JP2018084453A - 変位検出装置およびこれを備えたレンズ鏡筒、撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、従来よりも消費電力が低い変位検出装置およびこれを用いたレンズ鏡筒、撮像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の変位検出装置は、複数の検出電極群を有する第１電極部と、前記第１電極部に対して相対移動可能な複数の第２電極を有する第２電極部と、を有する。前記複数の検出電極群は、複数の第１検出電極を有する第１検出電極群と、複数の第２検出電極を有する第２検出電極群を含む。前記第１検出電極群と前記第２電極部が重なる面積が最大になる状態において、前記複数の第２電極のうち前記第２検出電極群が設けられている領域と対向する電極を第１対向電極とするとき、前記複数の第２検出電極のうち少なくとも一つの第２検出電極は、前記少なくとも一つの第２検出電極の中心が前記第１対向電極の中心とは位置が異なるように設けられている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、変位検出装置およびこれを備えたレンズ鏡筒と、このレンズ鏡筒を搭載可能なビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像機器に関する。

従来から、電気的手段により操作リングの回転を検出し、その回転に応じて電動で合焦用レンズを駆動する、いわゆるマニュアルフォーカス（ＭＦ）機能を有するレンズ鏡筒として特許文献１に記載のレンズ鏡筒が知られている。

特許文献１には、回転操作部の周方向に所定の間隔で設けられた複数のスリット（切り欠き）の通過を一対のフォトインタラプタで検出し、その検出信号に基づいて回転操作部の回転方向および回転量を検出するレンズ鏡筒が開示されている。特許文献１のレンズ鏡筒は、回転操作部の回転情報（回転方向および回転量）に応じてステッピングモータでスクリューを回転させ、スクリューに螺合するナットの動きに従動させることで手動合焦動作モード（ＭＦ機能）を実現している。

特開２０１２−２５５８９９号公報

ところで、特許文献１のレンズ鏡筒は、ＭＦ機能を実現するため、一対のフォトインタラプタを用いた非接触式の構成で、回転操作部の回転を検出する。このため、フォトインタラプタは、比較的大きな消費電流が必要となる。

そこで本発明は、従来よりも消費電力が低い変位検出装置およびこれを用いたレンズ鏡筒、撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の変位検出装置は、
複数の検出電極群を有する第１電極部と、
所定の周期パターンを有し、前記第１電極部に対して相対移動可能な複数の第２電極を有する第２電極部と、
前記第１電極部と前記第２電極部との間の静電容量に基づいて変位を検出する検出手段とを有し、
前記複数の検出電極群は、複数の第１検出電極を有する第１検出電極群と、前記所定の周期パターンに関して前記第１検出電極群に対して１８０度の位相差を有するとともに複数の第２検出電極を有する第２検出電極群を含み、
前記第１検出電極群と前記第２電極部が重なる面積が最大になる状態を最大出力状態とするとき、
前記最大出力状態において、前記第１検出電極群が設けられている領域と前記第２電極部が重なる面積は、前記第２検出電極群が設けられている領域と前記第２電極部が重なる面積よりも大きく、
前記最大出力状態において、前記複数の第２電極のうち前記第２検出電極群が設けられている領域と対向する電極を第１対向電極とするとき、
前記複数の第２検出電極のうち少なくとも一つの第２検出電極は、前記少なくとも一つの第２検出電極の中心が前記第１対向電極の中心とは位置が異なるように設けられている、
ことを特徴とする。

本発明によれば、従来よりも消費電力が低い変位検出装置およびこれを用いたレンズ鏡筒、撮像装置を提供することができる。

各実施例における撮像装置のブロック図である。 実施例１における交換レンズの構成図である。 実施例１における可動電極および固定電極の分解斜視図である。 実施例１における可動電極および固定電極の詳細図である。 実施例１における固定電極と可動電極との関係図である。 実施例１における固定電極と可動電極の間にできる電場形状の模式図である。 実施例１における固定電極と可動電極との等価回路図および信号処理ブロック図である。 実施例１における固定電極と可動電極とにより形成される静電容量に基づく信号を示すグラフである。 実施例１における検知電極形状を一体の矩形形状にした場合の固定電極と可動電極との関係図である。 実施例１における検知電極形状を一体の矩形形状にした場合の固定電極と可動電極の間にできる電場形状の模式図である。 実施例１における固定電極と可動電極とにより形成される静電容量に基づく信号と、検知電極形状を一体の矩形形状にした場合の信号を示すグラフである。 実施例２における固定電極と可動電極との関係図である。 実施例２における固定電極と可動電極とにより形成される静電容量に基づく信号と、検知電極形状を一体の矩形形状にした場合の信号を示すグラフである。 実施例３における固定電極と可動電極との関係図である。 実施例４における固定電極と可動電極との関係図である。 実施例５における固定電極と可動電極との関係図である。 実施例５における固定電極と可動電極とにより形成される静電容量に基づく信号と、検知電極形状を一体の矩形形状にした場合の信号を示すグラフである。 実施例６における交換レンズの構成図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（撮像装置の構成）
まず、図１を参照して、本発明の各実施例における変位検出装置を搭載可能な撮像装置（撮像装置本体（一眼レフカメラ）、および、撮像装置本体に着脱可能なレンズ鏡筒（交換レンズ）の構成について説明する。図１は、撮像装置１００のブロック図である。図１中において、各ブロックを繋ぐ実線は電気的な接続を示し、破線は機械的な接続を示している。

撮像装置１００は、撮像素子を保持するカメラ２（撮像装置本体、カメラ本体）と、カメラ２に着脱可能な交換レンズ１（レンズ鏡筒）とを備えている。交換レンズ１は、後述の操作角検出器１０９（変位検出装置）と、操作角検出器１０９による変位の検出結果に基づいて駆動するフォーカスレンズ１０６（レンズユニット）を備えている。２０１はカメラマイコン（制御手段）、２０２は接点である。カメラマイコン２０１は、後述のようにカメラ２の各部を制御すると共に、交換レンズ１の装着時には接点２０２を介して交換レンズ１との通信を行う。

２０３は、２段ストローク式のレリーズスイッチである。レリーズスイッチ２０３から出力された信号は、カメラマイコン２０１に入力される。カメラマイコン２０１は、レリーズスイッチ２０３から入力された信号に従い、１段目ストロークスイッチ（ＳＷ１）がＯＮであれば、測光装置（不図示）による露光量の決定や後述のＡＦ動作などを行い、撮影準備状態に入る。またカメラマイコン２０１は、２段目ストロークスイッチ（ＳＷ２）がＯＮになるまでレリーズスイッチ２０３が操作されたことを検出すると、撮像部２０４に撮影開始命令を送信して実際の露光動作を行わせる。撮像部２０４は、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサなどの撮像素子を有し、交換レンズ１を介して形成された光学像を光電変換して画像信号を出力する。

２０５は焦点検出部である。焦点検出部２０５は、カメラ２が後述のＡＦモードに設定されている場合にレリーズスイッチ２０３のＳＷ１がＯＮされると、カメラマイコン２０１から送信される焦点検出開始命令に従い、焦点検出エリア内に存在する物体（被写体）に対して焦点検出を行う。焦点検出部２０５は、焦点検出の結果、この物体に焦点を合せるために必要な、フォーカスレンズ１０６の光軸方向における移動情報（移動方向および移動量）を決定する。２０６は表示部であり、撮像部２０４により得られた撮影画像などを表示する。

１０１は、交換レンズ１のレンズマイコン（制御手段）である。レンズマイコン１０１は、後述のように交換レンズ１の各部の制御を行うと共に、接点１０２を介してカメラ２との通信を行う。１０３は、オートフォーカスとマニュアルフォーカスとを切り替えるＡＦ／ＭＦスイッチであり、使用者がＡＦ（オートフォーカス）モードとＭＦ（マニュアルフォーカス）モードからフォーカスモードの選択をするために用いられる。

ＡＦモードにおいて、カメラマイコン２０１は、レリーズスイッチ２０３のＳＷ１のＯＮに応じて焦点検出部２０５により決定された焦点検出結果を、レンズマイコン１０１へ送信する。レンズマイコン１０１は、この焦点検出結果に基づいて、電気エネルギーにより駆動力を発生するフォーカス駆動モータ１０４を起動する。フォーカス駆動モータ１０４の駆動力は、フォーカス駆動機構１０５へ伝達される。そしてフォーカス駆動機構１０５は、フォーカス駆動モータ１０４の駆動力に従い、フォーカスレンズ１０６が光軸方向に必要移動量だけ駆動される。フォーカス駆動モータ１０４としては、ステッピングモータや超音波モータなどが適用可能である。フォーカス駆動機構１０５としては、いわゆるバー・スリーブ支持の直動機構や、３本のカム溝を有するカム環と固定部に設けられた３本の直進溝との協働による、いわゆる回転カム機構などが適用可能である。

１０７は位置検出エンコーダ（位置検出手段）である。位置検出エンコーダ１０７は、例えば、フォーカスレンズ１０６の光軸方向における位置に対応する情報を出力する絶対値エンコーダである。位置検出エンコーダ１０７としては、基準位置を決定するフォトインタラプタを有し、微細間隔のインクリメンタル信号（例えば、ステッピングモータの駆動パルス数やＭＲセンサのような繰り返し信号）の積算値で絶対位置を検出可能な構成が適用可能である。

ＡＦモードにおいて、レンズマイコン１０１は、焦点検出部２０５の焦点検出結果に基づいて決定されたフォーカスレンズ１０６の必要移動量に応じて、フォーカス駆動モータ１０４を駆動制御する。フォーカスレンズ１０６の必要移動量と、位置検出エンコーダ１０７の検出結果である実際の移動量とが互いに等しくなると、レンズマイコン１０１は、フォーカス駆動モータ１０４を停止し、フォーカス制御が終了したことをカメラマイコン２０１に送信する。

一方、ＭＦモードにおいて、使用者はＭＦ操作リング１０８（可動部材）を操作することにより、フォーカス制御が可能である。１０９は、ＭＦ操作リング１０８の回転角度（変位）を検出する操作角検出器（変位検出装置）である。使用者が表示部２０６により被写体の焦点状態を確認しながらＭＦ操作リング１０８を回転させると、レンズマイコン１０１は、操作角検出器１０９の出力信号を読み取りフォーカス駆動モータ１０４を駆動し、フォーカスレンズ１０６を光軸方向に移動させる。ＭＦ操作リング１０８の回転を操作角検出器１０９で細かく検出することにより、使用者は微妙なフォーカス制御を行うことが可能であり、ＭＦモードにおける操作性が向上する。操作角検出器１０９による検出の詳細については、後述する。

（レンズ鏡筒の構成）
次に、図２を参照して、交換レンズ１の構成について説明する。図２は、交換レンズ１の構成図である。図２（ａ）は、交換レンズ１の外観図である。図２（ａ）に示されるように、ＡＦ／ＭＦスイッチ１０３は、交換レンズ１の後端部（図２（ａ）中の右側）の側面に配置されている。回転可能に支持されたＭＦ操作リング１０８は、交換レンズ１の先端部（図２（ａ）中の左側）に配置されている。

図２（ｂ）は、図２（ａ）中の楕円Ａの範囲の拡大図であり、ＭＦ操作リング１０８の周辺の要部断面図を示す。１１は可動電極（第２電極部）である。可動電極１１は、ＭＦ操作リング１０８の回転中心軸と同軸の内周壁に一体的に設けられた導電性の電極である。１２は案内筒（固定部材）である。１３は、可動電極１１に対向して案内筒１２と一体的に設けられた固定電極（第１電極部）である。

１４は前枠であり、図示しない部分において案内筒１２と一体化している。ＭＦ操作リング１０８は、案内筒１２および前枠１４により、光軸ＯＡの前後方向の面１２ａ、１４ａに対して所定の隙間を有して挟み込まれ、円筒面１２ｂ、１４ｂの嵌合支持により定位置での回転が可能である。本実施例において、可動電極１１は、導電性の電極としての別部品の金属リングをＭＦ操作リング１０８の内周壁に配置し、この金属リングをＭＦ操作リング１０８と一体的に構成されている。

固定電極１３は、フレキシブル基板の銅箔パターンを電極として、案内筒１２の外周壁に粘着テープや接着により固定されている。ただし本実施例はこれに限定されるものではなく、メッキや蒸着、導電物質のスクリーン印刷などの技術を用いてＭＦ操作リング１０８の内周壁や案内筒１２の外周壁に後述する電極パターンを直接形成してもよい。

次に、図３を参照して、可動電極１１および固定電極１３の構成について説明する。図３は、可動電極１１および固定電極１３の分解斜視図である。図３（ａ）は、ＭＦ操作リング１０８と可動電極１１と固定電極１３との関係図を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）からＭＦ操作リング１０８を省略した図を示す。図３に示されるように、可動電極１１は、導電性を有する短冊状の電極部の有無の繰り返しパターンが光軸周り方向の全周において繋がった円筒形状を有する。固定電極１３は、可動電極１１に対向して設けられ、可動電極１１と同軸の円筒形状を有する有限角度範囲のフレキシブル基板である。

（変位検出装置の構成）
次に、図４を参照して、本発明の実施例１として、ＭＦ操作リング１０８の回転角度を検出する操作角検出器１０９の検出原理について詳述する。説明および理解を容易にするため、検出方向である回転方向に展開した平面状態で説明を進める。

図４は、可動電極１１および固定電極１３の詳細図である。図４（ａ）は固定電極１３の展開図、図４（ｂ）は可動電極１１の展開図、図４（ｃ）は固定電極１３と可動電極１１とを重ねた展開図をそれぞれ示している。図４中の矢印Ｂで示される方向が検出方向（回転方向）である。

まず、図４（ａ）を参照して、固定電極１３の電極パターンについて説明する。ただし、各電極の検出方向の長さについては、図５を参照して後述する。図４（ａ）に示されるように、固定電極１３は、基準電極部１３ａ（ＧＮＤ電極）、および、検出電極群１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅを有する。検出電極群１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅは、それぞれ、Ｓ１＋電極、Ｓ１−電極、Ｓ２＋電極、Ｓ２−電極であるとともに、第１検出電極群、第２検出電極群、第３検出電極群、第４検出電極群である。各検出電極群１３ｂ〜１３ｅは複数の検出電極からなる。

検出電極群１３ｂ（Ｓ１＋電極）は検出電極１３ｆと検出電極１３ｇを、検出電極群１３ｃ（Ｓ１−電極）は検出電極１３ｈと検出電極１３ｉを不図示の配線で繋いだものである。検出電極群１３ｄ（Ｓ２＋電極）は検出電極１３ｊと検出電極１３ｋを、検出電極群１３ｅ（Ｓ２−電極）は検出電極１３ｍと検出電極１３ｎを不図示の配線で繋いだものである。図４（ａ）において、各電極の境界は互いに隣接して描かれているが、実際にはわずかの隙間を空けて互いに絶縁されている。

図４（ｂ）は、図３に示される円筒形状の可動電極１１の展開図である。可動電極１１のうち斜線部の領域は、導電性を有する電極部である。１１ａは、検出出力を変化させる役割を有する繰り返しパターン電極であり、１１ｂ、１１ｃは、繰り返しパターン電極１１ａのそれぞれを繋げて導通させる導通電極である。図４（ｃ）は、固定電極１３と可動電極１１とを重ねて示している。図４（ｃ）において、可動電極１１は破線及び斜線で示されている。図４（ｃ）において、長さｈは繰り返しパターン電極１１ａと検出電極群１３ｂ〜１３ｅとが検出方向Ｂに対して直交する方向において互いに重なっている領域（長さ）を示し、コンデンサとして静電容量を形成する領域である。図４（ｄ）は、固定電極１３および可動電極１１を検出方向Ｂおよび長さｈの方向の両方向に直交する方向から見た図である。図４（ｄ）において、長さｄはコンデンサとしてのギャップ（間隔）である。静電容量Ｃは、対向する電極が互いに重なっている面積とギャップの誘電率とに比例し、ギャップｄに反比例する。すなわち、Ｃ＝ε・Ｓ÷ｄ（Ｃ：静電容量、ε：誘電率、Ｓ：面積、ｄ：ギャップ）のように表される。

（固定電極１３と可動電極１１との関係）
次に、図５を参照して、固定電極１３と可動電極１１との関係について説明する。図５は、固定電極１３と可動電極１１との関係図である。図５の上側において、図４（ａ）と同様に、固定電極１３の各電極パターンが示されている。図５の下側において、可動電極１１の繰り返しパターン電極１１ａが斜線で示されている。繰り返しパターン電極１１ａは、図４（ｃ）に示されるように検出電極群１３ｂ〜１３ｅのそれぞれと重なった長さｈの領域によりコンデンサを形成する。図５は、ステータス０〜７、および、ステータス０の順に、可動電極１１が検出方向Ｂにおいて左側から右側に移動していく過程での特徴的な８つの状態を示している。可動電極１１および固定電極１３は、図４（ｃ）に示されるように重なることによりコンデンサを形成するが、理解を容易にするため、これらを並べた図５を参照して説明する。

繰り返しパターン電極１１ａの繰り返しのピッチ（複数の第２電極の周期）をＰとし、本実施例では、１ピッチ内の電極の有無（割合）は半々であるとして説明する。以下の説明では、斜線で示される繰り返しパターン電極１１ａの一つを便宜的に面積「１」とする。各ステータス間での可動電極１１の移動量は（１／８）Ｐであり、ステータス０とステータス４はピッチＰに対して位相が互いに１８０度ずれた（異なる）状態である。

固定電極１３の基準電極部１３ａ（ＧＮＤ電極）は、可動電極１１の繰り返しパターン電極１１ａと、主に、左右のそれぞれ２Ｐの長さの合計４Ｐの長さで重なっている。また基準電極部１３ａ（ＧＮＤ電極）の一部は、長さ１１Ｐのうち、左右の長さ２Ｐの間の長さ７Ｐの領域において、繰り返しパターン電極１１ａと重なっている。すなわち、基準電極部１３ａは、検出方向ＢにおいてＰの整数倍の長さを有し、本実施例において、左右の長さ２Ｐ×２＝４Ｐまたは、全体の長さ１１Ｐである。なお、基準電極部１３ａの一部が繰り返しパターン電極１１ａと重なっている長さ７Ｐの領域の効果については、後述する。

基準電極部１３ａ（ＧＮＤ電極）の長さは、ピッチＰの整数倍である。このため、基準電極部１３ａ（ＧＮＤ電極）と可動電極１１の電極部（繰り返しパターン電極１１ａ）との重なり領域の面積は常に一定である。従って、ギャップが一定であれば、静電容量も一定である。検出電極１３ｆ、検出電極１３ｇは電極長さ０．５Ｐで電極の中心間距離が１Ｐである。検出電極１３ｈ、検出電極１３ｉも同様に電極長さ０．５Ｐで電極の中心間距離が１Ｐである。

すなわち、検出電極群１３ｂ（Ｓ１＋電極）および検出電極群１３ｃ（Ｓ１−電極）は共に、電極長さは１．５Ｐであり、互いに１８０度の位相差を有する。言い換えると、Ｓ１＋検出電極群１５とＳ１−検出電極群１６は、検出方向Ｂにおいて、繰り返しパターン電極１１ａの繰り返し周期の半ピッチ分（１８０度の位相差、１／２ピッチ）ずれて配置されている。

すなわち、（Ｍ＋０．５）×Ｐ（Ｍは自然数）の式で表される長さにおいて、Ｍが１の場合に相当する。検出電極群１３ｂ（Ｓ１＋電極）と繰り返しパターン電極１１ａとの重なり領域の面積は、ステータス０では「２」、ステータス４では「０」、ステータス７を経てステータス０の面積「２」に戻る。以降、この変化を繰り返す。ギャップが一定であれば、この重なり領域の面積変化とともに静電容量は変化する。

より詳細には、ステータス０（最大出力状態）において、繰り返しパターン電極１１ａのうち検出電極群１３ｂが設けられている領域と対向する複数の電極（図５中ステータス０において紙面下側から４番目及び５番目の電極）を複数の第４対向電極とする。このとき、検出電極群１３ｂが備える複数の検出電極の各々（１３ｆ及び１３ｇ）の中心は、複数の第４対向電極の各々の中心と略一致している。

なお、ここでいう略一致とは次のように言い換えることもできる。すなわち、検出電極群１３ｂが備える複数の検出電極の各々（１３ｆ及び１３ｇ）の中心と複数の第４対向電極の各々の中心とのずれ量をＤ２とし、検出電極群１３ｂが備える複数の検出電極の各々の幅をＷ２とする。このとき、最大出力状態において、０≦Ｄ２／Ｗ２≦０．２０あるいは０≦Ｄ２／Ｗ２≦０．１５あるいは０≦Ｄ２／Ｗ２≦０．１０を満足する状態を前述の略一致している状態と言い換えても良い。

また、ステータス４（最小出力状態）において、繰り返しパターン電極１１ａのうち検出電極群１３ｂが設けられている領域と対向する電極（図５中ステータス４において紙面下側から４番目の電極）を第３対向電極とする。このとき、検出電極群１３ｂが備える複数の検出電極の各々（１３ｆ及び１３ｇ）の中心は、第３対向電極の中心と位置が異なる。言い換えれば、最大出力状態において、検出電極群１３ｂが備える複数の検出電極の各々（１３ｆ及び１３ｇ）は、第３対向電極と対向していない。

前述の各検出電極群の長さは次のように言い換えることもできる。すなわち、繰り返しパターン電極１１ａ（複数の第２電極）の周期をＰとし、Ｍ１及びＭ２を自然数とし、繰り返しパターン電極１１ａが配列されている方向を所定の方向とする。このとき、検出電極群１３ｂは、所定の方向において、（Ｍ１＋０．５）×Ｐの長さを有し、検出電極群１３ｃは、所定の方向において、（Ｍ２＋０．５）×Ｐの長さを有する。前述のように検出電極群１３ｂと検出電極群１３ｃは互いに同じ長さを有していても良い。

なお、ここでいう検出電極群の長さとは検出電極群が設けられている領域の長さと考えることもできる。検出電極群が設けられている領域とは、例えば後述の図１４に示すように、各検出電極群が備える検出電極のうち最も端に設けられた検出電極を含む領域（図１４に示す括弧で示される領域）のことをいう。

言い換えれば、第１検出電極群が設けられている領域とは、複数の第２電極が配列されている方向において、複数の第１検出電極のうち最も互いに離れている２つの第１検出電極間の領域である。同様に、第２検出電極群が設けられている領域とは、複数の第２電極が配列されている方向において、複数の第２検出電極のうち最も互いに離れている２つの第２検出電極間の領域である。

一方、検出電極群１３ｃ（Ｓ１−電極）は、検出電極群１３ｂ（Ｓ１＋電極）に対して１８０度の位相差を有する。このため、検出電極群１３ｃ（Ｓ１−電極）と繰り返しパターン電極１１ａとの重なり領域の面積は、ステータス０では「０」、ステータス４では「２」となり、ギャップが一定であれば、静電容量も重なり面積と共に変化する。

より詳細には、ステータス０（最大出力状態）において、繰り返しパターン電極１１ａのうち検出電極群１３ｃが設けられている領域と対向する電極（図５中ステータス０において紙面下側から６番目の電極）を第１対向電極とする。このとき、検出電極群１３ｃが備える複数の検出電極のうち少なくとも一つ（１３ｈあるいは１３ｉ）の中心は第１対向電極の中心と位置が異なる。言い換えれば、最大出力状態において、検出電極群１３ｃが備える複数の検出電極のうち少なくとも一つ（１３ｈあるいは１３ｉ）は第１対向電極と対向していない。

また、ステータス４（最小出力状態）において、繰り返しパターン電極１１ａのうち検出電極群１３ｃが設けられている領域と対向する複数の電極（図５中ステータス４において紙面下側から５番目及び６番目の電極）を複数の第２対向電極とする。このとき、検出電極群１３ｃが備える複数の検出電極（１３ｈ及び１３ｉ）の各々の中心は、複数の第２対向電極の各々の中心と略一致している。

なお、ここでいう略一致とは次のように言い換えることもできる。すなわち、検出電極群１３ｃが備える複数の検出電極の各々（１３ｈ及び１３ｉ）の中心と複数の第２対向電極の各々の中心とのずれ量をＤ１とし、検出電極群１３ｃが備える複数の検出電極の各々の幅をＷ１とする。このとき、最小出力状態において、０≦Ｄ１／Ｗ１≦０．２０あるいは０≦Ｄ１／Ｗ１≦０．１５あるいは０≦Ｄ１／Ｗ１≦０．１０を満足する状態を前述の略一致している状態と言い換えても良い。

以上まとめると、最大出力状態においては、検出電極群１３ｂが設けられている領域と可動電極１１が重なる面積は、検出電極群１３ｃが設けられている領域と可動電極１１が重なる面積よりも大きい。そして、最小出力状態においては、検出電極群１３ｂが設けられている領域と可動電極１１が重なる面積は、検出電極群１３ｃが設けられている領域と可動電極１１が重なる面積よりも小さい。

このように、検出電極群１３ｂ（Ｓ１＋電極）および検出電極群１３ｃ（Ｓ１−電極）に関し、静電容量は互いに逆に変化する。本実施例において、検出電極群１３ｂ（Ｓ１＋電極）および検出電極群１３ｃ（Ｓ１−電極）は、一組の変位検出電極対である。

これらの検出電極群１３ｂ，１３ｃが、複数の検出電極で構成されており、静電容量が互いに逆に変化する関係は、次の構成に相当する。検出電極群１３ｂ（Ｓ１＋電極）が最大出力になる、ステータス０のときを考える。このとき、検出電極群１３ｂ（Ｓ１＋電極）が設けられている領域と可動電極１１の繰り返しパターン電極１１ａとの重なり領域の面積は、検出電極群１３ｃ（Ｓ１−電極）が設けられている領域と繰り返しパターン電極１１ａの重なり面積より大きい。また、繰り返しパターン電極１１ａのうち、検出電極群１３ｃ（Ｓ１−電極）が設けられている領域と重なる部分の中心は、検出電極１３ｈ、検出電極１３ｉの各電極中心とは位置異なる。これによる効果は後述する。

検出電極１３ｊと検出電極１３ｋおよび検出電極１３ｍと検出電極１３ｎも電極長さ０．５Ｐで電極の中心間距離が１Ｐである。検出電極群１３ｄ（Ｓ２＋電極）および検出電極群１３ｅ（Ｓ２−電極）もそれぞれ（Ｍ＋０．５）×Ｐ（Ｍは自然数）の式で表される長さを有し、互いに１８０度の位相差を有する一組の変位検出電極対である。また、検出電極群１３ｄ（Ｓ２＋電極）および検出電極群１３ｅ（Ｓ２−電極）に関し、前式中のＭは検出電極群１３ｂ（Ｓ１＋電極）および検出電極群１３ｃ（Ｓ１−電極）と同様に１である。

図５に示されるように、これら二組の変位検出電極対は、検出方向ＢにおいてピッチＰに換算して３Ｐ＋（１／４）Ｐの位相ずれを有し、二組の静電容量は互いに（１／４）Ｐだけずれた変化を示す。すなわち、検出電極群１３ｄ（Ｓ２＋電極）と繰り返しパターン電極１１ａとの重なり領域の面積は、ステータス２では「２」であり、ステータス６では「０」となる。一方、検出電極群１３ｅ（Ｓ２−電極）は、検出電極群１３ｄ（Ｓ２＋電極）に対して１８０度の位相差を有する。このため、検出電極群１３ｄ（Ｓ２＋電極）および検出電極群１３ｅ（Ｓ２−電極）の同ステータスにおける重なり領域の面積は、互いに逆の関係となる。

（固定電極１３と可動電極１１により形成される電場形状）
次に、図６を参照して、本実施例における固定電極１３と可動電極１１により形成される電場形状を説明する。図６は固定電極１３の検出電極群１３ｂ（Ｓ１＋電極）の２つの電極１３ｆ、１３ｇと可動電極１１の繰り返しパターン電極１１ａを検出方向Ｂおよび長さｈの方向の両方向に直交する方向から見た図である。本来はギャップに対して固定電極１３と可動電極１１の厚みは十分に小さいが、説明のため、強調して大きく示している。図６（ａ）はステータス０、図６（ｂ）はステータス４の状態を示している。図６（ａ）は検出電極群１３ｂ（Ｓ１＋電極）と繰り返しパターン電極１１ａの重なり領域の面積が最も大きくなる最大出力状態で、電極と一点鎖線で囲まれた部分に電場が形成される。図６（ｂ）は検出電極群１３ｂ（Ｓ１＋電極）と繰り返しパターン電極１１ａの重なり領域の面積が最も小さくなる最小出力状態で、電極と一点鎖線で囲まれた部分に電場が形成される。

（コンデンサの等価回路および信号処理部）
次に、図７を参照して、本実施例における固定電極１３と可動電極１１とにより形成されるコンデンサの等価回路および信号処理部について説明する。図７は、固定電極１３と可動電極１１との等価回路図および信号処理ブロック図である。

固定電極１３は、基準電極部１３ａ（ＧＮＤ電極）、検出電極群１３ｂ（Ｓ１＋電極）、検出電極群１３ｃ（Ｓ１−電極）、検出電極群１３ｄ（Ｓ２＋電極）、検出電極群１３ｅ（Ｓ２−電極）を有する。図７に示されるように、固定電極１３を構成する各電極は、可動電極１１に対してコンデンサを形成する。ここで、基準電極部１３ａおよび検出電極群１３ｂ〜１３ｅにより形成されるコンデンサの静電容量をそれぞれＣ_Ｇ、Ｃ_Ｓ１、Ｃ_Ｓ２、Ｃ_Ｓ３、Ｃ_Ｓ４とする。ギャップｄが一定である場合、静電容量Ｃ_Ｓ１、Ｃ_Ｓ２、Ｃ_Ｓ３、Ｃ_Ｓ４は、可動電極１１の移動により変化する可変コンデンサである。一方、静電容量Ｃ_Ｇは、可動電極１１の移動により変化しない固定値のコンデンサである。

１５はアナログスイッチアレイ、１６は静電容量検出回路、および、１７は演算回路（検出手段または信号処理手段）である。アナログスイッチアレイ１５は、アナログスイッチ１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅを有する。本実施例において、アナログスイッチ１５ｂ〜１５ｅは、検出電極群１３ｂ〜１３ｅに直列でそれぞれ接続されている。演算回路１７は、時分割で、アナログスイッチ１５ｂ〜１５ｅを一つずつ短絡状態に設定する。静電容量検出回路１６は、静電容量Ｃ_Ｇと、静電容量Ｃ_Ｇと直列に繋がっている静電容量Ｃ_Ｓ１、Ｃ_Ｓ２、Ｃ_Ｓ３、Ｃ_Ｓ４のそれぞれとを合成した静電容量（合成静電容量）を検出する。演算回路１７は、静電容量検出回路１６による検出結果に基づいて、信号Ｓ_１、Ｓ_２をそれぞれ出力する。これらの信号の詳細については、後述する。

（コンデンサの静電容量に基づく出力信号）
次に、図８を参照して、固定電極１３と可動電極１１とにより形成されるコンデンサの静電容量に基づく出力信号について説明する。図８は、固定電極１３と可動電極１１とにより形成される静電容量に基づく出力信号のシミュレーション結果を示すグラフである。図８は、特に、検出電極群１３ｂ（Ｓ１＋電極）、検出電極群１３ｃ（Ｓ１−電極）に対応するコンデンサの静電容量に関して示している。図８において、横軸は図５を参照して説明したステータス０〜７および０、縦軸は静電容量（合成容量、差動信号）をそれぞれ示している。

図８は、静電容量Ｃ_ＧとＣ_Ｓ１との合成容量Ｃ_Ｇ＿Ｓ１、および、静電容量Ｃ_ＧとＣ_Ｓ２との合成容量Ｃ_Ｇ＿Ｓ２を示すグラフである。直列に繋がった二つのコンデンサの合成容量Ｃ_Ｇ＿Ｓ１、Ｃ_Ｇ＿Ｓ２は、それぞれ、その逆数が二つのコンデンサの逆数の和に等しい。すなわち、１／Ｃ_Ｇ＿Ｓ１＝１／Ｃ_Ｇ＋１／Ｃ_Ｓ１、および、１／Ｃ_Ｇ＿Ｓ２＝１／Ｃ_Ｇ＋１／Ｃ_Ｓ２が成立する。これは、図８中の実線７１ａ（Ｃ_Ｇ＿Ｓ１）、実線７１ｂ（Ｃ_Ｇ＿Ｓ２）で示される合成容量に相当する。

図８において、実線７１ａ（Ｃ_Ｇ＿Ｓ１）は、検出電極群１３ｂ（Ｓ１＋電極）と基準電極部１３ａ（ＧＮＤ電極）との合成容量を示す。また、実線７１ｂ（Ｃ_Ｇ＿Ｓ２）は、検出電極群１３ｃ（Ｓ１−電極）と基準電極部１３ａ（ＧＮＤ電極）との合成容量を示す。検出電極群１３ｃ（Ｓ１−電極）は、検出電極群１３ｂ（Ｓ１＋電極）に対して１８０度の位相差を有する。このため、実線７１ｂ（Ｃ_Ｇ＿Ｓ２）のステータス４における出力値は、実線７１ａ（Ｃ_Ｇ＿Ｓ１）のステータス０における出力値と等しい。実線７１ｃは、変位検出電極対の差動出力（差動信号）を示している。実線７１ｃは、実線７１ａ（Ｃ_Ｇ＿Ｓ１）と実線７１ｂ（Ｃ_Ｇ＿Ｓ２）の差動信号Ｓ_１を示す。

すなわち、実線７１ｃは、実線７１ａ（Ｃ_Ｇ＿Ｓ１）から実線７１ｂ（Ｃ_Ｇ＿Ｓ２）を減算した信号に相当する。これらの差動演算は、図７に示される演算回路１７により行われる。検出電極群１３ｄ（Ｓ２＋電極）、検出電極群１３ｅ（Ｓ２−電極）についても同様に、基準電極部１３ａ（ＧＮＤ電極）との合成容量Ｃ_Ｇ＿Ｓ３、Ｃ_Ｇ＿Ｓ４の差動信号Ｓ_２を演算する。

レンズマイコン１０１が演算回路１７からこの差動信号を随時読み込むことにより、ＭＦ操作リング１０８の回転をより細かく検出することが可能となるため、ＭＦモードでの操作性を更に向上させることができる。また本実施例において、変位検出のための複数の変位検出電極対および参照電極対からの静電容量情報は、差動演算により得られる。このため、浮遊容量や各電極間や近辺の物質間に生じる寄生容量に対してより安定した変位検出を行うことができる。

（比較例における固定電極１３と可動電極１１の関係）
次に、図９を参照して、本発明の比較例における、各検出電極群１３ｂ〜１３ｅに複数の検出電極を設けずに、一体の矩形形状を設けた場合の固定電極１３と可動電極１１の関係を説明する。図５と同様に、図９の上側に固定電極１３の各電極パターン、下側に可動電極１１の繰り返しパターン電極１１ａが斜線で示されている。図９は、ステータス０〜７、および、ステータス０の順に、可動電極１１が検出方向Ｂにおいて左側から右側に移動していく過程での特徴的な８つの状態を示している。

検出電極群１３０ｂ（Ｓ１＋電極）、検出電極群１３０ｃ（Ｓ１−電極）は、電極長さが１．５Ｐであり、互いに１８０度の位相差を有する。検出電極群１３０ｂ（Ｓ１＋電極）と繰り返しパターン電極１１ａとの重なり領域の面積は、ステータス０では「２」、ステータス４では「１」、ステータス７を経てステータス０の面積「２」に戻る。以降、この変化を繰り返す。また、検出電極群１３０ｃ（Ｓ１−電極）と繰り返しパターン電極１１ａとの重なり領域の面積は、ステータス０では「１」、ステータス４では「２」となる。検出電極群１３０ｄ（Ｓ２＋電極）、検出電極群１３０ｅ（Ｓ２−電極）も電極長さが１．５Ｐであり、互いに１８０度の位相差を有する一組の変位検出電極対である。

ここで、検出電極群に複数の検出電極を設けた場合と、一体の矩形形状を設けた場合を比較する。検出電極群１３０ｂ（Ｓ１＋電極）の重なり領域の面積が最大になる最大出力状態（ステータス０）での面積はどちらも「２」である。一方、検出電極群１３０ｂ（Ｓ１＋電極）の重なり領域の面積が最小になる最小出力状態（ステータス４）での面積は検出電極群に複数の検出電極を設けた場合が「０」、一体の矩形形状を設けた場合が「１」になる。

（比較例における電場形状）
次に、図１０を参照して、各検出電極群１３ｂ〜１３ｅに複数の検出電極を設けずに、一体の矩形形状を設けた場合の固定電極１３と可動電極１１により形成される電場形状を説明する。図１０は、固定電極１３の検出電極群１３０ｂ（Ｓ１＋電極）と可動電極１１の繰り返しパターン電極１１ａを検出方向Ｂと長さｈに対して直交する方向から見た図である。図１０（ａ）はステータス０、図１０（ｂ）ステータス４の状態を示している。

図１０（ａ）は検出電極群１３０ｂ（Ｓ１＋電極）と繰り返しパターン電極１１ａの重なり領域の面積が最も大きくなる最大出力状態で、電極と一点鎖線で囲まれた部分に電場が形成される。図６（ａ）と比べると、一体の矩形形状になった部分まで電場が形成されている。

このため、ステータス０における重なり領域の面積は複数検出電極を設けた場合、一体の矩形形状を設けた場合共に「２」であるが、出力値は一体の矩形形状を設けた場合の方が大きくなる。図１０（ｂ）は検出電極群１３０ｂ（Ｓ１＋電極）と繰り返しパターン電極１１ａの重なり領域の面積が最も小さくなる最小出力状態で、電極と一点鎖線で囲まれた部分に電場が形成される。

（比較例における出力信号）
次に、図１１を参照して、各検出電極群１３ｂ〜１３ｅに複数の検出電極を設けずに、一体の矩形形状を設けた場合の出力信号について説明する。図１１は、固定電極１３と可動電極１１とにより形成される静電容量に基づく出力信号のシミュレーション結果を示すグラフである。横軸がステータス、縦軸が出力を示している。破線７１０ａが実線７１ａ、破線７１０ｂが実線７１ｂ、破線７１０ｃが実線７１ｃに対応していて、実線が検出電極に複数の検出電極を設けた場合、破線が一体の矩形形状を設けた場合の出力を示している。

つまり、破線７１０ａは、検出電極群１３０ｂ（Ｓ１＋電極）と基準電極部１３ａ（ＧＮＤ電極）との合成容量を示す。また、破線７１０ｂは、検出電極群１３０ｃ（Ｓ１−電極）と基準電極部１３ａ（ＧＮＤ電極）との合成容量を示す。破線７１０ｃは、変位検出電極対の差動出力（差動信号）を示している。破線７１０ｃは、破線７１０ａと破線７１０ｂの差動信号Ｓ_１を示す。すなわち、破線７１０ｃは、破線７１０ｃから破線７１０ｂを減算した信号に相当する。

破線７１０ａと実線７１ａを比較すると、破線７１０ａの出力が大きい。これは、検出電極に一体の矩形形状を設けた場合に、複数の検出電極を設けた場合では電極がなかった部分まで電場が形成されているためである。このため、一体の矩形形状を設けた場合の方が、複数の検出電極を設けた場合よりも出力が大きくなる。これは、破線７１０ｂと実線７１ｂに関しても同様である。

一方、差動信号の破線７１０ｃと実線７１ｃを比較すると、実線７１ｃの振幅が大きい。これは、繰り返しパターン電極１１ａと検出電極の重なり領域の面積が最小になる位相での重なり領域の面積が、複数の検出電極を設けた場合よりも一体の矩形を設けた場合が０．５Ｐ分多いためである。このため、検出電極に一体の矩形形状を設けた検出電極群１３０ｂ（Ｓ１＋電極）は、出力最大状態と出力最小状態の差が小さくなってしまう。これによって、破線７１０ｃの振幅が実線７１ｃよりも小さくなっている。

（本実施例と比較例との性能差）
このように、本実施例においては、最大出力状態において、複数の第２電極のうち検出電極群１３ｃが設けられている領域と対向する電極を第１対向電極とする。このとき、複数の第２検出電極のうち少なくとも一つの第２検出電極は、前記少なくとも一つの第２検出電極の中心が前記第１対向電極の中心とは位置が異なるように設けられている。言い換えれば、最大出力状態において、複数の第２検出電極の各々は第１対向電極とは対向しない。

ここでいう第１対向電極とは、図５に示すステータス０（最大出力状態）において、繰り返し電極パターン１１ａのうち検出電極１３ｃが設けられている領域と対向する電極（図５中ステータス０において紙面下側から６番目の電極）のことをいう。図９に示す比較例において、第１対向電極の中心と検出電極群１３０ｃの中心が一致している。

すなわち、検出電極に一体の矩形形状を設けた比較例よりも、複数の検出電極を設けた本実施例の方が、最大出力状態において、検出電極１３ｃと繰り返しパターン１１ａとの重なり面積を小さくすることができる。その結果、比較例と比較して本実施例の方が差動信号出力の振幅を大きくできる。

差動信号の出力振幅が大きくできると、出力に発生するノイズに対するＳ／Ｎが大きくなる。このため、レンズマイコン１０１が演算回路１７から読み込んだ差動信号の分解能が高くなる。これによって、ＭＦ操作リング１０８の回転をより細かく検出することが可能となるため、ＭＦモードでの操作性を更に向上させることができる。

本実施例中で、繰り返しパターン電極１１ａの１ピッチ内の電極の有無（割合）は半々であるとしたが、これ以外の割合でも本実施例の効果が損なわれることはない。また、検出電極の長さを０．５Ｐとしたが、これ以外の長さでも本実施例の効果が損なわれることはない。

（本実施例によって得られる効果）
このように、本実施例における操作角検出器１０９は、複数の検出電極群を有する固定電極１３（第１電極部）と、所定の周期パターンを有し、前記第１電極部に対して相対移動可能な複数の第２電極を有する可動電極１１（第２電極部）を備える。さらに、操作角検出器１０９は、固定電極１３と可動電極１１との間の静電容量に基づいて変位を検出する演算回路１７（検出手段）とを備えている。

そして、前述の複数の検出電極群は、複数の第１検出電極を有する検出電極群１３ｂ（第１検出電極群）を含んでいる。さらに、前記所定の周期パターンに関して検出電極群１３ｂに対して１８０度の位相差を有するとともに複数の第２検出電極を有する検出電極群１３ｃ（第２検出電極群）を含んでいる。

ここで、検出電極群１３ｂと検出電極群１３ｃが重なる面積が最大になる状態を最大出力状態とする。このとき、最大出力状態において、検出電極群１３ｂが設けられている領域と可動電極１１が重なる面積は、検出電極群１３ｃが設けられている領域と可動電極１１が重なる面積よりも大きい。

そして、最大出力状態において、複数の第２電極のうち検出電極群１３ｃが設けられている領域と対向する電極を第１対向電極とする。このとき、複数の第２検出電極のうち少なくとも一つの第２検出電極は、前記少なくとも一つの第２検出電極の中心が前記第１対向電極の中心とは位置が異なるように設けられている。

このような構成によって、本実施例における操作角検出器１０９は、フォトインタラプのように光を発する必要がないため、フォトインタラプタを用いた従来の変位検出装置と比較して消費電力を低くすることができる。

（その他の効果）
また、フォトインタラプタは、遮光部とスリット部で出力信号が変化しており、遮光部の幅内やスリットの幅内での移動では、フォトインタラプタの出力が変化しにくい。このため、一対のフォトインタラプタのいずれの出力も変化しない範囲では、回転操作部の回転を検出することができないため、回転検出の分解能を更に高めることは困難である。

これに対して、本実施例における操作角検出器１０９では、前述のように、差動信号出力の振幅が大きくできる。差動信号の出力振幅が大きくできると、出力に発生するノイズに対するＳ／Ｎが大きくなる。このため、レンズマイコン１０１が演算回路１７から読み込んだ差動信号の分解能が高くなる。その結果、フォトインタラプタを用いた従来の変位検出装置と比較して分解能を高くすることができる。なお、以後の本発明の各実施例においても本実施例と同様の効果を得ることができる。

次に、図１２、図１３を参照して、本発明の実施例２について説明する。本実施例は、検出電極の長さおよび位置が実施例１とは異なる。

図１２は、固定電極の検出電極群１３２ｂ（Ｓ１＋電極）と、位相が１８０度異なる検出電極群１３２ｃ（Ｓ１−電極）及び可動電極の繰り返しパターン電極１１２ａを示している。検出電極群１３２ｂ（Ｓ１＋電極）は繰り返しパターン電極１１２ａとの重なり領域の面積が最大になる最大出力状態に、検出電極群１３２ｃ（Ｓ１−電極）は繰り返しパターン電極１１２ａとの重なり領域の面積が最小になる最小出力状態に相当する。

検出電極群１３２ｂ（Ｓ１＋電極）、検出電極群１３２ｃ（Ｓ１−電極）は、複数の検出電極１３２ｆ〜１３２ｋで構成される。可動電極の繰り返しパターン電極１１２ａの長さ０．５Ｐに対して、複数の検出電極１３２ｆ〜１３２ｋの各電極長さは０．４Ｐである。また、図１２（ａ）の各検出電極の中心（図１２（ａ）中の一点鎖線）間距離は１Ｐである。すなわち、Ｎ×Ｐ（Ｎは自然数）の式で表される長さにおいて、Ｎが１の場合に相当する。

言い換えれば、繰り返しパターン電極１１２ａの周期をＰとし、Ｎ１及びＮ２を自然数とするとき、第２検出電極群としての検出電極群１３２ｃが備える複数の第２検出電極の各々の中心間距離はＮ１×Ｐとなっている。同様に、第１検出電極群としての検出電極群１３２ｂが備える複数の第１検出電極の各々の中心間距離はＮ２×Ｐとなっている。

本実施例のように繰り返しパターン電極１１２ａの長さと複数の検出電極１３２ｆ〜１３２ｋの長さが一致していない場合でも、実施例１と同様に、検出電極に一体の矩形形状を設けた場合に比べて差動信号の出力振幅は大きくなる。これは、実施例１と同様に、検出電極部と繰り返しパターン電極１１２ａの重なり領域の面積が最小になる最小出力状態における、重なり領域の面積が少ないためである。

次に、図１２（ｂ）のように、複数の検出電極１３２ｆ〜１３２ｋの中心間距離がＮ×Ｐ（Ｎは自然数）近傍にない場合を説明する。電極１３２ｆと電極１３２ｇの中心間距離が１．２５Ｐ、電極１３２ｇと電極１３２ｈの中心間距離が０．７５Ｐである。この場合、電極１３２ｆ、電極１３２ｈと繰り返しパターン電極１１２ａの中心が一致する位相（重なり領域の面積最大の位相）のとき、電極１３２ｇ、電極１３２ｈと繰り返しパターン電極１１２ａの中心が一致しない。

すなわち、電極１３２ｆ、電極１３２ｈの出力が最大になるときの位相と、電極１３２ｇの出力が最大になるときの位相がずれる。出力が最小になるときの位相においても同様に、ある電極が出力最小になる位相と、他の電極の出力が最小になるときの位相がずれる。

次に、図１３を参照して、配置を図１２（ａ）、図１２（ｂ）のようにしたときの出力信号について説明する。図１３は、固定電極１３と可動電極１１とにより形成される静電容量に基づく出力信号を示すグラフである。横軸がステータス、縦軸が出力を示している。実線７２ａ、一点鎖線７２０ａは、検出電極群１３２ｂ（Ｓ１＋電極）と基準電極部１３ａ（ＧＮＤ）の合成容量を示している。実線７２ｂ、一点鎖線７２０ｂは、検出電極群１３２ｃ（Ｓ１−電極）と基準電極部１３ａ（ＧＮＤ）の合成容量を示している。実線７２ｃ、一点鎖線７２０ｃは、変位検出電極対の差動出力（差動信号）を示している。実線７２ｃは、実線７２ａと実線７２ｂの差動信号を示し、一点鎖線７２０ｃは、一点鎖線７２０ａと一点鎖線７２０ｂの差動信号を示している。

前述のように、一点鎖線で示される出力値は、電極１３２ｇと、電極１３２ｆ、電極１３２ｈの出力が最大になる位相がずれているため、ピークがずれた山を重ねたような形になる。このため、出力形状が非対称ないびつ形状になる。このように出力形状がいびつになると、ＭＦ操作リング１０８の回転を安定させて動かすことが難しくなる。また、一点鎖線７２０ｃの出力振幅は、実線７２ｃの出力振幅よりも小さい。これも、電極１３２ｇと、電極１３２ｆ、電極１３２ｈの出力が最大になる位相がずれているためである。

このため、図１２（ａ）のように、複数の検出電極１３２ｆ〜１３２ｋの各電極の中心間距離がＮ×Ｐ（Ｎは自然数）近傍になることが望ましい。これにより、可動電極が検出方向Ｂに動いている最中でも、電極１３２ｆ、電極１３２ｇ、電極１３２ｈと繰り返しパターン電極１１２ａの重なり領域の面積が近くなる。すなわち、出力形状がいびつになることと、出力振幅が小さくなることを防ぐことができる。このため、ＭＦ操作リング１０８の回転を安定させて動かすことができる効果が得られる。

次に、図１４を参照して、本発明の実施例３について説明する。本実施例は、検出電極の形状および位置が実施例１、２とは異なる。

図１４は、固定電極の検出電極群１３３ｂ（Ｓ１＋電極）と、位相が１８０度異なる検出電極群１３３ｃ（Ｓ１−電極）及び可動電極の繰り返しパターン電極１１３ａを示している。検出電極群１３３ｂ（Ｓ１＋電極）、検出電極群１３３ｃ（Ｓ１−電極）はそれぞれ複数の電極１３３ｆ、１３３ｇ、１３３ｈ、１３３ｉで構成される。電極１３３ｆと電極１３３ｇの中心間距離は２Ｐである。すなわち、Ｎ×Ｐ（Ｎは自然数）の式で表される長さにおいて、Ｎが２の場合に相当する。このように、電極１３３ｆと電極１３３ｇの中心間距離が２Ｐ以上でも、繰り返しパターン電極１１３ａと検出電極群１３３ｂ（Ｓ１＋電極）のステータスごとの重なり領域の面積は実施例１の場合と同様であり、同様の出力が得られる。

次に、図１５を参照して、本発明の実施例４について説明する。本実施例は、検出電極の形状が実施例１、２、３とは異なる。

図１５は、検出電極群１３４ｂ、検出電極群１３４ｃを、複数の電極１３４ｆ、１３４ｇを繰り返しパターン電極１１４ａと重なる範囲（図４（ｃ）の長さｈの範囲）で繋いだ形で構成している。言い換えれば、第１検出電極群としての検出電極群１３４ｂは、複数の第１検出電極（１３４ｆ及び１３４ｇ）と、複数の第１検出電極間をつなぐ第１連結電極を備えている。同様に、第３検出電極群としての検出電極群１３４ｃは、複数の第２検出電極と、複数の第２検出電極間をつなぐ第２連結電極を備えている。そして、最大出力状態において、第２検出電極のうち少なくとも一つの中心は、第１対向電極（図１５において第２連結電極と対向する可動電極）の中心と位置が異なる。

複数の電極１３４ｆ、１３４ｇの高さＴに対する繋ぎ部高さＥの割合が半分とすると、変位検出電極対の差動出力（差動信号）は、図１１の実線７１ｃと破線７１０ｃの中間付近になる。この場合も、検出電極に一体の矩形形状を設けた場合に比べて、差動信号の出力振幅向上効果があるため、ＭＦ操作リング１０８の回転をより細かく検出することが可能となり、ＭＦモードでの操作性を更に向上させることができる。

また、実施例１〜３では、二つの電極を繋ぐ配線（不図示）を繰り返しパターン電極１１４ａと重なる範囲（図４（ｃ）の長さｈの範囲）外に必要となる。それに対して本実施例では、複数の電極１３４ｆ、１３４ｇを繋ぐ配線を繰り返しパターン電極１１４ａと重なる範囲（図４（ｃ）の長さｈの範囲）外に別に用意する必要がないため、固定電極の配線も含めた幅（紙面上下方向）を小さくできる。

次に、図１６、図１７を参照して、本発明の実施例３について説明する。本実施例は、検出電極の形状および位置が実施例１〜４とは異なる。

図１６は、固定電極の検出電極群１３５ｂ（Ｓ１＋電極）と、位相が１８０度異なる検出電極群１３５ｃ（Ｓ１−電極）及び可動電極の繰り返しパターン電極１１５ａを示している。検出電極群１３５ｂ（Ｓ１＋電極）、検出電極群１３５ｃ（Ｓ１−電極）はそれぞれ複数の電極１３５ｆ、１３５ｇ、１３５ｈ、１３５ｉで構成される。電極１３５ｆと電極１３５ｇは、各電極長さが０．４Ｐであり、二つの電極の端から端までの距離が１．５Ｐになるように形成している。このように形成すると、電極１３５ｆと電極１３５ｇの電極中心間の距離がＮ×Ｐにならない。

図１７は、固定電極１３と可動電極１１とにより形成される静電容量に基づく出力信号を示すグラフである。横軸がステータス、縦軸が出力を示している。実線７６ａ、７６ｂ、７６ｃが電極１３５ｆと電極１３５ｇの電極中心間距離が１Ｐとなる配置とした時の出力値であり、一点鎖線７６０ａ、７６０ｂ、７６０ｃが電極１３５ｆと電極１３５ｇが本実施例の配置としたときの出力値である。実線７６ａ、一点鎖線７６０ａは、検出電極群１３５ｂ（Ｓ１＋電極）と基準電極部１３ａ（ＧＮＤ）の合成容量を示している。

実線７６ｂ、一点鎖線７６０ｂは、検出電極群１３５ｃ（Ｓ１−電極）と基準電極部１３ａ（ＧＮＤ）の合成容量を示している。実線７６ｃ、一点鎖線７６０ｃは、変位検出電極対の差動出力（差動信号）を示している。実線７６ｃは、実線７６ａと実線７６ｂの差動信号を示し、一点鎖線７６０ｃは、一点鎖線７６０ａと一点鎖線７６０ｂの差動信号を示している。

本実施例では、電極１３５ｆと電極１３５ｇの電極中心間の距離がＮ×Ｐにならないため、実施例２で説明したように、各電極の出力ピークになる位相がずれる。このため、ピークがズレた山を重ねたような形になり、出力振幅が小さくなる。しかし、このような場合でも、検出電極群１３５ｂ（Ｓ１＋電極）に一体の矩形形状を設けた場合と比較した時に、差動信号の出力振幅が大きい効果は失われない。

次に、図１８を参照して、本発明の実施例６について説明する。図１８は、本実施例における交換レンズ１ａの構成図である。

図１８（ａ）は、交換レンズ１ａの外観図である。１０８ａは、ＭＦ操作リング（可動部材）である。図１８（ｂ）は、ＭＦ操作リング１０８ａの斜視図である。１１１は可動電極である。実施例１の可動電極１１は円筒形状の電極であるが、本実施例の可動電極１１１は円盤状の電極である。図１８（ｂ）に示されるように、可動電極１１１は、放射方向に延びた電極が円周方向に扇状電極の有無の繰り返しパターンを有して構成されており、可動電極１１１のうちいわゆる櫛歯部分は外側で繋がって互いの扇状電極が導通している。

図１８（ｃ）は、可動電極１１１が一体化されたＭＦ操作リング１０８ａと、基準電極および検出電極を含む固定電極１１３とを光軸方向から見た図である。図１８（ｄ）は、固定電極１１３を含むハード基板のみを示している。周方向に長い扇状の固定電極１１３には、実施例１にて説明した基準電極および検出電極が周方向に沿って同様に配置されている。可動電極１１１および固定電極１１３は、光軸方向に一定のギャップを保って対向して設けられている。本実施例の構成においても、実施例１と同様の変位検出が可能である。

（変形例）
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形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、各実施例において、第１電極（固定電極１３）は固定部材（案内筒１２）に設けられており、第２電極（可動電極１１）は可動部材（ＭＦ操作リング１０８）に設けられている。ただし、各実施例はこれに限定されるものではなく、第１電極を可動部材に設け、第２電極を固定部材に設けてもよい。

１１ 可動電極（第２電極部）
１１ａ 繰り返しパターン（複数の第２電極）
１３ 固定電極（第１電極部）
１３ａ 基準電極部
１３ｂ 検出電極群（第１検出電極群）
１３ｃ 検出電極群（第２検出電極群）
１３ｆ、１３ｇ 検出電極（複数の第１検出電極）
１３ｈ、１３ｉ 検出電極（複数の第２検出電極）
１７ 演算回路（検出手段）
１０９ 操作角検出器（変位検出装置）

Claims (20)

1. 複数の検出電極群を有する第１電極部と、
   所定の周期パターンを有し、前記第１電極部に対して相対移動可能な複数の第２電極を有する第２電極部と、
   前記第１電極部と前記第２電極部との間の静電容量に基づいて変位を検出する検出手段とを有し、
   前記複数の検出電極群は、複数の第１検出電極を有する第１検出電極群と、前記所定の周期パターンに関して前記第１検出電極群に対して１８０度の位相差を有するとともに複数の第２検出電極を有する第２検出電極群を含み、
   前記第１検出電極群と前記第２電極部が重なる面積が最大になる状態を最大出力状態とするとき、
   前記最大出力状態において、前記第１検出電極群が設けられている領域と前記第２電極部が重なる面積は、前記第２検出電極群が設けられている領域と前記第２電極部が重なる面積よりも大きく、
   前記最大出力状態において、前記複数の第２電極のうち前記第２検出電極群が設けられている領域と対向する電極を第１対向電極とするとき、
   前記複数の第２検出電極のうち少なくとも一つの第２検出電極は、前記少なくとも一つの第２検出電極の中心が前記第１対向電極の中心とは位置が異なるように設けられている、
   ことを特徴とする変位検出装置。
2. 前記第２電極部の前記所定の周期パターンは、所定の方向において所定の周期を有する繰り返しパターンである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の変位検出装置。
3. 前記第１電極部は前記所定の方向において前記所定の周期の整数倍の長さを有する基準電極部をさらに有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の変位検出装置。
4. 前記第１検出電極群と前記第２電極部が重なる面積が最小になる状態を最小出力状態とし、前記最小出力状態において、前記複数の第２電極のうち前記第２検出電極群が設けられている領域と対向する複数の電極を複数の第２対向電極とするとき、
   前記最小出力状態において、
   前記複数の第２検出電極の各々の中心は、前記複数の第２対向電極の各々の中心と略一致している、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の変位検出装置。
5. 前記第１検出電極群と前記第２電極部が重なる面積が最小になる状態を最小出力状態とし、前記最小出力状態において、前記複数の第２電極のうち前記第２検出電極群が設けられている領域と対向する複数の電極を複数の第２対向電極とし、前記複数の第２検出電極の各々の中心と前記複数の第２対向電極の各々の中心とのずれ量をＤ１とし、前記複数の第２検出電極の各々の幅をＷ１とするとき、
   前記最小出力状態において、
   ０≦Ｄ１／Ｗ１≦０．１
   を満足する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の変位検出装置。
6. 前記複数の第２電極の周期をＰとし、Ｎ１を自然数とするとき、
   前記複数の第２検出電極は、前記複数の第２検出電極の各々の中心間距離がＮ１×Ｐになるように設けられている、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の変位検出装置。
7. 前記最大出力状態において、
   前記複数の第２検出電極の各々は前記第１対向電極と対向しない、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の変位検出装置。
8. 前記複数の第２電極の周期をＰとし、Ｍ１を自然数とするとき、
   前記第１検出電極群は、所定の方向において、（Ｍ１＋０．５）×Ｐの長さを有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の変位検出装置。
9. 前記第１検出電極群は２つの前記第１検出電極を有する第１検出電極対である、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の変位検出装置。
10. 前記複数の第２電極の周期をＰとし、Ｍ２を自然数とするとき、
    前記第２検出電極群は、所定の方向において、（Ｍ２＋０．５）×Ｐの長さを有する、
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の変位検出装置。
11. 前記第２検出電極群は２つの前記第２検出電極を有する第２検出電極対である、
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の変位検出装置。
12. 前記第１検出電極群と前記第２電極部が重なる面積が最小になる状態を最小出力状態とするとき、
    前記最小出力状態において、前記第１検出電極群が設けられている領域と前記第２電極部が重なる面積は、前記第２検出電極群が設けられている領域と前記第２電極部が重なる面積よりも小さく、
    前記最小出力状態において、前記複数の第２電極のうち前記第１検出電極群が設けられている領域と対向する電極を第３対向電極とするとき、
    前記複数の第１検出電極のうち少なくとも一つの第１検出電極は、前記少なくとも一つの第１検出電極の中心が前記第３対向電極の中心とは位置が異なるように設けられている、
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の変位検出装置。
13. 前記最大出力状態において、前記複数の第２電極のうち前記第１検出電極群が設けられている領域と対向する複数の電極を複数の第４対向電極とするとき、前記複数の第１検出電極の各々の中心は、前記複数の第４対向電極の各々の中心と略一致している、
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の変位検出装置。
14. 前記最大出力状態において、前記複数の第２電極のうち前記第１検出電極群が設けられている領域と対向する複数の電極を複数の第４対向電極とし、前記複数の第１検出電極の各々の中心と前記複数の第４対向電極の各々の中心とのずれ量をＤ２とし、前記複数の第１検出電極の各々の幅をＷ２とするとき、
    前記最大出力状態において、
    ０≦Ｄ２／Ｗ２≦０．２０
    を満足する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の変位検出装置。
15. 前記複数の第２電極の周期をＰとし、Ｎ２を自然数とするとき、
    前記複数の第１検出電極は、前記第１検出電極の各々の中心間距離がＮ２×Ｐになるように設けられている、
    ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の変位検出装置。
16. 前記最小出力状態において、
    前記複数の第１検出電極の各々は前記複数の第３対向電極と対向しない、
    ことを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか一項に記載の変位検出装置。
17. 前記複数の第２電極が配列されている方向において、
    前記第１検出電極群が設けられている領域と、前記第２検出電極群が設けられている領域との長さは同じである、
    ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の変位検出装置。
18. 前記第１電極部は、複数の第３検出電極を備える第３検出電極群と、複数の第４検出電極群を備える第４検出電極群をさらに備える、
    ことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の変位検出装置。
19. 請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の変位検出装置と、
    前記変位検出装置による前記変位の検出結果に基づいて駆動するレンズユニットと、を備える、
    ことを特徴とするレンズ鏡筒。
20. 請求項１９に記載のレンズ鏡筒と、
    撮像素子と、
    前記撮像素子を保持するカメラ本体と、を備える、
    ことを特徴とする撮像装置。

Images