JP4512190B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばデジタルカメラの像ぶれ補正装置の一部として設けられ、撮影レンズの光軸に対する撮像素子の相対位置を検出する位置検出装置に関する。

従来デジタルカメラ等において、撮像中に生じた手ぶれ量に応じて像ぶれ補正レンズまたは撮像素子を撮影レンズの光軸と垂直な平面上を移動させることにより撮像素子の結像面上での像ぶれを抑制する像ぶれ補正装置が提案されている。像ぶれ補正装置では、撮影レンズの光軸に対する撮像素子の相対位置を検出するために位置検出装置が設けられる（例えば特許文献１）。この位置検出装置は、ＬＥＤから出射されたスポット光が２次元位置検出素子によって受光され、その受光位置に応じて相対位置が検出される。
特開２００１−１１７１２９号公報

２次元位置検出素子は通常、一辺がせいぜい２mmの正方形を有するＣＣＤであり、したがって、このような位置検出素子を備えた像ぶれ補正装置では、中立位置に対して±１mmの範囲でしか像ぶれ補正を行うことができない。これに対し、２次元位置検出素子として受光面のより大きなものを製作すると、コストがかかるという問題が発生する。

本発明は、通常の大きさを有する位置検出素子を用いて、従来よりも広範囲の位置検出を実現できる位置検出装置を提供することを目的としている。

本発明に係る第１の位置検出装置は、固定部材に対する可動部材の相対位置を検出するものであって、固定部材および可動部材の一方に設けられ、スポット光を出射する複数の光源と、固定部材および可動部材の他方に設けられてスポット光を受光し、受光位置に従って、相対位置に関連した位置信号を出力する位置検出素子と、光源の点灯状態を制御する光源制御手段とを備え、光源制御手段は、光源の１つのみから出射されるスポット光が位置検出素子によって検知されるとき、その光源を連続的に点灯させ、光源の２以上から出射されるスポット光が位置検出素子によって検知されるとき、その２以上の光源を点滅させることを特徴としている。

光源制御手段は例えば位置信号に基づいて光源の点灯状態を制御する。

複数の光源は、位置検出素子がスポット光を検知する受光面よりも広い範囲にわたって設けられることが好ましい。これにより、位置検出素子による検出範囲を大きく広げることができる。

複数の光源の間の距離が、位置検出素子がスポット光を検知する受光面の幅よりも短く、また、複数の光源の１つから出射されるスポット光が受光面の一端部に照射される状態において、複数の光源の他の１つから出射されるスポット光が受光面の他端部に照射されることが好ましい。

位置検出素子は例えば２次元エリアセンサである。この場合、好ましくは、位置検出素子がスポット光を検知する受光面は矩形を有し、矩形の４つの角部において同時に４つのスポット光を検知可能である。

複数の光源は例えば、常に１つの光源のみが点灯するようなタイミングで点滅する。すなわち、複数の光源の２つが同じ周期で交互に点滅してもよく、あるいは複数の光源の３つ以上が順次点灯するように点滅してもよい。

好ましくは、位置演算装置は、光源の点灯状態に基づいて、可動部材の固定部材に対する相対位置を演算により求める位置演算手段を備える。

本発明に係る第２の位置検出装置は、固定部材および可動部材の一方に設けられ、スポット光を出射する複数の光源と、固定部材および可動部材の他方に設けられてスポット光を受光し、受光位置に従って、相対位置に関連した位置信号を出力する位置検出素子と、光源の点灯状態を制御する光源制御手段とを備え、光源制御手段は、複数の光源が順次点灯するように各光源を点滅させることを特徴としている。

本発明によれば、通常の大きさを有する位置検出素子を用いて、従来よりも広範囲の位置検出を実現できる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１〜図５は第１実施形態を示し、これは本発明をデジタルカメラに適用した例である。

図１を参照すると、カメラボディ１１内には撮影光学系であるレンズブロック１２が設けられ、レンズブロック１２の後方には、撮像素子（ＣＣＤ）２３を搭載した像ぶれ補正機構２０が配設される。像ぶれ補正機構２０のステージ２１は撮影光学系の光軸Ａに垂直な平面に沿って変位可能であり、この構成により、手ぶれに起因する像ぶれが補正される。

図２および図３を参照して像ぶれ補正機構２０の構成を説明する。像ぶれ補正の方法は周知であるので、その説明を省略する。

固定部材３１はカメラボディ内に設けられた支持枠（図示せず）に固定され、固定部材３１には、第１の支持部材３２と第２の支持部材３３と第１のヨーク３４と第２のヨーク３５とが設けられる。可動部材であるステージ２１にはベース板２２が取付けられ、ベース板２２の表面には撮像素子２３が、またベース板２２の裏面にはコイル基板２４がそれぞれ固定される。ステージ２１の外壁面に設けられた軸受部材２５、２６は、図２において左右方向に延びる一対の水平案内軸２７、２８により摺動自在に案内される。図２において水平案内軸２７、２８の左端部は垂直案内軸２９によって連結される。垂直案内軸２９は第１の支持部材３２によって、図２の上下方向に移動自在に支持される。なお、水平案内軸２７、２８の右端部は第２の支持部材３３によって上下方向に案内される。

したがってステージ２１、ベース板２２、撮像素子２３、コイル基板２４は、水平案内軸２７、２８に沿って図２の左右方向に変位自在である。またステージ２１等は、水平案内軸２７、２８および垂直案内軸２９とともに、図２の上下方向に変位自在である。

第１および第２のヨーク３４、３５の内面には第１および第２の磁石３６、３７が取付けられる。コイル基板２４の表面には、シート状かつ渦巻き状のコイルパターンにより形成される第１および第２のコイル３８、３９が設けられる。第１のコイル３８は第１の磁石３６に対向し、第２のコイル３９は第２の磁石３７に対向する。

したがって、第１のコイル３８に供給される電流と第１の磁石３６が発生する磁界とに応じて、ステージ２１等は第１の支持部材３２に案内されて図２の上下方向に変位する。また、第２のコイル３９に供給される電流と第２の磁石３７が発生する磁界とに応じて、ステージ２１等は、水平案内軸２７、２８に案内されて図２の左右方向に変位する。

図３に示されるように、ステージ２１には、撮像素子２３に対向する位置に撮像素子２３と略同じ大きさの開口４１が形成される。またステージ２１の内側には光学ローパスフィルタ４２が設けられ、ローパスフィルタ４２は、撮像素子２３との間に設けられた押さえ部材４３によってステージ２１の内面に固定される。

コイル基板２４において、第１のコイル３８とは反対側には、図２において下方に延びる矩形状の膨出板５１が形成される。膨出板５１の固定部材３１側の面には光照射ユニット５２が取付けられ、また固定部材３１には、光照射ユニット５２に対向した位置に、２次元エリアセンサである位置検出素子５３が配設される。後述するように、光照射ユニット５２はスポット光を出射する９つのＬＥＤ（光源）５２ａ〜５２ｉを有し（図５参照）、これらのＬＥＤは位置検出素子５３の受光面よりも広い範囲にわたって設けられる。

図４は像ぶれ補正を行うための制御回路を示している。
像ぶれ補正駆動部４０は、第１および第２のヨーク３４、３５と、第１および第２の磁石３６、３７と、第１および第２のコイル３８、３９とから成り、コイル３８、３９に対する通電制御は制御部（ＣＰＵ）６１によって行われる。すなわちコイル３８、３９の通電によって生じる電磁力により、撮像素子２３が変位し、制御部６１により像ぶれ補正が行われる。

像ぶれ補正において撮像素子２３の位置を求めるため、位置演算部６２が設けられている。位置演算部６２は位置検出素子５３から、撮像素子２３の固定部材３１に対する相対位置に関連した位置信号を受信し、位置信号に基づいてＬＥＤ５２ａ〜５２ｉの点灯状態を制御する。このＬＥＤの点灯制御については後に詳述する。

位置演算部６２では、位置検出素子５３から得られた位置信号とＬＥＤ５２ａ〜５２ｉの点灯状態に基づいて、撮像素子２３あるいはステージ２１の固定部材３１に対する相対位置を演算により求める。この相対位置を示す位置データは制御部６１に転送され、制御部６１では位置データに基づいて、撮像素子２３を変位させるべき量が求められ、像ぶれ補正駆動部４０が制御される。

制御部６１には操作部６３が接続されている。操作部６３はカメラボディ１１（図１参照）に設けられ、操作部６３を操作することによって像ぶれ補正が開始あるいは終了する。

図５および図６を参照して、固定部材３１に対する撮像素子２３の相対位置の検出作用を説明する。

９つのＬＥＤ５２ａ〜５２ｉは、図５に示されるように分散して配置されており、位置検出素子５３の受光面５３ａに対して垂直にスポット光を照射する。位置検出素子５３がスポット光を検知する受光面５３ａは正方形を有し、受光面５３ａの大きさは、外側に配置された８つのＬＥＤ５２ａ〜５２ｄ、５２ｆ〜５２ｉによって囲まれる面積よりも小さい。具体的には、隣接する２つのＬＥＤの間の距離（例えばＬＥＤ５２ａとＬＥＤ５２ｂの距離、あるいはＬＥＤ５２ａとＬＥＤ５２ｄの距離）は、受光面５３ａの一辺よりも短い。すなわち、図５において左上に位置する４つのＬＥＤ５２ａ、５２ｂ、５２ｄ、５２ｅが形成する正方形Ｓ１の大きさ（面積）は受光面５３ａに略一致し、ＬＥＤ５２ａ、５２ｂ、５２ｄ、５２ｅによって出射されるスポット光が受光面５３ａの４つの角に同時に照射可能である。

初期状態において光照射ユニット５２は、図５に示されるように、中央に位置するＬＥＤ５２ｅが位置検出素子５３の受光面５３ａの中央に一致している。この状態ではＬＥＤ５２ｅのみが点灯され、他のＬＥＤは消灯している。この状態から可動部材（すなわちステージ２１、撮像素子２３、コイル基板２４等）が変位すると、受光面５３ａにおけるスポット光の受光位置が変化し、受光位置を示す位置信号が位置検出素子５３から出力される。

制御部６１（図４）では、位置信号に従って、固定部材３１に対する可動部材の相対位置が求められ、中央のＬＥＤ５２ａが受光面５３ａの中央付近に対応している状態では、位置信号は固定部材３１に対する可動部材の相対位置に直接対応している。すなわち、この状態では、相対位置は中央のＬＥＤ５２ａから出射されるスポット光のみによって求められる。

図５の状態から、例えば、位置検出素子５３が相対的に右方向へ変位し、受光面５３ａの右辺が右側のＬＥＤ５２ｆに一致するようになると、中央のＬＥＤ５２ｅのスポット光によって生じる位置信号に応じて、制御部６１では右側のＬＥＤ５２ｆが受光面５３ａの位置に来たことを検知し、右側のＬＥＤ５２ｆを点灯させる。すなわち、中央のＬＥＤ５２ｅから出射されるスポット光が受光面５３ａの左端部に照射されるとともに、右側のＬＥＤ５２ｆから出射されるスポット光が受光面５３の右端部に照射され、制御部６１の作用により、中央のＬＥＤ５２ｅと右側のＬＥＤ５２ｆは交互に点灯するように点滅する。

すなわち図７に示されるように、可動部材の相対変位が小さいときは、中央のＬＥＤ５２ｅ（光源Ａ）のみが連続的に点灯するが（符号（ａ））、右側のＬＥＤ５２ｆ（光源Ｂ）も点灯する場合、ＬＥＤ５２ａ、ＬＥＤ５２ｆが同じ周期で交互に点滅する（符号（ｂ））。位置演算部６２では、２つのＬＥＤ５２ｅ、５２ｆの点滅するスポット光に基づいて、２つのＬＥＤ５２ｅが受光面５３ａの両端部に位置していることが認識される。

位置検出素子５３が相対的にさらに右方向に変位し、受光面５３ａの左辺が中央のＬＥＤ５２ｅよりも右側に来ると、中央のＬＥＤ５２ｅは消灯し、右側のＬＥＤ５２ｆのみが連続的に点灯する。位置演算部６２では、右側のＬＥＤ５２ｆのスポット光に基づく位置信号に基づいて、固定部材３１に対する可動部材の相対位置が演算される。すなわち、この演算は、位置信号により示される受光位置と、位置検出素子５３がＬＥＤ５２ｆの位置まで変位したときの変位量と変位方向とに基づいて行われる。例えば、各ＬＥＤに対して位置検出素子５３が図５において右方向に水平に相対移動してＬＥＤ５２ｆの位置に到達した場合には、ＬＥＤ５２ｆのスポット光に基づく位置信号が示す位置ベクトルに、位置検出素子５３の水平方向の移動ベクトルが加算される。

もし固定部材３１に対して可動部材が相対回転するように構成されていると、図７の右端に示されるように、３つのＬＥＤ（光源Ａ、光源Ｂ、光源Ｃ）が点滅する（符号（ｃ））。この場合、３つのＬＥＤが順次点灯するように点滅し、各ＬＥＤの点滅の周期は同じである。つまり複数のＬＥＤは、常に１つのＬＥＤのみが点灯するようなタイミングで点滅する。

図５に示されるように、位置検出素子５３が相対的に右下方向に変位して、受光面５３ａの左上の角が左隅のＬＥＤ５２ａに対応する位置に到達した状態（正方形Ｓ２の状態）が、検出可能な範囲に関する、位置検出素子５３の右下側の限界位置である。すなわち、中央のＬＥＤ５２ｅの位置を基準にすると、通常の検出範囲Ｚ１はＬＥＤ５２ｅから位置検出素子５３の受光面５３ａの一辺がＬＥＤ５２ｅに到達するまでの距離であるが、本実施形態によれば、右側にあるＬＥＤ５２ｃ、５２ｆ、５２ｉに到達するまでの距離となり、検出範囲Ｚ２は長さで２倍、面積で４倍に拡大される。

以上のように本実施形態によれば、位置検出素子５３としては、例えば一辺の長さが２mm程度の通常入手可能な安価な２次元エリアセンサを用いることができ、特別に大きなエリアセンサを用いることなく、位置検出の範囲を拡大することができる。

また本実施形態は、位置検出素子５３にスポット光を照射しないＬＥＤを点灯させることなく、点灯の開始あるいは終了のときに、そのＬＥＤを点滅させるように構成されている。したがって、位置検出に用いるＬＥＤの切り替えにおいて、位置検出に空白が発生することはなく、連続的に実行される。また不要な点灯を避けることにより、消費電力を抑えることができる。

次に、図８および図９を参照して第２実施形態を説明する。第２の実施形態の構成は基本的に第１実施形態と共通であり、複数のＬＥＤ７１ａ、７１ｂ、７１ｃが常時点滅する点が異なる。

ＬＥＤ７１ａ、７１ｂ、７１ｃは、図８に示されるように、例えば正三角形の頂点に位置するように配置される。またＬＥＤ７１ａ、７１ｂ、７１ｃは、これらから照射されるスポット光が同時に位置検出素子の受光面５３ａに当たるように配置されている。すなわち図８において、右下のＬＥＤ７１ａのスポット光が受光面５３ａの正方形の右下の角付近に照射されるとき、左下のＬＥＤ７１ｂのスポット光は正方形の左下の角付近に照射され、また上側のＬＥＤ７１ｃのスポット光は正方形の上辺の下側に照射される。

図９に示されるように、ＬＥＤ７１ａ、７１ｂ、７１ｃ（光源Ａ、光源Ｂ、光源Ｃ）は常時点滅し、全体的に見ると、光源Ｃ、光源Ｂ、光源Ａが周期的に順次点灯する。この状態でＬＥＤ７１ａ、７１ｂ、７１ｃのスポット光が全て受光面５３ａによって受光されていると、位置検出素子によって、３つの位置信号が出力され、固定部材と可動部材の相対位置が求められる。

ここで、受光面５３ａに３つのスポット光が照射する状態から受光面５３ａが相対的に移動し、例えば図８の左下に変位したと仮定する。ＬＥＤ７１ｃのスポット光が受光面５３ａから外れると、図９に示される点滅タイミングに基づいて、ＬＥＤ７１ｃのスポット光が受光面５３ａから外れたことが検知される。したがって、その後はＬＥＤ７１ａ、７１ｂのスポット光のみが検出され、２つの位置信号が出力されて、第１実施形態と同様な手法により、固定部材と可動部材の相対位置が求められる。

続いてＬＥＤ７１ａのスポット光が受光面５３ａから外れると、その後はＬＥＤ７１ｂのスポット光のみが検出されることとなり、１つの位置信号が出力されて、第１実施形態と同様な手法により、固定部材と可動部材の相対位置が求められる。

なお、本実施形態は固定部材３１に対して可動部材が２次元的に変位する場合における位置検出を行う装置であるが、本発明は可動部材が１次元的に変位する場合にも適用できる。

また本発明は、固定部材３１に複数の光源を設け、可動部材に位置検出素子を設けてもよい。

本発明の第１実施形態を適用した位置検出装置を備えたデジタルカメラの概略的な構成を示すブロック図である。 像ぶれ補正機構を示す平面図である。 像ぶれ補正機構の縦断面図である。 像ぶれ補正を行うための制御回路を示すブロック図である。 ＬＥＤの配置を示す図である。 ＬＥＤと位置検出素子が対向する状態を示す図である。 ＬＥＤの点灯状態を示す図である。 第２実施形態におけるＬＥＤの配置を示す図である。 第２実施形態におけるＬＥＤの点灯状態を示す図である。

符号の説明

２１ ステージ（可動部材）
３１ 固定部材
５２ 光照射ユニット
５２ａ〜５２ｉ ＬＥＤ（光源）
５３ 位置検出素子

Claims (11)

1. 固定部材に対する可動部材の相対位置を検出する位置検出装置であって、
   前記固定部材および可動部材の一方に設けられ、スポット光を出射する複数の光源と、
   前記固定部材および可動部材の他方に設けられて前記スポット光を受光し、受光位置に従って、前記相対位置に関連した位置信号を出力する位置検出素子と、
   前記光源の点灯状態を制御する光源制御手段とを備え、
   前記光源制御手段は、前記光源の１つのみから出射されるスポット光が前記位置検出素子によって検知されるとき、その光源を連続的に点灯させ、前記光源の２以上から出射されるスポット光が前記位置検出素子によって検知されるとき、その２以上の光源を点滅させることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記光源制御手段が前記位置信号に基づいて前記光源の点灯状態を制御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. 前記複数の光源が、前記位置検出素子がスポット光を検知する受光面よりも広い範囲にわたって設けられることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
4. 前記複数の光源の間の距離が、前記位置検出素子がスポット光を検知する受光面の幅よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
5. 前記複数の光源の１つから出射されるスポット光が前記受光面の一端部に照射される状態において、前記複数の光源の他の１つから出射されるスポット光が前記受光面の他端部に照射されることを特徴とする請求項４に記載の位置検出装置。
6. 前記位置検出素子が２次元エリア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。
7. 前記位置検出素子がスポット光を検知する受光面は矩形を有し、前記矩形の４つの角部において同時に４つのスポット光を検知可能であることを特徴とする請求項６に記載の位置検出装置。
8. 前記複数の光源が常に１つの光源のみが点灯するようなタイミングで点滅することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
9. 前記複数の光源の２つが同じ周期で交互に点滅することを特徴とする請求項８に記載の位置検出装置。
10. 前記複数の光源の３つ以上が順次点灯するように点滅することを特徴とする請求項８に記載の位置検出装置。
11. 前記光源の点灯状態に基づいて、前記可動部材の前記固定部材に対する相対位置を演算により求める位置演算手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。

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