JP4444685B2

JP4444685B2 - 移動信号出力装置、光学機器、光学機器制御装置および映像生成システム

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Publication number: JP4444685B2
Application number: JP2004034988A
Authority: JP
Inventors: 伊砂雄田中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2024-02-12
Also published as: US7502056B2; US20050179802A1; EP1566961B1; US8363127B2; EP1566961A3; EP1566961A2; US20090040359A1; JP2005227471A

Description

本発明は、テレビカメラシステムなどの光学機器に備えられている光学調節手段の移動に関わる信号を出力する装置に関し、さらに実写映像とコンピュータグラフィックスとを合成するバーチャルシステム等の映像生成システムに適用が可能な移動信号出力装置に関するものである。

従来、テレビレンズでは、ズーム、フォーカス、アイリス、エクステンダ等の光学調節手段が電動あるいは手動で操作されることで、被写体像に光学的変化を及ぼす。これにより、所望の映像シーンを作り出すことができる。また、これらの光学調節手段には、ポテンショメータやロータリーエンコーダが連結され、光学調節手段の位置検出結果は、該光学調節手段のサーボ駆動を行ったり位置を表示したりすることに使用されている。

テレビレンズにあっては、スタジオ等で使用される高精度の大型レンズと、可搬性に優れ屋外での使用や肩担ぎでの運用を考えたハンディレンズとがある。大型レンズには、光学調節手段の位置検出器として、２相のデジタル信号を出力するエンコーダが使用され、ハンディレンズには、アナログ信号を出力するポテンショメータが一般的に使用されている。

また、昨今、バーチャルシステムと呼ばれ、実写映像と実写映像に連動させたコンピュータグラッフィクスによる映像とを合成するシステムが運用されている（例えば、特許文献１参照）。このシステムにおいて、上記大型レンズやハンディレンズといったテレビレンズが使用されている。

このようなバーチャルシステムにおいて、テレビレンズの光学調節手段に連動した位置検出器からの信号（ズーム位置やフォーカス位置等）をシステムに入力することにより、システム内のコンピュータで、実写の大きさと焦点位置に合致したコンピュータグラッフィクス画像の生成を可能とし、ズーム、フォーカス等をリアルタイムに操作しても違和感の無い合成映像が得られる。

図９には、大型レンズのバーチャルシステム運用時における主としてズーム系の構成を示す。図９において、１００はテレビレンズ、１０１はテレビレンズの制御を司るＣＰＵ、１０２はＣＰＵ１０１からズーム駆動を行う際に指令値を書き込むＤＡコンバータ、１０３はＤＡコンバータからの指令を電力増幅する電力増幅器である。

１０４は電力増幅器１０３により駆動するモータ、１０５はモータ１０４に連結されて光軸方向に移動することにより変倍作用を行うズームレンズ、１０９はズームレンズ１０５に連動されたズーム位置検出器としてのズームデジタルエンコーダである。１２０はズームデジタルエンコーダの２相のパルス信号をカウントしてズーム位置とするカウンタである。

なお同図は、テレビレンズのズームについての構成であるが、フォーカス、アイリス、エクステンダについてもズーム系と同一構成になっている。

このような構成により、テレビレンズ１００が接続された不図示の指令装置（デマンド）からズーム駆動指令信号が入力されると、ＣＰＵ１０１は、該ズーム駆動指令信号とカウンタ１２０から取り込んだズーム現在位置とを用いて新たなズーム指令位置を演算し、その結果をＤＡコンバータ１０２に書き込むことで、ズーム位置制御が可能となる。

また、ズームデジタルエンコーダ１０９からの２相パルス信号はズーム位置信号３０１として、次に説明するバーチャルシステム２００に入力される。

バーチャルシステム２００には、テレビレンズ１００からのズーム位置信号である２相パルス信号３０１が入力される。２０２は該ズーム位置信号３０１からズームレンズ１０５の位置を算出するカウンタ、２０１はカウンタ２０２からのズーム位置の他、不図示のフォーカスカウンタからのフォーカス位置、アイリス位置、エクステンダ位置を取り込むシステムＣＰＵである。システムＣＰＵ２０１は、テレビレンズ１００に接続された不図示のテレビカメラからの映像信号と、バーチャルシステム２００内で作成したコンピュータグラフィックス画像とを合成処理する。この際、テレビレンズ１００から２相パルス信号として入力されるズーム、フォーカス、アイリスおよびエクステンダ位置信号に基づいて、コンピュータグラッフィクス画像がテレビカメラからの映像信号と合致するように加工され、その後、両映像を合成することで違和感のないバーチャル映像が完成する。

図１０には、テレビレンズ１００とバーチャルシステム２００とを繋ぐ２相パルス信号としてのズーム位置信号（インターフェース信号）３０１の詳細を示す。

２相のデジタル信号Ｃ，Ｄにより、図示した通りのズームレンズ１０５の相対位置データと絶対位置データとが算出される。

図９および図１０おけるバーチャルシステムは、大型テレビレンズにて使用されるが、デジタル化された２相パルス信号としてのインターフェース信号３０１を持つことで、テレビレンズ１００とバーチャルシステム２００とが離れていても、ノイズの影響を受けることなく、確実にズーム位置情報を伝送することができる。また、テレビレンズ１００のデジタルエンコーダ１０９とを高分解能化することで、テレビカメラの映像信号とグラッフィクス画像との合成精度を高めることが可能となる。
特開平０６−１２１２８０号公報（段落００２７〜００３０、図８等）

しかしながら、図９に示す構成では、ズームレンズ１０５に連動したデジタルエンコーダ１０９から２相のパルス信号を出力するため、ズームレンズ１０５の駆動スピードに応じて２相デジタル信号の出力周期が、図１０に示すＴ１とＴ２のように変化することになる。このことは、高分解能のデジタルエンコーダ１０９を使用して高速駆動した場合、２相のパルス信号の周期が短くなりすぎて、バーチャルシステム側で応答できなくなる。

また、図１１には、ハンディレンズを用いたバーチャルシステム運用時のズーム系の構成を示す。同図において、１１０はテレビレンズ、１５０は該テレビレンズ１１０に装着されたドライブユニットである。なお、図１１において、図９と共通する構成要素には図１１中と同符号を付す。

図９においては、デジタルエンコーダ１０９とカウンタ１２０とによるデジタル位置検出系が構成されているのに対し、図１１の構成では、ズームレンズ１０５の位置検出器がアナログ信号を出力するポテンショメータ１０６になっている。また、これに伴い、バーチャルシステム２００側には、演算増幅器１０７とＡＤコンバータ１０８とが搭載されている。その他、図示していないが、フォーカス、アイリスおよびエクステンダも同様の構成である。

また、バーチャルシステム２００側には、カウンタ２０２に変えて、インターフェース整合用の演算増幅器２０３とＡＤコンバータ２０４とが構成されている。このような構成において、テレビレンズ１００からバーチャルシステム２００に入力されるインターフェース信号としてのズーム位置信号３０２は、図１２に示すアナログ位置信号となる。

このようにハンディレンズを使用した構成においては、インターフェース信号としてのズーム位置信号３０２はアナログの位置信号であり、外来ノイズの影響を受けやすく、テレビレンズのズーム，フォーカス等の位置情報を正確に伝えられないおそれがある。また、常在的なノイズ成分により、映像の合成精度を上げることが難しいという問題がある。

さらに、インターフェース信号３０２はレンズ側で規定された信号であり、２相パルス信号に比べて、バーチャルシステム２００側の受信回路も専用の演算増幅器とＡＤコンバータが必要となるため、コストアップにつながったり、汎用化が制限されたりする。

本発明は、光学調節手段のアナログ位置信号を、該光学調節手段の移動量および移動方向を示すデジタル信号に変換して出力することができるようにした移動情報出力装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明の１つの観点は、光学調節手段の移動を表す信号を出力する移動信号出力装置であって、光学調節手段の位置に応じたアナログ信号を出力するアナログ信号出力手段と、該アナログ信号に基づいて、光学調節手段の移動量および移動方向に応じた２つのデジタル信号を生成し出力するデジタル信号生成手段とを有し、上記２つのデジタル信号は、互いに位相差を有する２相の信号であり、該位相差の方向は上記移動方向に対応しているとともに、上記移動量に対応した数のパルス成分を有しており、各デジタル信号は、光学調節手段の移動速度にかかわらず、光学調節手段を用いて取得される映像信号の同期周期の１／Ｎ倍（Ｎは自然数）の周期ごとに出力され、かつパルス成分は一定のパルス幅を有する。

以上説明したように、本発明によれば、ズーム、フォーカス、アイリス、エクステンダ等の光学調節手段の位置に対応したアナログ位置信号に基づいて、光学調節手段の移動量および移動方向に対応した２つのデジタル信号を生成して出力することができる。これにより、外来ノイズの影響を受けにくい光学調節手段の位置検出系を構成することが可能となる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１であるバーチャル映像合成システムの構成を示している。図１において、１１０はテレビレンズであり、光軸方向に移動可能なズームレンズ１０５や、不図示のフォーカスレンズ、アイリス、エクステンダ等の光学調節手段が搭載されている。

１６０は該テレビレンズ１１０に装着されたドライブユニットである。１６１はドライブユニット１６０の制御を司るコントローラとしてのドライブユニットＣＰＵ、１６２はドライブユニットＣＰＵ１６１からズーム駆動を行う際に指令値が書き込まれるＤＡコンバータである。

１６３はＤＡコンバータ１６２からの指令を電力増幅する電力増幅器、１６４は電力増幅器１６３により駆動されるモータである。モータ１６４の駆動力は、不図示の駆動伝達機構を介してズームレンズ１０５に伝達される。これにより、ズームレンズ１０５が光軸方向に駆動され、変倍が行われる。

１６６はズームレンズ１０５に連動し、ズームレンズ１０５の位置に応じたアナログ信号（アナログ位置信号）を出力するズーム位置検出器としてのズームポテンショメータである。１６７はズームポテンショメータ１６６からのアナログ信号をドライブユニットＣＰＵ１６１に取り込み可能とするために回路整合する演算増幅器、１６８は回路整合されたアナログ信号であるズーム位置信号をデジタル信号化するＡＤコンバータである。

１７０はドライブユニットＣＰＵ１６１内に設けられたアナログ位置／デジタルパルス変換部（移動信号生成装置）である。このアナログ位置／デジタルパルス変換部１７０では、ドライブユニットＣＰＵ１６１内の不図示のメモリに格納されたコンピュータプログラムとしてのアナログ位置／デジタルパルス変換プログラムを実行して、ＡＤコンバータ１６８から読み込んだズーム位置を示すデジタル信号を、後述する２相のデジタルパルス列信号（以下、単に２相パルス列信号という）に変換する。

なお、このアナログ位置／デジタルパルス変換部１７０は、ドライブユニットＣＰＵ１６１又はドライブユニット１６０に対して外付けされる単体の装置として構成してもよい。

また、図１においては、テレビレンズ１１０のズーム系の構成について示したが、フォーカス、アイリス、エクステンダ等の各種光学調節手段についてもズーム系と同様の構成を有する。

このような構成において、テレビレンズ１１０に接続された不図示の指令装置（デマンド）からズーム駆動指令信号が入力されると、ドライブユニットＣＰＵ１６１は、該ズーム駆動指令信号とＡＤコンバータ１６８から取り込んだズーム現在位置とを用いて新たなズーム指令位置を演算し、その結果をＤＡコンバータ１６２に書き込む。これにより、新たなズーム指令位置へのズーム位置制御が可能となる。

また、アナログ位置／デジタルパルス変換部１７０にて生成された２相パルス列信号は、ズーム位置信号３００として、次に説明するバーチャルシステム２００に入力される。

バーチャルシステム２００には、ドライブユニット１６０からのズーム位置信号である２相パルス列信号３００が入力される。この２相パルス列信号３００は、ドライブユニット１６０とバーチャルシステム２００とを繋ぐインターフェース信号となる。

２０１はバーチャルシステム２００における信号取り込みや後述する映像合成処理等の制御を司るシステムＣＰＵである。

２０２は２相パルス列信号３００からズーム位置を算出するカウンタである。システムＣＰＵ２０１は、カウンタ２０２からのズーム位置（不図示のフォーカスカウンタからのフォーカス位置、アイリスカウンタからのアイリス位置、エクステンダカウンタからのエクステンダ位置）を取り込み、テレビレンズ１１０に接続された（すなわちズームレンズ１１０や不図示のフォーカスレンズ、アイリス、エクステンダ等の光学素子を通して）テレビカメラ１８０で撮影された映像信号ＴＶＩと、バーチャルシステム２００内で作成した（若しくはバーチャルシステム２００に取り込まれた）コンピュータグラフィックス画像ＣＧＩとを合成処理する。

この際、システムＣＰＵ２０１は、ドライブユニット１６０からの２相パルス列信号３００を用いて計算したズーム、フォーカス、アイリスおよびエクステンダ位置に基づいて、コンピュータグラッフィクス画像ＣＧＩを、テレビカメラ１８０からの映像信号ＴＶＩと合致するように加工する。そして加工後のコンピュータグラッフィクス画像ＣＧＩを、テレビカメラ１８０の映像信号ＴＶＩと合成する。これにより、バーチャル映像が完成する。

図２には、ドライブユニットＣＰＵ１６１内のアナログ位置／デジタルパルス変換プログラムとしての２相パルス列出力処理プログラムを示している。

まず、ステップ（図には「Ｓ」と略記する）１００で、該処理ルーチンが起動されると、ステップ１０１において、予め設定された一定のパルス列送信周期（T_const ）が経過したか否かを判断する。なお、パルス列送信周期(T_const )は、不図示の処理プログラム（サブルーチン）により、その時間が管理されている。パルス列送信周期（T_const ）が経過した場合はステップ１０３へ、経過していない場合はステップ１０２に進む。ステップ１０２のリターン・ルーチンでは、他の処理が実行され、再びステップ１００へ戻る。

ステップ１０３では、ＡＤコンバータ１６８においてポテンショメータ１６６からのアナログ位置信号が変換されたデジタル位置データを読み込み、２相パルス列信号を生成する。具体的には、現在に対して１回前のルーチンで取り込んで不図示のメモリに記憶しておいたデジタル位置データ（Dposi_new)を、前回のデジタル位置データとして再度メモリに記憶するとともに、現在取り込んだデジタル位置データ（Dposi_new)をメモリに記憶する。そして、ステップ１０４へ移行する。

ステップ１０４では、前回のデジタル位置データ（Dposi_old ）と現在のデジタル位置データ(Dposi_new )との差分を計算し、その差分値を出力パルス数(OutPulse)とし、ステップ１０５へ移行する。ここで、出力パルス数(OutPulse)は、２相パルス列信号を構成する第１相パルス列信号Ａと第２相パルス列信号Ｂのそれぞれに含まれることとなるパルス成分の符号付きの数であり、０又はプラス（例えば、テレ側）若しくはマイナス（例えば、ワイド側）の値をとる。

ステップ１０５では、出力パルス数(OutPulse)と０とを比較し、比較結果が０となった場合は、ステップ１０２のリターン・ルーチンへ進む。

また、ステップ１０５で、出力パルス数(OutPulse)が０でない場合は、ステップ１０６へ移行する。

ステップ１０６では、予め設定されている２相パルス列信号のデータ更新周期（T_pls）が経過したか否かを判断する。データ更新周期（T_pls）は、各パルス成分のパルス幅をT_widthとしたとき、T_width/2に設定されている。ここで、各パルス成分のパルス幅であるT_width（つまりはデータ更新周期（T_pls））は、一定かつ第１相と第２相とで同一に設定されている。データ更新周期（T_pls）が経過した場合はＳ１０７に進み、経過していない場合は再びＳ１０６へ戻る。２相パルス列信号のデータ更新周期は不図示の処理プログラム（サブルーチン）によってその時間が管理されている。

ステップ１０７では、出力パルス数(OutPulse)の符号がプラスかマイナスかを判定し、プラスの場合はステップ１０８へ、マイナスの場合はステップ１１０へ移行する。

ステップ１０８では、出力パルス数(OutPulse)の符号がプラスであるときに、第１および第２相パルス列信号のそれぞれの出力値である２相出力値を決定する。具体的には、図（Ｓ１０８）中に示したテーブルからの選択処理により、現在の２相出力値(OutPort_old(A,B))に対する新たな２相出力値(OutPort_new(A,B))を求めて、ステップ１０９へ移行する。例えば、現在の２相出力値(OutPort_old(A,B))が（Ｌ，Ｌ）の場合、新たな２相出力値(OutPort_new(A,B))は（Ｈ，Ｌ）となり、現在の２相出力値(OutPort_old(A,B))が（Ｈ，Ｈ）の場合、新たな２相出力値(OutPort_new(A,B))は（Ｌ，Ｈ）となる。

ステップ１０９では、ステップ１０８で決定した２相出力値（Outport_new(A,B)）を実際に出力するとともに、出力パルス数(OutPulse)を１つ減算してステップ１１２へ移行する。

一方、ステップ１０７で出力パルス数(OutPulse)の符号がマイナスのときは、ステップ１１０で、図（Ｓ１１０）中に示したテーブルからの選択処理により、現在の２相出力値(OutPort_old(A,B))に対する新たな２相出力値(OutPort_new(A,B))を求めて、ステップ１１１へ移行する。例えば、現在の２相出力値(OutPort_old(A,B))が（Ｌ，Ｌ）の場合、新たな２相出力値(OutPort_new(A,B))は（Ｌ，Ｈ）となり、現在の２相出力値(OutPort_old(A,B))が（Ｈ，Ｈ）の場合、新たな２相出力値(OutPort_new(A,B))は（Ｌ，Ｈ）となる。

そして、ステップ１１１では、ステップ１１０で決定した２相出力値（Outport_new(A,B)）を実際に出力するとともに、出力パルス数(OutPulse)を１つ減算してステップ１１２へ移行する。

ステップ１１２では、次回の２相出力値を決めるため、出力値の更新(OutPort_old(A,B)←OutPort_new(A,B))）を行い、ステップ１０５へ戻る。

次に、図３の処理プログラムによって生成された２相パルス列信号が、ドライブユニット１６０からバーチャルシステム２００に出力されるインターフェース信号としての２相パルス列信号３００の例を図３に示す。

ズームレンズ１０５の位置が更新（移動）した場合、パルス列送信周期(T_const) ごとに、前回のズーム位置との差分に応じたパルス成分数(出力パルス数OutPulse)を有し、かつデータ更新周期(T_pls) ごとに決定される２相出力値を持った２相パルス列信号（第１および第２相パルス列信号Ａ，Ｂ）が出力される。

図３において、左側のパルス列送信周期(T_const) 内で出力される第１および第２相パルス列信号Ａ，Ｂはそれぞれ３つのパルス成分を有し、第２相パルス列信号Ｂは第１相パルス列信号Ａに対して１データ更新周期(T_pls) 分の遅れ（遅れ方向の位相差）を有する。この場合、２相パルス列信号を受け取ったバーチャルシステム２００のカウンタ２０２は、データ更新周期(T_pls) ごとに、ズーム位置の相対位置データとしての＋１を生成し、ズーム位置の絶対位置データを１つインクリメントする。そして、システムＣＰＵ２０１は、この絶対位置データを取り込み、ズーム位置（絶対位置＋１からパルス成分数１２プラス側の＋１２の位置）を検出する。

一方、図３において、右側のパルス列送信周期(T_const) 内で出力される第１および第２相パルス列信号Ａ，Ｂはそれぞれ２つのパルス成分を有し、第２相パルス列信号Ｂは第１相パルス列信号Ａに対して１データ更新周期(T_pls) 分の進み（進み方向の位相差）を有する。この場合、２相パルス列信号を受け取ったバーチャルシステム２００のカウンタ２０２は、データ更新周期(T_pls) ごとに、ズーム位置の相対位置データとしての−１を生成し、ズーム位置の絶対位置データを１つデクリメントする。そして、システムＣＰＵ２０１は、この絶対位置データを取り込み、ズーム位置（絶対位置＋１１からパルス成分数８マイナス側の＋４の位置）を検出する。

なお、ここではズーム位置に関する２相パルス列信号について示したが、フォーカス、アイリス、エクステンダ等の各種光学調節手段についても同様な２相パルス列信号が生成される。

本実施例で説明したアナログ位置／デジタルパルス変換部１７０を含むドライブユニット１６０を用いることにより、ポテンショメータ１６６がアナログ位置信号を出力しても、ドライブユニット１６０を含むカメラシステム（１１０、１８０）側からバーチャルシステム２００側に出力されるインターフェース信号をデジタル信号としての２相パルス列信号にすることが可能となる。このため、周辺ノイズの影響を受けにくく、高精度なバーチャル映像合成を行うことができる。

また、一定のパルス幅(T_width) を有する２相パルス列信号を出力することにより、ズームレンズ１０５や他の光学調節手段の移動速度が速くてバーチャルシステム２００が応答できなくなるような事態の発生を防止することができる。

さらに、バーチャルシステム２００側の受信回路も、アナログ位置信号がインターフェース信号である場合には、演算増幅器やＡＤコンバータが必要であったのに対し、本実施例では、それらが不要なデジタル受信回路とすることができるので、バーチャルシステム２００の汎用化が図れるとともに、バーチャルシステム２００のコストダウンを図ることができる。

図４には、本発明の実施例２であるバーチャル映像合成システムの構成を示している。なお、図４において、実施例１と共通する構成要素には図１と同符号を付して説明に代える。

実施例１では、ドライブユニット１６０に搭載されるズーム位置検出器としてポテンショメータ１６６を用いていたが、本実施例では、ズーム位置検出器として、２相の正弦波信号（アナログ位置信号）を出力するアナログエンコーダ(A-ENC)１９１を用いている。

図４において、アナログエンコーダ１９１は、図５に示す通り、Ａ相信号としてのサイン(sin)信号と、Ｂ相信号としてのコサイン(cos)信号からなる２相アナログ信号を出力するエンコーダである。アナログエンコーダは、デジタルエンコーダの最小分解能が１／４周期であるのに対して、デジタルエンコーダの１／４周期相当の期間のサイン信号とコサイン信号とをＡＤコンバータで読込むことが可能となり、高分解能化が可能な位置センサーである。

図４において、アナログエンコーダ１９１から出力された２相アナログ信号は、アナログ信号値の整合を行う演算増幅器１６７を通り、ＡＤコンバータ１６８で２相のデジタル信号に変換され、ドライブユニットＣＰＵ１６１に取り込まれる。

ドライブユニットＣＰＵ１６１のアナログ位置／デジタルパルス変換部１７０では、図２に示したアナログ位置／デジタルパルス変換プログラムにより、図４に示すドライブユニット１９０からバーチャルシステム２００へのインターフェース信号としての２相パルス列信号が生成される。

なお、このアナログ位置／デジタルパルス変換部１７０は、ドライブユニットＣＰＵ１６１又はドライブユニット１９０に対して外付けされる単体の装置として構成してもよい。

また、図４においては、テレビレンズ１１０のズーム系の構成について示したが、フォーカス、アイリス、エクステンダ等の各種光学調節手段についてもズーム系と同様の構成を有する。

本実施例によれば、アナログ位置検出器としてアナログエンコーダ(A-ENC)１９１を用いても、実施例１と同様に、デジタル位置／デジタルパルス変換部１７０によって、ドライブユニット１９０とバーチャルシステム２００とのインターフェース信号をデジタル化された２相パルス列信号にすることが可能となるため、周辺ノイズの影響を受けにくく、高精度でバーチャル映像の合成を行うことができる。

図６Ａには、上述した実施例１に示したバーチャル映像合成システムのドライブユニットＣＰＵ１６１に設定入力部１６９を追加するとともに、ドライブユニット１６０に、カメラマンによる操作が可能な設定操作ユニット１６９ａを追加した実施例を示している。

設定入力部１６９は、バーチャルシステム２００が要求する位置分解能および応答周波数に応じたドライブユニット１６０側でのズーム全域パルス数（ズームレンズ１０５がテレ端からワイド端まで移動した際に出力される２相パルス列信号のパルス成分数）および２相パルス列信号のパルス幅(T_width：以下、２相信号パルス幅という) を、設定操作ユニット１６９ａでのスイッチ操作に応じた操作信号に応じて可変設定する。なお、設定操作ユニット１６９ａに代えて、パーソナルコンピュータをドライブユニット１６０に接続し、該コンピュータからの入力信号に基づいて、ズームレンズ１０５の全域駆動パルス数および２相信号パルス幅を可変設定できるようにしてもよい。また、不図示のテレビカメラ又はバーチャルシステム２００から、既設のシリアルインターフェース等の通信手段を用いて可変設定できるようにしてもよい。

図６Ｂには、ドライブユニットＣＰＵ１６１内に設けられた設定入力部１６９で実行される設定処理プログラムを示している。

ステップ２００において、設定処理が開始されると、ステップ２０１では、バーチャルシステム２００側に応答可能なパルス幅(T_width) の制限があるか否かを判断し、制限がある場合はステップ２０２へ移行し、無い場合はＳ２０５へ移行する。パルス幅の制限があるか否かは、予めカメラマンにより入力された又はバーチャルシステム２００から取り込んだ情報により判断することができる。

ステップ２０２では、上述した設定操作ユニット１６９ａでのスイッチ操作等に応じて２相信号パルス幅(T_width) を設定する。そして、ステップ２０３へ移行する。

ステップ２０３では、設定操作ユニット１６９ａでのスイッチ操作等に応じて、ズームレンズ１０５の全域駆動最速時間(T_maxspeed)の設定を行い、ステップ２０４へ移行する。

ステップ２０４では、設定された全域駆動最速時間(T_maxspeed) と２相信号パルス幅(T_width)とにより、全域パルス数(All_pulse=T_maxspeed/T_width) を算出し、ステップ２０８へ移行する。

一方、ステップ２０１で、２相信号パルス幅（T_width）に制限が無いと判断した場合は、ステップ２０５に移行し、バーチャルシステム２００が必要とする全域パルス数(All_pulse)を設定し、ステップ２０６へ移行する。

ステップ２０６では、ドライブユニット１６０の全域駆動最速時間(T_maxspeed)の設定を行い、ステップ２０７へ移行する。

ステップ２０７では、設定された全域パルス数(All_pulse)と全域駆動最速時間(T_maxspeed)とにより、２相信号パルス幅(T_width=T_maxspeed/All_pulse) を算出し、ステップ２０８へ移行する。ステップ２０８では、パルス列送信周期(T_const) の入力を行い、ステップ２０９へ移行する。

ステップ２０９では、入力されたパルス列送信周期(T_const) と映像フィールド周期（例えば、垂直同期周期で、ＮＴＳＣ方式では１／６０秒、ＰＡＬ方式では１／５０秒）とを比較する。パルス列送信周期(T_const) の方が長い場合はステップ２０８に戻り、パルス列送信周期(T_const)を再入力する。そして、パルス列送信周期(T_const)の方が短い場合はステップ２１０へ移行する。なお、同期周期として、水平同期周期を用いてもよい。

ステップ２１０では、２相パルス列信号のデータ更新周期（T_pls=T_width/2）を算出し、ステップ２１１へ移行する。ステップ２１１では、算出された上記パラメータ（All_pulse,T_maxspeed,T_width,T_pls,T_const）を設定し、ステップ２１２のリターン・ルーチンへ進み、本処理プログラムを終了する。

以上説明した設定処理プログラムを実行した後に、図２に示したアナログ位置／デジタルパルス変換プログラムを実行することにより、ドライブユニット１６０から出力されたインターフェース信号としての２相パルス列信号のパルス幅(T_width) やパルス列送信周期(T_const) 等の任意設定が可能となり、バーチャルシステム２００の要求に合致した位置分解能や応答周波数の２相パルス列信号をバーチャルシステム２００に対して出力することができる。したがって、ドライブユニット１６０からの２相パルス列信号に対してバーチャルシステム２００が応答できない状況を回避することができる。

また、パルス列送信周期（T_const）が映像フィールド周期より短くなければ、映像フィールド周期に対して実際の２相パルス列信号の出力タイミングが遅れてしまうことになるが、本実施例では、ステップ２０９でその確認を行うので、該出力タイミングの遅れを回避できる。なお、パルス列送信周期(T_const) を映像フィールド周期の１／Ｎ倍（Ｎは自然数）とすることで、映像フィールド周期に同期したズームレンズ１０５等の位置検出が可能となり、高精度のバーチャル映像合成が可能となる。

図７には、本発明の実施例４であるバーチャル映像合成システムを構成するドライブユニットのアナログ位置／デジタルパルス変換部において実行されるアナログ位置／デジタルパルス変換プログラムとしてのＵｐ／Ｄｏｗｎパルス列出力処理プログラムを示している。以下、図１に示した構成と同様の構成を有するバーチャル映像システムを前提として説明する。すなわち、図１に示した構成要素と共通する構成要素には、同図と同符号を付して説明に代える。

本実施例は、実施例１でドライブユニット１６０から出力されたインターフェース信号としての２相パルス列信号を、ＵＰパルス列信号（例えば、ズームレンズ１０５のテレ側への移動を示す信号）とＤＯＷＮパルス列信号（例えば、ズームレンズ１０５のワイド側への移動を示す信号）の２つのデジタル信号に変更したものである。

図７において、ステップ１００〜ステップ１０７までは、実施例１において図２に示したステップ１００〜ステップ１０７と同じである。

そして、ステップ１２１〜ステップ１２４において、ＵＰ／ＤＯＷＮパルス列信号の出力処理を行う。

ステップ１０７において、出力パルス数(OutPulse)の符号がプラスの場合はステップ１２１へ移行する。

ステップ１２１では、アナログ位置／デジタルパルス変換部１７０に設けられたＵＰパルス列の出力ポートの値をＬ→Ｈ→Ｌと変更することで、ＵＰパルス成分を１パルス分送出し、ステップ１２２へ移行する。

ステップ１２２では、出力パルス数(OutPulse)を１つデクリメントした後、ステップ１０５へ戻る。

一方、ステップ１０７において、出力パルス数(OutPulse)の符号がマイナスの場合は、ステップ１２３へ移行する。

ステップ１２３では、アナログ位置／デジタルパルス変換部１７０に設けられたＤＯＷＮパルス列の出力ポートの値をＬ→Ｈ→Ｌと変更することで、ＤＯＷＮパルス成分を１パルス分送出し、ステップ１２４へ移行する。

ステップ１２４では、出力パルス数(OutPulse)を１つデクリメントした後、ステップ１０５へ戻る。

図８には、上記ＵＰ／ＤＯＷＮパルス列信号の例を示している。ズームレンズ１０５の位置が更新（移動）した場合、パルス列送信周期(T_const) ごとに、前回のズーム位置との差分に応じたパルス成分数(出力パルス数OutPulse)を有するとともに、該パルス成分がデータ更新周期(T_pls) ごとに存在し、かつ該差分の方向に応じたＵＰパルス列信号又はＤＯＷＮパルス列信号が出力される。

図８において、左側のパルス列送信周期(T_const) 内で出力されるＵＰパルス列信号は、１２のパルス成分を有する。これに対し、ＤＯＷＮパルス列信号はパルス成分を持たない。この場合、ＵＰパルス列信号を受け取ったバーチャルシステム２００のカウンタ２０２は、データ更新周期(T_pls) ごとに、ズーム位置の相対位置データとしての＋１を生成し、ズーム位置の絶対位置データを１つインクリメントする。そして、システムＣＰＵ２０１は、この絶対位置データを取り込み、ズーム位置（絶対位置＋１からパルス成分数１２プラス側の＋１２の位置）を検出する。

一方、図８において、右側のパルス列送信周期(T_const) 内で出力されるＤＯＷＮパルス列信号は８つのパルス成分を有する。これに対し、ＵＰパルス列信号はパルス成分を持たない。この場合、ＤＯＷＮパルス列信号を受け取ったバーチャルシステム２００のカウンタ２０２は、データ更新周期(T_pls) ごとに、ズーム位置の相対位置データとしての−１を生成し、ズーム位置の絶対位置データを１つデクリメントする。そして、システムＣＰＵ２０１は、この絶対位置データを取り込み、ズーム位置（絶対位置＋１１からパルス成分数８マイナス側の＋４の位置）を検出する。

本実施例においても、実施例１と同様に、ポテンショメータ１６６がアナログ位置信号を出力しても、ドライブユニット１６０を含むカメラシステム（１１０、１８０）側からバーチャルシステム２００側に出力されるインターフェース信号をデジタル信号としてのＵＰ／ＤＯＷＮパルス列信号にすることが可能となる。このため、周辺ノイズの影響を受けにくく、高精度なバーチャル映像合成を行うことができる。

また、一定のパルス幅(T_width) を有するＵＰ／ＤＯＷＮパルス列信号を出力することにより、ズームレンズ１０５や他の光学調節手段の移動速度が速くてバーチャルシステム２００が応答できなくなるような事態の発生を防止することができる。

なお、以上説明した各実施例では、テレビレンズにドライブユニットを装着するハンディタイプのレンズシステムについて説明したが、本発明は、ドライブユニットの機能をテレビレンズに一体化したいわゆる大型テレビレンズについても適用することができる。さらに、本発明は、上記のような業務用のテレビレンズのみならず、民生用のビデオカメラ若しくは交換レンズ装置にも適用することができる。

以上説明したように、上記各実施例によれば、ズーム、フォーカス、アイリス、エクステンダ等の光学調節手段の位置に対応したアナログ位置信号に基づいて、光学調節手段の移動量および移動方向に対応した２つのデジタル信号を生成して出力することができる。これにより、外来ノイズの影響を受けにくい光学調節手段の位置検出系を構成することが可能となる。したがって、光学調節手段を用いて取得（撮影）された映像と他の映像（例えば、コンピュータグラフィックス画像）とを高精度に合成することが可能となる。すなわち、合成精度の高いバーチャル映像システムを構成することが可能となる。

しかも、上記２つのデジタル信号を受信する側の装置（映像合成装置）をデジタル信号受信用として汎用化させることができる。

また、デジタル信号を一定周期ごとに、一定パルス幅で出力するようにすることで、受信側の装置が応答できなくなるような事態の発生を防止することができる。

さらに、デジタル信号の出力周期およびパルス幅を可変設定できるようにすることで、画像合成精度を向上させることができる。また、パルス幅に制限を設けることで、バーチャルシステム側が応答できずに、画像合成の精度が低くなる可能性を少なくすることができる。また、バーチャルシステムの要求性能に合致した位置分解能や応答スピードを得ることができる。

さらに、デジタル信号の出力周期を、テレビカメラにより撮影取得された映像信号の同期周期の１／Ｎ倍とすることにより、映像信号の同期周期を基準に画像合成を行うバーチャルシステムにおいて、画像ずれのほとんどない高精度の画像合成を行うことができる。

本発明の実施例１であるバーチャル映像合成システムのブロック図。実施例１における２相パルス列出力処理プログラムのフローチャート。実施例１におけるテレビレンズ（ドライブユニット）とバーチャルシステム間のインターフェース信号を示す詳細図。本発明の実施例２であるバーチャル映像合成システムのブロック図。実施例２におけるアナログエンコーダの出力信号を示す詳細図。本発明の実施例３であるバーチャル映像合成システムのブロック図。実施例３における設定入力処理プログラムのフローチャート。本発明の実施例４におけるＵＰ／ＤＯＷＮパルス列出力処理プログラムのフローチャート。実施例４におけるテレビレンズ（ドライブユニット）とバーチャルシステム間のインターフェース信号を示す詳細図。従来のバーチャル映像合成システムのブロック図。従来におけるテレビレンズ（ドライブユニット）とバーチャルシステム間のインターフェース信号を示す詳細図。従来のバーチャル映像合成システムのブロック図。従来におけるテレビレンズ（ドライブユニット）とバーチャルシステム間のインターフェース信号を示す詳細図。

符号の説明

１１０テレビレンズ
１６１ドライブユニットＣＰＵ
１６２ＤＡコンバータ
１６３電力増幅器
１６４モータ
１０５ズームレンズ
１６６ポテンショメータ
１６７演算増幅器
１６８ＡＤコンバータ
１９１アナログエンコーダ
２００バーチャルシステム
２０１システムＣＰＵ
２０２カウンタ
３００，３０１，３０２インターフェース信号

Claims

光学調節手段の移動を表す信号を生成する移動信号生成装置であって、
前記光学調節手段の位置に応じたアナログ信号を出力するアナログ信号出力手段と、
該アナログ信号に基づいて、前記光学調節手段の移動量および移動方向に応じた２つのデジタル信号を生成するデジタル信号生成手段とを有し、
前記２つのデジタル信号は、互いに位相差を有する２相の信号であり、該位相差の方向は前記移動方向に対応しているとともに、前記移動量に対応した数のパルス成分を有しており、
前記各デジタル信号は、前記光学調節手段の移動速度にかかわらず、前記光学調節手段を用いて取得される映像信号の同期周期の１／Ｎ倍（Ｎは自然数）の周期ごとに出力され、かつ前記パルス成分は一定のパルス幅を有することを特徴とする移動信号生成装置。
光学調節手段の移動を表す信号を生成する移動信号生成装置であって、
前記光学調節手段の位置に応じたアナログ信号を出力するアナログ信号出力手段と、
該アナログ信号に基づいて、前記光学調節手段の移動量および移動方向に応じた２つのデジタル信号を生成するデジタル信号生成手段とを有し、
前記２つのデジタル信号は、前記光学調節手段の第１の移動方向に対応して該移動量に対応した数のパルス成分を含むよう生成される第１のデジタル信号と、前記光学調節手段の第２の移動方向に対応して該移動量に対応したパルス成分を含むよう生成される第２のデジタル信号であり、
前記各デジタル信号は、前記光学調節手段の移動速度にかかわらず、前記光学調節手段を用いて取得される映像信号の同期周期の１／Ｎ倍（Ｎは自然数）の周期ごとに出力され、かつ前記パルス成分は一定のパルス幅を有することを特徴とする移動信号生成装置。
前記デジタル信号生成手段は、前記アナログ信号出力手段から入力された第１のアナログ信号と該第１のアナログ信号の後に入力された第２のアナログ信号との差に基づいて前記２つのデジタル信号を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の移動信号生成装置。
前記アナログ信号出力手段は、位相差を持った２相のアナログ信号を出力し、
前記デジタル信号生成手段は、前記２相のアナログ信号に基づいて前記２つのデジタル信号を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の移動信号生成装置。
前記デジタル信号が生成される周期および前記パルス成分のパルス幅のうち少なくとも一方を可変設定する設定手段を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の移動信号生成装置。
前記２つのデジタル信号は、前記光学調節手段を用いて取得された第１の映像信号と、該第１の映像信号とは別に取得された第２の映像信号との合成処理を行う映像合成装置に出力されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の移動信号生成装置。
請求項１から６のいずれか１つに記載の移動信号生成装置と、
前記光学調節手段とを有することを特徴とする光学機器。
請求項１から６のいずれか１つに記載の移動信号生成装置と、
前記光学調節手段を駆動する駆動手段とを有することを特徴とする光学機器制御装置。
請求項１から６のいずれか１つに記載の移動信号生成装置と、
前記２つのデジタル信号に基づいて、前記光学調節手段を用いて取得された第１の映像信号と、該第１の映像信号とは別に取得された第２の映像信号との合成処理を行う映像合成装置とを有することを特徴とする映像生成システム。