具有光学调制器的光学变换器和使用光学变换器的乐器

摘要

一种光学变换器包括由柄凸缘轨支撑的光电转换器(OPS)和分别固连到自动演奏钢琴的音锤的光学调制器(1)；由于颈部(1c)使光调制图案(1e)比粘接到音锤柄(57a)侧表面的凸出部(1b)更加靠近每个音锤(50)的旋转轴，因此光调制图案(1e)在旋转轴(53b)附近的较窄空间内旋转，从而允许光电转换器(OPS)监测静止位置和末端位置之间的音锤动作而不与其它部件干涉，并且在工人将音锤(50)抬起到相邻音锤之上的条件下，可以容易地将凸出部(1b)粘接到侧表面上。

说明书

技术领域

本申请涉及一种光学变换器，更具体地说是涉及一种具有光耦合器和相对于光耦合器移动的光学调制器的光学变换器以及装配有这种光学变换器的乐器。

背景技术

混和乐器在音乐市场上已有出售。混合乐器是在声学乐器的基础上制成的，并且电子乐音产生系统或电动乐音产生系统加设于该混合乐器之中。自动演奏钢琴是这种混合乐器的典型例子。自动演奏钢琴是在声学钢琴的基础上制成的，电子乐音产生系统安装于该声学钢琴中用于回放。

电子乐音产生系统包括一组螺线管操作的琴键致动器、一控制器和一些光学变换器。这组螺线管操作的琴键致动器设置于键床与键盘之间的空间内，并且分别与黑/白琴键相关联的螺线管操作的琴键致动器选择性地由驱动脉冲信号供给能量。当使用者希望通过自动演奏钢琴欣赏一段音乐时，他或她就可以命令控制器随音乐通道(along the music passage)再现乐音。于是，控制器访问数据存储器，并依序取出音乐数据编码。控制器确定将要产生的乐音以及每个螺线管操作的琴键致动器使琴键动作发生的时间。当该时间来临时，控制器将驱动脉冲信号提供给螺线管操作的琴键致动器。于是，相关联的琴键由构成螺线管操作的琴键致动器一个零件的活塞驱动产生琴键动作，并且琴弦由音锤敲击以通过其振动产生乐音。

所说的音乐数据编码组可以从软盘装载到控制器中。另一个使用者则可能希望通过他或她在键盘上的弹奏来预备一组音乐数据编码。光学变换器中的一个设置于键床和键盘之间的空间内，将键盘的动作报告给控制器。另一个光学变换器设置于音锤和琴弦之间的空间内，将音锤的动作报告给控制器。控制器分析琴键动作和音锤动作以得到代表通过琴弦振动所产生乐音的音乐数据段，并且这些音乐数据段以音乐数据编码的形式被存储起来。因此，这些光学变换器是电子乐音产生系统的组成零件。

在日本专利申请公开2002-175070中公开了一种典型的光学变换器。在下文中，该日本专利申请公开中公开的这种现有技术光学变换器被称作“第一现有技术光学变换器”。这种第一现有技术光学变换器包括光耦合器即光发射元件和光检测元件以及闸板，并且被用作音锤传感器。光耦合器安装在音锤传感器倾斜机构的引导末端部分，该音锤传感器倾斜机构又在相对末端部分固定到音锤柄尾部。另一方面，闸板被“连接到音锤柄的上表面”。这意味着闸板从音锤柄的上表面向上伸出。在该日本专利申请公开的图2中闸板看起来好像与音锤柄的中心线垂直。分配给闸板的区域与音锤柄的旋转轴间隔开。在闸板上形成有窗口。当工人转动倾斜螺母时，引导末端部分被弯曲，并且相应地，光耦合器在闸板上被倾斜。因此，光耦合器通过音锤传感器倾斜机构而相对于闸板移动，并且光耦合器和闸板之间的相对位置得到最优化。

光耦合器发射出光束穿过闸板的轨道。当音锤被驱动绕音锤柄凸缘旋转时，闸板同样也旋转，并且越来越靠近光束。光束与闸板相交，其后，窗口允许光线穿过其中，并且该光线与闸板再次相交。因此，光线两次与闸板相交，并且相应地，光线在紧接敲击琴弦之前的一个较窄范围内被调制。

另一种现有技术的光学变换器公开在与日本专利申请2000-351192对应的日本专利申请公开2002-156967中。美国序号为10/002,262的申请是在该日本专利申请的基础上提出的，并且该美国专利申请已经被授权为美国专利6,515,213B2。其中公开的这种现有技术光学变换器在下文中被称作“第二现有技术光学变换器”。这种第二现有技术光学变换器包括一光过滤板、一光发射端口、一光接收端口、一些光纤以及一具有光发射/光检测元件的组合光装置。该组合光装置通过光纤连接到光发射端口和光接收端口，并且光发射端口和光接收端口设置于音锤组件的两侧。音锤组件包括安装到柄凸缘轨的音锤柄凸缘、通过销可旋转地连接到音锤柄凸缘的音锤柄以及安装到音锤柄引导末端的音锤头部。光过滤器板具有扇形部分，在此处遮光图案被印刷到该光过滤器板上。遮光图案由多根不透明弧形成。光过滤器板以这种方式粘接到音锤柄的侧表面，从而音锤柄的旋转轴与扇形部分的中心对齐，并且光发射端口和光接收端口设置在遮光图案的两侧。因此，光束穿过光发射端口和光接收端口之间的光过滤器板。当音锤被驱动旋转时，光过滤器板乃至相应地遮光图案也同样绕音锤柄的旋转轴旋转。因此，入射到光接收端口的光线由光过滤器板根据音锤旋转的角度进行调制。

尽管第一种现有技术光变换器在工人容易地将闸板连接到音锤柄上表面方面是有利的，但是光线仅在琴弦被敲击之前的一个较窄范围内被调制。如果闸板比第一种现有技术光学变换器的闸板长，则该范围被加宽。然而，较长的闸板在音锤敲击时较宽地伸出于光耦合器之上。为了允许较长的闸板伸出，就需要较宽的空闲空间来容纳较长的闸板。在声学钢琴中，琴弦靠近音锤伸展，并且音锤柄和琴弦之间的空间太狭窄而不能允许较长的闸板伸出到光耦合器之上。

另一方面，第二种现有技术的光学变换器在这方面是有利的：从音锤静止位置(rest position)到琴弦敲击，光线由光过滤器板利用光过滤器的位置进行调制。然而，第二种光学变换器在装配工作中会遇到一个问题。在制造工厂中，在装配到音锤柄凸缘之前将光过滤器粘接到单个音锤柄上是不难的。使用者有时会请求制造商将声学钢琴翻新为自动演奏钢琴。于是，制造商将工人送到使用者家中，由工人在使用者家中将乐音产生系统安装到声学钢琴上。工人将螺线管操作的琴键致动器组连接到黑/白琴键后部下方的键床上，并且将控制器连接到螺线管操作的琴键致动器。工人再将光过滤板分别粘接到音锤柄上，并且将光发射端口和光接收端口固定到柄凸缘轨。然而，不将音锤从柄凸缘轨拆下是不可能将光过滤器板粘接到音锤柄上的，因为音锤柄是紧密排列的。工人可以将音锤中的一个从静止位置旋转出来。于是，音锤柄的侧表面暴露出来。尽管音锤柄的引导末端部分与剩余的音锤柄较宽地间隔开，但是音锤的旋转轴与相邻音锤的旋转轴对齐，并且音锤柄的另一末端部分仍然部分地与相邻音锤柄重叠。将光过滤器粘接到音锤柄的另一末端部分使工人感到十分困难。为此，工人将音锤从柄凸缘轨拆下，并且在将光过滤器粘接到音锤的另一末端部分以后再将它们装配到柄凸缘轨。因此，翻新工作是复杂且耗时的。

可以理解，在翻新工作的容易度和可检测范围之间有一个权衡。为得到其它的光学变换器申请人检索了数据库。然而，申请人没有发现任何满足上述要求的现有技术光学变换器。下面是申请人注意到的相关技术。

又另一种现有技术的光学变换器公开在Muramatsu等人的美国专利6,403,872中。尽管在该美国专利中公开了各种变换器，但仅仅在该美国专利的图4、10、12和13中示出的现有技术变换器归类于光学变换器。在该美国专利的图4、10和12中示出的现有技术变换器是如下类型的：它将音锤柄上的反射光转换成光电流，并且其中既没有包含闸板也没有包含光过滤器。该美国专利的图13中示出的现有技术光学变换器包括光反射脉冲传感器和光标。光标被连接到音锤柄的上表面，并且交替形成有光反射条和光吸收条。光反射脉冲传感器计算光反射条上的反射光数量，并且控制器确定音锤旋转的角度。光线没有经过光标调制，并且光标被连接到音锤柄的上表面。在该美国专利中公开的所有变换器都不需要任何的光过滤器或光学调制器。换句话说，该美国专利中公开的现有技术光学变换器在原理上不同于第一种和第二种现有技术光学变换器。

又一种现有技术的变换器公开在Stahnke的美国专利中。一小板从音锤柄伸出，并且一装置图示于该小板之上。该小板和装置也许组成了变换器。然而，Stahnke没有给出任何关于小板和相关装置的清楚描述。即使该小板和装置组成了光学变换器，该光学变换器也应归类到第一种现有技术光学变换器中。

又一种光学变换器公开在Miller的美国专利5,237,123中。这种现有技术的光学变换器包括传感器组件和鳍形变换器25。该传感器组件由传感器尾部支撑，并且是稳定的。另一方面鳍形变换器连接到音锤柄的引导末端部分，并且从音锤柄伸出。该鳍形变换器从音锤柄朝着传感器组件弯曲，并且其曲率半径似乎与用于连接鳍形变换器的引导末端部分的曲率半径相等。尽管可检测的范围被加宽了，但是这种现有技术的变换器还是被归类到第一种光学变换器中。

又一种光学变换器公开在Starkey等人的美国专利5,001,339中。这种现有技术的光学变换器包括一致动器或指示器(flag)和一传感器插件(asensor package)。在传感器插件中产生的光束逐渐地与指示器相交，并且光量在传感器插件中被转换成光电流。这种现有技术的光学变换器被放置在琴键下方(见该美国专利的图7)，并且指示器的引导末端部分通过螺旋弹簧与琴键下表面保持接触。当钢琴手压下琴键时，该被压下的琴键导致指示器旋转，并且光束逐渐与指示器相交。该指示器没有固定在琴键上，并且琴键和指示器不需要任何装配工作。在该美国专利中公开的这种现有技术光学变换器不同于第一种和第二种现有技术光学变换器。

发明内容

因此本发明的一个重要目的是提供一种光学变换器，它紧凑、装配容易并且可检测范围较宽。

本发明还有一个重要目的是提供一种安装有这种光学变换器的乐器。

本发明的发明人思考了翻新工作容易度和可检测范围之间的权衡。本发明人不认为将光学调制器与音锤旋转轴同心地固定到音锤柄上是不可避免的。即使光线由旋转轴附近的光学调制器调制，也还是有可能将光学调制器连接到音锤柄的与旋转轴较宽地隔开的某个部分。

为实现所说目的，本发明提出赋予调制部分和连接部分从移动物体轨道瞬时中心的不同曲率半径值。

根据本发明的一个方面，提供了一种产生代表移动物体当前状况的电信号的光学变换器，所述移动物体具有各自的表面，所述表面在静止位置时相互重叠，并且所述移动物体在各自的轨道上移动，每个所述轨道都具有瞬时中心，并且光学调制器包括发射出光线并且将入射光线转换成所述电信号的光电转换器以及光学调制器，所述光学调制器包括各自的连接部分和光调制部分，所述连接部分分别固定到所述移动物体的所述表面，所述光调制部分比所述连接部分更加接近瞬时中心，并且调制所述光线从而将代表所述当前状况的所述入射光线提供给所述光电转换器。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于产生乐音的乐器，包括被独立地致动以规定将要产生的乐音的多个系列的部件以及乐音产生系统，该乐音产生系统与所述多个系列的部件相关联，通过所述多个系列的部件产生所述规定的乐音，该乐音产生系统还包括分析音乐数据以产生所述乐音的数据处理模块以及连接到所述数据处理模块的光学变换器，所述光学变换器监测所述多个系列的预定部件以产生代表所述音乐数据预定段的电信号，所述预定部件具有各自的在静止位置时相互重叠的表面，并且所述预定部件在各自的轨道上移动，每个所述轨道都具有瞬时中心，所述光学变换器包括光电转换器和光学调制器，所述光电转换器发射出光线并且将入射光线转换成所述电信号，所述光学调制器包括各自的连接部分和光调制部分，所述连接部分分别固定到所述预定部件的所述表面，所述光调制部分比所述连接部分更加接近瞬时中心，并且调制所述光线从而将代表所述当前状况的所述入射光线提供给所述光电转换器。

附图说明

通过下面的描述并结合附图可以更为清楚地理解光学变换器以及乐器。

图1是一个平面图，表示出了本发明的光学变换器，

图2是一个平面图，表示出了用于光学变换器中的传感器头，

图3是一个侧视图，表示出了自动演奏钢琴动作单元的结构，

图4是一个侧视图，表示出了光学调制器和设置于支架(base frame)上的传感器头。

图5是一个透视图，表示出了音锤柄和将要连接到音锤柄的光学调制器，

图6是一个侧视图，表示出了在音锤不同位置处的光学调制器的位置，

图7是一个侧视图，表示出了根据本发明另一个光学变换器中的光学调制器上的光调制图案，

图8是一个侧视图，表示出了根据本发明又一个光学调制器中的光学调制器，

图9是一个侧视图，表示出了根据本发明又一个光学调制器中的光学调制器。

具体实施方式

用于实施本发明的光学调制器监测移动物体以产生代表整个轨道上的移动物体当前状况的电信号，并且大体上包括光电转换器和光学调制器。当移动物体停留在各自的静止位置时，移动物体各自具有相互重叠的表面。移动物体沿着各自的轨道独立地移动，这些轨道具有各自的瞬时中心。在瞬时中心没有改变的情况下，移动物体围绕着这些没有改变的瞬时中心旋转。

每个光学调制器都与移动物体中的一个相关联，并且具有连接部分和光调制部分。连接部分固定到相关移动物体的表面，从而光调制部分与移动物体一起移动。光电转换器朝着光调制部分发射光线，并且该光线通过光调制部分依据轨道上移动物体的当前状况而被调制到入射光线。在完成光调制以后，入射光线从光调制部分提供给光电转换器。该入射光线通过光电转换器转换成电信号。由于当前状况对光线有影响，于是代表当前状况的数据段就加载到入射光线中，并且通过光电转换从入射光线转变成电信号。相似地，另一些电信号通过另一些光学调制器与光电转换器的协同作用来产生。因此光学变换器产生出代表着移动物体当前状况的电信号。

光调制部分比连接部分更加接近瞬时中心。这个特征可以带来下面这些优点。

第一点，当移动物体沿着轨道独立行进时，每个光调制部分所需的空间比连接部分所需的空间要窄。即使光调制部分较小，光学变换器也可以通过较小的光调制部分沿着移动物体的轨道连续地产生电信号，并且较小的光调制部分不会与部件相干扰。

第二点，当工人将光学调制器与移动物体进行装配时，他可以轻松而又迅速地将连接部分连接到移动物体的表面上。尽管该表面在静止位置相互重叠，但是工人也可以通过选择性地将移动物体从静止位置移开以将该表面暴露于空闲空间，因为被较宽地移动的是用来固定连接部分的区域而不是曲率半径等于光调制部分的区域。

很容易理解，用于实施本发明的光学调制器不用进行权衡，并且优于现有技术的闸板和现有技术的光过滤器。

该光学调制器可用于乐器中。这种乐器包括多个系列的部件和乐音产生系统。这多个系列的部件用于规定将要产生的乐音，并且被连接到乐音产生系统。乐音产生系统响应该多个系列部件的动作从而产生乐音。

乐音产生系统包括光学变换器和数据处理模块。光学变换器监测作为移动物体的预定的系列部件，并且将代表当前状况的电信号提供给数据处理模块。预定的音乐数据段加载于电信号中，并且代表预定部件的当前状况。数据处理模块分析这些包含着预定音乐数据段的音乐数据。在完成分析的基础上，数据处理模块就可以产生出一组代表将要发出的乐音的音乐数据。这组音乐数据可以被存储到合适的信息存储媒介中或者被传送到其它的电子乐器中。另外，数据处理模块可以以实时的方式将音乐数据提供给声音系统，从而通过多个系列的部件来产生规定的乐音。安装于这种乐器中的光学变换器在构造上与上述的光学变换器相似，并且具备前面描述的所有优点。

                      第一实施例

参照图1和2，用于实施本发明的光学变换器大体上包括光学调制器1和光电转换器OPS。光学调制器1分别被连接到移动物体上，例如构成图3中示出的自动演奏钢琴音锤50的零件的音锤柄57a，并且与音锤一起移动。光电转换器OPS发射出光束分别穿过光学调制器1，并且该光线由光学调制器1依据音锤57的当前状况而被调制。在这种情况下，当前状况意味着音锤57在轨道上的位置。

在下面的描述中，术语“前方”、“后方”、“左方”和“右方”代表着相对位置，箭头代表着图1中的相对位置。在前方位置和相应的后方位置之间画出的线表示“前后方向”上的延伸，前后方向与“横向方向”相交。例如，音锤57排列在横向上。

光电转换器OPS包括光纤2/3、光线发射单元10、光线检测单元19、光线发射传感器头20以及光线接收传感器头30。光线发射传感器头20、光线接收传感器头30和光纤2/3布置于支架40的上表面。在这种情况下，光线发射单元10和光线检测单元19位于光线发射传感器头/光线接收传感器头20/30的前方。光线发射传感器头20和光线接收传感器头30被固定到支架40上，并且远离光线发射单元10和光线检测单元19。光线发射单元10和光线检测单元19被固定到支架40上，并且分别通过光纤2和光纤3连接到光线发射传感器头20和光线接收传感器头30。光纤2/3在反面上按预定路线延伸，并且通过紧固件41牢系在支架40上。盖板54(见图3)被固定到支架40上，从而使光线发射传感器头20和光线接收传感器头30被限定在支架40和盖板54之间的空间内。盖板54将光线发射传感器头20和光线接收传感器头30与外界光线隔离。

现在对部件2/3、10/19、20/30、40和41的布置进行具体描述。光线发射传感器头20和光线接收传感器头30以一定间隔交替排列在横向上，并且远离光线发射单元10和光线检测单元19。光线发射单元10在前后方向上稍稍偏离光线检测单元19，并且与光线检测单元19横向间隔开。

在这种情况下，支架40横向延长，并且分成三部分：中部40a、前部42和后部43。前部42和后部43分别被分配给光线发射传感器头/光线接收传感器头20/30和光线发射单元/光线检测单元10/19。尽管数据处理模块也被分配给前部42，但数据处理模块位于光线检测单元19的左侧，并且在图1中没有示出。光线发射传感器头20和光线接收传感器头30以一定间隔布置于后部43的反面上，并且狭槽43a以一定间隔形成于后部43上。每个狭槽43a都位于光线发射传感器头20和相邻光线接收传感器头30之间的区域内，并且被分配给光学调制器1中的一个。光线发射单元10和光线检测单元19在最右边的光线发射传感器头20(R)和最左边的光线发射传感器头(未示出)之间交替排列。

中部40a与后部43邻接，并且从前/后部42/43的右侧回缩。前部42和后部43之间的间隙由中部40a右侧的连接板40b桥接起来，连接板40b被安装在前部42的前端部分和后部43的后端部分。因此，前部42通过最右边光线发射传感器头20(R)右侧的连接板40b连接到后部43。

光纤2/3在光线发射传感器头/光线接收传感器头20/30后面的后部43上横向延伸，并且在后部43的右部转向。光纤2/3从连接板40b上面经过。光纤2/3在前部42的右部再次转向，然后在光线发射装置/光线检测装置10/19后面于前部42上横向延伸。因此，光纤2/3在连接板40b的后面和前面两次弯曲。光纤2/3通过合成树脂带41a固定到后部/连接板/前部43/40b/42上，该合成树脂带41a使得光纤2/3在路线上不能移动，合成树脂带41a组合形成紧固件41。

光纤2/3由透明的合成树脂例如丙烯酸树脂制成，并且直径量级大约为0.5毫米。在下面的描述中，术语“次束”意味着一个含有几根光纤2或3的光纤束，而术语“主束”指的是由次束组成的束。举例来说，5根光纤2或3被捆扎成一次束FB(2)或FB(3)。光纤2/3的主束被标示为“AFB”。主束AFB在后部43最右边的合成树脂带41a和前部42最右边的合成树脂带41a之间具有弯曲部分AFBa。弯曲部分AFBa在光线发射单元10的光线侧表面10a的右侧侧向伸出。光纤2的次束被标示为“FB(2)”，光纤3的次束被标示为“FB(3)”。次束FB(2)/FB(3)在光线发射单元/光线检测单元10/19附近从前部42上的主束AFB分离出来，并且光纤2/3在光线发射传感器头/光线接收传感器头20/30附近从后部43上的次束FB(2)/FB(3)分离出来。

光线发射单元10具有12个光线输出端口A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L，并且顺序地从12个光线输出端口A-L发射出光线。另一方面，光线检测单元19具有8个光线输入端口17a，并且同时将入射到8个光线输入端口17a的光线转换成电信号。光纤2被分成12个次束FB(2)，并且这12个光纤2的次束FB(2)以一定间隔从光纤2/3的主束AFB分支出来。这12个次束FB(2)分别被分配给12个光线输出端口A至L，并且分别被插入到光线输出端口A至L中。这12个束FB(2)分别被粘接到限定出了光线输出端口A至L的内表面上。

8个光线输入端口17a分别被分配给8个光纤3的次束FB(3)。主束AFB以一定间隔分支成8个次束FB(3)，并且分叉点在相关光线输入端口17a的右侧。束FB(3)被弯曲以引导光线输出末端部分朝向光线输入端口17a，并且该光线输出末端部分分别被插入到光线检测单元19的光线输入端口17a中。光线输出末端部分通过粘接复合物而被粘接到光线检测单元19的内表面。

主束AFB在光线发射传感器头/光线接收传感器头20/30列后面的后部43上横向延伸，并且光纤2和光纤3以一定间隔交替地从主束AFB分支出来。分叉点位于相关的光线发射传感器头/光线接收传感器头20/30的右侧，并且光纤2/3在分叉点和光线输入/输出末端表面之间具有各自的末端部分2a/3a。光线发射传感器头20和光线检测传感器头30形成有后孔，并且光纤2/3单独地插入到后孔中。光纤2/3通过粘接复合物粘接到相关的光线发射传感器头/光线接收传感器头20/30上。

再来看图2，其中光线发射传感器头20和光线接收传感器头30被放大示出。光线发射传感器头和光线接收传感器头20/30由透明的材料例如丙烯酸树脂制成，并且彼此的外形都相同。透明材料可以通过模制加工成光线发射传感器头/光线接收传感器头20/30的形状。

每个光线发射传感器头20可以假想地分成头部20a和主体20b，并且具有对称线20c。光纤2被固定到主体20b，并且朝着头部20a发射光线。头部20a将光线分成两束，并且朝在其两侧的光线接收传感器头30侧向地输出光束。

主体20b上形成有孔22a，并且孔22a的开口朝着凹槽(pit)22b。孔22a具有与对称线20c重合的中心线。光纤2穿过孔22a和凹槽22b，并且与限定出凹槽22b的一部分的末端表面22c保持紧密接触。为此，光线从光纤2沿对称线朝着头部20a发射。光纤2被安装到主体20b上从而与末端表面20c保持面对面的接触。虽然在图2中没有示出，但注射孔还可以形成于主体20b上，并且朝着孔22a开口。粘接复合物被注射到注射孔中从而将光纤2粘接到内表面。

头部20包括一对凸透镜21L/21R以及一对棱镜23b/23c。棱镜23b/23c具有各自的反射表面23a，并且反射表面23a在对称线20c上彼此相交成90度。换句话说，反射表面23a倾斜偏离对称线20c45度。反射表面23a形成V形空间23。凸透镜21L/21R从棱镜23b/23c侧向伸出，并且与相邻的光线接收光学传感器头30相对。凸透镜21L/21R的光轴与反射表面23a之间的相交线相交。

光线通过光纤2从光线输出端口A、B......或L中的一个传播到光线发射传感器头20，并且入射到末端表面22c。输出光线沿着对称线20c朝反射表面23a行进。输出光线在反射表面20a被反射，并且被分成两个光束。光束侧向行进，并且通过凸透镜21L/21R的作用成为平行光束。因此，平行光束从光线发射传感器头20朝着相邻的光线接收传感器头30输出。

光线接收传感器头30也被分成头部30a和主体30b，并且具有对称线30c。头部30a和主体30b与头部20a和主体20b相同。为此，分别与孔22a、凹槽22b、末端表面22c、反射表面23a、棱镜23b/23c、凸透镜21L/21R以及V形空间23相对应的孔、凹槽、末端表面、反射表面、棱镜、凸透镜以及V形空间被标记为32a、32b、32c、33a、33b/33c、31L/31R以及33，并且为了简明的缘故而不再赘述。

平行光束入射到相邻的光线接收传感器头30的凸透镜31R/31L上，并且在反射表面33a上被反射。该光束入射到光纤3的光线输入末端表面。该输入光线通过光纤传播并且到达光线检测单元19的不同的光线输入端口17a。

光线发射单元10包括光纤插头11、发光二极管插座12以及发光元件13。光纤输出端口A到L形成于光纤插头11之中，并且由发光二极管来实现的发光元件13被保持在发光二极管插座12内。光纤插头11与发光二极管插座12装配到一起从而发光元件13分别与光纤输出端口A到L相对。光纤2被捆束成12个次束FB(2)，并且该12个次束FB(2)终止于光线输出端口A到L。尽管在附图中没有示出，但驱动电路以电驱动脉冲信号顺序地给发光元件13供能，于是从发光元件13朝着光线输出端口A到L发射出光脉冲。驱动电路以驱动脉冲信号重复扫描发光元件13，从而光脉冲通过光纤2的次束FB(2)分配给光线发射传感器头20。

光线检测单元19同样包括光纤插头17、光线检测二极管插座18和光线检测元件19a。光线输入端口17a形成于光纤插头17上，并且光线检测元件13被保持在光线检测二极管插座18内，该光线检测元件可以由光线检测二极管或光线检测晶体管来实施。光纤插头17与光线检测二极管插座18装配到一起从而光线检测元件19a分别与光线输入端口17a相对。次束FB(3)终止于光线输入端口17a，并且入射光线被转换成光电流。光纤3被选择性地以这种方式分配给光线输入端口17a，从而使得在每个输入端口17a中，光线不是同时从多于一个的光纤3中输出。光线通过光线检测元件19a转换成光电流，并且光电流作为音锤位置信号从光线检测单元19输出到数据处理模块。

如日本专利申请公开平9-152871中所公开的一样，数据处理模块可以驱动光线发射单元10发射光线。12个时隙分别被分配给12个发光元件13，并且一直重复直到数据处理模块的电源断开。这12个发光元件13在给其分配的时隙中分别被供给能量，并且光线通过光纤2传播到光纤发射传感器头20。光束被发射到相邻的光线接收传感器头30，并且入射光分别通过光纤3传播到光线检测元件19a。如上所述，在时隙中入射光线通过相关次束FB(3)光纤3中的一根到达各光线检测元件19a，而在下一个时隙中通过相关次束FB(3)的另一根光纤3到达各光线检测元件19a。因此，入射光线在这些时隙中从相关次束FB(3)不同光纤3输入给各光线检测元件19a。为此，在利用时隙和光线输入端口17a之间组合的基础上，数据处理模块可以确定音锤50。

现在回到图1，移动物体即光学调制器被绕着相关音锤57的旋转轴旋转，并且穿过狭槽43a进入到安装有光线发射传感器头/光线接收传感器头20/30的空间。每个光学调制器1与平行光束中相关的一束相交，如下面将要具体描述的，光调制图案1e或灰度色标(见图5)被印刷到光学调制器1上，并且在光学调制器1上每单位面积(unit area)的遮光材料是变化的。为此，入射到凸透镜31L或31R上的光量与光学调制器1的当前位置一起变化。

再来看图3，自动演奏钢琴大体上包括声学钢琴100和电子系统200。电子系统200安装于声学钢琴100内，在声学钢琴100上的演奏被记录下来并且通过电子系统200再现出来。数据处理模块和光学变换器，即光学调制器1和光电转换器OPS，都是电子系统200的组成部件。数据处理系统定期地取出由音锤位置信号所表示的位置数据段，并且分析这些数据段以确定音锤的动作。

声学钢琴与标准大钢琴相同，包括键盘102、动作单元ACT、音锤50、琴弦104和钢琴箱106。动作单元的结构彼此相似。键床构成钢琴箱106的一部分，键盘被安装在键床上并且暴露出来以供弹奏。动作单元ACT、音锤50和琴弦104容纳于钢琴箱106内。键盘102包括一些黑色琴键和白色琴键，它们按照已知的模式放置，黑/白琴键中的一个被表示为附图标记56。黑/白琴键分别与动作单元ACT连接，音锤通过脱离动作单元ACT而被驱动旋转。琴弦104伸展于音锤50之上方，并且被锚固在销块55上。音锤50在旋转的末端与琴弦碰撞导致琴弦104的振动。声学乐音就从振动的琴弦104上发出来。

音锤滚筒52、音锤柄凸缘53a、中心销53b、音锤柄57a以及音锤头部57b装配起来组成音锤50。图1中示出的音锤处于静止位置。音锤柄凸缘53a通过螺钉连接到柄凸缘轨106a，并且音锤柄57a通过中心销53b可旋转地连接到音锤柄凸缘53a上。音锤头部57b被安装到音锤柄57a的引导末端，并且从音锤柄57a向上伸出。琴弦104由音锤头部57b敲击。因此，音锤柄57a和音锤头部57b可绕音锤柄凸缘53a旋转，中心销53b为音锤柄57a和音锤头部57b提供旋转轴。音锤柄57a形成有凹部(dent)57ab(见图4)，并且还具有稍稍厚于外部57ad的内部57ac。音锤滚筒52从音锤柄57a的内部57ac悬挂垂下，并且可以在凹部57ab的下方旋转。当音锤处于静止位置时，音锤滚筒52被置于顶起件57d的上表面，该顶起件构成了动作单元ACT的一部分，并且如图1所示音锤柄57a朝着琴键56倾斜。

当黑/白琴键56被压下示，动作单元ACT开始逆时针方向旋转，并且推动音锤滚筒52。顶起件57d与调节按钮57f接触，然后，顶起件57d脱离音锤滚筒52从而驱动音锤50自由旋转。音锤50从静止位置沿顺时针方向旋转20度到达末端位置。音锤头部57b在末端位置敲击琴弦104，并且从琴弦104反弹回来。音锤柄57a的中心线在静止位置标示为L3，在末端位置标示为L4，并且与这些中心线L3/L4垂直的线被标示为L1/L2。静止位置和末端位置之间的角度在图4中被标示为“θ1”。

电子系统包括光学调制器1、数据处理模块(未示出)、另一个光学调制器(未示出)以及一组螺线管操作的琴键致动器210。光学调制器1和另一个光学调制器(未示出)被连接到数据处理模块，并且将音锤位置信号和琴键位置信号提供给数据处理模块。数据处理模块分析键盘102上初始演奏过程中的音锤位置信号和琴键位置信号，并且产生一组代表初始演奏的音乐数据编码。数据处理模块还可以用来再现演奏。数据处理模块顺序地处理音乐数据编码，确定将要再现的乐音和该乐音被产生的时间。当时间来临时，数据处理模块将驱动信号提供给与将要被移动的黑/白琴键相关联的螺线管操作的琴键致动器210。于是，不需演奏者的任何弹奏，螺线管操作的琴键致动器210就产生琴键动作并且驱动音锤旋转。音锤50敲击琴弦104从而通过琴弦104的振动产生乐音。

光学调制器1被连接到音锤柄57a，并且朝着音锤柄57a弯曲。也就是，光学调制器1具有狗后腿形(dogleg)的形状。另一方面，支架40通过螺钉连接到柄凸缘轨106a，并且将光线发射传感器头20和光线接收传感器头30保持在中心销53b和销块55之间的空间内。支架40被调节到一个合适的位置，在这个位置狭槽51与光学调制器1的轨道对齐。当音锤50处于静止位置时，光学调制器1通过狭槽51插入到后部43和盖板54之间的空间，并且穿过相关的光线反射传感器头20和相邻的光线接收传感器头30之间的光路而伸出。当音锤50开始旋转时，光学调制器1同样围绕中心销53b逆时针旋转，并且与光束相交的点在光学调制器1上移动。该点在光调制图案1e或灰度色标中移动从而入射光量被调制。

再来看图4和5，光学调制器1具有头部1a、凸出部1b和颈部1c。如图4所示，凸出部1b的一部分被从光学调制器1上切掉。凸出部1b与音锤柄57a一样宽，并且凹部1d形成于凸出部1b上。凹部1d的轮廓与凹部57ab相同，并且凹部1d/57ab在装配工作中用作对齐标记。标记线58进一步形成于凸出部1b上，并且进一步用于光学调制器1和音锤柄57a内部57ac之间的对齐。粘接复合物被涂敷到凸出部的侧面1ba上，并且凸出部1b被压紧到内部57ac上。于是，光学调制器1通过粘接复合物被粘接到内部57ac的侧表面上。

光学调制器1的颈部1c高于音锤柄57a的上表面57h。附图标记1f表示凸出部1b和颈部1c之间的边界，并且该边界1f与内部57ac的上表面57h共面。点划线TR1表示边界1f的轨道。颈部1c朝着上表面57h弯曲从而光调制图案1e比轨道1f更加靠近中心销53。弯曲表面1aa从颈部1c朝着头部1a延伸，并且其中心在音锤50的旋转轴上。如1ab所表示的，上表面1aa朝着中心销53b倾斜。倾斜部分1ab防止头部1a与盖板54干涉。

至少头部1a由透明材料制成，并且光调制图案或灰度色标被印刷到头部1a的一侧表面或两侧表面上。多条不透明的弧组合形成光调制图案1e，并且这些弧具有位于音锤50旋转轴上的共同中心。不透明区域与透明区域的比朝着头部1a的顶端而增大，并且相应地，穿过头部1a的光量朝着顶端而减少。

在翻新工作中，光学调制器1被以如下方式连接到音锤50上。附图标记50(A)表示处于装配位置的音锤50中的一个，该位置的音锤与静止位置的相邻音锤50(B)间隔开一定角度θ2，并且装配位置和静止位置的音锤柄被分别标示为57a(A)和57a(B)。音锤柄57a以不小于凸出部1b厚度的距离相互间隔开。如图6所示，盖板54以允许光学调制器1最大旋转38度的方式与后部43间隔开。为此，在这种情况下，所说的一定角度θ2为38度。然而光电转换器OPS还没有用螺钉连接到柄凸缘轨106a。在工人在制造商的工厂中将部件装配成自动演奏钢琴的情况下，音锤头部57b可以在音锤柄57a和光学调制器1之间的装配完成后再安装到音锤柄57a的引导末端。

回到图5，工人首先将音锤柄57a(A)旋转所说的一定角度θ2，并且将音锤柄57a(A)保持在那里。于是，凹部57ab周围的侧表面被很好地与中心销53b隔开以将其暴露给工人。粘接复合物已经被涂敷到凸出部1b的侧表面1ba。

接着，工人拿起光学调制器1，并且将光学调制器1朝着暴露出来的音锤柄57a(A)内部57ac的侧表面移动。工人使凹部1d与凹部57ab对齐，并且使凸出部1b的上表面与内部57ac的上表面57h共面。工人可以依靠标记线58来进行对齐。当工人准备好将光学调制器1粘接到音锤柄57ac时，该工人就将光学调制器1象箭头AR1所表示的一样压紧到音锤柄57a(A)的内部57ac。

工人重复上述步骤来处理其它音锤50，从而不用将音锤50从柄凸缘轨106a拆下就可以将光学调制器1固连到音锤柄57a上。最后，工人拿起光电转换器OPS，并且将它移动到柄凸缘轨106a之上。工人将狭槽51与光学调制器1对齐，并且通过螺钉将支架40固定到柄凸缘轨106a上。

因此光学调制器1和音锤柄57a间的装配要比第二种现有技术光学变换器的装配简单得多。光学调制器1还优于第二种现有技术光学变换器的光过滤器或光学调制器的地方在于，它们可以牢靠地固定到音锤柄57a上。这是因为凸出部1b可以朝着音锤头部57b延长。换句话说，有可能增加粘接到音锤柄57a侧表面的区域。

对于装配工作而言凹部1d是理想的，因为工人可以容易地将光学调制器1布置在音锤柄57a侧表面的正确位置上。标记线58同样有助于工人进行对齐工作。这样可以得到可靠的音锤位置信号。

当音锤50从静止位置旋转到末端位置时，边界1f描绘出轨道TR1，并且光调制图案1e或灰度色标移动进入由假想线TR2和TR3表示的空间(见图6)。如果头部1a与音锤柄57a的上表面垂直，则光调制图案1e或灰度色标将移动到轨道TR1之外，并且光学调制器1将需要较宽的空间来容纳光调制图案1e。然而，颈部1c使头部1a并且相应地使光调制图案1e比凸出部1b更靠近中心销53b。为此，光调制图案1e所需的空间比现有技术光学调制器所需的那些要窄。光调制图案越靠近，该空间就越窄。然而，有必要防止光调制图案1e与音锤柄57a重合。从这些观点来看，颈部1c可以将头部1a恰好保持在垂线Lc的垂足所在的音锤柄57a的上表面区域。

因此，光调制图案1e所需的空间要窄于第一种现有技术光学变换器的闸板所需的空间。有可能在头部1a上形成与静止位置和末端位置之间的音锤50轨道同宽的光调制图案而不与其它部件发生任何干扰。

从前面的描述可以理解到，本发明的光学变换器具有比固定在音锤柄上的凸出部1b更加靠近音锤50旋转轴的光调制图案1e。光调制图案所需的空间较窄从而有可能在整个轨道上监测移动物体即音锤而不与其它部件发生任何干涉。而且，用来固定凸出部1b的区域也确实地暴露给工人，从而工人可以容易地将凸出部1b固定到该区域上。

                      第二实施例

现在来看图7，本发明的另一光学变换器同样大体上包括光学调制器1A和光电转换器(未示出)。用于实施第二实施例的光学变换器安装在静音钢琴中，并且用作音锤传感器。静音钢琴是在声学钢琴的基础上制造出来的，并且光学变换器构成了电子乐音产生系统的一部分。音锤制动件进一步安装在声学钢琴中，并且在自由位置和阻挡位置之间改变。当音锤制动件处于自由位置时，音锤在自由旋转的末端敲击琴弦。当音锤制动件改变为阻挡位置时，音锤制动件进入音锤的轨道，并且使音锤到达琴弦之前从其上反弹。为此，从琴弦上不会产生任何声学乐音。

黑白琴键由另外的光学变换器监测，并且琴键位置信号从这另一个光学变换器提供给控制器。该另一个光学变换器、控制器和声音系统组成了电子乐音产生系统的另外部分。控制器分析琴键位置信号和音锤位置信号以得到琴键动作和音锤动作，并且产生代表将要产生的电子乐音的音乐数据编码。声频信号在该音乐数据编码的基础上被产生出来，并且被提供给声音系统以产生电子乐音。在声频信号通过头戴型耳机转换成电子乐音的情况下，使用者可以在键盘上练习弹奏而不会干扰到邻居。

光电转换器(未示出)的结构与光电转换器OPS相似，并且因为简明的缘故，下面不再作进一步描述。描述主要集中在光学调制器1A上。

光学调制器1A由PET(对苯二甲酸乙二醇聚酯)制成，并且同样被假想地分成凸出部1b，颈部1c和头部1Aa。尽管由剖面线表示的区域被涂成黑色，但凸出部1b和颈部1c与光学调制器1的相类似，并且标记线和凹部所标示的附图标记与图5中的标记线和凹部相同。

光调制图案1Ae被印刷到头部1Aa上，并且由26条画成锯齿图案的线组成。锯齿图案具有中心O2，在与音锤柄装配以后该中心与相关音锤的旋转轴重合。锯齿线延伸54度，即θ3＝54度。锯齿图案被涂成黑色。黑色区域在中心处最大，并且朝着锯齿图案的两端而减小。

光调制图案1Ae比边界1f的轨道TR4更靠近音锤的旋转轴。因此实施第二实施例的光学变换器具有第一实施例的所有优点。

尽管已经示出和描述了本发明的特殊实施例，但对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明范围和实质的情况下可以对本发明做出各种变化和修改。

图8和9示出了本发明的其它光学调制器1B和1C。光学调制器1B具有象鳍一样的轮廓，并且同样被假想地分成分配给光调制图案1Be的头部1Ba、粘接到音锤柄57a侧表面的凸出部1Bb以及位于头部1Ba和凸出部1Bb之间的颈部1Bc。颈部1Bc使头部1Ba比凸出部1Bb更加靠近中心销53b。光学调制器1C同样被假想地分成头部1Ca、凸出部1Cb和颈部1Cc，并且这些部分1Ca、1Cb和1Cc是由平表面而不是弧形表面限定出来。光调制图案1Ce比凸出部1Cb更加靠近中心销53b。

又一种光学调制器可以具有直接连接到凸出部的头部。换句话说，颈部可以从这种光学调制器上删除掉。

又一种光学调制器可以在其两个末端部分固定到侧表面。在这种情况下，两个末端部分用作连接部分。

本发明的光学变换器可以监测黑/白琴键、动作单元的其它零件或另一种乐器例如训练钢琴、打击乐器、弦乐器或管乐器的操纵器。

本发明的技术范围不限于粘接复合物。光学调制器1可以通过螺钉固定到音锤柄上。

不透明区域与透明区域的比可以朝着头部顶端而减小。本发明的技术范围不限于不透明图案。半透明图案或透明图案也可以用于光学调制器，只要这种半透明图案或透明图案的光线渗透率与头部不同即可。例如，可以在头部1a上形成点状图案、狭缝图案或窗口。此外，在光线发射传感器头/光线接收传感器头由光反射器组替代的条件下，可以在头部1a上形成光线反射图案。

角度θ1和θ2可以大于或小于20度和38度。角度θ1取决于音锤头部57b和相关琴弦104之间的距离以及音锤柄57a的长度。角度θ2与盖板54距离中心销53b的高度一起变化。因此，本发明的技术范围不限于角度θ1和θ2。凸出部1b可以连接到比图5所示更加远离或更加靠近中心销53b的另外区域，因为用于连接凸出部的区域取决于角度θ2。

光学调制器1可以通过合适机械或夹具(jig)的帮助连接到音锤柄57a上。

本发明的技术范围不限于光电转换器OPS。光耦合器组或光反射器组也可以用于本发明的光学调制器。

中心销可以由一根在音锤50中共用的长轴替换。

在盖板与支架40隔开较宽或从光电转换器OPS删掉的情况下，在头部1a中就不形成倾斜部分1ab。

光学变换器可以将移动物体的速度转换成电信号。在这种情况下，举例来说，光学调制器上形成有窗口，并且当光束途经所说窗口时光电转换器提高了电势水平。脉冲的占空比与移动物体的速度成反比。因此，光学变换器就可以将移动物体的速度转换成电信号。

在一种应用中，移动物体的轨道可以分成每个都具有瞬时中心的多个部分。换句话说，即使中心销53b是可以移动的，本发明的光学调制器也可以用于这种光学变换器中。

前面所描述的部件与权利要求中的用语与按下述方式相互对应。音锤50用作“移动物体”和“预定的部件”。凸出部1b/1Bb/1Cb对应于连接部分，印刷有光调制图案1e/1Ae/1Be/1Ce的头部1a/1Ba/1Ca用作光调制部分。中心销53b为移动物体提供瞬时中心。“当前状况”代表当前的音锤位置。

处于静止位置的所述音锤柄57a和琴弦104之间的空间对应于“空闲空间”。音锤柄57a的上表面57h和下表面用作“端表面对”。

在第一个实施例中，键盘102、动作单元ACT、音锤50和螺线管操作的琴键致动器组210整体上组成“多个系列的部件”。在第二个实施例中，声学钢琴的键盘、动作单元和音锤整体上组成“多个系列的部件”。在第一个实施例中，琴弦104和另一光学变换器构成“乐音产生系统”的其它零件。在第二个实施例中，琴弦、另一光学变换器和声音系统构成“乐音产生系统”的其它零件，并且控制器用作数据处理模块。

螺线管操作的琴键致动器210对应于“琴键致动器”。柄凸缘轨53a用作“静止元件”。