JP2005257330A - 位置検出装置、カメラおよび交換レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】処理回路の回路規模を大きくすることなく、高分解能の位置検出を行うことができる位置検出装置、それを備えたカメラおよび交換レンズを提供する。
【解決手段】互いに略９０度位相が異なる２相のアナログ信号を出力する出力部と、一方のアナログ信号の信号値からディジタル信号を出力する第１の比較部と、他方のアナログ信号の信号値からディジタル信号を出力する第２の比較部と、２相のアナログ信号の信号値の差を求める減算部と、減算部により求められた信号値の差からディジタル信号を出力する第３の比較部と、２相のアナログ信号の信号値の和を求める加算部と、加算部により求められた信号値の和から、ディジタル信号を出力する第４の比較部と、第１の比較部と第２の比較部と第３の比較部と第４の比較部とにより出力された各ディジタル信号の状態に基づいて、位置検出対象の位置検出を行う検出部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気抵抗素子を用いて位置検出を行う位置検出装置、その位置検出装置を備えたカメラおよび交換レンズに関する。

従来より、磁気抵抗素子を用いて位置検出を行う位置検出装置が知られている。磁気抵抗素子を用いた位置検出装置は、検出対象に設けられた着磁パターンと磁気抵抗素子との位置関係に応じて出力されるアナログ信号を、処理回路において矩形波処理して位置検出を行う。
このような磁気抵抗素子を用いた位置検出装置は、光学式エンコーダを用いた位置検出装置に比べて安価に構成できることから需要が大きい。しかし、光学式エンコーダを用いた位置検出装置に比べて、分解能の点で劣るため、高分解能化が望まれている。

そこで、高分解能化を実現するために、着磁パターンを細かくする方法や、磁気抵抗素子の数を増やし、処理回路を工夫する方法が考えられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１０５１３４号公報

しかし、前述したように着磁パターンを細かくする場合、着磁パターンからの磁界強度が小さくなるため、検出素子の感度を考えると、細かさには物性的な限界がある。さらに、この限界を超えると、検出自体が事実上不可能になってしまう。また、磁気抵抗素子の数を増やす場合、磁気抵抗素子の数に比例して処理回路の回路規模が増大してしまう。
本発明は、処理回路の回路規模を大きくすることなく、高分解能の位置検出を行うことができる位置検出装置、その位置検出装置を備えたカメラおよび交換レンズを提供することを目的とする。

請求項１に記載の位置検出装置は、位置検出対象の位置に応じて、互いに略９０度位相が異なる２相のアナログ信号を出力する出力部と、前記出力部から出力された前記２相のアナログ信号のうち、一方のアナログ信号の信号値と、所定の基準値とを比較し、比較結果に応じたディジタル信号を出力する第１の比較部と、前記出力部から出力された前記２相のアナログ信号のうち、他方のアナログ信号の信号値と、前記基準値とを比較し、比較結果に応じたディジタル信号を出力する第２の比較部と、前記出力部から出力された前記２相のアナログ信号の信号値の差を求める減算部と、前記減算部により求められた前記信号値の差と、前記基準値とを比較し、比較結果に応じたディジタル信号を出力する第３の比較部と、前記出力部から出力された前記２相のアナログ信号の信号値の和を求める加算部と、前記加算部により求められた前記信号値の和と、前記基準値とを比較し、比較結果に応じたディジタル信号を出力する第４の比較部と、前記第１の比較部と前記第２の比較部と前記第３の比較部と前記第４の比較部とにより出力された各ディジタル信号の状態に基づいて、前記位置検出対象の位置検出を行う検出部とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載のカメラは、可動レンズと、請求項１に記載の位置検出装置とを備え、前記位置検出装置は、前記可動レンズの位置検出を行うことを特徴とする。
請求項３に記載の交換レンズは、可動レンズと、請求項１に記載の位置検出装置とを備え、前記位置検出装置は、前記可動レンズの位置検出を行うことを特徴とする。

本発明によれば、処理回路の回路規模を大きくすることなく、高分解能の位置検出を行うことができる位置検出装置、その位置検出装置を備えたカメラおよび交換レンズを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
位置検出装置１は、図１に示すように、磁気シート２、磁気抵抗素子３、増幅部４、増幅部５、比較部６、比較部７、減算部８、比較部９、加算部１０、比較部１１、矩形波処理部１２、位置検出部１３、基準電圧発生部１４を備える。
磁気抵抗素子３の出力は、増幅部４および増幅部５に接続される。そして、増幅部４の出力は、比較部６、減算部８、加算部１０、それぞれに接続され、増幅部５の出力は、比較部７、減算部８、加算部１０、それぞれに接続される。また、減算部８の出力は比較部９に接続され、加算部１０の出力は比較部１１に接続される。また、比較部６、比較部７、比較部９、比較部１１の出力は矩形波処理部１２に接続される。また、矩形波処理部１２の出力は、位置検出部１３に接続される。さらに、基準電圧発生部１４の出力（Vref）は、増幅部４、増幅部５、比較部６、比較部７、比較部９、比較部１１、それぞれに接続される。

磁気シート２は、位置検出対象の可動部に固定される長方形のシートである。そして、磁気シート２の表面は、可動部の移動方向に沿って、所定のピッチで着磁されている。この着磁のパターンを「着磁パターン」と称する。
また、磁気抵抗素子３は、磁気シート２に面して設けられ、ブリッジ構成からなるＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｇｉｓｔａｎｃｅ）素子である。位置検出対象の可動部が移動すると、磁気シート２に着磁された着磁パターンと磁気抵抗素子３との位置関係が変化して、磁気抵抗素子３の抵抗値が変化する。そして、磁気抵抗素子３は、この変化に応じて２相のアナログ信号を出力する。なお、磁気シート２の着磁パターンおよび磁気抵抗素子３は、位置検出対象の可動部が一定の速度で移動した場合に、位置検出対象の位置に応じて、互いに略９０度位相が異なる２相のアナログ信号を出力するように設計されている。

増幅部４および増幅部５は、磁気抵抗素子３により出力された２相のアナログ信号のそれぞれを、基準電圧発生部１４から出力された基準電圧を基準として増幅する。磁気抵抗素子３の出力信号は一般的に小さいので、このような増幅により、後段の処理に使用しやすくすることができる。
比較部６、比較部７、比較部９、比較部１１は、入力されたアナログ信号と、後述する基準電圧発生部１４から出力された基準電圧の信号値とを比較し、基準電圧の信号値よりもアナログ信号の信号値の方が大きい場合のみハイレベルとなるディジタル信号を出力する回路である。

減算部８は、入力された２相のアナログ信号の信号値の差を求める差動回路である。また、加算部１０は、入力された２相のアナログ信号の信号値の和を求める加算回路である。
矩形波処理部１２は、入力されたディジタル信号の状態に基づいて、パルス信号を出力する回路である（詳細は後述する）。また、位置検出部１３は、矩形波処理部１２から出力されたパルス信号に基づいて、位置検出対象の位置検出を行う。

基準電圧発生部１４は、前述した比較部６、比較部７、比較部９、比較部１１における比較に用いられる基準電圧を発生する。基準電圧は、磁気抵抗素子３の電源電圧（Vcc）の略１／２である。
なお、磁気シート２および磁気抵抗素子３は、請求項の「出力部」に対応する。また、比較部６、比較部７、比較部９、比較部１１は、それぞれ、請求項の「第１の比較部」、「第２の比較部」、「第３の比較部」、「第４の比較部」に対応する。また、減算部８は、請求項の「減算部」に対応し、加算部１０は、請求項の「加算部」に対応する。また、矩形波処理部１２および位置検出部１３は、請求項の「検出部」に対応する。

以下、位置検出装置１による具体的な位置検出の方法について詳細に説明する。
検出対象の可動部が移動すると、磁気抵抗素子３は、前述したように、位置検出対象の位置に応じて、互いに略９０度位相が異なる２相のアナログ信号を出力する。この２相のアナログ信号を、以下では、それぞれ「Ａ相のアナログ信号」および「Ｂ相のアナログ信号」と称する。なお、Ａ相のアナログ信号およびＢ相のアナログ信号は、請求項の「２相のアナログ信号のうち、一方のアナログ信号」および「２相のアナログ信号のうち、他方のアナログ信号」に対応する。

図２のＹ１にＡ相のアナログ信号の波形を示し、Ｙ２にＢ相のアナログ信号の波形を示す。なお、図２において、横軸は時間ｔを示し、縦軸は信号値を示す。図２に示すように、Ａ相のアナログ信号Ｙ１とＢ相のアナログ信号Ｙ２とは、周期ａが等しく、互いに略９０度位相が異なる正弦波の波形を示す。なお、周期ａは、前述した磁気シート２の着磁パターンにおける着磁ピッチに対応する。そして、磁気抵抗素子３は、Ａ相のアナログ信号Ｙ１を増幅部４に出力し、Ｂ相のアナログ信号Ｙ２を増幅部５に出力する。

増幅部４は、Ａ相のアナログ信号Ｙ１を決まった増幅率で増幅し、比較部６、減算部８、加算部９に出力する。また、増幅部５は、Ｂ相のアナログ信号Ｙ２を増幅部４と同様に増幅して、比較部７、減算部８、加算部９に出力する。
減算部８は、Ａ相のアナログ信号Ｙ１およびＢ相のアナログ信号Ｙ２の信号値の差を求める。この信号値の差を示す信号を「差分信号」と称し、図２のＹ３に波形を示す。差分信号Ｙ３は、図２に示すように、Ａ相のアナログ信号よりも略４５度位相が進んだ波形を示す。そして、減算部８は、差分信号Ｙ３を比較部９に出力する。

加算部９は、Ａ相のアナログ信号Ｙ１およびＢ相のアナログ信号Ｙ２の信号値の和を求める。この信号値の和を示す信号を「加算信号」と称し、図２のＹ４に波形を示す。加算信号Ｙ４は、図２に示すように、Ａ相のアナログ信号よりも略４５度位相が遅れた波形を示す。そして、加算部９は、加算信号Ｙ４を比較部１１に出力する。
ここまで説明したように、Ａ相のアナログ信号Ｙ１、Ｂ相のアナログ信号Ｙ２、差分信号Ｙ３、加算信号Ｙ４は、図２に示すように、互いに位相が略４５度位相が異なる正弦波の波形を示す。

比較部６は、増幅部４から出力されたＡ相のアナログ信号Ｙ１と基準電圧発生部１４から出力された基準電圧の信号値（Vref）とを比較し、基準電圧の信号値よりもＡ相のアナログ信号Ｙ１の信号値の方が大きい場合のみハイレベルとなるディジタル信号を、矩形波処理部１２に出力する。このディジタル信号を「第１ディジタル信号」と称し、図２のＹ５に波形を示す。

比較部７は、比較部６と同様に、増幅部５から出力されたＢ相のアナログ信号Ｙ２と基準電圧発生部１４から出力された基準電圧の信号値とを比較し、基準電圧の信号値よりもＢ相のアナログ信号Ｙ２の信号値の方が大きい場合のみハイレベルとなるディジタル信号を、矩形波処理部１２に出力する。このディジタル信号を「第２ディジタル信号」と称し、図２のＹ６に波形を示す。

比較部９は、減算部８から出力された差分信号Ｙ３と基準電圧発生部１４から出力された基準電圧の信号値とを比較し、基準電圧の信号値よりも差分信号Ｙ３の信号値の方が大きい場合のみハイレベルとなるディジタル信号を、矩形波処理部１２に出力する。このディジタル信号を「第３ディジタル信号」と称し、図２のＹ７に波形を示す。
比較部１１は、加算部１０から出力された加算信号Ｙ４と基準電圧発生部１４から出力された基準電圧の信号値とを比較し、基準電圧の信号値よりも加算信号Ｙ４の信号値の方が大きい場合のみハイレベルとなるディジタル信号を、矩形波処理部１２に出力する。このディジタル信号を「第４ディジタル信号」と称し、図２のＹ８に波形を示す。

なお、比較部６、比較部７、比較部９、比較部１１から出力された第１ディジタル信号Ｙ５、第２ディジタル信号Ｙ６、第３ディジタル信号Ｙ７、第４ディジタル信号Ｙ８は、それぞれ、請求項の第１の比較部、第２の比較部、第３の比較部、第４の比較部から出力される「比較結果に応じたディジタル信号」に対応する。
ここまで説明したように、第１ディジタル信号Ｙ５、第２ディジタル信号Ｙ６、第３ディジタル信号Ｙ７、第４ディジタル信号Ｙ８は、図２に示すように、互いに略４５度位相が異なる矩形波の波形を示す。

矩形波処理部１２は、まず、比較部６から出力された第１ディジタル信号Ｙ５と、比較部７から出力された第２ディジタル信号Ｙ６とに対して排他的論理和演算を行う。この排他的論理和演算により求められるディジタル信号を「第５ディジタル信号」と称し、図２のＹ９に波形を示す。
次に、矩形波処理部１２は、比較部９から出力された第３ディジタル信号Ｙ７と、比較部１１から出力された第４ディジタル信号Ｙ８とに対して排他的論理和演算を行う。この排他的論理和演算により求められるディジタル信号を「第６ディジタル信号」と称し、図２のＹ１０に波形を示す。

さらに、矩形波処理部１２は、第５ディジタル信号Ｙ９と第６ディジタル信号Ｙ１０とに対して排他的論理和演算を行う。この排他的論理和演算により求められるディジタル信号を「第７ディジタル信号」と称し、図２のＹ１１に波形を示す。
そして、矩形波処理部１２は、第７ディジタル信号Ｙ１１の立上がりエッジと立下がりエッジとを検出して、パルス信号を位置検出部１３に出力する。このパルス信号の波形を、図２のＹ１２に示す。パルス信号Ｙ１２は、比較部６、比較部７、比較部９、比較部１１により出力された各ディジタル信号の状態を示す。そして、このパルス信号Ｙ１２は、Ａ相のアナログ信号Ｙ１およびＢ相のアナログ信号Ｙ２の周期ａに対して８個のパルスを含む。

そして、位置検出部１３は、矩形波処理部１２から出力されたパルス信号Ｙ１２のパルス数をカウントすることにより、比較部６、比較部７、比較部９、比較部１１により出力された各ディジタル信号の状態に基づいて、位置検出対象の位置検出を行う。
なお、従来の位置検出装置（例えば、特開２０００−１０５１３４号公報に記載の位置検出装置）では、Ａ相のアナログ信号Ｙ１およびＢ相のアナログ信号Ｙ２の周期ａに対して４個のパルスしか発生することができない。一方、本実施形態の位置検出装置によれば、Ａ相のアナログ信号Ｙ１およびＢ相のアナログ信号Ｙ２の周期ａに対して８個のパルスを発生することができるので、分解能は２倍になる。

以上説明したように、本実施形態によれば、位置検出対象の位置に応じて、互いに略９０度位相が異なる２相のアナログ信号を出力し、この２相のアナログ信号の周期ａに対して８個のパルスを発生する。そして、このパルス数をカウントすることにより位置検出対象の位置検出を行う。
したがって、処理回路の回路規模を大きくすることなく、高分解能の位置検出を行うことができる。

また、一般に、磁気抵抗素子３により出力されるアナログ信号の振幅および中点電位は変動しやすいため、この変動に基づく誤差が発生しやすい。これに対し、本実施形態の位置検出装置で、増幅部４の基準値（Vref１）、増幅部５の基準値（Vref２）、また、比較部６、比較部７、比較部９、比較部１１、および減算部８、加算部１０の基準値（Vref３）を、それぞれ個別に設定することにより、この誤差が減少し、誤差を抑えることが期待できる。

なお、本実施形態の位置検出装置１は、位置検出対象が直線的に移動する場合にも、回転移動する場合にも適用可能である。
また、本実施形態では、磁気抵抗素子３として、ＭＲ素子を用いて説明を行ったが、出力が連続的に変動する素子であれば他の素子を用いても良い。例えば、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｇｉｓｔａｎｃｅ）素子を用いても良い。

また、本実施形態の位置検出装置１は、カメラにおける可動レンズの位置検出に適用すると良い。
例えば、図３に示すように、本実施形態の位置検出装置１を、ズームレンズや合焦レンズなどの可動レンズ２０を備えたカメラに適用すると良い。図３は、カメラのレンズの部分の断面図を示す。図３に示すように、可動レンズ２０のレンズ枠２１（位置検出対象の可動部に対応する）に磁気シート２を固定し、可動レンズ２０の鏡筒部２２に磁気抵抗素子３を固定する。また、増幅部４および増幅部５以降の各処理部の一部または全部は、鏡筒部２２に設けても良いし、不図示のカメラ本体に設けても良い。

以上説明したように、本実施形態の位置検出装置１をカメラに適用した場合、本実施形態の位置検出装置１は高分解能の位置検出を行うことができるので、可動レンズ２０の位置検出精度を向上させることができる。
また、前述したカメラと同様に、本実施形態の位置検出装置１を、可動レンズ２０を備えた交換レンズに適用するようにしても良い。この場合、増幅部４および増幅部５以降の各処理部を鏡筒部２２に設ける。あるいは、少なくとも磁気シート２および磁気抵抗素子３を交換レンズに設け、交換レンズを着脱可能なカメラ本体に、増幅部４および増幅部５以降の各処理部の一部または全部を備えるようにしても良い。

位置検出装置１の構成を示すブロック図である。 位置検出装置１の各部で発生する信号の波形図である。 位置検出装置１をカメラに適用する例を説明する図である。

符号の説明

１ 位置検出装置
２ 磁気シート
３ 磁気抵抗素子
４，５ 増幅部
６，７，９，１１ 比較部
８ 減算部
１０ 加算部
１２ 矩形波処理部
１３ 位置検出部
１４ 基準電圧発生部

Claims (3)

1. 位置検出対象の位置に応じて、互いに略９０度位相が異なる２相のアナログ信号を出力する出力部と、
   前記出力部から出力された前記２相のアナログ信号のうち、一方のアナログ信号の信号値と、所定の基準値とを比較し、比較結果に応じたディジタル信号を出力する第１の比較部と、
   前記出力部から出力された前記２相のアナログ信号のうち、他方のアナログ信号の信号値と、前記基準値とを比較し、比較結果に応じたディジタル信号を出力する第２の比較部と、
   前記出力部から出力された前記２相のアナログ信号の信号値の差を求める減算部と、
   前記減算部により求められた前記信号値の差と、前記基準値とを比較し、比較結果に応じたディジタル信号を出力する第３の比較部と、
   前記出力部から出力された前記２相のアナログ信号の信号値の和を求める加算部と、
   前記加算部により求められた前記信号値の和と、前記基準値とを比較し、比較結果に応じたディジタル信号を出力する第４の比較部と、
   前記第１の比較部と前記第２の比較部と前記第３の比較部と前記第４の比較部とにより出力された各ディジタル信号の状態に基づいて、前記位置検出対象の位置検出を行う検出部と
   を備えたことを特徴とする位置検出装置。
2. 可動レンズと、
   請求項１に記載の位置検出装置とを備え、
   前記位置検出装置は、前記可動レンズの位置検出を行う
   ことを特徴とするカメラ。
3. 可動レンズと、
   請求項１に記載の位置検出装置とを備え、
   前記位置検出装置は、前記可動レンズの位置検出を行う
   ことを特徴とする交換レンズ。
   

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