DE19649881A1 - Positionswandler mit einem Lichtstrahlgenerator zum Abdecken eines breiten detektierbaren Bereichs - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Positionswandler zum Umwandeln einer Position eines Gegenstands in ein elektrisches Signal und insbesondere auf einen Positions­ wandler mit einem Lichtstrahlgenerator bzw. Erzeuger eines optischen Strahls zum Abdecken eines breiten detektierbaren bzw. abfühlbaren Bereichs.

Beschreibung des Standes der Technik

Ein Positionswandler ist in einem Klaviaturmusikinstru­ ment eingebaut, wie beispielsweise in einem stummen Klavier, das im US-Patent Nr. 5,374,775 offenbart ist. Das stumme Klavier ist auf der Grundlage eines akusti­ schen Klaviers hergestellt, und ein Hammerstopper, Posi­ tionswandler, eine Datenverarbeitungseinheit, ein Ton­ generator und ein Kopfhörer sind in dem stummen Klavier umfaßt. Wenn der Hammerstopper in eine freie Position bewegt wird, in der der Hammerstopper die Hammerbewe­ gungen nicht beeinflußt, verhält sich das stumme Klavier ähnlich zu einem üblichen akustischen Klavier, und ein Klavierspieler spielt eine Melodie auf dem stummen Klavier über die akustischen Klänge.

Wenn andererseits der Hammerstopper in eine Blockier­ position verändert wird, in der der Hammer vor einem Anschlagen der Saiten von dem Hammerstopper zurückprallt, verhält sich das stumme Klavier wie ein elektronisches Tastaturmusikinstrument. Die Positionswandler überwachen die Tasten/Hammer und liefern Positionsinformationen der Tasten/Hammer an die Datenverarbeitungseinheit. Die Da­ tenverarbeitungseinheit verarbeitet die Positionsinfor­ mation in Echtzeit und erzeugt Musikdatencodes, die re­ präsentativ sind für die Tasten-/Hammerbewegungen. Die Musikdatencodes werden an den Tongenerator geliefert, und der Tongenerator erzeugt aus den Musikdatencodes ein Audiosignal. Das Audiosignal wird an den Kopfhörer ge­ liefert und der Spieler hört einen elektronischen Klang anstatt des akustischen Klangs.

Es wird erwartet, daß die Datenverarbeitungseinheit nicht nur die gedrückte Taste bestimmt, sondern auch einen Zeitpunkt zum Erzeugen des elektronischen Klangs sowie die Hammergeschwindigkeit in der Nähe der zugehörigen Saiten. Die Lautstärke des Klavierklangs ist proportional zu der Hammergeschwindigkeit, und die Datenverarbeitungs­ einheit bestimmt die Lautstärke des elektronischen Klangs aus der Hammergeschwindigkeit.

Ein typisches Beispiel eines Positionswandlers, der für ein stummes Klavier verfügbar ist, ist ausgeführt als eine Unterbrecher- bzw. Blenden- bzw. Verschlußplatte und ein Photo- bzw. Licht-Unterbrecher. Ein Fenster ist in der Unterbrecherplatte ausgebildet, und die Unterbrecher­ platte ist an der Unterseite einer Taste befestigt. Andererseits strahlt der Photo-Unterbrecher einen Lichtstrahl bzw. optischen Strahl über einen Weg bzw. eine Bahn der Unterbrecherplatte hinweg ab und der Lichtstrahl wird durch die Unterbrecherplatte zweimal unterbrochen. Während die Unterbrecherplatte entlang der Bahn bewegt wird, unterbricht die Vorderkante zuerst den Lichtstrahl, danach gestattet das Fenster, daß der Lichtstrahl dahindurch geht, und schließlich unterbricht die das Fenster definierende Innenkante den Lichtstrahl wieder. Der Photo-Unterbrecher verändert die Größe des Photo- bzw. Licht-Stroms abhängig von der Lichtintensität und verändert demgemäß den Spannungs- bzw. Potentialpegel eines Tastenpositionssignals. Der Photo-Unterbrecher ver­ ändert das Tastenpositionssignal bei der ersten Licht­ unterbrechung und bei der zweiten Lichtunterbrechung auf den niedrigen Spannungspegel, und die Datenverarbeitungs­ einheit schätzt die Hammergeschwindigkeit aus der Tasten­ geschwindigkeit, die berechnet wird durch Teilen des Ab­ stands zwischen der Vorderkante und der Innenkante durch die Zeit von der ersten Lichtunterbrechung bis zu der zweiten Lichtunterbrechung.

Jedoch erfolgt die Tastenbewegung üblicherweise entlang einer ziemlich komplizierten Bahn und es ist unmöglich, daß die zwei Lichtunterbrechungen die komplizierte Bahn exakt ausdrücken bzw. wiedergeben. Um die Lautstärke des elektronischen Klangs an die des Klavierklangs anzupas­ sen, welcher durch die gleiche Tastenbewegung erzeugt würde, kann die Anzahl von Photo-Unterbrechern erhöht werden; diese Lösung erhöht jedoch die Herstellungs­ kosten.

US-Patent Nr. 5,001,339 offenbart eine opto-elektronische Abfühleinrichtung, die für ein akustisches Klavier ver­ fügbar ist. Gemäß dem US-Patent bilden eine Fahne und ein Photo-Unterbrecher in Kombination die herkömmliche opto- elektronische Abfühleinrichtung für eine der Tasten des akustischen Klaviers. Die Fahne ist an der Unterseite der Taste befestigt und dreht sich um eine Welle bzw. Achse. Der Photo-Unterbrecher strahlt einen Lichtstrahl über die Bahn der Fahne hinweg ab, und die Fahne besitzt eine winklige Form, die die Lichtmenge des Strahls abhängig von der Winkelposition davon linear variiert. Ein Mikro­ prozessor holt sich ein digitales Tastenpositionssignal, das repräsentativ ist für die Lichtmenge, und bestimmt die derzeitige Tastenposition. Somit erzeugt die her­ kömmliche opto-elektronische Abfühleinrichtung das Ta­ stenpositionssignal, welches seinen Wert kontinuierlich ändert abhängig von der derzeitigen Tastenposition.

Die japanischen Patentveröffentlichungen der ungeprüften Anmeldungen Nr. 6-138870 und 6-149233 offenbaren einen weiteren herkömmlichen Positionswandler. Der herkömmliche Positionswandler ist verfügbar für ein Pedal eines aku­ stischen Klaviers. Eine Grauskala, die eine Platte ist, auf der ein Muster aufgedruckt ist, das stufenweise bzw. diskontinuierlich die Helligkeit ändert, und ein opti­ scher Leser sind in dem Positionswandler umfaßt. Die Grauskala ist an dem Pedal des akustischen Klaviers be­ festigt und wird zusammen mit dem Pedal bewegt. Anderer­ seits ist der optische Leser stationär und liest optisch die Helligkeit. Wenn das Pedal zusammen mit der Grauskala bewegt wird, verändert sich die von der Grauskala optisch abgelesene Helligkeit, und der optische Leser erzeugt ein Pedalpositionssignal, das repräsentativ ist für die der­ zeitige Pedalposition.

Die japanische Patentveröffentlichung der ungeprüften Anmeldung Nr. 4-75096 offenbart noch einen weiteren her­ kömmlichen Positionswandler, der für ein akustisches Klavier verfügbar ist. Der herkömmliche Positionswandler umfaßt einen unter einer Taste vorgesehenen Licht- bzw. Photo-Reflektor und eine an der Unterseite befestigte, reflektierende Oberfläche, und der Photo-Reflektor strahlt einen Lichtstrahl zu der reflektierenden Ober­ fläche hin ab. Wenn die Taste bewegt wird, verändert sich die Intensität des reflektierten Lichts und der Photo- Reflektor verändert kontinuierlich ein Tastenpositions­ signal.

Jedoch treten bei den herkömmlichen Positionswandlern die folgenden Probleme auf.

Erstens besitzt die dem US-Patent offenbarte, herkömmli­ che opto-elektronische Abfühleinrichtung das Problem eines engen detektierbaren Bereichs. Die Fahne verändert die auf das lichtabfühlende Element des Photo-Unter­ brechers auftreffende Lichtmenge linear, und der Mikro­ prozessor bestimmt die derzeitige Tastenposition aus der auftreffenden Lichtmenge. Aus diesem Grund wird der detektierbare Bereich durch den Lichtstrahl definiert. Der im Handel verfügbare Photo-Unterbrecher strahlt jedoch lediglich einen Lichtstrahl ab, der zu eng ist, um die Bewegung bzw. Versetzung der Taste eines akustischen Klaviers abzudecken. Daher benötigt die herkömmliche opto-elektronische Abfühleinrichtung eine Lösung, um den detektierbaren Bereich zu verbreitern. Darüberhinaus bilden die meisten Photo-Unterbrecher den Lichtstrahl mit einem runden Querschnitt, und es wird erwartet, daß der Hersteller der Fahne präzise die winklige Form gibt, um die Linearität zwischen der Tastenposition und der auf­ treffenden Lichtmenge zu erreichen. Ein solches genaues Bearbeiten ist zeitaufwendig und erhöht demgemäß die Her­ stellungskosten.

Der herkömmliche Positionswandler weist ein Problem bei der Kalibrierung auf. Die Grauskala und der optische Leser sind separat an dem Pedalmechanismus und einem stationären Plattenglied befestigt und die relative Be­ ziehung dazwischen ist niemals konstant. Aus diesem Grund ist erforderlich, daß der Hersteller den herkömmlichen Positionswandler für individuelle Produkte exakt kali­ briert, und die Kalibrierung ist zeit- und arbeitsauf­ wendig. Obwohl der herkömmliche Positionswandler vor der Lieferung aus der Fabrik kalibriert ist, ist es Darüberhinaus möglich, daß die relative Position auf Grund von altersbedingter Verschlechterung verändert wird, und der herkömmliche Positionswandler wird von der Alterung stark beeinflußt.

Der dritte herkömmliche Positionswandler hat ein Problem mit der Genauigkeit. Wie oben beschrieben wurde, strahlt der Reflektor einen Lichtstrahl an die Unterseite der Taste ab und bestimmt die derzeitige Tastenposition aus der reflektierten Lichtmenge. Jedoch wird die reflek­ tierte Lichtmenge nicht dominiert oder bestimmt durch den Abstand zwischen dem Reflektor und der Unterseite der Taste. Die reflektierte Lichtmenge wird beispielsweise verändert durch die Oberflächenrauheit der reflektie­ renden Oberfläche und den Winkel zwischen der reflektie­ renden Oberfläche und dem Lichtstrahl. Daher kann der herkömmliche Positionswandler die derzeitige Tasten­ position nicht genau detektieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher ein wichtiges Ziel der vorliegenden Erfin­ dung, einen Positionswandler vorzusehen, der einen brei­ ten detektierbaren Bereich, eine verbesserte Genauigkeit und niedrige Herstellungskosten hat.

Um dieses Ziel zu erreichen, schlägt die vorliegende Erfindung vor, einen Lichtstrahl in einer Richtung zu verlängern, in der sich ein beweglicher Gegenstand entlang einer Bahn bzw. eines Wegs bewegt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Positionswandler vorgesehen zum Bestimmen einer derzeitigen Position eines beweglichen Objekts auf einer Bahn, die sich in einer er­ sten Richtung erstreckt, wobei der Positionswandler fol­ gendes aufweist: eine Lichtstrahlquelle, die auf einer Seite der Bahn vorgesehen ist zum Abstrahlen eines Licht­ strahls mit einem ersten Querschnitt über die Bahn hin­ weg; einen Lichtstrahlempfänger, der auf der anderen Seite der Bahn vorgesehen ist und gestattet, daß der Lichtstrahl darauf auftrifft, so daß der bewegliche Gegenstand die Lichtmenge verändert, die auf den Licht­ strahlempfänger auftrifft; und einen Querschnittsmodifi­ zierer, der zwischen der Lichtstrahlquelle und dem Licht­ strahlempfänger vorgesehen ist zum Modifizieren des Lichtstrahls dahingehend, daß er einen zweiten Quer­ schnitt besitzt, der in der ersten Richtung langgestreckt bzw. verlängert ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Merkmale und Vorteile des Positionswandlers gemäß der vorliegenden Erfindung werden deutlicher verstanden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beige­ fügten Zeichnungen, in denen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht ist, die die Struktur eines stummen Klaviers zeigt, das mit einem Positionswandler gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;

Fig. 2 eine Ansicht von unten ist, die Tastensensoren zeigt, die in dem stummen Klavier umfaßt sind;

Fig. 3 eine Seitenansicht ist, die einen Lichtstrahl­ generator zeigt, der mit einer der Tasten assoziiert ist;

Fig. 4 eine Ansicht des Lichtstrahlgenerators von unten ist;

Fig. 5 eine Seitenansicht des Lichtstrahlgenerators ist;

Fig. 6 eine Vorderansicht ist, die Lichtstrahlen zeigt, die von einem Sensorkopf abgestrahlt werden, der einen Teil des Lichtstrahlgenerators bildet;

Fig. 7 eine Ansicht des Lichtstrahlempfängers von unten ist;

Fig. 8 eine Seitenansicht des Lichtstrahlempfängers ist;

Fig. 9 eine Vorderansicht ist, die einen Lichtstrahl zeigt, der auf einen Sensorkopf auftrifft, welcher einen Teil des Lichtstrahlempfängers bildet;

Fig. 10 ein Schaltplan ist, der einen Strom/Spannungs- Wandler zeigt, der mit einer photo- bzw. licht­ abfühlenden Halbleiterdiode verbunden ist;

Fig. 11 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen dem Spannungs- bzw. Potentialpegel eines analogen Tastenpositionssignals und einer derzeitigen Ta­ stenposition zeigt;

Fig. 12 ein Diagramm ist, das die Anordnung von optischen Fasern zeigt, die zwischen den lichtaussendenden/ lichtabfühlenden Halbleiterdioden und den Licht­ strahlgeneratoren/-empfängern verbunden sind;

Fig. 13 eine Ansicht von unten ist, die eine Modifikation der Konvexlinse zeigt, welche an dem Lichtstrahl­ generator angebracht ist;

Fig. 14 eine Seitenansicht ist, die die Modifikation der Konvexlinse zeigt;

Fig. 15 eine Vorderansicht ist, die einen Lichtstrahl zeigt, der von der Modifikation zu einem Sensor­ kopf hin abgestrahlt wird;

Fig. 16 eine Draufsicht ist, die eine erste Modifikation des Sensorkopfes zeigt;

Fig. 17 eine Ansicht ist, die den Querschnitt von Licht­ strahlen zeigt, die an dem in Fig. 16 gezeigten Sensorkopf reflektiert wurden;

Fig. 18 eine Draufsicht ist, die eine zweite Modifikation des Sensorkopfs zeigt;

Fig. 19 eine Ansicht ist, die den Querschnitt von Licht­ strahlen zeigt, die an dem in Fig. 18 gezeigten Sensorkopf reflektiert wurden;

Fig. 20 eine Vorderansicht der zweiten Modifikation ist;

Fig. 21 eine Draufsicht auf eine dritte Modifikation des Sensorkopfs ist;

Fig. 22 eine Seitenansicht der dritten Modifikation ist;

Fig. 23 eine Vorderansicht der dritten Modifikation ist;

Fig. 24 eine Draufsicht einer Anordnung von Sensorköpfen ist;

Fig. 25 eine Querschnittsansicht der Anordnung von Sensorköpfen ist;

Fig. 26 eine Ansicht einer weiteren Anordnung von Sensor­ köpfen von unten ist;

Fig. 27 eine Querschnittsansicht der Anordnung von Sensorköpfen ist;

Fig. 28 eine Ansicht einer Anordnung von Faserträgern von unten ist;

Fig. 29 eine Ansicht von unten ist, die einen integrier­ ten Lichtstrahlgenerator und einen integrierten Lichtstrahlempfänger zeigt;

Fig. 30 eine Seitenansicht des integrierten Lichtstrahl­ empfängers ist; und

Fig. 31 eine Draufsicht ist, die ein weiteres Layout bzw. eine weitere Anordnung der Tastensensoren zeigt.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels Aufbau des Tastaturmusikinstruments

Bezugnehmend zuerst auf Fig. 1 der Zeichnungen weist ein stummes Klavier im wesentlichen ein akustisches Klavier 1, einen Hammerstopper 2 und ein elektronisches Klanger­ zeugungssystem 3 auf. In der folgenden Beschreibung be­ deutet der Ausdruck "vorn" eine Stelle oder Position näher zu einem Spieler, der auf dem Klavier 1 spielt, als eine "hintere" Position, und die Uhrzeigerrichtung und die Gegenuhrzeigerrichtung werden bestimmt in der Figur, auf die sich die Beschreibung bezieht.

Tasten 1a/1b, Tastenmechaniken 1c, Hammer 1d, Saiten 1e und Dämpfermechanismen (nicht gezeigt) sind in dem aku­ stischen Klavier umfaßt und verhalten sich ähnlich wie diejenigen eines herkömmlichen Klaviers. Achtundachtzig Tasten 1a/1b sind in dem akustischen Klavier 1 umfaßt und bilden zusammen eine Klaviatur. Jede der Tasten 1a/1b ist um einen Waagebalkenstift 1f herum drehbar, welcher in einem Waagebalken 1g eingebettet ist. Wenn ein Pianist eine Taste 1a/1b drückt, ändert die gedrückte Taste 1a/1b ihre Lage aus der Ruheposition RP in eine Endposition EP. Wenn der Pianist andererseits die gedrückte Taste 1a/1b losläßt, bewirkt das Eigengewicht der gedrückten Taste 1a/1b, daß sie in die Ruheposition RP zurückkehrt. Das herkömmliche Klavier ist dem Fachmann bekannt und daher wird es hier nicht weiter beschrieben.

Der Hammerstopper 2 umfaßt einen Schaft oder eine Welle 2a, die in zwei Richtungen drehbar ist, und Polsterglie­ der 2b, die an der Welle 2a befestigt sind. Die Lage des Hammerstoppers 2 wird durch die Drehung der Welle 2a zwi­ schen einer freien Position FP und einer Blockierposition BP verändert. Wenn der Hammerstopper 2 in der freien Po­ sition FP ist, können die Hammer 1d die zugehörigen Sai­ ten 1e anschlagen, um die akustischen Klänge zu erzeugen ähnlich wie bei dem herkömmlichen Klavier. Wenn anderer­ seits der Hammerstopper 2 in die Blockierposition BP ge­ bracht wurde, prallen die Hammer 1d von den Polsterglie­ dern 2b ab, bevor sie die Saiten 1e anschlagen, und es wird kein akustischer Klang erzeugt.

Das elektronische Klangerzeugungssystem 3 umfaßt eine Vielzahl von Tastensensoren 3a, eine Steuereinheit 3b und einen Kopfhörer 3c. Die Tastensensoren 3a überwachen je­ weils die Tasten 1a/1b und erzeugen Tastenpositionssig­ nale KP, die repräsentativ sind für die derzeitigen Ta­ stenpositionen der zugehörigen Tasten 1a/1b. Die Steuer­ einheit 3b verarbeitet die durch die Tastenpositions­ signale KP gegebene Positionsinformation. Die Steuer­ einheit 3b stellt die gedrückten Tasten fest und bestimmt die Hammergeschwindigkeit, einen Aufschlagzeitpunkt, wann der zugehörige Hammer 1d die Saite 1e anschlagen würde, und einen Auslöschzeitpunkt, zu dem der zugehörige Dämp­ fermechanismus den akustischen Klang auslöschen würde. Die Steuereinheit 3b erzeugt Musikdatencodes aus diesen Informationen und liefert die Musikdatencodes an einen Tongenerator. Der Tongenerator erzeugt ein Audiosignal AD zur Erzeugung von elektronischen Klängen mittels des Kopfhörers 3c.

Die Tastensensoren 3a sind über einem Tastenbett 1h zwischen einem vorderen Balken und dem Waagebalken 1g unter den zugehörigen Tasten 1a/1b vorgesehen. Eine Unterbrecher- bzw. Blenden- bzw. Verschlußplatte 3d, ein Lichtstrahlgenerator 3e und ein Lichtstrahlempfänger 3f (siehe Fig. 2) bilden insgesamt jeden der Tastensensoren 3a. Obwohl die Unterbrecherplatten 3d jeweils an den Unterseiten der Tasten 1a/1b angebracht sind, teilen sich jeweils zwei benachbarte Tasten 1a/1b einen Lichtstrahl­ generator 3e und einen Lichtstrahlempfänger 3f.

Die Lichtstrahlgeneratoren 3e werden von einem Bügel 3g getragen, der mittels Bolzen oder Schrauben an dem Tastenbett 1h befestigt ist, und sind mit Halbleiter-LEDs 3h optisch verbunden (siehe Fig. 2). Die Lichtstrahlemp­ fänger 3f werden auch von dem Bügel 3g getragen und sind mit lichtabfühlenden Halbleiterdioden 3i optisch ver­ bunden (siehe Fig. 2). Die Halbleiter-LEDs 3h und die lichtabfühlenden Halbleiterdioden 3i sind in einem Sig­ nalwandler 3hi umfaßt, und die Steuereinheit 3b steht mit den Lichtstrahlgeneratoren 3e und den Lichtstrahlempfän­ gern 3f über den Signalwandler 3hi in Verbindung. Die Halbleiter-LEDs 3h und die lichtabfühlenden Halbleiter­ dioden 3i sind auf einer Leiterplatte 3hj angeordnet, und die Leiterplatte 3hj ist von dem Bügel 3g getragen. Die Halbleiter-LEDs 3h sind ansprechend auf Treibersignale DR, um selektiv bzw. in ausgewählter Weise Licht an die Lichtstrahlgeneratoren zu liefern, und die lichtabfühlen­ den Halbleiterdioden 3i wandeln das Licht in Photo- bzw. Licht-Strom um, so daß der Signalwandler 3hi die Tasten­ positionssignale KP, die für die derzeitigen Tasten­ positionen repräsentativ sind, an die Steuereinheit 3b liefert.

Anordnung der Tastensensoren

Mit Bezug auf Fig. 2 der Zeichnungen sind die Licht­ strahlgeneratoren 3e abwechselnd mit den Lichtstrahl­ empfängern 3f auf der Rückseite des oberen Teils des Bügels 3g angeordnet, und eine Vielzahl von Schlitzen 3j ist in dem Bügel 3g zwischen den Lichtstrahlgeneratoren 3e und den Lichtstrahlempfängern 3f ausgebildet. Die Bahn jeder Unterbrecherplatte 3d geht durch den zugehörigen Schlitz 3j und der Lichtstrahlgenerator 3e strahlt einen Lichtstrahl LB1/LB2/LB3/LB4 über die Bahn der zugehörigen Taste 1a/1b hinweg ab. Der Lichtstrahl LB1 bis LB4 trifft auf den Lichtstrahlempfänger 3f auf, und die auftreffende Lichtmenge LB5/LB6 verändert sich abhängig von der Posi­ tion der Unterbrecherplatte auf der Bahn. Obwohl Fig. 2 drei Tastensensoren zeigt, sind alle achtundachtzig Tasten 1a/1b jeweils mit Tastensensoren 3a assoziiert.

Die Halbleiter-LEDs 3h sind über optische Fasern bzw. Lichtleiter 3k mit den Lichtstrahlgeneratoren 3e ver­ bunden. Ein Faserträger 3n, eine Konvexlinse 3o und ein Sensorkopf 3p bilden zusammen jeden Lichtstrahlgenerator 3e, und alle Lichtstrahlgeneratoren 3e sind identisch miteinander aufgebaut. Die optischen Fasern 3k sind aus Acrylharz gebildet, das mit fluorhaltigem Harz überzogen oder beschichtet ist, und liefern das Licht mit konstan­ ter Luminanz bzw. Leuchtdichte von den Halbleiter-LEDs 3h an die Lichtstrahlgeneratoren 3e.

Der Faserträger 3n ist wie die optischen Fasern 3k aus Acrylharz gebildet und besitzt eine kubische oder würfel­ förmige Konfiguration. Wie in Fig. 3 besser zu sehen ist, ist ein durchgehendes Loch 3na in dem Faserträger 3n ausgebildet, und das durchgehende Loch 3na ist zu dem Sensorkopf 3p hin ausgerichtet. Die optische Faser 3k ist in das durchgehende Loch 3na eingesetzt und ist mit dem Faserträger 3n verbunden, insbesondere verklebt. Die Kon­ vexlinse 3o ist mit dem Faserträger 3n derart integriert, daß ein Lichtstrahl LB7/LB8 zu dem Sensorkopf 3p hin di­ vergiert. Die Konvexlinse 3o besitzt eine halbsäulen­ artige Konfiguration und wird im weiteren noch genauer beschrieben. Ein Vorsprung 3nb ist auf der Oberseite des Faserträgers 3n ausgebildet und ist in einem im Bügel 3b ausgebildeten Loch 3ga glatt abschließend bzw. passend aufgenommen.

Der Sensorkopf 3p umfaßt eine Grundplatte 3pa, einen reflektierenden Prismenkörper 3pb und eine Konvexlinse 3pc. Die Grundplatte 3pa ist glatt abschließend bzw. passend in einem im Bügel 3g ausgebildeten Loch 3gb aufgenommen, und der reflektierende Prismenkörper 3pb ist an der Grundplatte 3pa befestigt. Der reflektierende Prismenkörper 3pb ist als ein Paar von Prismen ausgebil­ det und das Prisma besitzt den Querschnitt eines recht­ winkligen Dreiecks (siehe Fig. 2). Die Prismen des Paars sind derart miteinander kombiniert, daß die schräge Ober­ fläche eines Prismas gegenüber der schrägen Oberfläche eines anderen Prismas liegt. Die Prismen sehen jeweils reflektierende Oberflächen 3pd und 3pe vor, und die Kon­ vexlinse 3pc ist mit den anderen Oberflächen des Prismas integriert, um den Lichtstrahl LB7/LB8 zu den reflektie­ renden Oberflächen 3pd/3pe zu leiten. Der Lichtstrahl LB7/LB8 wird an den reflektierenden Oberflächen 3pd/3pe reflektiert und wird gleichmäßig aufgeteilt in die Licht­ strahlen LB1/LB3 und LB2/LB4.

Der Querschnitt des Lichtstrahls LB7/LB8 vergrößert sich auf dem Weg zwischen der Konvexlinse 3o und dem Sensor­ kopf 3p und der divergierende Lichtstrahl LB7/LB8 ist breit genug, um die Bewegung der Unterbrecherplatte 3b zwischen der Ruheposition RP und der Endposition EP abzudecken. Jedoch dehnt die halbsäulenförmige Konvex­ linse 3o den elliptischen Lichtstrahl LB7/LB8 in der seitlichen Richtung nicht breit aus, und aus diesem Grund besitzt die Konvexlinse 3pc einen relativ großen Krümmungsradius und kann leicht hergestellt werden.

Die Lichtstrahlempfänger 3f sind über die optischen Fasern 3m mit den lichtabfühlenden Halbleiterdioden 3i verbunden und sind identisch miteinander aufgebaut. Die optischen Fasern 3k sind aus Acrylharz gebildet, das mit fluorhaltigem Harz beschichtet oder überzogen ist und leiten das auf die Lichtstrahlempfänger 3f auftreffende Licht zu den lichtabfühlenden Halbleiterdioden 3i. Die lichtabfühlenden Halbleiterdioden 3i wandeln das Licht in den Photo-Strom um, und der Photo-Strom ist proportional zu der auf die lichtabfühlenden Halbleiterdioden 3i auf­ treffenden Lichtmenge.

Der Lichtstrahlempfänger 3f umfaßt einen Faserträger 3q, eine Konvexlinse 3r und einen Sensorkopf 3s. Der Faser­ träger 3g und der Sensorkopf 3s sind identisch mit denen des Lichtstrahlgenerators 3e und sind mit dem Faserträger 3n bzw. dem Sensorkopf 3p kompatibel. Daher wird die Be­ schreibung des Faserträgers 3g und des Sensorkopfes 3s weggelasen, um eine Wiederholung zu vermeiden. Die Kon­ vexlinse 3r besitzt eine halbkugelförmige Konfiguration und ist mit dem Faserträger 3g integriert.

Entweder nur der Lichtstrahlgenerator 3e oder nur der Lichtstrahlempfänger 3f ist in dem Bereich zwischen den Schlitzen 3j vorgesehen. Die Tasten 1a/1b sind mit geringem Abstand angeordnet und daher ist der Bereich zwischen den Schlitzen 3j eng. In dieser Situation ist die abwechselnde Anordnung von Lichtstrahlgeneratoren/­ empfängern 3e/3f für die Installation der Tastensensoren 3a wünschenswert. Darüberhinaus sind die Faserträger 3n/3g von den Sensorköpfen 3p/3s getrennt und nur die Sensorköpfe 3p/3s sind zwischen den Schlitzen 3j angeordnet. Der Hersteller bildet die breiten Schlitze 3d im Bügel 3g, und es wird nicht erwartet, daß die Unterbrecherplatten 3d an den Unterseiten der Tasten 1a/1b exakt angebracht sind. Darüberhinaus reguliert der Hersteller frei das Vergrößerungs- /Verkleinerungsverhältnis der divergenten/ konvergenten elliptischen Lichtstrahlen LB7/LB8 und LB5/LB6.

Die Faserträger 3n/3q sind bezüglich der Schlitze 3d auf der gleichen Seite angeordnet. Ein Raum ist beiden opti­ schen Fasern 3k/3m zugeordnet und die Faseranordnung ist einfach.

Wie oben beschrieben wurde, teilen sich jeweils zwei Unterbrecherplatten 3d einen Lichtstrahlgenerator 3e, und jeweils zwei Unterbrecherplatten 3d teilen sich auch einen Lichtstrahlempfänger 3f. Darüberhinaus sind die optischen Fasern 3k jeweils mit den Lichtstrahlgenera­ toren 3e verbunden, und die Lichtstrahlempfänger 3f sind jeweils mit den optischen Fasern 3m verbunden. Dies bedeutet, daß sich jeweils zwei Unterbrecherplatten 3d jede optische Faser 3k/3m teilen. Somit ist die Anzahl an optischen Fasern 3k/3m und an Lichtstrahlgeneratoren/ -empfängern 3e/3f gering und demgemäß werden die Herstellungskosten des elektronischen Klangerzeugungs­ systems 3 vermindert.

Lichtstrahlgenerator bzw. Generator für optischen Strahl

Mit Bezug auf die Fig. 4, 5 und 6 der Zeichnungen strahlt der Lichtstrahlgenerator 3e die Lichtstrahlen LB1 und LB2 an die Lichtstrahlempfänger 3f auf beiden Seiten davon ab. Eine der Halbleiter-LEDs 3h ist ansprechend auf das Treiberimpulssignal DR zum Erzeugen eines Lichtimpulses, und die optische Faser 3k leitet den Lichtimpuls zu dem Lichtstrahlgenerator 3e. Der Lichtstrahlgenerator 3e formt den Lichtimpuls aus dem Lichtstrahl LB7 in die Lichtstrahlen LB1/LB2. Obwohl ein weiterer Lichtstrahl­ generator 3e auch den Lichtstrahl LB3/LB4 abstrahlt, ist der Lichtstrahlgenerator 3e über die optische Faser 3k mit einer anderen Halbleiter-LED 3h verbunden, und die Halbleiter-LEDs 3h erzeugen die Lichtimpulse zu unter­ schiedlichen Zeitpunkten. Aus diesem Grund treffen die Lichtstrahlen LB2 und LB3 nicht gleichzeitig auf den Lichtstrahlempfänger 3f, den sie sich teilen.

Die Konvexlinse 3o besitzt eine halbsäulenartige Konfi­ guration und die halbkreisförmigen oberen und unteren Oberflächen 3oa sind senkrecht zu der Bahn der Unter­ brecherplatte 3d. Aus diesem Grund wird der Lichtstrahl LB7 in der Auf-Ab-Richtung weniger gebrochen bzw. ausgelenkt und divergiert stark von der Konvexlinse 3o zu dem Sensorkopf 3p hin (siehe Fig. 5). Jedoch bricht die Konvexlinse 3o den Lichtstrahl LB7 in seitlicher Richtung nach innen, und die Divergenz des Lichtstrahls LB7 in seitlicher Richtung ist geringer als die Divergenz in Auf-Ab-Richtung, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Infolge­ dessen besitzt der Lichtstrahl LB7 einen elliptischen Querschnitt CR0, wie es in Fig. 6 gezeigt ist.

Die Konvexlinse 3pc bricht den Lichtstrahl LB7 nach innen und verändert den divergenten Lichtstrahl LB7 in einen parallelen Lichtstrahl LB7′. Die reflektierenden Ober­ flächen 3pd/3pe sind derart reguliert bzw. bemessen, daß sie in den elliptischen Querschnitt eingeschrieben sind bzw. von diesem überdeckt werden. Die reflektierenden Oberflächen 3pd/3pe teilen den parallelen Lichtstrahl LB7′ in die Lichtstrahlen LB1/LB2 auf, und daher sind die Lichtstrahlen LB1 und LB2 auch parallele Lichtstrahlen. Die reflektierenden Oberflächen 3pd/3pe reflektieren die darauf auftreffende, parallele Lichtkomponente, und aus diesem Grund besitzen die Lichtstrahlen LB1/LB2 einen rechteckigen Querschnitt CR1. Der Lichtstrahl LB1 ist in Fig. 5 durch Punkte dargestellt. Die reflektierenden Oberflächen 3pd/3pe besitzen jeweils Projektionsebenen senkrecht zu dem parallelen Lichtstrahl LB7′, und die Projektionsebenen besitzen die gleiche Fläche. Somit teilen die reflektierenden Oberflächen die parallele Lichtkomponente gleichmäßig in die zwei Lichtstrahlen LB1 und LB2 auf.

Die parallelen Lichtstrahlen LB1/LB2 sind erwünscht. Selbst, wenn der Hersteller versehentlich die Unter­ brecherplatte 3d an einer Stelle abweichend von der Mittelposition zwischen den Sensorköpfen 3p und 3s anbringt, beeinflußt diese Fehlausrichtung die Beziehung zwischen der derzeitigen Tastenposition und der auf den Lichtstrahlempfänger 3f auftreffenden Lichtmenge nicht. Somit machen die parallelen Lichtstrahlen LB1/LB2 die Zusammenbauarbeit einfach.

In diesem Beispiel formt der Lichtstrahlgenerator 3e den elliptischen Lichtstrahl LB7 in die rechteckigen Licht­ strahlen LB1/LB2, und der Verlust an Licht ist geringer als wenn ein rechteckiger Lichtstrahl aus einem kreisför­ migen Lichtstrahl geformt wird.

Lichtstrahlempfänger bzw. Empfänger des Lichtstrahls

Wiederum mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 der Zeichnungen queren die Lichtstrahlen LB1/LB2 die Wege der Unter­ brecherplatten 3d und treffen auf die Lichtstrahl­ empfänger 3f auf, von denen einer in Fig. 2 gezeigt ist. Der Lichtstrahlempfänger 3f empfängt nicht nur den Licht­ strahl LB2 von dem Lichtstrahlgenerator 3e auf der linken Seite davon, sondern auch den Lichtstrahl LB3 von dem Lichtstrahlgenerator 3e auf der rechten Seite davon, und zwar zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Aus diesem Grund kann die Steuereinheit 3b die Tastensensoren 3a feststel­ len. Aus Gründen der Einfachheit wird nur der Lichtstrahl LB2 beschrieben.

Die Fig. 7, 8 und 9 zeigen den Lichtstrahlempfänger 3f. Der Lichtstrahl LB2 trifft auf eine der reflektierenden Oberflächen des Sensorkopfes 3s auf und ist in Fig. 8 durch Punkte dargestellt. Der Lichtstrahl LB2 wird von der reflektierenden Oberfläche reflektiert und ändert die Richtung durch interne Reflexion. Wie oben beschrieben wurde, ist der Sensorkopf 3s identisch mit dem Sensorkopf 3p und strahlt den Lichtstrahl LB5 zu der Konvexlinse 3r hin ab. Die Konvexlinse des Sensorkopfes 3s bewirkt, daß der Lichtstrahl LB5 zu der Konvexlinse 3r hin konvergiert.

Die halbkugelförmige Konvexlinse 3r bewirkt, daß der Lichtstrahl LB5 zu dem Einlaßende der optischen Faser 3m hin weiter konvergiert und das auftreffende Licht wird durch die optische Faser 3m zu einer der lichtabfühlenden Halbleiterdioden 3i weiter geleitet.

Betrieb des Tastensensors

Jede der lichtabfühlenden Halbleiterdioden 3i ist zwi­ schen einer Leistungsversorgungsleitung Vdd und einer Masseleitung GND verbunden, und ein Strom/Spannungs- Wandler R1 ist zwischen die lichtabfühlenden Halbleiter­ diode 3i und die Masseleitung GND geschaltet, wie es in Fig. 10 gezeigt ist. Die lichtabfühlende Halbleiterdiode 3i verändert den Photo-Strom entsprechend der darauf auf­ treffenden Lichtmenge, und der Strom/Spannungs-Wandler R1 verändert den Spannungs- bzw. Potentialpegel eines ana­ logen Tastenpositionssignals KP proportional zu dem Be­ trag des Photo-Stroms. Die Strom/Spannungs-Wandler Rl bilden einen Teil des Signalwandlers 3hi.

Angenommen, die Taste 1a/1b wird gedrückt, dann unter­ bricht die Unterbrecherplatte 3d den Lichtstrahl LB2 und die Tastenabwärtsbewegung vergrößert die Fläche des Lichtstrahls LB2, die von der Unterbrecherplatte 3d überlappt bzw. abgedeckt wird. Der Lichtstrahlgenerator 3e strahlt den Lichtstrahl LB2 während der Abwärts­ bewegung der Taste 1a/1b in Intervallen bzw. in unter­ brochener Folge über die Bahn der Unterbrecherplatte 3d hinweg, und die auf den Lichtstrahlempfänger 3f auftreffende Menge des Lichtstrahls LB2 wird kleiner und kleiner. Entsprechend vermindert die lichtabfühlende Halbleiterdiode allmählich den Photo-Strom, und entspre­ chend vermindert der Strom/Spannungs-Wandler R1 den Spannungspegel des analogen Tastenpositionssignals KP. Die Steuereinheit 3b bestimmt die derzeitige Tasten­ position zwischen der Ruheposition RP und der Endposition EP aus dem Spannungspegel des analogen Tastenpositions­ signals KP. Obwohl es in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, kann ferner ein Analog/Digital-Wandler in dem Signalwandler 3hi umfaßt sein, um das analoge Tastenpositionssignal KP in ein digitales Tastenpositionssignal umzuwandeln.

Der Lichtstrahl hat den rechteckigen Querschnitt CR1, und der Querschnitt CR1 ist in der Auf-Ab-Richtung (oder Ver­ tikalrichtung) langgestreckt. Während die Taste 1a/1i IN der Ruheposition RP ist, überlappt die Unterbrecherplatte 3d geringfügig den rechteckigen Querschnitt CR1. Die überlappte Fläche wird während der Tastenbewegung nach unten allmählich vergrößert und wird maximiert, wenn die Taste 1a/1b die Endposition EP erreicht. Die halbsäulen­ förmige Konvexlinse 3o macht den Lichtstrahl LB2 länglich, und der Querschnitt CR1 deckt die Bahn der Unterbrecherplatte 3d zwischen der Ruheposition RP und der Endposition EP ab. Darüberhinaus verändert die recht­ eckige Unterbrecherplatte 3d die überlappte Fläche des rechteckigen Querschnitts CR1 linear. Daher verändert das analoge Tastenpositionssignal KP linear den Spannungs­ pegel abhängig von der derzeitigen Tastenposition, wie durch die Kennlinie PL1 in Fig. 11 dargestellt ist. Dies ergibt eine einfache Berechnung für die derzeitige Tastenposition.

Die optische Faser 3k strahlt einen Lichtstrahl mit kreisförmigem Querschnitt ab. Die Konvexlinse 3o ver­ längert bzw. streckt den Lichtstrahl in der Auf-Ab-Rich­ tung bzw. in vertikaler Richtung und die reflektierenden Oberflächen 3pd/3pe formen den elliptischen Lichtstrahl LB7 in die rechteckigen Lichtstrahlen LB1/LB2. Der kreis­ förmige Lichtstrahl besitzt eine gleichförmige Intensität über den gesamten Querschnitt bzw. die gesamte Oberfläche hinweg; jedoch besitzt der elliptische Lichtstrahl LB7 keine streng gleichförmige Intensität über den gesamten Querschnitt bzw. die gesamte Oberfläche hinweg. Der el­ liptische Lichtstrahl ist in den oberen und unteren Be­ reichen schwächer als in den seitlichen Bereichen. Obwohl die reflektierenden Oberflächen 3pd/3pe die oberen und unteren Bereiche aus dem elliptischen Lichtstrahl LB7 teilweise eliminieren, kann dennoch eine unterschiedliche Lichtintensität bzw. -helligkeit in den rechteckigen Lichtstrahlen LB1/LB2 vorhanden sein. Aus diesem Grund sind die Tastensensoren 3a so angeordnet, daß die Bewegung der Unterbrecherplatte 3d in einen mittleren Bereich der in Fig. 11 gezeigten Kennlinie PL1 fällt. Somit verändert der Tastensensor 3a das Tastenpositions­ signal KP in genau proportionaler Beziehung mit der Bewegung bzw. Versetzung der Unterbrecherplatte 3d, und die Genauigkeit der Positionsbestimmung bzw. -detektion ist höher als bei dem herkömmlichen Positionswandler unter Verwendung des Reflektors.

Wie oben beschrieben wurde, detektiert der Tastensensor 3a nicht nur eine Unterbrechung des Lichtstrahls, sondern bestimmt genau die derzeitige Tastenposition zwischen der Ruheposition RP und der Endposition EP. Selbst wenn eine Taste 1a/1b auf dem Weg von der Endposition in die Ruhe­ position gedrückt wird, bestimmt die Steuereinheit 3b exakt die Tastenbewegung. Darüberhinaus kann die Steuer­ einheit 3b die Tastengeschwindigkeit aus einer kurzen Versetzung bzw. Bewegung der Taste 1a/1b berechnen. Aus diesem Grund erzeugt die Steuereinheit 3b die Musikdaten­ codes, die repräsentativ sind für einen zu erzeugenden akustischen Klavierklang, und der Kopfhörer 3c erzeugt einen elektronischen Klang mit der gleichen Zeitabstim­ mung, der gleichen Lautstärke und der gleichen Dauer wie der akustische Klavierklang.

Die Konvexlinse 3o bewirkt, daß der Lichtstrahl LB7 zu dem Sensorkopf 3p divergiert, und der Lichtstrahlgenera­ tor 3e macht die Lichtstrahlen LB1/LB2 weit genug, um den Bereich der Unterbrecherbewegung zwischen der Ruhe­ position RP und der Endposition EP abzudecken. In anderen Worten benötigt der Tastensensor 3a gemäß der vorliegen­ den Erfindung keine Vielzahl von Photo-Unterbrechern, die entlang der Bahn der Unterbrecherplatte 3d angeordnet ist, und auch keine Grauskala. Darüberhinaus wird erwartet, daß die Unterbrecherplatte 3d die Fläche linear erhöht, die den rechteckigen Lichtstrahl LB1/LB2 überlappt bzw. abdeckt. In diesem Beispiel ist die Unterbrecherplatte 3d als ein rechteckiges Plattenglied ausgeführt und die rechteckige Unterbrecherplatte 3d vergrößert die überlappte Fläche linear. Schließlich benötigt der Tastensensor 3a gemäß der vorliegenden Erfindung keine spezielle Endbearbeitung, die für den herkömmlichen Positionswandler unter Verwendung des Reflektors erforderlich war, und auch keine Grauskala. Somit ist die Unterbrecherplatte 3d einfacher als die Fahne der herkömmlichen opto-elektronischen Abfühl­ einrichtung, und die einfache Unterbrecherplatte 3d gestattet dem Hersteller, die Herstellungskosten des Positionswandlers zu senken.

Um die einzelnen Tasten zu bestimmen, die von den Tasten­ sensoren 3a überwacht werden, sind die optischen Fasern 3k/3m zwischen den lichtaussendenden/lichtabfühlenden Halbleiterdioden 3h/3i und den Lichtstrahlgeneratoren/ -empfängern 3e/3f verbunden, wie es in Fig. 12 dargestellt ist.

Die optischen Fasern 3k sind in zwölf Bündel 3ka, 3kb, 3kc, . . . und 3km gruppiert, die selektiv bzw. in ausge­ wählter Weise zwischen den Halbleiter-LEDs 3ha, 3hb, 3hc, . . . und 3hm und den Lichtstrahlgeneratoren 3e verbunden sind, und die optischen Fasern 3m sind auch in acht Bündel 3ma, 3mb, . . . 3mg und 3mh gruppiert, die selektiv bzw. in ausgewählter Weise zwischen den lichtabfühlenden Halbleitereinrichtungen 3ia, 3ib, 3ic, . . . , 3ig und 3ih und den Lichtstrahlempfängern 3f verbunden sind.

Die achtundachtzig Tasten 1a/1b sind jeweils numeriert von #1 bis #88 und jede der Tasten 1a/1b wird bezeichnet unter Verwendung der Tastennummer auf deren rechter Seite. Beispielsweise ist dem links außen gelegenen Lichtstrahlgenerator 3e und dem links außen gelegenen Lichtstrahlempfänger 3f #1 bzw. #2 zugeordnet. Tabelle 1 zeigt die Beziehungen bzw. Verbindungen zwischen den Halbleiter-LEDs 3ha bis 3hm und den Lichtstrahlgenera­ toren 3e, und die Tabelle 2 zeigt die Beziehungen bzw. Verbindungen zwischen den lichtabfühlenden Halbleiter­ dioden 3ia bis 3ih und den Lichtstrahlempfängern 3f.

Tabelle 1

Tabelle 2

Die Steuereinheit 3b besitzt Treibersignalanschlüsse 3ba und Signalempfangsanschlüsse 3bb. Das Treiberimpulssignal DR wird aufeinanderfolgend bzw. sequentiell von den Trei­ bersignalanschlüssen 3ba an die Halbleiter-LEDs 3ha bis 3hm geliefert, und die Halbleiter-LEDs 3ha bis 3hm er­ zeugen Lichtimpulse zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Wenn die Halbleiter-LED 3ha erregt bzw. mit Energie ver­ sorgt wird zum Erzeugen des Lichtimpulses, sind die an­ deren Halbleiter-LEDs 3hb bis 3hm gesperrt, und der Lichtimpuls wird an die Lichtstrahlgeneratoren #1, #25, #49 und #73 verteilt. Danach liefert die Steuereinheit 3b das Treiberimpulssignal DR von den Treibersignalanschlüs­ sen 3ba an die Halbleiter-LED 3hb und der Lichtimpuls wird an die Lichtstrahlgeneratoren #3, #27, #51 und #75 verteilt. Auf diese Weise werden die Halbleiter-LEDs 3ha bis 3hm aufeinanderfolgend bzw. sequentiell erregt bzw. mit Energie versorgt, und der Lichtimpuls wird selektiv bzw. in ausgewählter Weise an die Lichtstrahlgeneratoren 3e geliefert. Obwohl sich jeweils zwei benachbarte Licht­ strahlgeneratoren 3e einen Lichtstrahlempfänger 3f teilen, werden die Lichtstrahlen LB2 und LB3 niemals gleichzeitig an den gleichen Lichtstrahlempfänger 3f abgestrahlt. Obwohl beispielsweise die Lichtstrahl­ generatoren #1 und #3 sich den Lichtstrahlempfänger #2 teilen, erzeugen die Lichtstrahlgeneratoren #1 und #3 die Lichtimpulse zu unterschiedlichen Zeitpunkten, und der Lichtstrahlempfänger #2 empfängt den Lichtstrahl von den Lichtstrahlgeneratoren #1 und #3 zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Wenn die lichtabfühlende Halbleiterdiode 3ia das Tastenpositionssignal KP auf die Lichtabstrahlung der Halbleiter-LED 3ha hin ändert, bestimmt die Steuereinheit 3b daher, daß das Tastenpositionssignal KP repräsentativ ist für die derzeitige Tastenposition der Taste #1.

In diesem Beispiel bilden die Halbleiter-LED 3h, die optische Faser 3k und der Faserträger 3n insgesamt die Lichtstrahlquelle, und die Konvexlinse 3o und der Sensorkopf 3p bilden in Kombination den Querschnitts­ modifizierer.

Modifikationen

Obwohl ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, ist es dem Fachmann klar, daß verschiedene Veränderungen und Modifi­ kationen gemacht werden können, ohne vom Umfang der vor­ liegenden Erfindung abzuweichen.

Beispielsweise kann der Positionswandler gemäß der vor­ liegenden Erfindung den Hammer anstatt der Taste 1a/1b überwachen, um so als Hammersensoren zu dienen. Darüberhinaus können sowohl Tastensensoren als auch Hammersensoren durch die Positionswandler gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert werden.

Die Taste oder der Hammer kann direkt einen Lichtstrahl zwischen dem Lichtstrahlgenerator und dem Lichtstrahl­ empfänger unterbrechen.

Der elliptische Lichtstrahl LB7/LB8 kann einfach zu dem Lichtstrahlempfänger reflektiert werden, ohne daß er in die rechteckigen Lichtstrahlen LB1 bis LB4 geformt wird. In diesem Fall verliert der Spannungspegel des analogen Tastenpositionssignals die Linearität bezüglich der Ver­ setzung bzw. Bewegung der Taste 1a/1b. Daher wird erwar­ tet, daß die Steuereinheit 3b die derzeitige Tastenposi­ tion über eine komplizierte Berechnung bestimmt.

Obwohl der Lichtstrahlgenerator 3e und der Lichtstrahl­ empfänger 3f die halbsäulenförmige Konvexlinse 3o bzw. die halbkugelförmige Konvexlinse 3r aufweisen, könnten sowohl der Lichtstrahlgenerator als auch der Lichtstrahl­ empfänger konvexe Linsen mit halbkugelförmiger Konfigu­ ration aufweisen. Dann ist der mit der Konvexlinse inte­ grierte Faserhalter kompatibel zwischen dem Lichtstrahl­ generator und dem Lichtstrahlempfänger. Jedoch besitzt der Lichtstrahl LB7/LB8 einen kreisförmigen Querschnitt, und die reflektierenden Oberflächen 3pd/3pe formen die kreisförmigen Lichtstrahlen LB7/LB8 in rechteckige Licht­ strahlen LB1 bis LB4. Dies bedeutet, daß durch das Formen der Lichtstrahlen ein großer Verlust auftritt.

Die Konvexlinse 3r ist nicht auf die halbkugelförmige Konfiguration beschränkt. Die halbkugelförmige Konvex­ linse 3r fokussiert den Lichtstrahl LB5/LB6 auf das Einlaßende der optischen Faser 3m und gestattet, daß der Lichtstrahl LB5/LB6 von der Mittellinie der halbkugel­ förmigen Konvexlinse 3r geringfügig abweicht. Daher ist die halbkugelförmige Konvexlinse 3r erwünscht. Jedoch ist die halbsäulenförmige Konvexlinse 3o auch für den Licht­ strahlempfänger 3f verfügbar. Wie oben beschrieben wurde, kann die Konvexlinse 3o die halbkugelförmige Konfigura­ tion besitzen. Wenn beide Konvexlinsen 3o und 3r die gleiche Konfiguration besitzen, sind der Lichtstrahl­ generator 3e und der Lichtstrahlempfänger 3f miteinander kompatibel bzw. austauschbar.

Die Fig. 13 bis 15 zeigen eine Modifikation der Konvex­ linse, die für den Lichtstrahlgenerator und/oder den Lichtstrahlempfänger verfügbar ist. Die modifizierte Konvexlinse 11 ist in den Faserträger 3n integriert und bewirkt, daß der Lichtstrahl LB7 zu dem Sensorkopf 3p hin divergiert. Die Konvexlinse 11 besitzt die Konfiguration eines Halbellipsoids und demgemäß einen elliptischen Querschnitt, und der Krümmungsradius ist auf einer vir­ tuellen Horizontalebene kleiner als auf einer virtuellen senkrechten Ebene (vergleiche Fig. 13 mit Fig. 14). Aus diesem Grund divergiert der Lichtstrahl LB7 weit in der Auf-Ab-Richtung bzw. Vertikalrichtung; die Konvexlinse 11 beschränkt jedoch die seitliche Divergenz in seitlicher Richtung. Der Lichtstrahl LB7 besitzt einen elliptischen Querschnitt CR2 und die reflektierenden Oberflächen 3pd/3pe formen den Lichtstrahl LB7 in die rechteckigen Lichtstrahlen LB1/LB2. Der rechteckige Querschnitt der Lichtstrahlen LB1/LB2 ist in Fig. 15 mit CR3 bezeichnet.

Die Konvexlinsen 3o/3r können getrennt von den Faserträ­ gern 3n/3q vorgesehen sein.

Die Fig. 16 und 17 zeigen eine erste Modifikation des Sensorkopfes. Der Sensorkopf 21 der in Fig. 16 darge­ stellt ist, ist ähnlich zu dem Sensorkopf 3p mit der Ausnahme einer flachen Oberfläche 21a. Ein Lichtstrahl LB21 trifft auf die flache Oberfläche 21a auf und wird in die zwei Lichtstrahlen LB22 und LB23 aufgeteilt. Die Lichtstrahlen LB22/LB23 werden von den flachen Oberflä­ chen 21b und 21c abgestrahlt, und der Querschnitt CR4 der Lichtstrahlen LB22/LB23 ist schmaler bzw. enger als die flachen Seitenoberflächen 21b/21c. In diesem Beispiel wird bevorzugt, eine Linse vorzusehen, die den Licht­ strahl LB21 parallel macht. Reflektierende Oberflächen 21b/21e der Sensorköpfe 21 formen die Lichtstrahlen LB22/LB23 zu einem Rechteck. Wenn der Sensorkopf 21 für den Lichtstrahlempfänger 3f verwendet wird, ist es er­ wünscht, eine Konvexlinse auf einem optischen Pfad von dem Sensorkopf 21 zu der Konvexlinse 3r vorzusehen.

Die Fig. 18, 19 und 20 zeigen eine zweite Modifikation des Sensorkopfes. Der in den Fig. 18 bis 20 gezeigte Sensorkopf 22 ist ähnlich zu dem Sensorkopf 3p mit der Ausnahme konvexer Seitenoberflächen 22a/22b und einer flachen Einfalloberfläche 22c. Ein Lichtstrahl LB24 trifft auf die flache Oberfläche 22c auf, und die re­ flektierenden Oberflächen 22d und 22e teilen den Licht­ strahl LB24 in zwei Lichtstrahlen LB25 und LB26. Die konvexen Seitenoberflächen 22a/22b brechen die Licht­ strahlen LB25 und LB26 geringfügig und machen die Licht­ strahlen LB25/LB26 parallel. Die zweite Modifikation ist auch für einen Sensorkopf des Lichtstrahlempfängers 3f verfügbar.

Die Fig. 21, 22 und 23 zeigen eine dritte Modifikation des Sensorkopfes. Der in den Fig. 21 bis 23 gezeigte Sen­ sorkopf 23 ist geeignet für einen Lichtstrahl LB27 der von einer halbkugelförmigen Konvexlinse abgestrahlt wird. Der Sensorkopf 23 ist ähnlich zu dem Sensorkopf 3p mit der Ausnahme einer halbkugelförmigen Konvexlinse 23a. Der Lichtstrahl LB27 trifft auf die halbkugelförmige Konvex­ linse 23a auf und besitzt einen kreisförmigen Querschnitt CR6 mit einem kleineren Radius als die halbkugelförmige Konvexlinse 23a. Die halbkugelförmige Konvexlinse 23a macht den Lichtstrahl LB27 parallel, und die reflektie­ renden Oberflächen 23b/23c teilen den Lichtstrahl LB27 in Lichtstrahlen LB28 und LB29. Die Lichtstrahlen LB28/LB29 an den reflektierenden Oberflächen 23b/23c besitzen den gleichen Radius wie der auf die halbkugelförmige Konvex­ linse 23a auftreffende Lichtstrahl LB27, und die Licht­ strahlen LB28/LB29 besitzen einen halbkreisförmigen Quer­ schnitt CR7. Der halbkreisförmige Querschnitt CR7 ist in der Auf-Ab-Richtung bzw. Vertikalrichtung langgestreckt, und die reflektierenden Oberflächen 23b/23c dienen als ein Querschnittsmodifizierer.

Die Lichtstrahlen LB28/LB29 werden von den flachen Seitenoberflächen 23d/23e abgestrahlt. Die von der Unterbrecherplatte 3d überlappte bzw. abgedeckte Fläche wird nicht linear verändert; jedoch wird das gesamte auf­ treffende Licht in die Lichtstrahlen LB28/LB29 aufgeteilt und die Lichtstrahlen LB28/LB29 erhöhen den Betrag des Photo-Stroms.

Die Fig. 24 und 25 zeigen eine Anordnung von Sensorköpfen 31a/31b und die Sensorköpfe 31a/31b sind ähnlich zu den Sensorköpfen 3p/3s. Der Sensorkopf 31a ist in einem Lichtstrahlgenerator entsprechend dem Lichtstrahlgene­ rator 3e umfaßt, und der Sensorkopf 31b bildet einen Teil eines Lichtstrahlempfängers entsprechend dem Lichtstrahl­ empfänger 3f. Die Sensorköpfe 31a/31b sind integral mit Abstandshaltern 31c und einer Grundplatte 31d ausgebil­ det, und die Grundplatte 31d ist an der Oberseite des Tastenbetts 1h angebracht. Die Sensorköpfe 31a/31b ragen von dem Tastenbett 1h nach oben, und die Unterbrecher­ platten 31d werden zwischen die Sensorköpfe 31a und 31b bewegt. Ein Montagearbeiter befestigt einfach die Grundplatte 31d an dem Tastenbett 1h und die Anordnung von Sensorköpfen 31a/31b macht die Zusammenbauarbeit einfacher als diskrete Sensorköpfe 3p/3r.

Die Fig. 26 und 27 zeigen eine weitere Anordnung von Sensorköpfen 32a/32b und die Sensorköpfe sind ähnlich zu den Sensorköpfen 3n/3s. Der Sensorkopf 32a und der Sensorkopf 32b sind in einem Lichtstrahlgenerator ent­ sprechend dem Lichtstrahlgenerator 3e und einem Licht­ strahlempfänger entsprechend dem Lichtstrahlempfänger 3f umfaßt. Die Sensorköpfe 32a/32b sind auch integral mit Abstandshaltern 32c und einer Grundplatte 32d ausge­ bildet, und die Grundplatte 32d ist an der Unterseite des Bügels 3g angebracht. Die Grundplatte 32d besitzt eine kammartige Konfiguration, und Fingerteile 32e ragen von einem Grund- oder Ansatzteil 32f vor. Die Schlitze 3j sind zwischen den Fingerteilen 32e ausgebildet und die Unterbrecherplatten 3d unterbrechen die Lichtstrahlen, die von den Sensorköpfen 32a abgestrahlt werden. Ein Montagearbeiter befestigt einfach die Grundplatte 32d an dem Bügel 3g, und die Anordnung von Sensorköpfen 32a/32b macht auch die Zusammenbauarbeit einfach.

Fig. 28 zeigt eine Anordnung von Faserträgern 33a/33b, die an der Unterseite des Bügels 3g angebracht sind. Die Faserträger 33a/33b sind mit einer Grundplatte 34 inte­ gral ausgebildet, und die Konvexlinsen 3o und 3r sind auch integral mit den Faserträgern 33a/33b ausgebildet. Ein Montagearbeiter befestigt einfach die Grundplatte 34 an dem Bügel 3g, und die Anordnung von Faserträgern 33a/33b macht die Zusammenbauarbeit einfach.

Fig. 29 und 30 zeigen einen integrierten Lichtstrahlge­ nerator 35a und einen integrierten Lichtstrahlempfänger 35b. Der Faserträger 3n und der Sensorkopf 3p sind integral mit einer Grundplatte 36a ausgebildet, und der Faserträger 3g und der Sensorkopf 3s sind auch integral mit einer Grundplatte 36b ausgebildet. Der Montage­ arbeiter befestigt abwechselnd die integrierten Licht­ strahlgeneratoren 35a und die integrierten Lichtstrahl­ empfänger 35b an der Unterseite des Bügels 3g, und der integrierte Lichtstrahlgenerator 35a und der integrierte Lichtstrahlempfänger 35b machen die Zusammenbauarbeit einfach.

Die Anwendung des Positionswandlers gemäß der vorliegen­ den Erfindung ist nicht auf ein stummes Klavier be­ schränkt. Die Tastensensoren und/oder Hammersensoren werden auch für ein selbstspielendes Klavier benötigt, und der Positionswandler gemäß der vorliegenden Erfindung ist verfügbar als Tastensensor/Hammersensor eines selbst­ spielenden Klaviers. In ähnlicher Weise ist der Posi­ tionswandler gemäß der vorliegenden Erfindung auch an­ wendbar auf ein Übungsklavier, das einen Stopper anstatt von Saiten besitzt, ein elektronisches Keyboard mit "unechten" oder "Dummy"-Hämmern und auf ein übliches elektronisches Keyboard. Darüberhinaus ist der Posi­ tionswandler gemäß der vorliegenden Erfindung auf jegliche Art von beweglichem Gegenstand anwendbar.

Die Halbleiter-LED und die lichtabfühlende Halbleiter­ diode können direkt an den Faserträgern 3n/3q angebracht sein.

Ein von der Konvexlinse 3o abgestrahlter Lichtstrahl kann die Richtung anhand von Brechung ändern.

Ein Lichtstrahlempfänger kann einfach ausgeführt werden, indem der Faserträger 3g an der Konvexlinse 3r angebracht wird. In diesem Fall wird der Faserträger 3q zu der von dem Sensorkopf 3s eingenommenen Position bewegt. Eine lichtabfühlende Halbleiterdiode kann direkt von dem Faserträger 3q getragen werden.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel verlängert bzw. streckt die Konvexlinse 3o den Lichtstrahl oder Lichtstrahl LB7/LB8 in der Auf-Ab-Richtung bzw. Vertikal­ richtung, und der Querschnittsmodifizierer ist zwischen dem Faserträger 3n und der Unterbrecherplatte 3d vorge­ sehen. Jedoch kann der Querschnittsmodifizierer zwischen der Unterbrecherplatte und dem Lichtstrahlempfänger vorgesehen sein.

Im Fall, daß der Querschnitt der Lichtstrahlen LB1 bis LB4 zu schmal oder eng ist, um den Bewegungsbereich der Unterbrecherplatte abzudecken, kann eine geeignete Linse in die optischen Pfade der Lichtstrahlen LB1 bis LB4 eingefügt werden.

Der Faserträger 3n, der Sensorkopf 3p, der Sensorkopf 3s und der Faserträger 3q können selektiv bzw. in ausge­ wählter Weise miteinander integriert werden. Natürlich können alle Sensorköpfe 3p/3s und alle Faserträger 3n/3q integral miteinandcer ausgebildet sein.

Schließlich kann der mit der Konvexlinse 3o integrierte Faserträger 3n dem mit der Konvexlinse 3r integrierten Faserträger 3q direkt gegenüberliegen, wie es in Fig. 31 gezeigt ist. In diesem Fall sind die Unterbrecherplatten 3d′ in der Richtung der Breite der Tasten 1a/1b lang­ gestreckt. In diesem Beispiel sind die Tastensensoren gemäß der vorliegenden Erfindung einfacher als die Tastensensoren 3a.

Zusammenfassend sieht die Erfindung also folgendes vor: Ein Positionswandler bestimmt eine derzeitige Tastenpo­ sition über eine Änderung der Lichtintensität, die von einer an einer Taste angebrachten Unterbrecherplatte unterbrochen wird, und eine halbsäulenförmige Konvexlinse verlängert den von einer optischen Faser abgestrahlten Lichtstrahl in einer Richtung parallel zu der Bahn der Taste, so daß der Lichtstrahl die Bewegung der Unterbrecherplatte vollständig abdeckt.

Claims (16)

1. Positionswandler zum Bestimmen einer derzeitigen Position eines beweglichen Gegenstandes (3d) auf einer Bahn, die sich in einer ersten Richtung er­ streckt, wobei der Positionswandler folgendes aufweist:
eine Lichtstrahlquelle (3k), die auf einer Seite der Bahn vorgesehen ist zum Abstrahlen eines Licht­ strahls mit einem ersten Querschnitt über die Bahn hinweg; und
einen Lichtstrahlempfänger (3f), der auf der anderen Seite der Bahn vorgesehen ist und gestattet, daß der Lichtstrahl darauf auftrifft, so daß der bewegliche Gegenstand die auf den Lichtstrahlempfänger auftref­ fende Lichtmenge verändert,
gekennzeichnet durch einen Querschnittsmodifizierer (3o; 11; 23b/23c; 30), der zwischen der Lichtstrahlquelle und dem Lichtstrahlempfänger vorgesehen ist zum Modifizieren des Lichtstrahls, so daß dieser einen zweiten Quer­ schnitt (CR0; CR2; CR7) besitzt, der in der ersten Richtung langgestreckt ist.

2. Positionswandler gemäß Anspruch 1, wobei der Quer­ schnittsmodifizierer eine Linse (3o; 11) umfaßt, die in der ersten Richtung und einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung unterschiedliche Brechungskraft besitzt.

3. Positionswandler gemäß Anspruch 1, wobei die Licht­ strahlquelle als optische Faser (3k) ausgeführt ist, so daß der Lichtstrahl von dort divergiert, und wo­ bei der Querschnittsmodifizierer eine Konvexlinse (3o; 11) umfaßt mit einer positiven Brechungskraft in der ersten Richtung, die kleiner ist als die Brechungskraft in der zweiten Richtung.

4. Positionswandler gemäß Anspruch 3, wobei die Kon­ vexlinse (3o; 11) zwischen der optischen Faser und dem beweglichen Gegenstand angeordnet ist.

5. Positionswandler gemäß Anspruch 4, wobei die optische Faser (3k) durch einen Faserträger (3n) getragen ist, und wobei die Konvexlinse (3o; 11) integral mit dem Faserträger ausgebildet ist.

6. Positionswandler gemäß Anspruch 4, wobei die Kon­ vexlinse (3o; 11) eine halbsäulenartige oder halb­ ellipsoidförmige Konfiguration besitzt.

7. Positionswandler gemäß Anspruch 1, wobei der Quer­ schnittsmodifizierer Lichtquellenformmittel (3pd/3pe; 21d/21e; 22d/22e) umfaßt zum Formen des zweiten Querschnitts zu einem Rechteck (CR1; CR4; CR5).

8. Positionswandler gemäß Anspruch 1, wobei der Quer­ schnittsmodifizierer Parallelisiermittel (3pc; 22a; 22b; 23a) umfaßt, um den Lichtstrahl parallel zu machen.

9. Positionswandler gemäß Anspruch 1, wobei der Quer­ schnittsmodifizierer Strahlaufteilungsmittel (3pd/3pe; 21d/21e; 22d/22e; 23b/23c) umfaßt zum Auf­ teilen des Lichtstrahls in zwei Teillichtstrahlen (LB1/LB2; LB22/LB23; LB25/LB26; LB28/LB29), die zu dem Lichtstrahlempfänger bzw. einem weiteren Licht­ strahlempfänger geleitet werden.

10. Positionswandler gemäß Anspruch 1, wobei der Quer­ schnittsmodifizierer Lichtpfadänderungsmittel (3pd/3pe; 21d/21e; 22d/22e; 23b/23c) umfaßt, um den Lichtstrahl zu der Bahn hin zu beugen.

11. Positionswandler gemäß Anspruch 1, wobei der Licht­ strahl einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und wobei der Querschnittsmodifizierer eine reflek­ tierende Oberfläche (23b/23c) umfaßt zum Aufteilen des Lichtstrahls in zwei Teillichtstrahlen (LB28/LB29), die jeweils einen halbkreisförmigen Querschnitt besitzen.

12. Positionswandler gemäß Anspruch 1, wobei die Licht­ quelle als eine optische Faser (3k) getragen von einem ersten Faserträger (3n) ausgeführt ist, wobei der Querschnittsmodifizierer folgendes umfaßt:
eine erste Konvexlinse (3o; 11), die den Lichtstrahl von der optischen Faser empfängt und eine positive Brechungskraft besitzt, die in der ersten Richtung kleiner ist als die Brechungskraft in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung, und
einen ersten Sensorkopf (3p; 31a; 32a; 33a), der den Lichtstrahl von der Konvexlinse empfängt und den Lichtstrahl mit dem rechteckigen Querschnitt zu dem beweglichen Objekt hin abstrahlt, und
wobei der Lichtstrahlempfänger folgendes umfaßt:
einen zweiten Sensorkopf (3s, 31b; 32b; 33b), der den durch die Bahn hindurch verlaufenden Lichtstrahl empfängt und den Lichtstrahl um einen gewissen Winkel beugt,
eine zweite optische Faser (3m), die von einem zweiten Faserträger (3q) getragen ist; und
eine zweite Konvexlinse (3r), um zu bewirken, daß der Lichtstrahl von dem zweiten Sensorkopf zu der zweiten optischen Faser hin konvergiert.

13. Positionswandler gemäß Anspruch 12, wobei der erste Sensorkopf (31a, 32a) mit dem zweiten Sensorkopf (31b, 32b) integral ausgebildet ist.

14. Positionswandler gemäß Anspruch 12, wobei der erste Faserträger (33a) und der zweite Faserträger (33b) integral miteinander ausgebildet sind.

15. Positionswandler gemäß Anspruch 12, wobei der erste Faserträger (3n), die erste Konvexlinse (3o) und der erste Sensorkopf (3p) integral miteinander ausgebil­ det sind, und wobei der zweite Faserträger (3q), die zweite Konvexlinse (3r) und der zweite Sensorkopf (3s) integral miteinander ausgebildet sind.

16. Positionswandler gemäß Anspruch 12, wobei der erste Sensorkopf (3p) mit dem zweiten Sensorkopf (3s) kom­ patibel ist.