JP4403323B2

JP4403323B2 - POSITION DETECTION DEVICE, CAMERA DEVICE, AND LENS POSITION DETECTION METHOD

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Publication number: JP4403323B2
Application number: JP16896499A
Authority: JP
Inventors: 俊史高岡
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-06-15
Filing date: 1999-06-15
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2019-06-15
Also published as: JP2000356504A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォーカスレンズ等の可動レンズの位置を検出する位置検出装置及びカメラ装置並びにレンズ位置調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラ装置は、鏡筒内に、対物レンズや撮像素子が配設されるとともに、対物レンズと撮像素子との間にズームレンズやフォーカスレンズ等の可動レンズが配設されている。この可動レンズの位置検出は、固定部となる鏡筒に取り付けられた位置検出素子と可動レンズ側に取り付けられたマグネットとからなる位置検出センサにより行われている。そして、位置検出素子からは、所定周期の正弦波に略近似される検出信号が出力される。この検出信号に基づいて位置検出センサの位置、すなわち可動レンズの位置情報を生成する位置検出回路は、正弦波の最大値及び最小値の近傍を含む全体を用い位置情報を生成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、出力レベルが最大値及び最小値の近傍では、可動レンズの位置変化に対して出力レベルの変化が小さくなる。加えて、最大値や最小値の近傍において、歪み等のばらつきがあると、正確な位置情報を生成することができない。したがって、このような位置検出センサでは、可動レンズの位置制御を正確に行うことができず、可動レンズを正確に移動操作することができなくなる。
【０００４】
ところで、ビデオカメラ装置の中には、携帯可能な大きさまで小型化が図られたものがある。この種のビデオカメラ装置は、撮像部とマイクとが極めて近い位置に配設されている。このため、小型のビデオカメラ装置に上述した可動レンズの位置を検出する位置検出センサを用いた場合には、可動レンズか円滑に移動しないことに基づく音響ノイズがマイクに集音されてしまうことになる。一方で、小型化が図られたビデオカメラ装置では、マイクと撮像部とを離して配設することは困難である。
【０００５】
そこで、本発明は、第１及び第２の磁気ヘッドの位置を正確に検出することができる位置検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、カメラ装置に用いられる可動レンズの位置を正確に検出することができるレンズ位置検出回路を備えたカメラ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
更に、カメラ装置に用いられる可動レンズの位置を正確に検出することができるレンズ位置検出方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る位置検出装置は、上述のような課題を解決すべく、所定のピッチで磁気信号が記録されたマグネットと、所定の間隔をもって配設され、上記マグネットに記録された磁気信号を検出する第１及び第２の磁気ヘッドと、上記第１及び第２の磁気ヘッドで検出された第１及び第２の検出信号を第１及び第２のデジタル信号に変換し、該第１及び第２のデジタル信号の交点レベルで該第１及び第２のデジタル信号のうち、出力レベルの変化が大きい方のデジタル信号に切り換えて、該第１及び第２の磁気ヘッドの上記マグネットに対する相対的な位置を算出する位置検出回路と、上記位置検出回路の制御の下に、上記第１及び第２の磁気ヘッドに電圧を印加する電圧印加回路とを備え、上記位置検出回路は、電源投入時に、第１の電圧と第２の電圧を上記第１及び第２の磁気ヘッドに印加するように上記電圧印加回路を制御して、上記第１及び第２のデジタル信号の少なくとも１周期分を取り込んで、それらの最大値及び最小値を求め、該最大値及び最小値から、該電圧印加回路が印加する電圧と該第１及び第２の磁気ヘッドの第１及び第２の検出信号との増加率を求め、該増加率に基づいて、該第１及び第２の検出信号に要求される所定の電圧を決定するとともに、その後、該所定の電圧を印加するように、該電圧印加回路を制御する。
【０００９】
また、本発明に係るカメラ装置は、上述のような課題を解決すべく、鏡筒内に配設される固定レンズと撮像素子との間及び／又は固定レンズ間に配設される可動レンズ又は上記鏡筒に取り付けられ、磁気信号が所定のピッチで記録されたマグネットと、上記鏡筒又は上記可動レンズに所定の間隔をもって取り付けられ、上記マグネットに記録された磁気信号を検出する第１及び第２の磁気ヘッドと、上記第１及び第２の磁気ヘッドで検出された第１及び第２の検出信号を第１及び第２のデジタル信号に変換し、該第１及び第２のデジタル信号の交点レベルで該第１及び第２のデジタル信号のうち、出力レベルの変化が大きい方のデジタル信号に切り換えて、該第１及び第２の磁気ヘッドの上記マグネットに対する相対的な位置を算出し、上記可動レンズの位置を検出するレンズ位置検出回路と、上記位置検出回路の制御の下に、上記第１及び第２の磁気ヘッドに電圧を印加する電圧印加回路とを備え、上記位置検出回路は、電源投入時に、第１の電圧と第２の電圧を上記第１及び第２の磁気ヘッドに印加するように上記電圧印加回路を制御して、上記第１及び第２のデジタル信号の少なくとも１周期分を取り込んで、それらの最大値及び最小値を求め、該最大値及び最小値から、該電圧印加回路が印加する電圧と該第１及び第２の磁気ヘッドの第１及び第２の検出信号との増加率を求め、該増加率に基づいて、該第１及び第２の検出信号に要求される所定の電圧を決定するとともに、その後、該所定の電圧を印加するように、該電圧印加回路を制御する。
【００１０】
更に、本発明に係るレンズ位置調整方法は、上述した課題を解決すべく、略２００μｍ〜略３２０μｍの間隔で磁気信号が記録され、可動レンズ又は該可動レンズが配設された鏡筒に取り付けられたマグネットに対して、それぞれの出力の位相差が略９０°となるように該鏡筒又は該可動レンズに取り付けられた第１及び第２の磁気ヘッドを移動して、該第１及び第２の磁気ヘッドで検出された第１及び第２の検出信号を少なくとも１周期分第１及び第２のデジタル信号に変換して取り込む工程と、上記第１及び第２のデジタル信号の最大値及び最小値を保持する工程と、上記第１及び第２のデジタル信号の最大値及び最小値に基づいて、上記マグネットに対する上記第１及び第２の磁気ヘッドの相対的な位置を算出し、上記可動レンズの位置を検出する工程とを備え、更に、電源投入時には、第１の電圧と第２の電圧を上記第１及び第２の磁気ヘッドに印加し、上記第１及び第２のデジタル信号の少なくとも１周期分を取り込んで、それらの最大値及び最小値を求め、該最大値及び最小値から、該第１の電圧と第２の電圧の変化と上記第１及び第２の検出信号の変化の増加率を求め、該増加率に基づいて、該第１及び第２の検出信号に要求される所定の電圧を決定し、その後の実際の使用時において、該所定の電圧を該第１及び第２の磁気ヘッドに印加する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用されたビデオカメラ装置について、図面を参照して説明する。
【００１２】
このビデオカメラ装置は、携帯可能な大きさまで小型化され、全体が略矩形状に形成されている。そして、ビデオカメラ装置の前面部には、被写体を撮像する撮像部１が設けられている。この撮像部１は、図１に示すように、固定部となる鏡筒２内に複数の固定レンズと可動レンズとが光軸を一致させて配設されてなる。具体的に、鏡筒２内には、固定レンズである対物レンズ３と、複数の固定レンズからなる固定レンズ群４とが配設され、対物レンズ３と固定レンズ群４との間に可動レンズであるズームレンズ５が配設され、固定レンズ群４と撮像素子６との間に可動レンズであるフォーカスレンズ７が配設されている。
【００１３】
固定レンズである対物レンズ３は、取付板３ａに取り付けられ、この取付板３ａが鏡筒２に取り付けられることで、鏡筒２より外方に臨んで配設されている。また、固定レンズ群４も取付板４ａに取り付けられ、図示しない取付機構により鏡筒２に取り付けられている。また、撮像素子６は、例えばＣＣＤ（charge coupled device）であり、取付板６ａに固定して取り付けられている。
【００１４】
可動レンズであるズームレンズ５は、取付板５ａに取り付けられている。取付板５ａには、一端に、図示しないガイド孔が形成され、このガイド孔には、鏡筒２内に光軸と略平行に配設されたガイド軸８が挿通されている。また、取付板５ａの他端側には、ガイド部材９が取り付けられ、このガイド部材９には、鏡筒２に光軸と平行に配設されたガイド軸１１が挿通されている。また、可動レンズであるフォーカスレンズ７は、取付板７ａに取り付けられている。取付板７ａには、一端に、図示しないガイド孔が形成され、このガイド孔には、ガイド軸８が挿通されている。また、取付板７ａには、他端側に、ガイド部材１２が取り付けられている。このガイド部材１２には、ガイド軸１１が挿通されている。すなわち、ズームレンズ５及びフォーカスレンズ７は、鏡筒２内に、取付板５ａ，７ａを介して光軸と平行のガイド軸８，１１に支持されることで、鏡筒２内に光軸方向に移動可能に取り付けられている。
【００１５】
これらズームレンズ５とフォーカスレンズ７とは、図１に示すように、駆動機構１３，１４により光軸方向に移動される。ズームレンズ５を移動させる駆動機構１３とフォーカスレンズ７を移動させる駆動機構１４は、ガイド軸１１側に配設され、共にリニアモータよりなる。なお、駆動機構１３と駆動機構１４は、共に同一の構成を有するため、以下同一の符号を付して説明する。
【００１６】
駆動機構１３，１４は、ガイド部材９，１２に取り付けられるボイスコイル１５，１５と、鏡筒２に取り付けられたマグネットとヨークとからなる磁気回路部１６，１６とからなる。駆動機構１３，１４は、ボイスコイル１５，１５に駆動信号が供給されると、光軸方向に駆動力（ローレンツ力）を発生させ、ズームレンズ５とフォーカスレンズ７を光軸方向に移動させる。
【００１７】
ところで、駆動機構１３，１４を構成するボイスコイル１５，１５に流す電流は、ズームレンズ５及びフォーカスレンズ７の位置をそれぞれ検出する位置検出機構２１，２２の出力に基づいて制御される。すなわち、本発明を適用したビデオカメラ装置では、位置検出機構２１，２２の出力に基づいてズームレンズ５及びフォーカスレンズ７の現在の位置、移動速度、加速度等を算出し、これらのデータをフィードバックしながら駆動電流を制御するサーボ制御を行っている。そして、ズームレンズ５及びフォーカスレンズ７をなるべく短時間に所望の位置に精度良く移動することが要求されることから、ズームレンズ５及びフォーカスレンズ７の位置は、非常に重要であり、その検出には高い精度が要求される。
【００１８】
ここで、これらの位置検出機構２１，２２の具体的な構成について説明する。なお、ズームレンズ用の位置検出機構２１とフォーカスレンズ用の位置検出機構２２は、同じ構造を有するので、図２に示すように、単に位置検出機構３０として説明し、また、ズームレンズ５又はフォーカスレンズ７は、単に可動レンズ２５として説明する。
【００１９】
位置検出機構３０は、図２及び図３に示すように、可動レンズ２５に連結されたマグネット３１と、マグネット３１に対向して鏡筒２に設けられたセンサ３２ａ，３２ｂとを備える。そして、可動レンズの移動に伴ってマグネット３１が移動し、これにより、マグネット３１とセンサ３２ａ，３２ｂは相対的に移動する。
【００２０】
マグネット３１は、図３に示すように、それぞれ幅がλ／２の複数の磁極３１ａからなり、隣接する磁極３１ａは、着磁の方向が互いに逆向きになっている。可動レンズ２５に必要とされる微少な調節を考慮すると、λは、２００μｍ〜３２０μｍであり、例えば２００μｍである。また、マグネット３１の全体の長さは、可動レンズ２５、すなわちズームレンズ５又はフォーカスレンズ７の可動範囲に対応している。
【００２１】
センサ３２ａは、図３に示すように、基板２９上に例えば薄膜形成された２つの磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子という。）３２ａ１，３２ａ２からなり、これらは互いに直列に接続され、その一端が電源Ｖｃｃに接続され、他端がアースＧに接続されており、２つのＭＲ素子３２ａ１，３２ａ２の接続点がセンサ３２ａの出力となっている。センサ３２ｂも同様に、直列接続された２つのＭＲ素子３２ｂ１，３２ｂ２からなり、その一端が電源Ｖｃｃに接続され、他端がアースＧに接続され、接続点がセンサ３２ｂの出力となっている。また、図４に示すように、λ／４を１８０度とすると、ＭＲ素子３２ａ１，３２ｂ１とＭＲ素子３２ａ２，３２ｂ２は、それぞれ１８０度の整数倍、すなわちλ／４の整数倍離れて配設されているとともに、ＭＲ素子３２ａ１とＭＲ素子３２ｂ１は、９０度、すなわちλ／８の整数倍離れて配設されている。具体的に、ＭＲ素子３２ａ１とＭＲ素子３２ｂ１との間隔は、ほぼ５０μｍである。
【００２２】
また、位置検出機構３０は、図５に示すように、センサ３２ａ，３２ｂ（以下、単にセンサ３２という。）の出力にオフセット電圧を加える差動増幅器３３と、差動増幅器３３の出力を位置データに変換するアナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器という。）３４と、Ａ／Ｄ変換器３４からの位置データに基づいて、駆動機構１３，１４を構成するボイスコイル１５，１５に流れる駆動電流を制御するとともに、センサ３２の電源電圧及びオフセット電圧を制御するための制御データを出力する位置演算回路３５と、位置演算回路３５からの制御データをアナログ電圧に変換するデジタル／アナログ変換器（以下、Ｄ／Ａ変換器という。）３６とを備える。
【００２３】
そして、センサ３２ａ，３２ｂに対して、マグネット３１を相対的に移動すると、センサ３２ａ，３２ｂからは、図６に示すように、互いに位相が９０度ずれ、周期がλの正弦波に略近似される信号（以下、Ａ相信号、Ｂ相信号という。）が出力される。これらのＡ相信号、Ｂ相信号は、図５に示すように、差動増幅器３３に供給される。
【００２４】
差動増幅器３３は、Ａ相信号、Ｂ相信号から後述するオフセット電圧を減算し、減算結果をＡ／Ｄ変換器３４に供給する。Ａ／Ｄ変換器３４は、オフセット電圧が加えられたＡ相信号、Ｂ相信号をそれぞれ例えば８ビットのデータに変換して、位置演算回路３５に供給する。
【００２５】
位置演算回路３５は、例えばマイクロプロセッサからなり、Ａ／Ｄ変換器３４からのデータに基づき、２相のデータを、それらの交点で切り換えながら、可動レンズの例えば位置、移動方向、移動速度、加速度を演算し、例えば利用者が操作して設定した画角となるように、ズームレンズ５を移動するためのズーム制御データを生成するとともに、図示しないフォーカスセンサの出力が０とするようにフォーカスレンズ７を移動するためのフォーカス制御データを生成する。すなわち、センサの出力レベルが最大値近傍では、可動レンズの位置の変化に対してセンサの出力レベルの変化が小さくなるが、本発明を適用したこのビデオカメラ装置では、２つのセンサ３２ａ，３２ｂを、出力位相が９０度となるように配設し、各センサ３２ａ，３２ｂの出力をそれらの交点で、位置に対する感度が高い信号が常に得られるように切り換えている。これにより、可動レンズ２５を正確に目的とする位置に移動することができる。
【００２６】
また、位置演算回路３５は、ビデオカメラ装置毎のセンサ３２及び／又はマグネット３１の取付ばらつき、ＭＲ素子３２ａ１，３２ａ２，３２ｂ１，３２ｂ２及び／又はマグネット３１の温度特性や経年変化を考慮して、後述するセンサ３２のゲイン及びオフセット電圧を制御するためのゲイン制御データ及びオフセット制御データを生成する。
【００２７】
Ｄ／Ａ変換器３６は、これらの制御データをアナログ電圧に変換して、センサ３２ａ，３２ｂに印加するとともに、差動増幅器３３に供給する。なお、マイクロプロセッサとしては、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器を内蔵した種類のものを用いてもよく、この場合、外付けのＡ／Ｄ変換器３４及び／又はＤ／Ａ変換器３６は不要である。
【００２８】
以上のような位置演算回路３５の具体的な動作について、図７に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２９】
例えば利用者がビデオカメラ装置の電源を投入すると、ステップＳ１において、位置演算回路３５は、センサ３２のゲインが所定のゲインとなるようなゲイン制御データＶ_{ｇａｉｎ１}と、差動増幅器３３がセンサ３２の出力をそのまま出力するようなオフセット電圧を加えないオフセット制御データＶ_{ｏｆｆｓｅｔ０}とを生成して、Ｄ／Ａ変換器３６に供給する。Ｄ／Ａ変換器３６は、ゲイン制御データＶ_{ｇａｉｎ１}、オフセット制御データＶ_{ｏｆｆｓｅｔ０}をそれぞれアナログの電圧に変換し、ゲイン制御データＶ_{ｇａｉｎ１}に基づいた電圧を電源電圧としてセンサ３２に供給するとともに、オフセット制御データＶ_{ｏｆｆｓｅｔ０}に基づいた電圧、すなわち０ボルトを差動増幅器３３の負入力端子に供給する。
【００３０】
ところで、センサ３２の出力は、ＭＲ素子３２ａ_１〜３２ｂ_２に印加する電圧に比例する。したがって、電源を投入した直後にセンサ３２に印加される電圧は、何れのビデオカメラ装置でも一定となるが、上述したように、センサ３２及び／又はマグネット３１の取付は、ビデオカメラ装置毎に異なっているので、ビデオカメラ装置毎のセンサ３２の出力、すなわち位置演算回路３５に入力されるデータは異なったものとなる。
【００３１】
ステップＳ２において、位置演算回路３５は、可動レンズ２５を例えば基準位置から少なくとも２００μｍ、すなわち少なくとも１周期分のＡ相信号及びＢ相信号が得られるように移動させる制御を行い、このときに得られるセンサ３２の出力の最大値及び最小値をＭＡＸ_１、ＭＩＮ_１として記憶する。
【００３２】
ステップＳ３において、位置演算回路３５は、ゲイン制御データＶ_{ｇａｉｎ２}とオフセット制御データＶ_{ｏｆｆｓｅｔ０}を生成してＤ／Ａ変換器３６に供給する。
【００３３】
ステップＳ４において、位置演算回路３５は、再び可動レンズ２５を少なくとも１周期分のＡ相信号及びＢ相信号が得られるように移動させる制御を行い、このときに得られるセンサ３２の出力の最大値及び最小値をＭＡＸ_２、ＭＩＮ_２として記憶する。
【００３４】
ステップＳ５において、位置演算回路３５は、下記式１に従ってゲインＶ_ｇａｉｎを算出し、ゲイン制御データとしてＤ／Ａ変換器３６に供給するとともに、オフセット電圧Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}を下記式２に従って算出し、オフセット制御データとして差動増幅器３３の負入力端子に供給する。
【００３５】
Ｖ_ｇａｉｎ＝｛（Ｖ_ｔｏｐ−Ｖ_{ｂｏｔｔｏｍ}）−（ＭＡＸ_１−ＭＩＮ_１）｝
÷｛（ＭＡＸ_２−ＭＩＮ_２）−（ＭＡＸ_１−ＭＩＮ_１）｝
×（Ｖ_{ｇａｉｎ２}−Ｖ_{ｇａｉｎ１}）＋Ｖ_{ｇａｉｎ１}
・・・式１
Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}＝（Ｖ_ｔｏｐ＋Ｖ_{ｂｏｔｔｏｍ}）／２−（Ｖ_ｇａｉｎ−Ｖ_{ｇａｉｎ１}）
÷（Ｖ_{ｇａｉｎ１}−Ｖ_{ｇａｉｎ２}）×｛（ＭＡＸ_１＋ＭＩＮ_１）／２
−（ＭＡＸ_２＋ＭＩＮ_２）／２｝＋（ＭＡＸ_１＋ＭＩＮ_１）／２
＋Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ０}
・・・式２
ここで、Ｖ_ｔｏｐ、Ｖ_{ｂｏｔｔｏｍ}は、センサ３２出力に要求される所定の電圧である。すなわち、位置演算回路３５は、上述した動作により、図８に示すように、ゲイン制御データをＶ_{ｇａｉｎ１}からＶ_{ｇａｉｎ２}に変化させたときのセンサ３２の出力振幅の増加率を求め、この増加率に基づいて、センサ３２の出力振幅を（Ｖ_ｔｏｐ−Ｖ_{ｂｏｔｔｏｍ}）にするゲインＶ_ｇａｉｎとオフセット電圧Ｖ_{ｏｆｆｓｅｔ}を求める。かくして、製造時におけるセンサ３２及び／又はマグネット３１の取付等にビデオカメラ装置毎のばらつきが存在しても、電源を投入して、上述の処理が行われた後は、全てのビデオカメラ装置において略等しいセンサ出力が得られる。換言すると、製造時に従来必要とされたセンサ３２及びマグネット３１の取付の機械的な調整を不要とすることができる。また、例えば日中と夜間、夏と冬の温度変化、特性の経年変化等に起因するセンサ出力の変動を、使用時に常に較正することができる。
【００３６】
そして、位置演算回路３５は、以上のようにして較正したセンサ３２、すなわちセンサ３２ａ，３２ｂの各出力であるＡ相信号とＢ相信号に基づき、上述したように、可動レンズ２５の位置、移動方向、移動速度、加速度を検出して、可動レンズ２５をなるべく短時間に所望の位置に精度良く移動する制御を行う。具体的には、位置演算回路３５は、Ａ相信号及びＢ相信号の精度が高い部分を用いて、すなわちＡ相信号とＢ相信号の交点で使用する信号を切り換えて傾きが急峻な部分を用いて、可動レンズを目的の位置に正確に移動させる制御を行う。
【００３７】
ところで、位置演算回路３５にＡ相信号とＢ相信号のデータを取り込むために、Ａ／Ｄ変換器３４を用いていることから、取り込まれるデータは離散的なものであり、Ａ／Ｄ変換器３４のサンプリング周波数によっては、Ａ相信号とＢ相信号の交点を正確に検出できないことがある。そこで、本発明を適用したビデオカメラ装置では、位置演算回路３５に保持しておくサンプル数をＡ相信号とＢ相信号の少なくとも１周期以上とし、Ａ相信号とＢ相信号の切換を、上述した図６に示すように、Ａ相の上の切換レベル、Ａ相の下の切換レベル、内挿で得られたＢ相の上の切換レベル、内挿で得られたＢ相の下の切換レベルで行うようにしている。また、本発明を適用したビデオカメラ装置では、例えばマグネット３１がセンサ３２に対して斜めに取り付けられ、センサ３２のマグネット３１に対する相対的な位置の違いにより、Ａ相信号及びＢ相信号の最大値（振幅）が変動するのを無くすために、Ａ相信号及びＢ相信号を、例えば最小値及び最大値を０と２５５に対応付け２５６ビットで常に正規化するようにしている。
【００３８】
ここで、位置演算回路３５におけるＡ相信号及びＢ相信号の正規化及び切換動作の具体例について、図９に示すフローチャートを参照して説明する。
【００３９】
ステップＳ１１において、位置演算回路３５は、センサ３２からオフセット調整用の差動増幅器３３及びＡ／Ｄ変換器３４を介して入力されるＡ相信号とＢ相信号のデータ（以下、個々のデータをサンプル値という。）を少なくとも１周期以上分順次取り込み、取り込んだ順にＡ相信号とＢ相信号の各サンプル値が前に求めたそれぞれの最大値（以下、Ａ相の前最大値、Ｂ相の前最大値という。）よりも大きいかを判定して、該当するときは、ステップＳ１２に進み、該当しないときは、ステップＳ１３に進む。
【００４０】
ステップＳ１２において、位置演算回路３５は、それぞれＡ相の前最大値、Ｂ相の前最大値よりも大きなＡ相信号及びＢ相信号の各サンプル値を新たな最大値として保持し、ステップＳ１３に進む。
【００４１】
ステップＳ１３において、位置演算回路３５は、Ａ相信号とＢ相信号の各サンプル値が、それぞれＡ相の前最小値、Ｂ相の前最小値よりも小さいかを判定して、該当するときは、ステップＳ１４に進み、該当しないときは、ステップＳ１５に進む。
【００４２】
ステップＳ１４において、位置演算回路３５は、それぞれＡ相の前最小値、Ｂ相の前最小値よりも小さなＡ相信号とＢ相信号の各サンプル値を新たな最小値として保持し、ステップＳ１５に進む。
【００４３】
ステップＳ１５において、位置演算回路３５は、ステップＳ１２及びステップＳ１４で求めた最大値及び最小値により、Ａ相信号とＢ相信号の各サンプル値を正規化して、ステップＳ１６に進む。すなわち、位置演算回路３５は、ステップＳ１１〜ステップＳ１５の処理により、例えばマグネット３１とセンサ３２が相対的に傾いて取り付けられ、センサ３２のマグネット３１に対する相対的な位置の違いによりセンサ３２の出力振幅が変動する場合でも、最大値及び最小値が常に一定のＡ相信号とＢ相信号を得ることができる。
【００４４】
ところで、ステップＳ１１〜ステップＳ１４に処理において、最大値よりも大きな雑音を誤って保持するおそれがある。そこで、本発明を適用したビデオカメラ装置では、以下の処理を設けている。
【００４５】
すなわち、ステップＳ１６において、位置演算回路３５は、Ａ相信号のサンプル値がＡ相信号の振幅の中心値かを判定し、該当するときは、ステップＳ１７に進み、該当しないときは、ステップＳ１９に進む。
【００４６】
ステップＳ１７において、位置演算回路３５は、振幅の中心値であるＡ相信号のサンプル値に対応したＢ相信号のサンプル値が、Ｂ相信号の振幅の中心値よりも大きいかを判定し、該当するときは、ステップＳ１８に進み、該当しないときは、ステップＳ１９に進む。
【００４７】
ステップＳ１８において、位置演算回路３５は、Ｂ相信号の現在のサンプル値をＢ相信号の最大値として、ステップＳ１９に進む。
【００４８】
ステップＳ１９において、位置演算回路３５は、Ｂ相信号のサンプル値がＢ相信号の振幅の中心値かを判定し、該当するときは、ステップＳ２０に進み、該当しないときは、ステップＳ２２に進む。
【００４９】
ステップＳ２０において、位置演算回路３５は、振幅の中心値であるＢ相信号のサンプル値に対応したＡ相信号のサンプル値が、Ａ相信号の振幅の中心値よりも大きいかを判定し、該当するときはステップＳ２１に進み、該当しないときはステップＳ２２に進む。
【００５０】
ステップＳ２１において、位置演算回路３５は、Ａ相信号の現在のサンプル値をＡ相信号の最大値として、ステップＳ２２に進む。
【００５１】
ステップＳ２２において、ステップＳ１８及びステップ２１に求めた最大値及び最小値により、Ａ相信号とＢ相信号の各サンプル値を正規化して、ステップＳ２３に進む。すなわち、Ａ相信号とＢ相信号は位相が９０度異なることから、いずれか一方が振幅の中心値であるときは、他方は最大値又は最小値である。したがって、位置演算回路３５は、ステップＳ１１〜ステップＳ１５の処理において誤って雑音をＡ相信号又はＢ相信号の最大値として保持した場合であっても、ステップＳ１６〜ステップＳ２１の処理により、各相信号の正しい最大値を求めることができる。
【００５２】
ところで、上述したように、位置演算回路３５には、Ａ相信号とＢ相信号が離散的なサンプル値として取り込まれ、Ａ相信号とＢ相信号の交点を正確に特定することができない。そこで、本発明を適用したビデオカメラでは、以下の処理により、Ａ相信号とＢ相信号の切換を行っている。
【００５３】
ステップＳ２３において、位置演算回路３５は、図１０に示すように、各サンプル値を順次所定レベルであるＡ相の上の切換レベルｃｒｏｓｓＡ_１と比較し、現サンプル値が切換レベルｃｒｏｓｓＡ_１を超えたかを判定し、該当するときは、ステップＳ２４に進み、該当しないときは、ステップＳ２７に進む。
【００５４】
ステップＳ２４において、位置演算回路３５は、Ｂ相信号の現サンプル値が、Ｂ相信号の振幅の中心値よりも大きいかを判定し、該当するときは、ステップＳ２５に進み、該当しないときは、ステップＳ２６に進む。
【００５５】
ステップＳ２５において、位置演算回路３５は、前サンプル値と現サンプル値の内挿、例えば下記式３により、Ｂ相の上の切換レベルｃｕｒＢ_１を算出して、ステップＳ２７に進む。
【００５６】
ｃｕｒＢ_１＝
ｃｕｒＢ−｛（ｃｒｏｓｓＡ−ｃｕｒＡ）（ｃｕｒＢ−ｐｒｅｖＢ）｝
／｛（ｐｒｅｖＡ−ｃｕｒＡ）｝
・・・式３
ここで、ｃｒｏｓｓＡは、Ａ相の切換レベルであり、図６に示すＡ相の上の切換レベルｃｒｏｓｓＡ_１又は下の切換レベルｃｒｏｓｓＡ_２が代入され、ｐｒｅｖＡ，ｐｒｅｖＢ、ｃｕｒＡ、ｃｕｒＢは、図１０に示すように、Ａ相の前サンプル値、Ｂ相の前サンプル値、Ａ相の現サンプル値、Ｂ相の現サンプル値である。
【００５７】
一方、ステップＳ２６において、位置演算回路３５は、式３により、Ｂ相の下の切換レベルｃｕｒＢ_２を算出して、ステップＳ２７に進む。
【００５８】
ステップＳ２７において、位置演算回路３５は、各サンプル値を順次所定レベルであるＡ相の下の切換レベルｃｒｏｓｓＡ_２と比較し、現サンプル値が切換レベルｃｒｏｓｓＡ_２を下回ったかを判定し、該当するときは、ステップＳ２８に進み、該当しないときは、ステップＳ３１に進む。
【００５９】
ステップＳ２８において、位置演算回路３５は、Ｂ相信号の現サンプル値が、Ｂ相信号の振幅の中心値よりも大きいかを判定し、該当するときはステップＳ２９に進み、該当しないときはステップＳ３０に進む。
【００６０】
ステップＳ２９において、位置演算回路３５は、式３により、Ｂ相の上の切換レベルｃｕｒＢ_１を算出して、ステップＳ３１に進む。
【００６１】
一方、ステップＳ３０において、位置演算回路３５は、式３により、Ｂ相の下の切換レベルｃｕｒＢ_２を算出して、ステップＳ３１に進む。
【００６２】
ステップＳ３１において、位置演算回路３５は、Ａ相信号とＢ相信号の各サンプル値を、Ａ相及びＢ相の上下の切換レベルで正規化し、位置データとする。
【００６３】
すなわち、本発明を適用したビデオカメラでは、最大値と最小値による正規化と、上下の切換レベルによる正規化との２回の初期化を行い、１回目の規格化後のＡ相とＢ相の値がほぼ同じになった位置でのレベル、すなわち電圧をＡ相の切換レベルとして保持しておき、初期化動作の後の通常動作中ではこのＡ相の切換レベルの更新を行わない。そして、Ｂ相の切換レベルは、通常動作中にＡ相の前回の正規化で得られた前サンプル値と、現サンプル値とを比較して、Ａ相の切換レベルを跨いでいるときのレベルとしている。
【００６４】
ビデオカメラ装置は、Ａ相信号とＢ相信号の切換を上述のように行うことから、可動レンズ２５の位置を正確に検出することができることから、可動レンズ２５を駆動機構１３，１４により円滑に移動することができ、可動レンズ２５の位置精度の悪化に伴う音響ノイズの発生を防止することができる。特に、携帯可能な大きさまで小型化され、駆動機構１３，１４とマイクとの位置が極めて近くに配設されたビデオカメラ装置では、音響ノイズがマイクに集音されることがなくなるので特に有効である。
【００６５】
以上、本発明が適用されたビデオカメラ装置について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、静止画を撮影するいわゆるデジタルカメラ装置にも適用することができる。また、上述した例では、鏡筒２にセンサが取り付けられ、可動レンズにマグネットが取り付けられている場合について説明したが、これとは逆に、センサを可動レンズに取り付け、マグネットを鏡筒に取り付けるようにしてもよい。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、第１及び第２の磁気ヘッドで検出された第１及び第２の検出信号を第１及び第２のデジタル信号に変換し、第１及び第２のデジタル信号の交点レベルで第１及び第２のデジタル信号のうち、出力レベルの変化が大きい方のデジタル信号に切り換えて第１及び第２の磁気ヘッドの位置を検出することから、位置に対する感度が高い信号を得ることができる。したがって、磁気ヘッドの位置を正確に検出することができ、例えばカメラ装置等の可動レンズの位置を正確に検出することができる。
また、製造時における磁気ヘッド及び／又はマグネットの取付等にカメラ装置毎のばらつきが存在しても、電源を投入して、上述の処理が行われた後は、全てのカメラ装置において略等しいセンサ出力が得られる。換言すると、製造時に従来必要とされた磁気ヘッド及びマグネットの取付の機械的な調整を不要とすることができる。また、例えば日中と夜間、夏と冬の温度変化、特性の経年変化等に起因する磁気ヘッド出力の変動を、使用時に常に較正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたビデオカメラ装置の鏡筒の断面図である。
【図２】可動レンズの駆動機構の要部側面図である。
【図３】可動レンズの位置を検出する位置検出機構の斜視図である。
【図４】位置検出機構を構成するセンサとマグネットとの関係を示す側面図である。
【図５】位置検出機構の制御系を示すブロック図である。
【図６】２相センサの出力特性を示す図である。
【図７】ゲイン・オフセットを調整する手順を示すフローチャートである。
【図８】センサのゲインとセンサの出力レベルを示す図である。
【図９】２相のセンサの切換手順を示すフローチャートである。
【図１０】Ｂ相の切換電圧の算出例を説明する図である。
【符号の説明】
１撮像部、２鏡筒、３対物レンズ、４固定レンズ群、５ズームレンズ、６撮像素子、７フォーカスレンズ、１３，１４駆動機構（リニアモータ）、２１，２２位置検出機構、３１マグネット、３２ａ，３２ｂＭＲセンサ、３４Ａ／Ｄ変換器、３５位置演算回路、３６Ｄ／Ａ変換器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a position detection device, a camera device, and a lens position adjustment method for detecting the position of a movable lens such as a focus lens.
[0002]
[Prior art]
  In the video camera apparatus, an objective lens and an imaging element are disposed in a lens barrel, and a movable lens such as a zoom lens and a focus lens is disposed between the objective lens and the imaging element. The position detection of the movable lens is performed by a position detection sensor including a position detection element attached to a lens barrel serving as a fixed portion and a magnet attached to the movable lens side. The position detection element outputs a detection signal approximately approximated to a sine wave having a predetermined period. A position detection circuit that generates position information of the position detection sensor based on this detection signal, that is, position information of the movable lens, generates position information using the whole including the vicinity of the maximum value and the minimum value of the sine wave.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
  However, when the output level is in the vicinity of the maximum value and the minimum value, the change in the output level is small with respect to the change in the position of the movable lens. In addition, if there is variation such as distortion in the vicinity of the maximum value or the minimum value, accurate position information cannot be generated. Therefore, with such a position detection sensor, the position control of the movable lens cannot be performed accurately, and the movable lens cannot be accurately moved.
[0004]
  By the way, some video camera devices have been reduced in size to be portable. In this type of video camera device, the image pickup unit and the microphone are disposed at extremely close positions. For this reason, when the position detection sensor for detecting the position of the movable lens described above is used in a small video camera device, acoustic noise based on the fact that the movable lens does not move smoothly is collected by the microphone. Become. On the other hand, in a video camera device that is downsized, it is difficult to dispose the microphone and the imaging unit separately.
[0005]
  Accordingly, an object of the present invention is to provide a position detection device that can accurately detect the positions of the first and second magnetic heads.
[0006]
  It is another object of the present invention to provide a camera device including a lens position detection circuit that can accurately detect the position of a movable lens used in the camera device.
[0007]
  Furthermore, it aims at providing the lens position detection method which can detect the position of the movable lens used for a camera apparatus correctly.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  The position detection device according to the present invention is to solve the above-described problems.Magnets having magnetic signals recorded at a predetermined pitch, first and second magnetic heads arranged at predetermined intervals to detect magnetic signals recorded on the magnets, and the first and second magnets The first and second detection signals detected by the head are converted into first and second digital signals, and the first and second digital signals are converted at the intersection level of the first and second digital signals. , By switching to a digital signal having a larger output level change, and calculating the relative position of the first and second magnetic heads with respect to the magnet, and under the control of the position detection circuit, A voltage application circuit for applying a voltage to the first and second magnetic heads, and the position detection circuit outputs the first voltage and the second voltage to the first and second magnetic heads when power is turned on. To be applied to The voltage application circuit is controlled to capture at least one period of the first and second digital signals to obtain their maximum and minimum values, and from the maximum and minimum values, the voltage application circuit An increase rate between the applied voltage and the first and second detection signals of the first and second magnetic heads is obtained, and a predetermined required for the first and second detection signals is obtained based on the increase rate. Then, the voltage application circuit is controlled so that the predetermined voltage is applied.
[0009]
  In addition, the camera device according to the present invention is to solve the above-described problems.A movable lens disposed between a fixed lens and an imaging element disposed in the lens barrel and / or between the fixed lenses or a magnet on which the magnetic signal is recorded at a predetermined pitch; First and second magnetic heads which are attached to the lens barrel or the movable lens at a predetermined interval and detect magnetic signals recorded on the magnet, and first and second magnetic heads detected by the first and second magnetic heads. The first and second detection signals are converted into first and second digital signals, and the output level of the first and second digital signals changes at the intersection level of the first and second digital signals. Switching to the larger digital signal, calculating the relative position of the first and second magnetic heads with respect to the magnet, and detecting the position of the movable lens; and the position detection circuit And a voltage application circuit for applying a voltage to the first and second magnetic heads, and the position detection circuit outputs the first voltage and the second voltage when the power is turned on. The voltage application circuit is controlled so as to be applied to the second magnetic head, and at least one period of the first and second digital signals is taken to obtain the maximum value and the minimum value thereof, and the maximum value is obtained. An increase rate between the voltage applied by the voltage application circuit and the first and second detection signals of the first and second magnetic heads is obtained from the value and the minimum value, and based on the increase rate, the first The predetermined voltage required for the second detection signal is determined, and then the voltage application circuit is controlled so as to apply the predetermined voltage.
[0010]
  Furthermore, the lens position adjustment method according to the present invention is to solve the above-described problems.Magnetic signals are recorded at an interval of approximately 200 μm to approximately 320 μm, and the phase difference between the outputs of the movable lens or the magnet attached to the lens barrel provided with the movable lens is approximately 90 °. The first and second magnetic heads attached to the lens barrel or the movable lens are moved, and the first and second detection signals detected by the first and second magnetic heads are at least for one cycle. Converting and capturing the first and second digital signals; holding the maximum and minimum values of the first and second digital signals; and the maximum values of the first and second digital signals; Calculating the relative positions of the first and second magnetic heads with respect to the magnet based on the minimum value, and detecting the position of the movable lens. And the second electric Is applied to the first and second magnetic heads, and at least one period of the first and second digital signals is captured to determine their maximum and minimum values, and from the maximum and minimum values, The change rate of the first voltage and the second voltage and the increase rate of the change of the first and second detection signals are obtained, and the first and second detection signals are required based on the increase rate. A predetermined voltage is determined, and the predetermined voltage is applied to the first and second magnetic heads during actual use thereafter.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  A video camera device to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.
[0012]
  This video camera device is downsized to a portable size and is formed in a substantially rectangular shape as a whole. An imaging unit 1 that captures an image of a subject is provided on the front surface of the video camera device. As shown in FIG. 1, the imaging unit 1 includes a plurality of fixed lenses and a movable lens arranged in a lens barrel 2 serving as a fixed unit with optical axes aligned. Specifically, an objective lens 3 that is a fixed lens and a fixed lens group 4 including a plurality of fixed lenses are disposed in the lens barrel 2, and a movable lens is provided between the objective lens 3 and the fixed lens group 4. A zoom lens 5 is disposed, and a focus lens 7 which is a movable lens is disposed between the fixed lens group 4 and the image sensor 6.
[0013]
  The objective lens 3, which is a fixed lens, is attached to the attachment plate 3 a, and the attachment plate 3 a is attached to the lens barrel 2 so as to face outward from the lens barrel 2. The fixed lens group 4 is also attached to the attachment plate 4a and attached to the barrel 2 by an attachment mechanism (not shown). The image sensor 6 is a charge coupled device (CCD), for example, and is fixedly attached to the attachment plate 6a.
[0014]
  The zoom lens 5 which is a movable lens is attached to the attachment plate 5a. A guide hole (not shown) is formed at one end of the mounting plate 5a, and a guide shaft 8 disposed substantially parallel to the optical axis in the lens barrel 2 is inserted into the guide hole. Further, a guide member 9 is attached to the other end side of the attachment plate 5a, and a guide shaft 11 disposed in the lens barrel 2 in parallel with the optical axis is inserted into the guide member 9. Moreover, the focus lens 7 which is a movable lens is attached to the attachment plate 7a. A guide hole (not shown) is formed at one end of the mounting plate 7a, and a guide shaft 8 is inserted into the guide hole. A guide member 12 is attached to the attachment plate 7a on the other end side. A guide shaft 11 is inserted through the guide member 12. That is, the zoom lens 5 and the focus lens 7 are supported in the lens barrel 2 by the guide shafts 8 and 11 parallel to the optical axis via the mounting plates 5a and 7a in the lens barrel 2, so It is attached to be movable.
[0015]
  The zoom lens 5 and the focus lens 7 are moved in the optical axis direction by the drive mechanisms 13 and 14 as shown in FIG. A drive mechanism 13 for moving the zoom lens 5 and a drive mechanism 14 for moving the focus lens 7 are disposed on the guide shaft 11 side, and both are made of a linear motor. Since the drive mechanism 13 and the drive mechanism 14 have the same configuration, the following description will be given with the same reference numerals.
[0016]
  The drive mechanisms 13, 14 include voice coils 15, 15 attached to the guide members 9, 12, and magnetic circuit parts 16, 16 composed of magnets and yokes attached to the lens barrel 2. When a drive signal is supplied to the voice coils 15 and 15, the drive mechanisms 13 and 14 generate a drive force (Lorentz force) in the optical axis direction, and move the zoom lens 5 and the focus lens 7 in the optical axis direction.
[0017]
  By the way, the currents flowing through the voice coils 15 and 15 constituting the drive mechanisms 13 and 14 are controlled based on the outputs of the position detection mechanisms 21 and 22 that detect the positions of the zoom lens 5 and the focus lens 7, respectively. That is, the video camera device to which the present invention is applied calculates the current position, moving speed, acceleration, and the like of the zoom lens 5 and the focus lens 7 based on the outputs of the position detection mechanisms 21 and 22, and feeds back these data. Servo control is performed to control the drive current. Since it is required to move the zoom lens 5 and the focus lens 7 to desired positions with high accuracy in as short a time as possible, the positions of the zoom lens 5 and the focus lens 7 are very important for detection. High accuracy is required.
[0018]
  Here, a specific configuration of these position detection mechanisms 21 and 22 will be described. The position detection mechanism 21 for the zoom lens and the position detection mechanism 22 for the focus lens have the same structure. Therefore, as shown in FIG. The lens 7 will be described simply as the movable lens 25.
[0019]
  As shown in FIGS. 2 and 3, the position detection mechanism 30 includes a magnet 31 connected to the movable lens 25 and a magnet 31.Tube2 is provided with sensors 32a and 32b. Then, the magnet 31 moves with the movement of the movable lens, whereby the magnet 31 and the sensors 32a and 32b move relatively.
[0020]
  As shown in FIG. 3, the magnet 31 is composed of a plurality of magnetic poles 31a each having a width of λ / 2, and the adjacent magnetic poles 31a are magnetized in opposite directions. Considering the fine adjustment required for the movable lens 25, λ is 200 μm to 320 μm, for example, 200 μm. Also,The entire length of the magnet 31 corresponds to the movable range of the movable lens 25, that is, the zoom lens 5 or the focus lens 7.
[0021]
  As shown in FIG. 3, the sensor 32a is composed of two magnetoresistive elements (hereinafter referred to as MR elements) 32a1 and 32a2 formed on a substrate 29, for example, as a thin film. Is connected to the power source Vcc, the other end is connected to the ground G, and the connection point of the two MR elements 32a1 and 32a2 is the output of the sensor 32a. Similarly, the sensor 32b includes two MR elements 32b1 and 32b2 connected in series, one end of which is connected to the power supply Vcc, the other end is connected to the ground G, and the connection point is the output of the sensor 32b. As shown in FIG. 4, when λ / 4 is 180 degrees, the MR elements 32a1 and 32b1 and the MR elements 32a2 and 32b2 are arranged apart from each other by an integral multiple of 180 degrees, that is, an integral multiple of λ / 4. In addition, the MR element 32a1 and the MR element 32b1 are disposed 90 degrees apart from each other by an integer multiple of λ / 8. Specifically, the interval between the MR element 32a1 and the MR element 32b1 is approximately 50 μm.
[0022]
  Further, as shown in FIG. 5, the position detection mechanism 30 includes a differential amplifier 33 for adding an offset voltage to the outputs of the sensors 32a and 32b (hereinafter simply referred to as the sensor 32), and the output of the differential amplifier 33 as position data. Convert to analog /DigitalBased on the position data from the converter (hereinafter referred to as A / D converter) 34 and the A / D converter 34, it flows to the voice coils 15, 15 constituting the drive mechanisms 13, 14.RuThe position calculation circuit 35 that controls the drive current and outputs control data for controlling the power supply voltage and the offset voltage of the sensor 32, and converts the control data from the position calculation circuit 35 into an analog voltage.Digital/ Analog converter (hereinafter referred to as D / A converter) 36.
[0023]
  When the magnet 31 is moved relative to the sensors 32a and 32b, the sensors 32a and 32b are substantially approximated to a sine wave having a phase shift of 90 degrees and a period of λ as shown in FIG. (Hereinafter referred to as A phase signal and B phase signal). These A-phase signal and B-phase signal are supplied to the differential amplifier 33 as shown in FIG.
[0024]
  The differential amplifier 33 subtracts an offset voltage described later from the A-phase signal and the B-phase signal, and supplies the subtraction result to the A / D converter 34. The A / D converter 34 converts the A-phase signal and the B-phase signal, to which the offset voltage has been added, into 8-bit data, for example, and supplies the data to the position calculation circuit 35.
[0025]
  The position calculation circuit 35 is composed of, for example, a microprocessor, and based on the data from the A / D converter 34, two-phase data is obtained at the intersection of them.switchingOn the other hand, for example, the position, moving direction, moving speed, and acceleration of the movable lens are calculated, and for example, zoom control data for moving the zoom lens 5 is generated so that the angle of view set by the operation of the user is generated. Then, focus control data for moving the focus lens 7 is generated so that the output of the focus sensor (not shown) is zero. That is, when the output level of the sensor is in the vicinity of the maximum value, the change in the output level of the sensor is small with respect to the change in the position of the movable lens. However, in this video camera device to which the present invention is applied, the two sensors 32a and 32b The output phase is set to 90 degrees, and the outputs of the sensors 32a and 32b are switched so that a signal having high sensitivity to the position can always be obtained at their intersection. Thereby, the movable lens 25 can be accurately moved to the target position.
[0026]
  In addition, the position calculation circuit 35 is described later in consideration of variations in mounting of the sensor 32 and / or the magnet 31 for each video camera device, temperature characteristics of the MR elements 32a1, 32a2, 32b1, 32b2, and / or the magnet 31 and secular changes. Gain control data and offset control data for controlling the gain and offset voltage of the sensor 32 are generated.
[0027]
  D / A converter 36Converts these control data into analog voltages, applies them to the sensors 32a and 32b, and supplies them to the differential amplifier 33. As the microprocessor, an A / D converter or a type incorporating a D / A converter may be used. In this case, an external A / D converter 34 and / or a D / A converter are used. 36 is not necessary.
[0028]
  Position as aboveCalculationSpecific operation of the circuit 35InThis will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0029]
  For example, when the user turns on the power of the video camera device, in step S1, the position calculation circuit 35 causes the gain control data V so that the gain of the sensor 32 becomes a predetermined gain._gain1Offset control data V that does not apply an offset voltage such that the differential amplifier 33 outputs the output of the sensor 32 as it is._offset0Are supplied to the D / A converter 36. The D / A converter 36 receives the gain control data V_gain1, Offset control data V_offset0Are converted into analog voltages, respectively, and gain control data V_gain1Is supplied to the sensor 32 as a power supply voltage and the offset control data V_offset0Is supplied to the negative input terminal of the differential amplifier 33.
[0030]
  By the way, the output of the sensor 32 is the MR element 32a.₁~ 32b₂Is proportional to the voltage applied to. Therefore, the voltage applied to the sensor 32 immediately after the power is turned on is constant in any video camera device. However, as described above, the attachment of the sensor 32 and / or the magnet 31 is different for each video camera device. Therefore, the output of the sensor 32 for each video camera device, that is, the data input to the position calculation circuit 35 is different.
[0031]
  In step S2, the position calculation circuit 35 performs control to move the movable lens 25 so as to obtain at least 200 μm, that is, at least one period of A-phase signal and B-phase signal, for example, from the reference position. The maximum and minimum values of the sensor 32 output are set to MAX.₁, MIN₁Remember as.
[0032]
  In step S3, the position calculation circuit 35 receives the gain control data V_gain2And offset control data V_offset0Is supplied to the D / A converter 36.
[0033]
  In step S4, the position calculation circuit 35 performs control to move the movable lens 25 again so that an A-phase signal and a B-phase signal for at least one cycle are obtained, and the maximum value of the output of the sensor 32 obtained at this time. And the minimum value MAX₂, MIN₂Remember as.
[0034]
  In step S5, the position calculation circuit 35Is the gain V according to Equation 1 below._gainIs calculated and supplied to the D / A converter 36 as gain control data, and the offset voltage V_offsetIs calculated according to the following equation 2 and supplied to the negative input terminal of the differential amplifier 33 as offset control data.
[0035]
V_gain= {(V_top-V_bottom)-(MAX₁-MIN₁)}
÷ {(MAX₂-MIN₂)-(MAX₁-MIN₁)}
× (V_gain2-V_gain1) + V_gain1
... Formula 1
V_offset= (V_top+ V_bottom) / 2- (V_gain-V_gain1)
÷ (V_gain1-V_gain2) × {(MAX₁+ MIN₁) / 2
-(MAX₂+ MIN₂) / 2} + (MAX₁+ MIN₁) / 2
+ V_offset0
... Formula 2
Where V_top, V_bottomIs a predetermined voltage required for the sensor 32 output. That is, the position calculation circuit 35By the above-described operation, as shown in FIG._gain1To V_gain2The rate of increase of the output amplitude of the sensor 32 when it is changed to is obtained, and based on this rate of increase, the output amplitude of the sensor 32 is (V_top-V_bottom)gainV_gainAnd offsetVoltageV_offsetAsk for. Thus, even if there are variations in the attachment of the sensor 32 and / or the magnet 31 at the time of manufacture for each video camera device, all the video camera devices are turned on after the power is turned on and the above processing is performed. A substantially equal sensor output is obtained. In other words, mechanical adjustment of the attachment of the sensor 32 and the magnet 31 that has been conventionally required at the time of manufacture can be eliminated. In addition, sensor output fluctuations caused by, for example, temperature changes during the day and night, summer and winter, and changes in characteristics over time can be calibrated at all times.
[0036]
  Then, the position calculation circuit 35, as described above, moves and moves the movable lens 25 based on the A phase signal and the B phase signal that are the outputs of the sensor 32 calibrated as described above, that is, the sensors 32a and 32b. The direction, moving speed, and acceleration are detected, and control is performed to move the movable lens 25 to a desired position with high accuracy in as short a time as possible. Specifically, the position calculation circuit 35 uses the portion where the accuracy of the A-phase signal and the B-phase signal is high, that is, switches the signal used at the intersection of the A-phase signal and the B-phase signal to remove the portion where the slope is steep. The control is performed to move the movable lens to the target position accurately.
[0037]
  By the way, since the A / D converter 34 is used to capture the data of the A phase signal and the B phase signal into the position calculation circuit 35, the captured data is discrete, and the A / D converter Depending on the sampling frequency of 34, the intersection of the A-phase signal and the B-phase signal may not be detected accurately. Therefore, in the video camera device to which the present invention is applied, the number of samples held in the position calculation circuit 35 is set to at least one cycle of the A-phase signal and the B-phase signal, and the switching between the A-phase signal and the B-phase signal is performed as described above. As shown in FIG. 6, the switching level above the A phase, the switching level below the A phase, the switching level above the B phase obtained by interpolation, and the switching below the B phase obtained by interpolation. I try to do it at the level. In the video camera device to which the present invention is applied, for example, the magnet 31 is attached obliquely to the sensor 32, and the maximum value of the A-phase signal and the B-phase signal due to the difference in the relative position of the sensor 32 with respect to the magnet 31. In order to eliminate fluctuations in (amplitude), the A-phase signal and the B-phase signal are, for example,minimum valueas well asMaximum valueIs associated with 0 and 255, and is always normalized with 256 bits.
[0038]
  Here, a specific example of normalization and switching operations of the A-phase signal and the B-phase signal in the position calculation circuit 35 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0039]
  In step S11, the position calculation circuit 35 receives the data of the A phase signal and the B phase signal (hereinafter referred to as individual data) input from the sensor 32 via the differential amplifier 33 for offset adjustment and the A / D converter 34. The sample values are sequentially fetched for at least one period, and the respective sample values of the A-phase signal and the B-phase signal are obtained in the order in which they were taken (hereinafter referred to as the maximum value before the A phase, It is determined whether it is larger than the previous maximum value. If it is, the process proceeds to step S12. If not, the process proceeds to step S13.
[0040]
  In step S12, the position calculation circuit 35 holds the sample values of the A phase signal and the B phase signal that are larger than the previous maximum value of the A phase and the previous maximum value of the B phase, respectively, as new maximum values. move on.
[0041]
  In step S13, the position calculation circuit 35 determines whether the sample values of the A phase signal and the B phase signal are smaller than the previous minimum value of the A phase and the previous minimum value of the B phase, respectively. The process proceeds to step S14. If not applicable, the process proceeds to step S15.
[0042]
  In step S14, the position calculation circuit 35 holds the sample values of the A phase signal and the B phase signal, which are smaller than the previous minimum value of the A phase and the previous minimum value of the B phase, as new minimum values. move on.
[0043]
  In step S15, the position calculation circuit 35 normalizes each sample value of the A-phase signal and the B-phase signal with the maximum value and the minimum value obtained in steps S12 and S14, and proceeds to step S16. That is, in the position calculation circuit 35, for example, the magnet 31 and the sensor 32 are attached with a relative inclination by the processing of step S11 to step S15, and the output amplitude of the sensor 32 depends on the relative position of the sensor 32 with respect to the magnet 31. Even when fluctuates, it is possible to obtain an A-phase signal and a B-phase signal whose maximum and minimum values are always constant.
[0044]
  By the way, in the processing from step S11 to step S14, there is a possibility that noise larger than the maximum value is erroneously held. Therefore, the video camera device to which the present invention is applied has the following processing.
[0045]
  That is, in step S16, the position calculation circuit 35 determines whether the sample value of the A-phase signal is the center value of the amplitude of the A-phase signal. If applicable, the process proceeds to step S17. If not, the process proceeds to step S19. move on.
[0046]
  In step S17, the position calculation circuit 35 determines whether the sample value of the B phase signal corresponding to the sample value of the A phase signal, which is the center value of the amplitude, is larger than the center value of the amplitude of the B phase signal. If yes, go to Step S18, otherwise go to Step S19.
[0047]
  In step S18, the position calculation circuit 35 sets the current sample value of the B phase signal as the maximum value of the B phase signal, and proceeds to step S19.
[0048]
  In step S19, the position calculation circuit 35 determines whether the sample value of the B-phase signal is the center value of the amplitude of the B-phase signal. If applicable, the process proceeds to step S20. If not, the process proceeds to step S22.
[0049]
  In step S20, the position calculation circuit 35 determines whether the sample value of the A phase signal corresponding to the sample value of the B phase signal, which is the center value of the amplitude, is larger than the center value of the amplitude of the A phase signal. If yes, go to Step S21, otherwise go to Step S22.
[0050]
  In step S21, the position calculation circuit 35 sets the current sample value of the A phase signal as the maximum value of the A phase signal, and proceeds to step S22.
[0051]
  In step S22, each sample value of the A phase signal and the B phase signal is normalized by the maximum value and the minimum value obtained in step S18 and step 21, and the process proceeds to step S23. That is, since the phase of the A-phase signal and the B-phase signal differ by 90 degrees, when either one is the center value of the amplitude, the other is the maximum value or the minimum value. Therefore, even if the position calculation circuit 35 erroneously holds the noise as the maximum value of the A-phase signal or the B-phase signal in the processing of steps S11 to S15,S16-stepSBy the process of 21, the correct maximum value of each phase signal can be obtained.
[0052]
  By the way, as described above, the position calculation circuit 35 receives the A-phase signal and the B-phase signal as discrete sample values, and cannot accurately identify the intersection of the A-phase signal and the B-phase signal. Therefore, in the video camera to which the present invention is applied, switching between the A phase signal and the B phase signal is performed by the following processing.
[0053]
  In step S23, as shown in FIG. 10, the position calculation circuit 35 sequentially converts each sample value to a switching level crossA above the A phase that is a predetermined level.₁And the current sample value is the switching level crossA₁If it is true, the process proceeds to step S24. If not, the process proceeds to step S27.
[0054]
  In step S24, the position calculation circuit 35 determines whether the current sample value of the B-phase signal is larger than the center value of the amplitude of the B-phase signal. If applicable, the process proceeds to step S25. Proceed to step S26.
[0055]
  In step S25, the position calculation circuit 35 interpolates the previous sample value and the current sample value, for example, the switching level curB above the B phase according to Equation 3 below.₁Calculate the stepSProceed to 27.
[0056]
curB₁=
curB-{(crossA-curA) (curB-prevB)}
/ {(PrevA-curA)}
... Formula 3
  Here, crossA is the switching level of the A phase, and the switching level crossA above the A phase shown in FIG.₁Or lower switching level crossA₂, And prevA, prevB, curA, and curB are the previous sample value of the A phase, the previous sample value of the B phase, the current sample value of the A phase, and the current sample value of the B phase, as shown in FIG.
[0057]
  On the other hand, in step S26, the position calculation circuit 35 calculates the switching level curB below the B phase according to Equation 3.₂And the process proceeds to step S27.
[0058]
  In step S27, the position calculation circuit 35 sequentially converts each sample value to a switching level crossA below the A phase that is a predetermined level.₂And the current sample value is the switching level crossA₂The process proceeds to step S28 if applicable, and to step S31 if not applicable.
[0059]
  In step S28, the position calculation circuit 35 determines whether the current sample value of the B-phase signal is larger than the center value of the amplitude of the B-phase signal. If applicable, the process proceeds to step S29. Proceed to
[0060]
  In step S29, the position calculation circuit 35 calculates the switching level curB above the B phase according to Equation 3.₁Calculate the stepSProceed to 31.
[0061]
  On the other hand, in step S30, the position calculation circuit 35 calculates the switching level curB below the B phase according to Equation 3.₂And the process proceeds to step S31.
[0062]
  In step S31, the position calculation circuit 35 calculates each sample value of the A phase signal and the B phase signal as the A phase.as well asNormalize at the upper and lower switching levels of the B phase to obtain position data.
[0063]
  That is, in the video camera to which the present invention is applied, the normalization by the maximum value and the minimum value and the normalization by the upper and lower switching levels are performed twice, and the A phase and the B phase after the first normalization are performed. The level at the position at which the values are almost the same, that is, the voltage is held as the A-phase switching level, and the switching level of the A-phase is not updated during the normal operation after the initialization operation. The B-phase switching level is the level when the previous sample value obtained by the previous normalization of the A-phase during normal operation is compared with the current sample value and straddling the A-phase switching level. It is said.
[0064]
  Since the video camera apparatus performs switching between the A-phase signal and the B-phase signal as described above, the position of the movable lens 25 can be accurately detected. Therefore, the movable lens 25 can be smoothly moved by the drive mechanisms 13 and 14. Movable lens that can move25It is possible to prevent the generation of acoustic noise accompanying the deterioration of the positional accuracy. In particular, a video camera device that is downsized to a portable size and in which the positions of the drive mechanisms 13 and 14 and the microphone are arranged very close to each other is particularly effective because acoustic noise is not collected by the microphone. is there.
[0065]
  The video camera device to which the present invention is applied has been described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to this, and so-called a still image is captured.DigitalThe present invention can also be applied to a camera device. In the above-described example, the case where the sensor is attached to the lens barrel 2 and the magnet is attached to the movable lens has been described. Conversely, the sensor is attached to the movable lens and the magnet is attached to the lens barrel. At any rateGood.
[0066]
【The invention's effect】
  According to the present invention, the first and second detection signals detected by the first and second magnetic heads are converted into the first and second detection signals.DigitalConverted into a signal, the first and secondDigitalThe first and second at the intersection level of the signalDigitalOf the signals, the one whose output level change is largerDigitalSince the positions of the first and second magnetic heads are detected by switching to the signal, a signal with high sensitivity to the position can be obtained. Therefore, the position of the magnetic head can be accurately detected, and for example, the position of a movable lens such as a camera device can be accurately detected.
In addition, even if there are variations in the mounting of magnetic heads and / or magnets at the time of manufacturing for each camera device, after the power is turned on and the above processing is performed, all the camera devices have substantially the same sensor. Output is obtained. In other words, it is possible to eliminate the need for mechanical adjustment of the mounting of the magnetic head and the magnet, which has been conventionally required at the time of manufacture. In addition, fluctuations in the output of the magnetic head due to, for example, temperature changes during the day and night, summer and winter, and changes in characteristics over time can be calibrated at all times during use.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a lens barrel of a video camera device to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a side view of an essential part of a driving mechanism for a movable lens.
FIG. 3 is a perspective view of a position detection mechanism that detects the position of a movable lens.
FIG. 4 is a side view showing a relationship between a sensor and a magnet constituting the position detection mechanism.
FIG. 5 is a block diagram showing a control system of a position detection mechanism.
FIG. 6 is a diagram showing output characteristics of a two-phase sensor.
FIG. 7 is a flowchart showing a procedure for adjusting a gain / offset.
FIG. 8 is a diagram showing a sensor gain and a sensor output level.
FIG. 9 is a flowchart showing a switching procedure of two-phase sensors.
FIG. 10 is a diagram for explaining a calculation example of a B-phase switching voltage.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image pick-up part, 2 lens barrel, 3 objective lens, 4 fixed lens group, 5 zoom lens, 6 image pick-up element, 7 focus lens, 13, 14 drive mechanism (linear motor), 21, 22 position detection mechanism, 31 magnet, 32a 32b MR sensor, 34 A / D converter, 35 position calculation circuit, 36 D / A converter

Claims

A magnet in which magnetic signals are recorded at a predetermined pitch;
First and second magnetic heads disposed at a predetermined interval and detecting magnetic signals recorded on the magnet;
Converting the first and second detection signals detected by the first and second magnetic heads to the first and second digital signals, said first at the intersection level of the first and second digital signal and of the second digital signal, a position detecting circuit is switched to a digital signal having a larger change in the output level, to calculate a relative position with respect to the magnet of the first and second magnetic heads,
A voltage application circuit for applying a voltage to the first and second magnetic heads under the control of the position detection circuit ;
The position detection circuit controls the voltage application circuit so as to apply the first voltage and the second voltage to the first and second magnetic heads when the power is turned on. At least one period of the digital signal is captured, and the maximum value and the minimum value thereof are obtained. From the maximum value and the minimum value, the voltage applied by the voltage application circuit and the first of the first and second magnetic heads. And determining a predetermined voltage required for the first and second detection signals based on the increase rate, and then applying the predetermined voltage. A position detection device for controlling the voltage application circuit .

The switching of the first digital signal and said second digital signal, the position detecting device of the first and second resultant claim 1 wherein done Ru by switching level interpolation of the digital signal.

The predetermined pitch of the magnetic signal recorded on the magnet is about 200 μm to about 320 μm, and the first and second magnetic heads generate a sine wave and shift the phase of the sine wave by about 90 °. position detecting device according to claim 1, wherein that are arranged in relation.

A movable lens disposed between a fixed lens and an imaging element disposed in the lens barrel and / or between the fixed lenses or a magnet on which the magnetic signal is recorded at a predetermined pitch;
First and second magnetic heads attached to the lens barrel or the movable lens at a predetermined interval and detecting magnetic signals recorded on the magnet;
Converting the first and second detection signals detected by the first and second magnetic heads to the first and second digital signals, said first at the intersection level of the first and second digital signal and of the second digital signal, is switched to the digital signal towards a change in the output level is high, and calculate the relative position with respect to the magnet of the first and second magnetic heads, the position of the movable lens A lens position detection circuit to detect ;
A voltage application circuit for applying a voltage to the first and second magnetic heads under the control of the position detection circuit;
The position detection circuit controls the voltage application circuit so as to apply the first voltage and the second voltage to the first and second magnetic heads when the power is turned on. At least one period of the digital signal is captured, and the maximum value and the minimum value thereof are obtained. From the maximum value and the minimum value, the voltage applied by the voltage application circuit and the first of the first and second magnetic heads. And determining a predetermined voltage required for the first and second detection signals based on the increase rate, and then applying the predetermined voltage. A camera device for controlling the voltage application circuit .

Predetermined pitch of recorded magnetic signal to the magnet is in the substantially 200μm~ approximately 320 .mu.m, the first and second magnetic head generates a sine wave, shifted approximately 90 ° to the sine wave phase position the camera apparatus according to claim 4, wherein that are arranged in relation.

The lens position detecting circuit holds the maximum value and the minimum value of the first and second digital signals, based on these maximum and minimum values, the intersection point level of the first and second digital signal calculating camera apparatus according to claim 5, wherein you.

The lens position detecting circuit, the first and second digital signals normalized by the maximum value and the minimum value, based on the normalized first and second digital signals, said first and second The camera apparatus according to claim 6, wherein the intersection level of the digital signal is calculated.

Magnetic signals are recorded at intervals of approximately 200μm~ approximately 320 .mu.m, the movable lens or magnet the movable lens is attached to the barrel which is disposed, so that the phase difference of each output is approximately 90 ° and moving the first and second magnetic heads attached to the barrel or the movable lens, the first and second detection signals detected by said first and second magnetic head at least one period Converting and capturing the first and second digital signals;
Holding the maximum and minimum values of the first and second digital signals;
Based on the maximum and minimum values of the first and second digital signals, calculates the relative position of the first and second magnetic heads relative to the magnet, and detecting the position of the movable lens With
Further, when the power is turned on, the first voltage and the second voltage are applied to the first and second magnetic heads, and at least one period of the first and second digital signals is taken in. A value and a minimum value are obtained, and an increase rate of the change in the first voltage and the second voltage and the change in the first and second detection signals is obtained from the maximum value and the minimum value, and based on the increase rate Then, a predetermined voltage required for the first and second detection signals is determined, and in the subsequent actual use, the predetermined voltage is applied to the first and second magnetic heads. Method.

A step of calculating, based the intersection level of the first and second digital signal to the maximum and minimum values of said first and second digital signals,
Of the first and second digital signal at the intersection level of the first and second digital signals, further comprising claim 8, wherein the lens position detection and a step of switching to a digital signal towards a change in the output level is high Method.

10. The lens position detection method according to claim 9, wherein when one of the first and second digital signals has a center value of amplitude, it is determined that the other digital signal has a maximum value or a minimum value. .