JP5194933B2

JP5194933B2 - 位置検出装置、レンズ鏡筒及びカメラ

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Publication number: JP5194933B2
Application number: JP2008080984A
Authority: JP
Inventors: 智明鈴木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2028-03-26
Also published as: JP2009236581A

Description

本発明は、移動部材の固定部材に対する位置を検出する位置検出装置、それを備えたレンズ鏡筒及びカメラに関するものである。

従来、カメラ等における、固定筒に対する回転筒の位置を検出する位置検出装置として、絶対距離エンコーダと相対距離エンコーダとを組み合わせたものが使用されている。ここで、絶対距離エンコーダは、固定筒における所定の位置を原点としたときの回転筒の位置を測定するものである。この絶対距離エンコーダとしては、価格や構成の容易さ等の理由で、回転角度や移動距離を電圧に変換して検出するポテンショメータが一般に使用される（例えば、特許文献１参照）。また、相対距離エンコーダは、絶対距離エンコーダによって測定された固定筒の特定の位置からの回転筒の移動距離を、さらに高分解能で検出するものである。この相対距離エンコーダとしては、従来のポテンショメータでは高分解能を得ることが困難であるため、比較的高価な光センサーや磁気センサー等が使用されている。
特許第３９４１０８３号公報

しかし、ポテンショメータと光センサーや磁気センサー等といった異なるタイプのエンコーダを組み合わせて使用する場合、スペース効率が悪い。また光センサーや磁気センサー等は比較的高価であるため、全体として製造コストが高くなるという問題がある。そこで、回転角度や移動距離を電圧に変換するポテンショメータにおいて、高精度で位置検出が可能となれば、同一のタイプのエンコーダの組み合わせで、高精度且つ安価な位置検出装置を提供することができる。
本発明の課題は、回転角度や移動距離を電圧に変換する位置検出装置において、高精度で位置検出を可能とすることである。

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。

請求項１に記載の発明は、第１部材に対して移動する第２部材と、前記第１部材と前記第２部材のうちの一方に、前記第２部材の移動方向に沿って配置された複数の電極と、前記複数の電極上を、前記複数の電極の配置方向に沿って延在する第１抵抗体と、隣接する前記電極に対して互いに異なる電圧を印加する印加手段と、前記第１部材と前記第２部材のうちの他方に設けられ、前記第２部材の移動に伴って前記第１抵抗体に接触して移動する第１接触部材と、前記第１接触部材に印加される電圧に基づいて、前記第１部材に対する前記第２部材の位置を検出する検出手段と、を備え、前記印加手段は、前記複数の電極に対して、第１電圧と該第１電圧より高い第２電圧とを、前記複数の電極の配置方向に沿って１つおきに印加することを特徴とする位置検出装置である。
請求項２に記載の発明は、第１部材に対して移動する第２部材と、前記第１部材と前記第２部材のうちの一方に、前記第２部材の移動方向に沿って配置された複数の電極と、前記複数の電極上を、前記複数の電極の配置方向に沿って延在する第１抵抗体と、前記第１部材と前記第２部材のうちの他方に設けられ、前記第２部材の移動に伴って前記第１抵抗体に接触して移動する第１接触部材と、前記複数の電極に対して、第１電圧と該第１電圧より高い第２電圧とを、前記複数の電極の配置方向に沿って１つおきに印加する動作と、前記複数の電極の配置方向の一端の電極に第３電圧を印加し、他端の電極に前記第３電圧より高い第４電圧を印加し、前記一端から前記他端までの間の電極に対しては前記第３電圧及び前記第４電圧を印加しない動作とが可能である印加手段と、前記第１接触部材に印加される電圧に基づいて、前記第１部材に対する前記第２部材の位置を検出する検出手段と、を備えることを特徴とする位置検出装置である。
請求項３に記載の発明は、第１部材に対して移動する第２部材と、前記第１部材と前記第２部材のうちの一方に、前記第２部材の移動方向に沿って配置された複数の第１電極と、前記第１部材又は前記第２部材のうちの一方に配置された前記複数の第１電極又は前記第１接触部材が設けられた部分に隣接して、前記移動方向に一端と他端とに配置された一組の第２電極と、前記一組の第２電極上に延在する第２抵抗体と、前記複数の第１電極上を、前記複数の第１電極の配置方向に沿って延在する第１抵抗体と、前記複数の第１電極の隣接する前記第１電極に対して互いに異なる電圧を印加し、前記一組の第２電極に互いに異なる電圧を印加する印加手段と、前記第１部材と前記第２部材のうちの他方に設けられ、前記第２部材の移動に伴って前記第１抵抗体に接触して移動する第１接触部材と、前記第１部材と前記第２部材のうちの他方に設けられ、前記第２部材の移動に伴って前記第２抵抗体に接触して移動する第２接触部材と、前記第１接触部材に印加される電圧と前記第２接触部材に印加される電圧とに基づいて、前記第１部材に対する前記第２部材の位置を検出する検出手段と、を備えることを特徴とする位置検出装置である。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の位置検出装置であって、前記第２部材が前記第１部材に対して回転する回転体であることを特徴とする位置検出装置である。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の位置検出装置であって、前記第１抵抗体が円筒面に沿って延びていることを特徴とする位置検出装置である。
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の位置検出装置であって、前記第１抵抗体が円板表面上に円環状に延びていることを特徴とする位置検出装置である。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の位置検出装置を備えるレンズ鏡筒である。
請求項８に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の位置検出装置を備えるカメラである。

本発明の位置検出装置、レンズ鏡筒及びカメラによれば、回転角や移動量を電圧に変換することにより相対距離を測定することができる。

（第１実施形態）
以下、図面等を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態の位置検出装置１の概略断面図である。図示するように、位置検出装置１は、固定部材２と固定部材２に対して移動する移動部材３とを備える。

移動部材３は、絶縁材料で製造されたベース５と、ベース５の固定部材２側に配置された電極６とを備える。電極６は複数備えられ、それらの複数の電極６は、移動部材３の移動方向（図中、Ｘ方向）に沿って等間隔に配置されている。

図２は移動部材３の上面図である。ここで、複数の電極６における１つおきの一方のグループを第１グループとし、他方のグループを第２グループとする。第１のグループの電極６ａは、それぞれ同電位の電圧（Ｖａ）が供給されるように電源４ａに接続されている。また、第２のグループの電極６ｂは、それぞれグランドに接続されている。

互いに隣接する電極６ａ，６ｂの間は、絶縁部材７が配置され、隣接する電極６ａ，６ｂが導通しないようになっている。なお、ベース５は、上述のように本実施形態では絶縁材料で製造されているが、導電材料で製造することもでき、その場合は、ベース５と電極６との導通を防止するように両者の間にも絶縁部材が間挿される。

電極６及び絶縁部材７の表面は、同一の高さになるように形成され、その表面には、抵抗体８が貼着されている。抵抗体８は、複数の電極６の両端の間、すなわち移動部材３の固定部材２に対する移動範囲Ｘｄ（図１）にわたって延びている。

固定部材２には、移動部材３の抵抗体８に向かって延びるブラシ９が取り付けられている。ブラシ９は、抵抗体８と接触し、移動部材３がＸ方向に移動すると、抵抗体８上をその抵抗体８との接触状態を保ちながら滑る。また、ブラシ９は、そのブラシ９の電位Ｖ１を測定することにより固定部材２の移動部材３に対する位置を検出する位置検出装置４ｂ（図１）に接続されている。

次に、第１実施形態の動作について説明する。まず、第１グループの電極６ａに電源４ａより一定の電圧Ｖａが供給される。第２グループの電極６ｂはグランドに接続される。この状態で、移動部材３が固定部材２に対してＸ方向に移動すると、ブラシ９が抵抗体８上を滑る。

図３は、ブラシ９の位置を横軸とし、ブラシ９の電位（抵抗体８の電位）Ｖ１を縦軸とした、ブラシ９の位置と電位Ｖ１との関係を示したグラフである。図示するように、ブラシ９の先端が、電極６のうちの、Ｘマイナス方向の端部の電極６ａの上の位置Ｘａ１にあるとき、ブラシ９の電位Ｖ１はＶａである。移動部材３がＸマイナス方向に進み（ブラシ９が抵抗体８の上をＸプラス方向に進む）と、電位Ｖ１はリニアに減少し、ブラシ９が、上述のＸマイナス方向の端部の電極６ａに隣接する電極６ｂの上の位置Ｘｂ１に来ると、電位Ｖ１は０になる。さらにブラシ９が抵抗体８上を相対的にＸプラス方向に進むと、再度、電位はＶａに上昇し、次に０に下降するというように、Ｖａと０との間を変化する。

位置検出装置４ｂは、この、ブラシ９の電位Ｖ１より、移動部材３の固定部材２に対する相対位置を検出する。

以上、第１実施形態によると以下の効果を有する。
移動範囲Ｘｄの両端にのみ電極を配置し、その電極間に電圧を印加する位置検出装置の場合、安全やコストの問題より電極間にあまり大きな電圧を印加することができず、電極間の電位差は限られる。このため、固定部材に対して移動部材が長距離の移動する場合における移動部材の位置を検出しようとすると、移動距離に対する電圧変化が少ないため、高分解能を得ることはできない。

しかし、第１実施形態においては、位置検出装置１の移動範囲Ｘｄにおいて、電極６を複数配置し、互いに隣接する電極６ａ，６ｂ間に異なる電圧を加えている。これにより、移動距離に対する電圧変化を大きくすることができ、高分解能を得ることができる。このように、移動量を電圧に変換することにより相対距離を測定するタイプのいわゆるポテンショメータにおいて、高分解能を得ることができるため、これを相対距離検出装置として用いることができる。

（第２実施形態）
以下、図面等を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図４は第２実施形態の移動部材３の上面図である。図示するように第２実施形態の位置検出装置１０は、第１実施形態において説明した位置検出装置１を相対位置検出装置として備え、また、この相対位置検出装置１に隣接して、絶対位置検出装置１１を備える。相対位置検出装置１は第１実施形態と同様であるので、同一の符号を付し、その説明は省略する。

なお、絶対位置とは絶対位置検出装置１１によって測定される、固定部材２における所定の位置を原点としたときの移動部材３の位置である。また相対位置とは、絶対位置検出装置１１によって測定された固定部材２における特定の位置からの移動部材１３の移動距離である。

図５は、位置検出装置１０における絶対位置検出装置１１の部分の概略断面図である。絶対位置検出装置１１が相対位置検出装置１と異なる点は、電極１６が移動範囲Ｘｄの両端にのみ備えられている点である。この一方の電極１６ａは相対位置検出装置１０における第１グループと同様に電圧Ｖａに接続され、他方の電極１６ｂは第２グループと同様にグランドに接続されている。また、両電極１６ａ，１６ｂの間には絶縁部材１７が配置され、両電極１６ａ，１６ｂの上を架け渡すようにして絶縁部材１７上に抵抗体１８が貼着されている。

絶対位置検出装置１１の固定部材２側の構成は相対位置検出装置１と同様であり、固定部材２に対して、抵抗体１８に向かって延びるブラシ１９が取り付けられている。ブラシ１９は、抵抗体１８と接触し、移動部材３がＸ方向に移動すると、抵抗体１８の上をその抵抗体１８との接触状態を保ちながら滑る。ブラシ１９は、位置検出装置４ｂに接続されている。

次に、第２実施形態の動作について説明する。まず、相対位置検出装置１の第１グループの電極６ａ及び絶対位置検出装置１１の電極１６ａに電圧Ｖａが供給される。相対位置検出装置１の第２グループの電極６ｂ及び絶対位置検出装置１１の電極１６ｂはグランドに接続される。この状態で、移動部材３が固定部材２に対してＸ方向に移動すると、相対位置検出装置１用のブラシ９が抵抗体８の上を滑る。また、絶対位置検出装置１１用のブラシ１９が抵抗体１８の上を滑る。

図６（ａ）は、絶対位置検出装置１１において、ブラシ１９の位置を横軸とし、抵抗体１８の電位を縦軸としたブラシ１９の位置と電位Ｖ２との関係を示したグラフである。図示するように、ブラシ１９がＸマイナス方向の端部の電極１６ａの上の位置Ｘａ１にあるとき、電位Ｖ２はＶａである。ブラシ１９が移動部材３に対してＸプラス方向に進むと、電位Ｖ２はリニアに減少し、ブラシ１９がＸプラス方向の端部の電極１６ａの上の位置Ｘｂｎに来ると、電位は０になる。

図６（ｂ）は、相対位置検出装置１において、ブラシ９の位置を横軸とし、抵抗体８の電位を縦軸としたブラシ９の位置と抵抗体８の電位との関係を示したグラフである。図２と同様に、ブラシ９が移動部材３に対して相対的にＸプラス方向に進むと、電位Ｖ１はＶａと０との間の変化を繰り返す。

位置検出装置４ａは、絶対位置検出装置１１の出力Ｖ２と相対位置検出装置１の出力Ｖ１を基に、移動部材３の固定部材２に対する位置を検出する。

以上、本実施形態によると、第１実施形態の効果に加え以下の効果を有する。
（１）相対位置検出装置１と絶対位置検出装置１１とを並設したので、位置検出装置４ｂは、まず、絶対位置検出装置１１のブラシ１９の電位Ｖ２より固定部材２に対する移動部材３の絶対位置を検出し、さらに相対位置検出装置１のブラシ９の電位Ｖ１よりその位置の精度を高めることができる。

（２）従来のこのような絶対位置検出装置と相対位置検出装置とが並設された位置検出装置において、絶対位置検出装置と相対位置検出装置とは同じタイプの検出装置であった。しかし、本実施形態では、いずれも移動量を電圧に変換することにより相対距離を測定するタイプのいわゆるポテンショメータであるため、同一の電極等を使用することができ、低価格で製造可能で、またスペース効率を向上させることができる。

（第３実施形態）
以下、図面等を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。図７は第３実施形態の位置検出装置１０の斜視図である。第３実施形態では、第２実施形態において説明した位置検出装置１０がレンズ鏡筒１１０おける回転位置を検出する装置として用いられている。

レンズ鏡筒１１０は、カメラ１１１に対して着脱可能な交換式のレンズ鏡筒１１０である。このレンズ鏡筒１１０内部のレンズ（図示せず）は光軸方向に駆動される。このレンズ駆動の際に、レンズ鏡筒１１０の回転筒１０３は、カメラ１０１に対して固定された固定筒１０２に対して回転する。

回転筒１０３の外周面に、第２実施形態において説明した位置検出装置１０が設けられている。なお、位置検出装置１０は第２実施形態と同様であるので、同一の符号を付し、その説明は省略する。第３実施形態においては、第２実施形態の固定部材２が固定筒１０２に相当し、移動部材３が回転筒１０３に相当する。

次に、本実施形態の動作について説明する。まず、相対位置検出装置１の第１グループの電極６ａ及び絶対位置検出装置１１の電極１６ａに電圧Ｖａを供給する。相対位置検出装置１の第２グループの電極６ｂ及び絶対位置検出装置１１の電極１６ｂはグランドに接続されている。この状態で、回転筒１０３が固定筒１０２に対して回転すると、相対位置検出装置１のブラシ９が抵抗体８の上を滑る。また、絶対位置検出装置１１のブラシ１９が抵抗体１８の上を滑る。

この際、回転筒１０３の固定筒１０２の回転に伴い、相対位置検出装置１においては電圧がＶａと０との間を変化する。また、絶対位置検出装置１１においては、回転筒１０３が回転するに従い、両電極１６ｂと１６ａとの間で出力電圧がリニアに減少する。そして、位置検出装置（図示せず）は、絶対位置検出装置１１の出力Ｖ２と相対位置検出装置１の出力Ｖ１を基に、移動筒３の固定筒２に対する位置を検出する。

以上、第３実施形態によると、第１及び第２実施形態の効果に加え、レンズ鏡筒１１０において、相対位置検出装置１と絶対位置検出装置１１とを並設したので、回転筒１０３の固定筒１０２に対する回転位置を、正確に求めることができる。

（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、それらも本発明の範囲内である。
（１）本実施形態では、移動部材３に電極６，１６及び抵抗体８，１８を配置し、固定部材２にブラシ９，１９を配置する構成とした。しかし、これに限定されず、固定部材２に電極及び抵抗体を配置し、移動部材３にブラシを配置してもよい。

（２）また、本実施形態では、ベース５部材の上に電極６，１６を配置し、電極６間に絶縁材料を間挿する構成とした。しかし、これに限定されず、絶縁性のベース５部材に所定間隔で開口部を設け、この開口部に電極６，１６を配置するようにしてもよい。

（３）上述の実施形態では、相対位置検出装置と絶対位置検出装置とを別構成としたがこれに限定されない。例えば、図２の構成において、点Ｐと点Ｑとの位置にスイッチを設け、相対位置検出を行うときはスイッチをＯＮにし、絶対位置検出を行うときはスイッチをＯＦＦにするようにしてもよい。このようにスイッチを設けることで、１つの位置検出装置において相対位置と絶対位置との両方を検出することができる。

なお、第１実施形態〜第３実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した各実施形態によって限定されることはない。

第１実施形態の位置検出装置の概略断面図である。第１実施形態の移動部材の上面図である。第１実施形態における、ブラシの位置と電位との関係を示したグラフである。第２実施形態の移動部材の上面図である。第２実施形態の位置検出装置の絶対位置検出装置の部分の概略断面図である。第３実施形態におけるブラシの位置と電位との関係を示したグラフであり、ａ）は、相対位置検出装置における関係、ｂ）は絶対位置検出装置における関係係を示す。第３実施形態の位置検出装置の斜視図である。

符号の説明

１，１０，１００：位置検出装置、２：固定部材、３：移動部材、４ａ：電源、４ｂ：位置検出手段、６：電極、８，１８：抵抗体、９，１９：ブラシ、１１：絶対位置検出装置、１０２：固定筒、１０３：回転筒

Claims

第１部材に対して移動する第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材のうちの一方に、前記第２部材の移動方向に沿って配置された複数の電極と、
前記複数の電極上を、前記複数の電極の配置方向に沿って延在する第１抵抗体と、
隣接する前記電極に対して互いに異なる電圧を印加する印加手段と、
前記第１部材と前記第２部材のうちの他方に設けられ、前記第２部材の移動に伴って前記第１抵抗体に接触して移動する第１接触部材と、
前記第１接触部材に印加される電圧に基づいて、前記第１部材に対する前記第２部材の位置を検出する検出手段と、
を備え、
前記印加手段は、前記複数の電極に対して、第１電圧と該第１電圧より高い第２電圧とを、前記複数の電極の配置方向に沿って１つおきに印加することを特徴とする位置検出装置。
第１部材に対して移動する第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材のうちの一方に、前記第２部材の移動方向に沿って配置された複数の電極と、
前記複数の電極上を、前記複数の電極の配置方向に沿って延在する第１抵抗体と、
前記第１部材と前記第２部材のうちの他方に設けられ、前記第２部材の移動に伴って前記第１抵抗体に接触して移動する第１接触部材と、
前記複数の電極に対して、第１電圧と該第１電圧より高い第２電圧とを、前記複数の電極の配置方向に沿って１つおきに印加する動作と、前記複数の電極の配置方向の一端の電極に第３電圧を印加し、他端の電極に前記第３電圧より高い第４電圧を印加し、前記一端から前記他端までの間の電極に対しては前記第３電圧及び前記第４電圧を印加しない動作とが可能である印加手段と、
前記第１接触部材に印加される電圧に基づいて、前記第１部材に対する前記第２部材の位置を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする位置検出装置。
第１部材に対して移動する第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材のうちの一方に、前記第２部材の移動方向に沿って配置された複数の第１電極と、
前記第１部材又は前記第２部材のうちの一方に配置された前記複数の第１電極又は前記第１接触部材が設けられた部分に隣接して、前記移動方向に一端と他端とに配置された一組の第２電極と、
前記一組の第２電極上に延在する第２抵抗体と、
前記複数の第１電極上を、前記複数の第１電極の配置方向に沿って延在する第１抵抗体と、
前記複数の第１電極の隣接する前記第１電極に対して互いに異なる電圧を印加し、前記一組の第２電極に互いに異なる電圧を印加する印加手段と、
前記第１部材と前記第２部材のうちの他方に設けられ、前記第２部材の移動に伴って前記第１抵抗体に接触して移動する第１接触部材と、
前記第１部材と前記第２部材のうちの他方に設けられ、前記第２部材の移動に伴って前記第２抵抗体に接触して移動する第２接触部材と、
前記第１接触部材に印加される電圧と前記第２接触部材に印加される電圧とに基づいて、前記第１部材に対する前記第２部材の位置を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする位置検出装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の位置検出装置であって、
前記第２部材が前記第１部材に対して回転する回転体であることを特徴とする位置検出装置。
請求項４に記載の位置検出装置であって、
前記第１抵抗体が円筒面に沿って延びていることを特徴とする位置検出装置。
請求項４に記載の位置検出装置であって、
前記第１抵抗体が円板表面上に円環状に延びていることを特徴とする位置検出装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の位置検出装置を備えるレンズ鏡筒。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の位置検出装置を備えるカメラ。