CN101414461B - 键盘装置 - Google Patents

Abstract

键盘装置包括：多个键、电子致动器、反射板、及光学传感器。多个键中的每一个键均沿纵向方向延伸，并根据键的按压和释放操作围绕一支点沿竖直方向枢转。多个电子致动器中的每一个电子致动器均具有可动构件，可动构件以与各键的枢转运动连动的方式沿竖直方向移位，以便施加抵制键的按压操作的反作用力。多个反射板中的每一个反射板均固定于电子致动器的可动构件，其中反射板的反射表面面向各键的横向方向。各反射板的光反射率均沿着可动构件的移位方向而改变。多个光学传感器中的每一个光学传感器均设置在沿横向方向与各键的纵轴线隔开的位置处。光学传感器朝向反射板发光，并接收来自反射板的反射光，以便根据所接收到的光量输出电信号。

Description

键盘装置

技术领域

本发明涉及一种具有多个键的键盘装置，更具体地涉及一种具有多个电子致动器的键盘装置，所述电子致动器相对于多个键的按压操作而施加反作用力。

背景技术

诸如声学钢琴之类的自然键盘乐器构造为例如通过利用键按压操作而转动的音锤敲击琴弦来产生现场声音。此类自然键盘装置在音锤与作为演奏操作元件的键之间设置有所谓的执行机构。演奏者通过此执行机构从键接收独特(unique)的反作用力(键阻尼力)。特别地，通过设置该执行机构能够获得自然键盘乐器所特有的键触感。

另一方面，在诸如电子钢琴之类的、产生电子声音的传统电子键盘乐器中，设置有例如弹簧或质量体(音锤)构件之类的机械结构，其使键返回初始位置，以便模拟诸如声学钢琴之类的自然键盘装置的触感。当演奏者按压键时，要抵制弹簧或质量体构件的回复力(returning force)而操作键。通常，与自然键盘装置的执行机构相比，电子键盘装置的机械结构紧凑且并不复杂，因而，严格来讲，电子键盘装置中的键触感不同于自然键盘装置的触感。

有鉴于此，已提出一种键盘装置，其中，键由诸如电磁螺线管之类的驱动装置驱动，用于改变抵制键按压操作的反作用力，以便在电子键盘乐器中提供类似于自然键盘乐器的触感。在此键盘装置中，键由电磁螺线管以这样的方式驱动，即，检测出电磁螺线管的可动构件的位置，并根据检测出的位置驱动键。此类键盘装置构造为例如如图6A及图6B中所示(见日本特开2005-195619号公报)。

上述键盘装置具有沿横向方向设置的多个白键10和多个黑键11，及分别对应于所述多个白键10和多个黑键11的多个致动器部40和多个位置传感器部50。致动器部40和位置传感器部50沿着白键10和黑键11的横向方向并排设置为两排。各致动器部40均由电磁螺线管组成。各位置传感器部50均包括反射板51和光学传感器52，该光学传感器52用于检测致动器部40中的插棒(可动构件)41的高度位置。反射板51固定于插棒41，且光反射率沿着插棒41的驱动方向而改变。光学传感器52由发光装置和光接收装置组成，该发光装置朝向反射板51发光，且该光接收装置接收来自该发光装置的、由反射板51反射的光，由此根据由光接收装置所接收到的光量输出电信号以作为插棒41的位置。

然而，在上述键盘装置中，绕线筒42c与插棒41之间会产生机械松动(微小间隙)。当键被按压或释放时，在插棒41的下端与白键10、黑键11之间施加有沿纵向方向的摩擦力。因此，插棒41由于白键10和黑键11的竖直运动(枢转运动)而沿纵向方向Y2晃动(clatter)。在传统的键盘装置中，反射板51以这样的方式固定于插棒41，即，垂直于反射板51的表面的垂直方向Y1与白键10和黑键11的纵向方向Y2互相平行。因此，当插棒41沿纵向方向Y2晃动时，反射板51也沿纵向方向Y2晃动，因而反射板51与光学传感器52之间的距离L1和L2如图4B中所示发生改变。

此外，键按压时插棒41的晃动方向和键释放时插棒41的晃动方向互不相同，因此，即便插棒41位于相同的高度位置，键按压时的距离L1和键释放时的距离L2也互不相同。因此，如图5A所示，出现了以下问题：在键按压的情况下和键释放的情况下，从光学传感器52输出的电压信号不同，即产生了滞后现象。由于此滞后现象，即便插棒41位于相同的高度位置，在键按压的情况下和键释放的情况下，从光学传感器52输出的电压信号也不相同，从而产生了不能由电压信号确定插棒41的位置的问题。已经考虑到校正滞后现象的方法，但是此方法需要复杂的处理。

发明内容

鉴于前述的情况，本发明旨在提供一种键盘装置，其能够提高可动构件的位置检测精确度。

为了解决前述问题，根据本发明的键盘装置包括：多个键、电子致动器、反射板、及光学传感器。所述多个键中的每一个键均沿纵向方向延伸，并根据键的按压和释放操作围绕一支点沿竖直方向枢转。多个电子致动器中的每一个电子致动器均具有可动构件，该可动构件以与各键的枢转运动连动的方式沿竖直方向移位，以便施加抵制键按压操作的反作用力。多个反射板中的每一个反射板均固定于电子致动器的可动构件，其中，反射板的反射表面面向每个键的横向方向。各反射板的光反射率均沿着可动构件的移位方向而改变。多个光学传感器中的每一个光学传感器均设置在沿该横向方向与各键的纵轴线隔开的位置处。光学传感器朝向相应的反射板发光，并接收来自反射板的反射光，以便根据所接收到的光量输出电信号。

在此情况下，多个电子致动器中的每一个电子致动器均为电磁螺线管。所述电磁螺线管相对于可动构件的向上移位施加反作用力。例如，各反射板的光反射率均沿着各可动构件的移位方向而逐渐改变。各光学传感器均由例如发光装置和光接收装置组成，该发光装置面向相应的反射板并朝向该反射板发光，并且该光接收装置面向反射板并接收由该反射板反射的、来自该发光装置的光，以便根据所接收到的光量输出电信号。

各电子致动器均在各键的支点前侧的位置处，通过各可动构件相对于各键的按压操作施加反作用力。各电子致动器均可在各键的支点后侧的位置处，通过各可动构件相对于各键的按压操作施加反作用力。

各键的纵轴线与垂直于各反射板的表面的方向之间的角度为大于等于70°且小于等于110°。更特别地，各键的纵轴线与垂直于各反射板的表面的方向之间的角度为90°。

在由此构造的本发明中，反射板的反射表面沿键的横向方向定向，且光学传感器均设置在沿该横向方向与各键的纵轴线隔开的位置处。因此，即便可动构件根据键的按压和释放操作沿纵向方向晃动，也能够将各反射板与各光学传感器之间的距离变化抑制为较小，由此能够抑制根据所接收到的由各光学传感器所输出的光量而在电信号中产生的滞后现象。因此，能够以减少的成本提供可以提高各可动构件的位置检测精确度的键盘装置。

附图说明

通过参考以下优选实施例的详细说明，并结合所附的附图，将易于理解本发明的各种其它目的、特征、及许多伴随的优点，同样本发明也变得更加易懂。在附图中：

图1为示出根据本发明的键盘装置的实施例的示意性剖视图；

图2为键盘装置的俯视图，其中仅示出了图1中所示的电磁螺线管的插棒；

图3为图1中所示的反射板的前视图；

图4A为沿横向方向观察到的反射板的视图，其用于解释根据图1中所示的本发明的键盘装置的反射板上所产生的松动；

图4B为沿横向方向观察到的反射板的视图，其用于解释如图6A和图6B中所示的传统键盘装置的反射板上所产生的松动；

图5A至图5I为曲线图，各曲线图示出了当角度θ变化为0°、22.5°、45°、67.5°、90°、112.5°、135°、157.5°及180°时，由光学传感器输出的电信号与插棒的位置之间的关系；

图6A为示出传统键盘装置的实施例的示意性剖视图；

图6B为示出键盘装置的俯视图，其中仅示出了图6A中所示的电磁螺线管的插棒。

具体实施方式

以下将参考附图说明本发明的实施例。图1为示出根据本发明的键盘装置100的实施例的示意性剖视图。图2为示出键盘装置100的俯视图，其中仅留下了图1中的电磁螺线管的插棒41。图3为图1中所示的反射板51的前视图。在以下的描述中，键盘装置100的“竖直方向、横向方向、及纵向方向”表示从演奏键盘装置100的演奏者处观察时的“竖直方向、横向方向、及纵向方向”。

键盘装置100例如用于电子键盘乐器。如图所示，键盘装置100包括：作为演奏操作元件的多个白键10和多个黑键11、以及框架20和驱动单元30。白键10和黑键11沿横向方向并排放置。框架20形成为底面具有开口的板状或盒状。在白键10和黑键11的下方、或在框架20中设置有速度传感器(未示出)，用于检测白键10和黑键11的键按压速度。

以白键10和黑键11的前端沿竖直方向可枢转的方式，设置支撑各白键10和黑键11的中央部分的键支撑部21。白键10和黑键11由键支撑部21可枢转地支撑，从而白键10和黑键11围绕支点C1沿竖直方向枢转。

驱动单元30包括：多个致动器部40，其作为驱动装置，且由电磁螺线管组成；及多个位置传感器部50，其检测致动器部40中的多个插棒41的位置。各致动器部40均由作为可动构件的插棒41和固定于未示出的壳体的驱动部42组成。插棒41由铁磁材料制成。插棒41安装为使其下端在支点C1的后面与白键10的上表面接触，从而从白键10的上方施加反作用力。驱动部42由磁性框架42a、固定铁芯42b、绕线筒42c、及线圈42d组成。

磁性框架42a由铁磁材料制成。磁性框架42a内容置该插棒41、固定铁芯42b、绕线筒42c、及线圈42d。在磁性框架42a的上表面和下表面上分别形成上开口42a1和下开口42a2。插棒41容置于磁性框架42a中，以使下端从下开口42a2突伸出，且可沿竖直方向移动。插棒41以这样的方式设置，即，使其上端穿过形成于下文所述的固定铁芯42b的通孔而从上开口42a1突伸出。固定铁芯42b连接并固定于磁性框架42a，用于封闭上开口42a1。特别地，插棒41和固定铁芯42b容置于磁性框架42a中，且沿竖直方向并排设置。

绕线筒42c由绝缘材料制成。绕线筒42c形成为筒形，其中，插棒41和固定铁芯42b储存于筒体中。线圈42d由铜线制成，并围绕绕线筒42c缠绕。驱动部42通过对流经线圈42d的电流的控制而控制施加于插棒41与固定铁芯42b之间的吸引力，由此，插棒41沿竖直方向线性地运动，以便对白键10施加外力(抵制键按压操作的反作用力)。流经线圈42d的电流由未示出的计算机控制。计算机控制流经线圈42d的电流，以便根据白键10的位置或速度获得与自然键盘乐器类似的键触感，从而控制施加于白键10的外力(抵制键按压操作的反作用力)。在图1中，驱动单元30设置于白键10上，然而驱动单元30可类似地设置于黑键11上，以便施加外力(抵制键按压操作的反作用力)。

各位置传感器部50均包括：反射板51，其固定于插棒41；及光学传感器52，其固定于驱动部42或固定有驱动部42的壳体。如图3中所示，反射板51形成为具有板状形状，并且在其表面上形成有由白色部分和黑色部分组成的预定的灰阶图像(gray-scale pattern)。灰阶图像形成为使得占据反射板51表面的白色部分(或黑色部分)的面积比例沿着插棒41的驱动方向增加。在图3所示的示例中，该灰阶图像形成为使得反射板51上的白色部分(或黑色部分)的面积比例阶梯式增加。然而，灰阶图像可形成为使得反射板51上的白色部分(或黑色部分)连续地增加(减少)。灰阶图像使得反射板51的光反射率根据插棒41的驱动方向而改变。如图2中所示，反射板51以这样的方式固定于插棒41，即，由垂直于反射板51的表面的垂直方向Y1与白键10和黑键11的纵轴线Y2构成的角度θ在90°±20°范围内。

光学传感器52设置在沿横向方向与白键10和黑键11的纵轴线Y2隔开的位置处。光学传感器52由未示出的发光装置和未示出的光接收装置组成，其中该发光装置朝向反射板51发光，该光接收装置接收由反射板51反射的、来自发光装置的光。光学传感器52根据光接收装置所接收到的光量将电信号输出至未示出的微型计算机。光学传感器52中的发光装置安装为使得光的发射方向Y3相对于反射板51成90°。未示出的微型计算机基于来自光接收装置的电信号，检测插棒41的高度位置(＝白键10和黑键11的位置)。

前述的插棒41由于白键10和黑键11的枢转运动而沿纵向方向(轴线Y2的方向)被施加力，因而沿纵向方向(轴线Y2的方向)晃动。另一方面，插棒41在横向方向几乎不晃动。有鉴于此，反射板51以这样的方式固定于插棒41，即，由垂直于反射板51的表面的垂直方向Y1与白键10和黑键11的纵向方向(轴线Y2的方向)构成的角度θ在90°±20°范围内，即，如图2中所示假设约为90°。

利用此结构，即便插棒41沿纵向方向(轴线Y2的方向)晃动，反射板51也只是如图4A所示般地晃动，这表示，此结构防止插棒41晃动导致如图4B中所示的传统情况，即，使反射板51与光学传感器52之间的距离L1和L2发生改变。因此，能够将反射板51与光学传感器52之间的距离变化抑制到较低的水平，从而能够抑制从光接收装置输出的电信号中所产生的滞后现象。因此，无需对从光接收装置输出的电信号中的滞后现象进行处理，由此能够以减少的成本提供旨在提高插棒41的位置检测精确度的驱动单元30。

本发明人已通过实验验证了当角度θ例如变化为0°、22.5°、45°、67.5°、90°、112.5°、135°、157.5°及180°时从光学传感器52输出的电信号的情况，其中，角度θ由垂直于反射板51的表面的垂直方向Y1与白键10和黑键11的纵向方向(轴线Y2的方向)构成。该实验的结果在图5A至图5I示出。

如图5A至图5C，及图5G至图5I所示，当角度θ为0°、22.5°、45。、135°、157.5°及180°时，证实存在极大的滞后现象特性。如图5D及图5F所示，当角度θ为67.5°和112.5°时，同样证实存在滞后现象，但该滞后现象比角度θ为0°、22.5°、45°、135°、157.5°及180°时所存在的滞后现象小得多。如图5E所示，在角度θ为90°的情况下，证实没有滞后现象特性。由上述实验结果发现，在角度θ处于90°±20°范围内时，产生很小的滞后现象特性，且能够准确地检测出插棒41的位置。此外，由实验结果发现，当角度θ设定为90°时，证实没有存在滞后现象特性，且能够最为准确地检测出插棒41的位置。

根据上述键盘装置100，通过对白键10和黑键11的支点C1的后侧施加驱动力，可获得接近于自然乐器的触感，但本发明并不限于此。例如，驱动单元30可安装为使得插棒41在支点C1的前侧与白键10和黑键11的下表面接触，由此，可从白键10和黑键11的下方施加反作用力。

上述的实施例仅为示范性的，且本发明并不以上述的实施例为限。特别地，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明可能有各种变型。

Claims (5)

1.一种键盘装置，包括：

多个键，其沿纵向方向延伸，并通过键的按压和释放操作围绕一支点沿竖直方向枢转；

多个电子致动器，其分别施加抵制所述多个键的按压操作的反作用力，各电子致动器均包括可动构件，该可动构件以与所述多个键中的每一个键的枢转运动连动的方式沿竖直方向移位；

多个反射板，其以垂直于各反射板的表面的轴线与所述键的纵轴线构成的角度在90°±20°范围内的方式，分别固定于所述多个电子致动器的可动构件，其中各反射板的光反射率均沿着各可动构件的移位方向而改变；及

多个光学传感器，各光学传感器以使得各反射板与各光学传感器之间的距离变化抑制到较低的水平的方式设置在沿横向方向与各键的纵轴线隔开的位置处，各光学传感器朝向所述多个反射板中的相应的反射板发光，接收来自所述相应的反射板的反射光，以便根据所接收到的光量输出电信号，并且检测所述多个电子致动器的可动构件的位置；

其中，各光学传感器均由发光装置和光接收装置组成，该发光装置面向各反射板并朝向该反射板发光，并且该光接收装置面向各反射板并接收由该反射板反射的、来自该发光装置的光，以便根据所接收到的光量输出电信号。

2.如权利要求1所述的键盘装置，其中：

各电子致动器均在各键的支点的靠近演奏者一侧的位置处，通过各可动构件施加抵制各键的按压操作的反作用力。

3.如权利要求1所述的键盘装置，其中：

各电子致动器均在各键的支点的远离演奏者一侧的位置处，通过各可动构件施加抵制各键的按压操作的反作用力。

4.如权利要求1所述的键盘装置，其中：

各键的纵轴线与垂直于各反射板的表面的方向之间的角度为大于等于70°且小于等于110°。

5.如权利要求1所述的键盘装置，其中：

各键的纵轴线与垂直于各反射板的表面的方向之间的角度为90°。

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