JPH08327876A - Optical system - Google Patents

Optical system

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JPH08327876A
JPH08327876A JP13520695A JP13520695A JPH08327876A JP H08327876 A JPH08327876 A JP H08327876A JP 13520695 A JP13520695 A JP 13520695A JP 13520695 A JP13520695 A JP 13520695A JP H08327876 A JPH08327876 A JP H08327876A
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JP
Japan
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lens
axis
optical system
control
disturbance
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Application number
JP13520695A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Ito
浩司 伊藤
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To prevent step out from synchronism between lenses caused by disturbance in an optical system. CONSTITUTION: In the system having a zoom lens executing variable power by moving at least two lenses such as a variable power lens and a correction lens correcting an image plane fluctuated by the variable power by independent driving parts on an optical axis, the prevention of the step out from synchronism is realized by a lens position calculating means 3 calculating the position of the lens for every lens, a position storing means storing the position of every lens, a lens position control means 6 moving the lens by driving the driving part based on a position signal stored in the position storing means, and position detection means 9a and 9b detecting the position of the lens on the optical axis.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光学システムに関し、例
えば変倍(ズーミング)により移動させるレンズ群を各
々独立に設けた駆動部で行なう構成を有し、ズーミング
操作部材から入力したズーム位置情報を基に各レンズ群
を移動させて変倍させて変倍するとき、変倍中の、追従
遅れ、外乱等による誤差に起因するピントのズレ量の変
動を補正するようにした高い光学性能が要求されるテレ
ビカメラ等に好適な光学システムに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical system, for example, having a structure in which a lens unit for moving by zooming is provided by an independent drive unit, and zoom position information input from a zooming operation member is received. When each lens group is moved to change the magnification based on the above, high optical performance is required to correct the fluctuation of the focus shift amount due to errors due to tracking delay, disturbance during zooming. The present invention relates to an optical system suitable for a television camera or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】図1は複数のレンズ群より成る変倍部を
光軸上移動させて変倍を行うと共に、該変倍部の少なく
とも一部のレンズ群を含むフォーカス部を光軸上移動さ
せてフォーカスを行うようにしたズームレンズを有する
光学システムで、2つのレンズ群を有する場合の構成を
示す図である。このシステムは、焦点距離を望遠側ある
いは広角側に変化させると共に変化速度を決定するため
の焦点距離可変手段と、該焦点距離可変手段1の出力信
号を基に焦点距離指令信号を演算する焦点距離演算手段
2と、物体距離情報を設定する物体距離情報設定手段
4、およびこれら焦点距離、物体距離より各レンズ群の
光軸上の位置を演算するレンズ群位置演算手段3と、第
1レンズ群を移動するための駆動手段7aと第1レンズ
群位置、速度を検出するための位置検出手段9a、速度
検出手段10aと、第2レンズ群を移動するための駆動
手段7bと第2レンズ群位置を検出するための位置、速
度検出手段9b、速度検出手段10bと、第1レンズ群
および第2レンズ群目標位置生成手段3と、第1レンズ
群の駆動手段7a、第2レンズ群の駆動手段7bへの制
御入力信号を決定する制御手段5を有する。また図4は
このようなシステムに対する従来の制御方式の一例を示
す。ここでは、第1軸を第1レンズ群、第2軸を第2レ
ンズ群とする。図4の制御対象の第1軸は図中3a、第
2軸は図中3bとして示した2次系である。制御対象は
3aは図1では第1レンズ群駆動手段7aと第1レンズ
群8aに対応し、制御対象3bは図1では第2レンズ群
駆動手段7bと第2レンズ群8bに対応する。また、図
4の位置信号8a、8bは、それぞれ図1では第1レン
ズ群位置検出手段9a、第2レンズ群位置検出手段9b
の出力信号に対応している。図4の速度信号10a、1
0bは、図1では速度検出手段10a、10bにより速
度情報を測定する。図4の位置目標値信号1a、1bは
それぞれ図1ではレンズ群位置目標値生成手段3の出力
信号である。図4の制御装置2は、図1では制御信号5
に対応する。
2. Description of the Related Art FIG. 1 shows a variable power unit composed of a plurality of lens units for moving the variable power on the optical axis, and a focusing unit including at least a part of the lens units for moving the variable power unit on the optical axis. It is a figure which shows the structure in case the optical system which has a zoom lens which was made to perform a focus, and has two lens groups. This system comprises a focal length varying means for changing the focal length to the telephoto side or the wide angle side and for determining the changing speed, and a focal length for computing a focal length command signal based on the output signal of the focal length varying means 1. A computing means 2, an object distance information setting means 4 for setting object distance information, a lens group position computing means 3 for computing the position of each lens group on the optical axis from these focal length and object distance, and the first lens group. Driving means 7a for moving the first lens group position, position detecting means 9a for detecting the speed, speed detecting means 10a, and driving means 7b for moving the second lens group and the second lens group position For detecting the position, speed detecting means 9b, speed detecting means 10b, first lens group and second lens group target position generating means 3, first lens group driving means 7a, and second lens group. Having a control means 5 for determining a control input signal to the motion means 7b. FIG. 4 shows an example of a conventional control method for such a system. Here, the first axis is the first lens group and the second axis is the second lens group. The first axis to be controlled in FIG. 4 is a secondary system 3a in the figure, and the second axis is a secondary system 3b in the figure. The controlled object 3a corresponds to the first lens group driving means 7a and the first lens group 8a in FIG. 1, and the controlled object 3b corresponds to the second lens group driving means 7b and the second lens group 8b in FIG. Further, the position signals 8a and 8b in FIG. 4 correspond to the first lens group position detecting means 9a and the second lens group position detecting means 9b in FIG. 1, respectively.
It corresponds to the output signal of. Speed signals 10a, 1 of FIG.
0b measures speed information by the speed detecting means 10a and 10b in FIG. The position target value signals 1a and 1b in FIG. 4 are output signals of the lens group position target value generating means 3 in FIG. The control device 2 of FIG.
Corresponding to.

【0003】目標生成手段は、2軸が常に目標の位置関
係になるように位置目標値を生成し、第1軸および第2
軸の位置制御系に指令する。このとき目標値信号は2軸
の同期関係が常に保たれるように指令される。例えば空
間2軸で円軌跡を描こうとするときには、位置指令信号
発生手段1から各軸成分毎の位置指令値としてサイン
波、コサイン波を出力すれば各軸毎の制御手段に基づき
それぞれに対応した制御対象を同時に位置制御して円軌
跡を描くことができる。2軸の同期関係は第1軸を横
軸、第2軸を縦軸とする平面と考え、この平面内で移動
軌跡を描くことで知ることができる。2軸が同期関係に
あるときは追従軌跡は、目標軌道を示す曲線上を移動す
る。この曲線から外れるほど同期関係はくずれているこ
とを示す。このように多軸の同期関係を保ちながら行う
制御は空間内での経路制御と同様な問題として扱うこと
ができる。
The target generating means generates a position target value so that the two axes are always in the target positional relationship, and the first axis and the second axis are generated.
Command the axis position control system. At this time, the target value signal is instructed so that the synchronous relationship between the two axes is always maintained. For example, when a circular locus is to be drawn in two spatial axes, the position command signal generating means 1 outputs a sine wave and a cosine wave as position command values for each axis component, which correspond to each axis based on the control means. A circular locus can be drawn by simultaneously controlling the positions of the controlled objects. The synchronous relationship between the two axes can be known by considering a plane having the first axis as the horizontal axis and the second axis as the vertical axis, and drawing a movement locus in this plane. When the two axes are in a synchronous relationship, the tracking locus moves on the curve indicating the target trajectory. The deviation from this curve indicates that the synchronization relationship is broken. In this way, the control performed while maintaining the multi-axis synchronous relationship can be treated as a problem similar to the route control in space.

【0004】図4の制御系において、2軸の制御系の構
成は同じで、安定化のための速度制御系をマイナールー
プとして持つ位置制御系である。このように従来の制御
方式では、第1軸への制御入力は1軸の目標位置指令値
と、第1軸の位置、速度情報より求められ、第2軸への
制御入力は第2軸の目標位置指令値と、第2軸の位置、
速度情報より求められ、2軸は互いに独立に制御されて
いる。このような位置制御系は、比較的低いゲインの位
置制御ループとその内側に比較的高いゲインの速度制御
ループを有する制御系である。この制御系の特徴は、速
度制御ループの高いゲインにより制御系の外乱に対する
剛性を高く設定できるとともに、位置制御ループはゲイ
ンが低いため機械系に過度の衝撃を与えない応答が容易
に得られることである。
In the control system of FIG. 4, the two-axis control system has the same structure, and is a position control system having a speed control system for stabilization as a minor loop. As described above, in the conventional control method, the control input to the first axis is obtained from the target position command value of the first axis and the position and speed information of the first axis, and the control input to the second axis is the control input of the second axis. The target position command value and the position of the second axis,
Obtained from the speed information, the two axes are controlled independently of each other. Such a position control system is a control system having a relatively low gain position control loop and a relatively high gain speed control loop inside thereof. The characteristics of this control system are that the rigidity of the control system against disturbance can be set high by the high gain of the speed control loop, and the position control loop has a low gain, so that a response that does not give an excessive impact to the mechanical system can be easily obtained. Is.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、前
記の従来位置制御方法には次に示すような問題点があ
る。 (1)各軸の応答性が全く同じことを前提とする。 (2)経路精度を高くするには位置制御ループのゲイン
を高く設定しなければならない。これらの問題点を以下
に詳細に説明する。
However, the above-mentioned conventional position control method has the following problems. (1) It is premised that the responsiveness of each axis is exactly the same. (2) In order to improve the route accuracy, the gain of the position control loop must be set high. These problems will be described in detail below.

【0006】前記の従来位置制御方法の位置制御系を持
ち第1軸をX軸、第2軸をY軸とする2軸で経路制御を
行う場合を考える。この2軸の位置制御系で平面上に円
を描くことを考える。X軸、Y軸の2つの直線軸で平面
上に円を描くためには、例えばX軸、Y軸に各々サイン
波、コサイン波を同期させて位置目標値として与える。
この目標値にX軸、Y軸が完全に追従すれば正確な円を
描くことができる。
Consider a case where the position control system of the above-mentioned conventional position control method is provided and path control is performed by two axes, the first axis being the X axis and the second axis being the Y axis. Consider drawing a circle on a plane with this biaxial position control system. In order to draw a circle on a plane with two linear axes of the X axis and the Y axis, for example, a sine wave and a cosine wave are synchronized with the X axis and the Y axis, respectively, and given as position target values.
If the X-axis and the Y-axis completely follow this target value, an accurate circle can be drawn.

【0007】図8は従来方式の特性を示すための図で、
軌跡C0は目標の円軌跡である。従来方式では通常X
軸、Y軸の応答性は同じ値に設定する。このようにX
軸、Y軸の位置制御ループ・ゲインを同じに設定したと
きの軌跡をC1として示した。軌跡C1は経路の始点と
終点以外では半径は目標の円より小さくなるが円軌跡に
なる。次に前記(1)の問題点を調べるためにX軸、Y
軸の位置制御ループ・ゲインを別々の値に設定し、X
軸、Y軸の応答性を変えて経路制御を行う。図8にこの
ときの軌跡をC2として示した。同図より明らかなよう
に、軌跡C2は目標の円にはならず楕円になっている。
この例からX軸、Y軸の応答性を全く同じにする必要性
が理解される。
FIG. 8 is a diagram showing the characteristics of the conventional system.
The locus C0 is a target circular locus. Conventional method is usually X
Axis and Y-axis responsiveness are set to the same value. X like this
The locus when the position control loop gains of the axes Y and Y are set to be the same is shown as C1. The locus C1 is a circular locus although the radius is smaller than the target circle except for the start point and the end point of the route. Next, in order to investigate the above problem (1), the X axis and Y
Set the axis position control loop gain to different values and
Path control is performed by changing the responsiveness of the axis and the Y axis. The locus at this time is shown as C2 in FIG. As is clear from the figure, the locus C2 is not a target circle but an ellipse.
From this example, it is understood that it is necessary to make the responsiveness of the X axis and the Y axis identical.

【0008】次に、問題点(2)の経路精度と位置制御
ループのゲインの関係を調べる。ここではX軸、Y軸の
応答性は同じものと仮定する。図8の軌跡C1はX軸、
Y軸の応答性が同じときの目標円経路に対する追従軌跡
であった。この例でも追従軌跡は目標円経路に対して誤
差を生じている。このとき定常状態における目標円経路
と追従軌跡の間の経路誤差を半径減少量dRで表すとす
るとdRは、ほぼ次式で計算できる。
Next, the relationship between the path accuracy and the gain of the position control loop, which is the problem (2), is examined. Here, it is assumed that the X-axis and the Y-axis have the same responsiveness. The locus C1 in FIG. 8 is the X axis,
It was a follow-up trajectory for the target circle path when the Y-axis responsiveness was the same. In this example as well, the following trajectory has an error with respect to the target circle path. At this time, if the path error between the target circle path and the following trajectory in the steady state is represented by the radius reduction amount dR, dR can be calculated by the following equation.

【0009】[0009]

【外3】 即ち、同じ速度Vo、半径Rの円を目標軌跡として描く
場合、経路誤差は位置ループ・ゲインWoの2乗に反比
例して小さくなる。逆に言うと、高い精度の円を描くた
めには位置ループ・ゲインを高く設定する必要がある。
一方、位置ループ・ゲインを高く設定するためには、位
置制御ループの内部ループの速度制御ループのゲインW
oを高く設定する必要がある。しかし、通常、速度制御
ループ・ゲインを高く設定することは機械系の振動を引
き起こすためある限界がある。従って位置ループ・ゲイ
ンを高く設定することは困難であり、目的の経路誤差に
軌跡の精度を収めることは、目標円軌跡の速度が速いほ
ど、また、円の半径が小さいほど難しくなる。
[Outside 3] That is, when a circle with the same speed Vo and radius R is drawn as the target locus, the path error decreases in inverse proportion to the square of the position loop gain Wo. Conversely, in order to draw a highly accurate circle, it is necessary to set the position loop gain high.
On the other hand, in order to set the position loop gain high, the gain W of the speed control loop of the inner loop of the position control loop is set.
It is necessary to set o high. However, setting the speed control loop gain high usually causes some vibrations of the mechanical system, and thus has a certain limit. Therefore, it is difficult to set the position loop gain high, and it becomes difficult to keep the accuracy of the trajectory within the target path error as the speed of the target circle trajectory becomes faster and the radius of the circle becomes smaller.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明では、従来方式の
ように、制御する各軸毎に独立に制御ループを組むので
はなく、状態量、目標値を目的の軸のみならず、他の軸
の状態量、目標値をも利用して制御ループを組む。
According to the present invention, unlike the conventional method, a control loop is not formed independently for each axis to be controlled, but the state quantity and the target value are not limited to the target axis, but also to other axes. A control loop is formed using the state quantity of the shaft and the target value.

【0011】このため、本発明独自の評価関数を定めこ
の評価関数を最適化するような制御系を構成することに
より目的の経路制御を行う。制御系を構成するために
は、面積の評価項を含む以下の(式1)のような評価関
数を定め、この関数を最小化するような最適制御入力
を、制御対象の状態量、目標値から計算機などで逐次求
め、制御対象にこの制御入力を逐次指令することにより
実現する。即ち、制御系を構成することは、(式1)の
評価関数を最小化するような最適制御入力を計算するこ
とになる。このときの構成図を図2に示す。尚、(式
1)のような評価関数を最小化するような最適制御入力
は、例えばDP(Dynamic Programin
g)法等の方法で求めることができる。
Therefore, the objective route control is performed by defining an evaluation function unique to the present invention and constructing a control system for optimizing this evaluation function. In order to configure a control system, an evaluation function such as the following (Equation 1) including an area evaluation term is defined, and an optimum control input that minimizes this function is set as a state quantity of a control target and a target value. It is realized by sequentially obtaining from the above with a computer or the like and sequentially instructing this control input to the controlled object. That is, configuring the control system means calculating the optimum control input that minimizes the evaluation function of (Equation 1). A configuration diagram at this time is shown in FIG. An optimum control input that minimizes the evaluation function as in (Equation 1) is, for example, DP (Dynamic Program).
It can be determined by a method such as g) method.

【0012】[0012]

【外4】 ここで、 R 目標値ベクトル y=CX 出力ベクトル X 状態ベクトル U 制御入力ベクトル k 時刻 M 積分時間 Q 重み関数 H 重み関数[Outside 4] Here, R target value vector y = CX output vector X state vector U control input vector k time M integration time Q weighting function H weighting function

【0013】[0013]

【実施例】【Example】

(実施例1)図2は本発明の実施例を示す。図1との対
応関係は図1のレンズ群位置制御手段6に対応する、図
2の制御装置2の構成以外は、従来方式の説明で示した
対応関係と同じとする。図1では、位置情報、速度情報
は別の線で表しているが、図2では、位置情報、速度情
報を表す状態量は1本の線である。これは複数の情報を
示す状態ベクトルで、ベクトル量である。他の線も同様
にベクトル量である。制御対象の特性は状態方程式で表
される。(式6)はこの状態方程式を離散時間系の方程
式に変換したものである。ここでφ、Gはシステムの特
性を表すマトリクスである。
(Embodiment 1) FIG. 2 shows an embodiment of the present invention. The correspondence with FIG. 1 is the same as the correspondence shown in the description of the conventional system except for the configuration of the control device 2 in FIG. 2, which corresponds to the lens group position control means 6 in FIG. In FIG. 1, the position information and the speed information are represented by different lines, but in FIG. 2, the state quantity representing the position information and the speed information is one line. This is a state vector indicating a plurality of information and is a vector quantity. The other lines are vector quantities as well. The characteristic of the controlled object is represented by a state equation. (Equation 6) is a transformation of this state equation into a discrete time system equation. Here, φ and G are matrices representing the characteristics of the system.

【0014】 X(k+1)=φX(k)+GU(k)(式6) X 状態ベクトル U 制御入力ベクトル また評価関数は(式1)とする。ここで評価関数は以下
のような(式2)、(式3)のような評価項を含む式と
する。
X (k + 1) = φX (k) + GU (k) (Equation 6) X state vector U control input vector The evaluation function is (Equation 1). Here, the evaluation function is an expression including evaluation terms such as the following (Expression 2) and (Expression 3).

【0015】 S1k =eK Tqkek (式2) S2k =eK Tqk+1ek (式3) ここで、S1 k = e K T qke k (Formula 2) S2 k = e K T qk + 1e k (Formula 3)

【0016】[0016]

【外5】 k 位置誤差ベクトル ΔR 目標値の増分ベクトル Io 単位行列[Outside 5] e k Position error vector ΔR Target value increment vector I o Identity matrix

【0017】この項は図7S1k 、S2k に示すような
目標位置指令値および追従値の2曲線で作られる閉領域
の面積を表し面積評価項と呼ばれる。評価項としては図
7のS1k とS2k のいずれか、あるいは両方を用い
る。本実施例で両方用いることにする。
[0017] This section is called the area evaluation section represents the area of a closed region made with two curves of FIG 7S1 k, S2 target position command value and the follow-up value as shown in k. Either or both of S1 k and S2 k in FIG. 7 are used as the evaluation term. Both will be used in this embodiment.

【0018】S1k =eK Tqkek S2k =eK Tqk+1ek よって(式1)の重み関数は次のように表される。S1 k = e K T qke k S2 k = e K T qk + 1e k Therefore, the weighting function of (Equation 1) is expressed as follows.

【0019】Qi =qo +q1*i +q2*i+1 qo 定数行列 q1、q2 定数Q i = q o + q1 * q i + q2 * q i + 1 qo constant matrix q1, q2 constants

【0020】実際の制御対象のモデルは図6のような2
次の慣性系とする。(式1)の評価関数を最小化する最
適制御入力U(k)は次のように求められる。制御系
は、この式を実時間で演算することにより実現できる。
The model of the actual controlled object is 2 as shown in FIG.
The following inertial system is used. The optimum control input U (k) that minimizes the evaluation function of (Equation 1) is obtained as follows. The control system can be realized by calculating this equation in real time.

【0021】[0021]

【外6】 [Outside 6]

【0022】以上のように、面積評価項を導入すること
により、(式1)の評価関数を最小化する制御系は本来
独立な制御対象が互いに干渉し合い、また、速度情報も
用いる制御系になる。このとき目標位置指令値は現在値
のみでなく有限の時間先の値も用いている。この値は目
標位置指令値記憶手段13から得られる。即ち、第1軸
への制御入力は、第1軸および第2軸への目標位置指令
値と、第1軸の位置、速度情報より求められる。また、
同様に第2軸への制御入力は、第1軸および第2軸への
目標位置指令値と、第2軸の位置、速度情報より求めら
れる。このように本発明の制御系では、第1軸と第2軸
の目標値はお互いに干渉し合って制御が行われる。即
ち、面積の評価項を含むの評価関数を最適化する制御系
を構成することにより目標値が互いに干渉し合う制御装
置をつくることができる。
As described above, by introducing the area evaluation term, in the control system that minimizes the evaluation function of (Equation 1), originally independent control objects interfere with each other, and the control system also uses speed information. become. At this time, the target position command value uses not only the current value but also a value after a finite time. This value is obtained from the target position command value storage means 13. That is, the control input to the first axis is obtained from the target position command values for the first and second axes and the position and speed information of the first axis. Also,
Similarly, the control input to the second axis is obtained from the target position command values for the first and second axes and the position and speed information of the second axis. As described above, in the control system of the present invention, the target values of the first axis and the second axis interfere with each other to perform control. That is, by constructing a control system that optimizes the evaluation function including the area evaluation term, it is possible to create a control device in which the target values interfere with each other.

【0023】図9は第1レンズ群と第2レンズ群が円弧
軌道を移動するように2軸を制御したときの軌跡であ
る。図中C0は目標軌道を示し、C1は従来方式の追従
軌跡、C2は本制御系の追従軌跡を示す。このように、
本制御方式による制御系は各軸の同期関係を良好に保つ
ことができる。
FIG. 9 is a locus when the two axes are controlled so that the first lens group and the second lens group move in an arc orbit. In the figure, C0 shows a target trajectory, C1 shows a follow-up trajectory of the conventional method, and C2 shows a follow-up trajectory of this control system. in this way,
The control system based on this control method can maintain good synchronization relation of each axis.

【0024】(実施例2)外乱推定 (実施例1)の制御方法では外乱が印加された場合に、
その影響を十分に抑制できない。本実施例では、外乱推
定器により外乱を推定しこの値W1を(式8)で用いる
ことにより外乱を抑制する。ここでW1は外乱推定器の
出力である。
(Second Embodiment) Disturbance Estimation In the control method of the first embodiment, when a disturbance is applied,
The effect cannot be suppressed sufficiently. In this embodiment, the disturbance is estimated by the disturbance estimator and the value W1 is used in (Equation 8) to suppress the disturbance. Here, W1 is the output of the disturbance estimator.

【0025】 X(k+1)=A(k)X(k)+B(k)U(k)+W1(k)(式8) X 状態ベクトル U 制御入力ベクトル W1 推定外乱ベクトルX (k + 1) = A (k) X (k) + B (k) U (k) + W1 (k) (Equation 8) X state vector U control input vector W1 estimated disturbance vector

【0026】外乱推定器は種々の方式があるが、ここで
は図5のようなカルマン・フィルタを用いる。実際の制
御対象のモデルは図6のような2次の慣性系とし、また
外乱の発生モデルは1次系として外乱推定器を構成す
る。外乱推定器の出力である外乱推定値を用いて(実施
例1)と同様の評価関数を最小化する制御系を構成す
る。
There are various types of disturbance estimators, but here, a Kalman filter as shown in FIG. 5 is used. The model of the actual controlled object is a secondary inertial system as shown in FIG. 6, and the disturbance generation model is a primary system, which constitutes the disturbance estimator. The disturbance estimation value output from the disturbance estimator is used to configure a control system that minimizes the same evaluation function as in the first embodiment.

【0027】以上のように制御系を構成した結果、第1
軸への制御入力は、第1軸および第2軸への目標位置指
令値と、第1軸および第2軸の位置、速度情報より求め
られる。また、同様に第2軸への制御入力は、第1軸お
よび第2軸への目標位置指令値と、第1軸および第2軸
の位置、速度情報より求められる。このように本発明の
制御系では、目標位置指令値は第1軸と第2軸はお互い
に干渉し合って制御が行われる。また、位置、速度情報
もお互いに干渉し合って制御が行われる。即ち、制御対
象に印加される外乱を推定し、面積の評価項を含むの評
価関数を最適化する制御系を構成することにより目標
値、状態量が互いに干渉し合う制御装置をつくることが
できる。
As a result of configuring the control system as described above, the first
The control input to the axis is obtained from target position command values for the first and second axes and the position and speed information of the first and second axes. Similarly, the control input to the second axis is obtained from target position command values for the first axis and the second axis and the position and speed information of the first axis and the second axis. Thus, in the control system of the present invention, the target position command value is controlled by the first axis and the second axis interfering with each other. Further, the position and speed information also interferes with each other for control. That is, it is possible to create a control device in which the target value and the state quantity interfere with each other by constructing a control system that estimates the disturbance applied to the controlled object and optimizes the evaluation function including the area evaluation term. .

【0028】図3は本実施例2と次の実施例3、実施例
4の構成をまとめて示した図である。本実施例では図3
から、仮想制御対象と外乱測定手段を取り除いて構成す
る。
FIG. 3 is a diagram collectively showing the configurations of the second embodiment and the following third and fourth embodiments. In this embodiment, FIG.
From the above, the virtual control target and the disturbance measuring means are removed.

【0029】図10は第1レンズ群と第2レンズ群が円
弧軌道を移動するように2軸を制御したときの軌跡であ
る。図中C0は目標軌跡を示し、C1は実施例1の追従
軌跡、C2は本実施例の制御系の追従軌跡を示す。図1
0はD点でステップ外乱が第1軸に印加されたときの追
従軌跡を示す。C1はステップ外乱に対し定常偏差を生
じている。このように、本実施例の制御方法では実施例
1に比べ、外乱に対し剛性の高い制御系を実現できる。
FIG. 10 is a locus when the two axes are controlled so that the first lens group and the second lens group move in circular arc orbits. In the figure, C0 indicates a target locus, C1 indicates a following locus of the first embodiment, and C2 indicates a following locus of the control system of the present embodiment. FIG.
0 indicates a tracking locus at the point D when the step disturbance is applied to the first axis. C1 has a steady deviation with respect to the step disturbance. As described above, according to the control method of the present embodiment, it is possible to realize a control system having high rigidity against disturbance as compared with the first embodiment.

【0030】(実施例3)仮想軸 実施例1、実施例2においては、軌道の終端部で大きな
オーバーシュートを発生する。このオーバーシュートを
小さく抑えるために仮想軸を導入する。仮想軸は、実在
する制御対象軸の他に、仮想的な制御軸を考え、この軸
を制御対象に含めて、実施例1または実施例2と同様に
制御系を構成する。図3は、仮想軸を用いた場合の制御
系の構成である。制御対象である第1軸、第2軸の特
性、および位置目標値は実施例1と同様である。ここで
は仮想軸の特性は第1軸と同一とし、仮想軸に対する位
置目標値信号は、2軸の移動が停止した時点から一定速
度で移動するものとする。図11のC2はこの系の応答
である。またC1は実施例1の仮想軸を持たない制御系
の応答、C0は目標経路である。図より仮想軸を用いた
制御系では終端部でのオーバーシュートが小さくなって
いる。
(Third Embodiment) Virtual Axis In the first and second embodiments, a large overshoot occurs at the trailing end of the track. A virtual axis is introduced to suppress this overshoot. As the virtual axis, a virtual control axis is considered in addition to the existing control target axis, and this axis is included in the control target to configure a control system as in the first or second embodiment. FIG. 3 shows the configuration of the control system when the virtual axis is used. The characteristics of the first and second axes to be controlled and the target position value are the same as in the first embodiment. Here, it is assumed that the characteristics of the virtual axis are the same as those of the first axis, and the position target value signal for the virtual axis moves at a constant speed after the movement of the two axes is stopped. C2 in FIG. 11 is the response of this system. C1 is the response of the control system having no virtual axis in the first embodiment, and C0 is the target route. As shown in the figure, the overshoot at the terminal end is small in the control system using the virtual axis.

【0031】(実施例4)外乱予見 実施例1、実施例2では外乱は予め知ることはできない
場合の構成を示した。しかし、目標位置に対応したトル
ク外乱が予め知られているような場合には、この情報を
用いて制御を行うことにより、より良好な制御を行うこ
とができる。この場合には制御対象の特性を(式9)の
ように表し制御系を構成する。ここで、W1は実施例2
で用いた外乱推定器の推定値であり、W2は予め知られ
ている既知外乱である。この系の構成も図3に示す。
(Fourth Embodiment) Disturbance Forecasting In the first and second embodiments, the configuration in which the disturbance cannot be known in advance is shown. However, when the torque disturbance corresponding to the target position is known in advance, better control can be performed by performing control using this information. In this case, the characteristic of the controlled object is expressed as in (Equation 9), and the control system is configured. Here, W1 is the second embodiment
W2 is an estimated value of the disturbance estimator used in step 1, and W2 is a known disturbance known in advance. The configuration of this system is also shown in FIG.

【0032】 X(k+1)=A(k)X(k)+B(k)U(k)+W1(k)+W2(k ) (式9)X (k + 1) = A (k) X (k) + B (k) U (k) + W1 (k) + W2 (k) (Equation 9)

【0033】図3は、実施例1、実施例2、実施例3を
すべて含んだ場合の制御系の構成である。このようにし
て構成された制御系に実施例2と同様な位置目標値と外
乱を与える。外乱が予め知られている値と同じ値、同じ
タイミングで与えられた場合には外乱の影響は制御系の
応答にほとんど現れず良好な制御が可能である。外乱の
予め知られている値が実際の外乱の値の半分であった場
合の応答を図12のC2に示す。また、同図のC0、C
1はそれぞれ目標位置軌跡、外乱が予め知られていない
場合の追従軌跡である。C1とC2を比較すると、予め
外乱が知られている場合C2の方が、外乱による変動が
小さいことが分かる。
FIG. 3 shows the configuration of the control system including all of the first, second and third embodiments. The position target value and the disturbance similar to those in the second embodiment are applied to the control system thus configured. When the disturbance is given at the same value as the previously known value at the same timing, the influence of the disturbance hardly appears in the response of the control system, and good control is possible. The response when the known value of the disturbance is half the value of the actual disturbance is shown in C2 of FIG. Also, C0 and C in the figure
Reference numeral 1 is a target position trajectory, and a tracking trajectory when the disturbance is not known in advance. Comparing C1 and C2, it can be seen that when the disturbance is known in advance, the fluctuation due to the disturbance is smaller in C2.

【0034】(実施例5)その他 (1)ここでは制御軸数が2軸の場合の実施例を説明し
たが、軸数は制限はなく、任意のN軸でシステムを構成
することができる。 (2)位置情報より速度情報を演算し、その値を速度情
報として制御系を構成することもできる。 (3)実施例3では仮想軸の特性は第1軸と同じに設定
したが、この特性は任意の都合の良いものでよい。 (4)実施例4では外乱信号が既知の場合の制御系を示
した。この既知外乱信号は、目標位置指令値により定ま
るもの、外乱信号の検出手段を設けるこにより求められ
るものなどが考えられる。
(Embodiment 5) Others (1) Here, an embodiment in which the number of control axes is two has been described, but the number of axes is not limited, and the system can be configured with arbitrary N axes. (2) It is also possible to calculate the speed information from the position information and use the value as the speed information to configure the control system. (3) Although the characteristic of the virtual axis is set to be the same as that of the first axis in the third embodiment, this characteristic may be any convenient one. (4) In the fourth embodiment, the control system when the disturbance signal is known is shown. The known disturbance signal may be determined by the target position command value, or may be obtained by providing a disturbance signal detecting means.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明を適用することにより、各レンズ
群の同期関係のずれや、外乱に起因する焦点ずれの少な
い、良好な特性のズームレンズ系を持つ光学システムを
作ることができる。
By applying the present invention, it is possible to make an optical system having a zoom lens system having good characteristics, with less deviation of the synchronization relationship between the lens groups and less focus deviation due to disturbance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】光学システムの構成の概要を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing an outline of the configuration of an optical system.

【図2】本発明の実施例の構成の概要を示すブロック
図。
FIG. 2 is a block diagram showing an outline of a configuration of an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の他の実施例の構成の概要を示すブロッ
ク図。
FIG. 3 is a block diagram showing the outline of the configuration of another embodiment of the present invention.

【図4】従来方式の構成の概要を示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram showing an outline of a configuration of a conventional system.

【図5】オブザーバの構成を示すブロック図。FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of an observer.

【図6】制御対象および外乱の発生モデルの構成を示す
ブロック図。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a controlled object and a disturbance generation model.

【図7】面積項を説明する図。FIG. 7 is a diagram illustrating an area term.

【図8】従来方式の問題点を示すための図。FIG. 8 is a diagram showing a problem of the conventional method.

【図9】本発明の系の円軌道に対する追従性を示す図。FIG. 9 is a diagram showing the trackability of the system of the present invention with respect to a circular orbit.

【図10】外乱推定の効果を示すための図。FIG. 10 is a diagram showing the effect of disturbance estimation.

【図11】仮想軸の効果を示すための図。FIG. 11 is a diagram showing an effect of a virtual axis.

【図12】外乱が既知の場合の効果を示すための図。FIG. 12 is a diagram showing an effect when a disturbance is known.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 焦点距離可変手段 2 焦点距離演算手段 3 レンズ群位置演算手段 4 物体距離設定手段 6 レンズ群位置制御手段 7a,7b レンズ群駆動手段 8a,8b レンズ群 9a,9b レンズ群位置検出手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Focal length changing means 2 Focal length calculating means 3 Lens group position calculating means 4 Object distance setting means 6 Lens group position controlling means 7a, 7b Lens group driving means 8a, 8b Lens group 9a, 9b Lens group position detecting means

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 変倍レンズと変倍により変動した画面を
補正する補正レンズとの少なくとも2つのレンズを各々
独立の駆動部で光軸上移動させて変倍を行なうズームレ
ンズを有するシステムにおいて、各レンズ位置を各レン
ズ毎に演算するレンズ位置演算手段と、各レンズ毎の位
置信号を記憶する位置記憶手段と、該位置記憶手段に記
憶された位置信号に基づいて駆動部を駆動させて各レン
ズを移動させるレンズ位置制御手段と、各レンズの光軸
上の位置を検出する位置検出手段を有することを特徴と
する光学システム。
1. A system having a zoom lens for performing zooming by moving at least two lenses, a zooming lens and a correction lens for correcting a screen changed by zooming, on the optical axis by independent driving units, respectively. A lens position calculating means for calculating each lens position for each lens, a position storing means for storing a position signal for each lens, and a driving unit driven based on the position signal stored in the position storing means. An optical system comprising: a lens position control means for moving the lens; and a position detection means for detecting the position of each lens on the optical axis.
【請求項2】 前記請求項1のシステムにおいて、前記
制御手段は対応する各レンズ群の位置信号のみならず、
他のレンズ群の位置信号をも用いて各レンズ群毎の駆動
信号を生成することを特徴とする光学システム。
2. The system according to claim 1, wherein the control means includes not only a position signal of each corresponding lens group,
An optical system characterized in that a drive signal for each lens group is also generated using position signals of other lens groups.
【請求項3】 各レンズ群の速度を検出するための速度
検出手段を有し、前記制御手段がこれらの速度情報を用
いて制御入力信号を決定することを特徴とする請求項
1、2に記載の光学システム。
3. The method according to claim 1, further comprising speed detecting means for detecting the speed of each lens group, wherein the control means determines the control input signal using the speed information. The described optical system.
【請求項4】 次の評価関数を最小化するように前記制
御手段が出力する制御入力信号を決定することを特徴と
する請求項1、2、3に記載の光学システム。 【外1】 ここで、 R 目標値ベクトル y=CX 出力ベクトル X 状態ベクトル U 制御入力ベクトル k 時刻 M 積分時間 Q 重み関数 H 重み関数
4. The optical system according to claim 1, wherein the control input signal output by the control means is determined so as to minimize the following evaluation function. [Outside 1] Here, R target value vector y = CX output vector X state vector U control input vector k time M integration time Q weighting function H weighting function
【請求項5】 前記評価関数のなかに次のような面積評
価項を含むことを特徴とする請求項1、2、3に記載の
光学システム。 S1k =eK Tqkek (式2) S2k =eK Tqk+1ek (式3) ここで、 【外2】 k 位置誤差ベクトル ΔR 目標値の増分ベクトル Io 単位行列
5. The optical system according to claim 1, wherein the evaluation function includes the following area evaluation term. S1 k = e K T qke k (Equation 2) S2 k = e K T qk + 1e k (Equation 3) where: e k Position error vector ΔR Target value increment vector I o Identity matrix
【請求項6】 制御対象に印加される外乱を推定し、こ
の推定外乱を用いて、構成することを特徴とする光学シ
ステム。
6. An optical system configured to estimate a disturbance applied to a controlled object and use the estimated disturbance to configure.
【請求項7】 請求項1、2、3に記載の、制御対象と
して物理的に存在しない仮想軸と、この仮想軸に対する
目標位置指令値を新たに付加して、構成することを特徴
とする請求項1、2、3光学システム。
7. A virtual axis which does not physically exist as a controlled object and a target position command value for this virtual axis are added to the virtual axis according to any one of claims 1, 2 and 3, and are configured. An optical system according to claims 1, 2, and 3.
【請求項8】 制御対象に印加される外乱が予め知られ
ている場合この既知外乱を用いて制御系を構成すること
を特徴とする請求項1、2、3光学システム。
8. The optical system according to claim 1, wherein the control system is constructed by using the known disturbance when the disturbance applied to the controlled object is known in advance.
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