JP3552374B2 - 信号出力装置および光センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば鍵盤楽器における鍵やハンマの動作を検出して信号を出力する信号出力装置およびこれに用いる光センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より自動演奏ピアノや消音演奏ピアノなどの鍵盤楽器が提供されており、このような鍵盤楽器では、演奏中の鍵やハンマの動作を検出して信号を出力する演奏情報出力装置を備えている。そして、演奏情報出力装置が出力する信号は、自動演奏ピアノでは、再生演奏時に鍵を駆動するための演奏データとしてフロッピイディスク等の記録手段に記録され、消音演奏ピアノでは、スピーカやヘッドホンから楽音を電子的に発生させるために用いられる。
【０００３】
従来、上記のような演奏情報出力装置としては、図１３および図１４に示すように、鍵１を回動自在に支持する棚板２の上面に機械式スイッチ３（または４）を各鍵１毎に配置したものが知られている。図１３に示す機械式スイッチ３は、ゴム接点と呼ばれるもので、内部が中空とされた本体３ａの内部に接点３ｂ，３ｂを配置し、鍵１が押下されると本体３ａが上下方向に圧縮されて接点３ｂ，３ｂが接触して電気的信号を出力するようになっている。
また、図１４に示す機械式スイッチ４はリーフスイッチと呼ばれるもので、鍵１が押下されると上側の接点４ａが撓んで下側の接点４ｂに接触して電気的信号を出力するようになっている。
【０００４】
また、上記のような機械式スイッチに代えて光センサを用いたキーセンサも供給されている。図１５は、フォトインタラプタ５を用いてキーセンサを構成した例であって演奏者側から見た図である。フォトインタラプタ５は、正面視コ字状をなす本体の相対向する壁部の一方にＬＥＤ５ａを収容し、他方の壁部にＬＥＤ５ａが発するビームを受光するフォトトランジスタ５ｂを収納したものである。一方、鍵１の下面には、シャッタ１ａが取り付けられており、鍵１が押下されることによりシャッタ１ａがビームを横断する。これによって、フォトトランジスタ５ｂが出力する電流に変化が生じ、この電流の変化が信号として出力されるようになっている。
【０００５】
さらに、図１６は本出願人によって開発されたファイバセンサを用いたキーセンサを示す図である。このファイバセンサは、図１５に示すものと同様のシャッタ１ａに対して交互に配置されたセンサヘッド６と、センサヘッド６に挿入された光ファイバ７とを備えている。センサヘッド６の２つの角部にはプリズム６ａと凸レンズ６ｂとが形成され、プリズム６ｂは光ファイバ７の光軸に対して４５゜傾斜させられている。また、光ファイバ７の自由端の端面はＬＥＤとフォトトランジスタ（図示略）にそれぞれ対向させられている。
【０００６】
この構成のもとに、光ファイバ７の端面から出射されたビームは、プリズム６ａにおいて内面反射して凸レンズ６ｂへ向かい、凸レンズ６ｂから出射する際に屈折してほぼ平行光となる。また、隣接するセンサヘッド６へ向かうビームはその凸レンズ６ｂに入射して収束させられ、プリズム６ａで内面反射して光ファイバ７の端面に入射する。そして、押鍵によりシャッタ１ａが図中紙面と直交する方向へ移動すると、シャッタ１ａがビームを横断し、これによって、フォトトランジスタｂが出力する電流に変化が生じて信号として出力されるようになっている。
【０００７】
以上が従来の演奏情報出力装置のうち鍵の操作を検出するキーセンサの構成であり、演奏情報出力装置は、いずれの機械式スイッチや光センサからの信号を受信したかにより当該押鍵に係る鍵を検出するようになっている。
ところで、ピアノには鍵が８８個あるため、全ての光センサ等の出力を各キーセンサ毎に設けた受信用ポートから個別に入力するようにすると、受信用ポートが８８個必要となって装置が極めて複雑となる。そこで、従来においては、光センサ等への入力系統と出力系統を分けてマトリクススイッチを構成してキースキャンを行うようにしている。
【０００８】
図１７は、図１３または図１４に示す機械式スイッチ３または４（以下、スイッチと略称する）によってマトリクススイッチを構成した例を示す図である。図１７のマトリクススイッチを構成する横線は、各スイッチの一方の端子が接続された入力回路を示し、縦線は他方の端子が接続された出力回路を示す。また、横線と縦線との交差部に鍵の鍵盤番号を付して各鍵盤番号に対応するスイッチの配置を示している。
【０００９】
ここで、ピアノの音は鍵盤番号＃１から＃１２までが（Ａ）の音から（Ｇ＃）の音までであり、これらの音をひとまとめにして１オクターブと称すると、ピアノでは８オクターブの音まである。図１７に示したマトリクススイッチでは、同じオクターブに属するスイッチを縦線に沿って配置して示し、同じ音の種類（Ａ，Ａ＃，…，Ｇ＃）に属するスイッチを横線に沿って配置して示している。なお、１２種類の音に対して８オクターブとすると、全部で９６個の音が存在することになるが、実際には、ピアノの８オクターブでは（Ａ）から（Ｃ）までの４つの音だけであり、ピアノの鍵盤番号は＃８８までである。よって、図１７には、鍵盤番号＃８８のスイッチまで記載した。また、説明の便宜上、同じ種類の音に属することを指す際に、ノートナンバーａ（Ａ）、ノートナンバーｂ（Ａ＃）（ノートナンバーａ〜ノートナンバーｌ）などと称することにする。
【００１０】
さて、このキーセンサは、マトリクススイッチの横線で示される入力回路にキースキャン信号を出力する送信部Ｔｒと、縦線で示される出力回路から信号が入力される受信部Ｒｅとを備えている。キースキャン信号は、一定の極めて短い周期を持ったパルス電流であり、ノートナンバーａに属する入力回路からノートナンバーｌに属する入力回路まで重複することなく順番に繰り返し出力される。
今、鍵盤番号＃３の鍵が押下されたとすると、この鍵に設けられたスイッチが押されて導通状態となる。そして、スイッチが導通している間に、キースキャン信号のうちノートナンバーｃの入力端子に対して出力するものが巡ってくると、その瞬間に、その信号が１オクターブに属する出力回路から受信部Ｒｅに入力される。そして、受信部Ｒｅは、ノートナンバーｃの入力端子への出力タイミングで１オクターブの出力端子から信号が入力されたことにより、押下された鍵が鍵盤番号＃３のものであることを検出する。
このように、この演奏情報出力装置では、受信部Ｒｅが信号を入力したタイミングが示すノートナンバーと、信号を入力した出力端子が示すオクターブとによって押下された鍵を検出することができる。また、スイッチが導通状態になるタイミングと、受信部Ｒｅに信号が入力されるタイミングにずれが生じるが、そのずれは極めて短時間であるため何ら支障は生じない。
【００１１】
次に、図１８は図１５に示すフォトインタラプタによってマトリクススイッチを構成した例を示す。この図に示すマトリクススイッチは、図１７のスイッチをフォトインタラプタ５に代えたものであり、キースキャンの動作も図１７に示すものと同じである。
また、図１９は、図１６に示すファイバセンサ６によってマトリクススイッチを構成した例であって、直線状に配置されたファイバセンサ６を１オクターブ毎に行を変えてマトリクス状に配置した状態を示す。この例では、送信部にＬＥＤがノートナンバーａからノートナンバーｌまで１２個設けられ、受信部にフォトトランジスタＰＴｒが１オクターブから８オクターブまで８個設けられている。なお、ファイバセンサどうしの中間に付した数字は、これらファイバセンサによって検出される鍵の鍵盤番号を示す。
【００１２】
図１９に示すように、各ファイバセンサの受光側の光ファイバは、オクターブ毎に束ねられてそれらの端面を受信部のフォトトランジスタＰＴｒに対向させている。各オクターブには、１２個のノートナンバーが存在するから、各フォトトランジスタＲＴｒにはそれぞれ１２本の光ファイバの端面が対向している。ただし、鍵盤番号は＃８８までであるため、８オクターブに属するフォトトランジスタＲＴｒに対向する光ファイバは４本である。
また、各ファイバセンサの発光側の光ファイバは、ノートナンバー毎に束ねられて送信部のＬＥＤにそれらの端面を対向させている。鍵盤番号は１オクターブから８オクターブまであるから、各ＬＥＤにはそれぞれ８本の光ファイバの端面が対向している。ただし、鍵盤番号は＃８８までであるため、ノートナンバーｅからノートナンバーｌまでに属するＬＥＤに対向する光ファイバはそれぞれ７本である。
【００１３】
このキーセンサでは、送信部のＬＥＤからキースキャン信号が出力される。キースキャン信号は、一定の極めて短い周期を持った光パルスであり、ノートナンバーａに属するＬＥＤからノートナンバーｌに属するＬＥＤまで重複することなく順番に繰り返し出力される。１つのＬＥＤから光パルスが発せられると、この光パルスは８つの発行側の光ファイバを伝達して各ファイバセンサに送られる。そして、隣接するファイバセンサに送られた光パルスのビームは、受光側の光ファイバを伝達して１オクターブから８オクターブまでに属する各フォトトランジスタＰＴｒに受光され、各フォトトランジスタＰＴｒは受けた光の量に対応する電流を発生する。
【００１４】
今、鍵盤番号＃２の鍵が押下されたとすると、この鍵に設けられたシャッタ１ａが２つのファイバセンサ６，６の間に移動する。そして、シャッタ１ａがビームの光路上に位置している間に、キースキャン信号のうちノートナンバーｂの発光側光ファイバに対して出力するものが巡ってくると、１オクターブに属するフォトトランジスタＰＴｒに受光されるべきビームがシャッタ１ａによって遮られ、このフォトトランジスタＰＴｒが出力する電流が小さくなる。そして、受信部は、ノートナンバーｂの発行側光ファイバへの出力タイミングで、１オクターブに属するフォトトランジスタＰＴｒの出力電流が所定の閾値を下回ったことにより、押下された鍵が鍵盤番号＃２のものであることを検出する。
【００１５】
このように、このキーセンサでは、特定のフォトトランジスタＰＴｒの出力電流が所定の閾値を下回ったタイミングが示すノートナンバーと、当該フォトトランジスタが属するオクターブとによって押下された鍵を検出することができる。また、上記のようなキーセンサをシャッタの進行方向に沿って２列配置することにより、シャッタが最初のビームを遮った時刻と次のビームを遮った時刻から、押鍵速度を算出するようにしたものも提供されている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなファイバセンサを用いてキースキャンを行うキーセンサにおいても、以下のような改善点があった。
▲１▼ファイバセンサが８８個必要であるため発行側と受光側とでそれぞれ８８本もの光ファイバを必要とし、特に、キーセンサを２列配置した構成では、光ファイバの本数が倍になる。このため、ファイバセンサ等の組付け作業に多くの労力を必要とし、保守点検作業も煩雑となる。もちろん、機械式スイッチを用いてキースキャンを行う演奏情報出力装置においても、配線作業や保守点検作業が煩雑になるという同じ課題がある。
▲２▼ファイバセンサのプリズムは光を内面反射する構成であるため、入射した光のうち臨界角以内の角度で入射したものだけを反射する。上記構成のファイバセンサでは、光ファイバから発せられた光が拡大しながらプリズムに達するため、光の一部が臨界角を越える入射角でプリズムに入射する。よって、光の一部しか使用されないために効率が悪いという欠点がある。
【００１７】
よって、本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、光ファイバや電気配線の数を大幅に低減することができる信号出力装置を提供することを目的としている。また、本発明は、光を有効に使用することができる光センサを提供することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１に記載の信号出力装置は、発光手段から出射したビームを受光手段に入射させる光路を有しており、上記発光手段と上記受光手段との間にある光路を移動体が遮ったか否かを検出し、該検出に応じた信号を出力する信号出力装置において、上記発光手段に光を発生させるための信号を出力する送信部と、上記受光手段が受光した光を信号として受信する受信部とを設け、上記発光手段は、１つの発光部から２つの移動体に対して光を出射し、上記受光手段は、２つの発光手段から出射された光を１つの受光部で受光し、上記発光手段と上記受光手段とを複数交互に配設するとともに、１つの発光手段から出射された２つの光を異なる受光手段で受光するように配設し、上記送信部は、複数の発光手段について各々異なるタイミングで発光させるようにしたことを特徴としている。
【００１９】
請求項２に記載の光センサは、発光部と、該発光部と離間した位置に設けられた受光部と、上記発光部から出射された光を上記受光部に入射させる光路上に並設され、光を透過する複数のセンサヘッドとを備え、該センサヘッド間の光路を移動体が遮ったか否かを検出する光センサであって、上記センサヘッドは、光を透過する部材によって略矩形状に形成されており、両隣に設けられたセンサヘッドと対向する２つの側面と、上記発光部または上記受光部と対向する１の面と、上記１の面と対向する面をＶ字状に切り欠いて形成された１対の反射面とを有し、上記発光部から出射され、上記１の面の側から入射された光を上記１対の反射面により内面反射させて上記２つの側面から両隣のセンサヘッドに向けて出射する一方、両隣のセンサヘッドの側面から出射され、上記２つの側面から各々入射された光を上記１対の反射面により内面反射させて上記１の面の側に出射し、上記受光部に入射させることを特徴としている。
【００２０】
請求項３に記載の光センサは、請求項２において、前記１対の反射面が、前記発光部から発せられた光を両側へほぼ均等に内面反射させることを特徴としている。
【００２１】
請求項４に記載の光センサは、請求項２または３において、前記センサヘッドに、前記一対の反射面の境界部へ向けて光を出射する発光素子か、または、センサヘッドの両側から入射して上記１対の反射面で内面反射した光を受光する受光素子を設けたことを特徴としている。
【００２２】
請求項５に記載の光センサは、請求項２または３において、前記センサヘッドに、前記一対の反射面の境界部へ向けて光を出射するか、または、センサヘッドの両側から入射して上記１対の反射面で内面反射した光を受光する光ファイバの端部を設けたことを特徴としている。
【００２３】
請求項６に記載の光センサは、発光手段と受光手段とを互いに離間して交互に設け、前記発光手段に、電流が供給されることによりその両隣に配置された受光手段へ向けて光を発する一対の発光素子を設け、上記受光手段に、その両隣に配置された上記発光手段からの光を受けることにより電気的信号を出力する一対の受光素子を設けたことを特徴としている。
【００２４】
請求項１に記載の信号出力装置にあっては、発光手段は１つの発光部から２つの移動体に対して光を出射し、受光手段は２つの発光手段から出射された光を１つの受光部で受光するが、１つの発光手段から出射された２つの光を異なる受光手段で受光するように発光手段と受光手段を配設するとともに、複数の発光手段を各々異なるタイミングで発光させるようにした。これにより、発光手段から受光手段へ向かう光が遮られたタイミングによって当該光を発した発光手段が特定されるとともに、そのタイミングで受光可能な複数の受光手段のうち実際に受光した受光手段が何れであるかによって受光手段が特定できる。
【００２５】
また、請求項２に記載の光センサにあっては、発光部から発せられた光がほぼＶ字状をなして隣接する反射部で両側へ振り分けるように内面反射するから、１つの発光部の光を２つの方向へ出射させることができる。また、２つの発光部から入射した光を１つの受光部へ受光させることができる。よって、この光センサを請求項１に記載の構成に用いることにより、光ファイバや電気配線の数を大幅に低減した演奏情報出力装置を構成することができる。
また、請求項３に記載の光センサにあっては、発光部から発せられた光の光軸は反射部どうしの二等分線にほぼ一致するから、各反射部へ入射する光の入射角が小さい。よって、反射部どうしのなす角度を適宜設定することにより、反射部へ入射する光の入射角を臨界角以下にして全反射させることができるので、光を有効に使用することができる。
【００２６】
さらに、請求項６に記載の光センサにあっても、一対の発光素子が発する光を両側に向かわせることができ、また、両側の発光素子が発する光を一対の受光素子で受けることができるので、請求項１に記載の構成に用いることにより、光ファイバや電気配線の数を大幅に低減した演奏情報出力装置を構成することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（１）第１の実施の形態
Ａ．キーセンサの構成
以下、図１ないし図４を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は実施の形態のキーセンサ（演奏情報出力装置）を示す下面図であり、このキーセンサは、自動演奏ピアノや消音演奏ピアノなどの鍵盤楽器の鍵盤の下側に取り付けられるようになっている。図１において符号１０は長尺の板状をなすフレームであり、その長手方向を鍵盤楽器の幅方向へ向けて配置される。フレーム１０には、複数のスリット１１，…が各鍵１の位置に形成されている。そして、押鍵が行われると鍵１の演奏者側の端部が下降し、鍵１の下面に取り付けたシャッタ１ａがスリット１１内に挿入されるようになっている。
【００２８】
フレーム１０にはセンサヘッド２０がスリット１１，１１の中央に位置して固定されている。センサヘッド２０は、アクリル樹脂などの透明な合成樹脂で外観略矩形状に形成されている。センサヘッド２０の一側は９０゜をなすＶ字状に切り込まれ、その両側には平面視三角形状のプリズム２１，２１が形成されている。また、センサヘッド２０のスリット１１側の側部には、凸球面状をなすレンズ２２が形成されている。プリズム２１，２１の傾斜面（反射部）の交差部は、レンズ２２の直径線上に位置している。さらに、センサヘッド２０の他側中央部には、光ファイバ２５が挿入されている。光ファイバ２５は、アクリル樹脂などの透明な合成樹脂で形成された直径０．５ｍｍ程度の１本の線材で構成され、その光軸は、傾斜面２１ａ，２１ａの二等分線とほぼ一致している。
【００２９】
各光ファイバ２５の自由端の端面は、ＬＥＤとフォトトランジスタＰＴｒ（図３参照）とに交互に対向させられている。これにより、ＬＥＤが発する光は、光ファイバ２５を伝達してセンサヘッド２０の内部へ出射する（以下、このセンサヘッド２０を発光ヘッド２０ａと称する）。そして、出射した光は、発光ヘッド２０ａのプリズム２１で内面反射してレンズ２２へ向かい、平行なビームとなってレンズ２２から出射する。このビームは、隣接するセンサヘッド２０（以下、このセンサヘッド２０を受光ヘッド２０ｂと称する）のレンズ２２に入射し、レンズ２２で収束させられつつプリズム２１で反射して光ファイバ２５の端面に入射する。入射した光は光ファイバ２５を伝達してフォトトランジスタＰＴｒに受光され、フォトトランジスタＰＴｒは受光した光の量に対応する電流を出力する。
【００３０】
このように、この実施の形態のキーセンサでは、発光ヘッド２０ａと受光ヘッド２０ｂが交互に配置され、１つの受光ヘッド２０ｂによってその両側の鍵１の押鍵を検出するようになっている。そのために、光ファイバ２５によりマトリクススイッチを構成してキースキャンを行うように構成されている。以下、マトリクススイッチの構成について図３および図４を参照して説明する。
【００３１】
Ｂ．マトリクススイッチの構成
図３に示すように、このキーセンサは、図中ａからｌまでの符号を付した１２個のＬＥＤを有する送信部と、１から８までの符号を付した８個のフォトトランジスタＰＴｒを有する受信部とを備えている。なお、以下の説明においてＬＥＤまたはフォトトランジスタＰＴｒのいずれかを特定して指す場合には、「ＬＥＤａ」、「ＰＴｒ１」というようにグループを示す添字を付して説明する。また、発光ヘッド２０ａおよび受光ヘッド２０ｂのいずれかを特定して指す場合には、「発光ヘッド２０ａ１」というように、その右隣に配置された鍵の鍵盤番号を添えて説明する。
【００３２】
各ＬＥＤには、４個または３個の発光ヘッド２０ａの光ファイバが束ねられてそれらの端面が対向させられている。すなわち、ＬＥＤａには、２オクターブづつ離れた４つの発光ヘッド２０ａ１，２０ａ２５，２０ａ４９，２０ａ７３の光ファイバが接続されている。また、ＬＥＤｂには、２オクターブづつ離れた４つの発光ヘッド２０ａ３，２０ａ２７，２０ａ５１，２０ａ７５の光ファイバが接続されている。表１は、図４に示す発光ヘッド２０ａの接続状態をまとめたものである。なお、図４の○印は発光ヘッド２０ａ、●印は受光ヘッド２０ｂを示し、発光ヘッド２０ａと受光ヘッド２０ｂの間の数字は、そこに配置された鍵の鍵盤番号を示す。また、鍵の個数は８８であるため、発光ヘッドは４５個、受光ヘッドは４４個となっている。また、最も右端に位置する発光ヘッド２０ａの番号を８９としたが、鍵盤番号＃８９は存在しない。
【００３３】
【表１】
【００３４】
表１から判るように、ＬＥＤには２オクターブ飛びで発光ヘッド２０ａの光ファイバが接続され、次のＬＥＤには、前者に対して２つづつずれた発光ヘッド２０ａの光ファイバが接続されている。また、ＬＥＤａからＬＥＤｉまでは、それぞれ４つの発光ヘッド２０ａの光ファイバが接続され、ＬＥＤｊからＬＥＤｌまでは、発光ヘッド２０ａが＃８９までであることから、それぞれ３つの発光ヘッド２０ａの光ファイバが接続されている。したがって、前述のように、発光ヘッド２０ａの光ファイバは全部で４５本となっている。
【００３５】
次に、受光ヘッド２０ｂの光ファイバの接続について説明する。各フォトトランジスタＰＴｒには、６個または４個の受光ヘッド２０ｂの光ファイバが束ねられてそれらの端面が対向させられている。すなわち、フォトトランジスタＰＴｒ１には、鍵盤番号で４づつ離れた６つの受光ヘッド２０ｂ２，２０ｂ６，２０ｂ１０，２０ｂ１４，２０ｂ１８，２０ｂ２２の光ファイバが接続されている。また、フォトトランジスタＰＴｒ２には、鍵盤番号で４づつ離れた６つの受光ヘッド２０ｂ４，２０ｂ８，２０ｂ１２，２０ｂ１６，２０ｂ２０，２０ｂ２４の光ファイバが接続されている。表２は、図４に示す受光ヘッド２０ｂの接続状態をまとめたものである。
【００３６】
【表２】
【００３７】
表２から判るように、フォトトランジスタＰＴｒには４つ飛びで受光ヘッド２０ｂの光ファイバが接続され、次のフォトトランジスタＰＴｒには、前者に対して２つづつずれた受光ヘッド２０ｂの光ファイバが接続されている。また、フォトトランジスタＰＴｒ１からＰＴｒ６までは、それぞれ６つの受光ヘッド２０ｂの光ファイバが接続され、フォトトランジスタＰＴｒ７およびＰＴｒ８は、それぞれ４つの受光ヘッド２０ｂの光ファイバが接続されている。したがって、前述のように、受光ヘッド２０ｂの光ファイバは全部で４４本となっている。
【００３８】
Ｃ．実施の形態の動作
▲１▼センサヘッドの作用
まず、送信部のＬＥＤからキースキャン信号が出力される。キースキャン信号は、一定の極めて短い周期を持った光パルスであり、ＬＥＤａからＬＥＤｌまで間断なく順番に繰り返し出力される。この光パルスは、図１に示すように、光ファイバ２５を伝わって発光ヘッド２０ａ内に出射される。ここで、光ファイバ２５から出射された光は、発光ヘッド２０ａ内で拡大しながらプリズム２１，２１へ入射し、プリズム２１，２１の傾斜面２１ａ，２１ａで内面反射してほぼ均等に左右へ振り分けられる。傾斜面２１ａ，２１ａで内面反射した光はその後も拡大を続けるが、レンズ２２から出射する際に屈折してほぼ平行なビームとなる。このビームの断面は、図２にドットで示すように略半円状をなしている。なお、ビームの断面が完全な半円状をなしていないのは、光ファイバ２５の光軸から半径方向へ離れた箇所から出射した光が、傾斜面２１ａ，２１ａの境界の近傍でレンズ２２の直径線よりも外側へ、すなわち、図１のレンズ２２の中心線よりも下側へ向けて反射するからである。
【００３９】
次に、発光ヘッド２０ａのレンズ２２から出射したビームは、両隣の受光ヘッド２０ｂのレンズ２２，２２に入射し、その際に屈折して収束しながらプリズム２１の傾斜面２１ａで内面反射する。そして、内面反射した光は収束しながら光ファイバ２５の端面に入射し、光ファイバを伝わってフォトトランジスタＰＴｒに受光される。これにより、フォトトランジスタＰＴｒは、受光した光の量に対応する電流を発生する。
【００４０】
ここで、鍵１が押下されると、その鍵１に設けられたシャッタ１ａがスリット１１に挿入され、発光ヘッド２０ａから受光ヘッド２０ｂへ向かうビームの光路に進入してくる。一方、ビームは極めて短い周期で断続的に発生させられるから、シャッタ１ａが光路に進入すると直ちにビームに干渉する。これにより、その受光ヘッド２０ｂが接続されたフォトトランジスタＰＴｒが受光する光の量が減少し、フォトトランジスタＰＴｒが出力する電流が減少する。そして、フォトトランジスタＰＴｒが発生する電流が所定の閾値を下回ることにより、キーセンサは押鍵を検出する。
【００４１】
▲２▼キースキャンの動作
次に、このキーセンサにおけるキースキャンの動作について図４を参照して説明する。なお、以下の説明において、特定の鍵盤番号の鍵を指すときは、鍵＃１というように鍵盤番号を添えて説明する。
送信部のＬＥＤａ〜ｌは、その順番で極めて短い周期で間断なく光パルス信号の出力を繰り返す。１つのＬＥＤａ〜ｌが光パルス信号を出力すると、その光は表１に示す発光ヘッド２０ａに伝達され、発光ヘッド２０ａからその両隣の受光ヘッド２０ｂ，２０ｂに光ビームが出射される。
今、鍵＃３が押下されたとすると、そのシャッタ１ａは発光ヘッド２０ａ３と受光ヘッド２０ｂ４の間を通過してビームに干渉する。これにより、受光ヘッド２０ｂ４が接続されたフォトトランジスタＰＴｒ２が受光する光の量が減少し、フォトトランジスタＰＴｒ２は信号を出力する。
【００４２】
鍵＃３が押下されることにより、ＬＥＤｂが光パルスを発したタイミングでフォトトランジスタＰＴｒ２が信号を出力するから、まず、表１に示す発光ヘッド２０ａ３〜７５が特定される。次に、フォトトランジスタＰＴｒ２が信号を出力したことにより、表２に示す受光ヘッド４〜２４が特定される。ここで、隣接する一対の発光ヘッド２０ａおよび受光ヘッド２０ｂ間のビームが遮られることにより、フォトトランジスタＰＴｒ２が信号を出力したのであるから、表１および表２により隣接したものを探すと、発光ヘッド２０ａ３と受光ヘッド２０ｂ４しか存在しない。これにより、発光ヘッド２０ａ３と受光ヘッド２０ｂ４の間の鍵＃３が特定され、キーセンサは、鍵＃３による押鍵がなされたことを示すキーコードとともに、フォトトランジスタＰＴｒ２が信号を出力したタイミングで例えばキーオン信号を出力する。
【００４３】
上記構成のキーセンサにおいては、上述したようなキースキャンを行うことにより、各センサヘッド２０に接続する光ファイバ２５が１本であっても全ての鍵を別個に検出することができる。したがって、光ファイバ２５の本数が従来の半分となり、キーセンサの組立作業や保守点検作業を大幅に低減することができる。
また、光ファイバ２５の光軸に線対称となるようにプリズム２１，２１を形成しているので、光ファイバ２５から発した光が均等に両側へ振り分けられるとともに、両隣の発光ヘッド２０ａから受光したビームが光ファイバ２５へ収束させられる。したがって、上述のようなキースキャン方式が可能になるとともに、光のプリズム２１への入射角が臨界角よりも小さい４８゜以下となるので、光が全反射し、よって、光を有効に利用することができる。
【００４４】
（２）第２の実施の形態
Ａ．第２の実施の形態の構成
次に、図５および図６を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、光ファイバをセンサヘッドに対して離間して設けたファイバサポートに取り付けた点のみが前記実施の形態と異なっている。そこで、以下の説明においては、前記実施の形態と同等の構成要素には同符号を付してその説明を省略する。
図において符号３０はセンサヘッドである。センサヘッド３０はアクリル樹脂などの透明な合成樹脂で外観略矩形状に形成されている。センサヘッド３０の一側は９０゜をなすＶ字状に切り込まれ、その両側には平面視三角形状のプリズム３１，３１が形成されている。また、センサヘッド３０の他側には、凸球面状をなすレンズ３２が形成されている。
【００４５】
次に、フレーム１０には、各センサヘッド３０から離間した発行側ファイバサポート４０と、受光側ファイバサポート５０が交互に配置されている。発光側ファイバサポート４０は矩形状をなす本体４１の一側に、半円柱状をなすレンズ４２を形成して構成されている。発行側ファイバサポート４０の本体４１の他側には、光ファイバ２５が挿入され、光ファイバ２５の端面はレンズ４２に臨んでいる。
【００４６】
また、受光側ファイバサポート５０は矩形状をなす本体５１の一側に、凸球面状をなすレンズ５２を形成して構成されている。受光側ファイバサポート５０の本体５１の他側には、光ファイバ２５が挿入され、光ファイバ２５の端面はレンズ５２に臨んでいる。なお、以下においては、発光側ファイバーサポート４０に対向するセンサヘッド３０を発光ヘッド３０ａと称し、受光側ファイバーサポート５０に対向するセンサヘッド３０を受光ヘッド３０ａと称して説明する。また、各光ファイバ２５は図３および図４に示すように送信部と受信部に接続されており、上述したと同じキースキャンが行われるようになっている。
【００４７】
Ｂ．第２の実施の形態の動作
光ファイバ２５から発せられた光は、発行側ファイバサポート４０のレンズ４２によって縦横が異なる出射角で屈折させられる。すなわち、レンズ４２から出射した光は、縦方向については大きな広がりをもって拡大するが、横方向については内側へ向けて屈折させられるため、広がりは小さい。その結果、レンズ４２を出射した光の横断面は縦長のほぼ楕円形をなす。そして、発行側ファイバサポート４０と発光ヘッド３０ａとの距離、および発光ヘッド３０ａの正面視形状（矩形状）を適宜選定することにより、光が発光ヘッド３０ａに入射するときの断面に発光ヘッド３０ａがほぼ内接するようになっている。したがって、発光ヘッド３０ａに入射する光の横断面は、楕円形の４側がカットされた矩形状をなすことになる。
【００４８】
発光ヘッド３０ａに入射した光は、レンズ３２で屈折してほぼ平行光となってプリズム３１へ向かう。そして、光は、プリズム３１で内面反射（この場合も全反射である）することにより左右に均等に振り分けられ、発光ヘッド３０ａの両側面から平行なビームとなって出射する。図６のドットで示す部分は、発光ヘッド３０ａから出射するビームの横断面であり、縦長の矩形状をなしている。このビームは、受光ヘッド３０ｂに入射するとプリズム３１で内面反射し、レンズ３２で収束させられて発光側ファイバサポート５０のレンズ５２に入射する。そして、レンズ５２でさらに収束させられて光ファイバ２５の端面に入射する。
【００４９】
上記構成の光センサにあっては、鍵が押下されてシャッタ１ａがビームの光路に進入すると、前述したと同様に間欠的に発生するビームにシャッタ１ａが干渉する。これにより、受光側ファイバサポート５０の光ファイバ２５が接続されたフォトトランジスタの受光量が低下し、フォトトランジスタが出力する電流が受光量に応じて低下する。このビームの後に次のビームが発せられる間隔は極めて短いから、実質的にはビームは連続して発せられるのと同じである。したがって、下降するシャッタ１ａにより、フォトトランジスタが受光する光の量が連続的に減少してゆく。
【００５０】
このように、シャッタ１ａがビームの光路中を横断しているときは、フォトトランジスタが受光する光の量が連続的に減少し、フォトトランジスタの出力電流がその都度減少してゆく。したがって、このキーセンサでは、フォトトランジスタの出力電流の時間的変化に基づいて、シャッタ１ａすなわち鍵１の位置の時間的変化を求めることができ、これにより押鍵速度を求めることができる。
特に、この実施の形態では、発光側ファイバサポート４０のレンズ４２によって光の断面形状が縦長の楕円形とされ、しかも、発光ヘッド３０ａに達するまでに大きく拡大させられるから、ビームの縦方向長さを充分に確保して上昇端から下降端までの鍵の動きの全域にわたって鍵の動作を精密に検出することができる。しかも、ビームが矩形状であるため鍵の移動量に対するフォトトランジスタの出力信号が線形となるから、出力信号の取扱を容易にすることができる。
【００５１】
（３）第３の実施の形態
Ａ．光センサの構成
次に、図７を参照して本発明の第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態は、光センサをフォトインタラプタと同等に構成したことを特徴としている。図７に示すように、発光ヘッド６０は外観略矩形状をなし、その一側は９０゜をなすＶ字状に切り込まれて両側に平面視三角形状のプリズム６１，６１が形成されている。また、発光ヘッド６０の左右の側部には、凸球面状をなすレンズ６２が形成されている。発光ヘッド６０のプリズム６１，６１と反対側の側部には、発光素子６４を有する基体６３が埋設されている。基体６３の一側には円錐状の反射面６３ａが形成され、反射面６３ａの底部に発光素子６４が固定されている。なお、図中符号６５は発光素子６４に接続されたリード線である。
【００５２】
次に、受光ヘッド７０は、発光ヘッド６０と同等に形成されたプリズム７１，７１およびレンズ７２を有している。受光ヘッド７０のプリズム７１，７１と反対側の側部には、フォトトランジスタ等の受光素子７４を有する基体７３が埋設されている。受光素子７３の一側には円錐状の集光面７３ａが形成され、反射面７３ａの底部に受光素子７４が固定されている。なお、図中符号７５は受光素子７４に接続されたリード線である。
【００５３】
上記のように構成された発光ヘッド６０および受光ヘッド７０は、図１に示すものと同様にフレームに交互に配置される。なお、このような構成の発光ヘッド６０および受光ヘッド７０の本体は、可視光カットフィルター付の樹脂で形成した方が外乱光の影響を防止する上で望ましい。また、各発光ヘッド６０と受光ヘッド７０のリード線６５，７５は、マトリクススイッチを構成するように配線される。なお、マトリクススイッチについては後に詳述する。そして、リード線６５から電流を供給することにより発光素子６４が発光し、発せられた光の大部分はプリズム６１，６１へ直接向かい、光の一部は反射面６３ａに反射してからプリズム６１，６１へ向かう。そして、プリズム６１，６１で内面反射した光はレンズ６２，６２へ向かい、レンズ６２から出射する際に屈折してほぼ平行なビームとなる。
【００５４】
発光ヘッド６０から出射したビームは、受光ヘッド７０のレンズ７２に入射して屈折し、収束しながらプリズム７１で内面反射して受光素子７４に収束する。このとき、受光素子７４は、プリズム７１から直接入射した光のみならず、集光面７３ａで反射された光も受光する。受光素子７４は、受けた光の量に対応する強さの電流を発生する。そして、シャッタ１ａによってビームが遮られると、受光素子７４が発生する電流に変化が生じ、この電流の変化が信号としてリード線７５から出力される。
【００５５】
このような光センサにおいても前述した実施の形態における光センサと同等の作用、効果を奏する。特に、この光センサにおいては、発光ヘッド６０に発光素子６４を内蔵し、受光ヘッド７０に受光素子７４を内蔵しているから、光の減衰が少なく光りをさらに効率よく利用することができるとともに、マトリクススイッチの配線をプリント基板で構成することができるので、組立作業をさらに簡略化することができる。
【００５６】
次に、図８は図７に示す発光ヘッド６０の変更例を示すものであり、この発光ヘッド６０ａは、図７に示すレンズ６２を有していない点においてのみ発光ヘッド６０と異なっている。このような発光ヘッド６０ａでは、レンズを有していないため、発光ヘッド６０ａから出射される際に拡大方向に屈折されるとともに、プリズム６１で反射した光が発光ヘッド６０ａから出射した後も拡大するから、図９に示すような黒色の光を通さないケーシング８０に収納することが望ましい。ケーシング８０は正面視コ字状をなし、フレーム１０に一定間隔で配列される。ケーシング８０の直立した一側には、発光ヘッド６０ａが内蔵され、他側には、図８に示す発光ヘッド６０ａの発光素子６４を受光素子に代えた受光ヘッド６０ｂが内蔵されている。
【００５７】
発光ヘッド６０ａの側方には、図１０（Ｃ）に示すように、ケーシング８０の壁部の一部を除去したスリット８０ａが形成されており、発光ヘッド６０ａが発する光に絞りをかけるようになっている。また、受光ヘッド６０ｂの側方にもスリット８０ａが形成され、スリット８０ａの開口面積に対応する一定の量の光が受光ヘッド６０ｂに受光されるようになっている。そして、押鍵によりシャッタ１ａが下降して受光ヘッド６０ｂが受けるビームが遮られると、受光素子が発生する電流が低下し、この電流の変化が信号として出力される。
【００５８】
なお、図１０（Ａ）に示すように、ケーシングに図７に示す発光ヘッド６０と受光ヘッド７０とを内蔵することもできる。この場合、発光ヘッド６０から発せられる光は平行なビームであるので、図１０（Ｂ）に示すように、ケーシング８０の側部を開放することもできる。
また、図１１に示すように、ケーシング８０にＬＥＤ９０とフォトトランジスタ９５を内蔵することもできる。ＬＥＤ９０は、基板９１の両面に、図７に示すものと同等の発光素子９２を有する基体９３，９３を配置し、基体９３の周囲にレンズ９４を形成して構成されている。また、２つの発光素子９２，９２は、一対のリード線９１ａ，９１ａに接続されている。これにより、リード線９１ａに電流を供給すると、この電流が２つの発光素子９２，９２に供給されて発光素子９２，９２が発光し、その光がレンズ９４で内側に屈折されて一定方向に絞られて出射する。
【００５９】
また、フォトトランジスタ９５は、ＬＥＤ９０と同様に、基板９６の両面に、受光素子９７を有する基体９８，９８を配置し、基体９８の周囲にレンズ９９を形成して構成されている。また、２つの受光素子９７，９７は、一対のリード線９６ａ，９６ａに接続されている。これにより、ＬＥＤ９０が発した光を受光素子９７が受けると、受光素子９７は受けた光の量に対応する電流を発生する。そして、ケーシング８０のスリット８０ａによって絞られた光路をシャッタが遮ると、受光素子９７が受ける光の量が変化し、これにより、受光素子９７が発生する電流に変化が生じて信号として出力される。
【００６０】
Ｂ．マトリクススイッチの構成
次に、図１２を参照して図７ないし図１１に示す光センサによって構成したマトリクススイッチについて説明する。図１２では、光センサをフォトインタラプタを示すシンボルで表し、シンボル中の○印は発光ヘッド、これに対向する矩形部分を受光ヘッドとした。また、光センサは実際には図９に示すように直線状に並べられているが、マトリクススイッチとして表現するために、縦線と横線に掛け渡すように斜めに配置して示した。そのため、発光ヘッドは４つの方向の２つに対してビームを出射し、受光ヘッドは４つの方向の２つからビームを受けるように記載した。
【００６１】
また、図１２のマトリクスを構成する横線は、各光センサの発光ヘッドのリード線の一方が接続された入力回路を示し、縦線は受光ヘッドのリード線が接続された出力回路を示す。なお、発光ヘッドの他方のリード線は接地され、受光ヘッドの他方のリード線は光電流を供給する電源に接続されている。また、横線と縦線との交差部に鍵盤番号を付し、交差部から突出した斜めの線によって当該鍵盤番号に対応するシャッタを示した。また、特定の発光ヘッドまたは受光ヘッドを指す場合には、発光ヘッド３というように、その右隣に位置するシャッタに対応する鍵盤番号を付して説明する。
【００６２】
図１２に示すように、このキーセンサは、マトリクスの横線で示される出力回路ａ〜ｌ（１２個）にキースキャン信号を出力する送信部Ｔｒと、縦線で示される入力回路１〜８から押鍵を示す信号が入力される受信部Ｒｅとを備えている。キースキャン信号は、一定の極めて短い周期を持ったパルス電流であり、出力回路ａから出力回路ｌまで間断なく順番に繰り返し出力される。
【００６３】
各出力回路ａ〜ｌには、４個または３個の発光ヘッドのリード線が接続されている。すなわち、出力回路ａには、２オクターブづつ離れた４つの発光ヘッド１，２５，４９，７３のリード線が接続されている。また、出力回路ｂには、２オクターブづつ離れた４つの発光ヘッド３，２７，５１，７５のリード線が接続されている。このように、発光ヘッドは２オクターブづつ飛んで出力回路ａ〜ｌに接続され、表１に示すものと同一の結線が構成されている。なお、入力回路ａからｉまでは、それぞれ４つの発光ヘッドのリード線が接続され、入力回路ｊからｌまでは、それぞれ３つの発光ヘッドのリード線が接続されている。
【００６４】
次に、各入力回路１〜８には、６個または４個の受光ヘッド２０のリード線が接続されている。すなわち、入力回路１には、鍵盤番号で４づつ離れた６つの受光ヘッド２，６，１０，１４，１８，２２のリード線が接続されている。また、入力回路２には、鍵盤番号で４づつ離れた６つの受光ヘッド４，８，１２，１６，２０，２４のリード線が接続されている。このように、発光ヘッドは、鍵盤番号で４つ飛びで入力回路１〜８に接続され、表２に示すものと同一の結線が構成されている。
以上のように、このキーセンサのマトリクススイッチは、図４に示す第１の実施の形態のマトリクススイッチと同じ結線により構成されており、第１の実施の形態と同等に動作する。
【００６５】
（４）変更例
▲１▼図１０に示すケーシング８０に、図１、図７および図８に示す発光ヘッドおよび受光ヘッドを収容して使用することができる。
▲２▼図１１に示すＬＥＤ９５とフォトトランジスタ９５をケーシング８０に内蔵しないで用いることができる。
▲３▼図５に示すファイバサポートに、図７または図８に示す基体６３または７３を埋設することができる。
▲４▼シャッタ１ａにスリットを形成してビームを２点検出式に構成することができる。すなわち、シャッタ１ａの縁部がビームを遮った後に、スリットをビームが通過し、その後、スリットの縁部がビームを再び遮るように構成することができ、これにより、２回目にビームが遮られる時刻と１回目にビームが遮られる時刻から押鍵速度を算出することができる。
▲５▼ビームをシャッタの進行方向に沿って２列設けることができる。そのために、上記構成の光センサを２列設けることができ、発光ヘッドに光ファイバの端部や発光素子などの発光部を２つ設けるとともに、受光ヘッドに光ファイバの端部やフォトトランジスタなどの受光部を２つ設けることができる。さらに、この場合にも、シャッタにスリットを形成して４点検出式に構成することができる。
▲６▼プリズムは光を内面反射するように構成したが、その傾斜面に反射被膜をコーティングすることにより、入射角によらず光を全反射させるように構成することができる。
▲７▼上述した実施形態における発光手段（発光ヘッド）あるいは受光手段（受光ヘッド）のうちの何れか一方において、従来技術に示す構成を採用するようにしても、部品点数を削減できるという効果は得られる。
▲８▼上述した実施形態においては、１２×８のマトリクススイッチを構成したが、行の数および列の数は如何なる値でもよく、１つの発光手段から出射された２つの光を異なる受光手段で受光するようにさえすれば、複数の発光手段と複数の受光手段とを複数の鍵にどのように割り付けるかは任意に変更可能である。
▲９▼本発明は、鍵の動作を検出するキーセンサのみならず、ハンマの動作を検出するハンマセンサにも適用することができる。たとえば、ハンマシャンクあるいはキャッチャシャンクにシャッタを取り付け、押鍵に応じて回動するシャッタがビームを遮るように構成することができる。加えて、楽器に限らず他分野にも適用可能である。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明の情報出力装置においては、１つの発光手段とその両側に配置した受光手段によって２つの対象物を検出することができるので、光ファイバや電気配線の数を大幅に低減することができる（請求項１）。
また、請求項１に記載の構成に用いることにより、光ファイバや電気配線の数を大幅に低減した演奏情報出力装置を構成することができる（請求項２，５）、さらに、光を有効に使用することができる（請求項３）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のキーセンサを示す下面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】第１の実施の形態における光ファイバの接続状態を示す図である。
【図４】本発明のキーマトリクスを説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態のキーセンサを示す平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態である光センサを示す平面図である。
【図８】図７に示す発光ヘッドの変更例を示す平面図である。
【図９】図７に示す光センサをケーシングに収容して配列した状態を示す正面図である。
【図１０】（Ａ）はケーシングの内部を示す断面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）はケーシングの他の例を示す側面図である。
【図１１】図１０（Ａ）に示す光センサの変更例を示す断面図である。
【図１２】図７ないし図１１のずれかに示す光センサでマトリクススイッチを構成した結線状態を示す図である。
【図１３】従来の機械式スイッチを示す側面図である。
【図１４】従来の機械式スイッチの他の例を示す側面図である。
【図１５】従来のフォトインタラプタを用いた光センサを示す正面図である。
【図１６】従来のファイバセンサを用いた光センサを示す平面図である。
【図１７】従来の機械式スイッチでマトリクススイッチを構成した場合の結線状態を示す図である。
【図１８】従来のフォトインタラプタでマトリクススイッチを構成した場合の結線状態を示す図である。
【図１９】従来のファイバセンサでマトリクススイッチを構成した場合の結線状態を示す図である。
【符号の説明】
１…鍵、１ａ…シャッタ（対象物）、２０…センサヘッド、
２０ａ…発光ヘッド（発光手段）、２０ｂ…受光ヘッド（受光手段）、
２５…光ファイバ、２１ａ…傾斜面（反射部）、６４…発光素子、
７４…受光素子、９０…ＬＥＤ（発光素子）、
９５…フォトトランジスタ（受光素子）。
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば鍵盤楽器における鍵やハンマの動作を検出して信号を出力する信号出力装置およびこれに用いる光センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より自動演奏ピアノや消音演奏ピアノなどの鍵盤楽器が提供されており、このような鍵盤楽器では、演奏中の鍵やハンマの動作を検出して信号を出力する演奏情報出力装置を備えている。そして、演奏情報出力装置が出力する信号は、自動演奏ピアノでは、再生演奏時に鍵を駆動するための演奏データとしてフロッピイディスク等の記録手段に記録され、消音演奏ピアノでは、スピーカやヘッドホンから楽音を電子的に発生させるために用いられる。
【０００３】
従来、上記のような演奏情報出力装置としては、図１３および図１４に示すように、鍵１を回動自在に支持する棚板２の上面に機械式スイッチ３（または４）を各鍵１毎に配置したものが知られている。図１３に示す機械式スイッチ３は、ゴム接点と呼ばれるもので、内部が中空とされた本体３ａの内部に接点３ｂ，３ｂを配置し、鍵１が押下されると本体３ａが上下方向に圧縮されて接点３ｂ，３ｂが接触して電気的信号を出力するようになっている。
また、図１４に示す機械式スイッチ４はリーフスイッチと呼ばれるもので、鍵１が押下されると上側の接点４ａが撓んで下側の接点４ｂに接触して電気的信号を出力するようになっている。
【０００４】
また、上記のような機械式スイッチに代えて光センサを用いたキーセンサも供給されている。図１５は、フォトインタラプタ５を用いてキーセンサを構成した例であって演奏者側から見た図である。フォトインタラプタ５は、正面視コ字状をなす本体の相対向する壁部の一方にＬＥＤ５ａを収容し、他方の壁部にＬＥＤ５ａが発するビームを受光するフォトトランジスタ５ｂを収納したものである。一方、鍵１の下面には、シャッタ１ａが取り付けられており、鍵１が押下されることによりシャッタ１ａがビームを横断する。これによって、フォトトランジスタ５ｂが出力する電流に変化が生じ、この電流の変化が信号として出力されるようになっている。
【０００５】
さらに、図１６は本出願人によって開発されたファイバセンサを用いたキーセンサを示す図である。このファイバセンサは、図１５に示すものと同様のシャッタ１ａに対して交互に配置されたセンサヘッド６と、センサヘッド６に挿入された光ファイバ７とを備えている。センサヘッド６の２つの角部にはプリズム６ａと凸レンズ６ｂとが形成され、プリズム６ｂは光ファイバ７の光軸に対して４５゜傾斜させられている。また、光ファイバ７の自由端の端面はＬＥＤとフォトトランジスタ（図示略）にそれぞれ対向させられている。
【０００６】
この構成のもとに、光ファイバ７の端面から出射されたビームは、プリズム６ａにおいて内面反射して凸レンズ６ｂへ向かい、凸レンズ６ｂから出射する際に屈折してほぼ平行光となる。また、隣接するセンサヘッド６へ向かうビームはその凸レンズ６ｂに入射して収束させられ、プリズム６ａで内面反射して光ファイバ７の端面に入射する。そして、押鍵によりシャッタ１ａが図中紙面と直交する方向へ移動すると、シャッタ１ａがビームを横断し、これによって、フォトトランジスタｂが出力する電流に変化が生じて信号として出力されるようになっている。
【０００７】
以上が従来の演奏情報出力装置のうち鍵の操作を検出するキーセンサの構成であり、演奏情報出力装置は、いずれの機械式スイッチや光センサからの信号を受信したかにより当該押鍵に係る鍵を検出するようになっている。
ところで、ピアノには鍵が８８個あるため、全ての光センサ等の出力を各キーセンサ毎に設けた受信用ポートから個別に入力するようにすると、受信用ポートが８８個必要となって装置が極めて複雑となる。そこで、従来においては、光センサ等への入力系統と出力系統を分けてマトリクススイッチを構成してキースキャンを行うようにしている。
【０００８】
図１７は、図１３または図１４に示す機械式スイッチ３または４（以下、スイッチと略称する）によってマトリクススイッチを構成した例を示す図である。図１７のマトリクススイッチを構成する横線は、各スイッチの一方の端子が接続された入力回路を示し、縦線は他方の端子が接続された出力回路を示す。また、横線と縦線との交差部に鍵の鍵盤番号を付して各鍵盤番号に対応するスイッチの配置を示している。
【０００９】
ここで、ピアノの音は鍵盤番号＃１から＃１２までが（Ａ）の音から（Ｇ＃）の音までであり、これらの音をひとまとめにして１オクターブと称すると、ピアノでは８オクターブの音まである。図１７に示したマトリクススイッチでは、同じオクターブに属するスイッチを縦線に沿って配置して示し、同じ音の種類（Ａ，Ａ＃，…，Ｇ＃）に属するスイッチを横線に沿って配置して示している。なお、１２種類の音に対して８オクターブとすると、全部で９６個の音が存在することになるが、実際には、ピアノの８オクターブでは（Ａ）から（Ｃ）までの４つの音だけであり、ピアノの鍵盤番号は＃８８までである。よって、図１７には、鍵盤番号＃８８のスイッチまで記載した。また、説明の便宜上、同じ種類の音に属することを指す際に、ノートナンバーａ（Ａ）、ノートナンバーｂ（Ａ＃）（ノートナンバーａ〜ノートナンバーｌ）などと称することにする。
【００１０】
さて、このキーセンサは、マトリクススイッチの横線で示される入力回路にキースキャン信号を出力する送信部Ｔｒと、縦線で示される出力回路から信号が入力される受信部Ｒｅとを備えている。キースキャン信号は、一定の極めて短い周期を持ったパルス電流であり、ノートナンバーａに属する入力回路からノートナンバーｌに属する入力回路まで重複することなく順番に繰り返し出力される。
今、鍵盤番号＃３の鍵が押下されたとすると、この鍵に設けられたスイッチが押されて導通状態となる。そして、スイッチが導通している間に、キースキャン信号のうちノートナンバーｃの入力端子に対して出力するものが巡ってくると、その瞬間に、その信号が１オクターブに属する出力回路から受信部Ｒｅに入力される。そして、受信部Ｒｅは、ノートナンバーｃの入力端子への出力タイミングで１オクターブの出力端子から信号が入力されたことにより、押下された鍵が鍵盤番号＃３のものであることを検出する。
このように、この演奏情報出力装置では、受信部Ｒｅが信号を入力したタイミングが示すノートナンバーと、信号を入力した出力端子が示すオクターブとによって押下された鍵を検出することができる。また、スイッチが導通状態になるタイミングと、受信部Ｒｅに信号が入力されるタイミングにずれが生じるが、そのずれは極めて短時間であるため何ら支障は生じない。
【００１１】
次に、図１８は図１５に示すフォトインタラプタによってマトリクススイッチを構成した例を示す。この図に示すマトリクススイッチは、図１７のスイッチをフォトインタラプタ５に代えたものであり、キースキャンの動作も図１７に示すものと同じである。
また、図１９は、図１６に示すファイバセンサ６によってマトリクススイッチを構成した例であって、直線状に配置されたファイバセンサ６を１オクターブ毎に行を変えてマトリクス状に配置した状態を示す。この例では、送信部にＬＥＤがノートナンバーａからノートナンバーｌまで１２個設けられ、受信部にフォトトランジスタＰＴｒが１オクターブから８オクターブまで８個設けられている。なお、ファイバセンサどうしの中間に付した数字は、これらファイバセンサによって検出される鍵の鍵盤番号を示す。
【００１２】
図１９に示すように、各ファイバセンサの受光側の光ファイバは、オクターブ毎に束ねられてそれらの端面を受信部のフォトトランジスタＰＴｒに対向させている。各オクターブには、１２個のノートナンバーが存在するから、各フォトトランジスタＲＴｒにはそれぞれ１２本の光ファイバの端面が対向している。ただし、鍵盤番号は＃８８までであるため、８オクターブに属するフォトトランジスタＲＴｒに対向する光ファイバは４本である。
また、各ファイバセンサの発光側の光ファイバは、ノートナンバー毎に束ねられて送信部のＬＥＤにそれらの端面を対向させている。鍵盤番号は１オクターブから８オクターブまであるから、各ＬＥＤにはそれぞれ８本の光ファイバの端面が対向している。ただし、鍵盤番号は＃８８までであるため、ノートナンバーｅからノートナンバーｌまでに属するＬＥＤに対向する光ファイバはそれぞれ７本である。
【００１３】
このキーセンサでは、送信部のＬＥＤからキースキャン信号が出力される。キースキャン信号は、一定の極めて短い周期を持った光パルスであり、ノートナンバーａに属するＬＥＤからノートナンバーｌに属するＬＥＤまで重複することなく順番に繰り返し出力される。１つのＬＥＤから光パルスが発せられると、この光パルスは８つの発行側の光ファイバを伝達して各ファイバセンサに送られる。そして、隣接するファイバセンサに送られた光パルスのビームは、受光側の光ファイバを伝達して１オクターブから８オクターブまでに属する各フォトトランジスタＰＴｒに受光され、各フォトトランジスタＰＴｒは受けた光の量に対応する電流を発生する。
【００１４】
今、鍵盤番号＃２の鍵が押下されたとすると、この鍵に設けられたシャッタ１ａが２つのファイバセンサ６，６の間に移動する。そして、シャッタ１ａがビームの光路上に位置している間に、キースキャン信号のうちノートナンバーｂの発光側光ファイバに対して出力するものが巡ってくると、１オクターブに属するフォトトランジスタＰＴｒに受光されるべきビームがシャッタ１ａによって遮られ、このフォトトランジスタＰＴｒが出力する電流が小さくなる。そして、受信部は、ノートナンバーｂの発行側光ファイバへの出力タイミングで、１オクターブに属するフォトトランジスタＰＴｒの出力電流が所定の閾値を下回ったことにより、押下された鍵が鍵盤番号＃２のものであることを検出する。
【００１５】
このように、このキーセンサでは、特定のフォトトランジスタＰＴｒの出力電流が所定の閾値を下回ったタイミングが示すノートナンバーと、当該フォトトランジスタが属するオクターブとによって押下された鍵を検出することができる。また、上記のようなキーセンサをシャッタの進行方向に沿って２列配置することにより、シャッタが最初のビームを遮った時刻と次のビームを遮った時刻から、押鍵速度を算出するようにしたものも提供されている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなファイバセンサを用いてキースキャンを行うキーセンサにおいても、以下のような改善点があった。
▲１▼ファイバセンサが８８個必要であるため発行側と受光側とでそれぞれ８８本もの光ファイバを必要とし、特に、キーセンサを２列配置した構成では、光ファイバの本数が倍になる。このため、ファイバセンサ等の組付け作業に多くの労力を必要とし、保守点検作業も煩雑となる。もちろん、機械式スイッチを用いてキースキャンを行う演奏情報出力装置においても、配線作業や保守点検作業が煩雑になるという同じ課題がある。
▲２▼ファイバセンサのプリズムは光を内面反射する構成であるため、入射した光のうち臨界角以内の角度で入射したものだけを反射する。上記構成のファイバセンサでは、光ファイバから発せられた光が拡大しながらプリズムに達するため、光の一部が臨界角を越える入射角でプリズムに入射する。よって、光の一部しか使用されないために効率が悪いという欠点がある。
【００１７】
よって、本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、光ファイバや電気配線の数を大幅に低減することができる信号出力装置を提供することを目的としている。また、本発明は、光を有効に使用することができる光センサを提供することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１に記載の信号出力装置は、発光手段から出射したビームを受光手段に入射させる光路を有しており、上記発光手段と上記受光手段との間にある光路を移動体が遮ったか否かを検出し、該検出に応じた信号を出力する信号出力装置において、上記発光手段に光を発生させるための信号を出力する送信部と、上記受光手段が受光した光を信号として受信する受信部とを設け、上記発光手段は、１つの発光部から２つの移動体に対して光を出射し、上記受光手段は、２つの発光手段から出射された光を１つの受光部で受光し、上記発光手段と上記受光手段とを複数交互に配設するとともに、１つの発光手段から出射された２つの光を異なる受光手段で受光するように配設し、上記送信部は、複数の発光手段について各々異なるタイミングで発光させるようにしたことを特徴としている。
【００１９】
請求項２に記載の光センサは、発光部と、該発光部と離間した位置に設けられた受光部と、上記発光部から出射された光を上記受光部に入射させる光路上に並設され、光を透過する複数のセンサヘッドとを備え、該センサヘッド間の光路を移動体が遮ったか否かを検出する光センサであって、上記センサヘッドは、光を透過する部材によって略矩形状に形成されており、両隣に設けられたセンサヘッドと対向する２つの側面と、上記発光部または上記受光部と対向する１の面と、上記１の面と対向する面をＶ字状に切り欠いて形成された１対の反射面とを有し、上記発光部から出射され、上記１の面の側から入射された光を上記１対の反射面により内面反射させて上記２つの側面から両隣のセンサヘッドに向けて出射する一方、両隣のセンサヘッドの側面から出射され、上記２つの側面から各々入射された光を上記１対の反射面により内面反射させて上記１の面の側に出射し、上記受光部に入射させることを特徴としている。
【００２０】
請求項３に記載の光センサは、請求項２において、前記１対の反射面が、前記発光部から発せられた光を両側へほぼ均等に内面反射させることを特徴としている。
【００２１】
請求項４に記載の光センサは、請求項２または３において、前記センサヘッドに、前記一対の反射面の境界部へ向けて光を出射する発光素子か、または、センサヘッドの両側から入射して上記１対の反射面で内面反射した光を受光する受光素子を設けたことを特徴としている。
【００２２】
請求項５に記載の光センサは、請求項２または３において、前記センサヘッドに、前記一対の反射面の境界部へ向けて光を出射するか、または、センサヘッドの両側から入射して上記１対の反射面で内面反射した光を受光する光ファイバの端部を設けたことを特徴としている。
【００２３】
請求項６に記載の光センサは、発光手段と受光手段とを互いに離間して交互に設け、前記発光手段に、電流が供給されることによりその両隣に配置された受光手段へ向けて光を発する一対の発光素子を設け、上記受光手段に、その両隣に配置された上記発光手段からの光を受けることにより電気的信号を出力する一対の受光素子を設けたことを特徴としている。
【００２４】
請求項１に記載の信号出力装置にあっては、発光手段は１つの発光部から２つの移動体に対して光を出射し、受光手段は２つの発光手段から出射された光を１つの受光部で受光するが、１つの発光手段から出射された２つの光を異なる受光手段で受光するように発光手段と受光手段を配設するとともに、複数の発光手段を各々異なるタイミングで発光させるようにした。これにより、発光手段から受光手段へ向かう光が遮られたタイミングによって当該光を発した発光手段が特定されるとともに、そのタイミングで受光可能な複数の受光手段のうち実際に受光した受光手段が何れであるかによって受光手段が特定できる。
【００２５】
また、請求項２に記載の光センサにあっては、発光部から発せられた光がほぼＶ字状をなして隣接する反射部で両側へ振り分けるように内面反射するから、１つの発光部の光を２つの方向へ出射させることができる。また、２つの発光部から入射した光を１つの受光部へ受光させることができる。よって、この光センサを請求項１に記載の構成に用いることにより、光ファイバや電気配線の数を大幅に低減した演奏情報出力装置を構成することができる。
また、請求項３に記載の光センサにあっては、発光部から発せられた光の光軸は反射部どうしの二等分線にほぼ一致するから、各反射部へ入射する光の入射角が小さい。よって、反射部どうしのなす角度を適宜設定することにより、反射部へ入射する光の入射角を臨界角以下にして全反射させることができるので、光を有効に使用することができる。
【００２６】
さらに、請求項６に記載の光センサにあっても、一対の発光素子が発する光を両側に向かわせることができ、また、両側の発光素子が発する光を一対の受光素子で受けることができるので、請求項１に記載の構成に用いることにより、光ファイバや電気配線の数を大幅に低減した演奏情報出力装置を構成することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（１）第１の実施の形態
Ａ．キーセンサの構成
以下、図１ないし図４を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は実施の形態のキーセンサ（演奏情報出力装置）を示す下面図であり、このキーセンサは、自動演奏ピアノや消音演奏ピアノなどの鍵盤楽器の鍵盤の下側に取り付けられるようになっている。図１において符号１０は長尺の板状をなすフレームであり、その長手方向を鍵盤楽器の幅方向へ向けて配置される。フレーム１０には、複数のスリット１１，…が各鍵１の位置に形成されている。そして、押鍵が行われると鍵１の演奏者側の端部が下降し、鍵１の下面に取り付けたシャッタ１ａがスリット１１内に挿入されるようになっている。
【００２８】
フレーム１０にはセンサヘッド２０がスリット１１，１１の中央に位置して固定されている。センサヘッド２０は、アクリル樹脂などの透明な合成樹脂で外観略矩形状に形成されている。センサヘッド２０の一側は９０゜をなすＶ字状に切り込まれ、その両側には平面視三角形状のプリズム２１，２１が形成されている。また、センサヘッド２０のスリット１１側の側部には、凸球面状をなすレンズ２２が形成されている。プリズム２１，２１の傾斜面（反射部）の交差部は、レンズ２２の直径線上に位置している。さらに、センサヘッド２０の他側中央部には、光ファイバ２５が挿入されている。光ファイバ２５は、アクリル樹脂などの透明な合成樹脂で形成された直径０．５ｍｍ程度の１本の線材で構成され、その光軸は、傾斜面２１ａ，２１ａの二等分線とほぼ一致している。
【００２９】
各光ファイバ２５の自由端の端面は、ＬＥＤとフォトトランジスタＰＴｒ（図３参照）とに交互に対向させられている。これにより、ＬＥＤが発する光は、光ファイバ２５を伝達してセンサヘッド２０の内部へ出射する（以下、このセンサヘッド２０を発光ヘッド２０ａと称する）。そして、出射した光は、発光ヘッド２０ａのプリズム２１で内面反射してレンズ２２へ向かい、平行なビームとなってレンズ２２から出射する。このビームは、隣接するセンサヘッド２０（以下、このセンサヘッド２０を受光ヘッド２０ｂと称する）のレンズ２２に入射し、レンズ２２で収束させられつつプリズム２１で反射して光ファイバ２５の端面に入射する。入射した光は光ファイバ２５を伝達してフォトトランジスタＰＴｒに受光され、フォトトランジスタＰＴｒは受光した光の量に対応する電流を出力する。
【００３０】
このように、この実施の形態のキーセンサでは、発光ヘッド２０ａと受光ヘッド２０ｂが交互に配置され、１つの受光ヘッド２０ｂによってその両側の鍵１の押鍵を検出するようになっている。そのために、光ファイバ２５によりマトリクススイッチを構成してキースキャンを行うように構成されている。以下、マトリクススイッチの構成について図３および図４を参照して説明する。
【００３１】
Ｂ．マトリクススイッチの構成
図３に示すように、このキーセンサは、図中ａからｌまでの符号を付した１２個のＬＥＤを有する送信部と、１から８までの符号を付した８個のフォトトランジスタＰＴｒを有する受信部とを備えている。なお、以下の説明においてＬＥＤまたはフォトトランジスタＰＴｒのいずれかを特定して指す場合には、「ＬＥＤａ」、「ＰＴｒ１」というようにグループを示す添字を付して説明する。また、発光ヘッド２０ａおよび受光ヘッド２０ｂのいずれかを特定して指す場合には、「発光ヘッド２０ａ１」というように、その右隣に配置された鍵の鍵盤番号を添えて説明する。
【００３２】
各ＬＥＤには、４個または３個の発光ヘッド２０ａの光ファイバが束ねられてそれらの端面が対向させられている。すなわち、ＬＥＤａには、２オクターブづつ離れた４つの発光ヘッド２０ａ１，２０ａ２５，２０ａ４９，２０ａ７３の光ファイバが接続されている。また、ＬＥＤｂには、２オクターブづつ離れた４つの発光ヘッド２０ａ３，２０ａ２７，２０ａ５１，２０ａ７５の光ファイバが接続されている。表１は、図４に示す発光ヘッド２０ａの接続状態をまとめたものである。なお、図４の○印は発光ヘッド２０ａ、●印は受光ヘッド２０ｂを示し、発光ヘッド２０ａと受光ヘッド２０ｂの間の数字は、そこに配置された鍵の鍵盤番号を示す。また、鍵の個数は８８であるため、発光ヘッドは４５個、受光ヘッドは４４個となっている。また、最も右端に位置する発光ヘッド２０ａの番号を８９としたが、鍵盤番号＃８９は存在しない。
【００３３】
【表１】
表１から判るように、ＬＥＤには２オクターブ飛びで発光ヘッド２０ａの光ファイバが接続され、次のＬＥＤには、前者に対して２つづつずれた発光ヘッド２０ａの光ファイバが接続されている。また、ＬＥＤａからＬＥＤｉまでは、それぞれ４つの発光ヘッド２０ａの光ファイバが接続され、ＬＥＤｊからＬＥＤｌまでは、発光ヘッド２０ａが＃８９までであることから、それぞれ３つの発光ヘッド２０ａの光ファイバが接続されている。したがって、前述のように、発光ヘッド２０ａの光ファイバは全部で４５本となっている。
【００３５】
次に、受光ヘッド２０ｂの光ファイバの接続について説明する。各フォトトランジスタＰＴｒには、６個または４個の受光ヘッド２０ｂの光ファイバが束ねられてそれらの端面が対向させられている。すなわち、フォトトランジスタＰＴｒ１には、鍵盤番号で４づつ離れた６つの受光ヘッド２０ｂ２，２０ｂ６，２０ｂ１０，２０ｂ１４，２０ｂ１８，２０ｂ２２の光ファイバが接続されている。また、フォトトランジスタＰＴｒ２には、鍵盤番号で４づつ離れた６つの受光ヘッド２０ｂ４，２０ｂ８，２０ｂ１２，２０ｂ１６，２０ｂ２０，２０ｂ２４の光ファイバが接続されている。表２は、図４に示す受光ヘッド２０ｂの接続状態をまとめたものである。
【００３６】
【表２】
表２から判るように、フォトトランジスタＰＴｒには４つ飛びで受光ヘッド２０ｂの光ファイバが接続され、次のフォトトランジスタＰＴｒには、前者に対して２つづつずれた受光ヘッド２０ｂの光ファイバが接続されている。また、フォトトランジスタＰＴｒ１からＰＴｒ６までは、それぞれ６つの受光ヘッド２０ｂの光ファイバが接続され、フォトトランジスタＰＴｒ７およびＰＴｒ８は、それぞれ４つの受光ヘッド２０ｂの光ファイバが接続されている。したがって、前述のように、受光ヘッド２０ｂの光ファイバは全部で４４本となっている。
【００３８】
Ｃ．実施の形態の動作
▲１▼センサヘッドの作用
まず、送信部のＬＥＤからキースキャン信号が出力される。キースキャン信号は、一定の極めて短い周期を持った光パルスであり、ＬＥＤａからＬＥＤｌまで間断なく順番に繰り返し出力される。この光パルスは、図１に示すように、光ファイバ２５を伝わって発光ヘッド２０ａ内に出射される。ここで、光ファイバ２５から出射された光は、発光ヘッド２０ａ内で拡大しながらプリズム２１，２１へ入射し、プリズム２１，２１の傾斜面２１ａ，２１ａで内面反射してほぼ均等に左右へ振り分けられる。傾斜面２１ａ，２１ａで内面反射した光はその後も拡大を続けるが、レンズ２２から出射する際に屈折してほぼ平行なビームとなる。このビームの断面は、図２にドットで示すように略半円状をなしている。なお、ビームの断面が完全な半円状をなしていないのは、光ファイバ２５の光軸から半径方向へ離れた箇所から出射した光が、傾斜面２１ａ，２１ａの境界の近傍でレンズ２２の直径線よりも外側へ、すなわち、図１のレンズ２２の中心線よりも下側へ向けて反射するからである。
【００３９】
次に、発光ヘッド２０ａのレンズ２２から出射したビームは、両隣の受光ヘッド２０ｂのレンズ２２，２２に入射し、その際に屈折して収束しながらプリズム２１の傾斜面２１ａで内面反射する。そして、内面反射した光は収束しながら光ファイバ２５の端面に入射し、光ファイバを伝わってフォトトランジスタＰＴｒに受光される。これにより、フォトトランジスタＰＴｒは、受光した光の量に対応する電流を発生する。
【００４０】
ここで、鍵１が押下されると、その鍵１に設けられたシャッタ１ａがスリット１１に挿入され、発光ヘッド２０ａから受光ヘッド２０ｂへ向かうビームの光路に進入してくる。一方、ビームは極めて短い周期で断続的に発生させられるから、シャッタ１ａが光路に進入すると直ちにビームに干渉する。これにより、その受光ヘッド２０ｂが接続されたフォトトランジスタＰＴｒが受光する光の量が減少し、フォトトランジスタＰＴｒが出力する電流が減少する。そして、フォトトランジスタＰＴｒが発生する電流が所定の閾値を下回ることにより、キーセンサは押鍵を検出する。
【００４１】
▲２▼キースキャンの動作
次に、このキーセンサにおけるキースキャンの動作について図４を参照して説明する。なお、以下の説明において、特定の鍵盤番号の鍵を指すときは、鍵＃１というように鍵盤番号を添えて説明する。
送信部のＬＥＤａ〜ｌは、その順番で極めて短い周期で間断なく光パルス信号の出力を繰り返す。１つのＬＥＤａ〜ｌが光パルス信号を出力すると、その光は表１に示す発光ヘッド２０ａに伝達され、発光ヘッド２０ａからその両隣の受光ヘッド２０ｂ，２０ｂに光ビームが出射される。
今、鍵＃３が押下されたとすると、そのシャッタ１ａは発光ヘッド２０ａ３と受光ヘッド２０ｂ４の間を通過してビームに干渉する。これにより、受光ヘッド２０ｂ４が接続されたフォトトランジスタＰＴｒ２が受光する光の量が減少し、フォトトランジスタＰＴｒ２は信号を出力する。
【００４２】
鍵＃３が押下されることにより、ＬＥＤｂが光パルスを発したタイミングでフォトトランジスタＰＴｒ２が信号を出力するから、まず、表１に示す発光ヘッド２０ａ３〜７５が特定される。次に、フォトトランジスタＰＴｒ２が信号を出力したことにより、表２に示す受光ヘッド４〜２４が特定される。ここで、隣接する一対の発光ヘッド２０ａおよび受光ヘッド２０ｂ間のビームが遮られることにより、フォトトランジスタＰＴｒ２が信号を出力したのであるから、表１および表２により隣接したものを探すと、発光ヘッド２０ａ３と受光ヘッド２０ｂ４しか存在しない。これにより、発光ヘッド２０ａ３と受光ヘッド２０ｂ４の間の鍵＃３が特定され、キーセンサは、鍵＃３による押鍵がなされたことを示すキーコードとともに、フォトトランジスタＰＴｒ２が信号を出力したタイミングで例えばキーオン信号を出力する。
【００４３】
上記構成のキーセンサにおいては、上述したようなキースキャンを行うことにより、各センサヘッド２０に接続する光ファイバ２５が１本であっても全ての鍵を別個に検出することができる。したがって、光ファイバ２５の本数が従来の半分となり、キーセンサの組立作業や保守点検作業を大幅に低減することができる。
また、光ファイバ２５の光軸に線対称となるようにプリズム２１，２１を形成しているので、光ファイバ２５から発した光が均等に両側へ振り分けられるとともに、両隣の発光ヘッド２０ａから受光したビームが光ファイバ２５へ収束させられる。したがって、上述のようなキースキャン方式が可能になるとともに、光のプリズム２１への入射角が臨界角よりも小さい４８゜以下となるので、光が全反射し、よって、光を有効に利用することができる。
【００４４】
（２）第２の実施の形態
Ａ．第２の実施の形態の構成
次に、図５および図６を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、光ファイバをセンサヘッドに対して離間して設けたファイバサポートに取り付けた点のみが前記実施の形態と異なっている。そこで、以下の説明においては、前記実施の形態と同等の構成要素には同符号を付してその説明を省略する。
図において符号３０はセンサヘッドである。センサヘッド３０はアクリル樹脂などの透明な合成樹脂で外観略矩形状に形成されている。センサヘッド３０の一側は９０゜をなすＶ字状に切り込まれ、その両側には平面視三角形状のプリズム３１，３１が形成されている。また、センサヘッド３０の他側には、凸球面状をなすレンズ３２が形成されている。
【００４５】
次に、フレーム１０には、各センサヘッド３０から離間した発行側ファイバサポート４０と、受光側ファイバサポート５０が交互に配置されている。発光側ファイバサポート４０は矩形状をなす本体４１の一側に、半円柱状をなすレンズ４２を形成して構成されている。発行側ファイバサポート４０の本体４１の他側には、光ファイバ２５が挿入され、光ファイバ２５の端面はレンズ４２に臨んでいる。
【００４６】
また、受光側ファイバサポート５０は矩形状をなす本体５１の一側に、凸球面状をなすレンズ５２を形成して構成されている。受光側ファイバサポート５０の本体５１の他側には、光ファイバ２５が挿入され、光ファイバ２５の端面はレンズ５２に臨んでいる。なお、以下においては、発光側ファイバーサポート４０に対向するセンサヘッド３０を発光ヘッド３０ａと称し、受光側ファイバーサポート５０に対向するセンサヘッド３０を受光ヘッド３０ａと称して説明する。また、各光ファイバ２５は図３および図４に示すように送信部と受信部に接続されており、上述したと同じキースキャンが行われるようになっている。
【００４７】
Ｂ．第２の実施の形態の動作
光ファイバ２５から発せられた光は、発行側ファイバサポート４０のレンズ４２によって縦横が異なる出射角で屈折させられる。すなわち、レンズ４２から出射した光は、縦方向については大きな広がりをもって拡大するが、横方向については内側へ向けて屈折させられるため、広がりは小さい。その結果、レンズ４２を出射した光の横断面は縦長のほぼ楕円形をなす。そして、発行側ファイバサポート４０と発光ヘッド３０ａとの距離、および発光ヘッド３０ａの正面視形状（矩形状）を適宜選定することにより、光が発光ヘッド３０ａに入射するときの断面に発光ヘッド３０ａがほぼ内接するようになっている。したがって、発光ヘッド３０ａに入射する光の横断面は、楕円形の４側がカットされた矩形状をなすことになる。
【００４８】
発光ヘッド３０ａに入射した光は、レンズ３２で屈折してほぼ平行光となってプリズム３１へ向かう。そして、光は、プリズム３１で内面反射（この場合も全反射である）することにより左右に均等に振り分けられ、発光ヘッド３０ａの両側面から平行なビームとなって出射する。図６のドットで示す部分は、発光ヘッド３０ａから出射するビームの横断面であり、縦長の矩形状をなしている。このビームは、受光ヘッド３０ｂに入射するとプリズム３１で内面反射し、レンズ３２で収束させられて発光側ファイバサポート５０のレンズ５２に入射する。そして、レンズ５２でさらに収束させられて光ファイバ２５の端面に入射する。
【００４９】
上記構成の光センサにあっては、鍵が押下されてシャッタ１ａがビームの光路に進入すると、前述したと同様に間欠的に発生するビームにシャッタ１ａが干渉する。これにより、受光側ファイバサポート５０の光ファイバ２５が接続されたフォトトランジスタの受光量が低下し、フォトトランジスタが出力する電流が受光量に応じて低下する。このビームの後に次のビームが発せられる間隔は極めて短いから、実質的にはビームは連続して発せられるのと同じである。したがって、下降するシャッタ１ａにより、フォトトランジスタが受光する光の量が連続的に減少してゆく。
【００５０】
このように、シャッタ１ａがビームの光路中を横断しているときは、フォトトランジスタが受光する光の量が連続的に減少し、フォトトランジスタの出力電流がその都度減少してゆく。したがって、このキーセンサでは、フォトトランジスタの出力電流の時間的変化に基づいて、シャッタ１ａすなわち鍵１の位置の時間的変化を求めることができ、これにより押鍵速度を求めることができる。
特に、この実施の形態では、発光側ファイバサポート４０のレンズ４２によって光の断面形状が縦長の楕円形とされ、しかも、発光ヘッド３０ａに達するまでに大きく拡大させられるから、ビームの縦方向長さを充分に確保して上昇端から下降端までの鍵の動きの全域にわたって鍵の動作を精密に検出することができる。しかも、ビームが矩形状であるため鍵の移動量に対するフォトトランジスタの出力信号が線形となるから、出力信号の取扱を容易にすることができる。
【００５１】
（３）第３の実施の形態
Ａ．光センサの構成
次に、図７を参照して本発明の第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態は、光センサをフォトインタラプタと同等に構成したことを特徴としている。図７に示すように、発光ヘッド６０は外観略矩形状をなし、その一側は９０゜をなすＶ字状に切り込まれて両側に平面視三角形状のプリズム６１，６１が形成されている。また、発光ヘッド６０の左右の側部には、凸球面状をなすレンズ６２が形成されている。発光ヘッド６０のプリズム６１，６１と反対側の側部には、発光素子６４を有する基体６３が埋設されている。基体６３の一側には円錐状の反射面６３ａが形成され、反射面６３ａの底部に発光素子６４が固定されている。なお、図中符号６５は発光素子６４に接続されたリード線である。
【００５２】
次に、受光ヘッド７０は、発光ヘッド６０と同等に形成されたプリズム７１，７１およびレンズ７２を有している。受光ヘッド７０のプリズム７１，７１と反対側の側部には、フォトトランジスタ等の受光素子７４を有する基体７３が埋設されている。受光素子７３の一側には円錐状の集光面７３ａが形成され、反射面７３ａの底部に受光素子７４が固定されている。なお、図中符号７５は受光素子７４に接続されたリード線である。
【００５３】
上記のように構成された発光ヘッド６０および受光ヘッド７０は、図１に示すものと同様にフレームに交互に配置される。なお、このような構成の発光ヘッド６０および受光ヘッド７０の本体は、可視光カットフィルター付の樹脂で形成した方が外乱光の影響を防止する上で望ましい。また、各発光ヘッド６０と受光ヘッド７０のリード線６５，７５は、マトリクススイッチを構成するように配線される。なお、マトリクススイッチについては後に詳述する。そして、リード線６５から電流を供給することにより発光素子６４が発光し、発せられた光の大部分はプリズム６１，６１へ直接向かい、光の一部は反射面６３ａに反射してからプリズム６１，６１へ向かう。そして、プリズム６１，６１で内面反射した光はレンズ６２，６２へ向かい、レンズ６２から出射する際に屈折してほぼ平行なビームとなる。
【００５４】
発光ヘッド６０から出射したビームは、受光ヘッド７０のレンズ７２に入射して屈折し、収束しながらプリズム７１で内面反射して受光素子７４に収束する。このとき、受光素子７４は、プリズム７１から直接入射した光のみならず、集光面７３ａで反射された光も受光する。受光素子７４は、受けた光の量に対応する強さの電流を発生する。そして、シャッタ１ａによってビームが遮られると、受光素子７４が発生する電流に変化が生じ、この電流の変化が信号としてリード線７５から出力される。
【００５５】
このような光センサにおいても前述した実施の形態における光センサと同等の作用、効果を奏する。特に、この光センサにおいては、発光ヘッド６０に発光素子６４を内蔵し、受光ヘッド７０に受光素子７４を内蔵しているから、光の減衰が少なく光りをさらに効率よく利用することができるとともに、マトリクススイッチの配線をプリント基板で構成することができるので、組立作業をさらに簡略化することができる。
【００５６】
次に、図８は図７に示す発光ヘッド６０の変更例を示すものであり、この発光ヘッド６０ａは、図７に示すレンズ６２を有していない点においてのみ発光ヘッド６０と異なっている。このような発光ヘッド６０ａでは、レンズを有していないため、発光ヘッド６０ａから出射される際に拡大方向に屈折されるとともに、プリズム６１で反射した光が発光ヘッド６０ａから出射した後も拡大するから、図９に示すような黒色の光を通さないケーシング８０に収納することが望ましい。ケーシング８０は正面視コ字状をなし、フレーム１０に一定間隔で配列される。ケーシング８０の直立した一側には、発光ヘッド６０ａが内蔵され、他側には、図８に示す発光ヘッド６０ａの発光素子６４を受光素子に代えた受光ヘッド６０ｂが内蔵されている。
【００５７】
発光ヘッド６０ａの側方には、図１０（Ｃ）に示すように、ケーシング８０の壁部の一部を除去したスリット８０ａが形成されており、発光ヘッド６０ａが発する光に絞りをかけるようになっている。また、受光ヘッド６０ｂの側方にもスリット８０ａが形成され、スリット８０ａの開口面積に対応する一定の量の光が受光ヘッド６０ｂに受光されるようになっている。そして、押鍵によりシャッタ１ａが下降して受光ヘッド６０ｂが受けるビームが遮られると、受光素子が発生する電流が低下し、この電流の変化が信号として出力される。
【００５８】
なお、図１０（Ａ）に示すように、ケーシングに図７に示す発光ヘッド６０と受光ヘッド７０とを内蔵することもできる。この場合、発光ヘッド６０から発せられる光は平行なビームであるので、図１０（Ｂ）に示すように、ケーシング８０の側部を開放することもできる。
また、図１１に示すように、ケーシング８０にＬＥＤ９０とフォトトランジスタ９５を内蔵することもできる。ＬＥＤ９０は、基板９１の両面に、図７に示すものと同等の発光素子９２を有する基体９３，９３を配置し、基体９３の周囲にレンズ９４を形成して構成されている。また、２つの発光素子９２，９２は、一対のリード線９１ａ，９１ａに接続されている。これにより、リード線９１ａに電流を供給すると、この電流が２つの発光素子９２，９２に供給されて発光素子９２，９２が発光し、その光がレンズ９４で内側に屈折されて一定方向に絞られて出射する。
【００５９】
また、フォトトランジスタ９５は、ＬＥＤ９０と同様に、基板９６の両面に、受光素子９７を有する基体９８，９８を配置し、基体９８の周囲にレンズ９９を形成して構成されている。また、２つの受光素子９７，９７は、一対のリード線９６ａ，９６ａに接続されている。これにより、ＬＥＤ９０が発した光を受光素子９７が受けると、受光素子９７は受けた光の量に対応する電流を発生する。そして、ケーシング８０のスリット８０ａによって絞られた光路をシャッタが遮ると、受光素子９７が受ける光の量が変化し、これにより、受光素子９７が発生する電流に変化が生じて信号として出力される。
【００６０】
Ｂ．マトリクススイッチの構成
次に、図１２を参照して図７ないし図１１に示す光センサによって構成したマトリクススイッチについて説明する。図１２では、光センサをフォトインタラプタを示すシンボルで表し、シンボル中の○印は発光ヘッド、これに対向する矩形部分を受光ヘッドとした。また、光センサは実際には図９に示すように直線状に並べられているが、マトリクススイッチとして表現するために、縦線と横線に掛け渡すように斜めに配置して示した。そのため、発光ヘッドは４つの方向の２つに対してビームを出射し、受光ヘッドは４つの方向の２つからビームを受けるように記載した。
【００６１】
また、図１２のマトリクスを構成する横線は、各光センサの発光ヘッドのリード線の一方が接続された入力回路を示し、縦線は受光ヘッドのリード線が接続された出力回路を示す。なお、発光ヘッドの他方のリード線は接地され、受光ヘッドの他方のリード線は光電流を供給する電源に接続されている。また、横線と縦線との交差部に鍵盤番号を付し、交差部から突出した斜めの線によって当該鍵盤番号に対応するシャッタを示した。また、特定の発光ヘッドまたは受光ヘッドを指す場合には、発光ヘッド３というように、その右隣に位置するシャッタに対応する鍵盤番号を付して説明する。
【００６２】
図１２に示すように、このキーセンサは、マトリクスの横線で示される出力回路ａ〜ｌ（１２個）にキースキャン信号を出力する送信部Ｔｒと、縦線で示される入力回路１〜８から押鍵を示す信号が入力される受信部Ｒｅとを備えている。キースキャン信号は、一定の極めて短い周期を持ったパルス電流であり、出力回路ａから出力回路ｌまで間断なく順番に繰り返し出力される。
【００６３】
各出力回路ａ〜ｌには、４個または３個の発光ヘッドのリード線が接続されている。すなわち、出力回路ａには、２オクターブづつ離れた４つの発光ヘッド１，２５，４９，７３のリード線が接続されている。また、出力回路ｂには、２オクターブづつ離れた４つの発光ヘッド３，２７，５１，７５のリード線が接続されている。このように、発光ヘッドは２オクターブづつ飛んで出力回路ａ〜ｌに接続され、表１に示すものと同一の結線が構成されている。なお、入力回路ａからｉまでは、それぞれ４つの発光ヘッドのリード線が接続され、入力回路ｊからｌまでは、それぞれ３つの発光ヘッドのリード線が接続されている。
【００６４】
次に、各入力回路１〜８には、６個または４個の受光ヘッド２０のリード線が接続されている。すなわち、入力回路１には、鍵盤番号で４づつ離れた６つの受光ヘッド２，６，１０，１４，１８，２２のリード線が接続されている。また、入力回路２には、鍵盤番号で４づつ離れた６つの受光ヘッド４，８，１２，１６，２０，２４のリード線が接続されている。このように、発光ヘッドは、鍵盤番号で４つ飛びで入力回路１〜８に接続され、表２に示すものと同一の結線が構成されている。
以上のように、このキーセンサのマトリクススイッチは、図４に示す第１の実施の形態のマトリクススイッチと同じ結線により構成されており、第１の実施の形態と同等に動作する。
【００６５】
（４）変更例
▲１▼図１０に示すケーシング８０に、図１、図７および図８に示す発光ヘッドおよび受光ヘッドを収容して使用することができる。
▲２▼図１１に示すＬＥＤ９５とフォトトランジスタ９５をケーシング８０に内蔵しないで用いることができる。
▲３▼図５に示すファイバサポートに、図７または図８に示す基体６３または７３を埋設することができる。
▲４▼シャッタ１ａにスリットを形成してビームを２点検出式に構成することができる。すなわち、シャッタ１ａの縁部がビームを遮った後に、スリットをビームが通過し、その後、スリットの縁部がビームを再び遮るように構成することができ、これにより、２回目にビームが遮られる時刻と１回目にビームが遮られる時刻から押鍵速度を算出することができる。
▲５▼ビームをシャッタの進行方向に沿って２列設けることができる。そのために、上記構成の光センサを２列設けることができ、発光ヘッドに光ファイバの端部や発光素子などの発光部を２つ設けるとともに、受光ヘッドに光ファイバの端部やフォトトランジスタなどの受光部を２つ設けることができる。さらに、この場合にも、シャッタにスリットを形成して４点検出式に構成することができる。
▲６▼プリズムは光を内面反射するように構成したが、その傾斜面に反射被膜をコーティングすることにより、入射角によらず光を全反射させるように構成することができる。
▲７▼上述した実施形態における発光手段（発光ヘッド）あるいは受光手段（受光ヘッド）のうちの何れか一方において、従来技術に示す構成を採用するようにしても、部品点数を削減できるという効果は得られる。
▲８▼上述した実施形態においては、１２×８のマトリクススイッチを構成したが、行の数および列の数は如何なる値でもよく、１つの発光手段から出射された２つの光を異なる受光手段で受光するようにさえすれば、複数の発光手段と複数の受光手段とを複数の鍵にどのように割り付けるかは任意に変更可能である。
▲９▼本発明は、鍵の動作を検出するキーセンサのみならず、ハンマの動作を検出するハンマセンサにも適用することができる。たとえば、ハンマシャンクあるいはキャッチャシャンクにシャッタを取り付け、押鍵に応じて回動するシャッタがビームを遮るように構成することができる。加えて、楽器に限らず他分野にも適用可能である。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明の情報出力装置においては、１つの発光手段とその両側に配置した受光手段によって２つの対象物を検出することができるので、光ファイバや電気配線の数を大幅に低減することができる（請求項１）。
また、請求項１に記載の構成に用いることにより、光ファイバや電気配線の数を大幅に低減した演奏情報出力装置を構成することができる（請求項２，５）、さらに、光を有効に使用することができる（請求項３）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のキーセンサを示す下面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】第１の実施の形態における光ファイバの接続状態を示す図である。
【図４】本発明のキーマトリクスを説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態のキーセンサを示す平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態である光センサを示す平面図である。
【図８】図７に示す発光ヘッドの変更例を示す平面図である。
【図９】図７に示す光センサをケーシングに収容して配列した状態を示す正面図である。
【図１０】（Ａ）はケーシングの内部を示す断面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）はケーシングの他の例を示す側面図である。
【図１１】図１０（Ａ）に示す光センサの変更例を示す断面図である。
【図１２】図７ないし図１１のずれかに示す光センサでマトリクススイッチを構成した結線状態を示す図である。
【図１３】従来の機械式スイッチを示す側面図である。
【図１４】従来の機械式スイッチの他の例を示す側面図である。
【図１５】従来のフォトインタラプタを用いた光センサを示す正面図である。
【図１６】従来のファイバセンサを用いた光センサを示す平面図である。
【図１７】従来の機械式スイッチでマトリクススイッチを構成した場合の結線状態を示す図である。
【図１８】従来のフォトインタラプタでマトリクススイッチを構成した場合の結線状態を示す図である。
【図１９】従来のファイバセンサでマトリクススイッチを構成した場合の結線状態を示す図である。
【符号の説明】
１…鍵、１ａ…シャッタ（対象物）、２０…センサヘッド、
２０ａ…発光ヘッド（発光手段）、２０ｂ…受光ヘッド（受光手段）、
２５…光ファイバ、２１ａ…傾斜面（反射部）、６４…発光素子、
７４…受光素子、９０…ＬＥＤ（発光素子）、
９５…フォトトランジスタ（受光素子）。
Claims (6)
- 発光手段から出射したビームを受光手段に入射させる光路を有しており、上記発光手段と上記受光手段との間にある光路を移動体が遮ったか否かを検出し、該検出に応じた信号を出力する信号出力装置において、
上記発光手段に光を発生させるための信号を出力する送信部と、上記受光手段が受光した光を信号として受信する受信部とを設け、
上記発光手段は、１つの発光部から２つの移動体に対して光を出射し、
上記受光手段は、２つの発光手段から出射された光を１つの受光部で受光し、
上記発光手段と上記受光手段とを複数交互に配設するとともに、１つの発光手段から出射された２つの光を異なる受光手段で受光するように配設し、
上記送信部は、複数の発光手段について各々異なるタイミングで発光させるようにしたことを特徴とする信号出力装置。 - 発光部と、該発光部と離間した位置に設けられた受光部と、上記発光部から出射された光を上記受光部に入射させる光路上に並設され、光を透過する複数のセンサヘッドとを備え、該センサヘッド間の光路を移動体が遮ったか否かを検出する光センサであって、
上記センサヘッドは、
光を透過する部材によって略矩形状に形成されており、
両隣に設けられたセンサヘッドと対向する２つの側面と、
上記発光部または上記受光部と対向する１の面と、
上記１の面と対向する面をＶ字状に切り欠いて形成された１対の反射面とを有し、
上記発光部から出射され、上記１の面の側から入射された光を上記１対の反射面により内面反射させて上記２つの側面から両隣のセンサヘッドに向けて出射する一方、両隣のセンサヘッドの側面から出射され、上記２つの側面から各々入射された光を上記１対の反射面により内面反射させて上記１の面の側に出射し、上記受光部に入射させる
ことを特徴とする光センサ。 - 前記１対の反射面は、前記発光部から発せられた光を両側へほぼ均等に内面反射させることを特徴とする請求項２に記載の光センサ。
- 前記センサヘッドに、前記一対の反射面の境界部へ向けて光を出射する発光素子か、または、センサヘッドの両側から入射して上記１対の反射面で内面反射した光を受光する受光素子を設けたことを特徴とする請求項２または３に記載の光センサ。
- 前記センサヘッドに、前記一対の反射面の境界部へ向けて光を出射するか、または、センサヘッドの両側から入射して上記１対の反射面で内面反射した光を受光する光ファイバの端部を設けたことを特徴とする請求項２または３に記載の光センサ。
- 発光手段と受光手段とを互いに離間して交互に設け、前記発光手段に、電流が供給されることによりその両隣に配置された受光手段へ向けて光を発する一対の発光素子を設け、上記受光手段に、その両隣に配置された上記発光手段からの光を受けることにより電気的信号を出力する一対の受光素子を設けたことを特徴とする光センサ。
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