JP2007171081A - Position detection method - Google Patents
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Description
本発明は、光学系レンズの合焦等に適用する磁気抵抗素子(以下「MR素子」という)の出力信号を使った位置検出方法に関する。 The present invention relates to a position detection method using an output signal of a magnetoresistive element (hereinafter referred to as “MR element”) applied to focusing of an optical lens.
ビデオカメラの光学系のレンズ位置を検出する位置検出器として、出力の位相が90度ずれた正弦波信号となるように配置された2つのMR素子を備えたものが知られている。この位置検出器では、2つのMR素子からそれぞれ出力される正弦波信号がアナログ−デジタル変換され、得られた一対のデジタル・データからアークタンジェント演算、または、その位置で直線性が良い方のデータを用いた線形演算によってレンズの位置が算出される。 As a position detector for detecting the lens position of an optical system of a video camera, one having two MR elements arranged so as to be a sine wave signal whose output phase is shifted by 90 degrees is known. In this position detector, the sine wave signals respectively output from the two MR elements are converted from analog to digital, and arc tangent calculation is performed from the obtained pair of digital data, or data having better linearity at that position. The position of the lens is calculated by linear calculation using.
ここで、2つのMR素子の出力をそれぞれサンプリングする場合に、サンプリングのタイミングのズレがレンズの位置の誤差となるため、サンプリングのタイミングは同時刻であることが求められる。そのため、この処理には2チャンネルのアナログ−デジタル変換器(以下「A/D変換器」という)を使用するか、または特許文献1に示されるように、1チャンネルのA/D変換器に一対のサンプルホールド回路とマルチプレクサを組み合わせた構成が必要になる。
近年は、制御回路にマイコン(マイクロコンピュータ)を用いる場合が多くなってきている。多くのマイコンは多チャンネルのアナログ入力を切替によって1つのA/D変換器に入力し、デジタル・デ−タ変換を行っている。この場合も制御対象によっては切替えによるサンプリングのタイミングのズレが問題となる。また、サンプリングのタイミングのズレによる検出位置の誤差を先行するデータとの演算によって補正する場合も、演算時間が問題となる場合がある。一方、並列に動作するA/D変換器を複数ユニット装備する(あるいは外付けで配置する)マイコンの場合には機器の特性のバラツキによる誤差の発生、コスト、消費電力などが問題となっている。 In recent years, a microcomputer (microcomputer) is often used for a control circuit. Many microcomputers switch multi-channel analog inputs to a single A / D converter by switching, and perform digital data conversion. In this case as well, there is a problem in sampling timing deviation due to switching depending on the control target. Also, the calculation time may be a problem when the detection position error due to the sampling timing deviation is corrected by calculation with the preceding data. On the other hand, in the case of a microcomputer equipped with a plurality of A / D converters operating in parallel (or arranged externally), the occurrence of errors due to variations in device characteristics, cost, power consumption, etc. are problems. .
本発明はこの点に着目してなされたものであり、1つのA/D変換器を使用して、正確な位置検出を行うことができる位置検出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to this point, and an object thereof is to provide a position detection method capable of performing accurate position detection using one A / D converter.
上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、複数の磁気抵抗素子が、サイン波信号とコサイン波信号とを出力するように配置された、撮像装置の光学系の位置検出系に適用され、前記磁気抵抗素子から出力されるサイン波信号及びコサイン波信号に基づいて、対象物の位置を求める位置検出方法において、前記サイン波信号及びコサイン波信号を所定サンプリング周期で交互にサンプリングし、前記サイン波信号及びコサイン波信号のうちの一方の信号の2サンプリング周期前のサンプリングデータ及び他方の信号の1サンプリング周期前のサンプリングデータから、前記一方の信号の1サンプリング周期前のデータに対応する推定値を算出し、該算出された推定値及び前記他方の信号の1サンプリング周期前のサンプリングデータから、前記サイン波信号及びコサイン波信号の振幅を算出し、該算出した振幅及び前記一方の信号の今回のサンプリングデータを、対応する逆三角関数に適用することにより、前記対象物の位置を求めることを特徴とする位置検出方法を提供する。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is applied to a position detection system of an optical system of an imaging apparatus in which a plurality of magnetoresistive elements are arranged so as to output a sine wave signal and a cosine wave signal. In the position detection method for determining the position of the object based on the sine wave signal and the cosine wave signal output from the magnetoresistive element, the sine wave signal and the cosine wave signal are alternately sampled at a predetermined sampling period. Corresponds to data of one signal before one sampling period from sampling data before one sampling period of one of the sine wave signal and cosine wave signal and sampling data before one sampling period of the other signal. Whether an estimated value is calculated, and the calculated estimated value and the sampling data of the other signal one sampling period before Calculating the amplitude of the sine wave signal and the cosine wave signal, and applying the calculated amplitude and the current sampling data of the one signal to a corresponding inverse trigonometric function to determine the position of the object. A position detection method is provided.
請求項1に記載の発明によれば、サイン波信号とコサイン波信号を出力するように配置された複数の磁気抵抗素子からの出力が所定サンプリング周期で交互にサンプリングされ、一方の信号の2サンプリング周期前のサンプリングデータと他方の1サンプリング周期前のサンプリングデータから一方の信号の1サンプリング周期前のデータに対応する推定値が算出される。この推定値と他方の信号の1サンプリング周期前のサンプリングデータからサイン波とコサイン波の振幅が算出され、この振幅と一方の信号の今回のサンプリングデータが対応する逆三角関数に適用され対象物の位置が求められる。これにより、1つのA/D変換器を使用して対象物の正確な位置を検出することができる。 According to the first aspect of the present invention, outputs from a plurality of magnetoresistive elements arranged so as to output a sine wave signal and a cosine wave signal are alternately sampled at a predetermined sampling period, and two samplings of one signal are performed. An estimated value corresponding to the data before one sampling period of one signal is calculated from the sampling data before the period and the sampling data before the other one sampling period. The amplitude of the sine wave and cosine wave is calculated from this estimated value and the sampling data of the other signal one sampling period before, and this amplitude and the current sampling data of one signal are applied to the corresponding inverse trigonometric function. A position is required. Thereby, the exact position of a target object can be detected using one A / D converter.
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は本発明の一実施形態にかかる位置検出方法を適用した、ビデオカメラの駆動装置の構成を示すブロック図である。この装置は、レンズ10を含む光学系1を備えており、光学系1は、レンズ10を駆動するリニアモータ3と、レンズ10の位置を検出するための2つのMR素子を有する位置検出ユニット2とを備えている。位置検出ユニット2からは、2つのMR素子の出力信号SA及びSBが出力され、それぞれ増幅器4、5により増幅されて、制御ユニット6及びコンパレータ15、16に供給される。コンパレータ15、16は、それぞれ増幅器4、5から出力される信号の符号(正負)の判定を行い、判定結果を示す信号をCPU14に供給する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a video camera drive device to which a position detection method according to an embodiment of the present invention is applied. This apparatus includes an optical system 1 including a
制御ユニット6は、マルチプレクサ11と、サンプルホールド回路12と、A/D変換器13と、CPU(Central Processing Unit)14とを備えている。信号SA、SBは、マルチプレクサ11により交互に選択されて、サンプルホールド回路12に入力される。A/D変換器13は、サンプルホールド回路12の出力信号レベルをデジタル値(以下「MR素子出力値」という)MRA及びMRBに変換し、CPU14に入力する。CPU14は、MR素子出力値MRA、MRBを用いて、光学系1のレンズ位置を検出しつつ、駆動回路7を介してリニアモータ3を駆動し、レンズ10の位置制御を行う。CPU14はさらにマルチプレクサ11、サンプルホールド回路12、及びA/D変換器13の制御を行う。またCPU14は2チャンネルのD/A変換器17を介して増幅器4、5それぞれの直流オフセット電圧の調整を行う。
The control unit 6 includes a
図2は、レンズ10を一定速度vで駆動したときに、2つのMR素子から出力される信号SA、SBの例を示す波形図である。MR素子は信号SA、SBが、位相が90度ずれた正弦波信号、すなわちサイン波信号とコサイン波信号になるように配置されている。信号SA、SBは、直流オフセット電圧に正弦波信号が重畳された信号である。
FIG. 2 is a waveform diagram showing an example of the signals SA and SB output from the two MR elements when the
ここで、信号レベル、すなわちMR素子出力値MRA、MRBが、それぞれ下記式(1)、(2)で表されるものとする。
ビデオカメラが起動またはリセットされると、MR素子の直流オフセット電圧の測定が行われ、次いでリニアモータ3の駆動コイルが端部まで移動して静止し、2つのMR素子のそれぞれの出力値MRA0及びMRB0が実測される。実測された出力値MRA0及びMRB0はA/D変換器13によってデジタル値に変換され、CPU14に入力される。
When the video camera is activated or reset, the DC offset voltage of the MR element is measured, and then the drive coil of the linear motor 3 moves to the end and stops, and the respective output values MRA0 and MRB0 is actually measured. The actually measured
以下の説明では下記式(1a)及び(2a)で示される直流オフセット電圧P、Qを補正した出力MRA’及びMRB’に基づいて位置検出する手法を説明する。直流オフセット電圧P、QはCPU14によりA/D変換器13の中点電圧レベルに調整される。
図3は、式(1a)及び(2a)により算出される出力MRA’及びMRB’の波形を示す。実測した端部における出力値MRA0及びMRB0は、図3ではMRA’0及びMRB’0として示されている。実際の端部の座標はX=0と必ずしも一致しないためMRA’0からΔXを算出し、位置座標の補正を行う。 FIG. 3 shows waveforms of the outputs MRA 'and MRB' calculated by the equations (1a) and (2a). The actually measured output values MRA0 and MRB0 at the end are shown as MRA'0 and MRB'0 in FIG. Since the actual end coordinates do not necessarily match X = 0, ΔX is calculated from MRA'0, and the position coordinates are corrected.
従来は、同時に実測されたMRA’及びMRB’を使い、周期内のレンズの相対位置座標xを下記式(4)によって算出していた。
しかし、上述したような課題があるため、本実施形態ではMRA’及びMRB’を同時ではなく交互に実測し、下記式(5)、(6)に示すようにMRA’についてはアークサイン演算、MRB’についてはアークコサイン演算を適用し周期内のレンズの相対位置座標xを算出する。
ここで振幅値Aはリニアモータ3の位置によって変動するため、振幅値Aはあらかじめ実測した値を使わず、サンプリングしたMRA’、MRB’を基にして算出した値を使う。今、MR素子出力値MRA[n](nはサンプリング時刻を示す離散化時刻)をA/D変換してオフセット補正したMRA’[n]と、1サンプル前に算出された振幅値A[n−1]を用いて、x[n]を表すと下記式(7)となる。
振幅値A[n−1]を算出するに当たり、サンプリングされていないMRA’[n−1]を下記式(8)により推定する。ただし、レンズが等速で移動し、サンプリング位相間隔θは一定と仮定している。
式(8)のMRA’[n−2]はサンプリングされているので、以下サンプリングされていないMRB’[n−2]の算出手法を説明する。サンプリングされているMRB’[n−1]は下記式(9)で与えられるので、これからMRB’[n−2]は下記式(10)で与えられる。
式(10)の関係を式(8)に適用すると、下記式(11)が得られる。
ここで、求められた推定値MRA’[n−1]及び実測値MRB’[n−1]と、振幅値A[n−1]とは、下記式(12)の関係を有するので、下記式(13)により振幅値A[n−1]が得られる。
MRB’についても振幅値A[n−1]を求めたときと同じ方法で2つの実測値から必要とする振幅値を求めることができ、周期内の相対位置座標を求めることができる。 For MRB ', the required amplitude value can be obtained from the two actually measured values by the same method as that for obtaining the amplitude value A [n-1], and the relative position coordinates in the cycle can be obtained.
次に、1周期内に2つ存在する逆三角関数の解のうちどちらを選択するかについてはMRA’とMRB’の符号の組合せによって判定する。MRA’とMRB’の符号はコンパレータ15、16の出力をCPU14で読みとり、判定する。今、逆三角関数の演算結果をφとし、求めるべき周期内の相対位置座標をxとすると、MRA’≧0且つMRB’≧0のときアークサイン演算結果及びアークコサイン演算結果は共にx=λφ/2πとする。MRA’≧0且つMRB’<0のときアークサイン演算結果はx=λ(π−φ)/2πとし、アークコサイン演算結果はx=λφ/2πとする。MRA’<0且つMRB’<0のときアークサイン演算結果はx=λφ/2πとし、アークコサイン演算結果はx=λ(2π−φ)/2πとする。MRA’<0且つMRB’≧0のときアークサイン演算結果はx=λ(3π−φ)/2πとし、アークコサイン演算結果はx=λ(2π−φ)/2πとする。
Next, which of the two inverse trigonometric functions existing in one cycle is selected is determined by the combination of the signs of MRA 'and MRB'. The signs of MRA 'and MRB' are determined by reading the outputs of the
以上のように、本実施形態では、2つのMR素子から出力される正弦波信号が交互に所定のサンプリング周期でA/D変換(サンプリング)され、逆三角関数によって位置座標が算出されるので、サンプリングのタイミングのズレを考慮する必要が無く、1つのA/D変換器を使用して正確な位置検出を行うことができる。 As described above, in the present embodiment, the sine wave signals output from the two MR elements are alternately A / D converted (sampled) at a predetermined sampling period, and the position coordinates are calculated by an inverse trigonometric function. There is no need to consider the sampling timing shift, and accurate position detection can be performed using one A / D converter.
次に、算出される位置座標の精度を高めるための他の検出手法を説明する。正弦波を例にとると、90度付近と270度付近では変化率が小さく逆三角関数演算の精度が低下する。そこで本手法では位相角0度〜45度、135度〜225度、315度〜360度に対応する区間ではMRA’をサンプリングし、位相角45度〜135度、225度〜315度に対応する区間ではMRB’をサンプリングする。具体的には|MRA’|≦|MRB’|となる区間でMRA’をサンプリングし、|MRA’|>|MRB’|となる区間でMRB’をサンプリングする。 Next, another detection method for increasing the accuracy of the calculated position coordinates will be described. Taking a sine wave as an example, the rate of change is small near 90 degrees and 270 degrees, and the accuracy of the inverse trigonometric function calculation decreases. Therefore, in this method, MRA ′ is sampled in the sections corresponding to the phase angles of 0 ° to 45 °, 135 ° to 225 °, and 315 ° to 360 °, and the phase angles correspond to 45 ° to 135 °, 225 ° to 315 °. In the interval, MRB ′ is sampled. Specifically, MRA 'is sampled in a section where | MRA' | ≤ | MRB '|, and MRB' is sampled in a section where | MRA '|> | MRB' |.
この手法を採用すると、前記式(8)のMRB’[n−2]が実測値でMRA’[n−2]を求めることが必要となる場合がある。この場合には前記式(9)を変形すると下記式(14)が得られるので、2つの実測値MRB’[n−2]及びMRB’[n−1]からMRA’[n−2]を算出することができる。
この手法により、逆三角関数演算の精度が低下する位相角に対応する区間のサンプリングデータを使用しなくても位置座標を算出することができ、算出する位置座標の精度を高めることができる。 By this method, the position coordinates can be calculated without using the sampling data of the section corresponding to the phase angle at which the accuracy of the inverse trigonometric function calculation is lowered, and the accuracy of the calculated position coordinates can be improved.
1 光学系
2 MR素子ユニット
3 リニアモータ
6 制御ユニット
10 レンズ
14 CPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
前記サイン波信号及びコサイン波信号を所定サンプリング周期で交互にサンプリングし、
前記サイン波信号及びコサイン波信号のうちの一方の信号の2サンプリング周期前のサンプリングデータ及び他方の信号の1サンプリング周期前のサンプリングデータから、前記一方の信号の1サンプリング周期前のデータに対応する推定値を算出し、
該算出された推定値及び前記他方の信号の1サンプリング周期前のサンプリングデータから、前記サイン波信号及びコサイン波信号の振幅を算出し、
該算出した振幅及び前記一方の信号の今回のサンプリングデータを、対応する逆三角関数に適用することにより、前記対象物の位置を求めることを特徴とする位置検出方法。 A sine wave signal and a cosine output from the magnetoresistive element are applied to a position detection system of an optical system of an imaging apparatus, in which a plurality of magnetoresistive elements are arranged to output a sine wave signal and a cosine wave signal. In a position detection method for determining the position of an object based on a wave signal,
The sine wave signal and the cosine wave signal are alternately sampled at a predetermined sampling period,
One of the sine wave signal and the cosine wave signal corresponds to data of one signal before one sampling period from sampling data of two signals before one sampling period and sampling data of one signal before one sampling period. Calculate an estimate,
Calculating the amplitudes of the sine wave signal and the cosine wave signal from the calculated estimated value and the sampling data of the other signal one sampling period before;
A position detection method characterized in that the position of the object is obtained by applying the calculated amplitude and the current sampling data of the one signal to a corresponding inverse trigonometric function.
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