JP3941083B2

JP3941083B2 - 位置検出装置

Info

Publication number: JP3941083B2
Application number: JP07401798A
Authority: JP
Inventors: 篤司金山
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2018-03-23
Also published as: JPH11271041A; DE19913144A1; DE19913144C2; US6919928B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は位置検出装置に係り、特に、テレビレンズのフォーカスやズーム等を電動で操作する操作装置において操作部材の操作量を検出する検出器やレンズ位置の検出器等に用いて好適な位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にテレビカメラ用レンズのズームやフォーカスを操作する操作装置は、操作リングや操作ノブの操作量を検出するためにポテンショメータやロータリーエンコーダを使用している。例えば、放送用のフォーカス操作装置は、操作量が１〜３回転の回転型操作ノブが広く用いられている。かかる操作装置では、操作ノブの回転端（エンド）があるため、操作量を検出する検出器の形態としてはポテンショメータメータやアブソリュート型のロータリーエンコーダのような絶対位置検出器が望ましい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アブソリュート型のロータリーエンコーダは、価格、大きさ、分解能、及び消費電力の点で必ずしも有利な手段ではなく、現在のところ気軽に採用することができるものではない。
一方、インクリメント型のロータリーエンコーダは、ポテンショメータに比較して、動作の信頼性が高く、また、操作量と出力信号との関係の直線性がよいという利点を有しているが、インクリメント型のロータリーエンコーダを使用した場合は、電源投入後にカメラマンが一旦、基準位置（例えば回転端）に移動させて初期設定をするという煩わしい作業が必要となり、利便性の観点から好ましくない。また、仮に、電源切断前に現在位置をメモリ等に記憶しておいたとしても、電源切断時に操作部が操作され移動してしまった場合には、メモリに記憶した位置と実際の位置の整合がとれなくなり、役に立たないという問題がある。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、インクリメント型ロータリーエンコーダなどの相対位置検出手段と、ポテンショメータ等の絶対位置検出手段とを組み合わせて、電源投入時の初期設定作業が不要で、検出量（操作量）と出力信号との関係の直線性がよく、高信頼性、低コストを実現できる位置検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係る位置検出装置は、所定の可動範囲内で移動自在な可動部の変位量を検出する相対位置検出手段と、前記可動範囲内における前記可動部の絶対位置を検出する絶対位置検出手段と、前記可動範囲内における前記可動部の各位置に対する前記絶対位置検出手段の出力データを予め記憶しておくとともに、前記可動範囲の端点を基準位置とするときの前記相対位置検出手段の出力データを、前記絶対位置検出手段の各出力データに対応づけて予め記憶しておく記憶手段と、を備え、電源投入時に前記絶対位置検出手段から複数個の検出情報を読み込むと共に、前記相対位置検出手段からの検出情報をも参照し、該相対位置検出手段の検出情報に基づいて前記可動部の移動の有無を判別し、該判別により前記可動部の移動がなく、かつ前記複数個の検出情報にばらつきがないと判定された場合には、前記絶対位置検出手段から得られた前記検出情報を参照して前記可動部の現在位置を示すデータを取得し、該データに対応する前記相対位置検出手段の出力データを前記記憶手段から読み出して前記相対位置検出手段の現在位置を特定し、以後、前記相対位置検出手段の検出情報によって前記可動部の位置を検出するように構成され、前記判別により前記可動部の移動がなく、かつ前記複数個の検出情報にばらつきがあると判定された場合には、前記複数個の検出情報から平均値に近いデータを求め、該データに対応する前記相対位置検出手段の出力データを前記記憶手段から読み出して前記相対位置検出手段の現在位置を特定し、以後、前記相対位置検出手段の検出情報によって前記可動部の位置を検出するように構成され、前記判別により前記可動部の移動があることで前記複数個の検出情報がばらついたと判定された場合には、前記絶対位置検出手段から得られる検出情報によって前記可動部の位置を検出するように構成されていることを特徴としている。
【００１０】
かかる構成の位置検出装置によれば、電源投入時に可動部の現在位置を絶対位置検出手段で把握し、記憶手段に格納してある絶対位置検出手段と相対位置検出手段と対応関係を示すデータを基に、この現在位置に合わせて相対位置検出手段の現在位置が設定される。これにより、電源投入後直ちに相対位置検出手段による高精度の位置検出が可能となる。
【００１１】
ところで、安価な絶対位置検出手段を採用した場合、その劣化によるノイズが問題となることも予想され、電源投入時に絶対位置検出手段から出力される検出情報がばらつき、前記記憶手段に記録したデータと、実際の検出データとの対応関係が把握できない場合も考えられる。そこで、本発明の如く、電源投入時に前記絶対位置検出手段から複数個の検出情報を読み込むと共に、前記相対位置検出手段からの検出情報をも参照し、該相対位置検出手段の検出情報に基づいて前記可動部の移動の有無を判別して前記絶対位置検出手段の検出情報の信頼性を判断することが好ましい。
【００１２】
このように、検出情報のばらつきが、ノイズによるものか、可動部の移動によるものかを判断し、ノイズによるものと判別した場合には、検出情報の加算平均化や、安定データの抽出などの措置を講じることにより、一層精度の高い位置検出が可能となる。また、本発明の位置検出装置の具体的態様として、前記相対的位置検出手段にはインクリメント型ロータリーエンコーダと、該ロータリーエンコーダから出力されるエンコードパルスをカウントするカウンタとを用い、前記絶対位置検出手段にはポテンショメータを用いることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る位置検出装置の好ましい実施の形態について詳説する。
図１には、本発明に係る位置検出装置をテレビカメラのレンズ操作装置に適用した例が示されている。このレンズ操作装置１０は、主として、操作ノブ１２、該操作ノブ１２の操作量を検出するインクリメント型のロータリーエンコーダ１４、カウンタ１６、ポテンショメータ１８、Ａ／Ｄ変換器２０、中央処理装置（ＣＰＵ）２２及び各種データを格納したＲＯＭ２４等から成る。
【００１４】
操作ノブ１２は、レンズのフォーカスを操作する操作部材であり、操作ノブ１２の操作量に応じたレンズ制御信号がＣＰＵ２２から図示せぬテレビレンズに送出される。
操作ノブ１２の回動量はロータリーエンコーダ１４及びポテンショメータ１８によって検出される。ロータリーエンコーダ１４は、操作ノブ１２の回動量に応じたエンコードパルスを出力する。ロータリーエンコーダ１４が出力するエンコードパルスはカウンタ１６で計数され、カウンタ１６のカウント値（計数結果）をＣＰＵ２２が読み込むようになっている。一方、ポテンショメータ１８からは、操作ノブ１２の操作量に応じた電圧信号が出力される。このポテンショメータ１８の出力信号はＡ／Ｄ変換器２０に加えられ、ここでデジタル信号に変換された後、ＣＰＵ２２に取り込まれる。
【００１５】
図２は、ロータリーエンコーダ１４及びポテンショメータ１８の特性を示すグラフであり、横軸が回転角、縦軸がロータリーエンコーダ１４の出力パルス数、及びポテンショメータ１８の出力電圧を示す。そして、図中▲１▼で示す直線がロータリーエンコーダ１４の特性を示すグラフであり、▲２▼の曲線がポテンショメータ１８の特性を示すグラフである。
【００１６】
同図に示すようにロータリーエンコーダ１４（直線▲１▼）は回転角に対して出力パルス数が直線的に変化する特性を有し、操作量に対する出力信号の関係の直線性（リニアリティ）がよい。これに対し、ポテンショメータ１８（曲線▲２▼）は回転角と出力電圧の関係が直線的ではなく、操作量と出力信号との間に比例関係が無いのが一般的である。
【００１７】
これらロータリーエンコーダ１４とポテンショメータ１８とを併用して、操作ノブ１２の操作量（即ち、回動位置）を次のようにして検出する。
先ず、レンズ操作装置１０の製造時に、ポテンショメータ１８の端点（図２中Ａ点及びＢ点）における出力電圧を調べ、これら両端（Ａ点、Ｂ点）の電圧データをＲＯＭ２４に記憶しておく。
【００１８】
そして、電源投入時（起動時）にポテンショメータ１８の検出情報を、Ａ／Ｄ変換器２０を介してＣＰＵ２２で読み込み、ポテンショメータ１８の現在位置を確認する。ポテンショメータメータ１８がＡ点又はＢ点の何れかの端点に一致していない場合には、ポテンショメータメータ１８がＡ点又はＢ点の何れかに到達するまでの間、ポテンショメータ１８の出力電圧をＡ／Ｄ変換したデータを使用して操作ノブ１２の操作量を検出する。その後、操作中にポテンショメータ１８がＡ点又はＢ点の何れかの端点に到達したら、ロータリーエンコーダ１４のカウンタ１６をリセットし、以後、ロータリーエンコーダ１４の出力パルスをカウントしたデータを使用して操作ノブ１２の操作量を検出するように構成される。
【００１９】
尚、電源投入時において初めからポテンショメータメータ１８がＡ点又はＢ点の何れかの端点に一致していれば、直ちにロータリーエンコーダ１４のカウンタ１６をリセットし、以後、ロータリーエンコーダ１４の出力パルスをカウントしたデータを参照して操作ノブ１２の操作量を検出する。
次に、上記の如く構成された位置検出器を用いたレンズ操作装置の作用について説明する。
【００２０】
図３は、図１のレンズ操作装置における処理の流れを示すフローチャートである。尚、図３中ポテンショメータを「ＰＯＴ」と略記する。電源投入時、先ず、ＣＰＵ２２はポテンショメータ１８の検出データをＡ／Ｄ変換器２０を介して読み込む（ステップＳ１１０）。次いで、この読み込んだデータとＲＯＭ２４に記憶してある両端（Ａ点、Ｂ点）の電圧データとを比較して、ポテンショメータ１８がＡ点又はＢ点の何れかの端点に来ているか否かを判別する（ステップＳ１１２）。
【００２１】
ポテンショメータ１８が端点（Ａ点又はＢ点）に到達していない場合には、ポテンショメータ１８の検出データをレンズの制御信号として使用することにする（ステップＳ１１４）。他方、電源投入時のポテンショメータ出力判断（ステップＳ１１２）において、最初からポテンショメータ１８が端点に到達していることが確認された場合には、ロータリーエンコーダ１４のカウンタ１６をリセットして（ステップＳ１１６）、ロータリーエンコータ１４の検出データをレンズの制御信号として使用することにする。
【００２２】
続いて、ロータリーエンコーダ１４の検出データに基づいてレンズを制御しているか否かの確認が行われる（ステップＳ１１８）。起動時のポテンショメータ出力判断（ステップＳ１１２）でポテンショメータ１８が端点（Ａ点又はＢ点）に到達していないという状況下では、この確認判別（ステップＳ１１８）は「ＮＯ」と判定され、ステップＳ１２０に進む。そして、ステップＳ１２０で再び、ポテンショメータ１８がＡ点、Ｂ点何れか一方の端に到達したか否かの判別が行われるが、この場合は、かかる判定も「ＮＯ」となる。こうして、ポテンショメータ１８の検出データに応じたレンズ制御が実行される（ステップＳ１２８）。
【００２３】
操作ノブ１２の操作に従ってレンズが制御されると（ステップＳ１２８）、処理はステップＳ１１８に戻り、ロータリーエンコーダ１４の検出データに基づいてレンズを制御しているか否かの確認が行われる（ステップＳ１１８）。ポテンショメータ１８の検出データを使用してレンズ制御を行っている期間中、このステップＳ１１８の判断は「ＮＯ」となり、続いて、レンズ操作によってポテンショメータ１８が端に到達したか否かが確認される（ステップＳ１２０）。ポテンショメータ１８が端に到達していなければ、処理はステップＳ１２８に進んで、上述の処理（ステップＳ１１８〜１２８）を繰り返すことになる。
【００２４】
他方、ステップＳ１２０において、レンズ操作の結果ポテンショメータ１８が端に到達すると、ロータリーエンコーダ１４のカウンタ１６をリセットし（ステップＳ１２４）、ロータリーエンコーダ１４の検出データに基づくレンズ制御に切り替える（ステップＳ１２６）。そして、ロータリーエンコーダ１４の検出データを制御信号として使用して、レンズの制御を行う（ステップＳ１２８）。
【００２５】
その後は、ステップＳ１１８の判別において、ロータリーエンコーダ１４による制御中であることが「ＹＥＳ」と判定されるので、処理はステップＳ１２８に進み、ロータリーエンコーダ１４の検出データに応じたレンズ制御が続けられることになる。
なお、電源投入時のポテンショメータ出力判断（ステップＳ１１２）において、最初からポテンショメータ１８が端点に来ていることが検出され、ステップＳ１１６でロータリーエンコーダ１４による制御に設定された場合には、続く、ステップＳ１１８の判別でロータリーエンコーダ１４による制御中という判定が下され、処理はステップＳ１２８に進む。従って、かかるケースでは、電源投入直後から、ロータリーエンコーダ１４の検出データに従ってレンズ制御が行われる。
【００２６】
上述のように、電源投入時からポテンショメータ１８が最初に端点（Ａ点又はＢ点）に達するまでの間は、ポテンショメータ１８による絶対位置データを使用して操作ノブ１２の操作量を検出し、その後、ポテンショメータ１８が端点に到達時にインクリメント型ロータリーエンコーダ１４のカウンタ１６をリセットして、以後ロータリーエンコーダ１４による相対位置データを使用して操作ノブ１２の操作量を検出している。
【００２７】
本実施の形態によれば、ポテンショメータ１８の設定は、操作ノブ１２の回転範囲内でＡ／Ｄ変換器２０の入力電圧範囲内であればよく、従来のポテンショメータのみの場合と比較して、設定を正確に行う必要が無いので製造が容易である。また、ここで用いるポテンショメータ１８は、分解能もそれほど必要としないので、安価なもので良く、低コスト化を図ることができる。
【００２８】
続いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図１で説明したように、ロータリーエンコーダ１４とポテンショメータ１８とを併用した位置検出装置において、ポテンショメータ１８の直線性に関する問題を解決すべく、以下に述べる方法を用いてもよい。
即ち、図４に示したように、操作ノブ１２の回動範囲（Ａ点〜Ｂ点）の全域に亘って、ある回転角θi の時のポテンショメータ１８の出力電圧データＰi と、これに対応するロータリーエンコーダ１４の出力パルス数Ｒi と、を必要とする分解能（例えば、フォーカス操作の場合１３ｂｉｔ相当）で予めＲＯＭ２４に記憶しておく。
【００２９】
そして、起動時に先ず、ポテンショメータ１８から現在位置を示す検出データを読み込み、その検出データに対応するロータリーエンコーダ１４の出力データをＲＯＭ２４から読み出す。こうしてＲＯＭ２４から読み出した出力パルス数をカウンタ１６の起算値として設定し、このパルス数からエンコードパルスのカウントを開始する。そして、以後、ロータリーエンコーダ１４の出力パルスをカウントしたデータを使用してレンズ操作を行う。
【００３０】
ところで、かかる構成を採用した場合、ポテンショメータ１８の劣化によるノイズが問題となり、ポテンショメータ１８が検出する現在位置と、ＲＯＭ２４から読み出すロータリーエンコーダ１４のパルス数との対応にズレが生ずる場合がある。特に、安価なポテンショメータを用いる場合には、かかる劣化によるノイズへの対策が必要となる。
【００３１】
そこで、ポテンショメータ１８からデータにバラツキがある場合には、ポテンショメータ１８のデータを読み込むと同時に、ロータリーエンコーダ１４の検出データをも参照し、ポテンショメータ１８の動作が正しいものであるか否かの判断を行って、正しいと思われる情報のみを参照するとよい。図５には、上記の如く構成された本発明の第２の実施の形態に係るレンズ操作装置における処理の流れが示されている。電源投入後、先ず、ポテンショメータ１８からのデータを複数回読み込み、複数個のポテンショメータデータ（ＰＯＴデータ）をサンプリングする（ステップＳ１５０）。そして、これら複数個のサンプリングデータを加算平均処理するなどして、各データにばらつきがあるか否かを判別する（ステップＳ１５２）。サンプリングデータにばらつきがなければ、ポテンショメータ１８のデータに対応するロータリーエンコーダ１４の出力パルス数をＲＯＭ２４から読み出し（ステップＳ１５４）、この読み出したデータをロータリーエンコーダ１４の現在位置として設定する（ステップＳ１５６）。
【００３２】
その後、この現在位置を示す出力パルス数からロータリーエンコーダ１４の出力パルスのカウントを開始し、ロータリーエンコーダ１４による検出データを参照してレンズ制御を行う（ステップＳ１７０）。
他方、ステップＳ１５２において、サンプリングデータにばらつきがあると判定した場合には、次いで、ロータリーエンコーダ１４の検出データの読み込みを行う（ステップＳ１５８）。そして、このときロータリーエンコーダ１４から取得した検出データに基づいて、操作ノブ１２が操作されているか否かを判別する（ステップＳ１６０）。
【００３３】
操作ノブ１２が操作されたことによって、前記サンプリングデータがばらついたと判断した場合には、ポテンショメータ１８の検出データを使用して、その操作に応じたレンズ制御を実行し（ステップＳ１６２）、処理はステップＳ１５０に戻る。
一方、ステップＳ１６０において、操作ノブ１２が操作されていないと判定した場合には、操作ノブ１２が操作されていないにもかかわらず、前記サンプリングデータにバラツキがあるということになり、ポテンショメータ１８の出力信号に無視できないノイズが含まれていることになる。
【００３４】
従って、この場合、ステップＳ１５０でサンプリングしたポテンショメータ１８のデータのうちから、平均値に近いデータを抽出する等の方法によって、より安定したデータを抽出する（ステップＳ１６４）。そして、抽出したポテンショメータ１８のデータに対するロータリーエンコーダ１４の出力データをＲＯＭ２４から読み出し（ステップＳ１６６）、この読み込んだデータをロータリーエンコーダ１４の現在位置に設定する（ステップＳ１６８）。
【００３５】
以後、この現在位置からロータリーエンコーダ１４のカウンタ１６のカウントを開始して、ロータリーエンコーダ１４による検出データを使用してレンズ制御を行う（ステップＳ１７０）。
上記実施の形態では、本発明に係る位置検出装置をレンズ操作装置に適用し、操作ノブ１２の回動位置を検出する場合を例に説明したが、本発明に係る位置検出装置は、レンズ操作装置に適用する以外にも、例えば、光軸に沿って前後に移動するレンズの現在位置を検出する手段にも適用することができる。
【００３６】
つまり、従来ポテンショメータのみ、又はロータリーエンコーダのみを使用していた位置検出部に、本発明に係る位置検出装置を広く応用することが可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る位置検出装置によれば、相対位置検出手段と絶対位置検出手段とを併用し、必要に応じて双方の情報を参照して可動部の位置を検出するようにしたので、従来の相対位置検出手段のみの場合では不可欠な基準位置設定の為の初期作業が不要となる。また、動作の信頼性が高く、検出量と出力信号との関係の直線性がよい相対位置検出手段と、比較的安価な絶対位置検出手段とを組み合わせることで、高信頼性、低コスト化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る位置検出装置が適用されたレンズ操作装置の構成を示すブロック図
【図２】図１のレンズ操作装置に使用されるロータリーエンコーダとポテンショメータの特性を示すグラフ
【図３】図１に示したレンズ操作装置の処理の流れを示すフローチャート
【図４】本発明の第２の実施の形態を説明するために用いたロータリーエンコーダとポテンショメータの特性を示すグラフ
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るレンズ操作装置の処理の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
１０…レンズ操作装置
１２…操作ノブ（可動部に相当）
１４…ロータリーエンコーダ（相対位置検出手段に相当）
１６…カウンタ
１８…ポテンショメータ（絶対位置検出手段に相当）
２０…Ａ／Ｄ変換器
２２…中央処理装置（ＣＰＵ）
２４…ＲＯＭ（記憶手段に相当）

Claims

所定の可動範囲内で移動自在な可動部の変位量を検出する相対位置検出手段と、
前記可動範囲内における前記可動部の絶対位置を検出する絶対位置検出手段と、
前記可動範囲内における前記可動部の各位置に対する前記絶対位置検出手段の出力データを予め記憶しておくとともに、前記可動範囲の端点を基準位置とするときの前記相対位置検出手段の出力データを、前記絶対位置検出手段の各出力データに対応づけて予め記憶しておく記憶手段と、
を備え、
電源投入時に前記絶対位置検出手段から複数個の検出情報を読み込むと共に、前記相対位置検出手段からの検出情報をも参照し、該相対位置検出手段の検出情報に基づいて前記可動部の移動の有無を判別し、該判別により前記可動部の移動がなく、かつ前記複数個の検出情報にばらつきがないと判定された場合には、前記絶対位置検出手段から得られた前記検出情報を参照して前記可動部の現在位置を示すデータを取得し、該データに対応する前記相対位置検出手段の出力データを前記記憶手段から読み出して前記相対位置検出手段の現在位置を特定し、以後、前記相対位置検出手段の検出情報によって前記可動部の位置を検出するように構成され、
前記判別により前記可動部の移動がなく、かつ前記複数個の検出情報にばらつきがあると判定された場合には、前記複数個の検出情報から平均値に近いデータを求め、該データに対応する前記相対位置検出手段の出力データを前記記憶手段から読み出して前記相対位置検出手段の現在位置を特定し、以後、前記相対位置検出手段の検出情報によって前記可動部の位置を検出するように構成され、
前記判別により前記可動部の移動があることで前記複数個の検出情報がばらついたと判定された場合には、前記絶対位置検出手段から得られる検出情報によって前記可動部の位置を検出するように構成されていることを特徴とする位置検出装置。
前記相対的位置検出手段はインクリメント型ロータリーエンコーダと、該ロータリーエンコーダから出力されるエンコードパルスをカウントするカウンタとから成り、前記絶対位置検出手段はポテンショメータから成ることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
請求項１または２記載の位置検出装置によって操作ノブの位置を検出し、その検出データをレンズの制御信号として出力することを特徴とするレンズ操作装置。