JP2012103571A - 位置検出装置およびそれを有する光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】耐候性に優れ、高精度に位置検出をすること
【解決手段】第２の移動部材４の位置を検出する位置センサ５３において、スケール保持部４０は、スケール２０の裏面２０ｂの一部と接触してスケール２０を位置決めする位置決め面４０ａと、位置決め面４０ａよりもスケール２０の裏面２０ｂから離れて配置され、自然乾燥によって硬化する第１の接着剤２３を介してスケール２０の裏面２０ｂの他の部分２０ｂ_２と接着される第１の接着面４０ｂと、ＵＶ硬化型接着剤である第２の接着剤２２を介してスケール２０と接着される第２の接着面４０ｃと、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、位置検出装置およびそれを有する光学機器（撮像装置やレンズ鏡筒）に関する。

近年の高画質化の要請に伴ってビデオカメラや監視カメラなどの撮像装置におけるレンズ鏡筒のズームレンズやフォーカスレンズの移動部材の位置を高精度に検出する需要がある。そこで、特許文献１は、エンコーダマグネットの読取り面を基準に位置決めし、ＵＶ硬化型接着剤などの短時間で硬化が可能な接着剤による固定方法を提案している。

特開２００２−２１４５０１号公報

特許文献１ではエンコーダマグネット（スケール）の裏面を固定していないためにこれを固定することによって位置検出精度を高めることができない。しかしながら、スケールの裏面は露出していないためにＵＶ光が届かず、硬化ができない。また、たとえＵＶ硬化型接着剤が使用可能であったとしてもＵＶ硬化型接着剤は、硬化後に過酷な温度や湿度の環境下で長時間おかれると接着力が大きく劣化するため、屋外で使用される監視カメラに適用することが困難になる。

そこで、本発明は、耐候性に優れ、高精度に位置検出が可能な位置検出装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の位置検出装置は、移動可能に構成された移動部材に固定されたスケール保持部と、当該スケール保持部に保持されたスケールと、当該スケールの被検出面を検出して前記移動部材が移動することに伴って変化する電気信号を生成する検出部と、を有し、前記電気信号に基づいて前記移動部材の位置を検出する位置検出装置であって、前記スケール保持部は、前記スケールの前記被検出面と反対側にある前記スケールの裏面の一部と接触して前記スケールを位置決めする位置決め面と、前記位置決め面よりも前記スケールの裏面から離れて配置され、自然乾燥によって硬化する合成ゴム系接着剤を介して前記スケールの裏面の他の部分と接着される第１の接着面と、ＵＶ硬化型接着剤を介して前記スケールと接着される第２の接着面と、を有し、硬化後の前記合成ゴム系接着剤は温度６０℃、湿度９０％の環境に２４０時間においた場合の前記合成ゴム系接着剤の引っ張り接着力の劣化が、硬化後の前記ＵＶ硬化型接着剤を温度６０℃、湿度９０％の環境に２４０時間においた場合の前記ＵＶ硬化型接着剤の引っ張り接着力の劣化よりも小さいことを特徴とする。

本発明によれば、耐候性に優れ、高精度に位置検出が可能な位置検出装置を提供することができる。

本実施態の撮像装置のブロック図である。 図１に示す撮像装置のレンズ鏡筒の斜視図である。 図１に示す位置センサの要部断面図である。（実施例１） 図１に示す位置センサの要部断面図である。（実施例２）

図１は、本実施形態に係る撮像装置のブロック図である。撮像装置は、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、監視カメラなどを含む。図２は、図１に示す撮像装置のレンズ鏡筒の斜視図である。

図１において、Ｌ１は変倍時に固定の正の屈折力の第１レンズ群である。Ｌ２は矢印で示す光軸方向に移動することにより変倍動作を行う第１の変倍レンズ群（ズームレンズ群）としての負の屈折力の第２レンズ群である。Ｌ３は固定の正の屈折力の第３レンズ群である。Ｌ４は矢印で示す光軸方向に移動することにより焦点調節を行う正の屈折力のフォーカスレンズ群としての第４レンズ群である。第１レンズ群Ｌ１〜第４レンズ群Ｌ４は撮影光学系を構成する。

１は第１レンズ群Ｌ１を保持する前玉鏡筒である。２は第２レンズ群Ｌ２を保持するズームレンズ保持枠としての第１の移動部材であり、不図示の２本のガイドバーにより光軸方向に移動可能に支持されている。３は第３レンズ群Ｌ３を保持する固定部材である。４は第４レンズ群Ｌ４を保持するフォーカスレンズ保持枠としての第２の移動部材であり、図２に示す２本のガイドバー１０２、１０３により光軸方向に移動可能に支持されている。第２の移動部材４には、略角筒状の空芯のコイル１０とコイル１０に通電する為のフレキシブルプリント基板１０４が固定されている。

８は、第２レンズ群Ｌ２を駆動する駆動手段（アクチュエータ）としてのズームモータである。送りネジとしてのリードスクリュー８ａには、光軸方向への移動が自在に案内保持された第１の移動部材２に設置されたラック部材７が噛み合っており、ロータの回転により第１の移動部材２は光軸方向に移動する。リードスクリュー８ａは、ズームモータ８を構成するロータと同軸かつ光軸と平行に配置されている。

９は、ズーム初期位置センサであり、フォトインタラプタから構成されている。ズーム初期位置センサ９は、第１の移動部材２に形成された不図示の遮光部の光軸方向への移動による遮光、透光の切り替わりを電気的に検出し、第１の移動部材２の光軸方向の原点（基準位置）を検出する。

６は、光学系の開口径を変化させる絞り装置であり、駆動部６により２枚の絞り羽根を互いに逆方向に移動させて開口径を変化させるギロチン式の絞り装置である。３４は、絞り装置駆動部６の駆動磁石の回転位置をホール素子で検出する絞りセンサである。

ＣＣＤまたはＣＭＯＳ、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等からなる撮像手段３０は、図２に示す後部鏡筒１０１により固定保持されている。撮像手段３０は撮影光学系が構成した光学像を光電変換して撮影信号を生成してこれをカメラ信号処理回路３１に出力する。

後部鏡筒１０１には、ヨーク１１、１２およびマグネット１３が固定されている。ヨーク１１は断面Ｕ字形状を有して光軸方向に延び、その内側にマグネット１３が保持されている。ヨーク１１にはコイル１０の空芯部分が挿通され、コイル１０とヨーク１１、マグネット１３とは離間している。マグネット１３は、光軸に直交する方向に磁化され、光軸方向に延びている。ヨーク１１の開放側の先端にはヨーク１２が保持されている。コイル１０、ヨーク１１，１２およびマグネット１３はボイスコイルモータ（ＶＣＭまたはリニアアクチュエータ）を構成している。ボイスコイルモータによって第２の移動部材は所定方向（光軸方向）に移動可能に構成されている。

カメラ信号処理回路３１は、撮像手段３０の出力に対して所定の増幅やガンマ補正などの信号処理を施す。カメラ信号処理回路３１で処理された信号はマイクロコンピュータ（マイコン）３２に出力される。

マイコン３２は、多数の信号を取り入れ、その信号処理を行う。また、入力信号に応じて多数の信号を出力し、光学機器の制御等を施す。例えば、マイコン３２は、カメラ信号処理回路３１からの入力信号と絞りセンサ３４からの絞り駆動部の回転量などの入力信号に応じて、絞り駆動手段に絞り駆動の信号出力を出し、光量調整を行う。

３３はマイコン３２で信号処理された画像信号や、その他、記録条件などを記録する記録手段である。

５０は変倍動作を指示するズームスイッチ、５１は撮影者が意識的にマニュアルフォーカス動作（合焦動作）を指示するフォーカススイッチ、５２は電源スイッチである。

電源スイッチ５２が入れられるとズームモータ８は、マイコン３２からの信号によりズーム駆動回路３５から駆動信号を受ける。そして、フォトインタラプタ９にて初期位置を検出し、第１の移動部材２は、予め決められた任意の位置に移動し待機する。ズームモータ８は、初期位置からのステップ数でズームスイッチ５０の操作に対応した位置制御が行なわれる。ズームスイッチ５０が操作されると、移動方向がどちらに操作されているかをマイコン３２が判断し、ズーム動作が行なわれる。

一方、フレキシブルプリント基板１０４からコイル１０にフォーカス駆動回路３６より通電するとヨーク１１、１２およびマグネット１３によって構成される磁気回路の作用により、第２の移動部材４が光軸方向に駆動される。

図３は、実施例１の位置センサ５３の要部断面図である。位置センサ５３は、光軸方向に移動可能に構成された第２の移動部材４の位置を検出し、第２の移動部材４の固定されたスケール保持部４０と、スケール２０と、光学センサ２１と、を有する。

スケール２０は、光軸方向に所定ピッチで形成された反射部と非反射部による光反射型の構成を有する。スケール２０は、被検出面２０ａを表面に有し、スケール２０の被検出面２０ａと反対側は裏面２０ｂとなっている。スケール２０はスケール保持部４０に接着固定によって保持されている。

スケール保持部４０は、一対の位置決め面４０ａと、第１の接着面４０ｂと、一対の第２の接着面４０ｃと、を有する。

位置決め面４０ａは、スケール２０の裏面２０ｂの一部２０ｂ_１と接触してこれを位置決めする。スケール２０の裏面２０ｂの面精度が維持されるので、位置検出精度を高めることができる。各位置決め面４０ａは図３の紙面に垂直な方向に所定幅で延びており、位置決め面４０ａの数や幅は限定されない。一対の位置決め面４０ａの幅は同じでもよいし異なってもよい。

第１の接着面４０ｂは、位置決め面４０ａよりもスケール２０の裏面２０ｂから離れて配置され、位置決め面４０ａよりも低い位置にある。このため、第１の接着面４０ｂが位置決め面４０ａと同じ高さであると第１の接着面４０ｂに第１の接着剤２３が塗付されたときに第１の接着剤２３の上面が位置決め面４０ａよりも高くなって位置決め精度が損なわれるため、これを防止する趣旨である。

第１の接着面４０ｂには第１の接着剤２３が塗付され、第１の接着剤２３を介して第１の接着面４０ｂとスケール２０の裏面２０ｂの他の部分２０ｂ_２とが接着される。第１の接着剤は、自然乾燥によって硬化する合成ゴム系接着剤である。合成ゴム系接着剤は、合成樹脂や合成ゴムなどを有機溶剤に溶かした合成ゴム系接着剤であり、アクリル樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤などを含む。合成ゴム系接着剤は、硬化時間は長いが（完全硬化時間は一般に半日以上）、温度や湿度などの対候性に優れている。

第１の接着面４０ｂは、一対の位置決め面４０ａの間に一対の溝４０ｄを介して配置されている。これにより、第１の接着剤２３が多すぎた場合には第１の接着剤２３が溝４０ｄに入るため、第１の接着剤２３の上面が位置決め面４０ａよりも高くなることを防止して位置決め面４０ａによる位置決め精度は損なわれることを防止している。第１の接着剤２３がスケール２０の接着に十分な量であるかどうかは、第１の接着剤２３のはみ出しの有無で確認する。

第１の接着面４０ｂは、スケール２０の裏面２０ｂの中央部２０ｂ_２を支持して図３の紙面に垂直な方向に延びている。第１の接着面４０ｂの幅は限定されないが、スケール２０を安定して支持するのに十分な幅を有する。本実施例では、接着面積の大きなスケール２０の裏面２０ｂを第１の接着剤２３を使用した本固定に使用することによって、より大きな接着強度を得ている。

第２の接着面４０ｃは、一対の位置決め面４０ａの外側に配置され、一対の位置決め面４０ａよりもスケール２０の表面の近くに配置されている。スケール保持部４０は、第２の接着面４０ｃにおいて第２の接着剤２２を介してスケール２０と接着される。

第２の接着面４０ｃは、図３の紙面に垂直な方向に延びているが、スケール２０の周囲に延びていてもよい。あるいは、第２の接着面４０ｃはスケール２０の四隅に配置されていてもよい。

また、図３では第２の接着面４０ｃは位置決め面４０ａに対して溝４０ｅを挟んで配置されている。これにより、第２の接着剤２２が多すぎた場合に溝４０ｅに入るため、接着剤が位置決め面４０ａと裏面２０ａの一部２０ａ_１との間に進入することを防止し、位置決め面４０ａによる位置決め精度を維持している。

図３では、第２の接着面４０ｃは位置決め面４０ａよりも高いが、第２の接着面４０ｃの高さは限定されない。図３においては、第２の接着面４０ｃはスケール２０の表面と裏面に垂直な側面（端面）２０ｃと接着しているため、第２の接着面４０ｃは側面２０ｃの中央部程度の高さを有する。第２の接着面４０ｃが側面２０ｃと離れているのはスケール２０の位置決めを容易にするためである。

本実施例では、第２の接着剤２２はＵＶ硬化型接着剤であり、ＵＶ光を照射することによって第２の接着剤２２は比較的短時間（数分）で硬化するが、ＵＶ硬化型接着剤は温度や湿度などの対候性が低い。

第２の接着剤２２がない場合あるいは側面２０ｃと第２の接着面４０ｃとを第１の接着剤２３によって接着した場合と、第１の接着剤２３が硬化するまでの間にスケール２０が変位または傾斜して位置検出精度が低下するおそれがある。そこで、第２の接着剤２２は、第１の接着剤２３が硬化するまでの間にスケール２０が変位または傾斜しないように固定している。

一方、第１の接着剤２３を設けずに第２の接着剤２２のみを設けると、ＵＶ硬化型接着剤は対候性が低いので監視カメラなどの屋外用途に適用することが困難になる。そこで、対候性に優れた第１の接着剤２３を設けている。

硬化後の第１の接着剤２３が温度６０℃、湿度９０％の環境に２４０時間においた場合の引っ張り接着力の劣化は、硬化後の第２の接着剤２２を温度６０℃、湿度９０％の環境に２４０時間においた場合の引っ張り接着力の劣化よりも小さい。

なお、一般には、第１の接着剤２３を自然乾燥する合成ゴム系接着剤、第２の接着剤２２をＵＶ硬化型接着剤とすると、合成ゴム系接着剤がＵＶ硬化型接着剤よりも硬化時間が長く対候性が優れているが、そのでない場合にはこの条件を満足するものを選択する。

上述した環境は、例えば、ウェザーメータによって形成してもよい。なお、本実施例では、引っ張り接着力の劣化は、ＪＩＳにて規定されている接着面に垂直な力を加える破壊検査によって検査された。本実施例では、第１の接着剤２３は上述した環境での劣化は殆ど見られなかった。なお、上述した環境に暴露する前であれば、一般に、硬化した第２の接着剤２２の引っ張り接着力は硬化した第１の接着剤２３の引っ張り接着力よりも強い。

なお、接着力の評価としてＪＩＳで規定されている他の破壊検査の指標である、せん断接着力や剥離接着力を使用してもよい。あるいは非破壊検査を使用してもよい。

本実施例では、図３に示す構造を製造する場合、まず、第１の接着面４０ｂに第１の接着剤２３を塗布して硬化前にスケール２０を位置決めした後で第２の接着面４０ｃと側面２０ｃの間に第２の接着剤２２を塗布する。その後、ＵＶ光を照射して第２の接着剤２２を硬化させ、その後、自然乾燥によって第１の接着剤２３を硬化させる。

このように、本実施例では、第１の接着剤２３を本固定用に使用し、第２の接着剤２２を仮固定用に使用し、第２の接着剤２２が環境によって劣化しても第１の接着剤２３によって接着力を維持するようにしている。

スケール２０に対向する位置には、後部鏡筒１０１に保持され、スケール２０の被検出面２０ａを検出する光学センサ２１が設けられている。光学センサ２１はスケール２０に対して固定され、スケール２０の被検出面２０ａを検出して第２の移動部材４が移動することに伴って変化する電気信号を生成する。位置センサ５３は、その電気信号に基づいて第２の移動部材４の位置を検出する。スケール２０と光学センサ２１はスケール２０の反射光量を検出するのに必要な間隔だけ離れて配置されている。

光学センサ２１は、発光部（例えば、ＬＥＤ）２１ａと、発光部２１ａからの光を平行化するコリメータレンズと、コリメータレンズを経た光を０次光と±１次回折光に回折させる不図示の第１の回折格子と、を有する。また、光学センサ２１は、第１の回折格子を経てスケール２０で反射した０次光と−１次回折光を合成する不図示の４分割回折格子と、４分割回折格子によって合成された光を受光する受光部２１ｂと、を更に有する。

例えば、０次回折光と−１次回折光をスケール２０に入射させ、そこで生じた±１次回折光を４分割回折格子で合成して受光部２１ｂに導く。スケール２０で回折させた光束は、スケール２０が１ピッチ動くとそれぞれ±２πだけ位相がずれるため、受光部２１ｂではスケール２０が１ピッチ動くと２つの正弦波信号が得られる。また、４分割回折格子は互いに１／２ピッチずらして配置してあるため、位相が９０度ずれた４つの信号が得られる。これから位置センサ５３は第２の移動部材４の位置を検出することができる。

なお、上述の構成は光学センサ２１の単なる一例であり、当業界で既知の他の構成を適用してもよい。

第４レンズ群Ｌ４の初期位置は、第２の移動部材４が後部鏡筒１０１の像面側に突き当たった状態で決定される。スケール２０が光学センサ２１に対して移動すると光学センサ２１の出力信号の変化に基づいてマイコン３２により位置制御が行われる。マイコン３２は、第４レンズ群Ｌ４の位置センサ５３からの入力信号とフォーカススイッチ５１またはオートフォーカスなどの信号に応じて、フォーカス駆動回路３６に駆動信号を出力する。フォーカス駆動回路３６は、マイコン３２からの入力信号に応じてコイル１０に通電し、第４レンズ群Ｌ４を光軸方向に駆動する。

図４は、実施例２の位置センサ５３の要部断面図である。本実施例は、スケール保持部４０Ａが、光学センサ２１の発光部からの光が、スケール保持部４０Ａの外部（レンズ鏡筒内部）に漏れ出すことを低減する遮光壁４０ｆを有している。これにより、ゴーストを防止しして撮像性能を向上することができる。また、撮像光束によるゴーストによって位置検出精度の低下も防止することができる。

なお、本実施例の光反射型のスケールは第１の移動部材に適用されてもよい。また、光反射型スケールと光センサの代わりに磁気スケールと磁気センサを使用してもよい。例えば、スケールの被検出面は着磁面であり、磁気センサ（検出部）は第２の移動部材の移動に伴う磁気変化に応じて電気信号を出力するＭＲセンサであってもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

光学機器はレンズ鏡筒または撮像装置に適用することができ、撮像装置は被写体を撮像する用途に適用することができる。

４ 第２の移動部材
２０ スケール
２０ａ 被検出面
２０ｂ 裏面
２１ 光学センサ（検出部）
２２ 第１の接着剤
２３ 第２の接着剤
４０、４０Ａ スケール保持部
５３ 位置センサ

Claims (6)

1. 移動可能に構成された移動部材に固定されたスケール保持部と、当該スケール保持部に保持されたスケールと、当該スケールの被検出面を検出して前記移動部材が移動することに伴って変化する電気信号を生成する検出部と、を有し、前記電気信号に基づいて前記移動部材の位置を検出する位置検出装置であって、
   前記スケール保持部は、
   前記スケールの前記被検出面と反対側にある前記スケールの裏面の一部と接触して前記スケールを位置決めする位置決め面と、
   前記位置決め面よりも前記スケールの裏面から離れて配置され、自然乾燥によって硬化する合成ゴム系接着剤を介して前記スケールの裏面の他の部分と接着される第１の接着面と、
   ＵＶ硬化型接着剤を介して前記スケールと接着される第２の接着面と、
   を有し、
   硬化後の前記合成ゴム系接着剤は温度６０℃、湿度９０％の環境に２４０時間においた場合の前記合成ゴム系接着剤の引っ張り接着力の劣化が、硬化後の前記ＵＶ硬化型接着剤を温度６０℃、湿度９０％の環境に２４０時間においた場合の前記ＵＶ硬化型接着剤の引っ張り接着力の劣化よりも小さいことを特徴とする位置検出装置。
2. 前記検出部は、前記スケールの被検出面に光を照射する発光部と、前記スケールから反射された光を受光する受光部と、を有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. 前記スケール保持部は、前記スケールの周囲に設けられ、前記スケールの前記発光部からの光が前記スケール保持部の外部に漏れることを低減する遮光壁を更に有することを特徴とする請求項３に記載の位置検出装置。
4. 前記スケールの被検出面は着磁面であり、前記検出部は前記移動部材の移動に伴う磁気変化に応じて電気信号を出力することを磁気センサであることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
5. 前記位置決め面と前記第１の接着面の間には溝があることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
6. 請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の位置検出装置を有する光学機器。