(57)【要約】【課題】低消費電力、高分解能、かつ高精度な変位検出装置を提供する。【解決手段】変位検出装置（１０９）は、基準電極部（１３＿１ａ）および複数の検出電極部（１３ｂ〜１３ｇ）を有する第１電極（１３＿１）と、所定の周期パターンを有し、第１電極に対して相対移動可能な第２電極（１１）と、第１電極と第２電極との間の静電容量に基づいて変位を検出する検出部（１７）と、複数の検出電極部と検出部とを接続する配線（Ｌａ〜Ｌｄ）とを有し、配線のうち第２電極と対向する部分は、基準電極部に対して第２電極の反対側に位置している。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準電極部および複数の検出電極部を有する第１電極と、
所定の周期パターンを有し、前記第１電極に対して相対移動可能な第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量に基づいて変位を検出する検出部と、
前記複数の検出電極部と前記検出部とを接続する配線と、を有し、
前記配線のうち前記第２電極と対向する部分は、前記基準電極部に対して前記第２電極の反対側に位置している、
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項２】
前記配線のうち前記第２電極と対向する部分は、前記基準電極部に対して静電結合をしている、
ことを特徴とする請求項１に記載の変位検出装置。
【請求項３】
前記第１電極は、第１の層および第２の層を含む２層以上の基板で構成されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の変位検出装置。
【請求項４】
前記基準電極部は、前記第１の層に設けられており、
前記複数の検出電極部および前記配線は、前記第２の層に設けられている、
ことを特徴とする請求項３に記載の変位検出装置。
【請求項５】
前記第１電極は、フレキシブル基板で構成されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の変位検出装置。
【請求項６】
前記配線のうち前記第２電極と対向しない部分も、前記基準電極部に対して静電結合をしている、
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。
【請求項７】
前記基準電極部および前記複数の検出電極部は、前記第１の層に設けられており、
前記配線は、前記第２の層に設けられており、
前記複数の検出電極部は、スルーホールを経由して、前記配線と接続されている、
ことを特徴とする請求項３に記載の変位検出装置。
【請求項８】
固定部材と、
前記固定部材に対して相対移動可能に支持された可動部材と、
基準電極部および複数の検出電極部を有する第１電極と、
所定の周期パターンを有し、前記第１電極に対して相対移動可能な第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量に基づいて前記可動部材の変位を検出する検出部と、
前記複数の検出電極部と前記検出部とを接続する配線と、を有し、
前記配線のうち前記第２電極と対向する部分は、前記基準電極部に対して前記第２電極の反対側に位置している、
ことを特徴とするレンズ鏡筒。
【請求項９】
前記第１電極は、前記固定部材に設けられており、
前記第２電極は、前記可動部材に設けられている、
ことを特徴とする請求項８に記載のレンズ鏡筒。
【請求項１０】
前記第２電極の前記所定の周期パターンは、前記可動部材の回転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８または９に記載のレンズ鏡筒。
【請求項１１】
請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒と、
前記レンズ鏡筒の光学系を介して形成された光学像を光電変換する撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの光学機器に搭載可能なレンズ鏡筒に関する。
【背景技術】
【０００２】
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が知られている。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２５５８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。しかしながら、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。また、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。このため、一対のフォトインタラプタを用いた構成では、回転検出の分解能を更に高めて、より高精度な変位検出を行うことが困難である。
そこで本発明は、低消費電力、高分解能、かつ高精度な変位検出装置、レンズ鏡筒、および撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての変位検出装置は、基準電極部および複数の検出電極部を有する第１電極と、所定の周期パターンを有し、前記第１電極に対して相対移動可能な第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量に基づいて変位を検出する検出部と、前記複数の検出電極部と前記検出部とを接続する配線とを有し、前記配線のうち前記第２電極と対向する部分は、前記基準電極部に対して前記第２電極の反対側に位置している。
【０００７】
本発明の他の側面としてのレンズ鏡筒は、固定部材と、前記固定部材に対して相対移動可能に支持された可動部材と、前記変位検出装置とを有する。
【０００８】
本発明の他の側面としての撮像装置は、前記レンズ鏡筒と、前記レンズ鏡筒の光学系を介して形成された光学像を光電変換する撮像素子とを有する。
【０００９】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、低消費電力、高分解能、かつ高精度な変位検出装置、レンズ鏡筒、および撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】各実施例における撮像装置のブロック図である。
【図２】実施例１〜３における交換レンズの構成図である。
【図３】実施例１〜３における可動電極および固定電極の分解斜視図である。
【図４】各実施例における、変位検出の原理説明のための可動電極および固定電極の詳細図である。
【図５】各実施例における、変位検出の原理説明のための固定電極と可動電極との関係図である。
【図６】各実施例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。
【図７】各実施例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。
【図８】各実施例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変位信号を示すグラフである。
【図９】実施例１における固定電極の展開図である。
【図１０】実施例１における検出電極の配線と可動電極との関係図である。
【図１１】実施例２における固定電極の展開図である。
【図１２】実施例２における検出電極の配線と可動電極との関係図である。
【図１３】実施例３における固定電極の展開図である。
【図１４】実施例３における検出電極の配線と可動電極との関係図である。
【図１５】比較例としての検知電極の配線と可動電極との関係図である。
【図１６】実施例４における交換レンズの構成図である。
【図１７】図１６の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
まず、図１を参照して、本発明の実施例１における撮像装置（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、本実施例における撮像装置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。
【００１４】
撮像装置１００は、カメラ２（撮像装置本体）と、カメラ２に着脱可能な交換レンズ１（レンズ鏡筒）とを備えて構成される。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。
【００１５】
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（光学系）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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
１０７は位置検出エンコーダ（位置検出部）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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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）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）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。
【００２４】
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を光軸周りの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。
【００２５】
次に、図４乃至図８を参照して、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は検出原理を説明するための図で、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の平面図、図４（ｂ）は可動電極１１の平面図、図４（ｃ）は固定電極１３と可動電極１１とを重ねた平面図をそれぞれ示している。図４（ｄ）は、固定電極１３および可動電極１１を検出方向Ｂに対して直交する厚さ方向（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中の矢印Ｂで示される方向が検出方向（回転方向）である。
【００２６】
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１３ａ（ＧＮＤ電極）、および、検出電極１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇを有する。検出電極１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇは、それぞれ、Ｓ１＋電極、Ｓ１−電極、Ｍ１電極、Ｍ２電極、Ｓ２＋電極、Ｓ２−電極である。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おり、各電極は後述する図６に記載の静電容量検出回路１６（静電容量検出部）に接続されている。
【００２７】
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のうち黒い領域は、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１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ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）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。
【００２８】
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は図４と同様に変位検出の原理説明のための図で、固定電極１３と可動電極１１との関係図である。図５中の上側において、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中の下側において、可動電極１１のパターン電極１１ａが黒く示されている。パターン電極１１ａは、図４（ｃ）に示されるように検出電極１３ｂ〜１３ｇ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。
【００２９】
電極部である繰り返しパターン１１ａの繰り返しのピッチを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、黒く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。
【００３０】
固定電極１３の基準電極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１３ａ（ＧＮＤ電極）の一部は、長さ１４Ｐのうち、左右の長さ２Ｐの間の長さ１０Ｐ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１３ａは、検出方向ＢにおいてＬ×Ｐ（Ｌ：自然数）の長さを有し、本実施例においてＬは４（左右の長さ２Ｐ×２＝４Ｐ）または１４（全体の長さ１４Ｐ）である。
【００３１】
基準電極１３ａ（ＧＮＤ電極）の長さは、ピッチＰの倍数である。このため、基準電極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ｄが一定であれば、静電容量Ｃも一定である。検出電極１３ｂ（Ｓ１＋電極）および検出電極１３ｃ（Ｓ１−電極）は共に、１．５Ｐの長さであり、互いに１８０度の位相差を有する。すなわち、（Ｍ＋０．５）×Ｐ（Ｍは０または自然数）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「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。
【００３２】
一方、検出電極１３ｃ（Ｓ１−電極）は、検出電極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「１」、ステータス４では「２」となる。このように、検出電極１３ｂ（Ｓ１＋電極）および検出電極１３ｃ（Ｓ１−電極）に関し、静電容量Ｃは互いに逆に変化する。本実施例において、検出電極１３ｂ（Ｓ１＋電極）および検出電極１３ｃ（Ｓ１−電極）は、一組の変位検出電極対である。可動電極１１の移動に対して、検出電極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変化量は比例するため、静電容量Ｃの変化も線形となる。この点は、検出電極１３ｃ（Ｓ１−）に関しても同様である。
【００３３】
検出電極１３ｆ（Ｓ２＋電極）および検出電極１３ｇ（Ｓ２−電極）もそれぞれ（Ｍ＋０．５）×Ｐ（Ｍは０または自然数）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１３ｆ（Ｓ２＋電極）および検出電極１３ｇ（Ｓ２−電極）に関し、前式中のＭは検出電極１３ｂ（Ｓ１＋電極）および検出電極１３ｃ（Ｓ１−電極）と同様に１である。
【００３４】
これらの二組の変位検出電極対は、検出方向Ｂにおける位相ずれは、図５に示されるように、ピッチＰに換算して６Ｐ＋（１／８）Ｐの位相ずれを有し、静電容量Ｃは（１／８）Ｐだけずれた変化を示す。すなわち、検出電極１３ｆ（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１では「２」であり、ステータス５では「１」となる。一方、検出電極１３ｇ（Ｓ２−電極）は、検出電極１３ｆ（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１３ｆ（Ｓ２＋電極）および検出電極１３ｇ（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。
【００３５】
検出電極１３ｄ（Ｍ１電極）は、２Ｐの長さを有する。また、検出電極１３ｄ（Ｍ１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からステータス７まで常に「２」であり、変化しない。検出電極１３ｅ（Ｍ２電極）は、１Ｐの長さを有する。また、検出電極１３ｅ（Ｍ２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からステータス７まで常に「１」であり、変化しない。検出電極１３ｅ（Ｍ２電極）および検出電極１３ｄ（Ｍ１電極）は、Ｎ×Ｐおよび（Ｎ＋Ｑ）×Ｐ（Ｎ、Ｑは自然数）の式でそれぞれ表される長さの一組の参照電極対であり、本実施例ではＮ、Ｑが共に１の場合に相当する。
【００３６】
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６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。
【００３７】
固定電極１３は、基準電極１３ａ（ＧＮＤ電極）、検出電極１３ｂ（Ｓ１＋電極）、検出電極１３ｃ（Ｓ１−電極）、検出電極１３ｄ（Ｍ１電極）、検出電極１３ｅ（Ｍ２電極）、検出電極１３ｆ（Ｓ２＋電極）、および、検出電極１３ｇ（Ｓ２−電極）を有する。図６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１３ａおよび検出電極１３ｂ〜１３ｇにより形成されるコンデンサの静電容量をそれぞれＣＧ、ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４、ＣＳ５、ＣＳ６とする。ギャップｄが一定である場合、静電容量ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ５、ＣＳ６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ＣＧ、ＣＳ３、ＣＳ４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。
【００３８】
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（検出部または信号処理部）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、１５ｆ、１５ｇを有する。本実施例において、アナログスイッチ１５ｂ〜１５ｇは、検出電極１３ｂ〜１３ｇ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〜１５ｇ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ＣＧと、静電容量ＣＧと直列に繋がっている静電容量ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４、ＣＳ５、ＣＳ６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Ｓ１、Ｓ２、Ｓ１Ｐ、Ｓ２Ｐ、ＩＮＴ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。
【００３９】
次に、図７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（変位検出電極対および参照電極対の出力信号）について説明する。図７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。図７は、特に、検出電極１３ｂ（Ｓ１＋電極）、検出電極１３ｃ（Ｓ１−電極）、検出電極１３ｄ（Ｍ１電極）、および、検出電極１３ｅ（Ｍ２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７（ａ）〜（ｃ）において、横軸は図５を参照して説明したステータス０〜４、縦軸は静電容量（合成容量（図７（ａ））、差動信号（図７（ｂ））、正規化信号（図７（ｃ））をそれぞれ示している。各コンデンサの静電容量は、図５にて便宜的に面積「１」と称した面積でギャップｄの場合に０．１ｐＦであるとしている。また図７（ａ）、（ｂ）において、静電容量ＣＧは、０．１ｐＦ、０．４ｐＦ（図５に示される長さ４Ｐに相当）、４．０ｐＦの３種類の場合に関して示している。
【００４０】
図７（ａ）は、静電容量ＣＧとＣＳ１との合成容量ＣＧ＿Ｓ１、および、静電容量ＣＧとＣＳ２との合成容量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ＣＧ＿Ｓ１、ＣＧ＿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／ＣＧ＿Ｓ１＝１／ＣＧ＋１／ＣＳ１、および、１／ＣＧ＿Ｓ２＝１／ＣＧ＋１／ＣＳ２が成立する。例えば、ＣＧ＝０．４ｐＦ、ＣＳ１＝０．２ｐＦ（図５でのステータス０）の場合、ＣＧ＿Ｓ１＝０．１３３ｐＦとなる。また、ＣＧ＝０．４ｐＦ、ＣＳ１＝０．１ｐＦ（図５でのステータス４）の場合、ＣＧ＿Ｓ１＝０．０８０ｐＦとなる。これは、図７（ａ）中の実線７１ｂで示される合成容量に相当する。
【００４１】
図７（ａ）において、実線７１ａ、７１ｂ、７１ｃは、検出電極１３ｂ（Ｓ１＋電極）と基準電極１３ａ（ＧＮＤ電極）との合成容量を示す。また、実線７１ａはＣＧ＝４．０ｐＦ、実線７１ｂはＣＧ＝０．４ｐＦ、実線７１ｃはＣＧ＝０．１ｐＦの場合をそれぞれ示している。図７（ａ）において、破線７２ａ、７２ｂ、７２ｃは、検出電極１３ｃ（Ｓ１−電極）と基準電極１３ａ（ＧＮＤ電極）との合成容量を示す。検出電極１３ｃ（Ｓ１−電極）は、検出電極１３ｂ（Ｓ１＋電極）に対して１８０度の位相差を有するため、破線７２ａ、７２ｂ、７２ｃは、実線７１ａ、７１ｂ、７１ｃのそれぞれと左右反転したグラフとなっている。図７（ａ）から分かるように、直列に繋がれたコンデンサの合成容量の大きさは、小さい静電容量のほうにより大きく依存する。このため合成容量は、基準電極１３ａ（ＧＮＤ電極）の静電容量ＣＧが大きくなると、可変コンデンサである検出電極１３ｂ（Ｓ１＋電極）または検出電極１３ｃ（Ｓ１−電極）の静電容量ＣＳ１、ＣＳ２の変化がより反映され、大きな静電容量変化が得られる。図５に示されるように、基準電極１３ａ（ＧＮＤ電極）の繰り返しパターン電極１１ａと一部で重なっている長さ１０Ｐの領域は、静電容量ＣＧを大きくするために設けられている。
【００４２】
図７（ｂ）は、変位検出電極対および参照電極対のそれぞれの差動出力（差動信号）を示すグラフである。図７（ｂ）において、実線７３ａ、７３ｂ、７３ｃは、合成容量ＣＧ＿Ｓ１、ＣＧ＿Ｓ２の差動信号を示す。すなわち、実線７３ａ、７３ｂ、７３ｃは、実線７１ａから破線７２ａ、実線７１ｂから破線７２ｂ、実線７１ｃから破線７２ｃをそれぞれ減算した信号に相当する。また図７（ｂ）において、実線７４ａ、７４ｂ、７４ｃは、検出電極１３ｄ（Ｍ１電極）と検出電極１３ｅ（Ｍ２電極）との差動信号であり、図７（ａ）と同様の静電容量ＣＧの大きさに対応している。ＣＳ３＝０．２ｐＦ、ＣＳ４＝０．１ｐＦであるため、実線７４ａ、７４ｂ、７４ｃは、実線７３ａ、７３ｂ、７３ｃのそれぞれの最大値と一致した一定値となる。これらの差動演算は、図６に示される演算回路１７により行われる。
【００４３】
図７（ｃ）中の実線７５ｂは、図７（ｂ）中の実線７３ｂを実線７４ｂで割った値を１０００倍して正規化して得られた正規化信号（変位信号）である。また、図７（ｂ）中の実線７３ａを実線７４ａで割った値、および、実線７３ｃを実線７４ｃで割った値も、差動演算により、最大値、最小値、および、それらの中間値（０）は演算上同じ値になる。ただし、これらの間の値は若干の非線形性を有する。実際の数値は、ステータス１（およびステータス３）の状態で最も非線形性が大きく、静電容量ＣＧが０．１ｐＦ、０．４ｐＦ、４．０ｐＦの場合、それぞれ、真値５００に対して、−３．０３％、−０．６２％、−０．０１％である。図７（ｃ）においては、静電容量ＣＧが０．４ｐＦの場合を示しているが、他の場合を同じグラフ上に示しても互いに重なる程度の相違しかないため、他の場合の表示は省略する。図７（ｃ）に示されるように正規化を行うと、静電容量ＣＧの大きさに関わらず、略同一の特性が得られる。このとき、静電容量ＣＧを大きく確保することにより生の出力が大きくなり、Ｓ／Ｎ（ノイズ対信号）比が向上するため、分解能が高くなる。このような正規化演算は、図６に示される演算回路１７により行われる。
【００４４】
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変位信号（二組の変位検出電極対の出力信号）を示すグラフである。図８（ａ）は、検出電極１３ｂ、１３ｃで構成される第一の変位検出電極対と、検出電極１３ｆ、１３ｇとで構成される第二の変位検出電極対の静電容量に対して、図７（ｂ）、（ｃ）に示される差動演算および正規化演算を行った結果を示している。図８（ａ）の横軸は、図５で示されるステータスであり、２回の繰り返し範囲を示している。図８（ａ）の縦軸は、正規化された静電容量変化に対応する値である。
【００４５】
図８（ａ）において、実線８１は、第一の変位検出電極対に基づく変位信号Ｓ１である。破線８２は、第二の変位検出電極対に基づく変位信号Ｓ２である。変位信号Ｓ１、Ｓ２は、図６に示されるように、演算回路１７から出力される。変位信号Ｓ２は、変位信号Ｓ１に対して（１／８）Ｐの位相差（１ステータス分：４５度）を有する。実線８３は中間値（０）、破線８４は正の閾値、破線８５は負の閾値をそれぞれ示す。
【００４６】
図８（ｂ）は、図８（ａ）中の実線８１および破線８２でそれぞれ示される変位信号Ｓ１、Ｓ２を、破線８４、８５でそれぞれ示される正の閾値および負の閾値により離散化して得られた値を示すグラフである。図８（ｂ）において、破線８４で示される正の閾値より大きい部分は「Ｈ」、破線８５で示される負の閾値（破線８５）よりも小さい部分は「Ｌ」、両閾値の間は「Ｍ」となる。実線８６は変位信号Ｓ１を離散化して得られた変位信号Ｓ１Ｐ、破線８７は変位信号Ｓ２を離散化して得られた変位信号Ｓ２Ｐである。変位信号Ｓ１Ｐ、Ｓ２Ｐは、図６に示されるように、演算回路１７から出力される。図８（ｃ）は、図８（ｂ）に示される変位信号Ｓ１Ｐ、Ｓ２Ｐをステータスごとに示した表である。ステータス０〜７の８ステートで同じパターンは現れないため、本実施例によれば、（１／８）Ｐごとの角度を分離して検出することが可能である。
【００４７】
本実施例において、変位信号Ｓ１、Ｓ２が、図８（ａ）に示される正の閾値（破線８４）または負の閾値（破線８５）を上から下または下から上方向に跨いだ場合、演算回路１７が割り込み信号ＩＮＴを出力するように設定してもよい。これにより、図１に示されるレンズマイコン１０１に割り込みをかけて、離散化された変位信号Ｓ１Ｐ、Ｓ２ＰからＭＦ操作リング１０８の回転角度および回転方向をレンズマイコン１０１に容易に認識させることが可能となる。また、レンズマイコン１０１が演算回路１７から変位信号Ｓ１、Ｓ２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。
【００４８】
正および負の閾値を有して線形に変化する出力信号を「Ｈ」、「Ｍ」、「Ｌ」の三段階に離散化する場合、二つの変位信号の位相差を（１／８）Ｐ、すなわち４５度とすることにより、パルスの切り替わりを均等にすることができる（４５度が有意な位相差となる）。また、三組の変位検出電極対を設けて同じように三段階で離散化する場合、それぞれの位相差を（１／１２）Ｐ、すなわち３０度とすることにより、パルス間隔が均等となり、１２の異なるステータスを得ることができる。この場合、３０度および６０度が有意な位相差となる。本実施例は三段階に離散化する場合について説明したが、一つの閾値で「Ｈ」、「Ｌ」の２段階に離散化する２相信号の場合、均等な４つの異なるステータスを得るための位相差は（１／４）Ｐ、すなわち９０度である。また、３相信号の場合、均等な６つの異なるステータスを得るための位相差は（１／６）Ｐ、すなわち６０度であり、６０度と１２０度が有意な位相差となる。
【００４９】
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。また、周囲環境の変化や可動電極と固定電極との間のギャップ変動が生じた場合でも、参照電極対の出力で図７（ｃ）に示されるような正規化演算を行うことにより、安定した変位検出が可能となる。
【００５０】
このように本実施例は、対向する電極とその間の静電容量を検出して演算することにより変位検出が可能である。このため、例えばフォトインタラプタのように比較的大きな消費電流を要するセンサを用いる必要がなく、消費電力の低減が実現可能である。以下の各実施例において、前述した検出原理に基づき、更に変位検出の精度を向上させるための固定電極と可動電極との関係について詳述する。
【実施例１】
【００５１】
まず、図９および図１０を参照して、本発明の実施例１について説明する。図９は、本実施例における固定電極１３＿１を可動電極１１側から見た平面図である。図１０は、固定電極１３＿１のうち検出電極１３ｂ〜１３ｇの配線Ｌａ〜Ｌｄと可動電極１１との関係を示す平面図である。
【００５２】
固定電極１３＿１は、２層のフレキシブル基板（例えば両面フレキシブル基板）である。可動電極側の１層（第１の層）には、基準電極１３＿１ａ（ＧＮＤ電極）が設けられている。また、基準電極１３＿１ａに対して可動電極１１とは反対側の１層（第２の層）には、検出電極１３ｂ〜１３ｇが設けられている。固定電極１３＿１を構成する各電極は、わずかの隙間を空けて互いに絶縁され、静電容量検出回路１６へ接続される。
【００５３】
図９に示されるように、固定電極１３＿１は、検出方向Ｂにおいて検出電極１３ｅ、１３ｆの間に基準電極１３＿１ａの一部である電極部１３＿１ａ’が配置されている。このため、固定電極１３＿１は、電極部１３＿１ａ’の分だけ固定電極１３よりも基準電極の面積が広い。その結果、前述のように、面積に比例して基準電極１３＿１ａ（ＧＮＤ電極）の静電容量ＣＧが大きくなることで、可変コンデンサである検出電極１３ｂ〜１３ｇの静電容量（出力）が大きくなり、Ｓ／Ｎ（ノイズ対信号）比が向上するため、分解能が高くなる。また、基準電極１３＿１ａの検出方向Ｂにおける長さは、５（左右の長さ２Ｐ×２と間に配置された１Ｐの和）または１６（全体の長さ１６Ｐ）で、ピッチＰの倍数である。基準電極１３ａ＿１ａ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となるため、固定電極１３＿１は前述した検出原理に従った電極の配置である。
【００５４】
次に、ノイズとなる寄生容量を抑制する構成について説明する。図１０（ａ）は、基準電極１３＿１ａに対して可動電極１１とは反対側の１層に配置された検出電極１３ｂ〜１３ｇと、各検出電極から静電容量検出回路１６へ接続される配線Ｌａ〜Ｌｄを示している。本実施例において、配線Ｌａ〜Ｌｄは、検出電極１３ｂ〜１３ｇと同一の第２の層に形成されている。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に対して可動電極１１を重ねて示した図であり、検出電極１３ｂ〜１３ｇを細線の斜線で表示している。また図１０（ｂ）は、検出電極１３ｂ〜１３ｇと、各検出電極から静電容量検出回路１６へ接続される配線Ｌａ〜Ｌｄと、可動電極１１との関係を示している。
【００５５】
ギャップ方向（図１０（ｂ）の紙面垂直方向）において、配線Ｌａは可動電極１１の繰り返しパターン電極１１ａと、配線Ｌｂは可動電極１１の導通電極１１ｂと、配線Ｌｃは可動電極１１の導通電極１１ｃとそれぞれ対向している。前述のように、操作角検出器１０９は、可動電極１１の繰り返しパターン電極１１ａと検出電極１３ｂ〜１３ｇとが静電結合することでコンデンサとして生成される静電容量の変化により変位検出を行う。ここで静電結合とは、電流が流れる導体から、空間的に離れた場所に別の導体が存在する場合に、両者の導体間に浮遊容量（コンデンサ）が生じて電圧が誘起される現象を意味する。このため、検出電極１３ｂ〜１３ｇの配線Ｌａ〜Ｌｃと可動電極１１とが静電結合して寄生容量が生成されると、その寄生容量がノイズとなって、検出する静電容量が影響を受ける（寄生容量が静電容量に加えられてしまう）。特に、配線Ｌａが繰り返し可動電極１１のパターン１１ａと静電結合すると、可動電極１１の位置に応じて発生する寄生容量が変化するため、オフセット処理だけで寄生容量を抑制することは困難である。
【００５６】
そこで、可動電極１１と固定電極１３＿１とが対向するギャップ方向において、基準電極１３＿１ａを間に挟んで配線Ｌａ〜Ｌｃ（配線のうち可動電極１１と対向する部分）を可動電極１１と対向させている。すなわち、配線Ｌａ〜Ｌｃを基準電極１３＿１ａに対して静電結合させ、ノイズとなる寄生容量を抑制している。更に、可動電極１１と対向しない配線Ｌｄ（配線のうち可動電極１１と対向しない部分）においても基準電極１３＿１ａに対して静電結合させている。これにより、交換レンズ１の外部から指などの物体（導体）が接近してきた場合に、配線Ｌｄと導体との間にコンデンサが生成されて寄生容量を発生するのを抑制し、内部だけでなく外部からのノイズの抑制を実現している。
【００５７】
ただし、図９および図１０から分かるように、本実施例では、配線Ｌｂ、Ｌｃの一部が基準電極１３＿１ａから露出しており、配線Ｌｂ、Ｌｃは完全には基準電極１３＿１ａを間に挟んで可動電極１１と対向できていない。この理由は、以下のとおりである。固定電極が２層のフレキシブル基板の場合、移動方向Ｂと直交する方向Ｃにおいて、基準電極１３＿１ａを拡張させて基準電極１３＿１ａと検出電極１３ｂ〜１３ｇとをオーバーラップさせることにより、配線を完全に基準電極１３＿１ａで覆うことができる。しかしながら、オーバーラップさせた分だけ、基準電極１３＿１ａと検出電極１３ｂ〜１３ｇの間に寄生容量が生成されてしまう。更に、オーバーラップさせた面積分だけ検出電極１３ｂ〜１３ｇが繰り返しパターン電極１１ａと対向し静電結合する面積が減り、出力である静電容量が小さくなってしまう。
【００５８】
検出電極１３ｂ〜１３ｇは、ギャップ方向において、それらの間に基準電極１３＿１ａが配置されることなく、可動電極１１の繰り返しパターン部１１ａと対向している。このため、前述のように、可動電極の位置に応じた可変コンデンサを形成することができる。
【００５９】
このように、固定電極１３＿１を２層のフレキシブル基板（例えば両面フレキシブル基板）で構成し、可動電極１１側の１層に面積を広げた基準電極１３＿１ａを配置し、基準電極１３＿１ａに対して可動電極１１の反対側に検出電極１３ｂ〜１３ｇを配置する。更に、検出電極１３ｂ〜１３ｇの配線Ｌａ〜Ｌｄと可動電極１１とを静電結合させる。これにより、静電容量ＣＧを大きくするとともに、配線Ｌａ〜Ｌｃが可動電極１１との間に生成する寄生容量と配線Ｌｄが外部導体との間に生成する寄生容量を抑制でき、低消費電力化かつ高分解能化、および、ノイズを抑制した高精度な変位検出が可能となる。
【００６０】
ここで、図１５を参照して、本実施形態を適用しない比較例としての固定電極１３＿４について説明する。固定電極１３＿４は、１層のフレキシブル基板である。図１５（ａ）は、基準電極１３＿４ａ、検出電極１３ｂ〜１３ｇ、および、各検出電極から静電容量検出回路１６へ接続される配線Ｌａ〜Ｌｄを示す図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に対して可動電極１１を重ねて示した図であり、検出電極１３ｂ〜１３ｇを細線の斜線で表示している。
【００６１】
固定電極１３＿４は、１層のフレキシブル基板であるため、ギャップ方向において配線Ｌａ〜Ｌｄと基準電極１３＿４ａとの間で静電結合することができず、可動電極１１と配線Ｌａ〜Ｌｄとの間にノイズとなる寄生容量が生成される。そこで、移動方向Ｂと直交し且つフレキシブル基板の引き出し方向である方向Ｃに配線Ｌｃを移動させ、ギャップ方向において可動電極１１と対向しない位置に配線を配置することも可能である。しかし、方向Ｃにおいて固定電極１３＿４が延びるため、小型化を図るには適していない。交換レンズ１の限られたスペース内で高分解能かつ高精度な変位検出を行おうとする場合、本実施例の固定電極１３＿１のように、２層のフレキシブル基板を採用し、基準電極部の拡張と、配線と基準電極部との静電結合が効果的である。
【実施例２】
【００６２】
次に、図１１および図１２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、実施例１の固定電極１３＿１の変形例であるため、実施例１と同様の箇所についての説明は割愛する。図１１は、本実施例における固定電極１３＿２を可動電極１１側から見た平面図である。図１２は、固定電極１３＿２のうち、検出電極１３ｂ〜１３ｇの配線Ｌａ〜Ｌｄと可動電極１１との関係を示す平面図である。
【００６３】
図１１に示されるように、固定電極１３＿２の基準電極１３＿２ａは、電極部１３＿２ａ１、１３＿２ａ２、１３＿２ａ３を備えて構成されている。電極部１３＿２ａ１は、移動方向Ｂにおける両端に配置された電極部である。電極部１３＿２ａ２は、両端の２つの電極部１３＿２ａ１の間を繋ぐ帯状の電極部である。電極部１３＿２ａ３は、電極部１３＿２ａ２から、検出電極１３ｂ〜１３ｇを静電容量検出回路１６に接続するための引き出し口に向かって延びる電極部である。移動方向Ｂにおける固定電極１３＿２の各々の電極長さは、図４に示される固定電極１３と同様である。
【００６４】
本実施例の固定電極１３＿２には、実施例１の基準電極１３＿１ａの電極部１３＿１ａ’のような、移動方向Ｂにおいて検出電極の間に基準電極が配置されていない。このため、基準電極１３＿２ａの面積は実施例１の基準電極１３＿１ａよりも狭い。従って、本実施例の固定電極１３＿２により検出される静電容量の絶対値は実施例１の固定電極１３＿１よりも小さいが、固定電極１３＿２の移動方向Ｂにおける長さは短く、交換レンズ１の内部の設計の自由度が高くなる。
【００６５】
次に、ノイズとなる寄生容量を抑制する構成について説明する。図１２（ａ）は、基準電極１３＿２ａに対して可動電極１１とは反対側の１層に配置された検出電極１３ｂ〜１３ｇと、各検出電極から静電容量検出回路１６へ接続される配線Ｌｃ、Ｌｄを示している。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に対して可動電極１１を重ねて示した図であり、検出電極１３ｂ〜１３ｇを細線の斜線で表示している。
【００６６】
本実施例では、可動電極１１と固定電極１３＿２とが対向するギャップ方向（図１２（ｂ）中の紙面垂直方向）において、基準電極１３＿２ａを間に挟んで配線Ｌｃを可動電極１１と対向させている。このように、配線Ｌｃを基準電極１３＿２ａに対して静電結合させることにより、ノイズとなる寄生容量を抑制することができる。また、可動電極１１と対向しない配線Ｌｄも基準電極１３＿２ａに対して静電結合させることにより、ノイズとなる外部からの寄生容量の生成を抑制することができる。
【実施例３】
【００６７】
次に、図１３および図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、実施例１の固定電極１３＿１の変形例であるため、実施例１と同様の箇所についての説明は割愛する。図１３は、本実施例における固定電極１３＿３を可動電極１１側から見た平面図である。図１４は、固定電極１３＿３のうち、検出電極１３ｂ〜１３ｇの配線Ｌａ〜Ｌｄと可動電極１１との関係を示す平面図である。図１４（ａ）は、基準電極１３＿３ａに対して可動電極１１とは反対側の１層に配置された検出電極１３ｂ〜１３ｇと、各検出電極から静電容量検出回路１６へ接続される配線Ｌａ〜Ｌｄを示している。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に対して可動電極１１を重ねて示した図であり、検出電極１３ｂ〜１３ｇを細線の斜線で表示している。
【００６８】
図１３および図１４に示されるように、固定電極１３＿３の基準電極１３＿３ａは、電極部１３＿３ａ１、１３＿３ａ２、１３＿３ａ３を備えて構成されている。電極部１３＿３ａ１は、移動方向Ｂにおける両端に配置された電極部である。電極部１３＿３ａ２は、両端の２つの電極部１３＿３ａ１の間を繋ぐ２つの帯状の電極部である。電極部１３＿３ａ３は、移動方向Ｂにおける一方の端部（電極部１３＿３ａ１）から、検出電極１３ｂ〜１３ｇを静電容量検出回路１６に接続するための引き出し口に向かって延びる電極部である。
【００６９】
本実施例の固定電極１３＿３には、実施例２の固定電極１３＿２と同様に、移動方向Ｂにおいて検出電極の間に基準電極が配置されていない。一方、本実施例の基準電極１３＿３ａには、実施例２の基準電極１３＿２ａとは異なり、移動方向Ｂにおける両端の電極部１３＿３ａ１を繋ぐ帯状の電極部１３＿３ａ２が、移動方向Ｂと直交する方向Ｃにおいて、その両端に設けられている。このため、方向Ｃにおける固定電極１３＿３の幅ｄが実施例２の固定電極１３＿２と等しい場合、検出電極の面積は本実施例のほうが狭いが、基準電極の面積は本実施例のほうが広い。従って、本実施例は、実施例２と同等の静電容量の出力を得ることができる。
【００７０】
また、本実施例の固定電極１３＿３は、静電容量検出回路１６に接続するための引き出し口が移動方向Ｂにおいて端部に設けられたＬ字形状であるのに対して、実施例２の固定電極１３＿２は引き出し口が端部ではなく略中心に配置されたＴ字形状である。Ｔ字形状とＬ字形状とを比較すると、Ｌ字形状のほうがフレキシブル基板製作時に材料シート１枚当たりの取り個数を稼ぎやすい。このため、Ｌ字形状の固定電極１３＿３は、Ｔ字形状の固定電極１３＿２よりも低コストで製造することができる。なお、本実施例においてノイズとなる寄生容量を抑制する構成および効果については、前述の実施例１および実施例２と同様である。
【実施例４】
【００７１】
次に、図１６および図１７を参照して、本発明の実施例４について説明する。図１６は、本実施例における交換レンズ３の構成図である。図１６（ａ）は、交換レンズ３の外観図を示している。３０８は、ＭＦ操作リング（可動部材）である。図１６（ｂ）は、ＭＦ操作リング３０８の斜視図を示している。図１６（ｃ）は、可動電極３１が一体化されたＭＦ操作リング３０８と、基準電極および検出電極を含む固定電極３３とを光軸方向から見た図を示している。図１６（ｄ）は、固定電極３３を含む４層のハード基板（多層基板）を示している。
【００７２】
実施例１〜３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３１は円盤状の電極である。図１６（ｃ）に示されるように、可動電極３１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３１のうちいわゆる櫛歯部分は外側と内側で繋がって互いの扇状電極が導通している。
【００７３】
移動方向Ｂ（周方向）に長い扇状の固定電極３３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、検出電極は、静電容量を検出して演算することが可能なＩＣなどの演算回路３５（検出部または信号処理部）に接続されている。可動電極３１および固定電極３３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。
【００７４】
図１７は図１６（ｄ）中の波線Ｘで示される領域の拡大図である。図１７（ａ）は本実施例のハード基板において可動電極と対向する側の面に構成された表面の１層目を示し、図１７（ｂ）はハード基板の内部の２層目を示している。
【００７５】
図１７（ａ）に示されるように、可動電極３１と対向するハード基板の表面には、周方向に延びる固定電極３３が配置され、固定電極３３は検出電極３３ｂ〜３３ｇを囲うように基準電極３３ａが設けられている。各々の検出電極３３ｂ〜３３ｇは、検出電極３３ｂ〜３３ｇの略中心に設けられたスルーホール３４を経由し、図１７（ｂ）に示される内部の２層目と導通し、配線Ｌａ〜Ｌｄを経由して演算回路３５へ接続されている。このように本実施例において、基準電極３３ａ（基準電極部）および複数の検出電極３３ｂ〜３３ｇ（検出電極部）はハード基板の第１の層に設けられており、配線Ｌａ〜Ｌｄはハード基板の第２の層に設けられている。また複数の検出電極３３ｂ〜３３ｇは、スルーホール３４を経由して、配線Ｌａ〜Ｌｄと接続されている、
検出電極３３ｂ〜３３ｇが演算回路３５へ接続されるための配線のうち、可動電極３１と対向する部分については、実施例３と同様に、配線Ｌａ〜Ｌｃが基準電極３３ａに対して可動電極３１の反対側に位置し、基準電極３３ａと静電結合をしている。しかしながら、可動電極３１と対向していない配線Ｌｄについては基準電極３３ａと静電結合をしていない。これは、交換レンズ３を使用する場合に、外部から指などの物体（導体）が配線Ｌｄに接近する状況が生じ得ず、導体と配線Ｌｄとが静電結合を起こしノイズとなることがないためである。
【００７６】
なお各実施例において、回転の検出について説明しているが、図４および図５を参照して説明したように直線方向の変位検出についても同様の構成で同様の効果を得ることが可能である。また各実施例において、固定電極と可動電極は、互いにギャップ（間隔）を設けて配置することによりコンデンサ（静電容量）を形成しているが、電気的にギャップを有していれば、絶縁層を介して機械的に互いに接触していてもよい。
【００７７】
このように各実施例において、変位検出装置（操作角検出器１０９）は、第１電極（固定電極１３＿１、１３＿２、１３＿３、３３）、第２電極（可動電極１１、３１）、検出部（演算回路１７、３５）、および、配線（例えば、配線Ｌａ〜Ｌｄ）を有する。第１電極は、基準電極部（基準電極１３＿１ａ、１３＿２ａ、１３＿３ａ）および複数の検出電極部（１３ｂ〜１３ｇ）を有する。第２電極は、所定の周期パターンを有し、第１電極に対して相対移動可能である。検出部は、第１電極と第２電極との間の静電容量に基づいて変位を検出する。配線は、複数の検出電極部と検出部とを接続する。また第２電極と対向する配線（配線のうち第２電極と対向する部分）は、基準電極部に対して第２電極の反対側に位置している。すなわち、基準電極部の少なくとも一部は、配線と第２電極との間に位置している。換言すると、第２電極側から見た場合、配線は、基準電極部により覆われている。
【００７８】
好ましくは、配線のうち第２電極と対向する部分は、基準電極部に対して静電結合をしている。そして、検出部は、第１電極と第２電極との間の静電容量に基づいて変位（回転角度）を検出する。また好ましくは、第１電極は第１の層および第２の層を含む２層以上の基板（例えば、２層の両面フレキシブル基板またはハード基板）である。このような構成において、基準電極部を拡張して面積を広げ、配線と基準電極部がギャップ方向に対向して静電結合している。また、第１電極と第２電極とが対向しない配線（配線のうち第２電極と対向しない部分）に関しても、外部から導体が接近してくる方向においては、配線と外部導体との間に基準電極部が配置される構成にし、配線と基準電極部とを静電結合させる。このように、基準電極部の面積を広げて配線を基準電極部に対して静電結合をすることにより、検出する静電容量の値を大きくし、検出部が変位検出に用いる静電容量に対してノイズとなる寄生容量の生成を抑制することができる。
【００７９】
このため各実施例によれば、低消費電力、高分解能、かつ高精度な変位検出装置、レンズ鏡筒、および撮像装置を提供することができる。
【００８０】
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例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００８１】
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。
【符号の説明】
【００８２】
１１、３１  可動電極（第２電極）
１３＿１、１３＿２、１３＿３、３３  固定電極（第１電極）
１３ａ＿１  １３ａ＿２  １３ａ＿３  １３ａ＿４  ３３ａ  基準電極（基準電極部）
１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇ  検出電極（検出電極部）
１７、３５  演算回路（検出部）
１０９  操作角検出器（変位検出装置）
Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄ  配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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