JP4214693B2 - 変位検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動部材の変位を磁気により検出する磁気エンコーダ等の変位検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、多くの機械装置では、フィードバック制御等を行うための情報として、可動部材の変位や速度を精密に検出することが行われている。例えば、オートフォーカスカメラ用のレンズ鏡筒においては、電動モータ等の回転駆動力を直線駆動力に変換して、合焦用レンズを進退させるフォーカスカム機構が内部に設けられている。このようなレンズ鏡筒では、特開平7−128566号公報や特開平7−324946号公報等に記載されたように、フォーカスカム機構を構成する回転筒の回転変位を検出する変位検出装置を有するものが多数存在する。
【0003】
図5は、従来の変位検出装置を有するレンズ鏡筒1を示す図である。
図5に示す変位検出装置では、磁気パターン30が形成されたプラスチックマグネット等の磁気部材21を回転筒5の外周面に貼り付け、この磁気部材21に近接して配置された磁気抵抗素子(MR素子)47によって磁気パターン30(すなわち、回転筒5)の回転変位を検出する。固定筒3は、回転筒5を回転自在に保持し、加圧ばね41がビス止めされる固定部材である。ホルダ45は、MR素子47を加圧ばね41に固定するための保持部材である。
MR素子47によって磁気部材21の磁気パターン30を正確に検出するためには、磁気部材21の表面とMR素子47の検出面との間隔を極めて高精度に設定・保持する必要がある。このため、磁気部材21とMR素子47との間に低摩擦係数の間隔規制部材を設け、弾性部材である加圧ばね41によってMR素子47を磁気部材21側に圧接させる技術が実用化されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来のレンズ鏡筒用の変位検出装置では、加圧ばね41として製造コストが低くかつ量産性に優れることから、板ばねが用いられる場合が多いが、板ばねによって、磁気部材21とMR素子47との平行度が阻害されるという問題があった。
【0005】
図6は、加圧ばね41、MR素子47及び磁気部材21の拡大側面図である。MR素子47には、MR素子47と磁気部材21との間隙を規制するスペーサフィルム49が設けられており、MR素子47が磁気部材21に対して正しく接触した場合に、両者の間隔が最適な間隔となるようになっている。尚、図6においては、理解を容易にするため、MR素子47と磁気部材21との間の傾斜を誇張して示している。
【0006】
図6に示したように、加圧ばね41は、二点鎖線で示す無負荷形状に対し、大きく撓んだ状態で取り付けられ、これにより、MR素子47を磁気部材21に圧接させる押圧力を発生している。
しかし、加圧ばね41の微細な形状誤差や取付誤差、回転筒5の外径誤差等により、MR素子47と磁気部材21との相対位置関係が所定の関係とならない場合があった。例えば、図6に示す状態では、MR素子47と磁気部材21の間に微小な傾斜角αが生じ、MR素子47の先端が磁気部材21から間隔δだけ浮き上がってしまう。
【0007】
このような場合、磁気部材21からその大部分が密着していないため、MR素子47からの検出信号が非常に微弱になり、検出誤差が大きくなったり、検出もれが生じる等の問題があった。また、検出信号が微弱で不安定であるために、その後の信号処理においても、不都合が多かった。
このような問題を解決するため、加圧ばね41の固定端からMR素子47までの距離(有効長)を長くする方法も一部に試みられているが、レンズ鏡筒内等の限られたスペース内に、そのためのスペースを確保することは、困難であった。また、この方法を採った場合にも、磁気部材21に対するMR素子47の傾斜は、軽減されるが、完全に解消することはできなかった。
【0008】
一方、特開2000−205808号公報には、ホルダと加圧ばねとの接続部に改良を加えた変位検出装置が提案されている。
図7は、特開2000−205808号公報に提案されている従来の変位検出装置を有するレンズ鏡筒1’を示す図である。
レンズ鏡筒1’は、先に示したレンズ鏡筒1における加圧ばね41とホルダ45に代えて、加圧ばね241とホルダ245を設けている。
図8は、加圧ばね241及びホルダ245付近の拡大側面図である。
加圧ばね241は、その先端に略V字状に屈曲成形されたピポット61を有しており、このピポット61がホルダ245に形成されたV字溝63に係合している。このような形態とすることによりホルダ245は、回転筒5の回転方向に略平行な揺動中心軸Pをもち、加圧ばね241に対して揺動することができる。よって、レンズ鏡筒1’に設けられた従来の変位検出装置では、スペーサフィルム49及びMR素子47が磁気部材21に密着できるようになり、MR素子47からの検出信号が非常に微弱になることを防ごうとしていた。
【0009】
しかし、この手法を用いた場合でも、加圧ばね241を固定筒3にビス43によって固定するときに取り付け角度がずれると、MR素子47が磁気部材21に正しい向きで接触することができないという問題があった。
また、一般に板ばねの加工精度を高精度にすることは難しく、その上、組み立て中に変形させてしまうという問題があった。
更に、ホルダ245に加圧ばね241を組み付ける必要があり、そのときにワッシャ53が使用され、係止ピン69の先端を熱溶融等の方法により変形させる工程も必要であり、組み立て難く製造コストが高いという問題があった。
【0010】
本発明の課題は、スケール部材に対して検出部材が傾くことなく、正確にスケールを読み取ることができる変位検出装置を、組み立てが簡単で低コストで提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。すなわち、請求項1の発明は、固定部材(130)と、前記固定部材に対して相対的に変位可能に設けられた可動部材(105)と、前記可動部材に固定され、前記可動部材と一体的に変位可能なスケール部材(130)と、前記固定部材に支持されるとともに、前記スケール部材と接触し前記スケール部材の目盛を検出する検出部材(145,147)と、前記検出部材を前記スケール部材に対して加圧する加圧部材(141)と、を備える変位検出装置において、前記検出部材と前記スケール部材との相対的な変位方向をX軸とし、前記検出部における前記スケール部材の移動面に対して平行で、前記X軸に対して直交する方向をY軸とし、前記X軸及び前記Y軸に直交する方向をZ軸としたときに、前記検出部材の前記Z軸回りの回転方向の位置を規制する第1の規制部(A)を前記検出部材、前記スケール部材、及び前記可動部材の少なくとも1つに設け、前記検出部材を前記固定部材に対して前記X軸方向に加圧する第2の加圧部材を備えたことを特徴とする変位検出装置である。
【0012】
請求項2の発明は、請求項1に記載の変位検出装置において、前記検出部材(145,147)は、前記Z軸に沿った方向であって、前記検出部材が前記加圧部材によって前記スケール部材(130)に加圧される向きの位置と、前記X軸回りの回転方向の位置とを規制する第2の規制部(B1,B2,B3)を前記スケール部材と接触する位置に設けたことを特徴とする変位検出装置である。
【0013】
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の変位検出装置において、前記検出部材(145,147)は、前記X軸方向の位置を規制する第3の規制部(C)を前記検出部材の前記固定部材(103)と接触する位置に設けたことを特徴とする変位検出装置である。
【0014】
請求項4の発明は、請求項1又は請求項2に記載の変位検出装置において、前記検出部材(145,147)の前記Y軸方向の位置は、前記第1の規制部(A)によって規制され、前記Y軸回りの回転方向の位置は、前記第2の規制部(B1,B2,B3)によって規制されることを特徴とする変位検出装置である。
【0015】
請求項5の発明は、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の変位検出装置において、前記検出部材(145,147)は、検出素子本体(147)と、前記第1〜第4の規制部の少なくとも1つを有する素子保持部材(145)とを有することを特徴とする変位検出装置である。
【0017】
請求項6の発明は、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の変位検出装置において、前記スケール部材(130)は、磁気によりスケールが形成されており、前記検出部材(145,147)は、前記スケール部材の磁気を検出することを特徴とする変位検出装置である。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照しながら、本発明の実施の形態について、更に詳しく説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明による変位検出装置の第1実施形態の主要部を示す正面図である。尚、説明のため、図1中で、紙面左方向にX軸,紙面上方向にZ軸,紙面奥方向にY軸(図1中には、不図示)とする座標系を設ける(以下、図1〜4について同一の座標系を適用する)。
本実施形態における変位検出装置は、カメラのレンズ鏡筒に設けられ、固定筒103に対して相対的に回転移動する回転筒105の変位を検出する磁気エンコーダであり、磁気スケール130,MR素子147,ホルダ145,加圧ばね141等を備えている。
【0019】
固定筒103は、図示しないカメラ本体に固定される固定部材である。固定筒103には、ホルダ145のX方向の長さ(突起145Cにより決まる長さ)と嵌合する壁103aが設けられ、この壁103aと突起145Cとの接触部C(第3の規制部)は、ホルダ145のX方向の位置を規制する役割を果たしている。
【0020】
回転筒105は、固定筒103に回転自在に設けられ、図示しない駆動源から駆動力を得て回転し、図示しないレンズ群をカム機構等によって駆動する可動部材である。
図2は、第1実施形態における変位検出装置をYZ平面で切断した断面図である。
回転筒105には、磁気スケール130と平行にガイド部105aが設けられている。
【0021】
磁気スケール130は、回転筒105の外周面に接着により固定され、円周方向に磁気によってスケールが設けられているスケール部材である。
【0022】
MR素子(磁気抵抗素子)147は、ホルダ145に接着され、磁気スケール130の磁気を検出する検出素子本体である。
【0023】
ホルダ145は、MR素子147を保持する素子保持部材であり、自らの位置を規制するために複数の突起を有している。
図3は、変位検出装置をホルダ145の中心付近で切断した断面図であり、図4は、ホルダ145及びMR素子147を磁気スケール130と接触する側から見た図である。
図2〜図4を用いて、ホルダ145が有する突起145A,145B,145C,145Dを説明する。
【0024】
突起145Aは、回転筒105のガイド部105aに嵌合する2対の突起である。突起145Aとガイド部105aとの接触部A(第1の規制部)は、ホルダ145及びMR素子147のZ軸回りの回転(ヨーイング)を規制すると共に、Y軸方向の位置を規制している。
一般にMR素子147が磁気スケール130に対してZ軸回りの回転方向で傾いた(回転した)位置となっていると、打ち消し合う磁気を同時に検出する場合があり、結果として得られる出力信号が弱まってしまう。
そこで、本実施形態では、Z軸回りの回転方向の位置規制を、この接触部Aのみによって行い、途中に別の部品が介在していないので、Z軸回りの回転方向の位置を精度よく規制でき、出力信号が弱くなることがない。
【0025】
突起145Bは、MR素子147の相対運動方向の前後に設けられた球突起である。MR素子147と磁気スケール130の表面との接触部B1(第2の規制部)、及び、突起145Bと磁気スケール130の表面との接触部B1,B2(第2の規制部)によって、ホルダ145及びMR素子147が磁気スケール130に接触する向き(−Zの向き)の位置規制と、ホルダ145及びMR素子147のY軸回りの回転方向の位置が規制されている。
また、MR素子147と磁気スケール130の表面との接触部B1は、Y軸に沿った方向に所定の長さが確保されているので、ホルダ145及びMR素子147のX軸回りの回転方向の位置も規制している。
さらに、2つの突起145Bのうち一方とMR素子147とが磁気スケール130の表面に接触すると、突起145Bのもう一方は、磁気スケール130との間にごくわずかな隙間が生ずるようになっている。したがって、MR素子147は、確実に磁気スケール130の表面に接触することができる。
ホルダ145及びMR素子147が磁気スケール130に接触する向き(−Zの向き)の位置の規制と、ホルダ145及びMR素子147のX軸回りにおける回転方向の位置の規制は、この接触部B1〜B3のみによって行われているので、MR素子147が確実に磁気スケール130に接触することができるようになっている。
【0026】
突起145Cは、固定筒103の壁103aと嵌合する突起であり、先に説明したように、壁103aと突起145Cとの接触部C(第3の規制部)は、ホルダ145のX軸方向の位置を規制する役割を果たしている。
X軸方向の位置の規制は、接触部Cのみによって行われているので、他の部材の影響を受けずに固定筒103に対してホルダ145が直接位置決めされており、MR素子147の検出方向の位置が精度よく規制され、高精度の測定が行える。
【0027】
突起145Dは、ホルダ145の磁気スケール130と反対側の面に設けられた突起であり、加圧ばね141が加圧力を作用させる部分である。
突起145Dと加圧ばね141との接触部Dは、Z軸に沿った方向であって、ホルダ145及びMR素子147が磁気スケール130から離れる向きに変位するのを加圧力によって押さえている部分である。
【0028】
加圧ばね141は、固定筒103のピン103bに孔141aが嵌合して保持された板ばねであって、固定筒103とホルダ145との間にチャージされた状態で組み込まれることによって、自己の加圧力を利用して保持されている。
加圧ばね141は、ホルダ145及びMR素子147を磁気スケール130に対して加圧する加圧部材の役割を果たしており、突起145Dを押圧する接触部Dにより、ホルダ145に加圧力を加え、MR素子147が磁気スケール130と線接触する(接触部B1)。
ホルダ145及びMR素子147が磁気スケール130から離れる向きの位置の規制は、この接触部Dのみによって行われているので、加圧ばね141によってホルダ145及びMR素子147を確実に押さえることができるようになっている。
【0029】
以上のように、ホルダ145及びMR素子147のX軸方向(相対運動方向)の動きは、固定筒103によって拘束され(接触部Cによって規制され)、それ以外の動きは、回転筒105又は磁気スケール130によって拘束(接触部A,B1〜B3によって規制)される。
従来の位置検出装置では、MR素子が加圧ばねに保持(固定)されているので、MR素子のX軸回りのローリングは、加圧ばねによって拘束され、MR素子の一端が磁性部材から浮き上がることがある。しかし、本実施形態では、加圧ばね141は、ホルダ145及びMR素子147に加圧接触しているだけであり、ホルダ145及びMR素子147は、X軸回りのローリングが加圧ばね141による拘束を受けていない。したがって、MR素子147は、加圧ばね141の微細な形状誤差や取付誤差、回転筒105の外径誤差等によらず、常に磁気スケール130に密着し、大きい出力信号を得ることができる。
【0030】
また、本実施形態では、加圧ばね141を組み立てるときに、加圧ばね141を弾性変形させて固定筒103とホルダ145との間に入れ、加圧ばね141の復元力によって固定筒103の内側に設けたピン103bと加圧ばね141の孔141aとを嵌合させて位置決めさせることが可能である。
したがって、従来の位置検出装置と比較すると、加圧ばねを固定筒に固定する部品が不要になり、組立も容易に行うことができる。
【0031】
本実施形態によれば、磁気スケール130の表面に円周振れが生じてもMR素子147と磁気スケール130とを確実に密着させることができるため、常に安定した大きい出力信号を得ることができる。また、部品点数が少なく、組立も容易に行うことができる。
【0032】
(第2実施形態)
図9は、第2実施形態におけるホルダ145及びMR素子147の周辺を磁気スケール130と接触する側から見た図である。
第2実施形態は、第1実施形態に第2の加圧ばね150を追加した形態であるので、前述した第1実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
【0033】
第2の加圧ばね150は、壁103bに固定された第2の加圧部材である。第2の加圧ばね150は、突起145Eに接触してホルダ145をX軸方向に加圧する板ばねである。
なお、本実施形態では、説明の便宜上、第1実施形態において2箇所ある突起145Cの一方を、突起145Eとしているが、ホルダ145自体は、第1実施形態と同一である。
【0034】
第1実施形態では、ホルダ145のX軸方向の位置決めは、嵌合する壁103aにより行っている。そのため、この部分の隙間(嵌合がた)の影響により磁気スケール130の移動方向が変わるときに、嵌合がたが寄せられることから検出精度が低下することがある。
そこで、本実施形態では、突起145Eに接触する第2の加圧ばね150を追加し、ホルダ145をXマイナス方向に付勢するようにしている。これにより、反対側の突起145Cは、常に壁103aに接触し、嵌合がたが無くなり、高い検出精度を保持することができる。
【0035】
第2の加圧ばね150を追加して嵌合がたを防止するには、MR素子147と磁気スケール130との間に発生する摩擦力よりも第2の加圧ばね150の加圧力を大きくする必要がある。
【0036】
また、MR素子147と磁気スケール130とが常に密着するためには、Z軸方向に動きやすくする必要がある。そのため、第2の加圧ばね150の加圧力、及び、第2の加圧ばね150と突起145E,壁103aと突起145Cとの接触部の摩擦係数については、Z軸方向の動作を阻害しないように設定する必要がある。例えば、突起145E及び突起145Cの先端を摩擦係数の少ないPOM(ポリオキシメチレン)又はPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等としたり、突起145E及び突起145Cの先端にグリス又は固体潤滑剤を塗布する等を行い、第2の加圧ばね150と突起145Eとの間の摩擦力及び突起145Cと壁103aとの間の摩擦力を加圧ばね141の加圧力よりも小さくする必要がある。
【0037】
本実施形態によれば、X軸方向の嵌合がたの影響を排除することができ、さらに高精度の位置検出を行うことができる。
【0038】
(変形形態)
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
(1)各実施形態において、位置検出装置は、回転運動を行う可動部材の変位を検出する例を示したが、これに限らず、直進運動を行う可動部材の変位を検出してもよい。
【0039】
(2)各実施形態において、位置検出装置をカメラのレンズに適用した例を示したが、これに限らず、磁気を検出することにより微細な変位を検出する場合であれば、他の装置に用いてもよい。
【0040】
(3)各実施形態において、磁気検出部材は、ホルダ145及びMR素子147を有する例を示したが、これに限らず、例えば、検出素子本体と素子保持部材が一体となっていてもよい。
【0041】
(4)各実施形態において、MR素子147は、磁気スケール130に対して直接接触する例を示したが、これに限らず、例えば、両者の間にスペーサフィルム等を設けてもよい。
【0042】
(5)各実施形態において、変位検出装置として、磁気スケール130に磁気により目盛られたスケールを検出するMR素子147を用いる例を示したが、これに限らず、例えば、反射板により目盛を設けたスケールに検出光を投受光し、反射光を検出するフォトリフレクタを用いてもよい。
【0043】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、請求項1の発明によれば、検出部材のZ軸回りの回転方向の位置を規制する第1の規制部を検出部材、スケール部材、及び可動部材の少なくとも1つに設けたので、途中に別の部材が介在していない。したがって、Z軸回りの回転方向の位置を精度よく規制でき、検出部材の出力信号が弱くなることがなく、安定して大きな出力信号を得ることができる。
【0044】
請求項2の発明によれば、検出部材は、Z軸に沿った方向であって、検出部材が加圧部材によってスケールに加圧される向きの位置と、X軸回りの回転方向の位置とを規制する第2の規制部をスケール部材と接触する位置に設けたので、検出部材を他の部材が拘束することがなく、検出部材が確実にスケール部材に密着することができ、安定して大きな出力信号を得ることができる。
【0045】
請求項3の発明によれば、検出部材は、X軸方向の位置を規制する第3の規制部を検出部材の固定部材と接触する位置に設けたので、検出部材の検出方向の位置が精度よく規制され、高精度の測定が行える。
【0046】
請求項4の発明によれば、検出部材のY軸方向の位置は、第1の規制部によって規制され、Y軸回りの回転方向の位置は、第2の規制部によって規制されるので、新たな位置規制部を設けなくとも、検出部材の位置を拘束することができる。
【0047】
請求項5の発明によれば、検出部材は、検出素子本体と、第1〜第4の規制部の少なくとも1つを有する素子保持部材とを有するので、位置規制部の形状を装置に応じて最適な形状にすることができる。
【0048】
請求項6の発明によれば、検出部材(145,147)を固定部材(130)に対してX軸方向に加圧する第2の加圧部材(150)を備えるので、検出部材と固定部材との間の嵌合がたの影響を受けることなく、より高精度に位置検出を行うことができる。
【0049】
請求項7の発明によれば、スケール部材(130)は、磁気によりスケールが形成されており、検出部材(145,147)は、スケール部材の磁気を検出するので、安価で確実に目盛の検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による変位検出装置の第1実施形態の主要部を示す正面図である。
【図2】第1実施形態における変位検出装置をYZ平面で切断した断面図である。
【図3】変位検出装置をホルダ145の中心付近で切断した断面図である。
【図4】ホルダ145及びMR素子147を磁気スケール130と接触する側から見た図である。
【図5】従来の変位検出装置を有するレンズ鏡筒1を示す図である。
【図6】加圧ばね41、MR素子47及び磁気部材21の拡大側面図である。
【図7】従来の変位検出装置を有するレンズ鏡筒1’を示す図である。
【図8】加圧ばね241及びホルダ245付近の拡大側面図である。
【図9】第2実施形態におけるホルダ145及びMR素子147の周辺を磁気スケール130と接触する側から見た図である。
【符号の説明】
103 固定筒
105 回転筒
130 磁気スケール
141 加圧ばね
145 ホルダ
147 MR素子
150 第2の加圧ばね
Claims (6)
- 固定部材と、
前記固定部材に対して相対的に変位可能に設けられた可動部材と、
前記可動部材に固定され、前記可動部材と一体的に変位可能なスケール部材と、
前記固定部材に支持されるとともに、前記スケール部材と接触し前記スケール部材の目盛を検出する検出部材と、
前記検出部材を前記スケール部材に対して加圧する加圧部材と、
を備える変位検出装置において、
前記検出部材と前記スケール部材との相対的な変位方向をX軸とし、
前記検出部における前記スケール部材の移動面に対して平行で、前記X軸に対して直交する方向をY軸とし、
前記X軸及び前記Y軸に直交する方向をZ軸としたときに、
前記検出部材の前記Z軸回りの回転方向の位置を規制する第1の規制部を前記検出部材、前記スケール部材、及び前記可動部材の少なくとも1つに設け、
前記検出部材を前記固定部材に対して前記X軸方向に加圧する第2の加圧部材を備えたこと、を特徴とする変位検出装置。 - 請求項1に記載の変位検出装置において、
前記検出部材は、前記Z軸に沿った方向であって、前記検出部材が前記加圧部材によって前記スケール部材に加圧される向きの位置と、前記X軸回りの回転方向の位置とを規制する第2の規制部を前記スケール部材と接触する位置に設けたこと、
を特徴とする変位検出装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の変位検出装置において、
前記検出部材は、前記X軸方向の位置を規制する第3の規制部を前記検出部材の前記固定部材と接触する位置に設けたこと、
を特徴とする変位検出装置。 - 請求項2又は請求項3に記載の変位検出装置において、
前記検出部材の前記Y軸方向の位置は、前記第1の規制部によって規制され、前記Y軸回りの回転方向の位置は、前記第2の規制部によって規制されること、
を特徴とする変位検出装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の変位検出装置において、
前記検出部材は、検出素子本体と、前記第1〜第4の規制部の少なくとも1つを有する素子保持部材とを有すること、
を特徴とする変位検出装置。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の変位検出装置において、
前記スケール部材は、磁気によりスケールが形成されており、
前記検出部材は、前記スケール部材の磁気を検出すること、
を特徴とする変位検出装置。
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