JP5084523B2 - 位置検出装置、撮像装置および光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、光によって物体の有無や位置を検出するフォトインタラプタを有する位置検出装置、該位置検出装置を具備する撮像装置および光学装置に関するものである。

カメラには倍率レンズや焦点調節レンズなどの駆動部がいくつかあり、それらの駆動を検出するためのセンサとして、光によって物体の有無や位置を検出するフォトインタラプタ（以下、ＰＩとも記す）が多く利用されている。そして、そのＰＩの用途は主に二つの用途に分けられる。一つは、エンコーダとしての用途であり、もう一つは、基準位置検出センサとしての用途である。

上記エンコーダは駆動部の相対的な駆動距離を検出するものであり、基準位置検出センサは駆動部の絶対的な位置を検出するものであり、主に初期化動作やリセット動作時に使用される。以下、エンコーダの用途で使用されるＰＩをエンコーダＰＩ、基準位置検出センサの用途で使用されるＰＩをリセットＰＩと記す。

これらＰＩを用いて検出するには、検出回路が必要である。図８は、従来のＰＩ検出回路の構成の一例を示すものである。

ＰＩ４０１は、ＬＥＤ等から成る発光素子４０２と、フォトトランジスタ等から成る受光素子４０３とを備えている。どちらの素子も電源電圧Ｖｃｃの供給を受けており、発光素子４０２は電流制限抵抗４０４を介して、受光素子４０３は電圧検出抵抗４０５を介して、それぞれ接地されている。そして、電圧検出抵抗４０５によって出力された検出電圧Ｖｂが、スレッシュ電圧レベル等が設定されたコンパレータ４０６やＡ／Ｄ変換器などに入力され、所望の信号Ｖｏｕｔが得られる。つまり、この検出回路では、一個のＰＩに対して二つの抵抗を要することとなる。

また、特許文献１のように、感度調整を行うために電流制限抵抗や電圧検出抵抗にそれぞれ複数個の抵抗を使用する場合には、１個のＰＩに対して要する抵抗の数も多くなる。その一方で、カメラ１台のうちで使用されているＰＩの数を考えると、その数は１個ではなく、倍率調整レンズのエンコーダＰＩとして１〜２個使用していたり、倍率レンズや焦点調整レンズのリセットＰＩとして各々１個ずつ使用していたりしている。つまり、カメラ１台に対してＰＩを複数個使用していることが多い。したがって、全ＰＩの検出回路において使用される抵抗の数も多くなっていく。
特開平６−１０４７１９号公報

近年のコンパクトカメラは、サイズの小型化が強く要求されるようになってきており、基板の面積も小さくする必要がある。したがって、そのような要求がある場合には、この検出抵抗を含めた部品点数は可能な限り少ない方が望ましいこととなる。部品点数を減らすためには、連結抵抗を使用したり、半導体内部の拡散抵抗を抵抗として使用したりすることが考えられる。しかし、このような対策は必ずしもすべてのＰＩに対して適用可能とは限らず、ＰＩの用途に応じて最適な構成が異なる。

（発明の目的）
本発明の目的は、小型化と検出精度とを達成することのできる位置検出装置、撮像装置および光学装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、被駆動部材の変位量をエンコーダパルスとして検出するための第１のフォトインタラプタと前記被駆動部材の制御基準位置を検出するための第２のフォトインタラプタとを使って、位置を検出する位置検出手段であって、前記第１のフォトインタラプタの検出回路の電流制限抵抗と電圧検出抵抗は半導体内部に１個あるいは複数個の内部抵抗によって設けられ、当該内部抵抗の接続オンオフにより前記第１のフォトインタラプタの感度を調整可能であるとともに、前記第２のフォトインタラプタの検出回路の電流制限抵抗と電圧検出抵抗は半導体外部の抵抗素子によって設けられる位置検出装置とするものである。

同じく上記目的を達成するために、本発明は、本発明の上記位置検出装置を具備する撮像装置とするものである。

同じく上記目的を達成するために、本発明は、本発明の上記位置検出装置を具備する光学装置とするものである。

本発明によれば、小型化と検出精度とを達成することができる位置検出装置、撮像装置または光学装置を提供できるものである。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１よび２に示す通りである。

図１は本発明の実施例１に係わる撮像装置の構成を示す図である。１００は撮像装置であり、以下の各部材を具備している。

１０は撮像光学系であり、光軸方向に移動させられる倍率レンズ１１ａや焦点調節レンズ１１ｂ、シャッタ１２、絞り１３などによって構成される。２１は光学像を電気信号に変換する撮像素子、２２は撮像素子２１からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。２４は、撮像素子２１、Ａ／Ｄ変換器２２、Ｄ／Ａ変換器２７にクロック信号や制御信号を供給するタイミング発生回路であり、メモリ制御回路２５及び後述のシステムコントローラ５０により制御される。２３は画像処理回路であり、Ａ／Ｄ変換器２２からのデータ或いはメモリ制御回路２５からのデータに対して所定の画素補間処理や色変換処理を行う。

２５はメモリ制御回路であり、Ａ／Ｄ変換器２２、画像処理回路２３、タイミング発生回路２４、画像表示メモリ２６、Ｄ／Ａ変換器２７、圧縮伸長回路２８、内部メモリ２９を制御する。７はＴＦＴ，ＬＣＤ等から成る画像表示部であり、画像表示メモリ２６に書き込まれた表示用の画像データを表示する。２８は適応離散コサイン変換（ＡＤＣＴ）等により画像データを圧縮伸長する圧縮伸長回路であり、後述の内部メモリ２９に格納された画像を読み込んで圧縮処理或いは伸長処理を行い、処理を終えたデータを後述の内部メモリ２９に書き込む。２９は撮影された静止画像や動画像を格納するための内部メモリであり、システムコントローラ５０の作業領域としても使用することが可能である。

３０は駆動部コントローラであり、撮像光学系１０における各構成部材や保護部材である後述のバリア２などを駆動させるためのものである。８はストロボであり、ＡＦ補助光の投光機能、ストロボ調光機能を有し、像データを画像処理回路２３によって演算された演算結果に基づいてシステムコントローラ５０によって制御される。

５０は撮像装置１００全体を制御するシステムコントローラ、４５はシステムコントローラ５０の動作用の定数、変数、プログラム等を記憶するメモリである。４７は液晶表示器、スピーカー等の表示部であり、システムコントローラ５０でのプログラムの実行に応じて、文字、画像、音声等を用いて動作状態やメッセージ等を表示する。４６は電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリであり、例えばＥＥＰＲＯＭ等が用いられる。

２はバリアであり、撮像装置１００の撮像光学系１０を含む撮像部を覆う事により、撮像部の汚れや破損を防止する保護部材である。６は光学ファインダであり、画像表示部７による電子ファインダ機能を使用すること無しに、光学ファインダのみを用いて撮影を行うことが可能である。

４８は電源制御部であり、電池検出回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ、通電する回路を切り換えるスイッチ等により構成されている。そして、電池の装着の有無、電池の種類、電池残量の検出を行い、検出結果及びシステムコントローラ５０の指示に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、必要な電圧を必要な期間、記録媒体を含む各部へ供給する。４９はコネクタである。

７０は電源装置であり、コネクタ４９と接続されるコネクタ７１、アルカリ電池やリチウム電池等の一次電池やＮｉＣｄ電池やＮｉＭＨ電池、Ｌｉ電池等の二次電池、ＡＣアダプター等からなる電源７２を備えている。

５１はメモリカードやハードディスク等の記録媒体とのインターフェース（Ｉ／Ｆ）、５２はメモリカードやハードディスク等の記録媒体と接続を行うコネクタ、５３はコネクタ５２に記録媒体６０が装着されているか否かを検知する記録媒体着脱検出部である。

６０はメモリカードやハードディスク等の記録媒体であり、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される記録部６３、撮像装置１００とのインターフェース（Ｉ／Ｆ）６２、撮像装置１００と接続を行うコネクタ６１を備えている。

次に、図２を用いて、倍率レンズ１１ａを駆動させるための駆動系の内部構成を説明する。

倍率レンズ１１ａはモータ１０１によって駆動され、また、その回転量や駆動速度を検出するために、パルス板１０２とエンコーダＰＩ１０３とで構成されたエンコーダを備えている。またそれとは別に、倍率レンズ１１ａと同期して駆動される遮蔽板１１１とリセットＰＩ１１２も備えており、これらによって倍率レンズ１１ａの初期化時やリセット時の絶対的な基準位置を取得する。なお、これらＰＩの検出の様子や出力波形については、後述する。

エンコーダＰＩ１０３の検出信号は、エンコーダＰＩ検出回路３０３およびコンパレータ３０４によって所望の信号に変換される。そして、その信号は位置カウンタ３０５に出力される。位置カウンタ３０５では、倍率レンズ１１ａの駆動距離がパルスとして出力されるため、そのパルス数をカウントしながら現在の倍率レンズ１１ａの位置を管理している。そして、システムコントローラ５０の要求する所望のレンズ位置まで位置コントローラ３０６によって倍率レンズ１１ａを駆動する。また、倍率レンズ１１ａの駆動速度を制御する必要がある場合には、エンコーダＰＩ１０３の信号はエンコーダＰＩ検出回路３０３およびコンパレータ３０４を介して速度検出部３０７に出力される。そして、ここで速度情報に変換され、速度コントローラ３０８によって行われる速度制御に使用される。

また、リセットＰＩ１１２の検出信号は、リセットＰＩ検出回路３０９およびコンパレータ３１０を介してリセットコントローラ３１１に出力される。すると、リセットコントローラ３１１は、その検出信号からレンズ初期化時などに倍率レンズ１１ａの基準位置を取得し、位置カウンタ３０５を更新する。

これら、位置コントローラ３０６、速度コントローラ３０８、リセットコントローラ３１１およびシステムコントローラ５０によって要求される動作に基づいて、出力コントローラ３０１が出力回路３０２を介して所望の動作を行うためにモータ１０１へ電流を流す。そして、倍率レンズ１１ａを駆動する。

図３および図４は、エンコーダＰＩ１０３およびリセットＰＩ１１２の検出回路の内部構成を示している。詳しくは、図３はエンコーダＰＩ検出回路３０３の内部構成を、図４はリセットＰＩ検出回路３０９の内部構成を、それぞれ示している。

本実施例１では、エンコーダＰＩ１０３とリセットＰＩ１１２それぞれの検出回路において、電流制限抵抗３２２，３３１および電圧検出抵抗３２１，３３２の構成が異なっている。エンコーダＰＩ検出回路３０３では、これら抵抗は同一半導体上の内部抵抗を使用し、リセットＰＩ検出回路では、通常の半導体外部の抵抗素子を使用する。その理由を下記に述べる。

半導体で主に使用される拡散抵抗は、“抵抗値の絶対精度は低いが、相対精度は高い”という特徴を持つ。つまり、抵抗値の数値としては固体によるばらつきが大きいが、同一半導体上でのそれらの相対比の精度は高いということになる。また、その絶対精度のばらつきも“同一半導体上では同様の比率でばらつく”という特徴を持つ。これらの特徴から、エンコーダＰＩ１０３の電流制限抵抗３２２および電圧検出抵抗３２１は半導体上の拡散抵抗を使用することができることを、図３を用いて説明する。

図３における、発光素子１０４に流れる駆動電流Ｉｆは
Ｉｆ＝（Ｖｃｃ−Ｖｆ）／Ｒａ
で表せる。また、検出電圧Ｖｂは
Ｖｂ＝Ｉｃ×Ｒｂ
で表せ、ＩｃとＩｆとの間には、変換効率ｋ＝Ｉｃ／Ｉｆの関係がある。これらより、検出電圧Ｖｂは
Ｖｂ＝ｋ×Ｉｆ×Ｒｂ
で表せることがわかる。

ここで、半導体上の拡散抵抗である電流制限抵抗Ｒａが、ばらつきにより実際はα×Ｒａであったとする。すると、前述より発光素子１０４の駆動電流ＩｆはＩｆ／αであったことになる。一方、このばらつきによる影響は電流検出抵抗Ｒｂにも同比率で生じるため、電流検出抵抗Ｒｂもα×Ｒｂとなっていることとなる。したがって、検出電圧Ｖｂは
Ｖｂ＝ｋ×（Ｉｆ／α）×（α×Ｒｂ）
＝ｋ×Ｉｆ×Ｒｂ
となり、検出電圧Ｖｂ自体はこのばらつきαの影響を受けないことがわかる。ただし、駆動電流Ｉｆは絶対値としてはＩｆ／αとなっているため、発光素子１０４の発光量（＝出力）はばらつきが無い状態と比較して変化していることとなる。そのため、前述の通り、出力が安定した状態での検出電圧Ｖｂ自体はαの影響はほとんど受けないものの、その立ち上がりや立下りの傾きは異なることとなる。

図５（ａ）〜（ｃ）は、エンコーダＰＩ１０１の構成および出力波形を模式図的に示したものである。

図５のエンコーダＰＩとしては、２相式のエンコーダＰＩを示している。二つのエンコーダＰＩ１０３，１０４は、図５（ａ），（ｂ）に示すように、モータ１０１の回転を伝えるパルス板１０２によって遮光される形で置かれている。そして、それぞれのＰＩの位置関係は、出力信号がちょうど９０度位相がずれるような角度１０５で配置されている。このときのそれぞれのエンコーダＰＩの出力波形を図５（ｃ）に示す。モータ１０１の回転に合わせてパルス板１０２も回転し、それによってエンコーダＰＩ１０３，１０４では、明と暗が繰り返されて波形のようにパルス上に電圧が出力される。なお、ここでは２相式のエンコーダについて説明するが、それに限るものではなく、１相式のエンコーダでも構わない。

図６（ａ），（ｂ）は、リセットＰＩ１１２の構成および出力波形を模式図的に示したものである。

図６（ａ）は倍率レンズ１１ａ（図２参照）と同期して動く遮蔽板１１１が動きながらリセットＰＩ１１２にかかる様子を、図６（ｂ）はそのときのリセットＰＩ１１２の出力波形を、それぞれ示している。倍率レンズ１１ａと遮蔽板１１１が同期して動くため、最初遮蔽板１１１がリセットＰＩ１１２にかかる前にはリセットＰＩ１１２の出力は“明”状態として出力される。そして、遮蔽板１１１がリセットＰＩ１１２にかかり始めたときに、該リセットＰＩ１１２の出力は“暗”状態に推移していく。このときの切り替わりのタイミングを基準位置として認識する。

ここで、前述の抵抗値のばらつきαについて考える。

電流制限抵抗値３２１，３３１と電圧検出抵抗値３２２，３３２がそれぞれＲａ，Ｒｂであった場合の出力波形が実線とする。それに対して、抵抗値がばらつき、それぞれの抵抗値がα×Ｒａ，α×Ｒｂと変化した場合の出力波形を点線で示す。前述の通り、出力が安定したときの検出電圧値Ｖｂには差は無いが、その立ち上がりや立下りには差が生じることとなる。

そこで、それぞれのＰＩの用途について考える。

エンコーダＰＩ１０３の用途としては、倍率レンズ１１ａが駆動した距離（パルス数）をカウントすることと、その際の速度（周期）を検出することを目的としている。したがって、たとえ立ち上がりや立下りの傾きに変化が生じたとしても、明暗の検出電圧Ｖｂのレベルや周期に差が生じなければ検出上問題はない。

一方、リセットＰＩ１１２について考えると、リセットＰＩ１１２は遮蔽板１１１がリセットＰＩ１１２に対して通過した厳密な位置が重要となる。その際に、この検出電圧Ｖｂの傾きがばらついてしまうと、検出位置ΔＰに差が生じてしまい、正しく検出することができなくなってしまう。

したがって、このような理由から、エンコーダＰＩ１０３の検出回路に用いる抵抗は、絶対ばらつきの比較的大きい、同一半導体上の拡散抵抗にて構成することが可能である。一方、リセットＰＩ１１２の場合には、絶対精度の高い外部抵抗素子が望ましいことがわかる。

次に、本発明の実施例２に係る撮像装置について説明する。なお、図１及び図２の構成は上記実施例１と同様であるものとする。

図７は、エンコーダＰＩ検出回路３０３の内部構造を示している。なお、リセットＰＩ検出回路３０９としては図４に示されているものが用いられる。

エンコーダＰＩ検出回路３０３の抵抗が、半導体内部の抵抗によって構成することができるようになると、図７で示すように、内部に複数個の抵抗素子３２３，３２４，３２７，３２８を組み込むことができる。そして、それらの切換スイッチ３２５，３２６，３２９，３３０のオン，オフの組み合わせることで、検出感度を調整することも容易となる。

図７では、二つの抵抗を内蔵化しているが、三つ以上でも構わない。また、発光素子および受光素子への通電のオン，オフについても、図３，４のようにＶｃｃ側でトランジスタ等のスイッチを設けなくとも、抵抗素子の切換スイッチをすべて開放してやることで、通電をオフにすることも可能となる。

以上の実施例１，２の撮像装置は、光によって物体の有無や位置を検出する複数の透過型のＰＩ（エンコーダＰＩおよびリセットＰＩ）、および、その出力を検出する複数の検出回路（エンコーダＰＩ検出回路、リセットＰＩ検出回路）を有する。そして、一つの検出回路に使用される電流制限抵抗と電圧検出抵抗の組み合わせが、同一半導体上の内部抵抗によって構成される組と、半導体外部の抵抗素子によって構成される組とに分けられる構成にしている。

詳しくは、倍率レンズ１１ａの移動量（変位量）をエンコーダパルスとして検出する第１のフォトインタラプタであるエンコーダＰＩ１０３と、駆動レンズの基準位置を検出する第２のフォトインタラプタであるリセットＰＩ１１２を有する。そして、エンコーダＰＩ１０３の出力を検出するエンコーダＰＩ検出回路３０３と、リセットＰＩ１１２の出力を検出するリセットＰＩ検出回路３０９を有する。そして、エンコーダＰＩ検出回路３０３の電流制限抵抗３２１と電圧検出抵抗３２２は同一半導体上の内部抵抗によって構成し、リセットＰＩ検出回路３０９の電流制限抵抗３３１と電圧検出抵抗３３２は半導外部の抵抗素子によって構成する。

上記構成のようなＰＩ検出回路を持つ撮像装置とすることにより、要求されるＰＩの検出精度を維持しつつ部品数の削減をすることで、結果として撮像装置の性能を落とすことなく形状の小型化につながる。

また、エンコーダＰＩ検出回路３０３の電流制限抵抗３２１と電圧検出抵抗３２２を同一半導体内部で１個あるいは複数個備え、各抵抗の接続の有無を切り換える切換スイッチ３２５，３２６，３２９，３３０を備える。そして、切換スイッチ３２５，３２６，３２９，３３０による接続オン，オフの組み合わせを切り換えることで、エンコーダＰＩ１０３の感度を調整するようにしている。

このような構成にすることにより、部品点数の増加なく感度調整機能を備えることができる。

また、切換スイッチ３２５，３２６，３２９，３３０の接続オン，オフによって、エンコーダＰＩ１０３への通電のオン，オフを切り換えるようにしている。

（変形例）
上記実施例１，２では、エンコーダＰＩおよびリセットＰＩと倍率レンズとの関係について説明しているが、倍率レンズに限る必要はない。周期的な信号を検出することを目的とするエンコーダＰＩと絶対的な基準位置を求めることを目的とするリセットＰＩとの組み合わせであれば、どのような被駆動部材についてでも構わない。

また、実施例１，２ではＰＩは透過型フォトインタラプタについて説明しているが、使用するＰＩは反射型フォトインタラプタでも構わない。

本発明は、撮像装置に限らず、被駆動部材の有無や位置を検出するための位置検出装置や、被駆動部材の有無や位置を検出することが必要な該被駆動部材を有する光学装置にも適用できるものである。

本発明の実施例１に係る撮像装置を示す構成図である。 本発明の実施例１に係る倍率レンズ駆動系の構成を示すブロック図である。 実施例の実施例１に係るエンコーダＰＩ検出回路を示す回路図である。 実施例の実施例１に係るリセットＰＩ検出回路を示す回路図である。 本発明の実施例１に係るエンコーダＰＩの構成及び出力波形を示す図である。 本発明の実施例１に係るリセットＰＩの構成および出力波形を示す図である。 実施例の実施例２に係るエンコーダＰＩ検出回路を示す回路図である。 従来のＰＩ検出回路を示す回路図である。

符号の説明

１ 撮像装置
１０ 撮像光学系
１１ａ 倍率レンズ
３０ 駆動部コントローラ
５０ システムコントローラ
１０３ エンコーダＰＩ
１１２ リセットＰＩ
３０３ エンコーダＰＩ検出回路
３０９ リセットＰＩ検出回路
３２１ 電流制限抵抗
３２２ 電圧検出抵抗
３３１ 電流制限抵抗
３３２ 電圧検出抵抗
３２５，３２６，３２９，３３０ 切換スイッチ

Claims (5)

1. 被駆動部材の変位量をエンコーダパルスとして検出するための第１のフォトインタラプタと前記被駆動部材の制御基準位置を検出するための第２のフォトインタラプタとを使って、位置を検出する位置検出手段であって、
   前記第１のフォトインタラプタの検出回路の電流制限抵抗と電圧検出抵抗は半導体内部に１個あるいは複数個の内部抵抗によって設けられ、当該内部抵抗の接続オンオフにより前記第１のフォトインタラプタの感度を調整可能であるとともに、
   前記第２のフォトインタラプタの検出回路の電流制限抵抗と電圧検出抵抗は半導体外部の抵抗素子によって設けられることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記内部抵抗の接続オン、オフによって、前記第１のフォトインタラプタへの通電のオン，オフを切り換えることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 請求項１または２に記載の位置検出装置を具備することを特徴とする撮像装置。
4. 前記被駆動部材は、光軸方向に移動させられるレンズであることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 請求項１または２に記載の位置検出装置を具備することを特徴とする光学装置。

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