(57)【要約】【課題】反射素子を用いて変位検出を行うと同時に、絶対角度位相の検出も行うことを可能とし、小型化、薄型化できる。【解決手段】裏面に規則的に配置した反射素子１１ａを有する透明体から成る反射板１１は、被測定体に連結された回転軸１３に一体に固定されている。反射板１１に対向する位置には、拡散光を発する照射光源１５が設けられている。また、照射光源１５の両側には、相対位置検出センサ１６と絶対位置検出センサ１７が配置されている。反射板１１と相対位置検出センサ１６の間に遮光板２１が配置され、遮光板２１には反射光Ｌｂを透過させる透過エリアと、遮光する遮光エリアとが設けられている。相対位置検出センサ１６は照射光源１５から発し反射素子１１ａによる反射光Ｌａにより、被測定体の相対移動量を検出し、絶対位置検出センサ１７は反射光Ｌｂにより絶対位置を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光光源から発する発散性の光束を相対移動する被測定体に照射する照明手段と、前記被測定体に付設し前記照明手段からの発散性光束を反射し前記照明手段と異なる方向に導光する反射スケールと、該反射スケールからの第１の反射光を受光し相対位置を検出する第１の受光手段と、前記反射スケールからの第２の反射光を通過、遮光する遮光手段と、前記第１の受光手段とは異なる位置で前記第２の反射光を受光し絶対位置を検出する第２の受光手段とを有することを特徴とする変位検出装置。
【請求項２】
前記反射スケール及び遮光手段は、回転運動する前記被測定体に連動する部材に設けた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】
前記反射スケール及び遮光手段は直線運動する前記被測定体に連動する部材に設けた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４】
前記遮光手段は前記被測定体の位相角度に従って前記第２の反射光を通過、遮光する遮光板としたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の変位検出装置。
【請求項５】
前記遮光手段は少なくとも３段階に透過率が異なるフィルタで構成し、位相角度毎に異なる前記第２の反射光の光量を生成することを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の変位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射スケールを用いた光学式の変位検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
測定、観測対象となる反射体に設ける反射素子が適切に構成された変位検出装置は、特許文献１に開示されるように高い光伝達効率特性と、反射体とセンサ間の相対的な位置ずれに対して鈍い感度特性により、組立が容易でかつ小型化、薄型化が実現できる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２３３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような反射素子を有する変位検出装置を、放送機器用ズームレンズのような撮影装置の状態量検出として適用する場合を考えると、観測対象となるレンズの状態量変位は、有限の範囲が設定されていることが多い。
【０００５】
具体的には、レンズの状態量変位とは焦点距離、ズーム位置、絞り径に関するものが代表的である。それぞれの状態量変位は、それぞれ所定の回転運動を成す環状部材の回転操作で状態量を可変させることが可能な構成であり、それぞれの回転角はそれぞれ所定の機構的な端部が設定され、有限の回転角となるように構成されている。
【０００６】
環状部材は操作者が触れて手動操作ができるように配置される一方で、電気的に環状部材を駆動する電動操作手段も併用して具備している。電動操作により環状部材を操作するとき、操作方法によっては機構的な端部に衝突させることになり、精細な光学系を有する機構への影響が大きい。このため、従来は所定のギア比で連結されたポテンショメータ等を用いた絶対位置の検出方法により、端部の角度位相を把握し、操作時に端部への衝突が生じないような制御を行っている。
【０００７】
このように、手動・電動双方の駆動形態で、機構的な端部までの有限範囲内で操作される撮影装置に対し、特許文献１に記載の変位検出装置を適用する場合がある。この場合には、電動駆動時に機構的な端部に衝突しないように、絶対的な回転位相の位置情報も把握する必要がある。
【０００８】
図１６は従来例の変位検出装置の構成図である。センサ本体１には検出に用いる所定の減速比に設定されたギア列に固定した回転軸２が設けられている。回転軸２には、マイクロルーフアレイやルーフプリズムアレイを反射パターン３ａとして背面に規則的に配列した透明体から成る反射素子３と、同様に背面に反射面４ａを備えた反射板４が固定されている。反射素子３の表面に対向する適切な位置に、投光素子５ａ及び受光素子５ｂを内包したセンサ５が、センサ基板６に実装されて配置されている。
【０００９】
一方、反射面４ａに対向する位置に、フォトリフレクタのような投光部・受光部が一体に形成されている反射センサ７が、反射センサ基板８に実装されて配置されている。反射面４ａのパターンの一例は、図１７に示すような２つのエリアに分割されるパターンであり、それぞれ反射の有無に応じて反射センサ７は２値で出力される。また、センサ基板６と反射センサ基板８はハーネス９により接続されている。
【００１０】
この構成により、特許文献１又は２に記載されているような手法の反射素子３を用いた高精度な変位検出と同時に、反射面４ａに施された反射パターンに応じた反射センサ７の出力を得ることで、任意の絶対角度位相位置を把握することができる。
【００１１】
このような配置は、投光素子５ａから発する光束と、反射センサ７から発せられる光束とを検出する際に、互いに迷光が入り込むと、検出精度に影響が生じてしまうため、光の干渉を防ぐために必要な構成である。
【００１２】
しかし、上述のような変位検出装置の構成では、センサ基板６と反射センサ基板８とをハーネス９で接続しなければならないが、ハーネス９は反射素子３の外周を迂回しなければ、反射素子３の作動に影響する。
【００１３】
また、本来では反射素子３は変位検出装置の小型化、薄型化の実現に好適な構成であるが、絶対位置検出のための反射センサ７が小型化、薄型化を損ねている。
【００１４】
本発明の目的は、上述の課題を解消し、高精度の分解能を満足するために適切に構成した反射素子を用いて変位検出を行うことと同時に、絶対角度位相の検出も行うことを可能で、かつ小型化、薄型化できる変位検出装置を提供することにある。
【００１５】
【特許文献２】特開２００３−３３７０５２号公報
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するための本発明に係る変位検出装置の技術的特徴は、発光光源から発する発散性の光束を相対移動する被測定体に照射する照明手段と、前記被測定体に付設し前記照明手段からの発散性光束を反射し前記照明手段と異なる方向に導光する反射スケールと、該反射スケールからの第１の反射光を受光し相対位置を検出する第１の受光手段と、前記反射スケールからの第２の反射光を通過、遮光する遮光手段と、前記第１の受光手段とは異なる位置で前記第２の反射光を受光し絶対位置を検出する第２の受光手段とを有することにある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る変位検出装置によれば、第１の反射光を用いた被測定体の変位検出と、第２の反射光を遮光手段で光量を可変させることによる絶対位相検出との２種類の検出を、１つの照明手段で実現することが可能となる。これにより、単純構造化、小型化を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明を図１〜図１５に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は実施例１の変位検出装置全体の構成図である。マイクロルーフアレイやルーフプリズムアレイを規則的に配置した反射素子１１ａを背面に有する透明体から成り、反射スケールとして機能する反射板１１は、変位検出装置の固定の筐体１２に対し回動する回転軸１３と一体として連動するようにされている。また、回転軸１３には回転運動をする被測定体に連結されるギア１４が接続されている。
【００２０】
反射板１１に対向する筐体１２内の位置には、発散性光束を発する照射光源１５が設けられている。また、照射光源１５の両側には、反射光を受光するセンサである相対位置検出センサ１６と絶対位置検出センサ１７が配置されている。照射光源１５、検出センサ１６、１７はセンサ基板１８上に配列され、センサ基板１８からリード線１９が外部に引き出されている。
【００２１】
また、反射板１１と絶対位置検出センサ１７の間に、反射板１１と共に回転するリング状の遮光基体２０が取り付けられ、その先端にフィルタである遮光板２１が配置されている。図２に示すように遮光板２１には、反射光Ｌｂを透過させる透過エリア２１ａと、遮光する遮光エリア２１ｂとが設けられている。
【００２２】
図３の模式的光路図に示すように、照射光源１５から発せられた光束が反射素子１１ａの傾斜面を複数回反射して導出される反射光Ｌａ、Ｌｂは、それぞれ相対位置検出センサ１６、絶対位置検出センサ１７に入射するようにされている。相対位置検出センサ１６は反射素子１１ａによる反射光Ｌａにより、被測定体の相対移動量である位相角を微細に検出し、絶対位置検出センサ１７は反射光Ｌｂにより絶対位相を検出する。透過エリア２１ａ、遮光エリア２１ｂの境界部では、絶対位置検出センサ１７の出力の変位が急峻になり、切換部をエッジと見立てた検出方法によって、測定対象の絶対位置検出の基準信号として使用できる。
【００２３】
図４は測定対象となるズームレンズ３１の環状の操作部材３２に、変位検出装置の筐体１２を所定の減速比のギア機構３３を介して連結した装置の正面図である。図５は図４に示す操作部材３２の位置における絶対位置検出センサ１７に対する遮光板２１の位相状態を示している。
【００２４】
また、図６は操作部材３２を図４と反対側位置に動かした場合の正面図であり、図７はその場合の遮光板２１の位相状態である。
【００２５】
更に、図８は操作部材３２が図４と図６の中間位置に動いた場合の正面図であり、図９はその場合の遮光板２１の位相状態である。
【００２６】
図１０はこれらの位相のそれぞれの状態について、この変位検出装置における絶対位置を検出する初期化フローチャート図である。撮影システムに電源が投入される際には、測定対象となるズームレンズの操作部材３２は様々な角度位相をとっている。
【００２７】
いま、例えば図６の状態で撮影システムに電源が投入されると（ステップＳ１）、先ず変位検出装置により測定対象の現在の角度位相を検出するために、遮光板２１のエリア検出を行う（ステップＳ２）。
【００２８】
このとき、図７に示すように遮光板２１の角度位相は、反射光Ｌｂを透過し、絶対位置検出センサ１７でこの反射光Ｌｂを検出できる透過エリア２１ａとなる。従って、図１１に示すように照射光源１５から出射され、反射板１１で反射された反射光Ｌｂが絶対位置検出センサ１７に到達する光路が形成される。
【００２９】
続いて、エリア検出の結果、透過エリア２１ａであれば予め記憶されたエッジを通過させるためにエッジ検出のために、操作部材３２の例えば右方向への回転駆動が電動により行われる（ステップＳ３）。この回転駆動は図９に示すように、透過エリア２１ａと遮光エリア２１ｂの境界部であるエッジが、絶対位置検出センサ１７を通過する位相まで継続される。
【００３０】
ステップＳ２において、図５に示すように反射光Ｌｂが遮光板２１の遮光エリア２１ｂによって遮光されると、図１２に示すように絶対位置検出センサ１７までの光路が遮断され、出力がない状態となる。このときは、例えば左方向に回転しエッジの検出を行う（ステップＳ４）。
【００３１】
このように、図１１から図１２に、或いは図１２から図１１に変化するときの絶対位置検出センサ１７の出力が切換わる変極点が、透過エリア２１ａと遮光エリア２１ｂの境界部のエッジとなる（ステップＳ５）。
【００３２】
このエッジが検出されると、相対位置検出センサ１６で検出される相対変位量であるパルス数換算によって、予め記憶された測定対象の両端からエッジに至るまでのパルス数を、メモリ値から読み出し設定する。これにより、変位検出装置の絶対位相の初期化が完了する（ステップＳ６）。
【００３３】
なお、上述の回転駆動のステップＳ３では電動駆動を例として説明したが、手動により操作部材３２を回転してエッジ検出を行うことでも、変位検出装置の絶対位相の初期化工程は成立する。
【００３４】
本実施例によれば、相対変位の相対位置検出センサ１６による検出と、絶対角度位相の把握のために用いる絶対位置検出センサ１７の双方のセンサに対し、同一の照射光源１５からの出射する光束を用いた検出が可能となる。従って、照射光源及び回路構成の削減による筐体の小型化、薄型化が実現される。
【実施例２】
【００３５】
図１３は実施例１の遮光板２１とは遮光特性が異なる実施例２の遮光板４１を示し、変位検出装置の遮光板４１以外の装置構成は実施例１とほぼ同様である。
【００３６】
遮光板４１には、変位に応じて段階的に透過率が異なるエリア４１ａ〜４１ｄが設けられており、絶対位置検出センサ１７に対して（ａ）〜（ｃ）のように回転することにより、異なる透過率による光量が検出に用いられる。
【００３７】
実施例１で説明した図１０に示すステップＳ２〜Ｓ５のエッジ検出の過程において、透過率の違いによる絶対位置検出センサ１７の出力の差分をそれぞれエッジ情報として使用する。これにより、例えばズームレンズ３１の操作部材３２の動作領域の両端から、それぞれのエリアのエッジまでのパルス数を複数パターンで記憶させることで初期化ができる。
【００３８】
本実施例２によれば、図１０で示すように動作フローチャート図において、ステップＳ１の電源投入からステップＳ５のエッジ検出までの操作部材３２の回転操作量を少なくすることができ、変位検出装置の初期化時間の短縮を可能とする。
【実施例３】
【００３９】
図１４は実施例３の構成図であり、実施例１で説明した反射板１１に対して、同様の検出特性を維持しながら、直動する反射板５１を用いた場合を示している。例えば、光学素子のような矢印方向に移動する被測定体Ｓには、反射板５１と所定の位置でエッジを生成するための遮光板５２とが付設されている。このように、被測定体Ｓが光学素子である場合など、より微細に直線方向の変位を検出する必要があるとき、被測定体Ｓに変位検出用の部材を直接に付設することがある。
【００４０】
また、図１５は実施例３の模式的光路図を示している。図１４の被測定体Ｓの移動方向に直交する方向から見て、照射光源１５、パルス数により微細な変位検出を行う相対位置検出センサ１６、エッジ信号処理の検出を行う絶対位置検出センサ１７が配置されている。
【００４１】
図１０の初期化フローチャート図は本実施例３でも同様に適用可能であり、遮光板５２の透過エリア５２ａと遮光エリア５２ｂとの境界部の前後で変動する絶対位置検出センサ１７の出力変化を用いてエッジ検出が可能である。従って、電源投入後にエッジが検出された段階で、撮影装置に予め記憶された被測定体Ｓの移動領域の端部からエッジまでのパルス数を、メモリから導出することにより初期化を行うことが可能となる。
【００４２】
この本実施例３のように、直動する被測定体Ｓに変位検出装置を取り付けた場合でも、相対位置検出センサ１６と、遮光板５２のエッジ検出による絶対位置検出センサ１７の双方に対し、同一の照射光源１５からの反射光導出を用いた検出が行える。このため、被測定体Ｓが内在する装置構成全体の中で、変位検出装置に関する装置構成の省スペース化が実現可能となる。
【００４３】
この実施例３においても、実施例２で用いた段階的に透過率が異なる遮光板を用いることも勿論可能である。
【００４４】
上述の説明では、本発明の好ましい実施例について述べたが、本発明はこれらの実施例に限定されないことは云うまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例１の変位検出装置の構成図である。
【図２】遮光板の説明図である。
【図３】模式的光路図である。
【図４】操作部材に変位検出装置を連結した装置の正面図である。
【図５】遮光板の角度位相の説明図である。
【図６】操作部材を動かした状態の変位検出装置の正面図である。
【図７】遮光板の角度位相の説明図である。
【図８】操作部材を更に動かした状態の変位検出装置の正面図である。
【図９】検出センサに対する遮光板の角度位相の説明図である。
【図１０】絶対角度位相の初期化フローチャート図である。
【図１１】遮光板を透過した光路の説明図である。
【図１２】遮光板により遮光した光路の説明図である。
【図１３】実施例２の遮光板の説明図である。
【図１４】実施例３の構成図である。
【図１５】模式的光路図である。
【図１６】従来の変位検出装置の構成図である。
【図１７】反射パターンの説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１、５１  反射板
１５  照射光源
１６  相対位置検出センサ
１７  絶対位置検出センサ
２１、４１、５２  遮光板
３１  ズームレンズ
３２  操作部材
Ｌａ、Ｌｂ  反射光
【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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