CN108802869A - 可变焦距透镜装置以及可变焦距透镜控制方法 - Google Patents

可变焦距透镜装置以及可变焦距透镜控制方法 Download PDF

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Abstract

提供一种可变焦距透镜装置，其具有：折射率根据所输入的驱动信号变化的透镜系统；以及使驱动信号跟随透镜系统的谐振频率的谐振锁定控制单元，谐振锁定控制单元将驱动信号的频率设定在驱动信号的电压和透镜系统的驱动电流之间的电压电流相位差的峰值位置，在电压电流相位差发生了变动时，参照驱动电流，增减驱动信号的频率。

Description

可变焦距透镜装置以及可变焦距透镜控制方法
技术领域
本发明涉及可变焦距透镜装置以及可变焦距透镜控制方法。
背景技术
作为可变焦距透镜装置，开发了例如利用了文献1(美国专利申请公开第2010/0177376号说明书)中记载的原理的液体透镜系统(以下简称为透镜系统)的装置。
透镜系统通过在透明的液体中浸渍由压电材料形成的圆筒状的振动构件而形成。在透镜系统中，若对振动构件的内周面和外周面施加交流电压，则振动构件在厚度方向伸缩，使振动构件内侧的液体振动。通过根据液体的固有振动频率调整施加电压的频率，在液体中形成同心圆状的驻波，以振动构件的中心轴线为中心形成折射率不同的同心圆状的区域。因此，在透镜系统中，如果沿振动构件的中心轴线通过光，则该光按照每个同心圆状的区域的折射率，在发散或聚光的路径上追寻。
可变焦距透镜装置通过将前述的透镜系统和用于聚焦的物镜(例如普通的凸透镜或者透镜组)配置在同一光轴上而构成。
若使平行光入射普通的物镜，则通过了透镜的光聚焦在位于规定的焦距的焦点位置。相对于此，若使平行光入射到物镜和配置在同轴上的透镜系统，则该光在透镜系统中发散或聚光，通过了物镜的光聚焦在偏离到远于或近于原来的(没有透镜系统的状态的)焦点位置的位置。
因此，在可变焦距透镜装置中，通过施加输入到透镜系统的驱动信号(使内部的液体产生驻波的频率的交流电压)，并增减该驱动信号的振幅，能够在一定的范围内(以物镜的焦距为基准，能够通过透镜系统增减的规定的变化幅度)任意地控制作为可变焦距透镜装置的焦点位置。
在可变焦距透镜装置中，作为输入到透镜系统的驱动信号，例如使用正弦波状的交流信号。如果输入这样的驱动信号，则可变焦距透镜装置的焦距(焦点位置)正弦波状地变化。此时，在驱动信号的振幅为0时，通过透镜系统的光不发生折射，可变焦距透镜装置的焦距成为物镜的焦距。在驱动信号的振幅处于正负的峰时，通过透镜系统的光被最大地折射，可变焦距透镜装置的焦距成为离物镜的焦距变化最大的状态。
在使用这样的可变焦距透镜装置获取图像时，与驱动信号的正弦波的相位同步地输出发光信号进行脉冲照明。由此，通过在处于正弦波状地变化的焦距中的、规定的焦距的状态下进行脉冲照明，检测位于该焦距的对象物的图像。在一周期中的多个相位中进行脉冲照明，如果与各相位对应地进行图像检测，则也能够同时得到多个焦距的图像。
在前述的可变焦距透镜装置中，因外部气温的影响或者伴随运转的发热等，透镜系统的内部的液体和振动构件的温度发生变化。并且，根据温度变化，固有频率发生变化，可得到驻波的交流信号的频率(谐振频率)也变动。若输入到透镜系统的驱动信号仍然与变动前相同，则驱动信号会偏离谐振频率的峰，无法有效地得到驻波。
对于这样的谐振频率的变动，一直采用自动地使驱动信号跟随的谐振锁定功能。例如，假设将规定频率的驱动信号输入到透镜系统，驻波的强度级别(level)为最大。这里，在驻波的级别降低时，判定为驱动信号的频率偏离在透镜系统中可得到驻波的谐振的峰，使驱动信号的频率增减而捕捉新的峰值位置。如果驱动信号的频率到达新的峰值位置，则驻波的级别也恢复到最大强度。通过连续地进行对该峰值位置的跟随动作，能够实现向可得到驻波的谐振频率的自动跟踪(谐振锁定)。
在前述的可变焦距透镜装置中，在进行对驱动信号的谐振频率的自动跟踪(谐振锁定控制)时，为了检测透镜系统中的驻波的强度级别，参照投入到透镜系统的有效功率的值。
并且，以有效功率检测到谐振频率的变动时，为了决定跟随有效功率的峰值位置的方向(向频率高的一侧移动还是向低的一侧移动)，参照透镜系统的驱动部分(由压电材料形成的振动构件)中流过的驱动电流的值。
作为驱动透镜系统的压电材料的特性，透镜系统的驱动电流具有基于等效电路的串联谐振的正的峰和基于并联谐振的负的峰，负的峰表现在比正的峰高的频率上(参照图22)。前述的有效功率的峰，在从驱动电流的正的峰至正的峰值和负的峰值的中间值之间产生。也就是说，在有效功率的峰值位置的周边，驱动电流表现为右下降的模式(pattern)。
因此，在作为透镜系统的谐振频率的有效功率的峰值位置偏离时，通过调查在谐振频率的周边的驱动电流的增减，能够检测峰值位置偏离的方向。
在图20中，示出了以往的可变焦距透镜装置中的谐振锁定控制的具体的步骤。
可变焦距透镜装置在开始谐振锁定时，作为初始设定，首先进行有效功率Rp的峰值扫描(图20的处理S01)。在图21中，在峰值扫描中，在对透镜系统施加驱动信号的同时，使驱动信号的频率从规定的下限值fmin缓慢增加至上限值fmax，记录各频率下的透镜系统中的有效功率Rp。
接着，从得到的扫描结果，检测有效功率Rp成为峰值pp的位置的频率fpp，将驱动信号的频率设定为该频率fpp(处理S02)。
完成了初始设定后，可变焦距透镜装置将先设定的频率fpp的驱动信号发送到透镜系统，在透镜系统中形成驻波，进入运转状态。运转中，可变焦距透镜装置以规定周期获取有效功率Rp和驱动电流Ri(图20的处理S03)，监视有效功率Rp的降低(处理S04)。
如果有效功率Rp未降低，则当作没有谐振频率fpp的变动，继续进行处理S03～S04的监视。另一方面，如果有效功率Rp降低，则当作发生了谐振频率fpp的变动，判定是否发生驱动电流Ri的降低(处理S05)。并且，在驱动电流Ri降低时，降低谐振频率fpp(处理S06)、在驱动电流Ri上升时，提高谐振频率fpp(处理S07)。
在图22中，假设因温度上升等，透镜系统的谐振频率从频率fpp(实线)上升至频率fpu(虚线)。
如果驱动信号仍为原来的频率fpp，则变化为谐振频率fpu的透镜系统(虚线)中的有效功率从作为峰值的pp降低至pu。这样，峰频率的变化表现为有效功率的降低，所以可由处理S05检测。
在透镜系统的谐振频率从fpp上升至fpu时，如果驱动信号仍为原来的频率fpp，则变化为谐振频率fpu的透镜系统中的驱动电流Ri(虚线)从ipp上升到ipu。因此，处理S05中判定为驱动电流Ri上升，驱动信号的谐振频率通过处理S07从fpp上升为fpu。
另一方面，在透镜系统的谐振频率降低的情况下，有效功率Rp的峰值位置偏离到与图22的虚线的相反方向，如果驱动信号仍为原来的频率，则谐振频率发生了变化的透镜系统中的驱动电流Ri与图22相反地减少。因此，在处理S05中，驱动电流Ri被判定为减少，通过处理S06，驱动信号的谐振频率降低。
这样，在透镜系统的谐振频率上升的情况下，驱动信号的频率也上升，在透镜系统的谐振频率降低的情况下，驱动信号的频率也降低，作为结果，对于透镜系统的谐振频率进行驱动信号的跟随。
在前述的可变焦距透镜装置的谐振锁定控制中，利用了在透镜系统的有效功率Rp的峰值位置的周边，驱动电流Ri右下降的特性。
但是，根据透镜系统，在驱动用的压电元件的特性上，有效功率Rp的峰值位置的频率、和驱动电流Ri的正的峰值位置的频率成为接近的值。
如图23所示，假设有效功率Rp的峰值位置的频率fpp为接近驱动电流Ri的正的峰值位置的频率的值。在有效功率Rp的峰值位置上升，成为频率fpu的情况下，驱动电流Ri从ipp降低为ipu。另一方面，在有效功率Rp的峰值位置上升成为频率fpd的情况下，驱动电流Ri从ipp降低为ipd。
也就是说，无论有效功率Rp的峰值位置上升还是降低，驱动电流Ri的值都降低，有不能进行基于峰值位置的跟随的谐振锁定控制的顾虑。
发明内容
本发明的目的在于，提供可稳定地进行谐振锁定控制的可变焦距透镜装置以及可变焦距透镜控制方法。
本发明的可变焦距透镜装置具有：折射率根据所输入的驱动信号变化的透镜系统；以及使所述驱动信号跟随所述透镜系统的谐振频率的谐振锁定控制单元，其特征在于，所述谐振锁定控制单元将所述驱动信号的频率设定在所述驱动信号的电压和所述透镜系统的驱动电流之间的电压电流相位差的峰值位置，在所述电压电流相位差发生了变动时，参照所述驱动电流，增减所述驱动信号的频率。
本发明的可变焦距透镜控制方法，使用可变焦距透镜装置，该可变焦距透镜装置具有：折射率根据所输入的驱动信号变化的透镜系统；以及使所述驱动信号跟随所述透镜系统的谐振频率的谐振锁定控制单元，其特征在于，包括如下步骤：将所述驱动信号的频率设定在所述驱动信号的电压和所述透镜系统的驱动电流之间的电压电流相位差的峰值位置，在所述电压电流相位差发生了变动时，参照所述驱动电流，增减所述驱动信号的频率。
在本发明中，基于透镜系统中流过的驱动电流、和成为其基础的驱动信号的电压之间的电压电流相位差，进行驱动信号的谐振锁定控制。电压电流相位差表现为其峰值位置在比透镜系统的动作时的有效功率的峰值位置高的频率。也就是说，能够设为在驱动电流中，从正的峰值位置至负的峰值位置的右下降的区间中的、频率更高的位置。因此，即使透镜系统的谐振频率发生变化，电压电流相位差的峰值位置变化到频率的低的一侧的情况下，也能够降低接近驱动电流的正的峰值位置的可能性。其结果，能够降低参照有效功率的以往方式那样的、无法判定变化的方向、不能进行基于峰值位置的跟随的谐振锁定控制的可能性，能够稳定地进行可变焦距透镜装置中的谐振锁定控制。
本发明的可变焦距透镜装置，具有：折射率根据所输入的驱动信号变化的透镜系统；以及使所述驱动信号跟随所述透镜系统的谐振频率的谐振锁定控制单元，其特征在于，所述谐振锁定控制单元设定比所述透镜系统的有效功率的峰值更低的目标有效功率，将所述驱动信号的频率设定为提供所述目标有效功率的频率，在所述有效功率发生了变化时，基于所述有效功率的增减而增减所述驱动信号的频率。
本发明的可变焦距透镜控制方法，可变焦距透镜控制方法，使用可变焦距透镜装置，该可变焦距透镜装置具有：折射率根据所输入的驱动信号变化的透镜系统；以及使所述驱动信号跟随所述透镜系统的谐振频率的谐振锁定控制单元，其特征在于，包括如下步骤：设定比所述透镜系统的有效功率的峰值更低的目标有效功率，将所述驱动信号的频率设定为提供所述目标有效功率的频率，在所述有效功率发生了变化时，基于所述有效功率的增减，增减所述驱动信号的频率。
在本发明中，仅参照透镜系统的有效功率，进行驱动信号的谐振锁定控制。因此，在透镜系统的有效功率中，将目标有效功率设定在比该峰值更低的位置。在目标有效功率的值的前后，有效功率的值从峰值右下降或左下降地连续地降低。因此，对于设定为目标有效功率的驱动信号的频率，在透镜系统的谐振频率发生了变化时，通过调查目标有效功率的前后的有效功率的值，能够决定使驱动信号的频率变化的方向。并且，基于该方向，通过增减驱动信号的频率，能够稳定地进行对透镜系统的谐振频率的跟随。
本发明的可变焦距透镜装置，具有：折射率根据所输入的驱动信号变化的透镜系统；以及使所述驱动信号跟随所述透镜系统的谐振频率的谐振锁定控制单元，所述谐振锁定控制单元设定比所述驱动信号的电压和所述透镜系统的驱动电流之间的电压电流相位差的峰值更低的目标电压电流相位差，将所述驱动信号的频率设定为提供所述目标电压电流相位差的频率，在所述电压电流相位差发生了变化时，基于所述电压电流相位差的增减而增减所述驱动信号的频率。
本发明的可变焦距透镜控制方法，使用可变焦距透镜装置，该可变焦距透镜装置具有：折射率根据所输入的驱动信号变化的透镜系统；以及使所述驱动信号跟随所述透镜系统的谐振频率的谐振锁定控制单元，其特征在于，包括如下步骤：设定比所述驱动信号的电压和所述透镜系统的驱动电流之间的电压电流相位差的峰值更低的目标电压电流相位差，将所述驱动信号的频率设定为提供所述目标电压电流相位差的频率，在所述电压电流相位差发生了变化时，基于所述电压电流相位差的增减，增减所述驱动信号的频率。
在本发明中，仅参照驱动信号的电压和透镜系统的驱动电流之间的电压电流相位差，进行驱动信号的谐振锁定控制。因此，在电压电流相位差中，将目标电压电流相位差设定在比其峰值低的位置。在目标电压电流相位差的值的前后，电压电流相位差的值从峰值右下降或左下降地连续地降低。因此，对于设定为目标电压电流相位差的驱动信号的频率，在透镜系统的谐振频率发生了变化时，通过调查目标电压电流相位差的前后的电压电流相位差的值，能够决定使驱动信号的频率变化的方向。并且，通过基于该方向，增减驱动信号的频率，能够稳定地进行对透镜系统的谐振频率的跟随。
根据本发明，能够提供可稳定地进行谐振锁定控制的可变焦距透镜装置以及可变焦距透镜控制方法。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的示意图。
图2是表示第1实施方式的透镜系统的结构的示意图。
图3的(A)～(C)是表示第1实施方式的透镜系统的振动状态的示意图。
图4的(A)～(E)是表示第1实施方式的透镜系统的焦距的示意图。
图5是表示第1实施方式的主要部分的框图。
图6是表示第1实施方式的谐振频率的变动的曲线图。
图7是表示第1实施方式的谐振锁定的概要的曲线图。
图8是表示第1实施方式的谐振锁定的处理步骤的流程图。
图9是表示第1实施方式的谐振锁定的动作的曲线图。
图10是表示第1实施方式的谐振锁定的效果的曲线图。
图11是表示本发明的第2实施方式的谐振锁定的处理步骤的流程图。
图12是表示第2实施方式的谐振锁定的设定的曲线图。
图13是表示第2实施方式的谐振锁定的动作的曲线图。
图14是表示本发明的第3实施方式的谐振锁定的处理步骤的流程图。
图15是表示第3实施方式的谐振锁定的设定的曲线图。
图16是表示第3实施方式的谐振锁定的动作的曲线图。
图17是表示本发明的第4实施方式的谐振锁定的处理步骤的流程图。
图18是表示第4实施方式的谐振锁定的设定的曲线图。
图19是表示第4实施方式的谐振锁定的动作的曲线图。
图20是表示以往的谐振锁定的处理步骤的流程图。
图21是表示以往的谐振锁定的动作概要的曲线图。
图22是表示以往的谐振锁定的作用的曲线图。
图23是表示以往的谐振锁定的问题点的曲线图。
具体实施方式
〔第1实施方式〕
在图1中，可变焦距透镜装置1具有：为了一边可变焦距一边检测测定对象物9的表面的图像，在与该表面交叉的同一光轴A上配置的物镜2、透镜系统3以及图像检测单元4。
可变焦距透镜装置1还具有：对测定对象物9的表面进行脉冲照明的脉冲照明单元5；控制透镜系统3以及脉冲照明单元5的动作的透镜控制单元6；以及用于操作透镜控制单元6的控制用PC7。
控制用PC7由现有的个人计算机构成，通过执行规定的控制用软件实现期望的功能。控制用PC7中还包含从图像检测单元4取入图像而进行处理的功能。
物镜2由现有的凸透镜构成。
图像检测单元4由现有的CCD(Charge Coupled Device；电荷耦合器件)图像传感器或者其他的形式的摄像机等构成，能够将入射的图像Lg作为规定的信号格式的检测图像Im，输出到控制用PC7。
脉冲照明单元5由LED(Light Emitting Diode；发光二极管)等的发光元件构成，在从透镜控制单元6被输入了发光信号Ci时，使照明光Li只发光规定时间，能够进行对测定对象物9的表面的脉冲照明。照明光Li被测定对象物9的表面反射，来自测定对象物9的表面的反射光Lr通过物镜2以及透镜系统3形成图像Lg。
透镜系统3中，根据从透镜控制单元6输入的驱动信号Cf，折射率发生变化。驱动信号Cf是使透镜系统3发生驻波的频率的交流电，是正弦波状的交流信号。
在可变焦距透镜装置1中，通过至焦点位置Pf的焦距Df一边以物镜2的焦距为基础，一边使透镜系统3的折射率变化，从而能够使焦距任意地变化。
在图2中，透镜系统3具有圆筒形的外壳31，在外壳31的内部设置了圆筒状的振动构件32。振动构件32由插入到其外周面33和外壳31的内周面之间的弹性体制成的隔离物39支承。
振动构件32是将压电材料形成为圆筒状的构件，通过在外周面33和内周面34之间施加驱动信号Cf的交流电压，在厚度方向上振动。
在外壳31的内部，填充了透过性高的液体35，振动构件32将整体浸渍在液体35中，圆筒状的振动构件32的内侧被液体35充满。驱动信号Cf的交流电压被调整为使处于振动构件32的内侧的液体35产生驻波的频率。
如图3所示，在透镜系统3中，若使振动构件32振动，在内部的液体35中产生驻波，产生折射率交替的同心圆状的区域(参照图3的(A)部分以及图3的(B)部分)。
此时，距离透镜系统3的中心轴线的距离(半径)和液体35的折射率的关系如图3的(C)部分所示的折射率分布W那样。
在图4中，由于驱动信号Cf是正弦波状的交流信号，所以在透镜系统3中的液体35的折射率分布W的变动幅度也根据该信号而变化。并且，液体35中产生的同心圆状的区域的折射率正弦波状地变化，由此，至焦点位置Pf的焦距Df正弦波状地变动。
在图4的(A)的状态中，折射率分布W的振幅为最大，透镜系统3聚光通过的光，焦点位置Pf近，焦距Df变为最短。
在图4的(B)的状态中，折射率分布W为平坦，透镜系统3使通过的光直接通过，焦点位置Pf以及焦距Df成为标准的值。
在图4的(C)的状态中，折射率分布W与图4的(A)为相反极性，振幅为最大，透镜系统3使通过的光扩散，焦点位置Pf远，焦距Df为最大。
图4的(D)的状态中，折射率分布W再次为平坦，透镜系统3使通过的光直接通过，焦点位置Pf以及焦距Df成为标准的值。
图4的(E)的状态中，再次返回图4的(A)的状态，以下反复同样的变动。
这样，在可变焦距透镜装置1中，驱动信号Cf为正弦波状的交流信号，焦点位置Pf以及焦距Df也如图4的焦点变动波形Mf那样正弦波状地变动。
此时，在焦点变动波形Mf的任意的时点，对位于焦点位置Pf的测定对象物9进行脉冲照明，如果检测在该时点被照明的图像，则可得到位于任意的焦距Df的焦点位置Pf的图像。
返回图1，在可变焦距透镜装置1中，透镜系统3的振动、脉冲照明单元5的发光以及图像检测单元4的图像检测，通过来自透镜控制单元6的驱动信号Cf、发光信号Ci以及图像检测信号Cc来控制。为了操作控制它们的透镜控制单元6的设定等，连接了控制用PC7。
在图5中，透镜控制单元6具有：对透镜系统3输出驱动信号Cf的驱动控制单元61、对脉冲照明单元5输出发光信号Ci的发光控制单元62、以及对图像检测单元4输出图像检测信号Cc的图像检测控制单元63。
驱动控制单元61具有谐振锁定控制单元611。
在透镜系统3基于输入的驱动信号Cf振动时，谐振锁定控制单元611从加在透镜系统3上的有效功率Rp或者驱动电流Ri，检测透镜系统3的振动状态Vf。并且，通过参照透镜系统3的振动状态Vf，调整驱动信号Cf的频率，能够锁定为透镜系统3的当前的谐振频率。再有，振动状态Vf也可以由设置在透镜系统3中的振动传感器检测。
在图6中，假设透镜系统3的振动特性为S1，则驱动信号Cf被设定为振动特性S1的峰值。如果透镜系统3没有温度变化等，则由谐振锁定控制单元611检测的透镜系统3的振动特性表示与驱动信号Cf相同的振动特性S1的峰值位置频率。
这里，假设因温度变化等，透镜系统3的振动特性变化为了S2。由谐振锁定控制单元611检测的透镜系统3的振动特性变动为振动特性S2的峰值，偏离了驱动信号Cf。在对为振动特性S2的透镜系统3输入了驱动信号Cf的情况下，驱动信号Cf的频率在振动特性S2中不是峰值位置，不能对透镜系统3提供充分的有效功率，效率降低。
在图7中，谐振锁定控制单元611检测从透镜系统3检测的振动状态Vf、和从驱动控制单元61输入到透镜系统3的驱动信号Cf之间的偏差，检索透镜系统3的当前的峰值位置，捕捉之后，将从驱动控制单元61输出的驱动信号Cf的频率变更为当前的峰值位置。
其结果，从驱动控制单元61输入到透镜系统3的驱动信号Cf的频率与当前的透镜系统3的振动特性S2中谐振频率的峰匹配，由此，进行频率的自动跟随。
返回图5，控制用PC7具有：用于对透镜控制单元6进行设定等的操作的透镜操作单元71；从图像检测单元4取入检测图像Im进行处理的图像处理部72；以及接受对可变焦距透镜装置1的用户的操作的操作接口73。
透镜操作单元71具有谐振锁定操作单元711。
谐振锁定操作单元711能够切换驱动控制单元61中的谐振锁定控制单元611的有效和无效。
从图8至图10示出了本实施方式中的谐振锁定控制。
在本实施方式中，谐振锁定控制单元611在动作时，根据驱动信号Cf的电压波形和从透镜系统3检测的驱动电流Ri的波形，检测电压电流相位差Rh，将驱动信号Cf的频率设定在该电压电流相位差Rh的峰值位置。并且，在动作的期间，监视电压电流相位差Rh，在电压电流相位差Rh发生了变动时，参照驱动电流Ri，增减驱动信号Cf的频率。
在图8中，谐振锁定控制单元611在开始谐振锁定时，作为初始设定，首先进行电压电流相位差Rh的峰值扫描(处理S11)。
在图9中，在峰值扫描中，在对透镜系统3施加驱动信号Cf的同时，使驱动信号Cf的频率从规定的下限值fmin缓慢增加至上限值fmax，记录各频率下的透镜系统3中的电压电流相位差Rh。
接着，从得到的扫描结果，检测电压电流相位差Rh为峰值的位置的频率fhp，将该频率fhp设定作为驱动信号Cf的频率(图8的处理S12)。
完成初始设定时，使可变焦距透镜装置1运转。即，谐振锁定控制单元611将先前设定的频率fhp的驱动信号Cf发送到透镜系统3。由此，在透镜系统3形成驻波，成为运转状态。
在运转中，谐振锁定控制单元611以规定周期获取电压电流相位差Rh(处理S13)，监视电压电流相位差Rh的降低(处理S14)。
如果电压电流相位差Rh未降低，则当作没有谐振频率fhp的变动，继续处理S13～S14的监视。
另一方面，如果电压电流相位差Rh降低，则当作有谐振频率fhp的变动，判定是否有驱动电流Ri的降低(处理S15)。并且，在驱动电流Ri降低时，降低谐振频率fhp(处理S16)，在驱动电流Ri上升了时，提高谐振频率fhp(处理S17)。
在图9中，假设因温度上升等，透镜系统3的谐振频率从频率fhp(实线)上升为频率fhu(虚线)。
如果驱动信号Cf仍为原来的频率fhp，则变化为谐振频率fhu的透镜系统3中的电压电流相位差Rh(虚线)从作为峰值的hp降低为hu。这样，峰频率的变化因为表现为电压电流相位差Rh的降低，所以能够通过处理S15来检测。
在透镜系统3的谐振频率从fhp上升到了fhu时，若驱动信号Cf仍为原来的频率fhp，则变化为谐振频率fhu的透镜系统3中的驱动电流Ri(虚线)从ihp上升为ihu。因此，在处理S15中，被判定为驱动电流Ri上升，通过处理S17，驱动信号Cf的频率从fhp上升为fhu。
另一方面，与图9相反，在透镜系统3的谐振频率比频率fhp降低了的情况下，驱动电流Ri在频率fhp的周边位于右下降的区间，因此驱动电流Ri的值上升。也就是说，在处理S15中，在比频率fhp低的频率下的驱动电流Ri，被判定为从原来的ihp开始上升了，通过处理S16，驱动信号Cf的频率降低得比fhp低。
这样，在透镜系统3的谐振频率上升了的情况下，驱动信号Cf的频率上升，在透镜系统3的谐振频率降低了的情况下，驱动信号Cf的频率降低，作为结果，对于透镜系统3的谐振频率，进行驱动信号Cf的跟随。
在本实施方式中，参照电压电流相位差Rh检测驱动信号Cf的频率的偏差，参照驱动电流Ri中的变化，决定驱动信号Cf的频率的校正方向。
如图10所示，通常，电压电流相位差Rh的峰值位置的频率fhp表现在比透镜系统3的动作时的有效功率Rp的峰值位置的频率fpp高的频率。
也就是说，在电压电流相位差Rh中，能够将该峰值位置的频率fhp，设为从驱动电流Ri中的正的峰值位置至负的峰值位置的右下降的区间的、更高的频域。
在图10中，作为电压电流相位差Rh的峰值位置的频率fhp，即便该频率fhp变动(降低)至频率fhd或变动(增加)至频率fhu，该区间中的驱动电流Ri的值(ipp，ipd，ipu)也始终右下降，能够可靠地进行谐振频率的变化方向的检测(图8的处理S15)。
另一方面，对于有效功率Rp的峰值位置的频率fpp，在该频率fpp变动(降低)至频率fpd或变动(增加)至频率fpu时，在该区间中有驱动电流Ri的峰值位置(频率fip)，在其两侧，驱动电流Ri的值(ipd，ipu)都会降低得比峰值位置中的值ipp低，因此有可能无法可靠地进行谐振频率的变化方向的检测(图8的处理S15)。
因此，即使透镜系统3的谐振频率变化，电压电流相位差Rh的峰值位置的频率fhp变化为频率低的一侧的情况下，也能够降低驱动电流Ri接近正的峰值位置的可能性。其结果，能够降低以下的可能性：如参照有效功率Rp的以往方式那样，谐振频率的峰值位置的频率fpp接近驱动电流Ri，在其前后，驱动电流Ri都会降低，变化的方向无法判定，成为不能基于峰值位置的跟随的谐振锁定控制，能够稳定地进行可变焦距透镜装置1中的谐振锁定控制。
〔第2实施方式〕
在图11至图13中，示出本发明的第2实施方式。
本实施方式是在与前述的第1实施方式的可变焦距透镜装置1相同的结构中，由谐振锁定控制单元611执行不同内容的谐振锁定控制的实施方式。因此，对于共同的结构，省略说明，以下说明本实施方式中的谐振锁定控制的内容。
如图12所示，本实施方式的谐振锁定控制单元611，在动作时，对于从透镜系统3检测的有效功率Rp，将目标有效功率pt设定为比该峰值pp低的规定的值，将驱动信号Cf的频率设定为提供该目标有效功率pt的频率fpt。并且，在通过频率fpt的驱动信号Cf使透镜系统3动作的同时，在动作的期间，监视有效功率Rp，在有效功率Rp变动时，判定有效功率Rp的变化的方向，增减驱动信号Cf的频率。
即，谐振锁定控制单元611进行如下这样的处理。
在图11中，谐振锁定控制单元611在开始谐振锁定时，作为初始设定，首先进行有效功率Rp的峰值扫描(处理S21)。
在图12中，在峰值扫描中，在对透镜系统3施加驱动信号Cf的同时，使驱动信号Cf的频率从规定的下限值fmin缓慢增加到上限值fmax，记录各频率下的透镜系统3中的有效功率Rp。
接着，对于扫描的有效功率Rp，调查该峰值pp，将目标有效功率pt设定为比该峰值低的规定的值。并且，对于扫描的有效功率Rp，选择提供目标有效功率pt的频率fpt，将该频率fpt设定作为驱动信号Cf的频率(图11的处理S22)。
作为目标有效功率pt，能够设为规定的比率、例如有效功率Rp的峰值pp的70％等。或者，也可以设为仅小规定的值的值。
在有效功率Rp中，提供目标有效功率pt的频率位于2个部位，而在本实施方式中，选择2个部位中频率高的一方的频率fpt。
完成初始设定之后，使可变焦距透镜装置1运转。即，谐振锁定控制单元611将先前设定的频率fpt的驱动信号Cf发送到透镜系统3。由此，在透镜系统3中形成驻波，成为运转状态。
运转中，谐振锁定控制单元611在规定周期获取有效功率Rp(处理S23)，监视有效功率Rp的变化(降低或上升)(处理S24)。
如果没有有效功率Rp的变化，则当作没有谐振频率fpt的变动，继续处理S23～S24的监视。
另一方面，在有效功率Rp发生了变化时，对该变化的方向(降低还是上升)进行判定(处理S25)。并且，在驱动电流Ri降低时，降低谐振频率fpt(处理S26)，在驱动电流Ri上升时，提高谐振频率fpt(处理S27)。
在图13中，假设因温度上升等，透镜系统3的谐振频率从频率fpp(实线)上升为了频率fpu(虚线)。在原来的有效功率Rp(实线)中，在被设定为驱动信号Cf的谐振频率fpt中，为目标有效功率pt，而在谐振频率上升了的有效功率Rp(虚线)中，上升至谐振频率fpt下的有效功率pu。
对于这样的变化，在图11的处理S25中被判定为有效功率Rp在上升，通过处理S27，谐振频率fpt上升为谐振频率fptu。
另一方面，与图13相反，在透镜系统3的谐振频率比频率fpp下降的情况下，有效功率Rp从图13的实线向图中左方移动，驱动信号Cf的频率fpt下的有效功率Rp的值降低。其结果，在图11的处理S25中，被判定为有效功率Rp在降低，通过处理S26，谐振频率fpt降低。
这样，在透镜系统3的谐振频率上升了的情况下，驱动信号Cf的频率上升，在透镜系统3的谐振频率降低了的情况下，驱动信号Cf的频率降低，作为结果，对于透镜系统3的谐振频率，进行驱动信号Cf的跟随。
在本实施方式中，仅参照透镜系统3的有效功率Rp，能够进行驱动信号Cf的谐振锁定控制。
即，在透镜系统3的有效功率Rp中，将目标有效功率pt设定在比该峰值pp低的位置。在目标有效功率pt的值的前后，有效功率Rp的值从峰值pp右下降或左下降地连续地降低。因此，对于被设定为目标有效功率pt的驱动信号Cf的频率fpt，在透镜系统3的谐振频率发生了变化时，通过调查提供目标有效功率pt的频率fpt的前后的有效功率Rp的值，能够决定使驱动信号Cf的频率变化的方向。
并且，通过基于该方向而增减驱动信号Cf的频率，能够稳定地进行对透镜系统3的谐振频率的跟随。
进而，在本实施方式中，在谐振锁定控制时，由于仅参照透镜系统3的有效功率Rp即可，因此，能够简化结构以及处理。
另外，由于也不参照透镜系统3的驱动电流，所以能够降低如以往方式、不能判定驱动电流的变化的方向、不能进行基于峰值位置的跟随的谐振锁定控制之类的可能性，能够稳定地进行可变焦距透镜装置1中的谐振锁定控制。
〔第3实施方式〕
在图14至图16中，示出了本发明的第3实施方式。
本实施方式是，将前述的第2实施方式的提供目标有效功率pt的频率fpt设定为比提供峰值pp的频率fpp低的频率的方式(参照图15)。
本实施方式中的步骤，至处理S31～S35为止与前述的第2实施方式的处理S21～S25为止是同样的。关于处理S36以及处理S37，由于将频率fpt设定为比频率fpp低的频率，因此，跟随的方向与第2实施方式的处理S26、S27相反。
在图16中，假设因温度上升等，透镜系统3的谐振频率从频率fpp(实线)上升为了频率fpu(虚线)。在原来的有效功率Rp(实线)中，在被设定为驱动信号Cf的谐振频率fpt中，为目标有效功率pt，而在谐振频率上升了的有效功率Rp(虚线)中，降低至谐振频率fpt下的有效功率pu。
对于这样的变化，在图14的处理S35中，被判定为有效功率Rp降低，通过处理S36，谐振频率fpt上升为谐振频率fptu。
另一方面，与图16相反，在透镜系统3的谐振频率比频率fpp降低的情况下，有效功率Rp从图16的实线向图中左方移动，在谐振频率fpt中的有效功率上升。其结果，在图14的处理S35中，被判定为有效功率Rp上升，通过处理S37，谐振频率fpt被降低。
这样，在透镜系统3的谐振频率上升了的情况下，驱动信号Cf的频率上升，在透镜系统3的谐振频率降低了的情况下，驱动信号Cf的频率被降低，作为结果，对于透镜系统3的谐振频率，进行驱动信号Cf的跟随。
因此，根据本实施方式，也能够得到与前述的第2实施方式同样的效果。
〔第4实施方式〕
在图17至图19中示出了本发明的第4实施方式。
本实施方式是，在与前述的第1实施方式的可变焦距透镜装置1相同的结构中，在谐振锁定控制单元611中执行不同的内容的谐振锁定控制。因此，对于共同的结构省略说明，以下说明本实施方式中的谐振锁定控制的内容。
如图18所示，本实施方式的谐振锁定控制单元611在动作时，对于从透镜系统3检测的电压电流相位差Rh，将目标电压电流相位差ht设定为比其峰值hp低的规定的值，将驱动信号Cf的频率设定为提供该目标电压电流相位差ht的频率fht。并且，在通过频率fht的驱动信号Cf使透镜系统3动作的同时，在动作的期间，监视电压电流相位差Rh，在电压电流相位差Rh发生了变动时，判定电压电流相位差Rh的变化的方向，增减驱动信号Cf的频率。
即，谐振锁定控制单元611进行如下这样的处理。
在图17中，谐振锁定控制单元611在开始谐振锁定时，作为初始设定，首先进行电压电流相位差Rh的峰值扫描(处理S41)。
在图18中，在峰值扫描中，在对透镜系统3施加驱动信号Cf的同时，使驱动信号Cf的频率从规定的下限值fmin缓慢增加至上限值fmax，记录各频率下的透镜系统3中的电压电流相位差Rh。
可以从驱动信号Cf的电压波形、和从透镜系统3检测的驱动电流Ri的波形，得到电压电流相位差Rh。
接着，对扫描后的电压电流相位差Rh，调查该峰值hp，将目标电压电流相位差ht设定为比其峰值低的规定的值。并且，对于扫描后电压电流相位差Rh，选择提供目标电压电流相位差ht的频率fht，将该频率fht设定作为驱动信号Cf的频率(图17的处理S42)。
作为目标电压电流相位差ht，能够设为规定的比率、例如电压电流相位差Rh的峰值hp的70％等。或者，也可以设为仅小规定的值的值。
在电压电流相位差Rh中，提供目标电压电流相位差ht的频率位于2个部位，而在本实施方式中，选择2个部位之中频率高的一方的频率fht。
完成初始设定之后，使可变焦距透镜装置1运转。即，谐振锁定控制单元611将先前设定的频率fht的驱动信号Cf发送到透镜系统3。由此，在透镜系统3形成驻波，成为运转状态。
运转中，谐振锁定控制单元611以规定周期获取电压电流相位差Rh(处理S43)，监视电压电流相位差Rh的变化(降低或上升)(处理S44)。
如果没有电压电流相位差Rh的变化，则当作没有谐振频率fht的变动，继续处理S43～S44的监视。
另一方面，在电压电流相位差Rh发生了变化时，判定该变化的方向(降低还是上升)(处理S45)。并且，在电压电流相位差Rh降低时，降低谐振频率fht(处理S46)，在电压电流相位差Rh上升时，提高谐振频率fht(处理S47)。
在图19中，假设因温度上升等，透镜系统3的谐振频率从频率fhp(实线)上升为频率fhu(虚线)。在原来的有效功率Rp(实线)中，在被设定为驱动信号Cf的谐振频率fht中，为目标电压电流相位差ht，而在谐振频率上升了的电压电流相位差Rh(虚线)中，上升至谐振频率fht下的电压电流相位差hu。
对于这样的变化，在图17的处理S45中，被判定为电压电流相位差Rh在上升，通过处理S47，驱动信号Cf的频率fht被一直上升到频率fhtu。
另一方面，与图19相反，在透镜系统3的谐振频率比频率fhp降低了的情况下，电压电流相位差Rh从图19的实线向图中左方移动，在驱动信号Cf的频率fht下的电压电流相位差Rh降低。其结果，在图17的处理S45中，被判定为电压电流相位差Rh的值在降低，通过处理S46，驱动信号Cf的频率fht被降低。
这样，在透镜系统3的谐振频率上升了的情况下，驱动信号Cf的频率被上升，在透镜系统3的谐振频率降低了的情况下，驱动信号Cf的频率被降低，作为结果，对于透镜系统3的谐振频率，进行驱动信号Cf的跟随。
在本实施方式中，仅参照透镜系统3的电压电流相位差Rh，能够进行驱动信号Cf的谐振锁定控制。
即，在透镜系统3的电压电流相位差Rh中，将目标电压电流相位差ht设定为比该峰值pp更低的位置。在目标电压电流相位差ht的值的前后，在电压电流相位差Rh的值从峰值hp开始右下降或左下降地连续地降低。因此，对于设定为了目标电压电流相位差ht的驱动信号Cf的频率fht，在透镜系统3的谐振频率发生了变化时，通过调查提供目标电压电流相位差ht的频率fht的前后的电压电流相位差Rh的值，能够决定使驱动信号Cf的频率变化的方向。
并且，通过基于该方向而增减驱动信号Cf的频率，能够稳定地进行对透镜系统3的谐振频率的跟随。
进而，在本实施方式中，在谐振锁定控制时，由于仅参照透镜系统3的电压电流相位差Rh即可，因此能够将结构以及处理简化。
另外，由于也不参照透镜系统3的驱动电流，因此能够降低如以往方式那样、不能判定驱动电流的变化的方向、不能进行基于峰值位置的跟随的谐振锁定控制之类的可能性，能够稳定地进行可变焦距透镜装置1中的谐振锁定控制。
再有，在前述的第4实施方式中，将提供目标电压电流相位差ht的频率fht设为了比提供电压电流相位差Rh的峰值hp的频率fhp高的频率，但是如相对前述的第2实施方式的第3实施方式那样，也可以设为比频率fhp低的频率。
〔其他实施方式〕
再有，本发明并不限于前述的实施方式，在能够实现本发明的目的的范围内的变形等包含在本发明中。
在所述各实施方式中，为了进行透镜系统3的驱动以及控制，使用了透镜控制单元6和控制用PC7的组合，但是，它们也可以设为将透镜系统3的驱动、控制到操作都合在一起进行的一体的装置。但是，如所述各实施方式那样，通过设为透镜控制单元6和控制用PC7的组合，能够使透镜系统3的驱动以及控制所需的硬件独立作为专用的透镜控制装置。另外，能够将透镜控制单元6操作、设定调整、进而到图像的取入，使用通用性高的个人计算机来实现。
在所述各实施方式中，将驱动信号Cf以及焦点变动波形Mf设为了正弦波，但该波形也可以是三角波、锯齿波、矩形波和其他的波形。
透镜系统3的具体的结构可以适当变更，外壳31以及振动构件32除了圆筒状的之外，也可以是六角筒状等，也能够适当选择它们的尺寸和液体35的属性。

Claims (6)

1.一种可变焦距透镜装置，具有：折射率根据所输入的驱动信号变化的透镜系统；以及使所述驱动信号跟随所述透镜系统的谐振频率的谐振锁定控制单元，其特征在于，
所述谐振锁定控制单元将所述驱动信号的频率设定在所述驱动信号的电压和所述透镜系统的驱动电流之间的电压电流相位差的峰值位置，在所述电压电流相位差发生了变动时，参照所述驱动电流，增减所述驱动信号的频率。
2.一种可变焦距透镜装置，具有：折射率根据所输入的驱动信号变化的透镜系统；以及使所述驱动信号跟随所述透镜系统的谐振频率的谐振锁定控制单元，其特征在于，
所述谐振锁定控制单元设定比所述透镜系统的有效功率的峰值低的目标有效功率，将所述驱动信号的频率设定为提供所述目标有效功率的频率，在所述有效功率发生了变化时，基于所述有效功率的增减而增减所述驱动信号的频率。
3.一种可变焦距透镜装置，具有：折射率根据所输入的驱动信号变化的透镜系统；以及使所述驱动信号跟随所述透镜系统的谐振频率的谐振锁定控制单元，
所述谐振锁定控制单元设定比所述驱动信号的电压和所述透镜系统的驱动电流之间的电压电流相位差的峰值低的目标电压电流相位差，将所述驱动信号的频率设定为提供所述目标电压电流相位差的频率，在所述电压电流相位差发生了变化时，基于所述电压电流相位差的增减而增减所述驱动信号的频率。
4.一种可变焦距透镜控制方法，使用可变焦距透镜装置，该可变焦距透镜装置具有：折射率根据所输入的驱动信号变化的透镜系统；以及使所述驱动信号跟随所述透镜系统的谐振频率的谐振锁定控制单元，其特征在于，包括如下步骤：
将所述驱动信号的频率设定在所述驱动信号的电压和所述透镜系统的驱动电流之间的电压电流相位差的峰值位置，
在所述电压电流相位差发生了变动时，参照所述驱动电流，增减所述驱动信号的频率。
5.一种可变焦距透镜控制方法，使用可变焦距透镜装置，该可变焦距透镜装置具有：折射率根据所输入的驱动信号变化的透镜系统；以及使所述驱动信号跟随所述透镜系统的谐振频率的谐振锁定控制单元，其特征在于，包括如下步骤：
设定比所述透镜系统的有效功率的峰值低的目标有效功率，
将所述驱动信号的频率设定为提供所述目标有效功率的频率，
在所述有效功率发生了变化时，使所述驱动信号的频率基于所述有效功率的增减而增减。
6.一种可变焦距透镜控制方法，使用可变焦距透镜装置，该可变焦距透镜装置具有：折射率根据所输入的驱动信号变化的透镜系统；以及使所述驱动信号跟随所述透镜系统的谐振频率的谐振锁定控制单元，其特征在于，包括如下步骤：
设定比所述驱动信号的电压和所述透镜系统的驱动电流之间的电压电流相位差的峰值低的目标电压电流相位差，
将所述驱动信号的频率设定为提供所述目标电压电流相位差的频率，
在所述电压电流相位差发生了变化时，使所述驱动信号的频率基于所述电压电流相位差的增减而增减。
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