JP2005003559A

JP2005003559A - Position detector, optical device, and position detection method

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Publication number: JP2005003559A
Application number: JP2003168384A
Authority: JP
Inventors: Yasusuke Morimoto; 庸介森本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2005-01-06

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To quickly stabilize the control of an object, immediately after the power source is turned on or immediately after the system is reset. <P>SOLUTION: A position detector is provided with a signal output means 2a for outputting at least two phases of periodically varying position detection signals in response to the movement of the object 1, a signal adjusting means 6a for adjusting the gain and the offset for each position detection signal, using the adjustment data, an operational means 7 for obtaining the position of the object on the basis of the position detection signals in which the gain and the offset are adjusted, and a nonvolatile storage means 13 capable of storing the adjustment data in a nonvolatile manner. The nonvolatile storage means holds the adjustment data used for adjusting the gain and the offset in the previous operational time of the position detector, at least until the current time of operation. When the current operation of the position detector is started, the signal adjusting means adjusts the gain and the offset, using the adjustment data stored in the nonvolatile storage means. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗（ＭＲ）素子や光学センサを用いた位置検出技術およびこれを光学系の合焦などに適用したレンズ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気抵抗素子（以下、ＭＲ素子という）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。
【０００３】
ここで、ＭＲ素子からの複数相の出力は、図１２に示すように一般にその振幅、および振幅中心のレベルが異なっている。このままでは位置の検出に使用した場合に十分な精度が得られないため、図１３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が調整される。
【０００４】
ここで、ＭＲ素子の出力のゲインおよびオフセットは、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、センサの温度による特性変化などにより変動する。レンズの位置検出精度を高く保つためには、これらに応じて適切にゲインおよびオフセットを調整する必要がある。
【０００５】
この調整を行う方法として、以下の手段が提案されている。すなわち、電源投入時又はシステムのリセット時に測定対象物であるレンズをＭＲセンサの正弦波出力の１周期分以上動かし、そのときＡ／Ｄコンバータから所定周期でサンプリングしたセンサ出力の最大値と最小値よりゲイン・オフセット調整データを求める。
【０００６】
そしてこの調整データを用いて、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およびオフセットが調整される。
【０００７】
具体的には、ＭＲセンサ出力の最大値をＭＡＸ、最小値をＭＩＮとすると、調整データであるゲインＧＡＩＮ、オフセットＯＦＦＳＥＴは以下の式（１），（２）で計算される。ただし、ＲＡＮＧＥは調整後のセンサ出力データのダイナミックレンジである。
【０００８】
【数１】

【０００９】
【数２】

【００１０】
ここで得られたＧＡＩＮ、ＯＦＦＳＥＴより、ＭＲセンサ出力ＭＲに対して式（３）の補正式を適用することにより、ゲインおよびオフセットが調整された出力ＯＵＴＰＵＴが得られる。
【００１１】
【数３】

【００１２】
このようなＭＲセンサからの出力のゲインおよびオフセット調整については、特許文献１等にて提案されている。
【００１３】
【特許文献１】
特開平６−１０５２０６号公報（特許請求の範囲、図１等）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例での調整データ（ＧＡＩＮ、ＯＦＦＳＥＴ）を得るためには、電源投入時またはシステムのリセット時にレンズをＭＲセンサの正弦波出力の１周期分以上動かす必要がある。
【００１５】
ここで、ＭＲセンサ出力の１周期内の最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮを正確に得るためには、図１４に示すように、レンズを十分遅い速度で動かし、確実に最大値および最小値をサンプリングできるようにしなければならない。これは、レンズが高速で動いた場合には、図１５に示すように、サンプリングが上記１周期に対して粗くなり、１周期内の最大値および最小値をサンプリングすることができないためである。
【００１６】
一方、電源投入時又はシステムリセット時には、ＭＲセンサ出力の１周期内の最大値および最小値が不明であるので、適当な所定の初期データを用いて位置演算を行う。但し、この初期データは、前述した誤差を加味したものではないので、正確な位置演算はできない。
【００１７】
ここで、ＭＲ素子による位置検出を光学系のレンズ位置制御に用いた場合、レンズの制御はＭＲ素子による位置検出結果をフィードバックしたサーボ制御で実現される。ところが、前記の理由により、電源投入時又はシステムリセット時には位置演算が不正確であるので、レンズ制御が不安定となり、レンズが機械的可動部端まで一気に高速で移動してしまう現象が発生する。
【００１８】
このため、電源投入時又はシステムリセット時の直後はレンズの移動速度が速すぎて、サンプリングが粗くなり、正確なＭＲセンサ出力の最大値および最小値が得られない。
【００１９】
従来は、レンズを複数回往復運動させる制御を行い、レンズ制御を徐々に安定させることで移動速度を制御可能にし、調整データ（ＧＡＩＮ、ＯＦＦＳＥＴ）を得ていた。しかしながら、この手法では、正確な調整データは得られるものの、レンズを複数回往復させるためにレンズリセット時間が余計にかかってしまう。
【００２０】
本発明は、電源投入時又はシステムリセット時の直後において、迅速に対象物の制御を安定させることができるようにした位置検出装置および位置検出方法を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の位置検出装置は、対象物の移動に応じて少なくとも２相の周期的又は正弦波状に変化する位置検出信号を出力する信号出力手段と、各位置検出信号について、調整データを用いてゲインおよびオフセット調整を行う信号調整手段と、ゲインおよびオフセット調整された前記位置検出信号に基づいて対象物の位置を求める演算手段と、調整データを不揮発的に記憶可能な不揮発性記憶手段とを有する。そして、不揮発性記憶手段は、該位置検出装置の過去の動作時にゲインおよびオフセット調整に用いた調整データを少なくとも今回の動作時まで保持し、信号調整手段は、今回の該位置検出装置の動作開始に際して、不揮発性記憶手段に記憶された調整データを用いて上記ゲインおよびオフセット調整を行う。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１には、本発明の実施形態１である位置検出装置を有するカメラ（光学装置）の構成を示している。なお、図１では、ＭＲセンサの出力をサイン波とコサイン波の２相としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、３相以上の出力を持っていてもよい。また、これらＭＲセンサの出力のように正弦波状に変化するものに限らず、周期的に変化するものであればよい。
【００２３】
図１において、１００はカメラであり、１１０は該カメラ１００に設けられたレンズ鏡筒である。なお、本実施形態では、レンズ鏡筒一体型のカメラについて説明するが、本発明は交換型のレンズ装置にも適用することができる。
【００２４】
１２０はレンズ鏡筒１１０内に設けられた撮影光学系であり、１は該撮影光学系１２０に含まれるフォーカスレンズ（光学素子）である。このフォーカスレンズ１はレンズ駆動モータ１０からの駆動力が不図示の駆動機構を介して伝達されることにより、光軸方向（図１の左右方向）に移動する。
【００２５】
また、２０はＣＣＤ７やＣＭＯＳセンサなどの撮像素子であり、撮影光学系１２０により形成された被写体像を受け、これを光電変換する。撮像素子２０から出力された信号は、不図示の処理回路で様々処理が施されて映像信号となり、不図示の記録媒体（テープ、半導体メモリ、光ディスク等）に記録されたり、不図示の電子ビューファインダー（ＬＣＤ等）に表示されたりする。なお、本実施形態のカメラでは、撮像素子２０からの出力信号から得られた映像信号を記録媒体に記録するカメラモードと、既に記録媒体に記録された映像を電子ビューファインダー（ＬＣＤ等）に表示したり、出力したりする再生モードの設定が可能である。
【００２６】
２ａはフォーカスレンズ１と一体的に光軸方向に移動する検出マグネット（磁気部材）である。この検出マグネット２ｂには、光軸方向（位置検出装置における測定軸方向）にて交互に逆極性となるように所定パターンで着磁されている。
【００２７】
２ａはＭＲセンサ（磁気検出手段）であり、検出マグネット９０１に対して所定のギャップを介して対向配置されている。ＭＲセンサ２ａは、フォーカスレンズ１と連動した検出マグネット２ｂの移動に伴う磁界の変化に応じて、サイン波とコサイン波の２相の信号を出力する。
【００２８】
ＭＲセンサ２ａからの２相の出力（アナログ信号）はそれぞれ、アナログアンプ３ａ，３ｂにより増幅され、サンプルホールド回路４ａ，４ｂを経てＡ／Ｄコンバータ５によりデジタル信号に変換される。
【００２９】
デジタル変換されたＭＲセンサ出力は、ゲイン・オフセット調整部６にてゲインおよびオフセットが調整された後、位置演算部７に入力される。位置演算部７はこれらゲイン・オフセット調整後の２相の入力信号（位置検出信号）に基づいてフォーカスレンズ１の位置を示すレンズ位置データを演算する。
【００３０】
こうして得られたレンズ位置データは、レンズ制御部８に送られる。レンズ制御部８は、焦点検出ユニット１５によって位相差検出方式等によって検出された撮影光学系１１０の焦点状態に基づいて、撮影光学系１１０の合焦が得られるフォーカスレンズ１の位置を演算し、演算されたレンズ位置に上述したレンズ位置データが一致するようにフォーカスレンズ１を駆動するための制御信号を駆動回路９に出力する。そして、駆動回路９は、入力された制御信号に応じてレンズ駆動モータ１０を駆動する。これにより、フォーカスレンズ１の位置が合焦位置に向けてサーボ制御される。なお、フォーカスレンズ１の制御方式については、上述したものに限られるものではない。
【００３１】
１２は揮発性調整データ記憶部であり、ＤＲＡＭなどの揮発性メモリにより構成されている。この揮発性調整データ記憶部１２には、カメラの動作中（位置検出装置による位置検出動作中）に、ＭＲセンサ２ａの出力のゲインおよびオフセット調整を行うための調整データなどが揮発的に、すなわち電源オフにより消去されるように記憶保持される。
【００３２】
１３は不揮発性調整データ記憶部であり、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリにより構成されている。この不揮発性調整データ記憶部１３には、カメラの動作中（位置検出装置による位置検出動作中）か非動作中かにかかわらず、ＭＲセンサ出力のゲイン・オフセット調整を行うための調整データの初期値（初期調整データ）が不揮発的に、すなわち電源オフによっても消去されないように保持される。
【００３３】
なお、揮発性調整データ記憶部１２および不揮発性調整データ記憶部１３に記憶される調整データは、式（３）に示したＧＡＩＮ，ＯＦＦＳＥＴの値でもよいし、式（１），（２）に示した最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮでもよい。
【００３４】
ゲイン・オフセット調整部６は、調整データを揮発性調整データ記憶部１２又は不揮発性調整データ記憶部１３から読み出し、これを上述した式（３）又は（１）〜（３）に適用してＭＲセンサ出力のゲイン・オフセット調整を行う。
【００３５】
なお、図中に二点鎖線で囲んだ領域内に含まれる各構成要素は、カメラ１００の各種機能の制御を司るカメラＣＰＵ１０５内にハードウエア又はソフトウエアとして構成されている。但し、上記構成要素を、交換レンズ装置の各種機能の制御を司るレンズＣＰＵ（図示せず）内に設けてもよい。
【００３６】
本実施形態のカメラが工場で組み立てられた直後の状態では、不揮発性調整データ記憶部１３には、ゲイン・オフセット調整データとして、所定の初期値が記憶されている。但し、この初期値は、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などを反映していない仮の初期値であることから、組み立て後に初めて電源投入された際には、以下に説明するようにフォーカスレンズ１を駆動して正確な（真の）初期調整データを得る。
【００３７】
すなわち、図２のフローチャートに示すように、電源が投入されると（ステップＳ１）、カメラＣＰＵ１０５は、不揮発性調整データ記憶部１３に記憶された仮の初期調整データ（ゲイン・オフセット調整データ）をゲイン・オフセット調整部６に読み出させ、これをゲイン・オフセット調整部６における調整データとしてセットさせる（ステップＳ２）。
【００３８】
次に、ステップＳ３では、カメラＣＰＵ１０５は、レンズ制御部８を介してフォーカスレンズ１を、電源オンにより自動的にセットされたワイド端位置からプラス方向（テレ端方向）に所定速度で駆動する。このときの駆動速度は正弦波周期の最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮを確実にサンプリングできるように十分遅い速度に設定する。そして、ＭＲセンサ２ａからの出力（Ａ／Ｄコンバータ５からの出力）を所定周期でサンプリングし（ステップＳ４）、該出力の最大値と最小値を検出する（ステップＳ５）。
【００３９】
次に、ステップＳ６でフォーカスレンズ１がストローク端（ここで、テレ端）に到達したことが検出されると、カメラＣＰＵ１０５は、ステップ７に進み、ステップ５で検出したセンサ出力の最大値および最小値からゲイン・オフセット調整データ（ゲインＧＡＩＮ、オフセットＯＦＦＳＥＴ）を計算する（ステップＳ７）。
【００４０】
そして、カメラＣＰＵ１０５は、得られた調整データを真の初期調整データとして不揮発性調整データ記憶部１３に記憶させる（ステップＳ８）。これにより、その製品個体に対応した正確な（真の）初期調整データが不揮発性調整データ記憶部１３に記憶されたことになる。なお、調整データとして最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮを用いる場合は、ステップＳ７を排し、ステップＳ８でそのままこれらの値を揮発性調整データ記憶部１２に記憶させる。
【００４１】
なお、この初期調整データの不揮発性調整データ記憶部１３への記憶は、工場での組み立て直後の電源投入時の１回だけ行ってもよいし、その後、レンズシステムのリセット動作ごとに行い、初期調整データを更新記憶するようにしてもよい。ここにいうレンズシステムのリセットとは、カメラモードで電源投入された場合および再生モードからカメラモードに切り換えられたときのレンズ駆動に関連するシステムの初期化動作をいう。
【００４２】
次に、既に不揮発性調整データ記憶部１３に製品個体に対応した調整データが記憶保持された（すなわち、過去の動作時に得られた調整データが不揮発性調整データ記憶部１３に保持された）状態で、今回の動作時におけるＭＲセンサ２ａのゲイン・オフセット調整データ（ここでは、ＧＡＩＮ，ＯＦＦＳＥＴとする）を求めるゲイン・オフセット調整部６の処理について、図３に示すフローチャートに従って説明する。この処理は、電源投入時又はレンズシステムリセット時に実行される。なお、以下の処理は、ＭＲセンサ２ａからの複数相の出力それぞれについて行われる。
【００４３】
はじめに、ステップＳ１１において、カメラＣＰＵ１０５は、ゲイン・オフセット調整部６に、不揮発性調整データ記憶部１３から、これに記憶されている製品個体に対応した初期調整データを読み出させる。
【００４４】
次に、ステップＳ１２では、カメラＣＰＵ１０５は、読み出された初期調整データをゲイン・オフセット調整部６に調整データとしてセットさせ、ゲイン・オフセット調整に適用する。ここでは、ＥＥＰＲＯＭにＧＡＩＮ、ＯＦＦＳＥＴデータを読み込み、前述の式（３）の処理に適用する。なお、図２のステップＳ２
、および通常処理でも同様の処理を行っているが、ステップＳ２ではまだ個体別のデータが得られていないために仮に設定されたＧＡＩＮ、ＯＦＦＳＥＴデータを用いる。一方で、ステップＳ１２では前回調整時のＧＡＩＮ、ＯＦＦＳＥＴデータがＥＥＰＲＯＭに残っており、当該ＧＡＩＮ、ＯＦＦＳＥＴデータを用いる。
【００４５】
次に、ステップＳ１３において、カメラＣＰＵ１０５は、レンズ制御部８に、駆動回路９に対してフォーカスレンズ１をプラス方向に所定速度で駆動する信号を出力させる。前述したように、このときの駆動速度は正弦波周期の最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮを確実にサンプリングできるように十分遅い速度に設定する。
【００４６】
そして、ステップＳ１４〜Ｓ１５にて、カメラＣＰＵ１０５は、フォーカスレンズ１が移動している間にＭＲセンサ２ａの出力の最大値および最小値を検出する。さらにステップＳ１６では、フォーカスレンズ１がストローク端に達したかどうかを判定する。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。ストローク端（テレ端）に達した場合には、ステップＳ１７に進む。
【００４７】
ステップＳ１７では、カメラＣＰＵ１０５は、フォーカスレンズ１がＭＲセンサ２ａの正弦波出力の１周期分以上動いたかどうかを判定する。動いた場合には、検出された最大値および最小値から、ステップＳ１８にてゲイン・オフセット調整データを演算し、演算結果を揮発性調整データ記憶部１２に記憶させる（調整データとして最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮを用いる場合は、そのままこれらの値を揮発性調整データ記憶部１２に記憶させる）。これ以後、ゲイン・オフセット調整部６は、ここで記憶された調整データを用いてゲイン・オフセット調整を行う。
【００４８】
一方、ステップＳ１７においてフォーカスレンズ１が１周期以上動いていない場合には、正弦波出力の最大値および最小値がまだ得られていないことになるため、ゲイン・オフセット調整データの演算は行わずにステップＳ１９に進む。
【００４９】
ステップＳ１９では、フォーカスレンズ１を基準位置（例えば、ワイド端）に戻すために、レンズ制御部８に駆動回路９に対してフォーカスレンズをマイナス方向に所定速度で駆動する信号を送らせる。そして、このときのフォーカスレンズ１が移動している間にも、ステップＳ２０〜Ｓ２１にて、ＭＲセンサ２ａの出力の最大値および最小値を検出する。そして、ステップＳ２２にてフォーカスレンズ１が基準位置であるストローク端（ワイド端）に達したかどうかを判定し、達していればステップＳ２３に進み、ステップＳ２１で検出された最大値および最小値からゲイン・オフセット調整データを演算し、演算結果を揮発性調整データ記憶部１２に記憶させる。以後は、ゲイン・オフセット調整部６はここで記憶された調整データを用いてゲイン・オフセット調整を行う。
【００５０】
フォーカスレンズ１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。以上でレンズリセット時のゲイン・オフセット処理が終了し、通常の制御モードに移行する。
【００５１】
以上の処理により、揮発性調整データ記憶部１２には、正確なゲイン・オフセット調整データが記憶され、ゲイン・オフセット調整部６によるＭＲセンサ２ａの出力のゲイン・オフセット調整が精度よく実行される。
【００５２】
なお、前述の説明においては、ゲイン・オフセット調整データの演算をフォーカスレンズ１がストローク端に達した時にのみ行っているが、別の実施形態として、フォーカスレンズ１を所定速度で駆動している間にＭＲセンサ２ａの出力が１周期以上変化するごとにゲイン・オフセット調整データの演算を行い、演算された調整データで、既に揮発性調整データ記憶部１２に記憶されている調整データを更新してもよい。このようにすれば、フォーカスレンズ１の移動中にも調整データが随時更新されるため、フォーカスレンズ１の制御をより早い段階で正確かつ安定したものとすることができる。
【００５３】
（実施形態２）
図４には、本発明の実施形態２である位置検出装置を備えたカメラの構成を示している。本実施形態は、温度センサ１４およびこれに関連した構成要素を備える点で実施形態１と異なる。実施形態１と共通する構成要素には実施形態１と同符号を付して説明に代える。
【００５４】
温度センサ１４は、ＭＲセンサ２ａおよび検出マグネット２ｂの近傍に設けられており、ＭＲセンサ２ａおよび検出マグネット２ｂの周辺の温度を検出する。温度センサ１４の出力（アナログ信号）は、アナログアンプ３ｃにより増幅され、サンプルホールド回路４ｃを経てＡ／Ｄコンバータ５に入力され、ここでデジタル変換され、ゲイン・オフセット調整部６に入力される。
【００５５】
なお、本実施形態のカメラ１００において、温度によるピントずれ補正、すなわち焦点検出ユニット１５からのデータに基づいて算出されたフォーカスレンズ１の合焦位置を温度に応じて補正し、温度変化により生ずる撮影光学系１２０やこれを保持する機構部材の変形等によるピント変動を抑制する機能を有する場合に、この温度センサ１４を該ピントずれ補正のための温度センサとして併用することもできる。これにより、温度センサ１４をピントずれ補正用の温度センサと別個に設ける場合に比べてコストを削減することができ、またカメラの小型化を図ることもできる。
【００５６】
本実施形態のカメラが工場で組み立てられた後、初めて電源投入された際にゲイン・オフセット調整に用いられる初期調整データ（ＧＡＩＮ、ＯＦＦＳＥＴ又はＭＡＸ、ＭＩＮ）を得る処理は実施形態１と同じである。但し、本実施形態では、不揮発性調整データ記憶部１３に、この初期調整データに加え、ＭＲセンサ２ａの温度変化に対するゲイン・オフセットの変動率データを保持させておく。この変動率データについては後述する。また、不揮発性調整データ記憶部１３に、温度センサ１４により検出された温度データも記憶させておく。
【００５７】
なお、本実施形態においても、実施形態１と同様に、初期調整データの不揮発性調整データ記憶部１３への記憶は、工場での組み立て直後の１回だけ行ってもよいし、その後、レンズシステムのリセット動作で新たな調整データが得られるごとに更新記憶するようにしてもよい。
【００５８】
以下に、既に不揮発性調整データ記憶部１３に前述した初期調整データが記憶された状態で、ＭＲセンサ２ａのゲイン・オフセット調整データ（ここでは、ＧＡＩＮ、ＯＦＦＳＥＴとする）を求める処理について、図５に示すフローチャートに従って説明する。この処理は、カメラモードでの電源投入時又はレンズシステムのリセット時に実行される。
【００５９】
カメラＣＰＵ１０５’は、まずステップＳ３１において、不揮発性調整データ記憶部１３から、これに記憶されている製品個体に対応した初期調整データ（真の初期調整データ）と、初期調整データの算出時に温度センサ１４によって検出された温度データおよびＭＲセンサ２ａの温度変化に対するゲイン・オフセットの変動率データを読み出させる。次に、ステップＳ３２では、カメラＣＰＵ１０５’は温度センサ１４により検出された、現在の温度データを読み出させる。
【００６０】
そして、ステップＳ３３において、カメラＣＰＵ１０５’は、ゲイン・オフセット調整部６に、不揮発性調整データ記憶部１３から読み出した初期調整データに対して温度補正処理（これについては後述する）を行わせる。次に、ステップＳ３４では、カメラＣＰＵ１０５’は、ゲイン・オフセット調整部６にこの温度補正された初期調整データを用いた、ステップＳ３５以下のゲイン・オフセット調整を行わせる。ステップＳ３５以下については、実施形態１（図３）で説明したステップＳ１３以下の処理と同様である。
【００６１】
次に、ステップＳ３３で行われる温度補正処理について説明する。但し、ゲイン調整データとオフセット調整データの温度補正処理の内容はほぼ共通であるので、ここでは、ゲイン調整データの温度補正処理について詳しく説明し，オフセット調整データの温度補正処理については、それに特有の事項についてのみ説明する。
【００６２】
まず、ＭＲセンサ２ａの出力の振幅（ＭＡＸ−ＭＩＮ）が図６に示すように温度に対して直線的に変化すると近似した場合のゲイン初期調整データの温度補正処理について説明する。
【００６３】
予めゲイン変動率データとして、センサ特性の試験により、図６に示す基準温度Ｔ０におけるＭＲセンサ２ａの出力の振幅を基準とした、該振幅の温度変動率の傾きＫ_ＴＧ［１／℃］を求めておき、不揮発性調整データ記憶部１３に記憶させておく。また、ゲインの初期調整データとしては、実施形態１と異なり、上記式（１）で得られるＧＡＩＮに代えて、以下の式（４）にて得られる基準温度Ｔ０でのゲインＧＡＩＮ_０を不揮発性調整データ記憶部１３に記憶させておく。
ここで、Ｔ_ＩＮＩＴは、電源投入又はレンズシステムのリセットに際して行われる初期調整データの算出時に温度センサ１４により検出された温度データである。
【００６４】
【数４】

【００６５】
このゲイン変動率データを用いた、ステップＳ３３での温度補正処理は以下のように行われる。すなわち、ステップＳ３１で不揮発性調整データ記憶部１３から読み出した初期調整データＧＡＩＮ_０、振幅の温度変動率の傾きを示す変動率データＫ_ＴＧ、およびステップＳ３２で読み出した現在の温度センサ値Ｔを用いると、温度補正後の初期調整データＧＡＩＮは以下の式（５）により得られる。
【００６６】
【数５】

【００６７】
なお、オフセット調整データについては、式（４）の代わりに式（６）を、式（５）の代わりに式（７）を用いることで同様の温度補正処理を行う（すなわち、温度補正Ｖのオフセット調整データＯＦＦＳＥＴを求める）。ここで、Ｋ_{ＴＯＦＦＳ} ［１／℃］は、図７に示すように、基準温度Ｔ_０におけるＭＲセンサ２ａの出力の振幅中心を基準とした、該振幅中心の温度変動率の傾きであり、センサ特性試験により求めて不揮発性調整データ記憶部１３に記憶させておく。
【００６８】
【数６】

【００６９】
【数７】

【００７０】
このようにして得られたＧＡＩＮおよびＯＦＦＳＥＴを初期調整データとして、ステップＳ３５以下に示す処理を行うことにより、不揮発性調整データ記憶部１３に記憶された初期調整データに対して温度補正が加えられ、より安定したフォーカスレンズ１のサーボ制御を行うことができる。
【００７１】
以上においては、ＭＲセンサ２ａの出力の振幅（ＭＡＸ−ＭＩＮ）が温度に対して直線的に変化すると近似した場合のゲイン調整方法について述べた。しかし、ＭＲセンサ２ａおよびアンプ回路３ａ〜３ｃなどの特性によっては、温度に対してＭＲセンサ２ａの出力振幅が曲線的に変化し、直線による近似では不十分な場合も想定される。そこで、このような場合におけるゲインの調整方法について以下に説明する。
【００７２】
まず、基準温度Ｔ０におけるＭＲセンサ２ａの出力の振幅を基準とした、該振幅の温度変動率をセンサ特性試験にて求め、図８に示すように、折れ線Ｌ_ＴＧ（１）〜Ｌ_ＴＧ（Ｎ）にて近似する。
【００７３】
このデータをもとに、ゲイン変動率データとして、該データの折れ点における温度Ｔ_Ｇ（ｋ）および数式８，９に示すＫ_ＴＧ（ｋ），Ｂ_ＴＧ（ｋ）のデータを、ｋ＝１〜Ｎについて、それぞれ不揮発性調整データ記憶部１３に記憶させておく。ここで、Ｋ_ＴＧ（ｋ）［１／℃］は折れ線Ｌ_ＴＧ（ｋ）の傾きであり、Ｂ_ＴＧ（ｋ）はＬ_ＴＧ（ｋ）をＴ＝Ｔ_０まで延長したときの切片である。また、Ｗ_Ｔ（ｋ）は、ＭＲセンサ２ａの出力の振幅の温度変動率の折れ点における振幅変動率である。
【００７４】
【数８】

【００７５】
【数９】

【００７６】
初期調整データとしては、式（１）で得られるＧＡＩＮに代えて、式（１０）にて得られる基準温度Ｔ_０でのゲインＧＡＩＮ_０を不揮発性調整データ記憶部１３に記憶させておく。ここで、Ｔ_ＩＮＩＴは初期調整データを得た際の温度センサ１４により検出された温度データである。また、Ｋ_ＴＧ（ｋ）はｋ＝１〜Ｎのうち、
Ｔ_Ｇ（ｋ）＜Ｔ_ＩＮＩＴ＜Ｔ_Ｇ（ｋ＋１）
となるような折れ点での傾きおよび切片のデータである。
【００７７】
【数１０】

【００７８】
この変動率データを用いた、ステップＳ３３での補正処理は以下のように行われる。すなわち、ステップＳ３１で不揮発性調整データ記憶部１３から読み出した初期調整データＧＡＩＮ_０、ステップＳ３２で読み出した現在の温度センサ値Ｔ、およびステップＳ３１で読み出した温度補正データにおいてｋ＝１〜Ｎのうち、
Ｔ_Ｇ（ｋ）＜Ｔ＜Ｔ_Ｇ（ｋ＋１）
となるようなＫ_ＴＧ（ｋ）、Ｂ_ＴＧ（ｋ）を用いると、温度補正後の初期調整データＧＡＩＮは式（１１）により得られる。
【００７９】
【数１１】

【００８０】
また、オフセットについては、基準温度Ｔ_０における振幅中心Ｍ_Ｔ（０）を基準とした振幅中心の温度変動率をセンサ特性試験にて求め、図９に示すように折れ線Ｌ_ＴＭ（１）〜Ｌ_ＴＭ（Ｎ）にて近似する。この変動率データをもとに、初期調整データとして、振幅中心の温度変動率の折れ点における温度Ｔ_Ｍ（ｋ）、式（１２），（１３）に示すＫ_{ＴＯＦＦＳ}（ｋ）、Ｂ_{ＴＯＦＦＳ}（ｋ）のデータを、ｋ＝１〜Ｎについてそれぞれ不揮発性調整データ記憶部１３に記憶させておく。ここで、Ｋ_{ＴＯＦＦＳ}（ｋ）［１／℃］は折れ線Ｌ_ＴＭ（ｋ）の傾きであり、Ｂ_{ＴＯＦＦＳ}（ｋ）はＬ_ＴＭ（ｋ）をＴ＝Ｔ_０まで延長したときの切片である。また、ＭＴ（ｋ）は振幅中心の温度変動率の折れ点における振幅変動率である。
【００８１】
【数１２】

【００８２】
【数１３】

【００８３】
そして、式（１０）の代わりに式（１４）を、式（１１）の代わりに式（１５）を用いることで、ゲインの場合と同様の温度補正を行う。
【００８４】
【数１４】

【００８５】
【数１５】

【００８６】
以上の処理により、温度変化によるＭＲセンサ出力の変動が曲線的に変化し、直線による近似では不十分な場合に対しても適切な、初期調整データの温度補正を行うことができる。
【００８７】
（実施形態３および４）
図１０および図１１にはそれぞれ、本発明の実施形態３および実施形態４である位置検出装置を備えたカメラの構成を示す。これらは前述した実施形態１，２に対して、フォーカスレンズ１の位置を検出するセンサとして、検出マグネット２ｂとＭＲセンサ２ａとに代えてそれぞれ、光学スケール２ｄと光学エンコーダ２ｃとを備えている。
【００８８】
光学エンコーダ２ｃは、発光部と受光部とを備え、発光部から照射した光を光学スケール２ｄで反射させ、受光部で検出した光量に応じた信号を出力する。光学スケール２ｄは、光軸に平行な方向に周期的に形状（向き）が変化する反射面を有する。
【００８９】
そして、この光学スケール２ｄの形状および光学エンコーダ２ｃからの受光信号の処理により、ＭＲセンサと同様の正弦波信号を発生させることができる。このため、実施形態１，２にて説明したのと同様の位置検出手法およびゲイン・オフセット調整手法を適用することができる。
【００９０】
具体的な処理については、前述した実施形態１，２と同じであるので、説明は省略する。
【００９１】
以上説明したように、ＭＲセンサや光学エンコーダといったセンサの出力のゲインおよびオフセットは、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、センサの温度変化などにより変動するが、このうちセンサの組み付け誤差と回路の電気的特性の誤差は同一個体であればほとんど変動しない。したがって、過去の通電動作時の調整データを不揮発性調整データ記憶部に保持しておき、電源投入時またはシステムのリセット時の直後はこの保持されている調整データ（ＧＡＩＮ、ＯＦＦＳＥＴ又はＭＡＸ、ＭＩＮ）を用いてゲインおよびオフセット調整を行うことにより、電源投入時又はシステムリセット開始直後から安定した対象物の位置検出および制御を行うことができる。このため、この間に対象物を十分遅い速度で駆動して確実にセンサ出力の最大値および最小値をサンプリングすることができる。これにより、対象物に余計な往復運動を行わせることなくゲインおよびオフセット調整データが得られる。言い換えれば、電源投入後又はシステムリセット開始後に安定的制御が行えるようになるまでに時間を短縮することができる。
【００９２】
さらに、センサ近傍の温度を検出し、該検出温度と不揮発性調整データ記憶部に保持された、温度変化に対するゲインおよびオフセットの変動率データとに基づいて、初期調整データの温度による変動を補正することにより、過去の通電動作時の調整データを不揮発性調整データ記憶部に保持した際の環境温度と異なる温度下で電源投入やシステムリセットが行われた場合でも、安定した対象物の制御を行うことができる。
【００９３】
なお、上記各実施形態では、カメラの撮影光学系に含まれるフォーカスレンズの位置検出について説明したが、本発明は、フォーカスレンズ以外の可動光学素子（例えば、ズームレンズ）や、光学素子以外の可動対象物の位置検出を行う装置に適用することができる。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電源投入時やシステムのリセット時の直後においても対象物の位置検出および位置制御を安定的に行うことができる。言い換えれば、ゲインおよびオフセット調整データを得て対象物を安定的に制御できるようになるまでの時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１である位置検出装置を備えたカメラの構成を示す図である。
【図２】実施形態１のカメラにおけるＭＲセンサ出力のゲイン・オフセット初期調整データを得るための動作を示すフローチャートである。
【図３】実施形態１のカメラにおけるＭＲセンサ出力のゲイン・オフセット調整データを得るための動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態２である位置検出装置を備えたカメラの構成を示す図である。
【図５】実施形態２のカメラにおけるＭＲセンサ出力のゲイン・オフセット調整データを得るための動作を示すフローチャートである。
【図６】実施形態２において、ＭＲセンサ出力の振幅の温度に対する直線的な変動特性を示す図である。
【図７】実施形態２において、ＭＲセンサ出力の振幅中心の温度に対する直線的な変動特性を示す図である。
【図８】実施形態２において、ＭＲセンサ出力の振幅の温度に対する曲線的な変動特性を示す図である。
【図９】実施形態２において、ＭＲセンサ出力の振幅中心の温度に対する曲線的な変動特性を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態３である位置検出装置を備えたカメラの構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態４である位置検出装置を備えたカメラの構成を示す図である。
【図１２】ＭＲセンサからの２相の出力信号の振幅および振幅中心のレベルが異なっている様子を示す図である。
【図１３】ＭＲセンサからの２相の出力信号の振幅および振幅中心が揃った様子を示す図である。
【図１４】ＭＲセンサ出力の最大値・最小値が正しくサンプリングされている様子を示す図である。
【図１５】ＭＲセンサ出力の最大値・最小値が正しくサンプリングされていない様子を示す図である。
【符号の説明】
１フォーカスレンズ
２ａ検出マグネット
２ｂＭＲセンサ
２ｃ光学スケール
２ｄ光学エンコーダ
３ａ、３ｂ、３ｃアンプ
４ａ、４ｂ、４ｃサンプルアンドホールド回路
５Ａ／Ｄコンバータ
６ゲイン・オフセット調整部
７位置演算部
８レンズ制御部
９駆動回路
１０レンズ駆動モータ
１１波数演算部
１２揮発性調整データ記憶部
１３不揮発性調整データ記憶部
１４温度センサ
２０撮像素子
１０５，１０５’ カメラＣＰＵ
１１０レンズ鏡筒
１２０撮影光学系[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a position detection technique using a magnetoresistive (MR) element or an optical sensor, and a lens apparatus in which this is applied to focusing of an optical system.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a position detection device using a magnetoresistive element (hereinafter referred to as an MR element), a phase having a signal component having excellent linearity is selected from sinusoidal signal components from a plurality of MR elements. An operation for interpolating the signal component is performed to detect the position.
[0003]
Here, the multi-phase output from the MR element generally differs in amplitude and level of the amplitude center as shown in FIG. If this is used as it is, sufficient accuracy cannot be obtained when used for position detection. Therefore, the gain and the offset are adjusted so that the amplitude and the amplitude center are aligned as shown in FIG.
[0004]
Here, the output gain and offset of the MR element fluctuate due to a sensor assembly error in each product, a circuit electrical characteristic error, a characteristic change due to the sensor temperature, and the like. In order to keep the lens position detection accuracy high, it is necessary to appropriately adjust the gain and offset accordingly.
[0005]
The following means have been proposed as a method for performing this adjustment. That is, when the power is turned on or the system is reset, the lens as the measurement object is moved for one cycle or more of the sine wave output of the MR sensor, and at that time, the maximum and minimum values of the sensor output sampled at a predetermined cycle from the A / D converter Obtain gain / offset adjustment data.
[0006]
Then, using this adjustment data, the gain and offset are adjusted by processing the sensor output data fetched from the A / D converter so that the amplitude and the amplitude center are aligned.
[0007]
Specifically, assuming that the maximum value of the MR sensor output is MAX and the minimum value is MIN, the gain GAIN and the offset OFFSET as adjustment data are calculated by the following equations (1) and (2). However, RANGE is a dynamic range of sensor output data after adjustment.
[0008]
[Expression 1]

[0009]
[Expression 2]

[0010]
From the GAIN and OFFSET obtained here, the output OUTPUT in which the gain and the offset are adjusted is obtained by applying the correction formula of the formula (3) to the MR sensor output MR.
[0011]
[Equation 3]

[0012]
Such gain adjustment and offset adjustment from the MR sensor are proposed in Patent Document 1 and the like.
[0013]
[Patent Document 1]
JP-A-6-105206 (Claims, FIG. 1 etc.)
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
In order to obtain the adjustment data (GAIN, OFFSET) in the above conventional example, it is necessary to move the lens by one cycle or more of the sine wave output of the MR sensor when the power is turned on or the system is reset.
[0015]
Here, in order to accurately obtain the maximum value MAX and the minimum value MIN within one cycle of the MR sensor output, as shown in FIG. 14, the lens is moved at a sufficiently slow speed to reliably sample the maximum value and the minimum value. You must be able to do it. This is because when the lens moves at high speed, as shown in FIG. 15, the sampling becomes rough with respect to the one period, and the maximum value and the minimum value within one period cannot be sampled.
[0016]
On the other hand, when the power is turned on or the system is reset, the maximum value and the minimum value within one cycle of the MR sensor output are unknown, and therefore position calculation is performed using appropriate predetermined initial data. However, since this initial data does not take into account the above-described error, accurate position calculation cannot be performed.
[0017]
Here, when position detection by the MR element is used for lens position control of the optical system, the lens control is realized by servo control that feeds back the position detection result by the MR element. However, for the reasons described above, since the position calculation is inaccurate when the power is turned on or the system is reset, the lens control becomes unstable, and a phenomenon occurs in which the lens moves at a high speed to the end of the mechanical movable portion.
[0018]
For this reason, immediately after the power is turned on or the system is reset, the moving speed of the lens is too fast, the sampling becomes rough, and accurate maximum and minimum values of the MR sensor output cannot be obtained.
[0019]
Conventionally, the lens is controlled to reciprocate a plurality of times, and the moving speed can be controlled by gradually stabilizing the lens control to obtain adjustment data (GAIN, OFFSET). However, with this method, although accurate adjustment data can be obtained, extra lens reset time is required to reciprocate the lens multiple times.
[0020]
An object of the present invention is to provide a position detection device and a position detection method capable of quickly stabilizing the control of an object immediately after power-on or system reset.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the position detection device of the present invention includes a signal output means for outputting a position detection signal that changes in a periodic or sinusoidal manner in at least two phases according to the movement of an object, and each position detection signal. A signal adjusting unit that performs gain and offset adjustment using the adjustment data, a calculating unit that obtains the position of the object based on the position detection signal that has been adjusted for gain and offset, and the adjustment data can be stored in a nonvolatile manner Nonvolatile storage means. The non-volatile storage means holds the adjustment data used for gain and offset adjustment during the past operation of the position detection device at least until the current operation, and the signal adjustment means starts the operation of the position detection device this time. At this time, the gain and offset adjustment are performed using the adjustment data stored in the nonvolatile storage means.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows the configuration of a camera (optical device) having a position detection device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the output of the MR sensor has two phases of a sine wave and a cosine wave, but the present invention is not limited to this and may have an output of three or more phases. Further, the output is not limited to a sinusoidal waveform such as the output of the MR sensor, but may be anything that periodically changes.
[0023]
In FIG. 1, reference numeral 100 denotes a camera, and reference numeral 110 denotes a lens barrel provided in the camera 100. In this embodiment, a lens barrel integrated camera will be described. However, the present invention can also be applied to an interchangeable lens apparatus.
[0024]
Reference numeral 120 denotes a photographing optical system provided in the lens barrel 110, and reference numeral 1 denotes a focus lens (optical element) included in the photographing optical system 120. The focus lens 1 moves in the optical axis direction (left-right direction in FIG. 1) when the driving force from the lens driving motor 10 is transmitted through a driving mechanism (not shown).
[0025]
Reference numeral 20 denotes an image sensor such as a CCD 7 or a CMOS sensor, which receives a subject image formed by the photographing optical system 120 and photoelectrically converts it. The signal output from the image sensor 20 is subjected to various processing by a processing circuit (not shown) to become a video signal, which is recorded on a recording medium (tape, semiconductor memory, optical disk, etc.) not shown, or an electronic view (not shown). Or displayed on a viewfinder (LCD etc.). In the camera of this embodiment, a camera mode for recording a video signal obtained from an output signal from the image sensor 20 on a recording medium, and an image already recorded on the recording medium are displayed on an electronic viewfinder (LCD or the like). Playback mode can be set.
[0026]
Reference numeral 2a denotes a detection magnet (magnetic member) that moves integrally with the focus lens 1 in the optical axis direction. This detection magnet 2b is magnetized in a predetermined pattern so as to have opposite polarities alternately in the optical axis direction (measurement axis direction in the position detection device).
[0027]
Reference numeral 2a denotes an MR sensor (magnetic detection means), which is disposed to face the detection magnet 901 with a predetermined gap therebetween. The MR sensor 2a outputs a two-phase signal of a sine wave and a cosine wave in accordance with the change of the magnetic field accompanying the movement of the detection magnet 2b interlocked with the focus lens 1.
[0028]
Two-phase outputs (analog signals) from the MR sensor 2a are amplified by

analog amplifiers

3a and 3b, respectively, and converted into digital signals by the A / D converter 5 via the

sample hold circuits

4a and 4b.
[0029]
The digitally converted MR sensor output is adjusted in gain and offset by the gain / offset adjustment unit 6 and then input to the position calculation unit 7. The position calculation unit 7 calculates lens position data indicating the position of the focus lens 1 based on these two-phase input signals (position detection signals) after the gain / offset adjustment.
[0030]
The lens position data obtained in this way is sent to the lens control unit 8. The lens control unit 8 calculates the position of the focus lens 1 at which the focus of the photographic optical system 110 is obtained based on the focus state of the photographic optical system 110 detected by the focus detection unit 15 by the phase difference detection method or the like. A control signal for driving the focus lens 1 is output to the drive circuit 9 so that the above-described lens position data matches the calculated lens position. Then, the drive circuit 9 drives the lens drive motor 10 in accordance with the input control signal. Thereby, the position of the focus lens 1 is servo-controlled toward the in-focus position. Note that the control method of the focus lens 1 is not limited to the one described above.
[0031]
Reference numeral 12 denotes a volatile adjustment data storage unit, which includes a volatile memory such as a DRAM. In the volatile adjustment data storage unit 12, adjustment data for adjusting the gain and offset of the output of the MR sensor 2 a is volatile during the operation of the camera (during the position detection operation by the position detection device), that is, It is stored and held so as to be erased when the power is turned off.
[0032]
Reference numeral 13 denotes a nonvolatile adjustment data storage unit, which is composed of a nonvolatile memory such as an EEPROM. The nonvolatile adjustment data storage unit 13 stores initial adjustment data for performing gain / offset adjustment of the MR sensor output regardless of whether the camera is operating (position detection operation by the position detection device) or not. The value (initial adjustment data) is held in a nonvolatile manner, that is, not erased even when the power is turned off.
[0033]
The adjustment data stored in the volatile adjustment data storage unit 12 and the non-volatile adjustment data storage unit 13 may be the GAIN and OFFSET values shown in Equation (3), or in Equations (1) and (2). The maximum value MAX and the minimum value MIN shown may be used.
[0034]
The gain / offset adjustment unit 6 reads the adjustment data from the volatile adjustment data storage unit 12 or the non-volatile adjustment data storage unit 13 and applies this to the above formula (3) or (1) to (3) to obtain the MR. Adjust the gain and offset of the sensor output.
[0035]
Note that each component included in a region surrounded by a two-dot chain line in the drawing is configured as hardware or software in the camera CPU 105 that controls various functions of the camera 100. However, you may provide the said component in lens CPU (not shown) which manages control of the various functions of an interchangeable lens apparatus.
[0036]
In a state immediately after the camera of the present embodiment is assembled at the factory, the nonvolatile adjustment data storage unit 13 stores predetermined initial values as gain / offset adjustment data. However, this initial value is a temporary initial value that does not reflect sensor assembly errors or circuit electrical characteristics errors in individual products. As described below, the focus lens 1 is driven to obtain accurate (true) initial adjustment data.
[0037]
That is, as shown in the flowchart of FIG. 2, when the power is turned on (step S1), the camera CPU 105 uses the temporary initial adjustment data (gain / offset adjustment data) stored in the nonvolatile adjustment data storage unit 13. The gain / offset adjustment unit 6 reads the data and sets it as adjustment data in the gain / offset adjustment unit 6 (step S2).
[0038]
Next, in step S3, the camera CPU 105 drives the focus lens 1 through the lens control unit 8 from the wide end position automatically set when the power is turned on in the plus direction (tele end direction) at a predetermined speed. The driving speed at this time is set to a sufficiently low speed so that the maximum value MAX and the minimum value MIN of the sine wave period can be sampled reliably. Then, the output from the MR sensor 2a (the output from the A / D converter 5) is sampled at a predetermined cycle (step S4), and the maximum value and the minimum value of the output are detected (step S5).
[0039]
Next, when it is detected in step S6 that the focus lens 1 has reached the stroke end (here, the tele end), the camera CPU 105 proceeds to step 7 where the maximum and minimum sensor outputs detected in step 5 are detected. Gain / offset adjustment data (gain GAIN, offset OFFSET) is calculated from the values (step S7).
[0040]
Then, the camera CPU 105 stores the obtained adjustment data in the nonvolatile adjustment data storage unit 13 as true initial adjustment data (step S8). As a result, accurate (true) initial adjustment data corresponding to the individual product is stored in the nonvolatile adjustment data storage unit 13. If the maximum value MAX and the minimum value MIN are used as the adjustment data, step S7 is omitted, and these values are stored in the volatile adjustment data storage unit 12 as they are in step S8.
[0041]
The initial adjustment data may be stored in the non-volatile adjustment data storage unit 13 only once when the power is turned on immediately after assembly at the factory, or after each reset operation of the lens system. The adjustment data may be updated and stored. The lens system reset here refers to an initialization operation of the system related to lens driving when the power is turned on in the camera mode and when the playback mode is switched to the camera mode.
[0042]
Next, the adjustment data corresponding to the individual product is already stored and held in the nonvolatile adjustment data storage unit 13 (that is, the adjustment data obtained in the past operation is held in the nonvolatile adjustment data storage unit 13). The processing of the gain / offset adjustment unit 6 for obtaining the gain / offset adjustment data (here, GAIN and OFFSET) of the MR sensor 2a during the current operation will be described with reference to the flowchart shown in FIG. This process is executed when the power is turned on or when the lens system is reset. The following processing is performed for each of a plurality of phases output from the MR sensor 2a.
[0043]
First, in step S11, the camera CPU 105 causes the gain / offset adjustment unit 6 to read out the initial adjustment data corresponding to the individual product stored in the nonvolatile adjustment data storage unit 13.
[0044]
Next, in step S12, the camera CPU 105 causes the gain / offset adjustment unit 6 to set the read initial adjustment data as adjustment data, and applies it to the gain / offset adjustment. Here, GAIN and OFFSET data are read into the EEPROM and applied to the processing of the above equation (3). Note that step S2 in FIG.
The same process is also performed in the normal process, but since the data for each individual is not yet obtained in step S2, GAIN and OFFSET data set temporarily are used. On the other hand, in step S12, the GAIN and OFFSET data at the previous adjustment remain in the EEPROM, and the GAIN and OFFSET data are used.
[0045]
Next, in step S13, the camera CPU 105 causes the lens controller 8 to output a signal for driving the focus lens 1 in the plus direction at a predetermined speed to the drive circuit 9. As described above, the driving speed at this time is set to a sufficiently low speed so that the maximum value MAX and the minimum value MIN of the sine wave period can be reliably sampled.
[0046]
In steps S14 to S15, the camera CPU 105 detects the maximum value and the minimum value of the output of the MR sensor 2a while the focus lens 1 is moving. In step S16, it is determined whether the focus lens 1 has reached the stroke end. Here, whether or not the lens has reached the stroke end may be detected by an optical sensor or the like, or may be determined by whether or not a predetermined time has elapsed since the start of driving. When the stroke end (tele end) is reached, the process proceeds to step S17.
[0047]
In step S17, the camera CPU 105 determines whether or not the focus lens 1 has moved by one cycle or more of the sine wave output of the MR sensor 2a. If it has moved, the gain / offset adjustment data is calculated from the detected maximum value and minimum value in step S18, and the calculation result is stored in the volatile adjustment data storage unit 12 (maximum value MAX and When the minimum value MIN is used, these values are stored in the volatile adjustment data storage unit 12 as they are). Thereafter, the gain / offset adjustment unit 6 performs gain / offset adjustment using the adjustment data stored here.
[0048]
On the other hand, if the focus lens 1 has not moved for one cycle or more in step S17, the maximum and minimum values of the sine wave output have not been obtained yet, so the gain / offset adjustment data is not calculated. Proceed to step S19.
[0049]
In step S19, in order to return the focus lens 1 to the reference position (for example, the wide end), the lens control unit 8 is caused to send a signal for driving the focus lens in the minus direction at a predetermined speed to the drive circuit 9. While the focus lens 1 is moving at this time, the maximum value and the minimum value of the output of the MR sensor 2a are detected in steps S20 to S21. Then, in step S22, it is determined whether or not the focus lens 1 has reached the stroke end (wide end) which is the reference position. If so, the process proceeds to step S23, and from the maximum value and the minimum value detected in step S21. Gain / offset adjustment data is calculated, and the calculation result is stored in the volatile adjustment data storage unit 12. Thereafter, the gain / offset adjustment unit 6 performs gain / offset adjustment using the adjustment data stored here.
[0050]
Whether the focus lens 1 has reached the reference position may be detected by an optical sensor or the like, or may be determined based on whether a predetermined time has elapsed from the start of driving. This completes the gain / offset processing at the time of lens reset and shifts to the normal control mode.
[0051]
Through the above processing, the volatile adjustment data storage unit 12 stores accurate gain / offset adjustment data, and the gain / offset adjustment unit 6 performs the gain / offset adjustment of the output of the MR sensor 2a with high accuracy.
[0052]
In the above description, the gain / offset adjustment data is calculated only when the focus lens 1 reaches the stroke end. However, as another embodiment, while the focus lens 1 is driven at a predetermined speed. Every time the output of the MR sensor 2a changes by one cycle or more, the gain / offset adjustment data is calculated, and the adjustment data already stored in the volatile adjustment data storage unit 12 is updated with the calculated adjustment data. Also good. In this way, the adjustment data is updated as needed while the focus lens 1 is moving, so that the control of the focus lens 1 can be made accurate and stable at an earlier stage.
[0053]
(Embodiment 2)
FIG. 4 shows a configuration of a camera provided with a position detection device according to the second embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the first embodiment in that the temperature sensor 14 and components related thereto are provided. Constituent elements common to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and are not described.
[0054]
The temperature sensor 14 is provided in the vicinity of the MR sensor 2a and the detection magnet 2b, and detects the temperature around the MR sensor 2a and the detection magnet 2b. The output (analog signal) of the temperature sensor 14 is amplified by the analog amplifier 3 c, input to the A / D converter 5 through the sample hold circuit 4 c, digitally converted here, and input to the gain / offset adjustment unit 6.
[0055]
Note that in the camera 100 of the present embodiment, focus shift correction due to temperature, that is, the focus position of the focus lens 1 calculated based on the data from the focus detection unit 15 is corrected according to the temperature, and photographing caused by temperature change is performed. When the optical sensor 120 has a function of suppressing focus fluctuation due to deformation of the optical system 120 or a mechanism member that holds the optical system 120, the temperature sensor 14 can be used as a temperature sensor for correcting the focus deviation. As a result, the cost can be reduced as compared with the case where the temperature sensor 14 is provided separately from the temperature sensor for correcting the focus shift, and the camera can be downsized.
[0056]
The process for obtaining initial adjustment data (GAIN, OFFSET, MAX, MIN) used for gain / offset adjustment when the camera of the present embodiment is assembled at the factory and turned on for the first time is the same as that of the first embodiment. . However, in this embodiment, in addition to the initial adjustment data, the nonvolatile adjustment data storage unit 13 holds gain / offset variation rate data with respect to the temperature change of the MR sensor 2a. This variation rate data will be described later. Further, temperature data detected by the temperature sensor 14 is also stored in the nonvolatile adjustment data storage unit 13.
[0057]
In this embodiment as well, as in the first embodiment, the initial adjustment data may be stored in the nonvolatile adjustment data storage unit 13 only once immediately after assembly in the factory, and then the lens system. Each time new adjustment data is obtained by this reset operation, it may be updated and stored.
[0058]
FIG. 5 shows processing for obtaining gain / offset adjustment data (here, GAIN, OFFSET) of the MR sensor 2a in a state where the initial adjustment data is already stored in the nonvolatile adjustment data storage unit 13. It demonstrates according to the flowchart shown in FIG. This process is executed when the power is turned on in the camera mode or when the lens system is reset.
[0059]
In step S31, the camera CPU 105 ′ first calculates the initial adjustment data (true initial adjustment data) corresponding to the individual product stored in the nonvolatile adjustment data storage unit 13 and the temperature sensor when calculating the initial adjustment data. 14 and the gain / offset variation rate data with respect to the temperature change of the MR sensor 2a are read out. Next, in step S32, the camera CPU 105 ′ causes the current temperature data detected by the temperature sensor 14 to be read.
[0060]
In step S <b> 33, the camera CPU 105 ′ causes the gain / offset adjustment unit 6 to perform temperature correction processing (which will be described later) on the initial adjustment data read from the nonvolatile adjustment data storage unit 13. Next, in step S34, the camera CPU 105 ′ causes the gain / offset adjustment unit 6 to perform gain / offset adjustment in and after step S35 using the temperature-adjusted initial adjustment data. Step S35 and subsequent steps are the same as the processing after step S13 described in the first embodiment (FIG. 3).
[0061]
Next, the temperature correction process performed in step S33 will be described. However, since the contents of the temperature correction process of the gain adjustment data and the offset adjustment data are almost the same, here, the temperature correction process of the gain adjustment data will be described in detail, and the temperature correction process of the offset adjustment data is specific to it. Only the matter is explained.
[0062]
First, the temperature correction process of the gain initial adjustment data when it is approximated that the amplitude (MAX-MIN) of the output of the MR sensor 2a linearly changes with respect to the temperature as shown in FIG.
[0063]
As a gain fluctuation rate data, a gradient K of the temperature fluctuation rate of the amplitude based on the amplitude of the output of the MR sensor 2a at the reference temperature T0 shown in FIG. _TG [1 / ° C.] is obtained and stored in the nonvolatile adjustment data storage unit 13. Also, as the gain initial adjustment data, unlike the first embodiment, instead of GAIN obtained by the above equation (1), the gain GAIN at the reference temperature T0 obtained by the following equation (4) is used. ₀ Is stored in the nonvolatile adjustment data storage unit 13.
Where T _INIT Is temperature data detected by the temperature sensor 14 at the time of calculating initial adjustment data that is performed when the power is turned on or the lens system is reset.
[0064]
[Expression 4]

[0065]
The temperature correction process in step S33 using this gain fluctuation rate data is performed as follows. That is, the initial adjustment data GAIN read from the nonvolatile adjustment data storage unit 13 in step S31. ₀ , Fluctuation rate data K indicating the slope of the temperature fluctuation rate _TG When the current temperature sensor value T read in step S32 is used, the initial adjustment data GAIN after temperature correction is obtained by the following equation (5).
[0066]
[Equation 5]

[0067]
For the offset adjustment data, the same temperature correction processing is performed by using Equation (6) instead of Equation (4) and Equation (7) instead of Equation (5) (that is, the temperature correction V Find offset adjustment data OFFSET). Where K _TOFFS [1 / ° C.] is the reference temperature T as shown in FIG. ₀ Is a gradient of the temperature fluctuation rate of the amplitude center with reference to the amplitude center of the output of the MR sensor 2a, and is obtained by a sensor characteristic test and stored in the nonvolatile adjustment data storage unit 13.
[0068]
[Formula 6]

[0069]
[Expression 7]

[0070]
Using the GAIN and OFFSET obtained in this way as the initial adjustment data, the temperature correction is applied to the initial adjustment data stored in the nonvolatile adjustment data storage unit 13 by performing the processing shown in step S35 and subsequent steps. More stable servo control of the focus lens 1 can be performed.
[0071]
In the above, the gain adjustment method in the case where it is approximated that the amplitude (MAX-MIN) of the output of the MR sensor 2a changes linearly with respect to the temperature has been described. However, depending on the characteristics of the MR sensor 2a and the amplifier circuits 3a to 3c, the output amplitude of the MR sensor 2a changes in a curve with respect to temperature, and it may be assumed that approximation by a straight line is insufficient. Therefore, a method for adjusting the gain in such a case will be described below.
[0072]
First, with reference to the amplitude of the output of the MR sensor 2a at the reference temperature T0, the temperature fluctuation rate of the amplitude is obtained by a sensor characteristic test. As shown in FIG. _TG (1) to L _TG Approximate at (N).
[0073]
Based on this data, the temperature T at the break point of the data is obtained as gain fluctuation rate data. _G K shown in (k) and Equations 8 and 9 _TG (K), B _TG The data of (k) is stored in the nonvolatile adjustment data storage unit 13 for k = 1 to N, respectively. Where K _TG (K) [1 / ° C] is a polygonal line L _TG Slope of (k), B _TG (K) is L _TG (K) T = T ₀ It is a section when extended to. W _T (K) is the amplitude fluctuation rate at the break point of the temperature fluctuation rate of the output amplitude of the MR sensor 2a.
[0074]
[Equation 8]

[0075]
[Equation 9]

[0076]
As the initial adjustment data, the reference temperature T obtained by the equation (10) is used instead of the GAIN obtained by the equation (1). ₀ Gain GAIN at ₀ Is stored in the nonvolatile adjustment data storage unit 13. Where T _INIT Is temperature data detected by the temperature sensor 14 when initial adjustment data is obtained. K _TG (K) is k = 1 to N,
T _G (K) <T _INIT <T _G (K + 1)
It is the data of the inclination and the intercept at the break point that becomes.
[0077]
[Expression 10]

[0078]
The correction process in step S33 using this variation rate data is performed as follows. That is, the initial adjustment data GAIN read from the nonvolatile adjustment data storage unit 13 in step S31. ₀ In the current temperature sensor value T read in step S32 and the temperature correction data read in step S31, k = 1 to N,
T _G (K) <T <T _G (K + 1)
K that becomes _TG (K), B _TG When (k) is used, the initial adjustment data GAIN after temperature correction is obtained by the equation (11).
[0079]
[Expression 11]

[0080]
For the offset, the reference temperature T ₀ Amplitude center M _T The temperature fluctuation rate at the amplitude center with reference to (0) is obtained by a sensor characteristic test, and a broken line L as shown in FIG. _TM (1) to L _TM Approximate at (N). Based on this variation rate data, as the initial adjustment data, the temperature T at the break point of the temperature variation rate centered on the amplitude. _M (K), K shown in equations (12) and (13) _TOFFS (K), B _TOFFS The data of (k) is stored in the nonvolatile adjustment data storage unit 13 for k = 1 to N, respectively. Where K _TOFFS (K) [1 / ° C] is a polygonal line L _TM Slope of (k), B _TOFFS (K) is L _TM (K) T = T ₀ It is a section when extended to. MT (k) is the amplitude fluctuation rate at the break point of the temperature fluctuation rate at the amplitude center.
[0081]
[Expression 12]

[0082]
[Formula 13]

[0083]
Then, using the equation (14) instead of the equation (10) and the equation (15) instead of the equation (11), temperature correction similar to that in the case of gain is performed.
[0084]
[Expression 14]

[0085]
[Expression 15]

[0086]
By the above processing, the fluctuation of the MR sensor output due to temperature change changes in a curve, and appropriate temperature correction of the initial adjustment data can be performed even when approximation by a straight line is insufficient.
[0087]
(Embodiments 3 and 4)
FIG. 10 and FIG. 11 show the configuration of a camera provided with a position detection device according to Embodiment 3 and Embodiment 4 of the present invention, respectively. These are provided with an optical scale 2d and an optical encoder 2c as sensors for detecting the position of the focus lens 1 in place of the detection magnet 2b and the MR sensor 2a, respectively.
[0088]
The optical encoder 2c includes a light emitting unit and a light receiving unit, reflects light emitted from the light emitting unit by the optical scale 2d, and outputs a signal corresponding to the amount of light detected by the light receiving unit. The optical scale 2d has a reflecting surface whose shape (orientation) changes periodically in a direction parallel to the optical axis.
[0089]
A sine wave signal similar to that of the MR sensor can be generated by processing the shape of the optical scale 2d and the light reception signal from the optical encoder 2c. For this reason, the same position detection method and gain / offset adjustment method as those described in the first and second embodiments can be applied.
[0090]
Since the specific processing is the same as in the first and second embodiments, description thereof will be omitted.
[0091]
As described above, the output gain and offset of sensors such as MR sensors and optical encoders fluctuate due to sensor assembly errors in individual products, circuit electrical characteristics errors, sensor temperature changes, etc. The sensor assembly error and the circuit electrical characteristic error hardly change if they are the same individual. Therefore, adjustment data at the time of past energization operation is stored in the nonvolatile adjustment data storage unit, and the stored adjustment data (GAIN, OFFSET, MAX, MIN) is immediately after power-on or system reset. By performing gain and offset adjustment using, stable object position detection and control can be performed at the time of power-on or immediately after the start of system reset. For this reason, during this time, the object can be driven at a sufficiently slow speed to reliably sample the maximum value and the minimum value of the sensor output. As a result, gain and offset adjustment data can be obtained without causing the object to reciprocate excessively. In other words, the time can be shortened until stable control can be performed after the power is turned on or after the system reset is started.
[0092]
Further, the temperature in the vicinity of the sensor is detected, and the fluctuation due to the temperature of the initial adjustment data is corrected based on the detected temperature and the fluctuation rate data of the gain and the offset with respect to the temperature change held in the nonvolatile adjustment data storage unit. This makes it possible to control the object stably even when the power is turned on or the system is reset at a temperature different from the environmental temperature when the adjustment data during past energization operation is stored in the nonvolatile adjustment data storage unit. be able to.
[0093]
In each of the above embodiments, the position detection of the focus lens included in the photographing optical system of the camera has been described. However, the present invention can be applied to a movable optical element other than the focus lens (for example, a zoom lens) or a movable lens other than the optical element. The present invention can be applied to an apparatus that detects the position of an object.
[0094]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, position detection and position control of an object can be stably performed even immediately after power-on or system reset. In other words, it is possible to shorten the time until gain and offset adjustment data are obtained and the object can be stably controlled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a camera including a position detection device that is Embodiment 1 of the present invention.
2 is a flowchart showing an operation for obtaining gain / offset initial adjustment data of MR sensor output in the camera of Embodiment 1. FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing an operation for obtaining gain / offset adjustment data of MR sensor output in the camera of Embodiment 1;
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a camera including a position detection device according to a second embodiment of the present invention.
5 is a flowchart showing an operation for obtaining gain / offset adjustment data of MR sensor output in the camera of Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a diagram showing linear variation characteristics with respect to temperature of the amplitude of the MR sensor output in the second embodiment.
7 is a diagram showing linear variation characteristics with respect to the temperature at the amplitude center of the MR sensor output in the second embodiment. FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a curved variation characteristic with respect to temperature of the amplitude of the MR sensor output in the second embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a curved variation characteristic with respect to the temperature at the amplitude center of the MR sensor output in the second embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a camera including a position detection device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a camera including a position detection device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a state in which the amplitude and the level of the amplitude center of two-phase output signals from the MR sensor are different.
FIG. 13 is a diagram illustrating a state in which the amplitudes and amplitude centers of two-phase output signals from the MR sensor are aligned.
FIG. 14 is a diagram illustrating a state in which the maximum and minimum values of the MR sensor output are correctly sampled.
FIG. 15 is a diagram illustrating a state in which the maximum value and the minimum value of the MR sensor output are not correctly sampled.
[Explanation of symbols]
1 Focus lens
2a Detection magnet
2b MR sensor
2c optical scale
2d optical encoder
3a, 3b, 3c amplifier
4a, 4b, 4c Sample and hold circuit
5 A / D converter
6 Gain / Offset adjustment block
7 Position calculator
8 Lens controller
9 Drive circuit
10 Lens drive motor
11 Wave number calculator
12 Volatile adjustment data storage
13 Nonvolatile adjustment data storage unit
14 Temperature sensor
20 Image sensor
105, 105 'camera CPU
110 Lens barrel
120 Shooting optical system

Claims

A signal output means for outputting a position detection signal that changes in a periodic or sinusoidal manner in at least two phases according to the movement of the object;
For each position detection signal, signal adjustment means for performing gain and offset adjustment using adjustment data;
Calculation means for obtaining the position of the object based on the position detection signal adjusted for the gain and offset;
Non-volatile storage means capable of storing the adjustment data in a nonvolatile manner,
The non-volatile storage means holds the adjustment data used for the gain and offset adjustment during the past operation of the position detection device at least until the current operation,
The signal adjusting means performs the gain and offset adjustment using the adjustment data stored in the non-volatile storage means as initial data when starting the operation of the position detecting apparatus this time.

The signal adjustment means obtains the adjustment data newly and stores it in the volatile storage means after the start of the current operation, and performs the gain and offset adjustment using the newly obtained adjustment data. The position detection device according to claim 1.

Temperature detection means for detecting the temperature around the signal output means, the nonvolatile storage means stores gain and offset variation rate data of the position detection signal with respect to temperature change;
The said signal adjustment means correct | amends the said initial data based on the temperature detected by the said temperature detection means, and the fluctuation rate data memorize | stored in the said non-volatile memory | storage means, It is characterized by the above-mentioned. Position detector.

The signal output means moves relative to the magnet member that is periodically magnetized and the magnet member along with the movement of the object, and is periodically or at least two phases according to a magnetic change due to the movement. The position detection device according to claim 1, further comprising a magnetic detection unit that outputs a position detection signal that changes in a sine wave shape.

The signal output means moves relative to the optical scale member along with the movement of the object, the optical scale member having a reflective surface whose shape changes periodically, and the movement of the projected light causes the movement. An optical detection means for outputting a position detection signal that changes in a periodic or sinusoidal shape of at least two phases according to the amount of received light reflected by the optical scale member that changes. The position detection device according to any one of 1 to 3.

Optical system,
An optical apparatus comprising: the position detection device according to claim 1, which detects a position of at least one optical element in the optical system.

Control means for performing control to correct a focus variation accompanying a temperature change of the optical system;
The optical device according to claim 6, wherein an output of the temperature detection unit is also used for correction control of the focus variation.

Based on the position detection signal after the gain and offset adjustment, the gain and offset adjustment of the position detection signal that is output from the signal output means according to the movement of the object and changes periodically or sinusoidally in two phases is performed. A position detection method for determining the position of the object,
A first step of storing adjustment data used for the gain and offset adjustment in a nonvolatile storage means;
And a second step of performing the gain and offset adjustment using the adjustment data stored in the non-volatile storage means as initial data at the start of the position detection operation after the first step. Position detection method.

Storing the gain and offset variation rate data of the position detection signal with respect to a temperature change in the nonvolatile storage means in a nonvolatile manner;
Detecting the temperature around the signal output means;
The position detection method according to claim 8, further comprising a step of correcting the initial data based on the detected temperature and the stored variation rate data.