电子乐器的键操作检测装置的制作方法

专利名称：电子乐器的键操作检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测键的操作位置的电子乐器的键操作检测装置。
背景技术：
在现有的电子乐器中，作为检测按键时、离键时的键的操作速度的键操作检测装置之一，有检测该键的操作位置(以下也称为“按键深度”)并根据该操作位置的随时间变化来检测其操作速度的装置。例如，在廉价的装置中，利用与各键相对应地设置的两个以上的开关检测键的操作位置，计测这些开关开闭的时间差，由此，检测键的操作速度。在如图19所示的现有的电子乐器的键操作检测装置中，当演奏者按下键1901时，键1901以旋转轴1902为中心转动， 推片(jack) 1903按下键开关的共用接触件1904。共用接触件1904在不按键时与接触件 1905接触，但通过按键离开接触件1905而与接触件1906接触。通过测定共用接触件1904 自离开接触件1905起至与接触件1906接触的经过时间，从而检测键的操作速度。该方式因结构简单而得到广泛使用。但是，在该方式中，有时键开关产生震颤，或者在长时间使用后键开关发生磨损、变形，会产生不能正确测定操作速度的问题。此外，提出有对应于键的操作使光、磁强度变化并利用各种传感器检测键的操作位置，测定该操作位置的变化，检测操作速度的方式。在专利文献1中公开了如下的装置， 即，在发光元件和光接收元件之间设有根据键的操作位置的变化而使透过光量连续变化的狭缝，基于光接收元件感测到的光来检测键的操作位置。在专利文献1中记载的装置中，对应于键的两个操作位置而设定两个阈值光量，通过计测光接收元件感测到的光量通过这些阈值光量时的时间，从而检测键的操作速度。但是，光及磁传感器昂贵，无法在普及价位的产品中采用。此外，在光及磁传感器中，由于存在传感器个体间的灵敏度的偏差、由温度变化等引起的灵敏度的变化，所以，有时会因这些偏差或灵敏度的变更而在与设计者意图不同的操作位置求出了操作速度，未必能测定正确的操作速度。此外，有利用对应于键的操作而变化的静电电容来检测键的操作位置、操作速度的技术。在专利文献2中公开了如下的技术，S卩，对应于键的操作而使电容器的静电电容变化，经由整流电路、微分电路对通过电容器的信号进行整形，求出键操作速度。在专利文献 3中公开的是，使键操作作用于用可伸缩的线保持的静电电容传感器，使振荡器的振荡频率随静电电容的变化而变化，通过将振荡频率变换为电压并检测电压，从而检测键的操作位置。在专利文献4公开的是，使键操作作用于具备螺旋弹簧的静电电容型模拟开关，在用放大器对通过静电电容型模拟开关的信号进行放大之后进行A/D变换，根据进行了 A/D变换后的信号的电平求出键的操作位置。在专利文献2中记载的装置中，需要整流电路、微分电路等。在专利文献3中记载的装置中，需要可变振荡器及频率电压变换器等。在专利文献4中记载的装置中，需要放大器及A/D变换器。这样，上述装置均为复杂的构成。
另一方面，向多个电场发生电极(发送电极)分别给予两个以上相位互不相同的交变电压，根据物体的位置、角度使电场发生电极(发送电极)和电场检测电极(接收电极)之间的静电电容变化，通过检测在电场检测电极(接收电极)处所感应的交变电压的相位变化，从而求出物体的位置、角度，这种方法利用于游标卡尺、旋转编码器等中的微小的位置、旋转角度的测定(例如，参照专利文献5、专利文献6、专利文献7)。以后， 将该方法称为“静电电容一相位变化方式”。另外，在以后的说明中，将产生电场的电极称为“发送电极(transmissionelectrode) ”，将检测电场的电极称为“接收电极(reception electrode)，，。以专利文献5为例，如图20(a)所示，在形成于由电介质构成的圆筒2001的内部进行旋转的转子2004的外周面的凹部，配置接收电极2005，并且，在圆筒2001的外周面配置相对于转子2004的旋转方向其宽度逐渐减小的发送电极2002、和相反地宽度逐渐增大的发送电极2003。向发送电极2002及发送电极2003施加相位互不相同的交变电压2006 及交变电压2007，并且，通过取出线2008将在接收电极2005处所感应的电压取出到外部。 在接收电极2005处感应出与形成于发送电极2002和接收电极2005之间的静电电容及形成于发送电极2003和接收电极2005之间的静电电容相应的电压。在图20 (b)示出图20 (a) 的构成中的等效电路。在设交变电压2006及交变电压2007的电压分别为el及e2、设形成于发送电极 2002和接收电极2005之间的静电电容及形成于发送电极2003和接收电极2005之间的静电电容分别为cl及c2时，在接收电极2005处感应合成的电压V为《数学式1》V= (elXcl+e2Xc2)/(cl+c2)...式 1。在设交变电压2006及交变电压2007的相位差为π弧度(180度)的情况下，在接收电极2005处所感应的信号的电压根据静电电容cl及静电电容c2而变化。此外，在设交变电压2006及交变电压2007的相位差为π/2弧度(90度)的情况下，在接收电极2005 处所感应的信号的相位根据静电电容cl及静电电容c2而变化。可根据该电压或者相位的变化求出转子的旋转角度。此外，在专利文献6中，如图21所示，向按一定的间隔排列的矩形的发送电极 3001、3002、3003分别交替施加相位相互相差2 π /3弧度(120度)的三相的交流电压3004、 交流电压3005及交流电压3006，并连续测定与发送电极对置移动的接收电极3007处所感应合成的电压的相位，提高精密构造的游标卡尺的测定精度。在使用反相即π弧度的相位差的交变电压检测电压的情况下，对感应电压进行放大的放大器的灵敏度等电压的测定精度会成为问题。此外，在数字式测定电压的情况下， 存在的问题是，或者A/D变换器的精度成为问题，或者因使用A/D变换器而使构成变复杂。 在使用η /2弧度、2 π /3弧度等相位差的交变电压检测相位的情况下，由于不需要进行A/D 变换，放大器的灵敏度等均不会成为问题，因而可用简单的构成进行高精度的测定。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开平10-26983号公报专利文献2 日本特公昭39-29485号公报
专利文献3 日本特开平7-84576号公报专利文献4 日本特开平9-204846号公报专利文献5 日本特公平4-67883号公报专利文献6 日本特公昭64-11883号公报专利文献7 日本特公平4-67882号公报但是，尚未有提出在电子乐器中利用在游标卡尺、旋转编码器等中使用的静电电容-相位变化方式。此外，不能将在游标卡尺、旋转编码器等中使用的静电电容-相位变化方式直接利用于电子乐器的键操作检测装置。即，在游标卡尺、旋转编码器的情况下成为测定对象的物体的位置、角度只有一个，但是，在电子乐器的情况下具备88键等的许多键，需要使按各键的每一个独立地检测键的操作位置。当对这些许多键的各个键具备产生交变电压的电路、检测电压或相位的电路时，就成了复杂的构成且成了昂贵的装置。

发明内容
本发明是为了解决检测键的操作位置的现有电子乐器的键操作检测装置所具有的上述问题而做出的，其目的在于提供一种可用简单的构成来精度好地检测键的操作位置的电子乐器的键操作检测装置。为了解决上述课题，本发明的电子乐器的键操作检测装置，是对键的操作位置进行检测的装置，其具备接收电极，其与多个键的各键相对应地分别设置有一个或者多个； 两个以上的发送电极，其与所述接收电极对置配置；键盘机构，其通过所对应的键的按键操作，使所述接收电极和所述发送电极的至少任一方移动，并根据该移动使所述接收电极与发送电极之间的静电电容发生变化；信号产生电路，其被设置成由多个键共用，产生周期相同且相位互不相同的多个交变信号，以至少对邻接的所述发送电极提供不同相位的交变信号的方式，从所述多个交变信号中向所述发送电极的每一个提供一个交变信号，并且，产生与该交变信号相同周期的基准相位信号；以及信号处理电路，其被设置成由多个键共用，并被提供在该多个键的各键设置的所述接收电极处所感应的交变信号和所述基准相位信号， 通过基于所述基准相位信号对每个键辨别在接收电极处所感应的交变信号的相位，从而检测该键的操作位置。另外，所述发送电极可以与各键个别独立地设置，也可以被设置成由多个键共用。根据本发明的电子乐器的键操作检测装置，由于由多个键共同使用由信号产生电路产生的交变信号，并且，通过一个信号处理电路求出多个键的操作位置，所以具有能够用简单的构成来正确地检测键的操作位置的效果。另外，信号处理电路也可以以下述方式构成，S卩，基于所检测的键的操作位置的随时间变化，检测该键的操作速度，在该情况下，除上述效果外，还具有可以用简单的构成来正确地检测键操作速度的效果。此外，信号处理电路也可以以下述方式构成，S卩，基于键的按键深度的检测，计测键从第一按键深度起到通过第二按键深度的时间间隔，由此，检测键的操作速度，在该情况下，除上述效果外，还具有可以更简单地检测键操作速度的效果。此外也可以以下述方式构成，S卩，接收电极与各键对应地设置多个，发送电极设置有两个，信号产生电路以使提供到一方的发送电极的交变信号和提供到另一方的发送电极的交变信号的相位相互相差η弧度的方式，分别向两个发送电极提供交变信号，信号处理电路基于从在设置于各键的一个接收电极处所感应的交变信号产生相位反转起到在其他接收电极处所感应的交变信号产生相位反转的时间间隔，检测键的操作速度，在该情况下， 除上述效果外，还具有如下效果能够用简单的构成来辨别来自接收电极的交变信号的相位并检测该接收电极位于两个发送电极的中间的情况，可根据来自至少两个接收电极的交变信号的相位反转的时间间隔来求出键的操作速度。此外也可以以下述方式构成，S卩，接收电极与各键相对应地设置有一个，发送电极设置有多个，信号处理电路基于从在各键的接收电极处所感应的交变信号的相位成为第一相位起到成为第二相位的时间间隔，检测键的操作速度，在该情况下，除上述效果外，还可以用简单的构成来辨别来自接收电极的交变信号的相位，可以根据使交变信号的相位发生规定的变化的时间间隔来求出键的操作速度。此外，还具有通过辨别交变信号的相位从而不仅求出键的操作速度而且同时还可求出键操作的深度的效果。在该情况下，发送电极按如下方式配设在键至少在规定区间内被按键的情况下， 相对于接收电极同时对置多个发送电极，并且，随着键的按键深度发生变化，与接收电极对置的各发送电极的比例发生变化。由此，除上述效果外，由于在将键在规定区间内按键的期间，随着键的按键深度的变化而使与接收电极对置的各发送电极的比例发生变化，伴随于此，在该接收电极处所感应的交变信号的相位也发生变化，因而可连续检测按键深度。由此，具有可在该规定的区间内自由变更检测键的操作速度的区间的效果。此外，在该情况下，也可以以下述方式构成，S卩，用于利用信号处理电路检测键的操作速度的所述第一相位和所述第二相位的至少一方能通过操作者进行变更。由此，除上述效果外，还具有如下效果根据操作者(演奏者)的喜好，此外根据演奏曲目，可自由变更测定键的操作速度的区间。此外，也可以构成为在接收电极和发送电极之间设置有规定的间隙，在该情况下， 能够在不对键的操作感给予影响的情况下起到上述效果。此外，信号产生电路也可以以下述方式构成，S卩，以在接收电极处所感应的交变信号的电压成为能在信号处理电路进行处理的电平的方式，将电压高于基准相位信号的交变信号提供到发送电极，在该情况下，除上述效果外，还具有如下效果通过由发送电极产生强电场，从而虽然在发送电极和接收电极之间设置空间，但是可将在接收电极处所感应的交变信号的电压做成能用信号处理电路处理的电平，可非接触且稳定地检测键操作速度、 深度。此外，也可以以发送电极、接收电极的任一方或者双方由绝缘膜覆盖的方式构成， 在对发送电极施加绝缘膜的情况下，除上述效果外，即使由发送电极产生强电场，也能够阻止在高湿度、尘埃多的环境下电极间的泄露电流及放电，在对接收电极施加绝缘膜的情况下，除上述效果外，还具有可阻止在接收电极处所感应的信号的泄漏并可稳定地检测键操作速度的效果。此外，也可以是将在信号产生电路产生的多个交变信号提供到发送电极的布线使相位相互相差η弧度的交变信号成对地通过平行线或者双扭线电缆(twisted pair cable)提供到发送电极，在该情况下，除上述效果外，还具有如下效果即使因发送电极产生强电场，也能够使来自从信号产生电路至发送电极的长布线的无用辐射抵消，由多个键共有信号产生电路，可提供廉价的装置。此外，也可以以下述方式构成由信号产生电路产生的多个交变信号的相位被设定为在相加该多个交变信号时使交变信号抵消的相位，并且，通过使将该多个交变信号提供到发送电极的布线成为平行线、双扭线电缆或者用屏蔽体覆盖这些线的屏蔽线，从而抵消来自该布线的无用辐射，在该情况下，除上述效果外，还具有如下效果即使因发送电极产生强电场，也能够使来自从信号产生电路至发送电极的长布线的无用辐射抵消，由多个键共有信号产生电路，提供廉价的装置。此外，在本发明的电子乐器的键操作检测装置中，也可以在键或者与该键连动的部件设置有发送电极，并且，在键盘机构的基部设置有所述接收电极和所述信号处理电路， 在该情况下，除上述效果外，由于对同一部件设有接收电极和信号处理电路，因而具有可缩短自接收电极至信号处理电路的布线，可将在接收电极处所感应的交变信号有效地导入信号处理电路的效果。 此外，也可以在键或者与该键连动的部件设置有接收电极，并且，在键盘机构的基部设置有发送电极和信号产生电路，在该情况下，除上述效果外，可缩短自信号产生电路至发送电极的距离，而且由于可使小的接收电极以大振幅进行移动，所以还具有可使键盘机构小型化的效果。此外，也可以对将在接收电极处所感应的交变信号提供到信号处理电路的布线施加由地线夹持的屏蔽体，在该情况下，除上述效果外，还具有可防止使自接收电极至信号处理电路的布线受到来自周边空间的干扰电波的影响的效果。


图1是表示本发明第一实施方式中的键、音锤(hammer)、发送电极及接收电极的关系的图。图2是表示本发明第一实施方式中的信号产生电路及逻辑集成电路的内部构成的图。图3是表示本发明第一实施方式中的至发送电极、接收电极及逻辑集成电路的等效电路的图。图4是表示本发明第一实施方式中的使按键深度发生变化时的信号的情况的图。图5是图4所示的信号的放大图。图6是表示本发明第一实施方式中的微处理器所进行的处理内容的流程图。图7是表示本发明第二实施方式中的发送电极对接收电极的影响程度和相位的关系的图。图8是表示本发明第二实施方式中的信号产生电路、发送电极、接收电极及逻辑集成电路的内部构成的图。图9是表示本发明第二实施方式中的主时钟、相位脉冲、基准相位信号及门电路 (gate)输出的关系的图。图10是表示本发明第二实施方式中的按键深度发生变化时相位的情况的图。图11是表示本发明第二实施方式中的微处理器所进行的处理内容的流程图。图12是表示本发明第三实施方式中的发送电极的基本结构的图。
图13是表示本发明第三实施方式中的发送电极的其他结构的图。图14是表示本发明第三实施方式中的施加于发送电极的信号、按键深度发生变化时相位的情况的图。图15是表示本发明第三实施方式中的微处理器所进行的处理内容的流程图。图16是表示本发明第四实施方式中的发送电极、接收电极及信号产生电路的图。图17是表示本发明第四实施方式中的施加于发送电极的信号及按键深度发生变化时相位的情况的图。图18是表示本发明的变形例的图。图19是表示现有的电子乐器的键操作检测装置的图。图20是表示现有技术中检测物体的旋转角度的技术的图。图21是表示现有技术中检测物体的位置的技术的图。附图标记说明101 键104 音锤108 键盘基部109 发送电极110 速度检测基盘111 接收电极 112 逻辑集成电路201 信号产生电路202 正弦波振荡器203 平衡升压变压器204 布线 208 相位比较器212 微处理器801 发送电极802 接收电极803 信号产生电路804 正弦波振荡器805 余弦波振荡器806 平衡升压变压器807 平衡升压变压器808 逻辑集成电路811 相位辨别器1201 发送电极1301 发送电极1601 发送电极1801 发送电极1802 接收电极
具体实施例方式下面，参照

本发明优选的第一实施方式。图1表示应用了本发明的电子乐器的键操作检测装置中的键101、音锤104、发送电极109及接收电极111的关系。作为代表提取出一个键进行说明，但是其他键也是同样构成。在图1(a)示出从音锤104的前端部106的正面侧即在图1(b)从左侧观察发送电极109及接收电极111的图，在图1(b)示出从侧面观察键的机构的图。当演奏者按下键101时，键101以转动轴102为中心转动。与键101连动，推片 103使音锤104动作，音锤104以转动轴105为中心转动，将音锤104的前端部106向上提起。通过演奏者的离键操作，键101通过未图示的弹簧等复原到原来位置，音锤104利用自重复原到原来的位置且抵接于承接部件107。这些键机构构筑于键盘基部108之上。在音锤104的前端部106配置有发送电极109。发送电极109由均形成矩形的第一发送电极109A及第二发送电极109B构成，第一发送电极109A及第二发送电极109B相对于音锤104的前端部106的移动方向(以下，简称为“音锤104的移动方向”)并排配设， 隔开规定的间隔109Z而绝缘固定于前端部106。对于发送电极109的相对于音锤104的移动方向的长度，第一发送电极109A要比第二发送电极109B长，此外，将第一发送电极109A 相对于前端部106的移动方向配置于上侧，将第二发送电极109B配置于下侧。发送电极 109AU09B的宽度(在配置有发送电极109A、109B的前端部106的面上与音锤104的移动方向相垂直的方向的长度。)与音锤104的宽度大致相同。由于向发送电极109A及109B 以后述的方式施加高电压，因而优选对电极表面及间隔109Z施加绝缘膜以防止漏电及放 电。
在键盘基部108，在与音锤104的前端部106相对置的位置设置有速度检测基板 110。在速度检测基板110上，作为接收电极111，相对于音锤104的移动方向隔开规定的间隔通过印刷并排形成或者装接有均以矩形构成的第一接收电极IllA及第二接收电极 111B。此外，在速度检测基板110上装接有逻辑集成电路112。接收电极IllA及接收电极 IllB以在音锤104转动时不与发送电极109A及发送电极109B接触的方式设置规定的间隙，并接近与这些发送电极109A、109B对置的位置进行配置。另外，与接收电极111对置的前端部106的面以在音锤104转动时发送电极和接收电极的距离不发生变化的方式沿转动曲线弯曲。接收电极111中的音锤104的移动方向的长度以只是受到发送电极的局部影响的方式设定为比发送电极109A及发送电极109B任一方都短，与接收电极111中的音锤104 的移动方向垂直的方向的宽度与发送电极的宽度大致相同。此外，将第一接收电极IllA相对于音锤104的移动方向配置于下侧，将第二接收电极IllB相对于音锤104的移动方向配置于上侧，在不进行按键的状态下，接收电极IllA和接收电极IllB与第一发送电极109A 对置。当进行按键时，使音锤104的前端部106向上方移动，续接于发送电极109A，发送电极109B通过接收电极IllA及接收电极IllB的附近。此外，在接收电极111上，为阻止所感应的信号的泄漏而优选在电极表面及邻接的电极间施加绝缘膜。图2表示发生施加于发送电极的信号的信号产生电路201及对在接收电极处所感应的信号进行处理的逻辑集成电路112的内部构成。信号产生电路201包括正弦波振荡器 202及平衡升压变压器203，配备于键盘基部108。正弦波振荡器202生成IOOkHz的长波带的正弦波交变信号。所生成的信号通过平衡升压变压器203升压为高电压。另外，正弦波振荡器202的输出的一端接地，平衡升压变压器203的二次侧的中心抽头接地，从平衡升压变压器203的二次侧的两端的端子输出电压相等且相位相互相差π弧度(反相)的两相的高压交变信号。关于平衡升压变压器203的升压比将在后面叙述。在此，只将一个键作为代表进行表示，而信号产生电路201由多个键共用使用，将来自信号产生电路201的高压的交变信号提供到多个键的发送电极109Α、109Β。将与正弦波振荡器202同相位的高压交变信号通过布线204提供到发送电极 109Α，将与正弦波振荡器202反相位的高压交变信号通过布线204提供到发送电极109Β。 布线204为使来自布线204的无用辐射减小而优选做成平行线、双扭线电缆、或者用屏蔽体保护(覆盖)做成平行线或者双扭线电缆的芯线的屏蔽线。若将布线204预先做成平行线或者双扭线电缆，则通过布线204的信号由于彼此反相而彼此抵消，会使无用辐射降低。在做成屏蔽线的情况下，可进一步降低来自布线204的无用辐射。来自布线204的无用辐射按平行线、双扭线电缆、屏蔽线这一顺序变小，但布线204的构造只要考虑所允许的无用辐射的大小、成本等来决定即可。另外，在作为布线204使用屏蔽线的情况下，如图2所示，将布线204的屏蔽体接地。另外，平衡升压变压器203配备于键盘基部108，发送电极109设于音锤104，因此，布线204中对音锤104交接信号的部位优选使用富有柔软性的线材，以不妨碍音锤104的动作。施加于发送电极109Α的交变信号经由形成于发送电极109Α与接收电极IllA及接收电极11IB之间的静电电容而在接收电极11IA及接收电极11IB处感应出交变信号。同样，施加于发送电极109Β的交变信号也经由形成于发送电极109Β与接收电极IllA及接收电极IllB之间的静电电容而在接收电极IllA及接收电极IllB处感应出交变信号。这些
10静电电容随着音锤104的移动而变化。将在接收电极IllA及接收电极IllB处所感应的交变信号提供到逻辑集成电路112。自接收电极IllA及接收电极IllB至逻辑集成电路112 的布线用未图示的屏蔽体、保护用的铜箔包围以防止来自邻接的布线的串扰及噪声的混入的方式形成。关于逻辑集成电路112将在后面详细叙述。在图3中示出多个键的至发送电极109、接收电极111及逻辑集成电路112的等效电路。电容器cl为形成于发送电极109A和接收电极IllA或者IllB之间的静电电容， 电容器c2为形成于发送电极109B和接收电极IllA或者IllB之间的静电电容，电容器c3 为逻辑集成电路112的输入电容。电容器c4为速度检测基板110上的邻接的接收电极111 的布线之间的杂散电容，成为上述串扰的原因。电容器c5为自接收电极111至逻辑集成电路112的布线的杂散电容。电容器cl及电容器c2的电容也取决于电极的尺寸、电极间的距离，但最大不足lpF，电容器c3的电容大概为5pF左右。如上所述，在将自接收电极111 至逻辑集成电路112的布线用屏蔽体、保护用的铜箔包围的情况下，电容器c4变小而c5变大。若设施加于发送电极109A及发送电极109B的交变信号分别为el及e2，则输入到逻辑集成电路112的电压为《数学式2》V= (el X cl+e2 X c2) / (cl+c2+c3+c5)...式 2。电容器c3及c5的电容比电容器cl及电容器c2的电容大1位数以上，因此，输入到逻辑集成电路112的电压为施加于发送电极的电压的几十分之一。因此，将平衡升压变压器203的升压比设定为电容器c3及c5的电容与电容器cl及电容器c2的电容之比左右。 这样，通过将施加于发送电极109的电压设为高电压，从而即使形成于发送电极109和接收电极111之间的静电电容小，也能够得到为了用逻辑集成电路112进行数字处理而充分的电平信号。另外，图3未图示，但是在自平衡升压变压器203的二次侧至发送电极109A、发送电极109B的布线中存在杂散电容，并且，在发送电极109A及发送电极109B与地之间也存在杂散电容。因此，在平衡升压变压器203的二次侧，这些杂散电容加上所连接的键的数目的量而成为负荷。当设平衡升压变压器203的一次侧和二次侧的两端间的匝数比为η时， 从平衡升压变压器203的一次侧看到的上述杂散电容的值为二次侧的杂散电容的η的二次方倍。由达到η的二次方倍的杂散电容和平衡升压变压器203的一次侧的电感形成谐振电路。优选以使该谐振电路的谐振频率与正弦波振荡器202所产生的交变信号的频率相一致的方式，设计平衡升压变压器203的线圈。这样，由于提高了从平衡升压变压器203的一次侧看到的阻抗，因而可减小流入到平衡升压变压器203的一次侧的电流。因此，升压中的功率效率提高，可以使平衡升压变压器小型化。此外，这样，可使平衡升压变压器203的一次侧的信号和二次侧的信号的相位差为最少，可减小相位测定结果的误差。但是，必须使谐振电路的谐振频率和正弦波振荡器所产生的交变信号的频率正确同步，使得通过平衡升压变压器不产生相位偏差。另外，也可以取代升压变压器而使用采用了高电压驱动器的放大电路生成施加于电极的高电压的交变信号。在使用采用了高电压驱动器的放大电路的情况下，不需要上述谐振电路的同步。另外，由于上述的静电电容c5为自接收电极至逻辑集成电路112的布线的杂散电容，因而电容的大小取决于该布线的长度。在一个逻辑集成电路112接受许多键的速度检测的情况下，速度检测基板110上的自接收电极端子IllA及接收电极端子IllB至逻辑集成电路112的输入端子的各导线的长度因键而有很大差异，其结果是，因键而使静电电容c5的大小有很大差异。在该情况下，也可以在上述接收电极端子IllA及接收电极端子 IllB的附近，由廉价的CMOS逆变器等比较性放大度小的缓冲器进行中继并将导线的静电电容c5设为最小，以降低因导线间的串扰、外来噪声而造成的影响。返回到图2，将在接收电极IllA及接收电极IllB处所感应的检测信号205A及检测信号205B提供到逻辑集成电路112，并分别输入到电压比较器206A及电压比较器206B 的正侧输入端子。在电压比较器206A及电压比较器206B的正侧输入端子和地之间连接有数ΜΩ左右的电阻，电压比较器206A及电压比较器206B的负侧输入端子接地。电压比较器206A及电压比较器206B在正侧输入端子的电压比负侧输入端子的电压高的情况下输出 “1”，在正侧输入端子的电压比负侧输入端子的电压低的情况下输出“0”，由此，将检测信号 205A及检测信号205B分别变换为逻辑电平，成为相位脉冲207A及相位脉冲207B。将相位脉冲207A及相位脉冲207B分别送出到下一级的相位比较器208A及相位比较器208B。另一方面，将来自正弦波振荡器202的信号用电平变换器209变换为逻辑电平而成为基准相位信号210，并送出到相位比较器208A及相位比较器208B。相位比较器 208A取相位脉冲207A和基准相位信号210的“异或”，作为相位输出211A提供到微处理器 212。同样，相位比较器208B取相位脉冲207B和基准相位信号210的“异或”，作为相位输出211B提供到微处理器212。微处理器212在基于相位输出21IA及相位输出21IB判别为击键(note on)时， 将含有按键速度信息的击键指示送出到未图示的音源，并且，在判别为释键(note off)时， 将含有离键速度信息的释键指示送出到音源。另外，逻辑集成电路112按一个八音度(octave)程度的多个键而设置一个，通过一个逻辑集成电路112进行对多个键的处理。此时，逻辑集成电路112内的微处理器212 以外的构成要素对各键独立准备，但是，微处理器212只设置一个，通过一个微处理器212 进行对多个键的处理。或者，也可以在逻辑集成电路112内只设置微处理器212以外的构成要素，将微处理器212设为有别于逻辑集成电路112的部件。在该情况下，将多个逻辑集成电路112和一个微处理器212连接，通过一个微处理器212进行对多个逻辑集成电路112 的处理。在图4中示出按键深度发生变化时的检测信号205A及检测信号205B的电压变化的图表、和表示伴随该电压变化的相位输出211A及相位输出211B的变化定时的时间图。图 5中，以在图4中达到按键深度Pl的定时为中心，将检测信号205A、相位脉冲207A、基准相位信号210及相位输出211A的时间图在按键深度方向放大表示。按键开始点PO表示键的初始位置即在还未按键的状态下的按键深度。按键深度Pl表示发送电极109A及发送电极 109B的边界位于接收电极IllA时的按键深度。按键深度P2表示发送电极109A及发送电极109B的边界位于接收电极IllB时的按键深度。按键深度P3表示按键到最深的位置时的按键深度。在按键开始点P0，由于与正弦波振荡器202同相位的发送电极109A与接收电极 IllA及接收电极IllB均对置，因此，在接收电极IllA及接收电极IllB双方恒定地感应出与发送电极109A同相位的交变信号。此时，由于相位脉冲207A和由正弦波振荡器202生
12成的基准相位信号210为同相位，因而在相位比较器206A取“异或”后的结果的相位输出 211A成为“0”。同样，相位输出211B也成为“0”。当进行按键使按键深度接近如图4所示的第一按键深度Pl时，如图5所示，由于发送电极109A给予接收电极IllA的影响小，相反，发送电极109B给予接收电极IllA的影响大，因而由发送电极109A施加的信号通过由发送电极109B施加的反相的信号而被削弱， 在接收电极IllA处所感应合成的信号的振幅急剧减小。在按键深度达到如图4所示的第一按键深度P 1时，接收电极IllA位于发送电极 109A和发送电极109B的边界，由于从两个发送电极向接收电极IllA的影响相等，因而在接收电极IllA处所感应合成的信号抵消而成为“0”。在该瞬间，由于交变信号10的电平成为 “0”，所以相位不确定。当按键深度超过第一按键深度Pl时，发送电极109A给予接收电极IllA的影响变小，并且，发送电极109B的影响变大，因此，感应电压快速增大，且相位明确反转，相位输出 211A由“0”变化为“1”。当进一步进行按键而发送电极109A和发送电极109B的边界通过接收电极IllB 之上，与上述的情况同样，按键深度通过第二按键深度P2时，相位输出211B从“0”变化为 “1”。将这样得到的相位输出211A和相位输出211B从“0”变化为“1”的定时的时间间隔、即按键深度从第一按键深度Pl至转变到第二按键深度P2的时间间隔，由微处理器212 的程序所实现的速度计(以后，将按键时的速度计称为“按键速度计数器”，将离键时的速度计称为“离键速度计数器”)进行计测，可据此求出按键速度。该时间间隔为数毫秒级，因此，也可以计数10微秒周期的基准相位信号210。在图6中示出微处理器212的处理内容。实际上，多个键的处理是分时进行的， 但是，在此为使说明简略而只对一个键进行解说。该处理按充分短的一定时间(例如， 120 μ s)而反复起动。此外，处理所使用的参数通过未图示的处理在电源接入时进行初始化。在该处理中，首先，判别来自相位输出211Α的前次处理的电平变化(SlOl)。另外， 相位输出211Α的前次处理中的电平在后述的步骤SllO中进行存储。在当前的电平为“0” 而不变化为前次的处理的情况(S101 0-0)下进入步骤S110，在电平从“0”变化为“1”的情况(S101 0-1)下进入步骤S102，在电平从“1”变化为“0”的情况(S101 1-0)下进入步骤S104，在电平为“1”而不变化为前次的处理的情况(S101 1 — 1)下进入步骤S108。在步骤S102，将按键速度计数器的值归零，进入步骤S103。在步骤S103，开始按键速度计数器的计数，进入步骤S110。在步骤S104，判断是否为离键速度计数器的计数中，在为计数中的情况(S104: 是)下进入步骤S105，在不为计数中的情况(S104:否)下，进入步骤S110。在步骤S105， 停止离键速度计数器的计数，进入步骤S106。在步骤S106，根据离键速度计数器的计数值算出离键速度并进入步骤S107。在步骤S107，将含有离键速度信息的释键指示送出到音源，进入步骤S110。在步骤S108，判断是否为按键速度计数器的计数中，在为计数中的情况(S108: 是)下进入步骤S109，在不为计数中的情况(S108:否)下进入步骤S110。在步骤S109，使按键速度计数器的值增加，进入步骤Sl 10。在步骤Sl 10，存储相位输出211A的电平，并进入步骤Slll。在步骤S111，判别来自相位输出211B的前次处理的电平变化。另外，相位输出 211B的前次处理中的电平在后述的步骤S120进行存储。在当前的电平为“0”而不变化为前次的处理的情况(S111 0-0)下进入步骤S112，在电平从“0”变化为“1”的情况(S111 0 — 1)下进入步骤S114，在电平从“1”变化为“0”的情况(S111 1 — 0)下进入步骤S118， 在电平为“1”而不变化为前次的处理的情况(sill 1 — 1)下进入步骤S120。在步骤S112，判断是否为离键速度计数器的计数中，在为计数中的情况(S112: 是)下进入步骤S113，在不为计数中的情况(S112:否)下，进入步骤S120。在步骤S113， 使离键速度计数器的值增加，进入步骤S120。在步骤S114，判断是否为按键速度计数器的计数中，在为计数中的情况(S114: 是)下进入步骤S115，在不为计数中的情况(S114:否)下进入步骤S 120。在步骤S115， 停止按键速度计数器的计数，进入步骤S116。在步骤S116，根据按键速度计数器的计数值算出按键速度并进入步骤S117。在步骤S117，将含有按键速度信息的击键指示送出到音源，进入步骤S120。在步骤S118，将离键速度计数器的值归零并进入步骤S119。在步骤S119，开始离键速度计数器的计数并进入步骤S120。在步骤S120存储相位输出211B的电平并结束处理。在按键尚未进行而按键深度处于按键开始点PO时，相位输出211A及相位输出 211B的电平为“0”，由于既不是按键速度计数器的计数中也不是离键速度计数器的计数中，因而进行步骤S101、步骤S110、步骤S111、步骤S112、步骤S120的处理，只进行存储该时间点的相位输出的处理。由于即使开始按键，在按键深度达到第一按键深度P 1之前相位输出211A及相位输出211B的电平也不发生变化，因而重复进行同样的处理。在按键深度达到第一按键深度P 1时，相位输出211A的电平从“0”变化为“1”，因此，进行步骤S102、步骤S103的处理并开始按键速度的计数。在按键深度的计数中按键深度处于第一按键深度Pl和第二按键深度P2之间时，相位输出21IA的电平为“1”，因此，通过步骤S109的处理使按键速度计数器的值增加。在按键推进且按键深度达到第二按键深度P2时，相位输出211B的电平从“0”变化为“ 1 ”，因此，进行步骤Sl 14 步骤Sl 17的处理，停止按键速度计数，根据按键速度计数器的计数值算出按键速度，并向音源输出含有按键速度信息的击键指示。在按键深度超过第二按键深度P2时，相位输出21IA及相位输出21IB的电平为“ 1 ”，不是按键速度计数器及离键速度计数器的计数中，因此，通过步骤S101、步骤S110、步骤Slll及步骤S120只进行存储该时间点的相位输出的处理。在开始离键且按键深度达到第二按键深度P2时，相位输出211B的电平从“1”变化为“0”，因此，进行步骤S118、步骤S119的处理，并开始离键速度计数器的计数。在为离键速度计数器的计数中且按键深度处于第二按键深度P2和第一按键深度Pl之间时，由于相位输出211B的电平为“0”，因而通过步骤S113的处理使离键速度计数器的值增加。在离键推进且按键深度达到第一按键深度Pl时，相位输出211A的电平从“1”变化为“0”，因此，进行步骤S104 步骤S107的处理，停止离键速度计数，根据离键速度计数
14器的计数值算出离键速度，并向音源输出含有离键速度信息的释键指示。这样，根据本实施方式，电压平衡，检测施加有相位相反的交变信号的两个发送电极的边界通过接收电极附近而引起的急剧的相位变化，可检测正确的按键深度。当因温度、 机构精度的偏差等而使电极间隙变动时，虽然静电电容发生变化且带来检测电压的变动， 但是，若进行相位检测则不是在接收电极处所感应的信号的电压，而是检测所感应的信号的快速的相位变化，因此可以使检测电压的影响停留在最小限度。在使用现有的一个发送电极和一个接收电极的感应电压检测所实现的键操作检测方式中，需要用于求出模拟量的值的昂贵的A/D变换器等，而在本发明中，可使用简单的数字相位比较器用小规模的集成电路构成键操作检测装置。此外，在现有的感应电压检测所实现的键操作检测方式中，因温度、机构精度的偏差等引起的检测电压的变化对键操作速度的检测精度给予影响，但在本发明中，能在不受检测电压的变化的影响的情况下进行正确的键操作检测。此外，根据本实施方式，由于由多个键共用用于对发送电极赋予交变信号的一个信号产生电路201，并且，还由多个键共用用于判别在接收电极处所感应的交变信号的相位的逻辑集成电路112，因而可用简单的构成检测键操作速度。此外，根据本实施方式，由于在发送电极和接收电极之间设有间隙，因而不会对键的操作感给予影响。另外，当延长接收电极的音锤104的移动方向的长度时，接收电极通过两个发送电极的边界时在接收电极处所感应的信号的相位转变变缓。这是由于在接收电极处所感应的信号是按照与接收电极对置的各发送电极的面积的比率而确定的。因此，当延长接收电极的音锤104的移动方向的长度时，空间分辨力下降。另一方面，当延长接收电极的音锤 104的移动方向的长度时，在接收电极处所感应的信号的电平上升。做成何种程度的长度成为与键盘机构的精度的折衷。此外，在该实施方式中，由于在发送电极和接收电极之间设有间隙，因而不会对键的操作感给予影响，但是，也可以在发送电极和接收电极之间夹持电介质，即使缩短电极间的距离也能够防止两电极的接触。在该情况下，可考虑在两电极间夹持一个电介质，或者分别用电介质覆盖各电极的表面的构成，但不论哪种情况，都可能使电极边与电介质接触边移动或者电介质彼此边接触边移动，因此，为使对键的操作感给予的影响为最小限度而优选使用摩擦系数小的电介质。下面，说明本发明优选的第二实施方式。如钢琴这样的击弦乐器，其音量、音色取决于音锤击打弦的瞬间即音锤的最终速度，而在电子乐器的情况下，由于机构与钢琴不同， 因而电子乐器的音锤的最终速度有时与钢琴的音锤的最终速度不同。因此，在电子乐器中， 有时除键、音锤的最终速度之外还要检测初速度以控制发音。此外，在高速连击的情况下， 有时在键、音锤恢复到初始位置之前进行下一次的按键。因此，在使用现有的键开关的方式中，将键开关的触点设置三个以上以检测初始速度和最终速度双方。在第二实施方式中，将接收电极设为一个，将发送电极增加为四个，产生四相的交变信号，将邻接的发送电极间的相位差设为η /2弧度，由此在两个按键深度区间检测键的操作速度。在本实施方式中，如在后面参照图10进行详述的那样，使在接收电极处所感应的信号的相位跨三次地快速地按各η/2弧度进行变化。通过测定第一相位变化和第二相位变化的时间间隔，检测按键的初速度，通过测定第二相位变化和第三相位变化的时间间隔，检测按键的最终速度。在本实施方式中的接收电极通过邻接的两个接收电极的边界时，在接收电极处“1”的范围 η/2”弧度的范
所感应的电压如下。当设施加于两个发送电极的电压分别为sinon及coson、设被施加 coswt的电压的电极对接收电极的影响程度为a(0 < a < 1)时，则被施加sin ω t的电压的电极对接收电极的影响程度为(1-a)，将两发送电极的影响合成后的电压如式3所示。《数学式3》 φ ) …式3其中,φ如式4所示。《数学式4》
φ = arctan {a / (1-a))…式 4由于被施加COSWt的电压的电极对接收电极的影响程度a在“O’ 进行变化，因而如式4所示，在接收电极处所感应的电压的相位φ在“O”-围进行变化。图7表示影响程度a和相位φ的关系。此外，如式3所示，在接收电极处所感应的电压电平在“ 1” “(1/2) “ (1/2) ”内进行变化，但不变为“O”。这是由于，在第一实施方式中，施加于邻接的发送电极间的电压彼此反相，与之相对，在本实施方式中，为相差η/2弧度。这样，在本实施方式中，在接收电极处所感应的信号的振幅不会极端变小，具有可保全的长处。因此，能够更可靠地进行在接收电极处所感应的信号的相位的辨别。在图8中示出第二实施方式中的产生施加于发送电极的信号的信号产生电路、发送电极、接收电极及对在接收电极处所感应的信号进行处理的逻辑集成电路的内部构成。 在以下的说明中，对于与第一实施方式起相同作用的部件，标注同一附图标记而详细的说明从略。在图8(a)中示出音锤104的前端部106部分的侧面，在图8(b)中示出信号产生电路、发送电极、接收电极及对信号进行处理的逻辑集成电路。另外，在图8(b)中示出为了易于在左上方清楚发送电极、接收电极的关系而从前端部106的正面观察电极的图，即示出从图8(a)的左侧观察的图。在图8(c)中放大示出与发送电极连接的布线的局部。在音锤104的前端部106，与第一实施方式同样具备矩形的发送电极。但是，在第二实施方式中，设有四个发送电极，将发送电极801Α、发送电极801Β、发送电极801C及发送电极801D按该记载顺序沿音锤104的前端部106的移动方向从上方开始隔开规定的间隔进行绝缘固定。在速度检测基板110上与第一实施方式同样具备矩形的接收电极802。但是，在第二实施方式中，设有一个接收电极。信号产生电路803由正弦波振荡器804、余弦波振荡器805、平衡升压变压器806 及平衡升压变压器807构成。来自正弦波振荡器804及余弦波振荡器805的输出分别通过平衡升压变压器806及平衡升压变压器807而成为两相的高压交变信号。因此，从信号产生电路803产生相位按各π/2弧度相差开的四相的高压交变信号。另外，作为正弦波振荡器及余弦波振荡器公知有振荡相位相差η/2弧度的信号的四相振荡器(quadrature oscillator 正交振荡器)。正弦波振荡器804及余弦波振荡器805所产生的交变信号为
16同一电压及同一周期，此外，与两振荡器连接的平衡升压变压器806及平衡升压变压器807 的升压比也设定为相同，因此，四相的高压交变信号的电压及周期相同。从平衡升压变压器 806输出的两相的交变信号中，与正弦波振荡器804同相的波形(sin波)提供到发送电极 801A，与正弦波振荡器804反相的波形(-sin波)发送到发送电极801C。此外，从平衡升压变压器807输出的两相的交变信号中，与余弦波振荡器805同相的波形(cos波)提供到发送电极801B，与余弦波振荡器805反相的波形(-cos波)提供到发送电极801D。S卩，对发送电极801A施加sin波、对发送电极801B施加cos波、对发送电极801C施加-sin波、对发送电极801D施加-cos波。因此，使邻接的发送电极间的相位差成为π/2弧度(90度)。将从平衡升压变压器806向发送电极80IA及发送电极80IC提供交变信号的布线成对做成平行线或者双扭线电缆。通过布线的信号与第一实施方式同样彼此反相，因此，来自彼此抵消的布线的无用辐射得以降低。同样，将从平衡升压变压器807向发送电极801Β 及发送电极801D提供交变信号的布线也成对做成平行线或者双扭线电缆，以降低来自布线的无用辐射。若将布线做成屏蔽线，则可进一步降低无用辐射。另外，由于从两个平衡升压变压器输出的信号是相位各按η弧度偏移的四相，因而当将这些信号相加时彼此抵消。 因此，即使将从两个平衡升压变压器输出的四条布线汇总做成平行线或者双扭线电缆，也能够使彼此抵消而降低无用辐射。在图8(c)中放大示出连结发送电极和平衡升压变压器的布线中的发送电极附近部分。发送电极801Α连接有布线820Α、发送电极801Β连接有布线820Β、发送电极801C连接有布线820C、发送电极801D连接有布线820D。将被提供彼此反相的信号的布线820Α和布线820C做成接近的平行线，同样，将被提供彼此反相的信号的布线820Β和布线820D也做成接近的平行线，进而，在布线820C和布线820D之间设有接地电极821，接地电极821接地。通过这样的构成，会使来自布线的无用辐射降低。如图8(b)所示，将在接收电极802处所感应的交变信号输入到逻辑集成电路808 的电压比较器809的正侧输入端子。电压比较器809的负侧输入端子与第一实施方式的电压比较器同样地接地，电压比较器809将交变信号变换为逻辑电平而成为相位脉冲810。相位脉冲810提供到相位辨别器811的门电路812。相位辨别器811是检测连续的相位变化的装置，其包括门电路812、计数器813及寄存器814。除对门电路812给予相位脉冲810之外，还给予将来自正弦波振荡器804的信号用电平变换器209变换为逻辑电平的基准相位信号210及来自主时钟振荡器815的主时钟816。主时钟816的频率例如设定为40MHz (周期25ns)，门电路812在从相位脉冲810的上升沿至基准相位信号210的上升沿期间使主时钟816通过，而成为门电路输出817。将门电路输出817提供到计数器813。计数器813 对门电路输出817进行计数。计数器813在基准相位信号210的上升沿时将计数器813的计数值移至寄存器814。寄存器814保持计数器813的计数值直至将其作为相位输出从微处理器212读出为止。在图9中示出主时钟816、相位脉冲810、基准相位信号210及门电路输出817的关系。门电路输出817通过在从相位脉冲810的上升沿至基准相位信号210的上升沿期间使主时钟816通过而生成，相位脉冲810的相位越比基准相位信号210的相位超前则门电路输出817的脉冲数越增加。通过数出门电路输出817的脉冲数，可检测在接收电极802 处所感应的交变信号的相位。
在图10中以sin波的相位为基准相位示出在按键深度发生变化时接收电极802 处所感应的交变信号的相位。按键深度Pl表示接收电极802通过发送电极801A和发送电极80IB的边界的位置，按键深度P2表示接收电极802通过发送电极80IB和发送电极80IC 的边界的位置，按键深度P3表示接收电极802通过发送电极801C和发送电极801D的边界的位置。在按键待机中，施加于发送电极801A的信号sin ω t在接收电极802发生感应。此时检测的相位为“0”。在开始按键、按键深度达到Pl之前，所检测的相位一直为“0”。在按键推进且接收电极802通过发送电极801A和801B的边界时，从发送电极801A感应出的信号sin ω t快速减小，从发送电极801B感应出的信号cos ω t快速增加。此时检测到的相位从“0”快速变化为“ π /2弧度”。以后，同样检测到的相位在按键深度达到Ρ2之前为“ π /2 弧度”，在按键深度通过Ρ2时，从“ π /2弧度”变化为“ π弧度”，进而，在按键深度达到Ρ3 之前为“ η弧度”，在按键深度通过Ρ3时从“ π弧度”变化为“3 π /2弧度”。微处理器212与第一实施方式中的处理同样按每个规定时间来进行处理，通过基于相位输出测定相位进行η/2弧度变化的时间间隔来检测按键的速度。即，根据按键深度自Pl变化到按键深度Ρ2时的时间间隔可求出按键的初速度，根据按键深度自Ρ2变化到Ρ3 时的时间间隔可求出按键的最终速度。此外，还可根据按键的初速度和最终速度的平均来求出按键的平均速度。这些按键速度例如以下述的方式进行利用。在按键从初始位置开始的情况下，通过按键的平均速度控制发音，在通过连击使按键自按键深度Pl和按键深度Ρ2 之间开始的情况下，通过按键的最终速度控制发音。在图11中示出微处理器212的处理内容。实际上，多个键的处理分时进行，但在此为使说明简略而只对一个键进行解说。该处理按充分短的一定时间而反复起动。此外， 处理所使用的参数通过未图示的处理在电源接入时进行初始化。在该处理中，首先，读出存储于寄存器814的相位输出值，判别来自相位输出值的前次处理的变化(S201)。另外，前次处理中的相位值在后述的步骤S231中进行存储。在相位通过“η/4弧度”而增加的情况(S201:ji/4 —)下进入步骤S202，在相位通过“3 π/4 弧度”而增加的情况(S201 :3 π /4 —)下进入步骤S204，在相位通过“5 π /4弧度”而增加的情况(S201 :5 π /4 —)下进入步骤S210，在相位通过“5 π /4弧度”而减小的情况(S201 —5π/4)下进入步骤S219，在相位通过“3π/4弧度”而减小的情况(S201 :-3^/4)下进入步骤S221，在相位通过“ π/4弧度”而减小的情况(S201 ― π/4)下进入步骤S222， 在其他情况(S201 其他)下进入步骤S227。另外，在图11中，例如将“相位通过‘ π /4弧度’而增加的情况”表示为“ π /4 — ”， 将“相位通过‘η/4弧度’而减小的情况”记作“一π/4”。即，数值表示所通过的相位，在数值右边有“一”的情况下，表示增加，在数值左边有“一”的情况下表示减小。在步骤S201中在判别为相位通过π /4弧度而增加的情况(S201 Ji /4 —)下所执行的步骤S202中，将按键速度计数器的值归零并进入步骤S203。在步骤S203，开始按键速度计数器的计数，并进入步骤S231。在步骤S201中在判别为相位通过3 π /4弧度而增加的情况(S201 3 π /4 —)下所执行的步骤S204中，判断是否为按键速度计数器的计数中，在为计数中的情况(S204 是) 下进入步骤S205，在不为计数中的情况(S204 否)下进入步骤S206。在步骤S205，根据按键速度计数器的计数值算出按键的初速度并进行存储，进入步骤S206。在步骤S206，将按键速度计数器的计数值归零并进入步骤S207。在步骤S207，开始按键速度计数器的计数， 并进入步骤S208。在步骤S208，判断是否为离键速度计数器的计数中，在为计数中的情况 (S208 是)下进入步骤S209，在不为计数中的情况(S208 否)下进入步骤S231。在步骤 S209，对连击标志设定表示为连击处理中的情况的“ 1，，，并进入步骤S231。在步骤S201中在判别为相位通过5 π /4弧度而增加的情况(S201 5 π /4 —)下所执行的步骤S210中，判断是否为按键速度计数器的计数中，在为计数中的情况(S210 是) 下进入步骤S211，在不为计数中的情况(S210 否)下进入步骤S231。在步骤S211，停止按键速度计数器的计数并进入步骤S212。在步骤S212，根据按键速度计数器的计数值算出按键的最终速度，并进入步骤S213。在步骤S213，参照连击标志，在是表示不为连击处理中的 “0”的情况(S213 :“0”)下，进入步骤S214，在是表示为连击处理中的“1”的情况(S213 “1”)下，进入步骤S215。在步骤S214，以所预先存储的初速度和最终速度的平均为按键速度并进入步骤S218。在步骤S215，以最终速度为按键速度并进入步骤S216。在步骤S216， 向音源输出含有离键速度信息的释键指示，并进入步骤S217。另外，此时的离键速度信息的值为离键速度范围的中央值。在步骤S217，将连击标志归零并进入步骤S218。在步骤 S218，将含有在步骤S214或者步骤S215求出的按键速度信息的击键指示送出到音源，并进入步骤S231。在步骤S201中在判断为相位通过5 π /4弧度而减小的情况(S201 ― 5 π /4)下所执行的步骤S219中，将离键速度计数器的值归零并进入步骤S220。在步骤S220，开始离键速度计数器的计数，并进入步骤S231。在步骤S201中在判别为相位通过3 π /4弧度而减小的情况(S201 ― 3 π /4)下所执行的步骤S221中，停止按键速度计数器的计数并进入步骤S231。在步骤S201中在判别为相位通过π /4弧度而减小的情况(S201 π/4)下所执行的步骤S222中，判断是否为离键速度计数器的计数中，在为计数中的情况(S222 是) 下进入步骤S223，在不为计数中的情况(S222 否)下进入步骤S2^。在步骤S223，停止离键速度计数器并进入步骤S224。在步骤S2M，根据离键速度计数器的计数值算出离键速度并进入步骤S225。在步骤S225，将含有求出的离键速度信息的释键指示送出到音源，并进入步骤S2^。在步骤，将连击标志归零并进入步骤S231。在步骤S201中与任何条件都不相适合的情况(S201 其他)下所执行的步骤S227 中，判断是否为按键速度计数器的计数中，在为计数中的情况(S227 是)下进入步骤， 在不为计数中的情况(S227:否)下进入步骤S2^。在步骤，将按键速度计数器的值增加并进入步骤S2^。在步骤，判断是否为离键速度计数器的计数中，在为计数中的情况(S229 是)下进入步骤S230，在不为计数中的情况(S229 否)下进入步骤S231。在步骤S230，使离键速度计数器的值增加并进入步骤S231。最后，在步骤S231将当前的相位输出值存储并结束处理。在开始按键且按键深度通过Pl时，通过步骤S202及步骤S203的处理开始按键速度计数。接着，在按键深度通过P2之前的期间，通过步骤的处理使按键速度计数器的值增加。在按键深度通过P2时，通过步骤S204 S207的处理并根据按键速度计数器的值求出按键的初速度，再次开始按键速度计数。在按键深度通过P3之前的期间，通过步骤S228的处理使按键速度计数器的值增加。在按键深度通过P3时，通过步骤S210 S212的处理求出按键的最终速度。在按键深度按Pl — P2 — P3这一顺序变化的情况下，通过步骤 S213判断为不是连击，通过步骤S214以按键的初速度和最终速度的平均值为按键速度并通过步骤S218指示音源进行击键。在开始离键且按键深度通过P3时，通过步骤S219及步骤S220的处理开始离键速度计数。接着，在按键深度通过Pl之前的期间，通过步骤S230的处理使离键速度计数器的值增加。在按键深度通过Pl时，通过步骤S222 S225的处理并根据离键速度计数器的值求出离键速度，并指示音源进行释键。另外，由于离键操作与按键操作相比难以进行敏感的速度控制，因而包含于释键指示的离键速度信息基于按键深度自P3至Pl的经过时间求出。在进行离键且按键深度通过P2且在通过Pl之前再次按键的情况下，在按键深度通过P2时，通过步骤S208及S209的处理设定连击标志，在按键深度通过P3时，通过步骤 S213判断为连击，通过步骤S215的处理采用按键的最终速度作为按键速度。而且，在步骤 S216，对音源指示相对于发音中的音的释键后，在步骤S218对音源指示相对于新的按键的击键。另外，虽然在上述的处理中，微处理器212定期监视存储于寄存器814的相位输出值，检测规定的按键深度，但也可以是在存储于寄存器814的值通过与规定的按键深度相对应的值时，对微处理器212施加中断，使微处理器212根据该中断进行处理。在该情况下， 可在寄存器814存储三个值，停止在寄存器814中设定计数器813的值，取而代之而从微处理器212设定与按键深度P1、按键深度P2及按键深度P3相对应的值。进而，在计数器813 和寄存器814之间设置比较器818，在比较器818检测出计数器813的值超过设定于寄存器814中的任一值的情况时，对微处理器212施加中断。此时，比较器818保持表示计数器 813的值是在增加方向变化、还是在减小方向变化、此外计数器813的值是否超过与任一按键深度相对应的值的信息，微处理器212读出保存于比较器818的这些信息并适当地进行处理。这样，由于不需要使微处理器212定期监视相位输出的值，因而可减轻处理的负担。对本发明的第三实施方式进行说明。钢琴这样的击弦乐器，其音量、音色取决于音锤击打弦的瞬间即音锤的最终速度，而有时键的初速度、按键深度、按键后的按压(触后 (after touch))对发音有影响。此外，还希望想在电子合成器中将它们有效地反映到音色中而做出变化。在这样的情况下，优选不仅要检测音锤的最终速度，还要连续检测键的全行程的位置、速度。此外，在第一实施方式、第二实施方式中，测定键的操作速度的区间取决于发送电极的边界位置，在设计时将其固定。但是，有时因演奏曲目、演奏者的喜好而希望自由变更测定键的操作速度的区间。在第三实施方式中，可遍及键的全行程地检测其时间点的键按下深度。在第一实施方式、第二实施方式中，将发送电极间的边界在前端部106面内设置于与音锤104的移动方向相垂直的方向。在图12(a)、(b)中示出在第三实施方式中所使用的发送电极的基本结构。将发送电极1201设置于音锤104的前端部106，这与第一实施方式、第二实施方式相同，但是，在第三实施方式中，使发送电极间的边界相对于音锤的移动方向倾斜，在前端部106的正面看，将由楔形的铜箔形成的发送电极1201A、1201B设置于音锤104的前端部 106。即，使一方的发送电极的宽度相对于音锤104的移动方向逐渐增大，使与该发送电极邻接的另一方的发送电极的宽度相反地相对于音锤104的移动方向逐渐减小。
在上述的构成中，当向发送电极1201A施加正弦波的交变电压，向1201B施加余弦波的交变电压，且接收电极802在各发送电极1201A、1201B的附近进行相对移动时，在接收电极802处所感应的信号的相位连续地进行π/2弧度(90度)的变化。在图13中示出在第三实施方式中设发送电极的数目为4、与发送电极的数目为2 的情况相比较将相位的变化量放大为3倍的情况下的产生对发送电极施加的信号的信号产生电路、发送电极及接收电极。在以下的说明中，对于与此前已进行了说明的第一实施方式或者第二实施方式相同作用的部件，省略其详细的说明。在图13(a)中示出从音锤104的侧面观察音锤的前端部106和发送电极1301及接收电极802的图，在图13(b)中示出从音锤104的正面观察发送电极1301及接收电极802的图。接收电极802与第一实施方式、第二实施方式同样水平固定于键盘基部的速度检测基板。发送电极1301由发送电极1301Α、 发送电极1301Β、发送电极1301C及发送电极1301D构成，邻接的发送电极间的边界相对于音锤的移动方向倾斜。在发送电极1301的最上部只存在发送电极1301Α，随着音锤104向下，发送电极1301Α的宽度逐渐减小，相反，发送电极1301Β的宽度逐渐增大。在从发送电极1301Α间断的位置向下，发送电极1301Β的宽度逐渐减小，相反，发送电极1301C的宽度逐渐增大。在从发送电极1301Β间断的位置向下，发送电极1301C的宽度逐渐减小，相反， 发送电极1301D的宽度逐渐增大。图12所示的电极为楔形，而图13所示的发送电极1301Α 及发送电极1301D在前端部106的正面看为楔形，发送电极1301Β及发送电极1301C在前端部106的正面看为梯形。随着音锤的前端部106的上下移动，接收电极802受到发送电极1301Α 发送电极1301D分别产生的电场的影响。信号产生电路与第二实施方式所示的同样，产生四相的交变信号。而且，向发送电极1301Α施加sin波，向发送电极1301Β施加cos波，向发送电极1301C施加-sin波，向发送电极1301D施加-cos波。在图14中以sin波的相位为基准相位示出施加于各发送电极的信号、按键深度发生变化时接收电极802处所感应的交变信号的相位。在图14的最下段，横轴表示按键深度， 纵轴表示在接收电极802处所感应的交变信号的相位。图14所示的a(0<a< 1)表示接收电极802处于与发送电极1301B对置的位置时的、发送电极1301B对接收电极802的影响程度。此时，将发送电极1301A对接收电极 802的影响程度表示为“1-a”。随着接收电极802向图的右侧移动，与接收电极802对置的发送电极1301A的宽度减小，而发送电极1301B的宽度增大。此时，在接收电极802处所感应的电压及相位根据上述的式3、式4而变化。在图14的最下段示出相位变化的情况。在接收电极802处于按键开始点PO的位置时，接收电极802受仅发送电极1301A 的影响而感应出sincot的电压。随着前端部106向上侧移动、接收电极802相对地向图 14 (图13中的音锤104的正面侧滚视)的右侧移动，与接收电极802对置的发送电极1301A 的宽度减小，相反，发送电极1301B的宽度增大。其结果是，sin ω t的影响减小，相反cos ω t 的影响增大，在接收电极802处所感应的相位逐渐前进。在接收电极802来到发送电极 1301A间断的位置时，在接收电极802感应出cos cot电压，与基准相位sin ω t相比相位前进“ η /2弧度”。当接收电极802进一步向右侧移动时，这次与接收电极802对置的发送电极1301Β的宽度减小，发送电极1301C的宽度增大。伴随于此，相位与sincot相比从“ π /2 弧度”变化至“η弧度”。同样，在接收电极802到达右端之前的期间，相位从“π弧度”变化至“3 π/2弧度”。在第三实施方式中，计测通过预先任意设定的按键深度Ρ1、按键深度Ρ2及按键深度Ρ3的时间间隔，与第二实施方式同样地求出键的操作速度。按键深度Ρ1、按键深度Ρ2及按键深度Ρ3可根据演奏者的喜好进行变更。此外，在第三实施方式中，连续检测按键的深度以利用于所发音的音色的修饰。另外，在图7中两个发送电极对接收电极的影响程度和所检测的相位的关系成曲线状，与此相对，在图14中两者的关系成直线状，而通过校正发送电极的形状或者参照预先计算的表来校正检测出的相位，从而可将两者的关系做成直线状。此外，对在接收电极处所感应的信号进行处理并进行相位辨别的电路由于可使用与图8所示的电路同样的电路， 因而省略说明。图15表示微处理器212的处理内容。实际上多个键的处理分时进行，但是在此为了使说明简略而只对一个键进行解说。该处理按充分短的一定时间而反复起动。此外，处理所使用的参数通过未图示的处理在电源接入时进行初始化。如图15所示的处理与如图11所示的第二实施方式中的处理大致相同，因而只对不同之处进行说明。在步骤S301，读入存储于寄存器814的相位输出值，判别相位输出值的从前次处理的变化。此时，在图11的步骤S201中将当前的相位值与固定相位值进行比较，而在图15 所示的处理中，不同之处在于将当前的相位值与任意设定的相位值进行比较。比较对象的相位值根据演奏者指定的按键深度Ρ1、按键深度Ρ2及按键深度Ρ3并通过未图示的其他处理进行预先设定。在图15中，将比较对象的相位值记作“Ρ1”、“Ρ2”及“Ρ3”。此外，在图15所示的处理中，与图11所示的处理相比较，不同之处在于，步骤S332 追加于处理的末尾。在步骤S332，基于示于图14的下部的按键深度和相位值的关系，将当前的相位值换算为按键深度并将表示按键深度的信息送出到音源。在音源中，基于表示按键深度的信息对发音中的音色进行修饰。在本实施方式中，由于微处理器212遍及按键的全行程地连续监视所检测的相位值，因而不仅可将键的操作速度而且还可将按键的深度特别是发音开始后的按键深度即 Ρ3 Ρ4的最深部(触后)的位置连续地送出到音源。对本发明的第四实施方式进行说明。在第一实施方式、第二实施方式中所示的装置中，将矩形的多个发送电极沿音锤的移动方向隔开规定的间隔进行配置，在发送电极间的边界的位置，在接收电极处所感应的信号的相位发生急剧变化。在第一及第二实施方式的方式中，提高了局部空间精度并根据所固定的边界间的通过时间来正确计算出键的操作速度。与此相对，在第三实施方式所示的装置中，将发送电极的形状做成楔形或者梯形， 并以使发送电极的边界相对于音锤的移动方向倾斜的方式配置发送电极，在接收电极处所感应的信号的相位遍及按键的全行程地连续变化。在第三实施方式的方式中，可稍微牺牲局部分辨力来连续地检测按键的深度。在第四实施方式中，同时实现了上述两个方式的长处。在第四实施方式中，如图16 所示，将楔形、梯形、矩形的发送电极进行适当组合，使发送电极间的边界在前端部106面内相对于音锤104的移动方向倾斜或者将其设在垂直方向。
图16表示第四实施方式中的发送电极、接收电极及信号产生电路。发送电极1601 由楔形的发送电极1601A、梯形的发送电极1601B、楔形的发送电极1601C、发送电极1601D、 发送电极1601E、发送电极1601F及发送电极1601G构成。发送电极1601A和发送电极1601B 之间的边界、发送电极1601B和发送电极1601C的边界、发送电极1601D和发送电极1601E 的边界及发送电极1601F和发送电极1601G的边界相对于音锤的前端部106的移动方向倾斜。此外，发送电极1601C和发送电极1601D之间的边界及发送电极1601E和发送电极 1601F的边界相对于音锤的前端部106的移动方向成为垂直方向。在发送电极1601的最上部只存在发送电极1601A，随着音锤104向下下降，发送电极1601A的宽度逐渐减小，相反， 发送电极1601B的宽度逐渐增大。在从发送电极1601A间断的位置向下，发送电极1601B 的宽度逐渐减小，相反，发送电极1601C的宽度逐渐增大。以下同样，发送电极的宽度进行连续变化。按顺序在发送电极1601C之下将发送电极1601D隔开规定的间隔水平配置，在发送电极1601E之下将发送电极1601F隔开规定的间隔水平配置。在图17中以sin波的相位为基准相位示出施加于各发送电极的信号、按键深度发生变化时接收电极802处所感应的交变信号的相位。对发送电极1601A施加sin on、 对发送电极1601B施加coscot、对发送电极1601C施加-sincot、对发送电极1601D施加-cos cot、对发送电极1601E施加sin cot、对发送电极1601F施加cos cot、对发送电极 1601G施加-sincot。将发送电极1601C和发送电极1601D之间的边界设为按键深度P2， 将发送电极1601E和发送电极1601F之间的边界设为按键深度P3。在自按键开始位置PO 至按键深度P2之间，所感应的信号的相位连续变化，在按键深度P2前后所感应的信号的相位急剧变化，在自按键深度P2至按键深度P3之间所感应的信号的相位连续变化，在按键深度P3前后所感应的信号的相位急剧变化，在比按键深度P3深的按键深度所感应的信号的相位连续变化。正确的按键速度通过相位快速转变的按键深度P2和按键深度P3之间的时间间隔进行测定。处理的详情及流程图以上述的实施方式为准，因而从略。另外，虽然在上述实施方式中，将施加于多个发送电极的交变信号设为两相或者四相，但是也可以设为使发送电极间的相位差为2 π /3弧度的三相。当三相的交变信号也相加时，由于彼此抵消因而可降低无用辐射。此外，虽然在上述实施方式中，将发送电极设置于随着按键而动作的部件即音锤，将接收电极设于键盘机构的基部，但是如果两电极的对置的面积随着按键而变化，则也可以为有别于上述构成的构成。例如，作为随着按键而动作的部件除音锤之外也可以是键本身。或者如图18所示，也可以将发送电极和接收电极进行调换，将发送电极1801设于键盘基部108，将接收电极1802设于随键101的按键而动作的部件1803。将搭载有信号产生电路201及逻辑集成电路112的速度检测基盘设于键盘基部108。在此，发送电极1801由发送电极1801Α、发送电极1801Β、发送电极1801C和发送电极1801D构成。此外，接收电极1802以与发送电极对置的方式配置于随着按键而动作的部件1803的前端部。另外，由于接收电极1802随着按键的移动路径为曲线，因而优选以发送电极1801和接收电极1802之间的最短距离不取决于按键深度而是成为恒定的方式使发送电极1801沿着接收电极1802的移动曲线进行弯曲。根据图18的构成，由于可缩短自设于键盘基部的信号产生电路至发送电极1801的距离，因而可降低来自布线的无用辐射。此外，在发送电极1801和接收电极1802上，由于对于随着其按键而动作的部件的移动方向的长度，接收电极1802比发送电极1801要小，因而如图18所示，在将接收电极1802设于随着按键而动作的部件的情况下，可使键盘机构小型化。另外，图18表示楔形或者梯形的发送电极1801，但是还可以将发送电极1801的形状做成如图1、图8所示的那样的矩形。在该情况下，不是将发送电极1801分别独立地设于各键，而是将发送电极1801在键的排列方向作为跨多个键的长度做成由多个键共用的发送电极1801。在该情况下，虽然通过使发送电极1801在键的排列方向伸长，从而会成为来自发送电极1801的无用辐射增加的主要原因， 但由于施加于多个发送电极1801的交变信号为相加时相抵消的相位差，因此，来自发送电极1801的无用辐射是不会成为问题的值。另外，由于将接收电极1802设于键侧，使从接收电极1802至速度检测基板的布线伸长，因此，优选对该布线施加由地线夹持的屏蔽体以防止来自周边空间的干扰电波影响该布线。
权利要求
1.一种电子乐器的键操作检测装置，对键的操作位置进行检测，其特征在于，具备接收电极，其与多个键的各键相对应地分别设置有一个或者多个；两个以上的发送电极，其与所述接收电极对置配置；键盘机构，其通过所对应的键的按键操作，使所述接收电极和所述发送电极的至少任一方移动，并根据该移动使所述接收电极与发送电极之间的静电电容发生变化；信号产生电路，其被设置成由多个键共用，产生周期相同且相位互不相同的多个交变信号，以至少对邻接的所述发送电极提供不同相位的交变信号的方式，从所述多个交变信号中向所述发送电极的每一个提供一个交变信号，并且，产生与该交变信号相同周期的基准相位信号；以及信号处理电路，其被设置成由多个键共用，并被提供在该多个键的各键设置的所述接收电极处所感应的交变信号和所述基准相位信号，通过基于所述基准相位信号对每个键辨别在接收电极处所感应的交变信号的相位，从而检测该键的操作位置。
2.根据权利要求1所述的电子乐器的键操作检测装置，其特征在于，所述信号处理电路基于所检测的键的操作位置的随时间变化，检测该键的操作速度。
3.根据权利要求2所述的电子乐器的键操作检测装置，其特征在于，所述信号处理电路基于所述键的操作位置的检测，计测键从第一操作位置起到通过第二操作位置的时间间隔，由此，检测该键的操作速度。
4.根据权利要求2所述的电子乐器的键操作检测装置，其特征在于，所述接收电极与各键对应地设置有多个，所述发送电极设置有两个，所述信号产生电路以使提供到一方的所述发送电极的交变信号和提供到另一方的所述发送电极的交变信号的相位相互相差η弧度的方式，分别向所述两个发送电极提供交变信号，所述信号处理电路基于从在设置于各键的一个接收电极处所感应的交变信号产生相位反转起到在其他接收电极处所感应的交变信号产生相位反转的时间间隔，检测键的操作速度。
5.根据权利要求2所述的电子乐器的键操作检测装置，其特征在于，所述接收电极与各键相对应地设置有一个，所述发送电极设置有多个，所述信号处理电路基于从在各键的接收电极处所感应的所述交变信号的相位成为第一相位起到成为第二相位的时间间隔，检测键的操作速度。
6.根据权利要求5所述的电子乐器的键操作检测装置，其特征在于，所述发送电极按如下方式配设在所述键至少在规定区间内被按键的情况下，相对于所述接收电极同时对置多个发送电极，并且，随着所述键的操作位置发生变化，与所述接收电极对置的各发送电极的比例发生变化。
7.根据权利要求6所述的电子乐器的键操作检测装置，其特征在于，所述键操作检测装置构成为用于利用所述信号处理电路检测所述键的操作速度的所述第一相位及所述第二相位的至少一方能通过操作者进行变更。
8.根据权利要求1所述的电子乐器的键操作检测装置，其特征在于，在所述接收电极和所述发送电极之间设置有规定的间隙。
9.根据权利要求1所述的电子乐器的键操作检测装置，其特征在于，所述信号产生电路以在所述接收电极处所感应的交变信号的电压成为能在所述信号处理电路进行处理的电平的方式，将电压高于所述基准相位信号的交变信号提供到所述发送电极。
10.根据权利要求1所述的电子乐器的键操作检测装置，其特征在于，所述发送电极、 所述接收电极的任一方或者双方由绝缘膜覆盖。
11.根据权利要求1所述的电子乐器的键操作检测装置，其特征在于，将在所述信号产生电路产生的多个交变信号提供到所述发送电极的布线使相位相互相差JI弧度的交变信号成对地通过平行线或者双扭线电缆提供到所述发送电极。
12.根据权利要求1所述的电子乐器的键操作检测装置，其特征在于，由所述信号产生电路产生的多个交变信号的相位被设定为在相加该多个交变信号时使交变信号抵消的相位，并且，通过使将该多个交变信号提供到所述发送电极的布线成为平行线、双扭线电缆或者用屏蔽体覆盖这些线的屏蔽线，从而抵消来自该布线的无用辐射。
13.根据权利要求1所述的电子乐器的键操作检测装置，其特征在于，在所述键或者与该键连动的部件设置有所述发送电极，并且，在所述键盘机构的基部设置有所述接收电极和所述信号处理电路。
14.根据权利要求1所述的电子乐器的键操作检测装置，其特征在于，在所述键或者与该键连动的部件设置有所述接收电极，并且，在所述键盘机构的基部设置有所述发送电极和所述信号产生电路。
15.根据权利要求1所述的电子乐器的键操作检测装置，其特征在于，对将在所述接收电极处所感应的交变信号提供到所述信号处理电路的布线施加由地线夹持的屏蔽体。
全文摘要
本发明涉及电子乐器的键操作检测装置。本发明提供一种通过简单的构成来精度好地检测键的操作位置的装置。将相位互不相同的多个交变信号提供到发送电极(109A、109B)，并且通过按键操作而使接收电极(111A、111B)和发送电极(109A、109B)之间的静电电容发生变化，对在接收电极(111A、111B)处所感应的交变信号的相位进行比较、辨别。
文档编号G10H1/34GK102163425SQ20101058665
公开日2011年8月24日 申请日期2010年12月9日 优先权日2009年12月9日
发明者菊本忠男 申请人:罗兰株式会社