JP2009276128A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インクリメンタルエンコーダを位置検出装置とし、レンズ駆動域内で複数原点が存在する場合、原点数の増加に伴う読み書き可能なメモリへの記憶データ量の増加を低減する。
【解決手段】 レンズの位置を検出する位置検出装置において、POTとエンコーダを併用し、POTの値により駆動範囲を予め分割するエリア境界４１とエリア境界４１により分離される範囲（エリア）を規定する。各エリアには唯一1個の原点パルス４２が存在するようにエンコーダの調整を行う。又初期化時に一方の端点から各原点信号までのエンコーダパルス（α、β）と全域の総パルス数を記憶しておく。電源投入後、原点パルスを通過するとPOTの値によるエリア検出と、記憶したエンコーダパルス数より検出した原点パルスのカウント値を読み出し、絶対位置の確定が可能となる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、位置検出装置に関する。

従来、放送用テレビレンズのレンズ駆動において、カメラやデマンド等のコントローラからの指令信号に従いモータをサーボ駆動させる制御方法が用いられる。制御方法としてアイリス、ズーム、フォーカス等の制御対象の位置を検出するために各制御対象に対し位置検出センサが用いられるが、従来位置検出センサとしてポテンショメータ（以下POT）やエンコーダが使用されている。

POTは制御対象の位置を検出し、検出位置に相当した電圧を出力する絶対位置の検出が可能なセンサである。位置検出センサとしてPOTが使用された場合の出力電圧特性の一例を図３の３１に示す。(ア)〜(イ)間を駆動範囲とすると理想特性(a)に対し上記出力電圧はアナログ値であり、完全な線形であるため(b)のような特性となる。またノイズの影響を受け易いことから高い分解能も望めず、高精度な位置検出は困難である。さらに高精度のPOTはコストがかかり、高精度のPOTを使用しても検出位置に対する出力電圧の直線性や、位置検出には限界がある。

一方エンコーダは、位置の相対的な変化を検出できるセンサである。絶対位置の検出も可能なアブソリュートエンコーダが知られているが、高価な上にサイズが大きいため省スペース化の実現は厳しい。一般的なインクリメンタル型エンコーダ（以下エンコーダとする）には光学式と磁気式がある。それぞれレンズ駆動に伴い回転し円盤上に設けた光センサ、磁気センサにより検出した光、磁気をパルス（以下エンコーダパルスとする）として出力し、これをカウントすることで相対位置の検出が可能である。エンコーダパルスは図３の３２、３３のように位相差の異なる２つのパルスである。位置検出センサとして上記エンコーダを使用した場合、POTに比べ高精度な相対位置の検出が可能であるが、絶対位置の検出のため電源投入やリセット動作後に初期化処理が必要になる。

初期化処理の方法として、原点信号を出力するエンコーダが知られている。図２のような白黒の半円からなる構成で光センサ２１に光を照射し、180°の回転で一回のレベル変化のある図３の３４の様な原点信号を出力する。駆動範囲内でエンコーダが一回転する時、原点信号のエッジ（以下原点パルス）を基準位置とすることで絶対位置の確定が行え、安価でかつ高分解能、高精度な位置検出を可能にした。しかしエンコーダの高分解能化が求められた場合、エンコーダを多回転化する必要があり、駆動範囲内で原点パルスが複数存在するため、原点パルスの検出だけでは絶対位置の確定ができない。これらの課題を解決したのが特許文献１である。
特開２００５−２８３２７４号公報

上述したように、高分解能化が求められた場合、エンコーダを多回転化する可能性がある。エンコーダの回転量を増加すれば必然的に駆動範囲内で原点パルス数が増加する。特許文献１では、複数原点パルスに対し、各原点パルスのPOTの電圧とエンコーダのパルスカウントを対応づけて記憶させておくことで絶対位置の確定を可能にした。しかし原点パルスの増加に伴い、記憶データの容量が増加してしまうという問題があった。

そこで、本発明の例示的な目的は、予め規定した範囲に唯一1個の原点パルスが存在するような構成を持つことで、原点パルスの増加に伴う読み書き可能なメモリへの記憶データの増加を低減することを可能にした位置検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の位置検出装置は、
該制御対象の絶対位置を検出する絶対位置検出手段と、
該制御対象の相対位置を検出する相対位置検出手段と、
該制御対象の原点を検出する原点検出手段と、
制御対象の駆動範囲における一方の端点から任意の位置のまでの前記相対位置検出手段により
検出した相対位置を記憶する相対位置記憶手段を具備し、
予め規定する前記駆動範囲を任意の数だけ分割する境界を有し、
前記境界により分割される範囲に唯一1個の前記原点が存在する構成で、
電源投入後の該制御対象の初期化動作において、
前記駆動範囲内の唯一1つの原点通過により絶対位置を算出する
絶対位置確定手段を有する
ことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、予め規定した範囲に唯一1個の原点パルスが存在するような構成を持つことで、読み書き可能なメモリへの記憶データ量が低減できる。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

以下、本発明の第一の実施例について説明する。

本実施例では制御対象をズームレンズとし、エンコーダを駆動域で１回転半（540°）させ、図４の様に駆動範囲内に２個の原点パルスが存在する構成を持つ。以下図１〜図７を用いて説明する。

まず本発明の構成を図１〜図３より説明する。図１は、本実施例を適用できる位置検出装置の構成である。主としてレンズ１１、ポテンショメータ（以下POT）１２、エンコーダ１３、モータドライバ回路１４、A/D変換器１５、カウンタ１６、モータ１７、D/A変換器１８、CPU１９から構成されている。

ズームレンズ１１にPOT１２とエンコーダ１３が図示しないギアを介して接続されている。POT１２はズームレンズ１１の位置を検出すると検出位置を電圧値としてA/D変換器１５へ出力する。POT１２の出力電圧特性の例を図３の３１に示す。(a)理想特性、(b)出力電圧特性は(ア)Wide端、(イ)Tele端とした時の電圧特性であり、A/D変換器１５は入力したアナログ信号をデジタル信号に変換しCPU１９に出力する。エンコーダ１３はインクリメンタルエンコーダであり、図２に簡略図を示す。ズームレンズ１１が駆動されるとWide方向駆動で図中a、Tele方向駆動で同bの方向へ回転する。回転と共に円盤上の光センサにより検出した電流をパルス（以下エンコーダパルス）として図１のカウンタ１６へ出力する。エンコーダパルスは図３のA相信号３２、B相信号３３に示す様に一定周期で互いに90°位相が異なる。カウンタ１６はA相信号３２とB相信号３３のパルス数をカウントしてCPU１９へ出力する。またエンコーダ１３はA相信号３２、B相信号３３とは別にZ相信号（原点信号）と呼ばれる180°で１回のレベル変化をする信号を出力する。図３の３４はエンコーダ１３の出力する原点信号の一例である。エンコーダ１３が回転すると、図２の光センサ２１が原点信号３４を出力する。同時に光がエンコーダ１３に照射され光センサ２１が光を検出するとエッジ（以下原点パルス）が立ち、原点信号３４のレベルが切り替わる。

CPU１９からD/A変換器１８、モータドライバ回路１４を介してモータ１７を制御することによりズームレンズ１１を駆動する。

次に本実施例の実施形態を説明する。

予め駆動範囲を２等分するエリア境界４１をA/D変換器１５により出力されるPOT１２の値（以下POT値）で規定する。エリア境界４１により分離される範囲（以下エリア）をそれぞれA、Bとし各エリアに唯一1個の原点パルスが存在するようエンコーダ１３を調整する。次に工場出荷時の調整として端点記憶動作を図５に従って行う。

まずSTEP５０１で端点記憶動作を開始すると、STEP５０２としてWide端へズームレンズ１１を駆動しエンコーダパルス数をリセットする。この時POT１２の電圧からエリアをA、Bどちらであるか判定する。次にSTEP５０３でTele端へ向けてズームレンズ１１を駆動していく。ズームレンズ１１を駆動しながらSTEP５０４でエンコーダ１３からのパルス数をカウントする。STEP５０５では目標値であるTele端へ到達したか判断する処理であり、到達していなければSTEP５０６へ進む。STEP５０６は原点パルスの検出有無の判断処理であり、原点パルスの検出がなければSTEP５０３へ戻り、原点パルスの検出があればSTEP５０７へ進む。STEP５０７では原点パルス数のカウント、エンコーダのパルス数の記憶を行う。STEP５０６で検出した原点パルスが図４の原点パルス４２であれば図中αをカウント値として記憶し、原点パルス４３であれば図中βをカウント値として記憶してSTEP５０８へ進む。STEP５０８ではエリア境界通過の判断処理であり、通過してない場合はSTEP５０３へ戻り、通過している場合はSTEP５０９へ進む。STEP５０９ではカウントした原点パルスのカウント値が１であるか判断する処理であり、１である場合はSTEP５１０へ進む。STEP５１０ではPOT値を読み込んでエリアを判定後STEP５０３へ戻る。又1でない場合はSTEP５１１へ進みエラー終了する。以上のアルゴリズムで目標値であるTele端へ到達するまで処理を行い、STEP５０５でTele端へ到達したと判断したらSTEP５１２へ進み、エンコーダの総パルス数を記憶してSTEP５１３端点記憶動作終了である。

図６にエリア境界と端点記憶動作により記憶するパルスカウント値を示す。図６(b)のα、βは図４中α、βに対応している。

続いて本実施例の電源投入から絶対位置確定までの流れを図７より説明する。電源投入後、操作者によってズームレンズ１１が駆動される（STEP７０１）とSTEP７０２で原点パルスの検出の判断を行う。原点パルスを検出するとSTEP７０３へ進む。STEP７０３ではPOT１２からのPOT値からエリアの検出を行い、STEP７０４へ進む。STEP７０４ではSTEP７０３のエリア検出より、端点記憶動作で記憶したデータから読み出す記憶データを判定する。例えば検出したエリアが図４のAであれば検出した原点パルスが図４の原点パルス４２であり、記憶データから読み出すエンコーダパルス数がαであると判定する。検出した原点パルスの位置を読み出したαとし全域のパルス数から絶対位置の確定を行う。同様に検出エリアがBならば図６(b)のβを読み出す。

本実施例では、予め設定したPOTの範囲に唯一1個の原点パルスが存在するような構成を持つことで、複数原点パルスから基準位置を特定し絶対位置を確定することを可能にした。

以上より、本発明では複数原点パルスから基準位置を特定し絶対位置を確定でき、さらに原点パルスの増加に伴う読み書き可能なメモリへの記憶データ量の増加を低減することを可能にした。

以下、本発明の第二の実施例について説明する。

本実施例ではエンコーダをレンズ駆動域で２回転（720°）させ、図８の様に駆動範囲内に３個の原点パルスが存在する構成とし、制御対象はズームレンズとする。以下図７〜図９を用いて説明する。実施例１と同様の記号は同一の構成とし説明は省く。

まず予め駆動範囲を３等分にするPOTの値を図９(a)に示す様にエリア境界として規定する。図８のエリア境界８１、８２により分離される各エリアをA、B、Cとするとそれぞれ唯一1個の原点パルスが存在するようなエンコーダ１３の調整をしておく。次に実施例１と同様、端点記憶動作を図５に従って行い、図９(b)に示すように各原点パルスのWide端からのエンコーダパルス数（α、β、γ）と全域の総パルス数を記憶する。

次に、本実施例の絶対位置確定までのアルゴリズムは実施例１と同様、図７を用いて説明する。電源投入後、操作者によりズームレンズ１１が駆動されるとPOT１２からのPOT値を読み込み仮位置を決める。図８の原点パルス８３〜８５が検出されるまでは仮位置で制御を行い、STEP７０２で原点パルスが検出されるとSTEP７０３へ進む。STEP７０３でPOT値からエリアを検出し、検出したエリアから図９(b)の記憶データのうち、読み込むエンコーダパルスの値を判定するとSTEP７０４へ進む。STEP７０３で判定したデータを読み込み、総パルス数より絶対位置を算出し位置を確定する。位置確定後は、仮位置から確定した位置での制御に乗り移る。

本実施例では実施例１と同様、予め設定したPOTの範囲に唯一1個の原点パルスが存在するような構成を持つことで、複数原点パルスから基準位置を特定し絶対位置を確定することを可能にした。さらにエンコーダの回転量が増加したことで分解能が高まり、結果原点パルス数の増加により原点パルスを通過する可能性も高くなるため、絶対位置の確定までの時間も短縮できた。さらに、絶対位置の確定までは仮位置での制御を行うことで電源投入後、撮影可能までの時間短縮も実現した。

以上より、本発明では複数原点パルスから基準位置を特定し絶対位置を確定でき、さらに原点パルスの増加に伴う読み書き可能なメモリへの記憶データ量の増加を低減でき、同時に電源投入後から撮影可能までの時間短縮を可能にした。

以下、本発明の第三の実施例について説明する。

本実施例は、制御対象をズームレンズとし、実施例２と同様の構成を持つ自動初期化であり、図９〜図１１を用いて説明する。実施例１、実施例２と同様の記号は同一の構成とし説明は省く。

駆動範囲の原点パルス数、規定するエリア境界は実施例２と同様であるため、エンコーダ調整、端点記憶動作までは実施例２と同様とする。端点記憶動作における記憶データは図９のとおりである。

図１１は本実施例の駆動範囲における原点信号であり、電源投入時のレンズ位置を初期位置１１１、レンズ駆動方向１１２とする。

本実施例の電源投入から絶対位置確定までを図１０を用いて説明する。まず電源が投入される（STEP１００１）と、STEP１００２で記憶データを、STEP１００３でPOT値を読み込み、STEP１００４ではSTEP３で読み込んだPOT値からエリア検出を行う。次にSTEP１００５で初期位置１１１から最も遠いエリア境界８２を目標位置としてセットし、STEP１００６へ進む。STEP１００６ではSTEP１００５でセットした目標値であるエリア境界８２へ向けてレンズ駆動方向１１２の方向へズームレンズ１１を駆動する。STEP１００７では目標値に到達しているか判断する処理で、到達していなければSTEP１００８へ、到達していればSTEP１００５へ戻り次に遠いエリア境界を目標値としてセットする。STEP１００８は原点パルス検出の判断処理で、検出がなければSTEP１００６へ戻り、原点パルスを検出していればSTEP１００９へ進む。STEP１００９ではPOT１２からのPOT値よりエリアを検出する。STEP１０１０では絶対位置を算出し位置を確定して終了し、撮影可能状態となる。

本実施例では、実施例１、実施例２同様、予め設定したPOTの範囲に唯一1個の原点パルスが存在するような構成を持つことで、複数原点パルスから基準位置を特定し絶対位置を確定することを可能にした。さらに予め設定したエリア境界値を目標値としてレンズを自動駆動することで、記憶データを増加させることなく、又端点に当たることのない自動初期化を可能にした。

以上より、本発明では複数原点パルスから基準位置を特定し絶対位置を確定でき、さらに原点パルスの増加に伴う読み書き可能なメモリへの記憶データ量の増加を低減でき、端点に当たることのない自動初期化を可能にした。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の構成を表すブロック図である。 エンコーダの簡略図である。 制御対象の駆動範囲におけるPOTの出力電圧特性、エンコーダパルス波形、原点信号を示す図である。 第一の実施形態における原点信号、エリア境界を示す図である。 工場出荷時の端点動作処理のフローチャートである。 (a)第一の実施形態におけるエリア境界の規定値を示す図である。 (b)第一の実施形態における端点動作処理で記憶するデータを示す図である。 第一、第二の実施形態における電源投入後、絶対位置確定までのフローチャートである。 第二の実施形態における原点信号、エリア境界を示す図である。 (a)第二、第三の実施形態におけるエリア境界の規定値を示す図である。 (b)第二、第三の実施形態における端点動作処理で記憶するデータを示す図である。 第三の実施形態における電源投入後、絶対位置確定までのフローチャートである。 第三の実施形態における原点信号、エリア境界を示す図である。

符号の説明

４１ エリア境界
４２ 原点パルス
STEP５０７ 相対位置記憶手段
STEP７０４ 絶対位置確定手段
STEP１００５ 目標境界位置設定手段

Claims (7)

1. 該制御対象の絶対位置を検出する絶対位置検出手段と、
   該制御対象の相対位置を検出する相対位置検出手段と、
   該制御対象の原点を検出する原点検出手段と、
   制御対象の駆動範囲における一方の端点から任意の位置のまでの前記相対位置検出手段により
   検出した相対位置を記憶する相対位置記憶手段を具備し、
   予め規定する前記駆動範囲を任意の数だけ分割する境界を有し、
   前記境界により分割される範囲に唯一1個の前記原点が存在する構成で、
   電源投入後の該制御対象の初期化動作において、
   前記駆動範囲内の唯一1つの原点通過により絶対位置を算出する
   絶対位置確定手段を有する
   ことを特徴とする位置検出装置。
2. 前記絶対位置の確定前は前記絶対位置検出手段により決めた位置で
   制御を行う仮位置制御手段と、
   前記絶対位置の確定後は前記仮位置制御手段から確定した位置での
   制御に乗り移る位置制御変換手段を更に有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記境界のうち、いずれか1つを目標値として設定する目標境界位置設定手段および、
   前記目標境界位置設定手段により設定した位置まで
   該制御対象を駆動させる自動駆動手段を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
4. 該制御対象は光学素子である
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の位置検出装置。
5. 前記境界は絶対位置検出手段により規定する
   ことを特徴とする請求項４に記載の位置検出装置。
6. 前記絶対位置検出手段はポテンショメータであり、
   前記相対位置検出手段はエンコーダである
   ことを特徴とする請求項４に記載の位置検出装置。
7. 前記エンコーダは、前記原点検出手段を有する
   ことを特徴とする請求項６に記載位置検出装置。

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