報を含むノートオフ指示を音源に送出しするステップＳ１１０に進む。
【００６４】
ステップＳ１０８では、押鍵速度カウンタのカウント中であるか判断し、カウント中である場合にはステップＳ１０９に進み、カウント中でない場合にはステップＳ１１０に進む。ステップＳ１０９では、押鍵速度カウンタの値をインクリメントし、ステップＳ１１０に進む。
【００６５】
ステップＳ１１０では、位相出力２１１Ａのレベルを記憶し、ステップＳ１１１に進む。
【００６６】
ステップＳ１１１では、位相出力２１１Ｂの前回の処理からのレベル変化を判別する。なお、位相出力２１１Ｂの前回の処理におけるレベルは後述するステップＳ１２０において記憶されている。現在のレベルが”０“で前回の処理と変化していない場合にはステップＳ１１２に進み、レベルが“０”から“１”に変化した場合にはステップＳ１１４に進み、レベルが“１”から“０”に変化した場合にはステップＳ１１８に進み、レベルが“１”で前回の処理と変化していない場合にはステップＳ１２０に進む。
【００６７】
ステップＳ１１２では、離鍵速度カウンタのカウント中であるか判断し、カウント中である場合にはステップＳ１１３に進み、カウント中でない場合にはステップＳ１２０に進む。ステップＳ１１３では、離鍵速度カウンタの値をインクリメントし、ステップＳ１２０に進む。
【００６８】
ステップＳ１１４では、押鍵速度カウンタのカウント中であるか判断し、カウント中である場合にはステップＳ１１５に進み、カウント中でない場合にはステップＳ１２０に進む。ステップＳ１１５では、押鍵速度カウンタのカウントを停止して、ステップＳ１１６に進む。ステップＳ１１６では、押鍵速度カウンタのカウント値から押鍵速度を算出して、ステップＳ１１７に進む。ステップＳ１１７では、押鍵速度情報を含むノートオン指示を音源に送出し、ステップＳ１２０に進む。
【００６９】
ステップＳ１１８では、離鍵速度カウンタの値をクリアしてステップＳ１１９に進む。ステップＳ１１９では、離鍵速度カウンタのカウントを開始しステップＳ１２０に進む。
【００７０】
ステップＳ１２０では位相出力２１１Ｂのレベルを記憶して処理を終了する。
【００７１】
押鍵が未だなされておらず押鍵深さが押鍵開始点Ｐ０にあるときには、位相出力２１１Ａおよび位相出力２１１Ｂのレベルは“０”であり、押鍵速度カウンタのカウント中でも離鍵速度カウンタのカウント中でもないため、ステップＳ１０１、ステップＳ１１０、ステップＳ１１１、ステップＳ１１２、ステップＳ１２０の処理を行い、その時点の位相出力を記憶する処理のみを行う。押鍵が開始されても押鍵深さが第１の押鍵深さＰ１に達するまでは位相出力２１１Ａおよび位相出力２１１Ｂのレベルは変化しないため同様の処理を繰り返す。
【００７２】
押鍵深さが第１の押鍵深さＰ１に達したときには、位相出力２１１Ａのレベルが“０”から“１”に変化するので、ステップＳ１０２、ステップＳ１０３の処理が行われて押鍵速度のカウントが開始される。押鍵速度のカウント中で押鍵深さが第１の押鍵深さＰ１と第２の押鍵深さＰ２の間にあるときには、位相出力２１１Ａのレベルは“１”であるのでステップＳ１０９の処理によって押鍵速度カウンタの値がインクリメントされる。
【００７３】
押鍵が進み押鍵深さが第２の押鍵深さＰ２に達したときには、位相出力２１１Ｂのレベルが“０”から“１”に変化するので、ステップＳ１１４〜ステップＳ１１７の処理が行われて、押鍵速度カウントが停止され、押鍵速度カウンタのカウント値から押鍵速度が算出されて、音源に押鍵速度情報を含むノートオン指示が出力される。押鍵深さが第２の押鍵深さＰ２を越しているときには、位相出力２１１Ａおよび位相出力２１１Ｂのレベルは“１”であり、押鍵速度カウンタおよび離鍵速度カウンタのカウント中ではないため、ステップＳ１０１、ステップＳ１１０、ステップＳ１１１およびステップＳ１２０によってその時点の位相出力を記憶する処理のみを行う。
【００７４】
離鍵が開始され押鍵深さが第２の押鍵深さＰ２に達したときには、位相出力２１１Ｂのレベルが“１”から“０”に変化するので、ステップＳ１１８、ステップＳ１１９の処理が行われて、離鍵速度のカウントが開始される。離鍵速度のカウント中で押鍵深さが第２の押鍵深さＰ２と第１の押鍵深さＰ１の間にあるときには、位相出力２１１Ｂのレベルは“０”であるので、ステップＳ１１３の処理によって離鍵速度カウンタの値がインクリメントされる。
【００７５】
離鍵が進み押鍵深さが第１の押鍵深さＰ１に達したときには、位相出力２１１Ａのレベルが“１”から“０”に変化するので、ステップＳ１０４〜ステップＳ１０７の処理が行われて、離鍵速度カウントが停止され、離鍵速度カウンタのカウント値から離鍵速度が算出されて、音源に離鍵速度情報を含むノートオフ指示が出力される。
【００７６】
このように本実施の形態によれば電圧が平衡し、位相が逆の交番信号が印加された２つの送信電極の境界が受信電極の近傍を通過することによる急激な位相の変化を検出して、正確な押鍵の深さを検出することができる。温度や機構精度のバラつきなどで電極隙間が変動すると、静電容量が変化し検出電圧の変動をもたらすが、位相検出なら受信電極に誘起する信号の電圧ではなく、誘起する信号の急速な位相変化を検出するため検出電圧の影響を最小限に留めることがでる。
【００７７】
従来の１個の送信電極と１個の受信電極を用いた誘導電圧検出による鍵操作速度検出方式では、アナログ量の値を求めるための高価なＡ／Ｄコンバータなどが必要になるが、本発明では簡単なデジタル位相比較器を用いて鍵操作速度検出装置を小規模の集積回路で構成することができる。また、従来の誘導電圧検出による鍵操作速度検出方式では、温度や機構精度のバラつきなどによる検出電圧の変化が鍵操作速度の検出精度に影響を与えるが、本発明では検出電圧の変化の影響を受けることなく正確な鍵操作速度検出を行なえる。また本実施の形態によれば、送信電極に交番信号を付与するための1個の信号発生回路２０１を複数の鍵で共用しているとともに、受信電極に誘起された交番信号の位相を判別するための論理集積回路１１２も複数の鍵で共用しているため、簡単な構成で鍵操作速度を検出することができる。また本実施の形態によれば、送信電極と受信電極との間に間隙が設けられているため、鍵の操作感に影響を与えることがない。
【００７８】
なお、受信電極のハンマー１０４の移動方向の長さを長くすると、受信電極が２つの送信電極の境界を通過する際に受信電極に誘起される信号の位相遷移が緩やかになる。これは受信電極に誘起される信号が、受信電極と対向する各送信電極の面積の比率に従って定まるためである。このため、受信電極のハンマー１０４の移動方向の長さを長くすると空間分解能は下がる。一方、受信電極のハンマー１０４の移動方向の長さを長くすると受信電極に誘起される信号のレベルは上がる。どの程度の長さにするかは、鍵盤機構の精度とのトレードオフとなる。また、この実施の形態では、送信電極と受信電極との間に間隙が設けられているため、鍵の操作感に影響を与えることがないが、送信電極と受信電極との間に誘電体を挟んで電極間の距離を縮めても両電極が接触するのを防止するようにしてもよい。この場合、両電極の間に１つの誘電体を挟んだり、あるいは各電極の表面をそれぞれ誘電体で覆ったりする構成が考えられるが、いずれの場合も電極が誘電体に接触しながら移動したり誘電体同士が接触しながら移動したりする可能性があるので、鍵の操作感に与える影響を最小限にするために摩擦係数の小さな誘電体を用いるのが望ましい。
【００７９】
次に、本発明の好ましい第２の実施の形態について説明する。ピアノのような打弦楽器はハンマーが弦を打撃する瞬間、つまりハンマーの最終速度によって音量や音色が決定されるが、電子楽器の場合はピアノとは機構が異なるため電子楽器のハンマーの最終速度はピアノのハンマーの最終速度と異なる場合がある。このため、電子楽器では鍵やハンマーの最終速度に加えて初速度も検出して、発音を制御する場合がある。また高速で連打する場合は、鍵やハンマーが初期位置に復帰する前に次の押鍵がなされる場合がある。このため従来の鍵スイッチを用いる方式では、鍵スイッチの接点を３つ以上設けて、初期速度と最終速度の両方を検出している。
【００８０】
第２の実施の形態では、受信電極を１個とし、送信電極を4個に増やし、４相の交番信号を発生して、隣接する送信電極間の位相差をπ／２とすることで、鍵の操作速度を２個の押鍵深さ区間で検出する。本実施の形態では受信電極に誘起する信号の位相は後に図１０を参照して詳述するように、３回に渡って急速にπ／２ずつ変化する。第１の位相変化と第２の位相変化の時間間隔を測定することで、押鍵の初速度を検出し、第２の位相変化と第３の位相変化の時間間隔を測定することで、押鍵の最終速度を検出する。
【００８１】
本実施の形態における受信電極が隣接する２つの送信電極の境界を通過する際に受信電極に誘起される電圧は次の通りである。２つの送信電極に印加される電圧をそれぞれｓｉｎωｔおよびｃｏｓωｔとし、ｃｏｓωｔの電圧が印加される電極の受信電極に対する影響度合いをａ（０＜ａ＜１）とすると、ｓｉｎωｔの電圧が印加される電極の受信電極に対する影響度合いは（１−ａ）であり、両送信電極の影響を合成した電圧は式３のように表わされる。
【００８２】
《数３》
（１−ａ）ｓｉｎωｔ＋ａ  ｃｏｓωｔ＝{１−２ａ（１−ａ）}１／２ｓｉｎ（ωｔ＋
φ)        式３
ただし、φは式４に示すものである。
《数４》
φ＝ａｒｃ  ｔａｎ｛ａ／（１−ａ）｝        式４
【００８３】
ｃｏｓωｔの電圧が印加される電極の受信電極に対する影響度合いａは“０”〜“１”の範囲で変化するので、式４に示すように受信電極に誘起される電圧の位相φは、“０”〜“π／２”の範囲で変化する。図７に、影響度合いａと位相φとの関係を示す。
【００８４】
また、式３に示すように、受信電極に誘起される電圧のレベルは“１”〜“（１／（２１／２）”まで変化するが、“０”になることはない。これは、第１の実施の形態では隣接する送信電極間に印加される電圧が互いに逆相であったのに対して、本実施の形態ではπ／２であるためである。このように本実施の形態では受信電極に誘起する信号の振幅が極端に小さくなることなく保全出来る特長がある。このため受信電極に誘起する信号の位相の弁別をより確実に行なうことができる。
【００８５】
図８には、第２の実施の形態における送信電極に印加する信号を発生する信号発生回路、送信電極、受信電極、受信電極に誘起された信号を処理する論理集積回路の内部構成を示している。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ作用をするものに関しては同じ符号を付け、詳細な説明は省略する。
【００８６】
図８（ａ）にはハンマー１０４の先端部１０６部分の側面が、図８（ｂ）には、信号発生回路、送信電極、受信電極、信号を処理する論理集積回路が示されている。なお、図８（ｂ）には左上には送信電極、受信電極の関係が分かりやすいように電極を正面から見た図が示されている。図８（ｃ）には送信電極に接続される配線の一部が拡大して示されている。
【００８７】
ハンマー１０４の先端部１０６には、第１の実施の形態と同様に矩形の４個の送信電極が備えられている。ただし、第２の実施の形態では、送信電極は４個とされており、送信電極８０１Ａ、送信電極８０１Ｂ、送信電極８０１Ｃ、送信電極８０１Ｄが、この記載順にハンマー１０４の先端部１０６の移動方向に沿って上から所定の間隔をおいて絶縁固定されている。速度検出基板１１０には第１の実施の形態と同様に矩形の受信電極８０２が備えられている。ただし、第２の実施の形態では、受信電極は１個としている。
【００８８】
信号発生回路８０３は、正弦波発振器８０４、余弦波発振器８０５、平衡昇圧トランス８０６および平衡昇圧トランス８０７から構成されている。正弦波発振器８０４および余弦波発振器８０５からの出力は、それぞれ平衡昇圧トランス８０６および平衡昇圧トランス８０７によって２相の高圧交番信号とされる。従って、信号発生回路８０３からは位相がπ／２ずつ異なる４相の高圧の交番信号が発生される。なお、正弦波発振器および余弦波発振器として位相がπ／2異なる信号を発振する４相発振器（quadrature oscillator）が公知である。正弦波発振器８０４および余弦波発振器８０５が発生する交番信号は同じ電圧および同じ周期であり、また両発振器に接続された平衡昇圧トランス８０６および平衡昇圧トランス８０７の昇圧比も同じに設定されているため、４相の高圧の交番信号の電圧および周期は同一になっている。平衡昇圧トランス８０６からの出力される２相の交番信号のうちｓｉｎ波は送信電極８０１Ａに、−ｓｉｎ波は送信電極８０１Ｃに供給される。また平衡昇圧トランス８０７からの出力される２相の交番信号のうちｃｏｓ波は送信電極８０１Ｂに、−ｃｏｓ波は送信電極８０１Ｄに供給される。すなわち、送信電極８０１Ａにはｓｉｎ波が、送信電極８０１Ｂにはｃｏｓ波が、送信電極８０１Ｃには−ｓｉｎ波が、送信電極８０１Ｄには−ｃｏｓ波がそれぞれ印加される。従って隣接する送信電極間の位相差はπ／２（９０度）になっている。
【００８９】
平衡昇圧トランス８０６から送信電極８０１Ａおよび送信電極８０１Ｃに交番信号を供給する配線は、対として平行線あるいは撚り対線とされている。配線を通る信号は第１の実施の形態と同様に互いに逆相であるため、互いに相殺され配線からの不要輻射が低減される。同様に平衡昇圧トランス８０７から送信電極８０１Ｂおよび送信電極８０１Ｄに交番信号を供給する配線も、対として平行線あるいは撚り対線とされており、配線からの不要輻射が低減される。配線をシールド線とすればより不要輻射を低減することができる。なお、２つの平衡昇圧トランスから出力される信号は位相がπずつずれた４相であるため、これらの信号を加算すると互いに相殺される。従って、２つの平衡昇圧トランスから出力される４本の配線をまとめて平行線あるいは撚り線としても、互いに相殺されて不要輻射を低減することができる。
【００９０】
図８（ｃ）には、送信電極と平衡昇圧トランスを結ぶ配線のうち送信電極近傍部分が拡大して示されている。送信電極８０１Ａには配線８２０Ａが、送信電極８０１Ｂには配線８２０Ｂが、送信電極８０１Ｃには配線８２０Ｃが、送信電極８０１Ｄには配線８２０Ｄが、それぞれ接続されている。互いに逆相の信号が供給される配線８２０Ａと配線８２０Ｃは近接した平行線とされており、同様に互いに逆相の信号が供給される配線８２０Ｂと配線８２０Ｄも近接した平行線とされている。さらに配線８２０Ｃと配線８２０Ｄとの間にはグランド電極８２１が設けられており、グランド電極８２１はグランドに接続されている。このような構成によって配線からの不要輻射を低減させている。
【００９１】
受信電極８０２に誘起された交番信号は、論理集積回路８０８の電圧比較器８０９の正側入力端子に入力される。電圧比較器８０９の負側入力端子は第１の実施の形態の電圧比較器と同様に接地されており、電圧比較器８０９は交番信号を論理レベルに変換して位相パルス８１０とする。位相パルス８１０は位相弁別器８１１のゲート８１２に供給される。位相弁別器８１１は連続的な位相の変化を検出するもので、ゲート８１２、カウンタ８１３およびレジスタ８１４から構成されている。ゲート８１２には位相パルス８１０の他に、正弦波発振器８０４からの信号がレベルコンバータ２０９で論理レベルに変換された基準位相信号２１０およびマスタークロック発振器８１５からのマスタークロック８１６が与えられている。ゲート８１２は、位相パルス８１０の立ち上がりから基準位相信号２１０の立ち上がりまでの間にマスタークロック８１６を通過させて、ゲート出力８１７とする。ゲート出力８１７はカウンタ８１３に供給される。カウンタ８１３はゲート出力８１７を計数する。カウンタ８１３はゲート８１７が閉じた時にカウンタ８１３の計数値をレジスタ８１４に移す。レジスタ８１４はカウンタ８１３の計数値を位相出力としてマイクロプロセッサ２１２から読み出されるまで保持する。
【００９２】
図９には、マスタークロック８１６、位相パルス８１０、基準位相信号２１０、ゲート出力８１７の関係が示されている。ゲート出力８１７は、位相パルス８１０の立ち上がりから基準位相信号２１０の立ち上がりまでの間にマスタークロック８１６を通過させることで生成され、位相パルス８１０の位相が基準位相信号２１０の位相よりも進むほどゲート出力８１７のパルス数が増える。ゲート出力８１７のパルス数を数えることにより受信電極８０２に誘起された交番信号の位相を検出することができる。
【００９３】
図１０には、押鍵深さが変化したときに受信電極８０２に誘起される交番信号の位相を、ｓｉｎ波の位相を基準の位相として示している。押鍵深さＰ１は受信電極８０２が送信電極８０１Ａと送信電極８０１Ｂの境界を通過する位置、押鍵深さＰ２は受信電極８０２が送信電極８０１Ｂと送信電極８０１Ｃの境界を通過する位置、押鍵深さＰ３は受信電極８０２が送信電極８０１Ｃと送信電極８０１Ｄの境界を通過する位置を示している。
【００９４】
押鍵待機中は送信電極８０１Ａに印加された信号ｓｉｎωｔが受信電極８０２に誘起する。このとき検出される位相は“０”となる。押鍵が開始され、押鍵深さがＰ１に達するまでは、検出される位相は“０”のままである。押鍵が進み、受信電極８０２が送信電極８０１Ａと８０１Ｂの境界を通過するときに、送信電極８０１Ａから誘起される信号ｓｉｎωｔは急速に減少し、送信電極８０１Ｂから誘起される信号ｃｏｓωｔが急速増加する。このとき検出される位相は”０“から”π／２“に急速に変化する。以降、同様に検出される位相は、押鍵深さがＰ２に達するまでは“π／２”、押鍵深さがＰ２を通過するときには“π／２”から“π”に変化し、さらに押鍵深さがＰ３に達するまでは“π”、押鍵深さがＰ３を通過するときには“π”から“３／２π”に変化する。
【００９５】
マイクロプロセッサ２１２は第１の実施の形態における処理と同様に所定時間毎に処理を行い、位相出力に基づいて、位相がπ／２変化する時間間隔を測定することで押鍵の速度を検出する。すなわち、押鍵深さがＰ１から押鍵深さＰ２に変化する際の時間間隔から押鍵の初速度を求め、押鍵深さがＰ２からＰ３に変化する際の時間間隔から押鍵の最終速度を求めることができる。また、押鍵の初速度と最終速度の平均から押鍵の平均速度を求めることもできる。これらの押鍵速度は例えば次のように利用する。押鍵が初期位置から始められた場合には、押鍵の平均速度により発音を制御し、連打により押鍵が押鍵深さＰ１と押鍵深さＰ２の間から始められた場合には押鍵の最終速度によって発音を制御する。
【００９６】
図１１には、マイクロプロセッサ２１２の処理内容が示されている。実際には複数の鍵の処理が時分割で行われるがここでは説明を簡略するために１つの鍵についてのみ解説する。この処理は充分に短い一定時間毎に繰り返し起動される。また処理に使う変数は図示しない処理により電源投入時に初期化されている。
【００９７】
ステップＳ２０１では、レジスタ８１４に記憶されている位相出力値を読み込み、位相出力値の前回の処理からの変化を判別する。なお、前回の処理における位相値は後述するステップＳ２３１において記憶されている。位相が“π／４”を通過して増加した場合にはステップＳ２０２に進み、位相が“３π／４”を通過して増加した場合にはステップＳ２０４に進み、位相が“５π／４”を通過し増加した場合にはステップＳ２１０に進み、位相が“５π／４”を通過して減少した場合にはステップＳ２１９に進み、位相が“３π／４”を通過して減少した場合にはステップＳ２２１に進み、位相が“π／４”を通過して減少した場合にはステップＳ２２２に進み、その他の場合にはステップＳ２２７に進む。
【００９８】
なお、図１１では例えば「位相が“π／４”を通過して増加した場合」を「π／４
→」と表し、位相が“π／４”を通過して減少した場合」を「← π／４」と表記している。すなわち数値は通過する位相を示し、数値の右に「→」がある場合には増加したことを示し、数値の左に「←」がある場合には減少したことを示している。
【００９９】
ステップＳ２０２では、押鍵速度カウンタの値をクリアしてステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３では、押鍵速度カウンタのカウントを開始し、ステップＳ２３１に進む。
【０１００】
ステップＳ２０４では、押鍵速度カウンタのカウント中であるか判断し、カウント中である場合にはステップＳ２０５に進み、カウント中でない場合にはステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０５では、押鍵速度カウンタのカウント値から押鍵の初速度を算出して記憶し、ステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、押鍵速度カウンタのカウンタ値をクリアしステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７では、押鍵速度カウンタのカウントを開始し、ステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０８では、離鍵速度カウンタのカウント中であるか判断し、カウント中である場合にはステップＳ２０９に進み、カウント中でない場合にはステップＳ２３１に進む。ステップＳ２０９では、連打フラグに連打処理中であることを示す“１”を設定し、ステップＳ２３１に進む。
【０１０１】
ステップＳ２１０では、押鍵速度カウンタのカウント中であるか判断し、カウント中である場合にはステップＳ２１１に進み、カウント中でない場合にはステップＳ２３１に進む。ステップＳ２１１では、押鍵速度カウンタのカウントを停止してステップＳ２１２に進む。ステップＳ２１２では、押鍵速度カウンタのカウント値から押鍵の最終速度を算出して、ステップＳ２１３に進む。ステップＳ２１３では、連打フラグを参照して、連打処理中でないことを示す“０”である場合には、ステップＳ２１４に進み、連打処理中であることを示す“１”である場合には、ステップＳ２１５に進む。ステップＳ２１４では、記憶しておいた初速度と最終速度の平均を押鍵速度としステップＳ２１８に進む。ステップＳ２１５では、最終速度を押鍵速度としステップＳ２１６に進む。ステップＳ２１６では音源に離鍵速度情報を含むノートオフ指示を出力し、ステップＳ２１７に進む。なお、このときの離鍵速度情報の値は、離鍵速度の範囲の中央値とする。ステップＳ２１７では、連打フラグをクリアしステップＳ２１８に進む。ステップＳ２１８では、ステップＳ２１４あるいはステップＳ２１５で求めた押鍵速度情報を含むノートオン指示を音源に送出し、ステップＳ２３１に進む。
【０１０２】
ステップＳ２１９では、離鍵速度カウンタの値をクリアしてステップＳ２２０に進む。ステップＳ２２０では、離鍵速度カウンタのカウントを開始し、ステップＳ２３１に進む。
【０１０３】
ステップＳ２２１では、押鍵速度カウンタのカウントを停止してステップＳ２３１に進む。
【０１０４】
ステップＳ２２２では、離鍵速度カウンタのカウント中であるか判断し、カウント中である場合にはステップＳ２２３に進み、カウント中でない場合にはステップＳ２２６に進む。ステップＳ２２３では、離鍵速度カウンタを停止しステップＳ２２４に進む。ステップＳ２２４では、離鍵速度カウンタのカウント値から離鍵速度を算出してステップＳ２２５に進む。ステップＳ２２５では、求めた離鍵速度情報を含むノートオフ指示を音源に送出し、ステップＳ２２６に進む。ステップＳ２２６では、連打フラグをクリアしステップＳ２３１に進む。
【０１０５】
ステップＳ２２７では、押鍵速度カウンタのカウント中であるか判断し、カウント中である場合にはステップＳ２２８に進み、カウント中でない場合にはステップＳ２２９に進む。ステップＳ２２８では、押鍵速度カウンタの値をインクリメントしステップＳ２２９に進む。ステップＳ２２９では、離鍵速度カウンタのカウント中であるか判断し、カウント中である場合にはステップＳ２３０に進み、カウント中でない場合にはステップＳ２３１に進む。ステップＳ２３０では、離鍵速度カウンタの値をインクリメントしステップＳ２３１に進む。
【０１０６】
ステップＳ２３１では現在の位相出力値を記憶して処理を終了する。
【０１０７】
押鍵が開始されて押鍵深さがＰ１を通過したときには、ステップＳ２０２およびステップＳ２０３の処理によって押鍵速度カウントが開始される。続いて押鍵深さがＰ２を通過するまでの間は、ステップＳ２２８の処理によって押鍵速度カウンタの値がインクリメントされる。押鍵深さがＰ２を通過したときには、ステップＳ２０４〜Ｓ２０７の処理によって押鍵速度カウンタの値から押鍵の初速度が求められ、再び押鍵速度カウントが開始される。押鍵深さがＰ３を通過るまでの間は、ステップＳ２２８の処理によって押鍵速度カウンタの値がインクリメントされる。押鍵深さがＰ３を通過したときには、ステップＳ２１０〜Ｓ２１２の処理によって押鍵の最終速度が求められる。押鍵深さがＰ１→Ｐ２→Ｐ３の順に変化した場合には、ステップＳ２１４によって連打ではないと判断され、ステップＳ２１４によって押鍵の初速度と最終速度の平均値を押鍵速度としてステップＳ２１９によって音源にノートオンが指示される。
【０１０８】
離鍵が開始されて押鍵深さがＰ３を通過したときには、ステップＳ２１９およびステップＳ２２０の処理によって離鍵速度カウントが開始される。続いて押鍵深さがＰ１を通過するまでの間は、ステップＳ２３０の処理によって離鍵速度カウンタの値がインクリメントされる。押鍵深さがＰ１を通過したときには、ステップＳ２２２〜Ｓ２２５の処理によって離鍵速度カウンタの値から離鍵速度が求められ、音源にノートオフが指示される。なお、離鍵操作は押鍵操作に比べて敏感な速度制御が行いにくいので、ノートオフ指示に含める離鍵速度情報は、押鍵深さがＰ３からＰ１までの経過時間に基づいて求めるようにしている。
【０１０９】
離鍵されて押鍵深さがＰ２を通過し、Ｐ１を通過する前に再び押鍵された場合には、押鍵深さがＰ２を通過した際に、ステップＳ２０８およびＳ２０９の処理によって連打フラグが設定され、押鍵深さがＰ３を通過した際に、ステップＳ２１３によって連打と判断されて、ステップＳ２１５の処理によって押鍵の最終速度が押鍵速度として採用される。そして、ステップＳ２１６で発音中の音に対するノートオフが音源に指示された後に、ステップＳ２１８で新たな押鍵に対するノートオンが音源に指示される。
【０１１０】
なお、前述の処理では、マイクロプロセッサ２１２がレジスタ８１４に記憶された位相出力値を定期的に監視して、押鍵深さが所定のポイントを通過するのを検出するようにしたが、レジスタ８１４に記憶された値が所定の押鍵深さのポイントに対応する値を通過したときに、マイクロプロセッサ２１２に割り込みをかけて、マイクロプロセッサ２１２はこの割り込みに応じて処理を行うようにしてもよい。この場合には、レジスタ８１４に３個の値を記憶できるようにして、レジスタ８１４にカウンタ８１３の値を設定するのを止め、代わりにマイクロプロセッサ２１２から押鍵深さＰ１、押鍵深さＰ２および押鍵深さＰ３に対応する値を設定できるようにする。さらにカウンタ８１３とレジスタ８１４との間に比較器８１８を設けて、カウンタ８１３の値がレジスタ８１４に設定されているいずれかの値を超えたことを比較器８１８が検出した時に、マイクロプロセッサ２１２に割り込みをかけるようにする。このとき比較器８１８は、カウンタ８１３の値が増加方向に変化したのか減少方向に変化したのか、またカウンタ８１３の値がいずれの押鍵深さに対応する値を超えたのかを示す情報を保持し、マイクロプロセッサ２１２は、比較器８１８に保持されたこれらの情報を読み出して適宜処理を行う。このようにすればマイクロプロセッサ２１２は位相出力の値を定期的に監視する必要がなくなるため処理の負担が軽くなる。
【０１１１】
本発明の第３の実施の形態について説明する。ピアノのような打弦楽器はハンマーが弦を打撃する瞬間、つまりハンマーの最終速度によって音量や音色が決定されるが、鍵の初速度や押鍵深さ、押鍵後の押圧（アフタータッチ）が発音に影響する場合がある。またシンセサイザーではこれらを有効に音色に反映させて変化させたいという要望がある。このような場合には、ハンマーの最終速度だけでなく、鍵の全ストロークの位置や速度を連続的に検出することが望まれる。また、第１の実施の形態、第２の実施の形態では、鍵の操作速度を測定する区間は送信電極の境界位置によって決められており、設計時に固定されている。しかし、演奏曲や演奏者の好みによって鍵の操作速度を測定する区間を自由に変更することが望まれる場合がある。
【０１１２】
第３の形態では、鍵の全ストロークに渡って、その時点の鍵の押下深さを検出できるようにする。第１の実施の形態、第２の実施の形態では、送信電極間の境界はハンマーの移動方向に対して垂直方向に設けられている。図１２（ａ）、（ｂ）には、第３の実施の形態で用いられる送信電極の基本構造が示されている。送信電極１２０１がハンマー１０４の先端部１０６に設けられているのは、第１の実施の形態、第２の実施の形態と同じであるが、第３の実施の形態では、送信電極間の境界をハンマーの移動方向に対して傾斜させ、楔形の銅箔で形成された送信電極１２０１Ａ、１２０１Ｂをハンマー１０４の先端部１０６に設ける。すなわち、一方の送信電極の幅をハンマー１０４の移動方向に対して徐々に増大し、その送信電極に隣接する他方の送信電極の幅は逆にハンマー１０４の移動方向に対して徐々に減少するようにする。
【０１１３】
前記の構成において、送信電極１２１Ａに正弦波の交番電圧を、９０１Ｂに余弦波の交番電圧をそれぞれ印加して、受信電極８０２が送信電極の近傍を相対的に移動すると、受信電極８０２に誘起する信号の位相は、連続的にπ／２（９０度）変化する。
【０１１４】
図１３には、第３の形態において送信電極の数を４とし、送信電極の数が２の場合と比べて位相の変化量を３倍に拡大した場合の送信電極に印加する信号を発生する信号発生回路、送信電極、受信電極が示されている。以下の説明では、今まで説明した第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態と同じ作用をするものに関しては詳細な説明を省略する。図１３（ａ）には、ハンマーの先端部１０６と送信電極１３０１および受信電極８０２を側面から見た図が、図１３（ｂ）には、送信電極１３０１および受信電極８０２を正面から見た図が示されている。受信電極８０２は、第１の実施の形態、第２の実施の形態と同様に、鍵盤基部の速度検出基板に水平に固定されている。送信電極１３０１は、送信電極１３０１Ａ、送信電極１３０１Ｂ、送信電極１３０１Ｃおよび送信電極１３０１Ｄから構成されており、隣接する送信電極間の境界はハンマーの移動方向に対して傾斜している。送信電極１３０１の最上部では送信電極１３０１Ａのみが存在し、下がるに連れて送信電極１３０１Ａの幅が徐々に減少し逆に送信電極１３０１Ｂの幅が徐々に増大する。送信電極１３０１Ａが途切れた位置から下では送信電極１３０１Ｂの幅が徐々に減少し、逆に送信電極１３０１Ｃの幅が徐々に増大する。送信電極１３０１Ｂが途切れた位置から下では送信電極１３０１Ｃの幅が徐々に減少し、逆に送信電極１３０１Ｄの幅が徐々に増大する。図１２に示した電極は楔形であったが、図１３に示す送信電極１３０１Ａおよび送信電極１３０１Ｄは楔形、送信電極１３０１Ｂおよび送信電極１３０１Ｃは台形となっている。
【０１１５】
ハンマーの先端部１０６の上下移動に伴って、受信電極８０２は送信電極１３０１Ａ〜送信電極１３０１Ｄのそれぞれの発する電界の影響を受ける。信号発生回路は、第２の実施の形態に示したものと同様に、４相の交番信号を発生する。そして送信電極１３０１Ａにはｓｉｎ波が、送信電極１３０１Ｂにはｃｏｓ波が、送信電極１３０１Ｃには−ｓｉｎ波が、送信電極１３０１Ｄには−ｃｏｓ波がそれぞれ印加される。
【０１１６】
図１４には、各送信電極に印加される信号、押鍵深さが変化したときに受信電極８０２に誘起される交番信号の位相を、ｓｉｎ波の位相を基準の位相として示している。図１４の最下段には、横軸に押鍵の深さ、縦軸に受信電極８０２に誘起される交番信号の位相が示されている。
【０１１７】
図１４に示すａ（０＜ａ＜１）は、受信電極８０２が送信電極１３０１Ａに対向する位置にあるときの、受信電極８０２に対する送信電極１３０１Ａの影響度合いを示している。このとき、受信電極８０２に対する送信電極１３０１Ｂの影響度合いは“１−ａ”と表わされる。受信電極８０２が図の右側に移動するのに連れて、受信電極８０２に対向する送信電極１３０１Ａの幅は減少し、送信電極１３０１Ｂの幅が増大する。このとき、受信電極８０２に誘起される電圧および位相は、前述の式３、式４に従って変化する。図１４の最下段には位相の変化の様子が示されている。
【０１１８】
受信電極８０２が押鍵開始点Ｐ０の位置にあるときには、受信電極８０２は送信電極１３０１Ａだけの影響を受けてｓｉｎωｔの電圧が誘起される。受信電極８０２が相対的に図の右側に移動するのに連れて、受信電極８０２に対向する送信電極１３０１Ａの幅は減少し、逆に送信電極１３０１Ｂの幅が増大する。この結果、ｓｉｎωｔの影響が減少し、逆にｃｏｓωｔの影響が増大し、受信電極８０２に誘起される位相は徐々に進む。受信電極８０２が送信電極１３０１Ａが途切れる位置まで来たときには、受信電極８０２にはｃｏｓωｔの電圧が誘起され、基準位相ｓｉｎωｔに比べて位相が“π／２”進む。受信電極３がさらに右側に移動すると、今度は受信電極８０２に対向する送信電極１３０１Ｂの幅が減少し、送信電極１３０１Ｃの幅が増大する。これに伴い、位相はｓｉｎωｔに比べて“π／２”から“π”まで変化する。同様に受信電極８０２が右端に到達するまでの間に位相が“π”から“３π／２”まで変化する。
【０１１９】
第３の実施の形態では、予め任意に設定された押鍵深さＰ１、押鍵深さＰ２および押鍵深さＰ３を通過する時間間隔を計測して、第２の実施の形態と同様に鍵の操作速度を求める。押鍵深さＰ１、押鍵深さＰ２および押鍵深さＰ３は、演奏者の好みによって変更することができる。また、第３の実施の形態では、押鍵の深さを連続的に検出して、発音する音色の修飾に利用する。
【０１２０】
なお、図７では受信電極に対する２つの送信電極の影響度合いと検出される位相の関係は曲線状になっているのに対して図１４では両者の関係が直線状になっているが、送信電極の形状を補正したり、検出した位相を予め計算したテーブルを参照して補正したりすることで、両者の関係を直線状にすることができる。また、受信電極に誘起された信号を処理して位相弁別を行なう回路は、図８に示したものと同様のものを用いることができるので説明を省略する。
【０１２１】
図１５には、マイクロプロセッサ２１２の処理内容が示されている。実際には複数の鍵の処理が時分割で行われるが、ここでは説明を簡略するために１つの鍵についてのみ解説する。この処理は充分に短い一定時間毎に繰り返し起動される。また処理に使う変数は図示しない処理により電源投入時に初期化されている。
【０１２２】
図１５に示す処理は、図１１に示した第２の実施の形態における処理とほぼ同じものであるので、相違点のみを説明する。
【０１２３】
ステップＳ３０１では、レジスタ８１４に記憶されている位相出力値を読み込み、位相出力値の前回の処理からの変化を判別する。このとき図１１のステップＳ２０１では、現在の位相値を固定の位相値と比較するようにしたが、図１５に示す処理では、現在の位相値を任意に設定された位相値と比較する点が異なる。比較対象の位相値は、演奏者が指定する押鍵深さＰ１、押鍵深さＰ２および押鍵深さＰ３に応じて図示しない別の処理によって予め設定されている。図１５では、比較対象の位相値を“Ｐ１”、“Ｐ２”および“Ｐ３”として表記している。
【０１２４】
また、図１５に示す処理では図１１に示す処理に比べて、ステップＳ３３２が処理の末尾に追加されている点が異なる。ステップＳ３３２では、図１４の下部に示した押鍵深さと位相値との関係に基づいて、現在の位相値を押鍵深さに換算して押鍵深さを示す情報を音源に送出する。音源では押鍵深さを示す情報に基づいて発音中の音色を修飾する。
【０１２５】
本実施の形態では、マイクロプロセッサ２１２は押鍵の全ストロークにわたって検出された位相値を連続的に監視しているので、鍵の操作速度だけでなく押鍵の深さ、特に発音開始後の押鍵深さであるＰ３〜Ｐ４の最深部（アフタータッチ）の位置を連続的に音源に送出することができる。
【０１２６】
本発明の第４の実施の形態について説明する。第１の実施の形態、第２の実施の形態で示したものでは、矩形の複数の送信電極をハンマーの移動方向に沿って所定の間隔を置いて配置しており、送信電極間の境界の位置で受信電極に誘起する信号の位相が急激に変化するようになっている。第１及び第２の実施形態の方式では、局所空間精度を向上させて固定された境界間の通過時間から鍵の操作速度を正確に計算している。
【０１２７】
これに対して、第３の実施の形態で示したものでは、送信電極の形状を楔形あるいは台形として、送信電極間の境界がハンマーの移動方向に対して傾斜するように送信電極を配置しており、受信電極に誘起する信号の位相が押鍵の全ストロークに渡って連続的に変化するようになっている。第３の実施形態の方式では、局所分解能を多少、犠牲にして押鍵の深さを連続的に検出できるようにしている。
【０１２８】
第４の実施の形態では、上述の２つの方式の特長を同時に実現する。第４の実施の形態では、楔形、台形、矩形の送信電極を適宜組み合わせて、送信電極間の境界をハンマーの移動方向に対して傾斜させたり、垂直方向にしたりする。
【０１２９】
図１６には、第４の実施の形態における送信電極、受信電極および信号発生回路が示されている。送信電極１６０１は、楔形の送信電極１６０１Ａ、台形の送信電極１６０１Ｂ、楔形の送信電極１６０１Ｃ、送信電極１６０１Ｄ、送信電極１６０１Ｅ、送信電極１６０１Ｆ、送信電極１６０１Ｇから構成されている。送信電極１６０１Ａと送信電極１６０１Ｂの間の境界、送信電極１６０１Ｂと送信電極１６０１Ｃの境界、送信電極１６０１Ｄと送信電極１６０１Ｅの境界、及び送信電極１６０１Ｆと送信電極１６０１Ｇの境界は、ハンマーの先端部１０６の移動方向に対して傾斜している。また、送信電極１６０１Ｃと送信電極１６０１Ｄの間の境界および送信電極１６０１と送信電極１６０１Ｇの境界は、ハンマーの先端部１０６移動方向に対して垂直方向になっている。送信電極１６０１の最上部では送信電極１６０１Ａのみが存在し、下に下がるに連れて送信電極１６０１Ａの幅が徐々に減少し、逆に送信電極１６０１Ｂの幅が徐々に増大する。送信電極１６０１Ａが途切れた位置から下では送信電極１６０１Ｂの幅が徐々に減少し、逆に送信電極１６０１Ｃの幅が徐々に増大する。以下同様に、送信電極の幅が連続的に変化して行く。送信電極１６０１Ｃの下には送信電極１６０１Ｄが、送信電極１６０１Ｅの下には送信電極１６０１Ｆが順に水平に所定の間隙を置いて配置されている。
【０１３０】
図１７には、各送信電極に印加する信号、押鍵深さが変化したときに受信電極８０２に誘起される交番信号の位相を、ｓｉｎ波の位相を基準の位相として示している。送信電極１６０１Ａにはｓｉｎωｔが、送信電極１６０１Ｂにはｃｏｓωｔが、送信電極１６０１Ｃには−ｓｉｎωｔが、送信電極１６０１Ｄには−ｃｏｓωｔが、送信電極１６０１Ｅにはｓｉｎωｔが、送信電極１６０１Ｆにはｃｏｓωｔが、送信電極１６０１Ｇには−ｓｉｎωｔが、それぞれ印加されている。送信電極１６０１Ｃと送信電極１６０１Ｄとの間の境界を押鍵深さＰ２、送信電極１６０１Ｅと送信電極１６０１Ｇとの間の境界を押鍵深さＰ３としている。押鍵開始位置Ｐ０から押鍵深さＰ２までの間では誘起される信号の位相が連続的に変化し、押鍵深さＰ２の前後では誘起される信号の位相が急激に変化し、押鍵深さＰ２から押鍵深さＰ３までの間では誘起される信号の位相が連続的に変化し、押鍵深さＰ３の前後では誘起される信号の位相が急激に変化し、押鍵深さＰ３よりも深い押鍵深さでは誘起される信号の位相が連続的に変化している。
【０１３１】
正確な押鍵速度は、位相が急速に遷移する押鍵深さＰ２と押鍵深さＰ３との間の時間間隔で測定する。処理の詳細やフロー図は前述の実施の形態に準ずるので省略する。
【０１３２】
なお、前記実施の形態では、複数の送信電極に印加する交番信号を２相あるいは４相としたが、送信電極間の位相差を２π／３とした３相としてもよい。３相の交番信号も加算すると互いに相殺されるため不要輻射を低減することができる。また、前記の実施の形態では、送信電極を押鍵に伴って動く部材であるハンマーに設け、受信電極を鍵盤機構の基部に設けるようにしたが、両電極の対抗する面積が押鍵に伴って変化すれば前述の構成とは別の構成としてもよい。例えば、押鍵に伴って動く部材としてはハンマーの他に、鍵そのものであってもよい。あるいは図１８に示すように、送信電極と受信電極を入れ替えて、送信電極１８０１を鍵盤基部１０８に設け、受信電極１８０２を鍵１０１の押鍵に伴って動く部材１８０３に設けるようにしてもよい。信号発生回路２０１および論理集積回路１１２を搭載した速度検出基盤は鍵盤基部１０８に設ける。ここで送信電極１８０１は、送信電極１８０１Ａ、送信電極１８０１Ｂ、送信電極１８０１Ｃおよび送信電極１８０１Ｄから構成されている。また、受信電極１８０２は送信電極に対向するように押鍵に伴って動く部材１８０３の先端部に配置されている。なお、受信電極１８０２の押鍵に伴う移動経路は曲線になるため、送信電極１８０１と受信電極１８０２と間の最短距離が押鍵深さによらず一定になるように送信電極１８０１を受信電極１８０２の移動曲線に沿って湾曲させるのが好ましい。図１８の構成によれば、鍵盤基部に設けられた信号発生回路から送信電極までの距離を短くすることができるため、配線からの不要輻射を低減させることができる。また、送信電極と受信電極の押鍵に伴って動く部材の移動方向の長さは、送信電極よりも受信電極の方が小さくされているため、図１８に示すように受信電極を押鍵に伴って動く部材に設けるようにした場合には、鍵盤機構を小型化することができる。なお、図１８には楔形あるいは台形の送信電極を示したが、送信電極の形状を図１や図８示すような矩形とすることもできる。この場合には、送信電極を各鍵に個々に独立して設けるのではなく、送信電極を鍵の配列方向に複数の鍵に跨る長さとして複数の鍵に共通する送信電極としてもよい。この場合、送信電極を鍵の配列方向に長く伸ばすことにより送信電極からの不要輻射が増加する要因となりえるが複数の送信電極に印加する交番信号は加算したときに相殺される位相差とされているため、送信電極からの不要輻射は問題にならない値となる。なお、受信電極が鍵側に設けられ受信電極から速度検出基板への配線が伸びるため、この配線にグランドラインで挟まれたシールドを施してこの配線に周辺の空間からの妨害電波が乗るのを防ぐようにすることが好ましい。
【符号の説明】
【０１３３】
１０１    鍵
１０４    ハンマー
１０８    鍵盤基部
１０９    送信電極
１１０    速度検出基盤
１１１    受信電極
１１２    論理集積回路
２０１    信号発生回路
２０２    正弦波発振器
２０３    平衡昇圧トランス
２０４    配線
２０８    位相比較器
２１２    マイクロプロセッサ
８０１    送信電極
８０２    受信電極
８０３    信号発生回路
８０４    正弦波発振器
８０５    余弦波発振器
８０６    平衡昇圧トランス
８０７    平衡昇圧トランス
８０８    論理集積回路
８１１    位相弁別器
１２０１  送信電極
１３０１  送信電極
１６０１  送信電極
１８０１  送信電極
１８０２  受信電極
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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