JP2013156120A - 位置検出装置およびレンズ鏡筒 - Google Patents

Abstract

【課題】光軸方向および光軸直交方向のいずれにおいても小型の位置検出装置を提供する。
【解決手段】位置検出装置は、第１の部材と、第１の部材に対して光軸回りに回転可能な第２の部材と、第２の部材の位置に応じた第１の信号および第２の信号を出力する第１の検出装置と、光軸に直交する面内において第１の検出装置と同一面上かつ第１の検出装置と異なる位相で配置され、第２の部材の位置に応じた第３の信号を出力する第２の検出装置と、第１の信号または第２の信号を用いてアークタンジェント演算を行うことにより得られた下位信号、第１の信号および第２の信号を用いてそれぞれアークタンジェント演算を行ってからバーニア演算を行うことにより得られた中位信号、および、第３の信号から得られた上位信号を互いに同期させて第１の部材に対する第２の部材の位置を算出する演算手段とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物の絶対位置を検出する位置検出装置に関する。

従来から、測定対象物の絶対位置を検出する位置検出装置（アブソリュートエンコーダ）が知られている。特許文献１には、アブソリュートエンコーダの検出方法が開示されている。また特許文献２には、アブソリュートエンコーダ、第１のインクリメンタルエンコーダ、および、第２のインクリメンタルエンコーダを備えた構成が開示されている。第１、第２のインクリメンタルトラックのパターン周期と第２インクリメンタルトラックのパターン周期は僅かに異なる。これら２つの周期の異なる信号の位相差を演算してバーニア信号を出力し、アブソリュート信号、インクリメンタル信号、および、バーニア信号を用いて絶対位置を検出することができる。また特許文献２には、アブソリュートと第１、第２のインクリメンタルのスケールを別個に設けた構成が開示されている。

特開２００９−２７０２号公報 特開平５−２６６５８号公報

バーニア検出方式により位置検出を行う位置検出装置では、２トラック構成のスケール部を有し、かつ、スケール部が長手方向において長い場合、全ストロークにおいて絶対位置の同期保証を行うことは困難である。そこで特許文献１では、アブソリュート情報を取得するための専用トラックを更にスケール部に設けて３トラック構成とする方法が開示されている。しかしこのような構成では、スケール部がその幅方向において大きくなり、結果として、センサユニット部およびスケール部を含めたアブソリュートエンコーダが大型化してしまう。

また特許文献２では、第１のインクリメンタルエンコーダおよび第２のインクリメンタルエンコーダを覆うようにアブソリュートエンコーダが配置されている。しかしこのような構成では、回転部材の回転位置検出に用いる場合、外径が大型化してしまう。

そこで本発明は、光軸方向および光軸直交方向のいずれにおいても小型の位置検出装置およびレンズ鏡筒を提供する。

本発明の一側面としての位置検出装置は、第１の部材と、前記第１の部材に対して光軸回りに回転可能な第２の部材と、前記第２の部材の位置に応じた第１の信号および第２の信号を出力する第１の検出装置と、前記光軸に直交する面内において前記第１の検出装置と同一面上かつ前記第１の検出装置と異なる位相で配置され、前記第２の部材の位置に応じた第３の信号を出力する第２の検出装置と、前記第１の信号または前記第２の信号を用いてアークタンジェント演算を行うことにより得られた下位信号と、前記第１の信号および前記第２の信号を用いてそれぞれアークタンジェント演算を行ってからバーニア演算を行うことにより得られた中位信号と、前記第３の信号から得られた上位信号と、を互いに同期させて前記第１の部材に対する前記第２の部材の位置を算出する演算手段とを有する。

本発明の他の側面としてのレンズ鏡筒は、前記位置検出装置を有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、光軸方向および光軸直交方向のいずれにおいても小型の位置検出装置およびレンズ鏡筒を提供することができる。

実施例１におけるレンズ鏡筒の光軸直交方向における断面図である。 実施例１における撮像装置のブロック図である。 実施例１におけるレンズ鏡筒の光軸方向における断面図である。 実施例１におけるレンズ鏡筒の拡大断面図である。 実施例１におけるレンズ鏡筒の光軸直交方向における断面図である。 実施例１における反射スケールとセンサの断面図である。 実施例１における反射スケールのスリットパターンの平面図である。 実施例１におけるセンサの平面図である。 実施例１における信号処理の処理ブロックと処理フローを示す図である。 実施例１における信号の補正方法の説明図である。 実施例１における絶対位置検出の同期保証の説明図である。 実施例２におけるレンズ鏡筒の光軸直交方向における断面図である。 実施例２における絶対位置検出の同期保証の説明図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、図２を参照して、本実施例における撮像装置（カメラシステム）の概略構成について説明する。図２は、本実施例における撮像装置のブロック図である。図２に示される撮像装置１００は、カメラ本体１００ａとカメラ本体１００ａに着脱可能なレンズ鏡筒１００ｂ（交換レンズ）とを備えて構成される。レンズ鏡筒１００ｂは、本実施例の位置検出装置を有する。

１０１はレンズマイコンである。レンズマイコン１０１は、カメラ本体１００ａから通信用の接点１１１を介して指令情報（指令値）を取得し、その指令値に従って、振れ補正系１０２、フォーカス駆動系１０３、および、絞り駆動系１０４の動作を制御する。振れ補正系１０２は、振れ補正駆動系１０５とロック・アンロック駆動系１０６とを備えて構成される。振れ補正駆動系１０５は、振れを検知するセンサの出力に基づきレンズマイコン１０１で算出された制御信号に従い、補正レンズ（不図示）を駆動して振れ補正動作を行う。ロック・アンロック駆動系１０６は、振れ補正駆動系１０５（補正レンズ）が駆動していない場合に補正レンズをロックし、一方、像ぶれ補正を行う場合にはロックを解除する。

フォーカス駆動系１０３は、レンズマイコン１０１からの指令値および位置検出装置の出力に基づいて焦点調節用レンズを駆動してフォーカシングを行う。絞り駆動系１０４は、レンズマイコン１０１からの指令値に従って、絞り（不図示）を設定された位置まで絞り、または、絞りを開放状態に復帰させる。更にレンズマイコン１０１は、レンズ鏡筒１００ｂの状態（ズーム位置、フォーカス位置、絞り値の状態など）やレンズ鏡筒１００ｂに関する情報（開放絞り値、焦点距離、測距演算に必要なデータなど）を、接点１１１を介してカメラ本体１００ａに伝達する。

１０７は、振れ補正動作を選択する防振スイッチ（ＩＳＳＷ）である。り、振れ補正動作を選択する場合、防振スイッチ１０７をオンにする。１０８は、オートフォーカスまたはマニュアルフォーカスのいずれかを選択するＡ／Ｍスイッチ（Ａ／ＭＳＷ）である。カメラ本体１００ａには、カメラ本体１００ａの全体を制御するカメラマイコン１０９が内蔵されている。１１０は、レリーズ動作を開始させるレリーズスイッチ（レリーズＳＷ）である。

次に、図１および図３を参照して、本実施例におけるレンズ鏡筒１００ｂ（位置検出装置）の構成について説明する。図１は、レンズ鏡筒１００ｂ（位置検出装置）の光軸Ｚに直交する方向（光軸直交方向）における断面図である。図３は、レンズ鏡筒１００ｂの光軸方向における断面図であり、図３中のＡ−Ａ断面が図１に相当する。これらの図において、説明に必要なフォーカスに関する部位のみを示し、他の部位は省略している。

図１および図３において、１は、レンズマウントに対して一体的に固定されている固定部材（第１の部材）である。２は、固定部材１に対して光軸中心に（光軸周りに）回転可能な可動部材（第２の部材）である。３は、可動部材２と一体的に動く導電性の金属ブラシである。金属ブラシ３は、ビス１０により可動部材２に固定されている。４は、光軸中心の回転方向に導体パターンを有するフレキシブルプリント基板である。金属ブラシ３は、そのバネ力により、フレキシブルプリント基板４の導体パターンに押圧されて接触する。このように金属ブラシ３は、可動部材２の移動に応じて導体パターンの上を摺動可能に構成されている。金属ブラシ３が光軸周りに回転することで、導体パターン上の複数の信号線の導通組合せが切替えられる。なお本実施例において、フレキシブルプリント基板４は固定部材１に取り付けられ、金属ブラシ３は可動部材２に取り付けられているが、これに限定されるものではない。逆に、フレキシブルプリント基板４を可動部材２に取り付け、金属ブラシ３を固定部材１に取り付けてもよい。

図１に示されるように、反射スケール５（スケール部）は、金属ブラシ３と位相が異なるように可動部材２に取り付けられている。またセンサ６は、固定部材１に取り付けられたフレキシブルプリント基板４と位相が異なるように配置されている。可動部材２の端面には、レンズ７ａを保持するレンズホルダー７を回転駆動させ、かつ、可動部材２の回転範囲を規制する断面Ｌ形のレンズホルダー駆動部材８がビス９により締結されている。なお本実施例において、反射スケール５は可動部材２に取り付けられ、センサ６は固定部材１に取り付けられているが、これに限定されるものではない。逆に、反射スケール５を固定部材１に取り付け、センサ６を可動部材２に取り付けてもよい。

本実施例において、反射スケール５およびセンサ６により第１の検出装置が構成される。第１の検出装置は、可動部材２の位置に応じた第１の信号および第２の信号を出力する。また、金属ブラシ３およびフレキシブルプリント基板４により第２の検出装置が構成される。第２の検出装置は、可動部材２の位置に応じた第３の信号を出力する。第２の検出装置は、光軸Ｚに直交する面内において第１の検出装置と同一面上かつ第１の検出装置と異なる位相で（異なる角度位置に）配置されている。なお、同一面とは、厳密な同一面だけでなく実質的に同一面であると評価される面（略同一面）を含む意味である。

次に、図３および図４を参照して、レンズ鏡筒１００ｂに設けられた振動波モータ装置について説明する。図４は、振動波モータの拡大断面図であり、図３の断面図の一部の拡大図に相当する。１１は、断面形状が台形である環状の振動部材（ステータとしての弾性体）である。１２は、振動部材１１の一端面に物理的に接合された電歪素子である。１３は、電歪素子１２の表面に圧接されたフェルト等からなる環状の振動吸収体である。１４は、振動吸収体１３を振動部材１１の方へ押圧する環状のバネ部材である。１５は、バネ部材１４による押力を固定部材１との間で保持する環状の保持部材である。

１６は、ロータユニットとしての環状の周方向移動部材である。１７は、周方向移動部材１６と一体的に回転可能な回転筒１７である。１８は、回転筒１７と周方向移動部材１６との間に密着して挟まれ、周方向移動部材１６の軸方向移動（すなわち、ビビリ振動）を回転筒１７に伝達させないようにするゴム環である。１９は、固定部材１の一部であり、振動部材１１の溝１１ａに挿入されて振動部材１１自体の回転を阻止する振動部材回転止めである。振動部材回転止め１９は、３箇所等分で配置されている。振動波モータは、後述のように、電歪素子１２の電気−機械変換作用で振動部材１１に発生した周方向進行波振動により、周方向移動部材１６、回転筒１７、および、ゴム環１８を一体的に光軸Ｚを中心として回転させる。

次に、図５を参照して、振動波モータの回転筒１７の端面に隣接して配置されたモータ軸受兼出力部材について説明する。図５は、レンズ鏡筒１００ｂの光軸直交方向における断面図である。可動部材２は、固定部材１の外周面に回転可能に嵌合されており、モータ軸受兼出力部材の一部を構成する。２ａは、可動部材２の周方向の３箇所において可動部材２（振動波モータ）の軸線（光軸Ｚ）に直交する放射方向に延びて可動部材２の外周面から突出するように設けられたローラー支持軸である。２０は、ローラー支持軸２ａに回転可能に取り付けられたローラーである。２１は、ローラー２０がローラー支持軸２ａから抜けないように係止するワッシャである。このように、可動部材２、ローラー２０、ワッシャ２１、および、ローラー支持軸２ａによりモータ軸受兼出力部材が構成される。

ローラー２０の内側端面には、回転筒１７の軸線（光軸Ｚ）方向端面に形成された突起部が係合し、回転筒１７の回転時のラジアル方向のガタつきを防止している。さらに、ローラー２０の外周面において、回転筒１７の端面と、マニュアル操作環２２の回転トルクを入力させるためのマニュアル連結環２３の端面とが接触している。なお、ローラー２０の外周面、回転筒１７の端面、および、マニュアル連結環２３の端面の相互接触圧は、バネ部材１４の加圧力により決定される。

図３において、２４は、固定部材１に固定され、摩擦力安定部材として用いられる環状のマニュアルカラーである。マニュアル連結環２３は、その一端面においてローラー２０の外周面に接触し、他方の端面においてマニュアルカラー２４の端面に接触している。また、マニュアル連結環２３の外周縁部は、マニュアル操作環２２の内周面の凹部に係合している。マニュアル連結環２３は、マニュアル操作環２２と一体的に回転するように構成されている。マニュアル連結環２３は、マニュアルカラー２４との間の摩擦抵抗よりも大きな駆動トルクがマニュアル操作環２２から伝達された場合に回転する。それ以外の場合にはマニュアル連結環２３は回転しない。このため、レンズ鏡筒１００ｂの使用者がマニュアル連結環２３とマニュアルカラー２４との間の摩擦抵抗に勝る回転トルクでマニュアル操作環２２を回動操作しない限り、マニュアル連結環２３は回転しない。

次に、レンズ鏡筒１００ｂの動作について説明する。使用者は、レンズ鏡筒１００ｂのレンズホルダー７をマニュアル駆動させようとする場合、マニュアル操作環２２を指で光軸Ｚを中心とした回動操作を行う。マニュアル連結環２３は、マニュアルカラー２４との摩擦抵抗に勝って光軸Ｚを中心として回動される。このとき、振動波モータが駆動されていないため、振動波モータの回転筒１７は、振動部材１１と周方向移動部材１６との摩擦力により静止している。このためローラー２０は、マニュアル連結環２３によりローラー支持軸２ａを中心に回転しながら回転筒１７の端面に沿って転動する。その結果、可動部材２は、ローラー支持軸２ａを介して光軸Ｚを中心として回転する。このためレンズホルダー７は、レンズホルダー駆動部材８の回転力を受け回転駆動する。この回転駆動力をカムの運動変換機構（不図示）によりレンズの光軸方向運動に変換し、レンズホルダー７は回転しながら光軸方向に移動する。このように構成により、マニュアルフォーカシングが行われる。

一方、使用者は、レンズホルダー７を振動波モータの力で駆動させようとする場合、Ａ／Ｍスイッチ１０８を操作する。この操作で制御回路（不図示）が動作することにより、電歪素子１２に電圧が印加される。その結果、円周方向に進行する振動が振動部材１１に生じ、この振動によって周方向移動部材１６、ゴム環１８、および、回転筒１７が光軸Ｚを中心として回転する。ローラー２０は、この回転により回転筒１７から回転トルクを受ける。このとき、マニュアル操作環２２は回動操作されておらずマニュアル連結環２３も回転していない。このためローラー２０は、ローラー支持軸２ａの周りを回転しつつマニュアル連結環２３の端面に沿って転動する。その結果、可動部材２は、ローラー支持軸２ａを介して光軸Ｚを中心として回転する。このため、レンズホルダー７は、レンズホルダー駆動部材８の回転力を受けて回転駆動する。この回転駆動力をカムの運動変換機構（不図示）によりレンズの光軸方向運動に変換することで、レンズホルダー７は回転しながら光軸方向に移動する。このような構成により、オートフォーカシングが行われる。

次に、図６を参照して、位置検出装置における反射スケール５およびセンサ６の構造について説明する。図６は、反射スケール５およびセンサ６を光軸直交方向から見た場合の断面図である。反射スケール５は、全長でスリット数が異なる等間隔の２スリットパターンを有し、移動する可動部材２に固定されて光軸回りに回動可能に構成されている。センサ６は、反射スケール５に対向するように、固定部材１に取り付けられている。センサ６は、ＬＥＤチップを備えた光源６ａ、および、受光領域６ｄ、６ｅ（フォトダイオードアレイ）をそれぞれ有する２つの受光素子６ｂ、６ｃを備えて構成されている。更にセンサ６は、信号処理回路部を内蔵したフォトＩＣチップ、および、これらの部品を実装したプリント基板等を備える場合もある。なお本実施例では、２つの受光素子６ｂ、６ｃは同一種類の素子を用いているが、互いに異なる種類の受光素子を用いてもよい。ただし、部品の共通化が図られコストダウンに繋がるなどの利点が多いため、同一種類の受光素子を用いることがより好ましい。

次に、図７を参照して、本実施例における反射スケール５の構成について説明する。図７は、反射スケール５のスリットパターンの平面図であり、図７（ａ）は反射スケール５の全体図、図７（ｂ）は図７（ａ）の一部の拡大図を示す。反射スケール５（スケール部）は、第１のピッチＰ１で形成された第１のスリット５ａを有する第１のトラック５ｂ、および、第２のピッチＰ２で形成された第２のスリット５ｃを有する第２のトラック５ｄを備える。光源６ａは、第１のスリット５ａおよび第２のスリット５ｃに光を照射する。

本実施例において、第１のスリット５ａおよび第２のスリット５ｃは反射パターンである。このため、第１のスリット５ａが形成されている第１のトラック５ｂと第２のスリット５ｃが形成されている第２のトラック５ｄに照射された光は反射され、それぞれ受光素子６ｂ、６ｃにより受光される。なお、第１のスリット５ａおよび第２のスリット５ｃとして透過パターンを形成した場合、光源６ａからの光は透過してそれぞれ受光素子６ｂ、６ｃにより受光される。このように、受光素子６ｂは、第１のスリット５ａで反射または透過した光を検出して第１の信号を出力する第１の検出手段である。受光素子６ｃは、第２のスリット５ｃで反射または透過した光を検出して第２の信号を出力する第２の検出手段である。

受光素子６ｂに入射した第１のスリット５ａからの反射光を第１のセンサ（受光領域６ｆ）で受光する受光量、または、第１のセンサから得られる信号の振幅に基づいてＡＰＣ（オートパワーコントロール）をかけてもよい。これにより、受光素子６ｃに入射する光量または第１のセンサの信号振幅を一定に保つことができ、光源６ａの光量変動などの経時変化の影響を受けにくくすることが可能である。

図８は、本実施例におけるセンサ６の平面図である。図８に示されるように、光源６ａの近傍には、受光素子６ｂおよび受光素子６ｃが光源６ａを間に挟むように配置されている。受光素子６ｂは、光源６ａに近い側に配置された受光領域６ｆ、および、光源６ａから遠い側に配置された信号処理回路部６ｇを備えて構成される。受光素子６ｃは、光源６ａに近い側に配置された受光領域６ｈ、および、光源６ａから遠い側に配置された信号処理回路部６ｉを備えて構成される。

受光領域６ｆには、水平方向に１６個のフォトダイオード６ｆ１、６ｆ２、６ｆ３、６ｆ４、…、６ｆ１３、６ｆ１４、６ｆ１５、６ｆ１６が等間隔に配列されている（図中で６ｆ５〜６ｆ１２の符号は省略している）。フォトダイオード６ｆ１、６ｆ５、６ｆ９、６ｆ１３は電気的に接続されており、この組をａ相とする。またフォトダイオード６ｆ２、６ｆ６、６ｆ１０、６ｆ１４の組をｂ相とする。また、フォトダイオード６ｆ３、６ｆ７、６ｆ１１、６ｆ１５の組をｃ相とする。また、フォトダイオード６ｆ４、６ｆ８、６ｆ１２、６ｆ１６の組をｄ相とする。また受光領域６ｈには、水平方向に１６個のフォトダイオード６ｈ１、６ｈ２、６ｈ３、６ｈ４、…、６ｈ１３、６ｈ１４、６ｈ１５、６ｈ１６が等間隔に配列されている（図中で６ｈ５〜６ｈ１２の符号は省略している）。フォトダイオード６ｈ１、６ｈ５、６ｈ９、６ｈ１３は電気的に接続されており、この組をａ相とする。またフォトダイオード６ｈ２、６ｈ６、６ｈ１０、６ｈ１４の組をｂ相とする。またフォトダイオード６ｈ３、６ｈ７、６ｈ１１、６ｈ１５の組をｃ相とする。またフォトダイオード６ｈ４、６ｈ８、６ｈ１２、６ｈ１６の組をｄ相とする。

ａ相、ｂ相、ｃ相、ｄ相の各フォトダイオードアレイは、光を受けると、その光量に応じた光電流を出力する。反射スケール５の移動量に応じて、ａ相〜ｄ相の各フォトダイオードアレイは、ａ相を基準として、ｂ相は９０度、ｃ相は１８０度、ｄ相は２７０度の位相関係を有して変動する電流を出力する。受光素子６ｂの信号処理回路部６ｇは、この出力電流を電流電圧変換器で電圧値に変換した後、差動増幅器によりａ相とｃ相の差動成分、および、ｂ相とｄ相の差動成分をそれぞれ求め、位相が９０度ずれたＡ、Ｂ相の変位出力信号を出力する。

次に、図９乃至図１１を参照して、本実施例における絶対位置の検出方法について説明する。図９は、本実施例における信号処理の処理ブロックと処理フローを示す図である。図１０は、本実施例における信号の補正方法の説明図である。図１１は、絶対位置検出における同期保証の説明図である。

まず、図９に示される下位信号６５の取得方法について説明する。第１のトラック５ｂから得られるＡ相信号およびＢ相信号（第１の信号）は、図１０（ａ）に示されるように、信号オフセットや信号振幅が互いに異なっている。このようなＡ相信号およびＢ相信号をそのまま絶対位置検出アルゴリズムに用いると、絶対位置の検出誤差となるため、補正が必要である。そこで、まず、第１のトラック５ｂと第２のトラック５ｄのＡ相信号およびＢ相信号それぞれの信号オフセットと信号振幅について補正を行う。本実施例では、まず、その処理方法６１から説明する。以下、受光素子６ｂと受光素子６ｃとして同様の素子を用い、受光素子６ｂ、６ｃの４個のフォトダイオードのピッチ（例えばフォトダイオード６ｆ１〜６ｆ４のピッチ）が第１のトラック５ｂのピッチＰ１の２倍に設定されているものとして説明する。

第１のトラック５ｂから得られるＡ相信号およびＢ相信号は、以下の式（１）、（２）でそれぞれ表される。

Ａ相信号：ａ１×ＣＯＳθ＋ｓ１ …（１）
Ｂ相信号：ａ２×ＳＩＮθ＋ｓ２ …（２）
式（１）、（２）において、ａ１、ｓ１はそれぞれＡ相信号の振幅とオフセット、ａ２、ｓ２はそれぞれＢ相信号の振幅とオフセット、θは信号の位相である。また、Ａ相信号の最大値はａ１＋ｓ１、Ａ相信号の最小値はａ１−ｓ１、Ａ相信号の信号振幅はａ１、Ａ相信号の平均値はｓ１である。同様に、Ｂ相信号の最大値はａ２＋ｓ２、Ｂ相信号の最小値はａ２−ｓ２、Ｂ相信号の信号振幅はａ２、Ｂ相信号の平均値はｓ２である。

これらの値を用いて、式（１）、（２）で表されるＡ相信号およびＢ相信号のそれぞれに対して補正を行うと、以下の式（３）、（４）のように表すことができる。

Ａ相信号：｛（ａ１×ＣＯＳθ＋ｓ１）−ｓ１｝×ａ２
＝ａ１×ａ２×ＣＯＳθ …（３）
Ｂ相信号：｛（ａ２×ＳＩＮθ＋ｓ２）−ｓ２｝×ａ１
＝ａ１×ａ２×ＳＩＮθ …（４）
式（３）、（４）では、Ａ相信号およびＢ相信号のオフセットが除去され、かつ同一の信号振幅を有するＡ相信号６２およびＢ相信号６３が得られる。図１０（ｂ）は、オフセット補正および信号振幅補正後のＡ相信号６２およびＢ相信号６３を示している。

図１０（ｂ）に示される補正後のＡ相信号およびＢ相信号に基づいて、図１１（ｃ）で表されるようなａｒｃｔａｎ値６４（下位信号）を算出する。図１１（ｃ）において、横軸は反射スケール５の位置、縦軸はＡ相信号およびＢ相信号から算出されたａｒｃｔａｎ値６４をそれぞれ示している。なお、ａｒｃｔａｎ値６４は、±πｒａｄで折り返して表示している。このようにして、位置検出装置は下位信号６５を得ることができる。

次に、図９に示される中位信号７５の取得方法について説明する。図７（ｂ）に示されるように、第１のトラック５ｂのピッチＰ１と第２のトラック５ｄのピッチＰ２は僅かに異なるように設定されている。そして、第１のトラック５ｂのピッチＰ１と第２のトラック５ｄのピッチＰ２の位相差から、バーニア信号を取得することができる。例えば、ピッチＰ１が１００μｍ、ピッチＰ２が１２０μｍであるとすると、バーニア信号の周期Ｐ３はそれらの最小公倍数である６００μｍとなる。

まず、第２のトラック５ｄの信号の補正について説明する。バーニア信号を取得するため、第２のトラック５ｄのピッチＰ２は、第１のトラック５ｂのピッチＰ１と異なる。このため、受光素子６ｃの４個のフォトダイオードのピッチ（例えばフォトダイオード６ｈ１〜６ｈ４のピッチ）は、第２のトラック５ｄのピッチＰ２の２倍とはならない。このため、第２のトラック５ｄから得られるＡ相信号とＢ相信号の位相関係は９０度からずれる。

ここで、第２のトラック５ｄから得られるＡ相信号およびＢ相信号は、それぞれ以下の式（５）、（６）で表される。

Ａ相信号：ｂ１×ＣＯＳθ＋ｔ１ …（５）
Ｂ相信号：ｂ２×ＳＩＮ（θ＋α）＋ｔ２ …（６）
式（５）、（６）において、ｂ１、ｔ１はそれぞれＡ相信号の振幅とオフセット、ｂ２、ｔ２はそれぞれＢ相信号の振幅とオフセット、θは信号の位相、αは位相のずれ量である。

まず、第１のトラック５ｂの場合と同様に、第２のトラック５ｄから得られるＡ相信号およびＢ相信号（第２の信号）のオフセットと振幅の補正処理７１を行うと、補正後のＡ相信号およびＢ相信号はそれぞれ以下の式（７）、（８）のように表される。

Ａ相信号：｛（ｂ１×ＣＯＳθ＋ｔ１）−ｔ１｝×ｂ２
＝ｂ１×ｂ２×ＣＯＳθ …（７）
Ｂ相信号：｛（ｂ２×ＳＩＮ（θ＋α）＋ｔ２）−ｔ２｝×ｂ１
＝ｂ１×ｂ２×ＳＩＮ（θ＋α） …（８）
このように、オフセットが除去され、かつ、同一の信号振幅を有するＡ相信号７２およびＢ相信号７３が得られる。図１０（ｂ）は、オフセット補正および信号振幅補正後のＡ相信号７２およびＢ相信号７３を示している。

次に、式（７）、（８）を用いて、Ａ相信号７２およびＢ相信号７３の位相差を９０度とする処理について説明する。式（７）、（８）の差（Ａ相信号とＢ相信号の差）は、以下の式（９）のように表される。

ｂ１×ｂ２×（ＳＩＮ（θ＋α）−ＣＯＳθ）
＝ｂ１×ｂ２×２×ＳＩＮ｛（α−９０）／２｝×ＣＯＳ｛θ＋（α＋９０）／２｝ …（９）
また、式（７）、（８）の和は、以下の式（１０）のように表される。

ｂ１×ｂ２×（ＳＩＮ（θ＋α）＋ＣＯＳθ）
＝ｂ１×ｂ２×２×ＣＯＳ｛（α−９０）／２｝×ＳＩＮ｛θ＋（α＋９０）／２｝ …（１０）
式（９）と式（１０）の位相差は図１０（ｃ）に示されるように９０度となる。

ただし、式（９）、（１０）の信号振幅は互いに異なる。このため、次に信号振幅を補正する。式（９）に式（１０）の振幅の一部であるＳＩＮ｛（α−９０）／２｝を乗じ、式（１０）に式（９）の振幅の一部であるＣＯＳ｛（α−９０）／２｝を乗ずると、以下の式（１１）、（１２）が得られる。

ｂ１×ｂ２×２×ＳＩＮ｛（α−９０）／２｝×ＣＯＳ｛（α−９０）／２｝×ＣＯＳ｛θ＋（α＋９０）／２｝ …（１１）
ｂ１×ｂ２×２×ＳＩＮ｛（α−９０）／２｝×ＣＯＳ｛（α−９０）／２｝×ＳＩＮ｛θ＋（α＋９０）／２｝ …（１２）
式（１１）、（１２）は図１０（ｄ）に示されるように互いに同一の振幅を有する信号であり、信号振幅の補正が行われたことがわかる。

以上の補正を行って得られたＡ相信号およびＢ相信号（出力信号）から、第１のトラック５ｂの場合と同様に、ａｒｃｔａｎ値７４を算出する。そして、第１のトラック５ｂのＡ相信号およびＢ相信号（出力信号）から得られたａｒｃｔａｎ値６４と、第２のトラック５ｄのＡ相信号およびＢ相信号（出力信号）から得られたａｒｃｔａｎ値７４の差分を算出することにより、バーニア信号が得られる。

図１１（ｂ）は、第１のトラック５ｂと第２のトラック５ｄの本数差が、反射スケール５の全長において８本である場合について得られる中位信号（バーニア信号）である。図１１（ｂ）の横軸は、反射スケール５の位置を示す。縦軸は、第１のトラック５ｂと第２のトラック５ｄから得られるバーニア信号のａｒｃｔａｎ値であり、±πｒａｄで折り返して表示している。このように、反射スケール５の全長において８つの周期のバーニア信号が得られ、中位信号７５を得ることができる。

続いて、上位信号８１について説明する。上位信号８１は、下位信号６５および中位信号７５と異なり、金属ブラシ３とフレキシブルプリント基板４を備えて構成されるエンコーダ（第２の検出装置）から出力される。上位信号８１（第３の信号）は、図１１（ａ）に示されるように、図１１（ｂ）の中位信号７５の半分のピッチで出力が変化する。

このように本実施例において、第１の検出装置は、第１の信号を用いてアークタンジェント演算を行うことにより下位信号６５を出力する。なお、第１の信号に代えて、第２の信号を用いてアークタンジェント演算を行うことにより下位信号５４を得るように構成してもよい。また第１の検出装置は、第１の信号および第２の信号を用いてそれぞれアークタンジェント演算を行ってからバーニア演算を行うことにより中位信号７５を出力する。第２の検出装置は、第３の信号から得られた上位信号８１（上位信号としての第３の信号）を出力する。レンズマイコン１０１などの演算手段は、下位信号６５、中位信号７５、および、上位信号８１を互いに同期させて（絶対位置合成８２（図９））、固定部材１に対する可動部材２の位置、すなわち、反射スケール５の絶対位置情報８３を算出する。

以上のとおり本実施例では、上位信号を出力するエンコーダ（第２の検出装置）と、中位信号および下位信号を出力するエンコーダ（第１の検出装置）とを、互いに位相が異なるように同一の光軸直交面内に配置する。このような構成により、光軸方向および光軸直交方向のいずれにおいても小型の位置検出装置およびレンズ鏡筒を提供することができる。

次に、図１２および図１３を参照して、本発明の実施例２における位置検出装置について説明する。図１２は、本実施例におけるレンズ鏡筒（位置検出装置）の光軸直交方向における断面図である。図１３は、本実施例における絶対位置検出の同期保証の説明図である。

本実施例の位置検出装置では、図１２に示されるように、フレキシブルプリント基板４に代えて、対応する位置にポテンショメータ９０が配置されている。また、金属ブラシ３に代えて、対応する位置に接点９１（接片）が配置されている。接点９１は、ポテンショメータ９０に接触し、可動部材２の移動に応じてポテンショメータ９０の上を摺動可能に構成されている。接点９１の移動に応じて、上位信号８１がポテンショメータ９０から出力される。なお本実施例において、逆に、ポテンショメータ９０を可動部材２に取り付け、接点９１を固定部材１に取り付けてもよい。

図１３（ａ）に示されるように、ポテンショメータ９０は、接点９１の位置の変化に応じて連続的に変化する信号（上位信号８１）を発生させる。このように本実施例では、ポテンショメータ９０および接点９１により、上位信号８１を発生させるエンコーダ（第２の検出装置）が構成される。下位信号６５および中位信号７５を発生させるエンコーダ（第１の検出装置）は実施例１と同様である。反射スケール５の絶対位置情報８３は、下位信号６５（図１３（ｃ））、中位信号７５（図１３（ｂ））、および、上位信号８１（図１３（ａ））に基づいて、それぞれの信号の同期を取ることにより算出される。

上記各実施例では、上位信号を出力するエンコーダ（第２の検出装置）と、中位信号および下位信号を出力するエンコーダ（第１の検出装置）とが、互いに位相が異なるように配置される。このような構成により、光軸方向および光軸直交方向のいずれにおいても小型の位置検出装置およびレンズ鏡筒を提供することができる。

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。

１ 固定部材
２ 可動部材
３ 金属ブラシ
４ フレキシブルプリント基板
５ 反射スケール
６ センサ

Claims (5)

1. 第１の部材と、
   前記第１の部材に対して光軸回りに回転可能な第２の部材と、
   前記第２の部材の位置に応じた第１の信号および第２の信号を出力する第１の検出装置と、
   前記光軸に直交する面内において前記第１の検出装置と同一面上かつ前記第１の検出装置と異なる位相で配置され、前記第２の部材の位置に応じた第３の信号を出力する第２の検出装置と、
   前記第１の信号または前記第２の信号を用いてアークタンジェント演算を行うことにより得られた下位信号と、前記第１の信号および前記第２の信号を用いてそれぞれアークタンジェント演算を行ってからバーニア演算を行うことにより得られた中位信号と、前記第３の信号から得られた上位信号と、を互いに同期させて前記第１の部材に対する前記第２の部材の位置を算出する演算手段と、を有することを特徴とする位置検出装置。
2. 前記第１の検出装置は、
   第１のピッチで形成された第１のスリットを有する第１のトラック、および、該第１のピッチとは異なる第２のピッチで形成された第２のスリットを有する第２のトラック、を備えたスケール部と、
   前記第１のスリットおよび前記第２のスリットに光を照射する光源と、
   前記第１のスリットで反射または透過した光を検出して前記第１の信号を出力する第１の検出手段と、
   前記第２のスリットで反射または透過した光を検出して前記第２の信号を出力する第２の検出手段と、を有し、
   前記スケール部は、前記第１の部材または前記第２の部材の一方に取り付けられ、
   前記光源、前記第１の検出手段、および、前記第２の検出手段は、前記第１の部材または前記第２の部材の他方に取り付けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記第２の検出装置は、
   導体パターンを備えたフレキシブルプリント基板と、
   前記導体パターンに接触し、前記第２の部材の移動に応じて該導体パターンの上を摺動可能な金属ブラシと、を有し、
   前記フレキシブルプリント基板は、前記第１の部材または前記第２の部材の一方に取り付けられ、
   前記金属ブラシは、前記第１の部材または前記第２の部材の他方に取り付けられている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
4. 前記第２の検出装置は、
   ポテンショメータと、
   前記ポテンショメータに接触し、前記第２の部材の移動に応じて該ポテンショメータの上を摺動可能な接点と、を有し、
   前記ポテンショメータは、前記第１の部材または前記第２の部材の一方に設けられ、
   前記接点は、前記第１の部材または前記第２の部材の他方に設けられている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の位置検出装置を有することを特徴とするレンズ鏡筒。