位移探测装置和透镜筒 本申请是基于2001年11月6日提交的日本专利申请JP2001-340298，该申请在此引为参考。
【技术领域】
本发明涉及一种探测活动件的位移的位移探测装置，并涉及一种包含所述位移探测装置的透镜筒。
背景技术
近年来对于许多机械装置常常要探测活动件的位移和速度以作为执行反馈控制等的信息。例如，对于自动聚焦相机的透镜筒，内部设置一个聚焦凸轮机构，把电机等的旋转驱动力转变成线性驱动力，从而移动聚焦透镜。在日本专利公开JP2000-205808中公开了一种位移探测装置，探测包含在为此类透镜筒设置的此聚焦凸轮机构中的旋转管的旋转位移。
有关的现有装置包括一种磁性图案，其设置在透镜筒沿圆周方向的外围表面上；和一个磁阻传感器(MR传感器)，其与磁性图案接触以便探测活动筒的旋转位置。MR传感器支撑在支架上，并由压簧地弹力经支架偏向或被压向磁性图案。该布置使得MR传感器能够相对于压簧摆动。
但是，对于此类有关的现有装置，因为需要由压簧将支架保持为具有一定的自由度，因而存在探测精度变差的问题，这是由于在压簧和支架之间存在间隙所致。
【发明内容】
本发明提供了一种位移探测装置、透镜筒和相机，通过这些装置可以精确地读出尺度。
根据本发明的位移探测装置探测设置成能够相对于固定件移位的活动件的位移，本位移探测装置包括：标尺，设置作为具有活动件的单元；位移探测部分，探测标尺的位移；支撑件，将位移探测部分支撑在该位移探测部分能够在基本上垂直于接触平面的方向上移动的状态，其中在该接触平面处位移探测部分与标尺在位移探测部分与标尺的接触位置接触，并且在除基本上垂直于接触平面的方向以外的方向上的移动受到限制；和施压件，它对位移探测部分施加朝向标尺的压力。
优选将支撑件形成为一种具有弹性特性的薄片件。最好将支撑件的一端固定到固定件，另一端支撑位移探测部分。优选将支撑件布置成其纵向沿标尺的移动方向延伸。
优选施压件在位移探测部分的接触位置中心施加压力。
优选与位移探测部分接触的标尺的一部分是一个管表面，支撑件设置在接触平面上或是接触平面的附近，并且基本上平行于接触平面设置。支撑件可以在其一部分处包含一个当位移探测部分在基本上垂直于接触平面的方向上移动时弯曲的刚性减弱的部分。优选刚性减弱部分设置在支撑件的大致中心附近。刚性减弱部分可以是一个设置在支撑件中的孔部分。
优选施压件不对位移探测部分施力，并且不限制位移探测部分在压力施加方向以外的方向上的位置，在压力施加方向上施压件对位移探测部分施加朝向标尺的压力。还优选施压件布置成其纵向沿标尺移动的方向延伸。
还希望标尺是一种磁性标尺，其沿移动方向交替分布着不同的磁极性，并且位移探测部分包括一个探测磁性标尺的磁性的磁阻传感器。位移探测部分可以包括一个间隙调节件，调节磁阻传感器和磁性标尺之间的间隙，并且可以将间隙调节件设置在磁阻传感器的面对磁性标尺的一面上。
位移探测部分可以在其一部分中包括一个凸部，压力通过施压件施加其上。
根据本发明的透镜筒包括：摄影光学系统；装配到摄影装置主体的固定件；和如权利要求1～14任一所述的位移探测装置，其中位移探测装置探测活动件相对于固定件旋转、从而至少驱动摄影光学系统一部分的位移。
根据本发明的相机包括：相机主体和一个依据权利要求15所述的透镜筒。
附图简述
图1是配置有根据本发明第一实施例的位移探测装置的透镜筒透视图；
图2(a)和2(b)是表示根据第一实施例的位移探测装置的视图；
图3是表示MR传感器的外围的放大图；
图4是配置有根据本发明第二实施例的位移探测装置的透镜筒透视图；
图5(a)和5(b)是表示根据第二实施例的位移探测装置的视图；
图6(a)是表示第一实施例中支撑板的视图，而图6(b)是表示第二实施例中支撑板的视图；
图7(a)～7(d)是表示支架和标尺之间接触状态的视图；
图8是用于解释第二实施例的支撑板设置在与第一实施例中的支撑板同样位置的情形的视图。
用于执行本发明的最佳模式
-第一实施例-
下文详细描述根据本发明第一实施例的位移探测装置和透镜筒。
图1是配置有根据本发明第一实施例的位移探测装置的透镜筒100的透视图。图2(a)和2(b)是表示根据第一实施例的位移探测装置的视图。图2(a)是从透镜筒100的外侧表示位移探测装置的图形，而图2(b)是从被摄影目标的一侧(-Y轴方向)观察的外观图形。应该知道，出于图解的目的，设置一个由X轴、Y轴和Z轴组成的坐标系，如图2(a)和2(b)所示。下文中对图1～5将采用同样的坐标系。另外，应该知道，透镜筒100通过一个卡口固定件(图中未示出)装配到相机主体，使得+Y轴方向朝向相机主体。
为相机的透镜筒100设置根据本发明第一实施例的位移探测装置，并且该位移探测装置是一种磁性编码器，探测旋转管105相对于固定管103旋转移动的位移。位移探测装置包括一个标尺130、一个MR传感器147、一个支架145、一个压簧141、一个支撑板161、一个间隔膜149、一个挠性印刷电路板151等。
固定管103有一个卡口固定件，并且是一个通过此卡口固定件固定到相机主体的固定件。固定管103还包括一个用于固定支撑板161(后面描述)的座103a和一个用于固定压簧141的座103b。
旋转管105可相对于固定管103旋转，并且是一个通过接收来自图中未示出的驱动源的驱动力而旋转并通过凸轮机构等移动图中未示出的透镜组的活动件。
标尺130通过粘结剂固定到旋转管105的外围表面，它是一种磁性标尺，其上通过沿圆周方向的磁化作用而提供标尺。在标尺130上，沿标尺130的移动方向交替分布不同极性的磁极。
MR传感器(磁阻传感器)147是一种探测元件主体，该主体粘结到支架145并探测标尺130的磁性。
图3是表示图2(b)所示MR传感器147附近的放大图形。挠性印刷电路板151连接到MR传感器147，其制作成把MR传感器147探测到的磁信号传递到图中未示出的透镜CPU。此透镜CPU根据该磁信号计算旋转管105的旋转位移。
把具有低摩擦系数的间隔膜149粘结到MR传感器147的标尺130一侧以及挠性印刷电路板151。由于这样，它可以确保当MR传感器147适当接触到标尺130时，二者之间的间隙设置为最适当的间隙。如图3所示，标尺130和间隔膜149恰当地接触到一起时的接触位置称作“S”。
支撑MR传感器147的支架145也由支撑板161支撑。此支架145在其与支撑MR传感器147的部分相反的一侧上、也称作+Z侧上设置一个球形凸部145a。
应该知道，支架145、MR传感器147、间隔膜149和挠性印刷电路板151等构成位移探测部分。
压簧141是一种施压件，对支架145和MR传感器147朝向标尺130施加压力。在其一端，压簧141通过螺丝144固定到座103b，并且其另一端接触凸部145a，由此对支架145和MR传感器147相对于标尺130施加压力。因此，此压簧141在除了把支架145和MR传感器147压向标尺130的方向(即-Z方向)以外的任何方向上都不对支架145和MR传感器147施加任何力。另外，压簧141不在除Z方向以外的任何方向上限制支架145和MR传感器147的位置。
支撑板161由一种非常薄的片状弹性材料制成，它是一种支撑支架145的支撑件。在此实施例中，支撑板161和支架145通过粘结剂相互固定。
当把平行于XY平面、即垂直于Z轴的平面取作接触平面时，其中接触平面穿过间隔膜148接触标尺130的位置S，支撑板161基本上平行于此接触平面布置。此支撑板161的一端通过螺丝143固定到固定管103的座103a，而另一端固定到支架145。
虽然此支撑板161由弹性材料制成，但它在MR传感器147与标尺130在正确位置接触的情况下不产生任何压力(即不弯曲并因而不产生弹力)。
因为支撑板161由薄片状材料制成，所以它在基本上垂直于或正交于接触平面的方向(Z轴方向)上几乎不承担支撑。因此，支架145可以通过很小的力在Z轴方向移动。另一方面，因为支撑板161在接触平面之内的方向上的刚性与其在Z轴方向的刚性相比较高，以致于支撑板161很难在这些方向上变形，因此确保了支架145在接触平面内的方向上的固定支撑。
如图2(a)和2(b)所示，压簧141固定到其上的座103b和支撑板161固定到其上的座103a彼此分开并设置在MR传感器147的任一侧(+X侧和-Y侧)。另外，压簧141和支撑板161的纵向布置成位于沿标尺130移动的方向，或者说是旋转管105的方向。通过这种方式，压簧141和支撑板161的纵向布置成近似正交于光轴L的方向，并且由此可以减小装置沿光轴L的方向(Y轴方向)的尺寸或延伸的程度。
如上所述，根据第一实施例，支架145由支撑板161支撑，通过压簧141施加压力。通过这样确保了MR传感器147不相对于标尺130倾斜，使得可以获得足够好的探测信号。
因为MR传感器147装配成没有间隙，所以可以精确地读出标尺130。
因为诸如压簧141和支撑板161等元件的形状制作得很简单，所以可以很容易高精度且低成本地制作这些元件。
-第二实施例-
图4是配置有根据本发明第二实施例的位移探测装置的透镜筒100A的透视图。图5(a)是从透镜筒100A的外侧观看的第二实施例的位移探测装置的图形，而图5(b)是从被摄影目标的一侧观察此位移探测装置的图形。
在图4、5(a)和5(b)中，对和图1、2(a)和2(b)中的对应部分有相同功能的部分标注相同的标号。在根据第二实施例的位移探测装置中，代替上述第一实施例的支撑板161，设置一个其形状和布置都已更改的支撑板162。此处的解释主要集中在与上述第一实施例不同的特征上。
图6(a)是第一实施例的支撑板161的平面图形，而图6(b)是第二实施例的支撑板161的平面图形。如图6(a)所示，支撑板161制成一种具有弹性特性的薄片形状，支架145布置在支撑板161的下面。如图6(b)所示，支撑板162形成为弹性薄片形状并有一个从中穿过的孔部分162a，支架145布置在支撑板162之上。
因为第一实施例的支撑板161如上所述地在近似垂直于接触平面的方向(Z轴方向)上几乎不提供支撑，所以支架145可以在Z轴方向由很小的力移动。因而，当转动旋转管105时，由于构成旋转管105等的元件的制造不精确，有时会有摆动，使得接触位置S在Z轴方向摆动。
已经考虑到使施加的压簧141的压力更大，从而尽管由于旋转管105的旋转已经有摆动，也能够使得支架145精确地随从旋转管105、或者说是标尺130。但是，当由压簧141施加的压力变大时标尺130和MR传感器147之间的滑动阻力也变大，并且这样可以成为旋转管105的旋转驱动的阻力。在此上下文中，希望通过使支撑板161在Z轴方向的支撑力较小而确保支架145的随从特性良好。
在此上下文中，如图6(b)所示，孔162a设置在支撑板162的宽度(Y轴方向)中心部位，并且由此减小支撑板162的刚性，使得Z轴方向的支撑力减小。
图7(a)至7(d)是表示支架145和标尺130的接触状态的图形，其间的倾斜被夸大。应该知道，为了清楚起见，从这些图中已经省去了间隔膜149和柔性印刷电路板151等。
如图7(a)和7(b)所示，如果由于制造不精确等的影响致使出现旋转管105倾斜，则MR传感器147可以只在涉及标尺130的宽度方向、或者说是旋转管105的移动方向(是不希望的方向)局部地与标尺130接触。此时，如图7(c)和7(d)所示，当如箭头A所示地对MR传感器147的近似中心、或者说是MR传感器147和标尺130正确地彼此接触的接触位置S(参见图3)的中心施加压力，则支撑板162以扭曲的方式变形。由于这样，MR传感器147可以紧密地与标尺130接触，如图7(d)所示。
如图5(a)和5(b)所示，在本实施例中，球形凸部145a布置在对应于MR传感器147的近似中心的位置处，换言之，布置在对应于MR传感器147和标尺130之间的接触位置S的近似中心的位置处。通过向此球形凸部145a施加压力的压簧141，可以对MR传感器147的接触位置S的近似中心施加压力。
如上所述，孔162a设置在支撑板162的弯曲部分中，从而减小支撑板162在Z轴方向的刚性。通过这样，可以沿Z轴方向以很小的力移动支架145，使得MR传感器147可以由弹簧141的弹力紧密可靠地与标尺130接触。
如图6(b)所示，孔162a设置在支撑板162宽度方向(其Y轴方向)的中心部分。如果只有支撑板162的刚性被减小，则减小此板的宽度(即，沿Y轴方向的长度)很简单。但是，甚至在对支撑板162于Z轴方向变形的阻力减小时，也需要精确保持支架145在接触平面(即，X-Y平面)方向中的位置。因而，在此第二实施例中，通过在支撑板162的中心部位设置孔162a，在接触平面方向上的刚性不被大大地减小，而在Z轴方向上的弯曲刚性被有效地减小。另外，由于孔162a的设置，也获得有益的结果，支撑板162的扭转刚性被减小。
如图5(b)所示，装配支撑板162的位置不同于第一实施例中支撑板的装配位置；其实际上设置在接触平面上的一个位置处。由于这样，支架145设置在支撑板162的+Z轴一侧，并且布置成夹在支撑板162和压簧141之间。
图8是用于解释假想情形的虚拟图形，其中第二实施例的支撑板162设置在与第一实施例的支撑板161相同的位置中。如上所述，第二实施例的支撑板162总是具有在Z轴方向较小的刚性。我们暂定支撑板162如图8所示地布置，支架145设置在支撑板162的-Z一侧上。在这种情况下，当旋转管105在图中箭头R的方向上旋转时，由于接触位置S处的摩擦力F而作用到支撑板162上的弯曲力矩M将变大。由于这样，支撑板162可能变形，这样将是不理想的。但第二实施例的实际情况是，因为支撑板162设置在接近接触平面的位置上，所以弯曲力矩变小，并且还可以防止变形的发生。
如上所述，因为根据第二实施例，孔162a设置在支撑板162中，所以支架145可以在很小的力作用下在Z方向移动。由于这样，即使标尺130等出现摆动，也可以增强支架145的随从特性，不会使压簧141的压力有任何变大，并且因而可以通过MR传感器147更精确地读出标尺130。
因为支撑板162设置在一个大致处于接触平面上的位置中，所以由于旋转管105的旋转而作用到支撑板162上的弯曲力矩变小。由于这样，可以防止支撑板162不理想的变形，即使支撑板162中由于孔162的设置而减小了弯曲刚性也是如此。
-改型-
虽然以上以第一和第二实施例解释了本发明的位移探测装置和透镜筒，但本发明不应该受这些实施例的细节限制；可以对具体实施例的形式和内容做各种改变，这些改型也被认为落在本发明的范围之内。
例如，虽然在上述实施例中所示的固定支撑板161和162和支架145的方法是通过粘结的方式，但不限于这种方法；例如也可以接受利用热蒸发、插入铸模或其它固定法的形式。另外，虽然在第二实施例中描述了孔162a设置在支撑板162中，并且支撑板162设置在大致接触平面上的一个位置中，但本发明不限于这些结构细节。例如，也可以采用把其中穿过孔162a的支撑板布置在与第一实施例中相同的位置上的方式；或相反，也可以采取把没有形成有这种孔162a的支撑板设置在接触平面上大致相同的位置上的方式。
虽然球形凸部145a设置在支架145中，但作为一种选择，也可以采取利用形成为多面体的凸部，只要由压簧141在MR传感器147的接触位置的近似中心施加压力。另外，也可以利用一种只有一部分形成为球形的凸部。虽然如图5(a)所示，由于孔162a的设置，支撑板162形成为U形，但作为一种选择，也可以通过在其中心部位设置一个孔而形成框形支撑板162。
虽然以上就利用MR传感器147探测标尺130的磁性作用的位移探测装置对实施例进行了描述，换言之，就磁性编码器进行了描述，但也可以利用不使用此类磁性标尺的位移探测装置。
如上所述，对于根据本发明各实施例的位移探测装置，位移探测部分被支撑成支撑板161和162能够在近似正交于接触平面的方向上移动，而它们在除了近似正交于接触平面的所述方向以外的方向上的移动受到限制。由于这样，可以获得充分地探测信号，包括MR传感器147、间隔膜149、柔性印刷电路板151等的位移探测部分没有相对于标尺130倾斜。另外，还可以没有任何间隙出现地精确读出标尺。
因为支撑板161和162制作成具有弹性特性的薄板件，所以它们的制造很便宜。
因为支撑板161和162的一端固定到固定部分103a并由其另一端支撑位移探测部分的支架145，因此可以使支撑板161和162的结构很简单。
因为支撑板161和162布置成它们的纵向沿标尺130的移动方向延伸，所以可以具有获得有效空间的优点，并且因此可以使位移探测装置更小巧。特别是可以减小其在光轴L方向上的尺寸。
因为压簧141在近似位移探测部分的接触位置的中心施加压力，所以支撑板162和161以扭曲的方式变形，使得位移探测部分随从标尺130。由于这样，可以提高位移探测部分和标尺130之间的接触程度，由此能够获得精确的探测值。
因为支撑板161和162设置在接触平面上或设置在接触平面的附近，并且布置成近似平行于接触平面，所以可以防止支撑板161和162由于旋转管105的旋转所致的变形。
因为支撑板162在一个部位包括一个刚性减小部分，其中该部位在位移探测部分在近似正交于接触平面的方向上移动时弯曲，因此可以提高位移探测部分相对于标尺130的随从特性。因为这种刚性减小部分设置在支撑板162的近似中心附近，所以与减小基本上垂直于接触平面的方向上的刚性一起也可以可靠地保持接触平面方向的位置。并且，因为刚性减小部分是设置在支撑板162中的孔部分162a，所以可以容易简单地构成。
因为在除位移探测部分被压向标尺130的压力施加方向以外的任何方向上压簧141不对位移探测部分施加力或限制位移探测部分的位置，所以可以精确地保持位移探测部分的位置。
因为压簧141布置成其纵向沿标尺130的移动方向延伸，所以可以获得有效的利用空间，并且因此可以使位移探测装置更小巧。特别是可以减小其沿光轴L方向的尺寸。
因为标尺130是一种磁性标尺，不同磁极沿移动方向交替分布，并且位移探测部分包括探测此磁性标尺的磁化作用的磁阻传感器147，所以可以精确地探测位移。因为间隔膜149设置在磁阻传感器147面对磁性标尺130的部分上，所以可以确保磁阻传感器147和磁性标尺130之间适当的间隙，使得能够进行精确的位移探测。
因为凸部145a设置在由位移探测部分的压簧141施加压力的部分中，所以位移探测部分可以有效施加压力，从而随从标尺130。
如上所述，在根据本发明实施例的透镜筒中，包括一个摄影光学系统，一个安装到摄影装置主体的固定管103和上述位移探测装置。此位移探测装置探测活动管105相对于固定管103旋转、从而至少驱动摄影光学系统的一部分的位移。由于这样，除了可以精确地探测活动管105的位移外，还可以制作沿光轴方向尤其小巧的透镜筒。还可以通过将上述类型的透镜筒装配到相机主体而使相机本身更小巧。
工业实用性
虽然以上以在透镜筒上的应用为例解释了本发明的位移探测装置，但本发明也可以以同样的方式应用到任何其它的需要精确探测活动件的位移的装置。