JP2004069604A - Position detector, driving device, and optical apparatus - Google Patents

Position detector, driving device, and optical apparatus Download PDF

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Yoshihiro Hara
原　吉宏
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position detector capable of coping with a long-stroke shift of a mobile part and detection a position with high resolution. <P>SOLUTION: A member sensor 28 is provided with the mobile part having a plurality of slits arranged at predetermined intervals, a light projection part radiating light to the mobile part, a first PSD 55A receiving light penetrating the slits and outputting a photoelectric current matching the light receiving position on a light receiving face, a second PSD 55B arranged in the position shifted in the movement direction of the mobile part from the first PSD 55A for receiving the light penetrating the slits and outputting a photoelectric current matching the light receiving position on the light receiving face, and a control circuit 27 detecting the light projection position with second precision higher than first precision within the light projection position area detected with the first precision after the light projection position, in which the light is projected to the mobile part, is detected with the first precision on the basis of the photoelectric current outputted from the first PSD 55A and the second PSD 55B. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置検出装置に関し、特に、カメラの撮影レンズ等の位置を検出する位置検出装置、その位置検出装置を用いる駆動装置及びその位置検出装置を用いる光学機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、撮影レンズ等が取り付けられた移動部材を棒状の駆動部材に所定の摩擦力を有するように結合させると共に、その駆動部材の一方端に圧電素子を固着して構成されたインパクト型圧電アクチュエータからなる駆動装置が知られている。この構成の圧電アクチュエータをフォーカスレンズ、ズームレンズ、手ぶれ補正用レンズ等に用いる場合には、ピント合わせ、倍率合わせ、手ぶれ補正等を正確に行うために、移動部材の位置を制御する必要がある。そこで、このような駆動装置には、撮影レンズの位置を検出するために位置センサが設けられており、特に、移動部材が駆動部材の一端から他端までのロングストロークを移動する際に、高分解能、かつ処理が簡単な位置センサが望まれている。
【０００３】
一方、位置センサに用いられる検出素子として半導体位置検出素子（ＰＳＤ）が提案されている。
【０００４】
例えば、特開平５−１８７８４号公報では、１つの半導体位置検出素子を用いて移動体の位置を検出する方法が開示されている。この方法では、所定のピッチで形成されたスリットを有する移動体を挟んで投光素子とＰＳＤとが対向状態となるように配置される。そして、移動体の移動に伴ってＰＳＤにはスリットを透過した投光素子の光が入射する。この入射位置により、移動体がスリットの１ピッチ分移動する間の位置に相当する信号が検出される。
【０００５】
また、特開平５−８７５９１号公報では、位相が異なる２つの半導体位置検出素子と、パルス間隔が異なる半導体位置検出素子とを用いて移動体の位置を検出する方法が開示されている。この方法では、一周期内にＮ個の第１のスリットが形成された第１のスリット体を経由した光を該第１のスリットに対する位相の異なる各位置に配置された第１及び第２のＰＳＤで受光する。さらに、一周期内にＮ＋１個もしくはＮ−１個の第２のスリットが形成された第２のスリット体を経由した光を第３のＰＳＤで受光し、第１及び第２のスリット体の上記一周期内の絶対位置を求める。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前者の方法では、１つのＰＳＤで移動体の位置を検出しているため、スリットの幅の分だけ不感帯となってしまう場合がある。スリットの幅を狭くすることでこの不感帯をなくすことは可能ではあるが、装置の小型化を実現しようとすると、スリットの幅を狭くすることは困難であるという問題を有している。
【０００７】
また、後者の方法では、３つのＰＳＤを用いているため、処理する信号の数が多くなり、高い製造精度が求められ、製造コストも高くなるという問題を有している。また、演算処理に除算を用いているため、演算処理に時間がかかり、高速で位置検出を行うには不適であるという問題を有している。
【０００８】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、移動部のロングストロークの移動にも対応可能であり、且つ高分解能の位置検出が可能な位置検出装置、駆動装置及び光学機器を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る位置検出装置は、複数のスリットが所定の間隔をおいて設けられた移動部と、前記移動部に光を照射する投光部と、スリットを透過した前記光を受光して受光面の受光位置に応じた光電流を出力する第１受光部と、前記第１受光部に対して前記移動部の移動方向にずれた位置に設けられ、スリットを透過した前記光を受光して受光面の受光位置に応じた光電流を出力する第２受光部と、前記第１受光部及び前記第２受光部から出力された光電流に基づいて、前記光が前記移動部上に投光する投光位置を第１精度で検出した後に、当該第１精度で検出した投光位置の範囲内で前記第１精度よりも高い第２精度でさらに前記投光位置を検出する位置検出処理部とを備える。
【００１０】
この構成によれば、移動部が移動することによってスリットの位置が相対的に移動し、第１受光部及び第２受光部によって、スリットを透過した光を受光して受光面の受光位置に応じた光電流が出力されるため、移動部の一端から他端までのロングストロークの移動にも対応することができる。さらに、位置検出処理部によって、第１受光部及び第２受光部から出力された光電流に基づいて、光が移動部上に投光する投光位置が第１精度で検出された後に、当該第１精度で検出した投光位置の範囲内で第１精度よりも高い第２精度でさらに投光位置が検出されるため、高分解能の位置検出が可能となる。
【００１１】
また、上記の位置検出装置において、前記位置検出処理部は、前記第１受光部及び前記第２受光部から出力された光電流に基づいて、前記光が透過したスリットを検出した後に前記受光面における受光位置を検出することによって、前記光が前記移動部上に投光する投光位置を検出することが好ましい。この構成によれば、位置検出処理部によって、第１受光部及び第２受光部から出力された光電流に基づいて、光が透過したスリットが検出された後に受光面における受光位置が検出されることによって、光が前記移動部上に投光する投光位置が検出されるため、高分解能の位置検出が可能となる。
【００１２】
さらに、上記の位置検出装置において、前記所定の間隔は、前記第１受光部及び前記第２受光部のうちの少なくとも一方が前記光を受光可能とする間隔であることが好ましい。この構成によれば、移動部に設けられたスリットの間隔を第１受光部及び第２受光部のうちの少なくとも一方が受光位置となるように設けることで、第１受光部及び第２受光部のうちの少なくとも一方の受光面の受光位置が簡単な演算処理で求めることができるので演算処理にかかる時間を短縮することができ、移動部の相対位置を得ることができる。
【００１３】
さらにまた、本発明に係る駆動装置は、１次元的に移動部材を駆動するアクチュエータと、前記移動部材の位置を検出する上記の位置検出装置とを備える。この構成によれば、上記の位置検出装置を駆動装置に用いることができ、駆動装置の小型化を実現することができる。
【００１４】
さらにまた、本発明に係る光学機器は、１次元的に移動部材を駆動するアクチュエータと、前記移動部材の位置を検出する上記の位置検出装置と、前記移動部材に配設されるレンズとを備える。この構成によれば、上記の位置検出装置を光学機器に用いることができ、光学機器の小型化を実現することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１６】
本実施の形態における駆動装置の構成について説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態における駆動装置の構成を概略的に示すブロック図である。図２は、駆動装置に用いたインパクト型圧電アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【００１８】
図１及び図２において、駆動装置１０は、電気機械変換素子２１、支持部材２２、駆動部材２３、移動部材２４、駆動回路２５、電圧制御部２６、制御回路２７、部材センサ２８、位置検出回路２９、基端センサ３０及び先端センサ３１を備えて構成される。インパクト型圧電アクチュエータ１１は、電気機械変換素子２１、支持部材２２、駆動部材２３及び移動部材２４を備えて構成される。
【００１９】
支持部材２２は、電気機械変換素子２１と駆動部材２３とを保持する部品であり、円柱体の軸方向両端部２２１、２２２と略中央に位置する仕切壁２２３とを残して内部を刳り貫くことにより形成された第１収容空間２２４及び第２収容空間２２５を有している。この第１収容空間２２４には、電気機械変換素子２１がその分極方向である伸縮方向を支持部材２２の軸方向と一致させた状態で収容されている。第２収容空間２２５には、移動部材２４の一部と駆動部材２３とが収容されている。
【００２０】
電気機械変換素子２１は、例えば、所定の厚みを有する複数枚の圧電基板を各圧電基板間に電極を介して積層した圧電素子であり、積層方向に伸縮する。このような積層型圧電素子は、バイモルフと比較すると弾性スチフネスが大きいために共振周波数が高く、そのため応答速度が速いという有利な効果がある。さらに、積層型圧電素子は、バイモルフと比較すると発生力も桁違いに大きいという有利な効果がある。圧電基板の厚みは、仕様から必要とされる伸縮量、積層数及び印加電圧などにより決定される。
【００２１】
電気機械変換素子２１は、その伸縮方向である長手方向の一方端面が第１収容空間２２４の一方端面（端部２２１側端面）に固着されている。支持部材２２の他方端部２２２及び仕切壁２２３には、中心位置に駆動部材２３の断面形状に合わせた形状の孔が穿設されると共に、この両孔を貫通して棒状の駆動部材２３が第２収容空間２２５に軸方向に沿って移動可能に収容されている。電気機械変換素子２１の他方端面は、駆動部材２３の第１収容空間２２４内に突出した端部が固着される。
【００２２】
第２収容空間２２５の外部に突出した駆動部材２３の端部は、板ばね３２により所定のばね圧で電気機械変換素子２１側に付勢されている。この板ばね３２の付勢は、電気機械変換素子２１の伸縮動作に基づく駆動部材２３の軸方向変位を安定化させるためである。
【００２３】
駆動部材２３は、電気機械変換素子２１の伸縮を移動部材２４の移動に変換すると共に、移動部材２４を支えるガイドである。駆動部材２３の断面形状は、円形、楕円及び矩形などの形状を適用することができるが、移動部材２４を安定的に支えスムーズに移動させることができるようにする観点から本実施の形態では、円形である。
【００２４】
移動部材２４は、駆動部材２３の軸方向の両側に取付部２４１を有する基部２４２と、両取付部２４１の間に着装される挟込み部材２４３とを備える。基部２４２は、駆動部材２３に遊嵌される。挟込み部材２４３は、両取付部２４１に取り付けられた板ばね２４４によって駆動部材２３の方向に押圧され、駆動部材２３に接触する。この接触によって、移動部材２４は、所定の摩擦力で駆動部材２３と結合される。また、駆動対象物３３は、この移動部材２４の取付部２４１を用いて取り付けられる。駆動対象物３３が取付部２４１に取り付けられている部分と対向する部分に、駆動対象物３３を支持する補助支持部材３４が取り付けられる。この補助支持部材３４によって駆動対象物３３は、駆動部材２３の軸方向と略垂直な方向の回転を防止可能とする。
【００２５】
駆動対象物３３は、本実施の形態における駆動装置が搭載される光学機器によって異なる。例えば、光学機器がカメラの場合にはフォーカスレンズ、ズームレンズ、手ぶれ補正用レンズなどが駆動対象物３３となり、オーバヘッドプロジェクタの場合には投影レンズが駆動対象物３３となり、双眼鏡の場合にはフォーカスレンズが駆動対象物３３となる。なお、手ぶれ補正用レンズなどのようにＸＹの２方向に移動させることが必要な場合には、方向ごとに駆動装置が配置される。本実施の形態における駆動装置が搭載される光学機器は、これらに限定されないが、駆動装置１０の特性から、駆動対象物３３の正確な位置制御が必要な場合に好適である。
【００２６】
駆動回路２５は、電気機械変換素子２１に印加される駆動電圧を生成する回路であり、電圧制御部２６の制御によって駆動電圧の振幅、周波数及び駆動電圧が矩形波である場合にはデューティー比Ｄが調整される。
【００２７】
部材センサ２８は、移動部材２４の移動可能範囲内に配設されており、半導体位置検出素子、いわゆるＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｖｉｃｅｓ）素子などのセンサにより構成されている。移動部材２４の位置が部材センサ２８により検出されることで移動部材２４を所定位置に移動させる制御が可能となる。基端センサ３０及び先端センサ３１は、フォトインタラプタなどのセンサにより構成され、移動部材２４が移動可能範囲内を越えて移動することを防止可能な位置に配設される。なお、部材センサ２８については後述する。
【００２８】
位置検出回路２９は、部材センサ２８から出力される光電流を電圧に変換し、制御回路２７が備える後述の２相カウンタ及び位置検出部に出力する電気信号を生成する。
【００２９】
制御回路２７は、駆動装置１０の全体の制御を行う回路であり、演算処理を行う中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ、以下、「ＣＰＵ」と略記する。）、処理プログラムとデータとが格納されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）及びデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等を備えて構成される。特に、ＲＯＭには、駆動電圧の基本駆動周波数及び移動部材２４の移動速度と駆動電圧を特定する物理量のうち操作量となる操作物理量との関係を示すルックアップテーブル等が記憶される。
【００３０】
制御回路２７は、移動部材２４を所望の速度状態で所望の位置に移動させるために駆動回路２５の動作を指示する外部信号、部材センサ２８、基端センサ３０及び先端センサ３１の検出出力が入力され、これら入力に基づいてルックアップテーブルを参照して移動速度を決定し、移動部材２４が決定された移動速度で指示された移動位置となるように、駆動回路２５の波形発生器（図示省略）に制御信号を出力する。
【００３１】
図３は、駆動装置の駆動原理を説明するための図である。図３（Ａ）は、移動部材２４を正方向に移動させる場合において、駆動回路２５から電気機械変換素子２１に出力される駆動電圧の電圧波形を示す図であり、図３（Ｂ）は、これに対応する電気機械変換素子２１の伸縮による変位を示す図である。また、図３（Ｃ）は、移動部材２４を逆方向に移動させる場合において、駆動回路２５から電気機械変換素子２１に出力される駆動電圧の電圧波形を示す図であり、図３（Ｄ）は、これに対応する電気機械変換素子２１の伸縮による変位を示す図である。
【００３２】
ここで、正方向とは、移動部材２４が電気機械変換素子２１から駆動部材２３の先端部（板ばね３２によって付勢される端部）に向う方向であり、逆方向とは、移動部材２４が駆動部材２３のこの先端部から電気機械変換素子２１に向う方向である。また、電気機械変換素子２１の伸縮による変位は、レーザドップラー振動計により測定した。
【００３３】
図３（Ａ）に示すようなデューティー比Ｄ３：７の矩形波状の駆動電圧が電気機械変換素子２１に印加された場合には、電気機械変換素子２１の変位は、図３（Ｂ）に示すように緩慢な立ち上がり部Ｔａと急峻な立下り部Ｔｂとを有する鋸歯形状となることが確認された。一方、図３（Ｃ）に示すようなデューティー比Ｄ７：３の矩形波状の駆動電圧が電気機械変換素子２１に印加された場合には、図３（Ｄ）に示すような電気機械変換素子２１の変位は、急峻な立ち上がり部Ｔｃと緩慢な立下り部Ｔｄとを有する鋸歯形状となることが確認された。
【００３４】
すなわち、電気機械変換素子２１の変位が図３（Ｂ）に示すような緩慢な立ち上がり部Ｔａでは、電気機械変換素子２１が緩やかに伸長し、移動部材２４が駆動部材２３と共に正方向に移動する。そして、電気機械変換素子２１の変位が図３（Ｂ）に示すような急峻な立ち下がり部Ｔｂでは、電気機械変換素子２１が急激に縮小し、駆動部材２３が逆方向に移動しても移動部材２４は、駆動部材２３上をスリップして略同位置に留まることになる。その結果、移動部材２４は、正方向に移動したことになる。したがって、図３（Ａ）に示す矩形波の駆動電圧が電気機械変換素子２１に繰り返し印加されることで、移動部材２４は、正方向に間欠的に移動することになる。逆方向の移動原理も同様である。
【００３５】
ここで、緩慢な立ち上がり部Ｔａにおいても移動部材２４と駆動部材２３とが必ずスリップしない状態である必要はなく、緩慢な立ち上がり部Ｔａにおいて移動部材２４が正方向に移動する正移動量から、急峻な立ち下がり部Ｔｂにおいて移動部材２４が逆方向に移動する逆移動量を差し引いた値が０より大きければ結果的に正方向に移動する。駆動電圧のデューティー比Ｄの変化に従って緩慢な立ち上がり部Ｔａの傾きと急峻な立ち下がり部Ｔｂの傾きとは変化するので、正移動量と逆移動量とは、駆動電圧のデューティー比Ｄの変化に因ることになる。したがって、移動部材２４を正方向に移動させるためには、駆動電圧のデューティー比Ｄは、（正移動量）−（逆移動量）＞０となるように設定すればよいことになる。また、駆動電圧が矩形波である場合だけでなく、正弦波である場合でも上述した鋸歯形状を実現できることが確認されている。
【００３６】
なお、デューティー比Ｄは、矩形波のハイレベルの時間をＴ１、ローレベルの時間をＴ２とすると、Ｔ１：Ｔ２である。
【００３７】
なお、共振周波数と駆動周波数との関係及び移動方向の関係は、実験によって確認された事項であり、駆動装置１０の駆動原理と共に、本特許出願の出願人と同一の出願人である特開２００１−２１１６６９号公報に開示した。
【００３８】
図４は、インパクト型圧電アクチュエータ１１及び部材センサ２８の主な構成を示す図である。部材センサ２８は、移動部４１、第１の赤外発光ダイオード（Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅｓ、以下、「第１のＩＲＥＤ」と略記する。）４２、第２の赤外発光ダイオード（以下、「第２のＩＲＥＤ」と略記する。）４３及びＰＳＤパッケージ４４を備えて構成される。
【００３９】
図５は部材センサ２８の構成を示す図であり、図５（Ａ）は、部材センサ２８をインパクト型圧電アクチュエータ１１側から見た図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の部材センサ２８を移動方向に垂直な方向から見た図であり、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）の部材センサ２８を移動方向に平行な方向から見た図である。図５（Ａ）に示すように、移動部４１は、スリット板５１、スリット５２、スリット板保持部５３及びスリット板支持部５４により構成される。
【００４０】
図４及び図５において、移動部４１は、複数のスリットが所定の間隔をおいて設けられており、移動部材２４とスリット板支持部５４を介して一体に取り付けられている。第１のＩＲＥＤ４２は、移動部４１に設けられたスリット５２を介して後述する第１のＰＳＤに光を照射する。第２のＩＲＥＤ４３は、移動部４１に設けられたスリット５２を介して後述する第２のＰＳＤに光を照射する。ＰＳＤパッケージ４４は、第１のＰＳＤ及び第２のＰＳＤから構成される。
【００４１】
スリット板５１には、長尺状の薄い板に複数のスリット５２が移動方向（図５（Ａ）中の矢印の方向）に所定の間隔Ｘをおいて設けられている。スリット５２は、長方形状であり、長辺が移動方向に対して垂直であり、短辺が移動方向に対して平行である。また、隣り合うスリット５２の間隔Ｘは、第１のＰＳＤ５５Ａ及び第２のＰＳＤ５５Ｂのうちの少なくとも一方が受光可能となる間隔である。このように、移動部４１に設けられたスリット５２の間隔Ｘを第１のＰＳＤ５５Ａ及び第２のＰＳＤ５５Ｂのうちの少なくとも一方が受光可能となるように設けることで、ＰＳＤの原理より、ＰＳＤの受光面上の受光位置が簡単な演算処理で求めることができるので演算処理にかかる時間を短縮することができ、移動部４１のＰＳＤの受光面上の位置を得ることができる。
【００４２】
スリット板５１の短手方向の両側には、スリット板５１を保持するためのスリット板保持部５３が設けられている。スリット板保持部５３は、スリット板５１が高速移動した場合に変形を起こさないようにスリット板５１の平面性を保つものである。スリット板保持部５３にはスリット板５１を移動部材２４と一体に移動させるためのスリット板支持部５４が設けられている。スリット板支持部５４は、スリット板５１を移動部材２４に固定するものであり、所定の方法でスリット板保持部５３と移動部材２４とに固着されている。スリット板支持部５４によってスリット板５１と移動部材２４とが固定されることによって、移動部材２４の移動に伴ってスリット板５１が移動することとなる。
【００４３】
スリット板５１の上方には投光部である第１のＩＲＥＤ４２及び第２のＩＲＥＤ４３が設けられている。第１のＩＲＥＤ４２は、第１のＰＳＤ５５Ａに光を照射するものであり、第２のＩＲＥＤ４３は、第２のＰＳＤ５５Ｂに光を照射するものである。第１のＩＲＥＤ４２及び第２のＩＲＥＤ４３の短手方向の間隔は、第１のＰＳＤ５５Ａと第２のＰＳＤ５５Ｂとの間隔Ｙと同じであり、第１のＩＲＥＤ４２及び第２のＩＲＥＤ４３の長手方向の間隔は、スリット５２の間隔Ｘと同じ間隔で設けられている。
【００４４】
スリット板５１の下方には第１受光部である第１のＰＳＤ５５Ａ及び第２の受光部である第２のＰＳＤ５５Ｂが設けられている。
【００４５】
図５（Ｂ）に示すように、第１のＰＳＤ５５Ａと第２のＰＳＤ５５Ｂとの間には、遮光版５６が設けられている。遮光板５６を設けることによって、第１のＩＲＥＤ４２からの光が第２のＰＳＤ５５Ｂに影響を及ぼさないようになっており、第２のＩＲＥＤ４３からの光が第１のＰＳＤ５５Ａに影響を及ぼさないようになっている。
【００４６】
図５（Ｃ）に示すように、第１のＩＲＥＤ４２及び第２のＩＲＥＤ４３とスリット板５１との間には、マスク板５７が設けられている。マスク板５７は第１のＰＳＤ５５Ａ及び第２のＰＳＤ５５Ｂに到達する光を絞るためのものである。
【００４７】
ここで、ＰＳＤについて説明する。図６はＰＳＤの構造を示す模式図である。なお、第１のＰＳＤ５５Ａ及び第２のＰＳＤ５５Ｂでは同じＰＳＤが用いられる。図６に示すように、ＰＳＤは、シリコンの表面にＰ層、裏面にＮ層、Ｐ層とＮ層との中間にあるＩ層から構成されるＰＩＮ構造となっている。Ｐ層の両端に電極ａ，ｂが設けられ、Ｐ層におけるこの両電極ａ，ｂ間が受光面となっている。ＰＳＤの受光面に入射した光は、光電変換され、光電流としてＰ層に付けられた電極ａ，ｂから分割出力される。ＰＳＤにスポット光が入射すると、入射位置には光エネルギーに比例した電荷が発生する。発生した電荷は光電流として抵抗層（Ｐ層）を通り、電極ａ，ｂより出力される。抵抗層は、受光面に均一な抵抗値をもつように作られているため、光電流は電極ａ，ｂまでの距離（抵抗値）に逆比例して分割され、取り出される。ここで、ＰＳＤの電極ａ，ｂ間の距離をＬとし、光電流をＩ０とし、電極ａ，ｂから取り出される電流をＩ１，Ｉ２とし、ＰＳＤの中心から入射光の入射位置までの距離をｘＡとすると、下記の（１）式が得られる。
（Ｉ２−Ｉ１）／（Ｉ１＋Ｉ２）＝２ｘＡ／Ｌ・・・・（１）
上記（１）式に示すように、光電流Ｉ０の総電流（Ｉ１＋Ｉ２）を一定にすることで、Ｉ２−Ｉ１を検出すれば、ｘＡを算出することができる。
【００４８】
このように、半導体位置検出素子（ＰＳＤ）を用いることによって、演算処理を簡略化することができる。
【００４９】
図７は、本実施の形態における駆動装置の構成を機能的に示すブロック図である。本実施の形態における駆動装置は、電気機械変換素子２１、駆動回路２５、電圧制御部２６、制御回路２７、位置検出回路２９及びＰＳＤパッケージ４４とを備えて構成される。位置検出回路２９は第１の位置検出回路２９Ａ及び第２の位置検出回路２９Ｂから構成され、ＰＳＤパッケージ４４は第１のＰＳＤ５５Ａ及び第２のＰＳＤ５５Ｂを備え、上述のように構成される。第１のＰＳＤ５５Ａで光電変換された光電流ＩＡ１及びＩＡ２が第１の位置検出回路２９Ａに出力され、第２のＰＳＤ５５Ｂで光電変換された光電流ＩＢ１及びＩＢ２が第２の位置検出回路２９Ｂに出力される。
【００５０】
図８は第１の位置検出回路２９Ａの回路構成の一例を示す図である。まず、第１のＰＳＤ５５Ａにより光の重心位置が検出される。第１のＰＳＤ５５Ａの電極ａより電流ＩＡ１（以下Ｉ１とする。）が出力され、電極ｂより電流ＩＡ２（以下Ｉ２とする。）が出力される。電極ａから出力された電流Ｉ１はＩ／Ｖ変換アンプ３０２に出力され、電極ｂから出力された電流Ｉ２はＩ／Ｖ変換アンプ３０３に出力される。Ｉ／Ｖ変換アンプ３０２は、第１のＰＳＤ５５Ａの電極ａより出力された電流Ｉ１を検出容易な電圧値に変換し、電流Ｉ１から変換された電圧ＶＩ１を減算回路３０４及び加算回路３０５に出力する。Ｉ／Ｖ変換アンプ３０３は、第１のＰＳＤ５５Ａの電極ｂより出力された電流Ｉ２を検出容易な電圧値に変換し、電流Ｉ２から変換された電圧ＶＩ２を減算回路３０４及び加算回路３０５に出力する。減算回路３０４は、電圧ＶＩ２から電圧ＶＩ１を減算した電圧ＶＤＩＦをゲインアンプ３０６に出力する。加算回路３０５は、電圧ＶＩ１と電圧ＶＩ２とを加算した電圧ＶＡＮＤを受光電流一定化回路３０７に出力する。
【００５１】
ゲインアンプ３０６は、減算回路３０４より出力された電圧ＶＤＩＦ（＝ＶＩ２−ＶＩ１）を制御回路２７のＡＤＣレンジに最適なように所定倍αだけ増幅するとともに、不要な高周波ノイズを除去する（ＬＰＦ）。所定の倍数αだけ増幅された電圧ＶＤＩＦ（＝ＶＩ２−ＶＩ１）は、ＰｎＡ信号として制御回路２７に出力されるとともに、比較回路３０８に出力される。受光電流一定化回路３０７は、ＩＲＥＤの固体ばらつき、経時変化が生じた場合でもＰＳＤより出力される和電流値（Ｉ１＋Ｉ２）が一定値となるように第１のＩＲＥＤ４２に流す電流を制御する。本実施の形態では、基準電圧値ＩＣＶＲＥＦに対して０．９Ｖだけ高い制御電圧値ＩＲＶＲＥＦになるように制御する。電圧ＶＡＮＤ（＝ＶＩ１＋ＶＩ２）が制御電圧ＩＲＶＲＥＦ（＝ＩＣＶＲＥＦ＋０．９）よりも高い電圧値となった場合は、コンパレータの出力はＬレベルとなり、制御用トランジスタをＯＦＦにする。一方、電圧ＶＡＮＤが制御電圧ＩＲＶＲＥＦよりも低い電圧値となった場合は、コンパレータの出力はＨレベル（略電圧値）となり、制御用トランジスタをＯＮにして第１のＩＲＥＤ４２に電流を流す。この処理を高速にフィードバックすることで電圧ＶＡＮＤの出力が制御電圧ＩＲＶＲＥＦと同等となり安定することとなる。
【００５２】
比較回路３０８は、第１のＩＲＥＤ４２に流している電流量を所定の値ＶＲＥＦＣＡと比較して制御回路２７の２相カウンタ４０４に入力される信号ＶＣＯＵＮＴＡとして出力する。なお、所定の値ＶＲＥＦＣＡは、スリット光がＰＳＤのセンター付近にあるレベルの電圧値であり、ＰＳＤの差からアナログ的に位置を検出する信号α（ＶＩ２−ＶＩ１）と比較される。信号ＶＣＯＵＮＴＡは、所定の値ＶＲＥＦＣＡより高い場合、Ｈレベルの信号となり、所定の値ＶＲＥＦＣＡより低い場合、Ｌレベルの信号となる。
【００５３】
比較回路３０９は、第１のＩＲＥＤ４２に流している電流量を所定の値ＶＲＥＦＴと比較して制御回路２７に入力される信号ＶＴＲＵＥＡとして出力する。なお、所定の値ＶＲＥＦＴは、スリットを介した第１のＩＲＥＤ４２からの光が略１００％当たっているレベルを表す。この信号ＶＴＲＵＥＡがＨレベルの場合には、第１のＰＳＤ５５Ａに略完全にスリット光が当たっているので、この相の値をアナログ値として使用して位置検出を行っても性能が保証される。
【００５４】
図９は、第２の位置検出回路２９Ｂの回路構成の一例を示す図である。図９に示す第２のＰＳＤ５５Ｂ、Ｉ／Ｖ変換アンプ４０２、Ｉ／Ｖ変換アンプ４０３、減算回路４０４、加算回路４０５、ゲインアンプ４０６、受光電流一定化回路４０７、比較回路４０８及び比較回路４０９は、それぞれ図８に示す第１のＰＳＤ５５Ａ、Ｉ／Ｖ変換アンプ３０２、Ｉ／Ｖ変換アンプ３０３、減算回路３０４、加算回路３０５、ゲインアンプ３０６、受光電流一定化回路３０７、比較回路３０８及び比較回路３０９と同様の機能を有しており、ここでは異なる機能のみを説明する。
【００５５】
比較回路４０８は、第２のＩＲＥＤ４３に流している電流量を所定の値ＶＲＥＦＣＢと比較して制御回路２７の２相カウンタ４０４に入力される信号ＶＣＯＵＮＴＢ’としてＡＮＤ回路４１０に出力する。なお、所定の値ＶＲＥＦＣＢは、スリットを介した第２のＩＲＥＤ４３からの光がＰＳＤ受光幅に対して２５％程度の位置に来たレベルの電圧値である。信号ＶＣＯＵＮＴＢ’は、所定の値ＶＲＥＦＣＢより高い場合、Ｈレベルの信号となり、所定の値ＶＲＥＦＣＢより低い場合、Ｌレベルの信号となる。
【００５６】
比較回路４０９は、第２のＩＲＥＤ４３に流している電流量を所定の値ＶＲＥＦＴと比較して制御回路２７に入力される信号ＶＴＲＵＥＢとして出力する。また、信号ＶＴＲＵＥＢは、制御回路２７に出力されるとともに、ＡＮＤ回路４１０に出力される。なお、所定の値ＶＲＥＦＴは、スリットを介した第２のＩＲＥＤ４３からの光が略１００％当たっているレベルを表す。この信号ＶＴＲＵＥＢがＨレベルの場合には、第２のＰＳＤ５５Ｂに略完全にスリット光が当たっているので、この相の値をアナログ値として使用して位置検出を行っても性能が保証される。
【００５７】
ＡＮＤ回路４１０は、比較回路４０８から出力されるＶＣＯＵＮＴＢ’信号と比較回路４０９から出力されるＶＴＲＵＥＢ信号との論理積を求めて、ＶＣＯＵＮＴＢ信号として２相カウンタ４０４に出力する。
【００５８】
図１０は、第１の位置検出回路２９Ａ及び第２の位置検出回路２９Ｂから出力される信号の一例を示す波形図である。なお、図１０（Ａ）では、説明の便宜上、スリット板５１を固定し、第１のＰＳＤ５５Ａ及び第２のＰＳＤ５５Ｂが右方向に相対移動しているように示すが、実際にはスリット板５１が左方向に移動している。図１０（Ｂ）は、第１の位置検出回路２９Ａから出力されるＰｎＡ信号の波形を表し、図１０（Ｃ）は、第２の位置検出回路２９Ｂから出力されるＰｎＢ信号の波形を表す。図１０（Ｄ）は、第１の位置検出回路２９Ａから出力されるＶＩＲＥＤＡ信号の波形を表し、図１０（Ｅ）は、第２の位置検出回路２９Ｂから出力されるＶＩＲＥＤＢ信号の波形を表す。図１０（Ｆ）は、第１の位置検出回路２９Ａから出力されるＶＴＲＵＥＡ信号の波形を表し、図１０（Ｇ）は、第２の位置検出回路２９Ｂから出力されるＶＴＲＵＥＢ信号の波形を表す。図１０（Ｈ）は、第１の位置検出回路２９Ａから出力されるＶＣＯＵＮＴＡ信号の波形を表し、図１０（Ｉ）は、第２の位置検出回路２９Ｂの比較回路４０８から出力されるＶＣＯＵＮＴＢ’信号の波形を表し、図１０（Ｊ）は、第２の位置検出回路２９Ｂから出力されるＶＣＯＵＮＴＢ信号の波形を表す。
【００５９】
図１０（Ｂ）に示す第１の位置検出回路２９Ａから出力されるＰｎＡ信号の波形は、スリット５２を介した光束が完全に当たっている部分（Ｄ１−Ｅ１）では、直線的に値が増加しており、スリット５２によって光束がけられている部分（Ａ１−Ｂ１，Ｃ１’−Ｄ１）では、傾きが緩やかになっている。また、スリット５２を介した光束が完全に当たっていない部分（Ｂ１’−Ｃ１）では、ＰｎＡ信号の出力の変化がなく、ほぼ中心値となっている。
【００６０】
図１０（Ｂ）の傾きが緩やかな部分（Ａ１−Ｂ１，Ｃ１’−Ｄ１）及びスリット５２を介した光束が完全に当たっていない部分（Ｂ１’−Ｃ１）は、図１０（Ｃ）に示す第２の位置検出回路２９Ｂから出力されるＰｎＢ信号では、直線的に値が増加している部分（Ａ２−Ｄ２）である。この直線的に値が増加している部分は、スリット５２を介した光束が完全に当たっている部分であり、アナログ的にＰＳＤの受光面における受光位置を検出可能な部分である。つまり、第１のＰＳＤ５５Ａでアナログ的に受光位置を検出することができない場合、第２のＰＳＤ５５Ｂでアナログ的に受光位置を検出することができる。
【００６１】
図１０（Ｄ）に示すように、電圧値ＶＩＲＥＤＡは、スリット５２によって光束がけられていない場合には、第１のＩＲＥＤ４２に流れる電流が小さく、ほぼ一定であるので電圧値は小さくなっている。つまり、スリット５２によって光束がけられている部分（Ａ３−Ｂ３，Ｃ３−Ｄ３）では、電圧値ＶＩＲＥＤＡが高くなっている。また、スリット５２を介した光束が完全に当たっていない部分（Ｂ３−Ｃ３）では、電圧値ＶＩＲＥＤＡが最も高くなっている。スリット５２を介した光束が完全に当たっている部分（Ｄ３−Ｅ３）では、電圧値ＶＩＲＥＤＡが最も低くなっており、一定している。
【００６２】
電圧値ＶＩＲＥＤＢについても電圧値ＶＩＲＥＤＡと同様に、図１０（Ｅ）に示すように、スリット５２によって光束がけられていない場合には、第２のＩＲＥＤ４３に流れる電流が小さく、ほぼ一定であるので電圧値は小さくなっている。
【００６３】
図１０（Ｆ）に示すＶＴＲＵＥＡ信号は、Ｈレベルの状態ではＰＳＤにほぼ充分な光束が当たっているため、この期間のＰｎＡのアナログ値を使用して高分解能な位置検出が可能である。ＶＴＲＵＥＡ信号は、電圧値ＶＩＲＥＤＡが最も低い電圧値付近の電圧の場合にＨレベルとなる。
【００６４】
図１０（Ｇ）に示すＶＴＲＵＥＢ信号は、ＶＴＲＵＥＡ信号と同様に、Ｈレベルの状態ではＰＳＤにほぼ充分な光束が当たっているため、この期間のＰｎＢのアナログ値を使用して高分解能な位置検出が可能である。ＶＴＲＵＥＢ信号は、電圧値ＶＩＲＥＤＢが最も低い電圧値付近の電圧の場合にＨレベルとなる。
【００６５】
図１０（Ｈ）に示すＶＣＯＵＮＴＡ信号は、ＰｎＡと所定の電圧値ＶＲＥＦＣＡとを比較して、ＰｎＡが所定の電圧値ＶＲＥＦＣＡよりも大きい場合にＨレベルとなり、ＰｎＡが所定の電圧値ＶＲＥＦＣＡよりも小さい場合にＬレベルとなる。
【００６６】
図１０（Ｉ）に示すＶＣＯＵＮＴＢ’信号は、ＰｎＢと所定の電圧値ＶＲＥＦＣＢとを比較して、ＰｎＢが所定の電圧値ＶＲＥＦＣＢよりも大きい場合にＨレベルとなり、ＰｎＢが所定の電圧値ＶＲＥＦＣＢよりも小さい場合にＬレベルとなる。
【００６７】
図１０（Ｊ）に示すＶＣＯＵＮＴＢ信号は、ＶＴＲＵＥＢ信号とＶＣＯＵＮＴＢ’信号との論理積を求めることによって得られる信号であり、ＶＣＯＵＮＴＡ信号とは位相が９０°異なる信号となっている。
【００６８】
図７に戻って、制御回路２７について説明する。制御回路２７は、目標位置受信部５０１、駆動制御部５０２、位置検出部５０３、２相カウンタ５０４、第１のＡＤＣ５０５、第２のＡＤＣ５０６、第１のルックアップテーブル（以下、「第１のＬＵＴ」と略記する。）５０７、第２のルックアップテーブル（以下、「第２のＬＵＴ」と略記する。）５０８、第１のＩ／Ｏ５０９及び第２のＩ／Ｏ５１０から構成される。
【００６９】
目標位置受信部５０１は、外部信号として入力される移動部材２４の目標位置を外部から受信し、駆動制御部５０２に送る。駆動制御部５０２は、目標位置受信部５０１によって受信された目標位置と、位置検出部５０３から送られる移動部材２４の現在位置とに基づいて目標位置に到達するように電気機械変換素子２１を駆動する。電気機械変換素子２１を駆動するために駆動制御部５０２は、駆動回路２５に印加される電圧を制御する信号を電圧制御部２６に送り、第１のＰＷＭ（以下ＰＷＭ１とする。）信号及び第２のＰＷＭ（以下ＰＷＭ２とする。）信号を駆動回路２５に送る。ＰＷＭ２信号は、ＰＷＭ１信号とは逆位相であるとともに位相がずらしてあり、この逆位相の信号でＨブリッジ回路からの印加電圧を制御する。ＰＷＭ２信号の位相とＰＷＭ１信号の位相とをずらすことによって駆動回路２５のＭＯＳトランジスタの貫通電流を防止するとともに圧電素子で消費される電力も抑えることが可能となる。
【００７０】
２相カウンタ５０４は、位相の異なる２相の信号をカウントすることでパルス分解能相当の絶対値を算出する。位相の異なる２相の信号とは、第１の位置検出回路２９Ａから出力されるＶＣＯＵＮＴＡ信号と第２の位置検出回路２９Ｂから出力されるＶＣＯＵＮＴＢ信号とを表し、ＶＣＯＵＮＴＡ信号及びＶＣＯＵＮＴＢ信号をカウントする。
【００７１】
図１１は、２相カウンタの原理を説明するための図である。図１１（Ａ）は位相の異なるＡ相及びＢ相の波形とカウント値を表し、図１１（Ｂ）はカウント値のアップ／ダウンカウント条件を表す。２相カウンタでは、Ａ相及びＢ相の立ち上がり（Ｌ→Ｈ）、立下り（Ｈ→Ｌ）の両エッジでカウントされる。つまり、図１１（Ｂ）に示すように、Ａ相がＬ→ＨでＢ相がＬの場合、Ａ相がＨでＢ相がＬ→Ｈの場合、Ａ相がＨ→ＬでＢ相がＨの場合及びＡ相がＬでＢ相がＨ→Ｌの場合に、アップカウントとなり、Ａ相がＨでＢ相がＨ→Ｌの場合、Ａ相がＨ→ＬでＢ相がＬの場合、Ａ相がＬでＢ相がＬ→Ｈの場合及びＡ相がＬ→ＨでＢ相がＨの場合に、ダウンカウントとなる。
【００７２】
また、駆動制御部５０２は、基端センサ３０又は先端センサ３１において移動部材２４が移動可能範囲内を超えると検出された場合、移動部材２４の位置を所定の初期位置にリセットし、２相カウンタ５０４は、カウンタを０にリセットし、リセットされた所定の初期位置から移動部４１の絶対値を算出する。
【００７３】
このように、駆動制御部５０２によって移動部４１の位置を所定の初期位置にリセットすることができ、リセットされた所定の初期位置からの移動部材２４と一体の移動部４１の絶対位置を算出することができる。
【００７４】
図７に戻って、第１のＡＤＣ５０５は、第１の位置検出回路２９Ａから出力されるＰｎＡ信号をＡＤ変換し、第１のＬＵＴ５０７に出力する。第２のＡＤＣ５０６は、第２の位置検出回路２９Ｂから出力されるＰｎＢ信号をＡＤ変換し、第２のＬＵＴ５０８に出力する。
【００７５】
第１のＬＵＴ５０７は、第１の位置検出回路２９Ａから出力されたアナログ信号を位置信号に変換するルックアップテーブルであり、スリットの位置と移動部材２４の位置との関係を示す。第１のＬＵＴ５０７は、第１の位置検出回路２９Ａから出力されたＰｎＡ信号から移動部材２４の細かい位置を検出する。
【００７６】
第２のＬＵＴ５０８は、第２の位置検出回路２９Ｂから出力されたアナログ信号を位置信号に変換するルックアップテーブルであり、スリットの位置と移動部材２４の位置との関係を示す。第２のＬＵＴ５０８は、第２の位置検出回路２９Ｂから出力されたＰｎＢ信号から移動部材２４の細かい位置を検出する。
【００７７】
なお、第１のＬＵＴ５０７及び第２のＬＵＴ５０８は、制御回路２７が備えるＲＯＭに記憶されている。
【００７８】
第１のＩ／Ｏ５０９は、第１の位置検出回路２９Ａから出力されたＶＴＲＵＥＡ信号のデジタル値を入力し、位置検出部５０３に出力する。第２のＩ／Ｏ５１０は、第２の位置検出回路２９Ｂから出力されたＶＴＲＵＥＢ信号のデジタル値を入力し、位置検出部５０３に出力する。
【００７９】
次に、本実施の形態における位置検出装置の動作について説明する。
【００８０】
移動部材２４が移動することによって移動部材２４に固定されている移動部４１が移動し、第１のＩＲＥＤ４２及び第２のＩＲＥＤ４３から照射された光がスリット５２を介して第１のＰＳＤ５５Ａ及び第２のＰＳＤ５５Ｂの受光面にそれぞれ受光される。第１のＰＳＤ５５Ａ及び第２のＰＳＤ５５Ｂにおいて受光された光は、光電流に変換され、それぞれ第１の位置検出回路２９Ａ及び第２の位置検出回路２９Ｂに出力される。第１の位置検出回路２９Ａ及び第２の位置検出回路２９Ｂにおいて生成されたＶＣＯＵＮＴＡ信号及びＶＣＯＵＮＴＢ信号が制御回路２７の２相カウンタ５０４に出力される。制御回路２７の２相カウンタ５０４は、ＶＣＯＵＮＴＡ信号及びＶＣＯＵＮＴＢ信号から第１の精度で大まかな移動部材２４の位置を検出する。つまり、第１のＩＲＥＤ４２及び第２のＩＲＥＤ４３から照射された光が透過したスリットの位置が２相カウンタ５０４でカウントされることによって検出される。
【００８１】
そして、第１の位置検出回路２９Ａにおいて生成されたＰｎＡ信号が第１のＬＵＴ５０７に出力され、第２の位置検出回路２９Ｂにおいて生成されたＰｎＢ信号が第２のＬＵＴ５０８に出力される。第１の位置検出回路２９Ａ及び第２の位置検出回路２９Ｂにおいて生成されたＶＴＲＵＥＡ信号及びＶＴＲＵＥＢ信号が制御回路２７に出力され、制御回路２７の位置検出部５０３は、ＶＴＲＵＥＡ信号及びＶＴＲＵＥＢ信号からＰｎＡ信号及びＰｎＢ信号のうちのどちらの信号を用いて位置検出するかを判断する。ここで、ＶＴＲＵＥＡ信号がＨレベルの場合、第１のＰＳＤ５５Ａの受光面に光束が略完全に受光されているためＰｎＡ信号を用い、ＶＴＲＵＥＢ信号がＨレベルの場合、第２のＰＳＤ５５Ｂの受光面に光束が略完全に受光されているためＰｎＢ信号を用いる。そして、ＰｎＡ信号を用いる場合、第１のＬＵＴ５０７を参照して第１の精度より高い第２の精度で第１のＰＳＤ５５Ａの受光面における受光位置が検出される。ＰｎＢ信号を用いる場合、第２のＬＵＴ５０８を参照して第１の精度より高い第２の精度で第２のＰＳＤ５５Ｂの受光面における受光位置が検出される。つまり、第１のＰＳＤ５５Ａ及び第２のＰＳＤ５５Ｂの受光面における受光位置を検出することによって、第１のＩＲＥＤ４２及び第２のＩＲＥＤ４３から照射された光が移動部４１上に投光する投光位置が検出される。
【００８２】
このように、移動部材２４とともに移動部４１が移動することによってスリット５２の位置が相対的に移動し、第１のＰＳＤ５５Ａ及び第２のＰＳＤ５５Ｂによって、スリット５２を透過した光を受光して受光面の受光位置に応じた光電流が出力されるため、移動部４１の一端から他端までのロングストロークの移動にも対応することができる。さらに、第１のＰＳＤ５５Ａ及び第２のＰＳＤ５５Ｂから出力された光電流に基づいて、光が移動部４１上に投光する投光位置が第１精度で検出された後に、当該第１精度で検出した投光位置の範囲内で第１精度よりも高い第２精度でさらに投光位置が検出されるため、高分解能の位置検出が可能となる。
【００８３】
また、本発明にかかる位置検出装置を光学機器に用いることによって、カメラ等の光学機器に用いることができ、特にカメラのレンズの駆動に用いることで、レンズの正確な位置制御を実現することができ、且つカメラの小型化を実現することができる。
【００８４】
また、本実施の形態では、基端センサ３０又は先端センサ３１において移動部材２４が移動可能範囲内を超えると検出された場合、移動部材２４の位置を所定の初期位置にリセットするとしたが、本発明は特にこれに限定されず、本体の電源がＯＦＦされたことを検出して移動部材２４の位置を所定の初期位置にリセットしてもよい。さらに、本体の電源がＯＮされたことを検出して移動部材２４の位置を所定の初期位置にリセットしてもよい。
【００８５】
ここで、主な発明を以下にまとめる。
【００８６】
（付記１）
複数のスリットが所定の間隔をおいて設けられた移動部と、
前記移動部に光を照射する投光部と、
スリットを透過した前記光を受光して受光面の受光位置に応じた光電流を出力する第１受光部と、
前記第１受光部に対して前記移動部の移動方向にずれた位置に設けられ、スリットを透過した前記光を受光して受光面の受光位置に応じた光電流を出力する第２受光部と、
前記第１受光部及び前記第２受光部から出力された光電流に基づいて、前記光が前記移動部上に投光する投光位置を第１精度で検出した後に、当該第１精度で検出した投光位置の範囲内で前記第１精度よりも高い第２精度でさらに前記投光位置を検出する位置検出処理部とを備えることを特徴とする位置検出装置。
【００８７】
（付記２）
前記位置検出処理部は、前記第１受光部及び前記第２受光部から出力された光電流に基づいて、前記光が透過したスリットを検出した後に前記受光面における受光位置を検出することによって、前記光が前記移動部上に投光する投光位置を検出することを特徴とする付記１記載の位置検出装置。
【００８８】
（付記３）
前記所定の間隔は、前記第１受光部及び前記第２受光部のうちの少なくとも一方が前記光を受光可能とする間隔であることを特徴とする付記１記載の位置検出装置。
【００８９】
（付記４）
前記移動部の位置を所定の初期位置にリセットするリセット手段をさらに備え、
前記位置検出処理部は、前記投光位置を前記所定の初期位置からの絶対位置で算出することを特徴とする付記１記載の位置検出装置。
【００９０】
（付記５）
前記第１受光部及び前記第２受光部は、半導体位置検出素子であることを特徴とする付記１記載の位置検出装置。
【００９１】
（付記６）
１次元的に移動部材を駆動するアクチュエータと、
前記移動部材の位置を検出する付記１に記載の位置検出装置とを備えることを特徴とする駆動装置。
【００９２】
（付記７）
１次元的に移動部材を駆動するアクチュエータと、
前記移動部材の位置を検出する付記１に記載の位置検出装置と、
前記移動部材に配設されるレンズとを備えることを特徴とする光学機器。
【００９３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る位置検出装置によれば、移動部が移動することによってスリットの位置が相対的に移動し、第１受光部及び第２受光部によって、スリットを透過した光を受光して受光面の受光位置に応じた光電流が出力されるため、移動部の一端から他端までのロングストロークの移動にも対応することができる。さらに、位置検出処理部によって、第１受光部及び第２受光部から出力された光電流に基づいて、光が移動部上に投光する投光位置が第１精度で検出された後に、当該第１精度で検出した投光位置の範囲内で第１精度よりも高い第２精度でさらに投光位置が検出されるため、高分解能の位置検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における駆動装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】駆動装置に用いたインパクト型圧電アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図３】駆動装置の駆動原理を説明するための図である。
【図４】インパクト型圧電アクチュエータ及び部材センサの構成を示す図である。
【図５】部材センサの構成を示す図である。
【図６】ＰＳＤの構造を示す模式図である。
【図７】本実施の形態における駆動装置の構成を機能的に示すブロック図である。
【図８】第１の位置検出回路２９Ａの回路構成の一例を示す図である。
【図９】第２の位置検出回路２９Ｂの回路構成の一例を示す図である。
【図１０】第１の位置検出回路及び第２の位置検出回路から出力される信号の一例を示す波形図である。
【図１１】２相カウンタの原理を説明するための図である。
【符号の説明】
１０　駆動装置
１１　インパクト型圧電アクチュエータ
２１　電気機械変換素子
２４　移動部材
２５　駆動回路
２６　電圧制御部
２７　制御回路
２８　部材センサ
２９Ａ　第１の位置検出回路
２９Ｂ　第２の位置検出回路
３０　基端センサ
３１　先端センサ
４１　移動部
４２　第１のＩＲＥＤ
４３　第２のＩＲＥＤ
４４　ＰＳＤパッケージ
５５Ａ　第１のＰＳＤ
５５Ｂ　第２のＰＳＤ
５０１　目標位置受信部
５０２　駆動制御部
５０３　位置検出部
５０４　２相カウンタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a position detecting device, and particularly to a position detecting device for detecting a position of a photographic lens or the like of a camera, a driving device using the position detecting device, and an optical apparatus using the position detecting device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a moving member having a photographing lens or the like is coupled to a rod-shaped driving member so as to have a predetermined frictional force, and an impact-type piezoelectric actuator formed by fixing a piezoelectric element to one end of the driving member. The following drive devices are known. When the piezoelectric actuator having this configuration is used for a focus lens, a zoom lens, a camera shake correction lens, and the like, it is necessary to control the position of the moving member in order to accurately perform focus adjustment, magnification adjustment, camera shake correction, and the like. Therefore, such a driving device is provided with a position sensor for detecting the position of the taking lens. In particular, when the moving member moves a long stroke from one end to the other end of the driving member, the position sensor is high. There is a need for a position sensor that has high resolution and simple processing.
[0003]
On the other hand, a semiconductor position detecting element (PSD) has been proposed as a detecting element used for a position sensor.
[0004]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-18784 discloses a method of detecting the position of a moving body using one semiconductor position detecting element. In this method, the light emitting element and the PSD are arranged so as to face each other with a moving body having slits formed at a predetermined pitch therebetween. Then, the light of the light projecting element transmitted through the slit enters the PSD as the moving body moves. From the incident position, a signal corresponding to a position during which the moving body moves by one pitch of the slit is detected.
[0005]
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-87591 discloses a method of detecting the position of a moving body using two semiconductor position detecting elements having different phases and semiconductor position detecting elements having different pulse intervals. In this method, the light passing through the first slit body in which N first slits are formed in one cycle is transmitted to the first and second positions arranged at different positions with respect to the first slit. Light is received by the PSD. Further, light passing through a second slit body in which N + 1 or N-1 second slits are formed in one cycle is received by a third PSD, and the light of the first and second slit bodies is received by the third PSD. Find the absolute position within one cycle.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the former method, since the position of the moving body is detected by one PSD, the dead zone may be formed by the width of the slit. Although it is possible to eliminate this dead zone by reducing the width of the slit, there is a problem that it is difficult to reduce the width of the slit in order to reduce the size of the apparatus.
[0007]
In the latter method, since three PSDs are used, there are problems that the number of signals to be processed is increased, high manufacturing accuracy is required, and manufacturing cost is increased. Further, since division is used in the arithmetic processing, the arithmetic processing takes a long time, which is not suitable for high-speed position detection.
[0008]
The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and has been made to address a long-stroke movement of a moving unit, and to provide a position detecting device, a driving device, and an optical device capable of detecting a position with high resolution. It is intended to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The position detecting device according to the present invention includes a moving unit in which a plurality of slits are provided at predetermined intervals, a light projecting unit that irradiates the moving unit with light, and receives and receives the light transmitted through the slit. A first light receiving unit that outputs a photocurrent according to a light receiving position on a surface, and a light receiving unit that is provided at a position shifted in a moving direction of the moving unit with respect to the first light receiving unit and receives the light transmitted through a slit. A second light receiving unit that outputs a photocurrent according to a light receiving position on a light receiving surface; and the light is projected onto the moving unit based on the photocurrent output from the first light receiving unit and the second light receiving unit. A position detection processing unit that detects the light projecting position to be detected with the first accuracy, and further detects the light projecting position with a second accuracy higher than the first accuracy within the range of the light projecting position detected with the first accuracy. And
[0010]
According to this configuration, the position of the slit relatively moves by moving the moving unit, and the first light receiving unit and the second light receiving unit receive the light transmitted through the slit and correspond to the light receiving position on the light receiving surface. Since the photocurrent is output, it is possible to cope with a long stroke movement from one end to the other end of the moving unit. Furthermore, based on the photocurrent output from the first light receiving unit and the second light receiving unit, the position detection processing unit detects, with a first accuracy, a light projecting position at which light is projected onto the moving unit, and Since the light projecting position is further detected with the second accuracy higher than the first accuracy within the range of the light projecting position detected with the first accuracy, high-resolution position detection becomes possible.
[0011]
Further, in the above-described position detection device, the position detection processing unit detects the slit through which the light passes based on a photocurrent output from the first light receiving unit and the second light receiving unit, and then detects the light receiving surface. It is preferable to detect a light-projecting position at which the light is projected onto the moving unit by detecting a light-receiving position at. According to this configuration, based on the photocurrent output from the first light receiving unit and the second light receiving unit, the position detection processing unit detects the light transmitting position on the light receiving surface after detecting the slit through which the light has passed. Thus, the light projection position at which the light is projected onto the moving unit is detected, so that high-resolution position detection becomes possible.
[0012]
Furthermore, in the above-described position detection device, it is preferable that the predetermined interval is an interval at which at least one of the first light receiving unit and the second light receiving unit can receive the light. According to this configuration, the distance between the slits provided in the moving unit is provided such that at least one of the first light receiving unit and the second light receiving unit is located at the light receiving position, whereby the first light receiving unit and the second light receiving unit are provided. Since the light receiving position of at least one of the light receiving surfaces can be obtained by a simple calculation process, the time required for the calculation process can be reduced, and the relative position of the moving section can be obtained.
[0013]
Furthermore, a driving device according to the present invention includes an actuator that drives a moving member one-dimensionally, and the above-described position detection device that detects a position of the moving member. According to this configuration, the above-described position detection device can be used as a driving device, and the size of the driving device can be reduced.
[0014]
Furthermore, an optical apparatus according to the present invention includes an actuator that drives a moving member in one dimension, the above-described position detection device that detects a position of the moving member, and a lens that is disposed on the moving member. . According to this configuration, the above-described position detection device can be used for an optical device, and the size of the optical device can be reduced.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0016]
The configuration of the driving device according to the present embodiment will be described.
[0017]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a driving device according to the present embodiment. FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the impact type piezoelectric actuator used in the driving device.
[0018]
1 and 2, the driving device 10 includes an electromechanical transducer 21, a supporting member 22, a driving member 23, a moving member 24, a driving circuit 25, a voltage control unit 26, a control circuit 27, a member sensor 28, and a position detection circuit. 29, a base end sensor 30 and a front end sensor 31. The impact type piezoelectric actuator 11 includes an electromechanical transducer 21, a support member 22, a driving member 23, and a moving member 24.
[0019]
The support member 22 is a component that holds the electromechanical transducer 21 and the drive member 23, and hollows out the inside of the cylindrical body except for the axial ends 221 and 222 and the partition wall 223 that is located substantially at the center. Has a first storage space 224 and a second storage space 225 formed by the above. The electromechanical conversion element 21 is accommodated in the first accommodation space 224 in a state where the expansion / contraction direction, which is the polarization direction, is made to coincide with the axial direction of the support member 22. In the second housing space 225, a part of the moving member 24 and the driving member 23 are housed.
[0020]
The electromechanical transducer 21 is, for example, a piezoelectric element in which a plurality of piezoelectric substrates having a predetermined thickness are laminated between the respective piezoelectric substrates via electrodes, and expands and contracts in the laminating direction. Such a laminated piezoelectric element has an advantageous effect that the resonance frequency is high due to the large elastic stiffness as compared with the bimorph, and the response speed is fast. Further, the laminated piezoelectric element has an advantageous effect that the generated force is significantly higher than that of the bimorph. The thickness of the piezoelectric substrate is determined by the amount of expansion / contraction, the number of layers, the applied voltage, and the like required from the specifications.
[0021]
The electromechanical transducer 21 has one end face in the longitudinal direction, which is the direction of expansion and contraction, fixed to one end face (end face 221 side end face) of the first housing space 224. In the other end portion 222 and the partition wall 223 of the support member 22, a hole having a shape corresponding to the cross-sectional shape of the drive member 23 is formed at the center position, and a rod-shaped drive member 23 penetrates both holes. It is accommodated in the second accommodation space 225 so as to be movable in the axial direction. The other end surface of the electromechanical conversion element 21 has an end protruding into the first housing space 224 of the driving member 23 fixed thereto.
[0022]
The end of the driving member 23 protruding outside the second accommodation space 225 is urged by the leaf spring 32 toward the electromechanical transducer 21 with a predetermined spring pressure. The urging of the leaf spring 32 stabilizes the axial displacement of the driving member 23 based on the expansion and contraction of the electromechanical transducer 21.
[0023]
The driving member 23 is a guide that converts expansion and contraction of the electromechanical transducer 21 into movement of the moving member 24 and supports the moving member 24. As the cross-sectional shape of the driving member 23, a shape such as a circle, an ellipse, and a rectangle can be applied. In the present embodiment, from the viewpoint of stably supporting and smoothly moving the moving member 24, It is circular.
[0024]
The moving member 24 includes a base 242 having mounting portions 241 on both sides of the driving member 23 in the axial direction, and a sandwiching member 243 mounted between the mounting portions 241. The base 242 is loosely fitted to the driving member 23. The sandwiching member 243 is pressed in the direction of the driving member 23 by the leaf springs 244 attached to the both attachment portions 241 and comes into contact with the driving member 23. By this contact, the moving member 24 is coupled to the driving member 23 with a predetermined frictional force. The driving target 33 is attached by using the attachment portion 241 of the moving member 24. An auxiliary support member 34 that supports the driving target 33 is attached to a portion facing the portion where the driving target 33 is attached to the attachment portion 241. The auxiliary support member 34 enables the drive target 33 to prevent the drive member 23 from rotating in a direction substantially perpendicular to the axial direction.
[0025]
The drive target 33 differs depending on the optical device on which the drive device according to the present embodiment is mounted. For example, when the optical device is a camera, a focus lens, a zoom lens, a camera shake correction lens, or the like is the driving target 33; when the optical device is an overhead projector, the projection lens is the driving target 33; Becomes the driving target 33. When it is necessary to move the camera in two directions of XY such as a camera shake correction lens, a driving device is arranged for each direction. The optical device on which the driving device according to the present embodiment is mounted is not limited to these, but is suitable when accurate position control of the driving target 33 is required due to the characteristics of the driving device 10.
[0026]
The drive circuit 25 is a circuit that generates a drive voltage to be applied to the electromechanical conversion element 21. When the amplitude, frequency, and drive voltage of the drive voltage are rectangular waves under the control of the voltage control unit 26, the duty ratio D Is adjusted.
[0027]
The member sensor 28 is disposed within the movable range of the moving member 24, and is configured by a sensor such as a semiconductor position detecting element, a so-called PSD (Position Sensitive Devices) element. When the position of the moving member 24 is detected by the member sensor 28, control for moving the moving member 24 to a predetermined position becomes possible. The proximal sensor 30 and the distal sensor 31 are configured by sensors such as a photo interrupter, and are disposed at positions where the movable member 24 can be prevented from moving beyond the movable range. The member sensor 28 will be described later.
[0028]
The position detection circuit 29 converts a photocurrent output from the member sensor 28 into a voltage, and generates an electric signal to be output to a two-phase counter and a position detection unit of the control circuit 27, which will be described later.
[0029]
The control circuit 27 is a circuit that controls the entire driving device 10, and stores a central processing unit (Central Processing Unit, hereinafter abbreviated as “CPU”) for performing arithmetic processing, a processing program, and data. It comprises a ROM (Read-Only Memory) and a RAM (Random Access Memory) for temporarily storing data. In particular, the ROM stores a basic drive frequency of the drive voltage, a lookup table indicating a relationship between an operation physical amount as an operation amount among physical amounts specifying the drive voltage and a movement speed of the moving member 24, and the like.
[0030]
The control circuit 27 receives an external signal for instructing the operation of the drive circuit 25 to move the moving member 24 to a desired position at a desired speed state, and the detection outputs of the member sensor 28, the base sensor 30, and the tip sensor 31 are input. The moving speed is determined by referring to the look-up table based on these inputs, and the waveform generator (not shown) of the drive circuit 25 is moved so that the moving member 24 is at the specified moving position at the determined moving speed. ) To output a control signal.
[0031]
FIG. 3 is a diagram for explaining the driving principle of the driving device. FIG. 3A is a diagram showing a voltage waveform of a drive voltage output from the drive circuit 25 to the electromechanical conversion element 21 when the moving member 24 is moved in the positive direction, and FIG. FIG. 9 is a diagram showing a corresponding displacement due to expansion and contraction of the electromechanical transducer 21. FIG. 3C is a diagram showing a voltage waveform of a drive voltage output from the drive circuit 25 to the electromechanical conversion element 21 when the moving member 24 is moved in the reverse direction, and FIG. FIG. 9 is a diagram showing a corresponding displacement due to expansion and contraction of the electromechanical transducer 21.
[0032]
Here, the forward direction is a direction in which the moving member 24 is directed from the electromechanical transducer 21 to the distal end (the end urged by the leaf spring 32) of the driving member 23, and the opposite direction is the direction in which the moving member 24 is moved. Is the direction from the tip of the drive member 23 toward the electromechanical transducer 21. The displacement due to expansion and contraction of the electromechanical transducer 21 was measured by a laser Doppler vibrometer.
[0033]
When a rectangular waveform drive voltage having a duty ratio D3: 7 as shown in FIG. 3A is applied to the electromechanical transducer 21, the displacement of the electromechanical transducer 21 is shown in FIG. It has been confirmed that the sawtooth shape has a slow rising portion Ta and a steep falling portion Tb. On the other hand, when a rectangular wave drive voltage having a duty ratio D7: 3 as shown in FIG. 3C is applied to the electromechanical transducer 21, the electromechanical transducer 21 as shown in FIG. Has a sawtooth shape having a steep rising portion Tc and a slow falling portion Td.
[0034]
That is, at a slow rising portion Ta in which the displacement of the electromechanical transducer 21 is as shown in FIG. 3B, the electromechanical transducer 21 gradually expands, and the moving member 24 moves in the forward direction together with the driving member 23. . Then, in a steep falling portion Tb where the displacement of the electromechanical transducer 21 is as shown in FIG. 3B, the electromechanical transducer 21 contracts sharply and moves even if the drive member 23 moves in the opposite direction. The member 24 slips on the driving member 23 and stays at substantially the same position. As a result, the moving member 24 has moved in the forward direction. Therefore, the moving member 24 intermittently moves in the positive direction by repeatedly applying the rectangular wave driving voltage shown in FIG. 3A to the electromechanical transducer 21. The same applies to the principle of movement in the reverse direction.
[0035]
Here, the moving member 24 and the driving member 23 do not necessarily have to be in a state in which the moving member 24 does not slip even in the slow rising portion Ta. If the value obtained by subtracting the amount of reverse movement of the moving member 24 in the reverse direction at the falling portion Tb is larger than 0, the moving member 24 eventually moves in the forward direction. Since the slope of the slow rising portion Ta and the slope of the steep falling portion Tb change according to the change in the duty ratio D of the drive voltage, the forward movement amount and the reverse movement amount are determined by the change in the drive voltage duty ratio D. It depends. Therefore, in order to move the moving member 24 in the forward direction, the duty ratio D of the drive voltage may be set so that (forward movement amount) − (reverse movement amount)> 0. Further, it has been confirmed that the above-described sawtooth shape can be realized not only when the driving voltage is a rectangular wave but also when the driving voltage is a sine wave.
[0036]
It should be noted that the duty ratio D is obtained by calculating the high-level time of the rectangular wave as T 1 , Low level time T 2 Then T 1 : T 2 It is.
[0037]
Note that the relationship between the resonance frequency and the driving frequency and the relationship between the moving directions have been confirmed by experiments, and together with the driving principle of the driving device 10, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-2001 is the same applicant as the present application. -21669.
[0038]
FIG. 4 is a diagram showing a main configuration of the impact type piezoelectric actuator 11 and the member sensor 28. The member sensor 28 includes a moving unit 41, first infrared emitting diodes (hereinafter, abbreviated as “first IRED”) 42, and a second infrared light emitting diode (hereinafter, “second IRED”). (IRED).) 43 and a PSD package 44.
[0039]
5A and 5B are diagrams showing the configuration of the member sensor 28, FIG. 5A is a diagram of the member sensor 28 viewed from the impact type piezoelectric actuator 11, and FIG. 5B is a diagram of FIG. 5 (C) is a view of the member sensor 28 of FIG. 5 (A) viewed from a direction parallel to the movement direction. FIG. As shown in FIG. 5A, the moving unit 41 includes a slit plate 51, a slit 52, a slit plate holding unit 53, and a slit plate support unit 54.
[0040]
4 and 5, the moving unit 41 has a plurality of slits provided at predetermined intervals, and is integrally attached to the moving member 24 via the slit plate supporting unit 54. The first IRED 42 irradiates a first PSD, which will be described later, with light through a slit 52 provided in the moving unit 41. The second IRED 43 irradiates a second PSD, which will be described later, with light through a slit 52 provided in the moving unit 41. The PSD package 44 includes a first PSD and a second PSD.
[0041]
In the slit plate 51, a plurality of slits 52 are provided on a long thin plate at predetermined intervals X in the moving direction (the direction of the arrow in FIG. 5A). The slit 52 has a rectangular shape, with a long side perpendicular to the moving direction and a short side parallel to the moving direction. The interval X between the adjacent slits 52 is an interval at which at least one of the first PSD 55A and the second PSD 55B can receive light. As described above, by providing the interval X between the slits 52 provided in the moving unit 41 so that at least one of the first PSD 55A and the second PSD 55B can receive light, the light receiving of the PSD can be performed according to the principle of PSD. Since the light receiving position on the surface can be obtained by simple arithmetic processing, the time required for the arithmetic processing can be reduced, and the position of the PSD of the moving unit 41 on the light receiving surface can be obtained.
[0042]
On both sides of the slit plate 51 in the short direction, slit plate holding portions 53 for holding the slit plate 51 are provided. The slit plate holder 53 maintains the flatness of the slit plate 51 so as not to be deformed when the slit plate 51 moves at a high speed. The slit plate holding portion 53 is provided with a slit plate support portion 54 for moving the slit plate 51 integrally with the moving member 24. The slit plate supporting portion 54 fixes the slit plate 51 to the moving member 24, and is fixed to the slit plate holding portion 53 and the moving member 24 by a predetermined method. Since the slit plate 51 and the moving member 24 are fixed by the slit plate supporting portion 54, the slit plate 51 moves with the movement of the moving member 24.
[0043]
Above the slit plate 51, a first IRED 42 and a second IRED 43, which are light emitting units, are provided. The first IRED 42 irradiates light to the first PSD 55A, and the second IRED 43 irradiates light to the second PSD 55B. The distance in the short direction between the first IRED 42 and the second IRED 43 is the same as the distance Y between the first PSD 55A and the second PSD 55B, and the distance in the longitudinal direction between the first IRED 42 and the second IRED 43 is , Are provided at the same interval as the interval X between the slits 52.
[0044]
Below the slit plate 51, a first PSD 55A serving as a first light receiving unit and a second PSD 55B serving as a second light receiving unit are provided.
[0045]
As shown in FIG. 5B, a light shielding plate 56 is provided between the first PSD 55A and the second PSD 55B. By providing the light shielding plate 56, the light from the first IRED 42 does not affect the second PSD 55B, and the light from the second IRED 43 does not affect the first PSD 55A. Has become.
[0046]
As shown in FIG. 5C, a mask plate 57 is provided between the first IRED 42 and the second IRED 43 and the slit plate 51. The mask plate 57 is for narrowing the light reaching the first PSD 55A and the second PSD 55B.
[0047]
Here, the PSD will be described. FIG. 6 is a schematic diagram showing the structure of the PSD. Note that the same PSD is used for the first PSD 55A and the second PSD 55B. As shown in FIG. 6, the PSD has a PIN structure including a P layer on the surface of silicon, an N layer on the back surface, and an I layer intermediate the P layer and the N layer. Electrodes a and b are provided at both ends of the P layer, and a portion between the electrodes a and b in the P layer is a light receiving surface. The light incident on the light receiving surface of the PSD is photoelectrically converted and divided and output as a photocurrent from the electrodes a and b attached to the P layer. When the spot light is incident on the PSD, an electric charge proportional to the light energy is generated at the incident position. The generated charges pass through the resistance layer (P layer) as a photocurrent and are output from the electrodes a and b. Since the resistance layer is made to have a uniform resistance value on the light receiving surface, the photocurrent is divided and taken out in inverse proportion to the distance (resistance value) to the electrodes a and b. Here, the distance between the electrodes a and b of the PSD is L, and the photocurrent is I 0 And the current drawn from the electrodes a and b is I 1 , I 2 And the distance from the center of the PSD to the incident position of the incident light is x A Then, the following equation (1) is obtained.
(I 2 -I 1 ) / (I 1 + I 2 ) = 2x A /L...(1)
As shown in the above equation (1), the photocurrent I 0 Total current (I 1 + I 2 ) Is constant so that I 2 -I 1 Is detected, x A Can be calculated.
[0048]
As described above, by using the semiconductor position detecting element (PSD), the arithmetic processing can be simplified.
[0049]
FIG. 7 is a block diagram functionally showing the configuration of the driving device according to the present embodiment. The drive device according to the present embodiment includes an electromechanical transducer 21, a drive circuit 25, a voltage control unit 26, a control circuit 27, a position detection circuit 29, and a PSD package 44. The position detection circuit 29 includes a first position detection circuit 29A and a second position detection circuit 29B, and the PSD package 44 includes a first PSD 55A and a second PSD 55B, and is configured as described above. The photocurrents IA1 and IA2 photoelectrically converted by the first PSD 55A are output to the first position detection circuit 29A, and the photocurrents IB1 and IB2 photoelectrically converted by the second PSD 55B are output to the second position detection circuit 29B. Is done.
[0050]
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the first position detection circuit 29A. First, the position of the center of gravity of light is detected by the first PSD 55A. The current IA1 (hereinafter referred to as I) from the electrode a of the first PSD 55A. 1 And ) Is output and the current IA2 (hereinafter I 2 And ) Is output. Current I output from electrode a 1 Is the current I output to the I / V conversion amplifier 302 and output from the electrode b. 2 Are output to the I / V conversion amplifier 303. The I / V conversion amplifier 302 outputs the current I output from the electrode a of the first PSD 55A. 1 Is converted to an easily detectable voltage value, and the current I 1 VI converted from 1 Is output to the subtraction circuit 304 and the addition circuit 305. The I / V conversion amplifier 303 outputs the current I output from the electrode b of the first PSD 55A. 2 Is converted to an easily detectable voltage value, and the current I 2 VI converted from 2 Is output to the subtraction circuit 304 and the addition circuit 305. The subtraction circuit 304 outputs the voltage VI 2 From the voltage VI 1 Is output to the gain amplifier 306. The addition circuit 305 outputs the voltage VI 1 And voltage VI 2 Is output to the light receiving current stabilizing circuit 307.
[0051]
The gain amplifier 306 outputs the voltage VDIF (= VI) output from the subtraction circuit 304. 2 -VI 1 ) Is amplified by a predetermined factor α so as to be optimal for the ADC range of the control circuit 27, and unnecessary high-frequency noise is removed (LPF). A voltage VDIF (= VI) amplified by a predetermined multiple α 2 -VI 1 ) Is output to the control circuit 27 as a PnA signal and is also output to the comparison circuit 308. The light-receiving current stabilizing circuit 307 determines the sum current value (I 1 + I 2 ) Is controlled to a constant value. In the present embodiment, control is performed so that the control voltage value IRVREF is 0.9 V higher than the reference voltage value ICVREF. Voltage VAND (= VI 1 + VI 2 ) Becomes a voltage value higher than the control voltage IRVREF (= ICVREF + 0.9), the output of the comparator becomes L level, and the control transistor is turned off. On the other hand, when the voltage VAND becomes a voltage value lower than the control voltage IRVREF, the output of the comparator becomes H level (substantially a voltage value), and the control transistor is turned on to flow a current to the first IRED. By feeding back this processing at a high speed, the output of the voltage VAND becomes equal to the control voltage IRVREF and is stabilized.
[0052]
The comparison circuit 308 compares the amount of current flowing through the first IRED 42 with a predetermined value VREFCA and outputs it as a signal VCOUNTA input to the two-phase counter 404 of the control circuit 27. Note that the predetermined value VREFCA is a voltage value of a level at which the slit light is near the center of the PSD, and a signal α (VI) that analogously detects a position from a difference between the PSDs. 2 -VI 1 ). The signal VCOUNTA becomes an H level signal when it is higher than a predetermined value VREFCA, and becomes an L level signal when it is lower than the predetermined value VREFCA.
[0053]
The comparison circuit 309 compares the amount of current flowing through the first IRED 42 with a predetermined value VREFT, and outputs the signal as a signal VTRUEA input to the control circuit 27. Note that the predetermined value VREFT represents a level at which light from the first IRED 42 through the slit is substantially 100%. When the signal VTRUEA is at the H level, the slit light is almost completely applied to the first PSD 55A. Therefore, even if position detection is performed using the value of this phase as an analog value, the performance is guaranteed.
[0054]
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the second position detection circuit 29B. The second PSD 55B, the I / V conversion amplifier 402, the I / V conversion amplifier 403, the subtraction circuit 404, the addition circuit 405, the gain amplifier 406, the light reception current stabilization circuit 407, the comparison circuit 408, and the comparison circuit 409 shown in FIG. 8, a first PSD 55A, an I / V conversion amplifier 302, an I / V conversion amplifier 303, a subtraction circuit 304, an addition circuit 305, a gain amplifier 306, a light receiving current stabilizing circuit 307, a comparison circuit 308, and a comparison circuit, respectively. 309 has the same function as 309, and only different functions will be described here.
[0055]
The comparison circuit 408 compares the amount of current flowing through the second IRED 43 with a predetermined value VREFCB and outputs the signal to the AND circuit 410 as a signal VCOUNTB ′ input to the two-phase counter 404 of the control circuit 27. The predetermined value VREFCB is a voltage value of a level at which the light from the second IRED 43 through the slit comes to a position of about 25% with respect to the PSD light receiving width. The signal VCOUNTB ′ becomes an H level signal when the signal is higher than a predetermined value VREFCB, and becomes an L level signal when the signal VCOUNTB ′ is lower than the predetermined value VREFCB.
[0056]
The comparison circuit 409 compares the amount of current flowing through the second IRED 43 with a predetermined value VREFT and outputs the signal as a signal VTRUEB input to the control circuit 27. Further, signal VTRUEB is output to control circuit 27 and to AND circuit 410. Note that the predetermined value VREFT indicates a level at which approximately 100% of the light from the second IRED 43 passes through the slit. When the signal VTRUEB is at the H level, the slit light has almost completely hit the second PSD 55B, so that performance is guaranteed even if position detection is performed using the value of this phase as an analog value.
[0057]
The AND circuit 410 obtains the logical product of the VCOUNTB 'signal output from the comparison circuit 408 and the VTRUEB signal output from the comparison circuit 409, and outputs the result to the two-phase counter 404 as the VCOUNTB signal.
[0058]
FIG. 10 is a waveform diagram illustrating an example of signals output from the first position detection circuit 29A and the second position detection circuit 29B. In FIG. 10A, for convenience of description, the slit plate 51 is fixed, and the first PSD 55A and the second PSD 55B are shown to be relatively moved in the right direction. Moving to the left. FIG. 10B shows the waveform of the PnA signal output from the first position detection circuit 29A, and FIG. 10C shows the waveform of the PnB signal output from the second position detection circuit 29B. FIG. 10D shows the waveform of the VIREDA signal output from the first position detection circuit 29A, and FIG. 10E shows the waveform of the VIREDB signal output from the second position detection circuit 29B. FIG. 10F shows a waveform of a VTRUE signal output from the first position detection circuit 29A, and FIG. 10G shows a waveform of a VTRUEB signal output from the second position detection circuit 29B. FIG. 10H shows the waveform of the VCOUNTA signal output from the first position detection circuit 29A, and FIG. 10I shows the VCOUNTB 'signal output from the comparison circuit 408 of the second position detection circuit 29B. 10 (J) shows the waveform of the VCOUNTB signal output from the second position detection circuit 29B.
[0059]
The waveform of the PnA signal output from the first position detection circuit 29A shown in FIG. 10B has a linearly increasing value in a portion (D1-E1) where the light beam completely passes through the slit 52. In the portion where the light beam is cut by the slit 52 (A1-B1, C1'-D1), the inclination is gentle. In a portion (B1′-C1) where the light beam through the slit 52 does not completely hit, there is no change in the output of the PnA signal, and it is almost the center value.
[0060]
The portion (A1-B1, C1'-D1) having a gentle inclination in FIG. 10B and the portion (B1'-C1) where the light beam through the slit 52 does not completely hit are the second portions shown in FIG. 10C. The PnB signal output from the position detection circuit 29B is a portion (A2-D2) where the value increases linearly. The portion where the value increases linearly is a portion where the light flux through the slit 52 completely hits, and is a portion where the light receiving position on the light receiving surface of the PSD can be detected in an analog manner. That is, if the first PSD 55A cannot detect the light receiving position in an analog manner, the second PSD 55B can detect the light receiving position in an analog manner.
[0061]
As shown in FIG. 10D, when the light flux is not blocked by the slit 52, the current value flowing through the first IRED 42 is small and substantially constant, so that the voltage value VIREDA is small. That is, in the portions (A3-B3, C3-D3) where the light beam is cut by the slit 52, the voltage value VIREDA is high. In a portion (B3-C3) where the light beam through the slit 52 does not completely hit, the voltage value VIREDA is the highest. In a portion (D3-E3) where the light beam completely passes through the slit 52, the voltage value VIREDA is the lowest and is constant.
[0062]
Similarly to the voltage value VIREDA, as shown in FIG. 10E, when the light flux is not blocked by the slit 52, the current flowing through the second IRED 43 is small and almost constant, as shown in FIG. The value is getting smaller.
[0063]
In the VTRUEA signal shown in FIG. 10 (F), almost sufficient light flux irradiates the PSD in the state of H level, so that high-resolution position detection can be performed using the analog value of PnA during this period. The VTRUE signal goes high when the voltage value VIREDA is near the lowest voltage value.
[0064]
In the VTRUE signal shown in FIG. 10 (G), similar to the VTRUE signal, almost sufficient light flux is applied to the PSD in the state of the H level. Therefore, high-resolution position detection is performed using the analog value of PnB during this period. Is possible. The VTRUEB signal goes high when the voltage value VIREDB is a voltage near the lowest voltage value.
[0065]
The VCOUNTA signal shown in FIG. 10 (H) compares PnA with a predetermined voltage value VREFCA, and when PnA is larger than the predetermined voltage value VREFCA, the signal becomes H level, and PnA is smaller than the predetermined voltage value VREFCA. In this case, it becomes L level.
[0066]
The VCOUNTB 'signal shown in FIG. 10 (I) compares the PnB with a predetermined voltage value VREFCB, and when the PnB is higher than the predetermined voltage value VREFCB, it goes to the H level, and the PnB becomes higher than the predetermined voltage value VREFCB. When it is smaller, it becomes L level.
[0067]
The VCOUNTB signal shown in FIG. 10 (J) is a signal obtained by calculating the logical product of the VTRUEB signal and the VCOUNTB ′ signal, and is a signal having a 90 ° phase difference from the VCOUNTA signal.
[0068]
Returning to FIG. 7, the control circuit 27 will be described. The control circuit 27 includes a target position reception unit 501, a drive control unit 502, a position detection unit 503, a two-phase counter 504, a first ADC 505, a second ADC 506, and a first lookup table (hereinafter, referred to as a “first LUT”). ), A second look-up table (hereinafter abbreviated as “second LUT”) 508, a first I / O 509, and a second I / O 510.
[0069]
The target position receiving unit 501 receives a target position of the moving member 24 input as an external signal from the outside, and sends it to the drive control unit 502. The drive control unit 502 drives the electromechanical conversion element 21 to reach the target position based on the target position received by the target position receiving unit 501 and the current position of the moving member 24 sent from the position detection unit 503. I do. In order to drive the electromechanical conversion element 21, the drive control unit 502 sends a signal for controlling the voltage applied to the drive circuit 25 to the voltage control unit 26, and outputs a first PWM (hereinafter referred to as PWM1) signal and a first PWM signal. 2 is transmitted to the drive circuit 25. The PWM2 signal has the opposite phase and the phase is shifted from the PWM1 signal, and the voltage applied from the H-bridge circuit is controlled by the opposite-phase signal. By shifting the phase of the PWM2 signal and the phase of the PWM1 signal, it is possible to prevent the through current of the MOS transistor of the drive circuit 25 and to suppress the power consumed by the piezoelectric element.
[0070]
The two-phase counter 504 calculates an absolute value corresponding to the pulse resolution by counting two-phase signals having different phases. The two-phase signals having different phases represent the VCOUNTA signal output from the first position detection circuit 29A and the VCOUNTB signal output from the second position detection circuit 29B, and count the VCOUNTA signal and the VCOUNTB signal.
[0071]
FIG. 11 is a diagram for explaining the principle of the two-phase counter. FIG. 11A shows the waveforms of the A phase and the B phase having different phases and the count value, and FIG. 11B shows the up / down count condition of the count value. The two-phase counter counts at both the rising (L → H) and falling (H → L) edges of the A and B phases. That is, as shown in FIG. 11B, when the A phase is L → H and the B phase is L, when the A phase is H and the B phase is L → H, the A phase is H → L and the B phase is In the case of H, and when the A phase is L and the B phase is H → L, the count is up. When the A phase is H and the B phase is H → L, when the A phase is H → L and the B phase is L , When the A phase is L and the B phase is L → H, and when the A phase is L → H and the B phase is H, the down count is performed.
[0072]
When the base sensor 30 or the tip sensor 31 detects that the movable member 24 exceeds the movable range, the drive control unit 502 resets the position of the movable member 24 to a predetermined initial position, and sets a two-phase counter. 504 resets the counter to 0 and calculates the absolute value of the moving unit 41 from the reset predetermined initial position.
[0073]
As described above, the position of the moving unit 41 can be reset to the predetermined initial position by the drive control unit 502, and the absolute position of the moving unit 41 integrated with the moving member 24 from the reset predetermined initial position is calculated. be able to.
[0074]
Returning to FIG. 7, the first ADC 505 AD-converts the PnA signal output from the first position detection circuit 29A and outputs the result to the first LUT 507. The second ADC 506 performs AD conversion on the PnB signal output from the second position detection circuit 29B, and outputs the signal to the second LUT 508.
[0075]
The first LUT 507 is a look-up table that converts an analog signal output from the first position detection circuit 29A into a position signal, and indicates a relationship between the position of the slit and the position of the moving member 24. The first LUT 507 detects a fine position of the moving member 24 from the PnA signal output from the first position detection circuit 29A.
[0076]
The second LUT 508 is a look-up table that converts an analog signal output from the second position detection circuit 29B into a position signal, and indicates a relationship between the position of the slit and the position of the moving member 24. The second LUT 508 detects a fine position of the moving member 24 from the PnB signal output from the second position detection circuit 29B.
[0077]
Note that the first LUT 507 and the second LUT 508 are stored in a ROM included in the control circuit 27.
[0078]
The first I / O 509 receives the digital value of the VTRUEA signal output from the first position detection circuit 29A and outputs the digital value to the position detection unit 503. The second I / O 510 receives the digital value of the VTRUEB signal output from the second position detection circuit 29B and outputs the digital value to the position detection unit 503.
[0079]
Next, the operation of the position detecting device according to the present embodiment will be described.
[0080]
When the moving member 24 moves, the moving unit 41 fixed to the moving member 24 moves, and light emitted from the first IRED 42 and the second IRED 43 passes through the slit 52 to the first PSD 55A and the second PSD 55A. Are received on the light receiving surfaces of the PSD 55B. The light received by the first PSD 55A and the second PSD 55B is converted into a photocurrent and output to the first position detection circuit 29A and the second position detection circuit 29B, respectively. The VCOUNTA signal and the VCOUNTB signal generated by the first position detection circuit 29A and the second position detection circuit 29B are output to the two-phase counter 504 of the control circuit 27. The two-phase counter 504 of the control circuit 27 detects a rough position of the moving member 24 with the first accuracy from the VCOUNTA signal and the VCOUNTB signal. That is, the position of the slit through which the light emitted from the first IRED 42 and the second IRED 43 is transmitted is detected by counting by the two-phase counter 504.
[0081]
Then, the PnA signal generated in the first position detection circuit 29A is output to the first LUT 507, and the PnB signal generated in the second position detection circuit 29B is output to the second LUT 508. The VTRUE signal and the VTRUEB signal generated by the first position detection circuit 29A and the second position detection circuit 29B are output to the control circuit 27, and the position detection unit 503 of the control circuit 27 outputs the PnA signal from the VTRUE signal and the VTRUEB signal. And the PnB signal are used to determine the position. Here, when the VTRUE signal is at the H level, the light beam is substantially completely received on the light receiving surface of the first PSD 55A, so that the PnA signal is used. When the VTRUE signal is at the H level, the light receiving surface of the second PSD 55B is Since the light beam is almost completely received, the PnB signal is used. When the PnA signal is used, the light receiving position on the light receiving surface of the first PSD 55A is detected with a second accuracy higher than the first accuracy with reference to the first LUT 507. When the PnB signal is used, the light receiving position on the light receiving surface of the second PSD 55B is detected with a second accuracy higher than the first accuracy with reference to the second LUT 508. That is, by detecting the light receiving positions on the light receiving surfaces of the first PSD 55A and the second PSD 55B, the light emitting position at which the light emitted from the first IRED 42 and the second IRED 43 is projected onto the moving unit 41 is determined. Is detected.
[0082]
As described above, the position of the slit 52 is relatively moved by the movement of the moving unit 41 together with the moving member 24, and the first PSD 55A and the second PSD 55B receive light transmitted through the slit 52 and receive light. Since the photocurrent corresponding to the light receiving position is output, it is possible to cope with a long stroke movement from one end to the other end of the moving section 41. Further, based on the photocurrent output from the first PSD 55A and the second PSD 55B, the light projection position at which the light is projected onto the moving unit 41 is detected with the first accuracy, and then detected with the first accuracy. Since the light projection position is further detected with the second accuracy higher than the first accuracy within the range of the light projection position, high-resolution position detection becomes possible.
[0083]
In addition, by using the position detection device according to the present invention for an optical device, it can be used for an optical device such as a camera. In particular, when used for driving a lens of a camera, accurate position control of the lens can be realized. And the camera can be downsized.
[0084]
Further, in the present embodiment, when the base sensor 30 or the distal sensor 31 detects that the movable member 24 exceeds the movable range, the position of the movable member 24 is reset to a predetermined initial position. The invention is not particularly limited to this, and the position of the moving member 24 may be reset to a predetermined initial position by detecting that the power of the main body has been turned off. Further, the position of the moving member 24 may be reset to a predetermined initial position by detecting that the power of the main body is turned on.
[0085]
Here, the main inventions are summarized below.
[0086]
(Appendix 1)
A moving unit in which a plurality of slits are provided at predetermined intervals,
A light projecting unit for irradiating the moving unit with light,
A first light receiving unit that receives the light transmitted through the slit and outputs a photocurrent according to a light receiving position on a light receiving surface;
A second light receiving unit that is provided at a position shifted in the moving direction of the moving unit with respect to the first light receiving unit, receives the light transmitted through the slit, and outputs a photocurrent corresponding to a light receiving position on a light receiving surface; ,
Based on a photocurrent output from the first light receiving unit and the second light receiving unit, a light emitting position at which the light is projected onto the moving unit is detected with a first accuracy, and then detected with the first accuracy. A position detection processing unit that further detects the light projection position with a second accuracy higher than the first accuracy within the range of the light projection position.
[0087]
(Appendix 2)
The position detection processing unit, based on the photocurrent output from the first light receiving unit and the second light receiving unit, by detecting the slit through which the light has been transmitted, by detecting the light receiving position on the light receiving surface, The position detecting device according to claim 1, wherein a light projecting position at which the light is projected onto the moving unit is detected.
[0088]
(Appendix 3)
The position detecting device according to claim 1, wherein the predetermined interval is an interval at which at least one of the first light receiving unit and the second light receiving unit can receive the light.
[0089]
(Appendix 4)
A reset unit configured to reset a position of the moving unit to a predetermined initial position,
The position detection device according to claim 1, wherein the position detection processing unit calculates the light projection position based on an absolute position from the predetermined initial position.
[0090]
(Appendix 5)
The position detecting device according to claim 1, wherein the first light receiving unit and the second light receiving unit are semiconductor position detecting elements.
[0091]
(Appendix 6)
An actuator for driving the moving member in one dimension,
A drive device comprising: the position detection device according to supplementary note 1 for detecting a position of the moving member.
[0092]
(Appendix 7)
An actuator for driving the moving member in one dimension,
A position detecting device according to Supplementary Note 1, which detects a position of the moving member;
An optical device comprising: a lens disposed on the moving member.
[0093]
【The invention's effect】
As described above, according to the position detection device of the present invention, the position of the slit relatively moves by moving the moving unit, and the light transmitted through the slit is transmitted by the first light receiving unit and the second light receiving unit. Since light is received and a photocurrent corresponding to the light receiving position on the light receiving surface is output, it is possible to cope with a long stroke movement from one end to the other end of the moving unit. Furthermore, based on the photocurrent output from the first light receiving unit and the second light receiving unit, the position detection processing unit detects, with a first accuracy, a light projecting position at which light is projected onto the moving unit, and Since the light projecting position is further detected with the second accuracy higher than the first accuracy within the range of the light projecting position detected with the first accuracy, high-resolution position detection becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a driving device according to the present embodiment.
FIG. 2 is a perspective view illustrating a configuration of an impact-type piezoelectric actuator used in a driving device.
FIG. 3 is a diagram for explaining a driving principle of a driving device.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an impact type piezoelectric actuator and a member sensor.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a member sensor.
FIG. 6 is a schematic diagram showing the structure of a PSD.
FIG. 7 is a block diagram functionally showing a configuration of a driving device according to the present embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a first position detection circuit 29A.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a second position detection circuit 29B.
FIG. 10 is a waveform diagram illustrating an example of signals output from a first position detection circuit and a second position detection circuit.
FIG. 11 is a diagram for explaining the principle of a two-phase counter.
[Explanation of symbols]
10 Drive
11 Impact type piezoelectric actuator
21 Electromechanical transducer
24 Moving members
25 Drive circuit
26 Voltage controller
27 Control circuit
28 Member sensor
29A first position detection circuit
29B second position detection circuit
30 Base sensor
31 Advanced Sensor
41 Moving part
42 First IRED
43 Second IRED
44 PSD package
55A First PSD
55B Second PSD
501 Target position receiving unit
502 Drive control unit
503 Position detector
504 two-phase counter

Claims (5)

複数のスリットが所定の間隔をおいて設けられた移動部と、
前記移動部に光を照射する投光部と、
スリットを透過した前記光を受光して受光面の受光位置に応じた光電流を出力する第１受光部と、
前記第１受光部に対して前記移動部の移動方向にずれた位置に設けられ、スリットを透過した前記光を受光して受光面の受光位置に応じた光電流を出力する第２受光部と、
前記第１受光部及び前記第２受光部から出力された光電流に基づいて、前記光が前記移動部上に投光する投光位置を第１精度で検出した後に、当該第１精度で検出した投光位置の範囲内で前記第１精度よりも高い第２精度でさらに前記投光位置を検出する位置検出処理部とを備えることを特徴とする位置検出装置。A moving unit in which a plurality of slits are provided at predetermined intervals,
A light projecting unit for irradiating the moving unit with light,
A first light receiving unit that receives the light transmitted through the slit and outputs a photocurrent according to a light receiving position on a light receiving surface;
A second light receiving unit that is provided at a position shifted in the moving direction of the moving unit with respect to the first light receiving unit, receives the light transmitted through the slit, and outputs a photocurrent corresponding to a light receiving position on a light receiving surface; ,
Based on a photocurrent output from the first light receiving unit and the second light receiving unit, a light emitting position at which the light is projected onto the moving unit is detected with a first accuracy, and then detected with the first accuracy. A position detection processing unit that further detects the light projection position with a second accuracy higher than the first accuracy within the range of the light projection position. 前記位置検出処理部は、前記第１受光部及び前記第２受光部から出力された光電流に基づいて、前記光が透過したスリットを検出した後に前記受光面における受光位置を検出することによって、前記光が前記移動部上に投光する投光位置を検出することを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。The position detection processing unit, based on the photocurrent output from the first light receiving unit and the second light receiving unit, by detecting the slit through which the light has passed, by detecting the light receiving position on the light receiving surface, The position detecting device according to claim 1, wherein a light projecting position at which the light is projected onto the moving unit is detected. 前記所定の間隔は、前記第１受光部及び前記第２受光部のうちの少なくとも一方が前記光を受光可能とする間隔であることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。The position detecting device according to claim 1, wherein the predetermined interval is an interval at which at least one of the first light receiving unit and the second light receiving unit can receive the light. １次元的に移動部材を駆動するアクチュエータと、
前記移動部材の位置を検出する請求項１に記載の位置検出装置とを備えることを特徴とする駆動装置。An actuator for driving the moving member in one dimension,
A drive device comprising: the position detection device according to claim 1, which detects a position of the moving member. １次元的に移動部材を駆動するアクチュエータと、
前記移動部材の位置を検出する請求項１に記載の位置検出装置と、
前記移動部材に配設されるレンズとを備えることを特徴とする光学機器。An actuator for driving the moving member in one dimension,
The position detection device according to claim 1, which detects a position of the moving member,
An optical device comprising: a lens disposed on the moving member.
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