JP5635870B2

JP5635870B2 - 反射型フォトセンサを用いた位置検出装置

Info

Publication number: JP5635870B2
Application number: JP2010237482A
Authority: JP
Inventors: 文昭大野
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2010-10-22
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2030-10-22
Also published as: TW201226842A; TWI461649B; US20120097837A1; US8907263B2; CN102564305A; KR20120042657A; JP2012088277A; CN102564305B

Description

本発明は反射型フォトセンサを用いた位置検出装置、特にカメラ等の装置内の可動体（移動物）の位置検出を行うための装置に関する。

従来から、例えば各種のカメラ、ズーム機能カメラ付き携帯電話等では、ピエゾモータや、マグネット及びコイルを組み合わせたもの等のアクチュエータを使用してレンズを駆動しており、この可動レンズ等の位置を把握するために位置検出装置（センサ）が用いられる。

上記アクチュエータを使用した５ｍｍ以上の位置検出装置には、例えば下記特許文献１,２のように、ＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）やホール素子等の複数の磁気センサ上に、これらの素子を覆う大きさのマグネットを配置するような構成が主流であり、装置自体が大型化していた。また、このような位置検出装置が搭載されるアプリケーション内に他の磁気を使用するような場合には、磁気かぶり等の影響を受け誤動作する可能性があった。

このようなことから、従来から位置検出装置に反射型フォトセンサを用いて構成する要求があり、従来の反射型フォトセンサを用いた位置検出装置としては、１ｍｍ以下の位置検出を目的として、携帯電話用オートフォーカスレンズ検出用のアクチュエータ等に使用されている。一方、１ｍｍ以上の位置検出を行う場合には、装置が大型化するため実現が困難であった。

特願平１０−２２５０８３号公報特願平１１−２８９７４３号公報

上述のように、ピエゾモータ等のアクチュエータを使用して移動させる物の５ｍｍ以上の位置センシングを行う検出装置は、磁気センサ（ＭＲ素子又はホール素子）と大型マグネットの構成となるため、装置の小型化には難があった。しかも、磁気センサの場合、各センサの出力を、オペアンプを介して又は集積回路内蔵型センサ出力としてＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）に入力しなければならず、システムを構成するための部品コストが高価になるという問題があった。

また、１ｍｍ以上の位置センシングを反射型フォトセンサ１つで実現しようとする場合、例えばこのフォトセンサの発光素子と受光素子とを結ぶ線方向へ可動体を移動させる構成となり、上記受光素子の検出距離方向（可動体の移動方向）のサイズが検出距離以上に必要となることから、必然的にフォトセンサの外形サイズが大きくなるという問題があった。

更に、反射型フォトセンサを用いて位置検出をするとき、その検出出力が温度の変化に応じて変動するという温度特性があり、この温度特性の影響をなくす必要があり、このために、従来では、例えば装置内温度をサーミスタでモニタし、その温度変化分を解消するフィードバック制御回路や反射型フォトセンサの温度特性をキャンセルするための回路を設ける必要があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気センサや大型マグネットを用いることなく、簡単かつ小型な構成で、１ｍｍ以上の位置センシングが良好にでき、反射型フォトセンサの温度特性をキャンセルすることが可能となる反射型フォトセンサを用いた位置検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明に係る反射型フォトセンサを用いた位置検出装置は、対向配置された１対の反射型フォトセンサと、この１対のフォトセンサ間に、可動体と一体に移動するように配置された両面反射板と、を設け、上記１対のフォトセンサから対称的な電圧特性の出力を取得し、この出力に基づき上記反射板の移動距離に応じてリニアな値が得られる演算を行うことにより、該フォトセンサ間の上記両面反射板の移動位置を検出することを特徴とする。
請求項２の発明は、上記両面反射板の移動位置は、上記１対のフォトセンサの一方の出力をＶｏ１、他方の出力をＶｏ２とすると、（Ｖｏ１−Ｖｏ２）／（Ｖｏ１＋Ｖｏ２）又は（Ｖｏ１＋Ｖｏ２）／（Ｖｏ１−Ｖｏ２）の演算で求めることを特徴とする。

上記の構成によれば、例えばカメラの可動レンズに両面反射板を取り付け、この反射板の移動位置を検出することで、可動レンズ等の位置を特定することができる。この反射板の位置検出には、反射板の移動距離に応じてリニアな値が得られ、かつ温度変化による出力の変動をキャンセルする演算式が用いられ、この演算式としては、例えば１対の反射型フォトセンサの一方の出力をＶｏ１、他方の出力をＶｏ２とすると、（Ｖｏ１−Ｖｏ２）／（Ｖｏ１＋Ｖｏ２）の演算式又は（Ｖｏ１＋Ｖｏ２）／（Ｖｏ１−Ｖｏ２）の演算式を用いることができる。

本発明の反射型フォトセンサを用いた位置検出装置によれば、対向配置した１対の反射型フォトセンサ間の出力電圧（又は電流）を用い、リニアな距離特性となる演算式を利用することにより、磁気センサや大型マグネットを用いることなく、小型かつ安価で高精度な位置検出が可能となる。そして、デジタルスチールカメラ、ズーム機能カメラ付き携帯電話、一眼レフカメラ、カムコーダー等ズーム機能が必要なカメラモジュールのレンズ位置検出等、１ｍｍ〜１０ｍｍ程度の長距離の位置検出が必要なレンズ駆動用アクチュエータ等に使用できる利点がある。

また、２つの反射型フォトセンサの出力を利用した演算式を用いることで、反射型フォトセンサの温度特性をキャンセルすることが可能となり、従来の例えばサーミスタでモニタした温度変化分を解消するフィードバック制御回路や反射型フォトセンサの温度特性をキャンセルするための回路等を設ける必要がないという効果がある。

本発明の実施例に係る位置検出装置のセンサ部の構成を示す図である。実施例に係る位置検出装置のセンサ部の回路構成を示す図である。実施例に係る反射型フォトセンサの距離特性を示す特性グラフ図である。実施例の演算式を説明するための反射板−反射型フォトセンサ間距離対演算値を示すグラフ図である。実施例の演算式による反射板−反射型フォトセンサ間距離対演算値を示すグラフ図である。実施例に係る位置検出装置のセンサ部及び演算部の回路構成を示す図である。

図１には、本発明の実施例に係る反射型フォトセンサを用いた位置検出装置のセンサ部の構成が示されており、実施例では、１対（２つ）の反射型フォトセンサＰＲｌ、ＰＲ２が対向配置され、この反射型フォトセンサＰＲｌ、ＰＲ２のそれぞれは、発光素子３と受光素子４を有してなる。また、この反射型フォトセンサＰＲｌ、ＰＲ２の間に、反射板（例えば、厚さｔ＝０．５ｍｍ）５が配置されており、この両面反射板５は、表裏両面が同一の反射率を有する両面反射板であり、その面積は反射型フォトセンサＰＲ１，ＰＲ２の対向面の面積よりも大きく形成される。そして、この反射板５は、レンズ等の可動体に接続され、可動体と一体となってフォトセンサ間を移動するように構成される。

図２には、センサ部の回路構成が示されており、図示されるように、反射型フォトセンサＰＲ１は、抵抗Ｒ_１、発光素子（フォトダイオード）３、受光素子（フォトトランジスタ）４、抵抗Ｒ_２を有してなり、電圧Ｖｏ１（電流でもよい）を出力する。また、反射型フォトセンサＰＲ２も、同様に抵抗Ｒ_３、発光素子３、受光素子４、抵抗Ｒ_４を有してなり、電圧Ｖｏ２を出力するように構成される。

図３には、図１及び図２に示される反射型フォトセンサＰＲ１とＰＲ２の間の両面反射板５を０ｍｍ〜８ｍｍまで移動させたときの反射型フォトセンサＰＲ１とＰＲ２の出力電圧Ｖｏ１,Ｖｏ２が示されており、ＰＲ１からの距離ｄにおいて、このＰＲ１の出力電圧Ｖｏ１は、高い電圧から急激に降下する電圧となり、他方のＰＲ２の出力電圧Ｖｏ２は、低い電圧から急激に上昇する電圧となり、それぞれの電圧特性は対称的なものとなる。

図４は、図３で説明した反射型フォトセンサＰＲ１の出力電圧とＰＲ２の出力電圧の加算（Ｖｏ１＋Ｖｏ２）及び減算（Ｖｏ１−Ｖｏ２）の処理を行った結果である。

図５には、更に、（Ｖｏ１−Ｖｏ２）／（Ｖｏ１＋Ｖｏ２）［演算式Ａ］の演算処理を行った結果が示されており、図示のように、この演算式Ａによれば、点線で示す理想直線に近似する直線性が高いリニアな特性が得られることが理解される。また、検出のための演算式としては、（Ｖｏ１＋Ｖｏ２）／（Ｖｏ１−Ｖｏ２）［演算式Ｂ］を用いてもよく、この演算式Ｂの特性線は、図５の傾きとは逆に右肩上がりとなるが、この場合も、上記と同様に反射板の移動距離ｄに応じて理想直線に近似する高いリニア特性が得られる。更に、上記の演算式Ａ,Ｂは、後述するが、反射型フォトセンサＰＲ１,ＰＲ２の温度特性により出力値が変動した場合でも、その変動分をキャンセルできるものである。

図６には、演算部を含めた位置検出装置の構成が示されており、この演算部７は、検出部からの出力電圧Ｖｏ１,Ｖｏ２を入力するＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）８ａ,８ｂ、Ｖｏ１＋Ｖｏ２を演算する加算器９、Ｖｏ１−Ｖｏ２を演算する減算器１０、（Ｖｏ１−Ｖｏ２）／（Ｖｏ１＋Ｖｏ２）又は（Ｖｏ１＋Ｖｏ２）／（Ｖｏ１−Ｖｏ２）を演算する割算器１１からなる。

このような構成によれば、図１の移動する反射板５に対し、１対の反射型フォトセンサＰＲ１,ＰＲ２のそれぞれの発光素子３から検出光が出力されると、反射板５から反射される光がそれぞれの受光素子４で受光され、フォトセンサＰＲ１から電圧Ｖｏ１、フォトセンサＰＲ２から電圧Ｖｏ２が出力される。そして、これらアナログ電圧値は、ＡＤＣ８ａ,８ｂでデジタル値に変換され、これらのデジタル値を入力する加算器９、減算器１０及び割算器１１によって、例えば（Ｖｏ１−Ｖｏ２）／（Ｖｏ１＋Ｖｏ２）［演算式Ａ］が演算される。そして、この演算値によって、図５に示される特性に基づいて、反射板５の位置（距離ｄ）、即ち可動体の位置が良好に検出されることになる。

上記実施例は、ピエゾモータを組み込んだ位置検出装置等として、例えばデジタルスチールカメラ、ズーム機能カメラ付き携帯電話、一眼レフ、カムコーダー等ズーム機能か必要なカメラモジュールのレンズ位置検出装置等に使用することができ、これらの１ｍｍ以上の位置センシング等において、小型化ができ、かつ安価なシステム構成が実現できるという利点がある。

また、反射型フォトセンサＰＲ１,ＰＲ２の温度特性に基づき、出力電圧が温度により変化したとき、２つのフォトセンサ出力に基づいた上記の加減算及び割算の処理によれば、その変動分が完全にキャンセルされる。例えば、温度の影響がなく、Ｖｏ１＝０．４（Ｖ）、Ｖｏ２＝０．１（Ｖ）であるとき、上記演算式Ａによる値は０．６となるが、これに対し、温度の影響により１割の変動があったとすると、Ｖｏ１＝０．４４、Ｖｏ２＝０．１１となるが、この場合も、演算値は０．６となり、変動分がキャンセルされている。従って、装置内温度をサーミスタでモニタしフィードバックをかける回路や、反射型フォトセンサの温度特性をキャンセルするための回路等を設ける必要がない。

ＰＲ１,ＰＲ２…反射型フォトセンサ、
３…発光素子、４…受光素子、
５…反射板、７…演算部、
８ａ，８ｂ…ＡＤＣ。

Claims

対向配置された１対の反射型フォトセンサと、
この１対のフォトセンサ間に、可動体と一体に移動するように配置された両面反射板と、を設け、
上記１対のフォトセンサから対称的な電圧特性の出力を取得し、この出力に基づき上記反射板の移動距離に応じてリニアな値が得られる演算を行うことにより、該フォトセンサ間の上記両面反射板の移動位置を検出することを特徴とする反射型フォトセンサを用いた位置検出装置。
上記両面反射板の移動位置は、上記１対のフォトセンサの一方の出力をＶｏ１、他方の出力をＶｏ２とすると、（Ｖｏ１−Ｖｏ２）／（Ｖｏ１＋Ｖｏ２）又は（Ｖｏ１＋Ｖｏ２）／（Ｖｏ１−Ｖｏ２）の演算で求めることを特徴とする請求項１記載の反射型フォトセンサを用いた位置検出装置。