JP7302739B2 - 変位センサーおよび電子楽器 - Google Patents

Description

本開示は、変位センサーおよび電子楽器に関する。

例えば鍵盤楽器における鍵等の可動部材の変位を検出するための各種の技術が従来から提案されている。特許文献１には、鍵盤楽器のフレームに設置されたコイルと、各鍵に設置された金属板とを利用して、各鍵の位置を検出する構成が開示されている。この構成において、押鍵により金属板が変位すると、コイルに流れる電流が変化する。コイルに流れる電流を検出することで、押鍵の変位を反映した検出信号が生成される。

特開平３－４８２９５号公報

しかしながら、特許文献１の技術において、可動部材の変位を高精度に反映した検出信号を生成することは困難である。このような事情を考慮して、本開示のひとつの態様は、可動部材の変位を高精度に反映した検出信号を生成することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示の一態様に係る変位センサーは、操作に応じて変位する可動部材に設置され、第１コイルを含む被検出部と、前記第１コイルに対向する第２コイルを含み、前記第１コイルと前記第２コイルとの相対位置に応じた検出信号を生成する信号生成部と、を具備し、第１方向における前記第１コイルの外形寸法と、前記第１方向に直交する第２方向における前記第１コイルの外形寸法とは平面視で異なる。

本開示の別態様に係る変位センサーは、操作に応じて変位する可動部材に設置され、第１コイルを含む被検出部と、前記第１コイルに対向する第２コイルを含み、前記第１コイルと前記第２コイルとの相対位置に応じた検出信号を生成する信号生成部と、を具備し、前記第１コイルは、当該第１コイルに対する電流の供給により相互に逆向きの磁界が発生する第１部分および第２部分を有し、前記第２コイルは、当該第２コイルに対する電流の供給により相互に逆向きの磁界が発生する第３部分および第４部分を有し、前記第１部分の中心と前記第２部分の中心との第１距離は、前記第３部分の中心と前記第４部分の中心との第２距離を上回る。

ひとつの形態に係る変位センサーを適用した鍵盤楽器の構成の一例を示すブロック図である。 鍵盤楽器の構成の一例を示すブロック図である。 変位センサーにおける要部の回路を示す図である。 信号処理回路の一例を例示するブロック図である。 被検出部の具体的な構成を示す平面図である。 図５におけるＡ－ａ線の断面図である。 被検出部の第１コイルにより発生する磁界等の説明図である。 信号生成部の具体的な構成を例示する平面図である。 図８におけるＢ－ｂ線の断面図である。 信号生成部の第２コイルにより発生する磁界の説明図である。 第１コイルと第２コイルとの位置関係を例示する図である。 比較例に係る被検出部の構成を示す平面図である。 比較例に係る被検出部の構成を示す平面図である。 検出信号の出力特性の一例を示す図である。 検出信号の出力特性の一例を示す図である。 検出信号の出力特性の一例を示す図である。 検出信号の出力特性の一例を示す図である。 変形例に係る変位センサーを適用した図である。 変形例に係る変位センサーを適用した図である。

Ａ：実施形態
図１は、本開示のひとつの形態に係る変位センサーを適用した鍵盤楽器１００の構成を例示するブロック図である。
鍵盤楽器１００は、鍵盤１０と検出システム１５と情報処理装置３０と放音装置４０とを具備する電子楽器である。鍵盤１０は、複数の白鍵と複数の黒鍵とを含む複数の鍵１２で構成される。複数の鍵１２の各々は、利用者による演奏動作に応じて変位する可動部材である。検出システム１５は、鍵１２の変位（位置）を検出する。情報処理装置３０は、検出システム１５による検出の結果に応じた音響信号Ｖを生成する。音響信号Ｖは、利用者が操作した鍵１２に対応する音高の楽音を表す信号である。放音装置４０は、音響信号Ｖが表す音響を放音する。例えばスピーカまたはヘッドホンが放音装置４０として利用される。

図２は、鍵盤１０のうち、１個の鍵１２に着目して鍵盤楽器１００の具体的な構成を例示するブロック図である。鍵盤１０の各鍵１２は、支点部１３を支点として支持部材１４に支持される。支持部材１４は、鍵盤楽器１００の各要素を支持する構造体である。各鍵１２の端部１２１は、利用者による押鍵および離鍵により鉛直方向に変位する。検出システム１５は、複数の鍵１２の各々について、鉛直方向における端部１２１の位置Ｚに応じたレベルの検出信号Ｄを生成する。位置Ｚは、例えば、鍵１２に荷重が作用しない解放状態における端部１２１の位置を基準とした当該端部１２１の変位量で表現される。

検出システム１５は、鍵１２毎に設けられる変位センサー２０と各鍵１２に共通の信号処理回路２１とを具備する。変位センサー２０は、各鍵１２の位置を検出する位置センサーであり、被検出部５０と信号生成部６０とを含む。信号生成部６０は、支持部材１４に設置される。被検出部５０は、鍵１２に設置される。具体的には、被検出部５０は、鍵１２の底面（以下「設置面」という）１２２に設置される。被検出部５０は第１コイル５１を含む。信号生成部６０は第２コイル６１を含む。第１コイル５１と第２コイル６１とは、鉛直方向に相互に間隔をあけて対向する。信号生成部６０と被検出部５０との距離（第１コイル５１と第２コイル６１との距離）は、鍵１２の端部１２１の位置Ｚが押鍵または離鍵により変化することに応じて変化する。信号処理回路２１は、第１コイル５１と第２コイル６１との距離に応じたレベルの検出信号Ｄを生成する。

情報処理装置３０は、信号処理回路２１から供給される検出信号Ｄを解析することで各鍵１２の位置Ｚを解析する。情報処理装置３０は、制御装置３１と記憶装置３２とＡ/Ｄ変換器３３と音源回路３４とを具備するコンピュータシステムで実現される。

Ａ/Ｄ変換器３３は、信号処理回路２１から供給される検出信号Ｄをアナログからデジタルに変換する。
制御装置３１は、鍵盤楽器１００の各要素を制御する単数または複数のプロセッサで構成される。例えば、制御装置３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＳＰＵ（Sound Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の１種類以上のプロセッサで構成される。

制御装置３１は、Ａ/Ｄ変換器３３による変換後の検出信号Ｄを解析することで各鍵１２の位置Ｚを解析する。また、制御装置３１は、各鍵１２の位置Ｚに応じた楽音の発音を音源回路３４に対して指示する。音源回路３４は、制御装置３１から指示された楽音を表す音響信号Ｖを生成する。すなわち、音源回路３４は、検出信号Ｄの電圧レベルδに応じて鍵が所定の位置に達したことを検出して音響信号Ｖの生成を開始する。そして、例えば電圧レベルδの速度変化に応じて音響信号Ｖの音量が制御される。音響信号Ｖが音源回路３４から放音装置４０に供給されることで、利用者による演奏動作に応じた楽音が放音装置４０から放音される。具体的には、利用者による各鍵１２の押鍵により楽音が放音され、当該鍵１２の離鍵により楽音が停止される。

記憶装置３２は、制御装置３１が実行するプログラムと制御装置３１が使用するデータとを記憶する単数または複数のメモリである。記憶装置３２は、例えば磁気記録媒体または半導体記録媒体等の公知の記録媒体で構成される。なお、複数種の記録媒体の組合せにより記憶装置３２を構成してもよい。また、鍵盤楽器１００に着脱可能な可搬型の記録媒体、または、鍵盤楽器１００が通信可能な外部記録媒体（例えばオンラインストレージ）を、記憶装置３２として利用してもよい。なお、記憶装置３２に記憶されたプログラムを実行することで制御装置３１が音源回路３４の機能を実現してもよい。音源回路３４、または、音源回路３４の機能を実現する制御装置３１は、検出信号Ｄの電圧レベルδに応じた音響信号Ｖを生成する音制御部として機能する。

図３は、変位センサー２０を構成する被検出部５０と信号生成部６０とにおける電気的な構成を例示する回路図である。
信号生成部６０は、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２と第２コイル６１と容量素子６２と容量素子６３と抵抗素子６４とを含む。信号生成部６０では、共振回路が第２コイル６１と容量素子６２と容量素子６３と抵抗素子６４とによって構成される。入力端子Ｔ１は抵抗素子６４の一端に接続され、抵抗素子６４の他端は容量素子６２の一端および第２コイル６１の一端に接続される。第２コイル６１の他端は出力端子Ｔ２および容量素子６３の一端に接続される。容量素子６２の他端および容量素子６３の他端は電圧ゼロの基準である電位Ｇndに接地される。

一方、被検出部５０は、第１コイル５１と容量素子５２とを含む。第１コイル５１の一端と容量素子５２の一端とが相互に接続され、第１コイル５１の他端と容量素子５２の他端とが相互に接続される。第１コイル５１と容量素子５２とによって共振回路が構成される。信号生成部６０の共振周波数は、例えば被検出部５０の共振周波数との関係に応じて設定される。設定される信号生成部６０の共振周波数は、例えば、被検出部５０の共振周波数とほぼ同等の周波数、または、被検出部５０の共振周波数に所定の定数を乗算した周波数に設定される。

信号生成部６０の入力端子Ｔ１には基準信号Ｒが供給される。基準信号Ｒは、周期的にレベルが変動する電圧信号である。例えば正弦波等の任意の波形の周期信号が基準信号Ｒとして利用される。基準信号Ｒの周波数は、被検出部５０の共振周波数との関係等に応じて設定される。例えば、基準信号Ｒの周波数は、信号生成部６０および被検出部５０の共振周波数とほぼ同等である。

基準信号Ｒに応じた電流が第２コイル６１に供給されることで、当該第２コイル６１に磁界が発生する。第２コイル６１に発生した磁界による電磁誘導で第１コイル５１には誘導電流が発生する。したがって、第２コイル６１の磁界の変化を相殺する方向の磁界が第１コイル５１に発生する。第１コイル５１に発生する磁界は、第１コイル５１と第２コイル６１との距離ｄｒに応じて変化する。このため、第１コイル５１と第２コイル６１との距離ｄｒに応じた電圧レベルδ（ピークトゥーピーク値）の検出信号ｄが信号生成部６０の出力端子Ｔ２から出力される。検出信号ｄは、基準信号Ｒと同じ周期でレベルが変動する周期信号である。

図４は、信号処理回路２１の具体的な構成を例示するブロック図である。信号処理回路２１は、供給回路２２と出力回路２３とを具備する。供給回路２２は、複数の信号生成部６０の入力端子Ｔ１の各々に基準信号Ｒを供給する。供給回路２２は、各信号生成部６０に対して基準信号Ｒを時分割で供給する。具体的には、供給回路２２は、複数の信号生成部６０の各々を順次に選択し、選択状態の信号生成部６０に対して基準信号Ｒを供給するデマルチプレクサである。すなわち、複数の信号生成部６０の各々に対して時分割で基準信号Ｒが供給される。なお、基準信号Ｒの周期は、供給回路２２が１個の信号生成部６０を選択する期間の時間長よりも十分に短い。

出力回路２３は、複数の信号生成部６０の各々から順次に出力される検出信号ｄを時間軸上に配列することで検出信号Ｄを生成する。すなわち、検出信号Ｄは、各鍵１２における第１コイル５１と第２コイル６１との距離ｄｒに応じた電圧レベルδの信号を時分割で示す信号である。前述の通り第１コイル５１と第２コイル６１との距離ｄｒは各鍵１２の位置Ｚに相関するから、検出信号Ｄは、複数の鍵１２の各々の位置Ｚに応じた信号となる。すなわち、１個の鍵１２でみれば、検出信号ｄは、第１コイル５１と、当該第１コイル５１に対向する第２コイル６１との相対位置に応じた信号と表現される。出力回路２３が生成した検出信号Ｄは、情報処理装置３０に供給される。

続いて、被検出部５０と信号生成部６０の構成について説明する。
図５は、当該被検出部５０の具体的な構成を示す平面図であって、被検出部５０を信号生成部６０側からみた図である。図６は、図５におけるＡ－ａ線の断面図である。

被検出部５０は、基板５５１と、当該基板５５１の表面Ｆ１および表面Ｆ２に設けられた配線パターンとを含む。基板５５１は、一例として、絶縁性を有する長方形状の板状部材である。被検出部５０の表面Ｆ１は、鍵１２の設置面１２２に取り付けられる面である。被検出部５０の配線パターンは、基板５５１の表面Ｆ１およびＦ２に設けられた銅箔等の導電層のパターニングにより形成される。
なお、図５において上下方向が複数の鍵１２が配列する方向であり、左右方向が１個の鍵１２における長手方向である。鍵１２の設置面１２２に取り付けられる被検出部５０における幅Ｂｗは、１個の鍵１２の幅Ｋｗ以下である。

また、表面Ｆ２は、表面Ｆ１とは反対側の表面である。このため、表面Ｆ２は信号生成部６０に対向する。被検出部５０の第１コイル５１は、第１部分５２１と第２部分５２２とによって構成される。第１部分５２１および第２部分５２２は、基板５５１の表面Ｆ２に形成された配線パターンの一部である。第１部分５２１は、渦巻き状に形成された部分である。第２部分５２２は、第１部分５２１と略同じ形状に形成された部分である。すなわち、第２部分５２２は、第１部分５２１の巻方向と同方向の渦巻き状に形成される。
第１部分５２１の渦巻き中心はビアＣ１であり、第２部分５２２の渦巻き中心はビアＣ２である。ビアＣ１およびビアＣ２は表面Ｆ１の配線パターン５１５によって導通する。

本実施形態において、第１部分５２１の渦巻きでは、ビアＣ１から延在する直線がほぼ９０度ずつ屈曲して外側に向かって拡がる。第１部分５２１の外形は長方形である。同様に、第２部分５２２の渦巻きはビアＣ２から延在する直線がほぼ９０度ずつ屈曲して外側に向かって拡がる。第２部分５２２の外形は長方形である。
第１部分５２１および第２部分５２２の外形は長方形状である。図５においては、第１部分５２１および第２部分５２２の各々について、基板５５１の長辺方向における外形寸法ＣＯＬと、基板５５１の短辺方向における外形寸法ＣＯＷとが図示されている。外形寸法ＣＯＷは、基板５５１の短辺方向における第１コイル５１の寸法（サイズ）に相当する。第１部分５２１および第２部分５２２の各々の外形寸法ＣＯＷは、短辺方向における基板５５１の寸法Ｂｗ以下である。基板５５１の長辺方向は、第１部分５２１および第２部分５２２の並び方向、すなわち鍵１２の長手方向に一致する。また、基板５５１の短辺方向は、第１部分５２１および第２部分５２２の並び方向に直交する方向、すなわち鍵１２の幅方向に一致する。

なお、ビアＣ１は第１部分５２１の中心に位置する。この中心は、第１部分５２１の外形である長方形の対角線が交差する地点である。同様に、ビアＣ２は第２部分５２２の中心に位置する。この中心は、第２部分５２２の外形である長方形の対角線が交差する地点である。
また、第１部分５２１の中心（ビアＣ１）と第２部分５２２の中心（ビアＣ２）との距離をＬ１とする。なお、距離Ｌ１は第１距離の一例である。

第１部分５２１のビアＣ１を一端とした場合の当該第１部分５２１の他端と、第２部分５２２のビアＣ２を一端とした場合の当該第２部分５２２の他端との間に、容量素子５２が実装される。したがって、被検出部５０の等価回路は、図３に示したように第１コイル５１の両端に容量素子５２が接続された構成となる。
なお、本実施形態では、第１部分５２１および第２部分５２２を同一寸法、同一形状としたが、これに限定されるものではない。例えば、第１部分５２１および第２部分５２２の間で形状または寸法が相違してもよい。また、第１部分５２１と第２部分５２２との一方または双方の平面形状を、図５の縦方向が長手方向であり図５の横方向が短手方向である矩形状としてもよい。また、第１コイル５１の平面形状は、第１部分５２１と第２部分５２２とを含む形状に限定されない。すなわち、第１コイル５１は、ひとつの巻回部で構成されてもよい。

図８は、信号生成部６０の具体的な構成を示す平面図であって、信号生成部６０を被検出部５０側からみた図である。また、図９は、図８におけるＢ－ｂ線の断面図である。

信号生成部６０は、基板６５１と、当該基板６５１の表面Ｆ３および表面Ｆ４に設けられた配線パターンとを含む。基板６５１は、絶縁性を有する板状部材である。信号生成部６０の表面Ｆ４は、支持部材１４に対向する。表面Ｆ３は、表面Ｆ４とは反対側の表面であり、被検出部５０に対向する。配線パターンは、基板６５１の表面Ｆ３およびＦ４に設けられた銅箔等の導電層のパターニングにより形成される。

図８における上下方向は、複数の鍵１２（図８においては図示略）が配列する方向である。図８における左右方向は、１個の鍵１２における長手方向である。鍵１２の長手方向とは、当該鍵１２の先端側（演奏者側）から鍵１２の根元側に向かう方向である。

信号生成部６０の第２コイル６１は、第３部分６２１と第４部分６２２とによって構成される。第３部分６２１および第４部分６２２は、表面Ｆ３に形成された配線パターンの一部である。第３部分６２１は、略正方形状で渦巻き状に形成された部分である。第４部分６２２は、第３部分６２１と略同じ形状に形成された部分である。すなわち、第４部分６２２は、第３部分６２１の巻方向と同方向の渦巻き状に形成される。
第３部分６２１の渦巻き中心はビアＣ１１であり、第４部分６２２の渦巻き中心はビアＣ１２である。ビアＣ１１およびビアＣ１２が表面Ｆ４の配線パターン６１２によって導通する。
なお、本実施形態では、第３部分６２１および第４部分６２２を同一寸法、同一形状としたが、これに限定されるものではない。例えば、第３部分６２１および第４部分６２２の間で寸法が相違してもよい。また、第３部分６２１および第４部分６２２を互いに異なる形状としてもよい。また、第２コイル６１の平面形状は、第３部分６２１と第４部分６２２とを含む形状に限定されない。すなわち、第２コイル６１は、ひとつの巻回部で構成されてもよい。

本実施形態において、第３部分６２１の外形は略正方形である。同様に、第４部分６２２の外形は略正方形である。
第３部分６２１および第４部分６２２の外形である正方形の一辺の方向は、鍵１２の長手方向に一致し、当該一辺に直交する方向は、鍵１２の幅方向に一致する。当該正方形の１辺の寸法（外形寸法）をＢ２とする。

なお、ビアＣ１１は第３部分６２１の中心に位置し、ビアＣ１２は第４部分６２２の中心に位置する。ここでいう中心は、平面視におけるコイルの中心であり、正方形または長方形であれば対角線が交差する地点であり、円形であれば外円の中心である。
また、第３部分６２１の中心（本実施形態ではビアＣ１１）と第４部分６２２の中心（本実施形態ではビアＣ１２）との距離をＬ２とする。なお、距離Ｌ２は第２距離の一例である。

表面Ｆ３の配線パターンのうち、第２コイル６１以外の部分は、容量素子６２および容量素子６３、抵抗素子６４、入力端子Ｔ１および出力端子Ｔ２を接続するための配線である。前述の通り、入力端子Ｔ１には、基準信号Ｒが供給回路２２から供給され、出力端子Ｔ２からは、第１コイル５１と第２コイル６１との距離ｄｒに応じた電圧レベルδの検出信号ｄが出力される。
被検出部５０と信号生成部６０の以上の構成において、第１部分５２１と第３部分６２１とが対向し、第２部分５２２と第４部分６２２とが対向する。そして、一例であるが、寸法関係として、ＣＯＷ＝Ｂ２×７０％、ＣＯＬ＝Ｂ２となっている。

次に、被検出部５０と信号生成部６０における回路の動作について説明する。図７は、被検出部５０により発生する磁界方向の一例を示す図である。図１０は、信号生成部６０により発生する磁界方向の一例を示す図である。
信号生成部６０に対する基準信号Ｒの供給により、例えば図８においてビアＣ１１を起点に反時計回りの電流が第３部分６２１に流れる場合、ビアＣ１２に向かって時計回りの電流が第４部分６２２に流れる。このため、磁界は、第３部分６２１においては、図８の紙面手前方向および図１０の上方向に発生し、第４部分６２２においては、図８の紙面奧方向および図１０の下方向に発生する。

すなわち、図１０に例示される通り、第３部分６２１と第４部分６２２とでは互いに逆方向の磁界が発生する。前述の通り、鍵盤１０において複数の鍵１２が図１０の紙面垂直方向に配列する。したがって、第３部分６２１と第４部分６２２とで逆方向の磁界が発生することで、相互に隣り合う各鍵１２に対向する信号生成部６０で発生する磁界の拡散が低減される。磁界の拡散が低減される結果、複数の鍵１２の各々の位置Ｚを高精度に反映した検出信号Ｄが生成される。

なお、図１０においては、図８において第３部分６２１に反時計回りの電流が流れ、第４部分６２２に時計回りの電流が流れる場合が例示されている。第３部分６２１に時計回りの電流が流れ、第４部分６２２に反時計回りの電流が流れる場合にも同様に、磁界の方向は逆向きとなる。

信号生成部６０における第２コイル６１の第３部分６２１および第４部分６２２は、表面Ｆ４の導電層のパターニングにより形成される。このため、例えば第２コイル６１を導電線の巻回により形成する構成と比較して、第２コイル６１の製造および取扱が容易であるという利点がある。

このように、信号生成部６０に基準信号Ｒが供給された状態において、第１コイル５１が第２コイル６１から離れる方向に移動する場合、第１コイル５１には、第２コイル６１により生成される磁界が減るのを阻止する方向の磁界（すなわち、第２コイル６１の発生磁界と同方向の磁界が）発生する。したがって、この場合、第１コイル５１には、第２コイル６１により生成される磁界と同方向の磁界に応じた電流が誘起される。
例えば、図１０に示される方向の磁界が信号生成部６０の第２コイル６１によって発生した状態で、被検出部５０の第１コイル５１が第２コイル６１に離れる方向に移動する場合、第１コイル５１には、第２コイル６１により生成される磁界と同方向の磁界が発生する。
このため、図５において、第１コイル５１の第１部分５２１には電流が時計回りで流れ、第２部分５２２には電流が反時計回りで流れる。
また、図１０に示される方向の磁界が信号生成部６０の第２コイル６１によって発生した状態で、被検出部５０の第１コイル５１が第２コイル６１に接近する方向に移動する場合、第１コイル５１には、第２コイル６１により生成される磁界とは逆方向の磁界が発生する。
このため、図５において、第１コイル５１の第１部分５２１には電流が反時計回りで流れ、第２部分５２２には電流が時計回りで流れる。

なお、図１０に例示された方向とは反対の方向の磁界が第２コイル６１に発生した状態で、第１コイル５１が第２コイル６１に近づく場合、第２コイル６１により生成される磁界と逆方向の磁界、すなわち、図７に示されるような磁界が、第１コイル５１に発生する。
また、図１０に示される方向の磁界が第２コイル６１によって発生した状態で、第１コイル５１が第２コイル６１に近づく場合、および、図１０に示される方向とは反対の方向の磁界が第２コイル６１に発生した状態で、第１コイル５１が第２コイル６１から離れる場合には、第１コイル５１の第１部分５２１には電流が時計回りで流れ、第２部分５２２には電流が反時計回りで流れる。

続いて、検出システム１５において、検出信号の出力特性に関するリニアリティを向上させる、すなわち検出距離を長くする構成及び処理について説明する。出力特性は、第１コイル５１と第２コイル６１との間の距離ｄｒと、検出信号ｄの電圧レベルδとの関係である。出力特性のリニアリティとは、距離ｄｒに対する電圧レベルδの関係が比例関係に近いことを意味する。また、検出距離は、距離ｄｒの変化に対して電圧レベルδが有意に変化する当該距離ｄｒの範囲（検出範囲）の幅を意味する。すなわち、検出距離は、電圧レベルδに反映される距離ｄｒの範囲を意味する。

出力特性のリニアリティを向上させるために、本実施形態では、第１部分５２１の中心と第２部分５２２の中心との距離Ｌ１（第１距離）が、第３部分６２１の中心と第４部分６２２の中心との距離Ｌ２（第２距離）を上回る。

図１１は、被検出部５０が鍵１２の設置面１２２に取り付けられ、信号生成部６０が支持部材１４に設置された状態で、第１コイル５１および第２コイル６１の位置関係を示す平面図である。詳細には、図１１は、上記状態において、第１コイル５１における第１部分５２１および第２部分５２２と、第２コイル６１における第３部分６２１および第４部分６２２と、を被検出部５０から信号生成部６０に向かって透視した場合の平面図である。

ビアＣ１、Ｃ２、Ｃ１１およびＣ１２は、鍵１２における長手方向に沿った直線Ｌｎ上に位置する。また、ビアＣ１およびビアＣ２の間に、ビアＣ１１およびＣ１２が位置する。

本実施形態に係る変位センサー２０では、被検出部５０における第１部分５２１の中心と第２部分５２２の中心との距離Ｌ１が、信号生成部６０における第３部分６２１の中心と第４部分６２２の中心との距離Ｌ２を上回る。そこでまず、距離Ｌ１が距離Ｌ２を上回る構成の有効性について説明する。

距離Ｌ１と距離Ｌ２との大小を相違させた構成Ａと構成Ｂとの間で出力特性を比較する。構成Ａは、図１２に示されるように第１コイル５１における距離Ｌ１が距離Ｌ２を上回る構成である。構成Ｂは、図１３に示されるように、第１コイル５１における距離Ｌ１が距離Ｌ２を下回る構成である。
具体的には、図１２において距離Ｌ１は図８に示すＬ２×１２０％であり、図１３において距離Ｌ１はＬ２×８０％である。なお、図１２における外形寸法ＣＯＬおよびＣＯＷと、図１３における外形寸法ＣＯＬおよびＣＯＷとは、図８に示す外形寸法Ｂ２×７０％の長さである。この比較における信号生成部６０は、図８の構成を用いている。

図１４は、構成Ａおよび構成Ｂにおける変位センサー２０の出力特性を示す図である。図１４において、縦軸は検出信号ｄの電圧レベルδ［Ｖ］であり、横軸は変位Ｚの位置に応じた距離、具体的には、第１コイル５１と第２コイル６１との距離ｄｒである。また、図１４において、実線は、図１２に示される構成Ａの出力特性を示し、破線は、図１３に示される構成Ｂの出力特性を示す。構成Ａでは、距離ｄｒが１０ｍｍを超えても出力電圧が増える方向に変化しているのに対して、構成Ｂでは、距離ｄｒが８ｍｍを超えると出力電圧が変化しなくなる（ほぼ一定値になる）。

つまり、構成Ａおよび構成Ｂの出力特性を比較すると、実線の構成Ａでは、破線の構成Ｂよりも、検出信号ｄの出力変化が得られる距離ｄｒの範囲が広い、すなわち、変位センサー２０が検出できる範囲が広いことが判る。言い換えれば、実線の構成Ａでは、破線の構成Ｂよりも、出力特性において高いリニアリティが得られているといえる。

また、出力特性のリニアリティを向上させるための別の方策として、本実施形態では、被検出部５０における第１部分５２１および第２部分５２２の外形が、図１２に示される正方形ではなく、鍵１２の長手方向に延在する長方形となっている。

そして、第１部分５２１および第２部分５２２においてコイルとして機能する領域が広いことが好ましい。このため、本実施形態では、被検出部５０における第１部分５２１および第２部分５２２のそれぞれの外形が、鍵１２の長手方向に沿う長方形とされる。具体的には、本実施形態では、第１部分５２１および第２部分５２２の各々の外形寸法ＣＯＬが、外形寸法ＣＯＷを上回る。具体的には、本実施形態では、第１部分５２１および第２部分５２２の各々において、外形寸法ＣＯＷと外形寸法ＣＯＬとの寸法比を７：１０としている。

次に、距離Ｌ１と距離Ｌ２との関係について検討する。図１５は、距離Ｌ２を基準とした距離Ｌ１の比率（％）を１００％、１２０％、１４０％、１６０％に変化させたときの出力特性を示す図である。なお、縦軸の電圧レベルδは、比較のために、最低値が「０」、最大値が「１」となるように正規化されている。この検討における信号生成部６０は、図８の構成を用いている。

この図に示される４つの出力特性のうち、リニアリティを示す指標（例えばＲ自乗値）が最も高くなるのは距離Ｌ１がＬ２×１２０％のときであり、最も低くなるのは距離Ｌ１がＬ２×１６０％のときである。このため、リニアリティを確保するという観点からいえば、距離Ｌ１は、距離Ｌ２を基準として１２０％の前後値を含む範囲内の数値であることが好ましい。具体的には、距離Ｌ１は、距離Ｌ２に対して１００％を上回り、かつ、１４０％以下の範囲（Ｌ２＜Ｌ１≦１．４×Ｌ２）内の数値に設定される。

このように距離Ｌ１を距離Ｌ２に対して上記範囲内となるように設定すると、第２コイル６１で発生した磁界が適度に減少して第１コイル５１に到達するため、検出信号ｄの出力特性に関するリニアリティが高められる。また、距離Ｌ１を距離Ｌ２に対して上記範囲内となるように設定すると、第２コイル６１に対する第１コイル５１が位置ずれしても、上記範囲外となるように設定した場合と比較して、出力特性のリニアリティが損なわれることがない。

１：出力特性のリニアリティを向上させる方策１
上述した実施形態のほかに、出力特性のリニアリティを向上させるための方策としては、第１に、信号生成部６０における共振回路にダンピング抵抗として抵抗素子６４を使用して共振回路のＱ値（Quality Factor）を下げることが挙げられる。
図１６は、図３の回路における抵抗素子６４の抵抗値を段階的に変化させた場合における出力特性を示す図である。図１６においては、抵抗素子６４の抵抗値を、０、１００、２００、３００、４００および５００Ωの６通りに変化させた各場合について出力特性が図示されている。

図１６において、抵抗素子６４がない状態（０Ω）、すなわち最もＱ値が高い状態では、距離ｄｒが５ｍｍを少し超えたところで検出信号ｄの電圧レベルδが最大になり、その後は距離ｄｒの増加に対して電圧レベルδが低下する特性となる。したがって、検出範囲としては、１～５ｍｍ程度の狭い範囲しか使えない。ところが、Ｑ値を下げるように１００Ωの抵抗素子６４を使用した状態では、距離ｄｒが５ｍｍを上回る範囲でも、距離ｄｒの増加に対して検出信号ｄの電圧レベルδがわずかずつだが増える特性となる。そして、抵抗素子６４の抵抗値が増えるにしたがって、距離ｄｒが小さい範囲（例えば１～３ｍｍ）、大きい範囲（例えば、８～１０ｍｍ）、それらの中間の範囲（例えば、４～６ｍｍ）のそれぞれで電圧レベルδの変化幅が小さくなっていく。

このように、信号生成部６０における抵抗素子６４の抵抗値が大きくなるにつれて、Ｑ値が下がり、出力特性のリニアリティが高くなる。すなわち、検出距離を大きくすることができる。
なお、被検出部５０には、ダンピング抵抗としての抵抗素子は設置されない。これは、Ｑ値を下げなくても、十分な検出特性が得られるからである。ただし、検出の安定性や装置の量産性のために、ダンピング抵抗としての抵抗素子を被検出部５０に設置してもよい。

２：出力特性のリニアリティを向上させる方策２
また、出力特性のリニアリティを向上させるための他の方策としては、入力端子Ｔ１に供給される基準信号Ｒの周波数を、被検出部５０の共振周波数より最大２％までの間（すなわち当該共振周波数の９８％から１００％までの間）で低くする、より好ましくは被検出部５０の共振周波数よりも約１％低くすることが挙げられる。

図１７は、本実施形態において、被検出部５０（第１コイル５１のリアクタンスが３．０４μＨ、容量素子５２の容量が２２０ｐＦ）の共振周波数を６．１５ＭＨｚとして、基準信号Ｒの周波数を段階的に変化させた場合における出力特性を示す図である。図１７においては、基準信号Ｒの周波数を、６．００ＭＨｚ、６．０５ＭＨｚ、６．１０ＭＨｚ、６．１５ＭＨｚ、６．２０ＭＨｚ、６．２５ＭＨｚおよび６．３０ＭＨｚの７通りに変化させた各場合について出力特性が図示されている。図１７において、基準信号Ｒの周波数が６．１５ＭＨｚより高い周波数（６．２０ＭＨｚ、６．２５ＭＨｚ，６．３０ＭＨｚ）である場合は、被検出部５０の共振周波数と同じ周波数の基準信号Ｒを使用したときに比べて、距離ｄｒが小さい範囲（例えば１～３ｍｍ）や中間の範囲（例えば、４～６ｍｍ）における出力信号の増加の傾きが大きくなるが、７ｍｍより大きい範囲ではその出力特性を維持できていない。さらに基準信号Ｒの周波数が６．２５ＭＨｚや６．３０ＭＨｚである場合、距離ｄｒが６ｍｍ以上の範囲においては、電圧レベルδが距離ｄｒの増加に対して低下しており、検出の用途に適さない。一方で、基準信号Ｒの周波数が６．１５ＭＨｚより最大２％までの低い周波数であれば、検出に適するリニアリティが得られる。さらには、基準信号Ｒの周波数を、被検出部５０の共振周波数よりも約１％低い６．１０ＭＨｚにすると、出力特性のリニアリティがより高くなる。

なお、信号生成部６０における共振回路のＱ値を下げる場合（方策１）、および、基準信号Ｒの周波数を被検出部５０の共振周波数よりも低くする場合（方策２）の何れにおいても、リニアリティを最大にする最適解が存在する。この最適解についてはコンピューターによる数値解析により求めることができる。

実施形態では、第１部分５２１、第２部分５２２、第３部分６２１および第４部分６２２の外形を、正方形を含む長方形としたが、菱形などの他の四角形でもよいし、真円や楕円などの円形であってもよい。なお、この場合の中心は、四角形であれば対角線の交点であり、真円であれば中心であり、楕円であれば長軸と短軸の交点である。

Ｂ：変形例
以上に例示した各態様に付加される具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様を、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合してもよい。

（１）上述した各形態においては、鍵盤楽器１００の鍵１２の変位を検出する構成を例示したが、変位センサー２０により変位が検出される可動部材は鍵１２に限定されない。また、鍵盤構造についても、上述の例の構造に限定されない。上述の例と異なる可動部材の具体的な態様を以下に例示する。

［態様１］
図１８は、鍵盤楽器１００の打弦機構９１に変位センサー２０を適用した構成の模式図である。打弦機構９１は、鍵盤１０の各鍵１２の変位に連動して弦（図示略）を打撃するアクション機構である。具体的には、打弦機構９１は、回動により打弦可能なハンマー９１１と、鍵１２の変位に連動してハンマー９１１を回動させる伝達機構９１２（例えばウィペン、ジャック、レペティションレバー等）とを、鍵１２毎に具備する。
被検出部５０がハンマー９１１（例えばハンマーシャンク）に設置される。また、信号生成部６０は支持部材９１３に設置される。このような構成において、変位センサー２０は、ハンマー９１１の変位を検出する。具体的には、支持部材９１３は、例えば打弦機構９１を支持する構造体である。なお、被検出部５０は、打弦機構９１におけるハンマー９１１以外の可動部材に設置してもよい。

［態様２］
図１９は、鍵盤楽器１００のペダル機構９２に変位センサー２０を適用した構成の模式図である。ペダル機構９２は、利用者が足で操作するペダル９２１と、ペダル９２１を支持する支持部材９２２と、鉛直方向の上方にペダル９２１を付勢する弾性体９２３とを具備する。
被検出部５０がペダル９２１の底面に設置される。また、信号生成部６０は、被検出部５０に対向するように支持部材９２２に設置される。このような構成において、変位センサー２０はペダル９２１の変位を検出する。
なお、ペダル機構９２が利用される楽器は鍵盤楽器１００に限定されない。例えば打楽器等の任意の楽器にも同様の構成のペダル機構９２が利用される。

以上の例示から理解される通り、変位センサーによる検出の対象は、演奏動作に応じて変位する可動部材として包括的に表現される。可動部材は、利用者が直接的に操作する鍵１２またはペダル９２１等の演奏操作子のほか、演奏操作子に対する操作に連動して変位するハンマー９１１等の構造体を含む。ただし、本開示における可動部材は、演奏動作に応じて変位する部材に限定されない。すなわち、可動部材は、変位を発生させる契機に関わらず、変位可能な部材として包括的に表現される。

（２）前述の形態においては、鍵盤楽器１００が音源回路３４を具備する構成を例示したが、例えば鍵盤楽器１００が打弦機構９１等の発音機構を具備する構成においては、音源回路３４を省略してもよい。検出システム１５は、鍵盤楽器１００の演奏内容を記録するために利用される。発音機構および音源回路３４は、検出システム１５による検出の結果に応じて音を生成する音生成部として包括的に表現される。

以上の説明から理解される通り、本開示は、音源回路３４または発音機構に対して演奏動作に応じた操作信号を出力することで楽音を制御する装置（演奏操作装置）としても特定される。前述の各形態の例示のように音源回路３４または発音機構を具備する楽器（鍵盤楽器１００）のほか、音源回路３４または発音機構を具備しない機器（例えばＭＩＤＩコントローラまたは前述のペダル機構９２）が、演奏操作装置（instrument playing apparatus）の概念には包含される。すなわち、本開示における演奏操作装置は、演奏者（操作者）が演奏のために操作する装置として包括的に表現される。

（３）上述の出力特性のリニアリティを向上させるための方策は、どれかひとつを実施してもよいし、２以上の方策を適宜に併用してもよい。

Ｃ：付記
上述した実施形態等から、例えば以下のような態様が把握される。

本開示の態様（第１態様）に係る変位センサーは、操作に応じて変位する可動部材に設置され、第１コイルを含む被検出部と、前記第１コイルに対向する第２コイルを含み、前記第１コイルと前記第２コイルとの相対位置に応じた検出信号を生成する信号生成部と、を具備し、第１方向における前記第１コイルの外形寸法と、前記第１方向に直交する第２方向における前記第１コイルの外形寸法とは平面視で異なる。
この態様によれば、被検出部の第１コイルと対向する前記第２コイルとの相対位置の変化に応じて検出信号が変化する際のリニアリティが向上するので、可動部材の変位を高精度に反映した検出信号を生成することができる。このため、測距距離を伸ばすことができる。

特定の方向におけるコイルの「外形寸法」とは、当該コイルの外形を表す輪郭線に関する当該方向における寸法（サイズ）を意味し、当該方向におけるコイルの寸法の最大値とも換言される。

第１態様の例（第２態様）において、前記被検出部は、前記第１コイルが形成された長方形状の基板を含み、前記第１方向は前記基板の長辺方向であり、前記第２方向は前記基板の短辺方向であり、前記第２方向における前記第１コイルの外形寸法は、前記短辺方向における前記基板の寸法以下である。

本開示の別の態様（第３態様）において、前記第１方向における前記第１コイルの外形寸法は、前記第２方向における前記第１コイルの外形寸法を上回る。

また、本開示の別の態様（第４態様）に係る変位センサーは、操作に応じて変位する可動部材に設置され、第１コイルを含む被検出部と、前記第１コイルに対向する第２コイルを含み、前記第１コイルと前記第２コイルとの相対位置に応じた検出信号を生成する信号生成部と、を具備し、前記第１コイルは、当該第１コイルに対する電流の供給により相互に逆向きの磁界が発生する第１部分および第２部分を有し、前記第２コイルは、当該第２コイルに対する電流の供給により相互に逆向きの磁界が発生する第３部分および第４部分を有し、前記第１部分の中心と前記第２部分の中心との第１距離は、前記第３部分の中心と前記第４部分の中心との第２距離を上回る。
この態様によれば、被検出部の第１コイルと対向する前記第２コイルとの相対位置の変化に応じて検出信号が変化する際のリニアリティが向上するので、可動部材の変位を高精度に反映した検出信号を生成することができる。また、第２コイルにより発生じた磁界の漏れが低減されるので、検出精度を高めることができる。

第４態様の例（第５態様）において、前記第１距離は、前記第２距離の１００％を上回り、かつ１４０％以下である。

本開示のひとつの態様（第６態様）に係る電子楽器は、以上に例示した何れかの態様に係る変位センサーと、前記検出信号のレベルに応じた音を表す音響信号を生成する音制御部とを具備する。

本開示の別の態様（第７態様）に係る変位センサーは、操作に応じて変位する可動部材に設置され、第１コイルを形成した基板を含む被検出部と、第２コイルを含み、前記被検出部の第１コイルとそれに対向する前記第２コイルとの相対位置に応じた検出信号を生成する信号生成部と具備し、前記被検出部と前記信号生成部はともに共振回路で形成し、前記信号生成部はＱ値を下げる抵抗素子を有し、被検出部はＱ値を下げる抵抗素子を有していない。

本開示の別の態様（第８態様）に係る変位センサーは、操作に応じて変位する可動部材に設置され、第１コイルを形成した基板を含む被検出部と、第２コイルを含み、前記被検出部の第１コイルとそれに対向する前記第２コイルとの相対位置に応じた検出信号を生成する信号生成部と具備し、前記信号生成部の検出信号の周波数は、被検出部の共振周波数より差が最大２％までの間（すなわち共振周波数の９８％から１００％までの間）で低い。

１００…鍵盤楽器（電子楽器）、１０…鍵盤、１２…鍵、１５…検出システム、２０…変位センサー、２１…信号処理回路、２２…供給回路、２３…出力回路、３０…情報処理装置、３１…制御装置、３２…記憶装置、３３…Ａ/Ｄ変換器、３４…音源回路、４０…放音装置、５０…被検出部、５１…第１コイル、５２…容量素子、５２１…第１部分、５２２…第２部分、５５１…基板、５２３…第３部分、５２４…第４部分、５５１、５５２、５５３…基板、６０…信号生成部、６１…第２コイル、６１２…配線パターン、６２１…第３部分、６２２…第４部分、６５１…基板、６２…容量素子、６３…容量素子、６４…抵抗素子、９１１…ハンマー、９１２…伝達機構、９１３…支持部材、９２１…ペダル、９２２…支持部材、９２３…弾性体。

Claims (3)

1. 操作に応じて変位する可動部材に設置され、第１コイルを含む被検出部と、
   前記第１コイルに対向する第２コイルを含み、前記第１コイルと前記第２コイルとの相対位置に応じた検出信号を生成する信号生成部と、
   を具備し、
   前記第１コイルは、当該第１コイルに対する電流の供給により相互に逆向きの磁界が発生する第１部分および第２部分を有し、
   前記第２コイルは、当該第２コイルに対する電流の供給により相互に逆向きの磁界が発生する第３部分および第４部分を有し、
   前記第１部分の中心と前記第２部分の中心との第１距離は、前記第３部分の中心と前記第４部分の中心との第２距離を上回る
   変位センサー。
2. 前記第１距離は、前記第２距離の１００％を上回り、かつ、１４０％以下である
   請求項１に記載の変位センサー。
3. 請求項１または請求項２に記載の変位センサーと、
   前記検出信号のレベルに応じた音を表す音響信号を生成する音制御部と、
   を具備する電子楽器。
   

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