A7 B7 321761 五、發明説明（i) 發明領域 本發明係關於一位置變換器和使用此位置變化器之位 置資訊處理裝置，且更特別而言，係關於一種位置變換器 用以偵測例如鍵盤樂器之鍵之移動體之位置，和一位置資 訊處理系統用以處理由位置變換器供應而來之位置資訊。 相關技藝之說明 自動彈奏鋼琴和無人鋼琴爲典型的似鍵盤鋼琴樂器。 自動彈奏鋼琴乃根據聲音鋼琴而製造，且資料處理單元， 位置變換器，和螺線管操作致動器乃安裝在自動彈奏鋼琴 中。位置變換器在鍵盤表現時監視鍵盤和/或音錘，並持 續的供應位置資訊塊至資料處理單元。資料處理單元由位 置資訊塊辨認按壓之鍵，並決定鍵盤/音錘動作。資料處 理單元產生代表鍵盤/音錘動作之一序列音樂資料碼，並 儲存此序列之音樂資料碼在適當的記錄介質中。在一回播 中，音樂資料碼循序的由記錄介質中讀出，且資料處理單 元由音樂資料碼決定目標軌跡以供鍵盤移動。螺線管操作 致動器沿著目標軌跡移動鍵盤，和聲音鋼琴再生原始音效 而無需彈奏者之再度彈奏。 無人鋼琴揭示於美國專利NO . 5，374 , 775 號案。無人鋼琴亦根據聲音鋼琴製造，而音錘阻止器，位 置變換器，資料處理單元，音調產生器，和耳機乃安裝在 無人鋼琴中。當音錘阻止器移動至一自由位置其中音錘阻 止器不會阻礙音鍾動作時，無人鋼琴表現成類似標準聲音 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） β------訂------碌| (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央樣準局員工消費合作社印裝 4 A7 321761 B7 五、發明説明（2) 鋼琴，而鋼琴家彈彈奏一音調經由聲音而在無人鋼琴上。 另一方面，如果音錘阻止器改變至一阻止位置其中在打擊 在弦上之前，音錘彈回在音錘阻止器上，則無人鋼琴呈現 如同電子鍵盤樂器。位置變換器監視鍵盤/音錘，並供應 鍵盤/音錘之位置資訊塊至資料處理單元。資料處理單元 以實時方式處理位置資訊，並產生代表鍵盤/音錘動作之 音樂資料碼。音樂資料碼供應至音調產生器，且音調產生 器由音樂資料碼中產生音頻訊號。此音頻訊號供應至耳機 ，因此彈奏者聽到電子聲音而非聲學聲音。 因此，位置變換器爲自動弹奏/無人鋼琴之不可或缺 之元件，且圖1和2爲接觸型位置變換器之典型例。每個 鍵盤伴隨著位置變換器，且通常提供8 8個位置變換器在 鍵盤下方。 習知的接觸型位置變換器1安裝在一鍵床2上，且鍵 3相關於鍵床2是可轉動的。習知的接觸型位置變換器1 包含一堅硬的柱構件1 a位在鍵床2上，一撓性可形變球 構件1 b安裝在堅硬柱構件1 a上，一固定接點1 c接附 至堅硬柱構件1 a和一移動接點1 d固定至撓性可形變球 構件1 b之內表面。 桿構件1 e接附至鍵3之下表面，且和鍵3 —起移動 。當鍵3停留在休止位置時，桿構件1 e使撓性可形變球 構件1 b間隔可移動接點1 d和固定接點1 c。如果壓下 鍵3時，桿構件1 e按壓撓性可形變球構件1 b抵住堅硬 柱構件1 a ，並將其擠壓以使移動接點1 d和固定接點 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） I---.------/------1T------^ r (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中夬標準局員工消費合作社印製 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印製 321761 a7 ______B7_ 五、發明説明（3 ) 1 C接觸。而後，電流在其間流動，且習知接觸型位置變 換器1輸出表示新的鍵位置之鍵位置訊號k p 1。 如圖2所示之另一個習知接觸型位置變換器4稱爲， 葉片開關〃，且亦位在鍵床5上以監視一鍵6。習知接觸 型位置變換器4包含安裝在鍵床5上之一絕緣塊構件4 a ’兩葉片彈簧4 b和4 c由絕緣塊構件4 a所支持，和一 固定接點4 d提供在下葉片彈簧4 b上。上葉片彈簧4 c 具有一領先端部份，其彎曲以突出在絕緣塊4 a之上，並 -當成一移動接點。 當鍵6停留在休止位置時，上葉片彈簧4 c和固定接 點4 d間隔，且在葉片彈簧4 c和固定接點4 d之間沒有 電流流過。但是，如果壓下鍵6時，鍵6和領先端部份 4 e接觸，並形變葉片彈簧4 c向著另一葉片彈簧4 d。 葉片彈簧4 c壓抵固定接點4 d，且電流流動以產生表示 新的鍵位置之鍵位置訊號k p 2。 接觸型位置變換器傾向於改變由於物理接觸之偵測點 ，且接觸型位置變換器以非接觸型位置變換器取代。圖3 爲使用非接觸型位置變換器當成鍵7之例。 習知非接觸型位置變換器8位在一鍵床上，且包含一 快門板8 a接附至鍵7之下表面，和一光耦合器8b ，亦 即，光發射元件8 c和光偵測元件8 d互相間隔。光發射 元件8 c和光偵測元件8 d乃嵌合在一 U型托架構件8 e 中，和一光束8 f由光發射元件8 c輻射至光偵測元件 8 d » 本紙張尺度適用中國囷家楳準（CNS ) A4規格（210X297公釐) ----r--；----------aT------線— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -6 -
經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 A7 B7五、發明説明（4 ) 當鍵7停留在休止位置時，快門板8 a休止在光束 8 f上》如果壓下鍵7時，鍵7和快門板8 a —起向下移 動，且快門板8 a交錯光束8 f。光偵測元件產生和光強 度成比例之電流，且此交錯使光偵測元件8 d降低電流之 量*此電流當成表示鍵位置之鍵位置訊號k p 3。 另一個非接觸型位置變換器如圖4所示。習知非接觸 型位置變換器1 0和1 1分別與鍵1 2和1 3相連，且感 應器頭14a ，14b和14c在鍵12，13……下互 相間隔。感應器頭1 4 a至1 4 c具有相關的分叉部份由 傾斜的內表面和垂直的外表面所界定，且因此，此分叉部 份當成稜鏡 14d，14e ，14f ，14g，14h 和 1 4 i 。傾斜內表面分別相關於垂直外表面傾斜4 5度。 凸透鏡 14j ，14k，14m，14η，14〇 和 14ρ分別接附至垂直外表面，和光纖14q，14r ， 14s ，14t ，14u和14ν分別引導至傾斜內表面 。光纖14q，14s和14u在另一端連接至光偵測器 (未顯示），和光發射器（未顯示）連接至光纖14 r， 1 4 t和1 4v之另一端。快門板1 4x和1 4y分別接 附至鍵12和13之下表面，和光纖14r/14s ，稜 鏡14e/14f ，凸透鏡14k/14m和快門板 14x ;和光纖 14t/14u，稜鏡 14g/14h， 凸透鏡1 4 n/1 4 〇和快門板1 4 y分別構成習知相關 於鍵12和13之非接觸型位置變換器。 當鍵1 2和1 3停留在相關的休止位置時，光纖 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 -7 - A7 B7 3^1761 五、發明説明（5) 1 4 I•和1 4 t輻射光束向著稜鏡1 4 e和1 4g，和光 束1 5 a和1 5 b反射在傾斜內表面上。光束1 5 a和 1 5b通過凸透鏡14k和14η ’且變成平行射線 1 5 c和1 5 d。平行射線1 5 c和1 5 d向著凸透鏡 1 4m和1 4 〇前進，並集中在傾斜內表面上。傾斜內表 面反射光束1 5 e和1 5 f向著光纖1 4 s和1 4u，並 分別進入光纖14s和14u ’光纖14s和14u引導 光向著光偵測器。 在此狀況中，如果鍵1 2和1 3和快門板1 4 X和 1 4 y —起向下移動，快門板1 4 X和1 4 y交錯平行射 線15c和15d，並改變光強度。 一實際的自動彈奏/無人鋼琴需要8 8個接觸型位置 變換器或非接觸型位置變換器，且資料處理單元週期性的 取還由位置變換器供應之鍵位置資料。如果8 8個位置變 換器直接連接至資料處理單元，則資料處理單元需要8 8 個輸入訊號埠，且因此，佔據大空間。因此’介於位置變 換器和資料處理單元間之直接連接較難以達成。因此，在 位置變換器和資料處理單元間需提供一介面。 圖5爲可用於習知接觸型位置變換器1或4之介面。 習知接觸型位置變換器1或4形成一開關矩陣1 7，且安 排成行和列。 聲音鋼琴之每1 2個鍵指定爲8個音度，亦即，音符 A至音符G#，且接觸型位置變換器之列在輸入音符上連 接至12個掃描訊號線18a ，18b，18c ，18d 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} .m· -.......- ttc··; ^—1« (^^1 m u^r--6 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -8 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 321761 at _B7_ 五、發明説明（6) ......和18m。此12個掃描線18a ’ 18b ’ 18c
，1 8 d .......和1 8m分別指定至音調名A，A#，B ’ C ......和 G # o 8 8個鍵屬於8個音階，且習知接觸型位置變換器在 輸出音符上連接至8個偵測線19a ，19b ’ 19c… …和1 9 h。8個偵測線1 9 a ，1 9 b ’ 1 9 c ......和 1 9 h分別指定至第一音階，第二音階，......和第八音階 〇 1 2個掃描線1 8 a至1 8m連接至資料處理單元 20之訊號傳輸埠20a，和8個偵測線19a至19h 連接至資料處理單元2 0之訊號接收埠2 0 b。資料處理 單元17循序的供應主動低位準之掃描訊號SCAN至 1 2掃描訊號線1 8 a至1 8m，並檢查訊號接收库 2 0 b以判斷掃描訊號S CAN是否回到訊號接收埠 2 0 b。資料處理單元2 0設置掃描訊號S CAN在掃描 訊號線18a至18m上在tl，t2，t3 .......和 t 1 2時。如果掃描訊號SCAN在t 3時轉回至偵測線 1 9 c ，則資料處理單元決定鍵在介於掃描訊號線1 8 c 和偵測線1 9 c間之交叉點上在接觸型位置變換器IX中 建立一電流路徑。另一方面。如果掃描訊號線S CAN在 t 1時轉回至偵測線1 9 h時，資料處理單元2 〇得知相 連習知接觸型位置變換器1y之向下鍵動作。 因此，開關矩陣1 7使資料處理單元2 0特定8 8個 位置變換器1或4之一，且只需要資料處理單元2 0之 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X25»7公釐） "" -9 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -----^---^----%------、訂 m· 0n»i Dm I _ • n^— a n^i 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ___B7__ 五、發明説明（7) 2 0個訊號埠。 習知接觸型位置變換器1或4可以如圖6所示之習知 非接觸型位置變換器8取代。習知非接觸型位置變換器8 亦安排成矩陣2 1，亦即，行和列，且掃描訊號線1 8 a 至1 8 m和偵測線1 9 a至1 9 h和開關矩陣1 7相似的 連接至非接觸型位置變換器8之行和非接觸型位置變換器 8之列。 資料處理單元循序的供應掃描訊號S CAN至掃描訊 號線1 8 a至1 8m，並決定鍵由此時間向下的移動和偵 測線。在此情況下，矩陣2 1亦只需要2 0個訊號埠。 習知非接觸型位置變換器10/11亦可用於一矩陣 。圖7爲以習知非接觸型位置變換器10所執行之矩陣 2 2。感應頭1 4 a亦安排成列和行。第一至第七列之每 一列由1 3個感應頭構成，且因爲習知非接觸型位置變換 器提供一間隙以用於介於兩相鄰感應頭1 4 a間之快門板 14x，因此5個感應頭14a形成第八列》 1 2個光發射元件2 3 a，2 3 b........2 3 j ， 2 3 k和2 3m提供用於非接觸型位置變換器之1 2行， 並經由12束之光纖24a ，24b ....... 24 j ， 24 c ，24d，……24 j ，24k，和 24m 連接至 感應頭14a。每個束24a至24d含有8個光纖，且 7個光纖組合形成第五至第十二行之束。 每個光偵測元件2 5 a，2 5 b ......和2 5 h提供 用於8列之非接觸型位置變換器，且經由8束之光纖 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0 X 297公釐〉 ----J---^----%------II------0! (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 10 - A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、 發明説明 ( 8 ) 1 I 2 6 a 1 2 6 b > … … 和 2 6 h 連 接 至 相 連 列 之 習 知 非 接 1 1 觸 型 位 置 變 換 器 〇 第 一 至 第 七 束 光 纖 皆 由 1 2 光 纖 所 構 成 1 1 » 和 第 八 束 由 4 個 光 纖 所 構 成 0 1 1 1 2 個 光 發 射 元 件 2 3 a 至 2 3 m 連 接 以 驅 動 資 料 處 請 先 閲 1 | 讀 1 理 單 元 2 7 之 驅 動 訊 號 傳 輸 埠 2 7 a ♦ 和 8 個 光 偵 測 元 件 背 Sj 1 I 2 5 a 至 2 5 h 乃 連 接 至 資 料 處 理 單 元 2 7 b 之 訊 號 接 收 之 注 意 I 埠 2 7 b 〇 資 料 處 理 單 元 2 7 循 序 的 供 應 驅 動 訊 疏 至 光 發 事 項 真 1 1 填 1 射 元 件 2 a 至 2 3 m > 且 光 發 射 元 件 在 不 同 時 間 分 別 產 生 寫 本 t 光 脈 衝 訊 號 〇 因 此 9 資 料 處 理 單 元 2 7 週 期 性 的 掃 描 含 有 頁 1 1 光 脈 衝 訊 號 之 1 2 行 非 接 觸 型 位 置 變 換 器 0 ί 1 每 個 光 脈 衝 訊 號 分 配 至 相 連 的 光 纖 束 且 經 由 光 纖 傳 1 I 播 至 第 八 或 七 非 接 觸 型 位 置 變 換 器 0 光 脈 衝 訊 號 經 由 介 於 訂 1 感 應 頭 1 4 a 間 之 間 隙 而 輻 射 光 束 〇 如 果 所 有 的 Apfr 鍵 停 留 在 i I 休 止 位 置 則 不 會 有 快 門 板 1 4 X 交 錯 光 束 且 光 束 進 入 1 1 1 分 別 選 白 束 2 6 a 至 2 6 h 之 光 纖 9 和 光 偵 測 元 件 產 生 鍵 1 1 位 置 訊 號 〇 鍵 位 置 訊 號 在 電 位 位 準 上 互 相 相 等 且 資 料 處 線 λ i 理 單 元 2 7 接 收 來 白 訊 疏 接 收 埠 2 7 b 之 鍵 位 置 訊 〇 1 1 假 設 按 壓 下 一 鍵 〇 相 關 的 快 門 板 1 4 X 交 錯 位 在 介 於 1 l 第 一 列 和 第 二 行 間 之 交 叉 點 上 之 習 知 非 接觸 型 位 置 變 換 器 1 I 之 光 束 ◊ 雖 然 快 門 板 1 4 X 在 感 應 頭 1 4 a 間 移 動 > 光 發 1 I 射 元 件 2 3 b 產 生 光 脈 衝 訊 > 且 光 脈 衝 由 右 感 應 頭 1 1 4 a 輻 射 光 束 向 著 左 感 應 頭 1 4 a 〇 光 束 反 射 在 快 門 板 1 1 1 4 X 上 > 且 不 會 到 達 束 2 6 a 之 光 纖 〇 因 此 » 光 偵 測 元 1 1 件 2 5 a 改 變 鍵 位 置 訊 號 至 低 電 位 位 準 t 且 資 料 處 理 單 元 1 1 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） -11 - 3^1761 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印褽 五、發明説明（9 ) 2 7特定此按壓鍵。 如果習知非接觸型位置變換器輻射出沿著快門板 1 4 X之軌跡而相間隔之兩光束，快門板1 4 X在不同時 間交錯兩光束，且資料處理單元2 7可由介於第一光束之 交錯和第二光束之交錯間之時間間隔而計算鍵速度。 習知非接觸型位置變換器偵測移動體之現在位置而無 需實質的接觸，且因此，比習知接觸型位置變換器更耐用 〇 當比較習知非接觸型位置變換器矩陣21和習知接觸 型位置變換器矩陣2 2時，每個習知非接觸型位置變換器 8需要一對光發射/光偵測元件，且8 8對光發射/光偵 測元件乃安裝在矩陣2 1中。光發射/光偵測元件相當昂 貴，因此，習知非接觸型位置變換器矩陣會增加自動彈奏 /無人鋼琴之製造成本。 另一方面，每個光發射元件共用於8或7個非接觸型 位置變換器1 0之間，且每個光偵測元件共用於1 2或4 個非接觸型位置變換器1 0之間。換言之，習知非接觸型 位置變換器矩陣2 2只需要8對光發射/光偵測元件和4 個光發射元件。因此，習知非接觸型位置變換器矩陣2 2 較爲經濟’且可降低自動彈奏/無人鋼琴之製造成本。 但是，習知非接觸型位置變換器矩陣22會遭遇光纖 之複雜安排之問題。光脈衝訊號由1 2個光發射元件 2 3 a至2 3m經由8 8個光纖而分佈至感應頭，且光束 由感應頭經由8 8個光纖傳播至光偵測元件2 5 a至 t^n nn ^^^1 ^^^1 In -ιί (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂— ---"線「 Ψ am flul mf 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -12 - A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 _____ B7_ 五、發明説明（1()) 2 5 h。因此習知非接觸型位置變換器矩陣2 2需要 1 7 6個光纖以簡單的特定按壓鍵》如果習知非接觸型位 置變換器矩陣2 2用以支持鍵速度之計算時，習知非接觸 型位置變換器2 2需要3 6 2條光纖。習知非接觸型位置 變換器矩陣2 2容納在介於鍵盤和鍵床間之極窄空間中， 且光纖之複雜安排使組裝工作相當困難。 另一個存在於習知非接觸型位置變換器1 0之問題爲 光之低可用性。光束1 5 a由光纖1 4 r輻射出，並在進 入光纖1 4 s之前由稜鏡1 4 e/1 4 f兩次反射（見圖 4)。稜鏡14e/14f反射入射在傾斜內表面之光元 件在臨界角內。但是，光束1 5 a由光纖1 4 I•發散，且 一部份的光束1 5 a在傾斜內表面上超過臨界角。因此， 習知非接觸型位置變換器只使用一部份的光以用於鍵位置 之偵測》 發明概要 因此，本發明之一重要目的乃在提供一種非接觸型位 置變換器，其光路徑之安排可簡化且可有效的使用光。 本發明之另一重要目的乃在提供一種位置資料處理系 統’其使用上述之非接觸型位置變換器。 爲了達成上述之目的，本發明提出共用介於兩非接觸 型位置變換器間之光發射塊和光偵測塊。 依照本發明之一觀點，本發明提供一種非接觸型位置 變換器，用以偵測一移動體之現在位置，包含：一光發射 说尺度適财關家料（CNS ) A4規格（21GX297公釐) ' -13 - -------^----./------ΐτ------^ , (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（u) 塊光學耦合至一光源；和一光偵測塊光學的耦合至一光偵 測元件，並和光發射塊間隔’其特徵在於該光發射塊發射 第一光束沿著第一光學路徑延伸在第一方向，和第二光束 沿著第二光學路徑延伸在與第一方向不同之第二方向，該 移動體之軌跡交叉第一光學路徑和第二光學路徑之一，該 光偵測塊在不同時間引導來自光發射塊發射之第一光束和 第二光束之一和來自另一光發射塊發射之第三光束至該光 偵測元件β 光發射塊和光偵測塊可經由光纖連接至光源和光偵測 元件，或可具有內建光源和內建光偵測元件。 依照本發明之另一觀點，本發明提供一種位置資料處 理系統》用以偵測分別沿著軌跡移動之多數移動體之變化 ，包含： 多數之光發射塊和多數之光偵測塊交替的安排在軌跡 之間，光產生機構，其光學的連接至多數之光發射塊，以 選擇性的在不同時間供應一光脈衝至多數光發射塊；光偵 測機構，其光學的連接至多數之光偵測塊，以在不同時間 轉換該第一光束和該第二光束爲電偵測訊號，和資料處理 機構，其供應電驅動訊號至光產生機構，以使光產生機構 在不同的時間重覆的產生該光脈衝，並根據輻射第一光束 和第二光束之一之多數光發射塊之一和接收第一光束和第 二光束之一之多數光偵測塊之一而決定該多數之移動體之 至少之一交錯第一光束和第二光束之一，其特徵在於多數 之光發射塊分別輻射第一光束沿著第一光學路徑穿過軌跡 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---- 绂 14 - 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 _________ B7 五、發明説明（12) 之一和第二光束沿著第二光學路徑穿過另一軌跡，多數之 光偵測塊接收由多數光發射塊之一輻射出之第一光束，和 由其它多數光發射塊輻射出之第二光束》 圖式簡單說明 由下述之說明伴隨著附圖可更精楚的了解依照本發明 之非接觸型位置變換器和位置資訊處理系統之特徵和優點 ，其中： 圖1爲用於聲音鋼琴之鍵之習知接觸型位置變換器之 側視圖； 圖2爲用於聲音鋼琴之鍵之另一習知接觸型位置變換 器之側視圖； 圖3爲習知非接觸型位置變換器之前視圖； 圖4爲另一習知非接觸型位置變換器之前視圖： 圖5爲由習知接觸型位置變換器所執行之開關矩陣之 電路圖； 圖6爲由圖3之習知非接觸型位置變換器所執行之開 關矩陣之電路圖： 圖7爲由圖4之習知非接觸型位置變換器所執行之開 關矩陣之電路圖； 圖8爲依照本發明之非接觸型位置變換器之陣列之底 視圖； 圖9爲沿圓8之A — A線所截取之橫截面圖，且顯示 此非接觸型位置變換器： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X297公釐） I. ml , - I n 1 —I ! I- IE ---.1 l ίί i n f -- . -/ί! I η ΐί---------- f. m I-----;1------------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 321761 五、發明説明（13) 圖10爲依照本發明之位置資訊處理系統之構造之電 路圖： 圖11爲介於安裝在位置資訊處理系統中之光發射塊 和光發射元件間之關係圖： 圖12爲依照本發明之非接觸型位置變換器之另一陣 列之底視圖； 圖13爲沿圖12之B—B線所截取之橫截面圖且顯 示此非接觸型位置變換器： 圖14爲依照本發明之另一非接觸型位置變換器之前 視圖； 圖15爲形成圖14之一部份之非接觸型位置變換器 之光發射塊之修改例之前視圖； 圖16爲安裝在黑殼中之修改例之前視圖； 圖17爲此黑殼之側視圖； 圖1 8爲可用於圖1 4之非接觸型位置變換器之黑殼 之截面圖； 圖19爲如圖18所示之黑殼之側視圖； 圖20爲安裝在殼中之第二修改例之橫截面圖；和 圖2 1爲由非接觸型位置變換器所執行之開關矩陣之 構造之電路圖》 較佳實施例之詳細說明 第一實施例 非接觸型位置變換器 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I. - - - _ 一 ^^1 i - I「. ! 1-. -- 1 ί--ί —a i— i- i I- - HE --------------i .: (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 16 - 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（14) 參考圖8和9 ，涵蓋本發明之非接觸型位置變換器 3 0由一框結構3 1支持，且框結構3 1位在在鍵3 3下 方之鍵床3 2上》鍵3 3相關於鍵床3 2是可轉動的，旦 形成安裝在自動彈奏/無人鋼琴中之聲音鋼琴之一部份。 非接觸型位置變換器3 0形成資訊處理系統之一部份，且 資訊處理系統安裝在自動彈奏/無人鋼琴中。在此例中， 自動彈奏/無人鋼琴具有8 8個鍵3 3，且因此，8 8個 非接觸型位置變換器3 0提供在8 8鍵3 3下方。 框結構3 1具有上板3 1 a ，和細縫3 1 b以間隔形 成在上板3 1 a上。快門板3 3 a分別接附至鍵3 3之下 表面，且快門板3 3 a由此向下突出。細縫3 1 b分別對 準快門板3 3 a ，且快門板3 3 a分別移入和移出細縫 3 1 b，非接觸型位置變換器3 0穿過細縫3 1 b，並偵 測快門位置和鍵位置。 非接觸型位置變換器3 0之構造互相相同，且因此只 說明圖8中標示以0 a 〃之非接觸型位置變換器3 〇 。非接觸型位置變換器3 0 a包含光發射塊3 0 c，其和 在右側之非接觸型位置變換器3 0 b共用，和光偵測塊 3 0 d和非接觸型位置變換器3 0 e共用。 光發射塊3 0 c接附至介於細縫3 1 b間之上板 3 1 a之相反表面，並由例如丙烯酸樹脂之透明合成樹脂 所形成。透明合成樹脂塊部份的切除，且光發射塊3 0 c 具有V形缺口。傾斜表面之一端以9 0度接合而另一端以 4 5度接合。側表面以9 0度接合至端表面之兩端。結果 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） _-------Λ------訂------線- 「辞先閑讀背面之注意事項再填寫本耳〕 -17 - 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 __B7 五、發明説明（15) ，在傾斜表面和側表面間會形成三角部份，並當成棱鏡 3 0 f和3 0 g。光纖3 0 h插入透明合成樹脂塊中，並 導向V型缺口。光纖3 0 h由例如丙烯酸樹脂之透明合成 樹脂形成，且直徑爲0 . 5毫米。光纖3 Oh之光學軸實 質與傾斜表面之平分線對準。凸透鏡3 0 i和3 0 j接附 至側表面，且面向細縫31b。 光纖30h輻射光束LB1向著稜鏡30 f和30g ，且傾斜表面反射光束向著凸透鏡30i和30j 。凸透 鏡使光束L B 1形成平行射線L B 2和L B 3。平行射線 L B 2/L B 3穿過在細縫3 1 b下之空間向著在光發射 塊3 0 c右側上之光偵測塊和光偵測塊3 0 d » 光偵測塊3 0 d亦接附至介於細縫3 1 b間之上板 3 1 a之相反表面，且由例如丙烯酸樹脂之透明合成樹脂 形成。透明合成樹脂塊和光發射塊3 0 c相似的部份切除 ，且光偵測塊3 0 d具有V型缺口。傾斜表面之一端以 9 0度接合而另一端以4 5度接合。側表面以9 0度接合 至端表面之兩端。結果，在傾斜表面和側表面間會形成三 角部份，並當成稜鏡3 0 k和3 0m。光纖3 0 η插入透 明合成樹脂塊中，並導向V型缺口。光纖3 0 η由例如丙 烯酸樹脂之透明合成樹脂形成，且直徑爲0.5毫米。光 纖3 0 h之光學軸實質與傾斜表面之平分線對準。凸透鏡 3 0 〇和3 0 p接附至側表面，且面向細縫3 1 b。 平行射線L B 2/L Β 4入射至凸透鏡3 0 〇和 3 0 ρ上，且收斂在稜鏡3 0 k/3 0 m之傾斜表面上。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -18 - 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 〇^l76t a? ______B7 五、發明説明（16) 光束L B 2和L B 3反射在傾斜表面上，且受引導向著光 纖 3 〇 η。 光發射塊3 0 c之光纖3 0 h和光偵測塊3 0 d之光 纖3 〇 η連接至光發射元件和光偵測元件，且相關鍵3 3 之反覆動作可經由光強度之變化而偵測。 位置資訊慮理系統 以下參考圖10說明依照本發明之位置資訊處理系統 。該位置資訊處理系統包含多數和光發射塊3 0 c相同之 光發射塊4 0 a和多數與光偵測塊3 0 d相同之光偵測塊 40b。光發射塊40a和光偵測塊40b在由88個鍵 4 1 a組成之鍵盤4 1下方交替的安排》 此位置資訊處理系統進一步包含1 2束之光纖4 2 a ’ 4 2 b，4 2 c，……和4 2m選擇性的連接至光發射 塊40a，12個光發射元件43a，43b，43c， ……和4 3m分別連接至1 2束之光纖4 2 a至4 2m * 8束之光纖44a，44b，……44g和44h選擇性 的連接至光偵測塊40b，和8個光偵測元件45 a， 4 5b，……4 5 g和4 5 h分別連接至光纖束4 4 a至 4 4 h »光發射元件和光偵測元件可分別由半導體光發射 二極體和半導體光電晶體所構成》光發射元件回應電驅動 訊號D R用以產生光脈衝，和光偵測元件由傳播至此之光 產生一電偵測訊號。電偵測訊號D 7之電位位準和光強度 成比例。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（17) 4 5個光發射塊4 0 a安裝在位置資訊處理系統中， 且4個光纖或3個光纖構成1 2個光束4 2 a至4 2m之 一。6個光纖或4個光纖形成光束4 4 a至4 4 h之一， 且因此，4 4個光纖乃選擇性的連接在光偵測塊4 0 b和 光發射元件4 5 a至4 5 h之間》因此，依照本發明之位 置資訊處理系統只需要8 9個光纖，且光徑之構造比習知 技藝簡單。 如上所述，光發射塊共用於相鄰兩非接觸型位置變換 器之間，且光偵測塊共用於不同的相鄰兩非接觸型位置變 換器之間β非接觸型位置變換器監視接附至鍵4 1 a之一 之快門板4 1 b ，且因此，8 8個非接觸型位置變換器安 裝在位置資訊處理系統中。快門板4 1 b移入和移出細縫 3 1 b，並通過介於光發射塊4 0 a和光偵測塊4 0 b間 之間隙。在下述之說明中，鍵編號#1至#88分別指定 至鍵4 1 a ，且藉由使用鍵編號# 1至#8 8，此非接觸 型位置變換器亦相同。當必需特定相關於鍵之光發射塊 4 0 a和光偵測塊4 0 b時，光發射塊4 0 a和光偵測塊 4 0 b附加鍵4 1 a之鍵編號在另側。例如，最左光發射 塊42a和最左光偵測塊40b分別特定爲·*4〇3#1 '和 ' 4 0 b # 2 '。 光發射元件4 3 a經由光纖束4 2 a連接至間隔2音 度之光發射塊 40a#l ，40a#25，4〇a#49 和40 a#73。光發射元件43b經由光纖束42連接 至光發射塊 40a#3 ，40a#27，40a#51 ， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) • .
、tT 峻！ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（18) 和40 a#75。介於光發射元件43 a至43m和光發 射塊40 a間之關係概述如表1所示。在此表中，雖然在 鍵盤中未有#89 ，最右光發射塊40a附加以#89。 介於光發射元件4 3 a至4 3m和光發射塊4 0 a間之關 係亦如圖1 1所示。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） n. m . ί— !'1 rrtt ---1 m ir- ft I I_E I__- i — ! [I 1 K1 E -----I n.，I -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 21 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 B7 五、發明説明（19) 表1 光發射元件 光發射塊 43a #1,#25,#49,#73 43b #3,#27,#51,#75 43c #5,#29,#53,#77 43d #7, #31，#55, #79 43e #9, #33, #57,#81 43f #11,#35,#59,#83 43g #13,#37,#61,#85 43h #15,#39,#63,#87 43 i #17,#41,#65,#89 ----!-------1 —f If ---ϊ f --1 n [--- ^ i (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -22 - A7 B7 341761 五、發明説明（20) 表1 (續） 光發射元件 光發射塊 43 j #19, #43, #67 43k #21，#45, #69 43m #23,#47,#71 因此，間隔2音度之光發射塊連接至光發射元件4 3 a至 4 3m之一，且耦合至光發射元件4 3 a至4 3m之一之 光發射塊4 0 a分別和耦合至相鄰光發射元件之光發射塊 40a間隔兩鍵編號。 而後，詳細說明介於光偵測塊4 〇 b和光偵測元件 4 5 a至4 5 h間之關係。4個光織或6個光纖乃連接在 光偵測塊4 0 b和光偵測元件4 5 a至4 5 h之間。光偵 測塊45a由光偵測塊4〇b#2，40b#6，40b #10，40b#14，4〇b#l8 和 40b#20 ( 其與相鄰光偵測塊間隔4個鍵編號）供應而來。相似的， 光偵測塊45b由光偵測塊4〇b#4，4〇b#8， 40b#12 ，40b#16 ，4〇b#20 ，和 40b 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ------------A------訂------吹--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -23 - A7 B7 五、發明説明（21) # 2 4供應而來，且每個光偵測塊和相鄰光偵測塊差異4 個鍵編號。介於光偵測元件4 5 a至4 5 h和光偵測塊 4 0 b間之關係概述如表2所示，且和圖1 1相符。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 表2 光偵測元件 光偵測塊 4 5a #2,#6,#10,#14,#18,#22 45b #4, #8, #12, #16, #20, #24 4 5c #26, #30, #34, #38, #42, #46 45d #28, #32, #36, #40, #44, #48 45e #50, #54, #58, #62, #66, #70 45f #52,#56,#60,#64,#68,#72 45g #74,#78,#82,#86 45h #76,180,#84,#88 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ： . A------訂------繞-- -24 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（22) 因此’每隔5個光偵測塊4 0 b連接至光偵測元件 4 5 a至4 5 h之一，且耦合至光偵測元件4 5 a至 4 5 h之一之光偵測元件4 0 b和耦合至相鄰光偵測元件 之光偵測塊4 0 b相隔兩鍵編號。 此位置資訊處理系統進一步包含一資料處理單元4 6 。資料處理單元4 6包括一驅動訊號埠4 6 a和一訊號接 收璋4 6 b。資料處理單元4 6由驅動訊號埠4 6 a在不 同時間週期性的供應電驅動訊號DT至光發射元件4 3 a 至4 3m，並掃描訊號接收埠4 6 b以判斷8 8個非接觸 型位置變換器# 1至# 8 8之一是否偵測一按壓鍵4 1 a 〇 資料處理單元4 6使光發射元件4 3 a在確定時間供 應光脈衝至光纖束4 2 a，且光偵測元件4 5 a會同時降 低電偵測訊號D T之電位位準。資料處理單元4 6獲知最 左鍵4 1 a交錯非接觸型位置變換器# 1之光束，並特定 鍵編號# 1。 位置資訊歲理系統夕表理. 位置資訊處理系統由驅動訊號埠4 6 a週期性的供應 電驅動訊號DR至光發射元件4 3 a至4 3m。光發射元 件4 3 a至4 3m分別循序的產生光脈衝在t 1 ，t 2， ......和t 1 2。光脈衝分別供應至光纖束4 2 a至4 2m ’且經由光纖4 2 a至4 2m傳播至相關的光發射塊 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） I-----------A------訂------線 --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -25 - A7 B7 五、發明説明（23) 4 〇 a。光脈衝之表現和光發射塊4 0 a和光偵測塊 4 〇 b相似，且因此，爲了簡化起見，只針對光發射塊 4〇a#l/4〇a#3和光偵測塊40b#2說明。光 發射塊4 0 a # 1 /4 0 a # 3相當於光發射塊3 0 e / 3 0 c和光偵測塊3 0 d，如圖8所示。在下述之說明中 ’光發射塊3 0 e之稜鏡和凸透鏡標示以和光發射塊 3 0 c相同之參考數字。 資料處理單元4 6在t 1時供應驅動訊號D R至光發 射元件4 3 a，且光發射元件4 3 a產生光脈衝》在t 1 時產生之光脈衝經由光纖3 0 h傳播至光發射塊3 0 e和 其它光發射塊，且在光纖3 0 h中之光線形成光束L B 5 "光束LB 5由光纖3 Oh輻射向著稜鏡3 0 f和3 0 g 。光束LB5分散向著稜鏡30 f/30g之傾斜表面， 且稜鏡30 f/3〇g之傾斜表面反射光束LB5向著凸 透鏡3 0 i和3 0 j 。一半的光束LB 5反射在稜鏡 3 0 f之傾斜表面，且另一半入射在另一稜鏡3 0 g之傾 斜表面上。因此，稜鏡30 f/3〇g安排成相關於光纖 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 3 0 h之光學軸對稱，且入射角變成小於4 8度之臨界角 。因此，大部份的光反射在傾斜表面上，並形成副光束。 雖然反射副光束在反射在傾斜表面後進一步發散，凸 透鏡3 0 i和3 0 j將反射副光束形成平行射線L B 4和 LB6。平行射線LB4和LB6具有一種半圓橫斷面， 其和由圖9之虛線所示之平行射線L B 2相似。而平行射 線L B 2不具有完整的半圓橫截面之原因爲介於傾斜表面 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210X297公釐) — -26 - B7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（24) 間之邊界反射光束L B 1向著凸透鏡3 0 i之下半部，如 圖8所示。 平行射線L B 4通過在細縫3 1 b下方之空間，並入 射在凸透鏡3 Ο p內。平行射線L B 4收斂在稜鏡3 〇m 之傾斜表面上，並反射向著光纖3 Ο η。光纖傳播光線向 著光偵測元件4 5 a，且光偵測元件4 5 a在t 1時產生 偵測訊號D T 1 » 而後，資料處理單元4 6在t 2時由驅動訊號埠 4 6 a供應驅動訊號DR至光發射元件4 3 b »光發射元 件4 3 b產生光脈衝，且在t 2時產生一部份之光脈衝乃 經由光纖3 0 h傳播向著光發射塊3 0 c。此光線形成光 束LB1 ，且由光纖30h輻射向著棱鏡30f和30g 。光束LB1向著棱鏡30 f/30g之傾斜表面發散， 且稜鏡30 f/30g之傾斜表面反射光束LB1向著凸 透鏡30i和30j 。一半光束LB1反射在稜鏡30f 之傾斜表面上，而另一半入射在另一稜鏡3 0 g之傾斜表 面上。 雖然反射副光束在反射在傾斜表面後進一步發散，凸 透鏡3 0 i和3 0 j將反射副光束形成平行射線L B 2和 LB3。平行射線LB2通過在細縫31b下之空間，且 入射在凸透鏡3 0 〇中。平行射線L B 2收斂在稜鏡 3 0 k之傾斜表面上，且反射向著光纖3 Ο η。 光纖傳播光線向著光偵測元件4 5 a，且光偵測元件 45a在t 2時產生偵測訊號DT1。另一平行射線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） I---^------乂.-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 竣！ -27 - 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 A7 ____B7_ 五、發明説明（25) LB3進入光偵測塊40b#4，並使光偵測元件45b 在t 2時產生電偵測訊號DT。因此，光束LB 1/ L B 5分裂成兩副光束，且可用於兩非接觸型位置變換器 ，和例如4 0 b # 2之光偵測塊可使用以在不同時間t 1 和t 2時接收平行射線LB4和LB2。因此，光發射塊 4 0 a和光偵測塊4 0 b之數量比習知位置資訊處理系統 之數量少。 當一彈奏者壓下鍵4 1 a之一時，相關的快門板 41b中斷橫過在相關細縫31b下方之空間之平行射線 ，且此中斷導致偵測訊號D T之電位位準之降低。資料處 理單元4 6根據用於電位位準降低之時間和降低電位位準 之光偵測元件4 5 a至4 5 h而特定按壓鍵4 1 a。 如果壓下鍵形時，光偵測元件4 5 b在t 2時降低電 偵測訊號D T之電位位準。資料處理單元4 6根據電偵測 訊號DT在t 2時降低電位位準之事實而選擇光發射塊# 3，#27，#5 1和#75。資料處理單元46進一步 選擇連接至光偵測元件45b之光偵測塊#4，#8，# 1 2，#1 6，#20和#24。只有光偵測塊#4在 t 2時相鄰供應以光脈衝之光發射塊，且資料處理單元4 6特定按壓鍵4 1 a爲形。資料處理單元4 6亦可產生表 示用於鍵形之鍵啓動之音樂資料碼。 由前述之說明可知，每個光發射塊和光偵測塊在不同 時間共用於兩非接觸型位置變換器之間，且因此，光發射 /光偵測塊和光纖之數量可降低，如此可使光徑之構造更 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） I- —tl ml m^i —^1· HBh-ί ^—~ 一 ^ HFIL Γ—tt flhv I. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -28 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 ____B7___ 五、發明説明（26) 爲簡單。 再者，每個光發射塊之稜鏡乃相關於相關之光纖之光 學軸對稱，且入射角變成小於習知光發射塊。結果，可使 用大部份的光以用於偵測。 第二眚施例 非接觸位置變換器和位置眘訊處理系統 圖12和13爲含有本發明之非接觸型位置變換器之 陣列，且非接觸型位置變換器之陣列形成位置資訊處理系 統之一部份。 非接觸型位置變換器亦包含一光發射塊5 0 a和光偵 測塊50b，和光發射塊50a和光偵測塊50b和第一 實施例相似的共用於相鄰兩非接觸型位置變換器之間。光 發射塊5 0 a和光偵測塊5 0 b交替的安排在框結構 5 1 a之相反表面，且細縫51 b形成在介於光發射塊 5 0 a和光偵測塊5 0 b間之框結構5 1 a中。細縫 5 1 b互相間隔在框結構5 1 a之縱向上，如陣列 A R 1 0所示。 框結構5 1 a位在聲音鋼琴之鍵5 2 a下方之鍵床（ 未顯示）上，且快門板5 2 b分別接附至鍵5 2 a之下表 面。細縫51b分別相連鍵52a ，且快門板52b移進 和移出相連之細縫5 1 b。 每個光發射塊5 0 a分成輻射副塊5 0 c和分裂副塊 50d·分裂塊50d提供在細縫51b之間，且輻射副 本紙張尺度通用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X_297公釐） (請先閱讀背面之注意事項存填寫本貰) i _ -I - - m ili! 1^1 1·—- 338— -- 1----1 -E.i i : - -29 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 3^1761 at B7 五、發明説明（27) 塊5 0 c和分裂副塊5 0 d隔離在垂直於縱向之橫向中。 輻射副塊5 0 c包括接附至框結構5 1 a之一光纖光 持50e，由光纖支持50e所支持之光纖50f ，和接 附至光纖支持5 0 e之前表面之凸透鏡5 0 g。光纖 5 0 f由出口經由凸透鏡5 0 g而輻射一光束L B 1 〇向 著分裂副塊5 0 d。凸透鏡5 0 g可防止光線發散。 分裂副塊5 0 d由例如丙烯酸樹脂之透明材料所形成 。分裂副塊5 0 d具有凸表面5 0 h相對於凸透鏡5 0 g ，和一分叉部份當成具有傾斜表面5 0 i之稜鏡。傾斜表 面以9 0度互相接合，且在此例中，凸表面5 0 h具有大 致爲矩形之週緣。 光束L B 1 0入射在凸表面5 0 h上，且反射在傾斜 表面50i 。光束LB10分裂成平行射線LB11/ LB 1 2，且此平行射線LB 1 1/LB 1 2受引導穿過 在細縫5 1 b下方之空間而到達光偵測塊5 0 b。因此， 每個光發射塊5 0 a供應平行射線LB 1 1和LB 1 2至 兩不同非接觸型位置變換器之光偵測塊5 0 b。 每個光偵測塊5 0 b分離成一反射副塊5 0 j和一進 入副塊5 0 k。反射副塊5 0 j提供在細縫5 1 b之間， 且進入副塊5 0 k和反射副塊5 0 j在橫向上互相間隔， 如同光發射塊5 0 a。 反射副塊5 0 j以例如丙烯酸之透明材料所形成。反 射副塊5 0 j具有一分叉部份當成具有傾斜表面5 Om之 稜鏡，和一凸表面5 Ο η相對著進入副塊5 0 k。傾斜表 ^氏張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' -30 - ----------Λ------訂------線---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 五、 發明説明（ 28) 1 面 5 0 m以9 0 度互 相 接 合 〇 1 1 平 行射線 L B 1 1 和 L B 1 2 反 射 在 傾 斜 表 面 5 0 m 1 1 上 > 且 穿過凸 表 面5 0 η 向 著 進 入 副 塊 5 0 k 〇 光 束 1 | L B 1 3向著 進 入副 塊 5 0 K 收 敛 〇 請 閱 1 I 進 入副塊 5 0 K 包 括 接 附 至 框結構 5 1 a 之 相 反 表 面 讀 背 ιδ 1 | 之 光 纖 支持5 0 0 * 由 光 纖 支 持 5 0 0 所 支 持 之 光 纖 杳 1 5 事 1 0 P ，和接 附 至相 對 於 反 射 副 塊 5 0 j 之 表 面 之 凸 透 鏡 項 五 1 5 填 1 0 q 。光纖 5 Op 連 接 至 光 偵 測 元 件 5 4 a > 5 4 b % 本 X … … 之 一，且 介 於光 偵 測 元 件 5 4 a y 5 4 b … … 和 光 纖 頁 1 1 5 0 P 間之連 接 和第 一 實 施 例 相 似 0 光 發 射 元 件亦 可 由 半 1 1 導 體 發 光二極 體 構成 9 1 1 光 束L B 1 3入 射 在 凸 透 鏡 5 0 Q 上 且 聚 焦 在 光 纖 訂 1 5 0 P 之入口 端 。光 纖 5 0 P 傳 播光 線 至 光 偵 測 元 件 1 I 5 4 a ，5 4 b > ·· · … 之 一 且 光 偵 測 元 件 5 4 a 1 I 5 4 b 轉換光 線 成爲 電 偵 測 訊 號 D T 〇 因 此 每 個 光 偵 測 1 1 崎 塊 5 0 b由不 同 的兩 個 非 接 觸 型 位 置 變 換 器 之 光 發 射 塊 1 5 0 a 接收平 行 射線 L Β 1 1 和 L B 1 2 〇 光 偵 測 元 件 可 1 1 由 半 導 體光發 射 電晶 體 IUZ. 所 構 成 〇 1 1 光 發射元 件 5 3 a > 5 3 b 9 … … 和 光 偵 測 元 件 1 5 4 a ，5 4 b » · · ♦ … 分 別 連 接 以 驅 動 資 料 處 理 單 元 ( 未 1 I 顯 示 ) 之訊號 傳 輸埠 和 訊 接 收 埠 9 且 資 料 處 理 單 元 和 第 1 I 一 實 施 例相似 t 且因 此 不 再 加 以 說 明 〇 1 1 1 1 冒 資 訊處理 系 統之 表 現 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（29) 資料處理單元（未顯示）週期性的在不同時間供應來 自驅動訊號傳输埠之光脈衝至光發射元件5 3 a ，5 3 b ........並掃描訊號接收埠以判斷在任何時間偵測訊號是 否會降低電位位準。資料處理單元和第一實施例之資料處 理單元相似的決定改變位置之鍵5 2 a，且爲了方便起見 ，此處之說明僅針對非接觸型位置變換器之一。 假設資料處理單元（未顯示）供應驅動訊號DR至光 發射元件5 3 a ，光發射元件5 0 a由電驅動訊號DR產 生光脈衝，且此光脈衝分支成光纖5 0 f。光纖5 0 f之 一終止在相鄰最左進入副塊5 0 k之輻射副塊5 0 c之光 纖支持5 0 e上，如圖1 2所示，且光束L B 1 0經由凸 透鏡5 0 g而輻射向著分裂副塊5 0 d »光束LB 1 〇向 著分裂副塊5 0 d發散。但是，介於正交於框結構5 1 a 之底表面之垂直方向和平行於箭頭AR10之側方向間之 輻射角並不相同，且在垂直方向中之發散角大於在側向方 向著。因此，光束LB 1 0具有橢圓橫截面。 介於光纖支持5 0 e和凸表面5 0 h間之距離適當的 選擇以使凸表面5 0 h之外周緣進入橢圓橫截面中。因此 ，平行射線LB11和LB12具有矩形橫截面，如圖 1 3之點所示。光束L B 1 〇相等的分裂成平行射線 LB11 和 LB12。 平行射線L B 1 2通過在細縫5 1 b下方之空間，並 入射在相鄰光偵測塊5 0 b之反射副塊5 0 j之稜鏡中。 平行射線L B 1 2反射在傾斜表面5 Om上，且受引導經 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I- I I I n I I I I— i! I iE τί ^ BI. m --- I - ί ^ ΐ n 1 ____ PH h (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -32 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（30) 由凸表面5 Ο η向著凸透鏡5 0 q。在傾斜表面5 Om_t 之反射爲全反射。 光束LB 1 3向著凸透鏡5 0 g收斂，且凸透鏡 50g使光束LB13聚焦在光纖5〇p之入口端。光纖 5 Ο p傳播入射光至光偵測元件5 4 a ，且光偵測元件 5 4 a轉換光爲電偵測訊號DT。 如果鍵5 2 a停留在休止位置，快門板5 2 b超過框 結構51a ，且平行射線LB12從未由快門板52b所 中斷。結果，在光偵測元件5 4 a上之光強度相當強，且 光偵測元件5 4 a具有高電位位準》另一方面，雖然彈奏 者按壓鍵52a ，快門板52b中斷平行射線LB1 2, 並逐漸的增加中斷區域。光脈衝在極窄的間隔上供應至光 纖5 0 f ’且在快門板5 2 b之向下動作時，多數之光束 LB10輻射向著分裂副塊5 0d »光強度逐漸降低，且 因此，電偵測訊號降低電位位準。因此，資料處理單元（ 未顯示）不只特定按壓鍵5 2 a ，且亦決定和快門板 5 2 b —起逐漸改變之現在鍵位置。資料處理單元進一步 計算鍵之速度，根據由在兩鍵位置間移動之按壓鍵5 2 a 所消耗的時間間隔。 由前述之說明可知，如圖1 2和1 3之非接觸型位置 變換器完成第一實施例之所有優點。再者，位置資訊處理 系統在極窄的間段上重覆光脈衝，和多數之平行射線 L B 1 2在進入細縫5 1 b後，在快門板之向下動作時通 過在細縫5 1 b下方之空間。在垂直方向延長之平行射線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） n. I I . In . - - - ... I I i .HE I s、?TIn ! n ίί m n ! I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -33 - A7 B7 321761 五、發明説明（31) LB 1 l/LB 1 2使位置資訊處理系統可正確的決定快 門板之現在位置，且因此可決定沿著按壓鍵5 2 a之軌跡 之現在鍵位置，且位置資訊處理系統可計算鍵速度，而無 需多重的非接觸型位置變換器。 第三實施例 圖14爲安裝在含有本發明之位置資訊處理系統之光 發射塊6 1 a和光偵測塊6 1 b。光發射塊6 1 a和光偵 測塊6 1 b組合形成一非接觸型位置變換器。雖然圖1 4 中未顯示，但是光發射塊6 1 a和光偵測塊6 1 b交替著 ，且多數之非接觸型位置變換器形成一開關矩陣如下所述 。光發射塊6 1 a共用於非接觸型位置變換器和另一非接 觸型位置變換器之間，且光偵測塊6 1 b亦共用於非接觸 型位置變換器和另一非接觸型位置變換器之間。光發射塊 /光偵測塊6 1 a/6 1 b由一框構造6 2 a所支持，且 細縫6 2 b之一指定至光發射/光偵測塊6 1 a/6 1 b 。快門板6 3 a接附至聲音鋼琴之鍵6 3 b之下表面’並 在細縫6 2 b中移進移出。 光發射塊6 1 a和光偵測塊6 1 b分別具有內建光發 射元件6 1 c和內建光偵測元件6 1 d。內建光發射元件 61c和內建光偵測元件61d可分別由半導體發光二極 體和半導體光偵測電晶體所構成。 光發射塊6 1 a由透明材料所構成，且包括嵌入下部 份之一上動器6 1 e。由於可見光切割濾波器阻擋光線由 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） I----------^------、1T------攻 — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 -34 - A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（32) 外部光線傳播在透明材料中，因此最好使光發射塊6 1 a 具有可見光切割濾波器。一半球形凹陷61f形成在上動 器6 1 e中，且光發射塊6 1 c固定在形成凹陷6 1 f之 半球表面之中央。光發射塊6 1 a進一步包括具有以9 0 度接合之傾斜表面之稜鏡6 1 g和6 1 h，和接附至傾表 面之凸透鏡61 i和61 j。 另一方面，光偵測塊6 1 b亦由透明材料形成，且包 括嵌合在下部份之止動器6 1 k。光偵測塊6 1 b最好亦 具有一可見光切割濾波器。半球凹陷6 1 m形成在止動器 6 1 k中，且光偵測元件6 1 d固定至形成凹陷6 lm之 半球表面之中央。光偵測塊6 1 b進一步包括具有以9 〇 度接合之傾斜表面之稜鏡6 1 η和6 1 〇和接附至側表面 之凸透鏡61ρ和61q。 資料處理單元（其以圖21說明）乃經由一引線 6 4 a連接至光發射元件6 1 c，且電驅動訊號DR週期 性的供應至光發射元件6 1 c。光發射元件6 1 c產生光 LB20。光LB20部份直接前進至稜鏡6 1g/ 6 1 h，且部份反射在半球凸表面向著稜鏡6 1 g和 6 1 h。因此，光束LB20分裂成兩副光束，且凸透鏡 6 1 g和6 1 h將副光束轉換成平行射線L B 2 1和 L B 2 2。 平行射線L B 2 1通過在細縫6 2 b下方之空間。平 行射線L B 2 2受引導至在右側上之光偵測塊6 1 b。另 —光發射塊在不同時間由平行射線L B 2 1輻射一平行射 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .-- 訂— 線 本紙浪尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -35 - A7 B7 五、發明説明（33) 線 L B 2 3。 平行射線L B 2 1或L B 2 3入射右凸透鏡6 1 p或 6 1 q上，且反射在稜鏡6 I n或6 1 〇之傾斜表面向著 光偵測元件6 1 d。反射光L B 2 4收斂向著光偵測元件 61d，且光偵測元件61d轉換光束LB24爲電偵測 訊號D T。 在此狀況中，如果向下壓下鍵6 3 b時，快門板 63a會中斷平行射線LB21。快門板63a改變入射 在光偵測塊6 1 b中之光強度，且光偵測元件6 1 d根據 和平行射線L B 2 1重疊之快門板6 3 a之區域而改變偵 測訊號D T之電位位準。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 岐 光發射塊6 1 a和光偵測塊6 1 b共用於非接觸型位 置變換器之間，並使引線6 4 a/6 4b之構造比習知技 藝更簡單。內建光發射元件6 1 c和內建光偵測元件 6 1 d轉換介於在高頻上之光能和電能間之訊號，且經由 印在電路板（未顯示）上之引線6 4 a/6 4 b而形成開 關矩陣。因此，位置資訊處理系統可降低電源耗損，且組 裝工作更爲簡單。 圖1 5爲光發射塊6 1 a之第一修改例6 5。光發射 塊6 5左側表面並未具有一凸透鏡，而其它的特徵則和光 發射塊61a相似。因此，反射光束LB21>和 LB 2 2 >由稜鏡6 1 g和6 1 h發散向著外界。 爲了限制此種發散，光發射塊6 5和相關於塊6 5之 光偵測塊6 6乃容納在U形黑殼6 7中，如圖1 6所示。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' -36 - 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（34) U形黑殼6 7並未使外界光線進入內部空間。U形黑殼 67具有細縫67 a (見圖17)，且光束LB21’和 LB22>通過細縫67a，以使不會向著光偵測塊66 發散。雖然圖中未顯示’光束LB2 1 —和LB22 >通 過形成在細縫6 7 a相對側之細縫’且入射在光偵測塊 6 6之平坦側表面上。細縫保持光束LB 2 1 >和 L B 2 2 >之量入射在光偵測塊6 6之平坦側表面上。 光發射塊6 1 a和光偵測塊6 1 b亦可安裝在ϋ形黑 殼6 8中，如圖1 8所示。在此例中，光發射元件6 1 a 輻射平行射線L B 2 1和L B 2 2向著光偵測元件6 1 b ，且因此，光發射塊6 1 a乃經由一寬窗6 8 a (見圖 1 9 )而曝露至U形黑殼6 8之外側。 圖2 0爲圖1 4所示之非接觸型位置變換器之第二修 改例。光發射塊7 1 a和光偵測塊7 1 b —起形成一非接 觸型位置變換器，且進一步以在右側之光偵測塊和在左側 之光發射塊構成另一非接觸型位置變換器。 光發射塊包括連接至引線7 2 a之印刷電路板7 1 c ，接附至印刷電路板71c之兩主表面之一對止動器 7 1 d/7 1 e，和分別覆蓋止動器7 1 d/7 1 e之凸 透鏡74/7 1 g，而該止動器7 1 d/7 1 e具有形成 凹部之半球表面，光發射元件7 3 a/7 3 b位在半球表 面之中央，且電驅動訊號DR對光發射元件7 3 a/ 73b充能以使其產生光。光經由凸透鏡71f/71g 輻射向著光偵測元件，且凸透鏡7 1 f/7 1 g形成平行 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） ----------Ά------1T------峻- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -37 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（35) 射線LB30/LB31。 光偵測塊7 1 b亦包括連接至引線7 2 b之印刷電路 板7 1 h，接附至印刷電路板7 1 h之兩主表面之一對止 動器71 i/71 j ’和分別覆蓋止動器71 i/71 J· 之凸透鏡7 1 k/7 1m ’而止動器7 1 i/7 1 j具有 形成凹部之半球表面。凸透鏡7 1 k和7 1 m收斂平行射 線L B 3 0/L B 3 2向著位在半球表面中央上之光偵測 元件73 c/73d。平行射線LB30和LB32在不 同時間入射在光偵測元件7 3 c/7 3 d上。光偵測元件 73 c/73d將平行射線LB30/LB32轉換爲電 偵測訊號D T。 在此狀況中，如果向下壓下鍵7 4時，接附至鍵 74a之下表面之快門板74b交錯平行射線LB30， 且光偵測元件7 3 c根據和平行射線L B 3 0重疊之快門 板7 4 b之區域而降低電偵測訊號D T之電位位準。 開關矩陣 如圖1 4，1 5和2 0所示之任一種非接觸型位置變 換器皆可用以形成如圖2 1所示之開關矩陣。光發射塊 8 1 a和光偵測塊8 1 b分別相當於光發射塊6 1 a/ 6 5/7 1 a之一和光偵測塊6 1 b/6 6/7 1 b之一 。光發射塊8 1 a和光偵測塊8 1 b容納在U形黑殼 8 1 c中。雖然U形黑殼8 1 c安排在如圖1 6所示之線 上，圖2 1顯示U形黑殼8 1 c傾斜的橋接於驅動訊號線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） A------訂------埃- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -38 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（36) 8 2 a至8 2m和偵測訊號線8 3 a至8 3 h以形成介於 驅動訊號線8 2 a至8 2m和偵測訊號線8 3 a至8 3 h 間之關係。每個非接觸型位置變換器以驅動訊號線之一和 偵測訊號線之一之組合特定之，且非接觸型位置變換器標 示以鍵編號# 1 ，# 2，……# 7 8，# 7 9........ 驅動訊號線8 2 a至8 2 m連接至資料處理單元之訊 號傳输埠8 4 a，且偵測訊號線8 3 a至8 3 h連接至資 料處理單元之訊號接收埠8 4 b。 資料處理單元在不同時間t 1 ，t 2，t 3 ....... t 1 1和t 1 1週期性的由訊號傳送埠8 4 a供應電驅動 訊號DR至驅動訊號線8 2 a至8 2m，並掃描訊號接收 埠8 4 b以判斷是否發生低電位位準之偵測訊號DT。每 個驅動訊號線8 2 a至8 2m連接至3個或4個光發射塊 81a ，如表1所示。例如，偵測線82a連接至和鍵# 1 ，#25，#49和#7 3相關之光發射塊，且偵測線 82b連接至和鍵#3，#27，#51和#75相關之 光發射塊。因此，光發射塊8 1 a同時的檢査互相間隔兩 音度之3個或4個鍵，以判斷任一鍵是否改變位置。 每個偵測訊號線8 3 a至8 3 h連接至4個或6個光 偵測塊8 1 b ，如表2所示。例如，偵測訊號線8 3 a連 接至與鍵 #2，#6，#10，#14，#18，和# 2 2相關之光偵測塊，和偵測訊號線8 3 b連接至與鍵# 4，#8 ·#12，#16，#20 和 #24 相關之光偵 測塊。因此*連接至偵測線之鍵間隔4個鍵編號。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2Η)Χ297公釐） I----------t,------IT------線 _ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -39 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（37) 非接觸型位置變換器回應驅動訊號DR，並在實質和 t1至t12同時之時間供應偵測訊號DT至訊號接收埠 8 4 b ，且資料處理單元根據在所選擇之偵測訊號線之一 上之偵測訊號D T之時間而特定-改變鍵位置之鍵。 雖然上述已顯示和說明本發明之特殊實施例，但是， 顯而易知的是，熟悉此項技藝之人士可達成許多各種的改 變和修飾而未悖離本發明之精神和範疇。 例如，圖1 8和1 9之殼亦適用於如圖8，1 4和 1 5所示之光發射塊和光偵測塊。 如圖2 0所示之光發射塊和光偵測塊亦可使用而無需 要殼。 光發射元件和光偵測元件亦可嵌入光纖支持5 0 e/ 5 0 〇 中。 快門板亦具有窗以交錯光束超過一次。即使窗爲簡單 的矩形開口，快門板首先在底緣中斷光束，而後’光束通 過窗，且最後止擋部份再度交錯光束。在此例中，鍵速度 根據介於第一交錯和第二交錯間之時間間隔而計算。 每個鍵亦可相連多數之非接觸型位置變換器。非接觸 型位置變換器亦可安排成兩列，以使具有窗之快門板交錯 光束。 稜鏡之傾斜表面乃塗覆以反射膜。 由於構件之數目降低，因此即使依照本發明之光發射 元件和光偵測元件之一亦可以習知之光發射元件或習知之 光偵測元件取代。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
In In - - I - . . - I . 1，BIS - - m - - ί I HI I i ------- ------I.ii ------- ------- : ......... Ϊ . -40 - A7 ______B7_ 五、發明説明（38) 在上述之實施例中，非接觸型位置變換器安排成1 2 X 8矩陣》但是，此矩陣尺寸亦是可改變的。 非接觸型位置變換器亦可用以監視聲音鋼琴之音錘之 動作。在此例中，快門板可接附至音錘柄或鍵柄。 光發射塊之結構和光偵測塊相似，以使它們可互相置 換。 最後，除了樂器外，位置資訊處理系統可使用於任何 系統。 -----------------IT------1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）