(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一方の面に固定されたホール素子と、
前記基板の他方の面に固定された基板用磁性体板と、
着磁方向が互いに逆方向であり、かつ、一方のＮ極と他方のＳ極が前記基板側を向くように隣接した２個の磁石であって、前記基板側を向いたＮ極およびＳ極が、演奏操作子に連動し、前記ホール素子の感応部から離れた面に沿って移動するように前記演奏操作子またはこれに連動する部材に固定された第１および第２の磁石と、
前記第１および第２の磁石における前記基板とは反対側のＮ極およびＳ極に固定された磁性体板と、
前記ホール素子の出力電圧から前記演奏操作子の操作状態を反映した操作信号を生成する信号処理回路とを具備し、
前記信号処理回路は、
１または複数の定数を記憶する記憶手段と、
前記ホール素子の出力電圧に対応したデジタル信号を出力する変換手段と、
前記記憶手段に記憶された定数と前記変換手段から出力されるデジタル信号とを用いた所定の演算を実行し、前記操作信号を生成する演算部と
を具備することを特徴とする演奏記録センサ。
【請求項２】
基板と、
前記基板の一方の面に固定されたホール素子と、
前記基板の他方の面に固定された基板用磁性体板と、
演奏操作子に連動し、前記ホール素子の感応部から離れた面に沿って移動するように前記演奏操作子またはこれに連動する部材に固定された磁石であって、着磁方向が前記移動の方向と同一方向であり、その前記基板側の表面が中央から両磁極側に向かうに従って前期基板から退行する曲面をなす磁石と、
前記ホール素子の出力電圧から前記演奏操作子の操作状態を反映した操作信号を生成する信号処理回路とを具備し、
前記信号処理回路は、
１または複数の定数を記憶する記憶手段と、
前記ホール素子の出力電圧に対応したデジタル信号を出力する変換手段と、
前記記憶手段に記憶された定数と前記変換手段から出力されるデジタル信号とを用いた所定の演算を実行し、前記操作信号を生成する演算部と
を具備することを特徴とする演奏記録センサ。
【請求項３】
基板と、
前記基板の一方の面に固定されたホール素子と、
前記基板の他方の面に固定された基板用磁性体板と、
演奏操作子に連動し、前記ホール素子の感応部から離れた面に沿って移動するように前記演奏操作子またはこれに連動する部材に固定された磁石であって、着磁方向が前記移動の方向と同一方向であり、両磁極部分に両端に向かうに従って前期基板から退行する傾斜面を有する磁石と、
前記ホール素子の出力電圧から前記演奏操作子の操作状態を反映した操作信号を生成する信号処理回路とを具備し、
前記信号処理回路は、
１または複数の定数を記憶する記憶手段と、
前記ホール素子の出力電圧に対応したデジタル信号を出力する変換手段と、
前記記憶手段に記憶された定数と前記変換手段から出力されるデジタル信号とを用いた所定の演算を実行し、前記操作信号を生成する演算部と
を具備することを特徴とする演奏記録センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ピアノ等の演奏装置において演奏記録を行う場合等に演奏操作子の操作状態を検出する演奏記録センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動演奏ピアノ等の演奏装置において、操作者による鍵等の演奏操作子の操作状態を記録するためのセンサには、次に述べるような種々のセンサがあった。以下、図２２〜図２６を参照して従来のセンサについて説明する。
【０００３】
図２２および図２３は、光学的に非接触で操作者の操作による可動部の動作を検知するセンサを示している。図２２および図２３のうち、図２２が光の透過を利用するものを示していて、図２３が光の反射の利用するものを示している。図２２（ａ）は、光学式センサ１０１の外観形状を示す斜視図である。光学式センサ１０１は、フォトインタラプタと呼ばれる半導体モジュールであり、切り掛け部１０１ａを中央付近に有し、その切り掛け部１０１ａ内で半透明の透過板１０２が操作子の操作に応じて上下方向に移動するように設置されている。図２２（ｂ）は、図２２（ａ）に示す光学式センサ１０１の側面図であり、図２２（ｃ）は正面図である。図２２（ｃ）に示すように、光学式センサ１０１には、切り掛け部１０１ａを挟んで対面する形でフォトトランジスタ１０３と発光ダイオード１０４とが埋設されている。透過板（グレースケール）１０２は、光の透過率が上下方向で上に向かって徐々に小さくなる半透明の部材である。したがって、発光ダイオード１０４を発光させ、フォトトランジスタ１０３に流れる電流値を検出することで、透過板１０２の上下方向の位置を検出することが可能となる。
【０００４】
一方、図２３に示す光の反射の利用する光学式センサ２０１は、上面２０１ａに開口部２０１ｂ，２０１ｃを有し（図２３（ａ））、各開口部２０１ｂ，２０１ｃ内にそれぞれ発光ダイオード２０２とフォトトランジスタ２０３とが設けられている。発光ダイオード２０２とフォトトランジスタ２０３は、発光および受光の光軸が互いに一定の角度θを有して向かい合うように設置されている。したがって、検出対象となる反射部材２０４（図２３（ｂ））と上面２０１ａと間の上下方向の間隔が変化することによって、フォトトランジスタ２０３に流れる電流値が変化することになる。
【０００５】
図２２および図２３に示すような従来の光学式センサでは、わずかな周辺光の変動が大きな外乱となってしまうことがある。さらに、図２２に示す光学式センサ１０１では、透過板１０２の光の透過率が、ほこりの付着や、部材の変質によって変化することがあり、そのような場合には出力特性に劣化が生じることになる。また、図２３に示す光学式センサ２０１では、位置検出の出力特性が非線形となるので、連続した位置変化を線形に変化する値として得るためには、３点以上の複数の既知の位置での出力値をあらかじめ測定しておき、それらを用いて出力値を補正することが必要となる。
【０００６】
図２４は、電磁誘導を使用して、非接触で可動部の動作を検知するセンサである。コの字型のトランスヨーク３０１に１次巻線３０２と、２次巻線３０３を取り付け、トランスヨーク３０１の開口方向に磁性体３０４を設置することで構成されている。可動部の動作に合わせて磁性体３０４を上下方向に移動させ、巻線間のインダクタンスを可変させることで位置に応じた出力を得るようにしている。この例では、２次巻線３０３の出力端子に整流ブリッジ回路３０５を設けることで、位置に応じた出力を直流出力の変化として得るようにしている。図２４に示すようなインダクタンスの変化を利用するセンサでは、一次発振側からノイズが発生するので、ＥＭＩ（Electro-Magnetic Interference）や自己被ノイズの問題が生じる可能性がある。また、隣り合う検出部とのクロストークによって信号品位が悪化したり、寸法が比較的大きくなってしまったり、あるいはコストが高くなる傾向があるという課題がある。
【０００７】
図２５は、ひずみゲージを利用して接触式で検出対象の変位を検知するセンサを示している。ひずみゲージ４０１の一端部を固定部材４０２で固定し、他端部が検出対象４０３の上下方向の位置変化に合わせて変化するように各部を設置している。この構成では、検出対象の位置変化に応じてひずみゲージ４０１の抵抗値を変化させている（図２５（ａ））。ひずみゲージ４０１の抵抗値の変化は、例えば図２５（ｂ）に示すように、抵抗素子４０４，４０５，４０６とともにブリッジ回路を構成することで、電圧値の変化として出力することができる。しかしながら、図２５に示すひずみゲージを利用したセンサは、接触式であるため、検出対象へ荷重の影響を与えるという問題がある。また、繰り返し耐久性にも課題がある。
【０００８】
図２６は、磁電変換作用（電流磁気効果作用）を利用するセンサの構成例を示す断面図である。図２６に示すセンサは、プリント基板５０３とその上に設けられたホール素子５０１と、ホール素子５０１と対向する位置に設けられたマグネット５０２と、プリント基板５０３の下面に設けられた鉄板５０３と、マグネット５０２の上面に設けられた鉄板５０６とから構成されている。図２６に示すセンサでは、ホール素子５０１に所定の電流を流すことで、ホール素子５０１とマグネット５０２間の矢印Ａ方向の距離Ｌ１の変化を、ホール素子５０１の出力電圧値の変化として捉えることができる。なお、実願平２−１２０４１５号（実開平４−７８５８２号公報）のマイクロフィルムにはこの種のホール素子を用いた変位センサの一例が記載されている。
【０００９】
図２６に示すようなホール素子を用いたセンサを用いる場合、例えば、楽器の可動部にマグネット（永久磁石）を設置し、磁石に対向してホール素子を配設することで、可動部の角度・位置を検知することが可能である。ここで永久磁石が、ホール素子に対して十分に広範囲にわたる磁極面積を持つようにした場合、永久磁石以外の磁気外乱による影響をほぼ無視できる程度までに削減することができる。さらに、上記出願に記載されているように強磁性体を上下に設けた構造を用いることで、省スペースや磁界強度増大という効果を得ることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図２２〜図２５に示す各センサと比較した場合、図２６に示すような磁電変換作用を利用するセンサは、非接触であるという点、および連続的に変位を検知する際に外乱による影響を受けにくいという利点を有しているため、演奏操作子の操作状態を記録するためのセンサとして用いるときには、ほかのセンサよりもより適した特徴を有しているということができる。しかしながら、図２６に示すようなセンサでは、変位に応じた検出出力の変化が非線形の特性を有しているため、一般的な使用条件では、変位に対して線形な特性を有するように出力信号を変換するための信号処理装置が必要となる。さらに、例えば、ピアノの鍵盤やアクション部のハンマの変位を検出する際に用いる場合には、複数のセンサを使用することになるため、信号処理装置の構成を簡易なものにすることが望まれる。また、鍵やハンマのように、可動部が比較的狭い空間で隣接したり、比較的大きな変位を有する部位を持つものでは、複数のセンサを隣接して設置したり、可動部の形状に合わせて狭い空間内で設置できるようにしたり、より広い検出範囲や検出精度を得ることができるようにすることが望まれる。また、いずれのセンサも校正が困難であることから、校正が容易なセンサが望まれている。
【００１１】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであって、外乱による影響を受けにくく、非接触で演奏操作子の操作状態を検知することができ、かつ、校正が容易な演奏記録センサおよびその校正方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板と、
前記基板の一方の面に固定されたホール素子と、
前記基板の他方の面に固定された基板用磁性体板と、
着磁方向が互いに逆方向であり、かつ、一方のＮ極と他方のＳ極が前記基板側を向くように隣接した２個の磁石であって、前記基板側を向いたＮ極およびＳ極が、演奏操作子に連動し、前記ホール素子の感応部から離れた面に沿って移動するように前記演奏操作子またはこれに連動する部材に固定された第１および第２の磁石と、
前記第１および第２の磁石における前記基板とは反対側のＮ極およびＳ極に固定された磁性体板と、
前記ホール素子の出力電圧から前記演奏操作子の操作状態を反映した操作信号を生成する信号処理回路とを具備し、
前記信号処理回路は、
１または複数の定数を記憶する記憶手段と、
前記ホール素子の出力電圧に対応したデジタル信号を出力する変換手段と、
前記記憶手段に記憶された定数と前記変換手段から出力されるデジタル信号とを用いた所定の演算を実行し、前記操作信号を生成する演算部と
を具備することを特徴とする演奏記録センサを提供するものである。
請求項２に記載の発明は、基板と、
前記基板の一方の面に固定されたホール素子と、
前記基板の他方の面に固定された基板用磁性体板と、
演奏操作子に連動し、前記ホール素子の感応部から離れた面に沿って移動するように前記演奏操作子またはこれに連動する部材に固定された磁石であって、着磁方向が前記移動の方向と同一方向であり、その前記基板側の表面が中央から両磁極側に向かうに従って前期基板から退行する曲面をなす磁石と、
前記ホール素子の出力電圧から前記演奏操作子の操作状態を反映した操作信号を生成する信号処理回路とを具備し、
前記信号処理回路は、
１または複数の定数を記憶する記憶手段と、
前記ホール素子の出力電圧に対応したデジタル信号を出力する変換手段と、
前記記憶手段に記憶された定数と前記変換手段から出力されるデジタル信号とを用いた所定の演算を実行し、前記操作信号を生成する演算部と
を具備することを特徴とする演奏記録センサを提供するものである。
請求項３に記載の発明は、基板と、
前記基板の一方の面に固定されたホール素子と、
前記基板の他方の面に固定された基板用磁性体板と、
演奏操作子に連動し、前記ホール素子の感応部から離れた面に沿って移動するように前記演奏操作子またはこれに連動する部材に固定された磁石であって、着磁方向が前記移動の方向と同一方向であり、両磁極部分に両端に向かうに従って前期基板から退行する傾斜面を有する磁石と、
前記ホール素子の出力電圧から前記演奏操作子の操作状態を反映した操作信号を生成する信号処理回路とを具備し、
前記信号処理回路は、
１または複数の定数を記憶する記憶手段と、
前記ホール素子の出力電圧に対応したデジタル信号を出力する変換手段と、
前記記憶手段に記憶された定数と前記変換手段から出力されるデジタル信号とを用いた所定の演算を実行し、前記操作信号を生成する演算部と
を具備することを特徴とする演奏記録センサを提供するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明による演奏記録センサの実施の形態について説明する。なお、以下に述べる各実施の形態は、自然楽器のピアノや、自動演奏ピアノや電子楽器等の演奏装置であって、操作者が鍵等の複数の操作子を操作することによる演奏の状態を、電気的、磁気的あるいは光学的に記録する記録装置を備えたものにおいて、各操作子あるいは各操作子の支持部材の位置の変化や角度の変化を検出するために用いられるものである。ただし、本発明による演奏記録センサの用途は、演奏装置において、演奏状態を記録する際に用いられるのに限られず、演奏を行う際（情報を再生する際）に、各駆動部の位置を検出するために用いられるものとしてもよい。
【００１５】
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明による演奏記録センサの第１の実施の形態の構成を示す斜視図である。複数のホール素子１，１，１，１は、基板２の上面に取り付けられている。基板２の下面にはホール素子１，１，１，１のすべてにわたって鉄板等の強磁性体からなる基板ヨーク３が取り付けられている。一方、複数のホール素子１，１，１，１に対向する位置には、それぞれ裏面に鉄板等の強磁性体からなる磁石ヨーク５が取り付けられている永久磁石４，４，４，４が配置されている。この場合、永久磁石４および磁石ヨーク５は、それぞれ、図示していない鍵等の操作子に直接取り付けられていたり、あるいは操作子の操作に応じて動作する可動部に直接あるいは、さらに支持部材を介して取り付けられているものとする。
【００１６】
図２は、図１に示す構成を側面から見た図である。図１および図２に示すホール素子１と永久磁石４とからなるセンサ部では、永久磁石４の上下方向の変位Ｘをホール素子１の出力電圧の変化として出力する。なお、以下では、ホール素子と永久磁石、あるいはこれらとともに磁気回路を構成するヨークまでをさらに含めた構成を、センサ部と呼ぶことにする。
【００１７】
図３は、図１および図２に示すセンサ部と、基板２上または基板２と所定の配線によって接続された他の基板上に設けられていて、センサ部の出力信号を処理する信号処理部分とを示すブロック図である。各ホール素子１，１，１，…には定電流回路６，６，６，…によって一定のホール電流が流され、電流の向きとは直角に永久磁石４、４，４，…による磁気エネルギー（磁束密度Ｂ）が与えられるようになっている。図１の距離Ｘ，Ｘ，Ｘ，…に応じて各ホール素子１，１，１，…はそれぞれ異なるホール電圧ＶH，ＶH，ＶH，…を発生する。増幅回路７，７，７，…は、各ホール素子１，１，１，…が発生したホール電圧ＶH，ＶH，ＶH，…を増幅してデジタル−アナログ変換回路８へ入力する。デジタル−アナログ変換回路８によって変換されたホール電圧ＶH，ＶH，ＶH，…に対応する数値データは、ＤＳＰ（デジタル信号処理装置）や１チップマイクロコンピュータから構成されるＣＰＵ（中央処理装置）９によって所定のプログラムに従って処理されて、距離Ｘ，Ｘ，Ｘ，…にそれぞれに対応する数値データが求められる。この場合、ＣＰＵ９は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の書き換え可能なメモリ１０に、各センサ部Ｓ１，Ｓ２，…に対応して記憶した各一対の数値データＤ１，Ｄ２を利用して、各センサ部Ｓ１，Ｓ２，…の出力電圧ＶH，ＶH，ＶH，…に基づく位置Ｘ，Ｘ，…を求めるための演算処理を行う。ただし、メモリ１０はＣＰＵ９に内蔵されていてもよい。
【００１８】
ここでＣＰＵ９内で実行される演算処理の内容について説明する。ただし、前提条件として、永久磁石の特性のばらつきは、演算処理上無視できる程度に十分小さいものであるとする。図４（ａ）に示すような角形磁石の磁束密度／距離の特性は、下記の（１−１）式（一般的な理論式）で表される。なお、この場合、角形磁石の一辺の長さをＡ、厚さをｔ、残留磁束密度をＢrとし、また求める位置までの距離をｘとしている。
【数１】
0004432220.tif 000002
【００１９】
また、図４（ｂ）に示すような丸形磁石の磁束密度／距離の特性は、（１−２）式（一般的な理論式）で表される。なお、この場合、丸形磁石の半径をＲ、厚さをｔ、残留磁束密度をＢrとして、求める位置までの距離をｘとしている。
【数２】
0004432220.tif 000003
【００２０】
（１−１）式と（１−２）式は、定数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３用いて（２）式のように近似することができる。
【数３】
0004432220.tif 000004
【００２１】
一方、ホール素子１の磁束密度／出力特性は以下の式で表される。ここで、ＶHはホール素子１の出力ホール電圧、Ｂはホール素子１における直角成分の磁束密度、Ａ１はホール素子１の不平衡係数とホール電流によって決まる定数、そしてＡ２はホール素子１のホール係数、素子の厚さ、ホール電流によって決まる定数である。
【数４】
0004432220.tif 000005
【００２２】
（３）式に（２）式を代入すると、（４）式が得られる。
【数５】
0004432220.tif 000006
【００２３】
そして、（４）式を整理すると（５）式が得られる。
【数６】
0004432220.tif 000007
【００２４】
前提条件から、（５）式のＣ３は、永久磁石の大きさに依存する定数である。よって（５）式は、２つの変数Ｄ１、Ｄ２が未知となる式であると考えることができる。したがって、任意の２点におけるホール素子１，１，…の各出力ＶH，ＶHと、各ホール素子１，１，…と、それに対向する各磁石４，４，…との間の各距離Ｘ，Ｘ，…が分かれば、各ホール素子１，１，…に対応した変数Ｄ１，Ｄ２をそれぞれ算出することが可能となる。
【００２５】
任意の２点は、例えば、各センサが取り付けられている操作子のレスト位置（例えば鍵を離した状態の位置）とエンド位置（鍵を最大に押した状態の位置）の２点とする。そして、これらの点におけるセンサ部の出力を、増幅回路７およびデジタル−アナログ変換回路８を介してＣＰＵ９で記録し、記録した値に基づいて式（５）による連立方程式を解くことで、変数Ｄ１と変数Ｄ２を求めることが可能となる。図３に示す構成では、すべてのセンサ部Ｓ１，Ｓ２，…について変数Ｄ１およびＤ２を求め、それをメモリ１０内で、各センサ部Ｓ１，Ｓ２，…に対応させて記憶しておく。そして、ＣＰＵ９は、あるセンサ部Ｓｋから得られたホール電圧ＶＨから距離Ｘ（図１参照）を算出する時には、式（５）を変換して作成した変数ｘを求める式に、そのホール電圧ＶHと定数Ｃ３とメモリ１０内の当該センサ部Ｓｋに対応した定数Ｄ１およびＤ２を代入することで、距離Ｘ（＝変数ｘ）を求める。このように本実施形態では、メモリ１０内の定数を用いた演算処理によりホール電圧ＶＨから距離Ｘが算出されるので、このメモリ１０内の定数を適当に書き換えることによりセンサの校正を容易に行うことができる。
【００２６】
なお、上記の説明では、式（５）における定数Ｃ３を既知の固定値として、任意の２点の実測値に基づいて定数Ｄ１，Ｄ２を設定するようにしているが、例えば、任意の３点の実測値に基づいて、定数Ｃ３，Ｄ１，Ｄ２を計算によって求めるようにしてもよい。また、上記の例では、定数Ｄ１，Ｄ２を求める際にホール電圧ＶHに対応する値を、増幅回路７，７，…およびデジタル−アナログ変換回路８を介して、ＣＰＵ９で数値データとして記録することとしているので、増幅回路７，７，…の増幅値、オフセット等のばらつきやデジタル−アナログ変換回路８の特性のばらつきに依存せずに定数Ｄ１，Ｄ２を求めることが可能である。
【００２７】
ここで、図５および図６を参照して、図１および図２に示す構成におけるホール素子１と永久磁石４の対向位置（中心軸）がずれた場合の特性の変化について説明する。図５（ａ）は、図５（ｂ）に示すように永久磁石４と磁石ヨーク５を組み合わせたときの磁石表面上の空間磁束密度の変化を計算によって求めた特性図である。図５（ａ）の横軸には永久磁石の中心からのずれＸc（ｍｍ）をとり、縦軸には永久磁石上の空間磁束密度（ｍＴ）をとっている。また図５（ａ）には、永久磁石表面からの距離Ｄが１，３，５，７，９ｍｍのときの５種類の特性を示している。なお、この場合の永久磁石４の仕様は、各辺の長さが５ｍｍ×５ｍｍ、厚さが４ｍｍで、残留磁束密度Ｂrが４０５ｍＴ、保持力Ｈcjが４．０５ｋＯｅ、最大エネルギー積ＢＨmaxが３．９ＭＧＯｅである。また、磁石ヨーク５の厚さは０．５ｍｍである。
【００２８】
図６（ａ）は、図５（ａ）と同様に、図６（ｂ）に示すように永久磁石４と磁石ヨーク５を組み合わせたときの磁石表面上の空間磁束密度の変化を計算によって求めた特性図である。図６（ａ）には永久磁石表面からの距離Ｄが１，３，５，７，９ｍｍのときの特性を示している。なお、この場合、永久磁石４は、各辺の長さが９ｍｍ×９ｍｍ、厚さが４ｍｍで、他の特性は図５の場合と同一である。また、磁石ヨーク５の厚さは０．５ｍｍである。
【００２９】
上述したように、本実施の形態によれば、ホール素子１と永久磁石４とからなる構成に、基板ヨーク３と磁石ヨーク５とを取り付けること（例えば、貼り合わせること）で、ホール素子１と基板ヨーク３とによって集磁効果を高めるとともに、永久磁石４と磁石ヨーク５とによって閉ループを構成することで外部からの磁力による減磁を防ぐとともに集磁効果を高めることができる（磁石の板圧を２倍にしたのと同等の効果を得ることができる）。また、上記の構成によれば、鉄板等の磁性材料を用いることで、例えば地磁気等による外乱の影響を十分に減少させることができる。また、磁石の対向面積を大きくすることにより磁束の変化量が少ない領域が広くなるため、ホール素子が磁石の中心からずれたとしてもセンサ出力への影響を微小に抑えることができる。また、位置の検出範囲が広いため、センサの取り付け位置の自由度が広がるという利点がある。また、図５および図６に示したように、任意の大きさの磁石を用いることによって、許容できる取り付け誤差を容易に調整することができる。また、ホール素子を用いることで、感応方向を１方向に限定することができるので、隣接する磁石の影響を受けにくいという利点も得られる。さらに、任意の２点を学習ポイントとすることによって、位置の校正を容易に行うことが可能である。
【００３０】
〔第２の実施の形態〕
次に、図７および図８を参照して、本発明による演奏記録センサの第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態においては、センサ部の構成のみが第１の実施の形態と異なるので、信号処理部の構成については説明を省略するが、本実施形態および後述する各実施形態における信号処理部は、いずれも上記第１の実施形態の信号処理部と同様な機能を有している。図７は第２の実施の形態のセンサ部の構成を示す斜視図であり、図８は図７に示すセンサ部の側面図である。図７および図８では、図１および図２に示すものと同一の構成には同一の参照符号を付けている。
【００３１】
図７および図８に示すように、本実施の形態では、複数のホール素子１，１，１，１を基板２の上面に取り付けるとともに、基板２の下面にはホール素子１，１，１，１のすべてにわたって共通に１個の永久磁石４ａが所定の空隙ｇを有して取り付けられている。複数のホール素子１，１，１，１に対向する位置には、鉄板等の強磁性体からなるヨーク１１，１１，１１，１１が配置されている。各ヨーク１１は、それぞれ、図示していない鍵等の各操作子に直接取り付けられたり、あるいは各操作子の操作に応じて動作する可動部に直接あるいはさらに支持部材を介して取り付けられている。図７および図８に示すセンサ部では、各ヨーク１１の上下方向の変位Ｘに応じて永久磁石４ａによる磁束密度が変化することになるが、この磁束密度の変化を各ホール素子１の出力変化として得ることで変位Ｘを検知することができる。
【００３２】
なお、基板２の下面と永久磁石４ａとの間の空隙ｇは、ホール素子１の出力が飽和しないように設けられたものであって、空隙ｇの適宜最適値に調整する。ただし、空隙ｇは、不要の場合、省略することができる。また、永久磁石４ａは、必ずしも１個に限定されず、ホール素子１の個数よりも少ない複数個に分割することも可能である。
【００３３】
本実施形態では、永久磁石４ａとホール素子１とを隣接させるとともに、複数のホール素子１，１，１，…に対して共通に１個（またはホール素子１の個数よりも少ない複数個）の永久磁石４ａを設けるようにしている。これによって、第１の実施の形態に比べ、永久磁石の個数を少なくすることができ、また、第１の実施の形態における複数の個の永久磁石４，４，…間の間隔を、零、あるいは減少したものにするので、その分、各ホール素子１の１素子当たりの磁石面積を広げることになる。この結果、漏れ磁束を増加させることができたり、あるいは同一効果の場合には磁石を薄型化することができたりという特性の改善効果が期待できる。
【００３４】
〔第３の実施の形態〕
次に、図９〜図１１を参照して、本発明による演奏記録センサの第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態においても、センサ部の構成のみが第１の実施の形態と異なるので、信号処理部の構成については説明を省略する。図９は第３の実施の形態のセンサ部の構成を示す斜視図であり、図１０は図９に示すセンサ部の側面図である。図１１は、図９および図１０に示すセンサ部の可動部位への取り付け形態を示す側面図である。図９および図１０では、図１および図２に示すものと同一の構成には同一の参照符号を付けている。
【００３５】
図９および図１０に示すように複数のホール素子１，１，１，１は、基板２の上面に取り付けられている。基板２の下面にはホール素子１，１，１，１のすべてにわたって鉄板等の強磁性体からなる基板ヨーク３が取り付けられている。一方、複数のホール素子１，１，１，１に対向する位置には、永久磁石４ｂ，４ｂ，４ｂ，４ｂに取り付けられた鉄板等の強磁性体からなる磁石ヨーク５ａ，５ａ，５ａ，５ａが配置されている。この場合、磁石ヨーク５ａ，５ａ，５ａ，５ａには、移動方向と直角に延ばされた水平板５ａ１と、水平板５ａ１に垂直に接合されている垂直板５ａ２とから構成されている。図９および図１０に示すセンサ部では、磁石ヨーク５ａの上下方向の変位Ｘがホール素子１の出力変化によって検知される。なお、永久磁石４ｂおよび磁石ヨーク５ａは、例えば、図１１に示すようにグランドピアノのアクションにおけるハンマ部１２に直接取り付けられていて、各鍵の操作に応じて動作するようになっている。
【００３６】
本実施形態では、磁石ヨーク５ａによって永久磁石４ｂの磁束を引き回すようにしているので、上述した他の各実施形態のような形状では磁石を設置するスペースが無い場合や、ホール素子１の近傍に磁力による影響を受けやすいものがある場合に対応できるという作用がある。また、図１１に示すように、例えばハンマ部１２に永久磁石４ｂおよび磁石ヨーク５ａを取り付ける構成を採用した場合、磁石ヨーク５ａと基板２との間隔βを小さくして、ピン板（調律の際に回すピンが打ち込まれている板）１３等の他の部材にとの間隔δを大きくとるような配置を、比較的容易にとることができるという効果が得られる。
【００３７】
〔第４の実施の形態〕
次に、図１２を参照して、本発明による演奏記録センサの第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態では、図２の基板ヨーク３に代えて永久磁石４ｃを設けるとともに、図２の永久磁石４に代えて磁石ヨーク５の取り付けを省略した永久磁石４ｄを設けている。永久磁石４ｃと永久磁石４ｄは同一の磁極（この場合、Ｎ極）が互いに向き合う方向で配置されている。この構成によれば、例えば電子鍵盤楽器等の鍵盤楽器において、２つの磁石を対向させることで反力を付加し、演奏者が鍵を押し下げる際に負荷を与えることが可能となる。
【００３８】
〔第５の実施の形態〕
次に、図１３〜図１６を参照して、本発明による演奏記録センサの第５の実施の形態について説明する。第５の実施の形態においても、信号処理部の構成は他の実施形態と同様である。ただし、ＣＰＵ９内の演算処理の方法は異なっている。図１３は第５の実施の形態のセンサ部の構成を示す斜視図であり、図１４は図１３に示すセンサ部の側面図である。図１３および図１４では、図１および図２に示すものと同一の構成には同一の参照符号を付けている。
【００３９】
図１３および図１４に示すように複数のホール素子１，１，１，１は、基板２の上面に取り付けられている。基板２の下面にはホール素子１，１，１，１のすべてにわたって鉄板等の強磁性体からなる基板ヨーク３が取り付けられている。一方、複数のホール素子１，１，１，１に対向する位置には、上面に鉄板等の強磁性体からなる磁石ヨーク５ｂ，５ｂ，５ｂ，５ｂが取り付けられた永久磁石４ｅおよび永久磁石４ｆが互いに隣接するように配置されている。図１３および図１４に示すセンサ部では、永久磁石４ｅ、永久磁石４ｆ、および磁石ヨーク５ｂの前後方向の変位Ｙがホール素子１の出力変化によって検知される。この場合、１組の永久磁石４ｅ，４ｆおよび磁石ヨーク５ｂは、それぞれ、図示していない操作子に直接取り付けられたり、あるいは操作子の操作に応じて動作する可動部に直接あるいは、さらに支持部材を介して取り付けられていて、図中の移動方向として示す矢印の向きで移動するものとする。
【００４０】
本実施の形態では、２個の永久磁石４ｅ，４ｆを使用することで、２個の永久磁石４ｅ，４ｆの隣接面付近では、位置変化に対してほぼリニアな出力特性を得ることができる。２個の永久磁石４ｅ，４ｆによる磁束の向きの変化を図１５に示し、空間磁束密度の変化を図１６に示す。図１５に示すように永久磁石４ｅと永久磁石４ｆの隣接面付近では、移動方向と同一の向きで磁束が変化する疑似リニアな区間が存在する。また、図１６に示すように永久磁石４ｅと永久磁石４ｆとの隣接面近傍では、移動方向Ｙに対応して磁束密度が符号を反転させながらほぼ線形特性を持って変化している。なお、図１６は磁石表面上の空間磁束密度の変化を計算によって求めた特性図であり、図１６（ａ）の横軸が永久磁石４ｅと永久磁石４ｆの隣接面からの距離Ｙ（ｍｍ）に対応し、縦軸は永久磁石上の空間磁束密度（ｍＴ）に対応している。また、図１６（ａ）では永久磁石表面からの距離Ｄを１，２，３，４，５ｍｍに変化させたときの特性をそれぞれ示している。なお、永久磁石４ｅおよび永久磁石４ｆは、各辺の長さが７ｍｍ×７ｍｍ、厚さが４ｍｍで、残留磁束密度Ｂrが４０５ｍＴ、保持力Ｈcjが４．０５ｋＯｅ、最大エネルギー積ＢＨmaxが３．９ＭＧＯｅである。また、永久磁石４ｅと永久磁石４ｆの着磁方向は互いに逆向きである。
【００４１】
〔第６の実施の形態〕
次に、図１７〜図２０を参照して、本発明による演奏記録センサの第６の実施の形態について説明する。第６の実施の形態においても、信号処理部の構成は他の実施形態と同様である。ただし、ＣＰＵ９内の演算処理の方法は異なっている。図１７は第６の実施の形態のセンサ部の構成を示す斜視図であり、図１８は図１７に示すセンサ部の側面図である。図１７および図１８では、図１および図２に示すものと同一の構成には同一の参照符号を付けている。
【００４２】
図１７および図１８に示すように複数のホール素子１，１，１，１は、基板２の上面に取り付けられている。基板２の下面にはホール素子１，１，１，１のすべてにわたって鉄板等の強磁性体からなる基板ヨーク３が取り付けられている。一方、複数のホール素子１，１，１，１に対向する位置には、永久磁石４ｇ，４ｇ，４ｇ，４ｇが配置されている。図１８に示すように永久磁石４ｇは、ホール素子１側の側面（断面）形状が円弧状となっている。永久磁石４ｇは移動方向Ｙと同一方向で着磁されていて、変位Ｙの大きさがホール素子１の出力変化によって検知されるようになっている。この場合、永久磁石４ｇは、それぞれ、図示していない操作子に直接取り付けられたり、あるいは操作子の操作に応じて動作する可動部に直接あるいはさらに支持部材を介して取り付けられていて、図中の移動方向として示す矢印の向きで移動するものとする。
【００４３】
本実施の形態によれば、１個の永久磁石によってリニアな特性の領域を拡大することが可能となる。図２０に、Ｙ方向の変位に対するホール素子の位置における磁束密度の変化の特性を示した。図２０に示す例では、永久磁石４ｇの長さを１５ｍｍ、円弧形状の半径を２８ｍｍ、垂直部を１ｍｍとして、ホール素子１までの空隙長ＧＡＰとして０．５６ｍｍ，０．７６ｍｍ，０．９６ｍｍを変化させた場合の特性を示している。この例では、約±５ｍｍの移動位置Ｙにおいて直線性が良い特性が示されている。なお、本実施形態では永久磁石４ｇの断面形状として円弧状を採用しているが、永久磁石４ｇの形状は、例えば図１９に永久磁石４ｈとして示すように、台形状の形状であってもよい。
【００４４】
〔各実施の形態の演奏装置への取り付け例〕
次に、図２１を参照して、図１に示す演奏センサを、グランドピアノへ取り付ける場合の例について説明する。この例では、鍵３０の支持部材３１に永久磁石４１が磁石ヨーク４２とともに取り付けられている。一方、永久磁石４１と対向する位置には、ステー３２を介して固定されている基板４３の上にホール素子４４が取り付けられている。この場合の永久磁石４１の位置は、鍵３０が押下されていない状態の位置であって、鍵３０が最も下の位置まで押下された状態では符号４１ａで示す位置に移動する。一方、ハンマシャンク３３には、他のセンサ部を構成する永久磁石４５が磁石ヨーク４６を介して取り付けられている。そして、対向する位置には、ステー３４によって固定されている基板４７の上にホール素子４８が設けられている。なお、永久磁石４５は、鍵３０が押下されたときには、符号４５ａで示す位置まで移動する。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態について複数の例を挙げて説明したが、本発明の実施の形態は上述したものに限られることなく、各実施形態における各部の構成を省略したり、あるいは交換することによって適宜変更することが可能である。また、本発明の適用対象となる演奏装置は、上記のように鍵盤を備えるものに限られず、複数の操作子を備えた種々の自然楽器あるいは電子楽器に適用することができる。また、ヨークの材質は、鉄に限定されず、ニッケル、コバルト、それらの合金等、種々の強磁性体材料を使用することがきる。また、用途によっては、永久磁石に代えて、電磁石を利用するようにしてもよい。また、上記第１実施形態において開示した校正が可能な演奏記録センサの構成を他の実施形態に適用してもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による演奏記録センサは、外乱による影響を受けにくく、非接触で演奏操作子の操作状態を検知することができ、かつ、校正が容易であるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるセンサの第１の実施の形態の構成を示す斜視図である。
【図２】  図１に示すセンサの側面図である。
【図３】  本発明によるセンサの第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図４】  図３に示すＣＰＵ９内の信号処理を説明するための図であって、角形磁石（ａ）と丸形磁石（ｂ）の形状を示している。
【図５】  図１に示す永久磁石４による磁束密度の特性例を計算によって求めた特性図である。
【図６】  図１に示す永久磁石４による磁束密度の特性例を計算によって求めた他の特性図である。
【図７】  本発明によるセンサの第２の実施の形態の構成を示す斜視図である。
【図８】  図７に示すセンサの側面図である。
【図９】  本発明によるセンサの第３の実施の形態の構成を示す斜視図である。
【図１０】  図９に示すセンサの側面図である。
【図１１】  図９に示すセンサを演奏装置への取り付け状態の一例を示す断面図である。
【図１２】  本発明によるセンサの第４の実施の形態の構成を示す側面図である。
【図１３】  本発明によるセンサの第５の実施の形態の構成を示す斜視図である。
【図１４】  図１３に示すセンサの側面図である。
【図１５】  図１３に示す永久磁石４ｅおよび永久磁石４ｆによる磁束の変化を示す側面図である。
【図１６】  図１３に示す永久磁石４ｅおよび永久磁石４ｆによる磁束密度の変化の例を示す特性図である。
【図１７】  本発明によるセンサの第６の実施の形態の構成を示す斜視図である。
【図１８】  図１７に示すセンサの側面図である。
【図１９】  図１８に示すセンサの変形例を示す側面図である。
【図２０】  図１７に示す永久磁石４ｇによる磁束密度の変化を示す特性図である。
【図２１】  図１に示すセンサのグランドピアノへの取り付け例を示す断面図である。
【図２２】  従来の光学式透過型センサの一例を示す斜視図（ａ）、側面図（ｂ）、および正面図（ｃ）である。
【図２３】  従来の光学式反射型センサの一例を示す斜視図（ａ）および側面図（ｂ）である。
【図２４】  従来の磁気誘導式センサの一例を示す説明図である。
【図２５】  従来のびずみゲージ式センサの一例を示す側面図（ａ）および回路図（ｂ）である。
【図２６】  従来の磁電変換式センサの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…ホール素子、２…基板、３…基板ヨーク、４，４ａ，４ｂ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ…永久磁石、５，５ａ，５ｂ…磁石ヨーク、６…定電流回路、７…増幅回路、８…デジタル−アナログ変換回路、９…ＣＰＵ、１０…メモリ、１１…ヨーク、１２…ハンマ部。
【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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【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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