(57)【要約】【課題】磁気センサや大型マグネットを用いることなく、簡単かつ小型な構成で、１ｍｍ以上の位置センシングが良好にでき、また高い分解能の検出が可能となるようにする。【解決手段】発光素子９と受光素子１０を有する反射型フォトセンサ７、移動方向に対し上り傾斜Ｋａ及び下り傾斜Ｋｂを有する形状が形成された反射板８を備え、上記受光素子１０では、検出出力が反射板８の移動量に応じて直線的に変化するように、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、上記反射板８をフォトセンサ７の発光／受光面ＳＬに略平行で、かつ発光素子９と受光素子１０を結ぶ方向に略垂直となる方向に移動するように配置する。これにより、長い距離でリニアリティがあり、高分解能の検出ができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子及び受光素子を有する反射型フォトセンサと、
このフォトセンサの発光／受光面に略平行に所定距離を移動するように配置された反射板又は反射パターンからなり、移動方向に対し上り傾斜及び下り傾斜を有する形状が形成された反射部と、を設け、
上記発光素子の発光に基づき上記反射部から反射する光を上記受光素子で受光する上記フォトセンサの出力から上記反射部の移動位置を検出することを特徴と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】
発光素子及び受光素子を有する反射型フォトセンサと、
このフォトセンサの発光／受光面に略平行で、かつ上記発光素子と受光素子を結ぶ方向に略垂直となる方向に所定距離を移動するように配置された反射板又は反射パターンからなり、移動方向に対し傾斜を有する形状が形成された反射部と、を備えると共に、
上記反射型フォトセンサの上記発光素子に、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、又は上記受光素子に、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受光領域を設け、
上記発光素子の発光に基づき上記反射部から反射する光を上記受光素子で受光する上記フォトセンサの出力から上記反射部の移動位置を検出することを特徴と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】
上記反射部に、移動方向に対し上り傾斜及び下り傾斜を有する形状を形成したことを特徴とする請求項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】
上記反射部に、移動方向に対し上り傾斜と下り傾斜が繰り返される形状を形成したことを特徴とする請求項１又は３記載の反射型フォトセンサを用いた位置検出装置。
【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、例えば各種のカメラ、ズーム機能カメラ付き携帯電話等では、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位置を把握するために位置検出装置（センサ）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において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磁気センサ或いは光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、後者の例としては特開平０５−４５１７９号公報（文献２）、特開２００２−３５７７６２号公報（文献３）等が挙げられる。
【０００４】
例えば、デジタルスチールカメラにおいては、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アプリケーションの小型化のため、近年ではピエゾモータ方式が利用されるようになっている。このデジタルスチールカメラのアプリケーションに要求される位置検出として必要な距離範囲は、仕様にもよるが、一般的に５ｍｍ以上である。
【０００５】
また、ピエゾモータ方式においては、近年、カメラ機能付き携帯電話のオートフォーカスレンズの位置検出の用途として位置検出装置が組み込まれており、この場合のアプリケーションに要求される位置検出として必要な移動距離範囲は、０．７ｍｍ程度あれば十分とされている。
【０００６】
一方、位置検出装置として、反射型フォトセンサを用いたものが採用され、この反射型フォトセンサは、非接触で物体の有無の検出を行うだけでなく、位置及び移動量等のアナログ量の検出を行うことができる光センサである。この反射型フォトセンサを用いた位置検出装置では、例えば自動焦点カメラにおけるフォーカスレンズ位置の検出等が行われており、この位置検出や移動量検出の性能を向上させた例としては、特開２００６−１７３３０６号公報（文献４）、特開２００７−２０３６９８号公報（文献５）等の技術がある。また、反射型フォトセンサを用いたもので、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６）に示されるものがある。
【０００７】
図９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、図１０には、反射型フォトセンサの構成が示されている。図１０において、反射型フォトセンサ１は、遮光壁２で隔てられた２ヶ所の凹部を有し、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。
【０００８】
そして、図９に示されるように、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の位置や移動距離が検出される。
【０００９】
図１１には、従来の反射型フォトセンサにおける移動距離の検出結果［反射板移動距離−フォトセンサの出力電流の相対出力（Ｉｏ）］が示されており、この例の場合は、０．８ｍｍ〜１．５ｍｍの距離、即ち約０．７ｍｍの間で、直線的な特性が得られている。このような反射型フォトセンサによる位置検出装置は、一般に、ピエゾモータ方式のフォーカスレンズの位置検出等で、移動範囲が０．７ｍｍ程度となる場合に使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【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２００７−２０３６９８号公報
【特許文献６】特開２００９−３８３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、デジタルスチールカメラ、ズーム機能カメラ付き携帯電話、一眼レフカメラやカムコーダ等、ズーム機能が搭載されたカメラモジールのレンズ位置検出等では、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の長距離範囲の位置検出が必要なため、上述の反射型フォトセンサを用いた装置を使用することは困難であった。
【００１２】
一方、長距離検出が必要なアプリケーションについては、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ってしまうという問題がある。
【００１３】
近年では、高速オートフォーカス機能を持たせること、或いはアプリケーションの小型化を実現させるため、ピエゾモータ方式が採用される機会が多い。しかし、このピエゾモータ方式を使用した距離５ｍｍ以上の位置検出は、一般的に複数の磁気センサ（ＭＲ素子又はホール素子）とこれらの素子を覆う大きさのマグネットを配置する構成が主流であり、システム自体が大型化していた。また、このような磁気センサ等が搭載されるアプリケーション内に他の磁気を使用するような場合には、磁気かぶり等の影響を受け誤動作する可能性があるという問題がある。
【００１４】
また、磁気センサを使用する場合には、各センサの出力をオペアンプを介して又は集積回路内蔵型センサ出力としてＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）に入力しなければならず、システムを構成するための部品コストが高価になるという問題がある。
【００１５】
更に、図９の構成で、１ｍｍ以上の長い距離を１つの反射型フォトセンサ１のみで検出する場合、必然的に発光素子３のサイズを大きくしなければならず、受光素子側においては、必要検出距離以上の受光領域を確保するダイスを搭載することから、フォトセンサ１の外形サイズが大きくなり、部品コストも大幅に増加するという問題がある。
【００１６】
また、反射型フォトセンサ１を用いた位置検出装置では、長い距離の検出が可能になると共に、分解能も高いものが求められる。
【００１７】
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、磁気センサや大型マグネットを用いることなく、簡単かつ小型な構成で、１ｍｍ以上の位置センシングが良好にでき、また高い分解能の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】
【００１８】
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、発光素子及び受光素子を有する反射型フォトセンサと、このフォトセンサの発光／受光面に略平行に所定距離を移動するように配置された反射板又は反射パターンからなり、移動方向に対し上り傾斜及び下り傾斜を有する形状が形成された反射部と、を設け、上記発光素子の発光に基づき上記反射部から反射する光を上記受光素子で受光する上記フォトセンサの出力から上記反射部の移動位置を検出することを特徴とする。
請求項２の発明は、発光素子及び受光素子を有する反射型フォトセンサと、このフォトセンサの発光／受光面に略平行で、かつ上記発光素子と受光素子を結ぶ方向に略垂直となる方向に所定距離を移動するように配置された反射板又は反射パターンからなり、移動方向に対し傾斜を有する形状が形成された反射部と、を備えると共に、上記反射型フォトセンサの上記発光素子に、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、又は上記受光素子に、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受光領域を設け、上記発光素子の発光に基づき上記反射部から反射する光を上記受光素子で受光する上記フォトセンサの出力から上記反射部の移動位置を検出することを特徴とする。
請求項３の発明は、上記反射部に、移動方向に対し上り傾斜及び下り傾斜を有する形状を形成したことを特徴とする。
請求項４の発明は、上記反射部に、移動方向に対し上り傾斜と下り傾斜が繰り返される形状を形成したことを特徴とする。
【００１９】
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に反射部（反射板、又は高反射部と遮光部からなる反射パターン）を取り付け、この反射部の移動位置を反射型フォトセンサにて検出することで、可動レンズ等の位置（又は距離）を特定することができる。そして、この検出では、反射部の上り傾斜及び下り傾斜の形状又はこれらの繰返し形状によって反射型フォトセンサの出力が１ｍｍ以上の距離において直線性（リニアリティ）を維持することができ、かつ分解能を高くした移動位置の検出が可能となる。
【００２０】
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、反射部を、フォトセンサの発光／受光面に略平行で、かつ発光素子と受光素子を結ぶ方向に略垂直となる方向に移動するように配置することにより、１ｍｍ以上の距離において直線性が維持された検出出力を得ることができる。この場合、反射部（例えば上り傾斜）の傾斜角度を小さくすることにより、長い距離において直線性を維持することができる。
上記請求項３又は４の構成によれば、分解能の高い検出が行われる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の位置検出装置によれば、磁気センサや大型マグネットを用いることなく、簡単かつ小型な構成で、１ｍｍ以上或いは５ｍｍ以上の長距離範囲に渡って良好なリニア特性の下に位置センシングが可能となり、また、上り傾斜及び下り傾斜の形状、或いはこれらの繰返し形状によって小型で高分解能（高精度）の位置検出が安価に実現できる。従って、デジタルスチールカメラ、ズーム機能カメラ付き携帯電話、一眼レフカメラ、カムコーダ等、ズーム機能が必要なカメラモジュールのレンズ位置検出において、１ｍｍ〜１０ｍｍ程度の長距離の位置検出が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施例に係る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。
【図２】第１実施例に係る位置検出装置の各部材の構成を示し、図（Ａ）は反射板の他の例の構成図、図（Ｂ）は反射型フォトセンサの構成図である。
【図３】第１実施例の位置検出装置において繰返し傾斜形状を用いた特性例（移動距離−相対出力）を示すグラフ図である。
【図４】第２実施例の位置検出装置の構成を示す図である。
【図５】第２実施例において傾斜角度３°の反射板を用いた場合の特性例（移動距離−相対出力）を示すグラフ図である。
【図６】第３実施例の位置検出装置の構成を示す図である。
【図７】第３実施例の位置検出装置において上り傾斜の部分の傾斜角度を変えたときの特性例（移動距離−相対出力）を示すグラフ図である。
【図８】第１実施例の位置検出装置において上り傾斜の部分の傾斜角度を変えたときの特性例（移動距離−相対出力）を示すグラフ図である。
【図９】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。
【図１０】従来の位置検出装置の反射型フォトセンサの構成を示す図である。
【図１１】従来の位置検出装置の特性例［移動距離−相対出力（Ｉｏ）］を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１及び図２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、この第１実施例は、反射型フォトセンサ７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９と受光素子１０を結ぶ線方向に略垂直な方向に移動するように、反射板８が配置される。この反射板８は、レンズ等の可動体に接続され、可動体と一体となって移動するように構成される。
【００２４】
第１実施例の上記フォトセンサ７は、図２（Ｂ）に示されるように、遮光壁１１で隔てられた上下２ヶ所の凹部の下側凹部に発光素子９、上側凹部に受光素子１０が配置された構成となっているが、このフォトセンサ７は、上記特許文献１（特開２００９−３８３２１）のものと同様に、受光素子１０の活性層を遮光反射膜(ＡＬ膜)１０ａで覆うことにより、反射板８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１０ｂが設けられている。これにより、リニアリティに変化する検出出力が得られる反射板８の移動距離を長くすることができる。一方、発光素子９の発光領域についても、移動方向の長さが従来のものに比べて長くなるように形成されている。なお、このフォトセンサ７では、発光素子９についてその一部を遮光膜等で覆うことで、受光素子１０と同様の構成とし、また受光素子１０についても発光素子９と同様の構成等とすることにより、発光素子９について、反射板８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ようにしてもよく、これによっても、リニアリティに変化する検出出力が得られる反射板８の移動距離を長くすることができる。
【００２５】
図１（Ａ）に示されるように、第１実施例の反射板８の上部は、例えば角度θ＝２０度の上り傾斜Ｋａと同一角度の下り傾斜Ｋｂを有する形状とされる。また、図２（Ａ）に示されるように、他の構成の反射板１８として、角度θ＝２０度の上り傾斜Ｋａと下り傾斜Ｋｂを３つ以上繰り返した形状（パターン）を形成することもできる。このように、第１実施例では、上り傾斜Ｋａ及び下り傾斜Ｋｂを設けること、またこの上り傾斜Ｋａと下り傾斜Ｋｂを繰り返し設けることにより、長い距離において移動する反射板８の移動位置をリニアな特性かつ高分解能で検出することが可能になる。
【００２６】
図３には、図２（Ａ）の反射板１８（繰返し形状）を用いたときの位置検出装置の検出特性が示されており、第１実施例では、図のａが上り傾斜Ｋａ、ｂが下り傾斜Ｋｂによる変化量であり、このａとｂが約１〜１２ｍｍの範囲において繰り返される特性となる。従って、繰返しパターンのｃ〜ｆの各出力のピーク点及びｇ〜ｉの各出力のボトム点、又はそのいずれかの点をカウントし、それらを積算することにより、長距離のレンジで反射板８のトータルの移動距離が検出できることになる。これによれば、長い距離の反射板８の移動位置を検出できるだけでなく、上り傾斜Ｋａと下り傾斜Ｋｂを繰り返す形状を採用することで、検出を高分解能（高精度）にすることができる。
【００２７】
即ち、高い分解能で検出を行う必要がある場合は、上り傾斜Ｋａと下り傾斜Ｋｂの角度θを大きくし、図３のａ,ｂの変化量が大きくなるような形状の繰り返しパターンとすることにより、フォトセンサ８の出力信号の勾配（変化量）を大きくすればよい。
【００２８】
図４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、第１実施例のものと同一のフォトセンサ７と１つの傾斜部を有する反射板１４を有する。図４に示されるように、フォトセンサ７には、発光素子９と受光素子１０が設けられており、このフォトセンサ７の発光／受光面ＳＬ側（図の裏側）に、この発光／受光面ＳＬに平行で、かつ発光素子９と受光素子１０を結ぶ線方向に略垂直な方向に移動するように、反射板１４が配置される。この反射板１４では、角度θを小さな角度、例えば３度とした上り傾斜（又は下り傾斜）Ｋｃが形成される。そして、図４に示すスタート位置から検出を行うように構成する。
【００２９】
図５には、第２実施例の特性例（測定例）が示されており、この第２実施例では、反射板１４の傾斜角度を３度とすることにより、１０ｍｍ程度の高精度のリニアリティ特性が得られている。このような反射板１４の位置検出で得られる反射型フォトセンサ７のリニアリティ特性の絶対値は、反射板１４の角度θに依存しており、この角度θを小さく設定すればする程、高いリニアリティ特性が得られる。従って、必要とされるリニアリティ幅に対応した上記角度θを任意に設定することにより、所望のリニアリティ特性を得ることができる。
【００３０】
図６には、第３実施例の構成が示されており、この第３実施例は、従来技術で説明した図１０のフォトセンサ１と上り傾斜Ｋａ及び下り傾斜Ｋｂを有する反射板１６を用いたものである。この場合、図６に示されるように、反射板１６はフォトセンサ１の発光／受光面（ＳＬ）に略平行で、かつ発光素子３と受光素子４を結ぶ方向に略垂直となる方向に所定距離を移動するように配置される。
【００３１】
図７には、第３実施例の構成で、反射板１６の角度θを９０度（グラフ線101）から７度（グラフ線105）まで振って測定したときの上り傾斜Ｋａ部分の特性が示されている。この図７から分かるように、第３実施例では、傾斜角度θを１０度（グラフ線104）や７度（グラフ線105）とすれば、約２ｍｍ以上のリニアリティ特性が得られることになる。
【００３２】
図８には、第３実施例のフォトセンサ１を第１実施例で用いたフォトセンサ７に代えて（図１（Ａ）と略同様の構成）、同様に角度θを９０度（グラフ線201）から７度（グラフ線205）まで振って測定したときの特性が示されており、この例では、傾斜角度θを１０度（グラフ線204）や７度（グラフ線205）とすれば、約４ｍｍ以上のリニアリティ特性が得られている。
【００３３】
また、上記図７及び図８において、例えば傾斜角度θが７度のときの相対出力が０．１から０．９まで直線的に変化する領域の反射板１６の移動距離の長さを比較すると、図７の結果（フォトセンサ１［図１０］を用いた場合）が２．８ｍｍであるのに対し、図８の結果（フォトセンサ７［図２（Ｂ）］を用いた場合）は５．８ｍｍとなっており、リニアリティ特性を向上させるための最適設計を行ったフォトセンサ７を用いれば、より長い距離においてリニアリティ特性が実現できることになる。
【００３４】
上記実施例では、反射部として反射板を用いた例を説明したが、板状、柱状等の部材に高反射部と遮光部とからなる反射パターンを形成したもの等を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、ピエゾモータを組み込んだ位置検出装置等として、例えばデジタルスチールカメラ、ズーム機能カメラ付き携帯電話、一眼レフ、カムコーダー等ズーム機能か必要なカメラモジュールのレンズ位置検出装置等に使用することができ、これらの１ｍｍ以上の位置センシング等において、小型化ができ、かつ安価なシステム構成が実現できる。
【符号の説明】
【００３６】
１,７…反射型フォトセンサ、    ３,９…発光素子、
４,１０…受光素子、    ５，８，１４，１６，１８…反射板、
Ｋａ,Ｋｃ…上り傾斜、          Ｋｂ…下り傾斜、
ＳＬ…発光／受光面。
【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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