JP6472166B2 - 位置制御装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、フォーカスレンズなどの位置制御対象物の位置制御装置および方法に関する。

従来、１つのインクリメンタル信号を１つのサンプルホールド回路で保持して、或る位置を基準に相対的な位置を検出することで、位置制御対象物の位置を検出する技術（インクリメンタル型カウンタ）が一般的に知られている。この方法の一つとして、物体の移動方向に磁気パターンや光反射パターン等のスケールパターンを取り付け、スケールパターンの位置に応じた磁気信号や光反射信号を得ることで２相の周期信号を発生させ、位置演算をする方法がある。また、３つのインクリメンタル信号を３つのサンプルホールド回路で同時保持するアブソリュートエンコーダがある（特許文献１参照）。

特開平５-２７２９８８号公報

背景技術として述べたインクリメンタル型カウンタのシステムにおいて、位置制御対象物が衝撃等で１回のサンプルホールド期間に大きく動いてしまうと、次のようなことが起こり得る。即ち、今回と前回のサンプリングで得た移動量の移動方向が、増加により変動したのか、減少により変動したのかが判別できなくなってしまうことがある。この場合、対象物の位置とインクリメンタルカウント値の関係が分からなくなってしまい、間違った位置を演算してしまう「エンコードエラー」が発生することがある。一度、エンコードエラーが発生してしまうと、基準位置を検出し直し、インクリメントカウントを初期化しなければならない。

また、特許文献１の技術においては、複数のインクリメンタル信号を、それに対応した複数のサンプルホールド回路へそれぞれ接続する必要があり、このようなアブソリュートエンコーダを使う位置制御装置においては信号線の本数が多くなってしまう。そこで、ピッチ切替え制御により、周期の異なるインクリメンタル信号を同一の信号線に出力する構成とすることで信号線の本数が削減できる。

この場合、周期の異なるインクリメンタル信号を組み合わせることで対象物の絶対位置の演算を行うことになるが、対象物が動作している状態では複数のインクリメンタル信号を検出するタイミングがずれてしまうことになる。そのため、絶対位置を正しく検出するためには、対象物が静止した状態で前記周期の異なるインクリメンタル信号を取得しなくてはならない。また、インクリメンタル信号の切り替え制御にて得られた複数の信号を用いて対象物の絶対位置演算を行うため、一度当たりの絶対位置演算に要する時間がかかってしまったり、演算器の処理負荷が増大してしまったりする。

本発明は、上記課題に鑑みて、従来より演算時間を少なくでき、かつインクリメンタル信号のエンコードエラーを検出することができる位置制御装置および方法を提供することを目的とする。

本発明の位置制御装置は、位置制御対象物の移動に伴い変化する少なくとも３つの異なる周期の位置検出信号をそれぞれ発生する複数の信号発生手段と、複数の位置検出信号を切り替えて、前記信号発生手段の数より少ない数の信号線に出力する信号選択手段と、複数の位置検出信号のうちの第１の位置検出信号により対象物の相対位置を演算する第１の位置演算手段と、複数の位置検出信号のうちの第２の位置検出信号と前記第１の位置検出信号とにより対象物の相対位置を演算する第２の位置演算手段と、複数の位置検出信号のうちの少なくとも３つの位置検出信号により対象物の絶対位置を演算する第３の位置演算手段と、対象物の位置演算結果を用いて駆動手段を駆動し対象物の位置を制御する制御手段と、を備える。そして、制御手段は、第１の位置演算手段の演算結果を用いて対象物の位置の制御を行うとともに、第１の位置演算手段の演算結果と第２の位置演算手段の演算結果との間に所定の関係が成立しない場合には、第３の位置演算手段を機能させてその演算結果で第１の位置演算手段の演算結果を補正する。

また、本発明の位置制御方法は、位置制御対象物の移動に伴い変化する少なくとも３つの異なる周期の位置検出信号を切り替えて、位置検出信号の数より少ない数の信号線に出力するするステップと、複数の位置検出信号のうちの第１の位置検出信号により対象物の相対位置を演算する第１の演算ステップと、複数の位置検出信号のうちの第２の位置検出信号と前記第１の位置検出信号とにより対象物の相対位置を演算する第２の演算ステップと、複数の位置検出信号のうちの少なくとも３つの位置検出信号により対象物の絶対位置を演算する第３の演算ステップと、対象物の位置演算結果を用いて対象物の位置を制御する制御ステップと、を含む。そして、制御ステップでは、第１の演算ステップの演算結果を用いて対象物の位置の制御を行うとともに、第１の演算ステップの演算結果と第２の演算ステップの演算結果との間に所定の関係が成立しない場合には、第３の演算ステップを実行してその演算結果で第１の演算ステップの演算結果を補正する。

本発明によれば、異なる周期のインクリメンタル信号を切り替える制御において処理時間を軽減し、かつエンコードエラーを防ぐ効果がある。

本発明を適用した撮像装置の一例のブロック図である。 本発明の位置制御装置の一例のブロック図である。 インクリメンタル信号の処理の概念図である。 実施例のインクリメンタル位置算出のフローチャートである。 インクリメンタル信号と合成信号の概念図である。 実施例のアブソリュート位置算出のフローチャートである。 実施例の位置検出処理のフローチャートである。 インクリメンタル信号と合成信号の位相関係の概念図である。 実施例のタイムチャートを示す図である。

本発明では、対象物の位置制御において、異なる周期の２つの位置検出信号の一方を用いる演算による対象物の相対位置と両方を用いる演算による対象物の相対位置との間に所定の関係（例えば位相関係）が成立しているか否かを判定する。そして、成立しない場合に、少なくとも３つの位置検出信号を用いる演算による絶対位置の演算結果で、前記一方を用いる演算による対象物の相対位置の演算結果を補正する。これによれば、それほど頻繁に絶対位置の演算をしなくて済むので、処理時間がかかってしまうという課題を解決できる。その理由は、ピッチ切替え制御により、周期の異なるインクリメンタル信号を信号線に出力するエンコーダでは、切り替えることで得られる少なくとも３つの位置検出信号を用いる絶対位置の演算には処理時間がかかるからである。それとともに、前記所定の関係が成立しない場合には、絶対位置を演算して、前記一方を用いる演算による対象物の相対位置の演算結果を補正するので、エンコードエラーを防ぐことができる。第１の位置検出信号と第２の位置検出信号は種々の組み合わせが可能であり、それらは隣り合う周期の信号でも、隣り合わない信号でもよい。ただし、隣り合う信号の方が、切り換えてこれらの信号を取得する時間を短くできるので好適である。例えば、第１の位置検出信号は、最も短い周期で変化する位置検出信号であり、第２の位置検出信号は、２番目に短い周期で変化する位置検出信号である。前記所定の関係は、例えば所定の位相関係である。この場合、上記両方を用いる演算による相対位置の長いストロークの中で、上記一方を用いる演算による短いストロークの相対位置の位相を求めて、これと上記長いストロークの相対位置の位相との関係（例えば、位相差）を用いる。

図１は、本発明の位置制御装置を適用した実施例における撮像装置（ビデオカメラ）の構成を示している。なお、本実施例ではビデオカメラのフォーカスレンズの制御を例に用いて説明するが、本発明は、位置制御する装置であれば如何なるものにも適用することができる。図１において、この撮像装置の被写体側（図の左側）から順に、１０１は第１固定レンズ、１０２は光軸方向に移動して変倍を行うズームレンズ、１０３は絞りである。また、１０４は第２固定レンズ、１０５は変倍に伴う焦点面の移動を補正する機能とフォーカシングの機能とを兼ね備えたフォーカスコンペンセータレンズ（以下、フォーカスレンズという）である。第１固定レンズ１０１、ズームレンズ１０２、絞り１０３、第２固定レンズ１０４およびフォーカスレンズ１０５により撮像光学系が構成される。

１０６は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサにより構成される光電変換素子としての撮像素子である。１０７は、撮像素子１０６の出力をサンプリングし、ゲイン調整するＣＤＳ／ＡＧＣ回路である。１０８はカメラ信号処理回路であり、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７の出力信号を後述の記録装置１１４に対応した信号に変換する。１１０はステッピンモータ駆動回路であり、ズームレンズ１０２を駆動させる駆動源であるステッピングモータ１０９を駆動させる。ステッピングモータ１０９には、出力軸である送りねじ軸が噛み合っており、ステッピングモータ１０９が駆動され、送りねじ軸が回転することにより、送りねじ軸とラックとの噛み合い作用によって、ズームレンズ１０２が光軸方向に駆動される。

このようにステッピングモータ１０９によりズームレンズ１０２を目標位置に駆動する場合、次のようにする。まず、撮像装置の起動時にレンズを位置制御上の基準となる位置（基準位置）にセットし、この基準位置から目標位置まで移動させるために必要なパルス数の駆動信号をステッピングモータ１０９に入力する。このため、撮像装置には、ズームレンズ１０２がそれぞれ基準位置に位置しているか否かを検出するための基準位置センサが設けられている。該基準位置センサは、本実施例で、発光素子と受光素子とが一体となったフォトインタラプタにより構成されている。フォトインタラプタの発光素子と受光素子との間に、レンズ保持枠に設けられた遮光部が入り込み、発光素子から受光素子に向かう光を遮断することで、ズームレンズ１０２が基準位置に位置したことが検知される。遮光部材は、ズームレンズ１０２の望遠側か広角側かのゾーン検出を可能とする形状に設定されている。なお、本実施例で用いられるステッピングモータの駆動方式には特に限定がなく、１−２相駆動方式、２−２相駆動方式、マイクロステップ駆動方式でもよい。

絞りユニット１０３は、図示しないガルバノ方式のアクチュエータを含む絞り回路１１３と、このアクチュエータにより開閉駆動される絞り羽根と、絞り開閉状態を検出する位置検出素子１１２（ホール素子）を有する。撮像素子１０６（たとえばＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサなど）からの電気信号は、信号処理回路１０８に入力される。信号処理回路１０８は、入力された電気信号から映像信号を記録装置１１４に送る。記録装置１１４は、動画や静止画を記録し、記録媒体として磁気テープ、半導体メモリが使われている。

制御手段としてのマイクロプロセッサ１１６は、ズームレンズ制御部１１９、絞り制御部１１８、フォーカスレンズ制御部１１７や、不図示の電源スイッチ、録画スイッチ等のスイッチからの入力に応じて、本撮像装置の動作全体の制御を行う。マイクロプロセッサ１１６内に設けられたメモリ１２０は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）であり、マイクロコンピュータ１１６内で実行されるプログラムで演算されるデータを一時的に保存することができる。

ズームレンズ制御部１１９は、ステッピングモータ駆動回路１１０に入力されるマイクロプロセッサ１１６からの正逆信号に応じて、ステッピングモータ１０９が駆動される。絞り制御部１１８は、入力された輝度信号成分が常に適正値になるように絞り回路１１３をフィードバック制御する。この際、マイクロプロセッサ１１６には、位置検出素子１１２からの出力が増幅され、さらに図示されないＡ／Ｄ変換回路によりアナログ信号からデジタル信号に変換されて、絞りの開閉位置を示す情報として入力される。絞り制御部１１８は、この絞り位置情報に基づいて、輝度信号成分が常に適正値になるように絞り駆動回路１１３に開閉信号を送り、絞り１０３を制御する。絞り制御部１１８からは、絞り位置を所定の開閉位置に位置決めするための開閉信号を絞り駆動回路１１３に送ることもできる。

制御手段であるフォーカスレンズ制御部１１７は、駆動源を含む駆動手段であるフォーカス駆動回路１１１を制御して、フォーカスレンズ１０５を目標位置に駆動させる。フォーカスレンズ１０５の保持枠には、フォーカスレンズ１０５の位置を検出するための複数の位置スケール（後述）が固定されており、位置センサ１１５により位置情報をフィードバックしてサーボ制御系が形成されている。本実施例の説明では、フォーカスレンズをボイスコイルモータ（ＶＣＭ）で駆動するものと想定しているが、ＤＣモータなど他の形式のアクチュエータを用いる構成とすることもできる。

以下、位置センサ１１５とフォーカスレンズ制御部１１７について図２を用いて説明する。位置センサ１１５では、最小信号から３種類の異なる周期（Ｐ１，Ｐ３，Ｐ３）のインクリメンタル信号が得られる。フォーカスレンズ１０５には、それに対応した３種類の周期の異なる複数の信号発生手段である位置スケールとして、光軸方向に磁気パターンや光反射パターン等のスケールパターンが取り付けられている。これにより、スケールの位置（フォーカスレンズ１０５の位置）に応じた磁気信号や光反射信号等を読み取ることで３種類のインクリメンタル信号を生成でき、信号選択手段であるピッチ切り替え手段２０１により３種類の信号を切り替えることができる。本実施例では、ピッチ切り替え手段２０１により切り替えられたインクリメンタル信号は同一の信号線に出力され、Ａ／Ｄ変換器２０２を通してフォーカスレンズ制御部１１７内のエンコード位置演算手段２０３に送られる。エンコード位置演算手段２０３は、ピッチ切り替え手段２０１を制御することでエンコード信号を選択する。そして、Ａ／Ｄ変換器２０２から得られるインクリメンタル信号のエンコード処理を実行して、その実行結果からフォーカスレンズ１０５の絶対位置や相対位置を演算する。エンコード位置演算手段２０３の第１の位置演算手段は第１の位置検出信号（例えば周期Ｐ１のインクリメンタル信号）により対象物の相対位置を演算する。第２の位置演算手段は、この第１の位置検出信号と第２の位置検出信号（例えば周期Ｐ２のインクリメンタル信号）とにより対象物の相対位置を演算する。第３の位置演算手段は、少なくとも３つの位置検出信号（例えば周期（Ｐ１，Ｐ３，Ｐ３）のインクリメンタル信号）により対象物の絶対位置を演算する。このとき、第３の位置演算手段は、対象物が停止状態のときに少なくとも３つの位置検出信号により対象物の絶対位置を演算する。

エンコード位置演算手段２０３の出力は、サーボ演算手段２０４に送られ、駆動信号出力手段２０５を制御することによりフォーカス駆動回路１１１を制御してフォーカスレンズ１０５を制御する。すなわち、制御手段であるフォーカスレンズ制御部１１７は、位置制御対象物の位置演算結果を用いて駆動手段を駆動し位置制御対象物の位置を制御する。このように、位置フィードバック系が形成されている。なお、本実施例では３つのインクリメンタル信号Ｐ１〜Ｐ３を切り替える例を説明するが、４つ以上の数のインクリメンタル信号を切り替えても構わない。ピッチ切り替え手段２０１は、エンコード位置演算手段２０３により制御され、Ａ／Ｄ変換器２０２に送るＰ１〜Ｐ３のインクリメンタル信号を切り替えるようピッチ切り替えスイッチを制御する。なお、本実施例ではＰ１，Ｐ２，Ｐ３の周期の大小関係は、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３に従う。

次に、図３、図４を用いてインクリメンタル位置エンコード処理について説明する。図３は、インクリメンタル信号の概念図である。図４はエンコード位置演算手段２０３のインクリメンタル位置エンコード処理のフローチャートである。図３（Ａ）の縦軸は１０ビットのＡ／Ｄ変換値、横軸は制御対象物の位置で、サイン波３０１、コサイン波３０２として移動に応じて出力される２相のインクリメンタル信号のイメージである。図３（Ｂ）の縦軸は角度ラジアン、横軸は位置で、３０３は、移動に応じて信号３０１と信号３０２間の逆正接関数として０から２πまでに正規化され演算される逆正接関数の結果のイメージである。図３（Ｃ）の縦軸はインクリメンタル位置エンコード値、横軸は位置で、逆正接関数結果３０３が０を跨いだ時、ＬＳＢが２πに相当する上位桁を増減させるインクリメンタル位置エンコード値のイメージである。

図４のフローチャートにおいて、Ｓ４０１では、図３（Ａ）の３０１、３０２のような２相信号のＡ／Ｄ変換値を取得して、処理をＳ４０２へ移す。Ｓ４０２では、オフセット除去演算、ゲイン調整演算を行った後、図３（Ｂ）の３０３のような逆正接関数演算した結果を、マイクロコンピュータ１１６内のＲＡＭ１２０へ保存して、Ｓ４０３へ処理を移す。Ｓ４０３において、前回の逆正接関数演算結果と今回の逆正接関数演算結果の移動で０を跨いだかどうかを判断し、跨いでいればＳ４０４へ処理を移す。

Ｓ４０４において、今回の逆正接関数演算結果が前回の逆正接関数演算結果より小さいかどうかを判断し、小さければＳ４０５へ処理を移し、小さくなければＳ４０６へ処理を移す。Ｓ４０５において、２π単位である上位桁へ１を加算して、Ｓ４０７処理を移す。上位桁とはインクリメンタル位置エンコード値の２π以上の桁である。Ｓ４０６では、２π単位である上位桁から１を減算して、Ｓ４０７へ処理を移す。続くＳ４０７では、２π単位である上位桁と今回結果を加算して、図３（Ｃ）の３０４のような新しいインクリメンタル位置エンコード値として求めて、処理を終了する

次に、図５と図６を用いてアブソリュート位置エンコードの説明をする。図５は、周期の異なる３種類のインクリメンタル信号と合成信号の概念図である。図６はエンコード位置演算手段２０３で実行されるのアブソリュート位置エンコード処理のフローチャートである。

図５（Ａ）の縦軸は角度ラジアン、横軸は位置で、５０１は、移動に応じて逆正接関数として０から２πまでに正規化され演算される最小周期の逆正接関数結果のイメージであり、全ストロークで２１周期出現する。図５（Ｂ）の縦軸は角度ラジアン、横軸は位置で、５０２は、移動に応じて逆正接関数として０から２πまでに正規化され演算される中間周期の逆正接関数結果のイメージであり、全ストロークで１０周期出現する。図５（Ｃ）の縦軸は角度ラジアン、横軸は位置で、５０３は、移動に応じて逆正接関数として０から２πまでに正規化され演算される最大周期の逆正接関数結果のイメージであり、全ストロークで４周期出現する。図５（Ｄ）の縦軸は角度ラジアン、横軸は位置で、５０４は、移動に応じて図６のＳ６０４の下記式（１）の結果として０から２πまでに正規化され演算される結果のイメージであり、全ストロークで１周期出現する。図５（Ｅ）の縦軸は角度ラジアン、横軸は位置で、５０５は、移動に応じて図６のＳ６０４の下記式（２）の結果として０から２πまでに正規化され演算される結果のイメージである。全ストロークで６周期出現する。図５（Ｆ）の縦軸は角度ラジアン、横軸は位置で、５０６は、移動に応じて図６のＳ６０４の下記式（３）の結果として０から２πまでに正規化され演算される結果のイメージである。全ストロークで１３周期出現する。

図６のアブソリュート位置エンコード処理のフローチャートにおいて、Ｓ６０１では、マイクロコンピュータ１１６内のメモリ１２０へ保存してある最小周期の２相信号のＡ／Ｄ変換器２０２の出力を取得する。そして、オフセット除去演算、ゲイン調整演算を行った後、図５（Ａ）の５０１のような逆正接関数演算した結果をＰ１としてメモリ１２０へ保存して、Ｓ６０２へ処理を移す。Ｓ６０２では、メモリ１２０へ保存してある中間周期の２相信号のＡ／Ｄ変換器２０２の出力値を取得する。そして、オフセット除去演算、ゲイン調整演算を行った後、図５（Ｂ）の５０２のような逆正接関数演算した結果をＰ２としてメモリ１２０へ保存して、Ｓ６０３へ処理を移す。Ｓ６０３では、メモリ１２０へ保存してある最大周期の２相信号のＡ／Ｄ変換値を取得する。そして、オフセット除去演算、ゲイン調整演算を行った後、図５（Ｃ）の５０３のような逆正接関数演算した結果をＰ３としてメモリ１２０へ保存して、Ｓ６０４へ処理を移す。

Ｓ６０４では、メモリ１２０へ保存してあるＰ１とＰ２を用いて式（１）で演算し、Ｐｈ１を求め、メモリ１２０へ保存する。Ｐｈ１は全ストロークで１周期出現する。また、メモリ１２０へ保存してあるＰ２とＰ３を用いて式（２）で演算し、Ｐｈ６を求め、メモリ１２０へ保存する。Ｐｈ６は全ストロークで６周期出現する。また、メモリ１２０へ保存してあるＰ１とＰ３を用いて式（３）で演算し、Ｐｈ１３を求め、メモリ１２０へ保存する。Ｐｈ１３は全ストロークで１３周期出現する。また、メモリ１２０へ保存してあるＰ１をＰｈ２１としてメモリ１２０へ保存し、Ｓ６０５へ処理を移す。Ｐｈ２１は全ストロークで２１周期出現する。

Ｓ６０５では、メモリ１２０へ保存してあるＰｈ１を用いて下記式（４）で演算し、全ストロークで６周期出現する中のどの周期になるか演算し、ａｂｓ６としてメモリ１２０へ保存する。また、メモリ１２０へ保存してあるａｂｓ６とＰｈ６を用いて下記式（５）で演算し、全ストロークで１３周期出現する中のどの周期になるか演算し、ａｂｓ１３としてメモリ１２０へ保存する。また、メモリ１２０へ保存してあるａｂｓ１３とＰｈ１３を用いて下記式（６）で演算し、全ストロークで２１周期出現する中のどの周期になるか演算し、ａｂｓ２１としてメモリ１２０へ保存する。また、メモリ１２０へ保存してあるａｂｓ２１とＰｈ２１を用いて下記式（７）で演算し、最小周期の分解能でどこになるか演算し、Ｆｕｌｌａｂｓとしてメモリ１２０へ保存して処理を終える。

式（１） Ｐｈ１＝Ｐ１−２×Ｐ２
式（２） Ｐｈ６＝Ｐ２−Ｐ３
式（３） Ｐｈ１３＝Ｐ１−２×Ｐ３
式（４） ａｂｓ６＝Ｐｈ１／（２π／６）
式（５） ａｂｓ１３＝（２π×ａｂｓ６＋Ｐｈ６）／（２π×６／１３）
式（６） ａｂｓ２１＝（２π×ａｂｓ１３＋Ｐｈ１３）／（２π×１３／２１）
式（７） Ｆｕｌｌａｂｓ＝（２π×ａｂｓ２１＋Ｐｈ２１）

以上のように、周期の異なる３種類のインクリメンタル信号を合成して更に周期の異なるインクリメンタル信号を合成する事が出来る。そして、制御対象物が静止した状態で取得した周期の異なるインクリメンタル信号を合成して、アブソリュート位置エンコード処理を行うことで、最小周期の分解能でアブソリュート位置を求めることが出来る。

続いて、本実施例の最も特徴とするところの位置検出方法とエラー検出方法について図７のフローチャートを用いて説明する。なお、図７のフローは所定周期ごとに繰り返される処理である。まず、Ｓ７０１にて、撮像装置本体の起動後の初期位置を取得しているかを判定する（後述する初期化位置取得終了フラグで判定）。Ｓ７０１にて初期位置を取得しているならば、Ｓ７０２に進み、そうでない場合はＳ７１０に進む。

Ｓ７１０からＳ７１５までは撮像装置本体起動後の初期位置取得についての処理である。Ｓ７１０にて、位置検出の対象物であるフォーカスレンズ１０５が停止しているかを判定する。停止している場合にはＳ７１１に処理を進め、そうでない場合はＳ７１４に処理を進める。Ｓ７１４ではフォーカスレンズ１０５を停止させる処理を実行し、Ｓ７１５で初期位置取得終了フラグをセットする。Ｓ７１０でフォーカスレンズ１０５が停止していると判定してる場合は、処理Ｓ７１１に進む。Ｓ７１１では、図５と図６を用いて前述したアブソリュート位置エンコード処理のサブルーチンを実行して、マイクロコンピュータ１１６内のメモリ１２０にアブソリュート位置Ｆｕｌｌａｂｓを保存する。その後、Ｓ７１２に処理を進め、Ｓ７１１で得られたアブソリュート位置Ｆｕｌｌａｂｓをフォーカスレンズ１０５の初期位置として設定する。この初期位置は、後述するＳ７０２からＳ７０９の説明で使用するＰ１、Ｐ２のインクリメンタルカウンタの初期カウンタ位置として用いる。その後、Ｓ７１２にて初期位置取得終了フラグをセットして処理を終了する。

Ｓ７０１にて、初期位置を取得していると判定されたならば、Ｓ７０２に処理を進める。Ｓ７０２では、エンコード位置演算手段２０３によりピッチ切り替え手段２０１をＰ１に切り替える。その後、Ｓ７０３に処理を進め、図３と図４を用いて前述したインクリメンタル位置エンコード処理のサブルーチンを実行する。そして、マイクロコンピュータ１１６内のメモリ１２０にＰ１によるフォーカスレンズ１０５のエンコード位置ＩＮＣ１を保存し、Ｓ７０４に処理を進める。

Ｓ７０４からＳ７０５の処理について図８を用いて説明する。Ｓ７０４では、Ｓ７０３にて算出したエンコード位置ＩＮＣ１に対応するＰｈ１のインクリメンタルカウンタの位相Ｆ１とする。インクリメンタルカウンタの開始位置を０座標として、Ｐｈ１が１周期分のストロークＬとの関係により、位置Ｘ１の位相Ｆ１は以下の式で求めることができる。
式（８） Ｆ１＝２π×（Ｘ１／Ｌ）

続いて、処理をＳ７０５に進め、ピッチ切り替え手段２０１をＰ２に切り替え、マイクロコンピュータ１１６内のメモリ１２０にＰ２によるフォーカスレンズ１０５のエンコード位置ＩＮＣ２を保存し、Ｓ７０６に処理を進める。Ｓ７０６では、Ｐ１とＰ２から式（１）を用いて得られるＰｈ１の位相Ｆ０を算出して、Ｓ７０７に処理を進める。

Ｓ７０７では、Ｆ０とＦ１の大小関係を以下の式（９）で判定する。
式（９） ｜Ｆ０−Ｆ１｜＜ＴＨ
式（９）のＴＨは、閾値（説明は後述）を表している。このＳ７０７の処理は、Ｐ１からのエンコード位置であるＩＮＣ１により得られた位相Ｆ１と、Ｐ１とＰ２から得られる位相Ｆ０の値が大きく異なっている場合には、エンコードエラーが起きていると判定する意図がある。

ここで閾値ＴＨの決め方の例について図９を用いて説明する。図９は、Ｐ１またはＰ２のインクリメンタル信号をスイッチ切り替え手段２０５により切り替える処理と、Ａ／Ｄ変換器２０２による変換処理と、エンコード位置演算手段２０３による演算処理と、Ｓ７０７での比較処理を時系列に並べたイメージである。Ｐ１のＡ／Ｄ変換による取り込みが時間Ｔ１に終了し、Ｐ２のＡ／Ｄ変換による取り込みが時間Ｔ２に終了したとする。すると、エンコード位置演算手段２０３の演算時間やＡ／Ｄ変換器２０２のサンプリングするタイミングにより、Ｐ１とＰ２の取り込みタイミングがΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ１）だけずれてしまうことになる。仮に測定対象物であるフォーカスレンズ１０５が速度Ｖで移動しているとすると、距離にして、Ｖ×ΔＴ（＝ΔＤ）だけＩＮＣ１とＩＮＣ２の検出距離の差が発生することになる。

よって、移動距離がΔＤの時の位相の変化は、１周期のストロークＬを用いて、ＴＨは、以下の式（１０）に従う。
式（１０） ＴＨ＝ΔＤ×２π／Ｌ
つまり、閾値ＴＨはＡ／Ｄ変換器２０２で、Ｐ１とＰ２の取り込み時間の差により生じる位相差のことである。

Ｓ７０７の判定が真の場合はＳ７０８に進み、Ｓ７０３で得られたＩＮＣ１の値をフォーカスレンズ１０５の現在位置として設定して処理を終了する。Ｓ７０７の判定が偽の場合は、エンコードエラーとみなし、処理をＳ７０９に進め、初期位置取得終了フラグをクリアして処理を終了する。この場合は、次の処理のときにＳ７０１の判定により、Ｓ７１０からＳ７１５の処理を実行して、アブソリュート位置を読み込む処理に移り、以後、図７で示されるフローの処理を所定周期で繰り返す。

ただし、フォーカスレンズ１０５が停止しているときにＰ１とＰ１のＡ／Ｄ変換による取り込みが行われるとすると、ΔＴすなわちΔＤが零となる。よって、上記ＴＨは零となるが、この場合は、位置制御の要求精度などに応じて適当な非零の所定値をＴＨとして採用する。

以上、本発明をその好適な実施例に基づいて詳述してきたが、本発明は撮像装置の実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施例の一部を適宜組み合わせてもよい。また、上述の実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、記録媒体から直接、或いは有線／無線通信を用いて、プログラムを実行可能なコンピュータを有するシステム又は装置に供給し、そのプログラムを実行する場合も本発明に含む。従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給、インストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も本発明に含まれる。このプログラムは、位置制御対象物の位置制御のためのプログラムであって、上述の位置制御方法をコンピュータに実行させる。

１０５‥‥フォーカスレンズ（位置制御対象物）、１１１‥‥フォーカス駆動回路（駆動手段）、１１５‥‥位置センサ（信号発生手段）、１１７‥‥フォーカスレンズ制御部（制御手段）、２０１‥‥ピッチ切り替え手段（信号選択手段）、２０３‥‥エンコード位置演算手段（第１、第２、および第３の位置演算手段）

Claims (10)

1. 位置制御対象物の移動に伴い変化する少なくとも３つの異なる周期の位置検出信号をそれぞれ発生する複数の信号発生手段と、
   前記複数の位置検出信号を切り替えて、前記信号発生手段の数より少ない数の信号線に出力する信号選択手段と、
   前記複数の位置検出信号のうちの第１の位置検出信号により位置制御対象物の相対位置を演算する第１の位置演算手段と、
   前記複数の位置検出信号のうちの第２の位置検出信号と前記第１の位置検出信号とにより位置制御対象物の相対位置を演算する第２の位置演算手段と、
   前記位置検出信号のうちの少なくとも３つの前記位置検出信号により位置制御対象物の絶対位置を演算する第３の位置演算手段と、
   位置制御対象物を駆動する駆動手段と、
   位置制御対象物の位置演算結果を用いて前記駆動手段を駆動し位置制御対象物の位置を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記第１の位置演算手段の位置演算結果を用いて位置制御対象物の位置の制御を行うとともに、
   前記第１の位置演算手段の位置演算結果と前記第２の位置演算手段の位置演算結果との間に所定の関係が成立しない場合には、前記第３の位置演算手段を機能させて前記第３の位置演算手段の位置演算結果で前記第１の位置演算手段の位置演算結果を補正することを特徴とする位置制御装置。
2. 前記第１の位置検出信号は、最も短い周期で変化する位置検出信号であることを特徴とする請求項１に記載の位置制御装置。
3. 前記第２の位置検出信号は、２番目に短い周期で変化する位置検出信号であることを特徴とする請求項１または２に記載の位置制御装置。
4. 前記所定の関係は、前記第１の位置演算手段による位置制御対象物の相対位置と前記第２の位置演算手段による位置制御対象物の相対位置との位相関係であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の位置制御装置。
5. 前記第３の位置演算手段は、位置制御対象物が停止状態のときに少なくとも３つの前記位置検出信号により位置制御対象物の絶対位置を演算することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の位置制御装置。
6. 前記信号選択手段は、前記複数の位置検出信号を同一の信号線に出力することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の位置制御装置。
7. 位置制御対象物の移動に伴い変化する少なくとも３つの異なる周期の位置検出信号を切り替えて、前記位置検出信号の数より少ない数の信号線に出力するするステップと、
   前記複数の位置検出信号のうちの第１の位置検出信号により位置制御対象物の相対位置を演算する第１の演算ステップと、
   前記複数の位置検出信号のうちの第２の位置検出信号と前記第１の位置検出信号とにより位置制御対象物の相対位置を演算する第２の演算ステップと、
   前記位置検出信号のうちの少なくとも３つの前記位置検出信号により位置制御対象物の絶対位置を演算する第３の演算ステップと、
   位置制御対象物の位置演算結果を用いて位置制御対象物の位置を制御する制御ステップと、を含み、
   前記制御ステップでは、
   前記第１の演算ステップの位置演算結果を用いて位置制御対象物の位置の制御を行うとともに、
   前記第１の演算ステップの位置演算結果と前記第２の演算ステップの位置演算結果との間に所定の関係が成立しない場合には、前記第３の演算ステップを実行して前記第３の演算ステップの位置演算結果で前記第１の演算ステップの位置演算結果を補正する
   ことを特徴とする位置制御方法。
8. 前記所定の関係は、前記第１の演算ステップの位置演算結果である位置制御対象物の相対位置と前記第２の演算ステップの位置演算結果である位置制御対象物の相対位置との位相関係であることを特徴とする請求項７に記載の位置制御方法。
9. 前記第３の演算ステップでは、位置制御対象物が停止状態のときに少なくとも３つの前記位置検出信号により位置制御対象物の絶対位置を演算することを特徴とする請求項７または８に記載の位置制御方法。
10. 位置制御対象物の位置制御のためのプログラムであって、
    請求項７から９の何れか１項に記載の位置制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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