JP2004012745A

JP2004012745A - 位置検出装置およびこれを備えた光学機器

Info

Publication number: JP2004012745A
Application number: JP2002165197A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Tsuzuki; 都築　雅彦
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】装置内における省スペース化および寸法精度低下の防止を可能とする位置検出装置およびこれを備えた光学機器を提供する。
【解決手段】１つの移動レンズ鏡枠に固定保持された１つのエンコーダマグネットに対し、レンズ移動範囲内にＭＲセンサを複数配置し、各ＭＲセンサの受け持つ範囲を振り分けることで、エンコーダマグネットの長さを短くする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気感知式の位置検出装置およびこれを備えたビデオカメラ，デジタルスチルカメラ等の撮像装置に用いられる撮影レンズ鏡筒等の光学機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、デジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラ等の高性能化、高画質化が進んでいるが、これに伴い撮影レンズユニットに対する要求性能も高くなってきている。
【０００３】
特に、フォーカシングの高速化およびフォーカスレンズの位置制御の高精度化等を図るため、フォーカスレンズ等の移動レンズ群の駆動には、マグネットとコイルによるリニアアクチュエータが用いられるようになってきている。
【０００４】
また、移動レンズ群の位置制御には、磁気感知（または磁気強度感知）式センサであるＭＲセンサと、所定のピッチで磁気信号が記録されたエンコーダマグネットとを組み合わせた微細位置検知方式が用いられるようになっている。
【０００５】
ここで、エンコーダマグネットは移動レンズ鏡枠に固定保持され、これに対応するＭＲセンサが固定の鏡筒に保持されるのが一般的であり、移動レンズ鏡枠の移動範囲では、上記エンコーダマグネットの着磁面は上記ＭＲセンサのセンサ面を常時覆う様、移動方向の長さが設定されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、移動量の多い移動レンズ群（例えば、変倍移動レンズ群）に採用するためには、エンコーダマグネットの長さが長く成り過ぎてしまい、鏡筒が大型化する、エンコーダマグネットの寸法精度が出しづらくなる、マグネットコストが高くなるといった問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、装置内における省スペース化および寸法精度低下の防止を可能とする位置検出装置およびこれを備えた光学機器を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本願発明では、所定方向に移動可能な可動部材と、この可動部材により位置決め保持された所定のピッチで磁気信号が記録されたエンコーダマグネットと、このエンコーダマグネットの着磁面に対向配置されて前記エンコーダマグネットの前記所定方向への移動に伴う磁気の変化に応じて電気信号を出力する磁気感知式の位置検出センサとを有する位置検出装置であって、前記エンコーダマグネットと対をなす複数の位置検出センサを有する位置検出装置を構成している。
【０００９】
ここで、前記エンコーダマグネットの全長が、前記複数の位置検出センサどうしの間隔よりも長いことが望ましい。
【００１０】
また、前記複数の位置検出センサは、前記エンコーダマグネットの移動量に対し、それぞれ略正弦波となる電圧変化をする出力を発生し、その各正弦波の位相ずれ量を記憶する記憶手段を有する構成としてもよい。
【００１１】
なお、前記記憶手段により記憶された位置検出センサの正弦波出力の位相ずれ量から、隣り合う位置検出センサの出力位相のずれ量を演算回路により補正し、前記複数の位置検出センサの出力から、前記可動部材の移動範囲を連続した正弦波として位置制御を行なうようにしてもよい。
【００１２】
この他、前記位相ずれ量を補正する補正量を記憶する手段を有する構成であってもよい。
【００１３】
なお、上述したような位置検出装置を備え、前記複数の位置検出センサの正弦波出力の位相ずれを、位置検出センサの光軸方向位置を調整することにより補正し、前記複数の位置検出センサの出力から、前記可動部材の移動範囲を連続した正弦波として位置制御を行なう構成とすることが望ましい。
【００１４】
また、上述のような位置検出装置を備え、前記各位置検出センサは、同一の位相差を持った２相以上の出力を有することを特徴とし、それぞれの相について前記可動部材の移動範囲を連続した正弦波として位置制御を行なう構成としてもよい。
【００１５】
すなわち、本発明では、１つの移動レンズ群に対し、１つのエンコーダマグネットを固定保持し、エンコーダマグネットの移動範囲に複数のＭＲセンサを配置し、移動レンズ群の移動位置によって、使用するＭＲセンサを切り替えることで、エンコーダマグネットの全長を短く出来、鏡筒を小型化することができるようになっている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１には、本発明の第１実施形態であるズームレンズ鏡筒の全体構成を示している。
【００１７】
上記ズームレンズ鏡筒におけるズーム光学系は、物体側から順に凸凹凸凸の４群からなるリヤフォーカス光学系である。
【００１８】
図１において、１は第１群である固定レンズ群を保持する固定鏡筒である。２は第２群である変倍レンズ群を保持する２群保持枠であり、スリーブ部２ａとＵ溝部２ｂが形成されている。スリーブ部２ａとＵ溝部２ｂはそれぞれ、ガイドバー７、８に移動可能に係合しており、これにより２群保持枠２はガイドバー７、８によってガイドされながら略光軸方向に移動することができる。
【００１９】
３は絞りユニットであり、駆動部３ａによって絞り羽根３ｂ、３ｃを駆動して光量を制御する。
【００２０】
４は第３群であるアフォーカルレンズ群を固定保持する３群保持枠である。５は第４群であるフォーカス群を兼ねた補正レンズ群を保持する４群保持枠（可動部材）であり、スリーブ部５ａとＵ溝部５ｂが形成されている。スリーブ部５ａとＵ溝部５ｂはそれぞれ、ガイドバー８、７に移動可能に係合しており、これにより４群保持枠５はガイドバー８、７によってガイドされながら略光軸方向に移動することができる。
【００２１】
２群保持枠２には空芯のコイル９が固定されており、このコイル９に通電すると、固定鏡筒１とホルダー鏡筒６により固定保持されたヨーク１０、マグネット１１およびヨーク１２ととも形成される磁気回路の作用によって、２群保持枠２が略光軸方向に駆動される。
【００２２】
ここで、２群保持枠２の初期位置は、２群保持枠２とホルダー鏡筒６との突き当てにより決定され、ここからの２群保持枠２の位置検出および駆動制御は、２群保持枠２に位置決め保持されたエンコーダマグネット１３がＭＲセンサ１４および１５に対して移動することに伴ってＭＲセンサ１４および１５に作用する磁気の変化（または磁気の強度変化）に応じたＭＲセンサ１４および１５からの出力信号に基づいて行われる。
【００２３】
ＭＲセンサ１４および１５は、９０ｄｅｇの位相差を有する２相の正弦波出力を持ち、これら２相の出力によってエンコーダマグネット１３（つまりは２群保持枠２）の移動量と移動方向を判定することができる。
【００２４】
但し、ＭＲセンサの出力は３相以上でもかまわない。また、位相角も９０ｄｅｇ以外の角度であってもよい。
【００２５】
６はホルダー鏡筒であり、撮像素子であるＣＣＤ２２と赤外カットおよびローパスフィルター２３を固定保持している。
【００２６】
４群保持枠５には空芯のコイル１６が固定されており、このコイル１６に通電すると、アホーカル環４とホルダー鏡筒６により固定保持されたヨーク１７、マグネット１８およびヨーク１９ととも形成される磁気回路の作用によって、４群保持枠５が略光軸方向に駆動される。
【００２７】
ここで、４群保持枠５の初期位置は、４群保持枠５とホルダー鏡筒６との突き当てにより決定され、ここからの４群保持枠５の位置検出および駆動制御は、４群保持枠５に位置決め保持されたエンコーダマグネット２０がＭＲセンサ２１に対して移動することに伴ってＭＲセンサ２１に作用する磁気の変化（または磁気の強度変化）に応じたＭＲセンサ２１からの出力信号に基づいて行われる。
【００２８】
ＭＲセンサ２１は、９０ｄｅｇの位相差を有する２相の正弦波出力を持ち、これら２相の出力によってエンコーダマグネット２０（つまりは４群保持枠５）の移動量と移動方向を判定することができる。
【００２９】
但し、ＭＲセンサの出力は３相以上でもかまわない。また、位相角も９０ｄｅｇ以外の角度であってもよい。
【００３０】
図２には、ＭＲセンサ２１の出力変化と４群保持枠５の位置制御の概要を示している。図２（Ａ）に示すように、ＭＲセンサ２１はエンコーダマグネット２０のＳ，Ｎ変化により、９０ｄｅｇの位相差を有する２相の正弦波を出力する。
【００３１】
これらの２相をＡ相、Ｂ相とし、その出力をＡ，Ｂとすると、本実施形態のズームレンズ鏡筒が備えられるカメラ内のマイコン（図示せず）は、図２（Ｂ）に示すように、Ａ，Ｂ相それぞれの反転出力−Ａ、−Ｂを作り出す。
【００３２】
さらに、マイコンは、図２（Ｃ）に示すように、上記出力Ａ，Ｂ，−Ａ，−Ｂのそれぞれの交点までの略直線部のみを切り出し、いわゆるのこぎり波の出力を得る。
【００３３】
そして、マイコンは、上記初期位置からの上記のこぎり波形の数と出力値とに基づいて、４群保持枠５の移動量と移動方向を判定する。
【００３４】
図３には、ＭＲセンサ１４および１５の出力変化と２群保持枠２の位置制御の概要を示している。図３（Ａ）のエンコーダマグネット１３は、ポジション▲１▼〜▲３▼の範囲を移動可能となっている。図３（Ｂ）には、横軸にポジション▲１▼からの距離としたＭＲセンサ１４および１５の出力波形を示す。図３（Ａ）の、それぞれのポジション▲１▼、▲２▼、▲３▼が、図３（Ｂ）の▲１▼、▲２▼、▲３▼の位置に相当する。ポジション▲１▼では、ＭＲセンサ１４のみから出力が得られる状態であり、ポジション▲２▼では、ＭＲセンサ１４、１５両方から出力が得られる状態となり、ポジション▲３▼では、ＭＲセンサ１５のみから出力が得られる状態となる。エンコーダマグネット１３の移動方向長さＬ１は、ＭＲセンサ１４と１５の間隔Ｌ２より必ず長く設定されている。
【００３５】
ＭＲセンサ１４および１５は、エンコーダマグネット１３のＳ，Ｎ変化により、それぞれが９０ｄｅｇの位相差を有する２相の正弦波を出力する。ＭＲセンサ１４の２相をＡ１相、Ｂ１相とし、その出力をＡ１，Ｂ１。ＭＲセンサ１５の２相をＡ２相、Ｂ２相とし、その出力をＡ２、Ｂ２とする。ＭＲセンサ１４と１５の出力Ａ１とＡ２、およびＢ１とＢ２は、ＭＲセンサ１４と１５の間隔がエンコーダマグネット１３の着磁ピッチの１／２の整数倍からずれた分だけ、各相の位相ずれ量Ｒとして位相差を生じる。不図示のカメラマイコンには、この位相ずれ量Ｒを記憶させておき、ポジション▲１▼〜▲２▼の範囲では、ＭＲセンサ１４の出力Ａ１とＢ１を、ポジション▲２▼〜▲３▼の範囲では、ＭＲセンサ１５の出力Ａ２とＢ２から位相ずれ量Ｒ分を補正した各出力を演算することで、図３（Ｃ）の様に、ポジション▲１▼〜▲３▼の範囲を連続した正弦波Ａ３とＢ３を作り出すことにより、連続した位置制御を可能としている。
さらに、各センサどうしの正弦波振幅中心の電圧差、磁気抵抗変化率の差による出力電圧変化量の差、等を不図示のカメラマイコンに記憶させ、補正処理を行なうことで、さらなる理想的な連続した正弦波を作り出すことが可能となる。
【００３６】
この正弦波Ａ３とＢ３から２群保持枠２の移動量と移動方向を判定する方法は、４群で説明したものに準じる。
【００３７】
（第２実施形態）
図４には、本発明の第２実施形態であるズームレンズ鏡筒の全体構成を示している。
【００３８】
なお、本実施形態のズームレンズ鏡筒は、第１実施形態の物の２群および４群移動レンズの駆動部をスッテップモータ駆動とした物である。
【００３９】
図４において、１０１は第１群である固定レンズ群を保持する固定鏡筒である。１０２は第２群である変倍レンズ群を保持する２群保持枠であり、スリーブ部１０２ａとＵ溝部１０２ｂが形成されている。スリーブ部１０２ａとＵ溝部１０２ｂはそれぞれ、ガイドバー１０７、１０８に移動可能に係合しており、これにより２群保持枠１０２はガイドバー１０７、１０８によってガイドされながら略光軸方向に移動することができる。
【００４０】
１０３は絞りユニットであり、駆動部１０３ａによって絞り羽根１０３ｂ、１０３ｃを駆動して光量を制御する。
【００４１】
１０４は第３群であるアフォーカルレンズ群を固定保持する３群保持枠である。１０５は第４群であるフォーカス群を兼ねた補正レンズ群を保持する４群保持枠（可動部材）であり、スリーブ部１０５ａとＵ溝部１０５ｂが形成されている。スリーブ部１０５ａとＵ溝部１０５ｂはそれぞれ、ガイドバー１０８、１０７に移動可能に係合しており、これにより４群保持枠１０５はガイドバー１０８、１０７によってガイドされながら略光軸方向に移動することができる。
【００４２】
２群保持枠１０２にはラック部材１０９が取り付けられており、このラック部材１０９は、駆動源であるステップモータ１１０の出力軸に設けられたねじ部に噛み合っている。このため、２群保持枠１０２は、ステップモータ１１０が回転すると、ねじ部とラック部材１０９との噛み合い作用によって略光軸方向に駆動される。
【００４３】
ここで、２群保持枠１０２の初期位置は、２群保持枠１０２とホルダー鏡筒１０６との突き当て、または別途不図示のセンサにより決定され、ここからの２群保持枠１０２の位置検出および駆動制御は、２群保持枠１０２に位置決め保持されたエンコーダマグネット１１３がＭＲセンサ１１４および１１５に対して移動することに伴ってＭＲセンサ１１４および１１５に作用する磁気の変化（または磁気の強度変化）に応じたＭＲセンサ１１４および１１５からの出力信号に基づいて行われる。
【００４４】
ＭＲセンサ１１４および１１５は、それぞれ９０ｄｅｇの位相差を有する２相の正弦波出力を持ち、これら２相の出力によってエンコーダマグネット１１３（つまりは２群保持枠１０２）の移動量と移動方向を判定することができる。
ＭＲセンサ１１４および１１５からの出力信号による４群保持枠１０５の移動量と移動方向の判定手段は、実施例１に準じる。
【００４５】
１０６はホルダー鏡筒であり、撮像素子であるＣＣＤ１２２と赤外カットおよびローパスフィルター１２３を固定保持している。
【００４６】
４群保持枠１０５にはラック部材１１６が取り付けられており、このラック部材１１６は、駆動源であるステップモータ１１７の出力軸に設けられたねじ部に噛み合っている。このため、４群保持枠１０５は、ステップモータ１１７が回転すると、ねじ部とラック部材１１６との噛み合い作用によって略光軸方向に駆動される。
【００４７】
ここで、４群保持枠１０５の初期位置は、４群保持枠１０５とホルダー鏡筒１０６との突き当て、または別途不図示のセンサにより決定され、ここからの４群保持枠１０５の位置検出および駆動制御は、４群保持枠１０５に位置決め保持されたエンコーダマグネット１２０がＭＲセンサ１２１に対して移動することに伴ってＭＲセンサ１２１に作用する磁気の変化（または磁気の強度変化）に応じたＭＲセンサ１２１からの出力信号に基づいて行われる。
【００４８】
ＭＲセンサ１２１は、９０ｄｅｇの位相差を有する２相の正弦波出力を持ち、これら２相の出力によってエンコーダマグネット１２０（つまりは４群保持枠１０５）の移動量と移動方向を判定することができる。
【００４９】
但し、ＭＲセンサの出力は３相以上でもかまわない。また、位相角も９０ｄｅｇ以外の角度であってもよい。
【００５０】
ＭＲセンサ１２１からの出力信号による２群保持枠１０２の移動量と移動方向の判定手段は、実施例１に準じる。
【００５１】
（第３実施形態）
図５には、本発明の第３実施形態であるズームレンズ鏡筒における２群保持枠に対するＭＲセンサの調整構造を示している。
【００５２】
なお、本実施形態のズームレンズ鏡筒の基本構成は第１実施形態のものと同じである。
【００５３】
本実施形態では、不図示の固定の鏡筒部材に固定されたＭＲセンサ２１４および２１５により、２群保持枠の移動量と移動方向を判断する物である。ＭＲセンサ２１５は、送りねじ２２５による光軸方向調整手段を有し、ばね２２６によりガタ無く位置決めされている。
【００５４】
ＭＲセンサ２１４と２１５の間隔Ｌ３は、２群保持枠に設けられたエンコーダマグネットのＳ，Ｎ着磁ピッチＬ４の１／２のＸ倍（整数倍）の位置に調整することで、ＭＲセンサ２１４と２１５の正弦出力波の位相を合せることができる。
【００５５】
よって、２群保持枠の移動範囲の全域において、実施例１の様な各ＭＲセンサの位相ずれをマイコンで補正すること無く連続した正弦波が得られるため、より制御を簡略化することができる。
【００５６】
（第４実施形態）
第４の実施形態は、第２の実施形態のズームレンズ鏡筒と同様な物に、第３の実施例と同様な、２群保持枠に対するＭＲセンサの調整構造を用いたものである。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所定方向に移動可能な移動レンズ群において、この移動レンズ群を可動保持する移動鏡枠と、この移動鏡枠により位置決め保持された所定のピッチで磁気信号が記録されたエンコーダマグネットと、このエンコーダマグネットの着磁面に対向配置されて前記エンコーダマグネットの前記所定方向への移動に伴う磁気の変化に応じて電気信号を出力する磁気感知式の位置検出センサとを有する装置であって、
前記エンコーダマグネットに対となる位置検出センサを複数有し、この複数の位置検出センサの出力正弦波の位相差をカメラ内マイコン或は、位置検出センサ間隔を調整することにより、補正し、移動レンズ群の移動範囲全域を、１つの連続した正弦波として連続した位置制御および移動方向判断が可能となり、１つの位置検出センサと１つのエンコーダマグネットの組み合わせにより、移動レンズ群の移動範囲全域を感知していた従来製品に比べ、エンコーダマグネットを格段に短く出来、レンズ鏡筒の全長を短くすることが可能となっている。
【００５８】
また、精密加工が必要なエンコーダマグネットの長さが短くなることで、製造コストを抑える効果もある。
【００５９】
すなわち、装置内における省スペース化および寸法精度低下の防止を可能とする位置検出装置およびこれを備えた光学機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態であるズームレンズ鏡筒を示す分解斜視図である。
【図２】上記第１実施形態のズームレンズ鏡筒のフォーカス部に用いられるＭＲセンサの出力とレンズ保持枠の位置制御の概要を説明する図である。
【図３】上記第１実施形態のズームレンズ鏡筒のズーム部に用いられる複数のＭＲセンサの出力と制御の概要を説明する図である。
【図４】本発明の第２実施形態であるズームレンズ鏡筒を示す分解斜視図である。
【図５】複数のＭＲセンサの一方の光軸方向位置を調整する構造図である。
【符号の説明】
１　固定鏡筒
２　２群保持枠
３　絞りユニット
４　３群保持枠
５　４群保持枠
６　ホルダー鏡筒
７，８　ガイドバー
９，１６　コイル
１０，１２，１７，１９　ヨーク
１１，１８　マグネット
１３，２０　エンコーダマグネット
１４，１５，２１　ＭＲセンサ
２２　赤外カットおよびローパスフィルター
２３　ＣＣＤ

Claims

所定方向に移動可能な可動部材と、この可動部材により位置決め保持された所定のピッチで磁気信号が記録されたエンコーダマグネットと、このエンコーダマグネットの着磁面に対向配置されて前記エンコーダマグネットの前記所定方向への移動に伴う磁気の変化に応じて電気信号を出力する磁気感知式の位置検出センサとを有する位置検出装置であって、
前記エンコーダマグネットと対をなす複数の位置検出センサを有することを特徴とする位置検出装置。
前記エンコーダマグネットの全長が、前記複数の位置検出センサどうしの間隔よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
前記複数の位置検出センサは、前記エンコーダマグネットの移動量に対し、それぞれ略正弦波となる電圧変化をする出力を発生し、その各正弦波の位相ずれ量を記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
前記記憶手段により記憶された位置検出センサの正弦波出力の位相ずれ量から、隣り合う位置検出センサの出力位相のずれ量を演算回路により補正し、前記複数の位置検出センサの出力から、前記可動部材の移動範囲を連続した正弦波として位置制御を行なうことを特徴とする請求項３に記載の位置検出装置。
前記位相ずれ量を補正する補正量を記憶する手段を有することを特徴とする請求項４に記載の位置検出装置。
請求項１から５のいずれかに記載の位置検出装置を備え、
前記複数の位置検出センサの正弦波出力の位相ずれを、位置検出センサの光軸方向位置を調整することにより補正し、前記複数の位置検出センサの出力から、前記可動部材の移動範囲を連続した正弦波として位置制御を行なうことを特徴とする光学機器。
請求項１から５のいずれかに記載の位置検出装置を備え、
前記各位置検出センサは、同一の位相差を持った２相以上の出力を有することを特徴とし、それぞれの相について前記可動部材の移動範囲を連続した正弦波として位置制御を行なうことを特徴とする光学機器。