JP4764099B2 - 位置検出装置及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般には、位置検出装置に係り、特に、撮像装置のレンズの位置を検出する位置検出装置に関する。

近年、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置には、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子の多画素化及び小型化に伴い、レンズの位置決め制御において、数μｍオーダーの高い精度が要求されている。これは、撮像素子が多画素化及び小型化されるほど、レンズの位置決め誤差による撮像画像のピントボケが目立ち易くなり、撮像素子の性能を確保するために、より高い精度の位置決め制御が必要となるからである。

高い精度の位置決め制御を実現することが可能であり、レンズの位置を検出するセンサの１つとして、光学式エンコーダがある。光学式エンコーダは、基本的に、メインスケールと、メインスケールに対向して配置されるインデックススケールと、光源と、受光素子とから構成される（例えば、特許文献１及び２参照。）。メインスケールは、光を透過する格子と光を透過しない格子を一定の周期で配列した第１の光学格子を有する。インデックススケールは、第１の光学格子と同様な第２の光学格子を有する。光源は、メインスケールに光を照射する。受光素子は、メインスケールの第１の光学格子を透過又は反射し、更に、インデックススケールの第２の光学格子を透過した光を受光する。

このような構成のエンコーダは、インクリメンタル型と呼ばれ、スケールの移動に伴って出力される複数相の正弦波状の信号を、信号処理回路を介してパルス状の信号に変換し、かかるパルスの増減からその移動量を検出する。インクリメンタル型のエンコーダは、相対的な移動量しか検出することができないため、絶対位置や絶対角度を検出するためには原点位置となる絶対位置を検出するセンサが別途必要となってしまう。これによるコストや設置スペースの増大を回避する手段が、従来から幾つか提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

図６は、円形のスケールを用いて角度を検出するインクリメンタル型のエンコーダにおいて、原点位置を検出する検出手段を示す図である。図６では、原点位置を検出するために、光学スケールＯＳのパターンの透過率を変化させている。例えば、ＰＴ１は透過率が１であるのに対して、ＰＴ２、ＰＴ３、ＰＴ４と徐々に透過率が下がるように構成する。

図７は、光学スケールＯＳにおいて、透過率の変化している部分（パターン）がセンサを通過した際に得られる信号変化を示している。ＳＧ１及びＳＧ２は、センサから得られるエンコーダ出力信号（アナログ２相信号）である。エンコーダ出力信号の信号振幅は、透過率が変化していることによって、局所的に減少しているため、この変化を検出することで原点位置を検出することができる。これにより、原点位置を検出するセンサを別途設けることなく絶対角度を検出することができ、コストやセンサの設置スペースの増大を回避することができる。なお、図６では、円形の光学スケールを用いて角度を検出しているが、直線型のスケールを用いることで、同様に、直線上の位置を検出することができる。

これまでエンコーダにおける原点検出について説明したが、以下、エンコーダから出力される複数相の正弦波状の信号を基に、上述した数μｍオーダーの高精度な位置検出を行うための従来技術について説明する。

エンコーダから出力される複数相の正弦波状の信号をパルス状の信号に変換した場合、１パルスの分解能はスケール上の光学格子の配置密度に依存し、せいぜい数１０μｍである。そこで、より高精度な位置検出を行うために、複数相の正弦波状の信号成分のうち直線性に優れた信号成分を有する相を選択し、その信号成分を内挿する演算によって位置を検出する手法が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。

特許文献４は、磁気抵抗（ＭＲ）素子を用いた磁気式エンコーダに関して説明している。但し、エンコーダの出力から位置を演算する手法は、光学式エンコーダに対しても同様に適用することができる。

図８（ａ）は、特許文献４に開示されている磁気抵抗（ＭＲ）素子を用いたエンコーダの出力信号の一例であり、ここでは３相の信号Ａ０、Ｂ０及びＣ０が用いられている。図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す出力信号Ａ０、Ｂ０及びＣ０が相互に交差する点間の各相の信号波形であり、これら信号成分は略直線となっている。従って、位置検出対象物であるレンズの位置変化にほぼ比例した信号として用いることができる。なお、内挿演算による位置の演算は、特許文献４などで公知であり、ここでの詳細な説明は省略する。

このように、複数相の正弦波状の信号成分のうち直線性に優れた信号成分を有する相を選択して内挿演算を行うことによって、撮像装置に要求される高い精度のレンズ位置検出及びレンズの位置決め制御を実現することができる。そして、かかる位置演算処理と、上述した原点位置の検出手段とを組み合わせることで、コストや設置スペースを増大させることなく、レンズの絶対位置を高精度に制御することが可能となる。
特開２００２−２９６０７５号公報 特開２００２−３２３３４７号公報 特開平１０−３１８７９０号公報 特許第０３００８５０３号

しかしながら、図７に示したような、エンコーダ出力信号の信号振幅が局所的に減少する現象は、原点位置以外にも、スケール製作時のばらつき、スケールの傷やゴミの付着によってスケールの反射率又は透過率が変化している場合に発生する。このような原点位置以外での振幅減少を原点位置と誤検出してしまった場合には、レンズの絶対位置を誤って演算してしまい、撮像時にピントボケが生じるなど誤動作の原因となる。かかる誤検出を防止し、原点検出を確実に行うためには、原点位置での振幅減少率を十分大きくし、他の要因による振幅変化と区別できるようにする必要がある。

一方、図８から明らかなように、エンコーダ出力信号の振幅が小さくなると、レンズの位置変化に対する出力信号変化、即ち、出力信号の直線部分の傾きが小さくなり、エンコーダの感度が低下する。この場合、レンズの僅かな位置変化で生じる信号変化が電気的ノイズなどに埋もれやすくなり、原点位置の近辺において内挿演算による位置検出の精度が低下してしまう。この結果、撮像時にピントボケが生じるなど、撮像装置としての性能が低下してしまう。

換言すれば、従来の原点位置検出手段と位置演算処理とを組み合わせた場合、原点検出の確実性と原点位置付近における位置検出の精度とがトレードオフの関係となってしまうため、実現が困難であるという課題がある。

そこで、本発明は、エンコーダからの出力信号の変化を確実に検出して原点を検出すると共に、原点付近での位置検出精度の低下を防止することができる位置検出装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての位置検出装置は、被検出物の位置を検出する位置検出装置であって、光学的特性が周期的に変化するパターンと、光学的特性が不連続な不連続部分とを有する光学スケールと、前記光学スケールに対して相対移動可能に配置され、前記光学スケールを介して光を受光する受光素子とを有し、前記光学スケール及び前記受光素子は、前記光学スケールと前記受光素子との相対運動に応じたエンコーダ信号を出力する光学式エンコーダを構成し、前記光学式エンコーダが前記不連続部分を通過するときに発生する前記エンコーダ信号の変化に基づいて、前記被検出物の位置検出の原点となる原点位置を検出する原点検出手段を有し、前記原点検出手段は、前記エンコーダ信号の変化が所定の周期だけ連続している場合に、前記原点位置を検出することを特徴とする。
本発明の別の側面としての位置検出装置は、被検出物の位置を検出する位置検出装置であって、光学的特性が周期的に変化するパターンと、光学的特性が不連続な不連続部分とを有する光学スケールと、前記光学スケールに対して相対移動可能に配置され、前記光学スケールを介して光を受光する受光素子とを有し、前記光学スケール及び前記受光素子は、前記光学スケールと前記受光素子との相対運動に応じたエンコーダ信号を出力する光学式エンコーダを構成し、前記光学式エンコーダが前記不連続部分を通過するときに発生する前記エンコーダ信号の振幅の変化に基づいて、前記被検出物の位置検出の原点となる原点位置を検出する原点検出手段を有し、前記原点検出手段は、前記エンコーダ信号の振幅が所定の閾値以下である状態が所定の周期だけ連続している場合に、前記原点位置を検出することを特徴とする。

本発明の別の側面としての位置検出方法は、被検出物の位置の原点となる原点位置を検出する位置検出方法であって、光学的特性が周期的に変化するパターンと、光学的特性が不連続な不連続部分とを有する光学スケールと、前記光学スケールに対して相対移動可能に配置され、前記光学スケールを介して光を受光する受光素子との相対運動に応じたエンコーダ信号を生成するステップと、前記不連続部分を通過するときに発生する前記エンコーダの変化に基づいて、前記被検出物の原点位置を算出するステップと、前記エンコーダ信号の変化が所定の周期だけ連続している場合に、前記被検出物の原点位置が検出されたと判断するステップとを有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての撮像装置は、被写体からの光を、撮像レンズを介して撮像素子に結像し、前記被写体を撮像する撮像装置であって、前記撮像レンズの位置を検出する位置検出装置と、前記位置検出装置の検出結果に基づいて、前記撮像レンズの位置を制御する位置制御手段とを有し、前記位置検出装置は、光学的特性が周期的に変化するパターンと、光学的特性が不連続な不連続部分とを有する光学スケールと、前記光学スケールに対して相対移動可能に配置され、前記光学スケールを介して光を受光する受光素子とを有し、前記光学スケール及び前記受光素子は、前記光学スケールと前記受光素子との相対運動に応じたエンコーダ信号を出力する光学式エンコーダを構成し、前記光学式エンコーダが前記不連続部分を通過するときの前記エンコーダ信号の変化に基づいて、前記撮像レンズの位置検出の原点となる原点位置を検出する原点検出手段を有し、前記原点検出手段は、前記エンコーダ信号の変化が所定の周期だけ連続している場合に、前記原点位置を検出することを特徴とする。
本発明の更に別の側面としての撮像装置は、被写体からの光を、撮像レンズを介して撮像素子に結像し、前記被写体を撮像する撮像装置であって、前記撮像レンズの位置を検出する位置検出装置と、前記位置検出装置の検出結果に基づいて、前記撮像レンズの位置を制御する位置制御手段とを有し、前記位置検出装置は、光学的特性が周期的に変化するパターンと、光学的特性が不連続な不連続部分とを有する光学スケールと、前記光学スケールに対して相対移動可能に配置され、前記光学スケールを介して光を受光する受光素子とを有し、前記光学スケール及び前記受光素子は、前記光学スケールと前記受光素子との相対運動に応じたエンコーダ信号を出力する光学式エンコーダを構成し、前記光学式エンコーダが前記不連続部分を通過するときの前記エンコーダ信号の振幅の変化に基づいて、前記撮像レンズの位置検出の原点となる原点位置を検出する原点検出手段を有し、前記原点検出手段は、前記エンコーダ信号の振幅が所定の閾値以下である状態が所定の周期だけ連続している場合に、前記原点位置を検出することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、エンコーダからの出力信号の変化を確実に検出して原点を検出すると共に、原点付近での位置検出精度の低下を防止することができる位置検出装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、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。図１は、本発明の一側面としての位置検出装置１００を有する撮像装置１の構成を示す概略断面図である。本実施形態では、位置検出装置１００は、撮像装置１の合焦状態を制御するめのレンズ位置制御に用いられ、レンズ１０の位置を高精度に検出する。なお、位置検出装置１００は、基本的に、光学スケール１１０と、光学センサ１３０と、マイクロコンピュータ６０とから構成される。

図１を参照するに、１０は位置検出の対象物であるレンズであり、図示しない支持機構によって、鏡筒２０に対して光軸方向（矢印Ａ方向）に移動可能に支持されている。撮像対象からの光線は、レンズ１０を通過した後、撮像素子３０によって光電変換され、図示しない画像処理回路で画像処理が施され、画像の表示や記録など撮像装置として必要な処理が行われる。なお、図１では、１枚のレンズのみをレンズ１０として図示しているが、一般的に、撮像光学系は複数のレンズ群から構成される。

レンズ１０は、レンズ駆動モータ４０及び図示しない駆動機構によって光軸方向に駆動される。このとき、レンズ１０の移動に伴って、図示しないレンズの支持機構と一体に固定された光学スケール１１０も移動する。光学スケール１１０には、光学式エンコーダによる位置検出のため、光軸方向に沿って一定の周期で配列された光学格子が設けられている。また、光学スケール１１０には、原点検出のために、光学的な不連続部分１２０が設けられている。なお、光学スケール１１０及び不連続部分１２０については後で詳しく説明する。

光学センサ１３０は、光学スケール１１０に対向して鏡筒２０に固定されている。光学センサ１３０は、光学スケール１１０に光を照射する光源と、光学スケール１１０からの反射光を受光する受光素子アレイとを一体化して構成され、光学スケール１１０と組み合わせて光学式エンコーダとして使用される。

光学センサ１３０からの２相の正弦波状の出力信号は、アンプ５０ａ及び５０ｂによって増幅され、マイクロコンピュータ６０に内蔵されたＡ／Ｄコンバータを介して、マイクロコンピュータ６０に取り込まれる。本実施形態では、光学センサ１３０からの出力は２相としたが、３相以上であっても構わない。２相の信号の場合は、マイクロコンピュータ６０に取り込んだ後、それぞれを反転した信号を生成し、合わせて４相の信号とする。これにより、従来技術（図８）と同様に、各相の交点間の信号を用いた内挿演算を行うことができる。

マイクロコンピュータ６０は、エンコーダ出力信号の内挿演算などを行い、エンコーダ出力信号からレンズ１０の位置を演算する。更に、マイクロコンピュータ６０は、レンズ１０を所望の位置に移動させるための位置制御演算を行い、駆動信号を駆動回路４５に出力する。駆動回路４５は、マイクロコンピュータ６０からの駆動信号に基づいて、レンズ駆動モータ４０を駆動する。

このようなフィードバックシステムを構成することによって、光学式エンコーダの位置検出に基づいた位置制御が可能となる。レンズ１０を移動させる目標位置は、例えば、図示しない画像処理回路の出力信号から撮像画像の合焦度を判定し、公知の合焦制御アルゴリズムに基づいて撮像画像が合焦状態となるようなレンズ位置を目標位置として演算するなどして決定される。

ここで、光学スケール１１０及び光学センサ１３０について詳細に説明する。図２は、光学スケール１１０及び光学センサ１３０で構成される光学式エンコーダを示す概略斜視図である。かかる光学式エンコーダは、マイクロルーフミラーアレイを光学スケール１１０に用いた反射型の光学式エンコーダである。図２において、光学スケール１１０と光学センサ１３０は、図中矢印Ｂ方向の相対移動を検出する。

光学センサ１３０は、発光部１３２と、受光部１３４（１３４は、１３４ａ乃至１３４ｆを総括するものとする）とを有し、本実施形態では、発光部１３２と受光部１３４が一体的に構成されている。また、光学スケール１１０には、マイクロルーフミラーアレイ部１１１と、スリット部１１２とが周期的に配置されている。

発光部１３２は、例えば、発光ダイオードを使用し、光学スケール１１０に向けて光を照射する。照射された光のうち、マイクロルーフミラーアレイ部１１１に当たった光ＯＰ１は反射され、受光部１３４に到達する。一方、スリット部１１２に当たった光は、光学スケール１１０を透過するため、受光部１３４にはほとんど到達しない。マイクロルーフミラーアレイ部１１１とスリット部１１２は周期的に配置されているため、受光部１３４に到達する光は、周期的な明暗パターンを形成する。

受光部１３４は、例えば、フォトダイオードを使用し、それぞれ（受光部１３４ａ乃至１３４ｆ）がインデックススケールを兼ねた受光素子アレイを形成している。かかる受光素子アレイは、上述した周期的な明暗パターンを電気信号に変換し、更に、所定の電気信号処理を行うことで、光学スケール１１０と光学センサ１３０との相対運動に応じた正弦波状の周期的信号を生成する。電気信号処理については、特許文献１などに詳しく記載されているため、ここでの詳細な説明は省略する。なお、光学センサ１３０の出力信号は、一般的に、複数相あり、位置検出演算に用いられる。

受光部１３４は、本実施形態では、図２に示すように６つあり、それぞれが１ライン分のマイクロルーフミラーアレイ部１１１からの反射光を受光するように構成されている。これはフォトダイオードの信頼性を考慮し、複数の受光素子アレイからの信号を合成して出力信号を得るようにしているためである。

本実施形態では、光学センサ１３０は、発光部１３２と受光部１３４とを一体とする構成としたが、別体とする構成にすることもできる。受光部１３４は、６つの受光素子アレイから構成したが、受光素子アレイの数はいくつであっても構わない。また、光学スケール１１０の反射部は、マイクロルーフミラーアレイ構造としているが、金属蒸着などを用いて反射部を構成してもよい。受光部１３４は、光学スケール１１０からの反射光を受光する構成としたが、光学スケール１１０を透過した光を受光する構成としてもよい。更に、本実施形態では、レンズ１０、光学スケール１１０及び光学センサ１３０が、鏡筒２０に一体的に構成されている。しかし、光学スケール１１０が鏡筒２０に固定され、光学センサ１３０がレンズ１０と一体で移動する構成とすることもできる。

次に、原点検出のために光学スケール１１０に設けられた光学的な不連続部分１２０の作用について説明する。図２に示すように、不連続部分１２０は、マイクロルーフミラーアレイ部１１１が１ライン分だけ欠落するように構成される。従って、不連続部分１２０に放射された光ＯＰ２は、図２に示すように、光学スケール１１０を透過する。これにより、マイクロルーフミラーアレイ部１１１に対応する受光部１３４ｃにはほとんど光が到達せず、受光部１３４ｃからの信号が他に比べて減少する。上述したように、光学センサ１３０の出力は、受光部１３４ａ乃至１３４ｆの６つの信号を合成したものである。従って、マイクロルーフミラーアレイ部１１１の欠落部（不連続部分１２０）と受光部１３４ｃとが対向した位置にある状態では、光学センサ１３０の出力が約５／６に減少することになる。かかる信号変化を検出することで原点検出を行うことができる。

次に、光学センサ１３０の出力信号の変化が連続する周期と、光学スケール１１０に設けられた光学的な不連続部分１２０の長さ、及び、受光部１３４の検出対象となるスケール幅との関係について説明する。

図３は、受光部１３４と光学スケール１１０に設けられた光学的な不連続部分１２０との相対位置が変化した場合の光学センサ１３０の出力信号の変化の一例を示す図である。なお、光学センサ１３０の出力信号は複数相あるが、ここでは説明を簡単にするために１相のみ示している。図３において、横軸はレンズ１０の位置（即ち、受光部１３４と光学スケール１１０との相対位置）、縦軸は光学センサ１３０の出力信号である。

図３に示すＲＰ１乃至ＲＰ９は、受光部１３４と光学スケール１１０に設けられた光学的な不連続部分１２０との相対位置を表しており、それぞれの位置付近における光学センサ１３０の出力信号を矢印で示している。図３において、相対位置がＲＰ２乃至ＲＰ７の状態では、マイクロルーフミラーアレイ部１１１の欠落部（不連続部分１２０）と受光部１３４とが対向した位置関係にあるため、光学センサ１３０の出力振幅が減少している。また、ＲＰ１及びＲＰ８の状態は、光学的な不連続部分１２０が受光部１３４の検出領域に到達又は通過する過渡状態であり、出力振幅が若干減少している。

マイクロルーフミラーアレイ部１１１の欠落部（不連続部分１２０）が１ライン分で、且つ、光学センサ１３０の出力が受光部１３４の６ライン分の信号を合成したものである場合を考える。この場合、マイクロルーフミラーアレイ部１１１の欠落部（不連続部分１２０）と受光部１３４が対向した位置となる６周期分に前後の過渡状態各１周期分を加えた８周期分の区間で、出力振幅の減少が発生することになる。

一般的には、出力振幅の減少が発生する区間の信号周期数Ｎと、マイクロルーフミラーアレイ部１２０の欠落部（不連続部分１２０）のライン数Ｑ、及び、受光部１３４のライン数Ｐとの関係は、以下の数式１で表される。

従って、光学スケール１１０に設けられた不連続部分１２０の長さ、及び、受光素子１３４の検出対象となるスケール幅を位置検出装置の設計パラメータとして決定する。これにより、光学センサ１３０の出力信号の変化が連続する周期は数式１で定まる所定周期となる。

一方、光学スケール１１０のばらつき、光学スケール１１０の傷やゴミの付着等に起因する原点位置以外での出力変化の場合は、原点位置のように１ライン又は複数ライン分のマイクロルーフミラーアレイ部１１１が完全に欠落する場合と異なる。従って、数式１で定まる所定周期分の出力信号変化は発生しない。

本実施形態では、所定周期分だけ連続した出力信号の変化を検出した場合に原点が検出されたと判定することを特徴としている。これにより、光学スケール１１０のばらつき、光学スケール１１０の傷やゴミの付着等に起因する局所的な出力変化と原点位置とを確実に区別し、原点位置の誤検出を防止することができる。このようにして原点位置の誤検出を防止することで、光学センサ１３０と光学スケール１２０との相対的な移動量の検出から、レンズ１０の適正な絶対位置や絶対角度を検出することができるものである。

以下、所定周期分の連続した出力信号変化から原点位置を決定するために、マイクロコンピュータ６０において実行される原点検出処理について説明する。図４は、原点検出処理を説明するためのフローチャートである。本実施形態の原点検出処理では、マイクロルーフミラーアレイ部１１１の欠落部（不連続部分１２０）のライン数が１ライン分、受光部１３４のライン数が６ライン分とする。また、出力振幅において、所定の閾値以下の状態が６周期以上８周期以下である場合に原点であると判定する。なお、ここでの判定に用いる周期数は、上述したように、マイクロルーフミラーアレイ部１１１の欠落部（不連続部分１２０）のライン数及び受光部１３４のライン数に依存する。従って、これらについて異なる設計パラメータを採用した場合には、数式１に基づいて適切な周期数を設定する必要がある。

図４を参照するに、まず、レンズ１０の駆動方向を、例えば、図１の右側方向（＋方向とする）に設定する（ステップＳ００１）。次に、センサ出力信号の振幅を検出するために用いるセンサ出力の最大値ＭＡＸ、及び、最小値ＭＩＮのデータを初期化する（ステップＳ００２）。

次に、出力信号変化の連続周期のカウンタｎの値を０にリセットする（ステップＳ００３）。更に、レンズ１０をステップＳ００１で設定した方向に所定速度で駆動するように、駆動回路４５に駆動命令を出力する（ステップＳ００４）。このときの速度は、エンコーダ出力のピーク位置が確実にサンプリングできるように十分遅い速度とする。

次に、マイクロコンピュータ６０に内蔵されたＡ／Ｄコンバータによって光学センサ１３０の出力信号をサンプリングし（ステップＳ００５）、センサ信号の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮのピークホールド処理を行う（ステップＳ００６）。次に、レンズ１０が可動可能なストロークの端に達したかどうかを、レンズ位置データから判定する（ステップＳ００７）。ストローク端に達している場合には、レンズの駆動方向を反転する（ステップＳ００８）。例えば、それまで図１の右側方向（＋方向）に駆動していた場合には、図１の左側方向（−方向とする）に設定し、ステップＳ００２に戻る。

一方、ステップＳ００７において、ストローク端に達していないと判定された場合には、センサ出力信号の状態から１周期分以上移動したかどうかを判別する（ステップＳ００９）。かかる判別は、例えば、センサ出力信号が負から正に変化したかどうかをチェックすることにより行うことができる。

１周期分移動していない場合には、ステップＳ００４に戻り、センサ信号の最大値ＭＡＸ及び最小値ＭＩＮのピーク検出処理を継続する。一方、１周期分移動したと判定された場合には、センサ出力信号の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮとの差から振幅を演算する（ステップＳ０１０）。そして、次の周期でのピークホールド処理のために、最大値ＭＡＸ及び最小値ＭＩＮを再度初期化する（ステップＳ０１１）。

次に、ステップＳ０１０で得られた振幅が所定の閾値以下であるかどうかを判定する（ステップＳ０１２）。ここでの閾値は、マイクロルーフミラーアレイ部１１１の欠落部（不連続部分１２０）と受光部１３４が対向した位置にある状態で、光学センサ１３０の出力が約５／６（約８３％）に減少することに基づいて決定する。例えば、平均振幅の８５％を閾値とする。

ステップＳ０１２において、振幅が閾値以下と判定された場合は、出力信号変化の連続周期のカウンタｎの値を１増やす（ステップＳ０１３）。更に、カウンタｎの値が８より大きいかどうかを判定する（ステップＳ０１４）。カウンタｎの値が８より大きい場合は、原点位置ではないとみなし、ステップＳ００３に戻ってカウンタｎの値を０にリセットし、原点検出を継続する。一方、カウンタｎの値が８以下の場合には、原点である可能性があるので、ステップＳ００４に戻り、出力信号変化の連続周期のカウントを継続する。

一方、ステップＳ０１２において、振幅が閾値以上と判定された場合は、出力信号変化の連続周期のカウンタｎの値が６以上であるかを判定する（ステップＳ０１５）。カウンタｎの値が６以上であった場合には、振幅が閾値以下の状態が６周期以上８周期以下であったことになるので、原点を検出することができたと判定し、処理を終了する。一方、カウンタｎの値が６より小さい場合には、５周期以下で振幅が戻ったことになり、原点ではなかったことになる。この場合は、閾値を設定するための振幅の平均値を更新する（ステップＳ０１６）。更に、ステップＳ００３に戻って、カウンタｎの値を０にリセットし、原点検出を継続する。

以上のように、本実施形態の原点検出処理は、出力振幅において、所定の閾値以下の状態が６周期以上８周期以下である場合を検出することができ、原点を正しく判定することができる。

なお、原点位置付近では、出力振幅において、所定の閾値以下の状態が複数周期ある。この区間のどの位置を原点とするかは、例えば、原点位置付近で最初に出力振幅が閾値以下となった周期での、位相０度に相当する位置（センサ出力信号が負から正に変化する位置）を原点位置として決定することができる。

また、マイクロコンピュータ６０において実行される別の原点検出処理について説明する。図５Ａ及び図５Ｂは、別の原点検出処理を説明するためのフローチャートである。図５Ａ及び図５Ｂに示す原点検出処理は、出力振幅において、所定の閾値以下の状態が６周期以上８周期以下である場合に原点であると判定する点は、図４に示す原点検出処理と同じであるが、原点位置検出を開始するまでの処理が異なる。

図４に示す原点検出処理のように、レンズ１０の可動ストローク全域に亘って原点位置を検出する場合、レンズ１０の駆動速度をエンコーダ出力のピーク位置が確実にサンプリングできるような十分に遅い速度にする必要がある。従って、原点を検出するまでの時間が長くなってしまうという欠点がある。

一般に、位置検出装置では、原点が検出されてから通常の位置検出処理が可能となるため、原点検出までの時間が長いと、例えば、電源を投入してから装置が使用可能な状態になるまでユーザが待たされることとなり、好ましくない。しかしながら、実際の装置、特に、本実施形態のような撮像レンズにおいては、原点位置をレンズの可動ストロークのどのあたりに設定するかは設計値として予め決めておくことができる。

そこで、図５Ａ及び図５Ｂに示す原点検出処理では、まず、レンズ１０を可動ストロークの端位置に移動させ、そこを原点位置に仮定し、正規の原点位置付近までレンズ１０を移動してから原点検出処理を実行する。

図５Ａを参照するに、レンズ１０の駆動方向を、同様に、図１の右側方向（＋方向とする）に設定する（ステップＳ１０１）。次に、レンズ１０を駆動する（ステップＳ１０２）。このときのレンズ１０の駆動速度は、センサ信号の１周期毎の振幅を検出する必要はないので、時間短縮のためにステップＳ００４で設定した速度に比べて十分速い速度を設定してよい。

次に、光学センサ１３０の出力信号をサンプリングする（ステップＳ１０３）。続いて、ステップＳ００７と同様に、レンズ１０が可動可能なストロークの端に達したかどうかを判定する（ステップＳ１０４）。ストローク端に達していない場合には、ステップＳ１０２に戻り、レンズ１０の駆動を継続する。ストローク端に達している場合には、レンズ駆動方向を反転し−方向に設定する（ステップＳ１０５）。

ここまでの処理によって、レンズ１０は、＋方向のストローク端に達している。従って、以下の処理によってレンズ１０を−方向のストローク端まで動かし、その間に光学センサ１３０からの出力の最大値と最小値を検出して、閾値を決定するための仮の平均振幅とする。

センサ出力の最大値ＭＡＸ、及び、最小値ＭＩＮのデータを初期化する（ステップＳ１０６）。次に、レンズを駆動する（ステップＳ１０７）。ここでは、仮の平均振幅を求めればよいため、時間短縮のためにステップＳ００４で設定した速度に比べて十分速い速度を設定してよい。

次いで、光学センサ１３０の出力信号をサンプリングし（ステップＳ１０８）、センサ信号の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮのピークホールド処理を行う（ステップＳ１０９）。次に、レンズ１０がストロークの端に達したかどうかを判定し（ステップＳ１１０）、ストローク端に達していない場合にはステップＳ１０７に戻って、レンズ１０の駆動を継続する。一方、ストローク端に達している場合には、センサ出力信号の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮとの差から振幅を演算して仮の平均振幅とする（ステップＳ１１１）。

ここで、このように、一旦レンズ１０を＋方向のストローク端に移動し、更に、−方向のストローク端まで移動させる理由について説明する。閾値の決定に用いる仮の平均振幅を得るためには、少なくともレンズ１０を光学センサ出力の１周期分以上動かす必要がある。それに対して、原点検出処理の開始時はレンズ位置が不定であるために、どちらの方向にどれだけ動かせば確実に１周期分以上動くかどうかが不明である。そこで、上述した処理により、強制的に可動ストロークの両端の間を移動させることで、レンズ１０が光学センサ出力の１周期分以上確実に動くようにする。

次に、この後の処理で正規の原点位置付近までレンズ１０を移動するために、現在の位置、即ち、−方向のストローク端を仮の現在位置として設定する（ステップＳ１１２）。次いで、レンズ駆動方向を反転し＋方向に設定する（ステップＳ１１３）と共に、仮の原点位置から、設計値として既知である正規の原点位置の手前までレンズ１０を駆動する（ステップＳ１１４）。ここで、仮の原点位置と正規の原点位置との間の距離は、光学スケール１１０及び光学センサ１３０の組み付け時の位置ばらつきや、仮の原点位置である−方向のストローク端の位置ばらつき等のために、設計値に対して誤差を含んでいる。そこで、仮の原点位置から正規の原点位置に移動するための移動距離は、上述した誤差を考慮し、正規の原点位置の十分手前で停止するように設定する。この移動距離データは、あらかじめマイクロコンピュータ６０の不揮発性メモリに格納しておけばよい。また、この移動の間は、センサ信号の振幅を検出する必要はないので、時間短縮のために高速で駆動してよい。

次に、光学センサ１３０の出力信号をサンプリングし（ステップＳ１１５）、レンズ１０の移動量を演算してレンズ１０が必要な移動距離分だけ移動完了したか判定する（ステップＳ１１６）。レンズ１０の移動が完了していなければステップＳ１１４に戻って駆動を継続する。一方、レンズ１０の移動が完了した場合には、図５ＢのステップＳ１１７に進む。

図５ＢのステップＳ１１７からステップＳ１３２までの処理は、図４に示す原点検出処理のステップＳ００１からステップＳ０１６と同じであるため、ここでの詳細な説明は省略する。

このように、図５Ａ及び図５Ｂに示す原点検出処理は、レンズ１０を可動ストロークの端位置に移動し、そこを仮の原点位置として、正規の原点位置付近までレンズ１０を移動してから原点検出処理を実行する。これにより、原点位置付近への移動までの間はレンズ１０を高速で移動することができ、原点検出処理に要する時間を短縮することができる。一方、原点検出処理そのものは図４に示した原点検出処理と同様であるので、出力振幅において、所定の閾値以下の状態が６周期以上８周期以下である場合を確実に検出し、原点を正しく判定することができる。

本実施形態の原点検出処理は、光学エンコーダ信号に発生する変化がエンコーダ出力信号の所定の周期分だけ連続している場合に原点が検出されたと判定する。これにより、エンコーダ信号の変化を確実に検出して原点を検出することができると共に、原点付近での位置検出精度の低下を防止することが可能となる。換言すれば、本実施形態の原点検出処理は、原点検出の確実性と原点位置付近における位置検出の精度とのトレードオフの問題について、両者の両立が可能となる。従って、撮像装置１は、原点位置付近におけるレンズの位置検出精度の低下に起因するピントボケなどの撮像装置の撮像性能の低下を防止し、優れた撮像性能を発揮することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の一側面としての位置検出装置を有する撮像装置の構成を示す概略断面図である。 図１に示す光学スケール及び光学センサで構成される光学式エンコーダを示す概略斜視図である。 図２に示す受光部と光学スケールに設けられた光学的な不連続部分との相対位置が変化した場合の光学センサの出力信号の変化の一例を示す図である。 原点検出処理を説明するためのフローチャートである。 原点検出処理を説明するためのフローチャートである。 原点検出処理を説明するためのフローチャートである。 従来技術における原点位置の検出手段の一例を示す概略平面図である。 図６に示す光学スケールを使用した場合のエンコーダの出力信号の一例を示す図である。 従来技術におけるエンコーダの出力信号及びかかる出力信号のうち直線性に優れた信号成分を有する相を選択した状態を示す図である。

符号の説明

１ 撮像装置
１０ レンズ
２０ 鏡筒
３０ 撮像素子
４０ レンズ駆動モータ
４５ 駆動回路
５０ａ及び５０ｂ アンプ
６０ マイクロコンピュータ
１００ 位置検出装置
１１０ 光学スケール
１１１ マイクロルーフミラーアレイ部
１１２ スリット部
１２０ 不連続部分
１３０ 光学センサ
１３２ 発光部
１３４ 受光部

Claims (9)

1. 被検出物の位置を検出する位置検出装置であって、
   光学的特性が周期的に変化するパターンと、光学的特性が不連続な不連続部分とを有する光学スケールと、
   前記光学スケールに対して相対移動可能に配置され、前記光学スケールを介して光を受光する受光素子とを有し、
   前記光学スケール及び前記受光素子は、前記光学スケールと前記受光素子との相対運動に応じたエンコーダ信号を出力する光学式エンコーダを構成し、
   前記光学式エンコーダが前記不連続部分を通過するときに発生する前記エンコーダ信号の変化に基づいて、前記被検出物の位置検出の原点となる原点位置を検出する原点検出手段を有し、
   前記原点検出手段は、前記エンコーダ信号の変化が所定の周期だけ連続している場合に、前記原点位置を検出することを特徴とする位置検出装置。
2. 前記所定の周期は、前記不連続部分の長さ、及び、前記光学スケールのスケール幅に基づいて決定することを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
3. 被検出物の位置を検出する位置検出装置であって、
   光学的特性が周期的に変化するパターンと、光学的特性が不連続な不連続部分とを有する光学スケールと、
   前記光学スケールに対して相対移動可能に配置され、前記光学スケールを介して光を受光する受光素子とを有し、
   前記光学スケール及び前記受光素子は、前記光学スケールと前記受光素子との相対運動に応じたエンコーダ信号を出力する光学式エンコーダを構成し、
   前記光学式エンコーダが前記不連続部分を通過するときに発生する前記エンコーダ信号の振幅の変化に基づいて、前記被検出物の位置検出の原点となる原点位置を検出する原点検出手段を有し、
   前記原点検出手段は、前記エンコーダ信号の振幅が所定の閾値以下である状態が所定の周期だけ連続している場合に、前記原点位置を検出することを特徴とする位置検出装置。
4. 前記所定の周期は、前記不連続部分の長さ、及び、前記光学スケールのスケール幅に基づいて決定することを特徴とする請求項３記載の位置検出装置。
5. レンズ位置検出手段を更に有し、当該レンズ位置検出手段は、前記被検出物の位置の原点となる原点位置を基準として、前記光学スケールと前記受光素子との相対的位置変化を求めることを特徴とする請求項１及至４のいずれか１項に記載の位置検出装置。
6. 被検出物の位置の原点となる原点位置を検出する位置検出方法であって、
   光学的特性が周期的に変化するパターンと、光学的特性が不連続な不連続部分とを有する光学スケールと、前記光学スケールに対して相対移動可能に配置され、前記光学スケールを介して光を受光する受光素子との相対運動に応じたエンコーダ信号を生成するステップと、
   前記不連続部分を通過するときに発生する前記エンコーダの変化に基づいて、前記被検出物の原点位置を算出するステップと、
   前記エンコーダ信号の変化が所定の周期だけ連続している場合に、前記被検出物の原点位置が検出されたと判断するステップとを有することを特徴とする位置検出方法。
7. 前記被検出物を前記被検出物の原点位置の近傍に予め移動するステップを更に有することを特徴とする請求項６記載の位置検出方法。
8. 被写体からの光を、撮像レンズを介して撮像素子に結像し、前記被写体を撮像する撮像装置であって、
   前記撮像レンズの位置を検出する位置検出装置と、
   前記位置検出装置の検出結果に基づいて、前記撮像レンズの位置を制御する位置制御手段とを有し、
   前記位置検出装置は、
   光学的特性が周期的に変化するパターンと、光学的特性が不連続な不連続部分とを有する光学スケールと、
   前記光学スケールに対して相対移動可能に配置され、前記光学スケールを介して光を受光する受光素子とを有し、
   前記光学スケール及び前記受光素子は、前記光学スケールと前記受光素子との相対運動に応じたエンコーダ信号を出力する光学式エンコーダを構成し、
   前記光学式エンコーダが前記不連続部分を通過するときの前記エンコーダ信号の変化に基づいて、前記撮像レンズの位置検出の原点となる原点位置を検出する原点検出手段を有し、
   前記原点検出手段は、前記エンコーダ信号の変化が所定の周期だけ連続している場合に、前記原点位置を検出することを特徴とする撮像装置。
9. 被写体からの光を、撮像レンズを介して撮像素子に結像し、前記被写体を撮像する撮像装置であって、
   前記撮像レンズの位置を検出する位置検出装置と、
   前記位置検出装置の検出結果に基づいて、前記撮像レンズの位置を制御する位置制御手段とを有し、
   前記位置検出装置は、
   光学的特性が周期的に変化するパターンと、光学的特性が不連続な不連続部分とを有する光学スケールと、
   前記光学スケールに対して相対移動可能に配置され、前記光学スケールを介して光を受光する受光素子とを有し、
   前記光学スケール及び前記受光素子は、前記光学スケールと前記受光素子との相対運動に応じたエンコーダ信号を出力する光学式エンコーダを構成し、
   前記光学式エンコーダが前記不連続部分を通過するときの前記エンコーダ信号の振幅の変化に基づいて、前記撮像レンズの位置検出の原点となる原点位置を検出する原点検出手段を有し、
   前記原点検出手段は、前記エンコーダ信号の振幅が所定の閾値以下である状態が所定の周期だけ連続している場合に、前記原点位置を検出することを特徴とする撮像装置。