JP5629836B2 - レンズ装置及び可動光学素子の位置検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、放送用や映画用に適したレンズ装置とそれに搭載される可動光学素子の位置検出方法に関する。

近年、テレビやモニタなどの大画面化及び高解像度化が進み、映し出される映像に対する高画質化の要求が高まっている。この高画質化の要求に応えるべく、映画用や放送用のズームレンズでは高精度な位置検出が可能である位置検出器を搭載し、レンズ制御の高性能化が図られている。

レンズ装置用ではないが、位置検出器としては特許文献１〜３に記載されているものが知られている。

特許文献１に記載の位置検出器は、異なる波長の磁気信号を記録した２つの環状磁気記録媒体と、この２つの環状磁気記録媒体の各々の磁気信号に対応する信号を検出する２つのＭＲセンサとを備える。そして、２つのＭＲセンサの各々から出力されるｓｉｎ波及びｃｏｓ波に基づいて、各ＭＲセンサから出力されるｓｉｎ波間の位相差を算出し、この位相差から環状磁気記録媒体の絶対位置を検出している。

特許文献２に記載の位置検出器は、異なる波長の磁気信号を記録した２つの磁気記録媒体と、この２つの磁気記録媒体の各々の磁気信号に対応する信号を検出する２つのＭＲセンサとを備える。そして、２つのＭＲセンサの各々から出力されるｓｉｎ波及びｃｏｓ波に基づいて、各ＭＲセンサから出力されるｓｉｎ波間の位相差を算出し、この位相差から磁気記録媒体の初期絶対位置を求める。その後は、初期絶対位置からインクリメントして求められる磁気記録媒体の仮検出位置と、位相差から求められる絶対位置とを比較し、この比較に基づいて真の絶対位置を算出している。

特許文献３に記載の位置検出器は、異なる波長の磁気信号を記録した２つの環状磁気記録媒体と、２つの環状磁気記録媒体の各々に対して設けられる複数のＭＲセンサとを備える。そして、この複数のＭＲセンサの各々から出力されるｓｉｎ波及びｃｏｓ波をそれぞれ平均し、各環状磁気記録媒体について求めたｓｉｎ波平均値及びｃｏｓ波平均値に基づいて、各環状磁気記録媒体から出力されるｓｉｎ波間の位相差を算出している。

日本国特開平６−５８７６６号公報 日本国特開２００２−２５０６３９号公報 日本国特表２００４−５０７７２２号公報

レンズ装置においては、レンズ鏡筒が環状となっているため、上述したような環状磁気記録媒体とＭＲセンサとの組み合わせによる位置検出器を搭載することが好ましいと考えられる。この位置検出器をレンズ装置に搭載する場合は、ズームレンズの移動に応じて回転する回転部材に、中空状の環状磁気記録媒体を固定することが考えられる。

しかしながら、環状磁気記録媒体を中空状にすると、記録されている磁気信号にムラが生じやすくなる。このムラは、テレビ放送用や映画用等のレンズ装置等のように、レンズ口径が大きいものにおいて特に顕著となる。また、レンズ装置は、小型軽量化を考慮して、他の部材との隙間が小さくなっているため、環状磁気記録媒体を用いた位置検出器をレンズ装置に組み込むときに組み込み誤差等も発生し、これも磁気信号のムラの原因となる。

上述した磁気信号にムラが生じると、２つのＭＲセンサの出力信号から求められる位相差も設計値からずれるため、レンズの絶対位置を正確に検出することができなくなるという課題が生じる。

特許文献１は、上記ムラが生じないことを前提にしており、上記課題やそれを解決する手段については言及していない。

特許文献２の位置検出器によれば、真の絶対位置を検出することはできるが、演算処理が複雑になる。

特許文献３の位置検出器によれば、絶対位置の検出精度を高めることはできるが、各環状磁気記録媒体に対して複数のＭＲセンサが必要になるため、製造コストの増大、レンズ装置の大型化につながる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、可動光学素子の絶対位置を低コストかつ簡易な構成で精度良く検出することのできるレンズ装置及び可動光学素子の位置検出方法を提供することを目的とする。

本発明のレンズ装置は、可動光学素子を有するレンズ装置であって、前記可動光学素子の移動に伴って回転する回転部材と、前記回転部材の外周に固定配置され、前記回転部材の周方向に沿って伸びる、それぞれ異なる波長の磁気信号が記録された第一の磁気記録スケール及び第二の磁気記録スケールと、前記第一の磁気記録スケールに記録されている第一の波長の磁気信号に対応する第一の信号及び当該第一の信号に対し所定量位相のずれた第二の信号を前記第一の磁気記録スケールから検出し、前記第二の磁気記録スケールに記録されている前記第一の波長と異なる第二の波長の磁気信号に対応する第三の信号及び当該第三の信号に対し前記所定量位相のずれた第四の信号を前記第二の磁気記録スケールから検出する信号検出部と、前記信号検出部により検出される信号に基づいて、前記可動光学素子の位置を検出する位置検出部とを備え、前記位置検出部は、前記信号検出部により検出される１周期分の前記第一の信号、前記第二の信号、前記第三の信号、及び前記第四の信号に基づいて、前記第一の信号と前記第三の信号との位相差を算出する位相差算出部と、前記位相差算出部により、ｎ（ｎは２以上の自然数）周期分の信号のそれぞれについて算出された前記位相差の平均値を求める位相平均算出部と、前記位相平均算出部により求められた前記平均値に基づいて前記可動光学素子の絶対位置を検出する絶対位置検出部と、前記可動光学素子を可動範囲内で端から端まで移動させたときに得られる各周期に対する前記位相差の実測値のｎ個毎の移動平均と、前記各周期に対する前記位相差の設計値の前記ｎ個毎の移動平均との差分を誤差データとし、当該誤差データを前記実測値の移動平均と対応付けて記憶する誤差データ記憶部とを備え、前記絶対位置検出部は、前記位相平均算出部により求められた前記平均値に対応する誤差データを前記誤差データ記憶部から読み出し、読みだした誤差データを用いて当該平均値を補正し、補正後の平均値に基づいて前記絶対位置を検出するものである。

本発明の可動光学素子の位置検出方法は、レンズ装置に搭載される可動光学素子の位置検出方法であって、前記可動光学素子の移動に伴って回転する回転部材の外周に固定配置され、前記回転部材の周方向に沿って伸びる第一の磁気記録スケール及び第二の磁気記録スケールから、前記第一の磁気記録スケールに記録されている第一の波長の磁気信号に対応する第一の信号及び当該第一の信号に対し所定量位相のずれた第二の信号を検出し、前記第二の磁気記録スケールに記録されている前記第一の波長とは異なる第二の波長の磁気信号に対応する第三の信号及び当該第三の信号に対し前記所定量位相のずれた第四の信号を検出する信号検出ステップと、前記信号検出ステップにより検出した１周期分の前記第一の信号、前記第二の信号、前記第三の信号、及び前記第四の信号に基づいて、前記第一の信号と前記第三の信号との位相差を算出する位相差算出ステップと、前記位相差算出ステップによりｎ（ｎは２以上の自然数）周期分の信号のそれぞれについて算出した前記位相差の平均値を求める位相平均算出ステップと、前記位相平均算出ステップにより求めた前記平均値に基づいて前記可動光学素子の絶対位置を検出する絶対位置検出ステップとを備え、前記絶対位置検出ステップでは、前記可動光学素子を可動範囲内で端から端まで移動させたときに得られる各周期に対する前記位相差の実測値の前記ｎ個毎の移動平均と、前記各周期に対する前記位相差の設計値の前記ｎ個毎の移動平均との差分を誤差データとし、当該誤差データを前記実測値の移動平均と対応付けて記憶する前記レンズ装置の誤差データ記憶部から、前記位相平均算出ステップにより求められた前記平均値に対応する誤差データを読み出し、読み出した前記誤差データを用いて当該平均値を補正し、補正後の平均値に基づいて前記絶対位置を検出するものである。

本発明によれば、可動光学素子の絶対位置を低コストかつ簡易な構成で精度良く検出することのできるレンズ装置及び可動光学素子の位置検出方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るレンズ装置２を装着した撮像装置の外観図 図１に示すレンズ装置２のズームリング９付近の断面斜視図 図２に示す磁気記録スケール４０とこれに対向する磁気センサ部５０の部分拡大図 図２に示す磁気記録スケール４０の展開図 図２に示す回転筒２０を回転させているときに磁気センサ部５０から出力される信号波形を示す図 図２に示すズームレンズ保持部３０の位置（即ちズームレンズの位置）を検出するレンズ装置２の機能ブロックを示す図 磁気記録スケール４０と磁気センサ部５０を実機に組み込んだときの磁気センサ部５０の出力変化を検討した結果を示すグラフ 図１に示すレンズ装置２によるズームレンズの位置検出動作を説明するためのフローチャート 図１に示すレンズ装置２のズームリング９を一方向に回転させていったときに磁気センサ部５０から出力されるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ相波形を示す図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るレンズ装置２を装着した撮像装置の外観図である。撮像装置本体１の前部にはレンズ装置２が装着されている。

レンズ装置２は円筒形状等の筒状の筐体１０を備える。この筐体１０内には、ズームレンズやフォーカスレンズ等の撮影レンズと、開口量を調整できる絞り装置が内蔵されている。レンズ装置２の筐体１０の基部にはマウント部３が設けられている。このマウント部３の接続部を、撮像装置本体１の前部に設けられているレンズ装着部に着脱自在に装着することで、レンズ装置２が撮像装置本体１に固定される。

撮像装置本体１には、レンズ装置２が装着された状態で、レンズ装置２の光軸上に撮像素子が配置される。そして、この撮像素子により、レンズ装置２によって集光された光学像を撮像する。撮像素子の出力信号は、撮像装置本体１に内蔵される画像処理部によって処理されて、各種画像データが生成される。

撮影者５は、この撮像装置本体１を右肩に担いで例えば右眼でファインダ装置６を覗く。そして、撮影者５は、右手７でレンズ装置２の把持部を把持して撮像装置を固定しながら、被写体を撮影することになる。

レンズ装置２の先端側（被写体側）には、フォーカスレンズの焦点位置を調整するフォーカスリング８が、レンズ装置２の外周囲を回動可能に設けられている。このフォーカスリング８を撮影者５が手で任意角度回転させることで、フォーカス位置の調整を行うことができる。

レンズ装置２の中間部分には、ズームレンズのズーム位置を調整するズームリング９がレンズ装置２の外周囲を回動可能に設けられている。このズームリング９を撮影者５が手で任意角度回転させることで、ズーム倍率の調整を行うことができる。

レンズ装置２には、ズームリング９の更に撮像装置本体１側に、絞り装置の開口量を調整するためのアイリスリング１１が設けられている。アイリスリング１１は、レンズ装置２の外周囲を回動可能に設けられている。

図２は、図１に示すレンズ装置２のズームリング９付近の断面斜視図である。

ズームリング９が外周に設けられた筐体１０の内部には、レンズ装置２の光軸を中心に回転可能な回転筒２０と、回転筒２０内部に設けられ可動光学素子としてのズームレンズを保持するズームレンズ保持部３０とが設けられる。

ズームレンズ保持部３０は、ズームリング９の回転に連動して、レンズ装置２の光軸方向に移動可能となっている。

回転筒２０は、ズームレンズ保持部３０の直線運動を回転運動に変換するためのカム溝２１を有している。カム溝２１にはズームレンズ保持部３０の突起部が移動可能に装着されており、ズームレンズ保持部３０が光軸方向へ移動すると、この移動に伴って回転筒２０が光軸を中心に回転する。本実施形態では、回転筒２０が一例として３００度回転できるものとして説明する。

回転筒２０の外周には、回転筒２０の周方向に沿って伸びる磁気記録スケール４０が固定して配置されている。本実施形態では、磁気記録スケール４０として環状のものを用いるが、磁気記録スケール４０は環状でなくてもよく、回転筒２０の回転可能な角度に応じた長さを有する直線状のものを用いてもよい。

筐体１０の内面には、磁気記録スケール４０と対向する位置に磁気センサ部５０が固定して配置されている。

図３は、図２に示す磁気記録スケール４０とこれに対向する磁気センサ部５０の部分拡大図である。図４は、図２に示す磁気記録スケール４０の展開図である。

図３に示すように、磁気記録スケール４０は、磁気記録スケール４１と磁気記録スケール４２を重ねた構成である。

磁気記録スケール４１には、波長λ１の正弦波情報が磁気情報として記録されている。磁気記録スケール４２には、波長λ１よりも長い波長λ２の正弦波情報が磁気情報として記録されている。

磁気センサ部５０は、磁気記録スケール４１と対向する位置に配置された磁気センサ５１と、磁気記録スケール４２と対向する位置に配置された磁気センサ５２とを備える。

磁気センサ５１は、印加磁界に応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗効果素子を２つ有しており、磁気記録スケール４１に記録されている磁気情報から、波長λ１の正弦波信号と、この正弦波信号に対し位相が例えば９０°ずれた余弦波信号を検出し、これらの信号を出力する。

磁気センサ５２は、印加磁界に応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗効果素子を２つ有しており、磁気記録スケール４２に記録されている磁気情報から、波長λ２の正弦波信号と、この正弦波信号に対し位相が例えば９０°ずれた余弦波信号を検出し、これらの信号を出力する。

図４に示すように、磁気記録スケール４１は、支持体４３の所定範囲に、波長λ１の正弦波情報が着磁されている。また、磁気記録スケール４２は、支持体４４の上記所定範囲と対応する範囲において、波長λ１より大きな波長λ２の正弦波情報が着磁されている。図中、“Ｎ”は磁石のＮ極を示し、“Ｓ”はＳ極を示す。

図４には、回転筒２０の回転角が０°（例えば、ズームレンズがワイド端）のときの、磁気記録スケール４０に対する磁気センサ部５０の位置を破線で示してある。回転筒２０が回転すると、図４中の破線で示す磁気センサ部５０の位置は図中左方向に移動していく。そして、回転角が３００°になったとき、磁気センサ部５０は、図４中の一点鎖線で示した位置にくる。

図５は、図２に示す回転筒２０を回転させているときに磁気センサ部５０から出力される信号波形を示す図である。

図５の符号Ａ，Ｂで示す波形（以下、Ａ相、Ｂ相という）は、磁気記録スケール４１に対向する磁気センサ５１から出力される信号波形である。Ａ相に対しＢ相は位相が９０°ずれている。

図５の符号Ｃ，Ｄで示す波形（以下、Ｃ相、Ｄ相という）は、磁気記録スケール４２に対向する磁気センサ５２から出力される信号波形である。Ｃ相は、はじめはＡ相と位相が同じであるが、１周期（１パルス）進む毎に、Ａ相よりも２°位相が進む。また、Ｄ相は、Ｃ相に対して位相が９０°ずれた信号となっている。

本実施形態では、回転筒２０が３００°回転する間に、Ａ相及びＢ相が１５０パルス出力され、Ｃ相及びＤ相が１４９パルス出力されるように、磁気記録スケール４１，４２の着磁が行われている。

一般的な放送用のレンズ装置のレンズ口径を考慮すると、磁気記録スケール４１，４２の直径φは８０ｍｍ程度とするのが現実的である。この直径で上述したパルス数を実現するには、着磁ピッチである上記λ１を約１．４ｍｍ、上記λ２を約１．４１ｍｍとすればよい。

図６は、図２に示すズームレンズ保持部３０の位置（ズームレンズの位置と同義）を検出するレンズ装置２の機能ブロックを示す図である。

レンズ装置２には、アンプ６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄと、Ａ／Ｄ変換器６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄと、レンズ制御部７０とが設けられる。

アンプ６０Ａは、磁気センサ部５０から出力されたＡ相信号を増幅する。アンプ６０Ｂは、磁気センサ部５０から出力されたＢ相信号を増幅する。アンプ６０Ｃは、磁気センサ部５０から出力されたＣ相信号を増幅する。アンプ６０Ｄは、磁気センサ部５０から出力されたＤ相信号を増幅する。

Ａ／Ｄ変換器６１Ａは、アンプ６０Ａにて増幅されたＡ相信号を所定間隔でサンプリングしてデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器６１Ｂは、アンプ６０Ｂにて増幅されたＢ相信号を所定間隔でサンプリングしてデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器６１Ｃは、アンプ６０Ｃにて増幅されたＣ相信号を所定間隔でサンプリングしてデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器６１Ｄは、アンプ６０Ｄにて増幅されたＤ相信号を所定間隔でサンプリングしてデジタル信号に変換する。

レンズ制御部７０は、ズームレンズの絶対位置を検出する絶対位置検出部７１と、絶対位置検出部７１によって検出された絶対位置に対するズームレンズの位置（相対位置）を検出する相対位置検出部７２と、メモリ７３とを備える。

レンズ制御部７０はプロセッサを主体に構成されており、絶対位置検出部７１と相対位置検出部７２は、メモリ７３に記憶されているプログラムをプロセッサが実行することにより実現される機能ブロックである。

絶対位置検出部７１は、Ａ／Ｄ変換器６１Ａ〜６１Ｄから出力された任意のタイミングでのＡ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相の信号に基づいて、Ａ相とＣ相との位相差θを算出する。例えば、ａｒｃｔａｎ（Ａ／Ｂ）−ａｒｃｔａｎ（Ｃ／Ｄ） （Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれの相の任意のタイミングで取得された信号レベル）の演算を行って位相差θを算出する。

位相差θとズームレンズの位置（パルス数と対応）との関係は既知であるため、上記位相差θが算出できれば、これに対応するズームレンズの絶対位置を検出することが可能である。

しかし、実際には、磁気記録スケール４１，４２のように、直径が大きくかつ中空形状のようなものは、その作成時に着磁むらが発生する。また、磁気記録スケール４１，４２をレンズ装置２に組み込むときにも、設計通りに組み込むことは難しく、組み込み誤差、他の部材の製造誤差等により、磁気記録スケール４０と磁気センサ部５０との距離が全回転角で一定とならない。このような現象は、磁気記録スケール４０を配置するスペースに余裕がないレンズ装置２において特に顕著に発生する。

図７は、磁気記録スケール４０と磁気センサ部５０を実機に組み込んだときの磁気センサ部５０の出力変化を検討した結果を示すグラフである。

なお、図７は、図５に示したように、位相差θが２°ずつずれていくＡ相及びＢ相とＣ相及びＤ相が磁気センサ部５０から出力されるように磁気記録スケール４０を設計して作成した場合の検討結果であり、回転筒２０の１回転あたりのＡ相及びＢ相の出力パルス数は上述した値とは異なる。また、図７は、回転筒２０を終端から始端に向かって回転させていったときの検討結果を示している。

図７において横軸は、出力されたＣ相の累計パルス数を示している。また、図７において左側の縦軸は、上述した演算により求めた位相差θを示している。また、図７において右側の縦軸は、位相差θの前のパルスに対する変化量を示している。

図７に示した破線は、磁気記録スケール４０が設計値とおりに製造され、かつ、レンズ装置への組み込み誤差等がないと仮定したときの位相差θの変化を示している。

図７を見て分かるように、実機においては、位相差θが、破線の理想値（設計値）に対してばらつく。例えば、絶対位置検出部７１が演算により求めた位相差θが、図７において符号ａで示す値である場合、このａ点の位相差に対応する設計上のパルス数は“約５．５”となる。しかし、ａ点は実際にはパルス数“４”のときに得られる位相差であるため、上述した方法で単純に位相差θを求めただけでは、絶対位置を誤検出してしまう。

そこで、本実施形態では、絶対位置検出部７１が、ｎ個のパルス（ｎは２以上の自然数）分のそれぞれについて、上記演算により位相差θを算出し、算出した複数の位相差θの平均値を求め、この平均値に基づいて、ズームレンズの絶対位置を検出している。

図７において、ａ点とその前後２つずつの計５つの位相差の平均を求め、この平均値をａ点の位相差と置き換えると、ａ点の位相差は図７中の×印で示した点になり、設計値に近づく。したがって、この平均値を用いれば、絶対位置の検出精度を向上させることができる。

図６の説明に戻り、相対位置検出部７２は、いわゆるインクリメンタル型エンコーダであり、アンプ６０Ａから出力されるＡ相信号とアンプ６０Ｂから出力されるＢ相信号とを比較してズームレンズ保持部３０の移動方向を判定し、当該Ａ相信号又は当該Ｂ相信号のパルス数をカウントして、絶対位置検出部７１によって検出された絶対位置からのズームレンズ保持部３０の相対位置を検出する。

なお、相対位置検出部７２は、Ｃ相信号とＤ相信号とを比較してズームレンズ保持部３０の移動方向を判定し、当該Ｃ相信号又は当該Ｄ相信号のパルス数をカウントして、絶対位置検出部７１によって検出された絶対位置からのズームレンズ保持部３０の相対位置を検出してもよい。

次に、以上のように構成されたレンズ装置２によるズームレンズの位置検出動作を図８及び図９を参照して説明する。

図８は、図１に示すレンズ装置２によるズームレンズの位置検出動作を説明するためのフローチャートである。図９は、図１に示すレンズ装置２のズームリング９を一方向に回転させていったときに磁気センサ部５０から出力されるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ相波形を示している。

ユーザによってレンズ装置２の電源がＯＮされると、Ａ／Ｄ変換器６１Ａ〜６１Ｄからは、現在のズームレンズの位置に対応するＡ相信号，Ｂ相信号，Ｃ相信号，Ｄ相信号（以下、これらをまとめてＡＢＣＤ相とも言う）が出力される。例えば、図９の時刻Ｔ１に示すタイミングで電源がＯＮされたものとする。

電源ＯＮの後、絶対位置検出部７１は、Ａ／Ｄ変換器６１Ａ〜６１Ｄの出力信号に変化があるか否かを判定する（ステップＳ１）。

電源ＯＮされてから、ユーザによりズームリング９が一方向に回転され、Ａ／Ｄ変換器６１Ａ〜６１Ｄの出力信号に変化があると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、絶対位置検出部７１は、１周期分（１パルス分）のＡＢＣＤ相を検出したか否かを判定し（ステップＳ２）、検出するまでステップＳ２の処理を繰り返す。

絶対位置検出部７１は、ステップＳ２で１周期分（１パルス分）のＡＢＣＤ相を検出すると、当該ＡＢＣＤ相を正規化してメモリ７３に記憶する（ステップＳ３）。

次に、絶対位置検出部７１は、メモリ７３にｎパルス分（ここではｎ＝５とする）のＡＢＣＤ相をメモリ７３に記憶していなければ（ステップＳ４：ＮＯ）ステップＳ１に処理を戻し、記憶していればステップＳ５の処理を行う。

なお、ステップＳ１〜ステップＳ４の間に、相対位置検出部７２は、Ａ相信号とＢ相信号の比較により、電源ＯＮからのズームレンズの移動方向を検出し、検出結果を絶対位置検出部７１に入力する。

ステップＳ５において、絶対位置検出部７１は、メモリ７３に記憶した５パルス分のＡＢＣＤ相の各々について、任意のタイミング（例えば、Ａ相の振幅が０となるタイミング）に得られたＡＢＣＤ相を用いて、ａｒｃｔａｎ（Ａ／Ｂ）−ａｒｃｔａｎ（Ｃ／Ｄ）の演算を行い、５パルスの各々について位相差θを演算する。

例えば、図９に示すように、絶対位置検出部７１は、電源ＯＮしてから出力される１パルス目については、時刻Ｔ２で得られたＡＢＣＤ相を用いて位相差θ（１）を算出し、２パルス目については、時刻Ｔ３で得られたＡＢＣＤ相を用いて位相差θ（２）を算出し、３パルス目については、時刻Ｔ４で得られたＡＢＣＤ相を用いて位相差θ（３）を算出し、４パルス目については、時刻Ｔ５で得られたＡＢＣＤ相を用いて位相差θ（４）を算出し、５パルス目については、時刻Ｔ６で得られたＡＢＣＤ相を用いて位相差θ（５）を算出する。

次に、絶対位置検出部７１は、位相差θ（１）〜θ（５）の平均値を算出し（ステップＳ６）、この平均値を３パルス目における位相差とする。そして、この３パルス目における位相差と、メモリ７３に記憶されている位相差（設計値）とズームレンズ位置とを対応付けたデータとから、この３パルス目の位相差に対応するズームレンズの絶対位置（現在位置の２パルス前の絶対位置）を決定する（ステップＳ７）。

次に、絶対位置検出部７１は、相対位置検出部７２から受信した、電源ＯＮから現時点までのズームレンズの移動方向にしたがい、ステップＳ７で決定した絶対位置に、２パルス分に相当する移動量を加算又は減算して、ズームレンズの絶対位置を確定する（ステップＳ８）。

例えば、ズームレンズの移動方向が、位相差θが小さい値から大きい値に変化する方向であった場合、絶対位置検出部７１はステップＳ７で決定した絶対位置に２パルス分に相当する移動量を加算して絶対位置を確定する。

一方、ズームレンズの移動方向が、位相差θが大きい値から小さい値に変化する方向であった場合、絶対位置検出部７１はステップＳ７で決定した絶対位置から２パルス分に相当する移動量を減算して絶対位置を確定する。

絶対位置検出部７１は、確定した絶対位置を、撮像装置本体１に接続される表示部に出力して、ユーザにこの絶対位置を報知するようにしてもよい。

ステップＳ８以降は、相対位置検出部７２が、Ａ相信号及びＢ相信号に変化があった場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）に、Ａ相信号とＢ相信号を比較してズームレンズの移動方向を判定し、Ａ相信号又はＢ相信号のパルス数（例えば６４逓倍した精度でのパルス数）をカウントして、ステップＳ８において確定された絶対位置を基準位置とするズームレンズの相対位置を検出する（ステップＳ１０）。

以上のように、本実施形態のレンズ装置２によれば、電源ＯＮ後に磁気センサ部５０から出力されるｎパルス分の各々について求まる位相差の平均値に基づいて、ズームレンズの現在位置を決定するため、磁気記録スケール４０の着磁むらやレンズ装置２の組み込み誤差による影響を低減して、現在位置の検出精度を向上させることができる。

レンズ装置２によれば、特許文献２に記載の絶対位置検出方法よりも簡易な演算で絶対位置を検出することができるため、製造コスト及び消費電力を低減することができる。

また、レンズ装置２によれば、磁気記録スケール４１，４２の各々に対して１つの磁気センサを設ける構成でよいため、特許文献３に記載の絶対位置検出方法よりも製造工ストの低減及び小型化が可能になる。

実機においては、上述した着磁ムラ、組み込み誤差、及び磁気センサ部５０のノイズ等によって、異なるパルスであっても、算出される位相差（実測値）が略同じになる場合がある。

この場合は従来の方法では、この位相差（実測値）がどのパルスに対応するものなのかを判定することができない。一方、５つの位相差（実測値）の平均値は、異なるパルスでも同じ値になる可能性が低くなるため、絶対位置検出の精度を向上させることができる。

また、レンズ装置２によれば、ズームレンズの絶対位置を検出するユニットをレンズ鏡筒内に設けているため、このユニットがレンズ鏡筒に対して外付けされるタイプのレンズ装置と比較すると、機械的なバックラシュを考慮する必要がない。そのため、ズームリングが逆回転しても、メカガタによる位置ずれが発生せず、より精度の高い位置検出が可能になる。

なお、以上の動作説明では、ｎ＝５として説明したが、例えばｎ＝７であれば、７個のパルスの各々について求めた位相差θの平均値を４パルス目に対応する位相差として扱い、この位相差によって４パルス目におけるズームレンズの絶対位置を求めた後、この絶対位置から３パルス分位置をずらした位置を絶対位置として確定させればよい。

また、例えばｎ＝４であれば、４個のパルスの各々について求めた位相差θの平均値を２パルス目又は３パルス目に対応する位相差として扱い、この位相差によって２パルス目又は３パルス目におけるズームレンズの絶対位置を求めた後、この絶対位置から２パルス又は１パルス分位置をずらした位置を絶対位置として確定させればよい。

つまり、絶対位置検出部７１は、ｎが奇数であれば、ｎ個のパルスの各々について算出した位相差θの平均値に対応する絶対位置を“ｎを２で割ったときの商”パルス分ずらして最終的な絶対位置を確定する。

また、絶対位置検出部７１は、ｎが偶数であれば、ｎ個のパルスの各々について算出した位相差θの平均値に対応する絶対位置を“ｎを２で割ったときの商”又は“（ｎを２で割ったときの商）−１”パルス分ずらして最終的な絶対位置を確定する。

ｎの値としては、絶対位置の精度を考慮すると、３以上であることが好ましい。また、ｎの値は、１度の回転操作で回転筒２０が回転する角度（回転筒２０がφ８０ｍｍ程度であれば１０°〜２０°程度）に応じて磁気センサ部５０から出力されるパルス数（５〜１０程度）と同じにしておくのが好ましい。

これにより、ユーザは、レンズ装置２の電源をＯＮしてから、ズームリング９をある方向に軽く１回まわす操作を行うだけで、ズームレンズの絶対位置を知ることができるようになり、絶対位置把握までの作業が簡便化される。

また、以上の動作説明では、ステップＳ５において位相差の算出に用いるＡＢＣＤ相を、Ａ相信号の振幅が０となるタイミングで得られたデータとしたが、これに限らず、任意のタイミングで得られたデータを用いることができる。

ＡＢＣＤ相のいずれかの振幅が０となるタイミングで得られたＡＢＣＤ相のデータから求まる位相差θは、ＡＢＣＤ相のいずれの振幅も０とならないタイミングで得られたＡＢＣＤ相のデータから求まる位相差θと比較すると、設計上の位相差により近い値（誤差の少ない値）となる。

このため、図８のステップＳ５では、各パルスについて、ＡＢＣＤ相のいずれかの振幅が０となるタイミングで得られたＡＢＣＤ相のデータから位相差θを算出することで、最終的に求まるズームレンズの絶対位置の精度を向上させることができる。

図７の例において、例えばＣ相のカウント数が７，８，９，１０，１１に対応する各位相差（実測値）は、全ての値が設計値よりも高くなっている。

このような５つの位相差（実測値）の平均値を求め、この平均値を、Ｃ相のカウント数が９に対応する位相差として扱って絶対位置を検出すると、絶対位置の検出精度向上効果は弱くなる。つまり、電源ＯＮ時のズームレンズの位置によっては、図８のステップＳ７において決定される絶対位置にも誤差が含まれる場合がある。

そこで、レンズ装置２では、この誤差を補正するための誤差補正テーブルをメモリ７３に記憶しておき、絶対位置検出部７１が、ステップＳ６で算出した位相差の平均値と当該誤差補正テーブルとに基づいて、この誤差を補正することが好ましい。以下、この誤差を補正するのに好ましい構成例を説明する。

レンズ装置２の出荷時に、ズームレンズをテレ端からワイド端まで移動させていき、そのときに磁気センサ部５０から出力される１４９個パルスについてそれぞれ位相差θを算出する。次に、１４９個の位相差θの５（＝ｎ）個毎の移動平均を算出する。

具体的には、１〜５パルス目に対応する位相差の平均値、２〜６パルス目に対応する位相差の平均値、３〜７パルス目に対応する位相差の平均値、・・・、１４５〜１４９パルス目に対応する位相差の平均値をそれぞれ求める。

１４９個パルスの各々に対応する位相差θの設計値は既知であるため、上記移動平均と設計値の移動平均との差を誤差データとして求める。

具体的には、（１〜５パルス目に対応する位相差（設計値）の平均値）−（１〜５パルス目に対応する位相差（実測値）の平均値）、（２〜６パルス目に対応する位相差（設計値）の平均値）−（２〜６パルス目に対応する位相差（実測値）の平均値）、・・・、（１４５〜１４９パルス目に対応する位相差（設計値）の平均値）−（１４５〜１４９パルス目に対応する位相差（実測値）の平均値）、をそれぞれ求める。

そして、この誤差データと、当該誤差データに対応する位相差の平均値（実測値）とを対応付けた誤差補正テーブルを作成し、このテーブルをメモリ７３に記憶しておく。

レンズ装置２の電源ＯＮ時、絶対位置検出部７１は、図８のステップＳ６において位相差の平均値（実測値）を算出すると、この平均値（実測値）と誤差補正テーブルを比較し、この平均値（実測値）に対応する誤差データをメモリ７３から読み出す。

そして、絶対位置検出部７１は、ステップＳ６において求めた平均値（実測値）を、読み出した誤差データを用いて補正する。その後、絶対位置検出部７１は、この補正後の平均値に対応するズームレンズの絶対位置を３パルス目に対応する絶対位置として決定する。このような構成により、ズームレンズの絶対位置検出精度を更に向上させることができる。

上述した誤差データは、ズームレンズを可動範囲内で一端から他端まで移動させて得られる場合と、ズームレンズを可動範囲内で他端から一端まで移動させて得られる場合とで異なる値になることが分かっている。

このため、誤差補正テーブルは、ズームレンズを可動範囲内で一端から他端まで移動させて得られる場合に対応するものと、ズームレンズを可動範囲内で他端から一端まで移動させて得られる場合に対応するものとを用意しておくことが好ましい。

このようにした場合、絶対位置検出部７１は、相対位置検出部７２から通知されるズームレンズの移動方向に対応する誤差補正テーブルを用いて、誤差の補正を行えばよい。

ここまでは、レンズ装置２に搭載される可動光学素子としてズームレンズを例にしたが、フォーカスレンズや絞り装置等の他の可動光学素子にも本実施形態で説明した技術を適用可能である。

以上説明してきたように、本明細書は以下の事項が開示されている。

開示されたレンズ装置は、可動光学素子を有するレンズ装置であって、上記可動光学素子の移動に伴って回転する回転部材と、上記回転部材の外周に固定配置され、上記回転部材の周方向に沿って伸びる、それぞれ異なる波長の磁気信号が記録された第一の磁気記録スケール及び第二の磁気記録スケールと、上記第一の磁気記録スケールに記録されている第一の波長の磁気信号に対応する第一の信号及びその第一の信号に対し所定量位相のずれた第二の信号を上記第一の磁気記録スケールから検出し、上記第二の磁気記録スケールに記録されている上記第一の波長と異なる第二の波長の磁気信号に対応する第三の信号及びその第三の信号に対し上記所定量位相のずれた第四の信号を上記第二の磁気記録スケールから検出する信号検出部と、上記信号検出部により検出される信号に基づいて、上記可動光学素子の位置を検出する位置検出部とを備え、上記位置検出部は、上記信号検出部により検出される１周期分の上記第一の信号、上記第二の信号、上記第三の信号、及び上記第四の信号に基づいて、上記第一の信号と上記第三の信号との位相差を算出する位相差算出部と、上記位相算出部により、ｎ（ｎは２以上の自然数）周期分の信号のそれぞれについて算出された上記位相差の平均値を求める位相平均算出部と、上記位相平均算出部により求められた上記平均値に基づいて上記可動光学素子の絶対位置を検出する絶対位置検出部とを備えるものである。

開示されたレンズ装置は、記可動光学素子を可動範囲内で端から端まで移動させたときに得られる各周期に対する上記位相差の上記ｎ個毎の移動平均と、上記各周期に対する上記位相差の上記ｎ個毎の移動平均の設計値との差分を誤差データとして記憶する誤差データ記憶部を備え、上記絶対位置検出部は、上記位相平均算出部により求められた上記平均値と上記誤差データとを比較して、その平均値をその誤差データに基づいて補正し、補正後の平均値に基づいて上記絶対位置を検出するものである。

開示されたレンズ装置は、上記誤差データ記憶部は、上記誤差データとして、上記可動光学素子を可動範囲内で一端から他端まで移動させて得られる第一の誤差データと、上記可動光学素子を可動範囲内で他端から一端まで移動させて得られる第二の誤差データとを記憶するものである。

開示されたレンズ装置は、上記位置検出部は、上記信号検出部により検出される信号に基づいて、上記ｎ周期分の信号が得られたときの上記可動光学素子の移動方向を判定する移動方向判定部を備え、上記絶対位置検出部は、上記補正時に、上記移動方向判定部により判定された移動方向に応じて、上記第一の誤差データと上記第二の誤差データのいずれかを選択して用いるものである。

開示されたレンズ装置は、上記位相算出部は、上記位相差の算出に用いる上記第一の信号、上記第二の信号、上記第三の信号、及び上記第四の信号として、これらのうちいずれかの振幅が０となっている時点での信号を用いるものである。

開示されたレンズ装置は、上記位置検出部は、上記絶対位置が検出された後に上記信号検出部により検出される信号をカウントして、上記可動光学素子の上記絶対位置に対する位置を検出する相対位置検出部を備えるものである。

開示されたレンズ装置の可動光学素子の位置検出方法は、レンズ装置に搭載される可動光学素子の位置検出方法であって、上記可動光学素子の移動に伴って回転する回転部材の外周に固定配置され、上記回転部材の周方向に沿って伸びる第一の磁気記録スケール及び第二の磁気記録スケールから、上記第一の磁気記録スケールに記録されている第一の波長の磁気信号に対応する第一の信号及びその第一の信号に対し所定量位相のずれた第二の信号を検出し、上記第二の磁気記録スケールに記録されている上記第一の波長とは異なる第二の波長の磁気信号に対応する第三の信号及びその第三の信号に対し上記所定量位相のずれた第四の信号を検出する信号検出ステップと、上記信号検出ステップにより検出した１周期分の上記第一の信号、上記第二の信号、上記第三の信号、及び上記第四の信号に基づいて、上記第一の信号と上記第三の信号との位相差を算出する位相差算出ステップと、上記位相算出ステップによりｎ（ｎは２以上の自然数）周期分の信号のそれぞれについて算出した上記位相差の平均値を求める位相平均算出ステップと、上記位相平均算出ステップにより求めた上記平均値に基づいて上記可動光学素子の絶対位置を検出する絶対位置検出ステップとを備えるものである。

本発明は、例えばテレビカメラ用のレンズ装置に適用して有効である。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、開示された発明の技術思想を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１２年１月３０日出願の日本特許出願（特願２０１２−１６９７１）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

２ レンズ装置
２０ 回転筒
４１，４２ 磁気記録スケール
５０ 磁気センサ部
７０ レンズ制御部
７１ 絶対位置検出部

Claims (5)

1. 可動光学素子を有するレンズ装置であって、
   前記可動光学素子の移動に伴って回転する回転部材と、
   前記回転部材の外周に固定配置され、前記回転部材の周方向に沿って伸びる、それぞれ異なる波長の磁気信号が記録された第一の磁気記録スケール及び第二の磁気記録スケールと、
   前記第一の磁気記録スケールに記録されている第一の波長の磁気信号に対応する第一の信号及び当該第一の信号に対し所定量位相のずれた第二の信号を前記第一の磁気記録スケールから検出し、前記第二の磁気記録スケールに記録されている前記第一の波長と異なる第二の波長の磁気信号に対応する第三の信号及び当該第三の信号に対し前記所定量位相のずれた第四の信号を前記第二の磁気記録スケールから検出する信号検出部と、
   前記信号検出部により検出される信号に基づいて、前記可動光学素子の位置を検出する位置検出部とを備え、
   前記位置検出部は、
   前記信号検出部により検出される１周期分の前記第一の信号、前記第二の信号、前記第三の信号、及び前記第四の信号に基づいて、前記第一の信号と前記第三の信号との位相差を算出する位相差算出部と、
   前記位相差算出部により、ｎ（ｎは２以上の自然数）周期分の信号のそれぞれについて算出された前記位相差の平均値を求める位相平均算出部と、
   前記位相平均算出部により求められた前記平均値に基づいて前記可動光学素子の絶対位置を検出する絶対位置検出部と、
   前記可動光学素子を可動範囲内で端から端まで移動させたときに得られる各周期に対する前記位相差の実測値のｎ個毎の移動平均と、前記各周期に対する前記位相差の設計値の前記ｎ個毎の移動平均との差分を誤差データとし、当該誤差データを前記実測値の移動平均と対応付けて記憶する誤差データ記憶部とを備え、
   前記絶対位置検出部は、前記位相平均算出部により求められた前記平均値に対応する誤差データを前記誤差データ記憶部から読み出し、読みだした誤差データを用いて当該平均値を補正し、補正後の平均値に基づいて前記絶対位置を検出するレンズ装置。
2. 請求項１記載のレンズ装置であって、
   前記誤差データ記憶部は、前記誤差データとして、前記可動光学素子を可動範囲内で一端から他端まで移動させて得られる第一の誤差データと、前記可動光学素子を可動範囲内で他端から一端まで移動させて得られる第二の誤差データとを記憶し、
   前記位置検出部は、前記信号検出部により検出される信号に基づいて、前記ｎ周期分の信号が得られたときの前記可動光学素子の移動方向を判定する移動方向判定部を備え、
   前記絶対位置検出部は、前記補正時に、前記移動方向判定部により判定された移動方向に応じて、前記第一の誤差データと前記第二の誤差データのいずれかを選択して用いるレンズ装置。
3. 請求項１又は２記載のレンズ装置であって、
   前記位相差算出部は、前記位相差の算出に用いる前記第一の信号、前記第二の信号、前記第三の信号、及び前記第四の信号として、これらのうちいずれかの振幅が０となっている時点での信号を用いるレンズ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載のレンズ装置であって、
   前記位置検出部は、前記絶対位置が検出された後に前記信号検出部により検出される信号をカウントして、前記可動光学素子の前記絶対位置に対する位置を検出する相対位置検出部を備えるレンズ装置。
5. レンズ装置に搭載される可動光学素子の位置検出方法であって、
   前記可動光学素子の移動に伴って回転する回転部材の外周に固定配置され、前記回転部材の周方向に沿って伸びる第一の磁気記録スケール及び第二の磁気記録スケールから、前記第一の磁気記録スケールに記録されている第一の波長の磁気信号に対応する第一の信号及び当該第一の信号に対し所定量位相のずれた第二の信号を検出し、前記第二の磁気記録スケールに記録されている前記第一の波長とは異なる第二の波長の磁気信号に対応する第三の信号及び当該第三の信号に対し前記所定量位相のずれた第四の信号を検出する信号検出ステップと、
   前記信号検出ステップにより検出した１周期分の前記第一の信号、前記第二の信号、前記第三の信号、及び前記第四の信号に基づいて、前記第一の信号と前記第三の信号との位相差を算出する位相差算出ステップと、
   前記位相差算出ステップによりｎ（ｎは２以上の自然数）周期分の信号のそれぞれについて算出した前記位相差の平均値を求める位相平均算出ステップと、
   前記位相平均算出ステップにより求めた前記平均値に基づいて前記可動光学素子の絶対位置を検出する絶対位置検出ステップとを備え、
   前記絶対位置検出ステップでは、前記可動光学素子を可動範囲内で端から端まで移動させたときに得られる各周期に対する前記位相差の実測値の前記ｎ個毎の移動平均と、前記各周期に対する前記位相差の設計値の前記ｎ個毎の移動平均との差分を誤差データとし、当該誤差データを前記実測値の移動平均と対応付けて記憶する前記レンズ装置の誤差データ記憶部から、前記位相平均算出ステップにより求められた前記平均値に対応する誤差データを読み出し、読み出した前記誤差データを用いて当該平均値を補正し、補正後の平均値に基づいて前記絶対位置を検出する位置検出方法。

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