位置検出装置およびカメラ
【課題】 位置検出を精度良く行うことができる位置検出装置の提供。
【解決手段】 磁気抵抗素子が２対設けられた検出ヘッド２に対して、磁気スケール１が接触しながらは図示左右方向に移動すると、一方の磁気抵抗素子対からはＡ相出力が、他方の磁気抵抗素子対からはＢ相出力が出力される。各比較器５ａ，５ｂは、Ａ相およびＢ相出力と基準電圧発生器７からの基準電圧値Ｖｒとに基づいて矩形波Ｙ１，Ｙ２を出力する。矩形波処理回路８は各矩形波Ｙ１，Ｙ２に応じたパルス信号をマイクロコンピュータ９に出力し、マイクロコンピュータ９はそれらのパルス信号をカウントすることにより磁気シート１の移動距離を検出する。基準電圧発生器７は位相検出器６から出力される移動方向情報に基づいて、右方向移動時の基準電圧値または左方向移動時の基準電圧値を各比較器５ａ，５ｂに出力する。
【解決手段】 磁気抵抗素子が２対設けられた検出ヘッド２に対して、磁気スケール１が接触しながらは図示左右方向に移動すると、一方の磁気抵抗素子対からはＡ相出力が、他方の磁気抵抗素子対からはＢ相出力が出力される。各比較器５ａ，５ｂは、Ａ相およびＢ相出力と基準電圧発生器７からの基準電圧値Ｖｒとに基づいて矩形波Ｙ１，Ｙ２を出力する。矩形波処理回路８は各矩形波Ｙ１，Ｙ２に応じたパルス信号をマイクロコンピュータ９に出力し、マイクロコンピュータ９はそれらのパルス信号をカウントすることにより磁気シート１の移動距離を検出する。基準電圧発生器７は位相検出器６から出力される移動方向情報に基づいて、右方向移動時の基準電圧値または左方向移動時の基準電圧値を各比較器５ａ，５ｂに出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗素子を用いた位置検出装置、および、その位置検出装置を備えるカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁気抵抗素子等の磁気センサを用いた位置検出装置は、光学式エンコーダを用いた位置検出装置と比べて安価に構成できることから、カメラ用交換レンズにおけるレンズ位置検出用など、さまざまな分野で使用されている（例えば、特許文献１および２参照）。それらの装置では、磁気抵抗素子が設けられたセンサ部を、Ｎ極、Ｓ極が交互に着磁されたガイドバーや磁気スケール等の磁気記録媒体との距離を一定に保ちながら相対移動させ、そのときに磁気抵抗素子から出力される信号に基づいて位置検出を行っている。
【０００３】
信号処理回路では、磁気抵抗素子の出力信号を所定の閾値と比較して矩形波に変換し、その矩形波の立ち上がり・立ち下がり時にパルス信号を形成する。そして、そのパルス信号をカウントすることにより、センサ部の移動距離を求めるようにしている。位置検出精度は着磁ピッチに依存しており、近年、精度向上が求められ、磁気記録媒体の着磁ピッチがより狭ピッチ化している。
【０００４】
ところで、磁気抵抗素子は磁界強度により抵抗値が変化するので、安定な出力を得るためには磁気抵抗素子と磁気記録媒体との距離を一定に保つ必要がある。さらに、狭ピッチ化すると、洩れ磁束の磁気強度が距離とともに急激に減少するため、磁気抵抗素子が設けられたセンサ部と磁気記録媒体とを接触させて使用する必要があった。そのため、一般的には、バネ等によりセンサ部を磁気記録媒体に付勢して、接触状態を保つようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１０８４８５号公報
【特許文献２】特開平９−１３３５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、センサ部と磁気記録媒体とが接触しながら相対移動した際に、センサ部が摩擦力によって傾くなどして接触状態が変化し、それが出力値の変化を引き起こし位置検出精度が低下してしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、磁気抵抗素子が設けられた検出ヘッドを所定の磁気パターンが形成された磁気スケールに接触して相対移動させ、磁気抵抗素子からの出力値と予め設定された基準値とを比較して矩形波を生成し、その矩形波に基づいて磁気スケールと検出ヘッドとの相対的位置変化を検出する位置検出装置に適用され、相対移動の方向を検出する方向検出手段と、方向検出手段で検出された相対移動方向に基づいて、出力値をシフトするかまたは基準値を変更する変更手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の位置検出装置において、方向検出手段は、磁気抵抗素子からの出力値に基づいて相対移動方向を検出するようにしたものである。
請求項３の発明は、磁気抵抗素子が設けられた検出ヘッドを所定の磁気パターンが形成された磁気スケールに接触して相対移動させ、磁気抵抗素子からの出力値と予め設定された基準値とを比較して矩形波を生成し、その矩形波に基づいて磁気スケールと検出ヘッドとの相対的位置変化を検出する位置検出装置に適用され、検出ヘッドと磁気スケールとを相対移動させる駆動手段と、駆動手段に相対移動方向を指示する駆動制御手段と、駆動制御手段の指示する相対移動方向に基づいて、出力値をシフトするかまたは基準値を変更する変更手段とを備えたことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の位置検出装置において、相対移動の移動速度が予め定められた複数の速度範囲のいずれに含まれるかを判定する速度判定手段をさらに備え、変更手段は、相対移動方向および速度判定手段の判定結果に基づいて出力値のシフトまたは基準値の変更を行うようにしたものである。
請求項５の発明は、光軸方向に移動可能な合焦用レンズおよび／またはズーム用レンズを備えたカメラに適用され、合焦用レンズおよび／またはズーム用レンズのレンズ位置検出用に、請求項１〜４のいずれかに記載の位置検出装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、矩形波生成の際の基準値を相対移動方向に基づいて変更するようにしたので、相対移動時の磁気抵抗素子の出力変動の影響を低減することができ、位置検出を精度良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は本発明による位置検出装置の第１の実施の形態を示す図であり、位置検出装置の概略構成を示すブロック図である。１は磁気スケールを構成する磁気シートであり、２は磁気抵抗素子が設けられた検出ヘッドである。以下では、検出ヘッド２に対して磁気シート１が図示左右方向に移動する場合について説明するが、本発明は、磁気シート１に対して検出ヘッド２が移動する場合にも同様に適用することができる。
【００１０】
図２は磁気スケール１および検出ヘッド２の概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ断面図である。磁気スケール１は左右に延在するシート状の磁性部材であり、所定のピッチλでＮ極およびＳ極が交互に形成されている。そのため、図２（ｂ）の破線で示すように、各磁極からは磁気シート１の上方に洩れ磁束が出ている。磁気シート１上には検出ヘッド２が接触するように配設されている。検出ヘッド２はバネ等の付勢部材３によって磁気シート１方向に付勢されている。
【００１１】
検出ヘッド２には４つの磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４が設けられている。磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４は磁気シート１の延在方向に順に配設されており、磁極ピッチλに対して、隣り合う磁気抵抗素子同士の間隔はλ／４に設定されている。各磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４は洩れ磁束の影響を受けて抵抗が変化する。この場合、磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４の抵抗変化は、洩れ磁束の水平成分（図示左右方向の成分）によって生じる。
【００１２】
例えば、図２（ｂ）に示す磁気抵抗素子ＭＲ１のようにＮ極の真上に位置する場合には、洩れ磁束の水平成分はほぼゼロなので抵抗変化は無い。一方、磁気抵抗素子ＭＲ２のようにＮ極とＳ極との中間に位置するの場合には、洩れ磁束の水平成分が最も大きくなり抵抗変化も最も大きくなる。図３は磁気抵抗素子の抵抗と磁界強度との関係を示す図であり、横軸は磁界強度を表し、縦軸は抵抗値を表している。なお、横軸のプラスとマイナスとでは、磁束の水平成分の方向が逆向きになっている。Ｒ０は磁界強度＝０の場合の抵抗値であり、水平成分の向きに関係なく、磁界強度が大きくなるにつれて抵抗が小さくなる。
【００１３】
磁気抵抗素子ＭＲ１と磁気抵抗素子Ｒ２とは対を成し、互いに直列接続されている。直列接続された磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の両端には所定の電圧Ｖｃが印加され、接続部分から出力が取り出される。同様に、磁気抵抗素子ＭＲ３と磁気抵抗素子Ｒ４とは対を成し、互いに直列接続されている。図４は検出ヘッド２の等価回路を示す図であり、磁気抵抗素子ＭＲ３と磁気抵抗素子Ｒ４との接続部の電圧ＶａがＡ相出力として出力される。一方、磁気抵抗素子ＭＲ１と磁気抵抗素子Ｒ２との接続部の電圧ＶｂがＢ相出力として出力される。
【００１４】
図１に戻って、検出ヘッド２から出力されたＡ相出力は増幅器４ａで増幅され、その後、比較器５ａおよび位相検出器６にそれぞれ入力される。一方、検出ヘッド２から出力されたＢ相出力は増幅器４ｂで増幅され、その後、比較器５ｂおよび位相検出器６にそれぞれ入力される。
【００１５】
図５の（ａ）は、検出ヘッド２から出力されるＡ相出力ＶａおよびＢ相出力Ｖｂの変化を示したものであり、横軸は磁気スケール１の移動距離を表している。詳細は後述するが、出力Ｖａ，Ｖｂは周期的な出力となり、１周期は磁極ピッチの間隔λと等しくなっている。また、Ａ相出力ＶａとＢ相出力Ｖｂとの位相差は、Ａ相の磁気抵抗素子ＭＲ３，ＭＲ４とＢ相の磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２とのずれ量λ／４と等しい。なお、検出ヘッド２と磁気スケール１とが図２に示すような位置関係にある場合を原点とし、磁気スケール１が図示左方向に移動する場合を正方向とし、右方向に移動する場合を逆方向とした。
【００１６】
位相検出器６には、増幅器４ａ，４ｂからのＡ相出力ＶａおよびＢ相出力Ｖｂの両方が入力される。位相検出器６は、２つの出力Ｖａ，Ｖｂの位相状態から検出ヘッド２に対する磁気スケール１の移動方向を検出し、その結果を移動方向情報として基準電圧発生器７に入力する。
【００１７】
図５（ａ）は正方向移動時の出力を示したものであり、Ａ相出力Ｖａに対して位相λ／４だけ遅れている。一方、磁気スケール１が逆方向に移動している場合、すなわち図２（ｂ）の右方向に移動している場合には、各出力Ｖａ，Ｖｂの変化は図５（ａ）の右側から左側へと進行する。その場合、Ｂ相出力ＶｂはＡ相出力Ｖａに対して位相差λ／４だけ進んでいることになる。位相検出器６では、このような位相の進みおよび遅れによって移動方向を検出する。
【００１８】
図５（ａ）に示す出力Ｖａ，Ｖｂでは、ＶminおよびＶmaxの中間値は印加電圧Ｖｃの中間値Ｖｃ／２と等しくなっている。このような場合、基準電圧発生器７は電圧値Ｖｃ／２を基準電圧Ｖｒとして比較器５ａ，５ｂに出力する。比較器５ａ，５ｂは、増幅器４ａ，４ｂから入力された出力Ｖａ，Ｖｂと基準電圧発生器７から入力された基準電圧値Ｖｒとを比較し、それらの差に応じた矩形波を出力する。
【００１９】
図５（ｂ）は、比較器５ａの出力Ｙ１と比較器５ｂの出力Ｙ２を示したものである。各比較器５ａ，５ｂは、入力された電圧値Ｖａ，Ｖｂが基準電圧値Ｖｒ＝Ｖｃ／２以上の場合には電圧値Ｖ１を出力し、電圧値Ｖａ，Ｖｂが基準電圧値Ｖｒ＝Ｖｃ／２よりも小さい場合には電圧値＝０を出力する。そのため、比較器５ａ，５ｂからは１周期が磁極ピッチλに等しい矩形波Ｙ１，Ｙ２が出力される。また、矩形波Ｙ２は矩形波Ｙ１に対して位相λ／４だけ遅れている。
【００２０】
比較器５ａ，５ｂから出力された矩形波Ｙ１，Ｙ２は、矩形波処理回路８に入力される。矩形波処理回路８では、図５（ｃ）に示すような矩形波Ｙ１と矩形波Ｙ２との排他的論理和（ＸＯＲ）を取った後、さらに得られた波形（図５（ｃ））の立ち上がりおよび立ち下がりのいずれかが検出されるとパルス信号を生成し、それをマイクロコンピュータ（ＭＣＵ）９に出力する。マイクロコンピュータ９では、入力されたパルスをカウントすることにより移動距離や移動速度を演算する。
【００２１】
出力Ｙ１，Ｙ２の排他的論理和を取ると、得られる矩形波の周期はＡ相およびＢ相出力の周期の半分であるλ／２となる。さらに、図５（ｃ）の波形の立ち上がりおよび立ち下がりのいずれかが検出されると、それと同期して図５（ｄ）に示すようなパルス信号が生成される。その結果、パルス信号の周期はλ／４となる。すなわち、マイクロコンピュータ９で得られる移動距離の分解能はλ／４となる。
【００２２】
《基準電圧Ｖｒの変更動作の説明》
上述した図５（ａ）の出力波形は、検出ヘッド２と磁気シート１との接触が、図２（ｂ）のように良好に保たれている場合を示したものである。まず、図５（ａ）の出力波形について説明すると、検出ヘッド２が図２（ｂ）のように配置されている場合、磁気抵抗素子ＭＲ３，ＭＲ４の磁界強度は等しいので、それぞれの抵抗値は等しい。そのため、図４から分かるように、Ａ相出力Ｖａは印加電圧Ｖｃの１／２になる。
【００２３】
一方、磁気抵抗素子ＭＲ１の位置における洩れ磁束の水平成分はゼロなので、磁気抵抗素子ＭＲ１の抵抗値は初期値Ｒ０（図３参照）から変化しない。逆に、磁気抵抗素子ＭＲ２の位置における洩れ磁束の水平成分は最も大きくなり、磁気抵抗素子ＭＲ２の抵抗値減少は最も大きくなる。そのため、Ｂ相出力は最低値Ｖminとなる。
【００２４】
次に、図２（ｂ）に示す状態から磁気スケール１が距離λ／４だけ左方向に移動した場合について考える。この場合、磁気抵抗素子ＭＲ４はＳ極の真上に位置し、磁気抵抗素子ＭＲ３の位置はＮ極とＳ極との中間位置となる。そのため、磁気抵抗素子ＭＲ４の抵抗値は変化せずＲ０で、磁気抵抗素子ＭＲ３の抵抗値減少は最も大きくなる。その結果、Ａ相出力Ｖａは最大値Ｖmaxとなり、その大きさ（絶対値）はＶminと等しい。一方、Ｂ相に関しては、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２は図２（ｂ）に示した磁気抵抗素子ＭＲ３，ＭＲ４と同様の配置となるので、Ｂ相出力はＶｂ＝Ｖｃ／２となる。
【００２５】
さらに、磁気スケール１が距離λ／４だけ左方向に移動して移動距離がλ／２となった場合、磁気抵抗素子ＭＲ４はＳ極の右側λ／４の距離に位置し、磁気抵抗素子ＭＲ３はＳ極の左側λ／４の距離に位置するので、Ａ相出力はＶａ＝Ｖｃ／２となる。一方、磁気抵抗素子ＭＲ１はＮ極とＳ極との中間に位置し、磁気抵抗素子ＭＲ２はＳ極の真上に位置するので、Ｂ相出力はＶｂ＝Ｖmaxとなる。
【００２６】
以降も同様に考えると、Ａ相出力ＶａおよびＢ相出力Ｖｂは図５（ａ）に示すような周期的な出力となり、１周期は磁極ピッチの間隔と等しくλとなる。また、Ａ相出力ＶａとＢ相出力Ｖｂとの位相差は、Ａ相の磁気抵抗素子ＭＲ３，ＭＲ４とＢ相の磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２とのずれ量λ／４と等しくなる。検出ヘッド２と磁気シート１との接触が良好に保たれている状態では、ＶminおよびＶmaxの中間値は印加電圧Ｖｃの中間値Ｖｃ／２と等しくなる。このような場合、基準電圧発生器７は電圧値Ｖｃ／２を基準電圧Ｖｒとして比較器５ａ，５ｂに出力する。
【００２７】
ところで、磁気シート１の移動速度が大きくなると、摩擦力等によって検出ヘッド２が図６（ｂ），（ｃ）のように傾く。図６において、（ａ）は検出ヘッド２と磁気シート１とが密着している場合を示し、（ａ）は磁気シート１が図示左側の正方向に移動したときの傾きを、（ｂ）は逆方向に移動した場合の傾きをそれぞれ示している。
【００２８】
図６（ｂ）のように検出ヘッド２の左側が浮くように傾いた場合、左側の磁気抵抗素子ほど検出する磁界強度が小さくなる。そのため、対になっている磁気抵抗素子の内の左側の方が抵抗値が相対的に大きくなり、右側の磁気抵抗素子ＭＲ２，ＭＲ４の分圧される電圧Ｖｂ，Ｖａは図６（ａ）の場合に比べて小さくなる。その結果、出力Ｖａ，Ｖｂの波形全体が図５（ａ）に示す場合よりも下方にシフトすることになる。
【００２９】
図７の（ａ）〜（ｂ）は図６の各（ａ）〜（ｃ）の場合の出力波形をそれぞれ示したものであり、上段の波形はＡ相出力を示し、下段の波形は矩形波Ｙ１の波形を示している。以下ではＡ相出力および矩形波Ｙ１について説明するが、Ｂ相出力およびＹ２相についても同様のことが言える。図６（ｂ）の場合の出力波形を示す図７（ｂ）では、出力Ｖａは電圧値ΔＶだけ下方にシフトしている。そのため、図７（ａ）の場合と同様に印加電圧Ｖｃの中間値Ｖｃ／２を基準電圧値Ｖｒとして比較器５ａで処理を行うと、矩形波Ｙ１は電圧Ｖ１の部分の幅が破線で示すように狭くなってしまう。
【００３０】
一方、図６（ｃ）のように検出ヘッド２の右側が浮くように傾いた場合、右側の磁気抵抗素子ほど検出する磁界強度が小さくなる。そのため、図６（ｂ）の場合とは逆に、出力Ｖａは電圧値ΔＶだけ上方にシフトする（図７（ｃ）参照）。その結果、基準電圧値Ｖｒ＝Ｖｃ／２を用いて比較器５ａで処理を行うと、矩形波Ｙ１は電圧Ｖ１の部分の幅が破線で示すように広くなってしまう。矩形波Ｙ２の場合も同様に変化するので、矩形波Ｙ１，Ｙ２の排他的論理和の結果も変化し、パルスの間隔が変化してしまうことになる。
【００３１】
図８は矩形波Ｙ１，Ｙ２の電圧Ｖ１の部分の幅が極端に狭くなった場合の、矩形波Ｙ１，Ｙ２、排他的論理和およびエッジ出力であるパルス信号の各波形を示したものである。この場合、パルス信号は一定の間隔で出力されなくなり、移動距離の測定に支障が出る。
【００３２】
そこで、本発明では、図７（ｂ）に示す場合には比較器５ａ，５ｂにおける基準電圧値ＶｒをΔＶだけ下方にシフトさせ、図７（ｃ）に示す場合には基準電圧値ＶｒをΔＶだけ上方にシフトさせるようにする。すなわち、基準電圧発生器７は、図６（ｂ）のように磁気シート１が正方向に移動しているという移動方向情報を位相検出器６から受信したならば、基準電圧値Ｖｒ＝Ｖｃ／２−ΔＶを発生して比較器５ａ，５ｂに出力する。逆に、図６（ｃ）のように磁気シート１が逆方向に移動しているという移動方向情報を位相検出器６から受信したならば、基準電圧値Ｖｒ＝Ｖｃ／２＋ΔＶを発生して比較器５ａ，５ｂに出力する。
【００３３】
そのため、比較器５ａ，５ｂから出力される矩形波Ｙ１，Ｙ２は、図７（ｂ），（ｃ）の下段の実線で示すような波形となり、傾きが生じない場合に得られる図７（ａ）の矩形波と同様となる。その結果、図８に示すような不都合は生じず、精度良く移動距離を検出することができる。なお、シフト量ΔＶについては、例えば、実機毎に実際に移動動作をさせて最適なΔＶを決定し、そのΔＶで補正した上記基準電圧値Ｖｒを予め記憶しておけば良い。
【００３４】
また、図９に示すように、増幅器４ａ，４ｂの出力をＡ／Ｄ変換器１１でデジタル信号に変換してマイクロコンピュータ９に入力し、図１の比較器５ａ，５ｂ、位相検出器６、基準電圧発生器７および波形処理回路８で行っていたのと同様の処理を、マイクロコンピュータ９における演算処理によって行わせるようにしても良い。この場合、予め磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４からの出力値をテーブルとして用意することにより、より高分解能の位置検出を行うことができる。
【００３５】
−第２の実施の形態−
図１０は、本発明の第２の実施の形態を示す図であり、図１に示したものと同様のブロック図である。なお、図１と同様の部分には同一の符号を付し、以下では異なる部分を中心に説明する。２０は磁気シート１を移動させるためのアクチュエータであり、ドライブ回路２１によって駆動される。すなわち、アクチュエータ２０で移動した磁気シート１の移動距離を、磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４が設けられた検出ヘッド２により検出している。
【００３６】
マイクロコンピュータ９は、波形処理回路８から入力されたパルス信号に基づいて移動距離や移動速度を算出するとともに、ドライブ回路２１に対して起動・停止、移動速度および移動方向の指示信号を出力する。また、マイクロコンピュータ９は、移動方向の指示信号を基準電圧発生器７にも出力する。上述した第１の実施の形態では、基準電圧発生器７は位相検出器６からの移動方向情報に基づいて基準電圧値Ｖｒを変更したが、第２の実施の形態では、マイクロコンピュータ９から入力された移動方向指示信号に基づいて、基準電圧値Ｖｒを変更する。
【００３７】
第１の実施の形態の装置の場合には、磁気シート１が実際に移動開始しないと移動方向が検出できず、移動方向検出後に基準電圧値Ｖｒが変更される。一方、第２の実施の形態の装置では、マイクロコンピュータ９からの移動方向指示信号に基づいて基準電圧値Ｖｒが変更されるので、移動開始時から適切な基準電圧値ｖｒが適用されることになる。なお、第２の実施の形態では検出ヘッド２の出力値に基づいて方向検出する必要がないので、検出ヘッド２に設けられる磁気抵抗素子対は１対であってもかまわない。
【００３８】
ところで、上述した第１および第２の実施の形態では、磁気シート１の移動速度の大小にかかわらず基準電圧値Ｖｒのシフト量を一定のΔＶとしたが、検出ヘッド２の傾き角度は磁気シート１の移動速度によって異なる場合がある。そこで、そのような場合には、移動速度に応じて基準電圧値Ｖｒのシフト量ΔＶの大きさを変えるようにすることにより、移動距離の検出精度がより向上する。例えば、移動速度の範囲をＲ１：０〜ｖａ，Ｒ２：ｖａ〜ｖｂ，Ｒ３：ｖｂ〜ｖmaxのように３段階に分けて、範囲Ｒ１の場合には傾きが非常に小さいのでＶｒ＝Ｖｃ／２とし、範囲Ｒ２の場合にはＶｒ＝Ｖｃ／２＋ΔＶ、範囲Ｒ３の場合にはＶｒ＝Ｖｃ／２＋２ΔＶのように設定する。このような移動速度の判定、および判定に基づく基準値設定の指示は、マイクロコンピュータ９によって行われる。
【００３９】
図１０に示した位置検出装置は、例えば、カメラのレンズ位置検出に用いることができる。また、ズームレンズのレンズ位置検出の場合にも、同様に適用することができる。一眼レフ式のカメラの場合、レンズ鏡筒の距離リングを手動で回転すると、カム機構等を介してフォーカスレンズが光軸方向に駆動される。オートフォーカスレンズの場合、手動ではなくモータ等によってカム筒を回転してフォーカスレンズを光軸方向に駆動する。
【００４０】
上述した位置検出装置を適用する場合、例えば、カム筒の周方向に磁気シート１を貼り付け、その磁気シート１に接触するように検出ヘッド２を設ける。検出ヘッド２は上述した付勢部材３によって磁気シート１に付勢されているので、カム筒が回転した際にも検出ヘッド２と磁気シート１とが接触している。カム筒が回転すると、磁気シート１が検出ヘッド２と接触しながら相対移動する。そして、カム筒の回転を正回転と逆回転とに区別し、正回転させる場合には正回転用の基準電圧値Ｖｒを使用し、逆回転の場合には逆回転用の基準電圧値Ｖｒを使用する。
【００４１】
上述した実施の形態では、磁気シート１の移動方向に応じて基準電圧値Ｖｒを変更したが、基準電圧Ｖｒを変更する代わりにＡ相出力およびＢ相出力の電圧値をシフトして、基準電圧値ＶｒがＡ相出力およびＢ相出力の中間電圧値となるようにしても良い。例えば、図７（ｂ）のようなＡ相出力であった場合には、Ａ相出力の方をΔＶだけ増加させるようにシフトし、逆に、図７（ｃ）に示す場合には、Ａ相出力の方をΔＶだけ減少させるようにシフトすれば良い。
【００４２】
なお、上述の説明では、位置検出装置のカメラへの適用について説明したが、本発明の位置検出装置はカメラに限らず様々な機器の位置検出に用いることができる。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【００４３】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、位相検出器６またはマイクロコンピュータ９は方向検出手段を、基準電圧発生器７は変更手段を、アクチュエータ２０は駆動手段を、マイクロコンピュータ９は駆動制御手段および速度判定手段をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による位置検出装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】磁気スケール１および検出ヘッド２の概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ断面図である。
【図３】磁気抵抗素子の抵抗と磁界強度との関係を示す図である。
【図４】検出ヘッド２の等価回路を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、検出ヘッド２，比較回路５ａ，５ｂおよび矩形波処理回路８における各波形を示す図である。
【図６】検出ヘッド２と磁気シート１との関係を示す図であり、（ａ）は検出ヘッド２と磁気シート１とが密着している場合を示し、（ａ）は磁気シート１が図示左側の正方向に移動したときの傾きを、（ｂ）は逆方向に移動した場合の傾きをそれぞれ示している。
【図７】（ａ）〜（ｂ）は図６の各（ａ）〜（ｃ）の場合の出力波形をそれぞれ示す図であり、上側の波形はＡ相出力を示し、下側の波形は矩形波Ｙ１の波形を示している。
【図８】矩形波Ｙ１，Ｙ２の電圧Ｖ１の部分の幅が極端に狭くなった場合の、矩形波Ｙ１，Ｙ２、排他的論理和およびエッジ出力であるパルス信号の各波形を示す図である。
【図９】Ａ相およびＢ相出力をＡ／Ｄ変換器１１でデジタル変換して処理を行う場合の位置検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 磁気シート
２ 検出ヘッド
３ 付勢部材
４ａ，４ｂ 増幅器
５ａ，５ｂ 比較器
６ 位相検出器
７ 基準電圧発生器
８ 矩形波処理回路
９ マイクロコンピュータ
１１ Ａ／Ｄ変換器
２０ アクチュエータ
２１ ドライブ回路
ＭＲ１〜ＭＲ４ 磁気抵抗素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗素子を用いた位置検出装置、および、その位置検出装置を備えるカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁気抵抗素子等の磁気センサを用いた位置検出装置は、光学式エンコーダを用いた位置検出装置と比べて安価に構成できることから、カメラ用交換レンズにおけるレンズ位置検出用など、さまざまな分野で使用されている（例えば、特許文献１および２参照）。それらの装置では、磁気抵抗素子が設けられたセンサ部を、Ｎ極、Ｓ極が交互に着磁されたガイドバーや磁気スケール等の磁気記録媒体との距離を一定に保ちながら相対移動させ、そのときに磁気抵抗素子から出力される信号に基づいて位置検出を行っている。
【０００３】
信号処理回路では、磁気抵抗素子の出力信号を所定の閾値と比較して矩形波に変換し、その矩形波の立ち上がり・立ち下がり時にパルス信号を形成する。そして、そのパルス信号をカウントすることにより、センサ部の移動距離を求めるようにしている。位置検出精度は着磁ピッチに依存しており、近年、精度向上が求められ、磁気記録媒体の着磁ピッチがより狭ピッチ化している。
【０００４】
ところで、磁気抵抗素子は磁界強度により抵抗値が変化するので、安定な出力を得るためには磁気抵抗素子と磁気記録媒体との距離を一定に保つ必要がある。さらに、狭ピッチ化すると、洩れ磁束の磁気強度が距離とともに急激に減少するため、磁気抵抗素子が設けられたセンサ部と磁気記録媒体とを接触させて使用する必要があった。そのため、一般的には、バネ等によりセンサ部を磁気記録媒体に付勢して、接触状態を保つようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１０８４８５号公報
【特許文献２】特開平９−１３３５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、センサ部と磁気記録媒体とが接触しながら相対移動した際に、センサ部が摩擦力によって傾くなどして接触状態が変化し、それが出力値の変化を引き起こし位置検出精度が低下してしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、磁気抵抗素子が設けられた検出ヘッドを所定の磁気パターンが形成された磁気スケールに接触して相対移動させ、磁気抵抗素子からの出力値と予め設定された基準値とを比較して矩形波を生成し、その矩形波に基づいて磁気スケールと検出ヘッドとの相対的位置変化を検出する位置検出装置に適用され、相対移動の方向を検出する方向検出手段と、方向検出手段で検出された相対移動方向に基づいて、出力値をシフトするかまたは基準値を変更する変更手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の位置検出装置において、方向検出手段は、磁気抵抗素子からの出力値に基づいて相対移動方向を検出するようにしたものである。
請求項３の発明は、磁気抵抗素子が設けられた検出ヘッドを所定の磁気パターンが形成された磁気スケールに接触して相対移動させ、磁気抵抗素子からの出力値と予め設定された基準値とを比較して矩形波を生成し、その矩形波に基づいて磁気スケールと検出ヘッドとの相対的位置変化を検出する位置検出装置に適用され、検出ヘッドと磁気スケールとを相対移動させる駆動手段と、駆動手段に相対移動方向を指示する駆動制御手段と、駆動制御手段の指示する相対移動方向に基づいて、出力値をシフトするかまたは基準値を変更する変更手段とを備えたことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の位置検出装置において、相対移動の移動速度が予め定められた複数の速度範囲のいずれに含まれるかを判定する速度判定手段をさらに備え、変更手段は、相対移動方向および速度判定手段の判定結果に基づいて出力値のシフトまたは基準値の変更を行うようにしたものである。
請求項５の発明は、光軸方向に移動可能な合焦用レンズおよび／またはズーム用レンズを備えたカメラに適用され、合焦用レンズおよび／またはズーム用レンズのレンズ位置検出用に、請求項１〜４のいずれかに記載の位置検出装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、矩形波生成の際の基準値を相対移動方向に基づいて変更するようにしたので、相対移動時の磁気抵抗素子の出力変動の影響を低減することができ、位置検出を精度良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は本発明による位置検出装置の第１の実施の形態を示す図であり、位置検出装置の概略構成を示すブロック図である。１は磁気スケールを構成する磁気シートであり、２は磁気抵抗素子が設けられた検出ヘッドである。以下では、検出ヘッド２に対して磁気シート１が図示左右方向に移動する場合について説明するが、本発明は、磁気シート１に対して検出ヘッド２が移動する場合にも同様に適用することができる。
【００１０】
図２は磁気スケール１および検出ヘッド２の概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ断面図である。磁気スケール１は左右に延在するシート状の磁性部材であり、所定のピッチλでＮ極およびＳ極が交互に形成されている。そのため、図２（ｂ）の破線で示すように、各磁極からは磁気シート１の上方に洩れ磁束が出ている。磁気シート１上には検出ヘッド２が接触するように配設されている。検出ヘッド２はバネ等の付勢部材３によって磁気シート１方向に付勢されている。
【００１１】
検出ヘッド２には４つの磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４が設けられている。磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４は磁気シート１の延在方向に順に配設されており、磁極ピッチλに対して、隣り合う磁気抵抗素子同士の間隔はλ／４に設定されている。各磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４は洩れ磁束の影響を受けて抵抗が変化する。この場合、磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４の抵抗変化は、洩れ磁束の水平成分（図示左右方向の成分）によって生じる。
【００１２】
例えば、図２（ｂ）に示す磁気抵抗素子ＭＲ１のようにＮ極の真上に位置する場合には、洩れ磁束の水平成分はほぼゼロなので抵抗変化は無い。一方、磁気抵抗素子ＭＲ２のようにＮ極とＳ極との中間に位置するの場合には、洩れ磁束の水平成分が最も大きくなり抵抗変化も最も大きくなる。図３は磁気抵抗素子の抵抗と磁界強度との関係を示す図であり、横軸は磁界強度を表し、縦軸は抵抗値を表している。なお、横軸のプラスとマイナスとでは、磁束の水平成分の方向が逆向きになっている。Ｒ０は磁界強度＝０の場合の抵抗値であり、水平成分の向きに関係なく、磁界強度が大きくなるにつれて抵抗が小さくなる。
【００１３】
磁気抵抗素子ＭＲ１と磁気抵抗素子Ｒ２とは対を成し、互いに直列接続されている。直列接続された磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の両端には所定の電圧Ｖｃが印加され、接続部分から出力が取り出される。同様に、磁気抵抗素子ＭＲ３と磁気抵抗素子Ｒ４とは対を成し、互いに直列接続されている。図４は検出ヘッド２の等価回路を示す図であり、磁気抵抗素子ＭＲ３と磁気抵抗素子Ｒ４との接続部の電圧ＶａがＡ相出力として出力される。一方、磁気抵抗素子ＭＲ１と磁気抵抗素子Ｒ２との接続部の電圧ＶｂがＢ相出力として出力される。
【００１４】
図１に戻って、検出ヘッド２から出力されたＡ相出力は増幅器４ａで増幅され、その後、比較器５ａおよび位相検出器６にそれぞれ入力される。一方、検出ヘッド２から出力されたＢ相出力は増幅器４ｂで増幅され、その後、比較器５ｂおよび位相検出器６にそれぞれ入力される。
【００１５】
図５の（ａ）は、検出ヘッド２から出力されるＡ相出力ＶａおよびＢ相出力Ｖｂの変化を示したものであり、横軸は磁気スケール１の移動距離を表している。詳細は後述するが、出力Ｖａ，Ｖｂは周期的な出力となり、１周期は磁極ピッチの間隔λと等しくなっている。また、Ａ相出力ＶａとＢ相出力Ｖｂとの位相差は、Ａ相の磁気抵抗素子ＭＲ３，ＭＲ４とＢ相の磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２とのずれ量λ／４と等しい。なお、検出ヘッド２と磁気スケール１とが図２に示すような位置関係にある場合を原点とし、磁気スケール１が図示左方向に移動する場合を正方向とし、右方向に移動する場合を逆方向とした。
【００１６】
位相検出器６には、増幅器４ａ，４ｂからのＡ相出力ＶａおよびＢ相出力Ｖｂの両方が入力される。位相検出器６は、２つの出力Ｖａ，Ｖｂの位相状態から検出ヘッド２に対する磁気スケール１の移動方向を検出し、その結果を移動方向情報として基準電圧発生器７に入力する。
【００１７】
図５（ａ）は正方向移動時の出力を示したものであり、Ａ相出力Ｖａに対して位相λ／４だけ遅れている。一方、磁気スケール１が逆方向に移動している場合、すなわち図２（ｂ）の右方向に移動している場合には、各出力Ｖａ，Ｖｂの変化は図５（ａ）の右側から左側へと進行する。その場合、Ｂ相出力ＶｂはＡ相出力Ｖａに対して位相差λ／４だけ進んでいることになる。位相検出器６では、このような位相の進みおよび遅れによって移動方向を検出する。
【００１８】
図５（ａ）に示す出力Ｖａ，Ｖｂでは、ＶminおよびＶmaxの中間値は印加電圧Ｖｃの中間値Ｖｃ／２と等しくなっている。このような場合、基準電圧発生器７は電圧値Ｖｃ／２を基準電圧Ｖｒとして比較器５ａ，５ｂに出力する。比較器５ａ，５ｂは、増幅器４ａ，４ｂから入力された出力Ｖａ，Ｖｂと基準電圧発生器７から入力された基準電圧値Ｖｒとを比較し、それらの差に応じた矩形波を出力する。
【００１９】
図５（ｂ）は、比較器５ａの出力Ｙ１と比較器５ｂの出力Ｙ２を示したものである。各比較器５ａ，５ｂは、入力された電圧値Ｖａ，Ｖｂが基準電圧値Ｖｒ＝Ｖｃ／２以上の場合には電圧値Ｖ１を出力し、電圧値Ｖａ，Ｖｂが基準電圧値Ｖｒ＝Ｖｃ／２よりも小さい場合には電圧値＝０を出力する。そのため、比較器５ａ，５ｂからは１周期が磁極ピッチλに等しい矩形波Ｙ１，Ｙ２が出力される。また、矩形波Ｙ２は矩形波Ｙ１に対して位相λ／４だけ遅れている。
【００２０】
比較器５ａ，５ｂから出力された矩形波Ｙ１，Ｙ２は、矩形波処理回路８に入力される。矩形波処理回路８では、図５（ｃ）に示すような矩形波Ｙ１と矩形波Ｙ２との排他的論理和（ＸＯＲ）を取った後、さらに得られた波形（図５（ｃ））の立ち上がりおよび立ち下がりのいずれかが検出されるとパルス信号を生成し、それをマイクロコンピュータ（ＭＣＵ）９に出力する。マイクロコンピュータ９では、入力されたパルスをカウントすることにより移動距離や移動速度を演算する。
【００２１】
出力Ｙ１，Ｙ２の排他的論理和を取ると、得られる矩形波の周期はＡ相およびＢ相出力の周期の半分であるλ／２となる。さらに、図５（ｃ）の波形の立ち上がりおよび立ち下がりのいずれかが検出されると、それと同期して図５（ｄ）に示すようなパルス信号が生成される。その結果、パルス信号の周期はλ／４となる。すなわち、マイクロコンピュータ９で得られる移動距離の分解能はλ／４となる。
【００２２】
《基準電圧Ｖｒの変更動作の説明》
上述した図５（ａ）の出力波形は、検出ヘッド２と磁気シート１との接触が、図２（ｂ）のように良好に保たれている場合を示したものである。まず、図５（ａ）の出力波形について説明すると、検出ヘッド２が図２（ｂ）のように配置されている場合、磁気抵抗素子ＭＲ３，ＭＲ４の磁界強度は等しいので、それぞれの抵抗値は等しい。そのため、図４から分かるように、Ａ相出力Ｖａは印加電圧Ｖｃの１／２になる。
【００２３】
一方、磁気抵抗素子ＭＲ１の位置における洩れ磁束の水平成分はゼロなので、磁気抵抗素子ＭＲ１の抵抗値は初期値Ｒ０（図３参照）から変化しない。逆に、磁気抵抗素子ＭＲ２の位置における洩れ磁束の水平成分は最も大きくなり、磁気抵抗素子ＭＲ２の抵抗値減少は最も大きくなる。そのため、Ｂ相出力は最低値Ｖminとなる。
【００２４】
次に、図２（ｂ）に示す状態から磁気スケール１が距離λ／４だけ左方向に移動した場合について考える。この場合、磁気抵抗素子ＭＲ４はＳ極の真上に位置し、磁気抵抗素子ＭＲ３の位置はＮ極とＳ極との中間位置となる。そのため、磁気抵抗素子ＭＲ４の抵抗値は変化せずＲ０で、磁気抵抗素子ＭＲ３の抵抗値減少は最も大きくなる。その結果、Ａ相出力Ｖａは最大値Ｖmaxとなり、その大きさ（絶対値）はＶminと等しい。一方、Ｂ相に関しては、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２は図２（ｂ）に示した磁気抵抗素子ＭＲ３，ＭＲ４と同様の配置となるので、Ｂ相出力はＶｂ＝Ｖｃ／２となる。
【００２５】
さらに、磁気スケール１が距離λ／４だけ左方向に移動して移動距離がλ／２となった場合、磁気抵抗素子ＭＲ４はＳ極の右側λ／４の距離に位置し、磁気抵抗素子ＭＲ３はＳ極の左側λ／４の距離に位置するので、Ａ相出力はＶａ＝Ｖｃ／２となる。一方、磁気抵抗素子ＭＲ１はＮ極とＳ極との中間に位置し、磁気抵抗素子ＭＲ２はＳ極の真上に位置するので、Ｂ相出力はＶｂ＝Ｖmaxとなる。
【００２６】
以降も同様に考えると、Ａ相出力ＶａおよびＢ相出力Ｖｂは図５（ａ）に示すような周期的な出力となり、１周期は磁極ピッチの間隔と等しくλとなる。また、Ａ相出力ＶａとＢ相出力Ｖｂとの位相差は、Ａ相の磁気抵抗素子ＭＲ３，ＭＲ４とＢ相の磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２とのずれ量λ／４と等しくなる。検出ヘッド２と磁気シート１との接触が良好に保たれている状態では、ＶminおよびＶmaxの中間値は印加電圧Ｖｃの中間値Ｖｃ／２と等しくなる。このような場合、基準電圧発生器７は電圧値Ｖｃ／２を基準電圧Ｖｒとして比較器５ａ，５ｂに出力する。
【００２７】
ところで、磁気シート１の移動速度が大きくなると、摩擦力等によって検出ヘッド２が図６（ｂ），（ｃ）のように傾く。図６において、（ａ）は検出ヘッド２と磁気シート１とが密着している場合を示し、（ａ）は磁気シート１が図示左側の正方向に移動したときの傾きを、（ｂ）は逆方向に移動した場合の傾きをそれぞれ示している。
【００２８】
図６（ｂ）のように検出ヘッド２の左側が浮くように傾いた場合、左側の磁気抵抗素子ほど検出する磁界強度が小さくなる。そのため、対になっている磁気抵抗素子の内の左側の方が抵抗値が相対的に大きくなり、右側の磁気抵抗素子ＭＲ２，ＭＲ４の分圧される電圧Ｖｂ，Ｖａは図６（ａ）の場合に比べて小さくなる。その結果、出力Ｖａ，Ｖｂの波形全体が図５（ａ）に示す場合よりも下方にシフトすることになる。
【００２９】
図７の（ａ）〜（ｂ）は図６の各（ａ）〜（ｃ）の場合の出力波形をそれぞれ示したものであり、上段の波形はＡ相出力を示し、下段の波形は矩形波Ｙ１の波形を示している。以下ではＡ相出力および矩形波Ｙ１について説明するが、Ｂ相出力およびＹ２相についても同様のことが言える。図６（ｂ）の場合の出力波形を示す図７（ｂ）では、出力Ｖａは電圧値ΔＶだけ下方にシフトしている。そのため、図７（ａ）の場合と同様に印加電圧Ｖｃの中間値Ｖｃ／２を基準電圧値Ｖｒとして比較器５ａで処理を行うと、矩形波Ｙ１は電圧Ｖ１の部分の幅が破線で示すように狭くなってしまう。
【００３０】
一方、図６（ｃ）のように検出ヘッド２の右側が浮くように傾いた場合、右側の磁気抵抗素子ほど検出する磁界強度が小さくなる。そのため、図６（ｂ）の場合とは逆に、出力Ｖａは電圧値ΔＶだけ上方にシフトする（図７（ｃ）参照）。その結果、基準電圧値Ｖｒ＝Ｖｃ／２を用いて比較器５ａで処理を行うと、矩形波Ｙ１は電圧Ｖ１の部分の幅が破線で示すように広くなってしまう。矩形波Ｙ２の場合も同様に変化するので、矩形波Ｙ１，Ｙ２の排他的論理和の結果も変化し、パルスの間隔が変化してしまうことになる。
【００３１】
図８は矩形波Ｙ１，Ｙ２の電圧Ｖ１の部分の幅が極端に狭くなった場合の、矩形波Ｙ１，Ｙ２、排他的論理和およびエッジ出力であるパルス信号の各波形を示したものである。この場合、パルス信号は一定の間隔で出力されなくなり、移動距離の測定に支障が出る。
【００３２】
そこで、本発明では、図７（ｂ）に示す場合には比較器５ａ，５ｂにおける基準電圧値ＶｒをΔＶだけ下方にシフトさせ、図７（ｃ）に示す場合には基準電圧値ＶｒをΔＶだけ上方にシフトさせるようにする。すなわち、基準電圧発生器７は、図６（ｂ）のように磁気シート１が正方向に移動しているという移動方向情報を位相検出器６から受信したならば、基準電圧値Ｖｒ＝Ｖｃ／２−ΔＶを発生して比較器５ａ，５ｂに出力する。逆に、図６（ｃ）のように磁気シート１が逆方向に移動しているという移動方向情報を位相検出器６から受信したならば、基準電圧値Ｖｒ＝Ｖｃ／２＋ΔＶを発生して比較器５ａ，５ｂに出力する。
【００３３】
そのため、比較器５ａ，５ｂから出力される矩形波Ｙ１，Ｙ２は、図７（ｂ），（ｃ）の下段の実線で示すような波形となり、傾きが生じない場合に得られる図７（ａ）の矩形波と同様となる。その結果、図８に示すような不都合は生じず、精度良く移動距離を検出することができる。なお、シフト量ΔＶについては、例えば、実機毎に実際に移動動作をさせて最適なΔＶを決定し、そのΔＶで補正した上記基準電圧値Ｖｒを予め記憶しておけば良い。
【００３４】
また、図９に示すように、増幅器４ａ，４ｂの出力をＡ／Ｄ変換器１１でデジタル信号に変換してマイクロコンピュータ９に入力し、図１の比較器５ａ，５ｂ、位相検出器６、基準電圧発生器７および波形処理回路８で行っていたのと同様の処理を、マイクロコンピュータ９における演算処理によって行わせるようにしても良い。この場合、予め磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４からの出力値をテーブルとして用意することにより、より高分解能の位置検出を行うことができる。
【００３５】
−第２の実施の形態−
図１０は、本発明の第２の実施の形態を示す図であり、図１に示したものと同様のブロック図である。なお、図１と同様の部分には同一の符号を付し、以下では異なる部分を中心に説明する。２０は磁気シート１を移動させるためのアクチュエータであり、ドライブ回路２１によって駆動される。すなわち、アクチュエータ２０で移動した磁気シート１の移動距離を、磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４が設けられた検出ヘッド２により検出している。
【００３６】
マイクロコンピュータ９は、波形処理回路８から入力されたパルス信号に基づいて移動距離や移動速度を算出するとともに、ドライブ回路２１に対して起動・停止、移動速度および移動方向の指示信号を出力する。また、マイクロコンピュータ９は、移動方向の指示信号を基準電圧発生器７にも出力する。上述した第１の実施の形態では、基準電圧発生器７は位相検出器６からの移動方向情報に基づいて基準電圧値Ｖｒを変更したが、第２の実施の形態では、マイクロコンピュータ９から入力された移動方向指示信号に基づいて、基準電圧値Ｖｒを変更する。
【００３７】
第１の実施の形態の装置の場合には、磁気シート１が実際に移動開始しないと移動方向が検出できず、移動方向検出後に基準電圧値Ｖｒが変更される。一方、第２の実施の形態の装置では、マイクロコンピュータ９からの移動方向指示信号に基づいて基準電圧値Ｖｒが変更されるので、移動開始時から適切な基準電圧値ｖｒが適用されることになる。なお、第２の実施の形態では検出ヘッド２の出力値に基づいて方向検出する必要がないので、検出ヘッド２に設けられる磁気抵抗素子対は１対であってもかまわない。
【００３８】
ところで、上述した第１および第２の実施の形態では、磁気シート１の移動速度の大小にかかわらず基準電圧値Ｖｒのシフト量を一定のΔＶとしたが、検出ヘッド２の傾き角度は磁気シート１の移動速度によって異なる場合がある。そこで、そのような場合には、移動速度に応じて基準電圧値Ｖｒのシフト量ΔＶの大きさを変えるようにすることにより、移動距離の検出精度がより向上する。例えば、移動速度の範囲をＲ１：０〜ｖａ，Ｒ２：ｖａ〜ｖｂ，Ｒ３：ｖｂ〜ｖmaxのように３段階に分けて、範囲Ｒ１の場合には傾きが非常に小さいのでＶｒ＝Ｖｃ／２とし、範囲Ｒ２の場合にはＶｒ＝Ｖｃ／２＋ΔＶ、範囲Ｒ３の場合にはＶｒ＝Ｖｃ／２＋２ΔＶのように設定する。このような移動速度の判定、および判定に基づく基準値設定の指示は、マイクロコンピュータ９によって行われる。
【００３９】
図１０に示した位置検出装置は、例えば、カメラのレンズ位置検出に用いることができる。また、ズームレンズのレンズ位置検出の場合にも、同様に適用することができる。一眼レフ式のカメラの場合、レンズ鏡筒の距離リングを手動で回転すると、カム機構等を介してフォーカスレンズが光軸方向に駆動される。オートフォーカスレンズの場合、手動ではなくモータ等によってカム筒を回転してフォーカスレンズを光軸方向に駆動する。
【００４０】
上述した位置検出装置を適用する場合、例えば、カム筒の周方向に磁気シート１を貼り付け、その磁気シート１に接触するように検出ヘッド２を設ける。検出ヘッド２は上述した付勢部材３によって磁気シート１に付勢されているので、カム筒が回転した際にも検出ヘッド２と磁気シート１とが接触している。カム筒が回転すると、磁気シート１が検出ヘッド２と接触しながら相対移動する。そして、カム筒の回転を正回転と逆回転とに区別し、正回転させる場合には正回転用の基準電圧値Ｖｒを使用し、逆回転の場合には逆回転用の基準電圧値Ｖｒを使用する。
【００４１】
上述した実施の形態では、磁気シート１の移動方向に応じて基準電圧値Ｖｒを変更したが、基準電圧Ｖｒを変更する代わりにＡ相出力およびＢ相出力の電圧値をシフトして、基準電圧値ＶｒがＡ相出力およびＢ相出力の中間電圧値となるようにしても良い。例えば、図７（ｂ）のようなＡ相出力であった場合には、Ａ相出力の方をΔＶだけ増加させるようにシフトし、逆に、図７（ｃ）に示す場合には、Ａ相出力の方をΔＶだけ減少させるようにシフトすれば良い。
【００４２】
なお、上述の説明では、位置検出装置のカメラへの適用について説明したが、本発明の位置検出装置はカメラに限らず様々な機器の位置検出に用いることができる。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【００４３】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、位相検出器６またはマイクロコンピュータ９は方向検出手段を、基準電圧発生器７は変更手段を、アクチュエータ２０は駆動手段を、マイクロコンピュータ９は駆動制御手段および速度判定手段をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による位置検出装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】磁気スケール１および検出ヘッド２の概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ断面図である。
【図３】磁気抵抗素子の抵抗と磁界強度との関係を示す図である。
【図４】検出ヘッド２の等価回路を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、検出ヘッド２，比較回路５ａ，５ｂおよび矩形波処理回路８における各波形を示す図である。
【図６】検出ヘッド２と磁気シート１との関係を示す図であり、（ａ）は検出ヘッド２と磁気シート１とが密着している場合を示し、（ａ）は磁気シート１が図示左側の正方向に移動したときの傾きを、（ｂ）は逆方向に移動した場合の傾きをそれぞれ示している。
【図７】（ａ）〜（ｂ）は図６の各（ａ）〜（ｃ）の場合の出力波形をそれぞれ示す図であり、上側の波形はＡ相出力を示し、下側の波形は矩形波Ｙ１の波形を示している。
【図８】矩形波Ｙ１，Ｙ２の電圧Ｖ１の部分の幅が極端に狭くなった場合の、矩形波Ｙ１，Ｙ２、排他的論理和およびエッジ出力であるパルス信号の各波形を示す図である。
【図９】Ａ相およびＢ相出力をＡ／Ｄ変換器１１でデジタル変換して処理を行う場合の位置検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 磁気シート
２ 検出ヘッド
３ 付勢部材
４ａ，４ｂ 増幅器
５ａ，５ｂ 比較器
６ 位相検出器
７ 基準電圧発生器
８ 矩形波処理回路
９ マイクロコンピュータ
１１ Ａ／Ｄ変換器
２０ アクチュエータ
２１ ドライブ回路
ＭＲ１〜ＭＲ４ 磁気抵抗素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気抵抗素子が設けられた検出ヘッドを所定の磁気パターンが形成された磁気スケールに接触して相対移動させ、前記磁気抵抗素子からの出力値と予め設定された基準値とを比較して矩形波を生成し、その矩形波に基づいて前記磁気スケールと前記検出ヘッドとの相対的位置変化を検出する位置検出装置において、
前記相対移動の方向を検出する方向検出手段と、
前記方向検出手段で検出された相対移動方向に基づいて、前記出力値をシフトするかまたは前記基準値を変更する変更手段とを備えたことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置検出装置において、
前記方向検出手段は、前記磁気抵抗素子からの出力値に基づいて前記相対移動方向を検出することを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
磁気抵抗素子が設けられた検出ヘッドを所定の磁気パターンが形成された磁気スケールに接触して相対移動させ、前記磁気抵抗素子からの出力値と予め設定された基準値とを比較して矩形波を生成し、その矩形波に基づいて前記磁気スケールと前記検出ヘッドとの相対的位置変化を検出する位置検出装置において、
前記検出ヘッドと前記磁気スケールとを相対移動させる駆動手段と、
前記駆動手段に前記相対移動方向を指示する駆動制御手段と、
前記駆動制御手段の指示する相対移動方向に基づいて、前記出力値をシフトするかまたは前記基準値を変更する変更手段とを備えたことを特徴とする位置検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の位置検出装置において、
前記相対移動の移動速度が予め定められた複数の速度範囲のいずれに含まれるかを判定する速度判定手段をさらに備え、
前記変更手段は、前記相対移動方向および前記速度判定手段の判定結果に基づいて前記出力値のシフトまたは前記基準値の変更を行うことを特徴とする位置検出装置。
【請求項５】
光軸方向に移動可能な合焦用レンズおよび／またはズーム用レンズを備えたカメラにおいて、
前記合焦用レンズおよび／またはズーム用レンズのレンズ位置検出用に、請求項１〜４のいずれかに記載の位置検出装置を備えたことを特徴とするカメラ。
【請求項１】
磁気抵抗素子が設けられた検出ヘッドを所定の磁気パターンが形成された磁気スケールに接触して相対移動させ、前記磁気抵抗素子からの出力値と予め設定された基準値とを比較して矩形波を生成し、その矩形波に基づいて前記磁気スケールと前記検出ヘッドとの相対的位置変化を検出する位置検出装置において、
前記相対移動の方向を検出する方向検出手段と、
前記方向検出手段で検出された相対移動方向に基づいて、前記出力値をシフトするかまたは前記基準値を変更する変更手段とを備えたことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置検出装置において、
前記方向検出手段は、前記磁気抵抗素子からの出力値に基づいて前記相対移動方向を検出することを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
磁気抵抗素子が設けられた検出ヘッドを所定の磁気パターンが形成された磁気スケールに接触して相対移動させ、前記磁気抵抗素子からの出力値と予め設定された基準値とを比較して矩形波を生成し、その矩形波に基づいて前記磁気スケールと前記検出ヘッドとの相対的位置変化を検出する位置検出装置において、
前記検出ヘッドと前記磁気スケールとを相対移動させる駆動手段と、
前記駆動手段に前記相対移動方向を指示する駆動制御手段と、
前記駆動制御手段の指示する相対移動方向に基づいて、前記出力値をシフトするかまたは前記基準値を変更する変更手段とを備えたことを特徴とする位置検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の位置検出装置において、
前記相対移動の移動速度が予め定められた複数の速度範囲のいずれに含まれるかを判定する速度判定手段をさらに備え、
前記変更手段は、前記相対移動方向および前記速度判定手段の判定結果に基づいて前記出力値のシフトまたは前記基準値の変更を行うことを特徴とする位置検出装置。
【請求項５】
光軸方向に移動可能な合焦用レンズおよび／またはズーム用レンズを備えたカメラにおいて、
前記合焦用レンズおよび／またはズーム用レンズのレンズ位置検出用に、請求項１〜４のいずれかに記載の位置検出装置を備えたことを特徴とするカメラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−９０７８３（Ｐ２００６−９０７８３Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７５０２０（Ｐ２００４−２７５０２０）
【出願日】平成１６年９月２２日（２００４．９．２２）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２２日（２００４．９．２２）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]