JP2004085684A

JP2004085684A - レンズ制御装置およびこれを備えたカメラ

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Publication number: JP2004085684A
Application number: JP2002243408A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Okawara; 大川原　裕人
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2022-08-23
Also published as: US20040037547A1; US6954589B2; JP4393045B2

Abstract

【課題】環境温度変化等による検出信号の出力変動を原因としたレンズ光軸方向の実位置の誤差を補正して、レンズを所望の位置に正確に移動させるレンズ制御装置およびこれを備えたカメラを提供する。
【解決手段】レンズ光軸方向の絶対位置成分および相対位置成分を有する検出信号を出力する位置検出手段と、前記２つの位置成分に基づいて実位置を演算する実位置演算手段と、相対位置成分値を基準原点位置に対応する相対位置成分値に初期化すると共に、実位置に対応する絶対位置成分値と基準原点位置に対応する絶対位置成分値との差分量を演算する差分量演算手段と、前記差分量を減算または加算して基準原点位置となるレンズ位置を演算し、該レンズ位置に基づいて基準原点位置を基準とする移動目標位置を演算する目標位置演算手段と、該移動目標位置に差分量を加算または減算した位置にレンズを移動させるための駆動信号を出力してレンズ移動を制御する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系の焦点調節などに適用される、磁気抵抗（ＭＲ）素子等の位置センサを用いたレンズ制御装置およびこれを備えたカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
民生用一体型カメラでは、小型化、レンズ前面にできるだけ近い位置での撮影を可能とする、等の要請から、補正レンズと変倍レンズをカムで機械的に連動させるのではなく、補正レンズの移動軌跡をあらかじめマイコン内にレンズカムデータとして記憶させておき、このレンズカムデータにしたがって補正レンズを駆動し、且つこの補正レンズによってフォーカスも合わせる、インナーフォーカスタイプのレンズが主流になってきている。
【０００３】
図８は従来のインナーフォーカスタイプレンズシステムの簡単な構成を示すものである。同図において、９０１は固定されている第１のレンズ群、９０２は変倍を行なうための第２のレンズ群（以下、ズームレンズと称す）、９０３は絞り、９０４は固定されている第３のレンズ群、９０５は焦点調節機能と変倍による焦点面の移動を補正する機能（いわゆるコンペ機能）とを兼ね備えた第４のレンズ群（以下、フォーカスレンズと称す）、９０６は撮像面（ＣＣＤ）である。
【０００４】
公知のとおり、図８のように構成されたレンズシステムでは、フォーカスレンズ９０５がコンペ機能と焦点調節機能を兼ね備えているため、焦点距離が等しくても、撮像面９０６に合焦するためのフォーカスレンズ９０５の位置は、被写体距離によって異なってしまう。各焦点距離において被写体距離を変化させたとき、撮像面上に合焦させるためのフォーカスレンズ９０５の位置を連続してプロットすると、図９のようになる。変倍中は、被写体距離に応じて図９に示された軌跡を選択し、この軌跡どおりにフォーカスレンズ９０５を移動させれば、ボケのないズームが可能になる。
【０００５】
前玉フォーカスタイプのレンズシステムでは、ズームレンズに対して独立したフォーカスレンズが設けられており、さらにズームレンズとフォーカスレンズが機械的なカム環で結合されている。従って、例えばこのカム環にマニュアルズーム用のツマミを設け、手動で焦点距離を変えようとした場合、ツマミをいくら速く動かしても、カム環はこれに追従して回転し、ズームレンズとフォーカスレンズはカム環のカム溝に沿って移動するので、フォーカスレンズのピントがあっていれば、上記動作によってボケを生じることはない。
【０００６】
これに対し、インナーフォーカスタイプのレンズシステムの制御においては、図９に示される複数の軌跡情報を何らかの形（軌跡そのものでも、レンズ位置を変数とした関数でも良い）で記憶しておき、フォーカスレンズとズームレンズの位置に基づいて軌跡を選択して、この選択した軌跡上をたどりながらズーミングを行なうのが一般的である。
【０００７】
図１０は、提案されている軌跡追従方法の一例を説明するための図である。図１０において、Ｚ_０，Ｚ_１，Ｚ_２，・・・Ｚ_６はズームレンズ位置を示しており、ａ_０，ａ_１，ａ_２，・・・ａ_６およびｂ_０，ｂ_１，ｂ_２，・・・ｂ_６は、マイコンに予め記憶されている代表軌跡である。またｐ_０，ｐ_１，ｐ_２，・・・ｐ_６は、上記２つの軌跡を基に算出された軌跡である。この軌跡の算出式を以下に示す。
【０００８】
ｐ（ｎ＋１）＝｜ｐ（ｎ）−ａ（ｎ）｜／｜ｂ（ｎ）−ａ（ｎ）｜＊｜ｂ（ｎ＋１）−ａ（ｎ＋１）｜＋ａ（ｎ＋１）　　…　（１）
上記の（１）式によれば、例えば図１０において、フォーカスレンズがｐ_０にある場合、ｐ_０が線分ｂ_０−ａ_０を内分する比を求め、この比に従って線分ｂ_１−ａ_１を内分する点をｐ_１としている。このｐ_１−ｐ_０の位置差と、ズームレンズがＺ_０〜Ｚ_１まで移動するのに要する時間から、合焦を保つためのフォーカスレンズの移動速度が分かる。
【０００９】
次に、ズームレンズの停止位置は記憶された代表軌跡データを有する境界上のみという制限がないとした場合について説明する。図１１はズームレンズ位置方向の内挿方法を説明するための図であり、図１０の一部を抽出し、ズームレンズの位置を任意としたものである。
【００１０】
図１１において、縦軸はフォーカスレンズ位置、横軸はズームレンズ位置を示しており、レンズ制御マイコンで記憶している代表軌跡位置（ズームレンズ位置に対するフォーカスレンズ位置）を、ズームレンズ位置Ｚ_０，Ｚ_１，・・・Ｚ_ｋ−１，Ｚ_ｋ・・・Ｚ_ｎとしたとき、フォーカスレンズ位置を被写体距離別に、
ａ_０，ａ_１，・・・ａ_ｋ−１，ａ_ｋ・・・ａ_ｎ
ｂ_０，ｂ_１，・・・ｂ_ｋ−１，ｂ_ｋ・・・ｂ_ｎ
としている。
【００１１】
今、ズームレンズ位置がズーム境界上でないＺ_ｘにあり、フォーカスレンズ位置がＰ_ｘである場合にａ_ｘ，ｂ_ｘを求めると、
ａ_ｘ＝ａ_ｋ−（Ｚ_ｋ−Ｚ_ｘ）＊（ａ_ｋ−ａ_ｋ−１）／（Ｚ_ｋ−Ｚ_ｋ−１）…　（２）
ｂ_ｘ＝ｂ_ｋ−（Ｚ_ｋ−Ｚ_ｘ）＊（ｂ_ｋ−ｂ_ｋ−１）／（Ｚ_ｋ−Ｚ_ｋ−１）…　（３）
となる。つまり現在のズームレンズ位置とそれを挟む２つのズーム境界位置（例えば図１１におけるＺ_ｋとＺ_ｋ−１）とから得られる内分比に従い、記憶している４つの代表軌跡データ（図１１で、ａ_ｋ，ａ_ｋ−１，ｂ_ｋ，ｂ_ｋ−１）のうち同一被写体距離のものを上述の内分比で内分することによりａ_ｘ，ｂ_ｘを求めることができる。
【００１２】
そしてａ_ｘ，Ｐ_ｘ，ｂ_ｘから得られる内分比に従い、予め記憶されている４つの代表データ（図１１で、ａ_ｋ，ａ_ｋ−１，ｂ_ｋ，ｂ_ｋ−１）の内、同一焦点距離のものを（１）式のように上述の内分比で内分することによりｐ_ｋ，ｐ_ｋ−１を求めることができる。
【００１３】
そして、ワイドからテレへのズーム時には追従先フォーカス位置ｐ_ｋと現フォーカス位置ｐ_ｘとの位置差と、ズームレンズがＺ_ｘ〜Ｚ_ｋまで移動するのに要する時間から、合焦を保つために必要なフォーカスレンズの移動速度が分かる。
【００１４】
また、テレからワイドへのズーム時には追従先フォーカス位置ｐ_ｋ−１と現フォーカス位置Ｐ_ｘとの位置差と、ズームレンズがＺ_ｘ〜Ｚ_ｋ−１まで移動するのに要する時間から、合焦を保つためのフォーカスレンズの移動速度が分かる。以上のような軌跡追従方法が考案されている。
【００１５】
このとき、マイコン内に予め記憶されている軌跡情報のテーブルデータの例を図１２に示す。図１２は被写体距離別に、ズームレンズ位置により変化するフォーカスレンズ位置データＡ（ｎ，ｖ）を示しており、変数ｎの列方向に被写体距離、変数ｖの行方向にズームレンズ位置（焦点距離）が変化している。ここでは、ｎ＝０が無限遠の被写体距離を表し、ｎが大きくなるに従って被写体距離は至近距離に変化し、ｎ＝ｍは１ｃｍの被写体距離を示している。一方、ｖ＝０はワイド端を、ｖが大きくなるに従って焦点距離が増し、ｖ＝ｓがテレ端のズームレンズ位置を表している。従って、１列のテーブルデータで１本のカム軌跡が描かれることになる。
【００１６】
図１２の軌跡情報は、光学設計値に基づき、ズームトラッキングのデータとして作られるが、実際のレンズとしては、各レンズ群の焦点距離の誤差などによって設計値通りの軌跡にはならない。従って、上述してきたようなボケのない軌跡追従動作を実行するには、実際のレンズとテーブルデータの座標軸が一致している必要がある。
【００１７】
実際のビデオカメラに於いては記憶されたデータのうち、テレ端とワイド端をどのズームレンズ位置に対応させるかを調整する作業を行っている。
【００１８】
このピント調整方法として、テレ端とワイド端のフォーカスレンズの合焦位置の差（バランス）を設計値とするとともに、ミドル（中間の焦点距離）でもっともフォーカスレンズがマップ上、上に行く位置とテレ端のフォーカスレンズ位置からの移動量が設計値となるようなバリエータ位置を求め、テレ端とワイド端のバリエータの位置を決定するピント調整方法が知られている。
【００１９】
図１３を用いて説明する。図１３は横軸にバリエータレンズの位置（すなわち焦点距離）を、縦軸はフォーカスレンズの位置を示しており、所定の被写体距離の軌跡がＳａであるとする。ここでの距離（例えば∞）ではテレ端Ｔとワイド端Ｗにおけるフォーカスレンズの合焦位置の差は簡単のため零とする。ポイント▲１▼が調整のスタート点とし、ここからテレ〜ミドルのフォーカスバランス差の設計値Ａだけ図中で下方向にフォーカスレンズを下げる（位置▲２▼）。この状態からバリエータレンズを移動させ、合焦位置を求めると▲３▼となり、ここをテレ端のバリエータ位置Ｔａとする。テレ端近傍の軌跡の傾斜は一般に急峻なので、位置▲１▼と▲３▼の距離差はほぼ設計値に近い値となる。
【００２０】
ここまでの動作で、▲１▼と▲２▼のフォーカス距離差、および▲１▼と▲３▼のバリエータ距離差が共に、設定値にフィットする実際の軌跡上の、フォーカス位置、バリエータ位置が求められる。次に、ワイド側での設計軌跡にフィットするレンズ位置ポイントを決定する。この例では上述したようにワイド端とテレ端のフォーカスレンズ合焦位置の差は零なので、同じくバリエータを移動させ合焦する位置▲４▼がワイド端のバリエータ位置Ｗａとなる。位置▲４▼でのフォーカス、バリエータ位置をマイコン内に記憶している軌跡情報のテーブルデータ（図１２）のワイド端値に設定することで、実際のレンズ軌跡と理想軌跡の原点合わせを行い、ボケのないズーミングを実現する。
【００２１】
図１３のＴａはテーブルデータのｖ＝ｓのバリエータ位置に相当し、Ｗａはｖ＝０のバリエータ位置に相当する。また、軌跡Ｓａが∞軌跡の場合、フォーカス位置▲２▼はテーブルデータのＡ（０，０）に相当する。この軌跡調整手法では、フォーカス位置を設計値に固定させ、バリエータ位置を可変にして調整するので、調整するレンズ個々によって、バリエータレンズのストロークが異なることになり、図１２のデータテーブル上、行方向の変数ｖについて、変数ｖが更新されるバリエータの移動量をレンズ個々であわせこむことで、ボケの発生を防止している。
【００２２】
図１４は、ピント調整をマイコン等を用いて調整ソフトにより行なう場合の動作アルゴリズムである。Ｓ１５０１でスタートする。Ｓ１５０２で光軸上におけるバリエータの位置をフォーカスレンズ群の軌跡が山形になる山の頂上付近に相当するズーム位置（図１３における▲１▼の位置）に設定する。
【００２３】
次にＳ１５０３でフォーカスモータによりフォーカスレンズを移動させピント合わせを行なう。なお、ここで被写体距離は調整距離に設定されているものであり（ここでは∞とする）、何らかの調整のためのチャートなどの被写体を配置している。Ｓ１５０４でピントがあったか否かをチェックしピントが合うまでフォーカスレンズを移動する。実際のピント合わせではオートフォーカス（ＡＦ）機能を使って、ＡＦ評価値が最大になるフォーカスレンズ位置を検出することでピントの位置を探している。
【００２４】
Ｓ１５０４でピントがあったことが確認されると、Ｓ１５０５にてフォーカスレンズを、このレンズの設計値に基づきＡだけ下げる（ここで、下げるという表現は図１３に照らし合わせて図の中で下方に移動させることを意味するもので、実際にはズームレンズのズームタイプによって、被写体側に繰り出す場合もあるし、像面側に繰り込む場合もある。）。Ｓ１５０６にてこの状態からバリエータレンズをテレ側Ｔへ向けて駆動する。同時にＳ１５０７でピントがあった状態か否かを判断していく。バリエータレンズの移動が完了し、その位置でピントが合うとそのバリエータ位置がテレ端のバリエータ位置に相当する。そしてＳ１５０８でその状態のズームエンコーダの位置をテレ端の位置を規定する値としてＶ_ｔａに格納する。Ｓ１５０９にてテレ端とワイド端の調整距離でフォーカスレンズの合焦位置の差に相当するバランス分だけフォーカスレンズを光軸方向に移動する。
【００２５】
但し、図１３のようにこのバランスが０の場合には移動する必要はない。Ｓ１５１０，Ｓ１５１１でテレ端を決めたのと同じようにバリエータレンズを移動することでワイド側基準のバリエータ位置を決める。Ｓ１５１２でこのバリエータ位置のズームエンコーダの位置をワイド端のバリエータ位置としてＶ_ｗａに格納し、Ｓ１５１３でワイド端で合焦状態にいる現在のフォーカス位置、およびズーム位置をそれぞれ図１２のテーブルデータの原点として所定値に書き換え、Ｓ１５１４で原点位置からリセットセンサ位置やメカ端等の基準位置までの距離を測定し、基準位置におけるフォーカス位置、およびズーム位置を調整値として記憶し、Ｓ１５１５で調整終了する。
【００２６】
カメラの電源投入時には、初めにフォーカスレンズ、ズームレンズ共に上述のような処理を経て基準位置を探し、基準位置で現在のレンズ位置を記憶した調整値と書き換える初期化動作を実行する。この初期化動作により、実際のレンズカム軌跡とマイコン等に予め記憶したテーブルデータとの原点位置が一致するので、ズームレンズ移動中、テーブルデータを順次読み出しながら、図１０で説明した追従方法を行なうことで、ボケのないズーミング動作を実現することが可能となる。
【００２７】
近年、ＣＣＤ等の撮像素子の小型化、多画素化に伴い、フォーカスレンズの位置精度の要求が高まっており、より高精度なアクチュエータとして、ボイスコイルモータ等のリニアモータをフォーカスレンズ駆動用のアクチュエータとして用いたカメラが製品化されている。リニアモータを用いたシステムでは、フォーカス用の位置センサとして、ＭＲ素子と所定ピッチで着磁したマグネットを用い、複数相の出力信号を内挿等の切り出し処理を行なうことで、高精度な位置検出を行なうのが一般的となっている。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
従来、ＭＲ素子を用いた位置検出装置では、複数相のＭＲ素子からの正弦波状の信号成分のうち直線性に優れた信号成分を持つ相を選択して、その信号成分を内挿する演算を行い位置を検出している。
【００２９】
このようなＭＲ素子等を用いた位置検出方法では、検出信号は内挿処理による正弦波の位相成分と、正弦波の波数成分とを組み合わせた信号となっている。すなわち、波数に相当する成分はインクリメンタル成分なので、何らかのリセット処理により、原点位置を確定する必要がある一方、位相成分は、正弦波１周期間で確定する絶対位置成分となっている。
【００３０】
上述のように、絶対位置成分と相対位置成分とが組み合わされた位置検出系で、上述したような、電源投入時のレンズを基準位置に移動させ、レンズ現在位置を調整位置に書き換える初期化動作を行なう場合、波数成分に相当する相対成分はリセットされるべきであるが、位相成分に相当する絶対位置成分は一義的に決まるので、リセットできない。
【００３１】
従って、ＭＲ素子信号出力の電気的ばらつき、環境温度変化による出力変動などによって、調整されるべきＭＲ素子出力のゲイン・オフセットが変化すると、結果として、検出信号から内挿処理されて得られるレンズ位置情報は、メカ的には同じレンズ位置にあるにもかかわらず、初期化動作の度に変動してしまっていた。
【００３２】
この変動量は、そのまま、予めマイコン等に記憶されたカム軌跡のデータテーブルとの原点ズレとなってしまい、ズーミング時に実際の軌跡追従動作に誤差を生じ、ピントが合わずにボケを発生してしまっていた。
【００３３】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、レンズの光軸方向移動に応じて出力される検出信号の絶対位置成分および相対位置成分を組み合わせてレンズの位置検出を行なう構成であって、環境温度変化等による検出信号の出力変動を原因として検出される実位置に誤差がある場合でも、レンズを所望の位置に正確に移動させることのできるレンズ制御装置およびこれを備えたカメラを提供することを目的とするものである。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本願発明に係るレンズ制御装置では、レンズを駆動する駆動手段に対してレンズを目標位置に移動させるための駆動信号を出力するレンズ制御装置であって、レンズの光軸方向移動に応じて絶対位置成分および相対位置成分を有する検出信号を出力する位置検出手段と、検出信号の絶対位置成分値および相対位置成分値に基づいてレンズの光軸方向における実位置を演算する実位置演算手段と、レンズを基準位置に移動させたときの検出信号のうち相対位置成分値を基準原点位置に対応する相対位置成分値に初期化すると共に、実位置に対応する絶対位置成分値と基準原点位置に対応する絶対位置成分値との差分量を演算する差分量演算手段と、相対位置成分値を初期化した実位置（相対位置成分値が初期化された検出信号に基づく実位置）に差分量を減算または加算することにより、基準原点位置を基準とするレンズ位置を演算し、このレンズ位置に基づいて基準原点位置を基準とする移動目標位置を演算する目標位置演算手段と、この移動目標位置に差分量を加算または減算した位置にレンズを移動させるための駆動信号を出力する制御手段とを有する構成としている。
【００３５】
このような構成としたことで、レンズの光軸方向移動に応じて出力される検出信号の絶対位置成分および相対位置成分を組み合わせてレンズの位置検出を行なうレンズ制御装置において、環境温度変化等による検出信号の出力変動を原因として、検出される実位置に誤差がある場合でも、レンズを所望の位置に正確に移動させることができる、すなわち、高精度なレンズの位置決めを行なうことができ、光学系全体としての光学特性の安定性および信頼性の向上に寄与することができる。
【００３６】
なお、上述の位置検出手段は、周期的に変化する互いに位相の異なる複数相の検出信号を出力する磁気式のセンサであって、絶対位置成分は各相の検出信号間の位相差であり、相対位置成分は基準位置から実位置までの検出信号の波数のカウント値である構成であることが望ましい。このとき、磁気式のセンサの代わりに光学式のセンサを使用する構成であってもよい。
【００３７】
さらに、上述のようなレンズ制御装置を備え、このレンズ制御装置によりレンズの移動制御を行なうカメラを構成することもできる。特に、上述のようなレンズ制御装置をインナーフォーカスタイプのカメラに内蔵した場合、予めマイコン等に記憶されたカム軌跡のデータテーブルとの原点位置のずれを防ぎ、ズーミング時に実際の軌跡追従をピントボケを生じることなく正確にトレースすることが可能なカメラを実現することができる。
【００３８】
また、上述の周期的に変化する検出信号は、レンズの光軸方向への移動に応じて正弦波状もしくは余弦波状に変化する信号であることが望ましい。
【００３９】
なお、上述の所定の基準原点位置は、個々のレンズの配置位置のばらつき等を調整する調整工程において決定される値であることが好ましい。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態であるレンズ制御装置について説明する。図１は、本実施形態によるレンズ制御装置の構成を示す機能ブロック図である。同図では、ズームレンズ駆動用のアクチュエータ（駆動手段）に位置センサが不要なステッピングモータを、フォーカスレンズ駆動用のアクチュエータにリニアモータを用いており、ここではフォーカスレンズの位置検出にＭＲセンサを用いている例を示している。このレンズ制御装置は、フォーカスレンズを目標位置に移動させるための駆動信号を出力するものである。このＭＲセンサは、フォーカスレンズの光軸方向移動に応じて絶対位置成分および相対位置成分を有する検出信号を出力する位置検出手段としての役割を有している。
【００４１】
被写体からの光は、固定されている第１のレンズ群１０１、光軸方向に移動可能に配置され変倍（ズーミング）を行なう第２のレンズ群１０２（以下ズームレンズと称す）、絞り１０３、固定されている第３のレンズ群１０４、光軸方向に移動可能に配置され焦点調節機能と変倍による焦点面の移動を補正するコンペ機能とを兼ね備えた第４のレンズ群１０５（以下フォーカスレンズと称す）を通って、ＣＣＤ等の撮像素子１０７上に結像される。上述のレンズ群を通過して撮像素子１０７に結像された像は光電変換され、増幅器１１０で最適なレベルに増幅されカメラ信号処理回路１１２へと入力され標準テレビ信号に変換される。この標準テレビ信号は増幅器１３２で最適なレベルに増幅され、磁気記録再生装置１３３に送られるとともに、ＬＣＤ表示回路１３４にも送られ、撮影画像をＬＣＤ１３５に表示する。
【００４２】
なお、ＬＣＤ１３５には撮影モードや撮影状態、警告等を撮影者に知らせるための表示がなされるが、カメラマイコン１１６がキャラクタジェネレータ１３６を制御し、キャラクタジェネレータ１３６からの出力信号と撮影画像の信号とをＬＣＤ表示回路１３４でミックスすることで、撮影画像に重畳させる。また、カメラ信号処理回路１１２に入力される撮像信号は、同時にＡＦ信号処理回路１１３へと入力される。ＡＦ信号処理回路１１３で生成されたＡＦ評価値は、カメラマイコン１１６との通信によりデータ読み出しされる。
【００４３】
また、カメラマイコン１１６は、ズームスイッチ１３０およびＡＦスイッチ１３１を読み込み、ＡＦスイッチ１３１がオフで、ズームスイッチ１３０が押されているときは、コンピュータズームプログラム１１９がズームスイッチ１３０の押されている方向に応じて、テレまたはワイド方向に駆動すべく、カメラマイコン内部にあらかじめ記憶されたレンズカムデータ１２０に基づいて、ズームモータドライバ１２２に信号を送ることで、ズームモータ１２１を介してズームレンズ１０２を駆動すると同時に、フォーカス駆動回路１２６に信号を送り、フォーカスモータ１２５を介してフォーカスレンズ１０５を動かすことで変倍動作を行なう。
【００４４】
一方、ＡＦスイッチ１３１がオンで、ズームスイッチ１３０が押されているときは、合焦状態を保ちつづける必要があるので、コンピュータズームプログラム１１９は、カメラマイコン内部にあらかじめ記憶されたレンズカムデータ１２０のみならず、カメラマイコンに送られるＡＦ評価値信号も参照して、ＡＦ評価値が最大になる位置を保ちつつ変倍動作を行なう。
【００４５】
また、ＡＦスイッチ１３１がオンでズームスイッチ１３０が押されていないときは、ＡＦプログラム１１７が本体マイコンから送られたＡＦ評価値信号が最大になるようにフォーカス駆動回路１２６に信号を送り、フォーカスモータ１２５を介してフォーカスレンズ１０５を動かすことで自動焦点調節動作を行なう。
【００４６】
フォーカスレンズ１０５の位置はＭＲセンサ１４２によって検出される。ＭＲセンサ１４２の出力はアナログアンプ１４３ａ，１４３ｂにより増幅され、サンプルホールド回路１４４ａ，１４４ｂを経てＡ／Ｄコンバータ１４５によりデジタル変換される。このようにして取り込まれたＭＲセンサ出力は、ゲイン・オフセット調整部１４６にてゲイン・オフセットが調整された後、位置演算部（実位置演算手段）１４７にてレンズ位置が演算される。すなわち、ＭＲセンサにより出力される検出信号の絶対位置成分値および相対位置成分値に基づいてレンズの光軸方向における現在のレンズ位置（実位置）を演算する。
【００４７】
得られたレンズ位置情報はカメラマイコン１１６に送られ、フォーカスレンズ１０５の位置制御（サーボ制御）に用いられる。カメラマイコン１１６はフォーカス駆動回路１２６に駆動信号を与えることで、フォーカスモータ１２５を制御することができる。波数演算部１４８は、ある時点でのフォーカスレンズ１０５の位置が、基準位置から数えてＭＲセンサ１４２の出力の何波数目かを演算する。
【００４８】
図５に、フォーカスレンズ１０５が３番目の波数の位置にある状態を示す。調整値記憶部１４９には、ＭＲセンサ出力のゲイン・オフセット調整用データを、個々の波ごとに記憶しておく。
【００４９】
ＭＲセンサから出力される複数相の検出信号は、図２に示すように、個々の製品におけるセンサの組み付け誤差や回路の電気的特性の誤差、通常使用時におけるセンサの温度変化やレンズ移動速度の変化などにより一般にその振幅、および振幅中心のレベルが異なっている。レンズの位置検出精度を高く保つためには、図３に示すように振幅および振幅中心がそろうようにゲインおよびオフセットを適切に調整する必要がある。
【００５０】
すなわち、測定対象物であるレンズをＭＲセンサの正弦波出力の１周期以上動かし、そのときＡ／Ｄコンバータ等で取り込んだセンサ出力の最大値と最小値よりゲイン・オフセット調整値を求める。そしてこのデータを用いて、振幅および振幅中心がそろうようにＡ／Ｄコンバータから取り込まれたセンサ出力データを加工することでゲイン・オフセットが調整される。
【００５１】
具体的には、ＭＲセンサの最大値をＭＡＸ、最小値をＭＩＮとすると、調整値であるゲインＧＡＩＮ、オフセットＯＦＦＳＥＴは数１、数２で計算される。ただしＲＡＮＧＥは調整後のデータのダイナミックレンジである。
【００５２】
【数１】

【００５３】
【数２】

【００５４】
ゲイン・オフセット調整部１４６は、波数演算部１４８によって得られたフォーカスレンズ１０５の現在位置における波数から、その波数に対応する調整用データを調整値記憶部１４９から取り出し、それを用いて数３によりゲインおよびオフセットが調整されたＭＲセンサ出力ＯＵＴＰＵＴを得る。
【００５５】
【数３】

【００５６】
以下でまず、全ストローク分のセンサ出力の個々の波に対応する調整値を求める処理について、図６に示すフローチャートに従って説明する。この処理は本レンズ制御装置の電源投入時等にレンズ初期化動作で、レンズ位置を所定位置に移動させる前に、先だって実行される。本実施形態では、この所定位置がフォーカスレンズのメカ端である場合について説明する。なお、以下の処理はＭＲセンサの複数相の検出信号それぞれについて行われる。
【００５７】
はじめに、フォーカスレンズのサーボ制御のための概略の調整値を取得するために、ステップＳ６０２において、フォーカス駆動回路より駆動回路に対してフォーカスレンズをプラス方向に駆動する信号を送る。そしてステップＳ６０３〜Ｓ６０４にて、フォーカスレンズが移動している間にＭＲセンサ出力の最大値・最小値を検出する。
【００５８】
さらにステップＳ６０５にてフォーカスレンズがストローク端に達したかどうかを判定し、達していた場合には、検出された最大値・最小値からステップＳ６０６にてゲイン・オフセット値を演算し記憶する。ここで、レンズがストローク端に達したかどうかは、光学センサなどで検出してもよいし、駆動開始から所定時間経過したかどうかで判定してもよい。
【００５９】
次に、フォーカスレンズをメカ端等の基準位置に戻すために、ステップＳ６０７にてフォーカス駆動回路より駆動回路に対してフォーカスレンズをマイナス方向に駆動する信号を送る。このときフォーカスレンズが移動している間においてもステップＳ６０８〜Ｓ６０９にてＭＲセンサ出力の最大値・最小値を検出し、ステップＳ６１０にてフォーカスレンズがストローク端に達したら、ステップＳ６１１にて検出された最大値・最小値からゲイン・オフセット値を演算し記憶する。フォーカスレンズが基準位置に達したかどうかは、光学センサなどで検出してもよいし、駆動開始から所定時間経過したかどうかで判定してもよい。
【００６０】
続いて、波ごとの調整データの取得を行なう。まずステップＳ６１２にて波数カウンタｎを０に初期化する。そしてステップＳ６１３でフォーカスレンズをプラス方向に駆動し、フォーカスレンズ移動中にステップＳ６１４〜Ｓ６１５にてＭＲセンサ出力の最大値・最小値を検出する。移動中にレンズストローク端に達したかどうかをステップＳ６１６で判定し、ストローク端に達した場合はデータ取得を終了して通常の制御モードに移行する。そうでない場合は、ステップＳ６１７にてＭＲセンサ出力の状態から１波数分以上移動したかどうかを判別する。この判別は、例えばＭＲセンサの出力が負から正に変化したかどうかをチェックすることにより行なうことができる。
【００６１】
１波数分移動していない場合にはステップＳ６１３に戻り、最大値・最小値検出を継続する。一方、１波数分以上移動したと判別された場合には、ステップＳ６１８にてその時点で検出されているセンサ出力の最大値・最小値からゲイン・オフセット値を演算し、ステップＳ６１９で調整値記憶部のｎ番目の記憶領域にデータを記憶する。記憶するデータはＧＡＩＮ、ＯＦＦＳＥＴの値そのものでも良いし、最大値・最小値を記憶しても良い。後者の場合は通常モードでのゲイン・オフセット調整処理にて数１および数２を用いてＧＡＩＮ、ＯＦＦＳＥＴの値に変換する。
【００６２】
以上の処理により、１波分の調整データが得られるので、ステップＳ６２０で波数カウンタｎに１を加え、ステップＳ６２１で最大値、最小値をリセットした後、ステップＳ６１３に戻り次の波に対して上記の処理を繰り返す。この処理はフォーカスレンズがストローク端に達するまで反復される。
【００６３】
なお、この処理は本レンズ制御装置の電源投入時、またはリセット時に毎回実行され、その都度調整値が得られることから、調整値記憶部はＤＲＡＭなどの揮発性媒体を用いることが可能であり、コスト的にも有利となる。
【００６４】
図６に示す処理を行い、全ストロークにおける波数についてＧＡＩＮ，ＯＦＦＳＥＴが決定されると、続いて、メカ端の基準位置に戻り、図４の処理が行われる。Ｓ４００で処理を開始し、Ｓ４０１を実行する。先に説明した図６の処理は図４のＳ４０１に相当している。
【００６５】
次に、Ｓ４０２でフォーカスレンズをメカ端等の基準位置に移動させる。この基準位置は、図１３および図１４において説明した、カム軌跡調整の調整完了時に移動する基準位置に相当し、基準位置に移動後、位置データが調整値として記憶されている値（Ｓ１５１４）に、ＭＲ波形の波数カウンタ値（すなわち、相対位置成分値）のみ更新（初期化）される。内挿で演算される位相成分については、絶対位置成分値であるために更新はなされない。
【００６６】
次にＳ４０３で、波数成分のみリセットされた、基準位置でのフォーカス現在位置データを読込み、Ｓ１５１４で決定された調整値との差分量Ａとして、位相成分のずれ量がメモリされる。すなわち、実位置に対応する絶対位置成分値と基準原点位置に対応する絶対位置成分値との差分量を演算する差分演算手段としての処理を行なう。
【００６７】
次に、Ｓ４０４からＳ４１０に渡る通常処理ルーチンへ進むが、図４の処理とは独立に、図７のフォーカス位置演算処理がなされ、フォーカス現在値を図６で決定したＭＲセンサのＧＡＩＮ、ＯＦＦＳＥＴを基に算出されている。
【００６８】
ここで、図４のＳ４０４からＳ４１０に渡る通常処理ルーチンについての説明は後述することとし、図７に示す処理についての説明を先に行なうことにする。
【００６９】
図７に示すフローチャートは、通常制御モードでのＭＲセンサのゲイン・オフセット調整処理についての動作フローを示している。以下の処理は、ＭＲセンサの複数相のそれぞれについて行われる。
【００７０】
まず、ステップＳ７０２にてＭＲセンサの出力をサンプリングし、次にステップＳ７０３で波数演算部にて現在のフォーカスレンズ位置における波数を求める。波数の基準は、図４のＳ４０２で行われたフォーカスレンズが基準位置にある状態で波数を図１４のＳ１５１４で決定された調整波数値に書き換えることで、決定される。その後フォーカスレンズがＭＲセンサ出力の１波長分移動するたびに、フォーカスレンズの移動方向に応じて波数をカウントアップ・カウントダウンしておくことにより現在位置での波数を得ることができる。
【００７１】
ここで得られた現在位置での波数が前回サンプリング時と同じかどうかをステップＳ７０４で判定する。前回サンプリング時と同じであればゲイン・オフセット値を更新する必要はないため、ステップＳ７０７のゲイン・オフセット調整処理に飛ぶ。一方、波数が異なる場合にはステップＳ７０５に進む。ステップＳ７０５では、現在の波数におけるゲイン・オフセット調整データを調整値記憶部から取得し、ステップＳ７０６で取得した調整データをゲイン・オフセット調整部にセットする。セットされた調整データを用いて、ステップＳ７０７にて数３によりゲイン・オフセット調整を行なう。調整後のセンサ出力を用いてステップＳ７０８でレンズ位置演算処理を行い、ステップＳ７０２に戻る。なお、レンズ位置演算処理によって得られたレンズ位置データはカメラマイコン１１６に送られ、フォーカスレンズの位置制御に用いられる。
【００７２】
次に、図４に示すＳ４０４からＳ４１０に渡る通常処理ルーチンについて詳細に説明する。この通常処理ルーチンが本発明の特徴を良く表している部分であり、調整時と電源投入等の初期化時とでの、基準位置ズレ量を補正しながらの動作を実行する処理ルーチンである。
【００７３】
カム追従等の演算時には、差分量Ａをフォーカス現在位置Ｆ_ｎｏｗから常に減算することで、調整時の座標軸基準のフォーカス内部参照位置Ｆ_ａｄｊを算出し、このフォーカス内部参照位置Ｆ_ａｄｊと図１２に示すようなカム軌跡テーブルデータを用いながらカム軌跡演算処理することで、常に調整原点基準の内部移動目標Ｆ_{ａｄｊｔｒｇｔ}を演算しつつレンズメカ（レンズ機構）の位置精度のばらつきの影響を解消するように目標値演算を実現する。一方、実際のフォーカス駆動命令出力時には、調整原点基準で算出された内部移動目標値Ｆ_{ａｄｊｔｒｇｔ}に差分量Ａを加算して、現在のＭＲセンサの出力波形状態、位置演算処理状態に一致した座標軸換算の移動目標Ｆ_ｔｒｇｔを出力することで、環境条件等によるＭＲセンサ出力変動を補正したＧＡＩＮ・ＯＦＦＳＥＴ値に一致したレンズ制御を行っている。
【００７４】
Ｓ４０４でフォーカス現在位置Ｆ_ｎｏｗを読込、内部参照現在位置Ｆ_ａｄｊとして、このフォーカス現在位置Ｆ_ｎｏｗから所定値Ａを減算して算出する。
【００７５】
具体的には、フォーカス現在位置Ｆ_ｎｏｗ（実位置）に差分量Ａを減算することにより、所望のカム軌跡における基準原点位置を基準とするレンズ位置を演算し、このレンズ位置に基づいて基準原点位置を基準とする移動目標位置を演算する目標位置演算手段としての処理を行なう。
【００７６】
Ｓ４０５では、フォーカスズームスイッチ１３０の状態を読込、ズーム中であれば、Ｓ４０６で内部参照フォーカス位置Ｆ_ａｄｊを基にして、カム軌跡の追従演算が行われる。この演算処理は、上述してきたように、図１２のテーブルデータとズーム現在位置、内部参照フォーカス位置Ｆ_ａｄｊを用いて、従来の技術として説明した方法によってカム軌跡の内挿演算を行い、軌跡トレース目標を算出する。Ｓ４０５でズーム中でないと判別された場合には、Ｓ４０７でＡＦ処理演算を内部参照フォーカス位置Ｆ_ａｄｊを用いて移動目標を演算する。
【００７７】
ＡＦ処理動作については詳細な説明を省くが、ＡＦ信号処理部１１３より送られるＡＦ評価値を基に、評価値が最大になるよう常に制御される。ここでＡＦ評価値は、映像信号を所定の画面範囲でゲートし、ゲート枠内の映像信号をバンドパスフィルタ等で所定の帯域成分のみを抽出することで生成される。具体的にはゲート枠内の２ＭＨｚ近傍の映像信号の帯域成分を抽出し、各水平走査線単位でピークホールドし、各々のピークホールド値を加算して積分信号として評価信号を生成している。
【００７８】
ＡＦスイッチ１３１がオフのときは、ＡＦ評価値を参照せずに、不図示のマニュアルフォーカス操作部材の操作情報に従って、フォーカス位置を制御している。
【００７９】
次にＳ４０８で、Ｓ４０６，Ｓ４０７において算出された移動目標値を基に、内部移動目標位置Ｆ_{ａｄｊｔｒｇｔ}を決定し、フォーカスレンズの移動速度を決定する。
【００８０】
このようにして決定された内部移動目標位置Ｆ_{ａｄｊｔｒｇｔ}に所定値Ａを加算して、最終移動目標位置Ｆ_ｔｒｇｔを決定し、フォーカス現在位置Ｆ_ｎｏｗと同一の座標系に変換し（Ｓ４０９）、Ｓ４１０で移動目標位置Ｆ_ｔｒｇｔまで決定された移動速度で移動するようフォーカスレンズ駆動命令が出力される。
【００８１】
このようにして、内部移動目標位置Ｆ_{ａｄｊｔｒｇｔ}（移動目標位置）に差分量Ａを加算した位置にフォーカスレンズを移動させるための駆動信号を出力する制御手段としての処理を行なう。
【００８２】
なお、図４に示すフローチャートではズームレンズの動作についての詳細な説明を省略したが、ズームレンズの移動はＳ４０５のズームキー１３０の状態に応じた駆動方向に、所定の一定速度で移動するよう制御されている。
【００８３】
なお本実施形態では、ＭＲセンサの出力（位置検出信号）をサイン波とコサイン波の２相としているが、本発明の適用範囲はこの態様に限定されるものではなく、ＭＲセンサの出力が３相以上のものにも適用可能である。ここで、少なくとも２相以上の位置検出信号を必要とするのは、位相差を有する２つの正弦波状の信号相互の位相の進み若しくは遅れから移動方向の判別を行い、カウンタにより波数の加算あるいは減算を行なうことによって変位量を検出するためである。
【００８４】
なお、本実施形態ではフォーカスレンズ用のアクチュエータとしてリニアモータを、フォーカス位置の検出を行なうセンサとしてＭＲセンサを使用した例を示しているが、これに限られるものではなく、ズームレンズの駆動制御に適用することも可能である。
【００８５】
また本実施形態では、磁気型のＭＲセンサを使用した例としているが、信号強度が正弦波状のもの等、周期的に変化する検出信号を出力するセンサであれば同様な内挿処理を行なうことが可能であり、磁気型（ＭＲ）センサに限定されるものではない。例えば、本発明を光学式センサを用いた構成に適用することも可能である。この光学式センサとしては、例えば発光素子からの光を所定ピッチで鋸状に成型された反射部材（ガラスやモールド材）で反射・集光させ、受光素子で電気信号に変換するようなタイプの光学センサが挙げられる。
【００８６】
以上説明してきたように、絶対位置成分と相対位置成分との組み合わせで高精度な位置検出を行なうレンズシステムであっても、基準位置での調整時と現在との位置ずれ量を記憶し、そのずれ量を補正して調整位置基準での座標系と現在位置基準での座標系とを使い分けることにより、予めマイコン等に記憶されたカム軌跡のデータテーブルとの原点位置のずれを防ぎ、ズーミング時に実際の軌跡追従をボケることなく正確にトレースすることが可能になる。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本願各発明によれば、レンズの光軸方向移動に応じて出力される検出信号の絶対位置成分および相対位置成分を組み合わせてレンズの位置検出を行なう構成であって、環境温度変化等による検出信号の出力変動を原因として検出される実位置に誤差がある場合でも、レンズを所望の位置に正確に移動させることのできるレンズ制御装置およびこれを備えたカメラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるレンズ制御装置の構成を示す機能ブロック図。
【図２】ＭＲセンサから出力される検出信号のゲインおよびオフセットの調整について説明するための図。
【図３】ＭＲセンサから出力される検出信号のゲインおよびオフセットの調整について説明するための図。
【図４】レンズの位置検出における処理の流れを説明するためのフローチャート。
【図５】ＭＲセンサから出力される検出信号のゲインおよびオフセットの調整について説明するための図。
【図６】レンズの位置検出における処理の流れを説明するための図。
【図７】レンズの位置検出における処理の流れを説明するための図。
【図８】従来のインナーフォーカスタイプレンズシステムの簡単な構成を示すための図。
【図９】フォーカスレンズ位置とズームレンズ位置との関係を表す図。
【図１０】提案されている軌跡追従方法の一例を説明するための図。
【図１１】ズームレンズ位置方向の内挿方法を説明するための図。
【図１２】被写体距離別に、ズームレンズ位置により変化するフォーカスレンズ位置データを示す図。
【図１３】バリエータレンズの位置とフォーカスレンズの位置との関係を表す図。
【図１４】ピント調整をマイコン等を用いて調整ソフトにより行なう場合の動作アルゴリズムを説明するための図。
【符号の説明】
１０１　第１のレンズ群
１０２　第２のレンズ群
１０３　絞り
１０４　第３のレンズ群
１０５　第４のレンズ群
１０７　撮像素子
１１０　増幅器
１１２　カメラ信号処理回路
１１３　ＡＦ信号処理回路
１１６　カメラマイコン
１１７　ＡＦプログラム
１１９　コンピュータズームプログラム
１２０　レンズカムデータ
１２１　ズームモータ
１２２　ズームモータドライバ
１２５　フォーカスモータ
１２６　フォーカス駆動回路
１３０　ズームスイッチ
１３１　ＡＦスイッチ
１３２　増幅器
１３３　磁気記録再生装置
１３４　ＬＣＤ表示回路
１３５　ＬＣＤ
１３６　キャラクタジェネレータ
１４２　ＭＲセンサ
１４３ａ　アナログアンプ
１４３ｂ　アナログアンプ
１４４ａ　サンプルホールド回路
１４４ｂ　サンプルホールド回路
１４５　Ａ／Ｄコンバータ
１４６　ゲイン・オフセット調整部
１４７　位置演算部
１４８　波数演算部
１４９　調整値記憶部

Claims

レンズを駆動する駆動手段に対して前記レンズを目標位置に移動させるための駆動信号を出力するレンズ制御装置であって、
前記レンズの光軸方向移動に応じて絶対位置成分および相対位置成分を有する検出信号を出力する位置検出手段と、
前記検出信号の絶対位置成分値および相対位置成分値に基づいて前記レンズの光軸方向における実位置を演算する実位置演算手段と、
前記レンズを基準位置に移動させたときの検出信号のうち相対位置成分値を基準原点位置に対応する相対位置成分値に初期化すると共に、前記実位置に対応する絶対位置成分値と基準原点位置に対応する絶対位置成分値との差分量を演算する差分量演算手段と、
前記相対位置成分値を初期化した実位置に前記差分量を減算または加算することにより、基準原点位置を基準とするレンズ位置を演算し、このレンズ位置に基づいて基準原点位置を基準とする移動目標位置を演算する目標位置演算手段と、
この移動目標位置に前記差分量を加算または減算した位置にレンズを移動させるための駆動信号を出力する制御手段とを有することを特徴とするレンズ制御装置。
前記位置検出手段は、周期的に変化する互いに位相の異なる複数相の検出信号を出力する磁気式のセンサであって、
前記絶対位置成分は各相の検出信号間の位相差であり、前記相対位置成分は基準位置から実位置までの検出信号の波数のカウント値であることを特徴とする請求項１に記載のレンズ制御装置。
前記位置検出手段は、周期的に変化する互いに位相の異なる複数相の検出信号を出力する光学式のセンサであって、
前記絶対位置成分は各相の検出信号間の位相差であり、前記相対位置成分は基準位置から実位置までの検出信号の波数のカウント値であることを特徴とする請求項１に記載のレンズ制御装置。
請求項１から３のいずれかに記載のレンズ制御装置を備え、
このレンズ制御装置によりレンズの移動制御を行なうことを特徴とするカメラ。