WO2021100868A1 - 鍵盤装置の鍵操作の検出装置、鍵操作の検出方法、および鍵盤装置 - Google Patents

鍵盤装置の鍵操作の検出装置、鍵操作の検出方法、および鍵盤装置 Download PDF

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WO2021100868A1
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conductive
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賢一 西田
晴道 堀田
石井 潤
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ヤマハ株式会社
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    • H03K2017/9713Multiposition, e.g. involving comparison with different thresholds

Definitions

  • the present disclosure relates to a key operation detection device of a keyboard device, a key operation detection method, and a keyboard device including the detection device.
  • Patent Document 1 a keyboard instrument in which two pressure-sensitive sensors are arranged in a key arrangement direction for each key on a frame, and the sound is controlled based on the difference or sum of the outputs of these two sensors.
  • Patent Document 1 a keyboard instrument in which two pressure-sensitive sensors are arranged in a key arrangement direction for each key on a frame, and the sound is controlled based on the difference or sum of the outputs of these two sensors.
  • Patent Document 1 .
  • This keyboard instrument uses two sensors as horizontal sensors, for example, controls the sound of pitch bend, portamento, etc. based on the difference between the two, and controls the volume based on the sum of the two.
  • the key press operation is detected by the key switch.
  • Patent Document 1 a contact type sensor is used, and the rolling (yaw, roll) of the key can be detected only at the end stage of key pressing.
  • Patent Document 2 a keyboard device in which a resonance circuit having a coil is provided on the key and the substrate, and the position and speed of the key are detected based on a signal output from the resonance circuit provided on the substrate.
  • Patent Document 2 The resonant circuit of Patent Document 2 can detect the position and speed of the key in the key pressing direction.
  • the roll of the key (displacement in the yaw direction or the roll direction) cannot be detected.
  • One object of the present disclosure is to provide a key operation detection device of a keyboard device capable of detecting displacement in the yaw direction or roll direction of a key even during a key pressing process.
  • a conductive portion provided for each of the plurality of keys, a substrate provided so as to face the plurality of keys in the pressing direction of the plurality of keys, and the plurality of keys.
  • the conductive portion provided on the substrate so that at least two signal output units correspond to one of the keys, each of the at least two signal output units has a coil, and is provided on the corresponding key.
  • At least two signal output units that output signals according to the distance from the key, and in the key press stroke, based on the signals output from the at least two signal output units, in the yaw direction or roll direction of the corresponding key.
  • a key operation detection device for a key device is provided, which comprises a detection unit for detecting at least one displacement.
  • FIG. 1 is a schematic side view of a keyboard device to which the key operation detection device according to the embodiment of the present disclosure is applied.
  • FIG. 1 is a diagram focusing on one of the plurality of keys 13 in the keyboard device 100.
  • the tip side in the longitudinal direction of the key 13 is the front side
  • the key pressing surface (surface) side is the upper side.
  • the left-right direction is referred to as the direction seen from the front side of the key 13 where the performer is located. Therefore, the key arrangement direction is the same as the left-right direction.
  • the keyboard device 100 is suitable for application to electronic keyboard instruments, but is also suitable as a device that outputs a sound signal without generating sound.
  • the key 13 can rotate in the vertical direction around the fulcrum 12 fixed to the frame 11.
  • the key 13 has a protrusion 16 and a protrusion 17.
  • a key-side conductive portion 20, which will be described later, is provided at the tip (lower end) of the protruding portion 16.
  • a circuit board 15 is provided on the frame 11. The circuit board 15 is provided so as to face each key 13 in the pressing direction of the plurality of keys 13.
  • a plurality of sensor units 30, which will be described later, are arranged on the circuit board 15 corresponding to the key-side conductive units 20, respectively.
  • a coil spring 14 is attached between the key 13 and the frame 11 in a compressed state.
  • the coil spring 14 always pushes the key 13 upward.
  • a lower limit stopper 18 facing the protruding portion 17 is provided on the frame 11.
  • the key 13 in the non-operated state is restricted to the initial position (non-key pressing position) shown in FIG. 1 by hitting an upper limit stopper (not shown).
  • the coil spring 14 is compressed and the protruding portion 17 hits the lower limit stopper 18.
  • the lower limit position of the key pressing stroke of the protruding portion 17 is regulated by the lower limit stopper 18.
  • the lower limit stopper 18 can be elastically deformed within a predetermined range, and is pushed by the protruding portion 17 to be elastically deformed.
  • the position where the lower limit stopper 18 is elastically deformed by a predetermined range is the lowermost lower limit position of the key pressing stroke of the protruding portion 17.
  • a stopper for defining the lower limit position may be provided separately from the lower limit stopper 18.
  • the key-side conductive unit 20 In the key pressing process of the key 13, the key-side conductive unit 20 approaches the sensor unit 30, and in the key release process of the key 13, the key-side conductive unit 20 separates from the sensor unit 30. Here, even if the protruding portion 17 reaches the lowermost limit position, the key-side conductive portion 20 does not come into contact with the sensor portion 30. Therefore, the key-side conductive portion 20 is always in non-contact with the sensor portion 30.
  • the key-side conductive portion 20 has a pair of conductive portions 21 and 22 (FIG. 3).
  • the sensor unit 30 has, for example, two (pair) signal output units 31 and 32 as a plurality of signal output units that output signals according to the distance from the key-side conductive unit 20 of the corresponding key 13 (FIG. FIG. 3).
  • FIG. 2 is a partial front view of the keyboard portion of the keyboard device 100.
  • the plurality of keys 13 have a plurality of white keys 13W and a plurality of black keys 13B.
  • the plurality of keys 13 are arranged in the left-right direction (key arrangement direction) when viewed from the performer.
  • the configuration of each key 13 and the corresponding key-side conductive portion 20 and sensor portion 30 is common.
  • the tip portion of the key 13 swings in the pitch direction, which is the stroke direction, by being pressed and released.
  • the key 13 is mainly displaced in the pitch direction, but strictly speaking, it is also displaced in the yaw direction and the roll direction.
  • the key 13 can be displaced in the yaw direction by receiving a force in the left-right direction. Further, when the key 13 receives a force in the left-right direction or the key 13 is pressed near the end position in the width direction, the key 13 rotates about an axis along the longitudinal direction (roll direction). Can be displaced to. Displacements in the yaw and roll directions (so-called rolls) can be caused by combined forces.
  • after-touch by further operating the key at the end stage of key pressing is used for sound control to expand the expression of sound.
  • an increase or decrease in force in the stroke direction is detected at the end stage of key pressing.
  • the performer intentionally causes the player to roll, which may cause an after touch.
  • the key-side conductive portion 20 and the sensor portion 30 are combined to detect not only the stroke position of the key 13 but also the displacement in the yaw direction or the roll direction in a non-contact manner. be able to.
  • these displacements can be detected not only at the end stage of key pressing but also during key pressing and key release.
  • the key 13 is mainly displaced in the pitch direction, but as disclosed in Japanese Patent No. 4375302, the structure of the key 13 may be displaced in the roll direction or the yaw direction by design. Good.
  • FIG. 3 is a schematic view of a main part of the operation detection device 101.
  • the operation detection device 101 includes a key-side conductive unit 20 and a sensor unit 30, as well as an addition unit 51, a subtraction unit 52, and a control unit 50.
  • the detection unit in the present disclosure mainly includes an addition unit 51, a subtraction unit 52, and a control unit 50.
  • the control unit 50 includes a CPU, RAM, ROM, timer, and the like.
  • the sound generation unit 53 includes a sound source circuit and an effect circuit. The control unit 50 controls the sound generation by the sound generation unit 53 based on the detection result of the operation of each key 13 detected by the sensor unit 30.
  • control unit 50 controls the generation and muffling of sound based on the detection result in the pitch direction, and controls the effect of the generated sound based on the detection result regarding the displacement in the yaw direction or the roll direction. The details of imparting the effect will be described later.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing a configuration example of the key side conductive portion 20 and the sensor portion 30.
  • the key-side conductive portion 20 is shown as a projection drawing from a top view (plan view).
  • the left side of FIG. 4 is the rear side of the keyboard device 100 having the fulcrum 12.
  • the capacitors and resistors are not shown.
  • the key-side conductive portion 20 includes a pair of conductive portions (first conductive portion 21, second conductive portion 22).
  • the first conductive portion 21 and the second conductive portion 22 are arranged side by side in the key arrangement direction.
  • the first conductive portion 21 is a circuit having a coil in which two spiral portions (winding portions 23 and 24) are connected.
  • the second conductive portion 22 is also a circuit having a coil in which two spiral portions (winding portions 25 and 26) are connected.
  • the sensor unit 30 is provided corresponding to each key 13 and includes a pair of signal output units (first signal output unit 31, second signal output unit 32).
  • the first signal output unit 31 is a circuit having a coil in which two spiral portions (winding units 33 and 34) are connected.
  • the second signal output unit 32 is also a circuit having a coil in which two spiral portions (winding portions 35 and 36) are connected.
  • the configurations of the first conductive portion 21 and the second conductive portion 22 are common.
  • the configuration of the first signal output unit 31 and the second signal output unit 32 is common. 5 to 8 show a detailed configuration of the first conductive unit 21 and the first signal output unit 31 as a representative.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the first conductive portion 21 viewed from above.
  • the first conductive portion 21 has a coil C21 having a figure eight shape as a whole.
  • the coil C21 is arranged in a plane at the tip of the protruding portion 16 of the key 13.
  • the coil C21 is continuous from the via 27 to the via 28 via the capacitor 29. Further, the via 27 and the via 28 are directly connected to each other on the back surface of the substrate.
  • the winding portion 23 and the winding portion 24 are adjacent to each other.
  • the positions of the centers of gravity of the winding portions 23 and 24 are the centers of gravity G1 and G2, respectively.
  • the centers of gravity G1 and G2 are defined as the positions of the centers of gravity of the winding portions 23 and 24 having a substantially circular outer shape.
  • the centers of gravity G1 and G2 may be defined as the positions of the centers of gravity of the winding portions 23 and 24, focusing on the mass.
  • the straight line L1 passing through the centers of gravity G1 and G2 is substantially parallel to the longitudinal direction of the key 13.
  • the straight line L2 (FIG. 4) passing through the centers of gravity G1 and G2 of the winding portions 25 and 26 of the second conductive portion 22 is also substantially parallel to the longitudinal direction of the key 13. Therefore, the first conductive portion 21 and the second conductive portion 22 are arranged so that the straight lines L1 and L2 are substantially parallel to each other.
  • FIG. 6 is an enlarged view of the first signal output unit 31 viewed from above.
  • the first signal output unit 31 has a coil C31 having a figure eight shape as a whole.
  • the coil C31 is arranged in a plane on the circuit board 15.
  • the coil C31 is continuous from via 37 to via 38 via capacitors 39 and 40. Further, the via 37 and the via 38 are directly connected to each other on the back surface of the substrate.
  • a resistor 41 is connected to the capacitor 39, and a resistor 42 is connected to the capacitor 40. It is not essential to provide resistors 41 and 42.
  • the winding portion 33 and the winding portion 34 are adjacent to each other.
  • the positions of the centers of gravity of the winding portions 33 and 34 are the centers of gravity G3 and G4, respectively.
  • the definitions of the centers of gravity G3 and G4 are the same as those of the centers of gravity G1 and G2.
  • the straight line L3 passing through the centers of gravity G3 and G4 is substantially parallel to the longitudinal direction of the key 13.
  • the straight line L4 (FIG. 4) passing through the centers of gravity G1 and G2 of the winding portions 35 and 36 of the second signal output unit 32 is also substantially parallel to the longitudinal direction of the key 13. Therefore, the first signal output unit 31 and the second signal output unit 32 are arranged so that the straight lines L3 and L4 are substantially parallel to each other. Further, as shown in FIG. 4, the interval between the straight lines L3 and L4 is wider than the interval between the straight lines L1 and L2.
  • the spiral directions of the winding portions 23 and 24 with the center as the base point are the same. That is, when the via 28 near the center of gravity G1 is regarded as the starting point, the spiral direction of the winding portion 23 is the clockwise direction.
  • the spiral direction of the winding portion 24 when the via 27 near the center of gravity G2 is regarded as the starting point is also a clockwise direction. Due to such a relationship, the direction of the magnetic flux when a current in a certain direction flows through the coil C21 is opposite between the winding portion 23 and the winding portion 24.
  • the spiral directions of the winding portions 33 and 34 with the center as the base point are the same. When a current flows in the coil C31 in a certain direction, the direction of the magnetic flux is opposite between the winding portion 33 and the winding portion 34.
  • FIG. 7 is a circuit diagram of the first conductive portion 21.
  • FIG. 8 is a circuit diagram of the first signal output unit 31.
  • the first conductive portion 21 is configured as a resonance circuit on the passive side.
  • the first conductive portion 21 is a closed circuit.
  • the first signal output unit 31 is configured as a resonance circuit on the active side.
  • the terminal 44 on the input side is connected to a drive circuit (not shown).
  • the detection signal is taken out from the terminal 43 on the output side.
  • the detection signal from the second signal output unit 32 is input to the + terminal of the addition unit 51 and the + terminal of the subtraction unit 52.
  • the detection signal from the first signal output unit 31 is input to the other + terminal of the addition unit 51 and the-terminal of the subtraction unit 52.
  • each output is added via a smoothing circuit (not shown). 51, may be input to the subtraction unit 52.
  • the addition unit 51 outputs the sum of the detection signals from the first signal output unit 31 and the second signal output unit 32 to the control unit 50.
  • the subtraction unit 52 outputs the difference between the detection signal from the first signal output unit 31 and the detection signal from the second signal output unit 32 to the control unit 50. These detection signals are continuous quantities.
  • the outputs of the signal output units 31 and 32 are, for example, voltage values.
  • the first conductive unit 21 approaches the first signal output unit 31 in a state where the signal output units 31 and 32 are driven at a predetermined resonance frequency
  • the first conductive unit 21 outputs the first signal.
  • the current flows in the direction of canceling the magnetic flux generated in the unit 31.
  • the magnetic flux of the first signal output unit 31 changes, and the voltage changes. Therefore, the detection signal can be taken out as a voltage value.
  • the output of the first signal output unit 31 decreases as the first conductive unit 21 approaches the first signal output unit 31.
  • the second conductive section 22 approaches the second signal output section 32, the output of the second signal output section 32 decreases accordingly.
  • the output (voltage) of the signal output units 31 and 32 changes according to the distance from the corresponding conductive units 21 and 22, and becomes smaller as the distance becomes shorter.
  • a change in the resonance signal or a current value may be adopted.
  • both the coil C21 and the coil C31 have a figure eight shape. Therefore, the relationship between the first signal output unit 31 and the first conductive unit 21 is as follows. First, in a state where an upward magnetic flux is generated from the winding unit 33 of the first signal output unit 31 and a downward magnetic flux is generated from the winding unit 34, the first conductive unit 21 is the first signal output unit 31. When approaching, a current flows through the winding portion 23 of the first conductive portion 21 in a direction that cancels the upward magnetic flux from the winding portion 33. As a result, an upward magnetic flux is generated in the winding portion 24 of the first conductive portion 21, and therefore, the downward magnetic flux of the winding portion 34 of the first signal output portion 31 is weakened. Therefore, the change in the output of the first signal output unit 31 is larger than that in the configuration in which the winding directions of the winding unit 33 and the winding unit 34 are opposite to each other. As a result, the sensitivity as a sensor is increased.
  • the resonance frequencies may be different between the first signal output unit 31 and the second signal output unit 32. Further, as disclosed in WO2019 / 122867A1, the resonance frequencies may be different among the plurality of sensor units 30. In particular, the resonance frequencies may be different between the sensor units 30 corresponding to the adjacent keys 13. Further, as disclosed in WO2019 / 122867A1 and Japanese Patent No. 4375302, when each sensor unit 30 is driven, a time division process may be executed by using a multiplexer and a demultiplexer. For example, a plurality of sensor units 30 are grouped by a key area so that physically adjacent sensor units 30 are not driven at the same time. For example, the low-frequency sensor unit 30 may be driven in each group at the same time, one in each group.
  • FIGS. 9 and 10 are schematic front views of one key 13 and the corresponding sensor unit 30.
  • the stroke position and rolling (displacement in the yaw direction or the roll direction) of the key 13 are detected as follows.
  • the detection signals of the signal output units 31 and 32 are input to the addition unit 51 and the subtraction unit 52 as shown in FIG. Will be done.
  • the control unit 50 detects the stroke position of the key 13 based on the sum of the detection signals of the signal output units 31 and 32 input from the addition unit 51. At that time, for example, the smaller the sum of the detection signals of the signal output units 31 and 32, the deeper the stroke position is detected.
  • the control unit 50 detects the magnitude of the rolling of the key 13 based on the difference between the detection signals of the signal output units 31 and 32 input from the subtraction unit 52. At that time, the larger the difference between the detection signals of the signal output units 31 and 32, the larger the rolling value is detected.
  • the control unit 50 detects the roll direction of the key 13 and the magnitude of the roll displacement.
  • the distance between the straight lines L3 and L4 is wider than the distance between the straight lines L1 and L2. That is, the first signal output unit 31 is shifted to the right in the key arrangement direction with respect to the first conductive unit 21, and the second signal output unit 32 is arranged with respect to the second conductive unit 22. It is arranged so as to be shifted to the left side (opposite direction to the first signal output unit 31) in the direction. As shown in FIG. 10, when the key 13 receives a force to the right, the key 13 is displaced to the right in the horizontal direction.
  • the overlapping area of the first conductive section 21 and the first signal output section 31 is larger than the overlapping area of the second conductive section 22 and the second signal output section 32 in terms of projection in a plan view. Therefore, the magnetic flux that the first conductive unit 21 acts on the first signal output unit 31 is stronger than the magnetic flux that the second conductive unit 22 acts on the second signal output unit 32. Then, since the first signal output unit 31 outputs a detection signal smaller than that of the second signal output unit 32, the difference between the detection signals becomes large. As a result, the control unit 50 can detect the magnitude of the displacement of the key 13 in the yaw direction.
  • the shift direction of the first signal output unit 31 with respect to the first conductive unit 21 and the shift direction of the second signal output unit 32 with respect to the second conductive unit 22 are opposite to those of the structure illustrated in FIG. May be good. Further, the shift arrangement is not indispensable, and the intervals between the straight lines L1 and L2 and the intervals between the straight lines L3 and L4 are made the same, and the first conductive portions 21 and the first conductive portion 21 and the first conductive portions 21 and the first conductive portions 21 and L4 are overlapped with each other so that the straight lines L1 and L2 and the straight lines L3 and L4 overlap.
  • the conductive unit 22, the first signal output unit 31, and the second signal output unit 32 of 2 may be arranged.
  • the key-side conductive portion 20 and the sensor portion 30 so that the center of gravity G1 and the center of gravity G3 coincide with each other and the center of gravity G2 and the center of gravity G4 coincide with each other.
  • the control unit 50 detects the stroke position of the key 13 at any time even during key pressing or key release.
  • the control unit 50 generates a note-on event when the stroke position of the key 13 becomes deeper than the first predetermined position, and causes the sound generation unit 53 to start sounding.
  • the control unit 50 performs after-touch control for imparting an effect such as vibrato based on the magnitude of the detected rolling motion. For example, the control unit 50 increases the degree of the effect given or shortens the cycle as the rolling of the key 13 increases.
  • the detection result may be used for controlling the effect addition not only at the end stage of key pressing but also during key pressing and key release.
  • control unit 50 starts muffling the sound generating unit 53 when the stroke position of the key 13 in the key release stroke becomes shallower than the second predetermined position (shallower than the first predetermined position) during sounding. Let me.
  • the control unit 50 detects the key pressing speed from the time required for the key 13 to reach the first predetermined position from the third predetermined position (shallower than the first predetermined position), and controls the sound such as volume. You may use it for.
  • the key release speed may be detected during the key release operation and used for sound control.
  • the effect parameters to be controlled are not limited.
  • the arrangement shown in FIG. 4 may be applied to both the white key 13W and the black key 13B, but it is difficult to realize if the key width is narrow.
  • the arrangement shown in FIG. 4 is suitable for the white key 13W.
  • An arrangement suitable for the black key 13B having a narrow key width will be described with reference to FIG.
  • FIG. 11 is a schematic plan view showing a configuration example of the key side conductive portion 20 and the sensor portion 30.
  • the key-side conductive portion 20 is shown as a projection drawing from a top view. Note that, in FIG. 11, the illustration of the capacitor and the resistor is omitted.
  • the individual configurations of the first conductive portion 21, the second conductive portion 22, the first signal output unit 31, and the second signal output unit 32 are the same as the configurations described with reference to FIG.
  • the straight lines L1 and L2 are located in a straight line, and the conductive portions 21 and 22 are arranged in a straight line in the longitudinal direction of the key.
  • the left side in the key longitudinal direction of FIG. 11 is the rear side of the keyboard device 100 having the fulcrum 12.
  • the signal output units 31 and 32 are also arranged side by side in the key longitudinal direction, but are not located in a straight line. That is, the straight line L3 is located to the right of the straight line L1, and the first signal output unit 31 is arranged so as to be shifted to the right in the key arrangement direction with respect to the first conductive unit 21.
  • the straight line L4 is located to the left of the straight line L2, and the second signal output unit 32 shifts to the left side (opposite direction to the first signal output unit 31) in the key arrangement direction with respect to the second conductive unit 22. Have been placed. With such a shift arrangement, the same effect as the arrangement shown in FIG. 4 can be obtained with respect to increasing the detection sensitivity in the yaw direction.
  • the white key 13W may also adopt the arrangement shown in FIG. Note that L1 and a straight line L2 are directly added to the signal output units 31 and 32 in FIG. 11 for comparison.
  • each of the plurality of keys 13 is provided with a key-side conductive portion 20 as a pair of conductive portions.
  • a sensor unit 30 (a pair of signal output units 31, 32) is provided on the circuit board 15 corresponding to each key 13.
  • the sensor unit 30 outputs a signal according to the distance of the corresponding key 13 from the key-side conductive unit 20.
  • the control unit 50 detects at least one displacement of the corresponding key 13 in the yaw direction or the roll direction based on the signal output from the sensor unit 30 in the key pressing stroke. Therefore, it is possible to detect the displacement of the key in the yaw direction or the roll direction even during the key pressing.
  • the detection result can be used for sound control not only during the after-touch control but also during the key operation, and various sound expressions can be expressed. Can be applied to.
  • control unit 50 detects the stroke position of the corresponding key 13 based on the signals output from the signal output units 31 and 32. For example, the control unit 50 detects the stroke based on the sum of the signals output from the signal output units 31 and 32, and detects the displacement in the yaw direction or the roll direction based on the difference between the output signals. Therefore, using the same sensor unit 30, it is possible to detect not only the yaw direction or roll direction of the key but also the stroke position of the key.
  • the pair of signal output units 31 and 32 are arranged side by side in the key arrangement direction, the displacement of the key 13 in the roll direction can be detected.
  • the shift arrangement shown in FIGS. 4 and 11 makes it possible to accurately detect the displacement in the yaw direction.
  • each of the key-side conductive portion 20 and the sensor portion 30 the spiral directions of the two spiral portions adjacent to each other in the key longitudinal direction with respect to the center are the same, so that crosstalk is suppressed. Can be done.
  • the stroke position of the key 13 and the lateral vibration can be detected by a common sensor unit, so that the configuration can be simplified. It is not necessary to separately provide an optical sensor for detecting the stroke position of the key 13 and detecting the lateral shake. However, an optical or contact type position sensor or speed sensor may be separately provided in order to detect the stroke position and the key pressing speed. It is not essential to detect the stroke position from the detection signals of the pair of signal output units 31 and 32.
  • FIG. 12 is a schematic plan view showing a configuration example of a first modification of the key-side conductive portion 20 and the sensor portion 30.
  • the winding directions of the winding portions 23 and 24 of the first conductive portion 21 are opposite to those of the example of FIG. Therefore, the winding portions adjacent to each other in the key arrangement direction, that is, the winding portion 23 of the first conductive portion 21 and the winding portion 25 of the second conductive portion 22 have a spiral direction with the center as a base point. They are the opposite of each other.
  • both the winding portion 24 and the winding portion 26, which are adjacent to each other in the key arrangement direction have opposite spiral directions with the center as the base point.
  • the winding direction of 34 is reversed. Therefore, the winding portions 33 and the winding portions 35, which are adjacent to each other in the key arrangement direction, have opposite spiral directions with the center as the base point.
  • both the winding portion 34 and the winding portion 36, which are adjacent to each other in the direction orthogonal to the key arrangement direction have opposite spiral directions with the center as the base point.
  • the spiral directions with the center as the base point are opposite to each other between the winding portions adjacent to each other in the key arrangement direction.
  • FIG. 13 is a schematic plan view showing a configuration example of a second modification of the key-side conductive portion 20 and the sensor portion 30.
  • the conductive parts 21 and 22 and the signal output parts 31 and 32 were all substantially parallel to the key longitudinal direction.
  • the signal output units 31 and 32 are arranged so as to be inclined with respect to the key longitudinal direction.
  • the configuration of the key-side conductive portion 20 is the same as that of the example of FIG.
  • the winding portion 23 and the winding portion 33 overlap, and the winding portion 25 and the winding portion 35 overlap.
  • the winding portions 34 and 36 are located outside the winding portions 24 and 26 in the key width direction. Therefore, a straight line L3 passing through the centers of gravity G3 and G4 of the winding portions 33 and 34 of the first signal output unit 31 and a straight line L4 passing through the centers of gravity G3 and G4 of the winding portions 35 and 36 of the second signal output unit 32.
  • the distance between the key and the key 13 increases toward the tip of the key 13. Therefore, in a plan view, the straight line L3 is located to the right of the straight line L1 toward the front, and the distance between the two increases toward the tip end side of the key 13.
  • the straight line L4 is located to the left of the straight line L2 toward the front, and the distance between the two increases toward the tip of the key 13. Note that L1 and a straight line L2 are directly added to the signal output units 31 and 32 in FIG. 13 for comparison.
  • yaw displacement and roll displacement can be detected without adopting the shift arrangement. That is, when the key 13 is displaced in the roll direction (FIG. 9), a difference in distance between the winding portions facing each other occurs, so that the output difference between the signal output units 31 and 32 becomes large. As a result, the roll displacement can be detected as in the example of FIG. On the other hand, when the key 13 is displaced in the yaw direction (FIG. 10), it is accompanied by a rotational displacement (although not large) of the key tip portion about the fulcrum 12.
  • FIG. 14 is a schematic view showing a third modified example of the key-side conductive portion 20 and the sensor portion 30 in which the conductive portions 21 and 22 and the signal output portions 31 and 32 are arranged in the key longitudinal direction, respectively.
  • the tapered arrangement described with reference to FIG. 13 can also be applied to a narrow key such as the black key 13B.
  • FIG. 14 since attention is paid to the inclination in the plan view, the arrangement of each winding portion is shown at the position of the center of gravity.
  • the significance of the straight lines L1 to L4 is the same as in FIG.
  • the straight lines L1 and L2 are located on a straight line, and the conductive portions 21 and 22 are arranged on the same straight line in the longitudinal direction of the key.
  • the straight line L3 is located to the left of the straight line L1 toward the front, and the distance between the two increases toward the tip of the key 13.
  • the straight line L4 is located to the right of the straight line L2 toward the front, and the distance between the two increases toward the tip of the key 13.
  • FIG. 15 is a schematic view showing a fourth modified example of the key-side conductive portion 20 and the sensor portion 30 in which the conductive portions 21 and 22 and the signal output portions 31 and 32 are arranged in the key longitudinal direction.
  • the arrangement of each winding portion is shown at the position of the center of gravity.
  • the center of gravity G1 and the center of gravity G3 do not have to match. That is, as shown in FIG. 15, all of the straight lines L1 to L4 may be inclined with respect to the key longitudinal direction in a plan view. In the range between the center of gravity G1 and the center of gravity G2, the straight line L1 and the straight line L3 intersect.
  • the straight line L2 and the straight line L4 intersect. Even with such a taper arrangement, yaw displacement and roll displacement can be detected.
  • the crossed taper arrangement as shown in FIG. 15 can also be applied to the white key 13W.
  • the following conditions may be satisfied in order to make the roll displacement and the yaw displacement detectable by the taper arrangement.
  • the relative tilting direction of the first signal output section 31 with respect to the first conductive section 21 and the relative tilting direction of the second signal output section 32 with respect to the second conductive section 22 are opposite. All you need is.
  • the side where the interval is expanded due to the tapered shape does not have to be the front in the longitudinal direction of the key, and may be the rear.
  • FIG. 16 is a schematic plan view showing a configuration example of a fifth modification of the key-side conductive portion 20 and the sensor portion 30.
  • each of the conductive portions 21, 22 and the signal output portions 31 and 32 may be composed of a coil composed of a single spiral instead of two spirals.
  • only one of the set of the conductive section 21 and the signal output section 31 or the set of the conductive section 22 and the signal output section 32 may be configured as a set of coils composed of a single spiral.
  • the key-side conductive portion is preferably a reactance element, but the present invention is not limited to the induction coil, and a conductive member may be used for the key-side conductive portion.
  • a conductive member may be used for the key-side conductive portion.
  • conductive metal plates 54 and 55 may be provided instead of the conductive portions 21 and 22.
  • the metal plates 54 and 55 are made of iron or the like.
  • the metal plates 54 and 55 are plate members substantially parallel to the key pressing surface.
  • one metal plate 56 having the same conductivity as the metal plates 54 and 55 may be provided instead of the conductive portions 21 and 22.
  • the coil shapes of the signal output units 31 and 32 may be two spirals or a single spiral.
  • the stroke position it is not essential to use the sum of the signals, and the stroke position may be detected from only one of the pair of signal output units 31 and 32.
  • the signal output unit that outputs a signal corresponding to the distance from the corresponding key-side conductive unit 20 is such that two or more signal output units correspond to each of the plurality of keys 13. It is not limited to two as long as it is provided in. For example, two or more pairs of signal output units may be provided, and displacement may be detected using signals from each pair. Alternatively, three signal output units may be arranged in the key arrangement direction, and the signal output unit in the middle may be dedicated to detecting the stroke position.
  • the key operation detection device of the present disclosure can detect the operation of all the keys 13 of the keyboard device 100, and only some of the keys 13 may be detected.
  • each of the spiral-shaped portions of the coils C21 and C31 constituting the conductive portions 21 and 22 and the signal output portions 31 and 32 is not limited to a circle, but may be an oval or a rectangle.
  • the coils C21 and C31 were of the flat type, but it is not necessary to limit the coils to the flat type if the arrangement space is allowed.
  • a conductive portion provided for each of a plurality of keys, a substrate provided so as to face the plurality of keys in a separation direction of the plurality of keys, and the plurality of keys.
  • At least two signal output units are provided on the substrate so as to correspond to one of the keys, and each of the at least two signal output units has a coil and is provided on the corresponding key.
  • a key operation detection method comprising a step of detecting a displacement of at least one of the corresponding keys in the yaw direction or the roll direction based on signals output from the at least two signal output units in the key pressing process.
  • the at least two signal output units are a pair of signal output units corresponding to each of the plurality of keys.
  • the stroke of the corresponding key is detected based on the sum of the signals output from the pair of signal output units, and the corresponding key is detected based on the difference between the signals output from the pair of signal output units.
  • the key operation detection device according to the above (1) or (2), further comprising a step of detecting a displacement in the yaw direction or the roll direction of the above.
  • the key operation detection device of the keyboard device of the present disclosure, the key operation detection method, and the keyboard device can detect the displacement of the key in the yaw direction or the roll direction even during key pressing.

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Abstract

複数の鍵(13)の各々に設けられた鍵側導電部(20)と、複数の鍵(13)の押方向において複数の鍵(13)に対向するように設けられた基板(15)と、複数の鍵(13)のうちの一つの鍵に対して少なくとも2つの信号出力部(31、32)が対応するように基板(15)に設けられ、前記少なくとも2つの信号出力部の各々がコイルを有し、対応する鍵(13)に設けられた導電部(20)からの距離に応じた信号を出力する少なくとも2つの信号出力部(31、32)と、押鍵行程において、少なくとも2つの信号出力部(31、32)から出力された信号に基づいて、対応する鍵(13)のヨー方向またはロール方向の少なくとも一方の変位を検出する検出部(50)と、を有する、鍵盤装置の鍵操作の検出装置(101)を提供する。

Description

鍵盤装置の鍵操作の検出装置、鍵操作の検出方法、および鍵盤装置
 本開示は、鍵盤装置の鍵操作の検出装置、鍵操作の検出方法、および検出装置を備える鍵盤装置に関する。
 従来、フレームに、鍵ごとに2つの感圧センサを鍵並び方向に配置し、これら2つのセンサの出力の差または和に基づいて音を制御する鍵盤楽器が知られている(特許文献1)。この鍵盤楽器は、2つのセンサをホリゾンタルセンサとして用い、例えば、両者の差分に基づいてピッチベンド、ポルタメント等の音制御を行うと共に、両者の和分に基づいて音量を制御する。なお、押鍵操作は鍵スイッチによって検出される。
日本国特許第4375302号公報 国際公開特許公報「WO2019/122867A1」
 しかしながら、特許文献1では、接触式のセンサを用いており、鍵の横揺れ(ヨー、ロール)は、押鍵終了段階でないと検出できない。
 一方、非接触式のセンサとして、コイルを有する共振回路を鍵と基板とに設け、基板に設けられた共振回路から出力される信号に基づいて鍵の位置や速度を検出するようにした鍵盤装置が知られている(特許文献2)。特許文献2の共振回路は、押鍵方向における鍵の位置や速度を検出できる。しかし、鍵の横揺れ(ヨー方向またはロール方向の変位)を検出できない。
 本開示の一つの目的は、鍵の押鍵行程の途中においても、鍵のヨー方向またはロール方向の変位を検出することができる鍵盤装置の鍵操作の検出装置を提供することである。
 本開示の一形態によれば、複数の鍵の各々に設けられた導電部と、前記複数の鍵の押方向において前記複数の鍵に対向するように設けられた基板と、前記複数の鍵のうちの一つの鍵に対して少なくとも2つの信号出力部が対応するように前記基板に設けられ、前記少なくとも2つの信号出力部の各々がコイルを有し、対応する鍵に設けられた前記導電部からの距離に応じた信号を出力する少なくとも2つの信号出力部と、押鍵行程において、前記少なくとも2つの信号出力部から出力された信号に基づいて、前記対応する鍵のヨー方向またはロール方向の少なくとも一方の変位を検出する検出部と、を有する、鍵盤装置の鍵の操作検出装置が提供される。
 本開示の一形態によれば、押鍵途中においても、鍵のヨー方向またはロール方向の変位を検出することができる。
鍵盤装置の模式的側面図である。 鍵盤装置の鍵盤部分の部分正面図である。 操作検出装置の要部の模式図である。 鍵側導電部およびセンサ部の構成例を示す模式的平面図である。 上面視による第1の導電部の拡大図である。 上面視による第1の信号出力部の拡大図である。 第1の導電部の回路図である。 第1の信号出力部の回路図である。 1つの鍵とそれに対応するセンサ部の模式的正面図である。 1つの鍵とそれに対応するセンサ部の模式的正面図である。 鍵側導電部およびセンサ部の構成例を示す模式的平面図である。 鍵側導電部およびセンサ部の第1の変形例の構成例を示す模式的平面図である。 鍵側導電部およびセンサ部の第2の変形例の構成例を示す模式的平面図である。 鍵側導電部およびセンサ部の第3の変形例の構成例を示す模式的平面図である。 鍵側導電部およびセンサ部の第4の変形例の構成例を示す模式的平面図である。 鍵側導電部およびセンサ部の第5の変形例の構成例を示す模式的平面図である。
 以下、図面を参照して本開示の実施の形態を説明する。
 図1は、本開示の一実施の形態に係る鍵の操作検出装置が適用される鍵盤装置の模式的側面図である。図1は、鍵盤装置100における複数の鍵13のうちの1つの鍵13に着目した図である。図1において、鍵13の長手方向における先端側が前方、押鍵面(表面)側が上方である。左右方向については、演奏者が位置する鍵13の正面側から見た方向で呼称する。従って、鍵並び方向は左右方向と同じである。鍵盤装置100は電子鍵盤楽器への適用に適しているが、音響を発生させずに音信号を出力する装置としても適している。
 鍵13は、フレーム11に固定された支点12を中心に上下方向に回動可能である。鍵13は、突出部16および突出部17を有する。突出部16の先端(下端)には、後述する鍵側導電部20が設けられている。フレーム11上には回路基板15が設けられている。回路基板15は、複数の鍵13の押方向において各鍵13に対向して設けられている。回路基板15上には、鍵側導電部20にそれぞれ対応して、後述する複数のセンサ部30が配置されている。
 鍵13とフレーム11との間に、コイルバネ14が圧縮状態で取り付けられている。コイルバネ14は鍵13を常に上方に押している。フレーム11上には、突出部17に対向する下限ストッパ18が設けられている。非操作状態の鍵13は、不図示の上限ストッパに当たることで、図1に示す初期位置(非押鍵位置)に規制されている。演奏者によって鍵13が押鍵されると、コイルバネ14が圧縮されると共に、突出部17が下限ストッパ18に当たる。突出部17の押鍵ストロークの下限位置は下限ストッパ18によって規制される。下限ストッパ18は、所定の範囲で弾性変形が可能であり、突出部17に押されて弾性変形する。下限ストッパ18が所定の範囲だけ弾性変形した位置が、突出部17の押鍵ストロークの最下限位置となる。最下限位置を規定するためのストッパを、下限ストッパ18とは別に設けてもよい。突出部17が下限ストッパ18を押した押鍵終了状態から、演奏者が鍵13の離操作をすると、コイルバネ14の力によって鍵13が初期位置に戻る。
 鍵13の押鍵行程においては、鍵側導電部20がセンサ部30に近づき、鍵13の離鍵行程においては、鍵側導電部20がセンサ部30から離れる。ここで、突出部17が最下限位置に至っても、鍵側導電部20はセンサ部30と接触しない。従って、鍵側導電部20はセンサ部30と常に非接触である。詳細は後述するが、鍵側導電部20は、一対の導電部21、22を有する(図3)。センサ部30は、対応する鍵13の鍵側導電部20からの距離に応じた信号を出力する複数の信号出力部として、例えば、2つの(一対の)信号出力部31、32を有する(図3)。
 図2は、鍵盤装置100の鍵盤部分の部分正面図である。複数の鍵13は、複数の白鍵13Wと複数の黒鍵13Bとを有する。複数の鍵13は、演奏者から見て左右方向(鍵並び方向)に配列される。各鍵13とそれに対応する鍵側導電部20やセンサ部30の構成は共通である。図2に示すように、鍵13の先端部は、押下操作、離操作されることにより、ストローク方向であるピッチ方向に揺動する。鍵13は、主としてピッチ方向に変位するが、厳密にはヨー方向およびロール方向にも変位する。つまり、鍵13は、左右方向への力を受けることで、ヨー方向にも変位し得る。さらに、鍵13が左右方向への力を受けたり、あるいは、鍵13が幅方向における端位置付近を押下されることにより、鍵13は長手方向に沿う軸を中心に回転する方向(ロール方向)に変位し得る。ヨー方向およびロール方向への変位(いわゆる横揺れ)は複合的な力によって生じ得る。
 従来、鍵の押鍵終了段階でさらに鍵を操作することによるアフタタッチを音の制御に利用し、音の表現を広げることが行われている。代表的には、アフタタッチとして、押鍵終了段階でストローク方向への力の増減が検出される。その他にも、押鍵終了段階で、突出部17が下限ストッパ18に当たった後に、演奏者が意図的に横揺れを生じさせることで、アフタタッチを生じさせることもある。詳細は後述するように、本実施の形態では、鍵側導電部20とセンサ部30との組み合わせにより、非接触式で、鍵13のストローク位置だけでなくヨー方向またはロール方向の変位を検出することができる。しかも、これらの変位は、押鍵終了段階だけでなく押鍵途中や離鍵途中においても検出可能である。
 なお、鍵13は、主としてピッチ方向に変位するが、日本国特許第4375302号公報等に開示されるように、鍵13の構造を、設計上、ロール方向やヨー方向にも変位する構造としてもよい。
 図3は、操作検出装置101の要部の模式図である。操作検出装置101は、鍵側導電部20とセンサ部30のほか、加算部51、減算部52および制御部50を含む。本開示における検出部は、主に加算部51、減算部52および制御部50を含む。制御部50は、図示しないが、CPU、RAM、ROM、タイマ等を含む。音発生部53は、音源回路および効果回路を含む。制御部50は、センサ部30によって検出された各鍵13の操作の検出結果に基づいて、音発生部53による音発生を制御する。例えば、制御部50は、ピッチ方向の検出結果に基づいて、音の発生と消音を制御し、ヨー方向またはロール方向の変位に関する検出結果に基づいて、発生する音の効果を制御する。効果付与の詳細については後述する。
 図4は、鍵側導電部20およびセンサ部30の構成例を示す模式的平面図である。図4において、鍵側導電部20は、上面視(平面視)による投影図として示されている。図4の左方が支点12のある鍵盤装置100の後方である。なお、図4では、コンデンサや抵抗の図示を省略している。鍵側導電部20は、一対の導電部(第1の導電部21、第2の導電部22)を含む。第1の導電部21、第2の導電部22は、鍵並び方向に並んで配置されている。第1の導電部21は、2つの渦巻き状の部分(巻線部23、24)が繋がったコイルを有する回路である。第2の導電部22も、2つの渦巻き状の部分(巻線部25、26)が繋がったコイルを有する回路である。
 センサ部30は、各鍵13に対応して設けられ、一対の信号出力部(第1の信号出力部31、第2の信号出力部32)を含む。第1の信号出力部31は、2つの渦巻き状の部分(巻線部33、34)が繋がったコイルを有する回路である。第2の信号出力部32も、2つの渦巻き状の部分(巻線部35、36)が繋がったコイルを有する回路である。第1の導電部21と第2の導電部22の構成は共通である。第1の信号出力部31と第2の信号出力部32の構成は共通である。図5~8で、代表して第1の導電部21、第1の信号出力部31の詳細な構成を説明する。
 図5は、上面視による第1の導電部21の拡大図である。第1の導電部21は、全体として8の字形状のコイルC21を有する。コイルC21は、鍵13の突出部16の先端に平面状に配置されている。コイルC21は、コンデンサ29を介してビア27からビア28まで連続する。さらに、ビア27とビア28とは基板裏面で直結されている。巻線部23と巻線部24とが互いに隣接する。巻線部23、24のそれぞれの重心位置を重心G1、G2とする。なお、重心G1、G2は、巻線部23、24の略円形の外郭形状を有する図形の重心位置として定義される。あるいは、重心G1、G2は、巻線部23、24のそれぞれの、質量に着目した重心位置として定義されてもよい。重心G1、G2を通る直線L1は、鍵13の長手方向と略平行である。第2の導電部22の巻線部25、26の重心G1、G2を通る直線L2(図4)も、鍵13の長手方向と略平行である。従って、第1の導電部21と第2の導電部22とは、直線L1、L2が略平行となるように配置される。
 図6は、上面視による第1の信号出力部31の拡大図である。第1の信号出力部31は、全体として8の字形状のコイルC31を有する。コイルC31は、回路基板15上に平面状に配置されている。コイルC31は、コンデンサ39、40を介してビア37からビア38まで連続する。さらに、ビア37とビア38とは基板裏面で直結されている。コンデンサ39には抵抗41が接続され、コンデンサ40には抵抗42が接続されている。抵抗41、42を設けることは必須でない。巻線部33と巻線部34とが互いに隣接する。巻線部33、34のそれぞれの重心位置を重心G3、G4とする。なお、重心G3、G4の定義は重心G1、G2と同様である。重心G3、G4を通る直線L3は、鍵13の長手方向と略平行である。第2の信号出力部32の巻線部35、36の重心G1、G2を通る直線L4(図4)も、鍵13の長手方向と略平行である。従って、第1の信号出力部31と第2の信号出力部32とは、直線L3、L4が略平行となるように配置される。また、図4に示すように、直線L1、L2の間隔よりも直線L3、L4の間隔の方が広くなっている。
 図5に示すように、巻線部23、24のそれぞれの、中心を基点とする渦巻き方向は互いに同じである。すなわち、重心G1に近いビア28を始点と見なした場合の巻線部23の渦巻き方向は右回り(時計回り)方向である。重心G2に近いビア27を始点と見なした場合の巻線部24の渦巻き方向も右回り方向である。このような関係より、コイルC21に、ある方向の電流が流れた場合の磁束の方向は、巻線部23と巻線部24とで逆になる。これと同様に、図6に示すように、巻線部33、34のそれぞれの、中心を基点とする渦巻き方向は互いに同じである。コイルC31に、ある方向の電流が流れた場合の磁束の方向は、巻線部33と巻線部34とで逆になる。
 図7は、第1の導電部21の回路図である。図8は、第1の信号出力部31の回路図である。第1の導電部21は、パッシブ側の共振回路として構成される。第1の導電部21は閉回路である。第1の信号出力部31は、アクティブ側の共振回路として構成される。これらの共振回路は、WO2019/122867A1に開示される構成と基本的に同様である。
 第1の信号出力部31において、入力側の端子44は、不図示の駆動回路に接続される。出力側の端子43から、検出信号が取り出される。図3に示すように、第2の信号出力部32からの検出信号は、加算部51の+端子と減算部52の+端子とに入力される。第1の信号出力部31からの検出信号は、加算部51のもう一方の+端子と減算部52の-端子とに入力される。なお、第1の信号出力部31からの検出信号と第2の信号出力部32からの検出信号との位相ずれを是正するために、それぞれの出力は平滑回路(不図示)を介して加算部51、減算部52に入力されるようにしてもよい。加算部51は、第1の信号出力部31および第2の信号出力部32からの検出信号の和を制御部50へ出力する。減算部52は、第1の信号出力部31からの検出信号と第2の信号出力部32からの検出信号との差を制御部50へ出力する。これらの検出信号は連続量である。
 信号出力部31、32の出力は、例えば、電圧値である。信号出力部31、32が、所定の共振周波数で駆動された状態で、第1の導電部21が第1の信号出力部31に近づくと、第1の導電部21では、第1の信号出力部31で発生した磁束を打ち消す方向に電流が流れる。その結果、第1の信号出力部31の磁束が変化し、電圧が変化する。従って、検出信号を電圧値として取り出すことができる。第1の導電部21が第1の信号出力部31に近づくのに応じて第1の信号出力部31の出力が小さくなる。同様に、第2の導電部22が第2の信号出力部32に近づくと、それに応じて第2の信号出力部32の出力が小さくなる。すなわち、信号出力部31、32の出力(電圧)は、対応する導電部21、22との距離に応じて変化し、距離が短くなるほど小さくなる。なお、信号出力部31、32の出力として、共振信号の変化や電流値を採用してもよい。
 特に、上述のように、コイルC21とコイルC31は共に8の字形状である。従って、第1の信号出力部31と第1の導電部21との関係は次のようになる。まず、第1の信号出力部31の巻線部33から上向きの磁束が発生し、巻線部34から下向きの磁束が発生した状態で、第1の導電部21が第1の信号出力部31に近づくと、第1の導電部21の巻線部23には、巻線部33からの上向きの磁束を打ち消す方向の電流が流れる。その結果、第1の導電部21の巻線部24には、上向きの磁束が発生し、そのため、第1の信号出力部31の巻線部34の下向きの磁束が弱まる。従って、巻線部33と巻線部34との巻き方向が逆である構成に比べて、第1の信号出力部31の出力の変化が大きくなる。その結果、センサとしての感度が高くなる。
 なお、クロストーク抑制の観点からは、第1の信号出力部31と第2の信号出力部32とで、共振周波数を異ならせても良い。また、WO2019/122867A1に開示されるように、複数のセンサ部30間で、共振周波数を異ならせても良い。特に、隣接する鍵13に対応するセンサ部30間で、共振周波数を異ならせても良い。また、WO2019/122867A1や日本国特許第4375302号公報に開示されるように、各々のセンサ部30を駆動する際、マルチプレクサおよびデマルチプレクサを利用して、時分割処理を実行してもよい。例えば、複数のセンサ部30を鍵域でグループ分けし、物理的に隣接するセンサ部30同士が同時に駆動されないようにする。例えば、各グループで低域のセンサ部30から順に、各グループで1つずつを同時に駆動してもよい。
 図9、図10は、1つの鍵13とそれに対応するセンサ部30の模式的正面図である。鍵13のストローク位置、横揺れ(ヨー方向またはロール方向の変位)は、次のようにして検出される。
 まず、押鍵操作により、鍵側導電部20がセンサ部30に対して近づいた場合に、図3に示すように、信号出力部31、32の検出信号が加算部51および減算部52に入力される。制御部50は、加算部51から入力される信号出力部31、32の検出信号の和に基づいて、鍵13のストローク位置を検出する。その際、例えば信号出力部31、32の検出信号の和が小さいほど、ストローク位置は深い位置として検出される。
 これと並行して、制御部50は、減算部52から入力される信号出力部31、32の検出信号の差に基づいて、鍵13の横揺れの大きさを検出する。その際、信号出力部31、32の検出信号の差が大きいほど、横揺れは大きい値として検出される。図9に示すように、鍵13の押鍵面のうち右部が押下されると、鍵13は右方にロールする。この場合、第1の導電部21と第1の信号出力部31との距離が、第2の導電部22と第2の信号出力部32との距離より短くなる。従って、第1の信号出力部31の方が第2の信号出力部32よりも小さい検出信号を出力するから、検出信号の差が大きくなる。その結果、制御部50は、鍵13のロール方向およびロール変位の大きさを検出することができる。
 上述のように、図4に示すように、直線L1、L2の間隔よりも直線L3、L4の間隔の方が広い。つまり、第1の信号出力部31は第1の導電部21に対して鍵並び方向において右側にシフトして配置され、第2の信号出力部32は第2の導電部22に対して鍵並び方向において左側(第1の信号出力部31とは逆方向)にシフトして配置されている。図10に示すように、鍵13が右方に力を受けると、鍵13が水平方向右側に変位する。この場合、平面視による投影上、第1の導電部21と第1の信号出力部31の重なり面積が、第2の導電部22と第2の信号出力部32との重なり面積より大きくなる。従って、第1の導電部21が第1の信号出力部31に作用させる磁束の方が、第2の導電部22が第2の信号出力部32に作用させる磁束よりも強くなる。すると、第1の信号出力部31の方が第2の信号出力部32よりも小さい検出信号を出力するから、検出信号の差が大きくなる。その結果、制御部50は、鍵13のヨー方向の変位の大きさを検出することができる。
 このようなシフト配置により、鍵13が水平方向に変位したときの信号出力部31、32の検出信号の差が大きくなるので、ヨー方向に関する検出の感度が高くなる。ロール変位とヨー変位とは複合的に生じるものであり、演奏者も両者を意識して演奏することは困難であるから、変位の検出においてもロール変位とヨー変位とを区別することに大きな意義はない。従って、制御部50は、ロール変位とヨー変位とを複合的に捉えて横揺れとして検出し、効果制御に役立てる。
 なお、第1の導電部21に対する第1の信号出力部31のシフト方向や、第2の導電部22に対する第2の信号出力部32のシフト方向は、図4に例示した構造と反対にしてもよい。また、シフト配置は必須でなく、直線L1、L2の間隔と直線L3、L4の間隔とを同じにし、直線L1、L2と直線L3、L4とがそれぞれ重なるように第1の導電部21及び第2の導電部22と第1の信号出力部31及び第2の信号出力部32を配置してもよい。その場合、クロストーク抑制の観点からは、重心G1と重心G3とが一致し、重心G2と重心G4とが一致するように、鍵側導電部20とセンサ部30とを配置するのが望ましい。
 制御部50は、押鍵途中や離鍵途中においても、随時、鍵13のストローク位置を検出する。制御部50は、鍵13のストローク位置が第1の所定位置より深くなったときにノートオンイベントを発生させ、音発生部53に発音を開始させる。発音開始後、制御部50は、検出した横揺れの大きさに基づいて、ビブラート等の効果を付与するアフタタッチ制御を実施する。例えば、制御部50は、鍵13の横揺れが大きいほど、付与する効果の程度を大きくしたり、周期を短くしたりする。なお、押鍵終了段階だけでなく押鍵途中や離鍵途中においても検出結果を効果付与の制御に利用してもよい。
 また、制御部50は、発音中に、離鍵行程における鍵13のストローク位置が第2の所定位置(第1の所定位置より浅い)より浅くなったときに、音発生部53に消音を開始させる。なお、制御部50は、鍵13が第3の所定位置(第1の所定位置より浅い)から第1の所定位置に達するまでの所要時間から、押鍵速度を検出し、音量等の音制御に利用してもよい。同様に、離鍵操作時に離鍵速度を検出し、音制御に利用してもよい。なお、制御する効果パラメータに限定はない。
 図4に示す配置は、白鍵13W、黒鍵13Bのいずれにも適用してもよいが、鍵幅が狭いと実現が困難である。図4に示す配置は、白鍵13Wに適している。鍵幅の狭い黒鍵13Bに適した配置について、図11で説明する。
 図11は、鍵側導電部20およびセンサ部30の構成例を示す模式的平面図である。図11において、鍵側導電部20は、上面視による投影図として示されている。なお、図11では、コンデンサや抵抗の図示を省略している。第1の導電部21、第2の導電部22、第1の信号出力部31、第2の信号出力部32の個々の構成は、図4で説明した構成と同様である。
 図11に示すように、直線L1、L2が一直線上に位置し、導電部21、22は、鍵長手方向に並んで一直線上に配置されている。図11の鍵長手方向における左方が、支点12のある鍵盤装置100の後方である。一方、信号出力部31、32も、鍵長手方向に並んで配置されるが、一直線上に位置しない。すなわち、直線L3は直線L1より右に位置し、第1の信号出力部31は第1の導電部21に対して鍵並び方向において右側にシフトして配置されている。直線L4は直線L2より左に位置し、第2の信号出力部32は第2の導電部22に対して鍵並び方向において左側(第1の信号出力部31とは逆方向)にシフトして配置されている。このようなシフト配置により、ヨー方向に関する検出感度を高めることに関し、図4に示した配置と同様の効果を奏することができる。なお、白鍵13Wにおいても、図11に示す配置を採用してもよい。なお、図11の信号出力部31、32には、比較のために直接L1及び直線L2を追記している。
 本実施の形態によれば、複数の鍵13の各々に一対の導電部として鍵側導電部20が設けられる。回路基板15上には、各鍵13に対応してセンサ部30(一対の信号出力部31、32)が設けられる。センサ部30は、対応する鍵13の鍵側導電部20からの距離に応じた信号を出力する。制御部50は、押鍵行程において、センサ部30から出力された信号に基づいて、対応する鍵13のヨー方向またはロール方向の少なくとも一方の変位を検出する。よって、押鍵途中においても、鍵のヨー方向またはロール方向の変位を検出することができる。
 特に、押鍵行程や離鍵行程の途中でも鍵13の横揺れを検出できるので、アフタタッチ制御に限らず、鍵操作の途中においても検出結果を音制御に役立てることができ、多彩な音表現に応用できる。
 また、制御部50は、信号出力部31、32から出力された信号に基づいて、対応する鍵13のストローク位置を検出する。例えば、制御部50は、信号出力部31、32からそれぞれ出力された信号の和に基づいてストロークを検出し、それぞれ出力された信号の差に基づいてヨー方向またはロール方向の変位を検出する。従って、同じセンサ部30を用いて、鍵のヨー方向またはロール方向だけでなく鍵のストローク位置も検出することができる。
 特に、一対の信号出力部31、32は、鍵並び方向に並んで配置されたので、鍵13のロール方向の変位を検出することができる。しかも、図4や図11に示したシフト配置により、ヨー方向の変位を精度よく検出することができる。
 また、鍵側導電部20、センサ部30のそれぞれにおいて、鍵長手方向に互いに隣接する2つの渦巻き状の部分の、中心を基点とする渦巻き方向は互いに同じであるので、クロストークを抑制することができる。
 なお、本実施の形態では、共通のセンサ部によって鍵13のストローク位置の検出と横振れの検出とを実現できるので、構成を簡易にすることができる。鍵13のストローク位置の検出や横振れの検出のために光学センサを別途設ける必要もない。しかし、ストローク位置や押鍵速度を検出するために、光学式や接触式の位置センサや速度センサを別途設けてもよい。なお、一対の信号出力部31、32の検出信号から、ストローク位置を検出することは必須でない。
 以下、図12~図16で、各種の変形例を説明する。図12は、鍵側導電部20およびセンサ部30の第1の変形例の構成例を示す模式的平面図である。図12の例では、図4の例に対して、第1の導電部21の巻線部23、24の巻き方向が逆になっている。従って、鍵並び方向に互いに隣接する巻線部同士、すなわち、第1の導電部21の巻線部23と第2の導電部22の巻線部25とは、中心を基点とする渦巻き方向が互いに逆となっている。同様に、鍵並び方向に互いに隣接する巻線部24と巻線部26とも、中心を基点とする渦巻き方向が互いに逆となっている。
 また、同様に、図12の例では、図4の例に対して、鍵並び方向と直交する方向に互いに隣接する巻線部同士である、第1の信号出力部31の巻線部33、34の巻き方向が逆になっている。従って、鍵並び方向に互いに隣接する巻線部33と巻線部35とは、中心を基点とする渦巻き方向が互いに逆となっている。同様に、鍵並び方向と直交する方向に互いに隣接する巻線部34と巻線部36とも、中心を基点とする渦巻き方向が互いに逆となっている。このように、鍵側導電部20およびセンサ部30のそれぞれにおいて、鍵並び方向に互いに隣接する巻線部の間で、中心を基点とする渦巻き方向が互いに逆である。この構成により、鍵長手方向だけでなく、鍵並び方向に互いに隣接する巻線部の間でも、発生する磁束の方向が逆となるので、クロストークの抑制にさらに寄与する。
 図13は、鍵側導電部20およびセンサ部30の第2の変形例の構成例を示す模式的平面図である。図4の例では、導電部21、22、信号出力部31、32は、いずれも鍵長手方向と略平行であった。これに対し、図13の例では、信号出力部31、32が、鍵長手方向に対して傾斜して配置されている。なお、鍵側導電部20の構成は図4の例と同様である。
 図13に示すように、巻線部23と巻線部33とが重なり、巻線部25と巻線部35とが重なる。一方、巻線部34、36は、巻線部24、26に対して、鍵幅方向外側に位置する。従って、第1の信号出力部31の巻線部33、34の重心G3、G4を通る直線L3と、第2の信号出力部32の巻線部35、36の重心G3、G4を通る直線L4との間隔は、鍵13の先端側にいくにつれて拡大する。従って、平面視において、直線L1に対して直線L3は前方ほど右方に位置し、両者の間隔は鍵13の先端側にいくにつれて拡大する。平面視において、直線L2に対して直線L4は前方ほど左方に位置し、両者の間隔は鍵13の先端側にいくにつれて拡大する。なお、図13の信号出力部31、32には、比較のために直接L1及び直線L2を追記している。
 このようなテーパ形状に一対の信号出力部31、32を配置にしたことにより、上記シフト配置を採用しなくても、ヨー変位およびロール変位を検出可能になる。すなわち、鍵13がロール方向に変位(図9)をした場合は、対向する巻線部間の距離の差が生じるので、信号出力部31、32間の出力差が大きくなる。その結果、図4の例と同様にロール変位を検出することができる。一方、鍵13がヨー方向に変位(図10)する場合、支点12を中心とする鍵先端部の回動変位(大きくはないが)を伴う。例えば、導電部21、22が右方に回動変位すると、平面視において直線L1と直線L3とが成す角度が小さくなる一方、直線L2と直線L4とが成す角度が大きくなる。導電部21、22が左方に回動変位した場合は、上記と逆の作用が生じる。その結果、信号出力部31、32間の出力差が大きくなり、図4の例と同様にヨー変位を検出することができる。
 図14は、導電部21、22および信号出力部31、32をそれぞれ鍵長手方向に配置した、鍵側導電部20およびセンサ部30の第3の変形例を示す模式図である。図13で説明したテーパ形状の配置は、黒鍵13Bのように幅の狭い鍵にも適用可能である。図14では、平面視における傾斜に着目するので、各巻線部の配置を重心位置で示している。直線L1~L4の意義は図11と同様である。
 直線L1、L2が一直線上に位置し、導電部21、22は、鍵長手方向に同一直線上に配置されている。平面視において、直線L1に対して直線L3は前方ほど左方に位置し、両者の間隔は鍵13の先端側にいくにつれて拡大する。平面視において、直線L2に対して直線L4は前方ほど右方に位置し、両者の間隔は鍵13の先端側にいくにつれて拡大する。このようなテーパ配置により、黒鍵13Bについても、図13の例と同様にヨー変位およびロール変位を検出可能になる。
 図15は、導電部21、22および信号出力部31、32を鍵長手方向に配置した、鍵側導電部20およびセンサ部30の第4の変形例を示す模式図である。図15では、図14と同様に、各巻線部の配置を重心位置で示している。重心G1と重心G3とが一致する必要はない。つまり、図15に示すように、直線L1~L4の全てが、平面視において鍵長手方向に対して傾斜していてもよい。重心G1と重心G2との間の範囲で、直線L1と直線L3とはクロスしている。重心G1と重心G2との間の範囲で、直線L2と直線L4とはクロスしている。このようなテーパ配置でも、ヨー変位およびロール変位を検出可能になる。なお、図15に示すようなクロスしたテーパ配置は、白鍵13Wにも適用可能である。
 なお、図13、図14、図15で例示したように、テーパ配置によりロール変位およびヨー変位を検出可能にするためには、次のような条件を満たせばよい。平面視において、第1の導電部21に対する第1の信号出力部31の相対的な傾斜方向と、第2の導電部22に対する第2の信号出力部32の相対的な傾斜方向とが逆であればよい。その際、テーパ形状により間隔が拡大する側は鍵長手方向における前方でなくてもよく、後方であってもよい。
 なお、図4、図11で示したシフト配置と、図13~図15で示したテーパ配置との双方を適用してもよい。
 図16は、鍵側導電部20およびセンサ部30の第5の変形例の構成例を示す模式的平面図である。図16に示すように、導電部21、22、信号出力部31、32のそれぞれを、2つの渦巻きでなく単一の渦巻きで成るコイルで構成してもよい。また、導電部21と信号出力部31の組、または導電部22と信号出力部32の組、のいずれかだけ、単一の渦巻きで成るコイルの組として構成してもよい。
 なお、鍵側導電部はリアクタンス素子であることが好ましいが、誘導コイルに限定されず、鍵側導電部に導電部材を用いてもよい。例えば、鍵側導電部に関しては、鍵側導電部20-2として示すように、導電部21、22に代えて、導電性の金属板54、55を設けてもよい。金属板54、55は鉄等で構成される。金属板54、55は、押鍵面と略平行な板部材である。信号出力部31、32に対する金属板54、55の距離が変化すると、信号出力部31、32における静電容量が変化することで、距離に応じた大きさの信号を取り出すことができる。
 あるいは、鍵側導電部20-3として示すように、導電部21、22に代えて、金属板54、55と同様の導電性の1つの金属板56を設けてもよい。なお、鍵側導電部20-2または鍵側導電部20-3を採用した場合でも、信号出力部31、32のコイル形状は、2つの渦巻きでもよいし単一の渦巻きでもよい。
 なお、ストローク位置の検出については、信号の和を用いることは必須でなく、一対の信号出力部31、32のいずれか一方だけからストローク位置を検出してもよい。
 なお、上記変形例を含む各例において、対応する鍵側導電部20からの距離に応じた信号を出力する信号出力部は、複数の各鍵13に2つ以上の信号出力部が対応するように設けられればよく、2つに限定されない。例えば、信号出力部を2対以上設け、それぞれの対からの信号を用いて変位を検出してもよい。あるいは、鍵並び方向に信号出力部を3つ配列し、真ん中の信号出力部はストローク位置の検出専用にしてもよい。
 なお、本開示の鍵の操作検出装置は、鍵盤装置100の全ての鍵13の操作を検出できることは必須でなく、一部の鍵13だけを検出対象としてもよい。
 なお、導電部21、22、信号出力部31、32を構成するコイルC21、C31の渦巻き形状部分の各々の外郭形状は、円形に限らず、長円や矩形であってもよい。なお、コイルC21、C31は、平面型であったが、配置スペースが許容されるならば、平面型に限定する必要はない。
 なお、本開示は、鍵盤装置100に限らず、ペダルや、パソコン用のキーボード等にも適用可能である。
 なお、本実施の形態において、「略」を付したものは完全を除外する趣旨ではない。例えば、「略平行」、「略円形」は、それぞれ完全な平行、円形を含む趣旨である。
 以下に、本開示の鍵盤装置の鍵操作の検出方法の態様を要約する。
(1)本開示の一形態によれば、複数の鍵の各々に設けられた導電部と、前記複数の鍵の離方向において前記複数の鍵に対向するように設けられた基板と、前記複数の鍵のうちの一つの鍵に対して少なくとも2つの信号出力部が対応するように前記基板に設けられ、前記少なくとも2つの信号出力部の各々がコイルを有し、対応する鍵に設けられた前記導電部からの距離に応じた信号を出力する少なくとも2つの信号出力部と、を有する鍵盤装置の鍵操作の検出方法であって、
 押鍵行程において、前記少なくとも2つの信号出力部から出力された信号に基づいて、前記対応する鍵のヨー方向またはロール方向の少なくとも一方の変位を検出する工程、を備えた鍵操作の検出方法を提供する。
(2)前記少なくとも2つの信号出力部の少なくとも1つから出力された信号に基づいて、前記対応する鍵のストローク位置を検出する工程、をさらに備えた上記(1)に記載の鍵操作の検出装置を提供する。
(3)前記少なくとも2つの信号出力部は、前記複数の鍵のそれぞれに対応する一対の信号出力部であり、
 前記一対の信号出力部からそれぞれ出力された信号の和に基づいて、前記対応する鍵のストロークを検出し、前記一対の信号出力部からそれぞれ出力された信号の差に基づいて、前記対応する鍵のヨー方向またはロール方向の変位を検出する工程、をさらに備えた上記(1)または上記(2)に記載の鍵操作の検出装置を提供する。
 以上、本開示をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本開示はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この開示の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本開示に含まれる。
 本出願は、2019年11月20日出願の日本出願(特願2019-209549)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
 本開示の鍵盤装置の鍵操作の検出装置、鍵操作の検出方法、および鍵盤装置は、押鍵途中においても、鍵のヨー方向またはロール方向の変位を検出することができる。
 13 鍵
 15 回路基板
 20 鍵側導電部
 21、22 導電部
 31、32 信号出力部
 30 センサ部
 50 制御部
 101 操作検出装置

Claims (15)

  1.  複数の鍵の各々に設けられた導電部と、
     前記複数の鍵の押方向において前記複数の鍵に対向するように設けられた基板と、
     前記複数の鍵のうちの一つの鍵に対して少なくとも2つの信号出力部が対応するように前記基板に設けられ、前記少なくとも2つの信号出力部の各々がコイルを有し、対応する鍵に設けられた前記導電部からの距離に応じた信号を出力する前記少なくとも2つの信号出力部と、
     押鍵行程において、前記少なくとも2つの信号出力部から出力された信号に基づいて、前記対応する鍵のヨー方向またはロール方向の少なくとも一方の変位を検出する検出部と、
    を有する、
    鍵盤装置の鍵操作の検出装置。
  2.  前記検出部は、前記少なくとも2つの信号出力部の少なくとも1つから出力された信号に基づいて、前記対応する鍵のストローク位置を検出する、請求項1に記載の鍵操作の検出装置。
  3.  前記少なくとも2つの信号出力部は、前記複数の鍵のそれぞれに対応する一対の信号出力部であり、
     前記検出部は、前記一対の信号出力部からそれぞれ出力された信号の和に基づいて、前記対応する鍵のストロークを検出し、前記一対の信号出力部からそれぞれ出力された信号の差に基づいて、前記対応する鍵のヨー方向またはロール方向の変位を検出する、請求項1または2に記載の鍵操作の検出装置。
  4.  前記一対の信号出力部は、前記複数の鍵が配置される鍵並び方向に配置された、請求項3に記載の鍵操作の検出装置。
  5.  前記一対の信号出力部のうち第1の信号出力部は、前記導電部に対して鍵並び方向における第1方向にシフトして配置され、前記一対の信号出力部のうち第2の信号出力部は前記導電部に対して鍵並び方向における前記第1方向と反対の第2方向にシフトして配置されている、請求項4に記載の鍵操作の検出装置。
  6.  前記導電部は、前記一対の信号出力部に対応する一対の導電部を有し、前記一対の導電部は鍵並び方向に配置され、
     平面視において、前記一対の導電部のうち第1の導電部に対する前記一対の信号出力部のうち第1の信号出力部の相対的な傾斜方向と、前記一対の導電部のうち第2の導電部に対する前記一対の信号出力部のうち第2の信号出力部の相対的な傾斜方向とは逆である、請求項4に記載の鍵操作の検出装置。
  7.  前記一対の信号出力部は、前記対応する鍵の長手方向に並んで配置される、請求項3に記載の鍵操作の検出装置。
  8.  前記一対の信号出力部のうち第1の信号出力部は、前記導電部に対して鍵並び方向における第1方向にシフトして配置され、前記一対の信号出力部のうち第2の信号出力部は前記導電部に対して鍵並び方向における前記第1方向と反対の第2方向にシフトして配置されている、請求項7に記載の鍵操作の検出装置。
  9.  前記導電部は、前記一対の信号出力部に対応する一対の導電部を有し、前記一対の導電部は前記対応する鍵の長手方向に配置され、
     平面視において、前記一対の導電部のうち第1の導電部に対する前記一対の信号出力部のうち第1の信号出力部の相対的な傾斜方向と、前記一対の導電部のうち第2の導電部に対する前記一対の信号出力部のうち第2の信号出力部の相対的な傾斜方向とは逆である、請求項7に記載の鍵操作の検出装置。
  10.  前記少なくとも2つの信号出力部の各々が有するコイルは、互いに隣接しかつ繋がっている2つの渦巻き状の部分を有し、
     前記2つの渦巻き状の部分の、それぞれの中心を基点とする渦巻き方向は互いに同じである、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の鍵操作の検出装置。
  11.  前記一対の信号出力部の各々が有するコイルは、互いに隣接しかつ繋がっている2つの渦巻き状の部分を有し、
     前記2つの渦巻き状の部分の、それぞれの中心を基点とする渦巻き方向は互いに同じであり、
     前記一対の信号出力部のうち第1の信号出力部と第2の信号出力部とのコイルにおいて、前記鍵並び方向に互いに隣接する渦巻き状の部分同士の、それぞれの中心を基点とする渦巻き方向は、互いに逆である、請求項4に記載の鍵操作の検出装置。
  12.  前記導電部は、前記対応する鍵の表面と略平行な金属板である、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の鍵操作の検出装置。
  13.  前記導電部は、2つの渦巻き状の部分が繋がって形成されたコイルを有する回路であり、
     前記導電部における前記2つの渦巻き状の部分の、それぞれの中心を基点とする渦巻き方向は互いに同じである、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の鍵操作の検出装置。
  14.  請求項1乃至13のいずれか1項に記載の鍵操作の検出装置と、
     前記複数の鍵と、
    を有する、
    鍵盤装置。
  15.  複数の鍵の各々に設けられた導電部と、前記複数の鍵の離方向において前記複数の鍵に対向するように設けられた基板と、前記複数の鍵のうちの一つの鍵に対して少なくとも2つの信号出力部が対応するように前記基板に設けられ、前記少なくとも2つの信号出力部の各々がコイルを有し、対応する鍵に設けられた前記導電部からの距離に応じた信号を出力する少なくとも2つの信号出力部と、を有する鍵盤装置の鍵操作の検出方法であって、
     押鍵行程において、前記少なくとも2つの信号出力部から出力された信号に基づいて、前記対応する鍵のヨー方向またはロール方向の少なくとも一方の変位を検出する、鍵操作の検出方法。
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