專利名稱：：位置傳感器和利用該傳感器的位置信息處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種位置傳感器和利用該傳感器的位置信息處理裝置，更確切地說，涉及一種用于檢測例如鍵盤樂器上的琴鍵這樣的可動元件的位置的位置傳感器，以及用于處理由該位置傳感器提供的位置信息的位置信息處理系統(tǒng)。自動演奏式鋼琴和無噪聲(silent)鋼琴是鋼琴類鍵盤式樂器的典型實(shí)例。自動演奏式鋼琴是根據(jù)發(fā)聲式(acoustic)鋼琴制造的，在自動演奏式鋼琴中包含數(shù)據(jù)處理裝置、位置傳感器和線圈操作的致動器。在利用鍵盤進(jìn)行演奏過程中，位置傳感器監(jiān)測琴鍵和/或音錘的運(yùn)動，并向數(shù)據(jù)處理裝置連續(xù)地提供位置信息。數(shù)據(jù)處理裝置根據(jù)位置信息識別按下的琴鍵，并測定琴鍵/音錘的運(yùn)動。數(shù)據(jù)處理裝置產(chǎn)生一系列的代表琴鍵/音錘運(yùn)動的樂曲數(shù)據(jù)代碼，并將該樂曲數(shù)據(jù)代碼存儲在適當(dāng)?shù)挠涗浢襟w中。在播放時，樂曲數(shù)據(jù)代碼順序地由記錄媒體讀出，并且數(shù)據(jù)處理裝置由相應(yīng)于所移動的琴鍵的樂曲數(shù)據(jù)代碼測定琴鍵的彈奏軌線。線圈操作的致動器沿著琴鍵彈奏軌線動作各個鍵，自動演奏鋼琴無需用手指彈奏重現(xiàn)原先的演奏。無聲鋼琴公開在序號為5374775的美國專利中。無聲鋼琴也是根據(jù)發(fā)聲式鋼琴制造的，在無聲鋼琴中包含音錘限位器、位置傳感器、數(shù)據(jù)處理裝置、音調(diào)發(fā)生器和耳機(jī)。當(dāng)音錘限位器移動到一非約束位置時，在該位置音錘限位器不阻止音錘的運(yùn)動，無聲鋼琴的行為與一個標(biāo)準(zhǔn)發(fā)聲式鋼琴相似，鋼琴演奏員通過發(fā)聲的樂音對無聲鋼琴調(diào)音。另一方面，如果將音錘限位器改變到阻擋位置，在該位置處，音錘在敲擊琴弦之前，沖擊在該音錘限位器上，無聲鋼琴就象一個電子鍵盤樂器。位置傳感器監(jiān)測琴鍵/音錘，并向數(shù)據(jù)處理裝置提供琴鍵/音錘的位置信息。數(shù)據(jù)處理裝置按實(shí)時方式處理這些位置信息，并產(chǎn)生代表琴鍵/音錘運(yùn)動的樂曲數(shù)據(jù)代碼。樂曲數(shù)據(jù)代碼提供到音調(diào)發(fā)生器，音調(diào)發(fā)生器由該樂曲數(shù)據(jù)代碼轉(zhuǎn)變成音響信號。該音響信號提供到耳機(jī)，演奏者聽到的是電子樂聲而不是直接聲學(xué)樂聲。因此，位置傳感器是自動演奏式鋼琴/無聲鋼琴的必不可少的組成元件，圖1和圖2表示了接觸式位置傳感器的典型示例。每個琴鍵配置一位置傳感器，通常在鍵盤下方設(shè)80個位置傳感器。現(xiàn)有技術(shù)的接觸式位置傳感器1安裝在鍵床2上，琴鍵3相對于鍵床2是可轉(zhuǎn)動的。現(xiàn)有技術(shù)的接觸式位置傳感器1包含置于鍵床2上的剛性立柱元件1a、安裝在剛性立柱元件1a上的可彈性變形的球形元件1b、附著到剛性立柱元件1a上的固定觸點(diǎn)1c和固定到可彈性變形的球形元件1b的內(nèi)表面上的動觸點(diǎn)1d。桿形件1e附著到琴鍵3的下表面，與琴鍵3一起運(yùn)動。當(dāng)琴鍵3停在靜止位置時，桿形件1e使得可彈性變形的球形元件1b能轉(zhuǎn)動觸點(diǎn)1e與固定觸點(diǎn)1c隔開。如果琴鍵3被按下，桿形件1e將可彈性變形的球形元件1b壓住剛性立柱元件1a，并將其擠壓，從而使動觸頭1d與固定觸頭1c相接觸。然后，電流在其間流過，該現(xiàn)有技術(shù)的接觸式位置傳感器1輸出一個表示新的琴鍵位置的琴鍵位置信號kp1。在圖2中表示的另一種接觸式位置傳感器4稱為“片簧開關(guān)”，也置于鍵床5上，用于監(jiān)測琴鍵6。該現(xiàn)有技術(shù)的接觸式位置傳感器4包含一安裝在鍵床5上的絕緣塊狀元件4a，由絕緣塊狀元件4a支承的兩個片簧4b和4c，以及裝在下片簧4b上的固定觸點(diǎn)4d。上片簧4c的前端部分以這樣一種方式彎曲，即在絕緣塊形件4a中向上伸出，用作動觸頭。當(dāng)琴鍵6處在靜止位置時，上片簧4c與固定觸點(diǎn)4d隔開，在片簧4c和固定觸點(diǎn)4d之間沒有電流流過。然而，如果琴鍵6被按下，琴鍵6與前端部分4e相接觸，使片簧4e朝向另一片簧4d產(chǎn)生變形。片簧4c壓住固定觸點(diǎn)4d，流過電流，從而產(chǎn)生表示新的琴鍵位置的琴鍵位置信號kp2。接觸式位置傳感器由于物理接觸而改變檢測點(diǎn)，因此，用非接觸式位置傳感器來代替接觸式位置傳感器。圖3表示用于琴鍵7的非接觸式位置傳感器的典型實(shí)列。該現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器8置于鍵床上，它包含附著到琴鍵7下表面上的一個截光葉片8a和光耦合器8b，即光發(fā)射元件8c和光檢測元件8d，二者彼此隔開。光發(fā)射元件8c和光檢測元件8d，均置入一字母U形的支座元件8e中，來自光發(fā)射元件8c的光束8f照射到光檢測元件8d。當(dāng)琴鍵7處于靜止位置時，截光葉片8a靜置于光束8f的上方。如果琴鍵7被按下，琴鍵7連同截光葉片8a一起向下運(yùn)動，截光葉片8a截住光束8f。光檢測元件產(chǎn)生與光強(qiáng)成比例的電流，這種截光作用使光檢測元件8d降低電流的數(shù)值。該電流用作代表琴鍵位置的琴鍵位置信號kp3。在圖4中表示另一種非接觸式位置傳感器。該現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器10和11分別與琴鍵12和13相關(guān)聯(lián)，傳感頭14a、14b、和14c與在鍵12、13…下方的另一方隔開，傳感頭14a到14c具有各自的傾斜的內(nèi)表面和垂直的外表面限定的二分叉部分，并且該分叉的部分對應(yīng)地用作棱鏡14d，14e、14f、14g、14h和14i。傾斜的內(nèi)表面分別相對于該垂直的外表面按45°傾斜。凸透鏡14j、14k、14m、14n、14o和14p分別附加在垂直的外表面上，光纖14g、14r、14s、14t、14u和14v分別引到傾斜的內(nèi)表面。光纖14a、14s和14u的另一端連接到-光檢測器(未表示)，光纖14r、14t和14v的另一端連接到一光發(fā)射器(未表示)。截光葉片14x和14y分別附著到琴鍵12和13的下表面上，光纖14r/14s、棱鏡14e/14f，凸透鏡14k/14m以及截光葉片14構(gòu)成了現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器(與鍵12相關(guān)聯(lián))，光纖14t/14u、棱鏡14g/14h、凸透鏡14n/14o以及截光葉片14y則構(gòu)成與琴鍵13相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)傳感器。當(dāng)琴鍵12和13分別處于各自的靜止位置時，光纖14r和14t向棱鏡14e和14g發(fā)射出光束15a和15b，該光束15a和15b在傾斜的內(nèi)表面上產(chǎn)生反射。然后光束15a和15b通過凸透鏡14k和14n，變?yōu)槠叫泄?5c和15d。平行光15e和15d朝凸透鏡14m和14o繼續(xù)行進(jìn)，并會聚在傾斜的內(nèi)表面上。傾斜的內(nèi)表面將光束15c和15f朝光纖14s和14u反射。并分別進(jìn)入光纖14s和14u。光纖14s和14u將光導(dǎo)向光檢測器。在這種情況下，如果琴鍵12和13與截光葉片14x和14y一起向下移動，截光葉片14x和14y截斷平行光15c和15d，改變了光強(qiáng)度。一個實(shí)際的自動演奏式/無聲式鋼琴需要88個接觸式位置傳感器或非接觸式位置傳感器，一個數(shù)據(jù)處理裝置周期性地提取由這些位置傳感器提供的鍵位置數(shù)據(jù)。如果這88個位置傳感器直接連接到數(shù)據(jù)處理裝置，則數(shù)據(jù)處理裝置相應(yīng)需要88個數(shù)據(jù)輸入口，占很大的空間。為此，在各位置傳感器和數(shù)據(jù)處理裝置之間的直接連接是不適宜的。為此，在各位置傳感器和數(shù)據(jù)處理裝置之間設(shè)有接口。圖5表示可適用于現(xiàn)有技術(shù)的接觸式位置傳感器1或4的一種接口?，F(xiàn)有技術(shù)的各接觸式位置傳感器1或4構(gòu)成一個按行列排列的開關(guān)-陣列17。聲學(xué)鋼琴的每12個鍵構(gòu)成一個八度音程，即音調(diào)A到音調(diào)G#，這些行的接觸式位置傳感器在它們的輸入節(jié)點(diǎn)處連接到12條掃描信號線18a、18b、18c、18d，…和18m上。該12條掃描信號線18a、18b、18c、18d、…和18m分別對應(yīng)于音名為A、A#、B、C，…以及G#的音調(diào)。88個琴鍵屬于8個八度音，現(xiàn)有技術(shù)的接觸式位置傳感器在它們的輸出節(jié)點(diǎn)處連接到8條檢測線19a、19b、19c，…和19h上。這8條檢測線19a、19b、19c、…和19h分別對應(yīng)于第一八度、第二八度、第三八度、…和第八八度。12條掃描信號線18a到18m連接到數(shù)據(jù)處理裝置20的信號發(fā)送口20a，8條檢測線19a到19h連接到數(shù)據(jù)處理裝置20的信號接收口20b。數(shù)據(jù)處理裝置17順序地向12條掃描信號線18a到18m提供有效低電平的掃描信號SCAM，并檢查信號接收口20b，以了解掃描信號SCAN是否返回到信號接收口20b。假設(shè)數(shù)據(jù)處理裝置20將掃描信號SCAN在t1、t2、t3、…和t12加到掃描信號線18a到18m。如果掃描信號SCAN在時間t3返回到檢測線19c，數(shù)據(jù)處理裝置判定，該琴鍵在掃描線18c和檢測線19c之間的交叉點(diǎn)處在接觸式位置傳感器1x中已建立一電流通道。另一方面，如果在時間t1，掃描信號SCAN返回到檢測線19h，則數(shù)據(jù)處理裝置20確認(rèn)與現(xiàn)有技術(shù)的接觸式位置傳感器1y相關(guān)聯(lián)的琴鍵向下運(yùn)動。因此，開關(guān)陣列17使得數(shù)據(jù)處理裝置20能確定88個位置傳感器1或4中的其中一個，并且數(shù)據(jù)處理裝置20僅需要20個信號口。在圖6中表示用現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器8替代現(xiàn)有技術(shù)的接觸式位置傳感器1或4。該現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式傳感器8也按行列排列構(gòu)成陣列21，與開關(guān)陣列17相似，掃描信號線18a到18m以及檢測線19a到19h連接到各行非接觸式位置傳感器8上和各列非接觸式位置傳感器8上。數(shù)據(jù)處理裝置順序地向掃描信號線18a到18m提供掃描信號SCAN，并通過實(shí)時檢測線測定鍵的向下運(yùn)動。在這種情況下，陣列21僅需20個信號口?，F(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器10/11也可適用于構(gòu)成一個陣列。圖7表示利用非接觸式位置傳感器10構(gòu)成的陣列。傳感頭14a按行列排列。第一到第七行中的每一行由13個傳感頭14a組成，由5個傳感頭14a構(gòu)成第八行，因為現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器在兩個相鄰的傳感頭14a之間形成一個用于截光葉片14x的間隙。提供12個光發(fā)射元件23a，23b，…23i，23k，和23m用于12列非接觸式位置傳感器，并經(jīng)過12束光纖24a、24b，…24j，24c，24d，…24j，24k和24m連接到各傳感頭14a上。光纖束24a到24d中的每一束由8條光纖組成。第五到第十二列的每一束由7條光纖結(jié)合構(gòu)成。提供8個光檢測元件25a、25b、…和25h，用于8行非接觸式位置傳感器，并經(jīng)過8束光纖26a、26b，…和26h連接到相關(guān)聯(lián)的各行的現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器。第一到第七束光纖中的每一束由12條光纖組成，第八束由4條光纖組成。12個光發(fā)射元件23a到23m連接到數(shù)據(jù)處理裝置27的驅(qū)動信號發(fā)送口27a，8個光檢測元件25a到25h連接到數(shù)據(jù)處理裝置27b的信號接收口27b。數(shù)據(jù)處理裝置27順序地向光發(fā)射元件23a到23m提供驅(qū)動信號，8個光發(fā)射元件分別在不同的時間產(chǎn)生光脈沖信號。因此，數(shù)據(jù)處理裝置27周期性地利用光脈沖信號掃描12列非接觸式位置傳感器。每個光脈沖信號分布到相關(guān)的光纖束上，并通過光纖傳輸?shù)?或7個非接觸式位置傳感器。光脈沖信號使光束在各傳感頭14a之間的間隙范圍內(nèi)穿過。假如所有的琴鍵處于靜止位置，截光葉片14x設(shè)有截斷光束，光束進(jìn)入分別從光纖束26a到26h中選擇的光纖，光檢測元件產(chǎn)生琴鍵位置信號。琴鍵位置信號的電位電平彼此相等，數(shù)據(jù)處理裝置27由信號接收口27b接收琴鍵位置信號。假設(shè)其中一個琴鍵被按下。相關(guān)的截光葉片14x截住在第一行和第二列之間的交叉點(diǎn)處的現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器的光束。當(dāng)截光葉片14x運(yùn)動到傳感頭14a之間時，光發(fā)射元件23b產(chǎn)生光脈沖信號，光脈沖使得由右側(cè)傳感頭14a朝左側(cè)傳感頭14a發(fā)出光束。光束在截光葉片14x上被反射，沒有達(dá)到光纖束26a。為此，光檢測元件25a將琴鍵位置信號變到低電位電平，數(shù)據(jù)處理電路27確認(rèn)琴鍵按下。假如現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器發(fā)出沿截光葉片14x的運(yùn)動軌線的相互隔開的兩個光束，則截光葉片14x在不同的時間截住這兩個光束，數(shù)據(jù)處理裝置27根據(jù)截住第一光束和截住第二光束之間的時間間隔計算琴鍵的速度?，F(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器沒有通過物理接觸就可檢測運(yùn)動元件的即時位置，因而比現(xiàn)有技術(shù)的接觸式位置傳感器更耐久。當(dāng)將現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器陣列21和現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器陣列22比較，每個現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器8需要一對光發(fā)射/光檢測元件，在陣列21中包含88對光發(fā)射/光檢測元件。該光發(fā)射/光接收元件價格很貴，使得使用現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器陣列增加了自動演奏式/無聲鋼琴的生產(chǎn)成本。另一方面，每個光發(fā)射元件在8或7個非接觸式位置傳感器10之間共用，每個光檢測元件在12或4個非接觸式位置傳感器10之間共用。換句話說，現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器陣列22僅需要8對光發(fā)射/光檢測元件和4個光發(fā)射元件。由于這個原因，現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器陣列22是經(jīng)濟(jì)的，降低自動演奏式/無聲鋼琴的生產(chǎn)成本。然而，現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器陣列22遇到的一個問題是光纖的配置復(fù)雜。光脈沖信號從12個光發(fā)射元件23a到23m經(jīng)過88根光纖分配到各傳感頭，各光束由傳感頭經(jīng)過88根光纖傳輸?shù)焦鈾z測元件25a到25h。因此，為了簡單地確認(rèn)按下的琴鍵，現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器陣列22需要176根光纖。如果需要現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器陣列22實(shí)現(xiàn)琴鍵速度的計算，則該現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器陣列22需要352根光纖。現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器陣列22要容納在鍵盤和鍵床之間的十分狹窄的空間內(nèi)，光纖的復(fù)雜配置使得組裝作業(yè)很困難。在現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器中固有的另一個難題是光的利用率低。由光纖14r發(fā)出的光束15a在進(jìn)入到光纖14s之前由棱鏡14e/14f反射兩次(見圖4)。棱鏡14e/14f對在臨界角度范圍內(nèi)入射到傾斜內(nèi)表面上的光的分量進(jìn)行反射。然而，來自光纖14r的光束15a產(chǎn)生散射，這樣光束15a的一部分在傾斜的內(nèi)表面上超出臨界角。由于這個原因，現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器僅利用了一部分光束檢測琴鍵的位置。因此，本發(fā)明的一個重要的目的是提供一種非接觸式位置傳感器，其中光通道配置簡單并有效地利用光。本發(fā)明的另一個重要的目的是提供一種利用非接觸式位置傳感器的位置信息處理裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出在兩個非接觸式位置傳感器之間共用一光發(fā)射部件和一光檢測部件。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于檢測運(yùn)動元件的即時位置的非接觸式位置傳感器，其包含一光耦合到光源上的光發(fā)射部件、其發(fā)出沿第一方向延伸的第一光通道的第一光束以及沿與第一方向不同的第二方向延伸的第二光通道的第二光束；運(yùn)動元件的運(yùn)動軌線橫切第一光通道和第二光通道的其中之一；以及一光耦合到光檢測元件上的光檢測部件，并且將由另一光發(fā)射部件發(fā)出的第三光束以及由光發(fā)射部件發(fā)出的第一光束和第二光束的其中之一在不同的時間導(dǎo)入光檢測元件。光發(fā)射部件和光檢測部件可以通過光纖連接到光源和光檢測元件，或者可以具有內(nèi)置的光源或內(nèi)置的光檢測元件。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于檢測多個沿著運(yùn)動軌線可分別運(yùn)動的運(yùn)動元件中的每一個元件的變化的位置信息處理裝置，它包含交替排列在各運(yùn)動軌線之間的多個光發(fā)射部件和多個光檢測部件，多個光反射部件中的每個部件發(fā)出沿著越過其中一條運(yùn)動軌線的第一光通道的第一光束，和沿著越過其中另一條運(yùn)動軌線的第二光通道的第二光束；多個光檢測部件中的每一個部件接收由多個光發(fā)射部件中的一個部件發(fā)出的第一光束和由多個光發(fā)射部件中的另一個部件發(fā)出的第二光束；一個按光學(xué)方式連接到多個光發(fā)射部件的光發(fā)生裝置，用于在不同的時間向多個光發(fā)射部件選擇性地提供光脈沖；一個按光學(xué)方式連接到多個光檢測部件的光檢測裝置，用于在不同時間將第一光束和第二光束變換為電檢測信號；以及數(shù)據(jù)處理裝置，向光發(fā)生裝置提供電驅(qū)動信號，以便能使光發(fā)生裝置在不同的時間重復(fù)地產(chǎn)生光脈沖，并且根據(jù)多個光發(fā)射部件中的一個部件發(fā)出上述的第一光束和第二光束中的一個光束，以及根據(jù)多個光檢測部件中的一個部件接收的上述的第一光束和第二光束中的一個光束，判定多個運(yùn)動元件中的至少一個元件截住第一光束和第二光束中的一個光束。通過結(jié)合附圖所進(jìn)行的如下介紹將會更清楚地理解根據(jù)本發(fā)明的非接觸式位置傳感器和位置信息處理裝置的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是表示一用于發(fā)聲式鋼琴的現(xiàn)有技術(shù)的接觸式位置傳感器的側(cè)視圖；圖2是表示一用于發(fā)聲式鋼琴的現(xiàn)有技術(shù)的另一種接觸式位置傳感器的側(cè)視圖；圖3是表示現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器的正視圖；圖4是表示另一種現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器的正視圖；圖5是表示利用現(xiàn)有技術(shù)的接觸式位置傳感器實(shí)現(xiàn)的開關(guān)陣列的電路示意圖；圖6是表示利用如圖3中所示的現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器實(shí)現(xiàn)的開關(guān)陣列的電路示意圖；圖7是表示利用如圖4中所示的現(xiàn)有技術(shù)的非接觸式位置傳感器實(shí)現(xiàn)的開關(guān)陣列的電路示意圖；圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的非接觸式位置傳感器的陣列的底視圖；圖9是取自圖8中的線A-A所取的橫斷面圖，表示非接觸式位置傳感器；圖10是表示根據(jù)本發(fā)明的位置信息處理裝置的配置的電路示意圖；圖11是表示包含在位置信息處理裝置中的光發(fā)射部件和光接收部件之間相互關(guān)系的示意圖；圖12是表示另一種根據(jù)本發(fā)明的非接觸式位置傳感器陣列的底視圖；圖13是沿圖12中的線B-B所取的橫斷面圖，表示非接觸式位置傳感器；圖14是表示根據(jù)本發(fā)明的另一種非接觸式位置傳感器的正視圖；圖15是表示構(gòu)成圖14中表示的非接觸式位置傳感器的一個部分的光發(fā)射部件的改進(jìn)方案的正視圖；圖16是表示容納在黑色殼體中的改進(jìn)結(jié)構(gòu)的正視圖；圖17是表示黑色殼體的側(cè)視圖；圖18是可適用于圖14中所示的非接觸式位置傳感器的黑色殼體的橫斷面圖；圖19是表示圖18中所示的黑色殼體的側(cè)視圖；圖20是表示容納在該殼體中的第二改進(jìn)結(jié)構(gòu)的橫斷面圖；圖21是表示利用非接觸式位置傳感器實(shí)現(xiàn)的開關(guān)陣列的配置的電路示意圖。第一實(shí)施例非接觸式位置傳感器參閱圖8和圖9，體現(xiàn)本發(fā)明的非接觸式位置傳感器30由框架結(jié)構(gòu)31支撐，該框架結(jié)構(gòu)31置于在琴鍵33下方的鍵床32上。琴鍵33相對于鍵床32可轉(zhuǎn)動，并構(gòu)成在自動演奏式/無聲鋼琴中采用的發(fā)聲式鋼琴部件。非接觸式位置傳感器30構(gòu)成信息處理裝置的部件，而信息處理裝置包含在自動演奏式/無聲鋼琴中。在這個實(shí)例中，該自動演奏式/無聲鋼琴具有88個琴鍵33，因此在88個琴鍵下方設(shè)置88個非接觸式位置傳感器30?？蚣芙Y(jié)構(gòu)31具有一個上板31a，在上板31a中按間隔形成各狹口31b。各截光葉片33a分別附著在琴鍵33的下表面上，截光葉片33a由該處向下伸出。各狹口31b分別與各截光葉片33a對準(zhǔn)，并且各截光葉片33a可分別運(yùn)動進(jìn)出狹口31b。橫跨各狹口31b裝設(shè)非接觸式位置傳感器30，并檢測截光葉片的位置，亦即琴鍵的位置。各非接觸式位置傳感器30結(jié)構(gòu)上彼此相同，在圖8中用標(biāo)號“30a”代表其中一個非接觸式位置傳感器30。該非接觸式位置傳感器30a包含一個與在其右側(cè)的非接觸式位置傳感器30b共用的一個光發(fā)射部件30c和與非接觸式位置傳感器30e共用的一個光檢測部件30d。光發(fā)射部件30c附著在上板31a的反面上在二狹口31b之間，是由透明的合成樹脂例如丙烯酸脂樹脂制成的。該透明的合成樹脂部件被局部切掉，光發(fā)射部件30c具有一V形凹部。各傾斜表面在其一端按90°連接在一起，在其另一端與側(cè)表面成45°。各個側(cè)表面按90°與端部表面相連接。因此，在傾斜表面和側(cè)表面之間形成三角形部分，用作棱鏡30f和30g。光纖30h插入到透明的合成樹脂部件中，朝向V形凹部。光纖30h由透明的合成樹脂例如聚丙烯酸酯制成，直徑0.5毫米。光纖30h的光軸與傾斜表面的二等分線對準(zhǔn)。凸透鏡30i和30j附著到側(cè)表面上，面對狹口31b。光纖30h發(fā)出的光束LB1朝向棱鏡30f和30g，傾斜表面將光束反射朝向凸透鏡30i和30j。凸透鏡將光束LB1形成平行光LB2和LB3。平行光LB2/LB3行進(jìn)通過在狹口31b下方的空間朝向光檢測部件30d，光檢測部件在光發(fā)射部件30c的右側(cè)。光檢測部件30d也附著到上板31a的反面上處在二狹口31b之間，是由透明的合成樹脂，例如聚丙烯酸酯制成的。與光發(fā)射部件30c相似，透明的合成樹脂部件被局部切掉，光檢測部件30d具有V形凹部。各傾斜表面在它們的一端按90°連接在一起，在它們的另一端與側(cè)部表面成45°。各個側(cè)表面按90°與端部表面的兩端連接在一起。因此，在傾斜表面和側(cè)面表面之間形成三角形部分，用作棱鏡30k和30m。光纖30n插入到透明的合成樹脂部件中，朝向V形凹部0光纖30n由透明的合成樹脂例如聚丙烯酸酯制成，直徑0.5毫米。光纖30h的光軸與傾斜表面的二等分線相對準(zhǔn)。凸透鏡30o和30p附著到側(cè)部表面上。面向狹口31b。平行光LB2/LB4入射到凸透鏡30o和30p上，并會聚到棱鏡30k/30m的傾斜表面上。光束LB2和LB3在傾斜表面上被反射朝向光纖30n。光發(fā)射部件30c的光纖30h和光檢測部件30d的光纖30n如下所述連接到光發(fā)射元件和光檢測元件。相關(guān)琴鍵33的往復(fù)運(yùn)動通過檢測光強(qiáng)的變化可以檢測。位置信息處理裝置下面參照圖10對體現(xiàn)本發(fā)明的位置信息處理裝置進(jìn)行介紹。該位置信息處理裝置包含多個與光發(fā)射部件30c相同的光發(fā)射部件40a和多個與光檢測部件30d相同的光檢測部件40b。光發(fā)射部件40a和光檢測部件40b交替地排列在由88個琴鍵41a構(gòu)成的鍵盤41的下方。位置信息處理裝置還包含選擇性地連接到光發(fā)射部件40a上的12束光纖42a、42b、42和42m，分別連接到12束光纖(42a到42m)的12個光發(fā)射元件43a，43b，43c…43m，選擇性地連接到光檢測部件40b上的8束光纖44a，44b，…，44g和44h以及分別連接到光纖束(44a到44h)上的8個光檢測元件45a，45b，…45g和45h。光發(fā)射元件和光檢測元件可以分別由半導(dǎo)體發(fā)光二極管和半導(dǎo)體光電三極管構(gòu)成。光發(fā)射元件響應(yīng)于電驅(qū)動信號DR，用以產(chǎn)生光脈沖，光檢測元件根據(jù)傳輸?shù)狡渖系墓猱a(chǎn)生電檢測信號。電檢測信號的電壓電平與光強(qiáng)度成比例。在位置信息處理裝置中包含45個光發(fā)射部件40a，每4根或3根光纖構(gòu)成光纖束、42a到42m。每6根或4根光纖構(gòu)成光纖束44a到44h。因此，44根光纖選擇性地連接在光檢測部件40b和光檢測元件45a到45h之間。因此，根據(jù)本發(fā)明的位置信息處理裝置僅需89根光纖，光通道的配置比現(xiàn)有技術(shù)要簡單。如上所述，光發(fā)射部件在相鄰的兩個非接觸式位置傳感器之間共用，光檢測部件在另外不同的相鄰的兩個非接觸式位置傳感器之間共用。該非接觸式位置傳感器監(jiān)測附著在其中一個琴鍵41a上的截光葉片41b，因此，在位置信息處理裝置中包含88個非接觸式位置傳感器。截光葉片41b運(yùn)動進(jìn)出狹口31b，在光發(fā)射部件40a和光檢測部件40b之間的間隙中通過。在如下的介紹中，琴鍵號碼由1到88分別代表各琴鍵41a，各非接觸式位置傳感器也利用琴鍵號碼1#到88來識別。當(dāng)需要指定與一個琴鍵相連接的光發(fā)射部件40a和光檢測部件40b時，光發(fā)射部件40a和光檢測部件40b在右下角用琴鍵41a的琴鍵號碼作尾標(biāo)。例如，最左側(cè)的光發(fā)射部件42a和最左側(cè)的光檢測部件40b分別指定為“40a#1”和“40b#2”。例如光發(fā)射元件43a通過光纖束42a連接到相隔2個八度音程的光發(fā)射部件40a#1，40a#25、40a#49和40a#73。光發(fā)射部件43b通過光纖束42連接到光發(fā)射部件40a#3、40a#27、40a#51和40a#75上。光發(fā)射元件43a到43m和光發(fā)射部件40a之間的相互關(guān)系在表1概括表示。在該表中，雖然在鍵盤上沒有琴鍵#89，但最右側(cè)光發(fā)射部件40a用#89作尾標(biāo)表示。光發(fā)射元件43a到43m與光發(fā)射部件40a之間的相互關(guān)系還在圖11中表示。表1</tables>因此，間隔2個八度音程的各光發(fā)射部件連接到光發(fā)射元件43a到43m中的一個上。連接到光發(fā)射元件43a到43m的其中之一的光發(fā)射部件40a與連接到相鄰的光發(fā)射元件的光發(fā)射部件40a分別相隔2個琴鍵號碼。接著解釋光檢測部件40b和光檢測元件45a到45h之間的相互關(guān)系。4根光纖或6根光纖連接在光檢測部件40b和每個光檢測元件(45a到45h之間)。光檢測部件45a由光檢測部件40b#2、40b#6、40b#10、40b#14、40b#18和40b#22提供信號，每個部件與相鄰的光檢測部件相隔4個琴鍵號碼。與之相似，光檢測部件45b由光檢測部件40b#4、40b#8、40b#12、40b#10、40b#20和40b#24提供信號，并且每個光檢測部件與相鄰的光檢測部件相差4個琴鍵號碼。光檢測部件45a到45h與光檢測部件40b之間的相互關(guān)系在表2中概括表示，并由圖11可以確認(rèn)。表2因此，每個第5個光檢測部件40b連接到光檢測元件45a到45h的其中之一上，連接到光檢測元件45a到45h的其中之一上的光檢測部件40b與連接到相鄰的光檢測元件上的光檢測部件40b相隔2個琴鍵號碼。位置信息處理裝置還包含一個數(shù)據(jù)處理裝置46。數(shù)據(jù)處理裝置46包括驅(qū)動信號口46a和信號接收口46b。數(shù)據(jù)處理裝置46周期性地在不同的時間由驅(qū)動信號口46a向光發(fā)射元件43a到43m提供電驅(qū)動信號DT，并對信號接收口46b進(jìn)行掃描，以了解從#1到#88的88個非接觸式位置傳感器的其中之一是否檢測到一個被按下的鍵41a。假設(shè)數(shù)據(jù)處理裝置46在某一時間使光發(fā)射元件43a向光纖束42a提供光脈沖，并假設(shè)光檢測元件45a同時降低電檢測信號DT的電壓電平。數(shù)據(jù)處理裝置46確認(rèn)最左側(cè)的鍵41a截住#1非接觸式位置傳感器的光束，并因此確認(rèn)為#1琴鍵。位置信息處理裝置的工作情況位置信息處理裝置周期性地由驅(qū)動信號口46a向光發(fā)射元件43a到43m提供電驅(qū)動信號DR。假設(shè)光發(fā)射元件43a到43m順序地在時間t1，t2，…和t12分別產(chǎn)生光脈沖。光脈沖分別提供到光纖束42a到42m，并通過光纖42a到42m傳輸?shù)较嚓P(guān)的光發(fā)射部件40a。光脈沖的狀況在光發(fā)射部件40a和光檢測部件40b中相似，并且因此，為了簡化下面的介紹集中在光發(fā)射部件40a#1/40a#3以及光檢測部件40b#2上。假設(shè)光發(fā)射部件40a#1/40a#3以及光檢測部件40b#2與在圖8中所示的光發(fā)射部件30e/30c和光檢測部件30d相對應(yīng)。在下面的介紹中，光發(fā)射部件30e的光纖、棱鏡和凸透鏡利用像在光發(fā)射部件30c的對應(yīng)部分相同的標(biāo)號來標(biāo)注。數(shù)據(jù)處理裝置46在時間t1向光發(fā)射元件43a提供驅(qū)動信號DR，光發(fā)射元件43a產(chǎn)生光脈沖。在時間t1產(chǎn)生的光脈沖經(jīng)過光纖30h傳輸?shù)焦獍l(fā)射部件30e和其它的光發(fā)射部件，在光纖30h中的光形成光束LB5。光束LB5由光纖30h發(fā)出朝向棱鏡30f和30g傳輸。光束LB5朝向棱鏡30f/30g的傾斜表面散射，棱鏡30f/30g的傾斜表面將光束LB5朝凸透鏡30i和30j反射。在棱鏡30f的傾斜表面上光束LB5的一半被反射，另一半入射到另一棱鏡30g的傾斜表面上。因此，棱鏡30f/30g相對于光纖30h的光軸以對稱的方式配置，使入射角變得小于48°的臨界角。由于這個原因，在傾斜表面上大部分光被反射，形成子光束。雖然，所反射的二次光束在傾斜的表面還會散射，但凸透鏡30i和30j將反射的子光束形成為平行光LB4和LB6。平行光LB4和LB6具有與在圖9中由細(xì)點(diǎn)表示的平行光LB2相似半圓形橫斷面。平行光LB2不具有良好的半圓形橫斷面的原因在于，在傾斜的表面之間的邊界將光束LB1反射朝向凸透鏡30i的下半部，如圖8所示。平行光LB4通過在狹口31b下方的空間，并入射到凸透鏡30p。平行光LB4會聚到棱鏡30m的傾斜表面上，并被反射朝向光纖30n。光纖將光朝向光檢測元件45a傳輸，光檢測元件45a在時間t1產(chǎn)生檢測信號DT1。接著，數(shù)據(jù)處理電路46由驅(qū)動信號□46a向光發(fā)射元件43b在時間t2提供驅(qū)動信號DR。光發(fā)射元件43b產(chǎn)生光脈沖，在時間t2產(chǎn)生的一部分光脈沖通過光纖30h朝著光發(fā)射部件30c傳輸。該光形成為光束LB1并由光纖30h朝著棱鏡30f和30g發(fā)出。光束LB1朝著棱鏡30f/30g的傾斜表面散射，棱鏡30f/30g的傾斜表面將光束LB1反射朝向凸透鏡30i和30j。光束LB1的一半在棱鏡30f的傾斜表面上被反射，另一半入射到另一棱鏡30g的傾斜表面上。雖然在傾斜表面上反射之后被反射的子光束還會散射，但凸透鏡30i和30j將反射的子光束形成為平行的光LB2和LB3。平行光LB2通過在狹口31b下方的空間，并入射到凸透鏡30o上。平行光LB2會聚到棱鏡30k的傾斜的表面上，并被反射朝向光纖30h。光纖將光傳輸朝向光檢測元件45a，光檢測元件45a在時間t2產(chǎn)生檢測信號DT1。另一平行光LB3進(jìn)入光檢測部件40b#4，并使光檢測元件45b在時間t2產(chǎn)生電檢測信號DT。因此，光束LB1/LB5被分為兩個子光束，可用于兩個非接觸式位置傳感器，光檢測部件例如40b#2用于在不同的時間t1和t2接收平行光LB4和LB2。由于這個原因，光發(fā)射部件40a和光檢測部件40b在數(shù)量方面比現(xiàn)有技術(shù)的位置信息處理裝置要減少。當(dāng)演奏者按下其中一個琴鍵41a時，相關(guān)的截光葉片41b截住穿過在相關(guān)狹口31b下方空間的平行光，這種截斷導(dǎo)致檢測信號DT的電壓電平下降。數(shù)據(jù)處理裝置46根據(jù)該電壓電平降低的時間確認(rèn)琴鍵41a按下以及降低電壓電平的光檢測元件45a到45h。假如琴鍵#3被按下，光檢測元件45b在時間t2降低了電檢測信號DT的電壓電平。數(shù)據(jù)處理裝置46根據(jù)在時間t2電檢測信號DT降低電壓電平這一實(shí)際情況，選擇光發(fā)射部件#3、#27、#51和#75。數(shù)據(jù)處理裝置46還選擇連接到光檢測元件45b上的光檢測部件#4、#8、#12、#16、#20和#24。僅光檢測部件#4鄰近在時間t2提供光脈沖的該光發(fā)射部件，數(shù)據(jù)處理裝置46確認(rèn)被按下的琴鍵41a為#3。數(shù)據(jù)處理裝置46可以產(chǎn)生代表對琴鍵#3被鍵入的樂曲數(shù)據(jù)代碼。根據(jù)上述介紹可以理解，每個光發(fā)射部件和光檢測部件在不同的時間在兩個非接觸式位置傳感器之間共用，光發(fā)射/光檢測部件以及因此光纖都減少了。這又使光通道配置簡化。此外，每個光發(fā)射部件的棱鏡相對于相關(guān)光纖的光軸對稱地配置，入射角變得小于現(xiàn)有技術(shù)的光發(fā)射部件的入射角。因而，大部分光用于檢測。第二實(shí)施例非接觸式位置傳感器及位置信息處理裝置圖12和13表示體現(xiàn)本發(fā)明的非接觸式位置傳感器陣列，該非接觸式位置傳感器陣列構(gòu)成位置信息處理裝置的一部分。非接觸式位置傳感器也還包含光發(fā)射部件50a和光檢測部件50b，與第一實(shí)施例相似，光發(fā)射部件50a和光檢測部件50b在相鄰的兩個非接觸式位置傳感器間共用。光發(fā)射部件50a和光檢測部件50b交替地設(shè)置在框架結(jié)構(gòu)51a的反面上，狹口51b形成在框架結(jié)構(gòu)51a中介于光發(fā)射部件50a和光檢測部件50b之間。如箭頭AR10所示，各狹口51b沿框架結(jié)構(gòu)51a的縱向彼此隔開?？蚣芙Y(jié)構(gòu)51a置于在發(fā)聲鋼琴的琴鍵52a下方的鍵床(未表示)上，各截光葉片52b分別附著于琴鍵52a的下表面上。各狹口51b分別與琴鍵52a相關(guān)聯(lián)，截光葉片52b運(yùn)動進(jìn)出相關(guān)的狹口51b。每個光發(fā)射部件50a被分成一發(fā)光子部件50c和分光子部件50d。分光部件50d裝在二狹口51b之間，發(fā)光子部件50c與分光子部件50d沿與該縱向垂直的橫向方向隔開。發(fā)光子部件50c包括附著在框架結(jié)構(gòu)51a上的光纖支承件50e，由光纖支承件50e支承的光纖50f以及附著到光纖支承件50e的正面的凸透鏡50g。由光纖50f的出口端放出的光束LB10通過凸透鏡50g朝向分光子部件50d。凸透鏡50g防止光發(fā)散。分光子部件50d由透明的材料例如聚丙烯酸酯制成。分光子部件50d具有面向凸透鏡50g的凸表面50h以及用作具有傾斜表面50i的棱鏡的分叉部分。各傾斜表面彼此按90°相連，在這個實(shí)例中凸表面50h通常具有矩形周邊。光束LB10入射到凸形表面50h，并在傾斜表面50i上被反射。光束LB10分為平行光LB11/LB12，平行光LB11/LB12經(jīng)過在狹口51b下方的空間行進(jìn)朝向光檢測50b。因此，每個光發(fā)射部件50a向兩個不同的非接觸式位置傳感器的光檢測部件50b提供平行光LB11和LB12。每個光檢測部件50b分為反光子部件50j和輸入子部件50k。反光子部件50j裝在各個51b之間，輸入子部件50k沿橫向與反光子部件50i隔開。與對于光發(fā)射部件50a相類似。反光子部件50j由透明材料制成，例如聚丙烯酸酯。反光子部件50j具有用作一帶傾斜表面50m的棱鏡的分叉部分和與輸入子部件50k相對的凸形表面50n。傾斜表面彼此按90°連接。平行光LB11和LB12在傾斜表面50m上反射并通過凸形表面50n朝向輸入子部件50k。光束LB13朝輸入子部件50k會聚。輸入子部件50k包括附著到框架結(jié)構(gòu)51a的反面上的光纖支承件50o。由光纖支承件50o支承的光纖50p以及附著到與反光子部件50j面對的凸透鏡50q。光纖50p連接到光檢測元件54a、54b、…的其中一個上，光發(fā)射元件54a、54b…和光纖50p之間的連接與第一實(shí)施例相似。光發(fā)射元件可以利用半導(dǎo)體發(fā)光二極管來實(shí)現(xiàn)。光束LB13入射到凸透鏡50q，并聚焦到光纖50p的入口端。光纖50p將光傳輸?shù)焦鈾z測元件54a、54b…的其中一個，光檢測元件54a、54b…，將光變換為電檢測信號DT。因此，每個光檢測部件50b接收來自不同的兩個非接觸式位置傳感器的光發(fā)射部件50a的平行光LB11和LB12。光檢測元件可以由半導(dǎo)體光檢測晶體管實(shí)現(xiàn)。光發(fā)射元件53a、53b、…和光檢測元件54a、54b，…分別連接到數(shù)據(jù)處理裝置(未表示)的驅(qū)動信號發(fā)送口和信號接收口，數(shù)據(jù)處理裝置與第一實(shí)施例相似，下文將不再介紹。位置信息處理系統(tǒng)的工作情況數(shù)據(jù)處理裝置(未表示)周期性地由驅(qū)動信號發(fā)送口在不同的時間向光發(fā)射元件53a、53b…提供光脈沖，并對信號接收口進(jìn)行掃描，以便了解是否在某一時間檢測信號降低了電壓電平。與第一實(shí)施例中的數(shù)據(jù)處理裝置相類似，該數(shù)據(jù)處理裝置測定一個琴鍵52a改變了位置，并且為了簡化，將集中對其中一個非接觸式位置傳感器進(jìn)行介紹。下面假設(shè)數(shù)據(jù)處理裝置(未表示)向光發(fā)射元件53a提供驅(qū)動信號DR，光發(fā)射元件50a根據(jù)電驅(qū)動信號DR產(chǎn)生光脈沖，光脈沖被分配到各光纖50f中。其中一根光纖50f端接到在該固定到如圖12所示的最左側(cè)的輸入子部件50k上的發(fā)光用子部件50c的光纖支承件上，發(fā)出的光束LB10通過凸透鏡50g朝向分光子部件50d。光束LB10朝分光子部件50d散射。然而，在與框架結(jié)構(gòu)SLa的底表面垂直的豎直方向上和與箭頭AR10平行的橫向方向之間照射角是不同的，在堅直方向上的發(fā)散的角度大于在橫向上的。由于這個原因，光束LB10具有橢圓形的橫斷面。按這樣一種方式適當(dāng)選擇光纖支承件50e和凸形表面50h之間的距離，即，使凸形表面50h的外周邊形成橢圓形橫斷面，由于這個原因，平行光LB11和LB12具有矩形橫斷面，如在圖13中用細(xì)點(diǎn)所表示的。光束LB10均衡地分為平行的光LB11和LB12。平行光LB12通過在狹口51b下方的空間，入射到相鄰的光檢測部件50b的反光子部件50j的棱鏡上。平行光LB12在傾斜表面50m上反射，通過凸形表面50n朝向凸透鏡50q。在傾斜表面50m上的反射是全反射。光束LB13朝凸透鏡50g會聚，凸透鏡50g將光束LB13聚焦在光纖50p的入口端上。光纖50p將入射光傳輸?shù)焦鈾z測元件54a，光檢測元件54a將光轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍z測信號DT。假如琴鍵52a處于靜止位置，截光葉片52b在框架結(jié)構(gòu)51a上方，平行光LB12絕不會被截光葉片52b所截住。因此，在光檢測元件54a處的光強(qiáng)度是強(qiáng)的，電檢測信號54a具有高的電壓電平。另一方面，當(dāng)演奏者按下琴鍵52a時，截光葉片52b截住平行光LB12，并逐漸增加截光面積。在非常窄的間隔內(nèi)，向光纖50f提供一個光脈沖，在截光葉片52b向下運(yùn)動的過程中，多個光束LB10照向分光子部件50d。光的強(qiáng)度逐漸下降，因此電檢測信號降低電壓電平。因此，數(shù)據(jù)處理裝置(未表示)不僅確認(rèn)琴鍵52a被按下，而且還確定與截光葉片52b一起逐漸變化的現(xiàn)時的鍵的位置。數(shù)據(jù)處理裝置根據(jù)在兩個鍵位置之間運(yùn)動的被按下的琴鍵52a所耗用的時間間隔，進(jìn)一步計算琴鍵的速度。根據(jù)上面的介紹可以認(rèn)識到，在圖12和13中所示的非接觸式位置傳感器體現(xiàn)了第一實(shí)施例的所有優(yōu)點(diǎn)。此外，在截光葉片進(jìn)入狹口51b之后的向下運(yùn)動過程中，位置信息處理裝置在十分窄的間隔內(nèi)重復(fù)產(chǎn)生光脈沖，多個平行光LB12通過在狹口51b下方的空間。沿豎直方向上被拉長的平行光LB11/LB12使得位置信息處理電路能準(zhǔn)確地測定截光葉片的即時位置，因此測定了沿被按下的琴鍵52a的運(yùn)動軌線的現(xiàn)時琴鍵的位置，該位置信息處理裝置無需增加非接觸式位置傳感器就能計算琴鍵的速度。第三實(shí)施例圖14表示包含在體現(xiàn)本發(fā)明的位置信息處理裝置中的光發(fā)射部件61a和光檢測部件61b。光發(fā)射部件61a和光檢測部件61b綜合構(gòu)成一個非接觸式位置傳感器。盡管在圖14中沒有表示，各光發(fā)射部件61a與光檢測部件61b交替排列，多個非接觸式位置傳感器構(gòu)成一個開關(guān)陣列，下文將介紹。光發(fā)射部件61a在一個非接觸式位置傳感器和另一非接觸式位置傳感器之間是共用的，光檢測部件61b在一非接觸式位置傳感器和再一非接觸式位置傳感器之間也是共用的。光發(fā)射/光檢測部件61a/61b由框架結(jié)構(gòu)62a支承，對于光發(fā)射/光檢測部件61a/61b指定一個狹口62b。截光葉片63a附著到發(fā)聲式鋼琴的琴鍵63b的下表面上，運(yùn)動進(jìn)出狹口62b。光發(fā)射部件61a和光檢測部件61b分別具有內(nèi)置的光發(fā)射元件61c和內(nèi)置的光檢測元件61d。內(nèi)置的光發(fā)射元件61c和內(nèi)置的光檢測元件61d可以分別利用半導(dǎo)體發(fā)光二極管和半導(dǎo)體光檢測晶體管來實(shí)現(xiàn)。光發(fā)射部件61a由一種透明材料制成，包括一個置入其下部的定位器61e。最好，對于光發(fā)射部件61a具有一可見光截斷型濾光器，因為該可見光截斷型濾光器能阻止外部傳輸進(jìn)入透明材料。一半圓形凹部61f形成在定位器61e中，光發(fā)射元件61c固定在構(gòu)成凹部61f的半球形表面的中心。光發(fā)射部件61a還包括彼此按90°連接的傾斜表面的棱鏡61g和61h，凸透鏡61i和61j附著到該部件的側(cè)表面上。另一方面，光檢測部件61b也由透明材料制成，并包括一置入其下部的定位件61k。最好光檢測部件61b具有一可見光截斷式濾光器。在定位件61k中形成一個半球形凹部61m，光檢測元件61d固定到構(gòu)成凹部61m的半球形表面的中心。光檢測部件61b還包含棱鏡61n和61o，它們具有彼此按90°連接的傾斜表面，還包含附著到部件側(cè)表面上的凸透鏡61p和61q。數(shù)據(jù)處理裝置(結(jié)合圖21介紹)通過引線64a連接到光發(fā)射元件61c，電驅(qū)動信號DR周期性地提供到光發(fā)射元件61c。光發(fā)射元件61c產(chǎn)生光LB20。光LB20部分地朝向棱鏡61g/61h行進(jìn)，部分地在半球形凸形表面上被反射朝向棱鏡61h和61h。因此，光束LB20分成兩個子光束，凸透鏡61g和61h將二子光束變換為平行光LB21和LB22。平行光LB21通過在狹口62b下方的空間。平行光LB22朝向在其右側(cè)的光檢測狹口61b。另一光發(fā)射部件發(fā)出在時間上與平行光LB21不同的平行光LB23。平行光LB21或LB23入射到凸透鏡61p或61q上，并在棱鏡61n的傾斜表面上被分射朝向光檢測元件61d。被反射的光LB24朝光檢測元件61d會聚，光檢測元件61d將光束LB24變換為電檢測信號DT。在這種情況下，如果琴鍵63b被按下，截光葉片63a截住平行光LB21。截光葉片63a改變了入射到光檢測部件61b上的光強(qiáng)度，光檢測元件61d根據(jù)截光葉片63a與平行光LB21的重疊面積，改變檢測信號的電壓電平。光發(fā)射部件61a和光檢測部件61b在非接觸式位置傳感器之間共用，使得引線64a/64b的配置比現(xiàn)有技術(shù)簡單。內(nèi)置的光發(fā)射元件61c和內(nèi)置的光檢測元件61d將信號在電能和光能之間高效地變換，并經(jīng)過印制在電路板(未表示)上的引線64a/64b形成一個開關(guān)陣列。由于這個原因，位置信息處理裝置降低了功率消耗，并使組裝作業(yè)簡化。圖15表示光發(fā)射部件61a的第一種改進(jìn)方案。光發(fā)射部件65在側(cè)表面上并沒有凸透鏡，其余的特征與光發(fā)射部件61a相似。由于這個原因，被反射的光束LB21’和LB22’由棱鏡61g和61h朝其外側(cè)散射。為了限制這種散射，如圖16所示，光發(fā)射部件65和與部件65相對的光檢測部件66可以裝入一U形黑色殼體67中。U形黑色殼體67使外部光線不能進(jìn)入內(nèi)部空間。U形黑色殼體67具有一狹口67a(見圖17)，光束LB21’和LB22’通過狹口67a，以便使光束不會朝光檢測部件66散射。盡管在圖中沒有表示，光束LB21’和LB22’通過形成在狹口67a對側(cè)的狹口，并入射到光檢測部件66的平直側(cè)表面上。這些狹口使得入射到光檢測部件66的平直側(cè)表面上的光束LB21’和LB22’的光量得到保留。光發(fā)射部件61a和光檢測部件61b也可裝在U形黑色殼體68內(nèi)，如圖18所示。在這種情況下，光發(fā)射元件61a朝光檢測元件61b發(fā)出平行光LB21和LB22，由于這個原因，光發(fā)射部件61a通過側(cè)窗68a(見圖19)露出到U形黑色殼體68的外側(cè)。圖20表示在圖14中所示的非接觸式位置傳感器的第二改進(jìn)方案。光發(fā)射部件71a和光檢測部件71b一起構(gòu)成非接觸式位置傳感器，并且還與在右側(cè)的光檢測部件和在左側(cè)的光發(fā)射部件一起構(gòu)另外二個非接觸位置傳感器。光發(fā)射部件包括連接引線72a的印刷電路板71c，一對附著到印刷電路板71c的兩個主表面上的定位部件71d/71f，凸透鏡71f/71g分別覆蓋定位件71d/71e，定位件71d/71e具有形成凹部的半球形表面。光發(fā)射元件73a/73b置于在二半球形表面的中心，電驅(qū)動信號DR激勵光發(fā)射元件73a/73b，以便使其發(fā)光。發(fā)出的光通過凸透鏡71f/71g朝向光檢測元件，凸透鏡71f/71g形成平行光LB30/LB31。光檢測部件71b也包括連接引線72b的印刷電路板71h，一對附著到印刷電路板71h的兩個主表面上的定位件71i/71j，凸透鏡71R/71m分別覆蓋定位件71i/71j，定位件71i/71j具有形成凹部的半球形表面。凸透鏡71k和71m將平行光LB30/LB32朝置于二半球形表面中心的光檢測元件73c/73d會聚。平行光LB30和LB32在不同的時間入射到光檢測元件73c/73d上。光檢測元件73c/73d將平行光LB30/LB32變換為電檢測信號DT。在這種情況下，如果琴鍵74a被按下，附著在琴鍵74a的下表面上的截光葉片74b截住光LB30，光檢測元件73c根據(jù)截光葉片74b與平行光LB30重疊的面積降低了電檢測信號的電壓電平。開關(guān)陣列在圖14、15和20中的任一個非接觸式位置傳感器都適用于構(gòu)成如圖21中所示的開關(guān)陣列21。光發(fā)射部件81a和光檢測部件81b分別對應(yīng)于光發(fā)射部件61a/65/71a的其中之一以及光檢測部件61b/66/71b的其中之一。光發(fā)射部件81a和光檢測部件81b裝在U形黑色殼體81c中。雖然，各U形黑色殼體81c在圖16中所示是按直線排列的，圖21所示的各U形黑色殼體81c傾斜地橋接在驅(qū)動信號線82a到82m以及檢測信號線83a到83h之間，以便使得在驅(qū)動信號線82a到82m以及檢測信號線83a到83h形成相關(guān)關(guān)系。每個非接觸式位置傳感器由一條驅(qū)動信號線和一條檢測信號線的組合來限定，利用鍵號#1、#2、…#78，#79來標(biāo)注非接觸式位置傳感器。驅(qū)動信號線82a到82m連接到數(shù)據(jù)處理裝置的信號發(fā)送口84a，檢測信號線83a到83h連接到數(shù)據(jù)處理裝置的信號接收口84b。數(shù)據(jù)處理裝置周期性地在不同的時間t1，t2、t3…由信號發(fā)送口84a向驅(qū)動信號線82a到82m提供電驅(qū)動信號DR，并對各信號接收口84b進(jìn)行掃描，以便了解，是否產(chǎn)生低電壓電平的檢測信號DT。驅(qū)動信號線82a到82m中的每一條連接到3或4個光發(fā)射部件81a，如結(jié)合表1所介紹的。例如，檢測信號線82a連接到與琴鍵#1、#25、#49和#73相關(guān)聯(lián)的光發(fā)射部件上，檢測信號線82b連接到與琴鍵#3、#27、#51和#75相關(guān)聯(lián)的光發(fā)射部件上。因此，光發(fā)射部件81a連續(xù)地檢查每隔兩個八度音程的四個琴鍵或3個鍵，以了解是否某一個琴鍵改變了位置。每條檢測信號線83a到83h連接到4或6個光檢測部件81b，如結(jié)合表2所介紹的。例如檢測信號線83a連接到與琴鍵#2，#6，#10，#14、#18和#22相關(guān)聯(lián)的光檢測部件，檢測信號線83b連接到與#4、#8、#12、#16、#20、#24琴鍵相關(guān)聯(lián)的光檢測部件上。因此，連接到每條檢測信號線上的琴鍵相隔4個鍵號。非接觸式位置傳感器響應(yīng)于驅(qū)動信號，在基本上與t1到t12同時的時間點(diǎn)上向信號接收口84b提供檢測信號DT，并且數(shù)據(jù)處理裝置根據(jù)在所選擇的一或多條檢測線上的檢測信號DT的時間點(diǎn)確認(rèn)一個或多個琴鍵改變了鍵的位置。雖然已經(jīng)表示和介紹了本發(fā)明的一些特定實(shí)施例，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的熟練人員來說很明顯，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種變化和改進(jìn)。例如，在圖18和19中所示的殼體可適用于在圖8、14和15中所示的光發(fā)射部件和光檢測部件。圖20中所示的光發(fā)射部件和光檢測部件可以不帶殼體使用。光發(fā)射元件和光檢測元件可以置入光纖支承件50e/50o中。截光葉片可以具有窗口以便多次截住光束。即使窗口是簡單的矩形開口，截光葉片首先在底沿截住光束，然后，光通過該窗口，最終主要部分再次截住光束，在這種情況下，根據(jù)第一次截住和第二截住的時間間隔來計算琴鍵速度。每個琴鍵可以和多個非接觸式位置傳感器相關(guān)聯(lián)。非接觸式位置傳感器可以按兩行排列，以使帶有窗口的截光葉片截住光束。棱鏡的傾斜表面可以覆有反射膜。對于根據(jù)本發(fā)明的光發(fā)射元件和光檢測元件的其中之一，可以用現(xiàn)有技術(shù)的光發(fā)射元件或現(xiàn)有技術(shù)的光檢測元件來代替，因為組成元件的數(shù)量降低了。在上述實(shí)施例中，各非接觸式位置傳感器按12×8的陣列配置。然而，陣列的尺寸是可改變的。非接觸式位置傳感器可用于監(jiān)測發(fā)聲式鋼琴的音錘。在這種情況下，截光葉片可以附著到音錘的柄上或夾持器柄上。光發(fā)射部件的結(jié)構(gòu)相似于光檢測部件，以便可以互相代換。最后，這種位置信息處理系統(tǒng)可以用于除了樂器之外的任何裝置。權(quán)利要求1.一種非接觸式位置傳感器，用于檢測運(yùn)動體(33a；41b、52b、63a；74b)的即時位置，包含光發(fā)射部件(30c；40a；50a；61a；65；71a；81a)，其按光學(xué)方式耦合到光源(43a-43m；53a/53b；61c，73a/73b)；以及光檢測部件(30d；40b；50b；61b；66；71b；81b)，其按光學(xué)方式耦合到光檢測元件(45a-45h；54a/54b；61d；73c/73d)，以及與所述光發(fā)射部件隔開，其特征在于，所述光發(fā)射部件沿在第一方向上延伸的第一光通道發(fā)出第一光束(LB2；LB11；LB21；LB21’；LB30)以及沿在與所述第一方向不同的第二方向上延伸的第二光通道發(fā)出第二光束(LB3；LB12；LB22；LB22’；LB31)，所述運(yùn)動體的運(yùn)動軌線與所述第一光通道和所述第二光通道的其中之一相交叉，所述光檢測部件將由另一個光發(fā)射部件(30e；41a；50a；65；81b)發(fā)出的第三光束(LB4)以及由所述光發(fā)射部件發(fā)出的所述第一光束和所述第二光束的其中之一在不同的時間導(dǎo)入所述光檢測元件。2.如權(quán)利要求1所述的非接觸式位置傳感器，其特征在于所述光源和所述光檢測元件經(jīng)過第一光纖(30h)和第二光纖(30n)連接到所述光發(fā)射部件(30c)和所述光檢測部件(30d)，并且其中所述光發(fā)射部件(30c)包括第一光傳輸部件，具有用于夾持所述第一光纖(30h)的出口端的第一凸形夾持部分，以及與所述第一凸形夾持部分成一整體的多個第一棱鏡(30f/30g)，用以將由所述出口端發(fā)出的第四光束(LB1)分成為所述第一光束(LB2)和所述第二光束(LB3)，以及所述光檢測部件(30d)包括第二光傳輸部件，具有用于夾持所述第二光纖(30n)的入口端的第二凸形夾持部分，以及與所述第二凸形夾持部分成一整體的多個第二棱鏡(30k/30m)，用以將所述第三光束以及第一光束和所述第二光束的其中之一導(dǎo)入所述入口端。3.如權(quán)利要求2所述的非接觸式位置傳感器，其特征在于所述光發(fā)射部件(30c)和所述光檢測部件(30d)中的至少一個還包含分別附著到所述多個第一棱鏡或所述多個第二棱鏡上的多個透鏡(30i/30j，30o/30p)，附著到形成所述第一光束和所述第二光束的所述多個第一棱鏡上的所述多個透鏡，附著到所述多個第二棱鏡上的所述多個透鏡使所述第三光束以及所述第一光束和所述第二光束其中之一會聚。4.如權(quán)利要求2所述的非接觸式位置傳感器，其特征在于所述多個第一棱鏡(30f/30g)在它們的一個邊緣彼此相連，以及所述第一光纖(30h)朝所述一個邊緣發(fā)出所述第四光束，以便通過在所述多個第一棱鏡上的內(nèi)反射將所述第四光束均衡地分成所述第一光束和所述第二光束。5.如權(quán)利要求1所述的非接觸式位置傳感器，其特征在于所述光源和所述光檢測元件通過第一光纖(50f)和第二光纖(50p)連接到所述光發(fā)射部件(50a)和所述光檢測部件(50b)，并且其中所述光發(fā)射部件(50a)包括發(fā)光子部件(50c)，具有使所述第一光纖的出口端朝向第一方向的第一定位件(50e)和附著到所述第一定位件上的第一和透鏡(50g)，用于限制由所述出口端發(fā)出的第四光束)LB10)的散射，以及分光子部件(50d)，與所述發(fā)光子部件(50c)隔開，并具有面對所述第一透鏡的第一凸形部分(50h)，以便接收所述第四光束；還具有各第一棱鏡(50i)，在它們的一端彼此連接，用于將所述第四光束分成所述第一光束(LB11)和所述第二光束(LB12)，以及所述光檢測部件(50b)包括反光子部件(50j)，具有用于反射所述第一光束和所述第二光束以及所述第三光束其中之一的第二棱鏡(50m)，以及第二凸形部分(50n)，用于將所述第一光束和第二光束以及第三光束其中之一會聚，以及輸入子部件(50k)，具有第二定位件用于支承所述第二光纖(50p)的入口端，以及還有第二透鏡(50g)，附著到所述第二定位件上，用于將所述第一光束和所述第二光束形及所述第三光束其中之一會聚朝向所述入口端。6.如權(quán)利要求1所述的非接觸式位置傳感器，其特征在于所述光源和所述光檢測元件利用半導(dǎo)體發(fā)光元件(61c)和半導(dǎo)體光檢測元件(61d)來實(shí)現(xiàn)，所述光發(fā)射部件(61a)包括第一光傳輸部件，具有第一凸形夾持部分，用于夾持所述半導(dǎo)體發(fā)光元件；以及多個第一棱鏡(61g/61h)，與所述第一凸形夾持部分整體形成，用于將由所述半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)出的第四光束(LB20)分成所述第一光束(LB21)和所述第二光束(LB22)，以及第一定位件(61e)，置入所述第一凸形夾持部分，具有一限定一凹部的第一反射表面，用于在所述第一反射表面的中心處放置所述半導(dǎo)體光發(fā)射元件，以便將所述第四光束朝向所述多個第一棱鏡，以及所述光檢測部件(61b)包括第二光傳輸部件，具有用于夾持所述半導(dǎo)體光檢測元件(61d)的第二凸形夾持部分，以及多個第二棱鏡(61n/61o)，與所述第二凸形夾持部分成一整體，用于將所述第一光束和所述第二光束以及所述第三光束其中之一會聚朝向所述半導(dǎo)體光檢測元件，以及第二定位件，置入所述第二凸形夾持部分，具有限定一凹部的第二反射表面，該凹部用于在所述第二反射表面的中心放置所述半導(dǎo)體光檢測元件，以便所述第二反射表面將所述第一光束和所述第二光束以及所述第三光束其中之一反射朝向所述半導(dǎo)體光檢測元件。7.如權(quán)利要求6所述的非接觸式位置傳感器，其特征在于所述光發(fā)射部件和所述光檢測部件的至少其中一個還包括多個透鏡(61i/61j)，分別附著到所述多個第一棱鏡或所述多個第二棱鏡，所述多個透鏡附著到所述多個第一棱鏡使所述第一光束和所述第二光束形成為平行光，附著在所述多個第二棱鏡上的所述多個透鏡使所述第一光束和所述第二光束以及所述第三光束其中之一會聚。8.如權(quán)利要求1所述的非接觸式位置傳感器，其特征在于所述光源和所述光檢測元件是利用一對半導(dǎo)體光發(fā)射元件(73a/73b)和一對半導(dǎo)體光檢測元件(73c/73d)實(shí)現(xiàn)的。所述光發(fā)射部件(71a)包括第一板形元件(71c)，具有第一主表面和第二主表面，所述一對半導(dǎo)體光發(fā)射元件分別附著到其上，以及第一凸透鏡(71f/71g)，覆蓋所述半導(dǎo)體光發(fā)射元件，用于將所述第一光束和所述第二光束形成為平行光，以及所述光檢測部件(71b)包括第二板形元件(71h)，具有第三主表面和第四主表面，所述一對半導(dǎo)體檢測元件分別附著到其上；以及第二凸透鏡(71k/71m)，覆蓋所述半導(dǎo)體光檢測元件，用于將所述第三光束以及所述第一光束和所述第二光束的所述其中之一會聚朝向所述半導(dǎo)體光檢測元件。9.如權(quán)利要求2、6、7和8中任一權(quán)利要求所述的非接觸式位置傳感器，其特征在于還包含光屏蔽殼體(67；68；81c)，具有用于容納所述光發(fā)射部件的第一伸出部分和用于容納所述光檢測部件的與所述第一伸出部分隔開的第二伸出部分，所述第一伸出部分和所述第二伸出部分具有對應(yīng)的窗口，以便使所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束在其間通過。10.如權(quán)利要求1所述非接觸式位置傳感器，其特征在于所述光發(fā)射部件和所述光檢測部件的其中之一用分別發(fā)出所述第一光束和所述第二光束的兩個光發(fā)射裝置或用分別接收所述第三光束以及所述第一光束和所述第二光束的所述其中之一的兩個光接收裝置來替換。11.一種位置信息處理系統(tǒng)，用于檢測可分別沿運(yùn)動軌線運(yùn)動的多個運(yùn)動體(33a；41b；52b；63a；74b)的其中之一的變化，包含多個光發(fā)射部件(30c；40a；50a；61a；65；71a；81a)和多個光檢測部件(30d；40b；50b；61b；66；71b；81b)，交替配置在所述運(yùn)動軌線之間，光發(fā)生裝置，以光學(xué)方式連接到所述多個光發(fā)射部件，用于在不同的時間向所述多個光發(fā)射部件選擇性地提供光脈沖；光檢測裝置，以光學(xué)方式連接到所述多個光檢測部件，用于在所述不同的時間將所述第一光束和所述第二光束變換為電檢測信號；以及數(shù)據(jù)處理裝置(46；84a/84b)，向光發(fā)生裝置提供電驅(qū)動信號，以便使所述光發(fā)生裝置重復(fù)地在所述不同的時間產(chǎn)生所述光脈沖，以及根據(jù)所述多個光發(fā)射部件的其中之一發(fā)出所述第一光束和所述第二光束其中之一以及多個光檢測部件的其中之一接收所述第一光束和所述第二光束其中之一，判定所述多個運(yùn)動體的至少其中之一截住所述第一光束和所述第二光束的至少其中之一，其特征在于，所述多個光發(fā)射部件的每一個分別沿著越過所述運(yùn)動軌線的其中之一的第一光通道發(fā)出第一光束，和沿越過另一所述運(yùn)動軌線的第二光通道發(fā)出第二光束，所述多個光檢測部件的每一個接收由所述多個光發(fā)射部件的其中之一發(fā)出的所述第一光束以及由所述多個光發(fā)射部件中的另一個發(fā)出的所述第二光束。全文摘要一種非接觸式位置傳感器，具有用于將光束(LB1)分為兩個子光束(LB2/LB3)的光發(fā)射部件(30c)，以及用于接收該子光束和由另一個光發(fā)射部件(30e)發(fā)出的另一子光束的光檢測部件(30d)，以及光發(fā)射部件和光檢測部件在多個非接觸式位置傳感器共用，使得非接觸式位置傳感器的配置很簡單。文檔編號G10H3/00GK1159636SQ9612136公開日1997年9月17日申請日期1996年11月30日優(yōu)先權(quán)日1995年11月30日發(fā)明者山本潤申請人:雅馬哈株式會社