JP4483950B2 - レンズ鏡筒および撮像装置 - Google Patents
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Description
位置検出用マグネット1のN,S磁性は、図16に示されるように、位置検出用マグネット1の延在方向に沿って交互に配列されるように着磁されている。
位置検出素子6には磁気式のMRセンサ(磁気抵抗素子)が用いられ、この磁気抵抗素子は磁界の変化に伴って抵抗値が変化する素子であるため、可動レンズの移動に伴って位置検出用マグネット1が移動すると、これに対向配置された位置検出素子6に作用する磁界が変化し磁気抵抗値が変化する。
これに伴い、位置検出素子6からは、図17に示されるように、所定周期で正弦波状に変化するA相の検出信号Asinθと、A相の検出信号に対してλ/4位相の異なる余弦波状に変化するB相の検出信号Acosθが出力される。この2つの検出信号に基づいて可動レンズの位置を検出している。
なお、レンズホルダ2は、鏡筒4内に光軸Lと平行に設けたガイド軸5によって鏡筒4内を光軸L方向に移動可能に支持されている。このレンズホルダ2にはリニアアクチュエータによって光軸L方向に駆動される。また、リニアアクチュエータは、駆動用コイル7、駆動用マグネット8、接地ヨーク9および対向ヨーク10から構成されている。
そこで、このような位置検出を行う場合は、測定位置を絶対値化するために基準となる位置(基準位置)を検出する必要がある。具体的には、特許文献1に示されているように、光学レンズと一体になって移動するレンズ保持部材に遮光部を設け、鏡筒等の固定部にフォトインタラプタのようなリセット用のセンサを配置する。
この構成の位置検出装置の場合、保持部材の移動に応じて遮光部がフォトインタラプタの光路を遮ることで、センサ出力がHighからLow又はLowからHighに変化する。このセンサ出力が変化した時点での位置検出を行い、検出された位置を基準位置とする。この基準位置情報と位置検出素子からの出力のピーク値から保持部材の位置を検出する。
そこで、このような問題を解決するために特許文献2に示す位置検出システムが知られている。この位置検出システムでは、保持部材をメカニカルストッパなどの機械的機構に当接させ、当接した位置を基準位置とする手法を示している。この手法であれば外部に基準位置検出用のリセット用センサ等を用いる必要がない。
しかし、特許文献1および2の手法では、どちらも基準位置の検出が必要不可欠であり、位置検出素子6からの出力信号のみからでは保持部材の絶対的な位置を把握することはできない。これでは起動中に外部からの衝撃等の力が加わった場合、保持部材の停止位置がずれ保持部材の正確な位置を見失い制御不能に陥る。また、再び正常な動作に戻すためには、基準位置を検出するためのリセット動作が必要不可欠となる。さらに、カメラの起動に際しても基準位置の検出作業を行う必要があるため、カメラの起動動作が遅くなるという問題がある。
また、本発明の撮像装置は、レンズ鏡筒を有し、レンズ鏡筒は、撮像光学系と、撮像光学系を収容する鏡筒と、撮像光学系を構成する少なくとも1枚のレンズを鏡筒内に撮像光学系の光軸方向に移動可能に保持する保持部材と、保持部材の移動量に応じてピーク値が変化する少なくとも1つの周期的な検出信号を出力するセンサ部と、検出信号の各ピーク値と保持部材の光軸方向の位置の関係を予め記憶する記憶部と、保持部材が移動した時にセンサ部で検出された検出信号のピーク値から、記憶部に記憶された関係に基づいて保持部材の光軸方向における位置を算出する演算処理部とを備えている。そして、センサ部は、鏡筒および保持部材の一方に設けられた位置検出用の発光素子と、鏡筒および保持部材の他方に発光素子に対向して設けられ検出信号を出力する光感応型の位置検出素子と、発光素子と位置検出素子との間に配置され、発光素子から位置検出素子へ入射される光を変化させることにより検出信号を保持部材の移動量に応じて周期的に変化させるとともに該検出信号のピーク値を保持部材の光軸方向への移動量に応じて減少もしくは増加するように変化させる光学式リニアスケールと、を備えることを特徴としている。
よって、本発明のレンズ鏡筒および撮像装置によれば、従来のような基準位置検出作業を行うことなくセンサ部の出力のみから撮像光学系の絶対位置を把握し、撮像光学系の位置を検出することができる。
次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は本実施の形態における撮像装置30の斜視図、図2は本実施の形態における撮像装置30の構成を示すブロック図である。
図1に示すように、本実施例の撮像装置30はデジタルスチルカメラであり、外装を構成するケース12を有している。なお、本明細書においては被写体側を前方としその反対側を後方とする。
ケース12の前面右側部寄りの箇所には、撮像光学系14、撮像光学系14の駆動部16、撮像光学系14の位置検出に供されるセンサ部18が組み込まれたレンズ鏡筒20が設けられ、レンズ鏡筒20の後端には撮像光学系14によって導かれた被写体像を撮像する撮像素子111(図2参照)が設けられている。また、センサ部18から出力される検出信号は、後述する制御部38の演算処理部38a(図2参照)に取り込まれるようになっている。
ケース12の前面上部寄りの箇所には閃光を発光するフラッシュ部22、光学式ファインダの対物レンズ23などが設けられている。なお、本明細書において前方とは被写体側をいい、後方とは結像側をいうものとする。
ケース12の上端面にはシャッタボタン24が設けられ、ケース12の後面には、前記光学式ファインダの接眼窓25、電源のオンオフ、撮像モード、再生モードの切り替えなど種々の操作を行うための複数の操作スイッチ26、撮像した映像を表示するディスプレイ27(図2参照)などが設けられている。
撮像素子111は撮像面111A(図3参照)を有し、撮像光学系14によって撮像面111Aに結像された被写体像を撮像して撮像信号を生成するCCDやCMOSセンサなどで構成されている。
画像処理部34は、撮像素子111から出力された撮像信号に基づいて画像データを生成し、記憶媒体32に記録するものである。
記憶媒体32は、ケース12に設けられたメモリスロットに装脱されるメモリカード、あるいは、ケース12に内蔵されたメモリなどで構成されている。
表示処理部36は、画像処理部34から供給される前記画像データをディスプレイ27に表示させるものである。
制御部38は、操作スイッチ26やシャッタボタン22の操作に応じて画像処理部34、表示処理部36、駆動部16を制御するCPUなどで構成されている。また、この制御部38はセンサ部18から出力される検出信号に基づいて撮像光学系14の位置を算出する演算処理部38aを備える。また、記憶部39はROMなどからなり、センサ部18から撮像光学系14の移動量に応じて周期的に出力される検出信号の各ピーク値および該ピーク値に関連付けた位置データなどのデータが格納される。
図3はレンズ鏡筒20の概略構成を示す説明図である。
レンズ鏡筒20は、図3に示すように、撮像光学系14、撮像光学系14の駆動部16、撮像光学系14の位置検出に供されるセンサ部18、固定式の鏡筒104などを備えている。
撮像光学系14は鏡筒104内に収容されるもので、フォーカスレンズやズームレンズ等の光学レンズ103を少なくとも1枚有し、この光学レンズ103はレンズホルダ102(特許請求の範囲に記載した保持部材に相当する)に保持されている。レンズホルダ102は、鏡筒104内に光軸Lと平行に設けたガイド軸105,106によって、ガタつくことなく、かつ回転しないように鏡筒104内を光軸L方向に移動可能に支持されている。また、撮像光学系を含むレンズホルダ102はリニアアクチュエータ式の駆動部16によって光軸L方向に駆動される構成になっている。
リニアアクチュエータ式の駆動部16は、レンズホルダ102に固定された駆動用コイル107、駆動用コイル107との磁気的吸引および反発作用によりレンズホルダ102を光軸L方向に移動させる駆動用マグネット108、駆動用コイル107と駆動用コイル107との磁路を形成する接地ヨーク109および対向ヨーク110から構成されている。接地ヨーク109はマグネット108に対して駆動用コイル107と反対の面に配置されており、対向ヨーク110は環状に巻かれた駆動コイル107を貫通している。
また、光学レンズ103によって導かれた被写体像を撮像する撮像素子111が鏡筒104に設けられている。
このような検出信号を出力するセンサ部18は、図3および図4に示すように、鏡筒104の内壁に設けられたMR素子からなる磁気感応型の位置検出素子100と、この位置検出素子100に対向して、レンズホルダ102に、該レンズホルダ102の移動方向に沿い延在しに設けられた位置検出用マグネット101を備える。
位置検出用マグネット101のN,S磁性は、図16に示す場合と同様に、位置検出用マグネット101の延在方向(光軸Lの方向)に沿って交互に配列されるように着磁されており、さらに、この位置検出用マグネット101は、光軸Lと平行な線(レンズホルダ102の移動方向)に対しレンズホルダ102の移動方向に所定の角度θ傾斜して配置されている。これに対して、位置検出用マグネット101と相対向する位置検出素子100は光軸Lと平行に配置されている。
駆動用コイル107に電流が流れると、対向ヨーク110と駆動用マグネット108との間を通る磁束により駆動用コイル107にはフレミングの左手の法則にしたがって光軸L方向に平行な推力が発生し、光学レンズ103を含むレンズホルダ102はガイド軸105,106に沿って光軸L方向へと駆動用コイル107とともに移動する。
一方、位置検出用マグネット101が光軸Lに対しレンズホルダ102の移動方向に角度θ傾斜して配置されているため、レンズホルダ102が光軸Lに沿って移動する際に、光軸方向における位置によって位置検出用マグネット101と位置検出素子100との間隔に差が生じる。
すなわち、位置検出用マグネット101と位置検出素子100との間隔が開くほど位置検出用マグネット101から位置検出素子100への磁界は弱くなるため、位置検出素子100からは、図5に示すように、レンズホルダ102の移動量に応じて周期的に変化する正弦波状の検出信号Asinθと余弦波状の検出信号Acosθを出力することができる。
そして、この検出信号AsinθとAcosθの正側のピーク値HP1、HP2,・・・・および負側のピーク値LP1,LP2,・・・・はレンズホルダ102の光軸L方向への移動、すなわち光学レンズ103が光軸LのL1方向(ワイド方向)に移動するに従い減少するように変化し、また、光学レンズ103が光軸LのL2方向(テレ方向)に移動するに従い増加するように変化する。したがって、この検出信号AsinθとAcosθの各ピーク値からレンズホルダ102の絶対位置を把握することができる。
撮像開始に伴う撮像装置30の起動時、レンズホルダ102の位置が図5に示すピーク値LP2とHP3との間にあると仮定して述べる。
まず、レンズ鏡筒20を含む撮像装置30の工場出荷時などにレンズホルダ102を駆動部16によりワイド方向またはテレ方向に実際に移動し、位置検出素子100から出力される検出信号Asinθと検出信号Acosθの各ピーク値HP1、HP2,・・・・およびLP1,LP2,・・・・を制御部38の演算処理部38aに取り込む。そして、この各ピーク値HP1、HP2,・・・・およびLP1,LP2,・・・・と、これらピーク値に対応して決められたレンズホルダ102の光軸L方向の位置データとを関連付けてテーブル化し、記憶部39に格納しておく(ステップS1)。
次に、位置検出素子100で検出したピーク値を演算処理部38aに取り込んで、予め記憶部39に格納しておいた各ピーク値HP1、HP2,・・・・およびLP1,LP2,・・・・と比較する(ステップS3)。
次に、検出されたピーク値と一致した点、すなわち記憶部39のピーク値に対応する光軸L方向の位置を基準にして、以降のレンズホルダ102の光軸L方向への光軸方向における位置を演算処理部38aにより算出する。
例えば、検出されたピーク値がHP3であるとすると、このピーク値と一致した記憶部39のピーク値HP3に対応する光軸L方向の位置データを基準にして、以降のレンズホルダ102の光軸L方向への移動に伴う位置を検出することができる。
a)位置検出を行う際に、測定位置を絶対値化するための基準位置を検出することなしに、レンズホルダ102の絶対位置を検出することができ、しかも測定位置を絶対値化するための基準位置を検出する回路が必要なくなる。
b)測定位置を絶対値化するための基準位置を検出する必要がないため、鏡筒等の固定部にフォトインタラプタのようなリセット用のセンサを配置する必要がなくなり省スペース化および低コスト化が実現できる。
c)測定位置を絶対値化するための基準位置を検出する必要がないため、レンズホルダ102に遮光部を設ける必要がなくなり、省スペース化が実現できるとともに軽量化が実現でき、レンズホルダ102を駆動させるための電力を低減することができる。
d)従来のようにレンズホルダを一旦メカニカルストッパなどの機械的機構に押し当て基準位置とする作業が不要となるため早い起動動作が可能となる。
e)基準位置を検出することなしに、レンズホルダ102の絶対位置を検出することができるため、外部からの衝撃等を受けた際にも現在位置を見失うことがなく、従来のようなリセット動作が不要となる。
f)位置検出素子からの出力の各ピーク値を記録していくことで、絶対位置を検出していくため、両側のピーク値を読むことで移動方向も検知することができる。
g)位置検出素子100から位相差をもって出力される2つの検出信号AsinθとAcosθを用いて光学レンズの位置を検出するようにしたので、光学レンズの位置検出の分解能を向上できる。
次に本発明にかかるレンズ鏡筒20の第2の実施の形態について図7および図8を参照して説明する。
なお、以下の実施の形態において、第1の実施の形態と同一の構成要素には同一符号を付してその説明を省略し、第1の実施の形態と異なる部分を重点に述べる。
この第2の実施の形態は、センサ部18の構成が第1の実施の形態と異なっている。
すなわち、センサ部18を構成する位置検出用マグネット101は、図7および図8から明らかなように、レンズホルダ102の移動方向(光軸Lの方向)と平行にしてレンズホルダ102に装着される。
そして、この位置検出用マグネット101のN,S磁性は、図16に示す場合と同様に、位置検出用マグネット101の延在方向に沿って交互に配列されるように着磁されており、さらに、N,S磁性の磁界の強度は位置検出用マグネット101の延在方向の一端から他端に行くに従い増加または減少するように構成されている。
その結果、図5に示す場合と同様に、位置検出素子100から出力されるA相とB相の2つの検出信号AsinθとAcosθのピーク値を光学レンズ103の光軸L方向への移動に従い減少または増加させることができる。これにより、上記第1の実施の形態と同様な効果が得られる。
次に本発明のレンズ鏡筒に使用されるセンサ部の実施の形態について図9を参照して説明する。
この実施の形態に示すセンサ部200は光学式リニアスケールからなるもので、図9に示すように、LEDなどからなる位置検出用の発光素子202、スリット板203、測定板204、フォトダイオードなどからなる一対の位置検出素子206、光学フィルタ207を備える。
発光素子202は、図示省略したレンズホルダに設けられている。また、一対の位置検出素子206は発光素子202に対向して、図示省略の鏡筒に取り付けられている。
スリット板203は、発光素子202寄りに発光素子202に対向して光軸L方向に延在して配設され、このスリット板203には、一対の位置検出素子206から出力されるA相およびB相の検出信号に、上記図5に示す周期的な変化を与えるための複数のスリット201が一定の間隔λをおいて形成されている。
測定板204は、位置検出素子206寄りに位置検出素子206に対向して光軸L方向に延在して配設され、この測定板204の位置検出素子206と対向する箇所には、一対のスリット205が一定の間隔λ/4をおいて形成されている。この一対のスリット205はスリット板203のスリット201を透過してくる光を一対の位置検出素子206へ導いて、位置検出素子206からA相およびB相の検出信号を出力するようになっている。
光学フィルタ207は、発光素子203と一対の位置検出素子206との間に光軸L方向に延在して配設されている。この光学フィルタ207は、レンズホルダの光軸L方向への移動量に応じて周期的に変化する検出信号のピーク値をレンズホルダの光軸L方向への移動に従って減少もしくは増加するように変化させるものである。このために、光学フィルタ207は、その光透過量が、光学フィルタ207の延在方向の一端から他端に行くに従い増加または減少するように構成されている。
したがって、第3の実施の形態においても、上記第1の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
次に本発明にかかるレンズ鏡筒20の第4の実施の形態について図10および図11を参照して説明する。
この第4の実施の形態は、センサ部18の構成が第1の実施の形態と異なっている。
すなわち、センサ部18を構成する位置検出素子100は、図10および図11から明らかなように、位置検出用マグネット101と同様にレンズホルダ102の移動方向(光軸Lの方向)に傾斜して鏡筒104に配設されている。
このため、上記図5に示す場合と同様に、位置検出素子100から光学レンズ103の移動に従いピーク値の減少または増加する、A相とB相の2つの検出信号AsinθとAcosθを出力することができる。これにより、上記第1の実施の形態と同様な効果が得られる。
次に本発明にかかるレンズ鏡筒20の第5の実施の形態について図12を参照して説明する。
この第5の実施の形態は、センサ部18の構成が第1の実施の形態と異なっている。
すなわち、センサ部18を構成する位置検出用マグネット101は、図7および図8から明らかなように、光学レンズ103の光軸Lの方向と平行に配置され、さらに、この位置検出用マグネット101はレンズホルダ102が光軸L方向に移動されるのにつれて、位置検出素子100に対し接近および離間する方向に移動できるようにレンズホルダ102のガイド軸と別のガイド部材112に支持されている。
このガイド部材112は光軸Lと平行に線に対して、レンズホルダ102の移動方向に角度θ傾斜されている。
位置検出用マグネット101のN,S磁性は、図16に示す場合と同様に、位置検出用マグネット101の延在方向に沿って交互に配列されるように着磁されている。また、位置検出素子100は位置検出用マグネット101のN,S磁性面に対し平行になるようにして鏡筒104に配設されている。
このため、上記図5に示す場合と同様に、位置検出素子100から光学レンズ103の移動に従いピーク値の減少または増加する、A相とB相の2つの検出信号AsinθとAcosθを出力することができる。これにより、上記第1の実施の形態と同様な効果が得られる。
次に本発明にかかるレンズ鏡筒20の第6の実施の形態について図13および図14を参照して説明する。
この第6の実施の形態は、センサ部18の構成が第1の実施の形態と異なっている。
すなわち、センサ部18を構成する位置検出素子100は、図13および図14から明らかなように、A相に相当する1相のみの検出信号Asinθを出力できるように構成されている。そして、位置検出用マグネット101は光軸Lと平行する線に対してレンズホルダ102の移動方向に角度θ傾斜してレンズホルダ102に配設されている。
これに伴い、位置検出素子100から図14に示すような周期的に変化する正弦波状の検出信号Asinθを出力することができる。そして、この検出信号Asinθの正側のピーク値HP1、HP2,・・・・および負側のピーク値LP1,LP2,・・・・はレンズホルダ102の光軸L方向への移動、すなわち光学レンズ103が光軸LのL1方向(ワイド方向)に移動するに従い減少するように変化する。
したがって、この1相のみの検出信号Asinθの各ピーク値からレンズホルダ102の絶対位置および移動方向を把握することができる。これにより、検出信号が1相のセンサ部を用いて上記第1の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
Claims (5)
- 撮像光学系と、
前記撮像光学系を収容する鏡筒と、
前記撮像光学系を構成する少なくとも1枚のレンズを前記鏡筒内に前記撮像光学系の光軸方向に移動可能に保持する保持部材と、
前記保持部材の移動量に応じてピーク値が変化する少なくとも1つの周期的な検出信号を出力するセンサ部と、
前記検出信号の各ピーク値と前記保持部材の前記光軸方向の位置の関係を予め記憶する記憶部と、
前記保持部材が移動した時に前記センサ部で検出された検出信号のピーク値から、前記記憶部に記憶された前記関係に基づいて前記保持部材の前記光軸方向における位置を算出する演算処理部と、
を備え、
前記センサ部は、
前記鏡筒および前記保持部材の一方に設けられた位置検出用の発光素子と、
前記鏡筒および前記保持部材の他方に前記発光素子に対向して設けられ前記検出信号を出力する光感応型の位置検出素子と、
前記発光素子と前記位置検出素子との間に配置され、前記発光素子から前記位置検出素子へ入射される光を変化させることにより前記検出信号を前記保持部材の移動量に応じて周期的に変化させるとともに該検出信号のピーク値を前記保持部材の前記光軸方向への移動量に応じて減少もしくは増加するように変化させる光学式リニアスケールと、
を備えることを特徴とするレンズ鏡筒。 - 前記検出信号のピーク値は、前記保持部材の移動量に応じて減少もしくは増加する、
ことを特徴とする請求項1記載のレンズ鏡筒。 - 前記光学式リニアスケールは、
前記発光素子側に前記光軸方向に延在して配設されたスリット板と、
前記スリット板に前記検出信号の周期に相当する間隔をおいて形成され前記検出信号に周期的な変化を与えるための複数のスリットと、
前記位置検出素子側に前記光軸方向に延在して配設された測定板と、
前記測定板に形成され前記スリット板のスリットを透過した光を前記位置検出素子へ導く透過用のスリットと、
前記スリット板と前記測定板との間に前記光軸方向に延在して配設され前記検出信号のピーク値を前記保持部材の前記光軸方向への移動量に応じて減少もしくは増加するように変化させる光学フィルタと、
を備えることを特徴とする請求項1記載のレンズ鏡筒。 - 前記光学フィルタの光透過量は、前記光学フィルタの延在方向の一端から他端に行くに従い増加または減少するように構成されている、
ことを特徴とする請求項3記載のレンズ鏡筒。 - レンズ鏡筒を有する撮像装置であって、
前記レンズ鏡筒は、
撮像光学系と、
前記撮像光学系を収容する鏡筒と、
前記撮像光学系を構成する少なくとも1枚のレンズを前記鏡筒内に前記撮像光学系の光軸方向に移動可能に保持する保持部材と、
前記保持部材の移動量に応じてピーク値が変化する少なくとも1つの周期的な検出信号を出力するセンサ部と、
前記検出信号の各ピーク値と前記保持部材の前記光軸方向の位置の関係を予め記憶する記憶部と、
前記保持部材が移動した時に前記センサ部で検出された検出信号のピーク値から、前記記憶部に記憶された前記関係に基づいて前記保持部材の前記光軸方向における位置を算出する演算処理部と、
を備え、
前記センサ部は、
前記鏡筒および前記保持部材の一方に設けられた位置検出用の発光素子と、
前記鏡筒および前記保持部材の他方に前記発光素子に対向して設けられ前記検出信号を出力する光感応型の位置検出素子と、
前記発光素子と前記位置検出素子との間に配置され、前記発光素子から前記位置検出素子へ入射される光を変化させることにより前記検出信号を前記保持部材の移動量に応じて周期的に変化させるとともに該検出信号のピーク値を前記保持部材の前記光軸方向への移動量に応じて減少もしくは増加するように変化させる光学式リニアスケールと、
を備えることを特徴とする撮像装置。
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