JP2019113757A - レンズ鏡筒及び光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】二つのセンサ部を用いて可動部の絶対位置を検出するレンズ鏡筒において、二つのセンサ部にメカ的なガタが生じる場合でも高精度の位置検出を行う。【解決手段】レンズ鏡筒は、レンズ１０２ａを有する可動部１０２を光軸方向に移動可能にガイドするガイド部１０３と、可動部１０２の移動方向の一端から他端まで単調増加するパターンを有するスケール２０２、およびスケール２０２のパターンを読み取ることで可動部１０２の移動に応じて連続的に増加又は減少する信号を出力する検出部２０１を有するセンサ２００と、可動部１０２に設けられ、可動部１０２の移動方向に対し周期的な繰り返しパターンを有するスケール２１２のパターンを読み取ることで可動部１０２の移動に応じて周期的な信号を出力する検出部２１１を有するセンサ２１０と、検出部２０１，２１１の出力信号に基づいて可動部１０２の光軸方向の位置を検出する制御手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルカメラ等の撮像装置を含む光学機器に搭載されるレンズ鏡筒、特に可動レンズのリニア駆動制御を行うレンズ鏡筒及びそれを備える光学機器に関する。

レンズ鏡筒のフォーカスレンズの駆動方式として、ボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭという。）や圧電素子を利用した超音波モータなどのリニア駆動を行うアクチュエータにより、フォーカスレンズを光軸方向に駆動する方式がある。

フォーカスレンズの駆動において、フォーカスレンズの位置制御を行うには、フォーカスレンズの位置検出を行う位置センサが必要である。位置センサの精度は、フォ−カスレンズの停止精度などを含むフォーカス動作の制御性にかかわるため、フォーカスレンズの位置を高精度に検出する位置センサが求められている。

位置センサとして、フォーカスレンズの駆動範囲内における絶対位置を検出する絶対位置センサやフォーカスレンズが移動した距離を検出する相対位置センサ等がある。一般的に、同等のサイズで、同等の検出範囲を必要とする場合、相対位置センサの方が絶対位置センサに比べ位置検出精度が高い。その為、ＶＣＭや超音波モータを用いる高い位置精度の求められるフォーカスレンズの駆動方式では、光学式や磁気式の相対検出センサが用いられることが多い。

また、ＶＣＭなどの相対位置センサを用いるフォーカスレンズの駆動方式は、フォーカスレンズの絶対位置を検出する原点位置センサを設けて置き、カメラ起動時にフォーカスレンズを原点位置センサで検出されるまで端部に移動させる。そして、検出された原点位置からのフォーカスレンズの移動距離を相対位置センサで検出し、フォーカスレンズの絶対位置を算出するが、起動開始からフォーカスレンズの絶対位置を検出するまでに時間がかかるという問題がある。

そこで、特許文献１では、位置検出精度の高い相対位置センサと、相対位置センサよりは位置検出精度の低い絶対位置センサを配置し、絶対位置センサと相対位置センサの二つの検出結果を用いて精度の高い絶対位置を検出する方式を用いている。これにより、カメラ起動時においても原点位置の検出動作を行うことなく、レンズの絶対位置を検出することができる。

絶対位置センサは、可動部の移動方向に対して単調に増加又は減少するような信号を得られるように構成され、特許文献２では、接触式のポテンショメータや、三角形の形状をしたスケール部を通過した光線を受光する非接触式の光学センサが提案されている。

特開２００６-２５８５８６号公報 特開２００３-２１４８３５号公報

しかし、上述の従来技術では、次のような課題がある。特に上記特許文献２のように、位置センサにポテンショメータを用いている場合、ポテンショメータの可動部であるスライダが移動するレンズ群に連結され、スライダの摺動はレンズ群の移動の負荷となる。また、耐久性の観点からも、接触式のセンサは非接触のセンサに比べて劣る。

一方、光学式の非接触の絶対位置センサは、パターンが形成されたスケール部と、そのスケール部の位置を読み取る検出部で構成されるが、メカのガタによりスケール部と検出部の相対位置にズレが生じることがある。ズレの方向によっては、位置センサの出力値の誤差原因となり、精度の良い絶対位置の検出ができなくなってしまう。光学式以外のＭＲセンサ等の磁気式センサにおいても、同様の課題がある。

また、その対策として位置センサをガタの少ない箇所に配置することが考えられるが、位置センサを二つ有する場合は、二つの位置センサをそれぞれガタの少ない同じ箇所に配置することは困難である。

そこで本発明の目的は、二つのセンサ部を用いて可動部の絶対位置を検出するレンズ鏡筒において、二つのセンサ部にメカ的なガタが生じる場合でも高精度の位置検出を行うことのできるレンズ鏡筒及び光学機器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のレンズ鏡筒は、複数の光学レンズで構成される撮影光学系に含まれる光学レンズを有する可動部と、前記可動部を光軸方向に移動可能にガイドする第１のガイド部と、前記可動部に設けられ、前記可動部の移動方向の一方の端部から他方の端部まで単調増加するパターンを有する第１のスケール部、および前記第１のスケール部のパターンを読み取ることで前記可動部の移動に応じて連続的に増加又は減少する信号を出力する第１の検出部を有する第１のセンサ部と、前記可動部に設けられ、前記可動部の移動方向に対し周期的な繰り返しパターンを有する第２のスケール部、および前記第２のスケール部のパターンを読み取ることで前記可動部の移動に応じて周期的な信号を出力する第２の検出部を有する第２のセンサ部と、前記第１の検出部の出力信号と前記第２の検出部の出力信号に基づいて前記可動部の光軸方向の位置を検出する制御手段と、を備え、前記第１のセンサ部は、前記第２のセンサ部に比べて、前記第１のガイド部の近くに配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、二つのセンサ部を用いて可動部の絶対位置を検出するレンズ鏡筒において、二つのセンサ部にメカ的なガタが生じる場合でも、高精度の位置検出を行うことができる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態であるレンズ鏡筒の要部を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）に示すレンズ鏡筒を光軸方向から見た図である。 （ａ）は絶対センサの側面図、（ｂ）は絶対センサの正面図、（ｃ）は相対センサの側面図、（ｄ）は相対センサの正面図である。 （ａ）は絶対センサが移動したときの出力信号を示すグラフ図、（ｂ）は相対センサが移動したときの出力信号を示すグラフ図、（ｃ）は演算信号を示すグラフ図である。 絶対センサにずれが発生した場合の出力信号を説明するグラフ図である。 レンズ鏡筒におけるメカ的なガタを説明する図である。 望ましくないセンサの配置例に説明する図である。 相対センサにずれが生じた場合の出力信号を示すグラフ図である。 本発明の第２の実施形態であるレンズ鏡筒を説明するグラフ図である。 本発明の他の実施形態であるレンズ鏡筒を説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態であるレンズ鏡筒の要部を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すレンズ鏡筒を光軸方向（Ｚ方向）から見た図である。なお、図１では、本発明の要部以外の図示は省略している。

図１（ａ）に示すように、本実施形態のレンズ鏡筒１００は、レンズ地板１０１、レンズ保持枠１０２、メインガイドバー１０３、サブガイドバー１０４及びリニアアクチュエータ１０５を備える。レンズ地板１０１は、レンズ鏡筒１００の固定部であり、レンズ保持枠１０２は、光学レンズとしてのフォーカスレンズ群１０２ａを保持する可動部である。メインガイドバー１０３及びサブガイドバー１０４は、それぞれ光軸方向に平行に延びて一端がレンズ地板１０１に固定されている。

メインガイドバー１０３とサブガイドバー１０４は、光軸と直交する方向（レンズ保持枠１０２の径方向）に互いに離間配置されてレンズ保持枠１０２を光軸方向に移動可能にガイドする第１のガイド部及び第２のガイド部である。メインガイドバー１０３は、レンズ保持枠１０２と係合部１０２ｂで係合し、サブガイドバー１０４は、レンズ保持枠１０２と係合部１０２ｃで係合している。リニアアクチュエータ１０５は、レンズ保持枠１０２と連結部１０５ａで係合し、レンズ保持枠１０２を光軸方向に駆動する駆動部である。

サブガイドバー１０４は、レンズ保持枠１０２の光軸方向の移動時のメインガイドバー１０３の回転止めとして機能する。その為、レンズ保持枠１０２のメインガイドバー１０３との係合部１０２ｂは、移動方向の係合長が長く設定され、レンズ保持枠１０２のサブガイドバー１０４との係合部１０２ｃの係合長は相対的に短く設定されている。なお、レンズ鏡筒１００は、フォーカスレンズ１０２ａを含む不図示の複数の撮影光学系を有している。

図１（ｂ）に示すように、第１のセンサ部である絶対位置センサユニット２００（以下、絶対センサ２００という。）は、検出部２０１と、読み取りパターンが形成されたスケール部２０２とにより構成される。第２のセンサ部である相対位置センサユニット２１０（以下、相対センサ２１０という。）は、検出部２１１と、読み取りパターンの形成されたスケール部２１２とにより構成される。

絶対センサ２００及び相対センサ２１０のそれぞれの検出部２０１，２１１は、レンズ地板１０１に固定して取り付けられる。一方、スケール部２０２，２１２は、レンズ保持枠１０２に取り付けられ、レンズ保持枠１０２と共に光軸方向に移動する。検出部２０１，２１１とスケール部２０２，２１２は、それぞれ微小量離間して配置されており、絶対センサ２００及び相対センサ２１０は非接触式の位置センサである。

検出部２０１，２１１とスケール部２０２，２１２は、それぞれ対向した位置に配置されており、検出部２０１，２１１からの発光と反射光の受光によりスケール部２０２，２１２を読み取り，レンズ保持枠１０２の位置を検出する。位置センサの位置検出の原理については後述する。絶対センサ２００は、軸と穴の隙間の小さいメインガイドバー１０３の近傍に配置され、相対センサ２１０は、相対的に軸と穴の隙間の大きいサブガイドバー１０４の近傍に配置される。

次に、図２及び図３を参照して、絶対センサ２００と相対センサ２１０の構成と検出方法、および特徴について説明する。図２（ａ）は絶対センサ２００の側面図、図２（ｂ）は絶対センサ２００の正面図、図２（ｃ）は相対センサ２１０の側面図、図２（ｄ）は相対センサ２１０の正面図である。なお、図２及び図３に示す座標系は、図１の座標系とは異なるセンサ内の相対座標系である。また、図２は説明のための模式図であり、スケール部と検出部の相対的な大きさ、周期パターンの数などは実際のセンサと一致しない。図３は、各センサの出力信号を増幅、演算した信号レベルであり、詳細は後述する。

まず、絶対センサ２００について説明する。図２（ａ）に示すように、絶対センサ２００は、検出部２０１とスケール部２０２がＺ方向に対向して配置され、レンズ保持枠１０２の移動に連動してスケール部２０２がＸ方向に平行移動する。図２（ｂ）に示すように、スケール部２０２には、三角形状の黒部２０２ａと白部２０２ｂがそれぞれ配され、＋Ｘ方向（図の右方向）に向かって白部２０２ｂの面積が連続的に増加する略斜面形状のパターンとなっている。

検出部２０１は、一面に発光部２０１ａと受光部２０１ｂを有しており、図２（ｂ）の方向からは見えないが説明のため、ハッチングで示している。図２（ａ）の矢印で示すように、発光部２０１ａから光がスケール部２０２に向かって投光され、スケール部２０２での反射光を受光部２０１ｂで受光し、電流−電圧変換した上で増幅された信号が出力される。スケール部２０２に配された黒部２０２ａと白部２０２ｂの反射率の違いにより、Ｘ方向の位置によって受光部２０１ｂでの受光量が変化し、図３（ａ）に示す出力３０１が得られる。

図３（ａ）は、絶対センサ２００がＸ方向に移動したときの出力信号を示すグラフ図であり、横軸を絶対センサ２００における検出部２０１とスケール部２０２とのＸ方向の相対位置、Ｙ軸を出力信号レベルとしている。図２（ｂ）に示すように、＋Ｘ方向に向かうに従い、白部２０２ｂの面積が広くなっているため、図３（ａ）の出力信号は一定の傾きで一方の端部から他方の端部まで単調増加している。出力が単調増加の為、出力信号を見ることで絶対センサ２００がＸ方向の全体のどこに位置しているかを検出することができる。つまり、Ｘ方向のスケール部２０２の範囲内の絶対位置を検出することができる。

次に、相対センサ２１０について説明する。図２（ｃ）に示すように、相対センサ２１０は、検出部２１１と、読み取りパターンの配されたスケール部２１２がＺ方向に対向して配置され、レンズ保持枠１０２の移動に連動してスケール部２１２がＸ方向に平行移動する。

図２（ｄ）に示すように、スケール部２１２は、黒部２１２ａと白部２１２ｂが移動方向であるＸ方向に対し、ピッチＬごとに交互に周期的に繰り返す読み取りパターンとなっている。そして、黒部２１２ａ及び白部２１２ｂの幅は、繰り返しピッチＬの半分の長さＬ／２となっている。図２（ｄ）は、説明のためにスケール部２１２のパターンの一部を模式的に示しており、実際には繰り返しパターンの周期は図２（ｄ）の記載よりも多く存在する。

検出部２１１は、一面に発光部２１１ａと２つの受光部２１１ｂ，２１１ｃを有しており、図２（ｄ）方向からは見えないが説明のため、ハッチングで示している。図２（ｄ）に示すように、受光部２１１ｂ，２１１ｃは、Ｘ方向にピッチＬの１／４ずれた位置に配されている。図２（ｃ）に示すように、発光部２１１ａから光がスケール部２１２に向かって投光され、スケール部２１２での反射光を受光部２１１ｂ及び受光部２１１ｃで受光し、信号が出力される。黒部２１２ａと白部２１２ｂの周期的な繰り返しパターンにより、受光部２１１ｂ，２１１ｃでは、Ｘ方向の位置によって図３（ｂ）示す出力信号が得られる。

図３（ｂ）は、相対センサ２１０がＸ方向に移動したときの出力信号を示すグラフ図であり、横軸を相対センサ２１０におけるスケール部２１２とのＸ方向の相対位置、Ｙ軸を出力信号レベルとしている。そして、受光部２１１ｂの出力信号３０２を実線で示し、受光部２１１ｃの出力信号３０３を破線で示している。以下、出力信号３０２をＡ相信号、出力信号３０３をＢ相信号と呼ぶ。

スケール部２１２のパターンにより、二つの信号はピッチＬの周期で繰り返す１点鎖線３０４を中心としたサイン波信号として出力される。そして、受光部２１１ｂ，２１１ｃの配置より、Ａ相信号とＢ相信号でＬ／４だけ位相がずれて出力される。レンズ保持枠１０２がある位置から他の位置まで移動した際、何周期分移動したかをカウントすることで、二つの位置の相対位置をＬ／４のレベルで検出することができる。

また、Ａ相信号３０２の出力をＳａ、Ｂ相信号３０３の出力をＳｂとし、二つのサイン波信号の中心をＳｃとしたとき、次式（１）を用いて不図示の制御装置のＣＰＵ等で演算を行うことで、図３（ｃ）に示すような演算信号Ｓｏを得ることができる。

Ｓｏ＝ｔａｎ^-1（Ｓｂ−Ｓｃ）／（Ｓａ−Ｓｃ） …（１）
上式（１）は、Ａ相信号、Ｂ相信号、それぞれの信号の中心位置をオフセットしてから、アークタンジェントをとることで、１周期内の位相成分を検出している。図３（ｃ）に示すように、演算信号Ｓｏは、周期Ｌで繰り返すのこぎり波形であり、１周期内では単調増加している。よって、１周期内における絶対位置を分解能Ｌ／４よりも詳細に検出することができる。つまり、相対センサ２１０は、レンズ保持枠１０２が移動した際に、移動の相対量を詳細に検出することが可能である。

ところで、カメラの起動直後などはレンズ保持枠１０２を初期位置に移動してからでないと、レンズ保持枠１０２の絶対位置を検出することができない。一方で、絶対センサ２００は初期位置に移動等の原点検出動作を行うことなくレンズ保持枠１０２の絶対位置の検出が可能であるが、レンズ保持枠１０２の可動ストローク全体で単調増加となるために、分解能の面では相対センサ２１０に対して低い。

そこで、絶対センサ２００と相対センサ２１０の出力信号及び、演算信号を用いて詳細な絶対位置検出を行う。具体的には、まず、絶対センサ２００の出力より、相対センサ２１０の何周期目に位置するかを検出し、相対センサ２１０の出力を上式（１）を用いて演算した出力により詳細な絶対位置を検出する。このように絶対センサ２００と相対センサ２１０を組合せて用いることで、カメラ起動直後でも初期位置への移動等の原点検出動作を行うことなく、レンズ保持枠１０２の詳細な絶対位置を検出することができる。

次に、絶対センサ２００と相対センサ２１０を組合せて用いる場合の課題について説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）の絶対センサ２００において、検出部２０１とスケール部２０２のどちらかが移動してＹ方向に相対的にずれが生じた場合、絶対センサ２００の出力が次のようになる。

図４は、検出部２０１に対してスケール部２０２が図２の座標系の−Ｙ方向に相対的に移動して、ずれが発生した場合の絶対センサ２００の出力信号を示すグラフ図である。図４において、縦軸及び横軸は図３（ａ）と同様である。ずれがない場合の出力信号を図３（ａ）と同様に出力信号３０１（実線）で示し、ずれが生じた場合の出力信号を出力信号３１１（破線）で表している。出力信号３１１は、ずれがない場合の出力信号３０１よりもＸ方向の全領域において、上方にシフトするように出力が上昇している。

これは、スケール部２０２が−Ｙ方向にずれが生じたため、反射率の高い白部２０２ｂが本来よりも多く検出されるようになったからである。このような出力信号の乱れが発生すると、図４に示すように、実際はＸａの位置である場合において、信号はＶａとして出力されるところがＶｂと出力され、結果として位置がＸｂとして検出され、Ｘａ−Ｘｂの検出誤差が生じる。

レンズ保持枠１０２の移動ストロークが大きくなるにつれて、検出ストロークが必要となり、黒部２０２ａと白部２０２ｂの境界線の傾きは水平に近くなり、移動量に対する敏感度が下がる一方、Ｙ方向のズレによる検出誤差は大きくなる。また、図２の座標系のＹ方向のずれについて述べたがＺ方向にずれが生じた場合においても、検出誤差量は少ないものの図４に示すように絶対センサ２００の出力信号は変化し、検出誤差が生じる。

一方、相対センサ２１０において上述と同様に、検出部２１１とスケール部２１２のどちらかが移動してＹ方向に相対的にずれが生じた場合、出力信号は図３（ｂ）の場合と変わらない。これは、スケール部２１２の黒部２１２ａと白部２１２ｂはＸ方向に対して交互に繰り返すパターンとして配されているが、Ｙ方向に対しては変化がないからである。

つまり、相対センサ２１０のＡ相信号とＢ相信号から得られる演算信号も図３（ｃ）の実線の出力信号３０２と破線の出力信号３０３と同様であり、Ｙ方向にずれが生じていても検出誤差は原理上発生しない。Ｙ方向のずれが発生した場合でも、発光部２１１ａと受光部２１１ｂによる検出範囲内にスケール部２１２が収まっていれば、検出誤差は生じない。

上述のようなセンサの特徴を踏まえると、本実施形態のような２つのガイドバー１０３，１０４で支持され、レンズ保持枠１０２が平行移動するレンズ鏡筒１００において、センサの配置によっては次のような課題が発生する。

図５は、レンズ鏡筒１００におけるメカ的なガタを説明する図である。上述したように、光軸方向におけるレンズ保持枠１０２のメインガイドバー１０３との係合部１０２ｂの係合長より、サブガイドバー１０４との係合部１０２ｃの係合長の方が短く設定されている。その為、レンズ保持枠１０２の移動時や、振動が発生した際には、レンズ保持枠１０２は、メインガイドバー１０３を中心に図５で示す矢印４０１及び４０２のように微少回転し、メカ的ガタが発生する。メインガイドバー１０３を回転中心とするため、メインガイドバー１０３及び係合部１０２ｂ近傍のガタによるずれ量は小さいが、サブガイドバー１０４及び係合部１０２ｃ近傍のずれ量は大きくなる。

位置センサを取り付ける際、一般的にガタによるずれ量の小さくなる位置に配置することが望ましいため、図１のレンズ鏡筒１００の場合、メインガイドバー１０３近傍に位置センサが配置されることが望ましい。しかし、絶対センサと相対センサの二つのセンサを取り付ける場合、二つのセンサが物理的に干渉してしまうことや、発光部からの光線が互いのセンサに干渉することが考えられ、二つのセンサをメインガイドバー１０３近傍に取り付けることは困難である。

また、二つのセンサを互いに近傍に配置することは、レンズ保持枠１０２の形状が複雑化することによる強度面や製作コストの課題や、レンズ鏡筒の外径が大型化すること等の懸念があげられる。また、センサの検出方式が磁気方式であった場合においても、近傍に二つのセンサを配置すると磁気干渉による誤検出が生じる可能性がある。

そこで、本実施形態では、図１に示すように、絶対センサ２００を相対センサ２１０よりもメインガイドバー１０３の近傍に配置する。また、図５に示すように、絶対センサ２００はメインガイドバー１０３の近傍位置で、検出部２０１とスケール部２０２がメインガイドバー１０３を中心とした半径Ｒ１の円の法線の向き（矢印４０３の向き）で対向するように配されている。

これにより、レンズ保持枠１０２がガタによりメインガイドバー１０３を回転中心とした方向に微小回転したとしても、図２の相対座標系でのＹ方向及びＺ方向のずれが小さく、位置検出精度を向上させることができる。また、絶対センサ２００は光軸方向から見て、メインガイドバー１０３とサブガイドバー１０４を結ぶ線と、絶対センサ２００とメインガイドバー１０３を結ぶ線が略直交する位置に配置されている。これにより、レンズ保持枠１０２の最大外径がメインガイドバー１０３との係合部１０２ｂと、サブガイドバー１０４との係合部１０２ｃで決まり、レンズ鏡筒１００の最大外径を大きくすることなく位置検出精度を維持することができる。

一方、相対センサ２１０はサブガイドバー１０４近傍に位置し、検出部２１１とスケール部２１２がメインガイドバー１０３を中心とした半径Ｒ２の円の法線の向き（矢印４０４の向き）で対向するように配されている。図２（ｃ）及び図２（ｄ）の相対座標系における相対センサ２１０のＹ方向のずれ量は、絶対センサ２００のＹ方向に比べると大きいが、上述したように、相対センサ２１０はＹ方向にずれが生じても、検出誤差は発生しない。

また、図２（ｃ）及び図２（ｄ）の相対座標系におけるＺ方向のずれ量はＹ方向のずれ量に比べると非常に小さく無視できる。よって、相対センサ２１０は位置検出精度を低下させることなく、微小な位置検出を精度よく行うことができる。

以上の説明を踏まえて、絶対センサ２００及び相対センサ２１０の望ましくない配置について説明する。まず、図１における絶対センサ２００と相対センサ２１０の配置が逆だった場合について述べる。この場合、相対センサ２１０はガタの小さいメインガイドバー１０３の近傍に配置されるので、図２の座標系のＹ方向及びＺ方向ともにずれ量は小さく、位置検出精度は高い。一方、絶対センサ２００はサブガイドバー１０４の近傍に配されるため、図２の座標系のＹ方向のずれにより大きな検出誤差が発生するため、このような配置は望ましくない。

次に、図６を参照して、その他の望ましくないセンサの配置例について述べる。図６は、センサの配置の候補位置２２０，２２１を示すレンズ鏡筒の正面図である。まず、候補位置２２０のいずれかにセンサを配置した場合、メカ的なガタの小さいメインガイドバー１０３近傍に配されるため、検出精度は高いが、センサユニットがメインガイドバー１０３よりも光軸から遠い位置に配される。このため、レンズ鏡筒１００の最大外径が大きくなってしまい、小型化を図る上で望ましくない。

次に、候補位置２２１のように、検出部とスケール部がメインガイドバー１０３を中心とした円の略接線方向に対向した配置の場合について述べる。センサはサブガイドバー１０４近傍にあるためメカ的なガタにより、図２の相対座標系におけるＹ方向のずれは小さいが、Ｚ方向のずれが大きく生じる。絶対センサ２００は、Ｙ方向とＺ方向のずれに対して検出誤差が生じるので、この位置に配すことは望ましくない。また、相対センサ２１０においてもＺ方向のずれが生じた場合は、図７のような出力信号となる。

図７は、相対センサ２１０に図２の相対座標系のＺ方向のずれが生じた場合の出力信号を示すグラフ図であり、説明簡易化のために、Ａ相信号の出力のみを示している。図７では、Ｚ方向に検出部２１１とスケール部２１２が近づく方向にずれが生じた場合を説明しており、縦軸及び横軸は図３（ｂ）と同様である。また、ずれがない場合のＡ相信号を図３（ｂ）と同様に出力信号３０２とし、出力信号３０２のサイン波信号の中心を１点鎖線３０４で示し、ずれが乗じた場合のＡ相信号を出力信号３１２とし、出力信号３１２のサイン波信号の中心を１点鎖線３１４で表している。

図７（ａ）に示すように、Ｚ方向のずれにより出力信号３１２は、ずれがない場合の出力信号３０２に比べてサイン波形が拡大されている。その結果、１点鎖線３０４で示す中心値Ｖｃから、１点鎖線３１４で示す中心値Ｖｄに上昇している。なお、図示は省略するが、Ｂ相信号も同様にサイン波形が拡大されて、中心位置がずれた出力となる。上式（１）を用いた演算時に、オフセットさせる中心値がずれていると、図７（ｂ）のような信号が得られる。

ずれがない場合の演算信号を図３（ｃ）と同様にＳｏで示し、ずれがある場合の演算信号をＳｉで示す。ＳｉはＳｏと同様に、ピッチＬの周期で繰り返し単調増加であるが、周期の切り替わる位置（ピーク位置）にずれが生じている。このずれにより、相対センサ２１０の位置検出精度は低下する。よって、候補位置２２１のようにセンサの検出部とスケール部はメインガイドバー１０３を中心とした円の略接線方向に対向した配置は望ましくない。なお、外径の大きさに拘らない場合であれば、候補位置２２０でも構わない。

以上説明したように、本実施形態では、絶対センサ２００と相対センサ２１０の二つのセンサを用いて精度の高い絶対位置検出を行うことができ、カメラ起動時においても原点検出動作を行うことなく、レンズ保持枠１０２の絶対位置を検出することができる。

（第２の実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第２の実施形態であるレンズ鏡筒について説明する。なお、本実施形態では、上記第１の実施形態と重複する部分については、符号を流用して説明する。上記第１の実施形態では、絶対センサ２００及び相対センサ２１０は、レンズ鏡筒１００内部の温度が常温で出力変動がない場合を例示したが、レンズ鏡筒１００の内部温度によってセンサ出力が変動する場合は、次のように温度補償制御を行うことも可能である。高温、低温などの温度下において、レンズ鏡筒１００の内部温度が変化すると、センサ出力信号の増減が考えられる。

図８は、低温下における絶対センサ２００と相対センサ２１０の出力信号と演算信号を示すグラフ図であり、縦軸と横軸は図３と同様である。図８（ａ）は、絶対センサ２００の出力信号であり、常温下の信号を出力信号３０１として実線で示し、低温下の信号を出力信号３２１として破線で表している。出力信号３２１の出力は、出力信号３０１よりも上昇しており、この信号を用いて位置検出を行うと、位置検出精度が低下してしまう。

図８（ｂ）は、相対センサ２１０の出力信号でＡ相信号のみを示しており、常温下の信号を出力信号３０２として実線で示し、低温下の信号を出力信号３２２として破線で示す。図７と同様に、出力信号３２２は、出力信号３０２に比べてサイン波形が拡大されている。その結果、出力信号３０２のサイン波信号の中心（１点鎖線３０４）である中心値Ｖｃから、出力信号３２２のサイン波信号の中心（１点鎖線３２４）である中心値Ｖｅに上昇している。

そこで、予めレンズ鏡筒１００の内部温度変化に対する出力値の変化を測定、記録しておき、使用時は記録したデータを用いて不図示の制御装置の温度算出部により出力値からの温度推定を行い、温度補償を行う。

具体的には、レンズ鏡筒１００の内部の各温度下における相対センサ２１０のサイン波形の振幅を温度補正データとして記録しておく。また、各温度下における絶対センサ２００の出力の増幅率、オフセット量変化等の補正値を記録しておく。

図８（ｂ）において、矢印３３１は常温下の出力信号の振幅を示し、矢印３３２は低温下の出力信号の振幅を示している。ある温度下において、レンズ保持枠１０２を相対センサ２１０の繰り返し周期であるＬだけ移動させ、１周期分の出力信号を得て振幅を検出する。温度算出部により予め記録されている温度補正データを参照し、検出した信号の振幅を用いてレンズ鏡筒１００内部の温度を推定する。

推定温度より求められる温度補正データの絶対センサの補正値を参照し、絶対センサ２００の出力信号が出力信号３２１から出力信号３０１になるように補正する。これにより、温度変動による絶対センサ２００の検出誤差を補正することができる。

一方、相対センサ２１０においては、出力信号３２２の振幅より一点鎖線３２４で示す中心値を算出する。そして、Ａ相信号とＢ相信号に対し、上式（１）のオフセット値であるＳｃに算出した中心値を入力し、Ｓｏを算出する。正しいオフセット値を用いて上式（１）で求めた演算信号は図８（ｃ）の演算信号３２５となり、検出精度を下げることなく位置検出をすることができる。

このように、本実施形態では、温度補正データを用いることで、レンズ鏡筒１００内部の温度変化によりセンサ出力が変動する場合においても、精度よく位置検出を行うことができる。

なお、本実施形態では、相対センサ２１０の出力のサイン波振幅を用いて温度推定を行ったが、絶対センサ２００の出力を用いて温度推定を行う場合は次のような課題がある。絶対センサ２００の出力は、検出範囲全領域において単調増加である為、温度推定を行うためにはレンズ保持枠１０２を検出範囲の端から端まで移動させて、出力信号を確認する必要がある。

これに対し、相対センサ２１０であれば、周期的に信号が繰り返すので１周期分だけレンズ保持枠１０２を移動させれば信号の振幅を検出でき、温度推定を行うことができる。カメラ起動時において、初期動作としてレンズ保持枠１０２を繰り返しパターンの１周期分Ｌ移動させれば、温度補償を行い精度の良い絶対位置検出を行うことができる。

したがって、カメラ起動直後にレンズ保持枠１０２を原点位置まで駆動させることに比べると、位置検出までの時間を大幅に短縮することができる。なお、カメラ起動直後は温度補償前の検出位置を用いておき、カメラ本体からのフォーカス動作命令が下り、レンズ保持枠１０２を駆動させてＬ／４分移動してから、温度補償を行ってもよい。その他の構成、及び作用効果は、上記第１の実施形態と同様である。

なお、本発明の構成は、上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、材質、形状、寸法、形態、数、配置箇所等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

例えば、上記各実施形態では、相対センサ２１０に二つの受光部２１１ａ，２１１ｂを配置した場合を例示したが、受光部を一つしか有さない相対センサを二つ配置しても構わない。その場合、二つの相対センサの検出位置がＬ／４分ずれていればよい。

また、上記実施形態では、絶対センサ２００及び相対センサ２１０として非接触式の光学式センサを用いて位置検出を行ったが、その他の検出方式のセンサを用いても構わない。例えば、磁気式センサを用いる場合、絶対センサとしてホールセンサを用い、相対センサとしてＧＭＲセンサを用いることが考えられる。

この場合、絶対センサは、スケール部として磁石を用いて、移動に対して磁界が単調増加になるようにホール素子と磁石を配置することが考えられる。また、相対センサは、スケール部２１２と同様に繰返しの磁気パターンが着磁された磁気テープ等を用いることが考えられる。

上述したように、絶対センサと相対センサが同じ検出方式である場合は、互いの磁気干渉が懸念されるため、２つのセンサを近傍におくことは困難であり、本実施形態のような配置が望ましい。また、磁気式センサと光学式センサを組合せて、位置検出を行ってもかまわない。アクチュエータの種類によっては、アクチュエータのコイル等が磁気式センサに磁気干渉を与えるので、アクチュエータ近傍におくセンサを光学方式にすることが望ましい。

また、上記各実施形態では、レンズ鏡筒について述べてきたが、カメラ本体に対してレンズ鏡筒が着脱可能な一眼レフカメラや、レンズ鏡筒がカメラ本体と一体になった撮像装置あるいはその他の光学機器においても適用される。カメラ本体にレンズ鏡筒が着脱可能な撮像装置においては、絶対位置検出の算出フローは、レンズ鏡筒側の制御部で行っても、カメラ本体側の制御部で行ってもよい。また、フォーカスレンズ群ではなく、ズームレンズ群の絶対位置検出にも有効である。

また、上記各実施形態では、第２のガイド部としてサブガイドバー１０４を用いたが、レンズ地板１０１の一部で第２のガイド部を構成してもよい。図９（ａ）を参照して、説明する。

図９（ａ）は、レンズ地板１０１の一部で第２のガイド部を構成する場合の正面図である。図９（ａ）では、レンズ地板１０１の一部を省略して図示しており、上記各実施形態と異なり、サブガイドバー１０４に代えてガイド突起部１０１ｂを設けている。ガイド突起部１０１ｂは、レンズ保持枠１０２のＵ溝からなる係合部１０２ｃと係合し、レンズ保持枠１０２の光軸方向の移動時の回転を抑止する。そして、図１のレンズ鏡筒１００と同じ箇所に絶対センサ２００と相対センサ２１０が配される。

このように、第２のガイド部をレンズ地板１０１の一部で構成することにより、部品点数を削減でき、コストダウンや組み立ての簡略化を行うことができる。なお、レンズ地板１０１のガイド突起部１０１ｂはサブガイドバー１０４に比べると、係合部１０２ｃとの係合隙間を厳しく管理することが難しい。しかし、本実施形態の絶対センサ２００や相対センサ２１０の配置であれば、ガタに対する検出誤差を低減することができ有効である。

また、上記各実施形態では、第２のガイド部としてサブガイドバー１０４を用いたが、必ずしも第２のガイド部を設けなくても良い。図９（ｂ）を参照して、説明する。図９（ｂ）は、小型化及びコストダウンのためにサブガイドバー１０４を設けずに、メインガイドバー１０３とリニアアクチュエータ１０５の連結部１０５ａで支持されるレンズ保持枠１０２の構成を示す図である。

図９（ｂ）において、連結部１０５ａは、レンズ保持枠１０２のメインガイドバー１０３を中心とした回転を抑止している。しかし、リニアアクチュエータ１０５での連結部１０５ａのメカ的なガタや連結部１０５ａがメインガイドバー１０３に近いことより、サブガイドバー１０４がある場合に比べるとメカ的ガタは大きい。

そこで、図９（ｂ）に示すように、絶対センサ２００をメインガイドバー１０３の近傍に置き、相対センサ２１０をそれよりも離れた位置で、メインガイドバー１０３を中心とした円の法線方向に検出部２１１とスケール部２１２が対向するように配置する。これにより、レンズ保持枠１０２のメインガイドバー１０３を中心とした回転のガタが生じても検出精度の低下を防ぐことができる。

１０１ レンズ地板
１０２ レンズ保持枠
１０３ メインガイドバー
１０４ サブガイドバー
１０５ リニアアクチュエータ
２００ 絶対センサ
２０１ 検出部
２０２ スケール部
２１０ 相対センサ
２１１ 検出部
２１２ スケール部

Claims (11)

1. 複数の光学レンズで構成される撮影光学系に含まれる光学レンズを有する可動部と、
   前記可動部を光軸方向に移動可能にガイドする第１のガイド部と、
   前記可動部に設けられ、前記可動部の移動方向の一方の端部から他方の端部まで単調増加するパターンを有する第１のスケール部、および前記第１のスケール部のパターンを読み取ることで前記可動部の移動に応じて連続的に増加又は減少する信号を出力する第１の検出部を有する第１のセンサ部と、
   前記可動部に設けられ、前記可動部の移動方向に対し周期的な繰り返しパターンを有する第２のスケール部、および前記第２のスケール部のパターンを読み取ることで前記可動部の移動に応じて周期的な信号を出力する第２の検出部を有する第２のセンサ部と、
   前記第１の検出部の出力信号と前記第２の検出部の出力信号に基づいて前記可動部の光軸方向の位置を検出する制御手段と、を備え、
   前記第１のセンサ部は、前記第２のセンサ部に比べて、前記第１のガイド部の近くに配置されていることを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 前記第１のガイド部と平行に配置され、前記可動部を光軸方向に移動可能にガイドするとともに、前記第１のガイド部を中心とした前記可動部の回転を抑止する第２のガイド部を備え、
   前記第２のガイド部の近傍には、前記第２のセンサ部が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
3. 前記第１のセンサ部は、前記第１のスケール部と前記第１の検出部が非接触式であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ鏡筒。
4. 前記第１の検出部および前記第２の検出部の少なくとも一方は、光量を検出する光学式であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレンズ鏡筒。
5. 前記第１のスケール部は、略斜面形状で形成されることを特徴とする請求項４に記載のレンズ鏡筒。
6. 前記第１の検出部および前記第２の検出部の少なくとも一方は、磁界の変化を検出する磁気方式であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレンズ鏡筒。
7. 前記第１のスケール部と前記第１の検出部が対向する方向は光軸方向から見て前記第１のガイド部と前記第２のガイド部を結ぶ線に対して略直交する方向に配置されていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載のレンズ鏡筒。
8. 前記第２のセンサ部は、光軸方向から見て前記第１のガイド部の軸を中心とした円の法線方向に前記第２のスケール部と前記第２の検出部が対向するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のレンズ鏡筒。
9. 前記第２のセンサ部の出力値から鏡筒の内部温度を推定する温度算出部を備え、
   前記制御手段は、前記温度算出部により推定された前記内部温度に基づき前記第２のセンサ部の出力の温度補償を行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のレンズ鏡筒。
10. 前記可動部が有する前記光学レンズは、フォーカスレンズ又はズームレンズであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のレンズ鏡筒。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のレンズ鏡筒を備える光学機器。

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