(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズの相対位置変化に伴って位相がずれた少なくとも２つの信号を発生する多相信号発生手段と、
前記レンズの移動速度を検出する速度検出手段と、
前記レンズを基準位置に移動し位置情報をリセットするリセット動作を実行するリセット動作手段と、
前記リセット動作を行った後に前記多相信号発生手段の出力信号を演算処理することにより、前記レンズの位置を検出する位置検出装置であって、
前記リセット動作を行うか否かを決定するリセット動作決定手段を設け、該リセット動作決定手段は前記速度検出手段により得られた前記移動速度と予め記憶された所定の値とを比較し、前記速度速度が前記所定の値よりも大きいときに、前記リセット動作手段による前記リセット動作を実行することを特徴とするレンズの位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレンズの位置検出装置を備えた撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置変化に対して位相のずれた複数の繰り返し周期波形の信号を発生するエンコーダを用いたレンズの位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばビデオカメラ等の撮像装置では、ズームやフォーカスのために、レンズは所定の速度及び位置精度で動作させなければならない。最近、このためのレンズ駆動制御装置としてリニアモータが用いられるようになり、このリニアモータを制御するためには、レンズの位置を検出する位置検出装置が必要となる。この位置検出装置としては、位置変化に対して位相がずれた複数の繰り返し周期波形の信号を発生する光学式エンコーダが知られており、特開平１−１２１７２３号公報に提案されている。
【０００３】
図８は光学式エンコーダの側面図を示し、発光素子１の下側に集光レンズ２が取り付けられ、集光レンズ２の下方には図示しない例えばレンズ部である被測定物に取り付けられた固定スケール３が配置され、固定スケール３には平板部から成る光透過部と溝部から成る光遮光部がピッチＰの等間隔で周期的に設けられている。固定スケール３の下側には可動スケール４が対向して配置されている。そして、可動スケール４の下方には、可動スケール４の各領域を透過した光束をそれぞれ受光する受光素子５ａ、５ｂが配置されている。
【０００４】
図９は可動スケール４の斜視図を示し、可動スケール４は平行平板状の透明材料から成り、発光素子１からの光束の入射面上に、固定スケール３の格子ピッチＰと等しい間隔でＶ型溝部６と平面部７が設けられている。このＶ型溝部６の２つの傾斜面６ａ、６ｂは、平面部７に対してそれぞれ４５度の角度とされている。
【０００５】
発光素子１からの平行光束の内、固定スケール３の透過部を通過した光束は可動スケール４に入射し、図１０に示すように可動スケール４のＶ型溝部６及び平面部７をそれぞれ屈折及び単に通過して、左右の受光素子５ａ、５ｂ面に入射する。
【０００６】
ここで、例えばＶ型溝部６をピッチＰの１／２の幅とし、２つの傾斜面６ａ、６ｂの幅が等しくそれぞれＰ／４となるようにし、平面部７をピッチＰの１／２の幅になるように設定すれば、受光素子５ａ、５ｂからの出力信号Sa、Sbは、図１１に示すように可動スケール４の位置変化に対して９０度位相のずれた周期Ｐの繰り返し信号となる。この出力信号はＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換され、所定周期でＣＰＵに入力されて、後述するアルゴリズムにより位置情報に変換される。
【０００７】
図１２はＣＰＵの動作のフローチャート図を示し、先ずステップ１で電源が投入されると、エンコーダの基準位置を設定するリセット動作を行う。次に、ステップ２でＣＰＵに出力信号Sa、Sbを入力する。ステップ３でそれぞれの中心電圧を基準にして出力信号Sa、Sbを反転し、信号Sa’、Sb’を得る。ここで、各信号の位相関係は図１３(a) に示すように９０度相互にずれたものとなる。
【０００８】
次に、ステップ４で図１３(a) に示した各信号の大小関係により分けられるＡ〜Ｄの４つの領域の内、現在どの領域に位置しているかを求め、ステップ５で各領域中の直線性の良い信号を選択して信号Stとする。図１３(b) は信号Stを示し、例えばP1に位置した場合は領域はＢでSt＝Saである。
【０００９】
移動方向及び移動量は、前回の領域判別結果と今回の領域判別結果とを比較することにより検出する。図１１、図１３のスケール位置で右方向を正の方向とすると、ステップ６で領域遷移数をカウントし、更にその下位に信号Stに対する信号の正規化した値Atを付け加える。なお、ステップ６において、図１３(b) 中の領域Ａや領域Ｃのように、信号Stが正方向への変化に伴い減少する場合は、それぞれの中心値を基準に反転する必要がある。例えば、図１３(b) のように前回の位置がP1であり、今回の位置がP2であったとすると、領域は１だけ図中右方向に遷移しており、領域カウンタを１インクリメントし、信号St＝SaのＡ／Ｄ変換値を領域カウンタの下位に付け加える。最後に、ステップ７で今回の領域判別結果を記憶する。
【００１０】
これらのステップ２からステップ７の動作を、リセット動作終了後に所定のサンプリング周期１／fs（fsはサンプリング周波数）で継続して行うことにより、リセット動作で設定した基準位置からの相対位置を検出することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
（イ）しかしながら、上述の従来例の位置検出装置では、検出可能な速度に制限がある。例えば、図１３(b) に示すように前回の位置が領域ＢのP1であり、今回の位置が領域ＤのP3であったとすると、ステップ４により領域Ｄと判別はできるが、P3の位置する領域ＤであるかP4の位置する領域Ｄであるかを区別することはできない。このために、格子ピッチＰとサンプリング周波数fsにより検出可能な速度Vaは、次式により制限されることになる。
Va＝Ｐ・fs／４                                              …(1)
【００１２】
従って、外部から衝撃が加わって、測定対象物が位置検出装置の検出可能速度Vaを越えた場合には、位置検出の出力は不正確なものとなる。
【００１３】
（ロ）また、式(1) から分かるように、検出可能速度Vaを大きくするには、格子ピッチＰ又はサンプリング周波数fsを大きくしなければならない。しかし、格子ピッチＰの拡大は信号Stの直線性の影響で検出精度の低下を招き、更にサンプリング周波数fsはＣＰＵの性能に依存するので、その値を単純に大きくすることができない。
【００１４】
本発明の目的は、上述の問題点（イ）を解消し、位置検出のための検出可能速度を越えるような衝撃がレンズに加わった場合でも、正確な位置検出を行うことができるレンズの位置検出装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るレンズの位置検出装置は、レンズの相対位置変化に伴って位相がずれた少なくとも２つの信号を発生する多相信号発生手段と、前記レンズの移動速度を検出する速度検出手段と、前記レンズを基準位置に移動し位置情報をリセットするリセット動作を実行するリセット動作手段と、前記リセット動作を行った後に前記多相信号発生手段の出力信号を演算処理することにより、前記レンズの位置を検出する位置検出装置であって、前記リセット動作を行うか否かを決定するリセット動作決定手段を設け、該リセット動作決定手段は前記速度検出手段により得られた前記移動速度と予め記憶された所定の値とを比較し、前記速度速度が前記所定の値よりも大きいときに、前記リセット動作手段による前記リセット動作を実行することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は実施例の構成図を示し、測定対象物の移動速度検出手段を併設して、その検出結果により異常を検知してリセット動作を行うようにしたものである。測定対象物であるレンズ１１にはアクチュエータ１２が接続され、レンズ１１には、その位置を検出する例えばボイスコイルモータや超音波モータ等のエンコーダ１３と、レンズ１１の移動速度を検出する速度検出器１４とが取り付けられている。エンコーダ１３及び速度検出器１４の出力は、それぞれの検出回路１５及び１６を介してＣＰＵ１７に接続されており、検出回路１６とＣＰＵ１７の出力は、それぞれドライバ１８を介してアクチュエータ１２に接続されている。
【００１７】
エンコーダ１３はレンズ１１の位置変化に対して、位相のずれた複数の繰り返し周期波形の信号を発生するものであり、発光素子や受光素子及び所定ピッチの三角溝を形成したスリットを用いた光学式のもの、又は所定ピッチで多極着磁したマグネットとそれに対向する磁気抵抗素子から成る磁気式のものを用いることができる。また、速度検出器１４は例えばレンズ１１にコイルを取り付け、図示しないレンズ鏡筒の固定部のコイルに対向する位置にマグネットを取り付け、コイルの端子間にその相対移動速度に比例した信号を発生するものが考えられる。
【００１８】
更に、測定対象物であるレンズ１１の初期位置の検出設定には、フォトインタラプタ等を用いた光学的手段やホール素子等を用いた磁気的手段を併設し、その出力変化位置を基準位置とする方式、又は測定対象物の可動範囲を機械的に制限して機械端を設け、その機械端位置を基準位置とする方式等を使用する。
【００１９】
測定対象物であるレンズ１１の位置変化によって、エンコーダ１３の出力は検出回路１５により検出され、図示しないＡ／Ｄ変換器を介してＣＰＵ１７に検出信号Sa、Sbが入力される。また、レンズ１１の移動速度は速度検出器１４で検出され、検出回路１６によりレンズ位置制御の安定化のためにドライバ１８に帰還され、更にレンズ１１の速度検出のために図示しないＡ／Ｄ変換器を介してＣＰＵ１７に信号Svが入力される。
【００２０】
図２は速度検出信号Svの出力特性を示し、レンズ１１の移動速度が０の場合の速度検出信号はSv＝Soとなり、正の方向に速度が発生すると速度検出信号SvはSoを基準にして増加し、負の方向に速度が発生すると速度検出信号SvはSoを基準にして減少する。
【００２１】
図３はエンコーダ１３の出力Sa、Sb及び速度検出器１４の速度検出信号Svを用いた位置検出アルゴリズムのフローチャート図を示す。先ず、ステップ１１で電源が投入されると、リセット動作を行ってレンズ１１の初期位置を検出し、エンコーダ１３の基準位置を設定する。次に、ステップ１２において、所定の周期１／fs（fsはサンプリング周波数）でエンコーダ１３の出力信号Sa、Sb及び速度検出信号SvをＣＰＵ１７に入力する。ステップ１３で出力信号Sa、Sbによりレンズ１１の基準位置からの相対位置変化量を求める。
【００２２】
次に、ステップ１４で速度検出信号Svを予め記憶しておいた速度リファレンス信号Svr1、Svr2と比較して、レンズ１１の移動速度の大きさを判別する。Svr1＜Sv＜Svr2であればSw＝０とし、そうでなければSw＝１とする。速度リファレンス信号Svr1、Svr2は、図２に示すようにレンズ１１がエンコーダ１３の検出可能な速度Vaで各方向に動作したときに発生する速度検出信号とする。従って、ステップ１４の結果、Sw＝０であれば検出可能な移動速度であり、Sw＝１であれば正確に検出できない移動速度であることになる。
【００２３】
次に、ステップ１５でSw＝０であればステップ１６に移行し、Sw＝１であればステップ１１のリセット動作を実行する。ステップ１６では次回の位置検出のために今回の位置検出結果を記憶し、ステップ１２に移行する。
【００２４】
このようにして、位置検出装置の検出可能速度Vaを越えるような衝撃がレンズ１１に加わった場合には、速度検出器１４の出力でそれを検知し、再度リセット動作を行うようにすることにより、その後も正確な位置検出を続行することができる。
【００２５】
本実施例では、速度検出器の検出結果を基にリセット動作を行っているが、加速度計を併設して、その出力信号と、レンズ１１がエンコーダ１３の検出可能な速度Vaで各方向に動作したときに発生する出力信号とを比較して、リセット動作を行う構成にしてもよい。この加速度計には、撮像装置の手ぶれ補正装置に用いるジャイロなどの角加速度センサを兼用することができる。また、エンコーダ１３は被測定物の位置変化でなく、角度変化に対して位相のずれた繰り返し周期波形信号を発するものでもよい。
【００２６】
図４は第１の参考例の位置検出のフローチャート図を示し、エンコーダ１３の位置検出をする際に、移動速度検出手段の検出結果から移動方向を検出し、その結果を用いるようにしたものである。装置の構成は図１と同様であり、エンコーダ１３の構成は従来例の図８と同様であるので、説明は省略する。
【００２７】
先ず、ステップ２１において所定の周期１／fsでエンコーダ出力信号Sa、Sb及び速度検出信号SvをＣＰＵ１７に入力する。ステップ２２で出力信号Sa、Sbをそれぞれの中心電圧を基準に反転して信号Sa’、Sb’を得る。各信号の位相関係は従来例の図１３(a) に示すように９０度相互にずれたものとなる。次に、ステップ２３で図１３(a) の各信号の大小により分離されるＡ〜Ｄの４つの領域の内、現在どの領域に位置しているかの領域判別結果Sr1 を求め、ステップ２４で各領域中直線性の良い信号を選択して信号Stとする。信号Stは従来例の図１３(b) と同様に、例えば位置P1に位置した場合には、領域はＢでありSt＝Saである。
【００２８】
次に、ステップ２５で速度検出信号Svを、予め記憶しておいた速度０のときの出力レベルである速度リファレンスと比較し、測定対象物であるレンズ１１の移動方向を判別する。その結果が図１３(b) のＤ方向であればSd＝１、そうでなければSd＝０とする。なお、速度検出信号SvをＣＰＵ１７に取り込み方向判別をする方式ではなく、比較器により速度検出信号Svと速度リファレンス信号Svr1、Svr2を比較し、その結果をＣＰＵ１７に取り込むようにしてもよい。
【００２９】
次に、ステップ２６で前回の領域判別結果Sr2 と今回の領域判別結果Sr1 及び方向判別結果Sdにより相対移動量Ｘを求める。最後に、ステップ２７で今回の領域判別結果Sr1 を記憶する。
【００３０】
このように、ステップ２１からステップ２７の動作を所定の位置リセット動作終了後に所定のサンプリング周期１／fsで継続して行うことにより、リセット位置からの相対位置を検出することができる。
【００３１】
図５は図４のステップ２６で相対移動量Ｘを求めるフローチャート図である。ここでは、現在位置を図１３(b) 中の今回の領域判別結果Sr1 ＝Ｂ(P1)として、ステップ２６を説明するが、Sr1 ＝Ａ、Ｃ、Ｄにおいても同様のアルゴリズムで検出可能である。先ず、ステップ３１で今回の領域判別結果Sr1 を参照し、次にステップ３２で前回の領域判別結果Sr2 を参照する。ステップ３２において、Sr2 ＝Ｂであれば領域カウント値Xhはそのままでステップ３８に進む。また、ステップ３２において、Sr2 ＝Ａであればステップ３３で領域カウント値Xhを１インクリメントし、ステップ３８に進む。
【００３２】
また、ステップ３２において、Sr2 ＝Ｃであればステップ３４で領域カウント値Xhを１デクリメントし、ステップ３８に進む。更にステップ３２において、Sr2 ＝Ｄであればステップ３５で方向判別結果Sdを参照して、ステップ３５でSd＝１であればステップ３６で領域カウント値Xhを２インクリメントし、Sd＝０であればステップ３７で領域カウント値Xhを２デクリメントし、ステップ３８に進む。
【００３３】
ステップ３８においては、領域カウント値Xhの下位に信号Stに対する信号の正規化した値Xkを付け加え、図１３(b) 中の領域Ａや領域Ｃのように、信号Stが正方向への変化に伴って減少する場合は、それぞれの中心値を基準に反転する必要がある。
【００３４】
このようにして、格子ピッチＰとサンプリング周波数fsから検出可能な速度Vaは次式のようになる。
Va＝２・Ｐ・fs／４                                    …(2)
【００３５】
従って、格子ピッチＰ又はサンプリング周波数fsを大きくすることなく、検出可能な速度を向上させることができる。
【００３６】
図６は第２の参考例の位置検出のフローチャート図を示し、移動速度検出手段の検出結果と、この速度検出結果から求めた移動方向検出結果との両方を用いるようにしたものである。
【００３７】
先ず、ステップ４１において、所定の周期１／fsでエンコーダ出力信号Sa、Sb及び速度検出信号SvをＣＰＵ１７に入力する。ステップ４２で出力信号Sa、Sbをそれぞれの中心電圧を基準にして反転し、信号Sa’、Sb’を得る。次に、ステップ４３で現在どの領域に位置しているかの領域判別結果Sr1 を求め、ステップ４４で各領域中で直線性の良い信号を選択して信号Stとする。
【００３８】
次に、ステップ４５で速度検出信号Svと、予め記憶しておいた速度０のときの出力レベルである速度リファレンス信号Svr1とを比較し、測定対象物であるレンズ１１の移動方向を判別する。その結果が、図１３(b) のＤ方向であればSd＝１、そうでなければSd＝０とする。次に、速度検出信号Svと速度リファレンス信号Svr1の差の速度絶対値Sva を求め、予め記憶しておいた所定のリファレンス信号Svr2と比較し、ステップ４６で移動速度の大きさを判別する。Sva ＞Svr2であればSw＝１、Sva ＜Svr2であればSw＝０とする。ここで、所定のリファレンス信号Svr2はレンズ１１がサンプリング周期１／fsで、スリットピッチＰの１／２だけ移動するときに発生する速度絶対値Sva とする。
【００３９】
これにより、レンズ１１がサンプリング周期１／fsで移動した領域数２よりも大きければSw＝１、小さければSw＝０となる。次に、ステップ４７で前回の領域判別結果Sr2 、今回の領域判別結果Sr1 、方向判別結果Sd、速度絶対値Sva により相対移動量Ｘを求める。最後に、ステップ４８で今回の領域判別結果Sr1 をストアする。
【００４０】
このように、ステップ４１からステップ４８までの動作を、所定の位置リセット動作終了後に、所定のサンプリング周期１／fsで継続して行うことにより、リセット位置からの相対位置を検出することができる。
【００４１】
図７は図６のステップ４７で相対移動量Ｘを求めるフローチャート図を示す。なお、現在位置を図１３(b) 中の今回の領域判別結果Sr1 ＝Ｂ(P1)としてステップ４７を説明するが、Sr1 ＝Ａ、Ｃ、Ｄにおいても同様のアルゴリズムで検出可能である。
【００４２】
先ず、ステップ５１で今回の領域判別結果Sr1 を参照し、次にステップ５２で前回の領域判別結果Sr2 を参照する。ステップ５２において、Sr2 ＝Ｂであればステップ５３でSwを参照し、Sw＝０であれば領域カウント値Xhはそのままでステップ６６に進む。また、Sw＝１であればステップ５４で更に方向判別信号Sdを参照し、Sd＝１であればステップ５５で領域カウント値Xhを４インクリメントし、Sd＝０であればステップ５６で領域カウント値Xhを４デクリメントし、ステップ６６に進む。
【００４３】
ステップ５２において、Sr2 ＝Ａであればステップ５７でSwを参照し、Sw＝１であればステップ５８で領域カウント値Xhを３デクリメントし、ステップ５７でSw＝０であればステップ５９で領域カウント値Xhを１インクリメントし、ステップ６６に進む。
【００４４】
ステップ５２において、Sr2 ＝Ｃであればステップ６０でSwを参照し、Sw＝１であればステップ６１で領域カウント値Xhを３インクリメントし、ステップ６０でSw＝０であればステップ６２で領域カウント値Xhを１デクリメントし、ステップ６６に進む。
【００４５】
ステップ５２において、Sr2 ＝Ｄであればステップ６３で方向判別信号Sdを参照し、Sd＝１であればステップ６４で領域カウント値Xhを２インクリメントし、ステップ６３でSd＝０であればステップ６５で領域カウント値Xhを２デクリメントし、ステップ６６に進む。
【００４６】
また、ステップ６６においては、値Xhの下位に信号Stに対する信号の正規化した値Xkを付け加え、図１３(b) 中の領域Ａや領域Ｃのように、信号Stが正方向への変化に伴い減少する場合は、それぞれの中心値を基準に反転する必要がある。
【００４７】
このようにして、格子ピッチＰとサンプリング周波数fsで検出可能な速度Vaは次式となる。
Va＝４・Ｐ・fs／４                                  …(3)
【００４８】
従って、格子ピッチＰ又はサンプリング周波数fsを大きくすることなく、検出可能な速度を向上させることができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るレンズの位置検出装置は、レンズが所定の値以上の移動速度となった場合に、レンズを基準位置に戻すリセット動作を行うので、その後も正確なレンズの位置検出を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例の位置検出装置の構成図である。
【図２】  速度検出器の出力特性のグラフ図である。
【図３】  位置検出のフローチャート図である。
【図４】  第１の参考例の位置検出のフローチャート図である。
【図５】  移動量検出のフローチャート図である。
【図６】  第２の参考例の位置検出のフローチャート図である。
【図７】  移動量検出のフローチャート図である。
【図８】  従来例のエンコーダの構成図である。
【図９】  可動スケールの斜視図である。
【図１０】  透過光束の説明図である。
【図１１】  エンコーダの出力電圧のグラフ図である。
【図１２】  位置検出のフローチャート図である。
【図１３】  出力波形の位相関係のグラフ図である。
【符号の説明】
１１  レンズ
１２  アクチュエータ
１３  エンコーダ
１４  速度検出器
１５、１６  検出回路
１７  ＣＰＵ
１８  ドライバ
【図１】
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【図２】
0004174089.tif 000003
【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】
0004174089.tif 000009
【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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