JP2013003351A - 光学素子位置検出装置、レンズ鏡筒及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で光学素子の位置を高精度に検出することが光学素子位置検出装置を提供する。
【解決手段】 光学素子位置検出装置は、正弦波状磁束を発生し、光学素子と一体となって前記光学素子の光軸方向に移動する多極磁石と、前記多極磁石の発する前記正弦波状磁束から、所定の位相差の２種の正弦波状信号を検出する第１検出部と、前記多極磁石の移動範囲をｎ分割（ｎは２以上の整数）し、前記多極磁石が存在している分割領域を検出する第２検出部と、前記第１検出部で検出される２種の正弦波状信号から前記光学素子の移動に応じて一定周期で変動する周期的位置信号を算出し、当該周期的位置信号を、前記第２検出部で検出される前記分割領域に基づいて、前記光学素子の移動に応じて連続的に変動する連続的位置信号に換算する換算部と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学素子位置検出装置、レンズ鏡筒及び撮像装置に関する。

従来より、撮像装置においては、ズーム機能やオートフォーカス機能のために鏡筒内部にズーミング用可動レンズやフォーカシング用可動レンズが配置されている。また、鏡筒内には、これらの可動レンズの位置を検出するための位置検出装置が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９-１６９２０２号公報

しかしながら、上記特許文献１では、レンズの移動量に応じてピーク値が変化する周期的な検出信号をセンサ部で検出する必要がある。このため、検出信号として例えば位置検出用マグネットが発生する磁界の強度を用いる場合には、レンズの移動量に応じて磁界の強度のピーク値が変化するように様々な工夫が必要となり、構造の複雑化やスペース効率の悪化等を招くおそれがある。

そこで、本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で光学素子の位置を高精度に検出することが可能な光学素子位置検出装置、レンズ鏡筒及び撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の光学素子位置検出装置は、正弦波状磁束を発生し、光学素子（Ｌ２）と一体となって前記光学素子の光軸方向に移動する多極磁石（３０Ａ）と、前記多極磁石の発する前記正弦波状磁束から、所定の位相差の２種の正弦波状信号を検出する第１検出部（１１２）と、前記多極磁石の移動範囲をｎ分割（ｎは２以上の整数）し、前記多極磁石が存在している分割領域を検出する第２検出部（１１４）と、前記第１検出部で検出される２種の正弦波状信号から前記光学素子の移動に応じて一定周期で変動する周期的位置信号を算出し、当該周期的位置信号を、前記第２検出部で検出される前記分割領域に基づいて、前記光学素子の移動に応じて連続的に変動する連続的位置信号に換算する換算部（１１０）と、を備える光学素子位置検出装置である。

この場合において、前記第１検出部が正弦波状信号の検出に用いる多極磁石と、前記第２検出部が検出する多極磁石とは、同一であることとすることができる。また、前記第１検出部で検出される２種の正弦波状信号は、位相差が略９０°であることとすることができる。

本発明の光学素子位置検出装置では、前記光学素子に代えて設けられる代替工具（３１４）と、前記代替工具を移動している間に前記代替工具の位置を検出する位置検出装置（３１０）と、前記位置検出装置により検出される前記代替工具の位置と、前記第１検出部及び前記第２検出部により検出される位置との差異を表す補正テーブルを生成する生成部（１１０）と、を更に備え、前記連続的位置信号と前記補正テーブルとに基づいて、前記光学素子の位置を検出する位置検出部（１１０）と、を備えることとしてもよい。

この場合において、前記代替工具は反射板であり、前記位置検出装置は光学的にかつ非接触で前記反射板の位置を検出することとすることができる。

本発明のレンズ鏡筒は、本発明の光学素子位置検出装置を備えるレンズ鏡筒である。

この場合において、前記換算部により換算された連続的位置信号を、前記光学素子の位置に対応した値に補正する補正テーブルを備えることとすることができる。この場合、前記補正テーブルは、前記連続的位置信号の原点を補正する値と、前記周期的位置信号または前記連続的位置信号のリニアリティを補正する値と、の少なくとも一つを含むことができる。

本発明のレンズ鏡筒では、前記多極磁石は、前記光学素子を駆動する駆動部（ＬＭ）の一部を構成することとしてもよい。また、前記レンズ鏡筒は、ズーム光学系（Ｌ１〜Ｌ５）を有しており、前記光学素子は、前記ズーム光学系の少なくとも一部を構成するフォーカスレンズ（Ｌ２）であり、前記換算部は、ズーム光学系の位置を検出するズーム光学系検出部の検出値の初期化動作を行うタイミングで、前記連続的位置信号を換算することとすることができる。

本発明の撮像装置は、本発明のレンズ鏡筒（１００）と、前記レンズ鏡筒を介して受光した光を電気信号に変換する撮像素子（２３８）と、を備える。

なお、本発明をわかりやすく説明するために、上記においては一実施形態を表す図面の符号に対応つけて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、後述の実施形態の構成を適宜改良しても良く、また、少なくとも一部を他の構成物に代替させても良い。更に、その配置について特に限定のない構成要件は、実施形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。

本発明の光学素子位置検出装置、レンズ鏡筒及び撮像装置は、簡易な構成で光学素子の位置を高精度に検出することができるという効果を奏する。

一実施形態に係るカメラの構成を示す図である。 レンズ鏡筒が広角端にある状態を示す断面図である。 レンズ鏡筒が望遠端までズームされた状態を示す断面図である。 ガイドバー３０Ａを説明するための図である。 リニアモータ、ホールセンサ及び原点センサの配置を示す図である。 計測装置の構成を示す図である。 ホールセンサ及び原点センサの出力と絶対位置との関係を示す図である。 図７を連続的位置信号に換算した状態を示す図である。 リニアリティ補正について説明するための図である。 図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、Ａ相出力とＢ相出力のリサージュ曲線を示す図（その１）である。 図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、Ａ相出力とＢ相出力のリサージュ曲線を示す図（その２）である。 図１２（ａ）、図１２（ｂ）は、Ａ相出力とＢ相出力のリサージュ曲線を示す図（その３）である。 原点センサの出力値の不定領域について説明するための図である。 ホールセンサの出力に不連続点が複数ある場合について説明するための図である。

以下、一実施形態に係るカメラ及び当該カメラが具備するレンズ鏡筒について、図１〜図１２に基づいて詳細に説明する。

図１には、本実施形態に係るカメラ５００が模式的に示されている。この図１に示すようにカメラ５００は、撮像部２００と、レンズ鏡筒１００と、を備える。

撮像部２００は、筐体２１０と、この筐体２１０内に収容された主鏡２１２、ペンタプリズム２１４、接眼光学系２１６を含む光学系と、焦点検出装置２３０と、シャッタ２３４と、撮像素子２３８と、メインＬＣＤ２４０と、主制御部２５０と、を有する。

主鏡２１２は、図１の状態では、レンズ鏡筒１００から入射した入射光の大半を上方に配置されたフォーカシングスクリーン２２２に導く。フォーカシングスクリーン２２２は、レンズ鏡筒１００内の光学系の合焦位置に配置され、レンズ鏡筒１００内の光学系により形成された画像を結像させる。

ペンタプリズム２１４は、フォーカシングスクリーン２２２に結像された画像を、反射した後、ハーフミラー２２４を介して、接眼光学系２１６まで導く。これにより、接眼光学系２１６では、フォーカシングスクリーン２２２上の映像を正像として観察することができる。この場合、ハーフミラー２２４は、ファインダＬＣＤ２２６に形成された撮影条件や設定条件等を示す表示画像をフォーカシングスクリーン２２２の映像に重畳させる。したがって、接眼光学系２１６の出射端においては、フォーカシングスクリーン２２２の映像とファインダＬＣＤ２２６の画像とが重ね合わせられた状態を観察することができる。なお、ペンタプリズム２１４の出射光の一部は、測光部２２８に導かれ、当該測光部２２８にて、入射光の強度及びその分布等が測定される。

焦点検出装置２３０は、主鏡２１２を透過し、かつ主鏡２１２の裏面側に設けられた副鏡２３２にて反射された光を用いて、レンズ鏡筒１００内の光学系の焦点調整状態（ピント状態）を検出する。なお、主鏡２１２及び副鏡２３２は、撮影の際には、レンズ鏡筒１００から入射する入射光の光路から退避するように、図１に破線にて示す位置まで上昇する。

シャッタ２３４は、主鏡２１２後方（レンズ鏡筒１００から入射する入射光の光路後方）に配置され、撮影の際には、主鏡２１２及び副鏡２３２の上昇動作と連動して、開放動作を行う。シャッタ２３４が開放された状態では、光学フィルタ２３６を介して撮像素子２３８にレンズ鏡筒１００からの入射光が入射する。撮像素子２３８は、入射光が形成する画像を電気信号に変換する。

メインＬＣＤ２４０は、その表示画面部分が筐体２１０の外部に露出した状態となっている。このメインＬＣＤ２４０の表示画面上には、撮像素子２３８上に形成された映像（撮影された映像）のほか、撮像部２００における各種設定情報などが表示される。

主制御部２５０は、上記各部の種々動作を統括的に制御する。また、主制御部２５０は、レンズ鏡筒１００内の光学系の動作量を参照して、合焦していることをファインダＬＣＤ２２６に表示したりする（フォーカスエイド）。

次に、レンズ鏡筒１００の構成について、図２〜図５に基づいて詳細に説明する。

図２、図３には、レンズ鏡筒１００の断面図が示されている。これらのうち、図２は、レンズ鏡筒１００が広角端にある状態を示し、図３は、レンズ鏡筒１００が、望遠端までズームされた状態を示す。これらの図に示すように、レンズ鏡筒１００は、共通の光軸ＡＸ上に配列された１群レンズＬ１、２群レンズＬ２、３群レンズＬ３、４群レンズＬ４、５群レンズＬ５を有する。なお、以下においては、光軸ＡＸ方向の１群レンズＬ１側を前側、５群レンズＬ５側を後側として説明する。

レンズ鏡筒１００は、図２、図３に示すように、固定筒１０と、１群レンズＬ１を保持する１群レンズ摺動筒１１と、２群レンズＬ２を保持する２群レンズ摺動筒１２と、３群レンズＬ３を保持する３群レンズ摺動筒１３と、４群レンズＬ４を保持する４群レンズ摺動筒１４と、５群レンズＬ４を保持する５群レンズ摺動筒１５と、を備える。

固定筒１０は、基部１０ａにおいて、撮像部２００に固定される。この固定状態では、固定筒１０の撮像部２００側の端面１０ｂが撮像部２００（図１の筐体２１０）に密接することにより、固定筒１０、すなわちレンズ鏡筒１００が撮像部２００に対して位置決めされる。

１群レンズ摺動筒１１は、当該１群レンズ摺動筒１１の内側に設けられたズーム駆動筒１６と連動可能に連結されている。具体的には、１群レンズ摺動筒１１に植設されたカムピン９５が、ズーム駆動筒１６に形成されたカム溝１６ａに係合した状態となっている。

一方、ズーム駆動筒１６は、レンズ鏡筒１００の最外周において光軸ＡＸ回りの回転が自在とされたズーム操作環１８と連動可能に連結されている。具体的には、ズーム駆動筒１６から外側に突設された駆動力伝達ピン１９が、ズーム操作環１８の内面に形成された光軸ＡＸに平行な操作溝１８ａに係合している。これにより、ズーム駆動筒１６は、ズーム操作環１８の回転に連動して回転する。ズーム操作環１８は、前後方向への移動ができないようになっており、その外周面には滑り止めのゴム層が設けられている。ズーム操作環１８は、変倍動作（ズーミング）の際に、ユーザによって回転されるものである。なお、ズーム操作環１８の回転量は、ズーム操作環１８近傍に設けられた第１回転量検出センサ１０２により検出され、鏡筒制御部１１０に送信される。

上記構造によると、ズーム操作環１８が回転されると、駆動力伝達ピン１９の作用によりズーム駆動筒１６が回転し、その回転とカムピン９５の作用により、１群レンズ摺動筒１１が前後方向（光軸ＡＸに沿った方向）に移動する。また、ズーム用案内筒２２は、回転せずに前後方向に移動する。

なお、ズーム操作環１８と１群レンズ摺動筒１１との間には、カバー筒１７が設けられている。このカバー筒１７は、図２、図３に示すように、１群レンズ摺動筒１１に連れ従って前後方向に移動して、ズーム操作環１８と１群レンズ摺動筒１１との間を封止し、レンズ鏡筒１００内への塵埃の浸入を防止する。

２群レンズ摺動筒１２は、図２に示すように、２群レンズＬ２を保持する保持筒２４と、保持筒２４に固定された押さえ環２６と、保持筒２４の外周を取り囲む状態で設けられた係合筒２８と、を有する。保持筒２４と押さえ環２６とは、ネジ止め等により固定され、２群レンズＬ２の外縁部を挟持する。保持筒２４の外周部は雄ねじ部とされ、押さえ環２６の内周部は保持筒２４の雄ねじ部に螺合可能な雌ねじ部とされている。保持筒２４の係合筒２８に対する位置決め（光軸ＡＸ方向に関する位置決め）は、係合筒２８の面２８ｃに対して保持筒２４を密接させることにより行われる。

係合筒２８は、２本のガイドバー３０Ａ，３０Ｂを片持ち支持する。このガイドバー３０Ａ、３０Ｂは、光軸ＡＸを挟んで上下対称な位置に配置されている。ガイドバー３０Ａは、図２、図３に示すように、固定筒１０の突起部１０ｃ，１０ｄに形成された貫通孔１０ｇ，１０ｈに挿入され、貫通孔１０ｇ，１０ｈに対してスライド自在な状態となっている。また、ガイドバー３０Ｂは、固定筒１０の突起部１０ｅ，１０ｆに形成されたＵ字溝１０ｉ，１０ｊに係合しており、ガイドバー３０Ｂは、Ｕ字溝１０ｉ，１０ｊに沿ってスライド自在な状態となっている。

ガイドバー３０Ｂの材料としては、強度が高く、軽量な材料、例えばステンレスなどを採用することができる。これに対し、ガイドバー３０Ａは、円柱状の多極磁石を有している。多極磁石とは、図４に示すように、円柱状の永久磁石３１を、同極同士つき合わせた状態で複数連結（例えば接着）したものであり、正弦波状磁束を発生する。ガイドバー３０Ａは、永久磁石を円柱状のパイプに詰めて多極磁石を構成してもよい。ただし、パイプは永久磁石から生じる磁場を遮ることのない材質を用いる必要がある。なお、係合筒２８とガイドバー３０Ａ，３０Ｂとの間は、接着又は圧入などの処理を経て固定されている。

ガイドバー３０Ａの前側端部（２群レンズＬ２側端部）近傍には、内部に円筒状に巻かれた３相コイルを有する固定子４０が設けられている。３相コイルは、ガイドバー３０Ａを構成する永久磁石３１の２つ分の同極間ピッチをλとした場合に、各相コイル間のピッチ（光軸ＡＸ方向）がλ／６になるようにコイルを配列したコイルユニットを３相結線したものである。

この固定子４０は、固定筒１０の一部（図２、図３では、突起部１０ｃ）に固定されている。固定子４０には、鏡筒制御部１１０の指示の下、電流が供給され、固定子４０を流れる電流と、ガイドバー３０Ａの発生する磁界との間の電磁相互作用により、ガイドバー３０Ａには、光軸ＡＸに沿った方向（前後方向）の力が作用する。したがって、本実施形態では、固定子４０とガイドバー３０Ａとにより、２群レンズＬ２を光軸ＡＸ方向に駆動するリニアモータＬＭが実現されている（図５参照）。ここで、２群レンズＬ２及びこれを保持する部材（２４，２６，２８）は、ガイドバー３０Ａが突起部１０ｃ，１０ｄの貫通孔１０ｇ，１０ｈによりガイドされることで、光軸ＡＸ方向に沿って移動する。また、突起部１０ｅ，１０ｆのＵ字溝１０ｉ，１０ｊによって、ガイドバー３０Ｂの動きが規制されることで、２群レンズＬ２及びこれを保持する部材（２４，２６，２８）の、ガイドバー３０Ａを中心とする回転動作が抑制（振れ止め）される。

ガイドバー３０Ａの近傍には、ガイドバー３０Ａ近傍を取り出して示す図５、及び図２、図３に示すように、ホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂと、原点センサ１１４と、が設けられている。なお、これらホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂと、原点センサ１１４の具体的な構成や機能等については後述する。

３群レンズ摺動筒１３、４群レンズ摺動筒１４、５群レンズ摺動筒１５は、鏡筒制御部１１０の指示の下、不図示の駆動機構により、前後方向（光軸ＡＸ方向）に駆動される。

固定筒１０の外周部には、図２、図３に示すように、ピントリング３７が設けられている。ピントリング３７近傍には、ピントリング３７の回転量を検出するための第２回転量検出センサ１０４が設けられている。この第２回転量検出センサ１０４の検出結果は、鏡筒制御部１１０に送信される。

鏡筒制御部１１０は、第１、第２回転量検出センサ１０２、１０４及びホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂ，原点センサ１１４が送信する検出結果（回転量信号及び移動量信号）を取得し、当該検出結果に基づいてリニアモータＬＭの動作を制御する。

次に、本実施形態のレンズ鏡筒１００においてズーム動作を行うとき（ズーミングのとき）の１群レンズＬ１〜５群レンズＬ５の移動動作、及びピントを合わせるとき（フォーカシングのとき）の１群レンズＬ１〜５群レンズＬ５の移動動作について説明する。

まず、ズーミングのときの各レンズの移動動作について、説明する。ここでは、レンズ鏡筒１００が広角端にある状態（図２）から、望遠端にズームされるまで（図３）の動作について説明する。

図２の状態から、ユーザによりズーム操作環１８が回転されると、前述したように、１群レンズＬ１が前方向に移動する。また、ズーム操作環１８の回転量は第１回転量検出センサ１０２によって検出され、鏡筒制御部１１０に送信される。鏡筒制御部１１０では、第１回転量検出センサ１０２の検出結果（回転量信号）に基づいて、リニアモータＬＭを動作させ、２群レンズＬ２を回転量信号に応じた量だけ前方向に移動させる。また、鏡筒制御部１１０は、不図示の駆動部を制御して、３〜５群レンズＬ３〜Ｌ５を回転量信号に応じた量だけ前方向に移動させる。

このように、ズーミングのときには、ズーム操作環１８の回転動作に伴って、１〜５群レンズＬ１〜Ｌ５のそれぞれが前方向に、別々の距離（同一距離でもよい）だけ移動し、各レンズの間隔が変化するようになっている。

一方、フォーカシングのときには、ピントリング３７がユーザにより回転されると、第２回転量検出センサ１０４の検出結果（回転量信号）が鏡筒制御部１１０に送信される。そして、鏡筒制御部１１０は、当該回転信号に応じた量だけリニアモータＬＭを動作させ、２群レンズＬ２を前後方向に移動させる。なお、オートフォーカスを採用する場合には、撮像部２００の焦点検出装置２３０の検出結果を鏡筒制御部１１０が取得する。そして、鏡筒制御部１１０は、取得した検出結果に基づいて、リニアモータＬＭを動作させる。

次に、ガイドバー３０Ａ近傍に設けられた、ホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂ及び原点センサ１１４について、図５〜図８に基づいて詳述する。

ホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂは、ガイドバー３０Ａの発する正弦波状磁束を検知して電圧を出力するホール素子を各々に有する。各ホール素子の電圧出力の変化は位置に応じて正弦波的に変化する。

ここで、ホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂの出力をそれぞれＡ相出力、Ｂ相出力とする。Ａ相出力とＢ相出力の位相差をαとすると、位相差αはホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂの相対距離によって定まる。振幅をＫ、出力の平均値をＶｃ、現在位置をＸとすると、各出力は永久磁石２つ分の同極間ピッチλを用いて、次式（１）、（２）のように表される。
Ａ相出力＝Ｖｃ＋Ｋsin（２π×Ｘ／λ） …（１）
Ｂ相出力＝Ｖｃ＋Ｋsin（２π×Ｘ／λ＋α） …（２）
位相差αは、ホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂの相対距離がλ／４になるように設置すると９０°になるために、本実施形態ではこの関係が成立する相対位置にホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂを設置している。この場合、上式（２）は次式（２−１）のように書き表すことができる。
Ｂ相出力＝Ｖｃ＋Ｋsin（２π×Ｘ／λ＋９０°）
＝Ｖｃ＋Ｋcos（２π×Ｘ／λ） …（２−１）

これらの式をまとめると、現在位置Ｘは次式（３）より算出することができる。
Ｘ＝（λ／２π）×tan^-1｛（Ａ相出力−Ｖｃ）／（Ｂ相出力−Ｖｃ）｝
…（３）
なお、上式（３）から、現在位置Ｘは、一定周期で変動する周期的位置信号であるといえる（図７の上段参照）。

図２に戻り、原点センサ１１４は、フォトインタラプタを含み、ガイドバー３０Ａの移動範囲を２分割し、ガイドバー３０Ａが存在している分割領域を検出するセンサである。すなわち、原点センサ１１４は、ガイドバー３０Ａが原点センサ１１４と対向する位置（分割領域）、あるいは原点センサ１１４と対向しない位置（分割領域）のいずれの位置（分割領域）に位置しているかを検出するセンサである。原点センサ１１４は、ガイドバー３０Ａと対向した状態にある間（例えば図２のような状態にある間）は、図７の下段に示すようなＨ（Ｈｉｇｈ）値を鏡筒制御部１１０に対して出力する。一方、原点センサ１１４は、ガイドバー３０Ａと対向しない状態にある間（例えば図３のような状態にある間）は、図７の下段に示すようなＬ（Ｌｏｗ）値を鏡筒制御部１１０に対して出力する。ここで示した、Ｈ／Ｌの論理は検知する回路の構成上、逆の論理になることもある。なお、出力がＨ値でもＬ値でもない間は、図５に示すように、ガイドバー３０Ａの端部が原点センサ１１４と対向している状態であることを意味する。

ところで、上式（３）より算出される現在位置Ｘだけでは、この位置が２群レンズの絶対座標系のどの位置に該当するのか不明である。したがって、２群レンズＬ２の現在位置Ｘや原点センサ１１４の出力を図７に示すように絶対位置と対応させる必要がある。このため、本実施形態では、例えばレンズ鏡筒１００の組み立て時等において、図６に示すような計測装置３００を用いて、２群レンズＬ２の現在位置Ｘ及び原点センサ１１４の出力と、絶対位置と、の対応付けを行う必要がある。なお、図６の計測装置３００の構成等については後述する。

ここで、現在位置Ｘは、図７に示すように、λ毎に周期的に変化し不連続である。このように現在位置Ｘが不連続に変化する場合、鏡筒制御部１１０が現在位置Ｘを算出しても、その現在位置Ｘから複数の絶対位置が算出されることになる。このため、鏡筒制御部１１０は、原点センサ１１４の出力値を利用して、現在位置Ｘが連続的な値をとるように換算する。なお、換算の前提として、ホールセンサ１１２と原点センサ１１４の相対位置は予めわかっているものとする。

図８には、原点センサ１１４の出力値による連続化の一例が示されている。例えば、現在位置Ｘと原点センサ１１４の出力値との関係が図７のような関係である場合、鏡筒制御部１１０は、原点センサ１１４の出力値がＨ（Ｈｉｇｈ）の部分で不連続点が見つかったときには、不連続点でシフトした分だけ算出値に加算する（上側にシフトする）。一方、鏡筒制御部１１０は、原点センサ１１４の出力値がＬ（Ｌｏｗ）の部分で不連続点が見つかったときには、不連続点でシフトした分だけ算出値から減算する（下側にシフトする）。このようにすることで、図８の上段に示すような連続位置を得ることができる。なお、上記の原点センサの論理と不連続点でのシフト方向は検知回路の構成により逆になる場合もあり得る。

このように、本実施形態の鏡筒制御部１１０は、ホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂで検出される２種の正弦波状信号から２群レンズＬ２の移動に応じて一定周期で変動する周期的位置（現在位置Ｘ）を算出し、当該周期的位置を、原点センサ１１４の出力値（Ｈ又はＬ）に基づいて、２群レンズＬ２の移動に応じて連続的に変動する連続位置に換算するという処理を行っている。

図６の計測装置３００は、レーザ変位計３１０と、当該レーザ変位計３１０に対する固定筒１０の位置関係を固定する固定台３１２と、を備える。なお、固定筒１０が固定台３１２に固定される場合、固定筒１０には１群レンズＬ１及びその周辺の部材（例えば１群レンズ摺動筒１１、ズーム操作環１８）は取り付けられていない状態であり、また、２群レンズＬ２に代えて、レーザ変位計３１０から射出されるレーザ光を反射させることが可能な反射板（代替工具）３１４が取り付けられた状態であるものとする。ここで、反射板３１４は、図２、図３に示す２群レンズＬ２を保持する保持筒２４と同様の機能を有する反射板用保持筒により保持されているものとする。すなわち、反射板用保持筒は、保持筒２４と同様、その外周部に雄ねじ部を有しており、当該雄ねじ部は、係合筒２８の雌ねじ部に対して螺合するようになっている。反射板用保持筒の係合筒２８に対する位置決め（光軸ＡＸ方向に関する位置決め）は、係合筒２８の面２８ｃと密接することにより行われている。

固定筒１０の原点位置は基部１０ａを基準として定まるが、上記で算出した連続位置の原点は固定筒１０の絶対位置と一致しておらず、各固定筒１０によってホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂの取付位置と基部１０ａとの相対位置に差異が生じてしまう。

したがって、本実施形態では、予め、計測装置３００を用いて、算出された連続位置の原点位置と固定筒１０の基部１０ａから定まる原点位置との差分を求めておく。そして、求めた差分は原点位置のオフセット値として保存しておく。

ところで、これまでの説明では、Ａ相出力及びＢ相出力は一定の直流オフセット分を持った正弦波（余弦波）状電圧と表しているが、ホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂの取付位置によって位相差αが９０°からずれてしまったり、ひずみを生じていたり、オフセット値についてもＡ相出力及びＢ相出力で差が生じていることがある。このような場合はＡ相出力、Ｂ相出力を直交座標平面状にプロットしたリサージュ波形が真円にならず、ゆがみを持った円状になってしまう。また、このままでは、図９に示すように、真円のリサージュ波形と仮定して算出した絶対位置（破線で図示）と、現在位置Ｘから求められる絶対位置（実線で図示）との間に誤差が生じてしまう可能性がある。

したがって、本実施形態では、各固定筒１０に関し、事前に各位置における計測装置３００の出力と、真円のリサージュ波形と仮定して算出した絶対位置との差異を計測しておき、その差異を、算出した各絶対位置に対するリニアリティ補正テーブルとして鏡筒制御部１１０に保存しておく。

具体的な作業方法として、固定筒１０が計測装置３００に固定されると、作業者は、外部から鏡筒制御部１１０に対して反射板３１４をレンズ可動範囲内で移動させるように指示を出す。鏡筒制御部１１０は、この指示に基づいて、リニアモータＬＭを駆動し、反射板３１４をレンズ可動範囲内で移動させる。そして、鏡筒制御部１１０は、反射板３１４の移動中、反射板３１４で反射したレーザ光をレーザ変位計３１０で測定し、反射板３１４の絶対位置を測定する。すなわち、鏡筒制御部１１０は、レーザ変位計３１０を用いて、光学的にかつ非接触で反射板３１４の絶対位置を測定する。また、鏡筒制御部１１０は、絶対位置を測定しつつ、当該絶対位置に対応するホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂと原点センサ１１４の出力を取得する。図７には、絶対位置に対応するホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂと原点センサ１１４の出力結果（現在位置Ｘ）が示されている。

鏡筒制御部１１０では、ホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂと原点センサ１１４を用いて算出される現在位置Ｘを、原点を補正するためのオフセット値と、リニアリティ補正テーブルを用いることで絶対位置を算出する。このようにすることで、リニアリティ及び原点ずれによる影響を受けることなく高精度に２群レンズＬ２の絶対位置を得ることができ、ひいては、２群レンズＬ２の位置制御を精度よく行うことができる。

なお、本実施形態では、レンズ鏡筒１００の使用時（撮像部２００に装着され、電源が投入された状態）においては、ズーム光学系（１〜５群レンズ）の位置を検出する不図示のセンサの検出値の初期化動作を行うタイミングで上記補正演算を行って絶対位置を取得し、初期化されたズーム光学系検出部の検出値と、絶対位置とを用いて撮影距離を算出するようにすることができる。このようにすることで、適切なタイミングで撮影距離を算出することが可能となる。なお、算出した撮影距離は、撮像部２００のメインＬＣＤ等に表示してもよいし、レンズ鏡筒１００に表示部（指標板など）を設け、当該表示部に表示してもよい。

以上説明したように、本実施形態によると、ガイドバー３０Ａが、正弦波状磁束を発生する多極磁石を有するとともに、２群レンズＬ２と一体となって光軸ＡＸ方向に移動し、ホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂは、多極磁石の発する正弦波状磁束から、約９０°の位相差の２種の正弦波状信号を検出する。また、原点センサ１１４は、多極磁石の移動範囲を２分割し、多極磁石が存在している分割領域を検出する。そして、鏡筒制御部１１０は、ホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂで検出される２種の正弦波状信号から２群レンズＬ２の移動に応じて一定周期で変動する周期位置（現在位置Ｘ）を算出し、現在位置Ｘを、原点センサ１１４で検出される分割領域（出力値Ｈ又はＬ）に基づいて、２群レンズＬ２の移動に応じて連続的に変動する連続位置（図８）に換算する。これにより、本実施形態では、簡易な構成で連続位置を得ることができ、当該連続位置を用いることで、２群レンズＬ２の位置を高精度に検出することが可能である。

また、本実施形態では、ホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂが正弦波状信号の検出に用いる多極磁石がガイドバー３０Ａに設けられ、原点センサ１１４がガイドバー３０Ａの位置（分割領域）を検出する。このように、ホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂと原点センサ１１４が同一のガイドバー３０Ａを用いた検出を行うことにより、高精度な検出が可能となる。ただし、これに限らず、原点センサ１１４は、ガイドバー３０Ｂの位置（分割領域）を検出することとしてもよい。

また、本実施形態では、計測装置３００において、レーザ変位計３１０を用いて、光学的にかつ非接触で反射板３１４の絶対位置を測定するので、反射板３１４の絶対位置を高速かつ精度よく測定することができる。

また、本実施形態では、ホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂが計測に用いる多極磁石が、２群レンズＬ２を駆動するリニアモータＬＭの一部を構成しているので、リニアモータＬＭとは別に計測用の多極磁石を設ける必要が無くなる。これにより、スペース効率の向上、部品点数の低減を図ることが可能となる。

なお、上記実施形態では、ホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂで検出される２種の正弦波状信号の位相差が略９０°である場合について説明したが、これに限られるものではない。すなわち、正弦波状信号の位相差は、２種の正弦波状信号を用いて、円形、楕円形又は略楕円形のリサージュ曲線が書けるような位相差であればよい。図１０〜図１２には、正弦波状信号の位相差を変化させた場合のリサージュ曲線が示されている。これらの図に示すように、位相差が０°又は１８０°以外であればリサージュ曲線は円形、楕円形又は略楕円形になる。したがって、正弦波状信号の位相差としては、０°又は１８０°以外の任意の値を採用することが可能である。

なお、上記実施形態では、原点センサ１１４の出力値が、図７等に示すように、ある位置でＬからＨに切り替わる場合について説明したが、実際には、図１３に示すように、出力値がＬとＨのいずれかに定まらない領域（不定領域）が存在する場合がある。このような場合を考慮して、図１３に示すように不定領域が現在位置Ｘの不連続点に入ってしまうことがないように、ホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂと原点センサ１１４の位置関係を設定することが好ましい。

なお、上記実施形態では、原点センサ１１４を１つ用いる場合について説明したが、これに限られるものではない。現在位置Ｘに３以上の不連続点が存在する場合には、複数の原点センサ１１４を設けて論理出力値の組み合わせでシフト量を判断することとしてもよい。例えば、図１４に示すように、不連続点が４つある場合には、センサ１〜センサ３の３つの原点センサを用いることとする。この場合、不連続点における原点センサの出力値がＬＬＬの場合（連続点の範囲でＬＬＬが継続している場合）には、−側に２回シフト、不連続点における原点センサの出力値がＬＬＨの場合（連続点の範囲でＬＬＬからＬＬＨに変化した場合）には、−側に１回シフトさせる。また、不連続点における原点センサの出力値がＬＨＨの場合（連続点の範囲でＬＬＨからＬＨＨに変化した場合）には、シフトさせず、不連続点における原点センサの出力値がＨＨＨの場合（連続点の範囲でＬＨＨからＨＨＨに変化した場合）には、−側に１回シフトさせるなどする。このようにすることで、不連続点が複数存在していても、２群レンズＬ２の高精度な位置計測及び位置制御が可能となる。

なお、上記実施形態では、ガイドバー３０ＡがリニアモータＬＭの一部を構成し、当該ガイドバー３０Ａを用いて、ホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂによる検出が行われる場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、ガイドバー３０Ｂがガイドバー３０Ａと同様、多極磁石を有するものとし、当該多極磁石を用いて、ホールセンサ１１２Ａ、１１２Ｂによる検出を行うこととしてもよい。

なお、上記実施形態では、ガイドバー３０Ａ，３０Ｂが固定筒１０の内部空間内に設けられる場合について説明したが、これに限られるものではなく、ガイドバー３０Ａ，３０Ｂは固定筒１０の外部に設けられてもよい。

なお、上記実施形態では、光学素子位置検出装置が、２群レンズＬ２の位置を検出する装置である場合について説明したが、これに限らず、他のレンズの位置を検出する装置であってもよい。また、光学素子位置検出装置は、カメラに装着されるレンズ鏡筒に含まれる光学素子に限らず、その他の光学装置に含まれる光学素子の位置を検出する装置であっても良い。

なお、上記実施形態のレンズ鏡筒の構成は一例であって、その他種々のレンズ鏡筒に本発明を適用することが可能である。

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

３０Ａ、３０Ｂ ガイドバー
１１２Ａ、１１２Ｂ ホールセンサ
１１４ 原点センサ
１１０ 鏡筒制御部
１００ レンズ鏡筒
２３８ 撮像素子
３１２ 検出装置
３１４ 反射板
５００ カメラ
Ｌ１〜Ｌ５ １〜５群レンズ
Ｌ２ ２群レンズ
ＬＭ リニアモータ

Claims (11)

1. 正弦波状磁束を発生し、光学素子と一体となって前記光学素子の光軸方向に移動する多極磁石と、
   前記多極磁石の発する前記正弦波状磁束から、所定の位相差の２種の正弦波状信号を検出する第１検出部と、
   前記多極磁石の移動範囲をｎ分割（ｎは２以上の整数）し、前記多極磁石が存在している分割領域を検出する第２検出部と、
   前記第１検出部で検出される２種の正弦波状信号から前記光学素子の移動に応じて一定周期で変動する周期的位置信号を算出し、当該周期的位置信号を、前記第２検出部で検出される前記分割領域に基づいて、前記光学素子の移動に応じて連続的に変動する連続的位置信号に換算する換算部と、を備える光学素子位置検出装置。
2. 前記第１検出部が正弦波状信号の検出に用いる多極磁石と、前記第２検出部が検出する多極磁石とは、同一であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子位置検出装置。
3. 前記第１検出部で検出される２種の正弦波状信号は、位相差が略９０°であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子位置検出装置。
4. 前記光学素子に代えて設けられる代替工具と、
   前記代替工具を移動している間に前記代替工具の位置を検出する位置検出装置と、
   前記位置検出装置により検出される前記代替工具の位置と、前記第１検出部及び前記第２検出部により検出される位置との差異を表す補正テーブルを生成する生成部と、を更に備え、
   前記連続的位置信号と前記補正テーブルとに基づいて、前記光学素子の位置を検出する位置検出部と、を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子位置検出装置。
5. 前記代替工具は反射板であり、前記位置検出装置は光学的にかつ非接触で前記反射板の位置を検出することを特徴とする請求項４に記載の光学素子位置検出装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子位置検出装置を備えるレンズ鏡筒。
7. 前記換算部により換算された連続的位置信号を、前記光学素子の位置に対応した値に補正する補正テーブルを備えることを特徴とする請求項６に記載のレンズ鏡筒。
8. 前記補正テーブルは、前記連続的位置信号の原点を補正する値と、前記周期的位置信号または前記連続的位置信号のリニアリティを補正する値と、の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項７に記載のレンズ鏡筒。
9. 前記多極磁石は、前記光学素子を駆動する駆動部の一部を構成することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載のレンズ鏡筒。
10. 前記レンズ鏡筒は、ズーム光学系を有しており、
    前記光学素子は、前記ズーム光学系の少なくとも一部を構成するフォーカスレンズであり、
    前記換算部は、ズーム光学系の位置を検出するズーム光学系検出部の検出値の初期化動作を行うタイミングで、前記連続的位置信号を換算することを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載のレンズ鏡筒。
11. 請求項６〜１０のいずれか一項に記載のレンズ鏡筒と、
    前記レンズ鏡筒を介して受光した光を電気信号に変換する撮像素子と、を備える撮像装置。

Images