JP3259316B2 - 位置検出装置、レンズ装置、ビデオカメラ - Google Patents

位置検出装置、レンズ装置、ビデオカメラ

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JP3259316B2
JP3259316B2 JP05613192A JP5613192A JP3259316B2 JP 3259316 B2 JP3259316 B2 JP 3259316B2 JP 05613192 A JP05613192 A JP 05613192A JP 5613192 A JP5613192 A JP 5613192A JP 3259316 B2 JP3259316 B2 JP 3259316B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、物体の位置を検出する
位置検出装置に関し、特に、高い分解能で位置検出が必
要な際に好適な、磁気抵抗効果(MR)素子を用いた位
置検出装置の構成に関するものである。またさらに当該
位置検出装置を利用したレンズ装置、ビデオカメラに関
するものである。
【0002】
【従来の技術】高い分解能で位置検出が必要なものとし
て、例えば、ビデオカメラ内のズームレンズ又はフォー
カスレンズの位置検出がある。ビデオカメラのレンズ鏡
筒はズーム機能及びオートフォーカス機能を行なうた
め、ズームレンズ、フォーカスレンズを含む複数のレン
ズ系から構成されている。例えば4群のレンズ系が設け
られ、第1群及び第3群のレンズ系は固定されるととも
に、第2群としてズーム用のレンズ系が光軸方向に移動
可能に配置され、また、第4群として合焦、補正、結像
を行なうフォーカス用のレンズ系が同じく光軸方向に移
動可能に配置されている。そして、ズームレンズは例え
ばステッピングモータで駆動され、フォーカスレンズは
ボイスコイルモータで駆動される。
【0003】このようなビデオカメラでは、通常、ズー
ムレンズの動きに対応させてフォーカスレンズの位置を
移動させ、結像位置が常に一定になるように位置制御を
している。特に、マニュアルでズームレンズを動かす
『マニュアル・ズーム・トラッキング』モードにおいて
は、フォーカスレンズの位置が或る決められた軌跡を描
くように移動させなければならず、フォーカスレンズの
位置制御を20μm程度の精度で位置決めしなければな
らない。
【0004】このような要請に対応して、本出願人は先
に、高精度な位置検出が可能なMR型位置検出装置を提
案した。MR型位置検出装置は、例えば150〜400
μm程度の細かい間隔で交互に着磁された極性を有する
マグネットと、マグネットの磁界に応答して抵抗値が変
化するMR素子を用いて構成されており、マグネットや
MR素子の着磁ピッチパターンを細かくすればより高精
度な位置検出信号が得られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、MR型位置
検出装置は、通常マグネットが可動体、例えばフォーカ
スレンズを保持するレンズホルダーに取り付けられ、M
R素子は固定側、例えばレンズ鏡筒の所定部位に配設固
定される。そして、可動体が可動範囲内の所定の位置に
あるときにマグネットとMR素子が所定のギャップをも
って対峙するように設定されている。
【0006】ここで、ギャップの幅はMR素子の出力電
圧に影響を与えるため、厳密に管理されることが好まし
い。例えば、マグネットの着磁ピッチが264μmの場
合では、MR素子から40mV以上の出力を得るには、
図16からわかるように、ギャップ幅は0.08〜0.18mm
とされていなければならない。ところが、このような対
峙状態のギャップ幅を所定値に保持することは、MR素
子を固定する各部品の累積公差の存在により不可能に近
かった。このため、複雑なギャップ調整機構が必要にな
り、構造が煩雑化するとともに、所要部分の組み付け工
程後に、各セット毎にギャップ調整作業が必要とされ、
製造工程が非能率化しているという問題があった。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
点に鑑みてなされたもので、軸体が挿通されてこの軸体
に沿って可動される可動体に取り付けられるとともに、
所定の間隔で交互に着磁された複数対の磁極を有するマ
グネットと、軸体の周面を取付位置基準として軸体の周
面に圧接して位置決め装着される保持手段と、この保持
手段に固定されることでマグネットと所定のギャップを
もって対峙可能な位置に位置決めされて固定され、可動
体の移動に伴うマグネットからの磁界に応答して抵抗値
が変化することによって可動体の位置検出信号を得るこ
とができる磁気抵抗効果素子(MR素子)とから構成さ
れる位置検出装置を提供するものである。さらにこのよ
うな位置検出装置を用いたレンズ装置、ビデオカメラを
提供する。
【0008】
【作用】MR素子、即ちMR素子を固定している保持手
段が直接軸体によって位置決めされることにより、MR
素子は軸体によって位置決めされる他の部品に対して精
度よく配設されていることになる。つまり、MR素子と
軸体に沿って移動するマグネットとの対峙状態における
相互の位置精度を高くすることができる。
【0009】
【実施例】以下、図1〜図13で本発明の位置検出装
、及び位置検出装置を備えたレンズ装置、ビデオカメ
の一実施例を説明する。この実施例は位置検出装置を
ビデオカメラのフォーカスレンズの位置検出手段として
適用した例である。図1は本実施例の位置検出装置を有
するビデオカメラのレンズ系の構造図、図2は要部の構
造図である。
【0010】図1においてカメラ鏡筒の前方から後方に
むかって、光軸I−Iに沿って合焦用の第1群レンズ
1、ズーム用の第2群レンズ2、補正用の第3群レンズ
3、及びフォーカス用の第4群レンズ4が配置され、第
4群レンズ4の焦点位置にCCD撮像素子5が配設され
ている。
【0011】第1群レンズ1、第3群レンズ3はそれぞ
れレンズ鏡筒内の所定位置に固定されているが、第2群
レンズ2及び第4群レンズ4は光軸I−Iに沿って前後
方向に移動可能に取り付けられている。第2群レンズ2
は図示しないステッピングモータの出力軸にリードスク
リュー6を介して連結され、ステッピングモータを正逆
回転させることにより前後進移動される。また、第4群
レンズ4は永久磁石8とレンズホルダー4a上に設けら
れた電磁石コイル9とからなるボイスコイルモータ7に
連繋され、コイル9への通電量及び通電極性を制御する
ことにより前後進移動される。
【0012】本実施例における位置検出装置は、フォー
カス用の第4群レンズ4の位置を検出するように装着さ
れている。第4群レンズ4はレンズホルダー4aの軸受
部4bに光軸I−Iと平行な軸11(以下、基準軸とい
う)が挿通されて、筺体内で前後移動可能に保持されて
いるが、この軸受部4bにはマグネットホルダー4cが
設けられており、マグネット20が取り付けられてい
る。従って第4群レンズ4を保持するレンズホルダー4
aが光軸I−Iに沿って基準軸11上を移動すると、マ
グネット20も基準軸11と平行に移動されることにな
る。
【0013】また、基準軸11には略コ字状のMRホル
ダー21が取り付けられており、このMRホルダー21
上においてマグネット20と対向する面上にMR素子2
2が固定されている。従って、レンズホルダー4aの移
動に伴って、マグネット20はMR素子22との間で所
定のギャップGを保ちながら図4に矢印Hで示すように
対向状態で平行移動していくことになる。
【0014】ここで、本実施例の位置検出装置を構成す
るマグネット20及びMR素子22による位置検出動作
を説明しておく。図4に示すようにマグネット20は長
手方向に、磁極性幅λ、例えばλ=150μmで交互に
着磁された複数対のN,S磁極を有している。
【0015】図5にMR素子22の詳細を示す。このM
R素子22は磁極形成幅λの移動に対して3相の位置変
化信号を出力するため、3対の磁気検出子A1 とA2
1とB2 、及びC1 とC2 とを有している。各磁気検
出子、例えばA1 は強磁性体膜、例えば鉄−ニッケル
膜、又はコバルト−ニッケル膜にスパッタリング又はエ
ッチングで500〜1000Åの細線を折り返した2本
の線として形成されている。折り返し線の幅は、例えば
10μmである。
【0016】磁気検出子A1 ,A2 ,B1 ,B2 ,C
1 ,C2 はマグネット20からの磁界によってそれらの
抵抗値に変化が生ずるように、マグネット20の磁界の
向きと交差(直交)する方向に長く形成されている。、
一方、磁気検出子と同じ強磁性体膜に形成され、磁気検
出子間を接続する線(図中、太線で示す)はマグネット
20の磁界によって抵抗変化が生じないように、マグネ
ット20の磁界の向きと平行する方向により太く、例え
ば100μmの幅で形成されている。
【0017】対となる磁気検出子A1 とA2 、B1 とB
2 、C1 とC2 は、それぞれマグネット20内の磁極形
成幅λの半分の間隔、λ/2だけ間隔づけられて形成さ
れている。第1相の磁気検出子A1 と第2相の磁気検出
子B1 とはλ/3離れて形成され、第1相の磁気検出子
1 と第3相の磁気検出子C1 とは1順した2λ/3、
即ち5λ/3だけ離れて形成されている。
【0018】第3相の磁気検出子C1 とC2 は、第1相
及び第2相の磁気検出子の配置と逆になり、第1相の磁
気検出子と第2相の磁気検出子とは実質的に2λ/3離
れている。第2相の磁気検出子B2 と第3相の磁気検出
子C2 とはλ/3だけ離れて形成されている。
【0019】このように各相の磁気検出子を形成するこ
とにより、それぞれ120度位相差のある3相の位置検
出信号が出力される。各相の対となる磁気検出子、例え
ば第1相の磁気検出子A1 とA2 の間は、上記した太い
接続線で接続され、その接続線の中央部に出力端子A0
が形成されている。
【0020】磁気検出子の抵抗変化を電圧変化として検
出するため、電源電圧VCC印加用端子及びアース端子G
が形成されている。後述する電源電圧VCCの半分の基準
電圧VCC/2を得るため、磁気検出子S1及びS2 が、
マグネット20の磁界の影響を極力受けないように、磁
界と平行する方向に長く、磁界の影響を相殺しあうよう
に並んで形成されている。この磁気検出子S1 とS2
の接続中点にも出力端子S0 が形成されている。
【0021】電源電圧端子VCCと磁気検出子C2 を結ぶ
接続線にも、マグネット20の磁界の影響を受けないよ
うに斜めに形成されている。なお、この斜めの接続線の
太さは磁極形成幅λと等しくし、マグネット20の磁界
の影響を完全に受けないようにすることが好ましい。
【0022】図6に図5に示したMR素子22の等価回
路図を示す。電源電圧VCC印加端子とアース端子Gとの
間に各相、例えば第1相の磁気検出子A1 とA2 とは直
列に接続され、その中点に出力端子A0 が接続され、ア
ースGに対する出力端子A0における電圧が第1相の位
置検出信号として出力される。また、磁気検出子S1
2 の中点の出力端子S0 からは常に、電源電圧VCC
2の基準の電圧が出力される。
【0023】図7は1つの磁気検出子A1 の動作原理を
示す特性図である。図7(c)に示す磁界が印加された
場合、磁気検出子は図7(a)に示す特性に従ってその
抵抗値が変化する。磁界が印加されないとき(図7
(c)の点P1 )は抵抗変化はないが、(図7(b)の
点R1 )、N極の磁界が最大の時(図7(c)の点P
2 )は抵抗値の低下は最大となり(図7(b)の点R
2 )、再び磁界が印加されないとき(図7(c)の点P
3 )は抵抗変化はないが(図7(b)の点R3 )、さら
にS極の磁界が最大の時(図7(c)の点P4 )は抵抗
値の低下は最大となる(図7(b)の点R4 )。
【0024】このような磁気検出子の一対(A1 ,A
2 )による動作を図8、図9で述べる。マグネット20
と磁気検出子A1 ,A2 との位置関係が、図8(a)〜
(c)に示す位置にあると、出力端子A0 からの電圧出
力は図9の点a1 ,a2 ,a3の大きさになる。即ち、
図8(a)のように磁気検出子A1 とA2 の中間点がマ
グネット20のN極とS極との境界線上に位置している
と、両磁気検出子に印加される磁力は等しいからそれら
の抵抗値は等しく、出力端子A0 から平均電圧VCC/2
が出力される。ところが図8(b)のようにマグネット
20が移動すると、磁気検出子A2 が磁極の境界に位置
し、感磁部パターン幅と平行な方向の強い磁界を受け、
抵抗低下が大きくなる。よって出力電圧はVCC/2より
高くなる。。また、図8(c)に示す場合は、図8
(b)の場合と逆になる。
【0025】従って、磁気検出子A1 ,A2 に対してマ
グネット20が移動すると、出力端子A0 における出力
は、図9に示したように平均(基準)電圧、電源電圧V
CC/2を中心として、振幅が上下する正弦波(又は余弦
波)の信号となる。
【0026】図10に示すように、マグネット20の
N,S磁極とMR素子22の磁気検出子とが対向し、磁
気検出子(A1,A2,B1,B2,C1,C2,)に対してマグネ
ット20のN,S極が移動すると、各相の位置検出信号
SA,SB,SCは図11に示すように、基準電圧VCC
/2を中心として振幅が上下し、それぞれ120度位相
差がある3相の位置検出信号となる。
【0027】このようにMR素子22から3相の位置検
出信号が得られることにより、図12ような位置検出信
号処理回路を用いて、マグネット20即ちレンズホルダ
ー4aの位置を検出することができる。
【0028】磁気検出子の出力端子A0 ,B0 ,C0
それぞれバッファアンプ31〜33を介してコンパレー
タ35〜37の反転入力端子(−)に接続され、コンパ
レータ35〜37の非反転入力端子(+)には基準電圧
CC/2が出力される出力端子S0 が接続されている。
【0029】出力端子A0 ,B0 ,C0 における電圧が
出力端子S0 からの基準電圧VCC/2より高い時にはコ
ンパレータ35〜37の出力は『H』レベルに、基準電
圧より低い時は『L』レベルとなる。よって、3相の位
置検出信号によってコンパレータ35〜37の出力S3
5〜S37は図13示すようになる。
【0030】位相識別回路38は、コンパレータ35〜
37からの『H』又は『L』の論理信号S35〜S37
を用いて、マグネット20の位置変化と移動方向を検出
し、マグネット20がレンズ鏡筒の前方に移動するとき
はアップパルスUPを出力し、後方に移動するときはダ
ウンパルスDOWNを出力する。移動方向の判定は2つ
の位相、例えば第1相の比較信号S35の発生と第2相
の比較信号S36の発生タイミングを識別することによ
り行なう。即ち、第1相の比較信号S35が第2相の比
較信号S36より早く発生すれば、マグネット20は前
方に移動していることになる。
【0031】図13から明らかなように、磁極形成幅λ
を6分割する論理信号が得られている。従って、位相識
別回路38はこれらの論理信号からマグネット20の移
動方向を識別し、磁極形成幅λを6分割した高い分解能
のパルス信号を出力する。マグネット20内の磁極形成
幅λを小さくすれば、MR素子22による位置検出精度
も向上するが、この磁極形成幅λを小さくすることには
限界があり、例えば150μm程度が限界である。とこ
ろが、上述したように3相の磁気検出子を用いて磁極形
成幅を6分割するパルス信号が得られれば、位相識別回
路38から出力される位置検出パルス(UP/DOW
N)の分解能は25μmとなる。
【0032】さらに、位相識別回路38において、第1
相の出力端子A0 の電位と第2相の出力端子B0 の電
位、第2相の出力端子B0 と第3相の出力端子C0 の電
位、さらに第3相の出力端子C0 の電位と第1相の出力
端子A0 の電位の大小を比較することにより、上記6分
割のそれぞれがさらに2分割され、最終的には12に分
割される。つまり、以上のようにMR素子22とマグネ
ット20を用いた位置検出装置によって分解能が12.
5μmで移動方向を示す非常に高精度な位置検出パルス
が得られる。
【0033】もちろん、このような高精度な位置検出精
度を適正に得るには、マグネット20とMR素子22の
間のギャップGが良好に管理されていなければならな
い。ここで、本実施例の位置検出装置では、MR素子2
2は上記図1,図2に示される通り、MRホルダー21
に装着されており、このMRホルダー21はレンズホル
ダー4aの軸受部4bに挿通されている基準軸11に位
置決めされて取り付けられている。
【0034】MRホルダー21は図3(a)〜(d)に
正面図、平面図、底面図、及び側面図として示すような
形状で、例えば樹脂によって成形されている。50はM
R素子22を装着する装着部51が設けられた本体部、
52は本体部の両側においてコ字状に延伸されるアーム
部である。
【0035】アーム部52の先端は、図3(d)に示す
ように基準軸11を嵌入した状態で握持できるような取
付部53とされている。つまり、基準軸11が嵌入する
切欠部53aと、切欠部53aに嵌入した基準軸11が
抜け落ちないように保持する爪部53bが設けられてい
る。
【0036】また、この切欠部53aに連続してスリッ
ト54が形成されており、このスリット54により、爪
部53bが開閉方向に弾性を与えられている。従って、
このMRホルダー21は、基準軸11に対して両アーム
部52の取付部53を押し当てていくことにより、爪部
53aが開いて基準軸11が切欠部53aに嵌入する。
つまりMRホルダー21が基準軸11に対して装着され
る。
【0037】なお、MRホルダー21の底面側には図3
(a)(c)から分かるように溝55が設けられている
が、この溝55に、図2のように一点鎖線で示す外部ブ
ロックの一部70が嵌入状態で押し当てられている。こ
れにより、MRホルダー21が基準軸11に装着された
際に、基準軸11を中心にして回転してしまうことが防
止されている。
【0038】一方、マグネット20を固定したマグネッ
トホルダー4cは図2のとおり軸受部4bから連続して
形成されている。もちろん軸受部4bの装着位置は基準
軸11によって規定される。
【0039】つまり、本実施例の位置検出装置では、基
準軸11を位置決め基準としてマグネット20及びMR
素子22の装着位置が規定される構成となっており、従
ってマグネット20とMR素子22の相対的な位置関係
は、取付部品の累積交差が影響することはなく基準軸1
1を基準として高精度に保たれる。
【0040】このためマグネット20とMR素子22間
のギャップGの幅も、ギャップ調整を行なうことなし
に、かなり精密に管理できる。そして、ギャップ調整が
不要であることから、調整機構の付加の必要が解消さ
れ、また調整工程も省略されて製造の効率化が促進され
る。もちろん、MR素子22(即ちMR素子22を固定
したMRホルダー21)の取付作業も、アーム部21a
の先端21bを基準軸に押し当てるだけでよく、非常に
簡易であり、作業性は向上される。また、経時変化、温
度変化に対してギャップ変化が小さくなるため、MR素
子22の出力の変動が小さく、安定した検出動作が実現
されるという利点も生ずる。
【0041】なお、MRホルダーの形状は上記図3のも
のに限定されない。例えば基準軸を握持することになる
アーム部52の先端は、図14(a)〜(c)に側面図
で示すように、V字状、コ字状、U字状等の、基準軸1
1の嵌入部53cを設けるのみでもよい。ただし、これ
らの形状の場合は、嵌入部53cは位置決めのための当
接部として機能し、基準軸を保持するものではないた
め、MRホルダー21自体を基準軸11に向かって押し
当てるような手段を講ずることが必要である。また、M
Rホルダーの強度がある程度十分であれば、図15のよ
うに本体部50に対して片側にのみアーム部52を設け
たものであってもよい。
【0042】もちろん、本発明はビデオカメラのレンズ
系のみならず、種々の装置における位置検出手段として
採用できるものである。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように本発明の位置検出装
置は、マグネットは軸体が挿通される可動体に一体的に
取り付けられているとともに、MR素子は例えばMRホ
ルダーを用いて軸体の周面を取付位置基準として装着配
置されるように構成されているため、マグネットとMR
素子の間の相対的な位置関係は、各種連結部品の累積交
差の影響を受けることはなく、このためギャップ幅は無
調整であってもかなり厳密に管理される。従ってギャッ
プ精度が向上し、MR素子出力のバラツキが小さくなり
位置検出装置としての信頼性を向上させることができる
という効果があるとともに、ギャップ調整機構の付加及
び調整工程が簡略化され、また、工数及び部品点数の削
減によりコストダウンが促進されるという利点もある。
またこのような位置検出装置を有するレンズ装置、ビデ
オカメラでも、同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の位置検出装置をレンズ鏡筒に採用した
実施例の構造図である。
【図2】実施例の要部の構造図である。
【図3】実施例のMRホルダーの正面図、平面図、底面
図、及び側面図である。
【図4】MR素子による位置検出動作の説明図である。
【図5】MR素子の構造図である。
【図6】MR素子の等価回路図である。
【図7】磁気検出子の動作原理を示す特性図である。
【図8】磁気検出子の動作の説明図である。
【図9】磁気検出子の出力信号の説明図である。
【図10】MR素子による位置検出動作の説明図であ
る。
【図11】MR素子における各磁気検出子の出力信号の
説明図である。
【図12】位置検出動作のための回路図である。
【図13】位置検出動作のためのカウンタ出力の説明図
である。
【図14】MRホルダーの他の実施例の説明図である。
【図15】MRホルダーのさらに他の実施例の説明図で
ある。
【図16】MR素子の出力−ギャップ特性図である。
【符号の説明】
11 基準軸 4a レンズホルダー 4b 軸受部 4c マグネットホルダー 20 マグネット 21 MRホルダー 22 MR素子 52 アーム部 53 取付部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加瀬 俊幸 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−181049(JP,A) 特開 平4−102812(JP,A) 特開 平4−15609(JP,A) 特開 平2−311806(JP,A) 特開 平4−25811(JP,A) 特開 平4−212914(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 7/08 H01L 43/08

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸体が挿通されてこの軸体に沿って可動
    される可動体に取り付けられると共に、所定の間隔で交
    互に着磁された複数対の磁極を有するマグネットと、 前記軸体の周面を取付位置基準として前記軸体の周面に
    圧接して位置決め装着される保持手段と、 前記保持手段に固定されることで、 前記マグネットと所
    定のギャップをもって対峙可能な位置に位置決めされる
    ようになされ、前記可動体の移動に伴うマグネットから
    の磁界に応答して抵抗値が変化することによって前記可
    動体の位置検出信号を得ることができる磁気抵抗効果素
    と、 から構成されることを特徴とする位置検出装置。
  2. 【請求項2】 軸体が挿通されてこの軸体に沿って移動
    可能とされた可動体に取り付けられるレンズ部と、 前記可動体を前記軸体に沿って移動させるモータと、 前記可動体に取り付けられると共に、所定の間隔で交互
    に着磁された複数対の磁極を有するマグネットと、 前記軸体を取付位置基準として前記軸体に当接して位置
    決め装着される保持手段と、 前記保持手段に固定されて前記マグネットと所定のギャ
    ップをもって対峙可能な位置に位置決めされるようにな
    され、前記可動体の移動に伴うマグネットからの磁界に
    応答して抵抗値が変化することによって前記可動体の位
    置検出信号を得ることができる磁気抵抗効果素子と、 を有することを特徴とするレンズ装置。
  3. 【請求項3】 軸体が挿通されてこの軸体に沿って移動
    可能とされた可動体に取り付けられるレンズ部と、 前記可動体を前記軸体に沿って移動させるモータと、 前記可動体に取り付けられると共に、所定の間隔で交互
    に着磁された複数対の磁極を有するマグネットと、 前記軸体を取付位置基準として前記軸体に当接して位置
    決め装着される保持手段と、 前記保持手段に固定されて前記マグネットと所定のギャ
    ップをもって対峙可能な位置に位置決めされるようにな
    され、前記可動体の移動に伴うマグネットからの磁界に
    応答して抵抗値が変化することによって前記可動体の位
    置検出信号を得ることができる磁気抵抗効果素子と、 を有するレンズ装置を備えたことを特徴とするビデオカ
    メラ。
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