(57)【要約】      （修正有）【課題】弦楽器用光学式ピックアップにおいて外来光によるノイズが入らない光学式ピックアップを提供する。【解決手段】弦１１０の振動を検出するための光学式ピックアップであって、弦１１０に対し、弦の軸方向と略直交する方向に発光素子２０と受光素子３０にてなる光軸が形成され、発光素子２０と受光素子３０との間に弦１１０、光遮断膜５０、レンズ４０、４１が配置される。光遮断膜５０は、弦１１０の軸方向における隙間が漸増又は漸減する光透過部５１を有し、発光素子２０から発した光が光透過部５１を透過し、受光素子３０上に発光が結像される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
楽器に取り付けられた弦の振動を検出するための光学式ピックアップであって、１の弦に対し、弦の軸方向と略直交する方向に光源と受光素子にてなる光軸が形成され、前記光源と前記受光素子との間に前記弦、光遮断膜、結像レンズが配置され、前記光遮断膜は前記光軸と垂直で楽器表面に平行な方向に長手方向を有する光透過部を有し、前記光透過部の前記長手方向と垂直な方向における幅が漸増又は漸減しており、前記光源から発した光が前記光透過部を透過し、前記受光素子の受光部上に発光部のみが結像されることを特徴とする光学式ピックアップ。
【請求項２】
前記光源が光源用基板に取り付けられており、前記光源は前記光遮断膜に向き合う光源用基板の面に取り付けられており、光源用基板の前記光源が取り付けられている面とは反対側の面からの外来光が前記光透過部に透過しないように遮光されており、前記光源と前記光遮断膜との間に前記弦が貫通する弦貫通部が設けられ、光遮断膜から受光部の間は光透過部を透過する前記光源の光束以外の外来光が受光部に到達しないよう遮光されていることを特徴とする請求項１記載の光学式ピックアップ。
【請求項３】
前記光源が点発光素子である請求項１又は２記載の光学式ピックップ。
【請求項４】
光源が近赤外ＬＥＤ発光素子であり、受光素子が近赤外光のみに感度を有するＳｉフォトダイオードである請求項１乃至３のいずれかに記載の光学式ピックップ。
【請求項５】
光源の発光スペクトル成分を透過し、発光スペクトルの波長以外の波長領域は透過しない光透過域制限フィルタを前記光軸中に有する請求項１乃至４のいずれかに記載の光学式ピックアップ。
【請求項６】
複数の弦の振動を検出するための光学式ピックアップであって、結像レンズがフレネルレンズアレイである請求項１乃至５のいずれかに記載の光学式ピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弦楽器の弦の振動を光学式に電気信号に変換する装置である光学式ピックアップに関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトリックギター等の楽器の弦の振動はピックアップにより電気信号に変換され、ボリュームやトーンコントローラー等を経由した後、アンプやチューナーなどに送られスピーカーで再生することにより大音量での演奏が可能になる。
弦の振動を電気信号に換えるピックアップとしてはスチール製の弦に対するマグネチック式のものが古くから実用化されている（特許文献１）。しかし微小な磁束の変化を検出するため、電源等からのハムノイズが重畳しやすく、コイルの線間容量のため自己共振が生じ広帯域で信号を検出できず、また、マグネットの磁力を用いるため弦の材質がスチールに限られるためナイロン弦が使えないという問題があった。
【０００３】
このためハムノイズが重畳しにくく弦の材質に制約の無い光学式ピックアップが提案されている（非特許文献１、特許文献２）。これらは弦に対し略直交方向に発光素子と受光素子にてなる光軸を配置し、弦の振動による位置の変化を弦の影の位置の変化に基づき影による受光量の変化を検知しようとするものである。弦の位置の検出については受光素子の面積を弦の振動方向に漸減または漸増することにより検知するもの（特許文献３、特許文献４）や、光軸中にスリット幅が漸減する遮光板を設けたもの（特許文献３、特許文献７）がある。
しかしながら、これらの光学式ピックアップでは、受光部が外部の照明光等の外来光も併せ検出するためノイズが入るという問題がある。外来光を遮蔽するため発光素子を含む面と受光素子を含む２面とで三角柱を構成しその中に弦を納める方法（特許文献８）も提案されているが、弦を通す三角柱の底面部から外来光が入るため、遮光が十分ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＵＳＰ２０８９１７１
【特許文献２】ＵＳＰ３７３３９５３
【特許文献３】ＵＳＰ５０１２０８６
【特許文献４】特開昭５２−８９９０６
【特許文献５】特開昭５２−０９０９２１
【特許文献６】特開昭６２−０２７７９６
【特許文献７】ＵＳＰ８０７１８７０
【特許文献８】ＵＳＰ５２３７１２６
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｍ．Ｐｏｄｌｅｓａｋ  ａｎｄ  Ａ．Ｒ．Ｌｅｅ，Ａｃｕｓｔｉｃａ，ｖ．６０，ｐｐ．６８−７２，１９８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、外来光によるノイズを受けにくい光学式ピックアップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明者は、以下の光学系を構成することにより、外来光のノイズが遮断されることを見出し本発明を完成させた。本発明によって外来光によるノイズを受けにくい光学式ピックアップが提供される。
【０００８】
請求項１記載の発明は、楽器に取り付けられ弦の振動を検出するための光学式ピックアップであって、１の弦に対し、弦の軸方向と略直交する方向に光源と受光素子にてなる光軸が形成され、前記光源と前記受光素子との間に前記弦、光遮断膜、結像レンズが配置され、前記光遮断膜は前記光軸と垂直で楽器に取り付けられた時に楽器表面に平行な方向に長手方向を有する光透過部を有し、前記光透過部の前記長手方向と垂直な方向における幅が漸増又は漸減しており、前記光源から発した光が前記光透過部を透過し、前記受光素子の受光部上に発光部のみが結像される、ことを特徴とする光学式ピックアップである。
外来光ノイズを拾いにくいという効果を奏する。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記光源が光源用基板に取り付けられており、前記光源は前記光遮断膜に向き合う光源用基板の面に取り付けられており、光源用基板の前記光源が取り付けられている面とは反対側の面からの外来光が前記光透過部に透過しないように遮光されており、前記光源と前記光遮断膜との間に前記弦が貫通する弦貫通部が設けられ、前記光軸の光遮断膜から受光部の間は、光透過部を透過する前記光源の光束以外の外来光が受光部に到達しないよう遮光されていることを特徴とする請求項１記載の光学式ピックアップである。
外来光が受光部に入りにくいという効果を奏する。
【００１０】
請求項３記載の発明は、前記光源が点発光素子である請求項１又は２記載の光学式ピックップである。
縦振動も検出しやすいという効果を奏する。
【００１１】
請求項４記載の発明は、光源が近赤外ＬＥＤ発光素子であり、受光素子が近赤外光のみに感度を有するＳｉフォトダイオードである請求項１乃至３のいずれかに記載の光学式ピックップである。
外来光のうち近赤外線以外は検知されないため外来光ノイズが抑制されるという効果を奏する。
【００１２】
請求項５記載の発明は、光源の発光スペクトル成分を透過し、発光スペクトルの波長以外の波長領域は透過しない光透過域制限フィルタを前記光軸中に有する請求項１乃至４のいずれかに記載の光学式ピックアップである。
外来光ノイズが入りにくいという効果を奏する。
【００１３】
請求項６記載の発明は、複数の弦の振動を検出するための光学式ピックアップであって、結像レンズがフレネルレンズアレイである請求項１乃至５のいずれかに記載の光学式ピックアップである。
光学式ピックアップの構造が簡単で製造が容易になるという効果を奏する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、外来光によるノイズを受けにくい光学式ピックアップが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は実施例１の光学式ピックアップ１がエレクトリックギターに取り付けられた状態を表す。
【図２】図２は実施例１の光学式ピックアップ１の図であり、図２（ａ）は構造概要を示す模式的見取図で、上部に弦の貫通する空間があり、中央部構造には弦毎に柱状の開口部が開けられていることを示している。表面にある線はＣＡＤソフトでの補助線である。図２（ｂ）は光軸を含む平面における断面図である。但し内部の構造は図３以下を要参照。図２（ｃ）は一つの弦を含む平面におけるピックアップユニットの断面図、図２（ｄ）は中央部構造１２を上から見た平面図であり、ピックアップユニット毎に開口部が見えている。
【図３】図３は実施例１の光学式ピックアップ１の断面図である。
【図４】図４は実施例１の光学式ピックアップ１の各部品の空間配置を表す模式的見取図である。
【００１６】
【図５】図５は弦の振動による弦の位置を受光素子における受光量で検知する仕組みの説明図である。図５（ａ）は発光素子と受光素子を結ぶ光軸の発光素子側２０から上板１０、発光素子基板１１を透かして見た図である。図５（ｂ）は発光素子と受光素子を結ぶ光軸に垂直な方向から見た図である。図５（ｃ）は、弦１１０が発光素子の直下にある場合の発光素子から放射された光が弦で遮られ台形状光透過部を通過した後にレンズ系入射瞳面におけるＸ軸（弦の位置ではａ軸）方向に対応した光量分布を示す。図５（ｄ）は、弦１１０がＸ軸（弦の位置ではａ軸）方向左側にずれた位置にある場合の発光素子から放射された光が弦で遮られ台形状光透過部を通過した後にレンズ系入射瞳面におけるＸ軸（弦の位置ではａ軸）方向の位置に対応した光量分布を示している。図５（ｅ）は、弦のａ軸方向の位置と、受光素子で受光により発生する光電流ＩＰＤの関係を表す図である。
【００１７】
【図６】図６は実施例１の光学系の模式図である。図６（ａ）は弦に垂直な平面における光学系を表す図である。図６（ｂ）は弦を含む平面における光学系を表す図である。
【図７】図７は実施例１の光学式ピックアップにおいて弦がａ方向、ａ方向と垂直な光軸方向であるｂ方向に変位した場合の電圧に光電変換された信号の変化を実測した結果を表すグラフである。ｂ方向（光軸方向）にも感度を有していることを示す。
【図８】図８は実施例１の光学式ピックアップをギターに取りつけた場合とマグネチック式ピックアップを取り付けた場合の周波数スペクトルを表す図である。
【図９】図９は実施例１の光学式ピックアップをギターに取りつけた場合とマグネチック式ピックアップを取り付けた場合のサステインを表す図である。
【図１０】図１０は実施例１の光学式ピックアップと従来型光ピックアップの外来光（蛍光灯照明が入射）によるノイズを表す図である。図１０（ａ）は実施例１の光学式ピックアップの信号、図１０（ｂ）は従来型光ピックアップの信号を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
１．    弦
本発明における弦とは広義には支点間に張られた糸状の振動体を言うが、狭義には、エレクトリックギター、アコースティックギター、バイオリン等の弦楽器の弦をいう。マグネチック式ピックアップでは弦の材質は磁性を有するスチール等の金属に限られるが、光学式の場合は材質は限られず非磁性体であるナイロン等の使用が可能である。楽器に取り付けた弦は適当な張力を与えられ張った状態で用いられる。張弦とは張られた状態の弦をいう。弦は楽器表面に対し間隔を開けた状態で張力をかけて張られる。
弦はピックや指により弾かれ振動する、このため弦の振動の方向は楽器表面に向かって平行の場合もあれば垂直の場合もあり、弦の軸に対し３６０度の方向性がある。
【００１９】
弦楽器には１又は複数の弦が張られており、弦毎に以下に説明する光学式ピックアップユニットにより振動を検知し電気信号に換える。通常、個々の光学式ピックアップユニットは一体化されて光学式ピックアップとして用いられる。以下光学式ピックアップユニットにつき説明する。
光学式ピックアップユニットは、光源から照射された光束が振動する弦を照らし、光遮断膜に開けられた光透過部を透過し、弦の影を含む光束がレンズで収束されて受光素子上に結像し、影の位置により受光量が変わる光透過部の形状により、受光量に応じて受光素子が電気信号を発することで、弦の時間による位置変化、即ち振動を電気信号として検知する。弦の材質は問わない。
【００２０】
２．    光源
光源の種類は特に限定されないが、小型、簡易、高性能、取扱易さから半導体発光素子が好ましく、ＬＥＤ発光素子が好適に用いられる。面発光素子、点発光素子が用いられるが、結像の精度上、点光源として働く点発光素子が好ましく発光面は数百μｍ角以下が好ましい。
発光素子は表面実装型の物が好ましい。表面実装型でないと光学式ピックアップの高さが高くなり演奏時に不都合を生じることがあるからである。
離れた位置に有る弦の振動を捉えるためには、その見かけ上、光束幅は弦に到達した所で弦の最大振幅一杯に広がることが必要である。したがって点発光素子で光束が拡散するものが好ましい。尚、以下「光」とは、特に断らない限り可視光領域のみならず近赤外領域も意味する。
【００２１】
弦の振動方向が発光源から受光素子を結ぶ光軸に対し垂直の場合は、後述する同方向に広がり張弦の振動方向に単調増加または単調減少する隙間を有する光遮断膜により、弦の位置に対応した受光量が得られるため弦の位置が検知される。
一方、弦の振動が光軸方向の場合であっても、発光素子からの光束が拡散する場合には、弦が光源に近い場合には弦の影の幅が大きくなって受光素子に到達する受光量が減り、逆に弦が光源から遠ざかった位置にある場合には、影の幅が小さくなり受光量が大きくなる。このように、光軸に垂直のみならず、光軸方向の弦の振動も検出されるためには、上述のように発光素子は点発光で拡散する光束を放射していることが好ましい。
【００２２】
外来光は照明用の可視領域の光が多いため、ノイズになる外来光とは異なる波長の光を発光する発光素子が好ましく、外来光には無くかつ受光素子の受光感度が高い波長の光を発生する発光素子が好ましい。このため近赤外光を成分に有するＬＥＤ発光素子が好ましく、近赤外ＬＥＤ発光素子が好ましい。  
複数の弦に対しては、弦毎に個別の発光素子が配設されるが、一の発光素子の光を共用するようにし光ファイバーでそれぞれの弦を照射するようにしてもよい。
発光素子の設けられた基板は発光素子の発光部以外が「黒い」、つまり反射面を有せず、かつ、発光素子の基板及びその上板がそれぞれ又は合わせて非透光性であって外来光を受光部側に透過等しない遮光性を持っていることが好ましい。
尚、発光素子の設けられた基板の、発光部とは反対側の面に上板が設けられている場合には発光素子の設けられた基板と上板とが合わさり、外来光を受光部側に透過等しない遮光性を持っていることが好ましい。
【００２３】
３．    受光素子
受光素子は光源による光を受光すればよく特に限定されない。光センサーとして用いられるフォトダイオード（ＰＤ）が好適に用いられる。外来光は照明用の可視領域の光が多い。このため、ノイズになる外来光とは異なる波長のみに感度を有するものが好ましく近赤外光のみに感度を有するＳｉフォトダイオードが好ましく、Ｓｉ  ＰＩＮフォトダイオードや可視光カットフィルタ付き（例えば透過域８５０〜１０５０ｎｍ）が好ましい。可視光カットフィルタ付きであれば外来光を拾いにくいからである。    
したがって外来光のノイズをより有効に防ぐためには、光源に近赤外ＬＥＤ発光素子を用い、受光素子には同じ近赤外光のみに感度を有するＳｉフォトダイオードを組み合わせて用いることが好ましい。
【００２４】
受光部は下記光透過部を透過した前記光源からの透過光のみを受光するだけの大きさがあればよく、外来光を受光しないためにも透過してきた光束の面積の大小を定量的に検知しうる必要最低限の大きさを有しておればよいが、ほぼ等倍結像するため、受光部の面積は、発光部の面積と同等もしくは少し大きめが好ましい。ただあまり小さいと非常に高い組み立て精度が必要となり、民生品としては実用的でない。このため受光面サイズは、２ｍｍ角程度が好ましい。
受光量を電気信号として検出することができ、したがって受光量に対応した電流は電流―電圧変換回路により電圧に変換し電圧の時間の変化として弦の振動を検出することができる。
受光面から更に集光し、光ファイバーに入光させ、光ファイバーを経由して光受光素子で電気信号に変換してもよい。この場合には受光素子のレイアウトの自由度が高まる。
【００２５】
４．光透過部を有する光遮断膜
光遮断膜は、前記弦の張弦方向に広がり、弦の軸方向の隙間が漸増又は漸減する光透過部を有する光遮断膜であって、弦の影のために光透過部を通過する光量が変化することで弦の位置を検出しかつ、透過部以外を遮蔽することで外来光の侵入を遮断する目的で使用される。このため光遮断膜は光の不透過材料で形成される。光遮断膜に光透過部が開口しているものであってもよいし、透明膜に、光投過部以外の部分に光不透過層が形成されているものでもよい。
【００２６】
光透過部の形状は、光の透過できる隙間が、例えば楔形状あるいは台形状のように、一方に向けて単調増加又は単調減少したものである。本発明の光学式ピックアップは楽器に取り付けられて用いられる。弦の軸方向と略直交する方向に光源と受光素子にてなる光軸が形成され、前記光源と前記受光素子との間に前記弦、光遮断膜、結像レンズが配置され、前記光遮断膜は前記光軸と垂直で楽器に取り付けられた時に楽器表面に平行な方向に長手方向を有する光透過部を有し、前記光透過部の前記長手方向と垂直な方向における幅が漸増又は漸減しており、前記光源から発した光が前記光透過部を透過し、前記受光素子の受光部上に発光部のみがレンズ系により結像される。
【００２７】
振動する弦の位置により受光素子に照射する光量が、弦による影の位置により変化するため、弦の位置が特定される。振動による弦の位置が隙間の大きい位置にあれば受光量が小さく、逆に弦の位置が隙間の小さい位置にあれば受光量が大きくなるためである。このため隙間の幅は単調増加又は単調減少しておればよく、光透過部を形成する挟辺は楔状や台形状のような直線状であっても曲線状であってもよく、一方が直線状、他方がＳ字状であってもよい。Ｓ字の場合中央部の変曲点を靜止した弦の直下に位置するように配置すれば、変曲点近傍の感度が高いため、小さい振動が感度よく検出される。
光遮断膜の光学系において置かれる位置は結像レンズ系の弦側に配置されてもよく、複数レンズにてなる結像レンズ系内に配置されてもよく、結像レンズ系よりも受光素子側に配置されてもよい。
【００２８】
４．    レンズ
レンズは上記光遮断膜の光透過部を透過する、弦の影部になった部分の面積が減じられた光束を、集光し、受光素子上に光源のみの実像を結像させるために用いられる。時間と共に透過した光量が変化することにより、弦の位置の変化が観測され、この結果弦の振動が求められる。又、一方、外来光が受光素子上に到達できないようにするという作用も併せ有する。その間にレンズが介在する、発光源と受光素子とを結ぶ光軸は外来光の侵入を防ぐため、楽器の表面に対し垂直であることが好ましい。
厳密な「結像」条件が多少外れてもよく、受光部に入射する「物体」の範囲（視野：つまり発光部周辺）は発光素子の発光部以外が「黒い」、つまり反射面を有せず、かつ外光の遮光性を持っていればよい。外来光によるノイズ除去の観点からは、写真撮影で例えると、写真が多少ピンボケでも発光部以外の視野が「真っ黒」に写ればよい。一方、振動の検出の観点からは、検出できる範囲内であれば像が多少ピンボケであってもよい。
【００２９】
レンズは結像するものであれば材質も形状も特に限定されない。１又は複数の、両凸面を有する凸レンズ、片面が平面で他面が凸面の平凸レンズ等の集光性を有するレンズで構成されていてもよい。平凸レンズは価格が安く、設置しやすい。あるいは平板状の単一のフレネルレンズであってもよく、各弦毎にフレネルレンズが並ぶよう構成されたフレネルレンズアレイであってもよく、更にはそれらが重なったものであってもよい。複数の弦に対応した弦毎の対応する位置にフレネルレンズが並んで形成されたフレネルレンズアレイを用いれば、ピックアップ構造が簡易で組み立てが容易になるため好ましい。更に全ての弦に対応した弦毎の対応する位置にフレネルレンズが並んで形成されたレンズアレイシートを用いれば、ピックアップ構造が簡易で組み立てが容易になるため好ましい。
【００３０】
レンズ直径はチョーキング時の作動範囲に影響するため、大きめが良い。複数レンズで構成される集光レンズでは、複数のレンズが近接する場合には合成した焦点距離を基に光学的配置が決められる。焦点距離は光学式ピックアップの厚みに影響するので短めがよいが、短か過ぎると弦がピックアップに接触するので適当なものが好ましい。
【００３１】
レンズの置かれる位置は、光源と受光素子の間であるが、光軸上の位置は弦の影を受光素子上に形成できれば、限定されず、光源と弦との間、弦と光遮断膜の間、光遮断膜と受光素子の間等であってもよい。受光部や近傍にゴミが入るのを防ぐため、光遮断膜と受光素子の間が好ましい。
【００３２】
５．  光透過域制限フィルタ
上記光学系において外来光によるノイズをより有効に防ぐため、光透過域制限フィルタを光学系の中に配置することも必要に応じて行うことができる。受光素子の検知波長域の波長限界にあわせてフィルタの通過波長域が選ばれる。光透過域制限フィルタの中でも可視光カットフィルタ（ロングパスフィルター、通過波長８００ｎｍ以上）のように８００ｎｍ以上の近赤外に感度を有する可視光カットフィルタが好適に用いられる。光軸上における可視光カットフィルタの位置は限定されないが、光学系のレンズや受光素子への塵、ゴミの侵入を防ぐため塵埃侵入防止膜として配置することが好ましい。
尚、受光素子が可視光カットフィルタ付きのように可視光カット機能をすでに有する場合には別途光透過域制限フィルタを使用しなくてもよい。
【００３３】
次に、光ピックアップの全体構造について説明する。
光源と光遮断膜との間に前記弦が貫通する弦貫通部が設けられ、前記光軸の光遮断膜から受光部との間は光透過部を透過する光束以外の外来光が遮蔽されていることが好ましい。  ギター等の複数の弦を有する楽器に用いる光学式ピックアップは、上記個々の光学式ピックアップユニットが弦の配置に合わせて複数個連結されて組み立てられたものが、光学式ピックアップとしてギター等に取り付けて用いられる。
受光素子で得られた電気信号は、ボリュームやトーンコントローラー（コンデンサ系）などを経由した後、アンプやチューナーなどに送られ、スピーカー等で再生される。
【実施例１】
【００３４】
以下に、本発明の光学式ピックアップにつき詳細を説明する。図１は実施例１の光学式ピックアップ１がギター本体１００のピックガード２に取り付けられた状態を表す。６本の弦１１０がそれぞれピックアップ本体１を貫通して取り付けられている。
図２は実施例１の光学式ピックアップ１の図であり、図２（ａ）は模式的見取図で、弦が貫通する弦貫通部としての空間があり、中央部構造には弦毎に柱状の開口部が開けられていることを示している。尚、表面にある線は３Ｄプリンターで製作するためのＣＡＤソフトにおける補助線である。図２（ｂ）は光軸を含む平面における断面図、但し内部の構造は図３以下を要参照。図２（ｃ）は一つの弦を含む平面におけるピックアップユニットの断面図、図２（ｄ）はピックアップユニットの発光部を含む上部をはずした状態で中央部構造を上部から見た平面図であり、ピックアップユニット毎に開口部が見えている。
【００３５】
図３は実施例１の光学式ピックアップ１の断面図である。左端の光学式ピックアップユニットの光軸と左端から２番目の光学式ピックアップユニットの光軸とを含む平面で切断された断面図である。尚、２本の弦が収容されている部分までで第３の弦以下の部分は省略されている。ピックアップガード２への取り付け部及び、上部構造と、中央部構造と取り付け部は簡略化して図示している。実施例１の光学式ピックアップ１の本体は、発光素子２０を取り付けられた基板１１をその裏側に有する上板１０にてなるピックアップ上部構造と、可視光カットフィルタ６０と、発光素子２０と受光素子３０を結ぶ光軸を含む箇所に光束の透過部を有する光遮断膜５０が貼られ、光束の通る開口部１４が形成されたピックアップ本体の中央部構造１２と、受光素子３０が取り付けられた基板１３にてなるピックアップ下部構造との三層構造にてなる。開口部中に平凸レンズ４０、平凸レンズ４１が、凸面を向かい合わせて、光学的絞りをなすリング状スペーサ４２により取り付けられている。ピックアップ本体の中央部構造とピックアップ下部構造とは接合されている。中央部構造１２は、開口部１４として貫通する円柱状の穴が穿たれた光不透過材料である黒色プラスチック製でできている。また開口部１４の内壁はフレア防止処理により梨地粗面化されている。このため、発光素子から発しレンズで集光され受光素子に向かう光以外の光は受光素子に達しないように遮光されている。
すなわち発光素子と光遮断膜との間に弦が貫通する弦貫通部が設けられ、前記光軸上に設けられた光遮断膜から受光部との間は光透過部を透過する光束以外の外来光の侵入を防ぐようにされているため、外来光ノイズを受けにくい。
【００３６】
発光素子２０は点発光素子である表面実装型の近赤外ＬＥＤ（中心波長９４０ｎｍ）を用いた。近赤外ＬＥＤは蛍光灯など外来光の影響を除去するためである。発光部の大きさは３００μｍ角である。表面実装型を選んだのは、表面実装型ではないＬＥＤを用いるとピックアップ高さが著しく厚くなり演奏時に不都合を生じるからである。
近赤外ＬＥＤを固定した基板１１の下面は、発光部近傍を、反射面を有さず、かつ吸光性の被覆で覆っている。尚、発光素子の設けられた基板の、発光部とは反対側の面に上板が設けられており、発光素子の設けられた基板と上板とが合わさり、外来光を受光部側に透過等しない遮光性を有している。
斜めからの外来光が直接開口部１４の底部にある受光部３１に届かないように、基板１１の幅も、入射角から計算される幅以上の広幅になるようにされている。
【００３７】
光透過域制限フィルタとして可視光カットフィルタ６０は光吸収・赤外透過フィルタ（ＩＲフィルタ）を用いた。可視光の侵入を防ぐためだけでなく開口部１４に塵埃が侵入するのを防ぐためである。光遮断膜５０は金属膜に透光部５１に相当する窓部を設けたものを用いた。窓部の形状は後述する。光遮断膜５０は中央部構造１２の上部に、窓部の位置を中央部構造１２に設けられた開口部１４の位置に合わせて貼り付けられている。可視光カットフィルタ６０は光遮断膜５０の上部に重ね貼りして設置されている。尚、塵挨の侵入や傷付から保護するため、可視光カットフィルタ６０の上に更に保護フィルム等が配置されていても良く、可視光カットフィルタ６０がガラス製のものであってもよい。
【００３８】
レンズ４０、レンズ４１は共に直径６ｍｍ、焦点距離１０ｍｍのガラス平凸レンズであり、凸面を向き合わせてリング状スペーサ４２をかませて配置した。レンズ直径はチョーキング時の作動範囲に影響するため大きめが良く、焦点距離は長ければピックアップが厚くなるため短いものを用いた。
尚、本実施例１では各ピックアップユニット毎にレンズ４０、レンズ４１を組み合わせたものを用いたが、弦の位置に対応したフレネルレンズが弦の数分形成されたフレネルレンズアレイシートを用いれば、構成が簡単で調整も容易で好ましい。                  
【００３９】
受光素子３０には、可視光カットフィルタ（通過域８５０〜１０５０ｎｍ）付きのＳｉ    ＰＩＮ（ｐ型−ｉ型−ｎ型）フォトダイオードを用いた。可視光カットフィルタ付きでないと外来光を拾いやすいためである。受光素子の受光部３１は通過域に対して透光性でかつ前記可視光をカットするプラスチックパッケージに封入されており受光面サイズは２ｍｍ角程度である。受光面のサイズは小さい方が外光の影響を除去できるが、あまり小さいと非常に高い組み立て精度が要求され実用的でないからである。
図示しないが中央部構造と下部構造はギター本体１００に取りつけられている。
【００４０】
弦１１０が断面と垂直方向に張弦されており、基板１１と光遮断膜５０との間の空間に位置するように弦１１０を挟んで中央部構造に上部構造１０と基板１１がネジ１６等にて取り付けられ取り外し可能になっている。弦１１０の交換を容易にするためである。
【００４１】
発光素子２０で発した拡散光により弦１１０を照らすと共にその影を含んだ光束が、可視光カットフィルタ６０を通過して近赤外光が光遮断膜５０に到達する。光遮断膜には、隙間が紙面と垂直にかつその隙間が当断面の左右方向に単調増加又は単調減少する光透過部５１が、発光素子２０と受光素子３０の間に設けられている。光透過部５１の直下には光を透過しない黒色のプラスチックでできた中央構造部１２に受光素子３０まで達する貫通する開口部１４が設けられており、光遮断膜５０に設けられた光透過部５１を透過した光束は平凸レンズ４０、平凸レンズ４１により、集光され、発光素子２０の発光部の実像が受光素子３０の受光部３１に結像される。結像する像は受光部の大きさよりもやや小さいか等しい。本実施例１の光学式ピックアップは発光素子２０の発光部のみが受光素子の受光面に結像するため外来光によるノイズを受けにくい。又、開口部の内壁は艶消し状に粗面化されているため、斜め方向から開口部に対する入光があった場合にも、受光部に達することがなく、外来光によるノイズの発生を防ぐことができる。
更に発光素子２０が近赤外域を発光し、受光素子３０も可視光をカットし近赤外を検知するものであり、外来光に多く含まれる可視光成分が可視光カットフィルタ６０でカットされ、受光素子３０は可視光カットフィルタにより可視光成分を検知しないため、外来光ノイズが抑制される。
【００４２】
図４は実施例１の光学式ピックアップ１の各部品の空間配置を表す模式的見取図である。
この中で光遮断膜５０に設けられた光透過部５１の形状が表されている。光透過部５１は、光軸に対し垂直な平面上に設けられており図の左右方向（Ｘ軸方向）に横長で図で奥行き方向（前記平面上のＸ軸方向に垂直な方向）の光を透過できる幅、即ち隙間が右手前方向に向けて漸次狭くなる台形状である。光透過部のＸ軸方向の長さは弦が最大の振動をした場合にも影が収まる長さになっている。
尚、図４では発光素子２０の発光位置がわかるように発光素子基板１１が透けて見えているように描かれている。
【００４３】
図５は弦の振動による弦の位置を受光素子における受光量で検知する仕組みの説明図である。図５（ａ）は発光素子と受光素子を結ぶ光軸の発光素子２０側から上板１０、発光素子基板１１を透かして見る図である。弦１１０と光遮断膜５０の台形状の光透過部５１の関係を示している。弦１１０が発光素子の直下にある場合と、Ｘ軸方向に左側にずれた位置にある場合を弦１１１として示している。
【００４４】
図５（ｂ）は発光素子と受光素子を結ぶ光軸に垂直な方向から見た図である。弦１１０が発光素子の直下にある場合と、弦１１０がＸ軸方向に左側にずれた位置にある場合を弦１１１として表している。
【００４５】
図５（ｃ）は、弦１１０が発光素子の直下にある場合の発光素子から放射された光が弦で遮られ台形状光透過部を通過した後にレンズ系入射瞳面におけるＸ軸方向に対応した光量分布を示す。尚、図中破線は光の経路を表すものではなく、レンズで屈折され受光素子の受光部に投射される対応関係を表す。弦１１０の影による部分以外のＸ軸方向別受光量が電気信号として検知される。
【００４６】
図５（ｄ）は、弦１１０がＸ軸方向に左側にずれた位置にある場合（弦１１１として表している）の発光素子から放射された光が弦で遮られ台形状光透過部を通過した後にレンズ系入射瞳面におけるＸ軸方向に対応した光量分布を示している。尚、図中破線は光の経路を表すものではなく、レンズで屈折され受光素子の受光部に投射される対応関係を表す。
図５（ｅ）は、弦のＸ軸方向の位置を表すａと受光素子で受光により発生する光電流ＩＰＤとの関係を表す図である。
弦の影の位置がＸ軸方向のどの位置にあるかで、受光量が異なるため、受光量により、その瞬間の弦のＸ軸方向の位置が電圧などの電気信号として検出される。
【００４７】
弦の振動方向は、図５の様に発光素子２０と受光素子３０を結ぶ光軸方向に垂直な（当図では左右方向）のもの（以下「横方向」という、Ｘ軸方向ともいう、弦の位置においてはａ軸方向ともいう）に限らず、光軸方向（以下「縦方向」という、Ｙ軸方向ともいう、弦の位置においてはｂ軸方向ともいう）ものもある。
弦の振動方向は弾かれた方向に偏るため、横方向が多いが、弾き様によっては縦方向にも振動する。
【００４８】
図６は実施例１の光学式ピックアップユニットの光学系の模式図である。発光素子２０から放射された光束は拡散し、弦１１０を照射し、弦１１０の影を含む光束は可視光カットフィルタ６０を通して、光遮断膜５０に設けられた光透過部５１を通してレンズ４０、レンズ４１で集束され、受光素子３０の受光部３１上に結像する。
【００４９】
発光素子が点発光で拡散する光束を放射している場合には、弦の縦方向の振動も検知できる。光軸方向（Ｙ軸方向）の場合であっても、発光素子からの光束が拡散する場合には、弦が光源に近い場合には弦の影の幅が大きくなって受光素子に到達する受光量が減り、逆に弦が光源から遠ざかった位置にある場合には、影の幅が小さくなり受光量が大きくなる。このように、光軸に垂直方向の位置のみならず、光軸方向の弦の位置も正確に検知される。  
【００５０】
図７は実施例１の光学式ピックアップにおいて弦がａ方向、ａ方向と垂直な光軸方向であるｂ方向に変位した場合の電圧に光電変換された信号の変化を実測した結果を表すグラフである。ｂ方向（光軸方向）にも感度を有していることを示す。
【００５１】
６弦それぞれの弦変位を検出し６弦分を加算する専用回路もピックアップと一体化させて、乾電池（９Ｖ）で駆動させた。マグネチック式ピックアップ（フェンダージャパン社のＳＴ−６２内蔵）が取り付けられていたエレクトリックギターに実施例１の光学式ピックアップを換装し、周波数スペクトルを測定し、マグネチック式ピックアップの換装前のものと対比した。１弦、２弦の周波数スペクトルの両方式を対比した結果を図８に示す。周波数スペクトルは、光学式のものが周波数が高くなるにつれピーク高さが単調減少しているのに対しマグネチック式のものはピーク高さが一旦増加しその後下がっている。光学式が弦の変位を検出するのに対し、マグネチック型が弦振動の微分すなわち速度を検出するためである。そのため光学式はアコースティックギターに似た音色を有する。
【００５２】
上記と同様にしてマグネチック式ピックアップが取り付けられていたエレクトリックギターに実施例１の光学式ピックアップを換装し、サステインを測定した。１弦と６弦のサステインを図９に示す。又、光学式ピックアップはマグネチック式のように弦が磁力で引かれるための制動作用がないため長いサステイン特性を示す。
【００５３】
実施例１の光学式ピックアップにおいて、受光素子基板１３を外し弦の下方の光遮断膜上に戴置し発光素子２０からの光束が弦１１０を照射し、照射された光束をレンズで結像することなく、直接受光素子３０が受光するようにしたものを従来型光ピックアップとして用いた。６０Ｈｚの商用電源を用いた蛍光灯による室内照明下で測定した。受光素子３０からの電流を電流―電圧変換回路で電圧に変換し、電圧の時間波形をオシロスコープで測定し比較した。図１０は実施例１の光学式ピックアップと上記従来型光ピックアップの外来光のノイズ低減効果を表す図である。図１０（ａ）は実施例１の光学式ピックアップ、図１０（ｂ）は従来型光ピックアップを用いた場合の外来光によるノイズを示す。横軸は時間で５ｍｓｅｃ／ｄｉｖ、縦軸は電圧で２０ｍＶ／ｄｉｖである。
実施例１の光学式ピックアップでは、殆どノイズが現れないのに対し、従来型光学式ピックアップでは１２０Ｈｚのノイズが顕著であることが分かる。
【００５４】
マゲネチック式ピックアップを本発明の光学式ピックアップで換装できるため、市販エレクトリックギターのリアピックアップを本発明のピックアップで換装可能であり、専用ギターが不必要となる。本発明の光学式ピックアップを用いることでマグネチック式ピックアップ固有のハムノイズがフリーとなり、外光ノイズの影響も受けないため明るい環境下で演奏可能でかつ、広帯域で長いサステインを有する音響特徴を有する。すなわち新たなエレクトリックギターを要することなく光学式ピックアップを用いるだけで曲想に合った音色で演奏する用途にも用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の光学式ピックアップによれば、外来光によるノイズがないため明るい室内においても、ノイズのない演奏ができ、ギター等のピックアップとして用いることができる。また、マグネチック式ピックアップを本発明の光学式ピックアップで換装することもでき、
専用ギターが不要になる。
【符号の説明】
【００５６】
１    光学式ピックアップ
２    ピックガード
１０  上板
１１  発光素子基板
１２  中央部構造
１３  受光素子基板
１４  開口部
１５  上部構造と中央部構造との取り付け用ナット
１６  発光部取付用ボルト
２０  発光素子
３０  受光素子
３１  受光部
４０  レンズ
４１  レンズ
４２  スペーサ
５０  光遮断膜
５１  光透過部
６０  可視光カットフィルタ
１００ギター本体
１１０弦
１１１弦（弦がａ軸方向の左側にずれた位置にある場合）
１４０電池収納部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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