(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
楽器を構成する移動部材の位置を検出する位置検出装置において、
前記移動部材の移動方向に沿った透過率あるいは反射率の変化特性が予め定めた所定の変化特性を有し、前記移動部材に取り付けられるスケール部材と、
前記スケール部材に検出光を照射し、その反射光あるいは透過光を受光して受光信号を出力する検出手段と
を備え、
前記変化特性は、前記検出手段の受光量−検出信号特性の逆特性に相当するように定められている
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置検出装置において、
前記スケール部材は、遮光部あるいは反射部が前記遮光部あるいは反射部の単位面積当たりの数を定めて配置されていることにより前記変化特性を実現する
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の位置検出装置において、
前記遮光部あるいは反射部の面積は、前記検出光の照射面積に基づいて定められる
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の位置検出装置において、
前記遮光部あるいは反射部は、前記単位面積内に略均一に配置される
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれかに記載の位置検出装置において、
前記遮光部あるいは反射部の配置は、誤差拡散法により定めた
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項６】
演奏者が操作する演奏操作子と、
前記演奏操作子の操作により作動する作動機構と、
前記演奏操作子または前記作動機構の位置を検出する請求項１乃至５のいずれかに記載の位置検出装置と
を備えることを特徴とする鍵盤楽器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ペダルを駆動するソレノイドユニットのプランジャ等の位置検出に用いられる位置検出装置及びこれを用いた鍵盤楽器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動演奏可能なピアノにおいては、実際の演奏者のペダル操作に対応する動作を自動的に往復型アクチュエータであるソレノイドユニットで実行する場合、このソレノイドのプランジャの現在位置または移動速度を検出し、この検出結果に基づいてプランジャの動作が実際の演奏者のペダル操作と同様になるようにフィードバック制御している。
【０００３】
図８は、従来の自動演奏ピアノに用いられるソレノイドユニットのプランジャの位置検出装置を示す図である。同図に示すように、ソレノイドユニット１は、ボビンにコイルが巻回されてなるソレノイド２と、ソレノイド２に上下に移動可能に挿入されるプランジャ３と、ソレノイド２を収容するとともに磁路を兼ね、ピアノのフレーム５に固定されるヨーク４と、プランジャ３の上下方向の移動を案内する軸受６、７とから概略構成される。
【０００４】
位置検出装置８は、プランジャ３上側のソレノイド２から突出する部分に設けられたホルダ９と、このピアノの図示しないフレーム等に固定されるフォトインタラプタ１０とから構成される。ホルダ９には、上下方向で濃淡（グレーレベル）が徐々に変化する透過型のグレースケール１１が取り付けられ、このグレースケール１１は、フォトインタラプタ１０の発光部と受光部の間に介在される。
したがって、コイルが発生する磁力に応じてプランジャ３が上下動すると、グレースケール１１も上下動し、フォトインタラプタ１０は、発光部と受光部との間に介在するグレースケール１１の光透過量に応じた受光信号を出力する。
これにより、位置検出装置８は、この受光信号の信号レベルによって非接触でプランジャ３の位置を検出できるようになっている。
なお、ホルダ９には、プランジャ３の往復軸線方向に延在する突条１２が設けられ、フレーム５に固定されたガイド１３の凹溝によって突条１２の左右方向の移動が規制される。
これにより、プランジャ３は回転することなく上下方向に移動でき、グレースケール１１がフォトインタラプタ１０に衝突することを防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の位置検出装置に用いられる透過型のグレースケール１１は、図９に示すように、透明な基材に対して、プランジャ３の移動方向に所定間隔で遮光性を有する平行線を印刷することに作成される。なお、図９にはグレースケールの階調変化をハッチングの変化により簡略的に示す。
そして、グレースケール１１は、これら平行線のそれぞれの線幅がプランジャの移動方向に沿って徐々に異なることによって、濃淡（グレーレベル）、すなわち、光透過量をプランジャ３の移動方向に沿って変化させている。
【０００６】
しかし、このグレースケール１１に光ビームを照射すると、図１０に示すように、特に線幅が大きい領域では、その透過光のビームスポットにおける光強度分布が線のある領域と線の無い領域とで大きく異なる。
このため、ビームスポットが少し移動しただけでも受光信号の信号レベルが大きく変動する場合があり、移動方向に沿って受光信号の信号レベルが滑らかに変化せず、移動位置の検出精度が低くなる問題があった。
この場合、線の太さ及び間隔を短くするとともに線幅を細かく変化させてグレーレベルを滑らかに変化させる方法が考えられるが、さらに高解像度の印刷機を用いて印刷する必要が生じるなどの煩雑な問題がある。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、グレースケールの作成が容易で、かつ、移動部材の位置の検出精度が高い位置検出装置及びこれを用いた鍵盤楽器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、楽器を構成する移動部材の位置を検出する位置検出装置において、前記移動部材の移動方向に沿った透過率あるいは反射率の変化特性が予め定めた所定の変化特性を有し、前記移動部材に取り付けられるスケール部材と、前記スケール部材に検出光を照射し、その反射光あるいは透過光を受光して受光信号を出力する検出手段とを備え、前記変化特性は、前記検出手段の受光量−検出信号特性の逆特性に相当するように定められていることを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の位置検出装置において、前記スケール部材は、遮光部あるいは反射部が前記遮光部あるいは反射部の単位面積当たりの数を定めて配置されていることにより前記変化特性を実現することを特徴としている。請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の位置検出装置において、前記遮光部あるいは反射部の面積は、前記検出光の照射面積に基づいて定められることを特徴としている。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の位置検出装置において、前記遮光部あるいは反射部は、前記単位面積内に略均一に配置されることを特徴としている。請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４のいずれかに記載の位置検出装置において、前記遮光部あるいは反射部の配置は、誤差拡散法により定めたことを特徴としている。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、演奏者が操作する演奏操作子と、
前記演奏操作子の操作により作動する作動機構と、
前記演奏操作子または前記作動機構の位置を検出する請求項１乃至５のいずれかに記載の位置検出装置とを備えることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳述する。
（１）  実施形態
（１−１）実施形態の構成
以下、本発明の一実施形態に係る位置検出装置１００について説明する。
この位置検出装置１００は、自動演奏可能な鍵盤楽器、具体的にはグランドピアノのペダル操作に類似した動作を行わせるソレノイドユニットのプランジャの高さ方向の位置を検出するために用いられる。この位置検出装置１００は、グレースケールが異なる点を除いて上述した従来の位置検出装置と同一であるため、図８の説明を援用するものとする。
【００１３】
図１（α）は、この位置検出装置１００に用いられるグレースケールを示す平面図である。
このグレースケール（スケール部材）１１１は、ガラスやプラスチックフィルムなどの透明な基材に単位面積当たりの数がプランジャの移動方向（図１のＸ方向）に沿って変化するドット（遮光部あるいは反射部）の描画パターンを印刷することによって作成される。ここで、このドットは、遮光性を有するインクまたは銀乳剤等の光反応により遮光性を有する材料により印刷される。なお、このドットは上述した遮光性材料によって塗りつぶされるものであるが、図１においては、ドットを見やすくするため、ドットの外形のみ示している。
【００１４】
したがって、図１（β）において、この図１（α）に示すグレースケール１１のＸ方向の３点に光ビームを照射した場合の光ビームのビームスポットＡ、Ｂ、Ｃ周辺の拡大図をそれぞれ示すように、ドットの単位面積の数に応じて光ビームの透過量がそれぞれ異なるようになっている。
すなわち、従来のグレースケールにおいては、遮光性を有する平行線の線幅をプランジャ３の移動方向に沿って徐々に変化させることによって光透過率を変化させていたのに対し、このグレースケール１１１では、遮光性を有するドットの単位面積当たりの数を変化させることによって光透過率を変化させるようになっている。
したがって、この位置検出装置１００は、プランジャ３にホルダ９を介して固定されたグレースケール１１１に対して、フォトインタラプタ１０により光ビームを照射してその透過光を受光することにより、プランジャ３の位置に対応する信号レベルの受光信号を出力するようになっている。
【００１５】
（１−２）  ドットの描画パターンの作成方法
次に、このドットの描画パターンの作成方法について説明する。このドットの描画パターンは以下に述べるように誤差拡散法を用いて作成される。ここで、誤差拡散法とは、グレーレベルをバイナリー化することにより生じる誤差を波及させる、すなわち誤差を拡散させる方法である。なお、ここでは、ドットの描画パターンの計算方法を中心に延べるが、実際にはこの計算はパーソナルコンピュータ等により計算され、この計算結果は版下用データとして使用される。
【００１６】
（１−２−１）  初期条件
まず、初期条件として、グレースケール１１１の希望階調カーブを設定する。この希望階調カーブは、フォトインタラプタ１０の受光素子が有する受光特性の逆特性に設定される。
ここで、受光素子の受光特性とは、受光素子がその階調に対応するドットパターンの透過光を受光した時に出力される受光信号の信号レベルの特性であり、一般的にこの特性曲線は非線形をとる。
したがって、図２に示すように、受光素子の受光特性が特性曲線Ｌａの場合、すなわち、階調が濃いほど（受光量が多いほど）受光信号の信号レベルの増加量が少なくなる特性の場合には、希望階調カーブを図３に示す曲線ＬＨａに設定する。
これに対して、受光素子の受光特性が図２に示す特性曲線Ｌｂの場合、すなわち、階調が濃いほど受光信号の信号レベルの増加量が多くなる場合には、希望階調カーブを図３に示す曲線ＬＨｂに設定する。
ここで、希望階調カーブの希望階調値Ｈｎ（ｎ＝１、２、……、Ｎ−１、Ｎ）は正規化した値とする。
【００１７】
（１−２−２）  ドットの割り振り方法
次に、グレースケール１１１において、Ｘ方向の座標値をＸｎ（ｎ＝１、２、……、Ｎ−１、Ｎ）、Ｙ方向の座標値をＹｍ（ｍ＝１、２、……、Ｎ−１、Ｎ）とし、座標値（Ｘｎ、Ｙｍ）における誤差拡散法により算出した算出階調をｈn,mとおく。ここで、算出階調ｈn,mは正規化した値とする。
そして、座標値（Ｘｎ、Ｙｍ）にドットを描画するか否かの白黒判定処理が行われる。この白黒判定処理は、図４に示すように、算出階調ｈn,mが白黒判定のしきい値Ｈａより大きいか否かを判定する処理である。
すなわち、算出階調ｈn,mがしきい値Ｈａより小さい場合（ｈn,m＜Ｈａ）は、白黒判定結果Ｈn,m＝１としてドットを描画し、算出階調ｈn,mがしきい値Ｈａより大きい場合（ｈn,m＞Ｈａ）は、白黒判定結果Ｈn,m＝０としてドットを描画しないものと決定する。
【００１８】
（１−２−３）  計算方法
まず、座標値（Ｘｎ、Ｙ０）、すなわち、Ｙ方向の１番目の行（ｍ＝０）における算出階調ｈn,0を希望階調カーブの希望階調値Ｈｎに設定する。そして、座標値（Ｘｎ、Ｙ０）については、希望階調値Ｈｎである算出階調ｈn,0に基づいて上述の白黒判定処理を行うことにより、白黒判定結果Ｈn,0が決定される。
次に、ｍ＞１の座標値（Ｘｎ、Ｙｍ）については、座標値（Ｘ１、Ｙ１）から順にＸ方向に算出階調ｈn,mを以下の計算式により算出する。
すなわち、始めに、各座標値（Ｘｎ、Ｙｍ）の白黒判定により生じる誤差dｈn,mを以下の計算式によって算出する。
【００１９】
dｈn,m＝ｈn,m−Ｈn,m    ……（数１）
【００２０】
したがって、座標値（Ｘｎ、Ｙ０）の列における白黒判定により生じる誤差dｈn,0が最初に算出され、以下の計算式により、座標値（Ｘ１、Ｙ１）からＸ方向に順に算出階調ｈn,mを算出する。
【００２１】
ｈn,m＝Ｈｎ＋Ｚn,m    ……（数２）
【００２２】
ここで、Ｚn,mは、算出対象の座標値（Ｘｎ、Ｙｍ）の補正値であり、図５に示すように、算出対象の座標値である座標値（Ｘｎ、Ｙｍ）の周囲の座標値（Ｘｎ-1、Ｙｍ-1）、（Ｘｎ、Ｙｍ-1）、（Ｘｎ＋1、Ｙｍ-1）、（Ｘｎ-1、Ｙｍ）のそれぞれの白黒判定により生じる誤差を用いて、以下の計算式により算出される。
【００２３】
0004172127.tif 000002
【００２４】
これにより、Ｙ方向の２番目の行である座標値（Ｘｎ、Ｙ１）の算出階調ｈn,1が順次算出される。そして、同様の計算方法により、座標値（Ｘｎ、Ｙ２）の列、座標値（Ｘｎ、Ｙ３）の列、……、座標値（Ｘｎ、ＹＮ）の列の順により、全ての座標値の算出階調ｈn,mが算出される。
これにより、全ての座標値（Ｘｎ、Ｙｍ）の算出階調ｈn,mに基づいて上述の白黒判定処理を行うことにより、希望階調カーブに対応するドットの描画パターンを作成することができる。
上述したように、希望階調カーブは、フォトインタラプタ１０の受光素子の逆特性に設定されているため、フォトインタラプタ１０の受光素子の受光特性をうち消して、フォトインタラプタ１０からの受光信号の信号レベル曲線を線形直線にすることができる。
【００２５】
ここで、図６（Ａ）は、上述の方法で作成したグレースケールに光ビームを出射し、その反射光を受光した場合のセンサー出力の測定結果である。なお、照射光の直径は約２［mm］とし、ドットの直径は４５［μm］とした。
この実験は、図６（Ｂ）に示すように、発光素子と受光素子を備えるセンサーに対してグレースケールをＸ方向に移動させる方法により行い、この場合のセンサー出力と、センサーとグレースケールの相対位置Ｘを測定した。
また、図６（Ａ）においては、グレースケールとセンサーとの距離Ｄｈを３［mm］、５［mm］、７［mm］とした場合のそれぞれの測定結果を表示している。
この測定結果によれば、上述の方法でグレースケールを作成することにより、相対位置Ｘに応じてセンサー出力を直線的に変化させることができることを確認することできた。
なお、距離Ｄｈが小さい方が反射光の受光量が多くなるため、センサー出力及びセンサー出力の傾きが大きくなる。
したがって、位置検出装置１００は、リニアライザを使用しなくても、グレースケール１１１の照射位置に応じて信号レベルがリニアに変化する検出結果を得ることができる。
【００２６】
また、位置検出装置１００は、ドットの単位面積当たりの数を変化させることによってグレースケール１１１の光透過率を変化させると共に、このドットの描画パターンを誤差拡散法を用いて作成したことにより、グレースケール１１１の光透過率を滑らかに変化させることができる。
この場合、図７に示すように、グレースケール１１１においては、ビームスポットの領域内に均等にドットを配置することができるため、従来のように線幅によって光透過量を変更する場合（図１０）に比較して、ビームスポット内の光強度分布を均等にすることができる。
また、グレースケール１１１の光透過率が滑らかに変化するため、ビームスポットがグレースケール上を移動した際のフォトインタラプタ１０の受光量の変化を滑らかにすることができる。
これにより、位置検出装置１０００は、フォトインタラプタ１０より出力される受光信号の信号レベルをグレースケール１１１の照射位置に精度よく、かつリニアに変化させることができる。
したがって、位置検出装置１００は、プランジャ３の位置を精度よく検出することができる。
【００２７】
また、グレースケール１１１において、ビームスポットの照射面積に比してドットの大きさ（面積）が十分に小さければ１つのドットが光強度に与える影響は少ないので、ドットの大きさは比較的大きくてもよい。
このため、従来品と本実施形態とでグレースケールの分解能を同一とした場合には、本実施形態のグレースケールの方が従来のグレースケールより滑らかな階調表現が可能となり、一方、従来品と本実施形態とでグレースケールの階調表現を同一とした場合には、本実施形態のグレースケールの方が従来のグレースケールより分解能を粗くすることが可能となる。
また、希望階調カーブを変更するだけで、上述と同様の計算方法により所望のドットの描画パターンを作成することができる。
したがって、グレースケール１１１の製造を容易にすることができる。
また、ドット径と光ビーム径の寸法については、以下の点を考慮し、必要とされる性能及びコストに応じて定められる。▲１▼リップル（ノイズ）を減少するためには、ドット径／ビーム径は小さいほどよい。▲２▼但し、ドット径が小さいほど版下作成時間が増加するため、コストアップの要因になる。
【００２８】
（２）  変形例
（２−１）  変形例１
上述の実施形態においては、透過型のグレースケール１１１を用いてプランジャ３の位置を検出する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、反射型のグレースケールを用いて位置を検出してもよい。この場合、グレースケールの反射光を受光部が受光することにより位置を検出することができる。
また、反射型のグレースケールの場合は、透明または半透明な基材に例えばアルミニウム蒸着等の方法で反射部であるドットを設ける方法、反射性を有する白色等の基材に遮光部であるドットを設ける方法、光を吸収する黒色等の基材に反射部であるドットを設ける方法、金属表面にハーフエッチング加工を行って反射率が周囲と異なるドットを設ける方法などを広く適用することができる。
【００２９】
（２−２）  変形例２
上述の実施形態において、ドットの形状については言及していないが、丸形状や多角形形状等を広く適応することができる。また、丸形状のドットと４角形形状のドットなど異なる大きさのドットを混在させて配置してもよく、異なる大きさのドットを配置してもよい。
【００３０】
（２−３）  変形例３
上述の実施形態においては、誤差拡散法を用いてドットの描画パターンを作成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、少なくとも多段階の階調をバイナリー化する計算方法を広く適用することができる。
【００３１】
（２−４）  変形例４
上述の実施形態においては、希望階調カーブをフォトインタラプタ１０の受光量−受光信号特性の逆特性の曲線に設定する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、グレースケールに対するフォトインタラプタの受光信号特性が所望の特性になるような曲線を適用すればよい。
【００３２】
（２−５）  変形例５
上述の実施形態においては、ドットの描画パターンをグレースケールの表面に印刷する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ドットの描画パターンをグレースケールの内部に設けてもよい。
この場合、ドットを構成する遮光部材や反射部材を基材に混入させてグレースケールを作成する方法や、２枚の透明な基材の間にドットの描画パターンを設ける方法等を適用することができる。
【００３３】
（２−６）  変形例６
上述の実施形態においては、自動演奏ピアノに用いられるソレノイドユニット１のプランジャ３の位置を検出する位置検出装置に本発明を適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ピアノの鍵の位置を検出するキーセンサーや、鍵の押下に応じて弦を打弦するハンマの位置を検出するハンマセンサーに本発明を適用してもよい。
また、本発明は、自動演奏ピアノの位置検出機構に限らず、チェンバロ、オルガン、電子楽器等の鍵盤楽器等の様々な楽器の位置検出装置に応用することができ、種々な、移動部材の位置を検出する位置検出装置に応用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、グレースケールを容易に作成でき、かつ、移動部材の位置の検出精度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１（α）は、本発明の実施形態に係る位置検出装置に用いるグレースケールを示す平面図であり、図１（β）は、このグレースケールの部分拡大図である。
【図２】  受光素子の受光特性を示す特性曲線図である。
【図３】  前記受光特性に対応する希望階調カーブを示す特性曲線図である。
【図４】  白黒判定処理を説明するフローチャートである。
【図５】  誤差拡散法の計算の説明に供する表である。
【図６】  図６（Ａ）は、前記グレースケールからの反射光を受光したセンサーの出力結果を示す図であり、図６（Ｂ）は、その測定方法を示す図である。
【図７】  前記グレースケールにおけるビームスポット周辺を示す部分拡大図である。
【図８】  図８（Ａ）は、ソレノイドユニットのプランジャの位置検出装置を周辺構成と共に示す上面図であり、図８（Ｂ）は、前記位置検出装置を周辺構成と共に示す側面図である。
【図９】  従来のグレースケールを示す平面図である。
【図１０】  従来のグレースケールにおけるビームスポット周辺を示す部分拡大図である。
【符号の説明】
１、１００……ソレノイドユニット、
２……ソレノイド、
３……プランジャ、
８……位置検出装置、
９……ホルダ、
１０……フォトインタラプタ、
１１、１１１……グレースケール。
【図１】
0004172127.tif 000003
【図２】
0004172127.tif 000004
【図３】
0004172127.tif 000005
【図４】
0004172127.tif 000006
【図５】
0004172127.tif 000007
【図６】
0004172127.tif 000008
【図７】
0004172127.tif 000009
【図８】
0004172127.tif 000010
【図９】
0004172127.tif 000011
【図１０】
0004172127.tif 000012