JP2006258586A - 位置検出装置および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 最小限の位置検出センサのみ用いて、かつ可動部材のリセット動作が不要でありながらも高分解能で高精度な位置検出を行えるようにした位置検出装置を提供する。
【解決手段】 位置検出装置は、可動部材５の所定方向への移動に応じて連続的に増加する信号又は連続的に減少する信号を出力する第１のセンサ２３と、該可動部材の所定方向への移動に応じてそれぞれ周期的かつ連続的に変化し、かつ互いに位相が異なる複数の信号を出力する第２のセンサ２４と、第１のセンサからの出力信号および第２のセンサからの出力信号に基づいて、該可動部材の位置を検出する検出手段１０とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、可動部材の位置を検出する装置に関し、例えば、レンズや光量調節装置等の光学調節部材を可動部材として備えた光学機器に好適な位置検出装置に関する。

光学機器の１つとして、変倍レンズと、該変倍レンズよりも像面側に配置され、変倍レンズの移動に伴う像面変動の補正機能（コンペセータ機能）およびフォーカス機能を有するフォーカスレンズとを有するいわゆるリアフォーカス（インナーフォーカス）ズームレンズを用いた交換レンズや、デジタルカメラ、ビデオカメラなどの撮像装置が知られている。

リアフォーカスズームレンズを用いた撮像装置では、カメラ側からのフォーカス信号によりフォーカスレンズがアクチュエータにより駆動されてオートフォーカシングが行なわれる。また、カメラ側のズームスイッチの操作により生成されるズーム駆動信号により、変倍レンズがアクチュエータにより駆動され、同時に変倍に伴う像面変動を補正するようにフォーカスレンズがアクチュエータにより駆動されてズーミングが行われるる。

さらに、撮影操作に幅を持たせるため、ズーミングにおける変倍レンズの駆動をマニュアル操作により行うことができる光学機器が提案されている。

そして、リアフォーカスズームタイプの光学系を用い、かつマニュアルズーム操作が可能である光学機器では、ズームレンズがカム環に形成されたカム部に係合し、該カム環とマニュアルズームリングとが機械的に連結されている。

ところで、オートフォーカシングやズーミングにおけるコンペンセータ機能をアクチュエータ駆動する場合、変倍レンズの位置を検出し、該検出結果に基づいてフォーカスレンズ駆動用のアクチュエータを制御する。従来、変倍レンズの絶対位置を検出するために、ポテンショメータやアブソリュートエンコーダあるいはリニアエンコーダが用いられることが多い。

また、絶対位置検出の高分解能化を目的として、ポテンショメータと、複数のスリットを有する遮光板およびフォトインタラプタから構成されているパルス検出器と、リニアエンコーダとを併用する提案がなされている。（特許文献１参照）。

この提案では、光学機器の起動時に、位置検出対象である可動部材をある方向に微小量駆動することによって、パルス検出器のフォトインタラプタからの出力信号（パルス信号）がＨｉｇｈとＬｏｗの間で切り換わるエッジを検出する。そして、このときのポテンショメータの出力とフォトインタラプタからのパルス信号のエッジ検出結果とに基づいて、可動部材の絶対位置検出を行う。そして、位置制御の高精度化を図るため、絶対位置検出を行った後には、リニアエンコーダからの信号に基づいて可動部材の位置制御を行う。
特開２００３−２１４８３５号公報（段落００２２〜００２６、図６等）

最近の光学機器、特に撮像装置では、映像のハイビジョン化に伴うイメージセンサのセルピッチの細分化により、フォーカスレンズの位置制御も高分解能化されている。そして、このように高分解能化されたフォーカスレンズの位置制御を高精度で行うために、変倍レンズの位置検出をより高い精度で行う必要がある。

しかしながら、ポテンショメータ（例えば、リニア型又はロータリー型可変抵抗器）は、可動部材の往路と復路とで出力誤差（反転ヒステリシス）が発生し易い。また、温度環境の変化や劣化による出力変化等が大きい。このため、ポテンショメータのみで常時かつ長期にわたって要求される位置検出精度を満足することは困難である。

また、高分解能位置検出センサとして、ＭＲ（磁気抵抗：Magneteresistive）センサがある。しかしながら、ＭＲセンサを用いる場合、ＭＲセンサのパルスカウントによる位置検出の基準位置に可動部材を移動させるリセット駆動が必要となる。したがって、マニュアル操作リングとレンズとが機械的に連結されている光学機器でのレンズ位置検出にＭＲセンサを用いると、該光学機器の起動時に、レンズのリセット駆動に連動してマニュアルリングも回転してしまい、光学機器の品位を損なうおそれがある。またこのとき、マニュアルリングが使用者の手で押えられていると、リセット駆動自体が適正に行われない。

上述した特許文献１にて提案の方法では、フォトインタラプタからのパルス信号のエッジを検出するために、光学機器の起動時に、小さな量であるが可動部材を駆動する必要がある。さらに、ポテンショメータとフォトインタラプタのみ使用する場合に比べて、より高い精度で位置検出を行うために、リニアエンコーダ等の第３のセンサが必要となってしまう。

そこで、本発明は、最小限の位置検出センサのみ用いて、かつ可動部材のリセット動作を不要としながらも高分解能で高精度な位置検出を行えるようにした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の１つとしている。

本発明の一側面としての位置検出装置は、可動部材の所定方向への移動に応じて連続的に増加する信号又は連続的に減少する信号を出力する第１のセンサと、該可動部材の所定方向への移動に応じてそれぞれ周期的かつ連続的に変化し、かつ互いに位相が異なる複数の信号を出力する第２のセンサと、第１のセンサからの出力信号および第２のセンサからの出力信号に基づいて、該可動部材の位置を検出する検出手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、第１のセンサからの出力信号と第２のセンサからの出力信号とに基づいて、可動部材のリセット動作（リセット駆動）を行うことなく、該可動部材の位置を高分解能かつ高精度で検出（特定）することができる。

そして、該特定された位置を基準として該可動部材又は他の可動部材の駆動制御を第２のセンサからの信号に基づいて行うことにより、制御対象である可動部材の高分解能で高精度な駆動制御を行うことができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例である光学機器、特にリアフォーカスズームレンズ光学系を備えたデジタルスチルカメラ又はビデオカメラ等の撮像装置の構成を示す。
本実施例でのリアフォーカスズームレンズ光学系は、変倍レンズ（バリエータレンズ）と、変倍レンズより像面側に配置され、変倍レンズの変倍動作（ズーム）に伴う像面変動の補正ないし維持（コンペンセータ作用）のために光軸方向に移動したり、フォーカス調整のために光軸方向に移動したりするフォーカスレンズを有する。該リアフォーカスズームレンズ光学系は、例えば、物体側から像面側に順に、固定の正の屈折力を有する第１レンズユニット、変倍のために移動する負の屈折力を有する第２レンズユニット、固定の正の屈折力を有する第３レンズユニット、コンペンセータ作用およびフォーカス調整のために移動する正の屈折力を有する第４レンズユニットとを有する４ユニットリアフォーカスズームタイプの光学系である。なお、図１では、第２レンズユニットであるバリエータレンズユニットと第４レンズユニットであるフォーカスレンズユニットのみを図示し、他のレンズユニットは省略している。

図１において、１は外部からマニュアル操作される操作部材であるズームリング、２はズームリング１の回転範囲を示す矢印である。ズームリング１は、焦点距離（ズーム位置）が最も長焦点距離となるテレ端と、最も短焦点距離となるワイド端との間でのみ回転されるように、メカニカルな端部であるストッパー３，４により回転範囲が制限されている。ズームリング１の回転範囲は、例えば９０°〜１２０°程度の範囲に設定される。また、ズームリング１には、印刷又は刻印などにより焦点距離目盛が設けられており、ズームリング１を回転自在に支持する鏡筒本体（図示せず）に設けられた指標との関係により焦点距離表示が行われる。

５は変倍のために光軸方向に移動するバリエータレンズユニット、６はズームリング１とバリエータレンズユニット５を機械的に連動させるための連結機構である。

７はバリエータレンズユニット５よりも像面側に設けられたフォーカスレンズユニットである。８はバリエータレンズユニット５の絶対位置を検出する絶対位置センサ（第１のセンサ）、９は高分解能な位置検出が可能である相対位置センサ（第２のセンサ）である。

１０は検出手段および制御手段としてのＣＰＵ、１１はＣＰＵ１０内に設けられ、ズームトラッキングデータ、すなわちバリエータレンズユニット５の位置に対する像面維持のためのフォーカスレンズユニット７の位置を表す軌跡データ（実際はテーブルデータ）を記憶したメモリである。

１２はバリエータレンズユニット５を駆動するズームモータであり、ステッピングモータやＤＣモータ、リニアアクチュエータとしてのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）等が用いられる。

１３はフォーカスレンズユニット７を駆動するフォーカスモータであり、ステッピングモータ、ＤＣモータを用いてもよいが、本実施例では、ボイスコイルモータが用いられている。

１４はフォーカスレンズユニット７の光軸方向の絶対位置を検出する絶対位置エンコーダーである。１５は撮像装置本体に設けられたズームキーであり、シーソースイッチ等の異なる２方向に操作可能なスイッチが用いられる。ズームキー１５は、操作方向および操作量に応じたズーム駆動信号を出力し、操作がなされていないときは中立位置に復帰する。

１６はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等からなる撮像素子であり、上記光学系により形成された光学像を光電変換し、その信号を不図示の信号処理および記録系に出力する。

次に、本実施例におけるバリエータレンズユニットの駆動機構および位置検出システム（位置検出装置）の構成について説明する。図２には、本実施例の撮像装置におけるズーム駆動機構を撮像素子側より見た図を示している。また、図３には、上記ズーム駆動機構の側面断面図を示している。

これらの図において、２１はレンズ鏡筒の本体を構成する固定筒であり、２２は該固定筒２１の撮像素子側端面１８ｃに固定された固定部材である。

バリエータレンズユニット５は、レンズ保持枠１７により保持されて固定筒２１の内側に収容されている。レンズ保持枠１７の外周部にはカムフォロア１９が設けられており、該カムフォロア１９は、レンズ保持枠１７と固定筒２１の周壁部との間に配置されたカム環１８に形成されたカム溝部（図示せず）に係合している。カム環１８は、径方向については固定筒２１の周壁部の内周面との接触により位置決めされ、光軸方向については固定筒２１と固定部材２２とによって挟まれることにより位置決めされている。

カム環１８が光軸周りで回動すると、カム溝部のリフトによってレンズ保持枠１７、つまりはバリエータレンズユニット５が光軸方向に駆動される。レンズ保持枠１７は、固定筒２１と固定部材２２とにより両端が保持された直進ガイド部材２０によって光軸方向にガイドされる。

２３は図１において絶対位置センサ８として示したポテンショメータである。該ポテンショメータ２３の抵抗体２３ｂは、カム環１８の外周面１８ｂよりも径方向外側に配置されている固定筒２１に、光軸方向に延びるようにビスによって固定されている。また、ポテンショメータ２３のスライダ２３ａは、図３に示すように、レンズ保持枠１７の外周面にカム環１８および固定筒２１を径方向に貫通するよう突出形成された突起部により保持され、抵抗体２３ｂに接触している。レンズ保持枠１７が光軸方向の移動に移動することにより、スライダ２３ａは抵抗体２３ｂに対して摺動しながらレンズ保持枠１７と一体的に移動する。ポテンショメータ２３は、スライダ２３ａの抵抗体２３ｂに対する接触位置に応じた電気信号を出力する。

スライダ２３ａを直接レンズ保持枠１７に取り付けることにより、バリエータレンズユニット５の移動がダイレクトにポテンショメータ２３に反映され、カム環１８のカム溝部とレンズ保持枠１７のカムフォロア１９との係合がた等の影響を受けることなくバリエータレンズユニット５の位置検出を行うことができる。

また、２４は図１において相対位置センサとして示したＭＲ（磁気抵抗）センサである。ＭＲセンサ２４の磁気検出部２４ａは、固定部材２２により固定されている。また、ＭＲセンサ２４の磁気スケール２４ｂは、磁気検出部２４ａと所定の間隔を空けて対向配置され、光軸方向にＮ極とＳ極とに交互に着磁された着磁面を有する。該磁気スケール２４ｂは、レンズ保持枠１７に接着によって固定されている。レンズ保持枠１７が光軸方向に移動すると、磁気スケール２４ｂも磁気検出部２４ａに対して光軸方向に移動する。磁気検出部２４ａに対向する磁気スケール２４ｂ上の磁極が変化することにより、磁気検出部２４ａから該磁極の変化と磁界の強度変化とに応じた電気信号が出力される。

磁気検出部２４ａは、光軸方向に離れた２つのセンサ面を有しており、これら２つのセンサ面が対向する磁気スケール２４ｂ上の位置が異なることにより、ＭＲセンサ２４は互いに位相が異なる２相の信号を出力する。

ここで、磁気スケール２４ｂは、図２に示すようにカム環１８の内周面１８ａよりも内側に配置され、磁気検出部２４ａは、図３に示すようにカム環１８の撮像素子側端面１８ｃよりも撮像素子の近い位置に配置されている。これにより、磁気スケール２４ｂをレンズ保持枠１７（バリエータレンズユニット５）と一体化することが可能であり、余計な連結部品を必要とすることない。このため、バリエータレンズユニット５の位置とＭＲセンサ２４の出力信号との誤差を少なくすることが可能となる。しかも、コストアップを抑えつつ、スペース効率と組立性を向上させることができる。

２６はカム環１８に一体的に取り付けられた円弧形状のギア部材であり、図１においてズームモータ１２として示したモータユニット２７の出力ギアに噛み合っている。これにより、モータユニット２７の回転駆動力がカム環１８に伝達され、これを光軸周りで回転させることができる。

さらに、カム環１８には、図１に示した連結機構６の出力部材が係合しており、回転操作されたズームリング１からの駆動力が連結機構６を介してカム環１８に伝達され、これを光軸周りで回転させる。したがって、ズームリング１の操作によってもバリエータレンズユニット５を光軸方向に駆動することができる。

次に、上記位置検出システムの動作について、図４を用いて説明する。図４において、２３ｃはポテンショメータ２３の実際の出力信号（実出力信号）を示し、２４−Ａ，２４−ＢはＭＲセンサ２４の実際の出力信号（実出力信号）とメモリ１１に記憶された信号を示す。

ポテンショメータ２３の実出力信号２３ｃは、バリエータレンズユニット５の可動範囲Ｌの全域において、バリエータレンズユニット５が所定方向（物体方向又は像面方向）に移動する際に連続的に増加又は減少する。つまり、ポテンショメータ２３の１つの出力信号値は、可動範囲Ｌにおけるバリエータレンズユニット５の１つの位置を表す。ここで、ポテンショメータ２３の実出力信号２３ｃは、理想的には直線的に増加又は減少することが望ましいが、実際には、その傾きにある程度の変動があり、非直線的ではあるが単調に増加又は減少する。

２３ｄは図１に示したメモリ１１に記憶されたポテンショメータ２３の出力信号であり、所定の温度や湿度等の環境条件下で実測された出力値を予めメモリ１１に記憶させたものである。これに対し、２３ｃで示したポテンショメータ２３の実出力信号は、上記環境条件の変化や撮像装置の長時間使用に伴う劣化、非リニアリティ、反転ヒステリシス等を原因としてメモリ１１に記憶された信号に対してずれが生じている。

一方、２４−Ａ，２４−Ｂは、ＭＲセンサ２４の２相（以下、Ａ相，Ｂ相という）の実出力信号およびメモリ１１に記憶された出力信号を示す。ＭＲセンサ２４の出力信号は、バリエータレンズユニット５の可動範囲Ｌにおいて、バリエータレンズユニット５が所定方向（物体方向又は像面方向）に移動する際に、周期的かつ連続的に変化する正弦波状の信号となる。そして、Ａ相，Ｂ相は互いに位相が異なるため、同一周期内での該２相の信号値の１つの組み合わせは、該周期に対応したゾーンでのバリエータレンズユニット５の１つの位置を表す。

ＭＲセンサ２４は、上記環境条件の変化の影響を受けにくく、また磁気検出部２４ａと磁気スケール２４ｂとが接触しないタイプのセンサであることから劣化がほとんどなく、反転ヒステリシスも少ないので、上記環境条件が変化しても実出力信号とメモリ１１に記憶された信号とは略一致する。したがって、図４でも、ＭＲセンサ２４の実出力信号とメモリ１１に記憶された出力信号とを共通の曲線で示している。

なお、ＭＲセンサ２４の出力信号の周期は、磁気スケール２４ｂの着磁ピッチを変えることによって任意に設定することが可能である。このようなＭＲセンサ２４の出力に基づいて、パルス制御（デジタル制御）や中間分割制御（アナログ制御）が可能であり、本実施例では、中間分割制御のための高精度な位置検出を行う。

次に、ズームリング１の操作に応じたマニュアル駆動又はズームキー１５の操作に応じたモータ駆動によって移動するバリエータレンズユニット５の位置を検出し、該検出結果に基づいてフォーカスレンズユニット７の像面変動補正のための駆動制御を行うＣＰＵ１０の動作について、図５のフローチャートを用いて説明する。

まず、前述したように、メモリ１１には、所定の環境条件下でのバリエータレンズユニット５の各位置に対するポテンショメータ２３の出力信号（以下、ポテンショメータメモリ信号という）とＭＲセンサ２４の２相の出力信号（以下、これらをまとめてＭＲメモリ信号という）の値がデータテーブル形式等で記憶されている。

ＣＰＵ１０は、ステップ（図では「Ｓ」と略す）１０１において、撮像装置が起動されると（すなわち、主電源が投入されると）、ステップ１０２において、その時点でのポテンショメータ２３からの実出力信号（以下、ポテンショメータ実信号という）の値とＭＲセンサ２４からの２相の実出力信号（以下、ＭＲ実信号という）の値とを読み込む。そして、ステップ１０３において、これらの実信号値の組み合わせとメモリ信号値の組み合わせとを比較する。

ここで、例えば、ポテンショメータ実信号の値が２３Ａであり、ＭＲ実信号のＡ相２４−Ａの値が２４ａ、Ｂ相２４−Ｂの値が２４ｂである場合、すなわちポテンショメータ実信号とＭＲ実信号との組み合わせが、ポテンショメータメモリ信号とＭＲメモリ信号との組み合わせに一致する場合は、そのままステップ１０４に進み、ＭＲ実信号に対応する位置Ｂ_２をバリエータレンズユニット５の絶対位置として特定（検出）する。絶対位置とは、可動範囲Ｌ内において所定の原点位置を基準とした位置である。

ところで、前述したように、ＭＲセンサ２４の出力信号２４−Ａ，２４−Ｂは可動範囲Ｌ内において周期的に変化する（図４には、３周期分を示している）ため、ステップ１０２において読み込んだＭＲ実信号の値（２相の信号値の組み合わせ）は、ＭＲセンサ２４からの出力信号のすべての周期で存在する。したがって、バリエータレンズユニット５がどの周期に相当するゾーン内に位置するかは、ＭＲセンサ２４の出力信号のみからでは判別できない。

このため、仮にポテンショメータ２３が環境条件の影響を受けず、劣化が生じず、かつ非リニアリティや反転ヒステリシスもほとんどない極めて高精度のものであれば、メモリ１１に記憶されたポテンショメータメモリ信号２３ｄの値のうちポテンショメータ実信号２３Ａに一致する値が存在する周期を探して、これに相当するゾーンを位置検出ゾーンとし、この位置検出ゾーン内でＭＲメモリ信号の値とＭＲ実信号の値が一致する位置をバリエータレンズユニット５の絶対位置として検出することは可能である（以下、これを本実施例でゾーン特定法という）。

しかし、現実的には、ポテンショメータ２３は、環境条件、劣化、非リニアリティおよび反転ヒステリシスの影響を大きく受ける場合が多い。そして、この場合、ポテンショメータ実信号２３ｃはポテンショメータメモリ信号２３ｄに対してずれる。したがって、図４において、例えばＭＲ実信号のＡ相２４−Ａの値が２４ａ、Ｂ相２４−Ｂの値が２４ｂであり、位置Ｂ_２に対応した信号値が出力されているにもかかわらず、該位置Ｂ_２に対応するポテンショメータメモリ信号２３Ａとは異なるポテンショメータ実信号値２３Ｂが出力される場合が発生する。このポテンショメータ実信号値２３Ｂに本来対応する位置Ａは、ポテンショメータメモリ信号値２３Ａに対応する位置Ｂ_２に対してａだけずれている。なお、位置Ａに本来対応するＭＲメモリ信号のＡ相２４−Ａの値は２４ｂ、Ｂ相２４−Ｂの値は２４ａであり、このＭＲメモリ信号値に対してもＭＲ実信号値（Ａ相＝２４ａ、Ｂ相＝２４ｂ）は異なっている。

このようなずれ（位置検出誤差）が生じていても、上記ゾーン特定法において、ポテンショメータ実信号に基づいて結果的に位置検出ゾーンとして上記ずれがない場合と同じゾーンが特定されるのであれば（例えば、図４中のＢ_２とＡ間のずれの場合）、問題はない。しかし、バリエータレンズユニット５がゾーンの境界付近に位置し、上記ずれがゾーンの境界をまたぐようして生じた場合（例えば、図４中のＣとＣ′間のずれの場合）、バリエータレンズユニット５の位置を含むゾーンとは異なるゾーンが位置検出ゾーンとして特定されてしまい、その結果、実際とは異なるバリエータレンズユニット５の位置（例えば、位置Ｂ_１）が検出されてしまうことになる。

このため、本実施例では、上述したような単なるゾーン特定法は用いず、まず、読み込んだ実信号値の組み合わせとメモリ信号値の組み合わせとを比較する（ステップ１０３）。そして、これらが一致しない場合、すなわちポテンショメータ実信号に位置ずれ成分が含まれている場合は、ステップ１０５に進み、読み込んだＭＲ実信号値（Ａ相＝２４ａ、Ｂ相＝２４ｂ）が出力される位置、つまりは読み込んだＭＲ実信号値と同じＭＲメモリ信号値に対応する位置（Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３…）のうち、読み込んだポテンショメータ実信号値２３Ｂに対応する位置（Ａ）に最も近い位置（Ｂ_２）をバリエータレンズユニット５の絶対位置として特定（検出）する。

図４において、位置Ａと位置Ｂ_１間の距離はｃ、位置Ａと位置Ｂ_２間の距離はａ、位置Ａと位置Ｂ_３間の距離はｄであり、ｄ＞ｃ＞ａの関係にあるので、位置Ｂ_２が検出される絶対位置となる。

これにより、ポテンショメータ実信号値に、実際のバリエータレンズユニット５の位置に対応するポテンショメータメモリ信号値に対する差が生じた場合でも、本位置検出システムは、実際の（正しい）バリエータレンズユニット５の位置を検出することができる。

但し、ポテンショメータ２３による位置検出誤差をａとするとき、ＭＲセンサ２４の信号周期λに対して以下の関係を満たす必要がある。

λ／２＞ａ ・・・（１）
これは、上述したように、ＭＲセンサ２４の出力信号の周期的波形により、１周期毎にＡ相とＢ相の信号値が同じになる位置が存在するため、位置検出誤差量がλ／２以上となってしまうと、ポテンショメータ実信号値に対応した位置に最も近い位置が、本来の位置（Ｂ_２）に対して１周期分ずれた位置（Ｂ_１）となってしまい、正しい位置（Ｂ_２）を検出できなくなってしまうためである。

ここで、ポテンショメータ２３による位置検出誤差とは、位置検出精度と言い換えることもでき、環境条件、劣化、非リニアリティおよび反転ヒステリシス等によって変動するポテンショメータ２３からの出力信号に基づいて検出されるバリエータレンズユニット５の位置が真の位置に対して持つ差の大きさを意味する。さらに、ポテンショメータ２３による位置検出誤差には、バリエータレンズユニット５の光軸方向の位置決めに関連する部品間のガタによって生ずる誤差を含んでもよい。

また、ＭＲセンサ２４による位置検出分解能ｂは、
ａ＞ｂ ・・・（２）
の関係を満たす必要がある。

これは、位置検出分解能ｂがポテンショメータ２３による位置検出誤差ａよりも大きい場合、該位置検出誤差よりも高い精度で絶対位置検出を行うことができないためである。

ここで、ＭＲセンサ２４による位置検出分解能ｂとは、ＭＲセンサ２４の出力信号を電気分周したときの１分割単位に相当する位置幅に相当し、分解能が細かいほど、すなわち該位置幅が小さいほど高精度な絶対位置検出が可能となる。ここでの位置検出分解能ｂには、バリエータレンズユニット５の光軸方向の位置決めに関連する部品間のガタに起因する分解能への影響を加味したものであってもよい。

そして、本実施例では、これら位置検出誤差ａおよび位置検出分解能ｂの実測値又は設計値が、該撮像装置の使用環境や耐用時間等を考慮した使用条件下において、（１）式および（２）式の関係を満たす、すなわち
λ／２＞ａ＞ｂ
の関係を持つポテンショメータ２３とＭＲセンサ２４を採用することが必要である。

以上のようにして検出されたバリエータレンズユニット５の絶対位置は、ステップ１０４において、該バリエータレンズユニット５の初期位置として設定される。したがって、これ以後は、バリエータレンズユニット５の移動に応じてＭＲセンサ２４からの信号の変化があるごとにカウンタをインクリメント又はデクリメントすることで、バリエータレンズユニット５の絶対位置を検出し続けることができる。

そして、ＣＰＵ１０は、メモリ１１に記憶されているズームトラッキングデータからバリエータレンズユニット５の絶対位置に対応するフォーカスレンズユニット７の目標位置を求め、フォーカスレンズユニット７が該目標位置に移動するようにフォーカスモータ１３の駆動を制御する（ステップ１０６）。ＭＲセンサ２４の位置検出分解能が細かいほど、高い精度でのフォーカスレンズユニット７の位置制御、すなわち変倍に伴う像面補正制御を行うことができる。
また、ＭＲセンサ２４からの信号に基づくフォーカスレンズユニット７の位置制御を開始した後においても、以下のようなギャリブレーションを行うことができる（ステップ１０７）。すなわち、バリエータレンズユニット５の上記初期位置から所定移動量離れた位置（所定位置）にて出力されるべきポテンショメータ２３とＭＲセンサ２４からの出力信号を予めメモリ１１に記憶させておく。そして、バリエータレンズユニット５が該所定位置を通過するごとに、あるいは所定時間後に該所定位置を通過した際に、該所定位置に対応してメモリ１１に記憶されているポテンショメータ２３およびＭＲセンサ２４の出力信号（メモリ信号値）とポテンショメータ２３およびＭＲセンサ２４からの実信号値とを比較し、それらの差（つまりは位置検出誤差）が０若しくは許容範囲内であれば、そのまま制御を続行する。
一方、上記位置検出誤差が許容範囲を超えていた場合は、最新に読み出した上記所定位置に対応するＭＲセンサ２４からの実信号値を基準として、メモリ１１内のポテンショメータ２３の出力信号を書き換え、メモリ１１内のポテンショメータメモリ信号データの補正、更新を行う。
そして、撮像装置の電源が遮断（ＯＦＦ）されると（ステップ１０８）、一連の制御を終了する。

このように、本実施例では、撮像装置の電源投入時に、バリエータレンズユニット５を移動（リセット動作）させることなく、バリエータレンズユニット５の絶対位置を正確に検出することができる。したがって、撮像装置の電源投入後、ただちにＭＲセンサ２４からの信号に基づくフォーカスレンズユニット７の高精度な位置制御を行うことができる。

また、環境条件による出力信号の変動や劣化による出力信号の経時変化が大きいポテンショメータ２３に対して、予めメモリ１１に記憶された位置ごとの出力信号値を、補正、更新することにより、位置検出誤差を低減させることができ、ポテンショメータ２３の出力信号の変動があっても正確なバリエータレンズユニット５の位置を検出することができる。

なお、本実施例では、光学機器の起動時（電源投入時）に、ポテンショメータ２３とＭＲセンサ２４からの実出力信号とメモリ１１に記憶されたポテンショメータ２３とＭＲセンサ２４の出力信号とに基づいてバリエータレンズユニット５の位置検出を行う場合について説明したが、同様の位置検出は、光学機器の起動時以降、いつ行ってもよい。

また、本実施例では、バリエータレンズユニットの位置を検出し、該検出結果に基づいてフォーカスレンズユニットの位置を制御する場合について説明したが、本発明は、他のレンズユニットの位置を検出する場合にも適用することができる。例えば、フォーカスレンズユニットの位置を検出し、該検出結果に基づいてフォーカスレンズユニットの位置を制御する場合にも適用することができる。

また、本実施例では、第２のセンサ（相対位置センサ）としてＭＲセンサを用いた場合について説明したが、レンズユニットの所定方向への移動に際して、２相以上の互いに位相が異なる周期的かつ連続的に変化する信号を出力できるものであれば、ＭＲセンサに限らず使用することができる。例えば、光軸方向に反射部と非反射部とを交互に有する光学スケールを有し、該光学スケールに対向して投光部と受光部を有する光学式センサを用いることもできる。しかも、該第２のセンサから出力される信号は、上記実施例のような正弦波状の信号に限らず、三角波状の信号等、２相の信号値の１つの組み合わせによって１周期内で１つの位置を表すことができる信号であればよい。

さらに、本発明は、レンズユニット以外の光学調節部材の位置（例えば、絞りユニットの開閉位置）の検出に用いることができる。

本発明の実施例である撮像装置の構成を示すブロック図。 実施例の撮像装置におけるズーム駆動機構の背面断面図。 実施例のズーム駆動機構の側面断面図。 実施例におけるポテンショメータとＭＲセンサの出力信号を説明した図。 実施例におけるＣＰＵの動作を説明するフローチャート。

符号の説明

１ ズームリング
５ バリエータレンズユニット
６ 連結機構
７ フォーカスレンズユニット
８ 絶対位置センサ
９ 相対位置センサ
１０ ＣＰＵ
１１ メモリ
１５ ズームキー、
１８ カム環
２３ ポテンショメータ
２４ ＭＲセンサ

Claims (7)

1. 可動部材の所定方向への移動に応じて連続的に増加する信号又は連続的に減少する信号を出力する第１のセンサと、
   前記可動部材の所定方向への移動に応じてそれぞれ周期的かつ連続的に変化し、互いに位相が異なる複数の信号を出力する第２のセンサと、
   前記第１のセンサからの出力信号および前記第２のセンサからの出力信号に基づいて、前記可動部材の位置を検出する検出手段とを有することを特徴とする位置検出装置。
2. 前記可動部材の位置に対応させて前記第１のセンサからの出力信号および前記第２のセンサからの出力信号を予め記憶する記憶手段を有し、
   前記検出手段は、前記第１のセンサからの出力信号および前記第２のセンサからの出力信号と、前記記憶手段に記憶された記憶信号とに基づいて、前記可動部材の位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記検出手段は、前記第１のセンサからの出力信号および前記第２のセンサからの出力信号と、前記記憶手段に記憶された記憶信号とを比較し、
   前記第１のセンサからの出力信号および前記第２のセンサからの出力信号と、前記記憶信号とが一致する場合は、前記第１のセンサからの出力信号および前記第２のセンサからの出力信号に対応する位置を前記可動部材の位置として検出し、
   前記第１のセンサからの出力信号および前記第２のセンサからの出力信号と、前記記憶信号とが一致しない場合は、前記第２のセンサからの出力信号に対応する位置のうち、前記第１のセンサからの出力信号に対応する位置に最も近い位置を前記可動部材の位置として検出することを特徴とする請求項２に記載の位置検出装置。
4. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の位置検出装置。
   λ／２＞ａ
   ａ＞ｂ
   但し、λは前記第１センサにおける前記可動部材の位置検出周期であり、ａは前記第１のセンサにおける前記可動部材の位置検出誤差であり、ｂは前記第２のセンサにおける前記可動部材の位置検出分解能である。
5. 前記第１のセンサは、ポテンショメータであり、前記第２のセンサは磁気式又は光学式センサであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の位置検出装置。
6. 第１の可動部材の位置を検出する請求項１から５のいずれか１つに記載の位置検出装置と、
   前記位置検出装置により検出された前記第１の可動部材の位置を基準として、前記第２のセンサからの出力信号に基づいて、前記第１の可動部材又は第２の可動部材の駆動の制御を行う制御手段とを有することを特徴とする光学機器。
7. マニュアル操作される操作部材からの操作力を機械的に伝達して前記第１の可動部材を移動させるマニュアル駆動機構を有することを特徴とする請求項６に記載の光学機器。