專利名稱：具有輸出特性可調(diào)的發(fā)光元件光檢測(cè)元件的光變換器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光變換器系統(tǒng)，特別涉及一種用于將物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光變換器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光變換器(transducer)合并在諸如例如自動(dòng)演奏鋼琴和靜音鋼琴(mutepiano)的混合鍵盤樂(lè)器中。在日本專利申請(qǐng)公開(kāi)第Hei 9-54584號(hào)中公開(kāi)了現(xiàn)有技術(shù)光變換器的典型示例。該日本專利中請(qǐng)公開(kāi)對(duì)應(yīng)于日本專利申請(qǐng)第Hei 7-270322號(hào)，其提供了對(duì)美國(guó)序列號(hào)第08/658700號(hào)的公約優(yōu)先權(quán)。取得了該美國(guó)專利申請(qǐng)的專利權(quán)，并且，將美國(guó)專利第5824930號(hào)分配給該美國(guó)專利申請(qǐng)。
優(yōu)先權(quán)光變換器安裝在原聲鋼琴(acoustic piano)內(nèi)，并且包括12個(gè)發(fā)光二極管、8個(gè)光檢測(cè)二極管、傳感頭、遮光盤(shutter plate)和光纖。將遮光盤和一對(duì)傳感頭分配給每一個(gè)黑/白鍵。每個(gè)遮光盤連接到黑/白鍵之一的下表面，并且將每對(duì)傳感頭分配給黑/白鍵。傳感頭布置在遮光盤的軌跡的兩側(cè)，并且，光從傳感頭中的一個(gè)穿過(guò)遮光盤的軌跡而發(fā)射到另一個(gè)傳感頭。
88個(gè)黑/白鍵有選擇地屬于12個(gè)鍵組，并且，將12個(gè)發(fā)光二極管分別分配給該12個(gè)鍵組。8個(gè)或少于8個(gè)鍵形成如圖1所示的12個(gè)鍵組之一。12列代表鍵組，而音高(pitch)名稱表示12個(gè)鍵組的黑/白鍵。例如，被分配了音高名稱C1至C8的鍵形成一個(gè)鍵組，而被分配了音高名稱C#1至C#8的鍵形成另一個(gè)鍵組。所述12個(gè)發(fā)光二極管的每一個(gè)都通過(guò)光纖光學(xué)地耦接到相關(guān)鍵組的黑/白鍵下面的傳感頭。這樣，同時(shí)從每個(gè)發(fā)光二極管將光提供給8個(gè)傳感頭。
8個(gè)光檢測(cè)二極管通過(guò)光纖分別連接到每個(gè)鍵組的黑/白鍵下面的其它傳感頭。由于每個(gè)鍵組的黑/白鍵最大是8個(gè)，因此光通過(guò)8個(gè)通道ch1至ch8同時(shí)傳播到8個(gè)光檢測(cè)二極管。
當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)的光變換器正在監(jiān)控黑/白鍵時(shí)，如箭頭AR1所示，利用驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)重復(fù)地給所述12個(gè)發(fā)光二極管供電，并且，將光從所述12個(gè)發(fā)光二極管順次提供給與12個(gè)鍵組相關(guān)的傳感頭。當(dāng)利用驅(qū)動(dòng)信號(hào)給分配給最左邊的鍵組的發(fā)光二極管供電時(shí)，光同時(shí)被提供給白鍵C1至C8下面的傳感頭，并且同時(shí)發(fā)出8個(gè)光束穿過(guò)遮光盤的軌跡到達(dá)相關(guān)的傳感頭。隨后，分配給最左邊的列右側(cè)的鍵組的發(fā)光二極管，并且同時(shí)發(fā)出8個(gè)光束穿過(guò)遮光盤的軌跡到達(dá)相關(guān)的傳感頭。這樣，重復(fù)分別分配給所述12個(gè)發(fā)光二極管的12個(gè)時(shí)隙，并且在每個(gè)時(shí)隙內(nèi)，光通過(guò)8個(gè)通道ch1至ch8同時(shí)返回8個(gè)光檢測(cè)二極管。
當(dāng)黑/白鍵停留在靜止位置時(shí)，遮光盤使光檢測(cè)二極管處的光量最大。在從靜止位置行進(jìn)到末端(end)位置期間，光檢測(cè)二極管處的光量逐漸減小。光電流充當(dāng)表示從靜止位置起測(cè)量的當(dāng)前鍵位置的電信號(hào)，并且數(shù)據(jù)處理器根據(jù)入射到光檢測(cè)二極管上的光量來(lái)確定所述88個(gè)鍵的當(dāng)前鍵位置。
如果現(xiàn)有技術(shù)的光變換器不受老化衰退和污損的影響，則數(shù)據(jù)處理器將請(qǐng)求音調(diào)發(fā)生器以適當(dāng)?shù)捻懚葋?lái)產(chǎn)生表示將被產(chǎn)生的音調(diào)的音頻信號(hào)。然而，在實(shí)際的光變換器中不滿足該前提。實(shí)際上，發(fā)光二極管的電流-光特性隨時(shí)間一起變化，并且經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的年月，傳感頭由于灰塵而變臟。在此情形中，數(shù)據(jù)處理器不可能準(zhǔn)確地確定當(dāng)前鍵位置。
在日本專利申請(qǐng)公開(kāi)第2000-155571號(hào)中提出了對(duì)策。該日本專利申請(qǐng)公開(kāi)對(duì)應(yīng)于日本專利申請(qǐng)第Hei 11-59445號(hào)，其提供了對(duì)美國(guó)序列09/396097的公約優(yōu)先權(quán)。取得了該美國(guó)專利申請(qǐng)的專利權(quán)，并將美國(guó)專利第6229081B1分配給它。
在日本專利申請(qǐng)公開(kāi)第2000-155571號(hào)中公開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)光變換器系統(tǒng)基于在上文中描述的現(xiàn)有技術(shù)光變換器，并包括電流調(diào)整電路、放大器、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器和中央處理單元。電流調(diào)整電路連接到發(fā)光二極管，并在中央處理單元的控制下改變提供給發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流的量。放大器和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器連接在光檢測(cè)二極管與中央處理單元之間，并且，將光電流的量作為數(shù)字鍵位置信號(hào)從模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器報(bào)告給中央處理單元。中央處理單元檢驗(yàn)光電流的量，以查看光和電特性是否無(wú)意地變化。如果答案給出為肯定的，則中央處理單元請(qǐng)求電流調(diào)整電路逐步增大驅(qū)動(dòng)電流，以便強(qiáng)勁地給發(fā)光二極管供電。這樣，在現(xiàn)有技術(shù)光變換器系統(tǒng)中補(bǔ)償了發(fā)光二極管的個(gè)體特征和老化衰退。
現(xiàn)在假設(shè)中央處理單元注意到在某個(gè)時(shí)隙內(nèi)光電流量減小，則中央處理單元請(qǐng)求電流控制電路增大提供給分配了該時(shí)隙的發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流。然后，發(fā)光二極管增大亮度，并且大量的光被發(fā)送到相關(guān)的傳感頭。這導(dǎo)致光檢測(cè)二極管同時(shí)增大光電流的量。這樣，電流控制電路使鍵位置信號(hào)準(zhǔn)確地表示當(dāng)前鍵位置。然而，在現(xiàn)有技術(shù)光變換器系統(tǒng)中遇到了鍵位置信號(hào)或檢測(cè)信號(hào)的精度問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的重要目的是提供一種光變換器系統(tǒng)，其產(chǎn)生準(zhǔn)確表示移動(dòng)物體的物理量的檢測(cè)信號(hào)。
本發(fā)明人考慮了現(xiàn)有技術(shù)光變換器系統(tǒng)中的內(nèi)在問(wèn)題，并注意到在調(diào)整提供給發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流之后，在數(shù)字鍵位置信號(hào)中仍然留有無(wú)規(guī)律性。本發(fā)明人指出了此無(wú)規(guī)律性的起因。盡管通過(guò)電流控制電路調(diào)整了發(fā)光元件，但由于光檢測(cè)元件的個(gè)體特征和老化衰退，光檢測(cè)元件仍然將無(wú)規(guī)律性引入檢測(cè)信號(hào)。本發(fā)明人斷定應(yīng)對(duì)諸如光檢測(cè)元件的最后的光元件進(jìn)行調(diào)整。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于監(jiān)控軌跡上的至少一個(gè)移動(dòng)物體的光變換器系統(tǒng)，包括電流-光轉(zhuǎn)換單元，給其提供電流，用于以一定的發(fā)光度向所述軌跡發(fā)射光；光-電流轉(zhuǎn)換單元，接收所述光，并產(chǎn)生表示物理量的電信號(hào)，其中所述物理量表示至少一個(gè)移動(dòng)物體在軌跡上的運(yùn)動(dòng)，并且，該電信號(hào)根據(jù)運(yùn)動(dòng)和發(fā)光度而變化；偏置控制器，其連接到光-電流轉(zhuǎn)換單元，并響應(yīng)表示目標(biāo)偏置電平的偏置控制信號(hào)，以便將電信號(hào)調(diào)整到目標(biāo)偏置電平；以及數(shù)據(jù)處理器，其將偏置控制信號(hào)提供給偏置控制器，并接收電信號(hào)，以便確定所述物理量。


根據(jù)結(jié)合附圖的下列描述，光變換器系統(tǒng)的特征和優(yōu)點(diǎn)將理解得更加清楚，其中圖1是示出現(xiàn)有技術(shù)光變換器的操作的視圖，圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)演奏鋼琴的示意圖，圖3是示出合并在自動(dòng)演奏鋼琴中的控制單元的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方框圖，
圖4是示出合并在自動(dòng)演奏鋼琴中的用于電流-光轉(zhuǎn)換器的控制器的電路結(jié)構(gòu)的電路圖，圖5是示出用于光-電流轉(zhuǎn)換器的控制器的電路結(jié)構(gòu)的電路圖，圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的用于使光變換器系統(tǒng)最優(yōu)化的方法的流程圖，圖7A至7F是示出最優(yōu)化時(shí)的數(shù)字鍵位置信號(hào)的狀態(tài)的視圖，圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的用于使合并在另一自動(dòng)演奏鋼琴中的光變換器系統(tǒng)最優(yōu)化的另一方法的流程圖，圖9A至9D是示出最優(yōu)化時(shí)數(shù)字鍵位置信號(hào)的狀態(tài)的視圖，以及圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的另一自動(dòng)演奏鋼琴的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在下列描述中，術(shù)語(yǔ)“前面”表示比用“后面”修飾的位置更接近演奏者的位置，該演奏者正坐在凳子上用手指彈奏。在前面的位置與對(duì)應(yīng)的后面位置之間畫的線沿“縱向”延伸，并且該縱向與橫向以直角相交。
第一實(shí)施例參考附圖的圖2，實(shí)施本發(fā)明的自動(dòng)演奏鋼琴主要包括原聲鋼琴1和電子系統(tǒng)2。鋼琴家在原聲鋼琴1上用手指彈奏一首樂(lè)曲，并且從原聲鋼琴1發(fā)出原聲鋼琴音調(diào)。電子系統(tǒng)2安裝在原聲鋼琴1中，并給用戶兩個(gè)選擇。當(dāng)用戶指示電子系統(tǒng)2通過(guò)原聲鋼琴音調(diào)演奏一首樂(lè)曲時(shí)，電子系統(tǒng)2產(chǎn)生原聲鋼琴音調(diào)，而沒(méi)有人類鋼琴家的任何手指演奏。另一方面，當(dāng)用戶采取其它選擇時(shí)，電子系統(tǒng)2產(chǎn)生電子音調(diào)，而也沒(méi)有任何手指演奏。
原聲鋼琴1包括鍵盤10、動(dòng)作單元11、琴槌12和弦13。黑鍵10a和白鍵10b合并在鍵盤10中，并以眾所周知的模式放置。黑/白鍵10a/10b分別與動(dòng)作單元11鏈接，并且，保持琴槌12與弦13下面的相關(guān)動(dòng)作單元11相接觸。當(dāng)外力施加到黑/白鍵10a/10b上時(shí)，該外力引起黑/白鍵10a/10b的角向運(yùn)動(dòng)，并且黑/白鍵10a/10b驅(qū)動(dòng)動(dòng)作單元11脫離琴槌12。然后，琴槌12開(kāi)始向相關(guān)的弦13旋轉(zhuǎn)，并撞擊該相關(guān)的弦13，以便引起弦13的振動(dòng)。這樣，原聲鋼琴1的組成部件10、11、12和13表現(xiàn)為與標(biāo)準(zhǔn)鋼琴的那些部件相似。
電子系統(tǒng)2分解為自動(dòng)演奏器15、電子聲音發(fā)生器16、記錄器17和光變換器系統(tǒng)18。自動(dòng)演奏器15分析表示演奏的樂(lè)曲數(shù)據(jù)，并有選擇地驅(qū)動(dòng)黑/白鍵10a/10b以再次進(jìn)行該演奏，而沒(méi)有任何手指彈奏。電子聲音發(fā)生器16也分析各段樂(lè)曲數(shù)據(jù)，并沿著該樂(lè)曲的節(jié)(passage)產(chǎn)生電子音調(diào)。記錄器17將原聲鋼琴1上的演奏轉(zhuǎn)換為樂(lè)曲數(shù)據(jù)，并將該樂(lè)曲數(shù)據(jù)保存在合適的信息存儲(chǔ)介質(zhì)中。
光變換器系統(tǒng)18與記錄器17協(xié)作。光變換器系統(tǒng)18發(fā)出分別穿過(guò)黑/白鍵10a/10b的軌跡的88個(gè)光束，并在通過(guò)軌跡的光量的基礎(chǔ)上，確定黑/白鍵10a/10b的當(dāng)前鍵位置。換句話說(shuō)，光變換器系統(tǒng)18利用光束來(lái)監(jiān)控黑/白鍵10a/10b，并將當(dāng)前鍵位置轉(zhuǎn)換為鍵位置信號(hào)。由鍵位置信號(hào)表示的當(dāng)前鍵位置落在分別分配給黑/白鍵10a/10b的隊(duì)列的末尾。記錄器17周期性地分析每個(gè)隊(duì)列中的鍵位置數(shù)據(jù)，以查看音符開(kāi)(note-on)事件或音符關(guān)(note-off)事件是否發(fā)生。當(dāng)記錄器17注意到黑/白鍵10a/10b被按下時(shí)，記錄器17指定分配給被按下的黑/白鍵10a/10b的鍵代碼，并在各個(gè)鍵位置數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，計(jì)算與原聲鋼琴音調(diào)的響度成比例的速度。記錄器17還確定從先前的事件到音符開(kāi)事件的時(shí)間間隔(lapse of time)，并且以預(yù)定的格式將音符開(kāi)事件、鍵代碼、速度和時(shí)間間隔編碼。在此實(shí)例中，在MIDI(樂(lè)器數(shù)字接口)協(xié)議中定義了用于記錄的格式。另一方面，當(dāng)記錄器17注意到黑/白鍵被釋放時(shí)，記錄器17指定鍵代碼，并確定從先前的事件起的時(shí)間間隔。記錄器產(chǎn)生表示音符關(guān)事件、鍵代碼和時(shí)間間隔的樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼。這樣，用光變換器系統(tǒng)18來(lái)協(xié)助記錄器17以記錄所述演奏。如將在下文中詳細(xì)描述的，在自動(dòng)演奏器15、電子聲音發(fā)生器16、記錄器17和光變換器系統(tǒng)18之間共享電子系統(tǒng)2的一些組成部件。
光變換器系統(tǒng)18能夠改變光輸出特性和電流輸出特性。假設(shè)由于組成部件的個(gè)體特征和老化衰退，數(shù)字鍵位置信號(hào)不正確地表示當(dāng)前鍵位置。光變換器系統(tǒng)18改變每個(gè)光束的發(fā)光度(luminescence)，即光輸出特性和光-光電流特性，即電流輸出特性，以便將其自身恢復(fù)到初始光特性。由于電流輸出特性是可變的，因此鍵位置信號(hào)總是準(zhǔn)確地表示各個(gè)軌跡上的當(dāng)前鍵位置。
自動(dòng)演奏器15包括控制單元19和電磁控制鍵致動(dòng)器(solenoid-operatedkey actuator)20的陣列。電磁控制鍵致動(dòng)器20分別在黑/白鍵10a/10b后部的下面提供，并且，活塞20a的頂端在下表面的極近處。
假設(shè)用戶指示自動(dòng)演奏器15重新演出一次演奏。表示該演奏的樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼被提供給控制單元19，并且，隨后，控制單元19分析該樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼，以確定基準(zhǔn)軌跡，該基準(zhǔn)軌跡是將利用活塞20a推動(dòng)的黑/白鍵10a/10b的一系列隨時(shí)間變化的目標(biāo)鍵位置。當(dāng)控制單元產(chǎn)生黑/白鍵10a/10b的基準(zhǔn)軌跡時(shí)，控制單元19在各個(gè)目標(biāo)鍵位置的基礎(chǔ)上計(jì)算目標(biāo)速度，并確定驅(qū)動(dòng)電流的量，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比。控制單元19將驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給黑/白鍵10a/10b下面的電磁控制鍵致動(dòng)器20，使得活塞20a向上伸出?；钊?0a引起鍵運(yùn)動(dòng)，并提供表示當(dāng)前活塞位置的反饋信號(hào)?？刂茊卧?9計(jì)算活塞速度，并將當(dāng)前活塞位置和當(dāng)前活塞速度與目標(biāo)鍵位置和目標(biāo)鍵速度相比較，以查看黑/白鍵10a/10b是否在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)。當(dāng)答案是肯定的時(shí)，控制單元19將驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持在該占空比上。另一方面，如果答案給出為否定的，則控制單元19確定適當(dāng)?shù)恼伎毡?，并將?qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)整到該適當(dāng)?shù)恼伎毡取?br> 當(dāng)表示音符關(guān)的樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼到達(dá)控制單元19時(shí)，控制單元19將驅(qū)動(dòng)信號(hào)從將被釋放的黑/白鍵10a/10b下面的電磁控制鍵致動(dòng)器20移走。然后，縮回活塞20a，并且琴槌12和動(dòng)作單元11使黑/白鍵10a/10b返回靜止位置。
電子聲音發(fā)生器16包括控制單元19、放大器/均衡器21、揚(yáng)聲器22和耳機(jī)23。假設(shè)用戶指示電子聲音發(fā)生器16再現(xiàn)一段樂(lè)曲。表示這首樂(lè)曲的一組樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼被提供給控制單元19。控制單元在該樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼的基礎(chǔ)上產(chǎn)生音頻信號(hào)，并將該音頻信號(hào)通過(guò)放大器/均衡器21提供給揚(yáng)聲器22和/或耳機(jī)23。該音頻信號(hào)通過(guò)揚(yáng)聲器和/或耳機(jī)23轉(zhuǎn)換為電子音調(diào)。這樣，電子聲音發(fā)生器16通過(guò)電子音調(diào)而不是原聲鋼琴音調(diào)再現(xiàn)了這首樂(lè)曲。
記錄系統(tǒng)17包括控制單元19，并與如上文所述的光變換器系統(tǒng)18協(xié)作。光變換器系統(tǒng)18包括控制單元19、光發(fā)射傳感頭221、光接收傳感頭222、12個(gè)電流-光轉(zhuǎn)換器224、8個(gè)光-電流轉(zhuǎn)換器225、光纖24、光纖25、用于電流-光轉(zhuǎn)換器224的發(fā)光控制器140、用于光-電流轉(zhuǎn)換器225的偏置控制器230和光調(diào)制器KS。光調(diào)制器KS分別連接到黑/白鍵10a/10b前部的下表面，并與相關(guān)的黑/白鍵10a/10b一起沿鍵的軌跡行進(jìn)。光發(fā)射傳感頭221和光接收傳感頭222裝在光屏蔽盒SB中，并且用分別分配給光調(diào)制器KS的狹縫(未示出)來(lái)形成該光屏蔽盒SB。發(fā)光控制器140結(jié)合電流-光轉(zhuǎn)換器224來(lái)提供，并改變提供給電流-光轉(zhuǎn)換器224的電流量。另一方面，偏置控制器230結(jié)合光-電流轉(zhuǎn)換器225來(lái)提供，并改變每個(gè)鍵位置信號(hào)的默認(rèn)電勢(shì)電平。術(shù)語(yǔ)“默認(rèn)電勢(shì)電平”意思是在相關(guān)的黑/白鍵10a/10b的靜止位置處光-電流轉(zhuǎn)換器225的電勢(shì)電平。這樣，不僅驅(qū)動(dòng)信號(hào)DS1而且鍵位置信號(hào)都被獨(dú)立地調(diào)整到適當(dāng)?shù)闹?。這使得光傳感器系統(tǒng)18不受電流-光轉(zhuǎn)換器224和光-電流轉(zhuǎn)換器225的個(gè)體特征和老化衰退的影響。
標(biāo)號(hào)224代表所述12個(gè)電流-光轉(zhuǎn)換器224-1至224-12的全部或任意一個(gè)，而標(biāo)號(hào)225代表所述8個(gè)光-電流轉(zhuǎn)換器225-1至225-8的全部或任意一個(gè)。然而，當(dāng)要指定特定的電流-光轉(zhuǎn)換器和特定的光-電流轉(zhuǎn)換器時(shí)，利用標(biāo)號(hào)224-1、224-2、...或224-12和標(biāo)號(hào)225-1、225-2、...或225-8來(lái)指明該特定的電流-光轉(zhuǎn)換器和特定的光-電流轉(zhuǎn)換器。
作為示例，利用半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED來(lái)實(shí)現(xiàn)電流-光轉(zhuǎn)換器224，而半導(dǎo)體光檢測(cè)二極管LDD充當(dāng)光-電流轉(zhuǎn)換器225。當(dāng)利用電流來(lái)給電流-光轉(zhuǎn)換器224供電時(shí)，光束從電流-光轉(zhuǎn)換器224發(fā)出，并且，發(fā)光度隨著電流的量或從控制單元19提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)DS1的幅度一起改變。在光存在時(shí)，光-電流轉(zhuǎn)換器225生成光電流，并且，該光電流的量隨著所接收的光的量一起改變。
光發(fā)射傳感頭221分別與光接收傳感頭222成對(duì)，并且傳感頭對(duì)221/222分別與88個(gè)黑/白鍵10a/10b相關(guān)。光發(fā)射傳感頭221與相關(guān)的光接收傳感頭222橫向間隔開(kāi)，并且，在光發(fā)射傳感頭221與光接收傳感頭222之間的間隙上方形成狹縫。光束越過(guò)該間隙，并且具有5毫米量級(jí)的直徑。出于此原因，當(dāng)相關(guān)的黑/白鍵10a/10b正從靜止位置行進(jìn)到末端位置時(shí)，光調(diào)制器KS逐漸與光屏蔽盒SB內(nèi)的光發(fā)射傳感頭221與光接收傳感頭222之間的光束相交，并且，入射到光接收傳感頭222上的光量也逐漸減少。這樣，根據(jù)當(dāng)前鍵位置，利用光調(diào)制器KS調(diào)制了光。
光纖24和25有選擇地連接在電流-光轉(zhuǎn)換器224與光發(fā)射傳感頭221之間和光接收傳感頭222與光-電流轉(zhuǎn)換器225之間。光纖25給入射到光接收傳感頭222上的光提供8個(gè)通道ch1至ch8。所述12個(gè)電流-光轉(zhuǎn)換器224的分配和所述8個(gè)光-電流轉(zhuǎn)換器225的分配與圖1中示出的那些相同。在此實(shí)例中，利用驅(qū)動(dòng)信號(hào)DS1、以0.12毫秒的間隔來(lái)給所述12個(gè)電流-光轉(zhuǎn)換器224-1至224-12供電。12個(gè)時(shí)隙形成一個(gè)幀，并且對(duì)于所述12個(gè)電流-光轉(zhuǎn)換器224-1至224-12，重復(fù)這個(gè)幀。
假設(shè)利用驅(qū)動(dòng)信號(hào)DS1來(lái)給分配了黑/白鍵C1至C8(參見(jiàn)圖1)的電流-光轉(zhuǎn)換器224的一個(gè)供電。光通過(guò)光纖24被發(fā)送到黑/白鍵C1至C8下面的光發(fā)射傳感頭221，并且，8個(gè)光束同時(shí)發(fā)射到相關(guān)的光接收傳感頭222。利用光調(diào)制器KS來(lái)分別調(diào)制這8個(gè)光束，并且，調(diào)制后的光束入射到相關(guān)的光接收傳感頭222上。入射光通過(guò)光纖25傳播到8個(gè)光-電流轉(zhuǎn)換器225，并被轉(zhuǎn)換為光電流。下一個(gè)時(shí)隙到來(lái)。用驅(qū)動(dòng)信號(hào)DS1給與黑/白鍵C#1至C#8相關(guān)的下一個(gè)電流-光轉(zhuǎn)換器供電，并且，使光被發(fā)送到相關(guān)的光發(fā)射傳感頭221。該光束也利用光調(diào)制器KS來(lái)調(diào)制，并且調(diào)制后的光入射到相關(guān)的光接收傳感頭222上。入射光也傳播到所述8個(gè)光-電流轉(zhuǎn)換器225，并被轉(zhuǎn)換為光電流。這樣，在該時(shí)隙內(nèi)，利用驅(qū)動(dòng)信號(hào)DS1順次給所述12個(gè)電流-光轉(zhuǎn)換器224-1至224-12供電，并且，在每個(gè)時(shí)隙內(nèi)，通過(guò)光-電流轉(zhuǎn)換器225-1至225-8將入射光轉(zhuǎn)換為光電流。
轉(zhuǎn)到附圖的圖3，控制單元19包括總線系統(tǒng)200、被簡(jiǎn)寫為“CPU”的中央處理單元201、被簡(jiǎn)寫為“ROM”的只讀存儲(chǔ)器202、被簡(jiǎn)寫為“RAM”的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203、和操作板204。中央處理單元201、只讀存儲(chǔ)器202、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203和操作板204連接到總線系統(tǒng)200，使得中央處理單元201可以通過(guò)總線系統(tǒng)200電氣連接到只讀存儲(chǔ)器202、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203和操作板204。
編程的指令代碼和參數(shù)表存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器202中，并且中央處理單元201順次取出用于給定作業(yè)的指令代碼。在此實(shí)例中，當(dāng)給控制單元19供電時(shí)，中央處理單元201開(kāi)始運(yùn)行主例行程序，并且，該主例行程序有條件地分支為用于記錄和重放的子例行程序。
隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203為中央處理單元201提供臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或工作存儲(chǔ)器，并且，中央處理單元201創(chuàng)建分配給黑/白鍵10a/10b的鍵狀態(tài)表和其它用于記錄的表。標(biāo)記、軟件定時(shí)器和各個(gè)鍵位置數(shù)據(jù)的隊(duì)列也在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203中創(chuàng)建。當(dāng)在記錄模式中用戶在鍵盤10上用手指彈奏時(shí)，樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼被臨時(shí)存儲(chǔ)在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203中。
操作板204充當(dāng)人機(jī)接口，并且具有多個(gè)鍵、開(kāi)關(guān)、控制桿、指示器和顯示窗。用戶通過(guò)鍵、開(kāi)關(guān)和控制桿向中央處理單元201發(fā)出他們的指令，并且，中央處理單元201通過(guò)顯示窗和指示器產(chǎn)生提示消息和表示當(dāng)前狀態(tài)等的其它消息。當(dāng)中央處理單元201運(yùn)行主例行程序時(shí)，中央處理單元201周期性地檢查操作板204，以查看用戶是否通過(guò)鍵、開(kāi)關(guān)和控制桿給出了新的指令，并且請(qǐng)求操作板204驅(qū)動(dòng)指示器和顯示窗，以顯示所述消息以及指示主和子例行程序中的當(dāng)前狀態(tài)。
控制單元19還包括音調(diào)發(fā)生器210、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器223、軟盤驅(qū)動(dòng)器250和螺線管驅(qū)動(dòng)器260。盡管未在圖3中示出，但信號(hào)輸入/輸出電路也連接在總線系統(tǒng)200與發(fā)光控制器140以及偏置控制器230-1、230-2、...和230-8之間。中央處理單元201通過(guò)該信號(hào)輸入/輸出電路，將發(fā)光控制信號(hào)CL1和選擇信號(hào)CL2提供給發(fā)光控制器140，并將電勢(shì)控制信號(hào)CL3提供給偏置控制器230。
音調(diào)發(fā)生器210在電子音調(diào)生成時(shí)被激活，并包括波形存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)讀取器和包絡(luò)(envelope)發(fā)生器。各個(gè)波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在用于電子音調(diào)的波形存儲(chǔ)器中，并且數(shù)據(jù)讀取器響應(yīng)于表示音符開(kāi)事件和音符關(guān)事件的樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼。數(shù)據(jù)讀取器有選擇地將各個(gè)波形數(shù)據(jù)從波形存儲(chǔ)器讀出，并且，每個(gè)包絡(luò)發(fā)生器對(duì)各個(gè)波形數(shù)據(jù)給出攻擊(attack)、衰減和維持，以產(chǎn)生表示電子音調(diào)的數(shù)字音頻信號(hào)，并且，每個(gè)包絡(luò)發(fā)生器控制數(shù)字音頻信號(hào)的釋放速率RL(release rate)。在表示音符開(kāi)事件的樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼包含的表示速度的樂(lè)曲數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上控制幅度。在數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換之后，將模擬音頻信號(hào)通過(guò)放大器/均衡器21(參見(jiàn)圖2)提供給揚(yáng)聲器/耳機(jī)22/23。
模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器223連接在信號(hào)輸入/輸出電路(未示出)與總線系統(tǒng)200之間。將模擬鍵位置信號(hào)CHO(Yn)或CHO(Y1)、CHO(Y2)、...CHO(Y8)通過(guò)偏置控制器230和信號(hào)輸入-輸出電路，從光-電流轉(zhuǎn)換器225-1、225-2、...225-8提供給模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器223，其中，偏置控制器230是偏置控制器2301-1、230-2、...230-8的集合名詞。從模擬鍵位置信號(hào)CHO(Y1)、CHO(Y2)、...CHO(Y8)周期性地采樣離散的值，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字鍵位置信號(hào)。當(dāng)用戶指示中央處理單元201進(jìn)入記錄模式時(shí)，中央處理單元201周期性地進(jìn)入用于記錄的子例行程序，并且在執(zhí)行子例行程序期間，由中央處理單元201取出數(shù)字鍵位置信號(hào)。中央處理單元201將由該數(shù)字鍵位置信號(hào)表示的各個(gè)鍵位置數(shù)據(jù)放在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203中的相關(guān)隊(duì)列的末尾。
中央處理單元201分析隊(duì)列中的各個(gè)鍵位置數(shù)據(jù)，以查看鋼琴家是否按下或釋放黑/白鍵10a/10b的任意一個(gè)。當(dāng)中央處理單元201注意到鋼琴家按下黑/白鍵10a/10b時(shí)，該中央處理單元指定被按下的鍵，并在各個(gè)鍵位置數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上計(jì)算速度。中央處理單元201產(chǎn)生表示音符開(kāi)事件的樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼KON，并且，將表示所按下的鍵的鍵代碼和鍵速度寫入該樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼KON中。中央處理單元201還從軟件定時(shí)器獲得距離先前事件的時(shí)間間隔，并將該時(shí)間間隔寫入持續(xù)時(shí)間(duration)代碼。樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼KON和持續(xù)時(shí)間代碼被傳遞給隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203，并存儲(chǔ)在其中。另一方面，當(dāng)中央處理單元201注意到鋼琴家釋放所按下的鍵時(shí)，中央處理單元201指定所釋放的鍵，并確定釋放速率。中央處理單元201產(chǎn)生表示音符關(guān)事件的樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼KOF，并且，鍵代碼和釋放速率被寫入該樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼KOF中。中央處理單元201還確定距離先前的事件的時(shí)間間隔，并產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間數(shù)據(jù)。樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼KOF和持續(xù)時(shí)間代碼被傳遞給隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203，并存儲(chǔ)在其中。
軟盤驅(qū)動(dòng)器250也連接到總線系統(tǒng)200，并且一組表示演奏的樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼和相關(guān)的持續(xù)時(shí)間代碼在中央處理單元201的控制下、在軟盤驅(qū)動(dòng)器250與隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203之間傳遞。當(dāng)完成記錄時(shí)，中央處理單元201將這組樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼和相關(guān)的持續(xù)時(shí)間代碼從隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203傳遞到軟盤驅(qū)動(dòng)器250，并請(qǐng)求軟盤驅(qū)動(dòng)器250將這組樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼和相關(guān)的持續(xù)時(shí)間代碼存儲(chǔ)在軟盤251中。術(shù)語(yǔ)“軟盤”是商標(biāo)。另一方面，當(dāng)用戶指示中央處理單元201再現(xiàn)這首樂(lè)曲時(shí)，軟盤驅(qū)動(dòng)器250從軟盤251讀出這組樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼和相關(guān)的持續(xù)時(shí)間代碼，并將這組樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼和相關(guān)的持續(xù)時(shí)間代碼傳遞給隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203。
螺線管驅(qū)動(dòng)器260也連接到總線系統(tǒng)200，并且在自動(dòng)演奏模式中，表示目標(biāo)占空比的控制代碼被從中央處理單元201提供給螺線管驅(qū)動(dòng)器260。螺線管驅(qū)動(dòng)器260將驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)整到目標(biāo)占空比，并將該驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給與將被移動(dòng)的黑/白鍵10a/10b相關(guān)的電磁控制鍵致動(dòng)器20。盡管未在圖3中示出，但是監(jiān)控活塞20a的活塞傳感器與信號(hào)輸入/輸出電路、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器和中央處理單元201一起形成反饋環(huán)，并且，通過(guò)該反饋環(huán)來(lái)控制活塞運(yùn)動(dòng)，以便使黑/白鍵10a/10b精確地沿基準(zhǔn)軌跡行進(jìn)。
轉(zhuǎn)到附圖的圖4，用于電流-光轉(zhuǎn)換器的發(fā)光控制器140包括可變電流源100a和選擇器111?？勺冸娏髟?00a連接在電源PS與電流-光轉(zhuǎn)換器224之間，而選擇器111連接在電流-光轉(zhuǎn)換器224和地之間?？勺冸娏髟?00a響應(yīng)發(fā)光控制信號(hào)CL1，以便改變提供給電流-光轉(zhuǎn)換器224的電流量。另一方面，選擇器111響應(yīng)選擇信號(hào)CL2，以便有選擇地將電流-光轉(zhuǎn)換器224-1至224-12連接到地。這樣，中央處理單元201使提供給電流-光轉(zhuǎn)換器224-1和224-12的每一個(gè)的電流最優(yōu)化。
可變電流源100a包括恒流源101、102、寄存器陣列105和選擇器108。恒流源101/102并聯(lián)連接在電源PS與寄存器陣列105之間，而寄存器陣列105在一端連接到電源PS和恒流源101/102，而在另一端連接到電流-光轉(zhuǎn)換器224-1至224-12。出于此原因，最小電流直接流入電流-光轉(zhuǎn)換器224，并且流入電流-光轉(zhuǎn)換器224的電流的量根據(jù)恒流源101和102而改變。
選擇器108連接在恒流源101/102與地之間。選擇器108響應(yīng)于發(fā)光控制信號(hào)CL1，以便有選擇地使恒流源101/102工作。當(dāng)發(fā)光控制信號(hào)CL1指示恒流源CL1時(shí)，選擇器108允許恒流源101使電流流到寄存器陣列105，并且，該電流從恒流源101通過(guò)電阻器陣列105流到電流-光轉(zhuǎn)換器224。另一方面，當(dāng)選擇信號(hào)CL2指示另一電流源102時(shí)，選擇器108允許恒流源102使電流通過(guò)電阻器陣列105流到電流-光轉(zhuǎn)換器224。對(duì)于來(lái)自恒流源102的電流的電阻與對(duì)于來(lái)自恒流源101的電流的電阻不同，使得流入電流-光轉(zhuǎn)換器224的電流量改變。如果選擇信號(hào)CL2指示恒流源101/102二者，則選擇器108使恒流源101/102都工作，并且，電流從恒流源101/102兩者通過(guò)電阻器陣列105流到可變電流路徑105。這樣，流入電流-光轉(zhuǎn)換器224的電流量或發(fā)光度led(x)隨著發(fā)光控制信號(hào)CL1逐步改變。
恒流源101與恒流源102電路結(jié)構(gòu)相似。恒流源101/102的每一個(gè)包括電阻器101a/102a和p溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管103/104。該p溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管101a/102a具有連接到電源PS的源節(jié)點(diǎn)、連接到可變電阻器105的漏節(jié)點(diǎn)和直接連接到選擇器108并通過(guò)電阻器101a/102a而間接連接到源節(jié)點(diǎn)的柵極。p溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管101a與另一個(gè)p溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管102a電流驅(qū)動(dòng)能力相等。
當(dāng)發(fā)光控制信號(hào)CTL1將p溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管108a/109a的柵極處的電勢(shì)電平保持為地電平時(shí)，選擇器108將柵極與地?cái)嚅_(kāi)，并且，柵極與源節(jié)點(diǎn)電勢(shì)電平相等。出于此原因，p溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管101a/102a關(guān)斷，并且，因此，任何電流都不流經(jīng)恒流源101/102。
假設(shè)多位發(fā)光控制信號(hào)SA12/SA13即CL1將n-p-n型雙極型晶體管108a/109a的基極節(jié)點(diǎn)處的電勢(shì)電平升高到高電平，則雙極型晶體管108a/109a導(dǎo)通，并且將p溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管101a/102a的柵極連接到地。于是，柵極變得比源節(jié)點(diǎn)低，并且p溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管101a/102a導(dǎo)通。電流開(kāi)始流入電阻器陣列105。這樣，電流量或發(fā)光度led(x)增大。
電阻器陣列105具有電阻器105a、106和107，其電阻為330歐姆、220歐姆和150歐姆。電阻器150a連接在電源PS和電流-光轉(zhuǎn)換器224之間，而電阻器106/107并聯(lián)連接在恒流源103/104與電流-光轉(zhuǎn)換器224之間。最小電流總是流經(jīng)電阻器105a。如上文所述，中央處理單元201有選擇地將發(fā)光控制信號(hào)CL1的位SA12/SA13改變?yōu)橛行?active)高電平，選擇器108使相關(guān)的恒流源101/102開(kāi)始流出電流。假設(shè)恒流源101流出電流。對(duì)于該電流的電阻R給出為1/330+1/220＝1/R。該電阻R為132歐姆。這樣，減小了電阻，并且增大了電流量。如果中央處理單元201將位SA13改變?yōu)橛行Ц唠娖?，則電阻R給出為1/330+1/150＝1/R。該電阻R為103歐姆，并且進(jìn)一步增大了電流量。當(dāng)中央處理單元201使電流最大化時(shí)，中央處理單元201將位SA12/SA13均改變?yōu)橛行Ц唠娖?。那么，電阻R給出為1/330+1/220+1/150＝1/R。該電阻R為70歐姆，并且使流入電流-光轉(zhuǎn)換器224的電流量最大化。發(fā)光度或光的量隨著流入電流-光轉(zhuǎn)換器224的電流量一起成比例地增大。這樣，發(fā)光控制器140可以響應(yīng)于發(fā)光控制信號(hào)CL1而改變發(fā)光度led(x)或光的量。
所述12個(gè)電流-光轉(zhuǎn)換器224-1、224-2、224-3、...在正極處分別連接到電阻器陣列105，而在負(fù)極處連接到電阻器110-1、110-2、110-3、...。選擇器111包括n-p-n雙極型晶體管111-1、111-2、111-3、...，其在集電極節(jié)點(diǎn)處連接到晶體管110-1、110-2、110-3、...，并且在發(fā)射極節(jié)點(diǎn)處連接到地。將選擇信號(hào)CL2的12位SLED分別提供給n-p-n雙極型晶體管111-1、111-2、111-3、...的基極節(jié)點(diǎn)。這樣，中央處理單元201利用選擇信號(hào)CL2使n-p-n雙極型晶體管111-1、111-2、111-3、...順次導(dǎo)通。
當(dāng)中央處理單元201將所有位SLED保持在地電平上時(shí)，n-p-n雙極型晶體管111-1、111-2、111-3、...關(guān)斷，并且任何電流都不流經(jīng)電流-光轉(zhuǎn)換器224-1至224-12。在此情形中，正極與負(fù)極之間的電勢(shì)差小于閾值，并且，任何電流-光轉(zhuǎn)換器224不發(fā)射光。
中央處理單元201將位SLBD順次提高為有效高電平。換句話說(shuō)，所有位SLED周期性地升高到有效高電平。假設(shè)中央處理單元201將第一位改變?yōu)橛行Ц唠娖健-p-n雙極型晶體管111-1導(dǎo)通，并且電流經(jīng)過(guò)相關(guān)的電流-光轉(zhuǎn)換器224-1和n-p-n雙極型晶體管111-1流到地。然后，正極與負(fù)極之間的電勢(shì)電平超過(guò)閾值，并且，電流-光轉(zhuǎn)換器224-1開(kāi)始發(fā)射光。
發(fā)光度led(x)隨著流入電流-光轉(zhuǎn)換器224的電流量而變化。當(dāng)中央處理單元201將位SA12和SA13改變?yōu)橛行Ц唠娖綍r(shí)，發(fā)光度led(x)最大化，并且led(0)指示最大發(fā)光度。當(dāng)中央處理單元201將位SA13改變?yōu)橛行Ц唠娖蕉鴮⒘硪晃籗A12改變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，發(fā)光度led(x)減小為led(1)。當(dāng)中央處理單元201將位SA12改變?yōu)橛行Ц唠娖蕉鴮⒘硪晃籗A13改變?yōu)闊o(wú)效(inactive)低電平時(shí)，發(fā)光度led(x)進(jìn)一步減小為led(2)。當(dāng)中央處理單元201將位SA12和SA13均保持在該無(wú)效低電平上時(shí)，發(fā)光度led(x)被最小化為led(3)。
轉(zhuǎn)到附圖的圖5，用于光-電流轉(zhuǎn)換器225-1的偏置控制器230-1至230-8的一個(gè)230-1包括電阻器串RS、多路復(fù)用器12和放大器226-1。其它偏置控制器230-2至230-8與偏置控制器230-1電路結(jié)構(gòu)類似，并且，出于此原因，將描述集中在偏置電路230-1上。光-電流轉(zhuǎn)換器225-1在負(fù)極處連接到電源，并且電阻器串RS連接在相關(guān)的光-電流轉(zhuǎn)換器225-1與地GND之間。多路復(fù)用器12具有分別連接到輸出節(jié)點(diǎn)P1、P2、P3、P4、P5、P6和P7的多個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)1、2、3、4、5、6和7。多路復(fù)用器12還具有控制節(jié)點(diǎn)A、B和C和輸出節(jié)點(diǎn)COM，其中，將控制信號(hào)CL3的位分別提供給所述控制節(jié)點(diǎn)A、B和C，所述輸出節(jié)點(diǎn)COM連接到放大器226-1。多路復(fù)用器12響應(yīng)控制信號(hào)CL3，以便將輸入節(jié)點(diǎn)1-7之一處的電勢(shì)電平傳遞給輸出節(jié)點(diǎn)COM，并且，輸出節(jié)點(diǎn)COM處的電勢(shì)電平被提供給放大器226-1。通過(guò)放大器226-1將輸出節(jié)點(diǎn)COM處的電勢(shì)電平放大，并且，隨后將其作為鍵位置信號(hào)CHO(Y1)提供給模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器223。
電阻器串RS具有多個(gè)電阻器R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8，并且輸出節(jié)點(diǎn)P0/P8和P1至P7連接到光-電流轉(zhuǎn)換器225-1的正極/地GND以及電阻器R1至R7之間的中間節(jié)點(diǎn)。當(dāng)利用led(x)的光來(lái)照射光-電流轉(zhuǎn)換器225-1時(shí)，光電流流經(jīng)電阻器R1至R8，并分別在輸出節(jié)點(diǎn)P0至P7處生成電勢(shì)電平CHO(1)、CHO(2)、CHO(3)、CHO(4)、CHO(5)、CHO(6)和CHO(7)。由于輸出節(jié)點(diǎn)P8處的電勢(shì)電平等于地電平，因此通過(guò)成比例地分配給輸出節(jié)點(diǎn)P0至P7而給出電勢(shì)電平CHO(0)至CHO(7)。假設(shè)輸出節(jié)點(diǎn)P0處的電勢(shì)電平CHO(0)為V0。下一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)P1處的電勢(shì)電平CHO(1)給出為V0×(7/8)，而輸出節(jié)點(diǎn)P2處的電勢(shì)電平CHO(2)給出為V0×(6/8)。這樣，電勢(shì)電平CHO(0)是全部中的最高的，而最低電勢(shì)電平CHO(7)發(fā)生在輸出節(jié)點(diǎn)P7處。
到輸入節(jié)點(diǎn)1-7和控制節(jié)點(diǎn)A至C的連接，以及從輸出節(jié)點(diǎn)COM的連接如上文中所述。多路復(fù)用器還具有電勢(shì)節(jié)點(diǎn)VCC和其它電勢(shì)節(jié)點(diǎn)GND、VEE和INH。電勢(shì)節(jié)點(diǎn)VCC連接到電源Vcc，其比電源PS電勢(shì)電平低，并且，將地電平從地GND施加到其它電勢(shì)節(jié)點(diǎn)GND、VEE和INH上。由于通過(guò)電容器CP1連接電源Vcc，因此電源Vcc處的電勢(shì)電平是穩(wěn)定的。
放大器226-1包括運(yùn)算放大器11和電阻器R9及R10。輸出節(jié)點(diǎn)COM連接到運(yùn)算放大器11的非反相輸入節(jié)點(diǎn)(+)，而輸出節(jié)點(diǎn)P8通過(guò)電阻器R9連接到運(yùn)算放大器11的反向節(jié)點(diǎn)(-)。該反向節(jié)點(diǎn)(-)通過(guò)電阻器R10連接到運(yùn)算放大器11的輸出節(jié)點(diǎn)。這樣，電阻器R9和R10將等于電阻器R9與R10之間的電阻比率的增益給予運(yùn)算放大器11，并且利用該增益來(lái)放大輸出節(jié)點(diǎn)COM處的電勢(shì)電平。運(yùn)算放大器11將鍵位置信號(hào)CHO(Y1)提供給模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器223。
中央處理單元201使電流-光轉(zhuǎn)換器224-1至224-12和光-電流轉(zhuǎn)換器225-1至225-8最優(yōu)化如下。圖6示出了用于使電流-光轉(zhuǎn)換器224-1至224-12和光-電流轉(zhuǎn)換器225-1至225-8最優(yōu)化的方法。當(dāng)給光變換器系統(tǒng)18供電時(shí)，中央處理單元201開(kāi)始將系統(tǒng)初始化，并在初始化期間進(jìn)入用于最優(yōu)化的子例行程序。
中央處理單元201首先將位SA12和SA13均改變?yōu)橛行Ц唠娖?，并將電?shì)控制信號(hào)CL3改變?yōu)橹甘据斎牍?jié)點(diǎn)“7”的位型式(pattern)MPX(0)/MPX(1)/MPX(2)。然后，電流-光轉(zhuǎn)換器224準(zhǔn)備好以最大發(fā)光度led(0)發(fā)光，并且多路復(fù)用器12將最小電勢(shì)電平CHO(7)從輸入節(jié)點(diǎn)“7”傳遞到輸出節(jié)點(diǎn)COM，如步驟S501。
假設(shè)選擇信號(hào)CL2指示電流-光轉(zhuǎn)換器224-1。電流-光轉(zhuǎn)換器224-1以最大發(fā)光度led(0)發(fā)光，并且，所述光從光發(fā)射傳感頭221發(fā)射到相鄰的光接收傳感頭222。入射光傳播到光-電流轉(zhuǎn)換器225-1至225-8，并且，每個(gè)光-電流轉(zhuǎn)換器225從該入射光產(chǎn)生光電流。光電流流經(jīng)電阻器串RS，并且將輸出節(jié)點(diǎn)CHO(7)處的電勢(shì)電平通過(guò)多路復(fù)用器12傳遞到放大器226-1至226-8。通過(guò)放大器226-1至226-8將輸出節(jié)點(diǎn)CHO(7)處的電勢(shì)電平放大，并且，隨后將其作為鍵位置信號(hào)CHO(Y1)至CHO(Y8)提供給模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器223。中央處理單元201取出該數(shù)據(jù)鍵位置信號(hào)，并將這些二進(jìn)制值存儲(chǔ)在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203中。中央處理單元201將選擇信號(hào)C12改變?yōu)橹甘鞠乱粋€(gè)電流-光轉(zhuǎn)換器224-2的位型式，并取出數(shù)字鍵位置信號(hào)CHO(Y1)至CHO(Y8)，以便將這些二進(jìn)制值存儲(chǔ)在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203中。以這樣的方式，中央處理單元201將選擇信號(hào)CL2順次改變?yōu)橄乱粋€(gè)位型式，并將這些二進(jìn)制值存儲(chǔ)在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203中。
當(dāng)對(duì)于最后的電流-光轉(zhuǎn)換器224-12，中央控制單元將二進(jìn)制值寫入隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203中時(shí)，對(duì)于電流-光轉(zhuǎn)換器224-1至224-12與光-電流轉(zhuǎn)換器225-1至225-8之間的所有組合的二進(jìn)制值被存儲(chǔ)在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203中。然后，中央處理單元201將數(shù)字鍵位置信號(hào)的二進(jìn)制值與閾值REF相比較，以查看該二進(jìn)制值的任意一個(gè)是否超過(guò)閾值REF，如步驟S502。閾值REF以比數(shù)字鍵位置信號(hào)的最大電勢(shì)電平低某個(gè)值這樣的方式來(lái)確定。在最大電勢(shì)電平為值“1023”的情況中，閾值REF為值“1020”。
如果答案給出為否定，則中央處理單元201前進(jìn)到步驟S504。另一方面，如果數(shù)字鍵位置信號(hào)的至少一個(gè)超過(guò)了閾值REF，則答案給出為肯定的，并且中央處理單元201將發(fā)光度led(x)從led(0)改變?yōu)閘ed(1)，如步驟S503，并返回步驟S502。假設(shè)中央處理單元201注意到分配了D2的鍵處的數(shù)字鍵位置信號(hào)超過(guò)閾值REF，如由虛線畫出的方框(參見(jiàn)圖7A)，其中所述分配了D2的鍵屬于如圖1所示的由D1、D2、D3、D4、D5、...組成的鍵組，則中央處理單元201在下一個(gè)發(fā)光度led(1)重復(fù)步驟S502處的作業(yè)。在圖7A至7F中，由虛線畫出的方框代表超過(guò)閾值REF的數(shù)字鍵位置信號(hào)，并且，圖7A至7F中示出的矩陣中的數(shù)字指示電阻器串RS的輸出節(jié)點(diǎn)CHO(7)至CHO(0)。通道編號(hào)“ch1”、“ch2”、“ch3”、“ch4”、“ch5”、...分別指示鍵位置信號(hào)CHO(Y1)、CHO(Y2)、CHO(Y3)、CHO(Y4)、CHO(Y5)、...。
如果所有數(shù)字鍵位置信號(hào)均比發(fā)光度led(1)處的閾值REF的電勢(shì)電平低，如圖7B所示，則在步驟S502處，答案給出為否定的。如果不是，則在步驟S503，中央處理單元201將選擇信號(hào)CL2改變?yōu)橄乱粋€(gè)位型式，并重復(fù)步驟S502。以這一方式，中央處理單元201重復(fù)由步驟S502和S503組成的循環(huán)，直到所有二進(jìn)制值均等于或小于閾值REF為止。每個(gè)電流-光轉(zhuǎn)換器224-1、...或224-12的發(fā)光度led(x)臨時(shí)儲(chǔ)存在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203中。
隨后，中央處理單元201將電勢(shì)電平控制信號(hào)CL3改變?yōu)橹甘据斎牍?jié)點(diǎn)“0”的位型式，使得多路復(fù)用器12將輸入節(jié)點(diǎn)“0”處的電勢(shì)電平傳遞到各個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)COM。這樣，鍵位置信號(hào)CHO(Yn)的偏置電平被最大化，如步驟S504。
在步驟504改變偏置電平CHO(y)之后，中央處理單元201將選擇信號(hào)CL2改變?yōu)橹甘镜谝浑娏?光轉(zhuǎn)換器224-1的位型式，并將發(fā)光控制信號(hào)CL1改變?yōu)橹甘驹诓襟ES501和S502處確定的發(fā)光度led(x)的位型式。中央處理單元201取出數(shù)字鍵位置信號(hào)CHO(Y1)至CHO(Y8)，并將數(shù)字鍵位置信號(hào)CHO(Y1)至CHO(Y8)的二進(jìn)制值與閾值REF相比較，以查看該二進(jìn)制值的任意一個(gè)是否超過(guò)閾值REF，如步驟S505。如果中央處理單元201注意到大于閾值REF的二進(jìn)制值，則中央處理單元201將電勢(shì)控制信號(hào)CL3改變?yōu)橹甘鞠乱粋€(gè)輸入節(jié)點(diǎn)“1”或偏置電平CHO(1)的位型式，如步驟S506，并再次檢驗(yàn)大于閾值REF的二進(jìn)制值的數(shù)字鍵位置信號(hào)CHO(Y1)至CHO(Y8)。
另一方面，當(dāng)所有二進(jìn)制值均等于或小于閾值REF時(shí)，中央處理單元201將選擇信號(hào)CL2和發(fā)光控制信號(hào)CL1改變?yōu)橹甘鞠乱粋€(gè)電流-光轉(zhuǎn)換器224-2的位型式和指示為該下一個(gè)電流-光轉(zhuǎn)換器224-2確定的發(fā)光度的位型式，并取出數(shù)字鍵位置信號(hào)CHO(Y1)至CHO(Y8)，以查看是否有任何二進(jìn)制值超過(guò)閾值REF。以這一方式，中央處理單元201重復(fù)由步驟S505和S506組成的循環(huán)，直到檢查了電流-光轉(zhuǎn)換器224-1至224-12與數(shù)字鍵位置信號(hào)CHO(Y1)至CHO(Y8)之間的所有組合為止。
圖7C示出了10個(gè)組合使二進(jìn)制值超過(guò)發(fā)光度led(0)處的閾值REF。盡管中央處理單元201逐步地將偏置電平CHO(y)改變?yōu)镃HO(1)，并進(jìn)一步改變?yōu)镃HO(2)，但是7個(gè)組合使該二進(jìn)制值超過(guò)發(fā)光度led(1)處的閾值REF(參見(jiàn)圖7D)，并且3個(gè)組合使3個(gè)二進(jìn)制值超過(guò)發(fā)光度led(2)處的閾值REF(參見(jiàn)圖7E)。然而，當(dāng)中央處理單元201將用于光-電流轉(zhuǎn)換器225-2、225-3的偏置電平改變?yōu)镃HO(3)時(shí)，所有組合使該二進(jìn)制值不超過(guò)閾值REF，如圖7F所示。這樣，中央處理單元201確定最佳發(fā)光度和最佳偏置電平CHO(y)為led(1)和CHO(0)/CHO(1)/CHO(2)/CHO(3)。例如，將我們的注意力集中在通道ch2或光-電流轉(zhuǎn)換器225-2上。假設(shè)電流-光轉(zhuǎn)換器224-1至224-12順次在最佳發(fā)光度led(1)發(fā)射光。當(dāng)電流-光轉(zhuǎn)換器224-1發(fā)光時(shí)，對(duì)于光-電流轉(zhuǎn)換器225-2，最佳偏置電平CHO(2)是最佳的。當(dāng)電流-光轉(zhuǎn)換器224-2和224-3發(fā)光時(shí)，對(duì)于光-電流轉(zhuǎn)換器225-2，偏置電平CHO(3)是最佳的。當(dāng)電流-光轉(zhuǎn)換器224-4發(fā)光時(shí)，對(duì)于光-電流轉(zhuǎn)換器225-2，偏置電平CHO(1)是最佳的。當(dāng)電流-光轉(zhuǎn)換器224-5、224-6、...發(fā)光時(shí)，對(duì)于光-電流轉(zhuǎn)換器225-2，偏置電平CHO(0)是最佳的。
最后，中央處理單元201將最佳偏置電平CHO(y)和最佳發(fā)光度led(x)儲(chǔ)存在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203中，如步驟S507，并且，隨后返回初始化程序。
如將由前面的描述理解的，結(jié)合光-電流轉(zhuǎn)換器225-1至225-8以及用于電流-光轉(zhuǎn)換器224-1至224-12的發(fā)光控制器140，來(lái)提供偏置控制器230-1至230-8，并且發(fā)光控制器140與偏置控制器230-1至230-8協(xié)作，以便周期性地使發(fā)光度led(x)和偏置電平CHO(y)最優(yōu)化。
這個(gè)特征使根據(jù)本發(fā)明的光變換器系統(tǒng)18不受組成部件的個(gè)體特征影響。此外，由于周期性地進(jìn)行最優(yōu)化，因此根據(jù)本發(fā)明的光變換器系統(tǒng)18還不受老化衰退的影響。最后，鍵位置信號(hào)的值總是在更接近閾值REF的數(shù)值范圍內(nèi)變化，其反過(guò)來(lái)低于將使光電流飽和的最大值。這意味著大多數(shù)鍵位置信號(hào)的幅度表示當(dāng)前鍵位置。換句話說(shuō)，噪聲成分可以忽略。鍵位置信號(hào)確定地以高信噪比變化而不飽和。這樣，根據(jù)本發(fā)明的光變換器系統(tǒng)18以高信噪比準(zhǔn)確地測(cè)量諸如例如當(dāng)前鍵位置或?qū)嶋H鍵行程的物理量。
此外，因?yàn)橹醒胩幚韱卧?01只選擇偏置電平之一，所以最優(yōu)化容易而且迅速。
第二實(shí)施例圖8示出了用于使發(fā)光度led(x)和偏置電平CHO(y)最優(yōu)化的另一方法。實(shí)施第二實(shí)施例的自動(dòng)演奏鋼琴與如第一實(shí)施例所述的自動(dòng)演奏鋼琴類似。出于此原因，將描述集中在表達(dá)所述方法的計(jì)算機(jī)程序上，并且，在下文中，用與指明上述自動(dòng)演奏鋼琴的對(duì)應(yīng)組成部件的那些標(biāo)號(hào)相同的標(biāo)號(hào)來(lái)標(biāo)注該自動(dòng)演奏鋼琴的組成部件。
當(dāng)給光變換器系統(tǒng)18供電時(shí)，中央處理單元201開(kāi)始將系統(tǒng)初始化，并在初始化期間進(jìn)入用于最優(yōu)化的子例行程序。中央處理單元201首先將發(fā)光控制信號(hào)CL1改變?yōu)橹甘咀钚“l(fā)光度led(3)的位型式，并將電勢(shì)控制信號(hào)CL3改變?yōu)橹甘咀畲笃秒娖紺HO(0)的位型式，如步驟S701。發(fā)光控制信號(hào)CL1將n-p-n雙極型晶體管108a/109均保持在關(guān)斷狀態(tài)，使得僅將電流從電源PS通過(guò)電阻器105a提供給電流-光轉(zhuǎn)換器224，并且多路復(fù)用器12將輸入節(jié)點(diǎn)“0”連接到輸出節(jié)點(diǎn)COM，以便將最大偏置電平CHO(0)傳遞給放大器226-1至226-8。
隨后，中央處理單元201將選擇信號(hào)CL2改變?yōu)橹甘镜谝浑娏?光轉(zhuǎn)換器224-1的位型式，使得第一電流-光轉(zhuǎn)換器224-1在最小發(fā)光度led(3)處發(fā)光。光入射到光-電流轉(zhuǎn)換器225-1至225-8上，并且光電流引起電阻器串RS的輸出節(jié)點(diǎn)P0至P7處的電勢(shì)。輸出節(jié)點(diǎn)P0處的電勢(shì)電平通過(guò)多路復(fù)用器12和放大器226-1至226-8而傳遞到模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器223，并且中央處理單元201取出數(shù)字鍵位置信號(hào)CHO(Y1)至CHO(Y8)的二進(jìn)制值。中央處理單元201將該二進(jìn)制值寫入隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203中。
隨后，中央處理單元201將選擇信號(hào)CL2改變?yōu)橹甘鞠乱粋€(gè)電流-光轉(zhuǎn)換器224-2的位型式(bit pattern)，并將二進(jìn)制值寫入隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203中。這樣，中央處理單元201將選擇信號(hào)CL2順次改變?yōu)槠渌恍褪剑懭肫渌娏?光轉(zhuǎn)換器224-3至224-12的二進(jìn)制值。
當(dāng)完成對(duì)于最后的電流-光轉(zhuǎn)換器224-12的數(shù)據(jù)寫入時(shí)，中央處理單元201檢驗(yàn)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203，以查看所述二進(jìn)制值的任意一個(gè)是否低于低閾值UR，該低閾值UR略微高于在光不存在時(shí)從光-電流轉(zhuǎn)換器225輸出的最小電勢(shì)電平，如步驟S702。
當(dāng)中央處理單元201發(fā)現(xiàn)低于低閾值UR的二進(jìn)制值時(shí)，中央處理單元201將發(fā)光控制信號(hào)CL1改變?yōu)橹甘景l(fā)光度led(2)的位型式，如步驟S703，并將數(shù)字鍵位置信號(hào)CHO(Y1)至CHO(Y8)的二進(jìn)制值寫入隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203中，以在步驟S702處再次查看該二進(jìn)制的任意一個(gè)是否低于低閾值UR。
圖9A示出當(dāng)電流-光轉(zhuǎn)換器224-5以最小發(fā)光度led(3)發(fā)光時(shí)，通過(guò)光-電流轉(zhuǎn)換器225-2產(chǎn)生的數(shù)字鍵位置信號(hào)CHO(Y2)的二進(jìn)制值“Ka”低于低閾值UR。中央處理單元201將發(fā)光控制信號(hào)CL1改變?yōu)橹甘居糜陔娏?光轉(zhuǎn)換器224-1至225-12的發(fā)光度led(2)的位型式。然后，數(shù)字鍵位置信號(hào)CHO(Y2)增大如圖9B中的對(duì)應(yīng)位置所示的、等于或大于低閾值UR的二進(jìn)制值。
中央處理單元重復(fù)由步驟S702和S703組成的循環(huán)，直到小于先前發(fā)光度led(x)處的低閾值UR的二進(jìn)制值變得等于或大于該低閾值UR為止。當(dāng)二進(jìn)制值等于或大于低閾值UR時(shí)，步驟S702處的答案給出為否定的，并且中央處理單元201前進(jìn)到步驟S704。在圖9A中示出的情況中，當(dāng)二進(jìn)制值“Ka”變得等于或大于低閾值UR時(shí)，步驟S702處的答案改變?yōu)榉穸ǖ摹?br> 中央處理單元201在步驟S704處完成下列作業(yè)。由于在步驟S703逐步增大發(fā)光度led(x)，因此電流-光轉(zhuǎn)換器224-1至224-12與光-電流轉(zhuǎn)換器225-1至225-8之間的一些組合可以使所述二進(jìn)制值超過(guò)高閾值REF。在此情形中，中央處理單元201將如圖9B所示的已經(jīng)存儲(chǔ)在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203中的二進(jìn)制值與高閾值REF相比較，以查看該二進(jìn)制值的任意一個(gè)是否超過(guò)高閾值REF。在圖9B中示出的情況中，用虛線畫出的方框中的二進(jìn)制值超過(guò)了高閾值REF。
當(dāng)答案給出為肯定時(shí)，中央處理單元201將電勢(shì)控制信號(hào)CL3改變?yōu)橹甘居糜谒龉?電流轉(zhuǎn)換器或多個(gè)轉(zhuǎn)換器的偏置電平CHO(1)的位型式，其使得所述二進(jìn)制值或多個(gè)二進(jìn)制值大于高閾值REF，如步驟S704。在圖9B中示出的情況中，對(duì)于光-電流轉(zhuǎn)換器225-1、225-2和225-3，中央處理單元201將電勢(shì)電平從CHO(0)改變?yōu)镃HO(1)。中央處理單元201取出所有組合的二進(jìn)制值，并再次將這些二進(jìn)制值與高閾值REF相比較，以在步驟S704處查看這些二進(jìn)制的任意一個(gè)是否超過(guò)高閾值REF。假設(shè)3個(gè)二進(jìn)制值超過(guò)了高閾值REF，如圖9C所示。步驟S704處的答案再次給出為肯定的，并且，中央處理單元201將電勢(shì)控制信號(hào)CL3改變?yōu)橹甘酒秒娖紺HO(2)的位型式。中央處理單元201取出二進(jìn)制值，并將該二進(jìn)制值再次寫入隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203中，并再次將該二進(jìn)制值與高閾值REF相比較，以查看是否任何二進(jìn)制值仍然超過(guò)高閾值REF。
當(dāng)如圖9D所示，所有二進(jìn)制值都等于或小于該閾值REF時(shí)，中央處理單元201將最佳發(fā)光度和最佳偏置電平儲(chǔ)存在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器203中，如步驟S706，并返回初始化程序。在圖9D示出的情況中，發(fā)光度led(2)是最佳的，并且，用于光-電流轉(zhuǎn)換器225-2的偏置電平被改變?yōu)橛糜陔娏?光轉(zhuǎn)換器224-1的CHO(1)、用于電流-光轉(zhuǎn)換器224-2/224-3的CHO(2)和用于電流-光轉(zhuǎn)換器224-4、224-5、224-6的CHO(0)。
如將被理解的，在實(shí)施第二實(shí)施例的光變換器系統(tǒng)的發(fā)光控制器140和偏置控制器230的協(xié)助下，電流-光轉(zhuǎn)換器224和光-電流轉(zhuǎn)換器225也被最優(yōu)化。該光變換器系統(tǒng)也不受組成部件的個(gè)體特征和老化衰退的影響。此外，電流-光轉(zhuǎn)換器224-1至224-12以相對(duì)低的發(fā)光度led(x)發(fā)光。這個(gè)特征與第一實(shí)施例的那些特征不同，并且有益于電流-光轉(zhuǎn)換器224的長(zhǎng)壽命。
第三實(shí)施例圖10示出了實(shí)施本發(fā)明的另一自動(dòng)演奏鋼琴。該實(shí)施本發(fā)明的自動(dòng)演奏鋼琴主要包括原聲鋼琴1A和電子系統(tǒng)2A。原聲鋼琴1A與原聲鋼琴1相同，并且用指明原聲鋼琴1A的部件的標(biāo)號(hào)來(lái)標(biāo)注對(duì)應(yīng)的組成部件，而不作詳細(xì)描述。除了光變換器系統(tǒng)18A以外，電子系統(tǒng)2A與電子系統(tǒng)2相似。出于此原因，用指明對(duì)應(yīng)系統(tǒng)組件的標(biāo)號(hào)來(lái)標(biāo)注其它系統(tǒng)組件，并且將描述集中在光變換器系統(tǒng)18A上。
光變換器系統(tǒng)18A與光變換器系統(tǒng)18僅在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上不同，不同之處在于不用任何控制器來(lái)協(xié)助電流-光轉(zhuǎn)換器224。僅將偏置控制器230-1至230-8分別連接在光-電流轉(zhuǎn)換器225與模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器223之間。
因此，通過(guò)表示用于使光變換器系統(tǒng)18A最優(yōu)化的方法的計(jì)算機(jī)程序，僅將光-電流轉(zhuǎn)換器225-1至225-8調(diào)整到自己的最佳偏置電平CHO(y)的值。因?yàn)樽顑?yōu)化不需要由步驟S502和S503或步驟S702和S703組成的循環(huán)，所以該計(jì)算機(jī)程序比第一和第二實(shí)施例的那些程序更簡(jiǎn)單。
由于在光-電流轉(zhuǎn)換器225的上游側(cè)提供電流-光轉(zhuǎn)換器224-1至224-12，因此電流-光轉(zhuǎn)換器224的個(gè)體特征和老化衰退對(duì)光電流的量有影響。在此情形中，當(dāng)使偏置電平CHO(y)最優(yōu)化時(shí)，通過(guò)對(duì)偏置電平CHO(y)的最優(yōu)化工作，從鍵位置信號(hào)中消除了所有個(gè)體特征和所有老化衰退。
光變換器系統(tǒng)18A達(dá)到了上述實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)和另一優(yōu)點(diǎn)，即系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)程序的簡(jiǎn)化。
盡管示出和描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種改變和修改。
在第一和第二實(shí)施例中，將所有電流-光轉(zhuǎn)換器224-1至224-12調(diào)整為發(fā)光度led(x)的共同的最佳值。這一特征不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制?？梢詫㈦娏?光轉(zhuǎn)換器224-1至224-12單獨(dú)調(diào)整到自己的最佳發(fā)光度led(x)的值。
光變換器系統(tǒng)可以安裝在靜音鋼琴中。靜音鋼琴是原聲鋼琴和靜音系統(tǒng)的組合。靜音系統(tǒng)包括琴槌制動(dòng)器和電子系統(tǒng)。當(dāng)琴槌制動(dòng)器停留在自由位置時(shí)，鋼琴家在原聲鋼琴上演奏一首樂(lè)曲，并且，從振動(dòng)的弦生成原聲鋼琴音調(diào)。當(dāng)鋼琴家將琴槌制動(dòng)器改變到阻塞位置時(shí)，琴槌制動(dòng)器進(jìn)入琴槌的軌跡。當(dāng)鋼琴家正在演奏這首樂(lè)曲時(shí)，琴槌在到達(dá)弦之前在琴槌制動(dòng)器上回彈，并且電子系統(tǒng)產(chǎn)生電子音調(diào)來(lái)代替原聲鋼琴音調(diào)。根據(jù)本發(fā)明的光變換器系統(tǒng)形成電子系統(tǒng)的一部分，并且控制器在鍵位置信號(hào)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼。該樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼被間歇地提供給音調(diào)發(fā)生器，并且音調(diào)發(fā)生器在該樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼的基礎(chǔ)上產(chǎn)生音頻信號(hào)。該音調(diào)發(fā)生器可以從自動(dòng)演奏鋼琴去掉。
可以結(jié)合諸如例如琴槌、制音器、踏板或支撐桿(jack)的原聲鋼琴的另一種類的組成部件來(lái)提供根據(jù)本發(fā)明的光變換器系統(tǒng)。
光發(fā)射傳感頭221和光接收傳感頭222不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。傳感頭部分地充當(dāng)光發(fā)射傳感頭，并且部分地充當(dāng)光檢測(cè)傳感頭。當(dāng)傳感頭充當(dāng)光發(fā)射傳感頭時(shí)，兩個(gè)光束沿橫向發(fā)射到相鄰的傳感頭。另一方面，當(dāng)傳感頭充當(dāng)光接收傳感頭時(shí)，僅一個(gè)光束入射到其上。鍵所需要的傳感頭等于黑/白鍵的數(shù)目加1。這樣，其它種類的傳感頭是經(jīng)濟(jì)的，并且使傳感頭的排列簡(jiǎn)單。
電流-光轉(zhuǎn)換器224的數(shù)目和光-電流轉(zhuǎn)換器225的數(shù)目不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。如果設(shè)備只具有少量的操作器，則兩個(gè)或三個(gè)轉(zhuǎn)換器可以足以測(cè)量該操作器的物理量。
可以從根據(jù)本發(fā)明的光變換器系統(tǒng)去掉傳感頭221/222和光纖24/25。在此實(shí)例中，電流-光轉(zhuǎn)換器與光-電流轉(zhuǎn)換器直接相對(duì)。因而，傳感頭221/222和光纖24/25不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。如果電流-光轉(zhuǎn)換器分別與光-電流轉(zhuǎn)換器相對(duì)，則易于指定由電信號(hào)表示的對(duì)象。換句話說(shuō)，在根據(jù)本發(fā)明的光變換器系統(tǒng)中可以不采用日本專利申請(qǐng)公開(kāi)第Hei 9-54584號(hào)中公開(kāi)的特征。
可以將樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼從控制單元19傳遞到另一個(gè)樂(lè)器，以便通過(guò)該樂(lè)器以實(shí)時(shí)的方式來(lái)產(chǎn)生電子音調(diào)?？梢詫⒃摌?lè)曲數(shù)據(jù)代碼與相關(guān)的持續(xù)時(shí)間代碼從控制單元19通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳遞到合適的數(shù)據(jù)庫(kù)。軟盤驅(qū)動(dòng)器250可以用諸如例如致密盤驅(qū)動(dòng)器的另一個(gè)非易失性存儲(chǔ)器來(lái)代替。
發(fā)光二極管224和光檢測(cè)二極管225不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。發(fā)光二極管224可以用燈來(lái)代替，而光檢測(cè)二極管225可以用發(fā)光晶體管來(lái)代替。
發(fā)光控制器140的電路結(jié)構(gòu)和偏置控制器230-1至230-8的電路結(jié)構(gòu)不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制?？勺冸娏髟?00a可以通過(guò)電流反射鏡電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且選擇器111可以連接在可變電流源100a與電流-光轉(zhuǎn)換器224-1至224-12之間。電阻器串RS和多路復(fù)用器12可以用溝道尺寸不同的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的并聯(lián)組合來(lái)代替。電阻串RS可以用二極管的串聯(lián)組合來(lái)代替。
雙極型晶體管108a/109/111-1至111-3、場(chǎng)效應(yīng)晶體管103/104和電阻器110-1至110-3不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。雙極型晶體管可以用場(chǎng)效應(yīng)晶體管來(lái)代替，而場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以用雙極型晶體管來(lái)代替。電阻器110-1、...、110-3...可以用二極管來(lái)代替。雙極型晶體管的極性和場(chǎng)效應(yīng)晶體管的極性也不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制?？梢詫溝道型場(chǎng)效應(yīng)晶體管改變?yōu)閚溝道型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，并且n-p-n型雙極型晶體管可以改變?yōu)閜-n-p型雙極型晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的光變換器系統(tǒng)可以確定諸如例如速度或加速度的另一個(gè)物理量。假設(shè)期望該光變換器系統(tǒng)測(cè)量速度。中央處理單元將每個(gè)數(shù)字位置信號(hào)的多個(gè)二進(jìn)制值逼近為曲線，并確定曲線上某個(gè)點(diǎn)處的梯度。
權(quán)利要求語(yǔ)言與上述實(shí)施例的組成構(gòu)件相關(guān)聯(lián)如下。黑/白鍵10a/10b作為整體組成“至少一個(gè)移動(dòng)物體”。電流-光轉(zhuǎn)換器224-1至224-12、傳感頭221和光纖24作為整體組成“電流-光轉(zhuǎn)換單元”，而傳感頭222、光纖25和光-電流轉(zhuǎn)換器225-1至225-8組合起來(lái)形成“光-電流轉(zhuǎn)換單元”。鍵軌跡上的鍵位置或黑/白鍵10a/10b的行程對(duì)應(yīng)“物理量”，并且鍵位置信號(hào)CHO(Yn)充當(dāng)“電信號(hào)”?？刂茊卧?9充當(dāng)“數(shù)據(jù)處理器”。
電阻串RS對(duì)應(yīng)于“分壓器”。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)控軌跡上的至少一個(gè)移動(dòng)物體(10a、10b)的光變換器系統(tǒng)，包括電流-光轉(zhuǎn)換單元(224、24、221)，被提供電流，用于以一定的發(fā)光度(led(x))向所述軌跡發(fā)射光；光-電流轉(zhuǎn)換單元(222、25、225)，接收所述光，并產(chǎn)生代表物理量的電信號(hào)(CHO(Yn))，其中所述物理量表示所述至少一個(gè)移動(dòng)物體(10a、10b)在所述軌跡上的運(yùn)動(dòng)，并且該電信號(hào)(CHO(Yn))根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)和所述發(fā)光度(led(x))而變化；以及數(shù)據(jù)處理器(19)，接收所述電信號(hào)(CHO(Yn))，以便確定所述物理量，其特征在于還包括偏置控制器(230)，連接到所述光-電流轉(zhuǎn)換單元(222、25、225)，并響應(yīng)于代表目標(biāo)偏置電平的偏置控制信號(hào)(CL3)，將所述電信號(hào)(CHO(Yn))調(diào)整到所述目標(biāo)偏置電平，并且在于所述數(shù)據(jù)處理器(19)將所述偏置控制信號(hào)(CL3)提供給所述偏置控制器(230)。
2.如權(quán)利要求1所述的光變換器系統(tǒng)，其中，如果在所述軌跡上，所述至少一個(gè)移動(dòng)物體(10a、10b)停止在所述光的外部，則所述數(shù)據(jù)處理器(19)檢驗(yàn)所述物理量，以查看所述偏置電平是否最佳。
3.如權(quán)利要求2所述的光變換器系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述電信號(hào)(CHO(Yn))顯示出小于高閾值(REF)的電勢(shì)電平時(shí)，所述數(shù)據(jù)處理器(19)將所述偏置電平確定為最佳，其中所述高閾值(REF)接近于所述光-電流轉(zhuǎn)換單元(222、25、225)的最大輸出電勢(shì)電平。
4.如權(quán)利要求3所述的光變換器系統(tǒng)，其中，在所述電勢(shì)電平小于所述高閾值(REF)的范圍內(nèi)，所述數(shù)據(jù)處理器(19)將所述目標(biāo)偏置電平確定為盡可能低。
5.如權(quán)利要求4所述的光變換器系統(tǒng)，其中，在所述盡可能低的目標(biāo)偏置電平處，在所述電信號(hào)(CHO(Yn))顯示出小于所述高閾值(REF)的所述電勢(shì)電平的范圍內(nèi)，所述電流-光轉(zhuǎn)換單元(224、24、221)以盡可能高的所述發(fā)光度(led(d))發(fā)射所述光。
6.如權(quán)利要求2所述的光變換器系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述電信號(hào)顯示出在高閾值(REF)與低閾值(UR)之間的電勢(shì)電平時(shí)，所述數(shù)據(jù)處理器(19)將所述偏置電平確定為最佳，其中所述高閾值(REF)接近所述光-電流轉(zhuǎn)換單元(222、25、225)的最大輸出電勢(shì)電平，所述低閾值(UR)接近所述光-電流轉(zhuǎn)換單元(222、25、225)的最小輸出電勢(shì)電平。
7.如權(quán)利要求6所述的光變換器系統(tǒng)，其中，在發(fā)現(xiàn)所述電勢(shì)電平處于所述高閾值(REF)與所述低閾值(UR)之間的范圍內(nèi)，所述數(shù)據(jù)處理器(19)將所述目標(biāo)偏置電平確定為盡可能低。
8.如權(quán)利要求7所述的光變換器系統(tǒng)，其中，所述電流-光轉(zhuǎn)換單元(224、24、221)以盡可能低的所述發(fā)光度(led(x))發(fā)射所述光，并且其中，在發(fā)現(xiàn)所述電勢(shì)電平處于所述高閾值(REF)與所述低閾值(UR)之間的范圍內(nèi)，所述數(shù)據(jù)處理器(19)盡可能高地確定所述目標(biāo)偏置電平。
9.如權(quán)利要求1所述的光變換器系統(tǒng)，其中所述偏置控制器(230)包括分壓器(RS)，連接到所述光-電流轉(zhuǎn)換單元(222、25、225)，并具有多個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)(P0-P7)，用于輸出被不同偏置的多個(gè)初級(jí)電信號(hào)(CHO(0)-CHO(7))，以及多路復(fù)用器(12)，具有分別連接到所述分壓器(RS)的所述多個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)(P1-P7)的多個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)(1-7)，并響應(yīng)所述偏置控制信號(hào)(CL3)，以便有選擇地將所述初級(jí)電信號(hào)(CHO(0)-CHO(7))從所述多個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)(1-7)傳遞到所述輸出節(jié)點(diǎn)(COM)，以產(chǎn)生所述電信號(hào)(CHO(Yn))。
10.如權(quán)利要求9所述的光變換器系統(tǒng)，其中，所述偏置控制器(230)還包括連接到所述多路復(fù)用器(12)的所述輸出節(jié)點(diǎn)(COM)的放大器(226-1-226-8)，使得將所述電信號(hào)(CHO(Yn))從所述輸出節(jié)點(diǎn)(COM)提供給所述數(shù)據(jù)處理器(19)。
11.如權(quán)利要求9所述的光變換器系統(tǒng)，其中，多個(gè)串聯(lián)連接的電阻器(R1-R8)充當(dāng)所述分壓器(RS)。
12.如權(quán)利要求1所述的光變換器系統(tǒng)，還包括發(fā)光控制器(140)，連接到所述電流-光轉(zhuǎn)換單元(224、24、221)，并響應(yīng)表示目標(biāo)發(fā)光度的發(fā)光控制信號(hào)(CL1)，以便將所述光調(diào)整到所述目標(biāo)發(fā)光度(led(x))。
13.如權(quán)利要求12所述的光變換器系統(tǒng)，其中，如果在所述軌跡上，所述至少一個(gè)移動(dòng)物體(10a、10b)停止在所述光的外部，則所述數(shù)據(jù)處理器(19)檢驗(yàn)所述物理量，以查看所述發(fā)光度(led(x))和所述偏置電平是否最佳。
14.如權(quán)利要求13所述的光變換器系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述電信號(hào)(CHO(Yn))顯示出小于高閾值(REF)的電勢(shì)電平時(shí)，所述數(shù)據(jù)處理器(19)將所述發(fā)光度(led(x))和所述偏置電平確定為最佳，其中所述高閾值(REF)接近于所述光-電流轉(zhuǎn)換單元(222、25、225)的最大輸出電勢(shì)電平。
15.如權(quán)利要求14所述的光變換器系統(tǒng)，其中，在所述電勢(shì)電平小于所述高閾值(REF)的范圍內(nèi)，所述數(shù)據(jù)處理器(19)將所述發(fā)光度(led(x))和所述偏置電平確定為盡可能高和盡可能低。
16.如權(quán)利要求13所述的光變換器系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述電信號(hào)(CHO(Yn))顯示出在高閾值(REF)與低閾值(UR)之間的電勢(shì)電平時(shí)，所述數(shù)據(jù)處理器(19)將所述發(fā)光度(led(x))和所述偏置電平確定為最佳，其中所述高閾值(REF)接近于所述光-電流轉(zhuǎn)換單元(222、25、225)的最大輸出電勢(shì)電平，所述低閾值(UR)接近于所述光-電流轉(zhuǎn)換單元(222、25、225)的最小輸出電勢(shì)電平。
17.如權(quán)利要求16所述的光變換器系統(tǒng)，其中，在發(fā)現(xiàn)所述電勢(shì)電平處于所述高閾值(REF)與所述低閾值(UR)之間的范圍內(nèi)，所述數(shù)據(jù)處理器(19)將所述發(fā)光度(led(x))和所述偏置電平確定為盡可能低和盡可能高。
18.如權(quán)利要求12所述的光變換器系統(tǒng)，其中，所述發(fā)光控制器(140)包括可變電流源(100a)，其連接到電源(PS)，并響應(yīng)所述發(fā)光控制信號(hào)(CL1)，以便改變流入所述電流-光轉(zhuǎn)換單元(224、24、221)的所述電流的量。
19.如權(quán)利要求1所述的光變換器系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)移動(dòng)物體具有在所述軌跡的各自子軌跡上獨(dú)立移動(dòng)的多個(gè)移動(dòng)構(gòu)件(10a、10b)，并且其中，所述電流-光轉(zhuǎn)換單元(224、24、221)和所述光-電流轉(zhuǎn)換單元(222、25、225)分別具有與所述多個(gè)移動(dòng)構(gòu)件(10a、10b)相關(guān)的多個(gè)電流-光轉(zhuǎn)換器(224-1-224-12、24、221)、以及與所述多個(gè)移動(dòng)構(gòu)件相關(guān)的多個(gè)光-電流轉(zhuǎn)換器(222、25、225-1-225-8)，其中所述多個(gè)電流-光轉(zhuǎn)換器(224-1-224-12、24、221)用于向所述子軌跡發(fā)射光束，所述多個(gè)光-電流轉(zhuǎn)換器(222、25、225-1-225-8)用于從相關(guān)的電流-光轉(zhuǎn)換器(224-1-224-12、24、221)接收所述光束。
20.如權(quán)利要求19所述的光變換器系統(tǒng)，其中，所述偏置控制器(230)包括分別連接到所述多個(gè)光-電流轉(zhuǎn)換器(222、25、225-1-225-8)的多個(gè)偏置控制電路(230-1-230-8)，使得所述多個(gè)光-電流轉(zhuǎn)換器(222、25、225-1-225-8)的每一個(gè)獨(dú)立于所述多個(gè)光-電流轉(zhuǎn)換器的其它轉(zhuǎn)換器而將形成所述電信號(hào)(CHO(Yn))的一部分的子電信號(hào)(CHO(Y1)-CHO(Y8))調(diào)整為所述目標(biāo)偏置電平。
全文摘要
利用光變換器系統(tǒng)(18)來(lái)監(jiān)控合并在自動(dòng)演奏鋼琴(1)中的鍵(10a、10b)；光變換器系統(tǒng)(18)包括在鍵軌跡的兩側(cè)提供的傳感頭(221、222)、通過(guò)光纖(24)連接到預(yù)定傳感頭(221)的LED(224－1－224－12)、通過(guò)光纖(25)連接到其它傳感頭(222)的LDD(225－1－225－8)、和控制單元(19)；發(fā)光控制器(140)連接到LED(224－1－224－12)，用于使發(fā)光度(led(x))最優(yōu)化，并且偏置控制器(230－1－230－8)分別連接到LDD(225－1－225－8)；發(fā)光控制器(140)和偏置控制器(230－1－230－8)使所發(fā)射的光的發(fā)光度(led(x))和電信號(hào)(CHO(Yn))的偏置電平最優(yōu)化，使得光變換器系統(tǒng)(18)免受組成部件的個(gè)體特征和老化衰退的影響。
文檔編號(hào)G10F1/02GK1637848SQ20041010464
公開(kāi)日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2004年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月6日
發(fā)明者浦智行, 佐佐木力, 大場(chǎng)保彥, 橋本政久 申請(qǐng)人:雅馬哈株式會(huì)社