(57)【要約】【課題】操作部の多軸操作検出と、それに基づく反力付与を小型且つシンプルな構成により実現する。【解決手段】演奏入力装置１は、操作部２、基部３及び該操作部１と該基部３を接合する接合部４を具える。操作部２は、矢印Ａ、Ｂ及びＣに沿う３方向に変位可能に取り付けされる。接合部４内には、所定の回動軸Ｘ、Ｙ及びＺの各軸毎に、操作部２の操作変位に従って該回転軸Ｘ，Ｙ及びＺを中心に回動される回動部が具備され、この各回動部における回動変位をもって、操作部２の矢印Ａ、Ｂ及びＣに沿う３方向の操作変位を、夫々対応する回動軸Ｘ、Ｙ及びＺを中心とする回動変位として検出でき、該回動変位に応じて各回動軸Ｘ，Ｙ及びＺを中心とする回動力を該各軸毎に付与して操作部２に対してＡ、Ｂ及びＣ方向に沿う３方向毎の力覚反力を付与する。【選択図】  図１
2004294859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
操作者の操作に応じて前記基部に対して少なくとも１軸に沿って変位操作される操作部と、
前記操作部の操作に応じて所定の回動軸を中心にして回動される回動部と、
前記操作部の操作に応じた変位を位置、角度、速度、加速度のうちの少なくともいずれか１つの移動パラメータについて検出し、前記検出した移動パラメータに応じた検出信号を出力する検出部と、
前記検出部から出力される検出信号に基づき反力情報を発生する反力情報発生部と、
前記反力情報に基づき前記回動部を駆動することで前記操作部に対して力覚反力を付与する反力発生部と、
前記検出部から出力される検出信号に基づき楽音を制御するための楽音制御信号を出力する楽音制御信号出力部と
を具える演奏情報入力装置。
【請求項２】
前記操作部は複数軸に沿って変位操作可能であり、
前記回動部は夫々異なる方向の回動軸を中心に回動される複数の回動部からなり、
前記検出部は各回動軸毎に前記操作部の操作に応じた変位を夫々検出し、
前記反力情報発生部は前記検出部から出力される各回動軸毎の検出信号に応じて該各回動軸毎に付与すべき反力情報を夫々発生し、
前記反力発生部は、各回動軸毎の前記反力情報に基づき対応する前記各回動部を夫々駆動することで前記操作部に対して各軸毎に力覚反力を付与するものであり、
前記各回転軸は複数の楽音要素の各々に対応しており、
前記楽音制御信号出力部は、前記検出部で検出された各回動軸毎の検出信号に応じて前記各楽音要素を設定若しくは制御するための楽音制御信号を発生するものであることを特徴とする請求項１に記載の演奏情報入力装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記各回動軸毎に独立に規定された種類の前記移動パラメータを検出するものである請求項２に記載の演奏情報入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、１又は複数軸に沿って変位しうる操作部を備えた演奏入力装置であって、操作部に仮想現実的力覚反力を付与する技術に関し、例えば、電子楽器の演奏入力操作等に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平１０‐１７７３８７号
【特許文献２】特開平１０‐７８７７８号
上記特許文献１には、押圧操作される操作子と、その操作子を可動するシリンダ形状のアクチュエータと、操作子の位置情報等を検出するセンサを備え、該センサで検出した位置情報等に基づきアクチュエータの駆動を制御して、操作子に力覚反力を付与するものが開示されている。
上記特許文献２には、弓型操作子を用いた弦楽器型演奏入力装置が開示されており、これは、弓型操作子の操作速度や操作角度をフォトセンサにより検出し、また該操作子による被摺動部に対する操作圧力を圧力センサにより検出することで、弓型操作子の演奏態様を検出するものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献２の装置は、弓形操作子によるバイオリンタイプの演奏形態を模擬した演奏入力を行えるようにしたものであったが、操作子に対する反力付与機構が設けられていなかったので、例えば弦を擦奏した感触等を仮想現実的に再現することができず、体感的演奏操作感覚に乏しいものであった。というのも、当該装置は、操作検出手段としてフォトセンサを用いていたため、所望の反力特性（操作子操作に応じた反力特性）を実現するような反力付与機構を設けることが装置の構成上困難であったからである。例えば、反力付与機構として、前記特許文献１に記載されたようなシリンダ形状のアクチュエータを用いた構成を採用したとすると、アクチュエータの可動子の可動範囲は比較的狭い範囲に限られているので、弓形操作子擦奏操作のような比較的大きな動きに対応する反力付与の用途には不向きであるし、またシリンダ形状のアクチュエータを用いた構成では装置が大型化してしまう、といった不都合があり、従来の弦楽器型演奏入力装置にこのような反力付与機構を適用することは好ましくなかった。
【０００４】
この発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、操作部の多軸に沿う操作検出とそれに基づく反力付与を小型且つシンプルな構成により実現することで、例えば弓等によるバイオリンタイプの演奏態様を模擬した演奏入力を行うのに好適な演奏入力装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、基部と、操作者の操作に応じて前記基部に対して少なくとも１軸に沿って変位操作される操作部と、前記操作部の操作に応じて所定の回動軸を中心にして回動される回動部と、前記操作部の操作に応じた変位を位置、角度、速度、加速度のうちの少なくともいずれか１つの移動パラメータについて検出し、前記検出した移動パラメータに応じた検出信号を出力する検出部と、前記検出部から出力される検出信号に基づき反力情報を発生する反力情報発生部と、前記反力情報に基づき前記回動部を駆動することで前記操作部に対して力覚反力を付与する反力発生部と、前記検出部から出力される検出信号に基づき楽音を制御するための楽音制御信号を出力する楽音制御信号出力部とを具える演奏情報入力装置である。
【０００６】
この発明によれば、回動部が操作部の操作に応じて所定の回動軸を中心にして回動され、検出部は操作部の変位を検出する。反力発生部は前記検出部から出力される検出信号に基づき発生された反力情報に基づき回動部を駆動することで、前記操作部に対して力覚反力を付与する。操作部の変位を所定の回動軸を中心とする回動として検出し、また、該検出に基づき該所定の回動軸に沿った方向に力覚反力を付与することで、小型且つシンプルな構成でありながらも、操作部の変位に応じた反力を付与することができ、操作部の比較的大きな変位に対しても変位検出及び該検出に基づく反力付与が可能となる。また夫々異なる方向の回動軸を中心に回動される複数の回動部を具えることで、多軸操作される操作部の変位を各回動軸毎に検出し、該各回動軸毎の検出信号に基づき発生された各反力情報に基づき回動部を駆動することで、操作部に対して該各回動軸毎の力覚反力を付与できるので、例えば弓形操作子を用いるバイオリンタイプの演奏形態を模擬した演奏情報の入力を小型且つシンプルな構成で実現できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して、この発明の一実施例について説明する。以下に説明する実施例では、一例として、この発明に係る演奏入力装置をヴァイオリンのような弦楽器の弓形操作子による演奏入力を行うタイプの電子楽器として構成した例を示す。
図１は当該演奏入力装置１の外観を示す斜視図である。図１において、演奏入力装置１は、大別して、操作部２、基部３及び該操作部１と該基部３を接合する接合部４を具える。操作部２は、操作者の操作に従って両矢印Ａ、Ｂ及びＣに沿う３方向に変位可能に取付されており、軸Ｚに沿って長手棒状に形成された主軸５と、主軸５の一端に具わり操作者によって把持される球状の把持部６と、主軸５の他方の端部に具わるストッパ７とから構成される。基部３は、軸Ｙの軸線に沿って長手に延びた部材であって、概ね、基準シャフト８とフリーシャフト１０の２本の円筒状シャフトをから成り、全体的な長さ調整可能に構成される。基準シャフト８の一端に基準ボール９が具備され、また、フリーシャフト１０の一端にはフリーボール１１が具備される。接合部４は、全体として球体を成し操作部２の主軸５が進退自在に貫通されたセンターコントローラ１２と、このセンタコントローラ１２を回動可能に支持する枠体（ジンバルリング）１３とから構成され、ジンバルリング１３外周上には、前記基準シャフト８を支持する支持部１４と、前記フリーシャフト１０が取り付けされるフリーシャフト取付部１５から成る。
詳しくは後述するが、接合部４内には、所定の回動軸Ｘ、Ｙ及びＺの各軸毎に、操作部２の操作変位（矢印Ａ、Ｂ及びＣに沿う変位）に従って該回転軸Ｘ，Ｙ及びＺを中心に回動される回動部が夫々具備されており、この各回動部における回動変位をもって、操作部２の矢印Ａ、Ｂ及びＣに沿う３方向の操作変位を、夫々対応する回動軸Ｘ、Ｙ及びＺを中心とする回動変位として検出することができ、また、該回動部の各々において、操作部２に対して対応する各回動軸Ｘ，Ｙ及びＺを中心とする回動力を該各回動軸毎に付与することで、操作部２に対して、各回動軸Ｘ、Ｙ及びＺに夫々対応するＡ、Ｂ及びＣ方向に沿う３方向毎の力覚反力を付与することができる。
【０００８】
操作部２の主軸５が貫通されたセンタコントローラ１２は、操作部２の矢印Ｂ方向に沿った操作変位（操作者からみて上下方向への揺動操作）に追従して、回動軸Ｙを中心に回動する。また、センタコントローラ１２は、操作部２の矢印Ｃ方向に沿った操作変位（操作者からみて左右方向への回動操作）に追従して回動軸Ｚを中心に回動する。また、操作部２が矢印Ａ方に沿って操作されると、センタコントローラ１２に対する主軸５の直線位置が変化する。操作部２のＺ矢印Ａ方向への操作変位は、操作者からみて操作部２の前後方向の直線動であるが、この操作部２の直線動は、後述するように、所定の運動変換機構を介して回動軸Ｘを中心とする回動運動に変換される。
この実施例において、操作者は、操作部２の把持部６を把持して、操作子２を矢印Ａ、Ｂ及びＣ方向に沿って適宜操作することで、各操作方向毎の操作位置に応じた楽音要素を入力・制御できる。一例として、Ａ方向に沿った操作位置に応じて楽音の音量制御及び／又は発生する楽音音量の微小な制御（ベロシティー制御等）ができ、Ｂに沿った操作位置に応じて楽音の音色制御及び／又は装飾的な音色制御（ビブラート制御等）ができ、Ｃ方向に沿った操作状態に応じて楽音の音高制御ができるものとする。操作部２の操作方向に応じた制御パラメータは適宜設定・変更しうるよう構成してよい。
【０００９】
図２は、図１の装置１を把持部６の側から（図１の矢印Ｄの向きから）見た接合部４の断面概略図である。図に示すように、基準シャフト８は、その一端部８ａにおいて支持部１４にナット等の結合部材により固定されている。フリーシャフト１０は、その一端部１０ａにおいてフリーシャフト取付部１５に対して軸転可能に取り付けされており、接合部４に対して軸転自在に設置されるものとする。センタコントローラ１２は、連結部１６ａ、１６ｂを介してジンバルリング１３に枢支されており、この連結部１６ａ、１６ｂを支軸として回動軸Ｚを中心にジンバルリング１３に対して相対的に回動可能である。連結部１６ａは、ジンバルリング１３において該回動軸Ｚに沿って突設されたもので、その先端がセンタコントローラ１２に嵌合される。この連結部１６ａの対極に位置する連結部１６ｂは、センタコントローラ１２において該回動軸Ｚに沿って突設されたもので、その先端がジンバルリング１３に嵌合される。中心軸１７は、回動軸Ｚに沿って連結部１６ａを介してセンタコントローラ１２に貫通された軸部材であり、その先端部１７ａはジンバルリング１３に固定されている。中心軸１７は、後述するようにセンタコントローラ１２に内蔵されたＺ軸回動部２２と連動するもので、この中心軸１７を介して、操作部２の操作に応じたセンタコントローラ１２の回動軸Ｚを中心とする回動変位が該Ｚ軸回動部２２に対して伝達される／及び該Ｚ軸回動部２２で発生した回動軸Ｚを中心とする回動が操作部２に対して伝達される。
【００１０】
ここで、当該演奏入力装置１の操作形態を簡単に説明する。当該演奏入力装置１は、基準シャフト８に具わる基準ボール９が操作者によって保持されること或いは地面等に載置されること等によって所定位置に固定された状態で使用される。基準ボール９において当該演奏入力装置１を所定位置で固定することで、操作者による操作部２の操作に応じて、操作部２及びセンターコントローラ１２は、基部２及び接合部４（ジンバルリング１３）に対して相対的に変位される。操作Ｙによる当該装置１の保持形態例としては、例えばバイオリンのように、操作者の片手にて基準ボール９を把持しフリーボール１１を顎に挟むことで装置１を固定して、もう一方の手で把持部６を把持して操作部２を操作することができる。或いは、コントラバスのように基準ボール９を地面に設置させて位置を固定し、フリーボール１１側（フリーボール１１若しくはフリーシャフト１０）を片手で把持して、もう一方の手で把持部６を把持して操作部２を操作することもできる。保持形態はこの他にも種々可能である。基部３は、全体的な長さ調整可能に構成されているので、保持形態や操作者の便宜に応じて、基部３の長さを所望の長さに調整できる。
【００１１】
図２に示すように、センターコントローラ１２内には、Ｘ軸回動部２０と、Ｚ軸回動部２２が収納される。また、支持部１４内にはＹ軸回動部２１が収納される。図３（ａ）〜（ｃ）はＸ軸回動部２０、Ｙ軸回動部２１及びＺ軸回動部２２を夫々抽出して示す概念的側面図である。
Ｘ軸回動部２０は、操作部２の回動軸Ｘに沿う操作位置を検出するためのＸ軸用センサ３０と、回転軸Ｘを中心にした回動動作を行うＸ軸用モータ４０から構成される（図３（ａ）参照）。Ｙ軸回動部２１は、操作部２の回動軸Ｙに沿う操作位置を検出するためのＹ軸用センサ３１と、回動軸Ｙを中心にした回動動作を行うＹ軸用モータ４１から構成される（図３（ｂ）参照）。Ｚ軸回動部２２は、操作部２の回動軸Ｚに沿う操作位置を検出するためのＺ軸用センサ３２と、回転軸Ｚを中心にした回動動作を行うＺ軸用モータ４２から構成される（図３（ｃ）参照）。
【００１２】
回動軸Ｘ、Ｙ及びＺの各軸に対応して設けられたセンサ部３０〜３２は、操作部２の各軸毎の回動位置をそれぞれ検出しうる回転位置センサを適用することができ、各センサ部３０〜３２での検出データは、操作部２の各Ｘ〜Ｚ軸毎の位置情報（位置情報Ｘ，Ｙ，Ｚ）として出力される。回転位置センサの検出データ（位置情報）を微分することで速度、更には加速度を検出することもできる。すなわち、各センサ部３０〜３２として、適用するセンサが回転位置センサであっても、操作部２の操作に応じた変位を位置、速度、加速度、角度等の任意の移動パラメータについて検出しうるよう構成できる。また、各センサ部３０〜３２毎に夫々独立に規定された種類の移動パラメータを検出するよう構成してもよい。例えば、Ｘ軸用センサ部３０では位置情報を検出し、Ｙ軸用センサ部３１では速度情報を検出し、Ｚ軸用センサ部３２では加速度情報を検出するよう構成しうる。
なお、センサ部３０〜３２としては、位置センサに限らず、速度センサあるいは加速度センサを適用して、操作部２の操作速度或いは操作加速度を検出してもよい。また、速度センサで検出した速度を積分することで操作位置を検出することも可能である。
【００１３】
回動軸Ｘ、Ｙ及びＺの各軸に対応して設けられたモータ部４０〜モータ部４２が駆動されることで、各モータ部４０〜４２に対応する回動部２０〜２２が回動され、回動部２０〜２２が回動することで操作部２に対してＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸毎に独立して、矢印Ａ、Ｂ及びＣ方向（図１参照）の力覚反力が付与される。各モータ部４０〜４２は、各々が対応するセンサ部３０〜３２から出力される各軸毎の検出データに基づき算出される反力情報に応じて個別に駆動制御される。なお、各モータ部４０〜４２毎に発生する反力特性を適宜微調整（例えば位置、速度乃至加速度等の微調整）することで、各回動軸毎に付与される反力特性を適切に設定できるよう構成してもよい。
【００１４】
以下に、図３（ａ）〜（ｃ）を参照してＸ軸回動部２０、Ｙ軸回動部２１及びＺ軸回動部２２の具体的構成例について説明する。図３（ａ）において、Ｘ軸回動部２０（センサ部３０とモータ部４０）は、モータ部４０の回動軸Ｘ´が操作部２の主軸５の軸線（＝回動軸Ｘ）に平行となる向きで配置されている。Ｘ軸モータ部４０には、該モータ部４０の回動に連動して回動する第１歯車５０が取り付けされる。この第１歯車５０に歯合する第２歯車５１は、回動軸Ｘ´に対して略垂直に延びる回動伝達軸５２に取付されており、回動伝達軸５２と共に軸ａｘｅを中心に回動動作するものである。回動伝達軸５２には、操作部２の主軸５と係合するプーリー５３が設置されている。プーリー５３は回動伝達軸５２と共に回動動作する。この第２歯車５１、回動伝達軸５２及びプーリー５３が前記運動変換機構を成す。
モータ部４０の駆動により第１歯車５０が回動すると、その回動力は第２歯車５１に伝達される。第２歯車５１は伝達された回動力により軸ａｘｅを中心に回動する。つまり、回動軸Ｘ´を中心としていた回動は、第２歯車５１を介して軸ａｘｅを中心にする回動に変換される。第２歯車５１の回動に連動して回動伝達軸５２が軸ａｘｅを中心に軸転すると、これに連動してプーリー５３が軸ａｘｅを中心に回動する。図４はプーリー５３の外周部のｐ−ｐ線断面を拡大して示している。図に示すように、プーリー５３の外周には円周方向に沿って溝部５３ａが形成される。この溝部５３ａの表面はゴム部材５３ｂで覆われており、この溝部５３ａに操作部２の主軸５が係合する（図２及び図３（ａ）参照）。プーリー５３の外周に当接している操作部２（その主軸５）に対してプーリー５３の回動が作用することで、操作部２はプーリー５３の回動に連動して図３（ａ）に示す両印Ａ´方向に直線変位される。溝部５３ａの表面に配置されたゴム部材５３ｂと主軸５間の摩擦力は、操作部２に対するプーリー５３のから滑りを防止し、プーリー５３の回動力が操作部２に対して作用することを確実にしている。こうして、Ｘ軸回動部２０においてモータ部４０を回動軸Ｘを中心に回動駆動することで、操作部２に対する矢印Ａ方向の力覚反力を付与することができる。
【００１５】
また、操作者の操作により操作部２が矢印Ａ方向（図１参照）に沿って操作されると、これに追従して（ａ）において主軸５がＡ´方向に移動するので、この直線移動に連動してプーリー５３が軸ａｘｅを中心に回動し、これに連動して回動伝達軸５２が軸転される。回動伝達軸５２の軸転に伴い第２歯車５１が回動されると、この第２歯車５１に歯合する第１歯車５０に回動力が伝達され、これに応じて第１歯車５０が回動軸Ｘ´を中心に回動する。第１歯車５０に連結されたＸ軸用センサ部３０は、この第１歯車５０の回動位置を検出することで、検出した該回動位置に応じた操作部２の矢印Ａ方向に沿う位置情報を得ることができる。
【００１６】
図３（ｂ）において、Ｙ軸回動部２１（センサ部３１とモータ部４１）は、モータ部４１の回動軸Ｙ´が、基準シャフト８の軸線（回動軸Ｙ）に平行となる向きで配置される。Ｙ軸モータ部４１には、該モータ部４１の回動に連動して回動する歯車６０が取り付けされる。この歯車６０に歯合する平ギヤ６１は、基準シャフト８に固定的に取付されており、基準シャフト８と共に回動軸Ｙを中心に回動動作するものである。
モータ部４１の駆動により歯車６０が回動すると、歯車６０の回動に連動して平ギヤ６１が回動される。平ギヤ６１が回動されると、平ギヤ６１が取り付けされている基準シャフト８が軸転する。図２に示すように基準シャフト８の一端部８ａはジンバルリング１３に固定されているので、基準シャフト８に作用する回動力は、ジンバルリング１３に伝達される。ジンバルリング１３は連結部１６ａ、１６ｂを介してセンターコントローラ１２を支持しており、センターコントローラ１２には、ジンバルリング１３の回動軸Ｙを中心とする回動が伝達されるので、センターコントローラ１２はジンバルリング１３に追従して、つまり、Ｙ軸モータ部４１の駆動に追従して、回動軸Ｙを中心に回動する。従って、操作部２には、センターコントローラ１２に加わる回動力に応じて、回動軸Ｙを中心にした回動力が負荷される。こうして、Ｙ軸回動部２１においてモータ部４１を回動軸Ｙ´を中心に回動駆動することで、センターコントローラ１２に対して回動軸Ｙを中心とする回動力を作用させて、操作部２に対する矢印Ｂ方向の力覚反力を付与することができる。
【００１７】
また、操作者の操作により操作部２が矢印Ｂ方向（図１参照）に沿って操作されると、これに追従してセンターコントローラ１２が回動軸Ｙを中心に回動される。センターコントローラ１２の回動に連動してジンバルリング１３が回動軸Ｙを中心に回動すると、該ジンバルリング１３に固定された基準シャフト８は軸転（回動軸Ｙを中心に軸転）する。基準シャフト８の軸転に伴い平ギヤ６１が回動されると、この平ギヤ６１に歯合する歯車６０が回動変位する。歯車６０に連結されたＹ軸用センサ部３１は、この歯車６０の回動位置を検出することで、検出した該回動位置に応じた操作部２の矢印Ｂ方向に沿う回動位置情報を得ることができる。
【００１８】
図３（ｃ）において、Ｚ軸回動部２２（センサ部３２とモータ部４２）は、モータ部４２の回動軸Ｚ´が、回動軸Ｚ（図２参照）に平行となる向きで配置される。Ｚ軸用モータ部４２には、該モータ部４２の回動に連動して回動する歯車７０が取り付けされている。この歯車７０に歯合する平ギヤ７１は、中心軸１７に固定的に取付されており、中心軸１７と共に回動軸Ｚを中心に回動動作するものである。中心軸１７は先端１７ａにてジンバルリング１３に固定されている（図２参照）ので、モータ部４２の回動に伴う平ギヤ７１の回動は、中心軸１７を介してジンバルリング１３に伝達されることで、操作部２側に作用する。また、操作部２の回動操作（回動軸Ｚを中心とする回動操作）は、ジンバルリング１３を介して中心軸１７に伝達されることでＺ軸回動部２２に作用する。
モータ部４２の駆動により歯車７０が回動すると、歯車７０の回動に連動して平ギヤ７１が回動される。平ギヤ７１が回動されると、平ギヤ７１が取り付けされている中心軸１７が軸転される。図２に示すように中心軸１７の一端部１７ａはジンバルリング１３に固定されているので、中心軸１７に作用する回動力は、ジンバルリング１３に伝達される。前述の通り、センターコントローラ１２はジンバルリング１３に対して連結部１６ａ、１６ｂを介して回動軸Ｚを中心に回動自在に支持されている。当該演奏入力装置１の操作形態として、基準シャフト８が所定位置に固定されているため、ジンバルリング１３に対して回動軸Ｚを中心とする回動力が作用することで、ジンバルリング１３自体はこの回動力によって回動されないが、センターコントローラ１２とジンバルリング１３の相対的位置関係を回動軸Ｚを中心として回動変位せしめる負荷力がセンターコントローラ１２とジンバルリング１３とに作用する。このため、操作部２には前記負荷力に応じた、回動軸Ｚを中心にした回動力が負荷される。こうして、Ｚ軸回動部２２においてモータ部４２を回動駆動することで、センターコントローラ１２に対して回動軸Ｚを中心とする回動力を作用させて、操作部２に対する矢印Ｃ方向の力覚反力を付与することができる。
【００１９】
また、操作者の操作により操作部２が矢印Ｃ方向（図１参照）に沿って操作されると、これに応じて、センターコントローラ１２が回動軸Ｚを中心に回動力が負荷される。このとき、基準シャフト８が所定位置に固定されているので、ジンバルリング１３自体は回転変位せず、センターコントローラ１２は回動軸Ｚを中心にジンバルリング１３に対して相対的に回動する。中心軸１７はジンバルリング１３に固定されているので、センターコントローラ１２は中心軸１７を軸に相対的に回動する、つまり、中心軸１７は操作部２の操作に応じてセンターコントローラ１２に対して相対的に軸転されることになる。この中心軸１７の軸転に伴い平ギヤ７１が回動されると、この平ギヤ７１に歯合する歯車７０が回動変位する。歯車７０に連結されたＺ軸用センサ部３２は、この歯車７０の回動位置を検出することで、検出した該回動位置に応じた操作部２の矢印Ｃ方向に沿う回動位置情報を得ることができる。
なお、各回動軸毎の回動部２０〜２２の構成は、上述の例に限定されず、各回動軸Ｘ，Ｙ及びＺを中心とした回動によって操作部２に対して反力を発生せしめ、また、操作部２の操作状態を該回動軸Ｘ，Ｙ及びＺを中心とした回動変位として検出するよう構成されるものであればよい。
【００２０】
図５は、当該演奏入力装置１のハードウェア構成例を示すブロック図である。図５に示すように、この演奏入力装置１は、全体の動作を制御するＣＰＵ１００、各種プログラムや各種データを記憶するＲＯＭ１０１、ワーキングのためのＲＡＭ１０２、パラメータテーブル１０３、パラメータコントローラ１０４、入出力インターフェース（入出力Ｉ／Ｆ）１０５等を有し、各装置間が通信バス１０６を介して接続される。インターフェース１０７は、Ｘ軸用センサ部３０、Ｙ軸用センサ部３１及びＺ軸用センサ部３２からの各センサ出力を時分割多重して取り込むものである。インターフェース１０７から取り込まれたセンサ出力は、ＡＤ変換器１０８にてディジタル信号に変換されて、通信バス１０６を介してＣＰＵ１００に出力される。ドライバ１０９には、Ｘ軸モータ部４０、Ｙ軸モータ部４１、Ｚ軸モータ部４２を夫々駆動するためのアクチュエータ１１０が接続される。なお、図２においては、１つのブロックのみでアクチュエータ１１０を表現しているが、アクチュエータ１１０は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸モータ部４０〜４２の夫々を駆動する為に３つの１次元アクチュエータを組み合わせて構成してもよい。
【００２１】
ドライバ１０９は、ＣＰＵ１００の制御の下で生成された駆動信号に基づきアクチュエータ１１０を駆動制御（つまり通電ＯＮ／ＯＦＦ）する。駆動信号は、ＤＡ変換器１１１にてアナログ信号に変換され、ドライバ１０９に供給される。この駆動信号としては、例えばＰＷＭ形式の電流信号を適用してもよい。この駆動信号は、操作部２に力覚反力を付与するための反力情報であって、Ｘ〜Ｚ軸センサ部３０〜３１から出力される各センサ出力に基づき、各回動軸Ｘ，Ｙ及びＺ毎に算出される。算出された駆動信号に応じてＸ，Ｙ，Ｚ軸回動部２０〜２２を回動させることで、操作部２の各軸毎の操作状態に応じた力覚反力が、操作部３２に対して該各軸毎に夫々付与され、これにより、操作者に対して仮想現実的な演奏感覚（反発感や接触感等）を感知させることができる。
【００２２】
パラメータテーブル１０３は、各種のパラメータ（演奏パラメータや反力設定パラメータ等）の値を算出する為のテーブルであり、例えば、インターフェース１０７を介して取り込まれたセンサ出力に対応する音高、音量、音色等の各種楽音要素用のパラメータ値設定（楽音要素設定テーブル）や、インターフェース１０７を介して取り込まれたセンサ出力に対応する反力を設定するためのパラメータ値設定（タッチデーターブル）に利用できる。また、データテーブル１０３は、使用する音源に応じて、反力設定パラメータの設定を変更できるようにしてもよいし、或いは、操作部２にて入力する音高列のスケールを設定変更するためにも利用しうる。なお、パラメータテーブル１０３は、ＲＯＭで構成されてもよいし、或いは、ＲＡＭ等によって書き換え可能に構成されていてもよいし、外部メモリ若しくは通信ネットワーク等を介して構成されてもよい。
各種楽音要素のパラメータ値設定や、反力設定パラメータの設定についての制御ルールは、パラメータコントローラ７により任意に可変設定できるように構成してよい。
【００２３】
タッチデータテーブルは、Ｘ〜Ｚ軸用センサ部３０〜３２から出力される各回動軸Ｘ，Ｙ，Ｚ毎のセンサ出力（センサの出力値、位置、速度、加速度のいずれか）に対応して該各回動軸毎に付与すべき反力を発生させるための反力情報の対応付けを記憶しており、Ｘ〜Ｚ軸用センサ部３０〜３２から出力された各センサ出力に応じた各回動軸毎の反力情報を出力する。各回動軸毎のセンサ出力に対応して算出される各反力情報は、各回動軸Ｘ，Ｙ，Ｚ毎に個別に算出されるものであり、例えば各回動軸Ｘ，Ｙ，Ｚ毎に個別のタッチデータテーブルを利用しても差し支えない。
楽音要素設定テーブルにおいては、例えば、操作部２が矢印Ａ方向（図１参照）の移動可能範囲においてとりうる複数の操作位置に対する所定音量域範囲にわたる複数段階の音量の対応付けを記憶しており、Ｘ軸用センサ部３０のセンサ出力に応じた音量パラメータを出力する。また、例えば、操作部２が矢印Ｂ方向（図１参照）の移動可能範囲においてとりうる複数の操作位置に対する複数の音色の対応付けを記憶しており、Ｙ軸用センサ部３１のセンサ出力に応じた音色パラメータを出力する。また、例えば、操作部２が矢印Ｃ方向（図１参照）の移動可能範囲においてとりうる複数の操作位置に対する複数の音色の対応付けを記憶しており、Ｙ軸用センサ部３１のセンサ出力に応じた音色パラメータを出力する。
【００２４】
図示の通り、この実施例では、入出力Ｉ／Ｆ１０５にはワイレスモジュール１１２が接続されており、当該演奏入力装置１は、このワイヤレスモジュール１１２を介して、物理的に隔離された音源１１３と、ワイヤレスで接続する。このように音源１１３との接続をワイヤレス化することで、音源との接続も容易になり、装置設置場所等を選ばず、どこにでも持ち運んで演奏を楽しむことができる。
【００２５】
ＣＰＵ１００は、前記パラメータテーブル１０３を参照することで、インターフェース１０７を介して取り込まれたセンサ出力に対応する音高、音量、音色等の各種楽音要素のパラメータ値を楽音要素設定テーブルを参照して設定し、これを音源１１３に送信する。音源１１３では受信したパラメータ値に基づき、操作部２の各軸毎の操作位置に応じた楽音信号を生成する。すなわち、この演奏入力装置１では、操作部２のＸ、Ｙ及びＺ軸の各軸毎の操作位置に応じて１つの楽音信号の発音が指示される。なお、音源１１３の音源方式は、波形メモリ等の従来から知られるいかなる方式を用いてもよい。また、音源１１３は、ハードウェア音源ボードで構成されていてもよいし、ソフトウェア音源プログラムで構成されていてもよい。
また、制御スイッチ１１４は、必要に応じて、例えば操作部２の把持部６等に設置するとよく、回転操作或いは押圧操作等によって音量等の適宜のパラメータ値設定を行いうるよう構成しうる。勿論、このような制御スイッチ１１４が具備されなくとも、この発明の実施に差し支えないが、このようなスイッチを設けることで、例えば、指先等による操作で音量パラメータ値の設定・制御が行えるため、演奏操作をより簡便に行えるようになる。例えば、一構成例として、このスイッチ１４によって演奏音の全体的な音量（ボリューム制御）を行い、ユーザによる演奏入力の際に、操作部２の矢印Ａ方向（図１）の操作速度に応じて発生する楽音のベロシティー制御するような構成が可能である。
【００２６】
上記構成からなる演奏入力装置１におけるＣＰＵ１００の主な制御動作について次に述べる。操作者により操作部２が操作され、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸用センサ部３０〜３２から各軸毎の操作位置に応じたセンサ出力がインターフェース９を介してＣＰＵ１００に出力されると、ＣＰＵ１００では、所定のクロックタイミング毎に、各軸毎のセンサ出力に基づき操作部２のの各軸毎の操作位置を検出する処理を行う。そして、パラメータテーブル１０３を参照することで、検出した各軸毎の操作位置や速度、加速度の１つ、あるいはそれらの組み合わせ、または複数軸の出力の組み合わせに応じた演奏パラメータ（音高、音量、音色等）の値を算出し、算出した演奏パラメータに基づき音源１１３にて楽音信号を生成する。
当該演奏入力装置１において、操作部２が操作されたとき、ＣＰＵ１００は、上記楽音信号の生成処理等と共に、ドライバ１０９に対してアクチュエータ１１０を駆動するための駆動信号を出力して、アクチュエータ１１０を駆動制御することで、操作部２に対して回動軸Ｘ，Ｙ及びＺ毎の力覚反力を付与する。
【００２７】
前記駆動信号は、前記タッチデータテーブルから出力される各回動軸毎の反力情報に基づき、該各軸毎に夫々発生されるものである。以下では、タッチデータテーブルに対して、操作部２の各回動軸毎の位置情報、速度情報、加速度情報の３つのパラメータが入力され、これら３つのパラメータに基づき各回動軸毎の反力情報を算出する例について簡単に説明する。
Ｘ軸用センサ部３０、Ｙ軸用センサ部３１及びＺ軸用センサ部３２により、各軸毎の操作位置が検出されると、各軸毎のセンサ出力（位置情報Ｘ，Ｙ及びＺ）はインターフェース１０７を介して時分割多重されて取り込まれ、ＡＤ変換器１０８を介してディジタル信号に変換されて、ＣＰＵ１００に出力される。ＣＰＵ１００は供給された各センサ出力（位置情報Ｘ，Ｙ及びＺ）を夫々微分することで、前述したように各回動軸Ｘ、Ｙ及びＺ毎の速度情報Ｘ，Ｙ及びＺ、更には加速度情報Ｘ，Ｙ及びＺを算出できる。これら各回動軸Ｘ、Ｙ及びＺ毎の位置、速度、加速度についての情報がタッチデータテーブルに供給される。タッチデータテーブルからは、回動軸Ｘの位置、速度、加速度情報に基づき、回動軸Ｘ（Ｘ軸回動部２０）に付与すべき反力情報Ｘを発生する。また、回動軸Ｙの位置、速度、加速度情報に基づき、回動軸Ｙ（Ｙ軸回動部２１）に付与すべき反力情報Ｙを発生する。また、回動軸Ｚの位置、速度、加速度情報に基づき、回動軸Ｚ（Ｚ軸回動部２２）に付与すべき反力情報Ｚを発生する。
【００２８】
ＣＰＵ１は、算出された各軸毎の反力情報Ｘ、Ｙ及びＺに基づき、各回動軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対応した、アクチュエータ１１０を駆動するための駆動信号を夫々生成する。生成された駆動信号は前述の通りＤＡ変換器１１１を介してドライバ１０９に供給され、ドライバ１０９は供給された駆動信号によりアクチュエータ１１０を駆動制御する。ドライバ１０９に供給される駆動信号は、反力を付与すべき各回動軸毎に時分割分離されて供給されるよう構成され、アクチュエータ１１０がＸ軸用モータ部４０、Ｙ軸用モータ部４１及びＺ軸モータ部４２を時分割で駆動する。Ｘ軸用モータ部４０、Ｙ軸用モータ部４１及びＺ軸モータ部４２が供給された各駆動信号に基づき各々回動制御されることで、Ｘ軸回動部２０、Ｙ軸回動部２１及びＺ軸回動部２２の各々において、操作部２に対して各回動軸Ｘ，Ｙ及びＺを中心とする回動力を夫々付与する。これにより、操作部２の矢印Ａ、Ｂ及びＣに沿う３方向（図１参照）毎の操作状態に対応した力覚反力を該３方向毎に夫々発生させることができる。各軸毎に付与される反力は操作部２の操作状態（位置、速度、加速度の３つのパラメータ）によって可変されるものであるから、操作部２の操作位置変化のみならず時間的変化にも応じた反力を発生させることができる。なお、反力情報の算出に用いるパラメータ（タッチデータテーブルに入力されるパラメータ）は、上記の３つのパラメータを全て用いる必要は必ずしもなく、位置、速度、加速度の何れか少なくとも１つのパラメータを用いて算出するよう構成して差し支えない。また、上記の他にも角度情報や圧力情報等を利用することも可能である。
【００２９】
図６（ａ）は、この実施例に係る演奏入力装置の別の構成例を示す斜視図である。（ａ）には、当該演奏入力装置の操作部２００と、各回動軸毎の回動部２０１〜２０３のみを抽出して示している。操作部２００は、ガイド部９０に貫通されており、ガイド部９０は操作部２００の各軸毎の操作変位を各回動軸毎の回動部２０１〜２０３に伝達する／及び回動部２０１〜２０３で各回動軸毎に発生した回動力を操作部２００に伝達する。各回動部２０１〜２０３は夫々回動式モータと回転位置センサとから構成される。
ガイド部９０にはＹ軸ベース部９１が連結される。Ｙ軸回動部２０２は、このＹ軸ベース部９１上に設置されており、ガイド部９０を介して操作部２００と連動する。Ｙ軸回動部２０２が具備される。Ｙ軸ベース部９１の下端部はＺ軸ベース部９２上に固定される。Ｚ軸回動部２０３は、Ｚ軸ベース部９２及びＹ軸ベース部９１を介してガイド部９０と連結されることで、ガイド部９０を介して操作部２００と連動する。Ｘ軸回動部２００は、ギヤボックス９３を介してガイド部９０と連結する。ギヤボックス９３は、操作部２００のＡ方向に関する直線動を回動軸Ｘを中心とした回動に変換する／及びＸ軸回動部２００で発生した回動軸Ｘを中心とした回動を操作部２００のＡ方向に関する直線動に変換する運動変換機構である。一例として、図６（ｂ）に示すように、操作部２００には軸線方向に沿って長手状にギヤ歯部２００ａが設けられており、また、ギヤボックス９３内には、該ギヤ歯部２００ａに係合するスライドギヤ機構９３ａが設けられている。
【００３０】
操作部２００が矢印Ａ方向に操作されると、ギヤ歯部２００ａに係合するスライドギヤ機構９３ａが、該操作部２００の矢印Ａ方向への直線変位量に応じて、回動軸Ｘを中心に回動（軸転）され、Ｘ軸回動部２０１ではその回動位置を検出することをもって、操作部２００の矢印Ａ方向の操作位置を検出できる。また、Ｘ軸回動部２０１が回動駆動されると、スライドギヤ機構９３ａが回動軸Ｘを中心に回動（軸転）し、この回動がギヤ歯部２００ａを介して操作部２００の矢印Ａ方向への直線的駆動力に変換されることで、操作部２００に対して矢印Ａ方向（操作者からみて前後動）の力覚反力を付与できる。操作部２００が矢印Ｃ方向に操作されると、ガイド部９０を介してＺ軸ベース部９２上の構成要素全体に回動軸Ｚを中心した回動運動が作用するので、Ｚ軸回動部２０３では、直接的には当該回動運動の動作支点たるＺ軸ベース部９２の回動位置を検出することで、操作部２００の矢印Ｃ方向の操作位置を検出できる。また、Ｚ軸回動部２０３が回動駆動されると、Ｚ軸ベース部９２を動作支点として、Ｚ軸ベース部９２上の構成要素全体に回動軸Ｚを中心した回動運動が作用し、操作部２００に対して矢印Ｃ方向（操作者からみて左右回動）の力覚反力を付与できる。操作部２００が矢印Ｂ方向に操作されると、Ｙ軸ベース部９１を動作支点として、ガイド部３５が回動軸Ｙを中心に回動（軸転）し、Ｙ軸回動部２０１では、その軸転位置（角度位置）を検出することで、操作部２００の矢印Ｂ方向の操作位置を検出できる。また、Ｙ軸回動部２０２が回動駆動されると、ガイド部９０に対して回動軸Ｙを中心とする回動力が作用することで、操作部２００に対して矢印Ｂ方向（操作者からみて上下揺動）の力覚反力を付与できる。
【００３１】
なお、上述の実施例では、演奏入力装置の演奏形態の一例として弓形操作子によるバイオリンタイプを示したが、例えばトロンボーンのようなスライド式操作子（スライド管）を操作して音高調整するタイプの演奏形態等、各種演奏形態の模擬的再現が可能である。また、操作部２の操作状態に応じて各種楽音要素は、上述の例（音高、音色、音量等）に限定されない。また、当該演奏入力装置は、演奏入力の他にも、例えば、各種ゲーム入力やＣＡＤの入力等に適用することも可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明した通り、この発明によれば、回動部において、操作部の変位を所定の回動軸を中心とする回動として検出し、また、該検出に基づき該所定の回動軸に沿った方向に力覚反力を付与することで、例えばバイオリンタイプのように弓形操作子を模擬した演奏形態での演奏情報の入力を小型且つシンプルな構成で実現でき、且つ、操作部の操作に応じた力覚反力により操作者に対して仮想現実的な演奏感覚（反発感や接触感等）を体感せしめると共に、小型且つシンプルな構成でありながらも、比較的大きな操作部の変位に対しても操作検出、反力付与が可能となるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る演奏入力装置の外観を示す斜視図。
【図２】同実施例に係る演奏入力装置を図１に示す矢印Ｄからみた断面略図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は同実施例に係るＸ軸回動部、Ｙ軸回動部及びＺ軸回動部の構成例を示す概略図。
【図４】図３（ａ）に示すプーリー部のｐ−ｐ線断面図。
【図５】同実施例に係る演奏入力装置のハードウェア構成例を示すブロック図。
【図６】（ａ）はこの発明に係る演奏入力装置の別の構成例における操作部と回動部を抽出して示す概略斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるギヤボックスの詳細構成例を示す概略図。
【符号の説明】
１  演奏入力装置、２  操作部、３  基部、４  接合部、１２  センターコントローラ、１３  ジンバルリング、２０  Ｘ軸回動部、２１  Ｙ軸回動部、２２  Ｚ軸回動部、４０  Ｘ軸用モータ部、４１  Ｙ軸用モータ部、４２  Ｚ軸用モータ部、３０  Ｘ軸用センサ部、３１  Ｙ軸用センサ部、３２  Ｚ軸センサ部
【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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