特開 2023-172763 変位量検出装置、変位量検出方法および操作量出力装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023172763

(43)【公開日】2023-12-06

(54)【発明の名称】変位量検出装置、変位量検出方法および操作量出力装置

(51)【国際特許分類】

   G10H 1/34 20060101AFI20231129BHJP

   G01B 7/00 20060101ALI20231129BHJP

【ＦＩ】

G10H1/34

G01B7/00 101E

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022084801

(22)【出願日】2022-05-24

(71)【出願人】

【識別番号】000004075

【氏名又は名称】ヤマハ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003177

【氏名又は名称】弁理士法人旺知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石井 潤

(72)【発明者】

【氏名】奥山 福太郎

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 和幸

【テーマコード（参考）】

2F063

5D478

【Ｆターム（参考）】

2F063AA02

2F063AA22

2F063BA30

2F063BC03

2F063CA10

2F063DA01

2F063DA05

2F063GA05

5D478BC04

5D478BC24

5D478BD01

(57)【要約】

【課題】可動部材の変位量を検出することができる範囲を確保しつつ、変位量の検出精度を確保する。
【解決手段】変位量検出装置１は、金属片またはパッシブコイルを含む反応体と、交流信号の供給により磁界を発生する第１コイル６１１を含み、反応体との距離に応じた振幅の第１検出信号を出力する第１基板回路６１と、交流信号の供給により磁界を発生する第２コイル６２２を含み、反応体との距離に応じた振幅の第２検出信号を出力する第２基板回路６２と、第１検出信号の振幅と第２検出信号の振幅との差分を出力する差分出力回路９０とを有する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可動部材の変位量を検出する変位量検出装置であって、
前記可動部材に設けられた金属片またはパッシブコイルを含む反応体と、
交流信号の供給により磁界を発生する第１コイルを含み、前記反応体との距離に応じた振幅の第１検出信号を出力する第１基板回路と、
前記交流信号の供給により磁界を発生する第２コイルを含み、前記反応体との距離に応じた振幅の第２検出信号を出力する第２基板回路と、
前記第１検出信号の振幅と前記第２検出信号の振幅との差分を出力する差分出力回路と、
を有する変位量検出装置。

【請求項2】

前記第１コイルは、前記第１基板回路の基板面において渦巻き状に形成され、
前記第２コイルは、前記第２基板回路の基板面において渦巻き状に形成される
請求項１に記載の変位量検出装置。

【請求項3】

前記第１基板回路と前記第２基板回路とは、前記基板面に沿った第１方向で離間して設けられ、
平面視で前記反応体の一部または全部が、前記第１方向に沿って、前記第１コイルまたは前記第２コイルに重なる範囲で変位する
請求項２に記載の変位量検出装置。

【請求項4】

前記第１基板回路と前記第２基板回路とは、前記基板面の鉛直方向の第２方向に沿って離間して設けられ、
前記反応体は、前記第２方向に沿って、前記第１基板回路と前記第２基板回路との間の範囲で変位する
請求項２に記載の変位量検出装置。

【請求項5】

前記可動部材、前記第１基板回路および前記第２基板回路の複数組であり、
前記交流信号の供給および前記差分の出力を、
前記複数組の前記第１基板回路および前記第２基板回路のうち１組を時分割で選択して実行する
請求項１に記載の変位量検出装置。

【請求項6】

前記交流信号を、
前記複数組の前記第１基板回路または前記第２基板回路に時分割で分配するデマルチプレクサと、
前記デマルチプレクサにより前記交流信号が供給された第１基板回路からの第１検出信号または第２基板回路からの第２検出信号を時分割で選択して、前記差分出力回路に出力するマルチプレクサと
を含む請求項５に記載の変位量検出装置。

【請求項7】

前記第１基板回路のＱ値と前記第２基板回路のＱ値とが異なる
請求項１または２に記載の変位量検出装置。

【請求項8】

可動部材の変位量を検出する変位量検出装置であって、
前記可動部材に設けられた金属片またはパッシブコイルを含む反応体と、
交流信号の供給により磁界を発生するコイルを含み、前記反応体との距離に応じた振幅の検出信号を出力する基板回路と、
前記コイルは、前記基板回路の基板面において渦巻き状に形成され、
前記基板回路は、前記コイルを含んだ反共振回路である
変位量検出装置。

【請求項9】

金属片またはパッシブコイルを含む反応体が設けられた可動部材の変位量を検出する変位量検出方法であって、
第１コイルに交流信号を供給し、前記反応体との距離に応じた振幅の第１検出信号を生成し、第２コイルに交流信号を供給し、前記反応体との距離に応じた振幅の第２検出信号を生成し、
前記第１検出信号の振幅と前記第２検出信号の振幅との差分を出力する
変位量検出方法。

【請求項10】

演奏動作に応じて変位する操作子と、
前記操作子に設けられた金属片またはパッシブコイルを含む反応体と、
交流信号の供給により磁界を発生する第１コイルを含み、前記反応体との距離に応じた振幅の第１検出信号を出力する第１基板回路と、
前記交流信号の供給により磁界を発生する第２コイルを含み、前記反応体との距離に応じた振幅の第２検出信号を出力する第２基板回路と、
前記第１検出信号の振幅と前記第２検出信号の振幅との差分を出力する差分出力回路と、
前記差分に基づいて前記操作子の操作情報を出力する情報処理回路と、
を有する操作子の操作量出力装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、例えば変位量検出装置、変位量検出方法および操作量出力装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、例えば鍵盤楽器における鍵等の可動部材の変位量を、２つのコイルを用いて検出する技術が提案されている。具体的には、可動部材に設置され、コイルの一方を含む被検出部と、交流信号の供給により磁界を発生するコイルの他方を含み、被検出部とコイルの他方との距離に応じたレベルの検出信号を生成する信号生成部と、可動部材および信号生成部の少なくとも一方に設置される磁性体とを有する技術が提案されている（特許文献１参照）。

【0003】

この技術によれば、コイルの他方の磁界による電磁誘導でコイル一方に電流が発生して、コイルの他方の磁界を相殺する方向の磁界がコイルの一方に発生するので、被検出部とコイルの他方との距離に応じたレベルの検出信号が信号生成部により生成される。上記技術によれば、可動部材および信号生成部の少なくとも一方に設置された磁性体によって、コイルの一方またはコイルの他方に発生する磁界が増強されるので、検出信号のレベルが変化する範囲、すなわち可動部材における変位量の検出可能範囲を確保し易い、という利点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０２１／１００４３５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記技術では、可動部材における変位量の検出可能範囲をある程度確保することができるものの、２つのコイルが離れるにつれて、検出信号のレベル変化が小さくなる。このため、２つのコイルが離れている状態では、可動部材の変位を検出する精度が低下する、という課題がある。
以上の事情を考慮して、本開示のひとつの態様は、可動部材の変位量を検出することができる範囲をある程度確保しつつ、変位量の検出精度を確保することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る変位量検出装置は、可動部材の変位量を検出する変位量検出装置であって、前記可動部材に設けられた金属片またはパッシブコイルを含む反応体と、交流信号の供給により磁界を発生する第１コイルを含み、前記反応体との距離に応じた振幅の第１検出信号を出力する第１基板回路と、前記交流信号の供給により磁界を発生する第２コイルを含み、前記反応体との距離に応じた振幅の第２検出信号を出力する第２基板回路と、前記第１検出信号の振幅と前記第２検出信号の振幅との差分を出力する差分出力回路と、を有する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】変位量検出の原理を説明するための図である。

【図2】変位量検出装置における基板回路を示す図である。

【図3】第１実施形態に係る変位量検出装置の要部を示す図である。

【図4】変位量に対するリアクタンスの変化特性を示す図である。

【図5】第２実施形態に係る変位量検出装置の要部を示す平面図である。

【図6】変位量検出装置における基板回路を示す平面図である。

【図7】変位量検出装置の構成を示すブロック図である。

【図8】変位量検出装置における差分出力等と変位量との関係を示す図である。

【図9】第３実施形態に係る操作量出力装置を示すブロック図である。

【図10】可動部材である鍵周辺を示す図である。

【図11】第４実施形態に係る操作量出力装置における鍵周辺を示す図である。

【図12】差分出力等と変位量との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本開示の実施形態に係る変位量検出装置について図面を参照して説明する。
なお、各図において、各部の寸法および縮尺は、実際のものと適宜に異ならせてある。また、以下に述べる実施の形態は、好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

【0009】

図１は、変位量検出の原理を説明するための図である。変位量検出は、２つのコイルの結合係数が距離の関数になっていることを利用して、当該距離を変位量として検出する。基板回路４０は、コイル４０１および容量素子４０２を含む。コイル４０１は、例えば絶縁体基板の表面に設けられた銅箔を、渦巻き状にパターニングすることによって形成される平面状のループコイルである。コイル４０１の一端は容量素子４０２の一端に接続され、コイル４０１の他端は容量素子４０２の他端に接続される。

【0010】

基板回路６０は、コイル６０１、抵抗素子６０２、容量素子６０３および６０４を有する。基板回路６０において、入力端子Ｉｎが抵抗素子６０２の一端に接続され、抵抗素子６０２の他端がコイル６０１の一端および容量素子６０３の一端に接続される。コイル６０１の他端は、容量素子６０４の一端および出力端子Ｏｕｔに接続される。容量素子６０３の他端および容量素子６０４の他端は電位Ｇｎｄに接地される。
コイル６０１は、コイル４０１と同様に、絶縁体基板の表面に設けられた銅箔を、渦巻き状にパターニングすることによって形成される平面状のループコイルである。

【0011】

なお、コイル４０１は、コイル６０１とは異なり、外部から信号が供給されない。すなわち、コイル４０１は、能動的（アクティブな）コイル６０１とは異なり、受動的（パッシブな）性質を有する。このため、コイル４０１はパッシブコイルとも呼ばれる。

【0012】

この構成において、基板回路４０が基板回路６０に対し、基板面を平行に保った状態で、基板面の鉛直方向（ｚ方向）に向かって相対的に変位すると、基板回路６０におけるコイル６０１のインダクタンスが変化する。このため、入力端子Ｉｎに入力された交流信号の振幅に対し、出力端子Ｏｕｔから出力される交流信号の振幅が変化する。具体的には、変位量が小さいければ出力信号の振幅が大きくなり、変位量が大きければ出力信号の振幅が小さくなる。このため、出力信号の振幅の大きさが変位量を表すことになる。

【0013】

基板回路４０と基板回路６０とが密着した状態であれば、コイル４０１および６０１の結合係数は「１」になる。結合係数が「１」であれば、基板回路６０は、図２に示されるような基板回路６１で置き換えることができる。この等価回路は、共振周波数付近で入力信号の振幅に対する出力信号の振幅の比が急激に低下する反共振回路として機能する。

【0014】

基板回路６１は、コイル６１１、容量素子６１２、抵抗素子６１３および６１４を含む。詳細には、基板回路６１において、入力端子Ｉｎは、コイル６１１の一端、容量素子６１２の一端および抵抗素子６１３の一端に接続される。コイル６１１の他端、容量素子６１２の他端、抵抗素子６１４の他端は、抵抗素子６１４の一端および出力端子Ｏｕｔに接続される。抵抗素子６１４の他端は電位Ｇｎｄに接地される。

【0015】

基板回路４０におけるコイル４０１は、コイル６１１のインダクタンスを変位量に応じて変化させる役目を担う。この役目を担うのであれば、基板回路４０を、例えば鉄製の金属片で代用することができる。基板回路４０または金属片が基板回路６０に対向すると、コイル６１１のインダクタンスＬは、金属片とのｚ方向に距離、および、コイル６０１に対する金属片の重複率の関数になる。
この点について、図３および図４を用いて説明する。
なお、基板回路６０には、基板回路４０または金属片のどちらが対向してもよいが、以下の説明では、金属片が対向するものとして説明する。

【0016】

図３は、第１実施形態に係る変位量検出装置の要部を示す図である。詳細には、基板回路６１と、変位量の検出対象である板状の金属片５０との位置関係を示す斜視図である。コイル６１１は、ｘｙ平面に設けられる平面状のループコイルである。コイル６０１の外形は例えば四角枠であり、図ではコイル６１１が便宜的に厚みのある四角板で示される。
なお、ｙ方向とは、コイル６１１の辺Ｌ１に沿った方向であり、ｘ方向とは、辺Ｌ１に隣り合う辺Ｌ２に沿った方向である。ｚ方向とは、ｘｙ平面の鉛直方向である。金属片５０は、コイル６１１に対しｚ方向に沿って密着または離間して設けられる。

【0017】

金属片５０の外形は、平面視したときに、コイル６１１の外形以上であるとする。なお、図３は、金属片５０におけるｘ方向の幅は、コイル６１１におけるｘ方向の幅と揃っており、また、金属片５０におけるｙ方向の幅は、コイル６１１におけるｘ方向の幅よりも広い例である。なお、平面視とは、ｚ方向の反対側から眺めることをいう。

【0018】

ここで、平面視したときに金属片５０の辺Ｌ１１が、図に示されるようにコイル６１１の辺Ｌ１に一致している状態を、ｘ方向の変位量をゼロとする。
また、金属片５０がコイル６１１を覆う割合を重複率とする。詳細には、重複率とは、平面視したときに、コイル５０１の面積に対して金属片５０が覆う割合をいう。例えばｘ方向の変位量がゼロであれば、平面視したときにコイル６１１は金属片５０で完全に覆われるので、重複率は「１」である。金属片５０がｘ方向に変位して、金属片５０の辺Ｌ１１が、コイル６１１の中心線Ｃｅｎに一致すれば、重複率は「０．５」である。なお、中心線Ｃｅｎは、平面視で、コイル６１１の辺Ｌ２の中点を通過し、かつ、ｙ方向に沿った仮想線である。また、金属片５０の辺Ｌ１１が、平面視で、コイル６１１の辺Ｌ１に対向する辺Ｌ３よりもｘ方向に変位すれば、重複率は「０」である。

【0019】

板状の金属片５０は、例えば鉄製であり、コイル６１１の面に対して、ｚ方向に所定距離を保ってｘ方向に変位する。

【0020】

図４は、ｚ方向の距離を複数種類で固定した状態で、重複率が「０」から「１」まで変化するように金属片５０をｘ方向に変位させた場合に、コイル６１１のインダクタンスＬの変化を示す図である。なお、図においてインダクタンスＬは、最小値を「０」で、最大値を「１」で正規化されている。
この図に示されるように、ｚ方向の距離が短いほど、重複率の変化に対して、インダクタンスＬが大きく変化する。インダクタンスＬの変化が大きいということは、それだけ出力端子Ｏｕｔから出力される交流信号の振幅が大きく変化する、ということを意味する。

【0021】

図４から判るように、例えば重複率が大きい場合（例えば「１」である場合）において、ｚ方向の距離が長い状態で当該距離が変化しても、インダクタンスＬの変化が小さいので、出力される交流信号の振幅変化率が小さくなる。このため、ｚ方向の距離が長い状態では、出力される交流信号の振幅変化率が小さくなるので、高い検出精度が期待できない。
一方、ｚ方向の距離が短い状態で重複率が変化するように、金属片５０がｘ方向に変位すると、インダクタンスＬの変化が大きくなるので、検出精度の向上が期待できる。ただし、重複率を変化させて、ｘ方向の変位量を検出することができる範囲は、重複率が「０」から「１」までの範囲に限られる。

【0022】

そこで、第１実施形態を改良し、金属片５０の変位量を２つのコイルで検出する第２実施形態について説明する。なお、２つのコイルは、区別するために第１コイル６１１と第２コイル６２２としているが、第１コイル６１１は、図２または図３におけるコイル６１１と同一であるので、同一の符号としている。

【0023】

図５は、第２実施形態に係る変位量検出装置１において、変位量の検出対象である金属片５０と、第１コイル６１１および第２コイル６２２との配置を示す図である。図６は、第１コイル６１１を含む第１基板回路６１と、第２コイル６２２を含む第２基板回路６２とを示す図である。図７は、変位量検出装置１の構成を示すブロック図である。

【0024】

第１コイル６１１および第２コイル６２２の各々は、図２におけるコイル６１１と同様に、ｘｙ平面に設けられた平面状のループコイルであり、例えば絶縁体の基材１６の表面に設けられた銅箔を、渦巻き状にパターニングすることによって形成される。なお、第１コイル６１１および第２コイル６２２の外形は、平面視で四角形であり、例えば１０ｍｍ角である。第１コイル６１１および第２コイル６２２は、ｘ方向に沿って、例えば１６ｍｍピッチで並設される。このため、第１コイル６１１および第２コイル６２２は、６ｍｍほどの隙間が存在する。

【0025】

金属片５０は、第１コイル６１１および第２コイル６２２の面に対し、ｚ方向に１ｍｍだけ離間した状態でｘ方向に変位する。なお、ｘ方向は第１方向の一例である。金属片５０と第１基板回路６１または第２基板回路６２と０とが密着した状態であれば、結合係数は「１」であるが、物理的には密着させた状態で金属片５０を変位させることは困難である。ただし、距離が１ｍｍ程度で離間していれば、電気的には密着した状態と同視でき、また、金属片５０を第１基板回路６１および第２基板回路６２に対して変位させることができる。

【0026】

図において、平面視で金属片５０の左端が第１コイル６１１の左端に一致する地点（ａ）は、ｘの変位量ゼロ（原点）である。金属片５０が地点（ａ）に位置すれば、第１コイル６１１に対する金属片５０の重複率は「１」であり、第２コイル６２２に対する金属片５０の重複率は「０」である。

【0027】

また、図において、平面視で金属片５０の右端が第２コイル６２２の右端に一致する地点（ｂ）では、ｘの変位量が１６ｍｍである。金属片５０が地点（ｂ）に位置する場合、第１コイル６１１に対する金属片５０の重複率は「０」であり、第２コイル６２２に対する金属片５０の重複率は「１」である。

【0028】

図６に示されるように、第１基板回路６１は、基板回路６０と同様な回路構成である。
なお、両者を区別するために、第１基板回路６１における入力端子をｉｎ１とし、出力端子をＯｕｔ１とし、第２基板回路６２における入力端子をｉｎ２とし、出力端子をＯｕｔ２としている。
なお、第１コイル６１１の渦巻き中心は、コンタクトホールＣｔ１、破線で示される配線、および、コンタクトホールＣｔ２を順に介して出力端子Ｏｕｔ１に接続される。
また、第１基板回路６１および第２基板回路６２は、同一の基材１６に設けられてもよし、異なる別体の基材１６に設けられてもよい。

【0029】

本実施形態では、第１基板回路６１における第１コイル６１１における渦巻きの方向と、第２基板回路６２における第２コイル６２２における渦巻きの方向とは同じである。このため、入力端子Ｉｎ１およびＩｎ２に同一の交流信号が供給されると、磁界がｚ方向に向かってまたはｚ方向とは反対方向に、揃って発生する。

【0030】

図７に示されるように、変位量検出装置１は、発振回路３０、第１基板回路６１、第２基板回路６２、整流回路８１、８２および差分出力回路９０を有する。なお、金属片５０は省略されている。
発振回路３０は、測定用の交流信号を生成して、当該交流信号を第１基板回路６１の入力端子Ｉｎ１および第２基板回路６２の入力端子Ｉｎ２にそれぞれ供給する。なお、測定用の交流信号の周波数は、第１基板回路６１および第２基板回路６２の共振周波数に応じて設定される。

【0031】

整流回路８１は、出力端子Ｏｕｔ１から出力される交流信号を整流および平滑化して信号Ｅｖ１として出力する。なお、出力端子Ｏｕｔ１から出力される交流信号が第１検出信号の一例である。
整流回路８２は、出力端子Ｏｕｔ２から出力される交流信号を整流および平滑化して信号Ｅｖ２として出力する。なお、出力端子Ｏｕｔ２から出力される交流信号が第２検出信号の一例である。
差分出力回路９０は、信号Ｅｖ１の電圧から信号Ｅｖ２の電圧を減算し、信号Ｄとして出力する。なお、信号Ｄの電圧は、金属片５０におけるｘ方向の変位量を反映したものとなる。

【0032】

このような構成において、金属片５０におけるｘ方向の変位量が０ｍｍである場合、金属片５０による第１コイル６１１の重複率が「１」であるので、第１基板回路６１の出力端子Ｏｕｔ１から出力される交流信号の振幅は最大になる。なお、この場合、金属片５０による第２コイル６２２の重複率は「０」であるので、第２基板回路６２の出力端子Ｏｕｔ２から出力される交流信号の振幅は最小である。
金属片５０がｘ方向に変位すると、金属片５０による第１コイル６１１の重複率が「１」から、変位量に反比例して低下するので、第１基板回路６１の出力端子Ｏｕｔ１から出力される交流信号の振幅は変位量に応じて低下する。

【0033】

金属片５０がｘ方向に変位して、変位量が６ｍｍを越えると、第１基板回路６１の出力端子Ｏｕｔ１から出力される交流信号の振幅は引き続き変位量に応じて低下する。一方で、金属片５０による第２コイル６２２の重複率が「０」から増加に転じるので、第２基板回路６２の出力端子Ｏｕｔ２から出力される交流信号の振幅は、変位量に応じて次第に大きくなる。
金属片５０がｘ方向に変位して、変位量が１０ｍｍに達すると、金属片５０による第１コイル６１１の重複率が「０」になるので、第１基板回路６１の出力端子Ｏｕｔ１から出力される交流信号の振幅は、最低値になり、以降変位量が増加しても最低値からほとんど変化しない。一方で、金属片５０による第２コイル６２２の重複率が変位量に比例して増加するので、第２基板回路６２の出力端子Ｏｕｔ２から出力される交流信号の振幅は、変位量に応じて引き続き大きくなる。この傾向は、変位量が１６ｍｍに達するまで継続する。

【0034】

したがって、このように出力端子Ｏｕｔ１から出力される交流信号を整流および平滑化した信号Ｅｖ１の電圧から、出力端子Ｏｕｔ２から出力される交流信号を整流および平滑化した信号Ｅｖ２を差し引いた信号Ｅｖ２の電圧を差し引いた信号Ｄの電圧は、図８に示される通りとなる。なお、図８において、信号Ｅｖ２の電圧は、差分出力回路９０において反転して信号Ｅｖ１の電圧に加算されるので、－Ｅｖ２として示される。
また、図８において縦軸の電圧は、信号Ｅｖ１の最高値を「１」に、信号Ｅｖ２を反転した－Ｅｖ２の最低値を「－１」に、正規化して示している。なお、信号Ｄがゼロとなるのは、金属片５０の変位量が０ｍｍと１６ｍｍとの中点（＝８ｍｍ）に位置するときである。

【0035】

仮に、第１基板回路６１のみが存在し、第２基板回路６２が存在しない構成では、信号Ｅｖ１の電圧のみで変位量を求めることになるので、金属片５０の変位量を検出することができる範囲は０～１０ｍｍの範囲に限られる。また、第２基板回路６２のみが存在し、第１基板回路６１が存在しない構成では、信号Ｅｖ２の電圧のみで変位量を求めることになるので、金属片５０の変位量を検出することができる範囲は６～１６ｍｍの範囲に限られる。
これに対して、第２実施形態のように、信号Ｅｖ１の電圧と信号Ｅｖ２の電圧との差分である信号Ｄの電圧で変位量を求める構成では、金属片５０の変位量を検出することできる範囲が、図８に示されるように、０～１６ｍｍの範囲に拡大するだけでなく、最小値の０ｍｍ近辺および最大値の１６ｍｍ近辺を除けば、信号Ｄの線形性を確保することができる。
したがって、第２実施形態によれば、第１実施形態と比較して、金属片５０の変位量を検出することができる範囲の拡大しつつ、変位量に対する信号の線形性を確保することができる。

【0036】

なお、図７に示される構成において、振幅の差分を求める前に、第１基板回路６１の出力端子Ｏｕｔ１から出力される交流信号を整流回路８１で整流し、第２基板回路６２の出力端子Ｏｕｔ２から出力される交流信号を整流回路８２で整流している理由は、次の通りである。すなわち、第１基板回路６１の入力端子Ｉｎ１および第２基板回路６２の入力端子Ｉｎ２には、発振回路３０による同じ交流信号が供給されるが、金属片５０におけるｘ方向の変位量に応じて第１コイル６１１のインダクタンス、および、第２コイル６２２のインダクタンスが変化する。このため、第１基板回路６１の出力端子Ｏｕｔ１から出力される交流信号の位相、および、第２基板回路６２の出力端子Ｏｕｔ２から出力される信号の位相が揃っているとは限らないためである。

【0037】

図９は、第３実施形態に係る操作子の操作量出力装置２の構成を示すブロック図であり、図１０は、可動部材であって操作子の一例である鍵１２の周辺の構成を示す図である。第３実施形態に係る操作量出力装置２は、第２実施形態に係る変位量検出装置１を鍵盤装置１０に適用して、当該鍵盤装置１０における複数の鍵１２の変位量をそれぞれ検出し、操作子の操作量に変換して出力する。

【0038】

鍵盤装置１０における１つの鍵１２は、支点部１３を支点として支持部材１４の上面１４１に、揺動自在に支持される。具体的には、鍵１２の端部１２１は、利用者による鍵１２の操作により図において鉛直方向に変位する。支持部材１４は、鍵盤の各要素を支持する固定の構造体である。

【0039】

鍵１２は、図示省略されたバネ等の弾性により図において支点部１３を中心に反時計回りに付勢されている。利用者が鍵１２を操作しない状態であれば、当該鍵１２はストッパーＳｒにより図において実線のレスト位置Ｒｓｔで静止し、押鍵時には、Ａ方向に操作されて、ストッパーＳｅにより図において破線のエンド位置Ｅｎｄまで変位する。

【0040】

鍵１２において、利用者から見て奥側の端面１２２には、金属片５０が設けられる。鍵１２が押下されるにつれて、金属片５０は図において上方に変位する。したがって、変位量検出装置１としてみれば、図において上方がｘ方向になる。
なお、複数の鍵１２が配列する方向、すなわち紙面手前方向がｙ方向であり、長手の鍵１２において利用者に向く方向、すなわち図において右方向がｚ方向である。

【0041】

支持部材１４の上面１４１には基材１６が立設される。上面１４１はｙ方向およびｚ方向に沿った平面である。基材１６には、上述したように第１コイル６１１および第２コイル６２２がｘ方向に沿って並設される。第１コイル６１１および第２コイル６２２は金属片５０に対して例えば次のような位置関係で設けられる。すなわち、鍵１２がレスト位置Ｒｓｔにある場合に、第１コイル６１１が金属片５０に対向し、鍵１２がエンド位置Ｅｎｄにある場合に、第２コイル６２２が金属片５０に対向する。
なお、図１０は、鍵１２の一例として白鍵を挙げて説明しているが、黒鍵についても、第１基板回路６１、第２基板回路６２および金属片５０が同様に設けられる。

【0042】

第３実施形態に係る操作量出力装置２は、図１０に示されるように、発振回路３０と、デマルチプレクサ７１と、マルチプレクサ７２と、第１基板回路６１および第２基板回路６２のｎ組と、整流回路８０と、ＡＤ変換回路７５と、情報処理回路１００とを含む。なお、ｎは２以上の整数である。
情報処理回路１００は、デマルチプレクサ７１の出力端子およびマルチプレクサ７２の入力端子を選択するための選択信号Ｓｅｌ＿Ｃｈを出力する。また、情報処理回路１００は、ＡＤ変換回路７５の出力信号を入力して、ｎ個の鍵１２について押鍵量（操作量）Ｄｘをそれぞれ求める。

【0043】

デマルチプレクサ７１は、入力端子ｉｎおよび出力端子Ｃｈ＿１～Ｃｈ＿（２ｎ）を有し、入力端子Ｉｎに供給された発振回路３０の交流信号を、選択信号Ｓｅｌ＿Ｃｈで選択した出力端子から出力させる。
デマルチプレクサ７１の出力端子Ｃｈ＿１は、１番目の鍵１２に対応した第１基板回路６１の入力端子Ｉｎ１に接続され、出力端子Ｃｈ＿２は、同じ１番目の鍵１２に対応した第２基板回路６２の入力端子Ｉｎ２に接続される。
一般に、１以上（ｎ／２）以下の整数ｉを用いた場合、デマルチプレクサ７１の出力端子Ｃｈ＿ｉは、ｉ番目の鍵１２に対応した第１基板回路６１の入力端子Ｉｎ１に接続され、出力端子Ｃｈ＿（ｉ＋１）は、同じｉ番目の鍵１２に対応した第２基板回路６２の入力端子Ｉｎ２に接続される。

【0044】

マルチプレクサ７２は、入力端子Ｃｈ＿１～Ｃｈ＿（２ｎ）および出力端子ｏｕｔを有し、選択信号Ｓｅｌ＿Ｃｈで選択された入力端子に供給された信号を、出力端子ｏｕｔから出力させる。
１番目の鍵１２に対応した第１基板回路６１の出力端子Ｏｕｔ１は、マルチプレクサ７２の入力端子Ｃｈ＿１に接続され、同じ１番目の鍵１２に対応した第２基板回路６２の出力端子Ｏｕｔ２は、マルチプレクサ７２の入力端子Ｃｈ＿２に接続される。
上記整数ｉを用いた場合、ｉ番目の鍵１２に対応した第１基板回路６１の出力端子Ｏｕｔ１は、マルチプレクサ７２の入力端子Ｃｈ＿ｉに接続され、同じくｉ番目の鍵１２に対応した第２基板回路６２の出力端子Ｏｕｔ２は、マルチプレクサ７２の入力端子Ｃｈ＿（ｉ＋１）に接続される。

【0045】

整流回路８０は、マルチプレクサ７２の出力端子ｏｕｔから出力される交流信号を整流および平滑化して信号Ｅｖとして出力する。ＡＤ変換回路７５は、アナログの信号Ｅｖをデジタルの信号に変換して、情報処理回路１００に供給する。

【0046】

情報処理回路１００は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の単数または複数の制御装置で構成され、図示省略の記憶装置に記憶されたプログラムを実行することで、時分割選択部１０１、演算部１０２および変換部１０３が構築される。
なお、情報処理回路１００は、ＣＰＵのほか、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の回路によって構成されてもよい。

【0047】

時分割選択部１０１は、選択信号Ｓｅｌ＿Ｃｈによってデマルチプレクサ７１の出力端子およびマルチプレクサ７２の入力端子の選択を例えば次のような順番で指定する。具体的には、時分割選択部１０１は、デマルチプレクサ７１の出力端子およびマルチプレクサ７２の入力端子を、Ｃｈ＿１→Ｃｈ＿２→Ｃｈ＿３→Ｃｈ＿４→…→Ｃｈ＿（２ｎ－１）→Ｃｈ＿（２ｎ）→（Ｃｈ＿１）という順番で選択して、この選択の動作を繰り返す。
このため、デマルチプレクサ７１は、発振回路３０の交流信号を出力端子Ｃｈ＿１～Ｃｈ＿（２ｎ）に時分割に分配し、マルチプレクサ７２は、入力端子Ｃｈ＿１～Ｃｈ＿（２ｎ）に時分割で選択する。

【0048】

演算部１０２は、奇数番目の入力端子および出力端子が選択されたときの信号Ｅｖのデジタル値から、当該奇数番目に続く偶数番目の入力端子および出力端子が選択されたときの信号Ｅｖのデジタル値を減算する。
具体的には、演算部１０２は、時分割選択部１０１によって奇数番目の入力端子および出力端子が選択された場合には、デジタルの信号Ｅｖの値を保持する。次に、演算部１０２は、時分割選択部１０１によって先の奇数番目の続く次の偶数番目の入力端子および出力端子が選択された場合には、保持したデジタルの信号Ｅｖの値から、ＡＤ変換回路７５の出力であるデジタルの信号Ｅｖを減算する。

【0049】

すなわち、演算部１０２は、対をなす第１基板回路６１および第２基板回路６２から出力される交流信号の振幅における差分を、デジタルで演算して出力する。このため、図９に示される構成では、演算部１０２が差分出力回路として機能する。
なお、厳密には、演算部１０２で求められる差分は、第１基板回路６１および第２基板回路６２から同時に出力される交流信号の振幅における差分ではなく、時間的なズレを伴う差分である。しかしながら、デマルチプレクサ７１の出力端子およびマルチプレクサ７２の入力端子の選択する期間を短くすれば、または、選択の繰り返し周期を短くすれば、上記時間のズレは無視することできる。

【0050】

時分割選択部１０１により偶数番目の入力端子および出力端子が選択された場合に演算部１０２により求められた差分は、当該偶数番目よりも１つ前の奇数番目の第１基板回路６１および当該偶数番目の第２基板回路６２から出力される交流信号の振幅の差分である。一般には、上記整数ｉを用いると、時分割選択部１０１により選択される入力端子および出力端子の偶数番目が２ｉであるときに演算により求められる差分は、ｉ番目の鍵１２に設けられた金属片５０におけるｘ方向の変位量を示すことになる。

【0051】

変換部１０３は、金属片５０における変位量を鍵１２の押鍵量Ｄｘに変換して、鍵１２の識別子と対応付けて出力する。
なお、鍵１２の識別子とは、複数の鍵１２を特定するための情報であり、上記の例でいえば、ｉであり、より具体的には鍵１２の音高を示す情報である。また、変換部１０３における変換は、例えば変位量と押鍵量とを対応付けたテーブルや、線形の演算式などが用いることができる。

【0052】

図９に示されるような構成により、複数ｎ個の鍵１２の押鍵量Ｄｘを鍵１２の識別子に対応付けて出力することができる。なお、情報処理回路１００は、複数ｎ個の鍵１２の押鍵量Ｄｘを、図示省略された装置に供給して、当該装置において楽音制御などをさせてよいし、情報処理回路１００自身が押鍵量Ｄｘに基づいて楽音信号を生成してもよいし、当該楽音信号を物理的な音響に変換して、放音させる構成としてもよい。

【0053】

図１１は、第４実施形態に係る操作量出力装置２において、可動部材である鍵１２の周辺の構成を示す図である。
第４実施形態では、鍵１２の底面１２３と、支持部材１４の上面１４１との間において、上側に第１コイル６１１および下側に第２コイル６２２が取り付けられる。詳細には、第１コイル６１１の面および第２コイル６２２の面は、上面１４１に対して、それぞれ平行になるように、図示省略された部材によって取り付けられる。金属片５０は、可動部材である鍵１２の底面１２３に設けられ、ほぼ９０度曲げられて、その延長部分の平板部分が、第１コイル６１１と第２コイル６２２との間に位置する。
なお、なお、金属片５０の平板部分は、上面１４１に対してほぼ平行となるように設けられる。

【0054】

なお、図１１に示される構成では、第１基板回路６１の基板面と第２基板回路６２の基板面とは、支持部材１４の上面１４１と平行であって、当該上面１４１の鉛直方向に沿って並設される。また、金属片５０は、当該鉛直方向に沿って変位する。このため、当該鉛直方向が第２方向の一例になる。

【0055】

第１コイル６１１の渦巻き方向と第２コイル６２２の渦巻き方向とは、第１コイル６１１により発生する磁界の向きと第２コイル６２２により発生する磁界の向きとが揃うように設けられる。具体的には、支持部材１４の上面１４１を俯瞰した場合に、第１コイル６１１の渦巻き方向と第２コイル６２２の渦巻き方向とが同方向に設けられる。

【0056】

このような構成において、鍵１２がレスト位置Ｒｓｔであれば、金属片５０は、第１コイル６１１に最も接近するので、第１基板回路６１の出力端子Ｏｕｔ１から出力される交流信号の振幅は最大になる。また、鍵１２がレスト位置Ｒｓｔであれば、金属片５０は、第２コイル６２２に最も離反するので、第２基板回路６２の出力端子Ｏｕｔ２から出力される交流信号の振幅は最小になる。
押鍵につれて、金属片５０は、第１コイル６１１から離れるので、第１基板回路６１の出力端子Ｏｕｔ１から出力される交流信号の振幅は次第に低下する。一方で、押鍵につれて、金属片５０は、第２コイル６２２に接近するので、第２基板回路６２の出力端子Ｏｕｔ２から出力される交流信号の振幅は次第に増加する。
鍵１２がエンド位置Ｅｎｄであれば、金属片５０は、第１コイル６１１に最も離反するので、第１基板回路６１の出力端子Ｏｕｔ１から出力される交流信号の振幅は最小になる。また、鍵１２がエンド位置Ｅｎｄであれば、金属片５０は、第２コイル６２２に最も接近するので、第２基板回路６２の出力端子Ｏｕｔ２から出力される交流信号の振幅は最大になる。

【0057】

このように、第４実施形態において、奇数番目の第１基板回路６１の出力端子Ｏｕｔ１から出力される交流信号を整流および平滑化した信号の電圧から、当該奇数番目に次に続く偶数番目の第２基板回路６２の出力端子Ｏｕ２から出力される交流信号を整流および平滑化した信号の電圧を差し引いた信号Ｄの電圧は、図１２に示される通りとなる。
図１２に示される特性は、図８に示される特性と比較して、金属片５０の変位量を検出することできる範囲が狭くなる。
しかしながら、例えば第１基板回路６１のみでは、押鍵量が大きい領域（ｘ方向の変位量が大きい領域）では、変位量の変化に対する信号Ｅｖ１の電圧変化率が小さくなる。また、第２基板回路６２のみでは、押鍵量が小さい領域（ｘ方向の変量量が小さい領域）では、変位量の変化に対する信号Ｅｖ２の電圧変化率が小さくなる。
これに対して、第４実施形態では、押鍵量が大きい領域でも小さい領域でも変位量の変化に対する信号Ｄの電圧変化率が大きくなるので、双方の領域において高い検出精度を期待することができる。

【0058】

なお、第４実施形態においても、図９に示されるような構成によって、複数ｎ個の鍵１２の押鍵量Ｄｘを鍵１２の識別子に対応付けて操作情報として出力することができる。

【0059】

上述したように、基板回路６０、第１基板回路６１または第２基板回路６２には、基板回路４０または金属片５０のどちらが対向してもよい。すなわち、基板回路６０、第１基板回路６１または第２基板回路６２には、パッシブコイル４０１または金属片を含む反応体が対向すればよい。

【0060】

また、以上説明した実施形態等において、第１基板回路６１および第２基板回路６２の回路特性は必ずしも揃える必要はない。
例えば、第２基板回路６２における抵抗素子６１３の抵抗値が大きくなると、Ｑ値が大きくなり、信号Ｅｖ２の電圧では、図１２において（ｅ）で示されるように、変位量が大きい領域において、変位量に対する電圧変化率が大きくなる。このため、信号Ｄでは、（ｆ）で示されるように、小さな変位量に対して電圧が大きく変化するので、この領域において変位量の検出精度が向上する。
なお、特に図示しないが、反対に、第２基板回路６２における抵抗素子６１３の抵抗値が小さくなると、Ｑ値が小さくなり、変位量が大きい領域において、変位量に対する電圧変化率が小さくなる。
また、ここでは、第２基板回路６２における抵抗素子６１３について説明したが、第１基板回路６１の素子を変更して変位量が小さい領域における電圧変化率を変更してもよい。

【0061】

実施形態等において、例えば第１基板回路６１を多層基板として、第１コイル６１１を複数層の重ね合わせで構成してもよい。同様に、第２基板回路６２を多層基板として、第２コイル６２２を複数層の重ね合わせで構成してもよい。
このようにコイルを複数層の重ね合わせで構成すれば、単層と比較して、より遠くまで磁界が発生するので、検出範囲の拡大を図ることができる。

【0062】

また、操作子の一例として鍵１２を挙げて説明したが、鍵１２に限られず、例えばスライダーに適用して、当該スライダーの変位量を検出してもよい。

【0063】

以上の記載から、例えば以下のように本発明の好適な態様が把握される。なお、各態様の理解を容易にするために、以下では、図面の符号を便宜的に括弧書で併記するが、本発明を図示の態様に限定する趣旨ではない。

【0064】

本開示のひとつの態様（態様１）に係る変位量検出装置は、可動部材の変位量を検出する変位量検出装置であって、前記可動部材に設けられた金属片またはパッシブコイルを含む反応体と、交流信号の供給により磁界を発生する第１コイルを含み、前記反応体との距離に応じた振幅の第１検出信号を出力する第１基板回路と、前記交流信号の供給により磁界を発生する第２コイルを含み、前記反応体との距離に応じた振幅の第２検出信号を出力する第２基板回路と、前記第１検出信号の振幅と前記第２検出信号の振幅との差分を出力する差分出力回路と、を有する。

【0065】

態様１において、第１コイルまたは第２コイルで発生した磁界を反応体が遮ると、反応体の位置に応じて、第１検出信号の振幅および第２検出信号の振幅の双方が背反的に変化する。具体的には、可動部材に設けられた反応体が第１コイルに接近し、第２コイルから離反すれば、第１検出信号の振幅が大きくなり、第２検出信号の振幅が小さくなる。逆に、反応体が第１コイルから離反し、第２コイルに接近すれば、第１検出信号の振幅が小さくなり、第２検出信号の振幅が大きくなる。背反的に変化する第１検出信号の振幅と第２検出信号の振幅との差分を求める構成によれば、１つの基板回路（コイル）だけの検出信号だけを用いて変位量を算出する構成と比較して、検出範囲を確保しつつ、振幅の差分と変位量との線形性を改善することができる。

【0066】

なお、差分出力回路は、第１検出信号を整流した第１整流信号と第２検出信号を整流した第２整流信号との差分を出力してもよいし、第１検出信号を整流した第１整流信号の電圧デジタル値と第２検出信号を整流した第２整流信号の電圧デジタル値との差分を出力してもよい。

【0067】

態様１の具体例である態様２では、前記第１コイルは、前記第１基板回路の基板面において渦巻き状に形成され、前記第２コイルは、前記第２基板回路の基板面において渦巻き状に形成される。
態様２によれば、第１コイルおよび第２コイルが基板面に設けられるので、コイルを設置するためのスペースが少なくて済む。

【0068】

態様２の具体例である態様３では、前記第１基板回路と前記第２基板回路とは、前記基板面に沿った第１方向で離間して設けられ、平面視で前記反応体の一部または全部が、前記第１方向に沿って、前記第１コイルまたは前記第２コイルに重なる範囲で変位する。
態様３によれば、第１コイルと第２コイルとの並設方向で移動する反応体の変位量を検出することができる。

【0069】

態様２の別の具体例である態様４では、前記第１基板回路と前記第２基板回路とは、前記基板面の鉛直方向の第２方向に沿って離間して設けられ、前記反応体は、前記第２方向に沿って、前記第１基板回路と前記第２基板回路との間の範囲で変位する。
態様４によれば、第１コイルと第２コイルとの間で移動する反応体の変位量を検出することができる。

【0070】

態様１の別の具体例である態様５では、前記可動部材、前記第１基板回路および前記第２基板回路の複数組であり、前記交流信号の供給および前記差分の出力を、前記複数組の前記第１基板回路および前記第２基板回路のうち１組を時分割で選択して実行する。
差分出力回路が、第１基板回路および第２基板回路の複数組で共用されるので、差分出力回路が、第１基板回路および第２基板回路の各組に設けられる構成と比較して、構成の簡易化を図ることができる。

【0071】

態様５の具体例である態様６では、前記交流信号を、前記複数組の前記第１基板回路または前記第２基板回路に時分割で分配するデマルチプレクサと、前記デマルチプレクサにより交流信号が供給された第１基板回路からの第１検出信号または第２基板回路からの第２検出信号を時分割で選択して、前記差分出力回路に出力するマルチプレクサとを含む。
態様６によれば、交流信号の時分割供給がデマルチプレクサで実現され、差分を出力するための第１検出信号および第２検出信号の時分割選択がマルチプレクサで実現される。

【0072】

態様１または態様２の具体例である態様７では、前記第１基板回路のＱ値と前記第２基板回路のＱ値とが異なる。Ｑ値が異なると、可動部材が第１基板回路寄りに位置する場合と、可動部材が第２基板回路寄りに位置する場合とで、変位量に対する振幅の差分の傾きが異なることになる。このため、態様７によれば、反応体が記第１基板回路または第２基板回路のいずれかに接近したときの位置検出精度を高めることができる。

【0073】

また、本開示の別の態様８に係る変位量検出装置は、可動部材の変位量を検出する変位量検出装置であって、前記可動部材に設けられた金属片またはパッシブコイルを含む反応体と、交流信号の供給により磁界を発生するコイルを含み、前記反応体との距離に応じた振幅の検出信号を出力する基板回路と、前記コイルは、前記基板回路の基板面において渦巻き状に形成され、前記基板回路は、前記コイルを含んだ反共振回路である。

【0074】

本開示のひとつの態様９に係る変位量検出方法は、金属片またはパッシブコイルを含む反応体が設けられた可動部材の変位量を検出する変位量検出方法であって、第１コイルに交流信号を供給し、前記反応体との距離に応じた振幅の第１検出信号を生成し、第２コイルに交流信号を供給し、前記反応体との距離に応じた振幅の第２検出信号を生成し、前記第１検出信号の振幅と前記第２検出信号の振幅との差分を出力する。

【0075】

本開示のひとつの態様１０に係る操作子の操作量出力装置は、演奏動作に応じて変位する操作子と、前記操作子に設けられた金属片またはパッシブコイルを含む反応体と、交流信号の供給により磁界を発生する第１コイルを含み、前記反応体との距離に応じた振幅の第１検出信号を出力する第１基板回路と、前記交流信号の供給により磁界を発生する第２コイルを含み、前記反応体との距離に応じた振幅の第２検出信号を出力する第２基板回路と、前記第１検出信号の振幅と前記第２検出信号の振幅との差分を出力する差分出力回路と、前記差分に基づいて前記操作子の操作情報を出力する情報処理回路と、を有する。

【0076】

また、本開示の別の態様に係る変位量検出装置は、
可動部材に設けられた金属片またはパッシブコイルを含む反応体と、
交流信号の供給により磁界を発生するコイルを含み、前記反応体との距離に応じた振幅の検出信号を出力する基板回路と、
前記コイルは、前記基板回路の基板面において渦巻き状に形成され、
平面視で前記反応体の一部または全部が、前記コイルに重なる範囲で変位する。

【符号の説明】

【0077】

１…変位量検出装置、２…操作情報出力装置、１０…鍵盤装置、１２…鍵、５０…金属片、６１…第１基板回路、６２…第２基板回路、８１、８２…整流回路、７１…デマルチプレクサ、７２…マルチプレクサ、９０…差分出力回路、４０１…コイル、６１１…第１コイル、６１２…第２コイル。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】