CN1924748B - 图像拾取装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像拾取装置，其包括：相对相位检测装置，用于检测相对相位的改变量；原点位置检测装置，用于检测基准部分的位置通过原点；相对位置导出装置，用于导出活动部分相对位置的信息；相对检测位置保持装置，用于基于在通过原点位置检测装置执行检测时获取的相对位置信息，保持相对检测位置；计算装置，用于基于相对检测位置计算绝对检测相位，并基于绝对检测相位生成驱动信号；以及驱动装置，用于基于驱动信号将活动部分移动到复位位置。

Description

图像拾取装置及其控制方法

相关申请的交叉参考

本文件包含涉及于2005年8月31日提交到日本专利局的日本专利申请JP 2005-250807的主题，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种图像拾取装置以及用于控制该图像获取装置的方法。具体地，本发明涉及一种用于将活动部分返回到复位位置的图像拾取装置以及用于控制该图像获取装置的方法。

背景技术

存在有将活动部分引导至其复位位置的几种技术，这些技术通过执行返回操作将活动部分返回到复位位置。通过自动检测到的原点(用于定位的基准点)来指定复位位置。

用于检测原点的这些技术的实例包括使用机械终端的“探索”技术以及使用用于原点检测的复位传感器(例如，光学传感器、磁性传感器、和限位开关)的技术。

因为“探索”技术基本上只使用驱动机构和检测系统，因此其优势在于小型化和成本低。然而，由于“机架”或“粘附力”所产生的机械限制，因此不能经常使用该技术。另一方面，为了使用复位传感器，需要安装复位传感器的空间。然而，与“探索”技术相比，可以通过选择传感器的安装位置来减少检测原点所需的移动的最大量。因此，复位传感器的优势在于将活动部分引导至其原点的速度。

在消费型视频透镜装置等中，以小型化为目的，使用了这种用于使透镜返回到其复位位置的复位传感器。与此同时，在这种消费型视频透镜装置中，需要透镜高精度以及高速地返回其复位位置。当用于防止活动部分被向后驱动的减速机构(例如，进给螺杆)被用作透镜装置的驱动系统时，将起始位置预先设定在原点检测元件(即，复位传感器)附近，使其可以高速地执行返回操作。然而，当使用例如DC线性电机的直接驱动机构时，通过惯性或外力而不是通过独立安装的锁闭机构移动活动部分的位置，这为实现高速返回操作的优势造成了困难。

此外，当非接触光学传感器或磁性传感器被用作复位传感器时，在检测到原点的情况下透镜驱动条件所产生的检测误差妨碍了返回操作速度的增加。这种检测误差包括在驱动系统和检测系统之间的机构的机械滞后和运行以及检测系统的响应特性/滞后现象。

存在几种用于处理这种误差因素的控制驱动速度和方向的技术。例如，在已知的技术中，活动部分通过复位传感器上方的方向被限制成预定方向，从而可以处理驱动系统中机构的运行和滞后现象和检测系统中的滞后现象。此外，在这种技术中，为了处理检测系统的响应特性，将活动部分通过复位传感器上方的速度限制到预定速度以下(例如，日本未审查专利申请公开第2001-87989号中所示)。

发明内容

然而，在上述的原点检测中用于控制驱动速度和方向的技术可造成需要在特定方向上重复检测的情况或者造成不能避免低速驱动的情况。这妨碍了实现直接驱动机构的优点。此外，在安装复位传感器的过程中增加精度或者提高检测系统的响应特性不利地导致制造成本的增加。

考虑到上述情况而做出了本发明。因此，需要一种图像拾取装置以及用于控制该图像拾取装置的方法，该图像拾取装置允许原点检测以及高速和高精度的返回操作。

因此，根据本发明的一方面，提供了一种用于将活动部分返回到复位位置的图像拾取装置，该图像拾取装置包括相对相位检测装置，用于检测与活动部分的移动相关的相对相位的改变量；原点位置检测装置，用于检测对应于活动部分原点的基准部分的位置穿过原点；相对位置导出装置，用于基于相对相位的改变量导出活动部分相对位置的信息；相对检测位置保持装置，用于基于在由原点位置检测装置执行检测时获取的相对位置信息，保持活动部分的相对检测位置；计算装置，用于基于相对检测位置计算绝对检测相位，并基于绝对检测相位生成驱动信号；以及驱动装置，用于基于驱动信号将活动部分移动到复位位置。

在根据本发明的实施例的这种图像拾取装置中，通过相对检测位置保持装置基于在由原点位置检测装置执行检测时获取的相对位置信息，保持相对检测位置；通过计算装置基于相对检测位置，计算相对检测相位；以及通过计算装置基于相对检测相位生成驱动信号。此外，通过驱动装置根据驱动信号将活动部分移动到复位位置。

根据本发明的实施例，基于相对位置信息保持活动部分的相对检测位置，并且基于相对检测位置计算绝对检测相位。这种配置导致相对检测相位和预定绝对原点相位之间明显的相位差，其通过计算两个相位之间的差来使活动部分容易地且精确地返回到复位位置。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的图像拾取装置的框图；

图2示出MR元件的输出波形；

图3示出相位检测电路的输出波形；

图4示出相位计算电路的输出波形；

图5示出相位分解电路的输出波形；

图6示出相对位置电路的输出波形；

图7示出光电断路器的输出波形；

图8示出图像拾取装置的检测误差；

图9示出由CPU生成的绝对相位；

图10示出原点返回操作顺序的流程图；以及

图11示出在原点返回操作中相位差的校正原理。

具体实施方式

随后，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。图1示出根据本发明实施例的图像拾取装置的框图。为了描述的简单，图的下部被称为“底部”，左部被称为“左侧”，以及右部被称为“右侧”。此外，图中左侧方向被称为是“正向”，图中右侧方向被称为“后向”。

如图1所示，图像拾取装置1具有位置检测系统3，其包括直接驱动系统2、用于输出两相模拟信号的磁阻(MR)元件31、模/数(AD)转换电路(ADC)32、相位检测电路(PH)33、相位计算电路(CNT)34、相位分解电路(RES)35、以及相对位置电路(POS)36。图像拾取装置1还具有原点检测系统4以及透镜驱动系统6，该原点检测系统包括光电断路器(PI)41、施密特触发缓冲电路42、和原点锁存电路(RST)43，该透镜驱动系统包括具有CPU 51和ROM 52的微型计算机5、相对目标位置电路(TGT)61、伺服指令器(SV)62、以及驱动电路(DRV)63。

驱动器10包括AD转换电路32、相位检测电路(PH)33、相位计算电路(CNT)34、相位分解电路(RES)35、相对位置电路(POS)36、施密特触发缓冲电路42、原点锁存电路(RST)43、相对目标位置电路(TGT)61、伺服指令器(SV)62、和驱动电路(DRV)63。主要由该驱动电路10构成相对位置导出单元。

直接驱动系统2包括主轴(固定部分)21和活动部分22，该活动部分具有可沿主轴21线性移动(滑动)的线性电机(传动装置)221和设置在线性电机221上用于使来自将成像的物体的光汇聚的透镜222。活动部分还具有在线性电机221(底面)下面沿预定方向(左侧和右侧方向)以预定间隔极化的磁铁(标尺(scale))223、以及设置在线性电机221的左侧端用作基准的基准部分的位置检测片(fin)224。

线性电机221被电连接到驱动电路63。位置检测片224用于检测活动部分22的位置。以下，将描述位置检测系统3。

参照图2，示出MR元件(相对相位检测装置)31的输出波形。MR元件31根据活动部分22的移动，检测由磁铁223生成的磁场的大小。根据检测到的大小，MR元件31输出相位彼此相差90度(相位A、相位B)的正弦波。

A/D转换电路32将来自MR元件31的相位A和相位B的正弦波分别转换为具有相位A的数字正弦波信号和具有相位B的数字正弦波信号。这些转换的信号在下文中被称为A/B相位正弦波信号。

图3示出相位检测电路33的输出波形。通过根据A/B相位正弦波信号的相位之间的关系将单位周期分成4份，相位检测电路33创建相位区域。随后，如图3所示，相位检测电路33基于在各个相位区域中的每个相位的状态，生成相位信息(σ)(σ＝0、1、2、3)。可以使用任意划分方案，但是理想的划分周期是使相位A和相位B的任意一个呈现单调增加或单调减少。通过这种配置，相位信息0的值是“0”，相位信息1的值是“1”，相位信息2的值是“2”，以及相位信息3的值是“3”。因此，A/B正弦波信号根据相位A和B之间的关系被分成四个相位(形成四个相位的图案)。

图4示出相位计算电路34的输出波形。在相位计算电路34中，初始值被设定为0，并且基于相位信息值(σ)的增加或减小执行计算操作，从而输出计算值c。当相位信息值以如图3所示的0、1、2、3的顺序输入时，相位计算电路34进行递增计数，而当相位信息值以3、2、1、0的顺序输入时，相位计算电路34进行递减计数。

图5示出相位分解电路35的输出波形。相位分解电路35接收相位信息(σ)和A/B相位正弦波信号，以确定A/B相位正弦波信号波形的线性部分是否代表相位A或相位B。随后，相位分解电路35以Γ划分出相位的线性部分，即，通过Γ的数量(相位分解数)划分相位，以生成相位分解位置信息γ(0≤γ≤Γ)，该相位分解位置信息为在相位A和B的每一个中的详细位置信息。相位分解信息的数量Γ取决于A/D转换电路32的分解能力，且可以为例如2ⁿ(1≤n)。

图6示出相对位置电路36的输出波形。相对位置电路36基于相位计算值c、相位分解位置信息γ、和相位分解数Γ，生成相对位置p。随后，相对位置电路36将生成的相对位置p输出到原点锁存电路43和微型计算机5。可以通过下述公式(1)表示相对位置p。

p＝Γ·c+γ    (1)

该相对位置p是在由MR元件31执行位置检测时获取的相对位置。

以下，将描述原点位置检测系统4。光电断路器(复位传感器)41输出对应于由位置检测片224生成的遮蔽状态的模拟信号。图7示出光电断路器41的输出波形。

施密特触发缓冲电路42基于滞后特性所产生的两个阈值(VTH、VTL)，将从自光电断路器41输出的模拟信号转换为数字输出(Hi、Lo)。当活动部分向前通过光电断路器41上方时，施密特触发缓冲电路42的输出阈值为VTL。当活动部分向后通过光电断路器41上方时，施密特触发缓冲电路42的输出阈值为VTH。

光电断路器41和施密特触发缓冲电路42组成原点检测单元的主要部分，用于检测对应于移动部分22原点的基准部分通过原点。

在每次来自施密特触发缓冲电路42的输出信号极性发生改变时，原点锁存电路43将发生极性改变时获得的相对位置p锁存到原点锁存电路43中的寄存器中。然后，原点锁存电路43保持锁存的相对位置，作为相对检测位置p_r。

微型计算机5通过接口获得来自相位检测电路33的相位信息(σ)、来自施密特触发缓冲电路42的数字输出(Hi、Lo)、以及来自原点锁存电路43的相对检测位置p_r。然后，微型计算机5计算对应于期望的绝对目标位置的相对目标位置，并将计算出的相对目标位置输出到相对目标位置电路61。

CPU 51执行存储在ROM 52等中的程序，以整体地控制图像拾取装置1的各个部件。ROM 52设置有存储区域，用于存储相位分解数Γ、绝对原点位置P_0、和绝对原点相位φ_0。ROM 52还设置有用于控制透镜222的光学设计信息(optical designinformation)(未示出)。绝对原点位置P_0是指定光学设计信息的控制坐标系统的原点位置。在光学调节过程中(例如，定位截距(flange back)调节)对于每个透镜(活动部分)均测量并存储绝对原点位置P_0。绝对原点相位φ_0是与绝对原点位置P_0相关联并根据在调节过程中检测到的每个透镜原点时获取的绝对相位设置的绝对相位。

现在，将描述透镜驱动系统6。相对目标位置电路61存储由微型计算机5指定的相对目标位置。伺服指令器62通过驱动驱动电路63执行伺服控制，使得相对位置跟随相对目标位置。具体地，向伺服指令器62提供来自相对位置电路36的相对位置p和存储在相对目标位置电路61中的目标值。然后，基于这些值之间的偏差，伺服指令器62生成输出到驱动电路63的驱动波形。

驱动电路63设置有用于驱动线性电机221的线圈的转换元件(未示出)，以基于从伺服指令器62接收的波形执行转换。

现在，将描述图像拾取装置1的基本操作。在图像拾取装置1中，通过MR元件31基于活动部分22的位置，输出A/B相位正弦波形。通过A/D转换电路32将A/B相位正弦波形转换成A/B相位正弦波信号。由相位检测电路33从A/B相位正弦波信号中生成相位信息(σ)(σ＝0、1、2、3)。在相位计算电路34中，根据生成的相位信息(σ)的增大或减小执行计算操作，并输出得到的相位计算值c。在相位分解电路35中，A/B相位正弦波信号按照分解数Γ进行划分，从而生成相位分解位置信息γ(0≤γ＜Γ)。通过相对位置电路36基于相位计算值c和相位分解位置信息γ，生成相对位置p。将相对位置p输出到原点锁存电路43和微型计算机5。

此外，在图像拾取装置1中，通常在MR元件31检测到磁场的同时从光电断路器41输出模拟信号。模拟信息对应于由位置检测片224生成的遮蔽状态。通过施密特触发缓冲电路42根据活动部分22的通过方向，将从光电断路器41输出的模拟信号转换为数字输出(Hi、Lo)。在每次来自施密特触发缓冲电路42的输出信号极性发生改变时，将极性改变时的相对位置p锁存到原点锁存电路43所包括的寄存器中，作为相对检测位置p_r。

此外，微型计算机5将基于绝对目标位置计算的相对目标位置存储在相对目标位置电路61中。通过伺服指令器662驱动驱动电路63，使得相对位置p跟随相对目标位置。基于由驱动电路63生成的驱动波形执行转换操作。因此，将驱动电压施加到线性电机221，从而驱动线性电机221。

现在，将描述在图形拾取装置1中执行的原点返回操作。首先，描述在原点检测中产生的误差。图8示出由图像拾取装置1执行的原点检测过程中这种检测误差的特性。

在图像拾取装置1中，在检测到的位置中的误差可以在原点返回操作期间由于下列因数A至C产生：A)取决于活动部分22的通过方向的施密特触发缓冲电路42的滞后(RST_h、RST_1)；B)由于在光电断路器41上的位置检测片224产生的遮蔽状态的改变所导致的误差，该误差由主轴21和活动部分22之间的隙缝(间隙)产生；C)由于光电断路器41的响应特性而产生的信号延迟。

图8中的A至C分别对应因数A至C，图中的阴影区域示出误差的范围。误差跨度随着活动部分22通过MR元件31上方速度的增加而增加。由于这种检测误差，在对于原点返回操作的相对检测位置p_r和对应于在上述调节过程中用作原点的位置的实际相对原点位置p_0之间产生误差。因此，为了在原点返回操作中实现高速度和高精确度，基于对应于相对检测位置p_r和相对原点位置p_0的绝对相位之间的差，CPU 51执行对于在活动部分22通过原点时锁存的相对检测位置p_r的校正。

以下，将描述在图像拾取装置1中执行的原点返回操作的详细顺序。图10所示的流程图示出了该顺序。在图像拾取装置1的电源开启之后，不能立即识别出活动部分22的绝对位置。因此，在步骤S1中，基于从光电断路器41获得的极性信息，在向着原点的方向上以预定速度执行驱动(搜索驱动)。

然后，在步骤S2中，CPU 51确定是否检测到复位边缘(极性改变)。如果在步骤S2中确定未检测到复位边缘，则CPU 51继续搜索驱动，直至确定检测到复位边缘。

如果在步骤S2中，确定检测到复位边缘，则在步骤S3中，微型计算机5从原点锁存电路43中获取相对检测位置p_r。然后，在步骤S4中，CPU 51通过下述公式利用三个因数，计算绝对检测相位φ_r(0≤φ_r＜4·Γ)：1)相位分解数Γ；2)通过用于相对检测位置p_r的Γ的模的剩余操作确定的相位分解位置γ_r；3)由对应于相对位置p和相位信息σ对的相对检测位置p_r的相位计算值的改变量计算出的检测相位σ_r。

φ_r＝Γ·σ_r+γ    (2)

图11示出在原点返回操作中相位差的校正原理。以下，将参照图10和图11进行描述。

在步骤S5中，CPU 51读取存储在ROM 52中的绝对原点相位φ_0，并计算绝对检测相位φ_r和绝对原点相位φ_0之间的差，作为校正值Δφ，其通过下面的公式(3)表示。

Δφ＝φ_r-φ_0    (3)

应该注意，校正值Δφ相对于绝对相位的周期Φ具有在-φ/2＜Δφ＜φ/2范围内的值。因此，在步骤6中，通过下述公式(4)获得相对原点位置p_0。

p_0＝p_r-Δφ      (4)

此后，CPU 51使用预定的关系式执行相对位置p和对应于光学位置用于控制的绝对位置P之间的转换。下述公式(5)和公式(6)为这种关系式的实例。在这些公式中，P_0表示绝对原点位置。

p＝p_0+(P-P_0)    (5)

P＝P_0+(p-p_0)    (6)

当将透镜222移动到对应于理想复位位置的绝对目标位置时，微型计算机5将由公式(5)计算出的相对目标位置输出到相对目标位置电路61。因此，在步骤S7中，伺服指令器62驱动驱动电路63，使得活动部分22的基准部分返回到复位位置。

如上所述，根据图像拾取装置1，当检测到复位边缘时，CPU 51确定基准部分通过原点。然后，CPU 51使用公式(2)计算绝对检测相位φ_r。该处理产生绝对检测相位φ_r和作为基准的绝对原点相位φ_0之间的明显相位差。因此，通过公式(3)计算绝对检测相位φ_r和存储在ROM 52中的绝对原点相位φ_0之间的差，然后使用公式(4)计算相对原点位置p_0。在该过程中，只要相对于绝对原点相位φ_0的绝对检测相位φ_r的误差在±1/2Φ的范围内，则可以实现精确的原点返回操作。因此，不论取决于活动部分22的通过方向的施密特触发缓冲电路42的检测位置滞后现象，由于在光电断路器41上的位置检测片224产生的遮蔽状态的改变而导致的误差(该误差取决于主轴21和活动部分22之间的隙缝(间隙))，以及光电断路器41的响应特性如何，活动部分22都精确地返回其复位位置。

此外，因为无论活动部分通过光电断路器41上方的方向如何，活动部分22都可以返回到复位位置，因此可以实现高速的原点返回操作。因此，可以将透镜222的位置快速并精确地返回到复位位置。因此，不需要单独安装诸如锁紧机构的附加装置。此外，放宽了检测精度和光电断路器41的响应特性的条件。这样就允许了对图像拾取装置1结构的简化以及成本的降低。

在上文中，基于附图描述了根据本发明实施例的图像拾取装置以及用于控制该图像拾取装置的方法。然而，本实施例并不局限于该特定实施例，并且每个部件的结构可以由任意具有相似功能的对应结构代替。此外，可以将任意其他元件和处理步骤添加到本发明的上述实施例。例如，在上述实施例中，可以配置成在微型计算机中执行由位置检测系统获得的相对位置和绝对位置之间的转换。然而，本发明并不局限于该结构，并且可以将具有这种坐标转换功能或预置功能的电路集成在位置检测系统中。

进一步地，在上述实施例中，MR元件31被用作位置检测元件。然而，诸如光学元件的任意其他元件可以被用作位置检测元件。此外，位置检测元件的输出并不局限于两相输出，其可以为三相输出。

此外，在上述实施例中，描述了将DC线性电机(即，平移传动装置)应用到检测系统中的情况。然而，本发明并不局限于这种情况，可以将转动传动装置应用到检测系统中。

根据本实施例的图像拾取装置可以应用到例如数字静态照相机或数字视频照相机的静止图像拾取装置或视频图像拾取装置等中。

本领域技术人员应该理解，在所附权利要求及其等同物的范围之内，根据设计要求和其他因素，可以对本发明做出各种修改、组合、再组合和变更。

Claims (6)

1.一种用于将活动部分返回到复位位置的图像拾取装置，所述装置包括：

相对相位检测装置，用于检测与所述活动部分的移动相关的相对相位的改变量；

原点位置检测装置，用于检测当所述活动部分位于原点位置时所对应的基准部分的位置；

相对位置导出装置，用于基于所述相对相位的改变量导出所述活动部分的相对位置信息；

相对检测位置保持装置，用于基于在所述原点位置检测装置检测基准部分的位置时获得的所述相对位置信息，保持所述活动部分的相对检测位置；

计算装置，用于基于所述相对检测位置计算绝对检测相位，并基于所述绝对检测相位生成驱动信号；以及

驱动装置，用于基于所述驱动信号将所述活动部分移动到所述复位位置，其中

所述活动部分包括可沿主轴移动的线性电机和设置在所述线性电机上用于使来自将成像的物体的光汇聚的透镜、在所述线性电机下面沿预定方向以预定间隔极化的磁铁和设置在所述线性电机的左侧端用作基准的所述基准部分的位置检测片。

2.根据权利要求1所述的图像拾取装置，

其中： 

所述计算装置包括：绝对相位计算装置，用于计算所述绝对检测相位和对应于所述原点的绝对原点相位之间的相位差；绝对位置导出装置，用于基于所述相对相位的改变量，根据所述原点作为基准，导出所述活动部分的绝对位置的信息；以及相对目标位置导出装置，用于导出与所述活动部分的绝对目标位置相对应的所述活动部分的相对目标位置的信息；以及

所述驱动装置基于所述相对目标位置将所述活动部分移动到所述复位位置。

3.根据权利要求2所述的图像拾取装置，还包括用于存储所述相对检测位置的相对检测位置存储装置和用于存储所述绝对原点相位的绝对原点相位存储装置。

4.根据权利要求2所述的图像拾取装置，

其中，所述绝对位置导出装置使用所述相位差作为所述绝对检测相位中误差的校正量，以根据在所述绝对检测相位附近作为基准的所述绝对原点相位执行相对原点位置的校正。

5.根据权利要求1所述的图像拾取装置，

其中：

所述相对相位检测装置输出多个异相信号，相位差取决于所述活动部分的位置；以及

所述相对位置信息包括：

相位信息，指定通过基于所述异相信号之间的相位差将单位周期分成预定数量所获得的相位区域中所述异相信号之间的关系；以及

相位计算信息，响应于根据相位改变方向的相位转换而增加或减少。 

6.一种用于将活动部分返回到复位位置的图像拾取装置的控制方法，所述方法包括以下步骤：

当在原点位置检测装置中检测到对应于所述活动部分原点的基准部分的位置通过所述原点时，基于与所述活动部分移动相关的相对相位的改变量，导出所述活动部分的相对位置信息；

基于在所述原点位置检测装置执行所述检测时获得的所述相对位置信息，保持所述活动部分的相对检测位置；

基于所述相对检测位置，计算绝对检测相位；

基于所述绝对检测相位，生成驱动信号；以及

基于所述驱动信号，将所述活动部分移动到所述复位位置；其中

所述活动部分包括可沿主轴线性移动的线性电机和设置在所述线性电机上用于使来自将成像的物体的光汇聚的透镜、在所述线性电机下面沿预定方向以预定间隔极化的磁铁和设置在所述线性电机的左侧端用作基准的所述基准部分的位置检测片。 

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