具有输出特性可调的发光元件光检测元件的光变换器系统的制作方法

专利名称：具有输出特性可调的发光元件光检测元件的光变换器系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光变换器系统，特别涉及一种用于将物理量转换为电信号的光变换器系统。
背景技术：
光变换器(transducer)合并在诸如例如自动演奏钢琴和静音钢琴(mutepiano)的混合键盘乐器中。在日本专利申请公开第Hei 9-54584号中公开了现有技术光变换器的典型示例。该日本专利中请公开对应于日本专利申请第Hei 7-270322号，其提供了对美国序列号第08/658700号的公约优先权。取得了该美国专利申请的专利权，并且，将美国专利第5824930号分配给该美国专利申请。
优先权光变换器安装在原声钢琴(acoustic piano)内，并且包括12个发光二极管、8个光检测二极管、传感头、遮光盘(shutter plate)和光纤。将遮光盘和一对传感头分配给每一个黑/白键。每个遮光盘连接到黑/白键之一的下表面，并且将每对传感头分配给黑/白键。传感头布置在遮光盘的轨迹的两侧，并且，光从传感头中的一个穿过遮光盘的轨迹而发射到另一个传感头。
88个黑/白键有选择地属于12个键组，并且，将12个发光二极管分别分配给该12个键组。8个或少于8个键形成如图1所示的12个键组之一。12列代表键组，而音高(pitch)名称表示12个键组的黑/白键。例如，被分配了音高名称C1至C8的键形成一个键组，而被分配了音高名称C#1至C#8的键形成另一个键组。所述12个发光二极管的每一个都通过光纤光学地耦接到相关键组的黑/白键下面的传感头。这样，同时从每个发光二极管将光提供给8个传感头。
8个光检测二极管通过光纤分别连接到每个键组的黑/白键下面的其它传感头。由于每个键组的黑/白键最大是8个，因此光通过8个通道ch1至ch8同时传播到8个光检测二极管。
当现有技术的光变换器正在监控黑/白键时，如箭头AR1所示，利用驱动信号来重复地给所述12个发光二极管供电，并且，将光从所述12个发光二极管顺次提供给与12个键组相关的传感头。当利用驱动信号给分配给最左边的键组的发光二极管供电时，光同时被提供给白键C1至C8下面的传感头，并且同时发出8个光束穿过遮光盘的轨迹到达相关的传感头。随后，分配给最左边的列右侧的键组的发光二极管，并且同时发出8个光束穿过遮光盘的轨迹到达相关的传感头。这样，重复分别分配给所述12个发光二极管的12个时隙，并且在每个时隙内，光通过8个通道ch1至ch8同时返回8个光检测二极管。
当黑/白键停留在静止位置时，遮光盘使光检测二极管处的光量最大。在从静止位置行进到末端(end)位置期间，光检测二极管处的光量逐渐减小。光电流充当表示从静止位置起测量的当前键位置的电信号，并且数据处理器根据入射到光检测二极管上的光量来确定所述88个键的当前键位置。
如果现有技术的光变换器不受老化衰退和污损的影响，则数据处理器将请求音调发生器以适当的响度来产生表示将被产生的音调的音频信号。然而，在实际的光变换器中不满足该前提。实际上，发光二极管的电流-光特性随时间一起变化，并且经过很长的年月，传感头由于灰尘而变脏。在此情形中，数据处理器不可能准确地确定当前键位置。
在日本专利申请公开第2000-155571号中提出了对策。该日本专利申请公开对应于日本专利申请第Hei 11-59445号，其提供了对美国序列09/396097的公约优先权。取得了该美国专利申请的专利权，并将美国专利第6229081B1分配给它。
在日本专利申请公开第2000-155571号中公开的现有技术光变换器系统基于在上文中描述的现有技术光变换器，并包括电流调整电路、放大器、模拟-数字转换器和中央处理单元。电流调整电路连接到发光二极管，并在中央处理单元的控制下改变提供给发光二极管的驱动电流的量。放大器和模拟-数字转换器连接在光检测二极管与中央处理单元之间，并且，将光电流的量作为数字键位置信号从模拟-数字转换器报告给中央处理单元。中央处理单元检验光电流的量，以查看光和电特性是否无意地变化。如果答案给出为肯定的，则中央处理单元请求电流调整电路逐步增大驱动电流，以便强劲地给发光二极管供电。这样，在现有技术光变换器系统中补偿了发光二极管的个体特征和老化衰退。
现在假设中央处理单元注意到在某个时隙内光电流量减小，则中央处理单元请求电流控制电路增大提供给分配了该时隙的发光二极管的驱动电流。然后，发光二极管增大亮度，并且大量的光被发送到相关的传感头。这导致光检测二极管同时增大光电流的量。这样，电流控制电路使键位置信号准确地表示当前键位置。然而，在现有技术光变换器系统中遇到了键位置信号或检测信号的精度问题。

发明内容
因此，本发明的重要目的是提供一种光变换器系统，其产生准确表示移动物体的物理量的检测信号。
本发明人考虑了现有技术光变换器系统中的内在问题，并注意到在调整提供给发光二极管的驱动电流之后，在数字键位置信号中仍然留有无规律性。本发明人指出了此无规律性的起因。尽管通过电流控制电路调整了发光元件，但由于光检测元件的个体特征和老化衰退，光检测元件仍然将无规律性引入检测信号。本发明人断定应对诸如光检测元件的最后的光元件进行调整。
根据本发明的一个方面，提供一种用于监控轨迹上的至少一个移动物体的光变换器系统，包括电流-光转换单元，给其提供电流，用于以一定的发光度向所述轨迹发射光；光-电流转换单元，接收所述光，并产生表示物理量的电信号，其中所述物理量表示至少一个移动物体在轨迹上的运动，并且，该电信号根据运动和发光度而变化；偏置控制器，其连接到光-电流转换单元，并响应表示目标偏置电平的偏置控制信号，以便将电信号调整到目标偏置电平；以及数据处理器，其将偏置控制信号提供给偏置控制器，并接收电信号，以便确定所述物理量。


根据结合附图的下列描述，光变换器系统的特征和优点将理解得更加清楚，其中图1是示出现有技术光变换器的操作的视图，图2是示出根据本发明的自动演奏钢琴的示意图，图3是示出合并在自动演奏钢琴中的控制单元的系统结构的方框图，
图4是示出合并在自动演奏钢琴中的用于电流-光转换器的控制器的电路结构的电路图，图5是示出用于光-电流转换器的控制器的电路结构的电路图，图6是示出根据本发明的用于使光变换器系统最优化的方法的流程图，图7A至7F是示出最优化时的数字键位置信号的状态的视图，图8是示出根据本发明的用于使合并在另一自动演奏钢琴中的光变换器系统最优化的另一方法的流程图，图9A至9D是示出最优化时数字键位置信号的状态的视图，以及图10是示出根据本发明的另一自动演奏钢琴的示意图。
具体实施例方式
在下列描述中，术语“前面”表示比用“后面”修饰的位置更接近演奏者的位置，该演奏者正坐在凳子上用手指弹奏。在前面的位置与对应的后面位置之间画的线沿“纵向”延伸，并且该纵向与横向以直角相交。
第一实施例参考附图的图2，实施本发明的自动演奏钢琴主要包括原声钢琴1和电子系统2。钢琴家在原声钢琴1上用手指弹奏一首乐曲，并且从原声钢琴1发出原声钢琴音调。电子系统2安装在原声钢琴1中，并给用户两个选择。当用户指示电子系统2通过原声钢琴音调演奏一首乐曲时，电子系统2产生原声钢琴音调，而没有人类钢琴家的任何手指演奏。另一方面，当用户采取其它选择时，电子系统2产生电子音调，而也没有任何手指演奏。
原声钢琴1包括键盘10、动作单元11、琴槌12和弦13。黑键10a和白键10b合并在键盘10中，并以众所周知的模式放置。黑/白键10a/10b分别与动作单元11链接，并且，保持琴槌12与弦13下面的相关动作单元11相接触。当外力施加到黑/白键10a/10b上时，该外力引起黑/白键10a/10b的角向运动，并且黑/白键10a/10b驱动动作单元11脱离琴槌12。然后，琴槌12开始向相关的弦13旋转，并撞击该相关的弦13，以便引起弦13的振动。这样，原声钢琴1的组成部件10、11、12和13表现为与标准钢琴的那些部件相似。
电子系统2分解为自动演奏器15、电子声音发生器16、记录器17和光变换器系统18。自动演奏器15分析表示演奏的乐曲数据，并有选择地驱动黑/白键10a/10b以再次进行该演奏，而没有任何手指弹奏。电子声音发生器16也分析各段乐曲数据，并沿着该乐曲的节(passage)产生电子音调。记录器17将原声钢琴1上的演奏转换为乐曲数据，并将该乐曲数据保存在合适的信息存储介质中。
光变换器系统18与记录器17协作。光变换器系统18发出分别穿过黑/白键10a/10b的轨迹的88个光束，并在通过轨迹的光量的基础上，确定黑/白键10a/10b的当前键位置。换句话说，光变换器系统18利用光束来监控黑/白键10a/10b，并将当前键位置转换为键位置信号。由键位置信号表示的当前键位置落在分别分配给黑/白键10a/10b的队列的末尾。记录器17周期性地分析每个队列中的键位置数据，以查看音符开(note-on)事件或音符关(note-off)事件是否发生。当记录器17注意到黑/白键10a/10b被按下时，记录器17指定分配给被按下的黑/白键10a/10b的键代码，并在各个键位置数据的基础上，计算与原声钢琴音调的响度成比例的速度。记录器17还确定从先前的事件到音符开事件的时间间隔(lapse of time)，并且以预定的格式将音符开事件、键代码、速度和时间间隔编码。在此实例中，在MIDI(乐器数字接口)协议中定义了用于记录的格式。另一方面，当记录器17注意到黑/白键被释放时，记录器17指定键代码，并确定从先前的事件起的时间间隔。记录器产生表示音符关事件、键代码和时间间隔的乐曲数据代码。这样，用光变换器系统18来协助记录器17以记录所述演奏。如将在下文中详细描述的，在自动演奏器15、电子声音发生器16、记录器17和光变换器系统18之间共享电子系统2的一些组成部件。
光变换器系统18能够改变光输出特性和电流输出特性。假设由于组成部件的个体特征和老化衰退，数字键位置信号不正确地表示当前键位置。光变换器系统18改变每个光束的发光度(luminescence)，即光输出特性和光-光电流特性，即电流输出特性，以便将其自身恢复到初始光特性。由于电流输出特性是可变的，因此键位置信号总是准确地表示各个轨迹上的当前键位置。
自动演奏器15包括控制单元19和电磁控制键致动器(solenoid-operatedkey actuator)20的阵列。电磁控制键致动器20分别在黑/白键10a/10b后部的下面提供，并且，活塞20a的顶端在下表面的极近处。
假设用户指示自动演奏器15重新演出一次演奏。表示该演奏的乐曲数据代码被提供给控制单元19，并且，随后，控制单元19分析该乐曲数据代码，以确定基准轨迹，该基准轨迹是将利用活塞20a推动的黑/白键10a/10b的一系列随时间变化的目标键位置。当控制单元产生黑/白键10a/10b的基准轨迹时，控制单元19在各个目标键位置的基础上计算目标速度，并确定驱动电流的量，即驱动信号的占空比。控制单元19将驱动信号提供给黑/白键10a/10b下面的电磁控制键致动器20，使得活塞20a向上伸出。活塞20a引起键运动，并提供表示当前活塞位置的反馈信号。控制单元19计算活塞速度，并将当前活塞位置和当前活塞速度与目标键位置和目标键速度相比较，以查看黑/白键10a/10b是否在基准轨迹上行进。当答案是肯定的时，控制单元19将驱动信号保持在该占空比上。另一方面，如果答案给出为否定的，则控制单元19确定适当的占空比，并将驱动信号调整到该适当的占空比。
当表示音符关的乐曲数据代码到达控制单元19时，控制单元19将驱动信号从将被释放的黑/白键10a/10b下面的电磁控制键致动器20移走。然后，缩回活塞20a，并且琴槌12和动作单元11使黑/白键10a/10b返回静止位置。
电子声音发生器16包括控制单元19、放大器/均衡器21、扬声器22和耳机23。假设用户指示电子声音发生器16再现一段乐曲。表示这首乐曲的一组乐曲数据代码被提供给控制单元19。控制单元在该乐曲数据代码的基础上产生音频信号，并将该音频信号通过放大器/均衡器21提供给扬声器22和/或耳机23。该音频信号通过扬声器和/或耳机23转换为电子音调。这样，电子声音发生器16通过电子音调而不是原声钢琴音调再现了这首乐曲。
记录系统17包括控制单元19，并与如上文所述的光变换器系统18协作。光变换器系统18包括控制单元19、光发射传感头221、光接收传感头222、12个电流-光转换器224、8个光-电流转换器225、光纤24、光纤25、用于电流-光转换器224的发光控制器140、用于光-电流转换器225的偏置控制器230和光调制器KS。光调制器KS分别连接到黑/白键10a/10b前部的下表面，并与相关的黑/白键10a/10b一起沿键的轨迹行进。光发射传感头221和光接收传感头222装在光屏蔽盒SB中，并且用分别分配给光调制器KS的狭缝(未示出)来形成该光屏蔽盒SB。发光控制器140结合电流-光转换器224来提供，并改变提供给电流-光转换器224的电流量。另一方面，偏置控制器230结合光-电流转换器225来提供，并改变每个键位置信号的默认电势电平。术语“默认电势电平”意思是在相关的黑/白键10a/10b的静止位置处光-电流转换器225的电势电平。这样，不仅驱动信号DS1而且键位置信号都被独立地调整到适当的值。这使得光传感器系统18不受电流-光转换器224和光-电流转换器225的个体特征和老化衰退的影响。
标号224代表所述12个电流-光转换器224-1至224-12的全部或任意一个，而标号225代表所述8个光-电流转换器225-1至225-8的全部或任意一个。然而，当要指定特定的电流-光转换器和特定的光-电流转换器时，利用标号224-1、224-2、...或224-12和标号225-1、225-2、...或225-8来指明该特定的电流-光转换器和特定的光-电流转换器。
作为示例，利用半导体发光二极管LED来实现电流-光转换器224，而半导体光检测二极管LDD充当光-电流转换器225。当利用电流来给电流-光转换器224供电时，光束从电流-光转换器224发出，并且，发光度随着电流的量或从控制单元19提供的驱动信号DS1的幅度一起改变。在光存在时，光-电流转换器225生成光电流，并且，该光电流的量随着所接收的光的量一起改变。
光发射传感头221分别与光接收传感头222成对，并且传感头对221/222分别与88个黑/白键10a/10b相关。光发射传感头221与相关的光接收传感头222横向间隔开，并且，在光发射传感头221与光接收传感头222之间的间隙上方形成狭缝。光束越过该间隙，并且具有5毫米量级的直径。出于此原因，当相关的黑/白键10a/10b正从静止位置行进到末端位置时，光调制器KS逐渐与光屏蔽盒SB内的光发射传感头221与光接收传感头222之间的光束相交，并且，入射到光接收传感头222上的光量也逐渐减少。这样，根据当前键位置，利用光调制器KS调制了光。
光纤24和25有选择地连接在电流-光转换器224与光发射传感头221之间和光接收传感头222与光-电流转换器225之间。光纤25给入射到光接收传感头222上的光提供8个通道ch1至ch8。所述12个电流-光转换器224的分配和所述8个光-电流转换器225的分配与图1中示出的那些相同。在此实例中，利用驱动信号DS1、以0.12毫秒的间隔来给所述12个电流-光转换器224-1至224-12供电。12个时隙形成一个帧，并且对于所述12个电流-光转换器224-1至224-12，重复这个帧。
假设利用驱动信号DS1来给分配了黑/白键C1至C8(参见图1)的电流-光转换器224的一个供电。光通过光纤24被发送到黑/白键C1至C8下面的光发射传感头221，并且，8个光束同时发射到相关的光接收传感头222。利用光调制器KS来分别调制这8个光束，并且，调制后的光束入射到相关的光接收传感头222上。入射光通过光纤25传播到8个光-电流转换器225，并被转换为光电流。下一个时隙到来。用驱动信号DS1给与黑/白键C#1至C#8相关的下一个电流-光转换器供电，并且，使光被发送到相关的光发射传感头221。该光束也利用光调制器KS来调制，并且调制后的光入射到相关的光接收传感头222上。入射光也传播到所述8个光-电流转换器225，并被转换为光电流。这样，在该时隙内，利用驱动信号DS1顺次给所述12个电流-光转换器224-1至224-12供电，并且，在每个时隙内，通过光-电流转换器225-1至225-8将入射光转换为光电流。
转到附图的图3，控制单元19包括总线系统200、被简写为“CPU”的中央处理单元201、被简写为“ROM”的只读存储器202、被简写为“RAM”的随机存取存储器203、和操作板204。中央处理单元201、只读存储器202、随机存取存储器203和操作板204连接到总线系统200，使得中央处理单元201可以通过总线系统200电气连接到只读存储器202、随机存取存储器203和操作板204。
编程的指令代码和参数表存储在只读存储器202中，并且中央处理单元201顺次取出用于给定作业的指令代码。在此实例中，当给控制单元19供电时，中央处理单元201开始运行主例行程序，并且，该主例行程序有条件地分支为用于记录和重放的子例行程序。
随机存取存储器203为中央处理单元201提供临时数据存储器或工作存储器，并且，中央处理单元201创建分配给黑/白键10a/10b的键状态表和其它用于记录的表。标记、软件定时器和各个键位置数据的队列也在随机存取存储器203中创建。当在记录模式中用户在键盘10上用手指弹奏时，乐曲数据代码被临时存储在随机存取存储器203中。
操作板204充当人机接口，并且具有多个键、开关、控制杆、指示器和显示窗。用户通过键、开关和控制杆向中央处理单元201发出他们的指令，并且，中央处理单元201通过显示窗和指示器产生提示消息和表示当前状态等的其它消息。当中央处理单元201运行主例行程序时，中央处理单元201周期性地检查操作板204，以查看用户是否通过键、开关和控制杆给出了新的指令，并且请求操作板204驱动指示器和显示窗，以显示所述消息以及指示主和子例行程序中的当前状态。
控制单元19还包括音调发生器210、模拟-数字转换器223、软盘驱动器250和螺线管驱动器260。尽管未在图3中示出，但信号输入/输出电路也连接在总线系统200与发光控制器140以及偏置控制器230-1、230-2、...和230-8之间。中央处理单元201通过该信号输入/输出电路，将发光控制信号CL1和选择信号CL2提供给发光控制器140，并将电势控制信号CL3提供给偏置控制器230。
音调发生器210在电子音调生成时被激活，并包括波形存储器、数据读取器和包络(envelope)发生器。各个波形数据存储在用于电子音调的波形存储器中，并且数据读取器响应于表示音符开事件和音符关事件的乐曲数据代码。数据读取器有选择地将各个波形数据从波形存储器读出，并且，每个包络发生器对各个波形数据给出攻击(attack)、衰减和维持，以产生表示电子音调的数字音频信号，并且，每个包络发生器控制数字音频信号的释放速率RL(release rate)。在表示音符开事件的乐曲数据代码包含的表示速度的乐曲数据的基础上控制幅度。在数字-模拟转换之后，将模拟音频信号通过放大器/均衡器21(参见图2)提供给扬声器/耳机22/23。
模拟-数字转换器223连接在信号输入/输出电路(未示出)与总线系统200之间。将模拟键位置信号CHO(Yn)或CHO(Y1)、CHO(Y2)、...CHO(Y8)通过偏置控制器230和信号输入-输出电路，从光-电流转换器225-1、225-2、...225-8提供给模拟-数字转换器223，其中，偏置控制器230是偏置控制器2301-1、230-2、...230-8的集合名词。从模拟键位置信号CHO(Y1)、CHO(Y2)、...CHO(Y8)周期性地采样离散的值，并将其转换为数字键位置信号。当用户指示中央处理单元201进入记录模式时，中央处理单元201周期性地进入用于记录的子例行程序，并且在执行子例行程序期间，由中央处理单元201取出数字键位置信号。中央处理单元201将由该数字键位置信号表示的各个键位置数据放在随机存取存储器203中的相关队列的末尾。
中央处理单元201分析队列中的各个键位置数据，以查看钢琴家是否按下或释放黑/白键10a/10b的任意一个。当中央处理单元201注意到钢琴家按下黑/白键10a/10b时，该中央处理单元指定被按下的键，并在各个键位置数据的基础上计算速度。中央处理单元201产生表示音符开事件的乐曲数据代码KON，并且，将表示所按下的键的键代码和键速度写入该乐曲数据代码KON中。中央处理单元201还从软件定时器获得距离先前事件的时间间隔，并将该时间间隔写入持续时间(duration)代码。乐曲数据代码KON和持续时间代码被传递给随机存取存储器203，并存储在其中。另一方面，当中央处理单元201注意到钢琴家释放所按下的键时，中央处理单元201指定所释放的键，并确定释放速率。中央处理单元201产生表示音符关事件的乐曲数据代码KOF，并且，键代码和释放速率被写入该乐曲数据代码KOF中。中央处理单元201还确定距离先前的事件的时间间隔，并产生持续时间数据。乐曲数据代码KOF和持续时间代码被传递给随机存取存储器203，并存储在其中。
软盘驱动器250也连接到总线系统200，并且一组表示演奏的乐曲数据代码和相关的持续时间代码在中央处理单元201的控制下、在软盘驱动器250与随机存取存储器203之间传递。当完成记录时，中央处理单元201将这组乐曲数据代码和相关的持续时间代码从随机存取存储器203传递到软盘驱动器250，并请求软盘驱动器250将这组乐曲数据代码和相关的持续时间代码存储在软盘251中。术语“软盘”是商标。另一方面，当用户指示中央处理单元201再现这首乐曲时，软盘驱动器250从软盘251读出这组乐曲数据代码和相关的持续时间代码，并将这组乐曲数据代码和相关的持续时间代码传递给随机存取存储器203。
螺线管驱动器260也连接到总线系统200，并且在自动演奏模式中，表示目标占空比的控制代码被从中央处理单元201提供给螺线管驱动器260。螺线管驱动器260将驱动信号调整到目标占空比，并将该驱动信号提供给与将被移动的黑/白键10a/10b相关的电磁控制键致动器20。尽管未在图3中示出，但是监控活塞20a的活塞传感器与信号输入/输出电路、模拟-数字转换器和中央处理单元201一起形成反馈环，并且，通过该反馈环来控制活塞运动，以便使黑/白键10a/10b精确地沿基准轨迹行进。
转到附图的图4，用于电流-光转换器的发光控制器140包括可变电流源100a和选择器111。可变电流源100a连接在电源PS与电流-光转换器224之间，而选择器111连接在电流-光转换器224和地之间。可变电流源100a响应发光控制信号CL1，以便改变提供给电流-光转换器224的电流量。另一方面，选择器111响应选择信号CL2，以便有选择地将电流-光转换器224-1至224-12连接到地。这样，中央处理单元201使提供给电流-光转换器224-1和224-12的每一个的电流最优化。
可变电流源100a包括恒流源101、102、寄存器阵列105和选择器108。恒流源101/102并联连接在电源PS与寄存器阵列105之间，而寄存器阵列105在一端连接到电源PS和恒流源101/102，而在另一端连接到电流-光转换器224-1至224-12。出于此原因，最小电流直接流入电流-光转换器224，并且流入电流-光转换器224的电流的量根据恒流源101和102而改变。
选择器108连接在恒流源101/102与地之间。选择器108响应于发光控制信号CL1，以便有选择地使恒流源101/102工作。当发光控制信号CL1指示恒流源CL1时，选择器108允许恒流源101使电流流到寄存器阵列105，并且，该电流从恒流源101通过电阻器阵列105流到电流-光转换器224。另一方面，当选择信号CL2指示另一电流源102时，选择器108允许恒流源102使电流通过电阻器阵列105流到电流-光转换器224。对于来自恒流源102的电流的电阻与对于来自恒流源101的电流的电阻不同，使得流入电流-光转换器224的电流量改变。如果选择信号CL2指示恒流源101/102二者，则选择器108使恒流源101/102都工作，并且，电流从恒流源101/102两者通过电阻器阵列105流到可变电流路径105。这样，流入电流-光转换器224的电流量或发光度led(x)随着发光控制信号CL1逐步改变。
恒流源101与恒流源102电路结构相似。恒流源101/102的每一个包括电阻器101a/102a和p沟道增强型场效应晶体管103/104。该p沟道增强型场效应晶体管101a/102a具有连接到电源PS的源节点、连接到可变电阻器105的漏节点和直接连接到选择器108并通过电阻器101a/102a而间接连接到源节点的栅极。p沟道增强型场效应晶体管101a与另一个p沟道增强型场效应晶体管102a电流驱动能力相等。
当发光控制信号CTL1将p沟道增强型场效应晶体管108a/109a的栅极处的电势电平保持为地电平时，选择器108将栅极与地断开，并且，栅极与源节点电势电平相等。出于此原因，p沟道增强型场效应晶体管101a/102a关断，并且，因此，任何电流都不流经恒流源101/102。
假设多位发光控制信号SA12/SA13即CL1将n-p-n型双极型晶体管108a/109a的基极节点处的电势电平升高到高电平，则双极型晶体管108a/109a导通，并且将p沟道增强型场效应晶体管101a/102a的栅极连接到地。于是，栅极变得比源节点低，并且p沟道增强型场效应晶体管101a/102a导通。电流开始流入电阻器阵列105。这样，电流量或发光度led(x)增大。
电阻器阵列105具有电阻器105a、106和107，其电阻为330欧姆、220欧姆和150欧姆。电阻器150a连接在电源PS和电流-光转换器224之间，而电阻器106/107并联连接在恒流源103/104与电流-光转换器224之间。最小电流总是流经电阻器105a。如上文所述，中央处理单元201有选择地将发光控制信号CL1的位SA12/SA13改变为有效(active)高电平，选择器108使相关的恒流源101/102开始流出电流。假设恒流源101流出电流。对于该电流的电阻R给出为1/330+1/220＝1/R。该电阻R为132欧姆。这样，减小了电阻，并且增大了电流量。如果中央处理单元201将位SA13改变为有效高电平，则电阻R给出为1/330+1/150＝1/R。该电阻R为103欧姆，并且进一步增大了电流量。当中央处理单元201使电流最大化时，中央处理单元201将位SA12/SA13均改变为有效高电平。那么，电阻R给出为1/330+1/220+1/150＝1/R。该电阻R为70欧姆，并且使流入电流-光转换器224的电流量最大化。发光度或光的量随着流入电流-光转换器224的电流量一起成比例地增大。这样，发光控制器140可以响应于发光控制信号CL1而改变发光度led(x)或光的量。
所述12个电流-光转换器224-1、224-2、224-3、...在正极处分别连接到电阻器阵列105，而在负极处连接到电阻器110-1、110-2、110-3、...。选择器111包括n-p-n双极型晶体管111-1、111-2、111-3、...，其在集电极节点处连接到晶体管110-1、110-2、110-3、...，并且在发射极节点处连接到地。将选择信号CL2的12位SLED分别提供给n-p-n双极型晶体管111-1、111-2、111-3、...的基极节点。这样，中央处理单元201利用选择信号CL2使n-p-n双极型晶体管111-1、111-2、111-3、...顺次导通。
当中央处理单元201将所有位SLED保持在地电平上时，n-p-n双极型晶体管111-1、111-2、111-3、...关断，并且任何电流都不流经电流-光转换器224-1至224-12。在此情形中，正极与负极之间的电势差小于阈值，并且，任何电流-光转换器224不发射光。
中央处理单元201将位SLBD顺次提高为有效高电平。换句话说，所有位SLED周期性地升高到有效高电平。假设中央处理单元201将第一位改变为有效高电平。n-p-n双极型晶体管111-1导通，并且电流经过相关的电流-光转换器224-1和n-p-n双极型晶体管111-1流到地。然后，正极与负极之间的电势电平超过阈值，并且，电流-光转换器224-1开始发射光。
发光度led(x)随着流入电流-光转换器224的电流量而变化。当中央处理单元201将位SA12和SA13改变为有效高电平时，发光度led(x)最大化，并且led(0)指示最大发光度。当中央处理单元201将位SA13改变为有效高电平而将另一位SA12改变为低电平时，发光度led(x)减小为led(1)。当中央处理单元201将位SA12改变为有效高电平而将另一位SA13改变为无效(inactive)低电平时，发光度led(x)进一步减小为led(2)。当中央处理单元201将位SA12和SA13均保持在该无效低电平上时，发光度led(x)被最小化为led(3)。
转到附图的图5，用于光-电流转换器225-1的偏置控制器230-1至230-8的一个230-1包括电阻器串RS、多路复用器12和放大器226-1。其它偏置控制器230-2至230-8与偏置控制器230-1电路结构类似，并且，出于此原因，将描述集中在偏置电路230-1上。光-电流转换器225-1在负极处连接到电源，并且电阻器串RS连接在相关的光-电流转换器225-1与地GND之间。多路复用器12具有分别连接到输出节点P1、P2、P3、P4、P5、P6和P7的多个输入节点1、2、3、4、5、6和7。多路复用器12还具有控制节点A、B和C和输出节点COM，其中，将控制信号CL3的位分别提供给所述控制节点A、B和C，所述输出节点COM连接到放大器226-1。多路复用器12响应控制信号CL3，以便将输入节点1-7之一处的电势电平传递给输出节点COM，并且，输出节点COM处的电势电平被提供给放大器226-1。通过放大器226-1将输出节点COM处的电势电平放大，并且，随后将其作为键位置信号CHO(Y1)提供给模拟-数字转换器223。
电阻器串RS具有多个电阻器R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8，并且输出节点P0/P8和P1至P7连接到光-电流转换器225-1的正极/地GND以及电阻器R1至R7之间的中间节点。当利用led(x)的光来照射光-电流转换器225-1时，光电流流经电阻器R1至R8，并分别在输出节点P0至P7处生成电势电平CHO(1)、CHO(2)、CHO(3)、CHO(4)、CHO(5)、CHO(6)和CHO(7)。由于输出节点P8处的电势电平等于地电平，因此通过成比例地分配给输出节点P0至P7而给出电势电平CHO(0)至CHO(7)。假设输出节点P0处的电势电平CHO(0)为V0。下一个输出节点P1处的电势电平CHO(1)给出为V0×(7/8)，而输出节点P2处的电势电平CHO(2)给出为V0×(6/8)。这样，电势电平CHO(0)是全部中的最高的，而最低电势电平CHO(7)发生在输出节点P7处。
到输入节点1-7和控制节点A至C的连接，以及从输出节点COM的连接如上文中所述。多路复用器还具有电势节点VCC和其它电势节点GND、VEE和INH。电势节点VCC连接到电源Vcc，其比电源PS电势电平低，并且，将地电平从地GND施加到其它电势节点GND、VEE和INH上。由于通过电容器CP1连接电源Vcc，因此电源Vcc处的电势电平是稳定的。
放大器226-1包括运算放大器11和电阻器R9及R10。输出节点COM连接到运算放大器11的非反相输入节点(+)，而输出节点P8通过电阻器R9连接到运算放大器11的反向节点(-)。该反向节点(-)通过电阻器R10连接到运算放大器11的输出节点。这样，电阻器R9和R10将等于电阻器R9与R10之间的电阻比率的增益给予运算放大器11，并且利用该增益来放大输出节点COM处的电势电平。运算放大器11将键位置信号CHO(Y1)提供给模拟-数字转换器223。
中央处理单元201使电流-光转换器224-1至224-12和光-电流转换器225-1至225-8最优化如下。图6示出了用于使电流-光转换器224-1至224-12和光-电流转换器225-1至225-8最优化的方法。当给光变换器系统18供电时，中央处理单元201开始将系统初始化，并在初始化期间进入用于最优化的子例行程序。
中央处理单元201首先将位SA12和SA13均改变为有效高电平，并将电势控制信号CL3改变为指示输入节点“7”的位型式(pattern)MPX(0)/MPX(1)/MPX(2)。然后，电流-光转换器224准备好以最大发光度led(0)发光，并且多路复用器12将最小电势电平CHO(7)从输入节点“7”传递到输出节点COM，如步骤S501。
假设选择信号CL2指示电流-光转换器224-1。电流-光转换器224-1以最大发光度led(0)发光，并且，所述光从光发射传感头221发射到相邻的光接收传感头222。入射光传播到光-电流转换器225-1至225-8，并且，每个光-电流转换器225从该入射光产生光电流。光电流流经电阻器串RS，并且将输出节点CHO(7)处的电势电平通过多路复用器12传递到放大器226-1至226-8。通过放大器226-1至226-8将输出节点CHO(7)处的电势电平放大，并且，随后将其作为键位置信号CHO(Y1)至CHO(Y8)提供给模拟-数字转换器223。中央处理单元201取出该数据键位置信号，并将这些二进制值存储在随机存取存储器203中。中央处理单元201将选择信号C12改变为指示下一个电流-光转换器224-2的位型式，并取出数字键位置信号CHO(Y1)至CHO(Y8)，以便将这些二进制值存储在随机存取存储器203中。以这样的方式，中央处理单元201将选择信号CL2顺次改变为下一个位型式，并将这些二进制值存储在随机存取存储器203中。
当对于最后的电流-光转换器224-12，中央控制单元将二进制值写入随机存取存储器203中时，对于电流-光转换器224-1至224-12与光-电流转换器225-1至225-8之间的所有组合的二进制值被存储在随机存取存储器203中。然后，中央处理单元201将数字键位置信号的二进制值与阈值REF相比较，以查看该二进制值的任意一个是否超过阈值REF，如步骤S502。阈值REF以比数字键位置信号的最大电势电平低某个值这样的方式来确定。在最大电势电平为值“1023”的情况中，阈值REF为值“1020”。
如果答案给出为否定，则中央处理单元201前进到步骤S504。另一方面，如果数字键位置信号的至少一个超过了阈值REF，则答案给出为肯定的，并且中央处理单元201将发光度led(x)从led(0)改变为led(1)，如步骤S503，并返回步骤S502。假设中央处理单元201注意到分配了D2的键处的数字键位置信号超过阈值REF，如由虚线画出的方框(参见图7A)，其中所述分配了D2的键属于如图1所示的由D1、D2、D3、D4、D5、...组成的键组，则中央处理单元201在下一个发光度led(1)重复步骤S502处的作业。在图7A至7F中，由虚线画出的方框代表超过阈值REF的数字键位置信号，并且，图7A至7F中示出的矩阵中的数字指示电阻器串RS的输出节点CHO(7)至CHO(0)。通道编号“ch1”、“ch2”、“ch3”、“ch4”、“ch5”、...分别指示键位置信号CHO(Y1)、CHO(Y2)、CHO(Y3)、CHO(Y4)、CHO(Y5)、...。
如果所有数字键位置信号均比发光度led(1)处的阈值REF的电势电平低，如图7B所示，则在步骤S502处，答案给出为否定的。如果不是，则在步骤S503，中央处理单元201将选择信号CL2改变为下一个位型式，并重复步骤S502。以这一方式，中央处理单元201重复由步骤S502和S503组成的循环，直到所有二进制值均等于或小于阈值REF为止。每个电流-光转换器224-1、...或224-12的发光度led(x)临时储存在随机存取存储器203中。
随后，中央处理单元201将电势电平控制信号CL3改变为指示输入节点“0”的位型式，使得多路复用器12将输入节点“0”处的电势电平传递到各个输出节点COM。这样，键位置信号CHO(Yn)的偏置电平被最大化，如步骤S504。
在步骤504改变偏置电平CHO(y)之后，中央处理单元201将选择信号CL2改变为指示第一电流-光转换器224-1的位型式，并将发光控制信号CL1改变为指示在步骤S501和S502处确定的发光度led(x)的位型式。中央处理单元201取出数字键位置信号CHO(Y1)至CHO(Y8)，并将数字键位置信号CHO(Y1)至CHO(Y8)的二进制值与阈值REF相比较，以查看该二进制值的任意一个是否超过阈值REF，如步骤S505。如果中央处理单元201注意到大于阈值REF的二进制值，则中央处理单元201将电势控制信号CL3改变为指示下一个输入节点“1”或偏置电平CHO(1)的位型式，如步骤S506，并再次检验大于阈值REF的二进制值的数字键位置信号CHO(Y1)至CHO(Y8)。
另一方面，当所有二进制值均等于或小于阈值REF时，中央处理单元201将选择信号CL2和发光控制信号CL1改变为指示下一个电流-光转换器224-2的位型式和指示为该下一个电流-光转换器224-2确定的发光度的位型式，并取出数字键位置信号CHO(Y1)至CHO(Y8)，以查看是否有任何二进制值超过阈值REF。以这一方式，中央处理单元201重复由步骤S505和S506组成的循环，直到检查了电流-光转换器224-1至224-12与数字键位置信号CHO(Y1)至CHO(Y8)之间的所有组合为止。
图7C示出了10个组合使二进制值超过发光度led(0)处的阈值REF。尽管中央处理单元201逐步地将偏置电平CHO(y)改变为CHO(1)，并进一步改变为CHO(2)，但是7个组合使该二进制值超过发光度led(1)处的阈值REF(参见图7D)，并且3个组合使3个二进制值超过发光度led(2)处的阈值REF(参见图7E)。然而，当中央处理单元201将用于光-电流转换器225-2、225-3的偏置电平改变为CHO(3)时，所有组合使该二进制值不超过阈值REF，如图7F所示。这样，中央处理单元201确定最佳发光度和最佳偏置电平CHO(y)为led(1)和CHO(0)/CHO(1)/CHO(2)/CHO(3)。例如，将我们的注意力集中在通道ch2或光-电流转换器225-2上。假设电流-光转换器224-1至224-12顺次在最佳发光度led(1)发射光。当电流-光转换器224-1发光时，对于光-电流转换器225-2，最佳偏置电平CHO(2)是最佳的。当电流-光转换器224-2和224-3发光时，对于光-电流转换器225-2，偏置电平CHO(3)是最佳的。当电流-光转换器224-4发光时，对于光-电流转换器225-2，偏置电平CHO(1)是最佳的。当电流-光转换器224-5、224-6、...发光时，对于光-电流转换器225-2，偏置电平CHO(0)是最佳的。
最后，中央处理单元201将最佳偏置电平CHO(y)和最佳发光度led(x)储存在随机存取存储器203中，如步骤S507，并且，随后返回初始化程序。
如将由前面的描述理解的，结合光-电流转换器225-1至225-8以及用于电流-光转换器224-1至224-12的发光控制器140，来提供偏置控制器230-1至230-8，并且发光控制器140与偏置控制器230-1至230-8协作，以便周期性地使发光度led(x)和偏置电平CHO(y)最优化。
这个特征使根据本发明的光变换器系统18不受组成部件的个体特征影响。此外，由于周期性地进行最优化，因此根据本发明的光变换器系统18还不受老化衰退的影响。最后，键位置信号的值总是在更接近阈值REF的数值范围内变化，其反过来低于将使光电流饱和的最大值。这意味着大多数键位置信号的幅度表示当前键位置。换句话说，噪声成分可以忽略。键位置信号确定地以高信噪比变化而不饱和。这样，根据本发明的光变换器系统18以高信噪比准确地测量诸如例如当前键位置或实际键行程的物理量。
此外，因为中央处理单元201只选择偏置电平之一，所以最优化容易而且迅速。
第二实施例图8示出了用于使发光度led(x)和偏置电平CHO(y)最优化的另一方法。实施第二实施例的自动演奏钢琴与如第一实施例所述的自动演奏钢琴类似。出于此原因，将描述集中在表达所述方法的计算机程序上，并且，在下文中，用与指明上述自动演奏钢琴的对应组成部件的那些标号相同的标号来标注该自动演奏钢琴的组成部件。
当给光变换器系统18供电时，中央处理单元201开始将系统初始化，并在初始化期间进入用于最优化的子例行程序。中央处理单元201首先将发光控制信号CL1改变为指示最小发光度led(3)的位型式，并将电势控制信号CL3改变为指示最大偏置电平CHO(0)的位型式，如步骤S701。发光控制信号CL1将n-p-n双极型晶体管108a/109均保持在关断状态，使得仅将电流从电源PS通过电阻器105a提供给电流-光转换器224，并且多路复用器12将输入节点“0”连接到输出节点COM，以便将最大偏置电平CHO(0)传递给放大器226-1至226-8。
随后，中央处理单元201将选择信号CL2改变为指示第一电流-光转换器224-1的位型式，使得第一电流-光转换器224-1在最小发光度led(3)处发光。光入射到光-电流转换器225-1至225-8上，并且光电流引起电阻器串RS的输出节点P0至P7处的电势。输出节点P0处的电势电平通过多路复用器12和放大器226-1至226-8而传递到模拟-数字转换器223，并且中央处理单元201取出数字键位置信号CHO(Y1)至CHO(Y8)的二进制值。中央处理单元201将该二进制值写入随机存取存储器203中。
随后，中央处理单元201将选择信号CL2改变为指示下一个电流-光转换器224-2的位型式(bit pattern)，并将二进制值写入随机存取存储器203中。这样，中央处理单元201将选择信号CL2顺次改变为其它位型式，并写入其它电流-光转换器224-3至224-12的二进制值。
当完成对于最后的电流-光转换器224-12的数据写入时，中央处理单元201检验随机存取存储器203，以查看所述二进制值的任意一个是否低于低阈值UR，该低阈值UR略微高于在光不存在时从光-电流转换器225输出的最小电势电平，如步骤S702。
当中央处理单元201发现低于低阈值UR的二进制值时，中央处理单元201将发光控制信号CL1改变为指示发光度led(2)的位型式，如步骤S703，并将数字键位置信号CHO(Y1)至CHO(Y8)的二进制值写入随机存取存储器203中，以在步骤S702处再次查看该二进制的任意一个是否低于低阈值UR。
图9A示出当电流-光转换器224-5以最小发光度led(3)发光时，通过光-电流转换器225-2产生的数字键位置信号CHO(Y2)的二进制值“Ka”低于低阈值UR。中央处理单元201将发光控制信号CL1改变为指示用于电流-光转换器224-1至225-12的发光度led(2)的位型式。然后，数字键位置信号CHO(Y2)增大如图9B中的对应位置所示的、等于或大于低阈值UR的二进制值。
中央处理单元重复由步骤S702和S703组成的循环，直到小于先前发光度led(x)处的低阈值UR的二进制值变得等于或大于该低阈值UR为止。当二进制值等于或大于低阈值UR时，步骤S702处的答案给出为否定的，并且中央处理单元201前进到步骤S704。在图9A中示出的情况中，当二进制值“Ka”变得等于或大于低阈值UR时，步骤S702处的答案改变为否定的。
中央处理单元201在步骤S704处完成下列作业。由于在步骤S703逐步增大发光度led(x)，因此电流-光转换器224-1至224-12与光-电流转换器225-1至225-8之间的一些组合可以使所述二进制值超过高阈值REF。在此情形中，中央处理单元201将如图9B所示的已经存储在随机存取存储器203中的二进制值与高阈值REF相比较，以查看该二进制值的任意一个是否超过高阈值REF。在图9B中示出的情况中，用虚线画出的方框中的二进制值超过了高阈值REF。
当答案给出为肯定时，中央处理单元201将电势控制信号CL3改变为指示用于所述光-电流转换器或多个转换器的偏置电平CHO(1)的位型式，其使得所述二进制值或多个二进制值大于高阈值REF，如步骤S704。在图9B中示出的情况中，对于光-电流转换器225-1、225-2和225-3，中央处理单元201将电势电平从CHO(0)改变为CHO(1)。中央处理单元201取出所有组合的二进制值，并再次将这些二进制值与高阈值REF相比较，以在步骤S704处查看这些二进制的任意一个是否超过高阈值REF。假设3个二进制值超过了高阈值REF，如图9C所示。步骤S704处的答案再次给出为肯定的，并且，中央处理单元201将电势控制信号CL3改变为指示偏置电平CHO(2)的位型式。中央处理单元201取出二进制值，并将该二进制值再次写入随机存取存储器203中，并再次将该二进制值与高阈值REF相比较，以查看是否任何二进制值仍然超过高阈值REF。
当如图9D所示，所有二进制值都等于或小于该阈值REF时，中央处理单元201将最佳发光度和最佳偏置电平储存在随机存取存储器203中，如步骤S706，并返回初始化程序。在图9D示出的情况中，发光度led(2)是最佳的，并且，用于光-电流转换器225-2的偏置电平被改变为用于电流-光转换器224-1的CHO(1)、用于电流-光转换器224-2/224-3的CHO(2)和用于电流-光转换器224-4、224-5、224-6的CHO(0)。
如将被理解的，在实施第二实施例的光变换器系统的发光控制器140和偏置控制器230的协助下，电流-光转换器224和光-电流转换器225也被最优化。该光变换器系统也不受组成部件的个体特征和老化衰退的影响。此外，电流-光转换器224-1至224-12以相对低的发光度led(x)发光。这个特征与第一实施例的那些特征不同，并且有益于电流-光转换器224的长寿命。
第三实施例图10示出了实施本发明的另一自动演奏钢琴。该实施本发明的自动演奏钢琴主要包括原声钢琴1A和电子系统2A。原声钢琴1A与原声钢琴1相同，并且用指明原声钢琴1A的部件的标号来标注对应的组成部件，而不作详细描述。除了光变换器系统18A以外，电子系统2A与电子系统2相似。出于此原因，用指明对应系统组件的标号来标注其它系统组件，并且将描述集中在光变换器系统18A上。
光变换器系统18A与光变换器系统18仅在系统结构上不同，不同之处在于不用任何控制器来协助电流-光转换器224。仅将偏置控制器230-1至230-8分别连接在光-电流转换器225与模拟-数字转换器223之间。
因此，通过表示用于使光变换器系统18A最优化的方法的计算机程序，仅将光-电流转换器225-1至225-8调整到自己的最佳偏置电平CHO(y)的值。因为最优化不需要由步骤S502和S503或步骤S702和S703组成的循环，所以该计算机程序比第一和第二实施例的那些程序更简单。
由于在光-电流转换器225的上游侧提供电流-光转换器224-1至224-12，因此电流-光转换器224的个体特征和老化衰退对光电流的量有影响。在此情形中，当使偏置电平CHO(y)最优化时，通过对偏置电平CHO(y)的最优化工作，从键位置信号中消除了所有个体特征和所有老化衰退。
光变换器系统18A达到了上述实施例的优点和另一优点，即系统结构和计算机程序的简化。
尽管示出和描述了本发明的特定实施例，但是对本领域技术人员来说将清楚的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。
在第一和第二实施例中，将所有电流-光转换器224-1至224-12调整为发光度led(x)的共同的最佳值。这一特征不对本发明的技术范围设置任何限制。可以将电流-光转换器224-1至224-12单独调整到自己的最佳发光度led(x)的值。
光变换器系统可以安装在静音钢琴中。静音钢琴是原声钢琴和静音系统的组合。静音系统包括琴槌制动器和电子系统。当琴槌制动器停留在自由位置时，钢琴家在原声钢琴上演奏一首乐曲，并且，从振动的弦生成原声钢琴音调。当钢琴家将琴槌制动器改变到阻塞位置时，琴槌制动器进入琴槌的轨迹。当钢琴家正在演奏这首乐曲时，琴槌在到达弦之前在琴槌制动器上回弹，并且电子系统产生电子音调来代替原声钢琴音调。根据本发明的光变换器系统形成电子系统的一部分，并且控制器在键位置信号的基础上产生乐曲数据代码。该乐曲数据代码被间歇地提供给音调发生器，并且音调发生器在该乐曲数据代码的基础上产生音频信号。该音调发生器可以从自动演奏钢琴去掉。
可以结合诸如例如琴槌、制音器、踏板或支撑杆(jack)的原声钢琴的另一种类的组成部件来提供根据本发明的光变换器系统。
光发射传感头221和光接收传感头222不对本发明的技术范围设置任何限制。传感头部分地充当光发射传感头，并且部分地充当光检测传感头。当传感头充当光发射传感头时，两个光束沿横向发射到相邻的传感头。另一方面，当传感头充当光接收传感头时，仅一个光束入射到其上。键所需要的传感头等于黑/白键的数目加1。这样，其它种类的传感头是经济的，并且使传感头的排列简单。
电流-光转换器224的数目和光-电流转换器225的数目不对本发明的技术范围设置任何限制。如果设备只具有少量的操作器，则两个或三个转换器可以足以测量该操作器的物理量。
可以从根据本发明的光变换器系统去掉传感头221/222和光纤24/25。在此实例中，电流-光转换器与光-电流转换器直接相对。因而，传感头221/222和光纤24/25不对本发明的技术范围设置任何限制。如果电流-光转换器分别与光-电流转换器相对，则易于指定由电信号表示的对象。换句话说，在根据本发明的光变换器系统中可以不采用日本专利申请公开第Hei 9-54584号中公开的特征。
可以将乐曲数据代码从控制单元19传递到另一个乐器，以便通过该乐器以实时的方式来产生电子音调。可以将该乐曲数据代码与相关的持续时间代码从控制单元19通过通信网络传递到合适的数据库。软盘驱动器250可以用诸如例如致密盘驱动器的另一个非易失性存储器来代替。
发光二极管224和光检测二极管225不对本发明的技术范围设置任何限制。发光二极管224可以用灯来代替，而光检测二极管225可以用发光晶体管来代替。
发光控制器140的电路结构和偏置控制器230-1至230-8的电路结构不对本发明的技术范围设置任何限制。可变电流源100a可以通过电流反射镜电路来实现，并且选择器111可以连接在可变电流源100a与电流-光转换器224-1至224-12之间。电阻器串RS和多路复用器12可以用沟道尺寸不同的场效应晶体管的并联组合来代替。电阻串RS可以用二极管的串联组合来代替。
双极型晶体管108a/109/111-1至111-3、场效应晶体管103/104和电阻器110-1至110-3不对本发明的技术范围设置任何限制。双极型晶体管可以用场效应晶体管来代替，而场效应晶体管可以用双极型晶体管来代替。电阻器110-1、...、110-3...可以用二极管来代替。双极型晶体管的极性和场效应晶体管的极性也不对本发明的技术范围设置任何限制。可以将p沟道型场效应晶体管改变为n沟道型场效应晶体管，并且n-p-n型双极型晶体管可以改变为p-n-p型双极型晶体管。
根据本发明的光变换器系统可以确定诸如例如速度或加速度的另一个物理量。假设期望该光变换器系统测量速度。中央处理单元将每个数字位置信号的多个二进制值逼近为曲线，并确定曲线上某个点处的梯度。
权利要求语言与上述实施例的组成构件相关联如下。黑/白键10a/10b作为整体组成“至少一个移动物体”。电流-光转换器224-1至224-12、传感头221和光纤24作为整体组成“电流-光转换单元”，而传感头222、光纤25和光-电流转换器225-1至225-8组合起来形成“光-电流转换单元”。键轨迹上的键位置或黑/白键10a/10b的行程对应“物理量”，并且键位置信号CHO(Yn)充当“电信号”。控制单元19充当“数据处理器”。
电阻串RS对应于“分压器”。
权利要求
1.一种用于监控轨迹上的至少一个移动物体(10a、10b)的光变换器系统，包括电流-光转换单元(224、24、221)，被提供电流，用于以一定的发光度(led(x))向所述轨迹发射光；光-电流转换单元(222、25、225)，接收所述光，并产生代表物理量的电信号(CHO(Yn))，其中所述物理量表示所述至少一个移动物体(10a、10b)在所述轨迹上的运动，并且该电信号(CHO(Yn))根据所述运动和所述发光度(led(x))而变化；以及数据处理器(19)，接收所述电信号(CHO(Yn))，以便确定所述物理量，其特征在于还包括偏置控制器(230)，连接到所述光-电流转换单元(222、25、225)，并响应于代表目标偏置电平的偏置控制信号(CL3)，将所述电信号(CHO(Yn))调整到所述目标偏置电平，并且在于所述数据处理器(19)将所述偏置控制信号(CL3)提供给所述偏置控制器(230)。
2.如权利要求1所述的光变换器系统，其中，如果在所述轨迹上，所述至少一个移动物体(10a、10b)停止在所述光的外部，则所述数据处理器(19)检验所述物理量，以查看所述偏置电平是否最佳。
3.如权利要求2所述的光变换器系统，其中，当所述电信号(CHO(Yn))显示出小于高阈值(REF)的电势电平时，所述数据处理器(19)将所述偏置电平确定为最佳，其中所述高阈值(REF)接近于所述光-电流转换单元(222、25、225)的最大输出电势电平。
4.如权利要求3所述的光变换器系统，其中，在所述电势电平小于所述高阈值(REF)的范围内，所述数据处理器(19)将所述目标偏置电平确定为尽可能低。
5.如权利要求4所述的光变换器系统，其中，在所述尽可能低的目标偏置电平处，在所述电信号(CHO(Yn))显示出小于所述高阈值(REF)的所述电势电平的范围内，所述电流-光转换单元(224、24、221)以尽可能高的所述发光度(led(d))发射所述光。
6.如权利要求2所述的光变换器系统，其中，当所述电信号显示出在高阈值(REF)与低阈值(UR)之间的电势电平时，所述数据处理器(19)将所述偏置电平确定为最佳，其中所述高阈值(REF)接近所述光-电流转换单元(222、25、225)的最大输出电势电平，所述低阈值(UR)接近所述光-电流转换单元(222、25、225)的最小输出电势电平。
7.如权利要求6所述的光变换器系统，其中，在发现所述电势电平处于所述高阈值(REF)与所述低阈值(UR)之间的范围内，所述数据处理器(19)将所述目标偏置电平确定为尽可能低。
8.如权利要求7所述的光变换器系统，其中，所述电流-光转换单元(224、24、221)以尽可能低的所述发光度(led(x))发射所述光，并且其中，在发现所述电势电平处于所述高阈值(REF)与所述低阈值(UR)之间的范围内，所述数据处理器(19)尽可能高地确定所述目标偏置电平。
9.如权利要求1所述的光变换器系统，其中所述偏置控制器(230)包括分压器(RS)，连接到所述光-电流转换单元(222、25、225)，并具有多个输出节点(P0-P7)，用于输出被不同偏置的多个初级电信号(CHO(0)-CHO(7))，以及多路复用器(12)，具有分别连接到所述分压器(RS)的所述多个输出节点(P1-P7)的多个输入节点(1-7)，并响应所述偏置控制信号(CL3)，以便有选择地将所述初级电信号(CHO(0)-CHO(7))从所述多个输入节点(1-7)传递到所述输出节点(COM)，以产生所述电信号(CHO(Yn))。
10.如权利要求9所述的光变换器系统，其中，所述偏置控制器(230)还包括连接到所述多路复用器(12)的所述输出节点(COM)的放大器(226-1-226-8)，使得将所述电信号(CHO(Yn))从所述输出节点(COM)提供给所述数据处理器(19)。
11.如权利要求9所述的光变换器系统，其中，多个串联连接的电阻器(R1-R8)充当所述分压器(RS)。
12.如权利要求1所述的光变换器系统，还包括发光控制器(140)，连接到所述电流-光转换单元(224、24、221)，并响应表示目标发光度的发光控制信号(CL1)，以便将所述光调整到所述目标发光度(led(x))。
13.如权利要求12所述的光变换器系统，其中，如果在所述轨迹上，所述至少一个移动物体(10a、10b)停止在所述光的外部，则所述数据处理器(19)检验所述物理量，以查看所述发光度(led(x))和所述偏置电平是否最佳。
14.如权利要求13所述的光变换器系统，其中，当所述电信号(CHO(Yn))显示出小于高阈值(REF)的电势电平时，所述数据处理器(19)将所述发光度(led(x))和所述偏置电平确定为最佳，其中所述高阈值(REF)接近于所述光-电流转换单元(222、25、225)的最大输出电势电平。
15.如权利要求14所述的光变换器系统，其中，在所述电势电平小于所述高阈值(REF)的范围内，所述数据处理器(19)将所述发光度(led(x))和所述偏置电平确定为尽可能高和尽可能低。
16.如权利要求13所述的光变换器系统，其中，当所述电信号(CHO(Yn))显示出在高阈值(REF)与低阈值(UR)之间的电势电平时，所述数据处理器(19)将所述发光度(led(x))和所述偏置电平确定为最佳，其中所述高阈值(REF)接近于所述光-电流转换单元(222、25、225)的最大输出电势电平，所述低阈值(UR)接近于所述光-电流转换单元(222、25、225)的最小输出电势电平。
17.如权利要求16所述的光变换器系统，其中，在发现所述电势电平处于所述高阈值(REF)与所述低阈值(UR)之间的范围内，所述数据处理器(19)将所述发光度(led(x))和所述偏置电平确定为尽可能低和尽可能高。
18.如权利要求12所述的光变换器系统，其中，所述发光控制器(140)包括可变电流源(100a)，其连接到电源(PS)，并响应所述发光控制信号(CL1)，以便改变流入所述电流-光转换单元(224、24、221)的所述电流的量。
19.如权利要求1所述的光变换器系统，其中，所述至少一个移动物体具有在所述轨迹的各自子轨迹上独立移动的多个移动构件(10a、10b)，并且其中，所述电流-光转换单元(224、24、221)和所述光-电流转换单元(222、25、225)分别具有与所述多个移动构件(10a、10b)相关的多个电流-光转换器(224-1-224-12、24、221)、以及与所述多个移动构件相关的多个光-电流转换器(222、25、225-1-225-8)，其中所述多个电流-光转换器(224-1-224-12、24、221)用于向所述子轨迹发射光束，所述多个光-电流转换器(222、25、225-1-225-8)用于从相关的电流-光转换器(224-1-224-12、24、221)接收所述光束。
20.如权利要求19所述的光变换器系统，其中，所述偏置控制器(230)包括分别连接到所述多个光-电流转换器(222、25、225-1-225-8)的多个偏置控制电路(230-1-230-8)，使得所述多个光-电流转换器(222、25、225-1-225-8)的每一个独立于所述多个光-电流转换器的其它转换器而将形成所述电信号(CHO(Yn))的一部分的子电信号(CHO(Y1)-CHO(Y8))调整为所述目标偏置电平。
全文摘要
利用光变换器系统(18)来监控合并在自动演奏钢琴(1)中的键(10a、10b)；光变换器系统(18)包括在键轨迹的两侧提供的传感头(221、222)、通过光纤(24)连接到预定传感头(221)的LED(224－1－224－12)、通过光纤(25)连接到其它传感头(222)的LDD(225－1－225－8)、和控制单元(19)；发光控制器(140)连接到LED(224－1－224－12)，用于使发光度(led(x))最优化，并且偏置控制器(230－1－230－8)分别连接到LDD(225－1－225－8)；发光控制器(140)和偏置控制器(230－1－230－8)使所发射的光的发光度(led(x))和电信号(CHO(Yn))的偏置电平最优化，使得光变换器系统(18)免受组成部件的个体特征和老化衰退的影响。
文档编号G10F1/02GK1637848SQ20041010464
公开日2005年7月13日 申请日期2004年12月27日 优先权日2004年1月6日
发明者浦智行, 佐佐木力, 大场保彦, 桥本政久 申请人:雅马哈株式会社