[发明专利]设有能覆盖宽检测范围的光束发生器的位置传感器

说明书

本发明涉及一种用于把物体的位置转换成电信号的位置传感器，更确切地说，涉及一种带有光束发生器的位置传感器，所述的光束发生器可覆盖较宽的检测范围。

在美国专利5374775中公开了一种与键式乐器例如无声钢琴相结合的位置传感器。无声钢琴是在有声钢琴的基础上制造的，在无声钢琴中把音锤限制器、位置传感器、数据处理单元、音调发生器和耳机结合在一起。

当把音锤限制器移到使音锤限制器不能阻止音锤运动的自由位置时，无声钢琴具有与标准有声钢琴相似的效果，而且钢琴演奏者能够在无声钢琴上演奏出有声的乐曲。

另一方面，如果将音锤限制器变为使音锤在敲击琴弦之前从音锤限制器上弹回的阻挡位置，那么无声钢琴就成为键式电子乐器。位置传感器监视琴键/音锤，并把琴键/音锤的位置信息段传送到数据处理单元。数据处理单元以实时的方式处理位置信息并产生代表琴键/音锤运动的音乐数据码。把音乐数据码传送到音调发生器音调发生器把音乐数据码处理成声音信号。声音信号传送到耳机，使演奏者听到电子声响而不是通常的音响。

数据处理单元不仅要精确测定压下的琴键而且还要确定产生电声的时间和音锤在与其相关的琴弦附近的速度。钢琴声的音量与音锤速度成正比，而且数据处理单元根据音锤速度确定电声的音量。    

一个对无声钢琴有效的位置传感器的典型实例是通过闸板和遮光器来实现的。在闸板上形成有一个窗口，且该闸板装在琴键的下表面上。另一方面，遮光器发射横穿阐板轨道的光束，而且阐板将光束遮断两次。在使阐板沿轨道运动的同时，引导缘第一次将光束遮断，然后，光束通过窗口，对窗口起限定作用的内边缘再次将光束遮断。遮光器改变与光强度有关的光电流量和琴键位置信号的能级(potential level)。在第一次光遮断和第二次光遮断时，遮光器把琴键位置信号变为低能级，而且数据处理单元根据琴键速度测定音锤速度，琴键速度是通过用从第一次光遮断到第二次光遮断的时间除引导缘和内边缘之间的距离算出的。

然而，由于琴键运动通常是沿相当复杂的轨道运行的，所以不可能精确表示两次光遮断的复杂轨道。为了使电声的音响与通过相同琴键运动产生的钢琴声的音响相匹配，可以增加遮光器；然而，这种解决办法将会增加生产成本。

美国专利5001339号公开了一种适用于有声钢琴的光电传感装置。按照该美国专利，对于有声钢琴的一个键来说，由信号发送器(flag)和遮光器共同形成已有技术的光电传感装置。将信号发送器安装到琴键的下表面上，使其绕一个轴转动。遮光器发射穿过信号发送器轨道的光束，信号发送器呈斜角形，该斜角形能够线性改变与其角位置有关的光束的光量。微处理器检出用光量表示的琴键位置数字信号，并确定目前的琴键位置。因此，已有的光电传感装置产生琴键位置信号，该信号根据目前琴键位置连续改变值。

在未审查的申请，日本专利公开号6-138870和6-149233中公开了另一种已有的位置传感器。该已有的位置传感器适用于有声钢琴的踏板。把一个板状半透明尺和一个光学读出头结合在位置传感器中，所述的板状半透明尺上印有亮度不连续变化的图案。把半透明尺装到有声钢琴的踏板上，使其与踏板一起运动。另一方面，光学读出头是静止的，它可光学读取亮度。当琴键和半透明尺一起运动时，从半透明尺上读出的光学亮度是变化的，由此光学读出头可产生代表踏板当前位置的踏板位置信号。

日本专利公开中的未审查申请4-75096公开了另一种适合于有声钢琴的已有的位置传感器。这种已有的位置传感器包括设在琴键下面的光反射器和装到下表面上的反射表面，光反射器向反射表面发射光束。当琴键运动时，反射光的强度会发生变化，光反射器将连续改变琴键位置信号。

然而，这些已有的位置传感器存在以下问题。

首先，美国专利中公开的已有光电传感装置存在检测范围窄的问题。信号发送器线性地改变投射到遮光器的光检测元件上的光量，微处理器根据投射的光量来确定目前的琴键位置。因此，检测范围是由光束确定。然而，市售的遮光器所能发射的光束太窄，以致于难以覆盖有声钢琴琴键的移动量。所以，已有的光电传感装置需要采取一些措施来达到较宽的检测范围。但是，目前大多数遮光器形成的光束具有圆形截面，而要实现琴键位置和投射光量之间的线性关系则希望制造商向信号发送器提供精确的具有斜角形截面的光束。这样的精确加工既费时又增加了生产成本。