反射型フォトセンサを用いた位置検出装置
【課題】大型化し、検出精度等にも不都合が生じる磁気センサの使用をなくし、小型かつ安価なコストで、また５μｍ以下の分解能で１０ｍｍ以上の長距離検出を可能にする。
【解決手段】反射面ｓａと非反射面ｓｂを移動物の移動方向に交互に並べた反射板１２を設け、反射型フォトセンサ９の受光素子８には、移動物の移動方向でそれぞれ異なる受光領域を持つ複数の受光部８ａ，８ｂを設け、この２つの受光部８ａ，８ｂから位相差の異なる信号を出力し、これら２つの信号に対し例えばリニア値演算を施すことにより、反射板１２及び移動物の位置を検出する。また、３分割受光部から３つの信号の出力することで中点電位をも算出し、この中点電位を基準にしたリニア値演算を行ってもよい。上記受光部では、その受光領域の一部を遮光し、検出出力の直線性を向上させることができる。
【解決手段】反射面ｓａと非反射面ｓｂを移動物の移動方向に交互に並べた反射板１２を設け、反射型フォトセンサ９の受光素子８には、移動物の移動方向でそれぞれ異なる受光領域を持つ複数の受光部８ａ，８ｂを設け、この２つの受光部８ａ，８ｂから位相差の異なる信号を出力し、これら２つの信号に対し例えばリニア値演算を施すことにより、反射板１２及び移動物の位置を検出する。また、３分割受光部から３つの信号の出力することで中点電位をも算出し、この中点電位を基準にしたリニア値演算を行ってもよい。上記受光部では、その受光領域の一部を遮光し、検出出力の直線性を向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は反射型フォトセンサを用いた位置検出装置、特にカメラ等の装置内の移動物の位置や移動量の検出を行うための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばデジタルスチールカメラ、カムコーダ、監視カメラ等では、各種のアクチュエータを使用してレンズを駆動しており、この可動レンズ等のポジションセンシングを行うために位置検出装置が用いられる。
【０００３】
例えば、フォーカスレンズの位置及び移動量の検出装置としては、ステッピングモータ方式のようにパルス発生器を用いるタイプや、ピエゾモータ方式において光センサ或いは磁気センサを用いてアナログ的に変化量を検出するタイプがあり、前者の例としては特開平０４−９７１２号公報（文献１）等が挙げられ、後者の例として特開平０５−４５１７９号公報（文献２）、特開２００２−３５７７６２号公報（文献３）、特開２００６−１７３３０６号（文献４）、特開２００９−３８３２１（文献５）等が挙げられる。
【０００４】
上記ステッピングモータ方式は、発生するパルス数のカウントに応じ、固有の回転角ずつ回転させるもので、長距離位置検出が必要なアプリケーションについても、このステッピングモータ方式の採用が一般的であるが、モータが連続回転ではないために回転時の騒音が大きく、この騒音が動画撮影時の音声ノイズの発生に繋がり、しかも応答性が遅いという不都合がある。
【０００５】
例えば、デジタルスチールカメラ等では、これまでステッピングモータ方式が主流であったが、動画撮影時の音声ノイズの発生回避やオートフォーカスの高速化、或いはアプリケーションの小型化を重視するため、近年ではピエゾモータ方式が利用されるようになっており、このピエゾモータ方式での位置検出には光センサや磁気センサが用いられる。
【０００６】
図１５には、従来の一般的な反射型フォトセンサを用いた位置検出装置が示されており、図１５（Ａ）に示されるように、の反射型フォトセンサ１は、遮光壁２で隔てられた一方の凹部に発光素子３、他方の凹部に受光素子４が配置された構成となっている。また、図１５（Ｂ）のように、フォトセンサ１の発光／受光面ＳＬ側に、この発光／受光面ＳＬに平行で、かつ発光素子３と受光素子４を結ぶ線方向に移動するように、反射板５が配置される。このような構成によれば、発光素子３からの光は反射板５で反射されて受光素子４へ入力され、その受光量によって反射板５（この反射板が取り付けられた移動物）の位置や移動距離が検出される。
【０００７】
このような反射型フォトセンサを用いたもので、位置検出や移動量検出の性能を向上させた例として、特開２００６−１７３３０６号公報（文献４）の技術があり、また出力信号の直線性を向上させた例として、特開２００９−３８３２１号公報（文献５）に示されるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０４−９７１２号公報
【特許文献２】特開平０５−４５１７９号公報
【特許文献３】特開２００２−３５７７６２号公報
【特許文献４】特開２００６−１７３３０６号公報
【特許文献５】特開２００９−３８３２１号公報
【特許文献６】特開２００６−２９２３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、高倍率又はハイエンドモデルのデジタルスチールカメラ、一眼レフカメラ、カムコーダや監視カメラ等で、ズーム機能及び長距離検出が必要とされるカメラモジュールのレンズ位置検出では、５μｍ以下の高分解能で、１０ｍｍ以上の長距離検出が必要とされる場合があり、従来の反射型フォトセンサを用いた位置センシングでは、検出が困難であった。
【００１０】
一方、動画撮影時の音声ノイズの発生回避やオートフォーカスの高速化或いはアプリケーションの小型化を図るピエゾモータ方式の位置検出には、磁気センサが使用されており、この磁気センサの例として、特開２００６−２９２３９６号公報（文献６）に示されるものがある。この文献６の磁気センサは、Ｓ極とＮ極を交互に配列した磁界発生部材（磁石）と２つの磁界検出素子（ＭＲ素子又はホール素子）を設け、この磁界検出素子の出力を増幅し、演算処理することで、位置検出が行われている。
【００１１】
しかしながら、上記磁気センサを使用する場合には、以下の問題があった。
１）システム自体が大型化する。
２）Ｓ極、Ｎ極を多く配列したマグネット（磁界発生部材）を使用するため、トータル的なシステムコストが高くなる。
３）磁場検知のため、信号の直線性の改善が難しい。
４）磁気センサ等が搭載される装置内に他の磁気を使用するような場合に、磁気かぶり等の影響を受け、誤動作する可能性がある。
５）２つの磁界検出素子の出力が低いため、オペアンプを用いて増幅する必要があり、システムを構成するための部品コストが高価になる。
６）マグネットのＳ極、Ｎ極の着磁において誤差が生じ易く、磁場の強度を一定に保つことも難しく、またマグネットの酸化により性能が劣化する。
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、大型化し、検出精度等にも不都合が生じる磁気センサの使用をなくし、小型かつ安価なコストで、また５μｍ以下の分解能で１０ｍｍ以上の長距離検出が可能となる反射型フォトセンサを用いた位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１の発明に係る反射型フォトセンサを用いた位置検出装置は、反射面と非反射面を移動物の移動方向に交互に並べた反射部と、この反射部に対し発光／受光する発光素子及び受光素子を有し、この受光素子には上記移動物の移動方向でそれぞれ異なる受光領域を持つ複数の受光部が設けられた反射型フォトセンサと、を備え、上記複数の受光部から位相差の異なる信号を出力し、これらの出力信号から上記移動物の位置を検出することを特徴とする。
請求項２の発明の位置検出装置は、反射面と非反射面を移動物の移動方向に交互に並べた反射部と、この反射部に対し発光／受光する発光素子及び受光素子を有し、この受光素子には上記移動物の移動方向でそれぞれ異なる受光領域を持つ複数の受光部が設けられた反射型フォトセンサと、を備えると共に、上記反射型フォトセンサの受光素子の受光部に、検出出力が上記移動物の移動量に応じて直線的に変化するように、反射部移動方向の中心部から両端へ向かう程、単位長さ当りの面積が広くなる受光領域を設け、又は上記発光素子の発光部に、検出出力が上記反射部の移動量に応じて直線的に変化するように、反射部移動方向の中心部から両端へ向かう程、単位長さ当りの面積が広くなる発光領域を設け、上記複数の受光部から位相差の異なる信号を出力し、これらの出力信号から上記移動物の位置を検出することを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、２つの上記受光部からの出力値をＡ，Ｂとすると、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）及び（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）の演算を行い、この演算値により上記移動物の位置検出を実行することを特徴とする。
請求項４の発明は、上記複数の受光部からの出力値の上限と下限の閾値を設定し、この閾値への到達回数をカウントすると共に、複数の受光部からの出力値を順次積算することにより、上記移動物の位置検出を実行することを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、２つの上記受光部からの出力値をＡ，Ｂ、信号の位相角をθとすると、θ＝ａｒｃｔａｎ（Ａ／Ｂ）の演算を行い、この位相角θにより上記移動物の位置検出を実行することを特徴とする。
請求項６の発明は、上記複数の受光部から出力された位相差の異なる信号の電圧からそれら信号の中点電位を算出し、この中点電位を基準にした上記出力信号の演算により上記移動物の位置を検出することを特徴とする。
請求項７の発明は、上記複数の受光部から１８０度位相差のある２つの信号を出力し、この２つの信号から上記中点電位を算出することを特徴とする。
【００１６】
上記請求項１の構成によれば、例えばカメラの可動レンズ等の移動物に反射面と非反射面が交互に形成された反射部を取り付け、この反射部からの光反射の状態を、例えば２つの受光部（それぞれ異なる受光領域）で受光することにより、位相差の異なる２つの信号が出力される。そして、この２つの信号に対しリニア値演算（直線性のある値を得るための演算）を施す（請求項３）ことにより、又は２つの信号の直線部の値を積算する（請求項４）ことで、移動物の位置や移動量を検出することができる。
【００１７】
上記請求項２の構成によれば、反射型フォトセンサとして、検出出力が反射部の移動量に応じて直線的に変化するように、反射部移動方向の中心部から両端へ向かう程、単位長さ当りの面積が広くなる受光領域又は発光領域を設けたものを用いることにより、例えば２つの信号の直線性を高めることができる。
【００１８】
上記請求項６，７の構成によれば、例えば３分割した受光素子により３つの信号（出力Ａ〜Ｃ）が出力され、１８０度位相差のある信号出力ＡとＣにより中点電位が算出されると共に、９０度位相差のある信号出力ＡとＢによりリニア値演算が行われる。従って、リニア値演算の際に中点電位が同時に得られ、温度変化等で出力信号が変動した場合でも、中点電圧を一定に保った状態で移動物の位置や移動量が正確に検出される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の位置検出装置によれば、反射部は反射面と非反射面を交互に形成するだけの構成となるので、Ｓ極とＮ極を多列した磁界発生部材と比較すると、低コスト、小型にセンサを形成することができ、またリニア特性を高めることも容易となり、反射面と非反射面の繰返しを多く形成することにより、１０ｍｍ以上の長距離に渡って良好な位置センシングが可能となる。更に、反射面と非反射面の幅等を調整し、出力の勾配を大きくすることで、５μｍ以下の高分解能（高精度）の位置検出を実現することができる。これにより、１０ｍｍ以上の位置検出が必要な高倍率又はハイエンドモデルのデジタルスチールカメラ、一眼レフカメラ、カムコーダや監視カメラ等、ズーム機能が必要なカメラモジュールへの適用、また高精度で長距離範囲の位置検出が必要なアプリケーションへの適用が可能になるという効果がある。
【００２０】
また、磁気センサを用いる場合の不都合が解消される。即ち、磁気かぶり等の影響を受けることもなく、検出出力をオペアンプによって増幅する必要もなく、マグネットにおけるＳ極、Ｎ極の着磁のバラツキや磁場強度の不均一によって検出誤差が生じたり、マグネットの酸化により性能が劣化したりすることも防止される。
【００２１】
上記請求項２の構成によれば、受光領域の一部を遮光することで、受光部からの出力波形の立上り及び立下りの傾きの直線性を向上させ、検出精度を高めることができる。
上記請求項３の構成によれば、リニアな上り傾斜部及び下り傾斜部が交互に現れる三角波形となる演算出力により、高精度に長距離の位置検出ができ、また温度変化により生じる反射型フォトセンサの出力変動をキャンセルすることが可能となる。
上記請求項４の構成によれば、上記リニア値演算をすることなく、積算するだけで、長距離の位置検出ができる。
【００２２】
上記請求項６，７の構成によれば、長距離位置検出を行う上で必須となるリニア特性を得るために必要不可欠な中点電位を、検出の際に同時に取り出すことができ、フォトセンサが温度依存性を持つ場合や、温度変化によりフォトセンサからの出力信号に変動が生じるような場合で、中点電圧レベルが変化しても、演算式から得られる結果（リニア特性）に影響を与えなくなるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施例に係る反射型フォトセンサを用いた位置検出装置の構成を示す図である。
【図２】第１実施例における受光素子の構成［図（Ａ）］と他の受光素子の構成例［図（Ｂ）〜（Ｄ）］を示す図である。
【図３】第１実施例の位置検出装置を示し、図（Ａ）は反射部側から見た斜視（透視）図、図（Ｂ）はフォトセンサ側から見た斜視（透視）図である。
【図４】第１実施例の位置検出装置［図（Ａ）］による検出例を示し、図（Ｂ）は受光素子出力のシミュレーション図、図（Ｃ）はリニア値演算出力図である。
【図５】第１実施例の位置検出装置で他の受光部［図２（Ｂ）］を用いた場合［図（Ａ）］の検出例を示し、図（Ｂ）は受光素子出力のシミュレーション図、図（Ｃ）はリニア値演算出力図である。
【図６】第１実施例の受光素子出力のシミュレーションデータとリニア値演算出力を重ねて表示した説明図である。
【図７】第１実施例において、図２（Ｃ）,（Ｄ）のように受光領域の一部を遮蔽した場合の受光部の出力図である。
【図８】第２実施例の位置検出装置の構成［図（Ａ）］とこの装置の受光素子出力及び検出例を示す説明図［図（Ｂ）］である。
【図９】第３実施例の位置検出装置の構成を示す図である。
【図１０】第３実施例における受光素子の構成［図（Ａ）］と他の受光素子の構成例［図（Ｂ）］を示す図である。
【図１１】第３実施例の位置検出装置［図（Ａ）］による検出例を示し、図（Ｂ）は受光素子出力のシミュレーション図である。
【図１２】第３実施例の位置検出装置での受光素子出力のシミュレーション及びリニア値演算出力図［図（Ａ）］と、出力信号と反射板寸法との関係を示す図［図（Ｂ）］である。
【図１３】第３実施例の位置検出装置で位相角演算をした場合のリニア値演算出力を示す図［図（Ａ）］と、出力信号と反射板寸法との関係を示す図［図（Ｂ）］である。
【図１４】第３実施例の位置検出装置で中点電位を算出した場合の結果［図（Ａ）］と、中点電位がシフトした場合の結果を示す図［図（Ｂ）］である。
【図１５】従来の位置検出装置の構成を示し、図（Ａ）は上面図、図（Ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１乃至図３には、本発明の第１実施例に係る反射型フォトセンサを用いた位置検出装置の構成が示されており、この実施例では、発光素子７と受光素子８を有する反射型フォトセンサ９が設けられる。即ち、図３（Ａ）にも示されるように、この反射型フォトセンサ９は、外周壁と遮光壁９ｋで仕切られた一方の凹部９ａに発光素子（ＬＥＤ）７、他方の凹部９ｂに受光素子（フォトトランジスタ）８が配置された構成とされるが、このフォトセンサ９の発光／受光面側に、この発光／受光面に平行でかつ発光素子７と受光素子８の配列方向（図の縦方向）に略垂直な方向１００に移動するように、反射板（光学反射部）１２が配置される。この反射板１２は、レンズ等の移動物と一体に移動するように取り付けられる。
【００２５】
上記反射板１２には、極細短冊形状の反射面ｓａと非反射面ｓｂが交互に（縦縞状に）形成・配置されており、実施例では、この反射面ｓａと非反射面ｓｂの幅を、３００μｍ程度としている。なお、この非反射面ｓｂは、スリット空間で構成してもよい。この反射板１２は、一般的な半導体ホトリソグラフ技術を用いて、透明ガラスに金属蒸着又はスパッタリングすることで容易に高精度に形成することができる。また、基材を樹脂とする場合、金属メッキによる他にエッチングやモールド成型時の型押しによる表面の部分的粗面化でも形成可能である。
【００２６】
そして、図２（Ａ）にも示されるように、上記フォトセンサ９の受光素子８には、受光領域を移動物の移動方向でそれぞれ異なる領域となるように分割した２つの受光部８ａ，８ｂが形成される。実施例では、上記反射板１２の反射面ｓａ、非反射面ｓｂの各幅（間隔）と、上記受光素子８の２つの受光部８ａ，８ｂの大きさ、形状や配置を調整することで、フォトセンサ９からの２つの出力が所望の位相ずれるように設計される。
【００２７】
更に、第１実施例では、上記受光素子８の２つの受光部８ａ，８ｂからの出力を受けるバッファアンプ１３ａ，１３ｂ、このアンプ１３ａ，１３ｂの出力からリニア値演算を行う演算回路（ＭＰＵ）１４を有する。この演算回路１４は、２つの受光部８ａ，８ｂからの出力値をＡ，Ｂとすると、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）及び（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）の演算を行うことで、反射板１２の移動に伴って直線的な上昇線と直線的な下降線が繰り返される三角波形の出力が得られ、また反射型フォトセンサの温度特性もキャンセルされることになる。
【００２８】
図２（Ｂ）〜（Ｄ）には、上記受光素子８に代わる他の構成例が示されており、図２（Ｂ）の受光素子１６は、移動物の移動方向１００へ細長くした受光領域の２つの受光部１６ａ，１６ｂを、その一部が重なる状態で、移動方向１００に垂直な方向に配置している。また、図２（Ｃ）の受光素子１７は、図２（Ａ）の受光部８ａ，８ｂの受光領域の一部を遮光反射膜１９で遮光した受光部１７ａ，１７ｂを持ち、図２（Ｄ）の受光素子１８は、図２（Ｂ）の受光部１６ａ，１６ｂの受光領域の一部を遮光反射膜２０で遮光した受光素子１８ａ，１８ｂを持つものである。なお、上記遮光反射膜１９及び２０は、それぞれ輪郭を多角形にしたが、曲線状にしてもよく、求める出力特性に基づいて適宜選択する。
【００２９】
即ち、これらの受光部１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂは、上記特許文献５（特開２００９−３８３２１）のものと同様に、受光部８ａ，８ｂ，１６ａ，１６ｂの活性層を遮光反射膜(ＡＬ膜)１９，２０で覆うことにより、反射板１２の移動方向の中心部から両端へ向かう程、単位長さ当りの面積が広くなる受光領域が設けられている。これにより、フォトセンサ９の検出出力の直線性（リニアリティ）を向上させることができる。なお、実施例では、１つの受光素子８，１６〜１８に２つの受光部を形成したが、２つの受光部８ａ，８ｂ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂのそれぞれを受光素子として配置してもよい。
【００３０】
一方、発光素子７の発光領域においても、上記受光素子１７，１８と同様に、その一部を遮光膜等で覆い、反射板１２の移動方向の中心部から両端へ向かう程、単位長さ当りの面積が広くなる発光領域を形成することで、フォトセンサ９の検出出力の直線性（リニアリティ）を向上させることができる。
【００３１】
第１実施例は、以上の構成からなり、このような構成によれば、図４で示す結果が得られる。即ち、図４（Ａ）で示される第１実施例の構成では、図４（Ｂ）に示されるように、受光素子８の受光部８ａから出力Ａ、受光部８ｂから出力Ｂが得られ、これらの出力Ａ，Ｂは、９０度の位相差が生じた波形となる。そして、この出力ＡとＢに基づき、演算回路１４で、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）［＝ｂ］及び（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）［＝ａ］の演算が行なわれると、図４（Ｃ）に示されるように、反射板座標に対し上り傾斜部ａと下り傾斜部ｂが繰り返される三角波形が得られる。即ち、この演算によって、直線性が維持された検出出力を得ることができる。
【００３２】
また、上記演算式を用いることにより、反射型フォトセンサ９の温度特性も完全にキャンセルすることが可能になる。即ち、例えば、温度の影響がなく、Ａ＝０．４（Ｖ）、Ｂ＝０．１（Ｖ）であるとき、上記演算式（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）による値は０．６となるが、これに対し、温度の影響により１割の変動があったとすると、Ａ＝０．４４、Ｂ＝０．１１となるが、この場合も、演算値は０．６となり、変動分がキャンセルされている。従って、装置内温度をサーミスタでモニタしフィードバックをかける回路や、特別な温度特性キャンセル回路を設ける必要がない。その他、センサ信号比Ａ／Ｂ＝ｓｉｎ（θ）／ｃｏｓ（θ）＝ｔａｎ（θ）の逆関数θ＝ａｒｃｔａｎ（Ａ／Ｂ）からθを算出し、反射板１２の反射面（又は非反射面）ピッチと角度θとの相関をとって移動距離を算出する方法も考えられるが、上記演算式を用いる方が容易に移動距離を算出可能である。但し、上記演算式で線形性が十分でない場合、この演算式を用いた方が良好な線形性が得られる。
【００３３】
図５には、図２（Ｂ）の受光素子１６を用いた場合の結果が示されており、この場合［図５（Ａ）］は、受光素子１６の受光部１６ａからの出力Ａ、受光部１６ｂからの出力Ｂで示されるように、９０度の位相差が生じた波形の出力が得られる。そして、この出力ＡとＢに基づき、演算回路１４で、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）［＝ｂ］及び（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）［＝ａ］の演算が行なわれると、図５（Ｃ）に示されるように、ａ，ｂからなる直線性が維持された三角波形が得られる。この図５（Ｃ）は、図４（Ｃ）と比較すると、直線部の傾きがより直線に近くなっている。これは、受光素子１６の受光部１６ａ，１６ｂの形状を調整し、受光素子の１６の出力をより三角波形に近くなるように調整した結果である。図２（Ａ）の受光素子８に比べて図２（Ｂ）の受光素子１６の方が、各受光面の横寸法を大きくとれるため、横寸法に対する受光部１６ａ，１６ｂの形状変化を緩やかにでき、単位移動量に対する受光量変化も緩やかにでき、調整し易くなる。
【００３４】
図６は、第１実施例の受光素子８の出力とリニア値演算出力を重ねて表示したものであり、演算値ａ，ｂは、反射板１２の移動距離（検出位置）に対し順次繰り返される三角波形となる。この例では、１つの三角波形が１ｍｍの移動距離に相当し、演算値ａの上り傾斜及び演算値ｂの下り傾斜の変化量で位置検出を行い、各出力のピーク点Ｕ１〜Ｕ５及びボトム点Ｄ１〜Ｄ５のカウントの積算を合わせて行なうことにより、長距離レンジで反射板１２（移動物）のトータル移動距離が検出される。
【００３５】
従って、本実施例をズーム機能を有するカメラモジュールに適用した場合、使用終了後又は開始時にレンズが原点に戻る（ズームレンズが収納された状態となる）ようにしておけば、ズーム機能使用時、ズーム動作に従ってレンズが移動する量をカウントの積算値から知ることができ、ズーム動作終了時のカウントの積算値をメモリ等に記憶させることによって、現在のレンズの位置を知ることができる。また、反射板１２の反射面ｓａの形状を終端部のみ幅広とする等、サイズを変更しておくことにより、終端部のみ受光素子８，１６〜１８の出力波形を異なる形にして、レンズが最大移動可能位置に達したことを知ることもできる。
【００３６】
また、本発明では、移動物の移動距離に対する変化量（移動単位当りの変化）を大きくとることができることから、非常に高分解能な位置検出が可能となる。即ち、より高分解能の検出を行う必要がある場合には、図６の演算値波形において、演算値ａ，ｂの変化量が大きくなるような受光パターン（２つの受光部の形状、寸法、配置等）及び反射板１２の構成（反射面及び非反射面の幅等）を最適に設計することにより、受光部出力波形の立上り及び立下りの傾斜角度が大きくなるようにすればよい。この結果、反射型フォトセンサ９の２つの出力信号の演算値ａ，ｂの勾配（変化量）が大きくなり、高い分解能が得られる。なお、この図６において、演算値ａ，ｂを用いるとき、上下の閾値ｃ１，ｄ１を設定し、この閾値のｃ１とｄ１の間の演算値ａ，ｂを使用することにより、検出精度の向上を図ることもできる。
【００３７】
図７には、第１実施例において２つの受光部の受光領域の一部を遮蔽した場合［図２（Ｃ）,（Ｄ）］の受光部１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂからの出力が示されており、この場合は、図示されるように、他の例と比較すると、出力波形の直線性の改善が確認できる。即ち、図２（Ｃ），（Ｄ）のように、受光部１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの受光領域の一部を遮光反射膜１９，２０で遮光し、反射部移動方向の中心部から両端へ向かう程、単位長さ当りの面積が広くなる受光領域とすることで、出力波形の立上り及び立下りの傾きの直線性を向上させることができる。
【００３８】
図８には、第２実施例の構成が示されており、この第２実施例は、リニア値演算をすることなく、長距離検出を行うものである。図８（Ａ）に示されるように、第２実施例は、バッファアンプ１３ａ，１３ｂの出力を積算する加算器２２を設け、直線性の高い出力波形の値を加算して位置検出を行うものである。即ち、図８（Ｂ）に示されるように、出力波形に対し、予め例えば０．８の閾値（電圧）ｃ２と０．２の閾値ｄ２（電圧）を設定し、この閾値ｃ２，ｄ２に到達した回数のカウントと、図８（Ｂ）のｅ１→ｅ２→ｅ３→ｅ４→ｅ５→ｅ６の積算量を求めることにより、第１実施例のリニア値演算を行なわずに、長距離の検出ができる。これによれば、リニア値演算のための演算回路が不要となり、簡単な構成で位置検出を実施することが可能となる。
【００３９】
上記実施例では、受光素子８，１６〜１８の受光領域を２つに分割した例を説明したが、これら受光素子の受光領域を３つ以上に分割し、第１実施例では、３つ以上の出力に基づくリニア値演算を実施し、第２実施例では、３つ以上の出力を積算することにより、高分解能で長距離の位置検出を行うようにしてもよい。
【００４０】
次に、第３実施例について説明する。
上記実施例においてリニア値演算を行う場合、受光部からの出力信号の中点電位を基準とした演算処理が必要であるが、フォトセンサ９の出力電圧が温度依存性を持つため、温度変化等により中点電位のレベルが変化してしまい、中点電位にオフセットが生じた状態で演算処理を行なうと、演算結果のリニアリティが崩れることになる。
【００４１】
また、上記中点電位は、フォトセンサ９の２つの受光部８ａと８ｂそれぞれの出力、出力Ａと出力ＢについてそれぞれのPeak値とBottom値を足し合わせた値の１／２を算出することで、それぞれの中点電位を求め、その中点電位をそれぞれの出力のオフセット値に使用し、それぞれ中点電位を補正することによって、正常なリニアリティを得るための条件は成り立つ。しかし、周囲温度の急激な変化等の要因で反射型フォトセンサ９の出力信号に急変が生じたときには、タイミングによっては、演算式として本来与えられるべき中点電位が正常な値として取り込まれないことが生じ、結果的にリニアリティが破綻する可能性がある。そこで、第３実施例では、中点電位を算出し、これに基づいてリニア値演算を行うようにしている。
【００４２】
図９及び図１０には、第３実施例の位置検出装置の構成が示されており、この実施例では、第１実施例と同様の反射板１２が配置され、発光素子７と受光素子２４を有する反射型フォトセンサ９が設けられる。即ち、この反射型フォトセンサ９は、第１実施例と同様の構造からなり、受光素子８の代わりに、受光素子２４が配置される。この受光素子２４では、図１０（Ａ）にも示されるように、受光領域を移動物の移動方向１００でそれぞれ異なる領域となるように分割した３つの受光部２４ａ，２４ｂ，２４ｃが形成され、この３つの受光部２４ａ，２４ｂ，２４ｃの大きさ、形状や配置と、反射板１２の反射面ｓａ、非反射面ｓｂの各幅を調整することで、フォトセンサ９からの３つの信号出力（Ａ〜Ｃ）は、例えば基準信号（０度：出力Ａ）に対し９０度（出力Ｂ）と１８０度（出力Ｃ）の位相角が進む関係となるように設計される。
【００４３】
また、上記３つの受光部２４ａ，２４ｂ，２４ｃからの出力を受けるバッファアンプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ、このアンプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの出力から検出信号の中点電位を求めると共に、リニア値演算を行う演算回路（ＭＰＵ）２６を有する。この演算回路２６でのリニア値演算としては、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）及び（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）の演算、信号の位相角θを、θ＝ａｒｃｔａｎ（Ａ／Ｂ）で求める演算等が適用できる。
【００４４】
図１０（Ｂ）には、上記受光素子２４に代わる他の構成例が示されており、図１０（Ｂ）の受光素子２８は、移動物の移動方向１００へ細長くした受光領域の３つの受光部２８ａ，２８ｂ，２８ｃを、その一部が重なる状態で、移動方向１００に垂直な方向に配置したものである。なお、上記受光部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ及び受光部２８ａ，２８ｂ，２８ｃでは、図２（Ｃ），（Ｄ）で説明した遮光反射膜１９を設けることもできる。
【００４５】
第３実施例は、以上の構成からなり、このような構成によれば、図１１，図１２で示す結果が得られる。即ち、図１１（Ａ）で示される第３実施例の構成では、図１１（Ｂ）に示されるように、受光素子２４の受光部２４ａから出力Ａ、受光部２４ｂから出力Ｂ、受光部２４ｃから出力Ｃが得られ、これらは、その位相角において出力Ａ（０度）に対し出力Ｂが９０度進み、出力Ｃが１８０進んだ波形となる。そして、この出力Ａ〜Ｃに基づき、演算回路２６では中点電位が求められると共に、所定のリニア値演算が行われる。即ち、１８０度位相差のある上記出力ＡとＣに基づき、中点電位ＤがＤ＝（Ａ＋Ｃ）／２により算出されると共に、出力ＡとＢに基づき、第１実施例と同様に、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）［＝ｂ］及び（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）［＝ａ］の演算が行なわれる。
【００４６】
このリニア値演算によれば、図１２（Ａ）に示されるように、リニアリティのある上り傾斜部ａと下り傾斜部ｂが繰り返される三角波形が得られる。そして、第３実施例では、上記の中点電位Ｄが算出されるので、詳細は後述するが、温度変化があった場合でも、リニア値演算における中点電位（実施例では０Ｖ）が変動せず一定となり、正確な演算値が得られるという利点がある。なお、上記の演算式によれば、第１実施例でも説明したように、フォトセンサ９の温度特性も完全にキャンセル可能となることから、装置内温度をサーミスタ等で監視し、フィードバックをかける回路や、特別な温度特性キャンセル回路を設ける必要がない。
【００４７】
また、図１２（Ｂ）に示されるように、第３実施例では、反射板１２において、反射面ｓａを０．３ｍｍ、非反射面ｓｂを０．３ｍｍとし、両方の０．６ｍｍの移動で、反射型フォトセンサ９の出力信号波形の１周期分が得られように設計されている。即ち、信号波形の１周期分で０．６ｍｍの移動が検出できることになる。
【００４８】
図１３には、第３実施例において、他のリニア値演算として、信号の位相角θをａｒｃｔａｎ（Ａ／Ｂ）で求める演算式を用いたときの結果が示されている。上述のように、リニア値を求める演算では、θ＝ａｒｃｔａｎ（Ａ／Ｂ）を用いる方法もあり、出力信号の位相角をθとした場合、このθと反射板１２の反射面ｓａと非反射面ｓｂのピッチ間の相関をとることにより、フォトセンサ９の発光／受光面側を移動する反射板１２の移動距離を検出することができる。
【００４９】
これによれば、図１３（Ａ）に示されるような演算結果が得られる。この例でも、例えば、０．３ｍｍの反射面ｓａと０．３ｍｍの非反射面ｓｂからなる反射板１２の０．６ｍｍの移動で、フォトセンサ９の出力信号１周期分が得られるようにしており、この場合には、反射板１２の移動０．６ｍｍ＝出力信号の位相角３６０度の関係式が成り立つので、この位相角θを算出することにより移動物の位置検出が可能となる。
【００５０】
次に、中点電位を算出した場合の効果を図１４により説明する。
第３実施例の演算では、出力信号Ａ，Ｂの演算からリニア値を得ているが、各演算式で用いる出力信号Ａ，Ｂの値は、絶対値ではなく、上述の中点電位Ｄに対しての相対値となる。即ち、上記リニア値演算により位置検出を行うためには、各出力電圧を得るのに同期して、常に出力信号の中点電位を与えて演算を行なわなければ、位置検出に必要なリニアリティは崩れてしまう。
【００５１】
一般に、反射型フォトセンサ９の出力電圧は、製品により個体差があり、バイアス条件によっても変化する。また、温度依存性を持つことから、出力信号の中点電位Ｄの値は常に一定値とはならない。この中点電位Ｄを常に正確に得るためには、外部のＬＳＩ等で出力信号Ａ，Ｂの振幅をモニタし、このモニタ値を用いた演算式Ａ／２＝Ｂ／２＝Ｄにより中点電位Ｄの値を求め、Ａ＝Ａの絶対値−Ｄの絶対値、及びＢ＝Ｂの絶対値−Ｄの絶対値の計算を行なえばよいが、何らかの要因により、急激な温度変化やＳＥＴ内でバイアス変動等が生じた場合には、タイミングによっては正確な中点電位Ｄが与えられず、瞬間的に演算値から得られた結果が、図１４（Ｂ）のＥようにリニアリティを損なった波形になる可能性がある。
【００５２】
図１４（Ｂ）は、出力信号の振幅が本来の−１〜＋１から０．５〜２．５へ変動し、中点電位が１．５Ｖへシフトしたにも関わらず、中点電位を０Ｖのままで、上記（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ），（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）の演算をしたものであり、その結果、波形Ｅの演算値が出力されている。この結果からも、システム破綻を発生させることなく、常に安定したリアリティを得るためには、出力信号Ａ，Ｂの検出と同期して、中点電庄Ｄの値を常にモニタできればよいことが分かる。
【００５３】
図１４（Ａ）は、中点電位Ｄを算出した結果であり、この中点電圧Ｄの算出により、出力Ａ，Ｂの中点電位が０Ｖに常に設定されるので、演算結果はリニアリティの高い、繰り返しの三角波形となる。また、実施例では、出力（信号）ＣはＡに対し、１８０度位相角が進むように設計してあるため、ＡとＣの和の半値であるＤ＝（Ａ＋Ｃ）／２は、出力Ａ，Ｂ，Ｃの変動に関わらず、常に各出力信号の中点電位Ｄを示すことになる。即ち、この中点電位Ｄの算出は、上述のように、Ｄ＝Ａ／２＝Ｂ／２の演算式で行うこともできるが、１８０度位相差のあるＡとＣを用いる方が、中点電圧Ｄの算出が正確に行われる。そして、このＤ＝（Ａ＋Ｃ）／２の演算を、同時に得られた出力Ａ，Ｂ，Ｃに基づき、演算回路２６にて行なうことで、リニア値演算において常にリニアリティを確保することが可能となる。
【００５４】
上記第３実施例によれば、フォトセンサ９が温度依存性を持つ場合、急激な温度変化によりフォトセンサ９からの出力信号に変動が生じるような場合等で、中点電圧レベルが変化しても、演算式から得られるリニアリティ特性に影響を与えないという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、長距離検出を高分解能で行う位置検出装置等として、例えば高倍率ズームが必要なデジタルスチールカメラ、一眼レフ、カムコーダ、ＣＣＴＶ等の長距離検出用アクチュエータ等に適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１，９…反射型フォトセンサ、
３，７…発光素子、
４，８，１６，１７，１８，２４，２８…受光素子、
５，１２…反射板（反射部）、
８ａ，８ｂ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ，２４ａ〜２４ｃ，２８ａ〜２８ｃ…受光部、
１４，２６…演算回路（マイクロプロセッサユニット）、
１９，２０…遮光反射膜、
２２…加算回路、
ｓａ…反射面、 ｓｂ…非反射面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は反射型フォトセンサを用いた位置検出装置、特にカメラ等の装置内の移動物の位置や移動量の検出を行うための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばデジタルスチールカメラ、カムコーダ、監視カメラ等では、各種のアクチュエータを使用してレンズを駆動しており、この可動レンズ等のポジションセンシングを行うために位置検出装置が用いられる。
【０００３】
例えば、フォーカスレンズの位置及び移動量の検出装置としては、ステッピングモータ方式のようにパルス発生器を用いるタイプや、ピエゾモータ方式において光センサ或いは磁気センサを用いてアナログ的に変化量を検出するタイプがあり、前者の例としては特開平０４−９７１２号公報（文献１）等が挙げられ、後者の例として特開平０５−４５１７９号公報（文献２）、特開２００２−３５７７６２号公報（文献３）、特開２００６−１７３３０６号（文献４）、特開２００９−３８３２１（文献５）等が挙げられる。
【０００４】
上記ステッピングモータ方式は、発生するパルス数のカウントに応じ、固有の回転角ずつ回転させるもので、長距離位置検出が必要なアプリケーションについても、このステッピングモータ方式の採用が一般的であるが、モータが連続回転ではないために回転時の騒音が大きく、この騒音が動画撮影時の音声ノイズの発生に繋がり、しかも応答性が遅いという不都合がある。
【０００５】
例えば、デジタルスチールカメラ等では、これまでステッピングモータ方式が主流であったが、動画撮影時の音声ノイズの発生回避やオートフォーカスの高速化、或いはアプリケーションの小型化を重視するため、近年ではピエゾモータ方式が利用されるようになっており、このピエゾモータ方式での位置検出には光センサや磁気センサが用いられる。
【０００６】
図１５には、従来の一般的な反射型フォトセンサを用いた位置検出装置が示されており、図１５（Ａ）に示されるように、の反射型フォトセンサ１は、遮光壁２で隔てられた一方の凹部に発光素子３、他方の凹部に受光素子４が配置された構成となっている。また、図１５（Ｂ）のように、フォトセンサ１の発光／受光面ＳＬ側に、この発光／受光面ＳＬに平行で、かつ発光素子３と受光素子４を結ぶ線方向に移動するように、反射板５が配置される。このような構成によれば、発光素子３からの光は反射板５で反射されて受光素子４へ入力され、その受光量によって反射板５（この反射板が取り付けられた移動物）の位置や移動距離が検出される。
【０００７】
このような反射型フォトセンサを用いたもので、位置検出や移動量検出の性能を向上させた例として、特開２００６−１７３３０６号公報（文献４）の技術があり、また出力信号の直線性を向上させた例として、特開２００９−３８３２１号公報（文献５）に示されるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０４−９７１２号公報
【特許文献２】特開平０５−４５１７９号公報
【特許文献３】特開２００２−３５７７６２号公報
【特許文献４】特開２００６−１７３３０６号公報
【特許文献５】特開２００９−３８３２１号公報
【特許文献６】特開２００６−２９２３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、高倍率又はハイエンドモデルのデジタルスチールカメラ、一眼レフカメラ、カムコーダや監視カメラ等で、ズーム機能及び長距離検出が必要とされるカメラモジュールのレンズ位置検出では、５μｍ以下の高分解能で、１０ｍｍ以上の長距離検出が必要とされる場合があり、従来の反射型フォトセンサを用いた位置センシングでは、検出が困難であった。
【００１０】
一方、動画撮影時の音声ノイズの発生回避やオートフォーカスの高速化或いはアプリケーションの小型化を図るピエゾモータ方式の位置検出には、磁気センサが使用されており、この磁気センサの例として、特開２００６−２９２３９６号公報（文献６）に示されるものがある。この文献６の磁気センサは、Ｓ極とＮ極を交互に配列した磁界発生部材（磁石）と２つの磁界検出素子（ＭＲ素子又はホール素子）を設け、この磁界検出素子の出力を増幅し、演算処理することで、位置検出が行われている。
【００１１】
しかしながら、上記磁気センサを使用する場合には、以下の問題があった。
１）システム自体が大型化する。
２）Ｓ極、Ｎ極を多く配列したマグネット（磁界発生部材）を使用するため、トータル的なシステムコストが高くなる。
３）磁場検知のため、信号の直線性の改善が難しい。
４）磁気センサ等が搭載される装置内に他の磁気を使用するような場合に、磁気かぶり等の影響を受け、誤動作する可能性がある。
５）２つの磁界検出素子の出力が低いため、オペアンプを用いて増幅する必要があり、システムを構成するための部品コストが高価になる。
６）マグネットのＳ極、Ｎ極の着磁において誤差が生じ易く、磁場の強度を一定に保つことも難しく、またマグネットの酸化により性能が劣化する。
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、大型化し、検出精度等にも不都合が生じる磁気センサの使用をなくし、小型かつ安価なコストで、また５μｍ以下の分解能で１０ｍｍ以上の長距離検出が可能となる反射型フォトセンサを用いた位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１の発明に係る反射型フォトセンサを用いた位置検出装置は、反射面と非反射面を移動物の移動方向に交互に並べた反射部と、この反射部に対し発光／受光する発光素子及び受光素子を有し、この受光素子には上記移動物の移動方向でそれぞれ異なる受光領域を持つ複数の受光部が設けられた反射型フォトセンサと、を備え、上記複数の受光部から位相差の異なる信号を出力し、これらの出力信号から上記移動物の位置を検出することを特徴とする。
請求項２の発明の位置検出装置は、反射面と非反射面を移動物の移動方向に交互に並べた反射部と、この反射部に対し発光／受光する発光素子及び受光素子を有し、この受光素子には上記移動物の移動方向でそれぞれ異なる受光領域を持つ複数の受光部が設けられた反射型フォトセンサと、を備えると共に、上記反射型フォトセンサの受光素子の受光部に、検出出力が上記移動物の移動量に応じて直線的に変化するように、反射部移動方向の中心部から両端へ向かう程、単位長さ当りの面積が広くなる受光領域を設け、又は上記発光素子の発光部に、検出出力が上記反射部の移動量に応じて直線的に変化するように、反射部移動方向の中心部から両端へ向かう程、単位長さ当りの面積が広くなる発光領域を設け、上記複数の受光部から位相差の異なる信号を出力し、これらの出力信号から上記移動物の位置を検出することを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、２つの上記受光部からの出力値をＡ，Ｂとすると、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）及び（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）の演算を行い、この演算値により上記移動物の位置検出を実行することを特徴とする。
請求項４の発明は、上記複数の受光部からの出力値の上限と下限の閾値を設定し、この閾値への到達回数をカウントすると共に、複数の受光部からの出力値を順次積算することにより、上記移動物の位置検出を実行することを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、２つの上記受光部からの出力値をＡ，Ｂ、信号の位相角をθとすると、θ＝ａｒｃｔａｎ（Ａ／Ｂ）の演算を行い、この位相角θにより上記移動物の位置検出を実行することを特徴とする。
請求項６の発明は、上記複数の受光部から出力された位相差の異なる信号の電圧からそれら信号の中点電位を算出し、この中点電位を基準にした上記出力信号の演算により上記移動物の位置を検出することを特徴とする。
請求項７の発明は、上記複数の受光部から１８０度位相差のある２つの信号を出力し、この２つの信号から上記中点電位を算出することを特徴とする。
【００１６】
上記請求項１の構成によれば、例えばカメラの可動レンズ等の移動物に反射面と非反射面が交互に形成された反射部を取り付け、この反射部からの光反射の状態を、例えば２つの受光部（それぞれ異なる受光領域）で受光することにより、位相差の異なる２つの信号が出力される。そして、この２つの信号に対しリニア値演算（直線性のある値を得るための演算）を施す（請求項３）ことにより、又は２つの信号の直線部の値を積算する（請求項４）ことで、移動物の位置や移動量を検出することができる。
【００１７】
上記請求項２の構成によれば、反射型フォトセンサとして、検出出力が反射部の移動量に応じて直線的に変化するように、反射部移動方向の中心部から両端へ向かう程、単位長さ当りの面積が広くなる受光領域又は発光領域を設けたものを用いることにより、例えば２つの信号の直線性を高めることができる。
【００１８】
上記請求項６，７の構成によれば、例えば３分割した受光素子により３つの信号（出力Ａ〜Ｃ）が出力され、１８０度位相差のある信号出力ＡとＣにより中点電位が算出されると共に、９０度位相差のある信号出力ＡとＢによりリニア値演算が行われる。従って、リニア値演算の際に中点電位が同時に得られ、温度変化等で出力信号が変動した場合でも、中点電圧を一定に保った状態で移動物の位置や移動量が正確に検出される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の位置検出装置によれば、反射部は反射面と非反射面を交互に形成するだけの構成となるので、Ｓ極とＮ極を多列した磁界発生部材と比較すると、低コスト、小型にセンサを形成することができ、またリニア特性を高めることも容易となり、反射面と非反射面の繰返しを多く形成することにより、１０ｍｍ以上の長距離に渡って良好な位置センシングが可能となる。更に、反射面と非反射面の幅等を調整し、出力の勾配を大きくすることで、５μｍ以下の高分解能（高精度）の位置検出を実現することができる。これにより、１０ｍｍ以上の位置検出が必要な高倍率又はハイエンドモデルのデジタルスチールカメラ、一眼レフカメラ、カムコーダや監視カメラ等、ズーム機能が必要なカメラモジュールへの適用、また高精度で長距離範囲の位置検出が必要なアプリケーションへの適用が可能になるという効果がある。
【００２０】
また、磁気センサを用いる場合の不都合が解消される。即ち、磁気かぶり等の影響を受けることもなく、検出出力をオペアンプによって増幅する必要もなく、マグネットにおけるＳ極、Ｎ極の着磁のバラツキや磁場強度の不均一によって検出誤差が生じたり、マグネットの酸化により性能が劣化したりすることも防止される。
【００２１】
上記請求項２の構成によれば、受光領域の一部を遮光することで、受光部からの出力波形の立上り及び立下りの傾きの直線性を向上させ、検出精度を高めることができる。
上記請求項３の構成によれば、リニアな上り傾斜部及び下り傾斜部が交互に現れる三角波形となる演算出力により、高精度に長距離の位置検出ができ、また温度変化により生じる反射型フォトセンサの出力変動をキャンセルすることが可能となる。
上記請求項４の構成によれば、上記リニア値演算をすることなく、積算するだけで、長距離の位置検出ができる。
【００２２】
上記請求項６，７の構成によれば、長距離位置検出を行う上で必須となるリニア特性を得るために必要不可欠な中点電位を、検出の際に同時に取り出すことができ、フォトセンサが温度依存性を持つ場合や、温度変化によりフォトセンサからの出力信号に変動が生じるような場合で、中点電圧レベルが変化しても、演算式から得られる結果（リニア特性）に影響を与えなくなるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施例に係る反射型フォトセンサを用いた位置検出装置の構成を示す図である。
【図２】第１実施例における受光素子の構成［図（Ａ）］と他の受光素子の構成例［図（Ｂ）〜（Ｄ）］を示す図である。
【図３】第１実施例の位置検出装置を示し、図（Ａ）は反射部側から見た斜視（透視）図、図（Ｂ）はフォトセンサ側から見た斜視（透視）図である。
【図４】第１実施例の位置検出装置［図（Ａ）］による検出例を示し、図（Ｂ）は受光素子出力のシミュレーション図、図（Ｃ）はリニア値演算出力図である。
【図５】第１実施例の位置検出装置で他の受光部［図２（Ｂ）］を用いた場合［図（Ａ）］の検出例を示し、図（Ｂ）は受光素子出力のシミュレーション図、図（Ｃ）はリニア値演算出力図である。
【図６】第１実施例の受光素子出力のシミュレーションデータとリニア値演算出力を重ねて表示した説明図である。
【図７】第１実施例において、図２（Ｃ）,（Ｄ）のように受光領域の一部を遮蔽した場合の受光部の出力図である。
【図８】第２実施例の位置検出装置の構成［図（Ａ）］とこの装置の受光素子出力及び検出例を示す説明図［図（Ｂ）］である。
【図９】第３実施例の位置検出装置の構成を示す図である。
【図１０】第３実施例における受光素子の構成［図（Ａ）］と他の受光素子の構成例［図（Ｂ）］を示す図である。
【図１１】第３実施例の位置検出装置［図（Ａ）］による検出例を示し、図（Ｂ）は受光素子出力のシミュレーション図である。
【図１２】第３実施例の位置検出装置での受光素子出力のシミュレーション及びリニア値演算出力図［図（Ａ）］と、出力信号と反射板寸法との関係を示す図［図（Ｂ）］である。
【図１３】第３実施例の位置検出装置で位相角演算をした場合のリニア値演算出力を示す図［図（Ａ）］と、出力信号と反射板寸法との関係を示す図［図（Ｂ）］である。
【図１４】第３実施例の位置検出装置で中点電位を算出した場合の結果［図（Ａ）］と、中点電位がシフトした場合の結果を示す図［図（Ｂ）］である。
【図１５】従来の位置検出装置の構成を示し、図（Ａ）は上面図、図（Ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１乃至図３には、本発明の第１実施例に係る反射型フォトセンサを用いた位置検出装置の構成が示されており、この実施例では、発光素子７と受光素子８を有する反射型フォトセンサ９が設けられる。即ち、図３（Ａ）にも示されるように、この反射型フォトセンサ９は、外周壁と遮光壁９ｋで仕切られた一方の凹部９ａに発光素子（ＬＥＤ）７、他方の凹部９ｂに受光素子（フォトトランジスタ）８が配置された構成とされるが、このフォトセンサ９の発光／受光面側に、この発光／受光面に平行でかつ発光素子７と受光素子８の配列方向（図の縦方向）に略垂直な方向１００に移動するように、反射板（光学反射部）１２が配置される。この反射板１２は、レンズ等の移動物と一体に移動するように取り付けられる。
【００２５】
上記反射板１２には、極細短冊形状の反射面ｓａと非反射面ｓｂが交互に（縦縞状に）形成・配置されており、実施例では、この反射面ｓａと非反射面ｓｂの幅を、３００μｍ程度としている。なお、この非反射面ｓｂは、スリット空間で構成してもよい。この反射板１２は、一般的な半導体ホトリソグラフ技術を用いて、透明ガラスに金属蒸着又はスパッタリングすることで容易に高精度に形成することができる。また、基材を樹脂とする場合、金属メッキによる他にエッチングやモールド成型時の型押しによる表面の部分的粗面化でも形成可能である。
【００２６】
そして、図２（Ａ）にも示されるように、上記フォトセンサ９の受光素子８には、受光領域を移動物の移動方向でそれぞれ異なる領域となるように分割した２つの受光部８ａ，８ｂが形成される。実施例では、上記反射板１２の反射面ｓａ、非反射面ｓｂの各幅（間隔）と、上記受光素子８の２つの受光部８ａ，８ｂの大きさ、形状や配置を調整することで、フォトセンサ９からの２つの出力が所望の位相ずれるように設計される。
【００２７】
更に、第１実施例では、上記受光素子８の２つの受光部８ａ，８ｂからの出力を受けるバッファアンプ１３ａ，１３ｂ、このアンプ１３ａ，１３ｂの出力からリニア値演算を行う演算回路（ＭＰＵ）１４を有する。この演算回路１４は、２つの受光部８ａ，８ｂからの出力値をＡ，Ｂとすると、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）及び（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）の演算を行うことで、反射板１２の移動に伴って直線的な上昇線と直線的な下降線が繰り返される三角波形の出力が得られ、また反射型フォトセンサの温度特性もキャンセルされることになる。
【００２８】
図２（Ｂ）〜（Ｄ）には、上記受光素子８に代わる他の構成例が示されており、図２（Ｂ）の受光素子１６は、移動物の移動方向１００へ細長くした受光領域の２つの受光部１６ａ，１６ｂを、その一部が重なる状態で、移動方向１００に垂直な方向に配置している。また、図２（Ｃ）の受光素子１７は、図２（Ａ）の受光部８ａ，８ｂの受光領域の一部を遮光反射膜１９で遮光した受光部１７ａ，１７ｂを持ち、図２（Ｄ）の受光素子１８は、図２（Ｂ）の受光部１６ａ，１６ｂの受光領域の一部を遮光反射膜２０で遮光した受光素子１８ａ，１８ｂを持つものである。なお、上記遮光反射膜１９及び２０は、それぞれ輪郭を多角形にしたが、曲線状にしてもよく、求める出力特性に基づいて適宜選択する。
【００２９】
即ち、これらの受光部１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂは、上記特許文献５（特開２００９−３８３２１）のものと同様に、受光部８ａ，８ｂ，１６ａ，１６ｂの活性層を遮光反射膜(ＡＬ膜)１９，２０で覆うことにより、反射板１２の移動方向の中心部から両端へ向かう程、単位長さ当りの面積が広くなる受光領域が設けられている。これにより、フォトセンサ９の検出出力の直線性（リニアリティ）を向上させることができる。なお、実施例では、１つの受光素子８，１６〜１８に２つの受光部を形成したが、２つの受光部８ａ，８ｂ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂのそれぞれを受光素子として配置してもよい。
【００３０】
一方、発光素子７の発光領域においても、上記受光素子１７，１８と同様に、その一部を遮光膜等で覆い、反射板１２の移動方向の中心部から両端へ向かう程、単位長さ当りの面積が広くなる発光領域を形成することで、フォトセンサ９の検出出力の直線性（リニアリティ）を向上させることができる。
【００３１】
第１実施例は、以上の構成からなり、このような構成によれば、図４で示す結果が得られる。即ち、図４（Ａ）で示される第１実施例の構成では、図４（Ｂ）に示されるように、受光素子８の受光部８ａから出力Ａ、受光部８ｂから出力Ｂが得られ、これらの出力Ａ，Ｂは、９０度の位相差が生じた波形となる。そして、この出力ＡとＢに基づき、演算回路１４で、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）［＝ｂ］及び（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）［＝ａ］の演算が行なわれると、図４（Ｃ）に示されるように、反射板座標に対し上り傾斜部ａと下り傾斜部ｂが繰り返される三角波形が得られる。即ち、この演算によって、直線性が維持された検出出力を得ることができる。
【００３２】
また、上記演算式を用いることにより、反射型フォトセンサ９の温度特性も完全にキャンセルすることが可能になる。即ち、例えば、温度の影響がなく、Ａ＝０．４（Ｖ）、Ｂ＝０．１（Ｖ）であるとき、上記演算式（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）による値は０．６となるが、これに対し、温度の影響により１割の変動があったとすると、Ａ＝０．４４、Ｂ＝０．１１となるが、この場合も、演算値は０．６となり、変動分がキャンセルされている。従って、装置内温度をサーミスタでモニタしフィードバックをかける回路や、特別な温度特性キャンセル回路を設ける必要がない。その他、センサ信号比Ａ／Ｂ＝ｓｉｎ（θ）／ｃｏｓ（θ）＝ｔａｎ（θ）の逆関数θ＝ａｒｃｔａｎ（Ａ／Ｂ）からθを算出し、反射板１２の反射面（又は非反射面）ピッチと角度θとの相関をとって移動距離を算出する方法も考えられるが、上記演算式を用いる方が容易に移動距離を算出可能である。但し、上記演算式で線形性が十分でない場合、この演算式を用いた方が良好な線形性が得られる。
【００３３】
図５には、図２（Ｂ）の受光素子１６を用いた場合の結果が示されており、この場合［図５（Ａ）］は、受光素子１６の受光部１６ａからの出力Ａ、受光部１６ｂからの出力Ｂで示されるように、９０度の位相差が生じた波形の出力が得られる。そして、この出力ＡとＢに基づき、演算回路１４で、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）［＝ｂ］及び（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）［＝ａ］の演算が行なわれると、図５（Ｃ）に示されるように、ａ，ｂからなる直線性が維持された三角波形が得られる。この図５（Ｃ）は、図４（Ｃ）と比較すると、直線部の傾きがより直線に近くなっている。これは、受光素子１６の受光部１６ａ，１６ｂの形状を調整し、受光素子の１６の出力をより三角波形に近くなるように調整した結果である。図２（Ａ）の受光素子８に比べて図２（Ｂ）の受光素子１６の方が、各受光面の横寸法を大きくとれるため、横寸法に対する受光部１６ａ，１６ｂの形状変化を緩やかにでき、単位移動量に対する受光量変化も緩やかにでき、調整し易くなる。
【００３４】
図６は、第１実施例の受光素子８の出力とリニア値演算出力を重ねて表示したものであり、演算値ａ，ｂは、反射板１２の移動距離（検出位置）に対し順次繰り返される三角波形となる。この例では、１つの三角波形が１ｍｍの移動距離に相当し、演算値ａの上り傾斜及び演算値ｂの下り傾斜の変化量で位置検出を行い、各出力のピーク点Ｕ１〜Ｕ５及びボトム点Ｄ１〜Ｄ５のカウントの積算を合わせて行なうことにより、長距離レンジで反射板１２（移動物）のトータル移動距離が検出される。
【００３５】
従って、本実施例をズーム機能を有するカメラモジュールに適用した場合、使用終了後又は開始時にレンズが原点に戻る（ズームレンズが収納された状態となる）ようにしておけば、ズーム機能使用時、ズーム動作に従ってレンズが移動する量をカウントの積算値から知ることができ、ズーム動作終了時のカウントの積算値をメモリ等に記憶させることによって、現在のレンズの位置を知ることができる。また、反射板１２の反射面ｓａの形状を終端部のみ幅広とする等、サイズを変更しておくことにより、終端部のみ受光素子８，１６〜１８の出力波形を異なる形にして、レンズが最大移動可能位置に達したことを知ることもできる。
【００３６】
また、本発明では、移動物の移動距離に対する変化量（移動単位当りの変化）を大きくとることができることから、非常に高分解能な位置検出が可能となる。即ち、より高分解能の検出を行う必要がある場合には、図６の演算値波形において、演算値ａ，ｂの変化量が大きくなるような受光パターン（２つの受光部の形状、寸法、配置等）及び反射板１２の構成（反射面及び非反射面の幅等）を最適に設計することにより、受光部出力波形の立上り及び立下りの傾斜角度が大きくなるようにすればよい。この結果、反射型フォトセンサ９の２つの出力信号の演算値ａ，ｂの勾配（変化量）が大きくなり、高い分解能が得られる。なお、この図６において、演算値ａ，ｂを用いるとき、上下の閾値ｃ１，ｄ１を設定し、この閾値のｃ１とｄ１の間の演算値ａ，ｂを使用することにより、検出精度の向上を図ることもできる。
【００３７】
図７には、第１実施例において２つの受光部の受光領域の一部を遮蔽した場合［図２（Ｃ）,（Ｄ）］の受光部１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂからの出力が示されており、この場合は、図示されるように、他の例と比較すると、出力波形の直線性の改善が確認できる。即ち、図２（Ｃ），（Ｄ）のように、受光部１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの受光領域の一部を遮光反射膜１９，２０で遮光し、反射部移動方向の中心部から両端へ向かう程、単位長さ当りの面積が広くなる受光領域とすることで、出力波形の立上り及び立下りの傾きの直線性を向上させることができる。
【００３８】
図８には、第２実施例の構成が示されており、この第２実施例は、リニア値演算をすることなく、長距離検出を行うものである。図８（Ａ）に示されるように、第２実施例は、バッファアンプ１３ａ，１３ｂの出力を積算する加算器２２を設け、直線性の高い出力波形の値を加算して位置検出を行うものである。即ち、図８（Ｂ）に示されるように、出力波形に対し、予め例えば０．８の閾値（電圧）ｃ２と０．２の閾値ｄ２（電圧）を設定し、この閾値ｃ２，ｄ２に到達した回数のカウントと、図８（Ｂ）のｅ１→ｅ２→ｅ３→ｅ４→ｅ５→ｅ６の積算量を求めることにより、第１実施例のリニア値演算を行なわずに、長距離の検出ができる。これによれば、リニア値演算のための演算回路が不要となり、簡単な構成で位置検出を実施することが可能となる。
【００３９】
上記実施例では、受光素子８，１６〜１８の受光領域を２つに分割した例を説明したが、これら受光素子の受光領域を３つ以上に分割し、第１実施例では、３つ以上の出力に基づくリニア値演算を実施し、第２実施例では、３つ以上の出力を積算することにより、高分解能で長距離の位置検出を行うようにしてもよい。
【００４０】
次に、第３実施例について説明する。
上記実施例においてリニア値演算を行う場合、受光部からの出力信号の中点電位を基準とした演算処理が必要であるが、フォトセンサ９の出力電圧が温度依存性を持つため、温度変化等により中点電位のレベルが変化してしまい、中点電位にオフセットが生じた状態で演算処理を行なうと、演算結果のリニアリティが崩れることになる。
【００４１】
また、上記中点電位は、フォトセンサ９の２つの受光部８ａと８ｂそれぞれの出力、出力Ａと出力ＢについてそれぞれのPeak値とBottom値を足し合わせた値の１／２を算出することで、それぞれの中点電位を求め、その中点電位をそれぞれの出力のオフセット値に使用し、それぞれ中点電位を補正することによって、正常なリニアリティを得るための条件は成り立つ。しかし、周囲温度の急激な変化等の要因で反射型フォトセンサ９の出力信号に急変が生じたときには、タイミングによっては、演算式として本来与えられるべき中点電位が正常な値として取り込まれないことが生じ、結果的にリニアリティが破綻する可能性がある。そこで、第３実施例では、中点電位を算出し、これに基づいてリニア値演算を行うようにしている。
【００４２】
図９及び図１０には、第３実施例の位置検出装置の構成が示されており、この実施例では、第１実施例と同様の反射板１２が配置され、発光素子７と受光素子２４を有する反射型フォトセンサ９が設けられる。即ち、この反射型フォトセンサ９は、第１実施例と同様の構造からなり、受光素子８の代わりに、受光素子２４が配置される。この受光素子２４では、図１０（Ａ）にも示されるように、受光領域を移動物の移動方向１００でそれぞれ異なる領域となるように分割した３つの受光部２４ａ，２４ｂ，２４ｃが形成され、この３つの受光部２４ａ，２４ｂ，２４ｃの大きさ、形状や配置と、反射板１２の反射面ｓａ、非反射面ｓｂの各幅を調整することで、フォトセンサ９からの３つの信号出力（Ａ〜Ｃ）は、例えば基準信号（０度：出力Ａ）に対し９０度（出力Ｂ）と１８０度（出力Ｃ）の位相角が進む関係となるように設計される。
【００４３】
また、上記３つの受光部２４ａ，２４ｂ，２４ｃからの出力を受けるバッファアンプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ、このアンプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの出力から検出信号の中点電位を求めると共に、リニア値演算を行う演算回路（ＭＰＵ）２６を有する。この演算回路２６でのリニア値演算としては、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）及び（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）の演算、信号の位相角θを、θ＝ａｒｃｔａｎ（Ａ／Ｂ）で求める演算等が適用できる。
【００４４】
図１０（Ｂ）には、上記受光素子２４に代わる他の構成例が示されており、図１０（Ｂ）の受光素子２８は、移動物の移動方向１００へ細長くした受光領域の３つの受光部２８ａ，２８ｂ，２８ｃを、その一部が重なる状態で、移動方向１００に垂直な方向に配置したものである。なお、上記受光部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ及び受光部２８ａ，２８ｂ，２８ｃでは、図２（Ｃ），（Ｄ）で説明した遮光反射膜１９を設けることもできる。
【００４５】
第３実施例は、以上の構成からなり、このような構成によれば、図１１，図１２で示す結果が得られる。即ち、図１１（Ａ）で示される第３実施例の構成では、図１１（Ｂ）に示されるように、受光素子２４の受光部２４ａから出力Ａ、受光部２４ｂから出力Ｂ、受光部２４ｃから出力Ｃが得られ、これらは、その位相角において出力Ａ（０度）に対し出力Ｂが９０度進み、出力Ｃが１８０進んだ波形となる。そして、この出力Ａ〜Ｃに基づき、演算回路２６では中点電位が求められると共に、所定のリニア値演算が行われる。即ち、１８０度位相差のある上記出力ＡとＣに基づき、中点電位ＤがＤ＝（Ａ＋Ｃ）／２により算出されると共に、出力ＡとＢに基づき、第１実施例と同様に、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）［＝ｂ］及び（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）［＝ａ］の演算が行なわれる。
【００４６】
このリニア値演算によれば、図１２（Ａ）に示されるように、リニアリティのある上り傾斜部ａと下り傾斜部ｂが繰り返される三角波形が得られる。そして、第３実施例では、上記の中点電位Ｄが算出されるので、詳細は後述するが、温度変化があった場合でも、リニア値演算における中点電位（実施例では０Ｖ）が変動せず一定となり、正確な演算値が得られるという利点がある。なお、上記の演算式によれば、第１実施例でも説明したように、フォトセンサ９の温度特性も完全にキャンセル可能となることから、装置内温度をサーミスタ等で監視し、フィードバックをかける回路や、特別な温度特性キャンセル回路を設ける必要がない。
【００４７】
また、図１２（Ｂ）に示されるように、第３実施例では、反射板１２において、反射面ｓａを０．３ｍｍ、非反射面ｓｂを０．３ｍｍとし、両方の０．６ｍｍの移動で、反射型フォトセンサ９の出力信号波形の１周期分が得られように設計されている。即ち、信号波形の１周期分で０．６ｍｍの移動が検出できることになる。
【００４８】
図１３には、第３実施例において、他のリニア値演算として、信号の位相角θをａｒｃｔａｎ（Ａ／Ｂ）で求める演算式を用いたときの結果が示されている。上述のように、リニア値を求める演算では、θ＝ａｒｃｔａｎ（Ａ／Ｂ）を用いる方法もあり、出力信号の位相角をθとした場合、このθと反射板１２の反射面ｓａと非反射面ｓｂのピッチ間の相関をとることにより、フォトセンサ９の発光／受光面側を移動する反射板１２の移動距離を検出することができる。
【００４９】
これによれば、図１３（Ａ）に示されるような演算結果が得られる。この例でも、例えば、０．３ｍｍの反射面ｓａと０．３ｍｍの非反射面ｓｂからなる反射板１２の０．６ｍｍの移動で、フォトセンサ９の出力信号１周期分が得られるようにしており、この場合には、反射板１２の移動０．６ｍｍ＝出力信号の位相角３６０度の関係式が成り立つので、この位相角θを算出することにより移動物の位置検出が可能となる。
【００５０】
次に、中点電位を算出した場合の効果を図１４により説明する。
第３実施例の演算では、出力信号Ａ，Ｂの演算からリニア値を得ているが、各演算式で用いる出力信号Ａ，Ｂの値は、絶対値ではなく、上述の中点電位Ｄに対しての相対値となる。即ち、上記リニア値演算により位置検出を行うためには、各出力電圧を得るのに同期して、常に出力信号の中点電位を与えて演算を行なわなければ、位置検出に必要なリニアリティは崩れてしまう。
【００５１】
一般に、反射型フォトセンサ９の出力電圧は、製品により個体差があり、バイアス条件によっても変化する。また、温度依存性を持つことから、出力信号の中点電位Ｄの値は常に一定値とはならない。この中点電位Ｄを常に正確に得るためには、外部のＬＳＩ等で出力信号Ａ，Ｂの振幅をモニタし、このモニタ値を用いた演算式Ａ／２＝Ｂ／２＝Ｄにより中点電位Ｄの値を求め、Ａ＝Ａの絶対値−Ｄの絶対値、及びＢ＝Ｂの絶対値−Ｄの絶対値の計算を行なえばよいが、何らかの要因により、急激な温度変化やＳＥＴ内でバイアス変動等が生じた場合には、タイミングによっては正確な中点電位Ｄが与えられず、瞬間的に演算値から得られた結果が、図１４（Ｂ）のＥようにリニアリティを損なった波形になる可能性がある。
【００５２】
図１４（Ｂ）は、出力信号の振幅が本来の−１〜＋１から０．５〜２．５へ変動し、中点電位が１．５Ｖへシフトしたにも関わらず、中点電位を０Ｖのままで、上記（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ），（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）の演算をしたものであり、その結果、波形Ｅの演算値が出力されている。この結果からも、システム破綻を発生させることなく、常に安定したリアリティを得るためには、出力信号Ａ，Ｂの検出と同期して、中点電庄Ｄの値を常にモニタできればよいことが分かる。
【００５３】
図１４（Ａ）は、中点電位Ｄを算出した結果であり、この中点電圧Ｄの算出により、出力Ａ，Ｂの中点電位が０Ｖに常に設定されるので、演算結果はリニアリティの高い、繰り返しの三角波形となる。また、実施例では、出力（信号）ＣはＡに対し、１８０度位相角が進むように設計してあるため、ＡとＣの和の半値であるＤ＝（Ａ＋Ｃ）／２は、出力Ａ，Ｂ，Ｃの変動に関わらず、常に各出力信号の中点電位Ｄを示すことになる。即ち、この中点電位Ｄの算出は、上述のように、Ｄ＝Ａ／２＝Ｂ／２の演算式で行うこともできるが、１８０度位相差のあるＡとＣを用いる方が、中点電圧Ｄの算出が正確に行われる。そして、このＤ＝（Ａ＋Ｃ）／２の演算を、同時に得られた出力Ａ，Ｂ，Ｃに基づき、演算回路２６にて行なうことで、リニア値演算において常にリニアリティを確保することが可能となる。
【００５４】
上記第３実施例によれば、フォトセンサ９が温度依存性を持つ場合、急激な温度変化によりフォトセンサ９からの出力信号に変動が生じるような場合等で、中点電圧レベルが変化しても、演算式から得られるリニアリティ特性に影響を与えないという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、長距離検出を高分解能で行う位置検出装置等として、例えば高倍率ズームが必要なデジタルスチールカメラ、一眼レフ、カムコーダ、ＣＣＴＶ等の長距離検出用アクチュエータ等に適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１，９…反射型フォトセンサ、
３，７…発光素子、
４，８，１６，１７，１８，２４，２８…受光素子、
５，１２…反射板（反射部）、
８ａ，８ｂ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ，２４ａ〜２４ｃ，２８ａ〜２８ｃ…受光部、
１４，２６…演算回路（マイクロプロセッサユニット）、
１９，２０…遮光反射膜、
２２…加算回路、
ｓａ…反射面、 ｓｂ…非反射面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面と非反射面を移動物の移動方向に交互に並べた反射部と、
この反射部に対し発光／受光する発光素子及び受光素子を有し、この受光素子には上記移動物の移動方向でそれぞれ異なる受光領域を持つ複数の受光部が設けられた反射型フォトセンサと、を備え、
上記複数の受光部から位相差の異なる信号を出力し、これらの出力信号から上記移動物の位置を検出する反射型フォトセンサを用いた位置検出装置。
【請求項２】
反射面と非反射面を移動物の移動方向に交互に並べた反射部と、
この反射部に対し発光／受光する発光素子及び受光素子を有し、この受光素子には上記移動物の移動方向でそれぞれ異なる受光領域を持つ複数の受光部が設けられた反射型フォトセンサと、を備えると共に、
上記反射型フォトセンサの受光素子の受光部に、検出出力が上記移動物の移動量に応じて直線的に変化するように、反射部移動方向の中心部から両端へ向かう程、単位長さ当りの面積が広くなる受光領域を設け、又は上記発光素子の発光部に、検出出力が上記反射部の移動量に応じて直線的に変化するように、反射部移動方向の中心部から両端へ向かう程、単位長さ当りの面積が広くなる発光領域を設け、
上記複数の受光部から位相差の異なる信号を出力し、これらの出力信号から上記移動物の位置を検出する反射型フォトセンサを用いた位置検出装置。
【請求項３】
２つの上記受光部からの出力値をＡ，Ｂとすると、
（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）及び（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）の演算を行い、
この演算値により上記移動物の位置検出を実行することを特徴とする請求項１又は２記載の反射型フォトセンサを用いた位置検出装置。
【請求項４】
上記複数の受光部からの出力値の上限と下限の閾値を設定し、この閾値への到達回数をカウントすると共に、複数の受光部からの出力値を順次積算することにより、上記移動物の位置検出を実行することを特徴とする請求項１又は２記載の反射型フォトセンサを用いた位置検出装置。
【請求項５】
２つの上記受光部からの出力値をＡ，Ｂ、信号の位相角をθとすると、
θ＝ａｒｃｔａｎ（Ａ／Ｂ）の演算を行い、
この位相角θにより上記移動物の位置検出を実行することを特徴とする請求項１又は２記載の反射型フォトセンサを用いた位置検出装置。
【請求項６】
上記複数の受光部から出力された位相差の異なる信号の電圧からそれら信号の中点電位を算出し、この中点電位を基準にした上記出力信号の演算により上記移動物の位置を検出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の反射型フォトセンサを用いた位置検出装置。
【請求項７】
上記複数の受光部から１８０度位相差のある２つの信号を出力し、この２つの信号から上記中点電位を算出することを特徴とする請求項６記載の反射型フォトセンサを用いた位置検出装置。
【請求項１】
反射面と非反射面を移動物の移動方向に交互に並べた反射部と、
この反射部に対し発光／受光する発光素子及び受光素子を有し、この受光素子には上記移動物の移動方向でそれぞれ異なる受光領域を持つ複数の受光部が設けられた反射型フォトセンサと、を備え、
上記複数の受光部から位相差の異なる信号を出力し、これらの出力信号から上記移動物の位置を検出する反射型フォトセンサを用いた位置検出装置。
【請求項２】
反射面と非反射面を移動物の移動方向に交互に並べた反射部と、
この反射部に対し発光／受光する発光素子及び受光素子を有し、この受光素子には上記移動物の移動方向でそれぞれ異なる受光領域を持つ複数の受光部が設けられた反射型フォトセンサと、を備えると共に、
上記反射型フォトセンサの受光素子の受光部に、検出出力が上記移動物の移動量に応じて直線的に変化するように、反射部移動方向の中心部から両端へ向かう程、単位長さ当りの面積が広くなる受光領域を設け、又は上記発光素子の発光部に、検出出力が上記反射部の移動量に応じて直線的に変化するように、反射部移動方向の中心部から両端へ向かう程、単位長さ当りの面積が広くなる発光領域を設け、
上記複数の受光部から位相差の異なる信号を出力し、これらの出力信号から上記移動物の位置を検出する反射型フォトセンサを用いた位置検出装置。
【請求項３】
２つの上記受光部からの出力値をＡ，Ｂとすると、
（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）及び（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）の演算を行い、
この演算値により上記移動物の位置検出を実行することを特徴とする請求項１又は２記載の反射型フォトセンサを用いた位置検出装置。
【請求項４】
上記複数の受光部からの出力値の上限と下限の閾値を設定し、この閾値への到達回数をカウントすると共に、複数の受光部からの出力値を順次積算することにより、上記移動物の位置検出を実行することを特徴とする請求項１又は２記載の反射型フォトセンサを用いた位置検出装置。
【請求項５】
２つの上記受光部からの出力値をＡ，Ｂ、信号の位相角をθとすると、
θ＝ａｒｃｔａｎ（Ａ／Ｂ）の演算を行い、
この位相角θにより上記移動物の位置検出を実行することを特徴とする請求項１又は２記載の反射型フォトセンサを用いた位置検出装置。
【請求項６】
上記複数の受光部から出力された位相差の異なる信号の電圧からそれら信号の中点電位を算出し、この中点電位を基準にした上記出力信号の演算により上記移動物の位置を検出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の反射型フォトセンサを用いた位置検出装置。
【請求項７】
上記複数の受光部から１８０度位相差のある２つの信号を出力し、この２つの信号から上記中点電位を算出することを特徴とする請求項６記載の反射型フォトセンサを用いた位置検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−３６９７２（Ｐ２０１３−３６９７２Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３８３０１（Ｐ２０１１−２３８３０１）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００１９１２３８）新日本無線株式会社 (569)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００１９１２３８）新日本無線株式会社 (569)
【Ｆターム（参考）】
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