(57)【要約】      （修正有）【課題】反射型フォトディテクタの出力値が非線形に変化するものであっても、容易に線形化することができる位置測定センサ、振動波形出力装置、鍵盤装置、および位置測定センサの取付方法を提供する。【解決手段】位置測定センサ１は、測定対象物の第１領域に対して光を照射して、第１反射型フォトディテクタ１１から第１領域までの第１距離に応じた第１測定値を反射光量に基づいて出力する第１センサ１０と、測定対象物の第２領域に対して光を照射して、第２反射型フォトディテクタ２１から第２領域までの第２距離に応じた第２測定値を反射光量に基づいて出力する第２センサ２０と、第１測定値と第２測定値との差分値を出力する差分算出部３０とを備え、第１反射型フォトディテクタ１１と第２反射型フォトディテクタ２１に対する測定対象物の移動によって第１距離が増加した場合に第２距離が減少するように、第１センサ１０と第２センサ２０とが配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１反射型フォトディテクタを有し、測定対象物の第１領域に対して光を照射して、当該第１反射型フォトディテクタから当該第１領域までの第１距離に応じた第１測定値を反射光量に基づいて出力する第１センサと、
第２反射型フォトディテクタを有し、測定対象物の第２領域に対して光を照射して、当該第２反射型フォトディテクタから当該第２領域までの第２距離に応じた第２測定値を反射光量に基づいて出力する第２センサと、
前記第１測定値と前記第２測定値との差分値を出力する出力部と、
を備え、
前記第１反射型フォトディテクタと前記第２反射型フォトディテクタに対する前記測定対象物の移動によって前記第１距離が増加した場合に前記第２距離が減少するように、前記第１センサと前記第２センサとが配置される位置測定センサ。
【請求項２】
前記第１測定値および前記第２測定値のゲインの相対比を調整するゲイン調整部をさらに備える請求項１に記載の位置測定センサ。
【請求項３】
前記第１領域および前記第２領域には、光学部材が配置されている請求項１または請求項２に記載の位置測定センサ。
【請求項４】
前記第１反射型フォトディテクタおよび前記第２反射型フォトディテクタの少なくとも一方には、前記測定対象物までの距離を調整するための距離調整部が取り付けられている請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の位置測定センサ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の位置測定センサと、
面状の振動部材と、を備え、
前記測定対象物は、前記振動部材であり、
前記振動部材の一方の面が前記第１領域であり、
前記第１領域の反対側の前記振動部材の面が前記第２領域であり、
前記差分値から直流成分を除去するフィルタを備える振動波形出力装置。
【請求項６】
前記第１センサおよび前記第２センサの少なくとも一方には、外光を低減するための遮蔽板が配置されている請求項５に記載の振動波形出力装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の位置測定センサと、
複数の鍵と、
前記差分値に基づいて音信号を出力する信号出力部と、を備え、
前記複数の鍵のそれぞれに対応して、前記第１反射型フォトディテクタおよび前記第２反射型フォトディテクタが配置されている鍵盤装置。
【請求項８】
第１反射型フォトディテクタを有し、測定対象物の第１領域に対して光を照射して、当該第１反射型フォトディテクタから当該第１領域までの第１距離に応じた第１測定値を反射光量に基づいて出力する第１センサと、
第２反射型フォトディテクタを有し、測定対象物の第２領域に対して光を照射して、当該第２反射型フォトディテクタから当該第２領域までの第２距離に応じた第２測定値を反射光量に基づいて出力する第２センサと、
前記第１測定値と前記第２測定値との差分値を出力する出力部と、
を備える位置測定センサの取付方法であって、
前記第１反射型フォトディテクタおよび前記第２反射型フォトディテクタを、前記第１反射型フォトディテクタと前記第２反射型フォトディテクタに対する前記測定対象物の移動によって前記第１距離が増加した場合に前記第２距離が減少するように、配置することを含む位置測定センサの取付方法。
【請求項９】
前記第１測定値および前記第２測定値の少なくとも一方の、ゲインを調整することをさらに含む請求項８に記載の位置測定センサの取付方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の位置を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
位置測定センサは、様々な種類の測定方法によって、測定対象物の位置を測定する。この測定方法には、測定対象物に対して非接触である測定方法が含まれる。非接触センサの例として、反射型フォトディテクタが挙げられる。このセンサは、測定対象物に光を照射し、反射光の強度を測定することによって、センサから測定対象物までの距離を非接触で測定する。このように非接触による位置測定が可能となることで、様々な測定に適用することができる。例えば、特許文献１には、ピアノの鍵から反射型フォトディテクタの距離を測定して、鍵の押下量を測定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２７２７７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、反射型フォトディテクタの出力は、距離に対して非線形に変化する。そのため、非線形の出力値を線形化することによって距離が得られる。この際、非線形の出力値をデジタル値に変換して所定の演算処理を施し、再びアナログ値に変換する処理が必要である。このような処理は、コストアップにつながる。特に、特許文献１のように鍵盤楽器の鍵を測定対象物にすると多くの数が必要になり、コストへの影響も大きくなる。
【０００５】
本発明の目的の一つは、反射型フォトディテクタの出力値が非線形に変化するものであっても、容易に線形化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態によると、第１反射型フォトディテクタを有し、測定対象物の第１領域に対して光を照射して、当該第１反射型フォトディテクタから当該第１領域までの第１距離に応じた第１測定値を反射光量に基づいて出力する第１センサと、第２反射型フォトディテクタを有し、測定対象物の第２領域に対して光を照射して、当該第２反射型フォトディテクタから当該第２領域までの第２距離に応じた第２測定値を反射光量に基づいて出力する第２センサと、前記第１測定値と前記第２測定値との差分値を出力する出力部と、を備え、前記第１反射型フォトディテクタと前記第２反射型フォトディテクタに対する前記測定対象物の移動によって前記第１距離が増加した場合に前記第２距離が減少するように、前記第１センサと前記第２センサとが配置される位置測定センサが提供される。
【０００７】
また、本発明の一実施形態によると、上記に記載の位置測定センサと、面状の振動部材と、を備え、前記測定対象物は、前記振動部材であり、前記振動部材の一方の面が前記第１領域であり、前記第１領域の反対側の前記振動部材の面が前記第２領域であり、前記差分値から直流成分を除去するフィルタを備える振動波形出力装置が提供される。
【０００８】
また、本発明の一実施形態によると、上記に記載の位置測定センサと、複数の鍵と、前記差分値に基づいて音信号を出力する信号出力部と、を備え、前記複数の鍵のそれぞれに対応して、前記第１反射型フォトディテクタおよび前記第２反射型フォトディテクタが配置されている鍵盤装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の一実施形態によると、第１反射型フォトディテクタを有し、測定対象物の第１領域に対して光を照射して、当該第１反射型フォトディテクタから当該第１領域までの第１距離に応じた第１測定値を反射光量に基づいて出力する第１センサと、第２反射型フォトディテクタを有し、測定対象物の第２領域に対して光を照射して、当該第２反射型フォトディテクタから当該第２領域までの第２距離に応じた第２測定値を反射光量に基づいて出力する第２センサと、前記第１測定値と前記第２測定値との差分値を出力する出力部と、を備える位置測定センサの取付方法であって、前記第１反射型フォトディテクタおよび前記第２反射型フォトディテクタを、前記第１反射型フォトディテクタと前記第２反射型フォトディテクタに対する前記測定対象物の移動によって前記第１距離が増加した場合に前記第２距離が減少するように、配置することを含む位置測定センサの取付方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、反射型フォトディテクタの出力値が非線形に変化するものであっても、容易に線形化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態における位置測定センサの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態における位置測定センサの動作原理を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態における第１センサおよび第２センサの出力特性の例を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態における第１センサおよび第２センサの第２距離に対する出力特性の例を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態における位置測定センサの出力特性の例を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態における位置測定センサについて、センサ間の距離Ｄによる出力特性の変化例を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態における位置測定センサについて、センサ間の出力ばらつきによる出力特性の変化例を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態における位置測定センサを含む振動波形出力装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第２実施形態におけるピアノへの反射型フォトディテクタの取付方法を説明する図である。
【図１０】本発明の第２実施形態におけるスネアドラムへの反射型フォトディテクタの取付方法を説明する図である。
【図１１】本発明の第３実施形態における位置測定センサを含む鍵盤装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第３実施形態における鍵盤装置への反射型フォトディテクタの取付方法を説明する図である。
【図１３】本発明の第４実施形態における鍵盤装置への反射型フォトディテクタの取付方法を説明する図である。
【図１４】本発明の第５実施形態における鍵盤装置への反射型フォトディテクタの取付方法を説明する図である。
【図１５】本発明の第６実施形態における第１センサおよび第２センサの出力特性の例を示す図である。
【図１６】本発明の第６実施形態における位置測定センサについて、センサ間の距離Ｄによる出力特性の変化例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態における位置測定センサについて、図面を参照しながら詳細に説明する。以下に示す実施形態は本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号（数字の後にＡ、Ｂ等を付しただけの符号）を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率（各構成間の比率、縦横高さ方向の比率等）は説明の都合上実際の比率とは異なったり、構成の一部が図面から省略されたりする場合がある。
【００１３】
＜第１実施形態＞
［位置測定センサの構成］
図１は、本発明の第１実施形態における位置測定センサの構成を示すブロック図である。第１実施形態における位置測定センサ１は、第１センサ１０、第２センサ２０、ゲイン調整部２５および差分算出部３０を含む。第１センサ１０は、反射型フォトディテクタ１１およびプリアンプ１３を含む。第２センサ２０は、反射型フォトディテクタ２１およびプリアンプ２３を含む。
【００１４】
反射型フォトディテクタ１１、２１は、測定対象物に光を照射し、測定対象物からの反射光量の応じた値の電流を出力する。反射型フォトディテクタ１１から出力される電流値をｍ・ｆ（Ｄ−ｘ）として表す。一方、反射型フォトディテクタ２１から出力される電流値をｍｋ・ｆ（ｘ）として表す。ｍ、ｋは係数であり、ｘ、Ｄについては、反射型フォトディテクタ１１、２１と測定対象物との距離に関するパラメータである。詳細については、後述する。なお、反射型フォトディテクタ１１と反射型フォトディテクタ２１とは、同じ出力特性を有するセンサであるが、センサ間のばらつき、測定対象物までの距離の違い、反射面の反射率の違い等によって、ｋ＝１からのずれが生じる。
【００１５】
プリアンプ１３、２３は、入力された電流値を増幅して出力する。プリアンプ１３は、反射型フォトディテクタ１１から出力される電流値を１／ｍ倍に増幅して出力する。プリアンプ１３からの出力値は、Ｓ１（＝ｆ（Ｄ−ｘ））である。プリアンプ２３は、反射型フォトディテクタ２１から出力される電流値を１／ｍｋ倍に増幅して出力する。プリアンプ１３からの出力値は、Ｓ２（＝ｆ（ｘ））である。ゲイン調整部２５は、プリアンプ２３における増幅率１／ｍｋのうち、パラメータｋを調整する。その結果、ゲイン調整部２５は、プリアンプ１３とプリアンプ２３とのゲインの相対比を調整していることになる。したがって、プリアンプ１３においてもゲイン調整が可能なようにしてもよい。
【００１６】
差分算出部３０は、プリアンプ１３、２３において増幅された電流値の差分を出力する。この例では、差分算出部３０から出力される差分電流は、Ｓｄ（＝ｆ（Ｄ−ｘ）−ｆ（ｘ））である。このように、反射型フォトディテクタ１１、２１から出力された信号は、差分算出部３０から出力されるまでの間、アナログ信号のまま処理することができる。なお、ここでは、電流値として説明しているが、電圧値に変換して同様な処理が実現されてもよい。すなわち、測定値を示す信号を用いればよい。
【００１７】
この位置測定センサ１によれば、反射型フォトディテクタ１１、２２と測定対象物とは特定の関係に配置される必要がある。そのような配置を前提として、位置測定センサ１は、測定対象物の位置を測定する。この配置の関係と動作原理について説明する。
【００１８】
［動作原理］
図２は、本発明の第１実施形態における位置測定センサの動作原理を示すブロック図である。図２に示すように、反射型フォトディテクタ１１と反射型フォトディテクタ２１とは、測定対象物１０００を挟んで配置される。反射型フォトディテクタ１１は、測定対象物の第１領域１０１０に光を照射し、第１領域１０１０からの反射光量を測定する。反射型フォトディテクタ２１は、測定対象物の第２領域１０２０に光を照射し、第２領域１０２０からの反射光量を測定する。反射型フォトディテクタ１１と反射型フォトディテクタ２１との距離はｄである。測定対象物１０００の厚さはｔである。そのため、反射型フォトディテクタ１１と測定対象物１０００（第１領域１０１０）との第１距離および反射型フォトディテクタ２１と測定対象物１０００（第２領域１０２０）との第２距離の合計は、Ｄ＝ｄ−ｔとなる。図２（ｂ）に示すように、第２距離をｘとし、第１距離をＤ−ｘとする。すなわち、第１距離が増加すると第２距離が減少し、第１距離が減少すると第２距離が増加する。このとき、増加量と減少量とは、一致することが望ましいが、測定精度により許容できる範囲で一致していなくてもよい。
【００１９】
なお、測定対象物１０００の初期位置が存在する場合（測定対象物１０００に力がかかっていないときに特定の位置に戻る場合など）には、初期位置のときに第１距離と第２距離とが等しい（Ｄ−ｘ＝ｘ）ようにしてもよい。また、測定対象物１０００が初期位置から一方向にのみ移動する場合には、初期位置のときに移動方向側の反射型フォトディテクタと測定対象物１０００との距離が大きくなるようにしてもよい。
【００２０】
図３は、本発明の第１実施形態における第１センサおよび第２センサの出力特性の例を示す図である。図３に示すように、第１センサ１０の出力電流Ｓ１は、第１距離Ｄ−ｘの変化に対して非線形に変化する。出力電流Ｓ１は、第１距離Ｄ−ｘが０．５ｍｍ程度でピークとなり徐々に減少する。したがって、この例では、出力電流Ｓ１の変化が安定している１．０ｍｍ以上で利用する。なお、第２センサ２０も第１センサ１０と同じ特性を有するセンサである。したがって、第２距離ｘに対する出力電流Ｓ２の特性は、図３に示すとおりである。
【００２１】
図４は、本発明の第１実施形態における第１センサおよび第２センサの第２距離に対する出力特性の例を示す図である。図４は、図３に示す出力特性において、横軸を第２距離ｘとして、出力電流Ｓ１を表示した図である。このとき、Ｄ（＝ｄ−ｔ）は４ｍｍである前提とした。出力電流Ｓ１は第１距離Ｄ−ｘに依存するため、距離ｘに対しては、反転した特性になっている。上述したように第２センサ２０は、距離ｘが１ｍｍ以上になる範囲で使用される。一方、第１センサ１０は、Ｄ＝４ｍｍであるため、距離ｘが３ｍｍ以下になる範囲で使用される。したがって、Ｄ＝４ｍｍである場合には、位置測定センサ１は、いずれの条件も満たすように、第２距離ｘが１ｍｍ以上３ｍｍ以下の測定可能範囲を有する。この位置測定センサ１では、出力電流Ｓ１、Ｓ２の差分値を利用して、測定対象物１０００の位置を２ｍｍ幅の範囲で測定可能である。
【００２２】
図５は、本発明の第１実施形態における位置測定センサの出力特性の例を示す図である。図５は、図４における出力電流Ｓ１の値から出力電流Ｓ２の値を減じた差分電流Ｓｄ（＝Ｓ１−Ｓ２＝ｆ（Ｄ−ｘ）−ｆ（ｘ））を表した図である。この例では、差分電流Ｓｄは、測定可能範囲（１ｍｍ≦ｘ≦３ｍｍ）において、ほぼ線形になっている。この現象を簡単に説明すると、以下の通りである。
【００２３】
まず、出力電流Ｓ１、Ｓ２が二次関数で近似できる範囲を有すると想定する。その範囲では、
ｆ（ｘ）＝ａ・ｘ２＋ｂ・ｘ＋ｃ
に出力電流が近似されると仮定する。この場合、
ｆ（Ｄ−ｘ）＝ａ・（Ｄ−ｘ）２＋ｂ・（Ｄ−ｘ）＋ｃ
となる。差分は、
ｆ（Ｄ−ｘ）−ｆ（ｘ）＝−２（ａ・Ｄ＋ｂ）ｘ＋ａ・Ｄ２＋ｂ・Ｄ
である。このように、ｆ（Ｄ−ｘ）−ｆ（ｘ）は、二次の項が消える。また、測定対象物１０００が中心に位置する場合、すなわち、第１距離Ｄ−ｘと第２距離ｘとが同じ場合には、ｘ＝Ｄ／２となるから、
ｆ（Ｄ−ｘ）−ｆ（ｘ）＝−２（ａ・Ｄ＋ｂ）・Ｄ／２＋ａ・Ｄ２＋ｂ・Ｄ＝０
となる。すなわち、ｆ（Ｄ−ｘ）−ｆ（ｘ）は、二次の項が消えた上、さらにｘ＝Ｄ／２において出力値が０となる線形関数となる。なお、出力電流が二次関数では近似できず、三次以上の高次の項を有する場合には、同様に計算すると、奇数次の項が残る。奇数次の項の影響は線形性を妨げることになる。一方、奇数次の項の係数が小さければ、ほぼ線形として扱うことができる。
【００２４】
図６は、本発明の第１実施形態における位置測定センサについて、センサ間の距離Ｄによる出力特性の変化例を示す図である。図５に示す差分電流Ｓｄは、Ｄ＝４ｍｍであるときの例によって説明した。図６では、Ｄ＝３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍの場合を例示する。Ｄが大きくなると、上述した測定可能範囲は拡大する。すなわち、第２距離ｘの最低値は１ｍｍで変化しないが、この例では最高値はＤ−１ｍｍとなる。
【００２５】
一方、図６に示すように、Ｄが大きくなり測定可能範囲が拡大しても、線形性が失われてくる。例えば、Ｄ＝６ｍｍでは、第２距離ｘが２ｍｍ以上４ｍｍ以下では、比較的線形性が保たれている。一方、その外側においては線形性が失われてきている。これは、上記の通り、線形性が保たれている区間以外では、出力電流Ｓ１、Ｓ２における二次関数近似が困難になり、三次以上の奇数次の項の影響が大きく現れてくるためである。したがって、図３に示す出力電流Ｓ１、Ｓ２を有する第１センサ１０、第２センサ２０を用いる場合には、Ｄ＝４ｍｍ程度に設定することが望ましい。仮に、Ｄ＝６ｍｍ程度に設定する場合には、測定可能範囲全体を用いるのではなく、線形性が保たれている範囲（例えば、第２距離ｘが２ｍｍ以上４ｍｍ以下）において、測定対象物１０００の位置を測定するようにすればよい。
【００２６】
なお、線形性が保たれていない領域では測定対象物１０００の位置の測定ができないということではなく、その領域では測定精度が悪くなる程度である。したがって、測定の内容によって許容される範囲であれば、線形性が保たれていない領域まで測定範囲を拡大してもよい。
【００２７】
続いて、反射型フォトディテクタ１１と反射型フォトディテクタ２１とは、同じ特性を有しているものの、製造上のばらつき等により、出力電流Ｓ１と出力電流Ｓ２とのゲインが変わってしまうこともある。ばらつきは、一般に±５０％程度を見込めばよい。このようなばらつきがあっても、ゲイン調整部２５において調整すればよい。しかしながら、ゲイン調整部２５の調整範囲を超える場合、または、ゲイン調整部２５が位置測定センサ１には設けられていない場合も想定されるため、ばらつきの影響についても説明する。
【００２８】
図７は、本発明の第１実施形態における位置測定センサについて、センサ間の出力ばらつきによる出力特性の変化例を示す図である。図７において、０％の差分電流Ｓｄは、第１センサ１０と第２センサ２０との出力電流ばらつきが無い場合（Ｓ１＝Ｓ２）を示し、図６におけるＤ＝４ｍｍと同じである。＋５０％は第２センサ２０に対して第１センサ１０の出力電流が５０％高い場合（Ｓ１＝Ｓ２×１．５）、−５０％は第２センサ２０に対して第１センサ１０の出力電流が５０％低い場合（Ｓ１＝Ｓ２×０．５）である。
【００２９】
図７に示すように＋５０％の差分電流Ｓｄは、出力電流Ｓ１の影響が大きくなる範囲（第２距離ｘが３ｍｍに近い領域）において線形性が悪くなっている。一方、−５０％の差分電流Ｓｄは、出力電流Ｓ２の影響が大きくなる範囲（第２距離ｘが１ｍｍに近い領域）において線形性が悪くなっている。しかし、線形性が悪くなるものの、その影響は少ない。したがって、出力電流Ｓ１、Ｓ２のばらつきは、オフセット成分として影響し、その結果、差分電流Ｓｄが０となる測定対象物１０００の位置に大きく影響する。これは、ゲイン調整部２５によるゲイン調整で対応可能である。また、後述するように、振動波形を測定する場合には、オフセット成分の影響は受けない。したがって、ゲイン調整をしなくてもよい。以上が、位置測定センサ１の動作原理の説明である。
【００３０】
このように、第１実施形態における位置測定センサ１は、２つの反射型フォトディテクタ１１、２１を用いて、測定対象物１０００の位置を測定する。このとき、２つの反射型フォトディテクタ１１、２１は、測定対象物１０００を挟んで配置される。そして、反射型フォトディテクタ１１の出力（第１センサ１０の出力）と反射型フォトディテクタ２１の出力（第２センサ２０の出力）との差分を算出する。これによって、測定対象物１０００の位置の変化に対して、反射型フォトディテクタ１１、２１の出力が非線形であっても、位置測定センサ１の出力（差分値）を線形化する、または線形に近づけることができる。
【００３１】
＜第２実施形態＞
第２実施形態では、位置測定センサ１を含む振動波形出力装置について説明する。振動波形出力装置は、位置測定センサ１によって測定対象物１０００の位置を測定し、測定対象物１０００の振動を波形信号として出力する。
【００３２】
図８は、本発明の第２実施形態における位置測定センサを含む振動波形出力装置の構成を示すブロック図である。振動波形出力装置２は、位置測定センサ１、フィルタ４０および出力部５０を備える。位置測定センサ１からは、上述した差分電流Ｓｄが出力され、フィルタ４０に入力される。フィルタ４０は、差分電流Ｓｄの直流成分を除去するハイパスフィルタである。フィルタ４０によって差分電流Ｓｄの直流成分を除去した振動波形信号Ｓａが出力部５０を介して外部に出力される。出力部５０は、例えば、信号の出力端子である。
【００３３】
［振動波形出力装置の適用例］
振動波形出力装置２は、測定対象物１０００の振動を示す信号を出力する。そのため、振動波形出力装置２によって位置が測定される測定対象物１０００は、例えば、面状の部材であって、振動により音を発する振動部材であってもよい。ここでは、振動部材がグランドピアノの響板である場合について、反射型フォトディテクタ１１、２１を取り付ける方法を説明する。なお、響板またはシェル（胴）を振動部材として用いた他の楽器（例えば、ギター、バイオリン、ドラム等）においても適用可能である。また、後述する打楽器の振動膜を含め、振動により音を発する振動部材を含む楽器全般において、振動波形出力装置２を適用することができる。
【００３４】
図９は、本発明の第２実施形態におけるピアノへの反射型フォトディテクタの取付方法を説明する図である。グランドピアノ１００は、鍵１１０、ハンマ１２０、弦１３０、駒１４０、および響板１５０を備える。鍵１１０が押下されると、ハンマ１２０が弦１３０を打撃し、弦１３０が振動する。弦１３０の振動は、駒１４０を介して響板１５０に伝達される。反射型フォトディテクタ１１、２１は、響板１５０を挟み、かつ響板１５０から離して配置されるように、グランドピアノ１００に取り付けられる。すなわち、上述の測定対象物１０００は響板１５０である。そして、反射型フォトディテクタ１１の光が照射される第１領域、および反射型フォトディテクタ２１の光が照射される第２領域は、響板１５０の両面に対向して配置された領域である。
【００３５】
第１センサ１０の反射型フォトディテクタ１１、および第２センサ２０の反射型フォトディテクタ２１は、例えば、響板１５０以外の構造体に支持部材を介して支持される。響板１５０以外の部材は、例えば、グランドピアノ１００の支柱、側板、フレーム等である。なお、振動波形出力装置２における他の構成については、響板１５０以外のどの部材に設置されてもよいが、例えば、出力部５０とともに一体の筐体に配置することによって設置されてもよい。このようにして、反射型フォトディテクタ１１、２１を含む位置測定センサ１（位置測定センサ１を含む振動波形出力装置２）が、グランドピアノ１００に取り付けられる。
【００３６】
鍵１１０の押下に伴い、響板１５０が振動すると、反射型フォトディテクタ１１、２１は、その振動に伴う位置変動に応じて電流を出力する。その結果、第１センサ１０、第２センサ２０から出力電流Ｓ１、Ｓ２が出力され、差分電流Ｓｄが算出される。差分電流Ｓｄは、フィルタ４０によって直流成分が除去されることによって、響板１５０の振動波形を示す信号Ｓａとして、出力部５０から出力される。
【００３７】
なお、グランドピアノ１００に振動波形出力装置２を適用する例を説明したが、振動部材として響板を有する楽器として、アップライトピアノ、ギター、バイオリン等、他の楽器にも振動波形出力装置２を適用することができる。続いて、振動部材がスネアドラムのヘッドのように振動膜である場合について、反射型フォトディテクタ１１、２１を取り付ける方法を説明する。なお、スネアドラムの例で説明するが、シェル（胴）を有する打楽器全般に適用可能である。
【００３８】
図１０は、本発明の第２実施形態におけるスネアドラムへの反射型フォトディテクタの取付方法を説明する図である。図１０（ａ）は、スネアドラム２００の外観図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す領域Ａの近傍を拡大した断面構造を表した図である。スネアドラム２００は、エアホール２２５が形成されたシェル２２０、リム２４０、およびヘッド２５０を備える。振動波形出力装置２の筐体７０は、リム２４０を挟み込むことでスネアドラム２００に取り付けられている。筐体７０は、反射型フォトディテクタ２１を支持している。支持部材６０はシェル２２０の内面に取り付けられ、反射型フォトディテクタ１１を支持している。支持部材６０と筐体７０とは、シェル２２０のエアホール２２５を通過したケーブル６７で接続されている。ケーブル６７は、反射型フォトディテクタ１１への電力供給、反射型フォトディテクタ１１との信号伝達をする。筐体７０は、出力部５０を含んでいる。なお、振動波形出力装置２における他の構成についても、筐体７０に含まれていてもよい。このようにして、反射型フォトディテクタ１１、２１を含む位置測定センサ１（位置測定センサ１を含む振動波形出力装置２）が、スネアドラム２００に取り付けられる。
【００３９】
ヘッド２５０が打撃によって振動すると、その振動に伴う位置変動を受けて、反射型フォトディテクタ１１、２１は、振動に応じた電流を出力する。その結果、第１センサ１０、第２センサ２０から出力電流Ｓ１、Ｓ２が出力され、差分電流Ｓｄが算出される。差分電流Ｓｄは、フィルタ４０によって直流成分が除去されることによって、ヘッド２５０の振動波形を示す信号Ｓａとして、出力部５０から出力される。
【００４０】
＜第３実施形態＞
第３実施形態では、位置測定センサ１を鍵盤楽器に適用した例について説明する。この例では、鍵盤楽器は、鍵の押下に伴って電子音源による発音機構を有する楽器を含む。この例では、上述したグランドピアノ１００の鍵１１０の押下量を、位置測定センサ１によって検出する場合について説明する。グランドピアノ１００に適用する場合には、いわゆる消音ピアノのようにハンマ１２０の打弦を阻止して弦１３０による発音が生じないようにすることができる構成を設けておき、ハンマ１２０による打弦を阻止した状態で、位置測定センサ１が機能するようにしてもよい。また、自動演奏ピアノにおいて、鍵１１０を自動的に押下させる場合、その押下量のフィードバック制御のために、位置測定センサ１が用いられるようにしてもよい。なお、位置測定センサ１の楽器への適用として、鍵１１０の位置測定に適用するだけでなく、アクション機構における動作部品（ハンマ、サポートアセンブリ等）、ペダル等、可動部分の位置測定に適用してもよい。また、鍵盤楽器以外にも、キーを持つ管楽器（例えば、サキソフォン）において、キーの位置測定に位置測定センサ１を用いてもよい。すなわち、位置測定センサ１は、可動部分を有する楽器において、その可動部分の位置測定に適用することができる。
【００４１】
図１１は、本発明の第３実施形態における位置測定センサを含む鍵盤装置の構成を示すブロック図である。鍵盤装置３は、８８個の鍵１１０に対応する位置測定センサ１−１、１−２、・・・、１−８８を備え、さらに、変換部８０および音源部９０を備える。位置測定センサ１−１、１−２、・・・、１−８８からの差分電流Ｓｄ１、Ｓｄ２、・・・、Ｓｄ８８は、それぞれの鍵１１０の押下量に対応して変動する。変換部８０は、差分電流Ｓｄ１、Ｓｄ２、・・・、Ｓｄ８８に基づいて、キーナンバ、ノートオン、ノートオフ、ベロシティ等を示す信号Ｓｍ（例えば、ＭＩＤＩメッセージの信号）に変換して、音源部９０に出力する。音源部９０は、信号Ｓｍに基づいて、音信号を生成して出力する。このように、変換部８０および音源部９０は、位置測定センサ１−１、１−２、・・・、１−８８から出力される差分電流Ｓｄ１、Ｓｄ２、・・・、Ｓｄ８８に基づいて音信号を生成する信号生成部となる。続いて、各鍵１１０に対応して配置される位置測定センサの反射型フォトディテクタ１１、２１の取付方法について説明する。
【００４２】
図１２は、本発明の第３実施形態における鍵盤装置への反射型フォトディテクタの取付方法を説明する図である。図１２（ａ）は、反射型フォトディテクタ１１、２１が鍵１１０を挟んで配置される場合の例を示す。反射型フォトディテクタ１１は、棚板１０５に配置される。反射型フォトディテクタ２１は、フレーム等に接続される支持部材等によって支持されればよい。
【００４３】
この例では、反射型フォトディテクタ１１、２１が、センターピン１１２の近傍に設置されている。センターピン１１２からの距離は適宜設定されればよい。例えば、上述した位置測定センサ１における測定可能範囲（特に、線形性を有している範囲）と鍵１１０の押下による移動量とに基づいて、センターピン１１２からの距離が設定される。鍵１１０の端部では、レスト位置からエンド位置まで１０ｍｍの移動量である。一方、センターピン１１２に近づくほど、鍵１１０の移動量が減少する。そのため、鍵１１０の移動量が位置測定センサ１における測定可能範囲に収まるように、センターピン１１２に近づけて反射型フォトディテクタ１１、２１を配置すればよい。このようにして、反射型フォトディテクタ１１、２１を含む位置測定センサ１が、グランドピアノ１００などの鍵盤楽器に取り付けられる。この後、位置測定センサ１からの出力値（差分電流Ｓｄ）を測定しながら、ゲイン調整部２５におけるゲイン調整をしてもよい。
【００４４】
図１２（ｂ）は、反射型フォトディテクタ１１、２１が鍵１１０のセンターピン１１２を挟んで配置される場合の例を示す。反射型フォトディテクタ１１、２１は、棚板１０５に配置される。また、反射型フォトディテクタ１１からセンターピン１１２までの距離と、反射型フォトディテクタ２１からセンターピン１１２の距離とは、ほぼ同じ距離である。反射型フォトディテクタ２１と鍵１１０との距離は、図１２（ａ）の場合と同じように変化する。反射型フォトディテクタ１１、２１は、測定対象物１０００である鍵１１０を挟んで配置される場合（図１２（ａ））に限られず、図１２（ｂ）のように配置されることも可能である。すなわち、反射型フォトディテクタ１１から測定対象物１０００（第１領域１０１０）までの距離が増加すると、反射型フォトディテクタ２１から測定対象物１０００（第２領域１０２０）までの距離が減少するように、反射型フォトディテクタ１１、２１が配置されればよい。この条件を満たせば、反射型フォトディテクタ１１が測定対象物１０００に光を照射し、反射型フォトディテクタ２１が測定対象物１０００と連動して動作する部材に光を照射するようにしてもよい。
【００４５】
＜第４実施形態＞
第４実施形態では、測定対象物１０００の第１領域１０１０および第２領域１０２０に光学部材が配置されている例について説明する。ここでは、第３実施形態の図１２（ａ）に示す構成において、さらに光学部材が配置されている場合を説明する。
【００４６】
図１３は、本発明の第４実施形態における鍵盤装置への反射型フォトディテクタの取付方法を説明する図である。図１３に示すように、反射型フォトディテクタ１１、２１の光が照射される領域（第１領域１０１０および第２領域１０２０に対応）に、光学部材１１５が配置されている。この例では、光学部材１１５は、鍵１１０（測定対象物１０００）に貼り付け可能なシール状の部材である。そのため、第３実施形態のようにして反射型フォトディテクタ１１、２１を鍵盤楽器に取り付ける前または後に、鍵１１０に光学部材１１５を貼り付けるようにすればよい。
【００４７】
光学部材１１５は、照射された光を乱反射させる反射材を含んでいる。鍵１１０（測定対象物１０００）における第１領域１０１０および第２領域１０２０の反射率に角度依存性があったとしても、光学部材１１５によって光を乱反射させることで、鍵１１０の押下による傾き変化に応じた反射率の変化を抑制することができる。反射型フォトディテクタ１１、２１の光の照射軸と受光軸とがほぼ同一である場合には、光学部材１１５は、入射した光を同じ方向に反射するコーナーキューブが配列されたシートであってもよい。
【００４８】
＜第５実施形態＞
第５実施形態においては、反射型フォトディテクタ１１、２１の少なくとも一方に測定対象物１０００までの距離を調整する距離調整部が取り付けられている例について説明する。
【００４９】
図１４は、本発明の第５実施形態における鍵盤装置への反射型フォトディテクタの取付方法を説明する図である。図１４（ａ）は、センサモジュール４１１の上面図（鍵１１０の上方から見た場合に対応した図）である。図１４（ｂ）は、センサモジュール４１１の側面図（矢印Ｃ方向に見た図）である。この例においては、図１４に示すように、反射型フォトディテクタ１１−１、１１−２、・・・１１−８８を配置したセンサモジュール４１１が用いて、鍵盤装置へ取り付けられる。センサモジュール４１１は、反射型フォトディテクタ１１−１、１１−２、・・・１１−８８を保持するフレーム４１４を備える。フレーム４１４は、棚板１０５に接続されるベース４１５を基準として、ネジ４１６（４１６−１、４１６−２、４１６−３、４１６−４）およびバネ４１７（４１７−１、４１７−２、４１７−３、４１７−４）によって、高さが調整される。フレーム４１４とベース４１５との距離は、ネジ４１６を締めるとバネ４１７が圧縮されて短くなり、ネジ４１６を緩めるとバネ４１７が伸張されて長くなる。
【００５０】
このとき、ネジ４１６−１、４１６−２、４１６−３、４１６−４の調整量を変化させることで、棚板１０５（ベース４１５）に対するフレーム４１４の傾きの調整をすることもできる。なお、この例では、全部の鍵１１０に対する反射型フォトディテクタ１１がまとめて一つのフレーム４１４に保持されていたが、複数のフレームに分割されていてもよいし、一つの反射型フォトディテクタ１１に対して一つのフレームが存在するようにして、各反射型フォトディテクタ１１に対して、ベース４１５からの高さが調整可能になっていてもよい。なお、さらにゲイン調整部２５によって、プリアンプ１３とプリアンプ２３のゲインの相対比が調整されてもよい。
【００５１】
また、この例では、隣接する反射型フォトディテクタ１１の間に遮蔽板４２０が配置されている。遮蔽板４２０は、隣接する反射型フォトディテクタ１１からの光が入射してしまうことを抑制するための部材である。なお、このような遮蔽板４２０は、この実施形態に限らず、別の実施形態でも外光の入射を抑制する部材として適用可能である。このようにして、反射型フォトディテクタ１１、２１に対する外光を低減して出力値のノイズを低減することができる。
【００５２】
＜第６実施形態＞
第６実施形態では、反射型フォトディテクタの出力特性が、上記実施形態での出力特性と異なる例について説明する。この例によれば、反射型フォトディテクタと測定対象物１０００との距離を長くし、また、測定可能範囲を広くすることができる。
【００５３】
図１５は、本発明の第６実施形態における第１センサおよび第２センサの出力特性の例を示す図である。図１５は、図３に対応する図であり、この例の第１センサ１０では、約４ｍｍの距離において出力値のピークとなる。そのため、出力電流Ｓ１の変化が安定している５．０ｍｍ以上で利用する。
【００５４】
図１６は、本発明の第６実施形態における位置測定センサについて、センサ間の距離Ｄによる出力特性の変化例を示す図である。図６に対応する図であり、Ｄ＝１１ｍｍ、１２ｍｍ、１３ｍｍ、１４ｍｍの場合を例示する。Ｄが大きくなると、測定可能範囲は拡大する。すなわち、第２距離ｘの最低値は５ｍｍで変化しないが、この例では最高値はＤ−５ｍｍとなる。この例によれば、いずれのＤであっても、ほぼ線形性が保たれている。測定対象物１０００までの反射型フォトディテクタ１１、２１の距離を、上記実施形態に比べて大きくする必要があるが、測定可能範囲を拡大することができる。このように、測定対象物との距離、移動量に応じて、反射型フォトディテクタの出力特性を選択することで、様々な用途に位置測定センサ１を適用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１…位置測定センサ、２…振動波形出力装置、１０…第１センサ、２０…第２センサ、１１，２１…反射型フォトディテクタ、１３，２３…プリアンプ、２５…ゲイン調整部、３０…差分算出部、４０…フィルタ、５０…出力部、６０…支持部材、６７…ケーブル、７０…筐体、８０…変換部、９０…音源部、１００…グランドピアノ、１０５…棚板、１１０…鍵、１１２…センターピン、１１５…光学部材、１２０…ハンマ、１３０…弦、１４０…駒、１５０…響板、２００…スネアドラム、２２０…シェル、２２５…エアホール、２４０…リム、２５０…ヘッド、１０００…測定対象物
【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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