本發(fā)明涉及一種能夠在高分辨率下觀察長物件的分行光學(xué)(rowdivision)模塊，以及一種電子鍵盤。

背景技術(shù)：

本發(fā)明涉及一種能夠在高分辨率下一次俘獲長物件(例如鍵盤)的一個以上按鍵的圖像的分行光學(xué)模塊，以及一種使用所述分行光學(xué)模塊的電子鍵盤。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

為了一眼就能觀察到左和右長物件(例如鋼琴上具有大量按鍵的鍵盤)，觀察者必須足夠遠(yuǎn)以便一眼就能看到整個物件。當(dāng)你離得較遠(yuǎn)時，你可以一眼就能看到整個物件，但物件較小，使得難以詳細(xì)觀察所述物件。已作出本發(fā)明來解決上文提及的問題，且本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供一種分行光學(xué)模塊以及一種使用分行光學(xué)模塊的電子鍵盤。

技術(shù)解決方案

本發(fā)明提供一種分行光學(xué)模塊，例如棱鏡，其中長物件的左側(cè)(或右側(cè))在視場上方可見，且剩余右側(cè)(或左側(cè))在視場下方可見。通過將此光學(xué)模塊安裝在相機的透鏡的前方，可以高分辨率在物件的整個區(qū)域上方俘獲長物件。利用此相機，有可能在高分辨率下一次俘獲到鋼琴的最左和最右側(cè)的具有大量按鍵的物件的圖像，檢測由圖像處理構(gòu)件俘獲的圖像中鍵盤上的按鍵的移動，且輸出樂器聲音或樂器數(shù)字接口信號(midi)。

有利效果

常規(guī)數(shù)碼鋼琴裝備有傳感器或開關(guān)，用于檢測鍵盤中每一按鍵的移動，使得其歸因于大量零件和復(fù)雜的電路而難以制造，容易斷裂且較重。然而，使用根據(jù)本發(fā)明的分行光學(xué)模塊和相機的鋼琴可容易地制造，且將通過用簡單且小型相機，以及可通過將其直接組裝而購買和制造的相機模塊，替代針對每一個按鍵提供的復(fù)雜的開關(guān)電路來改進(jìn)電子電路的可靠性，使得可用低成本實現(xiàn)數(shù)碼鋼琴。

并且，鍵盤下方不存在印刷電路板(pcb)和傳感器電路，因此其具有鍵盤的光亮度的優(yōu)點，且鍵盤可由透明材料制成，所述透明材料可經(jīng)設(shè)計為看起來像珠寶并提供視覺美觀性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實施例的框圖。

圖2為本發(fā)明的實施例的框圖。

圖3為分行棱鏡的透視圖。

圖4為分行棱鏡的側(cè)視圖。

圖5為分行棱鏡的平面圖。

圖6為分行棱鏡的分解視圖。

圖7為棱鏡片材的分解視圖。

圖8為分行棱鏡的分解視圖。

圖9為圖8的棱鏡的側(cè)視圖。

圖10為圖6的配置的修改。

圖11為在分行棱鏡未安裝在相機前方的情況下俘獲的鍵盤的標(biāo)記的圖像。

圖12為在分行棱鏡安裝在相機前方的情況下鍵盤的標(biāo)記的圖像。

圖13為分行棱鏡的修改。

圖14為在圖13的分行棱鏡安裝在相機前方的情況下鍵盤的標(biāo)記的圖像

圖15為使用潛望鏡的分行光學(xué)模塊的透視圖。

圖16示出安裝在鍵盤底部上的相機。

圖17示出與鍵盤底側(cè)成角度安裝的相機。

圖18示出剛好安裝在鍵盤下方的相機。

圖19為圖17或圖18的配置的俯視圖。

圖20示出安裝在鍵盤上方的相機。

圖21為圖20的透視圖。

圖22示出鍵盤，其中以不同方式調(diào)整鍵盤的標(biāo)記之間的間隔。

具體實施方式

實施例1

在電子鋼琴中，當(dāng)按壓按鍵時，按壓連接到按鍵的開關(guān)，且掃描電路檢測按鍵并輸出對應(yīng)于按鍵的樂器的聲音。因為此裝置具備用于每一按鍵的開關(guān)，所以其歸因于大量組件而難以制造，容易出故障，且包含復(fù)雜的布線。復(fù)雜電路和布線視覺上不美觀，因此其用不透明套殼覆蓋。這些不透明套殼看起來令人不愉快。本發(fā)明可通過用緊湊且可靠的相機替代此復(fù)雜電路來消除此不透明套殼以簡單地且視覺上改進(jìn)按鍵部分。還可能使按鍵像珠寶一樣透明以提供美觀性而不會在視覺上沉悶。并且，通過移除開關(guān)電路的印刷電路板，其容易制造且減少工業(yè)廢料的產(chǎn)生。

具有相機的上述鋼琴可被構(gòu)造如下。例如回向反射膜(sr)等標(biāo)記附接到每一按鍵(ke)極大地移動的部分，且例如紅外led等光源(ls)和相機(cm)彼此附接和安裝，且當(dāng)從光源(ls)發(fā)射的光由回向反射膜(sr)回向反射之后到達(dá)相機(cm)時，光被相機俘獲，回向反射膜的位置經(jīng)分析以便檢測按鍵凹陷的程度，其中所述分析由圖像處理構(gòu)件處理，且可產(chǎn)生對應(yīng)于按鍵的凹陷程度的聲音。

在使用紅外光源的情況下，優(yōu)選的是，將濾光片附接在相機的前方以僅允許紅外線到達(dá)相機。此使得容易檢測鍵盤上的移動，因為背景是黑色的，且僅由回向反射膜回向反射的光被明亮地俘獲。

代替使用單獨紅外led，可使用環(huán)境光，且可使用共同標(biāo)記代替單獨回向反射膜。如果獲得當(dāng)前所俘獲圖像與先前所俘獲圖像之間的差分圖像(differenceimage)，那么容易檢測按鍵的運動，因為在無按鍵運動的情況下在背景中差分像素值變?yōu)?，且移動的按鍵上的標(biāo)記部分的像素值不是0，其中差分圖像意味著差分圖像的像素值為當(dāng)兩個圖像重疊時兩個重疊圖像的重疊位置中的兩個像素之間的差值。

圖1中，鍵盤放置在支撐桿(ax)上，且按壓(dn)鍵盤的一端，而另一端相對于支撐桿(ax)升高(up)。當(dāng)鍵盤如此旋轉(zhuǎn)時，由相機俘獲的回向反射膜的位置改變，且通過分析所述位置，可發(fā)現(xiàn)按鍵的旋轉(zhuǎn)度(也就是說，按鍵被按壓的程度)。

如果存在大量按鍵，那么可能不能由一個相機俘獲所有按鍵。為了由一個相機俘獲所有按鍵，有必要增加相機與鍵盤之間的距離。然而，存在一個問題：難以跟蹤鍵盤的位置，因為回向反射膜在如圖11中所示的所俘獲圖像中太小。為了解決此問題，優(yōu)選的是，在如圖1中所示的相機的前方提供本發(fā)明的分行(rowdivision)棱鏡(ps)。圖3為安裝在相機前方的分行棱鏡的詳細(xì)視圖，圖4為其側(cè)視圖，且圖5為俯視圖。圖6為示出劃分成四個簡單矩形棱鏡的分行棱鏡的視圖。當(dāng)使用此實施例的分行棱鏡時，可一次由一個相機俘獲到最左和最右的大量按鍵。

圖12為由相機經(jīng)由如圖3中所示的棱鏡俘獲的鍵盤上的按鍵的回向反射膜(sr)回向反射的光的視圖。圖12中，在圖像的較低水平區(qū)中俘獲24個按鍵的按鍵0到11，且在圖像的上部水平區(qū)中俘獲剩余按鍵12到23。另一方面，在不使用棱鏡的情況下俘獲的圖像含有如圖11中所示的明亮小光點的一條水平線。因此，存在以下問題：如此小地俘獲每一按鍵以致于圖像處理構(gòu)件難以檢測按鍵的移動，且許多浪費的像素未被用于俘獲按鍵。

圖6中的第三(p3，第三光學(xué)部分)和第四棱鏡(p4，第四光學(xué)部分)折射光線使得在相機視場中的兩個行中單獨地俘獲最左和最右按鍵。也就是說，第三棱鏡折射從水平向下標(biāo)記(sr)稍微向上反射的光，且第四棱鏡折射從水平向上標(biāo)記稍微向下反射的光。

第一棱鏡(p1，第一光學(xué)部分)和第二棱鏡(p2，第二光學(xué)部分)分別朝右和朝左折射光線，其中光線被第三和第四棱鏡折射且分離為2行。優(yōu)選的是，第一和第二棱鏡形成為相同形狀，且第三和第四棱鏡形成為相同形狀。

例如紅外led等光源(ls)可安裝在第一棱鏡上方和第二棱鏡下方，但在此情況下，不便執(zhí)行安裝工作兩次且制造兩個光源模塊。因此，優(yōu)選的是，光源模塊(ls)形成為一個模塊且安裝在如圖9中所示的第一與第二棱鏡之間。優(yōu)選的是，在第一和第二棱鏡與如圖8中所示的相機透鏡之間安裝第五(p5，第五光學(xué)部分)和第六(p6，第六光學(xué)部分)棱鏡，使得光源模塊不會使相機視場模糊(即，向上移動相機的上部視場并進(jìn)一步向下移動下部視場)。第五棱鏡可如圖8中所示傾斜地形成使得第一棱鏡和第五棱鏡的相對表面上的點可彼此接觸，使得第一棱鏡和第五棱鏡可一體地形成。類似地，第二棱鏡可如圖8中所示傾斜地形成使得第二棱鏡和第六棱鏡的相對表面上的點可彼此接觸，使得第二棱鏡和第六棱鏡可一體地形成。圖9為所述棱鏡的側(cè)視圖。

此棱鏡可以由菲涅耳透鏡型的棱鏡片材或如圖7中所示的全息圖形成以便占據(jù)小體積。也就是說，此棱鏡可用具有折射功能的任何光學(xué)模塊實施。如圖6中所示，第三和第四棱鏡的直角部分(r3，r4)經(jīng)附接以便彼此接觸從而形成等腰三角棱鏡，且第一和第二棱鏡的直角部分(r1，r2)經(jīng)附接以便處于相對方向中，使得可形成此實施例的分行棱鏡。第三、第四、第五和第六棱鏡可省略。

圖6中示出的第一和第二棱鏡可由一般三角棱鏡(例如等腰三角形)代替如圖10中所示的直角棱鏡而形成。在此情況下，優(yōu)選的是，如圖10中所示傾斜地形成第三棱鏡，使得第一棱鏡和第三棱鏡的相對表面上的所有點可彼此接觸。類似地，優(yōu)選的是，第四棱鏡以如圖10中所示的角度形成，使得朝向第二棱鏡的表面上的所有點可彼此接觸。以此方式，可通過形成彼此相對且彼此接觸的兩個棱鏡且用粘合劑(例如丙烯酸結(jié)合)附接兩個棱鏡(例如丙烯酸棱鏡)而將棱鏡形成為一體式棱鏡。

圖1中，分別用兩個相機(cm1、cm2)俘獲鍵盤的左和右半部。如果按鍵數(shù)目較小，那么僅一個相機就足夠。如果存在許多按鍵，那么可使用兩個或更多個相機。在每一相機前方，提供如圖3中所示的棱鏡以朝向相機折射射束，其中所述射束來自相機的左和右側(cè)。在圖像的下(或上)側(cè)在水平線區(qū)域中俘獲左按鍵，且在圖像的上(或下)側(cè)在水平線中俘獲右按鍵。也就是說，朝向鍵盤的左和右(row)的按鍵的圖像劃分成所述圖像中的兩條短線，且所述兩條線可分別在相機視場中向上和向下布置。

圖13示出在相機前方的兩個棱鏡之間提供空間且經(jīng)由所述空間俘獲鍵盤的配置。以如圖14中所示的三個行中的此配置俘獲按鍵。圖15為用于使用潛望鏡型鏡面代替棱鏡俘獲三個行中的鍵盤的配置。能夠以高分辨率一次俘獲此長物件的光學(xué)模塊(例如，棱鏡、全息圖、潛望鏡鏡面模塊等)被稱作本發(fā)明中的分行(rowdivision)光學(xué)模塊。

回向反射膜是由3m公司出售的產(chǎn)品，其向光源反射入射光。通過將不同顏色的回向反射膜附接到鍵盤的兩個鄰近按鍵，每一按鍵可由用于跟蹤其運動的圖像處理構(gòu)件區(qū)分。舉例來說，紅回向反射膜附接到黑按鍵，藍(lán)回向反射膜附接到白按鍵，彩色相機將其俘獲，且圖像處理構(gòu)件分析所俘獲圖像的顏色以跟蹤明亮部分。通過這樣做，可更準(zhǔn)確地檢測到按鍵的運動。不同顏色(例如，綠)或兩個顏色(紅、藍(lán))的回向反射膜可附接到特定按鍵(例如中間八度音階的開始按鍵，即中間do)。通過用圖像處理構(gòu)件檢測特定顏色，圖像處理構(gòu)件可容易地辨識周圍按鍵的次序?；蛘?，回向反射膜的形狀可不同地形成以顯示特定按鍵的參考位置。舉例來說，正常按鍵的回向反射膜可為多邊形(例如正方形)，且參考位置處鍵盤的回向反射膜可為圓形。

回向反射膜的間隔可經(jīng)調(diào)整以顯示特定參考位置的按鍵。舉例來說，如圖22中所示，鄰近回向反射膜之間的間隙可減小或大幅調(diào)整。

因為被按壓的按鍵的深度(角度)和所俘獲圖像中的回向反射膜或標(biāo)記的移動距離近似成比例，所以所俘獲圖像上每一按鍵的回向反射膜的位置經(jīng)跟蹤使得所述深度和對應(yīng)于所述深度的聲音可為輸出。舉例來說，稍高的頻率可為所述輸出，與按鍵按壓的深度成比例。在此情況下，通過改變按壓的深度，可產(chǎn)生演奏效應(yīng)，其中所述效應(yīng)為通過使按壓吉他或小提琴弦的手指振動而產(chǎn)生的聲音。還可能與凹陷的深度成比例而增加聲音的大小(音量)。還可能檢測用以按壓按鍵的力并與此力成比例而增加鋼琴聲的音量。

或者，如圖2中所示，通過用左和右側(cè)的相機俘獲按鍵的振動，且通過由圖像處理構(gòu)件檢測所述振動，有可能實施調(diào)制輪、滑音輪或鍵后觸感的功能。在此情況下，附接到所俘獲圖像中的鍵盤的回向反射膜表現(xiàn)為在左和右方向中振動。為此目的，優(yōu)選的是，配置鍵盤以便不僅可垂直移動而且可水平移動。

也就是說，常規(guī)主鍵盤的調(diào)制輪、滑音輪或鍵后觸感的功能可通過檢測當(dāng)按壓每一按鍵時移動的程度或方向來實施。

在常規(guī)電子鍵盤的情況下，深度檢測電路與按鍵數(shù)目成比例而增加。然而，在根據(jù)本發(fā)明的電路中，即使按鍵數(shù)目增加，也不必與按鍵數(shù)目成比例而增加相機的數(shù)目。此外，因為其是使用相機代替使用包含物理電端子的開關(guān)的非接觸式檢測方法，所以防止電端子中發(fā)生的接觸故障、摩擦和顫振的問題?？墒褂么斯δ?例如)來獲得當(dāng)演奏例如伽倻琴等琴弦時連續(xù)改變琴弦的按壓力的效應(yīng)。

為了減小設(shè)備的體積，可通過在相機與鍵盤之間安裝直角棱鏡(rp)或鏡面而將相機安裝在如圖16或圖20中所示的鍵盤下方或上方。圖21為圖20的透視圖。

代替圖16的直角棱鏡，相機沿著如圖17或圖18中所示的鍵盤進(jìn)一步向下移動，且桿(lb)呈l形附接到鍵盤的端部，且可附接回向反射膜(sr)。如果使用一個以上相機(例如，88個按鍵的情形中使用兩個相機)，那么推薦將相機安裝在按鍵踏板附近。圖19為圖17或圖18的俯視圖。為了緩解位于相機視場的左和右端的回向反射膜的失真，優(yōu)選的是將回向反射膜放置在如圖19中所示的曲線(例如，具有在相機側(cè)上的中心的橢圓)上。并且，推薦相機的最左和最右端處的按鍵上的回向反射膜(fsr)的大小增加，且較接近相機的按鍵上的回向反射膜(nsr)的大小減小，以便以相同大小俘獲所有回向反射膜。推薦遠(yuǎn)離相機的左和右端部分的鄰近回向反射膜(fsr)之間的間隔增加，且較接近相機的鄰近回向反射膜(nsr)之間的間隔減小，使得可以相同大小俘獲所有回向反射膜的間隔。

并且，當(dāng)長時間不演奏時，需要通過自動切斷光源和相機來減小電消耗。為此目的，優(yōu)選的是，自動切斷光源和相機，且允許其在圖像處理程序中未檢測到鍵盤的運動的時間超出閾值時間時進(jìn)入在休眠模式中。此處，舉例來說，休眠模式可以是接通光源和相機持續(xù)一秒以及切斷光源和相機持續(xù)兩秒的重復(fù)，其中在接通周期期間發(fā)生俘獲。如果此休眠模式期間檢測到鍵盤的移動，那么可恢復(fù)原始正常模式(其中光源和相機始終接通的模式)。