JP4172127B2

JP4172127B2 - Position detecting device and keyboard instrument

Info

Publication number: JP4172127B2
Application number: JP2000035219A
Authority: JP
Inventors: 忠晴加藤; 潤石井
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2000-02-14
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2020-02-14
Also published as: JP2001228862A

Description

【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】

【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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a position detection device used for detecting the position of a plunger or the like of a solenoid unit that drives a pedal, and a keyboard instrument using the position detection device.
[0002]
[Prior art]
For example, in a piano that can be automatically played, when the operation corresponding to the actual player's pedal operation is automatically executed by a solenoid unit that is a reciprocating actuator, the current position or moving speed of the solenoid plunger is detected. Based on the detection result, feedback control is performed so that the operation of the plunger is the same as the actual player's pedal operation.
[0003]
FIG. 8 is a view showing a position detecting device for a plunger of a solenoid unit used in a conventional automatic performance piano. As shown in the figure, the solenoid unit 1 houses a solenoid 2 in which a coil is wound around a bobbin, a plunger 3 that is inserted into the solenoid 2 so as to be movable up and down, and a solenoid 2 that also serves as a magnetic path. The yoke 4 is fixed to the piano frame 5 and the

bearings

6 and 7 for guiding the movement of the plunger 3 in the vertical direction.
[0004]
The position detection device 8 includes a holder 9 provided in a portion protruding from the solenoid 2 above the plunger 3 and a photo interrupter 10 fixed to a frame (not shown) of the piano. The holder 9 is attached with a transmissive gray scale 11 in which the shading (gray level) gradually changes in the vertical direction, and the gray scale 11 is interposed between the light emitting portion and the light receiving portion of the photo interrupter 10.
Accordingly, when the plunger 3 moves up and down in accordance with the magnetic force generated by the coil, the gray scale 11 also moves up and down, and the photo interrupter 10 responds to the light transmission amount of the gray scale 11 interposed between the light emitting unit and the light receiving unit. The received light signal is output.
Thereby, the position detection device 8 can detect the position of the plunger 3 in a non-contact manner based on the signal level of the light reception signal.
The holder 9 is provided with a ridge 12 extending in the reciprocating axis direction of the plunger 3, and the movement of the ridge 12 in the left-right direction is restricted by the concave groove of the guide 13 fixed to the frame 5.
Thereby, the plunger 3 can move up and down without rotating, and the gray scale 11 is prevented from colliding with the photo interrupter 10.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as shown in FIG. 9, the transmissive gray scale 11 used in this type of position detecting device has parallel lines having light shielding properties at predetermined intervals in the moving direction of the plunger 3 with respect to a transparent substrate. Created to print. Note that FIG. 9 simply shows grayscale gradation changes by hatching changes.
The gray scale 11 changes the lightness (gray level), that is, the light transmission amount along the movement direction of the plunger 3 by gradually changing the width of each of these parallel lines along the movement direction of the plunger. I am letting.
[0006]
However, when this gray scale 11 is irradiated with a light beam, as shown in FIG. 10, the light intensity distribution in the beam spot of the transmitted light is divided into a region with a line and a region without a line, as shown in FIG. to differ greatly.
For this reason, even if the beam spot moves a little, the signal level of the received light signal may fluctuate greatly, the signal level of the received light signal does not change smoothly along the moving direction, and the detection accuracy of the moving position is lowered. was there.
In this case, a method is considered in which the gray level is smoothly changed by shortening the line thickness and interval and finely changing the line width. However, it is necessary to print using a high-resolution printer. There is a problem.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a position detection device that can easily produce a gray scale and has high detection accuracy of the position of a moving member, and a keyboard instrument using the position detection device. Objective.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is a position detection device that detects a position of a moving member that constitutes a musical instrument, and has a change characteristic of transmittance or reflectance along a moving direction of the moving member. It has a predetermined predetermined change characteristic, the scale member attached to the moving member, and the detection light to the scale member, and a detecting means for outputting a received signal by receiving the reflected light or transmitted light wherein the change characteristic, the received light amount of the detection means - it is characterized that you have defined to correspond to the inverse characteristic of the detection signal characteristics.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the position detecting device according to the first aspect, the scale member is arranged such that a light shielding part or a reflecting part is determined by a number per unit area of the light shielding part or the reflecting part. Thus, the change characteristic is realized . According to a third aspect of the present invention, in the position detection device according to the second aspect , an area of the light shielding portion or the reflection portion is determined based on an irradiation area of the detection light .
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in the position detection device according to the second or third aspect, the light shielding portion or the reflection portion is arranged substantially uniformly within the unit area . According to a fifth aspect of the present invention, in the position detection device according to any one of the second to fourth aspects, the arrangement of the light shielding portion or the reflection portion is determined by an error diffusion method.
[0011]
The invention according to claim 6 is a performance operator operated by a performer;
An actuation mechanism that is actuated by operation of the performance operator;
The position detecting device according to claim 1, wherein the position detecting device detects a position of the performance operator or the operating mechanism.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(1) Embodiment (1-1) Configuration of Embodiment Hereinafter, a position detection apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described.
The position detection device 100 is used to detect the position in the height direction of a plunger of a solenoid unit that performs an operation similar to a pedal operation of a keyboard instrument that can be automatically played, specifically a grand piano. Since this position detection device 100 is the same as the conventional position detection device described above except that the gray scale is different, the description of FIG. 8 is used.
[0013]
FIG. 1 (α) is a plan view showing a gray scale used in the position detection device 100.
This gray scale (scale member) 111 is a dot (light-shielding part or reflecting part) whose number per unit area changes along a moving direction of the plunger (X direction in FIG. 1) on a transparent base material such as glass or plastic film. ) To create a drawing pattern. Here, the dots are printed by a light-shielding material such as a light-shielding ink or a silver emulsion. This dot is filled with the above-described light-shielding material, but in FIG. 1, only the outer shape of the dot is shown in order to make the dot easy to see.
[0014]
Accordingly, in FIG. 1 (β), enlarged views of the vicinity of the beam spots A, B, and C of the light beam when the light beam is irradiated to three points in the X direction of the gray scale 11 shown in FIG. As shown, the amount of transmission of the light beam varies depending on the number of dot unit areas.
That is, in the conventional gray scale, the light transmittance is changed by gradually changing the line width of the parallel light-shielding line along the moving direction of the plunger 3, whereas in this gray scale 111, The light transmittance is changed by changing the number of dots having a light shielding property per unit area.
Accordingly, the position detection device 100 irradiates the gray scale 111 fixed to the plunger 3 via the holder 9 with a light beam by the photo interrupter 10 and receives the transmitted light, thereby detecting the position of the plunger 3. A light receiving signal having a signal level corresponding to the signal level is output.
[0015]
(1-2) Method for Creating Dot Drawing Pattern Next, a method for creating the dot drawing pattern will be described. The dot drawing pattern is created using an error diffusion method as described below. Here, the error diffusion method is a method of spreading an error caused by binarizing the gray level, that is, a method of diffusing the error. In this example, the calculation method of the dot drawing pattern is mainly described. However, this calculation is actually performed by a personal computer or the like, and the calculation result is used as data for the composition.
[0016]
(1-2-1) Initial condition First, a desired gradation curve of the gray scale 111 is set as an initial condition. This desired gradation curve is set to a reverse characteristic of the light receiving characteristic of the light receiving element of the photo interrupter 10.
Here, the light receiving characteristic of the light receiving element is a signal level characteristic of the light receiving signal output when the light receiving element receives the transmitted light of the dot pattern corresponding to the gradation, and this characteristic curve is generally nonlinear. Take.
Therefore, as shown in FIG. 2, when the light receiving characteristic of the light receiving element is the characteristic curve La, that is, when the gradation is darker (the amount of received light is larger), the amount of increase in the signal level of the received light signal is smaller. Sets the desired gradation curve to the curve LHa shown in FIG.
On the other hand, when the light receiving characteristic of the light receiving element is the characteristic curve Lb shown in FIG. 2, that is, when the increase in the signal level of the light receiving signal increases as the gradation becomes dark, the desired gradation curve is shown in FIG. The curve LHb shown in FIG.
Here, the desired gradation value Hn (n = 1, 2,..., N−1, N) of the desired gradation curve is a normalized value.
[0017]
(1-2-2) Dot allocation method Next, in the gray scale 111, the coordinate value in the X direction is Xn (n = 1, 2,..., N-1, N), and the coordinate value in the Y direction is Ym. (M = 1, 2,..., N−1, N), and the calculated gradation calculated by the error diffusion method at the coordinate values (Xn, Ym) is hn, m. Here, the calculated gradation hn, m is a normalized value.
Then, a monochrome determination process is performed to determine whether or not to draw a dot on the coordinate value (Xn, Ym). This monochrome determination process is a process for determining whether or not the calculated gradation hn, m is larger than the threshold value Ha for monochrome determination, as shown in FIG.
That is, when the calculated gradation hn, m is smaller than the threshold value Ha (hn, m <Ha), dots are drawn with the monochrome determination result Hn, m = 1, and the calculated gradation hn, m is the threshold value Ha. If larger (hn, m> Ha), it is determined that dots are not drawn with the black and white determination result Hn, m = 0.
[0018]
(1-2-3) Calculation Method First, the coordinate value (Xn, Y0), that is, the calculated gradation hn, 0 in the first row (m = 0) in the Y direction is the desired gradation value of the desired gradation curve. Set to Hn. For the coordinate value (Xn, Y0), the monochrome determination result Hn, 0 is determined by performing the above-described monochrome determination process based on the calculated gradation hn, 0 which is the desired gradation value Hn.
Next, for the coordinate value (Xn, Ym) where m> 1, the calculated gradation hn, m is calculated in the X direction in order from the coordinate value (X1, Y1) by the following calculation formula.
That is, first, an error dhn, m generated by the black and white determination of each coordinate value (Xn, Ym) is calculated by the following calculation formula.
[0019]
dhn, m = hn, m−Hn, m (Equation 1)
[0020]
Accordingly, the error dhn, 0 caused by the black and white determination in the column of coordinate values (Xn, Y0) is calculated first, and the calculated gradation hn, m is sequentially calculated from the coordinate value (X1, Y1) in the X direction by the following calculation formula. Is calculated.
[0021]
hn, m = Hn + Zn, m (Equation 2)
[0022]
Here, Zn, m is a correction value of the coordinate value (Xn, Ym) of the calculation target, and as shown in FIG. 5, the coordinate value around the coordinate value (Xn, Ym) that is the coordinate value of the calculation target (Xn-1, Ym-1), (Xn, Ym-1), (Xn + 1, Ym-1), (Xn-1, Ym) using the error caused by each black and white judgment, Calculated.
[0023]

[0024]
Thereby, the calculated gradation hn, 1 of the coordinate value (Xn, Y1) which is the second row in the Y direction is sequentially calculated. Then, by the same calculation method, all coordinate values are calculated in the order of the coordinate value (Xn, Y2) column, the coordinate value (Xn, Y3) column, ..., the coordinate value (Xn, YN) column. The gradation hn, m is calculated.
Thus, by performing the above-described monochrome determination process based on the calculated gradations hn, m of all coordinate values (Xn, Ym), it is possible to create a dot drawing pattern corresponding to the desired gradation curve.
As described above, since the desired gradation curve is set to the reverse characteristic of the light receiving element of the photo interrupter 10, the light receiving characteristic of the light interrupting element of the photo interrupter 10 is canceled and the signal of the light receiving signal from the photo interrupter 10 is erased. The level curve can be a linear straight line.
[0025]
Here, FIG. 6A shows the measurement result of the sensor output when the light beam is emitted to the gray scale created by the above-described method and the reflected light is received. The diameter of the irradiation light was about 2 [mm], and the dot diameter was 45 [μm].
As shown in FIG. 6B, this experiment is performed by moving the gray scale in the X direction with respect to the sensor including the light emitting element and the light receiving element. In this case, the sensor output and the relative relationship between the sensor and the gray scale are measured. Position X was measured.
FIG. 6A shows the measurement results when the distance Dh between the gray scale and the sensor is 3 [mm], 5 [mm], and 7 [mm].
According to this measurement result, it was confirmed that the sensor output can be linearly changed according to the relative position X by creating the gray scale by the above-described method.
Note that the smaller the distance Dh, the greater the amount of reflected light received, so that the sensor output and the slope of the sensor output increase.
Therefore, the position detection apparatus 100 can obtain a detection result in which the signal level changes linearly according to the irradiation position of the gray scale 111 without using a linearizer.
[0026]
In addition, the position detection apparatus 100 changes the light transmittance of the gray scale 111 by changing the number of dots per unit area, and creates the dot drawing pattern using the error diffusion method, thereby generating a gray scale. The light transmittance of the scale 111 can be changed smoothly.
In this case, as shown in FIG. 7, in the gray scale 111, dots can be evenly arranged in the region of the beam spot. Therefore, when the light transmission amount is changed according to the line width as in the conventional case (FIG. 10). ), The light intensity distribution in the beam spot can be made uniform.
Moreover, since the light transmittance of the gray scale 111 changes smoothly, the change in the amount of light received by the photo interrupter 10 when the beam spot moves on the gray scale can be made smooth.
As a result, the position detection apparatus 1000 can accurately and linearly change the signal level of the light reception signal output from the photo interrupter 10 to the irradiation position of the gray scale 111.
Therefore, the position detection device 100 can accurately detect the position of the plunger 3.
[0027]
Further, in the gray scale 111, if the dot size (area) is sufficiently small compared to the irradiation area of the beam spot, the influence of one dot on the light intensity is small, so the dot size is relatively large. Also good.
For this reason, when the resolution of the gray scale is the same between the conventional product and the present embodiment, the gray scale of the present embodiment can express gradation more smoothly than the conventional gray scale, while the conventional product. When the gray scale gradation expression is the same in this embodiment, the gray scale of this embodiment can have a coarser resolution than the conventional gray scale.
In addition, a desired dot drawing pattern can be created by the same calculation method as described above only by changing the desired gradation curve.
Therefore, manufacture of the gray scale 111 can be facilitated.
Further, the dot diameter and the light beam diameter are determined according to the required performance and cost in consideration of the following points. (1) In order to reduce ripple (noise), the smaller the dot diameter / beam diameter, the better. {Circle around (2)} However, the smaller the dot diameter, the longer the block creation time, which increases the cost.
[0028]
(2) Modification (2-1) Modification 1
In the above-described embodiment, the case where the position of the plunger 3 is detected using the transmission type gray scale 111 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the position is detected using the reflection type gray scale. Also good. In this case, the position can be detected by the light receiving unit receiving the grayscale reflected light.
In the case of a reflective gray scale, for example, a method of providing a dot as a reflection part on a transparent or translucent substrate by a method such as aluminum vapor deposition, a dot as a light shielding part on a white substrate having reflectivity, etc. Can be widely applied, such as a method of providing a dot that is a reflective portion on a black substrate that absorbs light, a method of providing a dot having a reflectance different from that of the surrounding by performing half-etching processing on a metal surface, etc. .
[0029]
(2-2) Modification 2
In the above embodiment, the dot shape is not mentioned, but a round shape, a polygonal shape, and the like can be widely applied. In addition, dots of different sizes such as round dots and square dots may be mixed and arranged, or dots of different sizes may be arranged.
[0030]
(2-3) Modification 3
In the above-described embodiment, the case of creating a dot drawing pattern using the error diffusion method has been described. However, the present invention is not limited to this, and a calculation method for binarizing at least multiple levels of gradation is widely applied. be able to.
[0031]
(2-4) Modification 4
In the above-described embodiment, the case where the desired gradation curve is set to a curve of the reverse characteristic of the light reception amount-light reception signal characteristic of the photointerrupter 10 has been described. However, the present invention is not limited to this, and A curve may be applied so that the received light signal characteristic becomes a desired characteristic.
[0032]
(2-5) Modification 5
In the above-described embodiment, the case where the dot drawing pattern is printed on the surface of the gray scale has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the dot drawing pattern may be provided inside the gray scale.
In this case, it is possible to apply a method of creating a gray scale by mixing a light shielding member or a reflecting member constituting dots into a base material, a method of providing a dot drawing pattern between two transparent base materials, or the like. it can.
[0033]
(2-6) Modification 6
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the position detection device that detects the position of the plunger 3 of the solenoid unit 1 used in the automatic performance piano has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the key of the piano is used. The present invention may be applied to a key sensor that detects the position of the hammer and a hammer sensor that detects the position of a hammer that strikes a string when the key is pressed.
The present invention is not limited to the position detection mechanism of an automatic performance piano, but can be applied to position detection devices for various musical instruments such as keyboard instruments such as harpsichords, organs, and electronic musical instruments. It can be applied to a position detection device that detects
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to easily create a gray scale and to increase the detection accuracy of the position of the moving member.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 (α) is a plan view showing a gray scale used in a position detection apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 (β) is a partially enlarged view of this gray scale.
FIG. 2 is a characteristic curve diagram showing light receiving characteristics of a light receiving element.
FIG. 3 is a characteristic curve diagram showing a desired gradation curve corresponding to the light receiving characteristic.
FIG. 4 is a flowchart illustrating black and white determination processing.
FIG. 5 is a table for explaining calculation of an error diffusion method.
FIG. 6A is a diagram illustrating an output result of a sensor that receives reflected light from the gray scale, and FIG. 6B is a diagram illustrating a measurement method thereof.
FIG. 7 is a partially enlarged view showing the periphery of a beam spot in the gray scale.
FIG. 8A is a top view showing the position detection device for the plunger of the solenoid unit together with the peripheral configuration, and FIG. 8B is a side view showing the position detection device together with the peripheral configuration.
FIG. 9 is a plan view showing a conventional gray scale.
FIG. 10 is a partially enlarged view showing the periphery of a beam spot in a conventional gray scale.
[Explanation of symbols]
1, 100 ... Solenoid unit,
2 Solenoid,
3 ... Plunger,
8 …… Position detection device,
9 …… Holder,
10 …… Photo interrupter,
11, 111: Gray scale.

Claims

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。In the position detection device for detecting the position of the moving member constituting the musical instrument,
A scale member attached to the moving member, wherein the changing characteristic of transmittance or reflectance along the moving direction of the moving member has a predetermined changing characteristic;
Detecting means for irradiating the scale member with detection light, receiving reflected light or transmitted light, and outputting a received light signal ;
The change characteristics, the received light amount of the detection unit - a position detecting device, characterized in that that have been established as corresponding to the inverse characteristic of the detection signal characteristics.

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。The position detection device according to claim 1,
The position detecting device according to claim 1, wherein the scale member realizes the change characteristic by arranging a light shielding part or a reflecting part with a predetermined number per unit area of the light shielding part or the reflecting part .

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。The position detection device according to claim 2 ,
The position of the light shielding part or the reflection part is determined based on an irradiation area of the detection light.

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。The position detection device according to claim 2 or 3 ,
The position detection device, wherein the light shielding part or the reflection part is arranged substantially uniformly within the unit area.

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。The position detection device according to any one of claims 2 to 4,
An arrangement of the light shielding part or the reflection part is determined by an error diffusion method.

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。A performance operator operated by the performer;
An actuation mechanism that is actuated by operation of the performance operator;
A keyboard instrument comprising: the position detection device according to claim 1, which detects a position of the performance operator or the operation mechanism.