专利名称：光学设备、摄像设备和镜头装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括摄像镜头的光学设备和摄像设备。
背景技术：
在摄像机和照相机等摄像设备中，通常设置操作构件来进行例如变焦操作以改变光学系统的变焦倍率(zoom ratio)和手动调焦操作以对被摄体进行手动调焦。可以通过沿光学系统的光轴方向移动构成该光学系统的透镜组中的变焦透镜组(也称之为变焦镜头)和调焦透镜组(也称之为调焦镜头)，改变该光学系统的变焦倍率和调焦状态。
由装配在镜头镜筒(lens barrel)周围的操作环(operatingring)构成用于通过变焦操作和手动调焦操作移动镜头的操作构件。通过机械凸轮机构将操作环的转动转换成镜头的直线运动。然而，近来在许多情况下已使用了通过电动机电驱动镜头的电动变焦/电动调焦机构。在这种情况下，操作构件由电子环(electronicring)、量按键(volume key，即不仅检测ON/OFF，还能检测例如按压量、操作量的操作部件)、和/或开关构成，并且将从操作构件输入的操作转换成电信号。包含在例如照相机主体中的微型计算机检测转换后的电信号，并控制电动机进行变焦驱动和手动调焦驱动。该结构不需要复杂的凸轮机构，并使操作构件能被设置在所期望的位置。因此，可以实现镜头和照相机的尺寸与成本的降低。
当操作构件是电子环时，可以基于电子环的转动来检测从该操作构件输入的操作，当操作构件是量按键时，可以基于按压该量按键所施加的压力来检测从该操作构件输入的操作。因此，一般来说与量按键相比，电子环可以实现更精细地检测从用户所施加的操作输入，并且可以提供更卓越的可操作性。另一方面，因为开关仅能够检测导通(on)状态或断开(off)状态，所以它在可操作性方面劣于其它类型的操作构件。因为量按键和开关便宜且尺寸小，因而常用在价格相对较低的照相机中。尽管电子环更昂贵且尺寸较大，但是电子环能够容易地进行精细操作，并且能够给予用户与使用机械凸轮机构的情况下的操作接近的操作。因此，在有经验的人当中对电子环需求较大，并且电子环用在中级和高级照相机中。然而，当用户手持照相机时，需要两只手；即一只手保持照相机，而另一只手操作电子环。因此，在许多安装了电子环的照相机中，还在照相机手柄(camera grip)附近分开设置量按键或开关，这样尽管降低了可操作性，但是可以通过一只手在保持照相机的同时操作照相机。
下面说明用于电动变焦/电动调焦控制的已知技术。由于就根据用户施加的操作控制镜头位置而言，变焦操作和手动调焦操作是一样的，因而下面的说明以变焦操作为典型例子。
在利用电子环实现变焦操作的其中一种已知技术中，检测随电子环转动而产生的电信号，并根据检测到的电信号控制变焦镜头的速度(参见专利文献1日本特开平9-243899号公报)。用于检测随电子环转动而产生的电信号的技术被分成输出电子环转动位置的绝对角度的绝对值类型和输出电子环的相对转动角度的相对值类型。绝对值类型的一个例子是通过使用可变电阻输出与电子环的转动角度(也简称为角度)成比例的电压。输出相对转动角度的相对值类型的例子包括每当电子环转过预定角度时输出导通脉冲或断开脉冲的类型、以及每预定角度输出周期性变化电压的类型。利用例如光遮断器(photointerrupter)实现前一类型，而利用例如磁阻(magnetic resistance，MR)装置实现后一类型(这里省略对这些技术的详细说明)。
就提供绝对角度而言，绝对值类型的电子环优于相对值类型的电子环，但是其缺点在于成本相对较高，并且难以提高角度检测的分辨率。另一方面，相对值类型的电子环不能提供绝对值，但是其相对便宜且能够提供高分辨率。因此，相对值类型电子环得以广泛使用。
迄今为止，如在专利文献1中所公开的一样，通过以下步骤进行电子环的变焦操作由微型计算机检测每单位时间电子环的转动量、将检测到的转动量转换成表示变焦镜头的移动速度的数据、以及根据转换后的数据控制变焦电动机。更具体地，当高速转动电子环时，快速进行变焦驱动，而当低速转动电子环时，慢速进行变焦驱动。
利用能够通过电动变焦控制由电子环进行变焦操作的结构，可以在不使用复杂的凸轮机构的情况下，实现低成本和紧凑型摄像镜头和摄像设备。
然而，上述已知技术存在以下问题。
首先，因为变焦速度是表示通过用户操作电子环所施加的操作的控制参数，所以电子环的转动角度与变焦位置即光学倍率不一致。因此，即使电子环转过了相同角度，当快速转动电子环时，光学倍率为例如五倍，而当慢速转动电子环时，光学倍率为例如两倍。在使用机械凸轮机构的镜头中，由于环转动角度和光学倍率以1∶1的关系相互对应，因而用户可以以直观适当的方式操作镜头。然而，已知的电子环不能实现直观适当的操作，并且其可操作性差。
其次，在速度有限制的变焦电动机的情况下，即使当尽可能快地转动电子环时，也不能以高于该限制的速度驱动变焦电动机。例如，当使用步进电动机作为变焦电动机时，必须设置电动机转动速度的上限以避免电动机不能以预定速度或更高速度转动的失步(out-of-synchronism)现象。通过该上限的设置，在即使以最大驱动速度从广角侧(广角端)移动到望远侧(望远端)仍需要例如2秒钟的镜头的情况下，除非电子环被持续转动至少2秒钟，否则该镜头不能从广角端移动到望远端。因此，电子环所需的输入操作量增加。在利用照相机进行拍摄时，通常希望一下子(at astroke)改变光学倍率。使用机械凸轮机构的镜头适应这样的要求，因为可以通过将环手动转动预定角度将镜头从广角端移动到望远端。与该镜头相比，使用已知电子环的镜头较差，因为操作构件需要较大量的输入操作。
上述两个问题可归因于根据操作构件的输入操作量控制变焦镜头的移动速度的结构。作为可选，可将该结构修改成使得根据操作构件的输入操作量控制变焦镜头的绝对位置，也就是说，以电子环的绝对角度与变焦镜头的绝对位置之间1∶1的关系控制变焦位置。这样的解决方案应该能够实现可与使用机械凸轮机构的摄像镜头相媲美的操作感觉。
然而，当使用相对值类型的电子环作为该电子环时，仅获得相对转动角度的信息，并且难以实现使该电子环的绝对角度和变焦镜头的绝对位置以1∶1的关系相互对应的控制。另一方面，当使用绝对值类型的电子环时，获得该电子环的绝对转动角度的信息，从而可以更容易地实现上述控制。然而，即使在这种情况下，除绝对值类型电子环的较高成本和较低分辨率以外，还会产生以下问题。
在许多安装了绝对值类型的电子环的照相机中，如上所述，除该电子环外，还在照相机手柄附近设置量按键，从而可以通过电子环和量按键中的任何一个进行变焦操作。此外，通常还可以通过例如除安装在照相机主体上的操作构件之外的遥控器等装置来进行变焦操作。在结合电子环使用该装置的情况下，当通过该装置移动变焦镜头的位置时，仅改变变焦镜头位置，而电子环的角度保持不变。这会出现以下问题，即失去了电子环的绝对角度与变焦镜头的绝对位置之间的1∶1对应。
利用一种用于解决失去1∶1对应这一问题的已知方法，设置驱动装置来驱动电子环，使得当通过除电子环之外的装置改变变焦位置时，也自动转动电子环，从而保持电子环与变焦镜头之间的位置关系恒定。然而，该已知方法会出现以下问题，即电子环所需的机构变得非常复杂，成本增加，并且随机构更加复杂而降低了可靠性。利用另一已知方法，设置用于在电子环操作的有效模式和无效模式之间进行切换的开关，以便控制电子环和其它部件使其得以专用。当使电子环有效时，将变焦镜头自动移动到与电子环的绝对角度相对应的位置，从而保持它们之间的恒定位置关系。然而，该另一已知方法会出现以下问题，即使用开关的切换操作比较麻烦，并且当使电子环有效时，会无意地改变变焦位置。
因而，利用已知技术和方法，即使当使用绝对值类型的电子环试图进行保持电子环的绝对角度和变焦镜头的绝对位置的1∶1对应的控制时，常常不能确保变焦操作的可操作性的提高。
发明内容
本发明提供一种光学设备和摄像设备(例如，摄像机和照相机)，其能够减少由失去镜头的绝对位置与操作构件的转动角度之间的适当对应关系而引起的故障的发生，并且能够以直观适当且自然的方式实现操作。
根据本发明一方面的典型实施例，光学设备包括获取单元，用于获取镜头的位置信息；以及控制单元，用于根据操作构件的转动量和镜头的位置，控制镜头的位置。当启动镜头的位置控制时，该控制单元初始化操作构件的转动量与镜头的位置之间的对应关系。
根据本发明的典型实施例，提供一种光学设备，该光学设备包括第一操作构件，用于移动镜头；第二操作构件，用于移动所述镜头，所述第二操作构件与所述第一操作构件不同；存储单元，用于存储所述第一操作构件的参考位置信息；以及控制单元，用于通过所述第一操作构件或所述第二操作构件的操作，控制所述镜头的位置。其中，所述控制单元根据所述第一操作构件从由存储在所述存储单元中的所述参考位置信息表示的位置开始的操作量，控制所述镜头的移动量，并且当在所述第一操作构件的操作后操作所述第二操作构件时，所述控制单元删除存储在所述存储单元中的所述参考位置。
根据本发明的典型实施例，提供一种光学设备，该光学设备包括第一操作构件，用于移动镜头；第二操作构件，用于移动所述镜头，所述第二操作构件与所述第一操作构件不同；以及控制单元，用于通过所述第一操作构件或所述第二操作构件的操作，控制所述镜头的位置。其中，所述控制单元根据所述第一操作构件从第一位置开始的操作量，控制所述镜头的位置，并且当在所述第二操作构件的操作后再次操作所述第一操作构件时，所述控制单元根据所述第一操作构件从表示所述第一位置的信息更新后的第二位置开始的操作量，控制所述镜头的位置。
根据本发明的典型实施例，提供一种光学设备，该光学设备包括操作构件，用于移动镜头；存储单元，用于存储所述操作构件的参考位置信息；以及控制单元，用于根据所述操作构件的操作，控制所述镜头的位置。其中，所述控制单元根据所述操作构件从由存储在所述存储单元中的所述参考位置信息表示的位置开始的操作量，控制所述镜头的移动量，并且当与所述操作构件的操作量相对应的所述镜头的目标位置超过所述镜头的可移动范围时，所述控制单元删除存储在所述存储单元中的所述参考位置信息。
根据本发明的典型实施例，提供一种光学设备，该光学设备包括操作构件，用于移动镜头；以及控制单元，用于根据所述操作构件的操作，控制所述镜头的位置。其中，所述控制单元根据所述操作构件从第一位置开始的操作量，控制所述镜头的位置，并且当与所述操作构件的操作量相对应的所述镜头的目标位置超过所述镜头的可移动范围时，所述控制单元根据所述操作构件从表示所述第一位置的信息更新后的第二位置开始的操作量，控制所述镜头的位置。
根据本发明的典型实施例，提供一种可以安装摄像镜头的摄像设备，其中所述摄像镜头包括用于驱动镜头的驱动单元、用于移动所述镜头的第一操作构件、以及用于检测所述第一操作构件的操作量的检测单元，所述摄像设备包括接收单元，用于从所述检测单元接收操作量信号；第二操作构件，用于移动所述镜头；以及控制单元，用于根据所述第一操作构件或所述第二操作构件的操作，控制所述镜头的位置。其中，所述控制单元根据所述第一操作构件从第一位置开始的操作量，控制所述镜头的位置，并且当在所述第二操作构件的操作后再次操作所述第一操作构件时，所述控制单元根据所述第一操作构件从表示所述第一位置的信息更新后的第二位置开始的操作量，控制所述镜头的位置。
根据本发明的典型实施例，提供一种可以安装摄像镜头的摄像设备，其中所述摄像镜头包括用于驱动镜头的驱动单元、用于移动所述镜头的操作构件、以及用于检测所述操作构件的操作量的检测单元，所述摄像设备包括控制单元，用于根据所述操作构件的操作，控制所述镜头的位置。其中，所述控制单元根据所述操作构件从第一位置开始的操作量，控制所述镜头的位置，并且当与所述操作构件的操作量相对应的所述镜头的目标位置超过所述镜头的可移动范围时，所述控制单元根据所述操作构件从表示所述第一位置的信息更新后的第二位置开始的操作量，控制所述镜头的位置。
根据本发明的典型实施例，提供一种可安装到摄像设备的镜头装置，其中所述摄像设备包括用于移动镜头的第二操作构件和用于根据所述第二操作构件的操作控制所述镜头的位置的控制单元，所述镜头装置包括所述镜头；驱动单元，用于驱动所述镜头；以及第一操作构件，用于移动所述镜头。其中，根据所述第一操作构件从第一位置开始的操作量，控制所述镜头的位置，并且当在所述第二操作构件的操作后再次操作所述第一操作构件时，根据所述第一操作构件从表示所述第一位置的信息更新后的第二位置开始的操作量，控制所述镜头的位置。
根据本发明的典型实施例，提供一种可安装到摄像设备的镜头装置，其中所述摄像设备包括用于根据操作构件的操作控制镜头的位置的控制单元，所述镜头装置包括所述镜头；驱动单元，用于驱动所述镜头；以及操作构件，用于移动所述镜头。其中，根据所述操作构件从第一位置开始的操作量，控制所述镜头的位置，并且当与所述操作构件的操作量相对应的所述镜头的目标位置超过所述镜头的可移动范围时，根据所述操作构件从表示所述第一位置的信息更新后的第二位置开始的操作量，控制所述镜头的位置。
通过以下结合附图的说明，本发明的其它特征显而易见，其中，相同的附图标记在全部附图中表示相同或相似的部分。
包括在说明书中并构成说明书一部分的附图，示出了本发明的典型实施例，并与说明书一起用来解释本发明的至少一些原理。
图1是根据本发明第一典型实施例的摄像设备的框图；图2是示出至少当打开图1的摄像设备的电源时、或者当选择变焦环的操作有效的模式时在该摄像设备中执行的初始化处理的流程图；图3是示出在本发明第一典型实施例中所执行的变焦环/变焦按键处理的流程图；图4是示出在本发明第一典型实施例中所执行的变焦按键处理的流程图；图5是示出在本发明第一典型实施例中变焦镜头的绝对位置与环角度之间的关系的图；图6是示出当变焦位置与望远端一致且重新初始化参考数据时，本发明第一典型实施例中变焦镜头的绝对位置与环角度之间的关系的图；图7是示出当通过变焦按键操作变焦位置且重新初始化参考数据时，在本发明第一典型实施例中变焦镜头的绝对位置与环角度之间的关系的图；图8是示出至少当打开根据本发明第二典型实施例的摄像设备的电源时、或者当选择变焦环的操作有效的模式时在该摄像设备中执行的初始化处理的流程图；图9是根据本发明第三典型实施例的摄像设备的框图，该摄像设备是摄像镜头和图像捕获单元的组合。
具体实施例方式
以下将参照附图详细说明本发明的典型实施例。下面至少一个典型实施例的说明实际上仅用作说明，并且决不限制本发明、本发明的应用或使用。
不详细讨论相关技术领域内的普通技术人员公知的处理、技术、设备、以及材料，而这些处理、技术、设备和材料在适当的地方是帮助说明的一部分，例如，用于精细调节的电动机和位置传感器的构造。
在这里示出和讨论的所有例子中，应该将任何特定值解释为仅用作说明而不是限制性的。因而，典型实施例的其它例子可以具有不同的值。
注意，在以下附图中，相同的附图标记和字母表示相同的项，因而，一旦在一张图中定义了某项，那么在随后的图中不再讨论该项。
这里应该注意，当提及校正误差(例如，像差(aberration))时，指的是降低误差和/或校正误差。
图1是根据本发明第一典型实施例的摄像设备的框图。该摄像设备包括第一固定透镜组101和变焦镜头102即进行变焦的变焦透镜组。该摄像设备还包括光圈103和第二固定透镜组104。另外，该摄像设备还包括透镜组105(以下也称之为“调焦镜头”)，透镜组105不仅具有调节焦点的功能，而且还具有补偿由变焦引起的焦平面移动的所谓的补偿功能。分别由变焦驱动器110和调焦驱动器111驱动变焦镜头102和调焦镜头105，从而使变焦镜头102和调焦镜头105各自沿光轴方向(即，图1所示的左右方向)移动。步进电动机或直动式音圈电动机(linear-motion voice coil motor)可用作变焦驱动器110和调焦驱动器111。分别通过变焦位置传感器112和调焦位置传感器113(获取单元的例子)检测变焦镜头102和调焦镜头105的位置。当使用步进电动机作为驱动器时，位置传感器可以计算从基准复位点(datum reset point)开始的输入脉冲的数量。在这种情况下，例如使用光遮断器作为用于检测基准点的位置传感器，并且将通过一体化设置在移动镜头架上的遮光壁遮光的边界位置检测为基准位置。作为位置传感器的另一例子，可以通过使用磁阻(MR)装置检测一体化设置在移动镜头架上的磁栅(magnet scale)的磁场变化。
来自被摄体的入射光经过透镜组101～105后聚焦在摄像装置106上。摄像装置106由例如CCD传感器或CMOS形式的光电转换元件构成，并将被摄体图像转换成电信号。通过CDS/AGC电路107读取电信号，并将该电信号在放大后输入到照相机信号处理电路108。照相机信号处理电路108执行预定的图像信号处理，并将输入信号转换成适合于记录设备109和监视器115的信号。记录设备109将表示被摄体图像的适合的信号记录在记录介质(例如，磁带、光盘、或半导体存储器)上。监视器115在例如液晶面板等电子取景器上显示被摄体图像。
照相机微型计算机114可以是负责控制整个摄像设备的微型计算机。更具体地，照相机微型计算机114控制照相机信号处理电路108和记录设备109。此外，将通过变焦位置传感器112和调焦位置传感器113检测到的镜头位置信号输入到照相机微型计算机114，并用于后面说明的镜头驱动控制处理。根据镜头驱动控制处理的结果，照相机微型计算机114控制变焦驱动器110和调焦驱动器111，从而执行镜头位置控制。
环构件(以下简称为“环”)117用作电子环，即用于进行变焦操作和手动调焦操作的操作构件。通常将环117设置成环117的转动中心与光学系统的光学中心基本一致。由于以上结合相关技术说明了环本身，因而这里省略对环的说明。在该第一典型实施例中，使用绝对值类型的环作为环117。通过环角度传感器118检测环117的角度(转动量的变化)，即环117的操作量，并且将检测结果输入到照相机微型计算机114。尽管以下说明基于通过环操作控制变焦镜头102的情况，但是当通过环操作控制调焦镜头105时，也可以以相同方式进行控制。另外，环117可以包含相互分开的变焦环和调焦环，或者环117可以是以可切换选择的方式用于变焦或调焦的单个环。在此检测环117的转动量变化。可选地，也可以使用滑动构件作为操作构件。在这样的情况下，将滑动构件的滑动量检测为操作构件的操作量。
如在上述相关技术中所述，变焦按键116由例如量按键或开关构成，并且将其输出输入到照相机微型计算机114。在量按键的情况下，通过照相机微型计算机114控制变焦镜头102，从而以与按压量按键所施加的压力相对应的速度进行驱动。同样地，在开关的情况下，当打开开关时，通过照相机微型计算机114控制变焦镜头102，从而以预定速度进行驱动。
环的变焦操作有效的模式的例子包括摄像设备处于可拍摄状态的模式。当设置了用于在环的有效状态和无效状态之间进行切换的开关装置(未示出)时，这些例子包括将环设置成有效状态的模式。此外，当设置了用于在变焦和调焦之间切换一个环的开关装置(未示出)时，存在选择变焦的模式。另外，当将本发明应用于手动调焦操作时，以上例子包括通过在自动调焦模式和手动调焦模式之间进行切换的开关装置(未示出)来选择手动调焦模式的情况。
在该第一典型实施例中，至少当打开摄像设备的电源时、或者当将摄像设备切换到可拍摄模式时，通常执行变焦镜头102的位置的复位处理。该复位处理是用于将变焦镜头102暂时移动到预定基准点并初始化变焦镜头的位置信息的处理。例如，通过使用光遮断器检测该基准点。在位置复位处理后，将变焦镜头102移动到当上次关闭电源时、或者当摄像设备上次切换到可拍摄模式时变焦镜头102所处的先前位置。该处理旨在将摄像设备返回到先前的拍摄状态。在执行复位处理后，执行以下的初始化处理。
下面说明至少当打开摄像设备的电源时、或者当将摄像设备切换到变焦镜头102的操作有效的模式时由照相机微型计算机114执行的初始化处理。换句话说，以下参照图2的流程图对在开始变焦操作前执行的用于初始化环117的角度和变焦镜头102的位置(以下也称之为“变焦位置”)之间的对应关系的处理进行说明。
参照图2，在步骤S101，首先从变焦位置传感器112读取变焦位置Z0。然后，在步骤S102从环角度传感器118读取环角度P0，即环117转动的转动角度，作为环117的参考位置。在步骤S103，存储环角度P0作为相对于变焦位置Z0的对应关系的参考数据PREF。在步骤S104，存储变焦位置Z0作为相对于环角度P0的对应关系的参考数据ZREF。结果，存储了变焦镜头102的绝对位置与环117的角度之间的对应关系的初始状态。
以下将参照图3和4的流程图说明在用户通过操作环117或变焦按键116进行变焦操作时所执行的控制处理。在下面的说明中，假定变焦镜头102的位置数据随着变焦镜头102接近望远侧(望远端)而增大。还假定当沿环角度增大的方向转动环117时，控制变焦镜头102向望远侧移动。
首先，在步骤S301，读取变焦位置Z1。然后，在步骤S302，读取环角度P1。在步骤S303，读取变焦按键116的操作数据(以下称之为“变焦按键数据”)。在步骤S304，根据变焦按键数据判断用户是否操作了变焦按键116。如果操作了变焦按键116，则控制流程进入图4中的步骤S401之后的处理(后面详细说明)。如果未操作变焦按键116，则控制流程进入步骤S305，在步骤S305，判断是否执行了环操作处理。
如果在未操作变焦按键116的情况下控制流程进入步骤S305，则判断在步骤S302中读取的环角度P1是否等于上次读取的环角度P0。如果P1和P0相互不同，则这意味着已操作了该环。因此，控制流程进入步骤S306。在步骤S306，计算环角度的参考数据PREF与读取的环角度P1之间的差dP。然后，在步骤S307，用预定增益G乘以dP来计算与环角度的差dP相对应的变焦位置的差dZ。这里，可以根据变焦镜头102的可变行程LZ和环117的相应转动角度θWT，如下决定增益GG＝LZ/θWT换句话说，通过将环117转动角度θWT将变焦镜头102从广角端移动到望远端。
在步骤S308，将在步骤S307中计算出的变焦位置的差dZ与变焦位置的参考数据ZREF相加，从而基于预设的对应关系计算与环角度P1相对应的变焦目标位置ZTGT。通过根据用户所施加的环操作将变焦镜头102移动到变焦目标位置ZTGT，根据环操作的输入量将变焦位置控制在其绝对位置。因而，可以将变焦镜头102移动基于与环117的转动程度相对应的变焦镜头102的位置的预设关系而决定的移动距离。
在步骤S309，判断变焦目标位置ZTGT是否大于变焦镜头102的望远端位置ZTELE。不能将变焦镜头102移动超过望远端位置ZTELE。因此，如果变焦目标位置ZTGT大于望远端位置ZTELE，则控制流程进入步骤S310，在步骤S310，将变焦目标位置ZTGT改变成望远端位置ZTELE。然后，控制流程进入步骤S313。由于该处理，暂时删除变焦镜头102的绝对位置与环117的转动程度之间的预设对应关系。
另一方面，如果变焦目标位置ZTGT小于或等于望远端位置ZTELE，则控制流程进入步骤S311，在步骤S311，判断变焦目标位置ZTGT是否小于广角端位置ZWIDE。不能将变焦镜头102移动超过广角端位置ZWIDE。因此，如果变焦目标位置ZTGT小于广角端位置ZWIDE，则控制流程进入步骤S312，在步骤S312，将变焦目标位置ZTGT改变成广角端位置ZWIDE。然后，控制流程进入步骤S313。由于该处理，暂时删除变焦镜头102的绝对位置与环117的转动程度之间的预设对应关系。
如果变焦目标位置ZTGT大于或等于广角端位置ZWIDE，则变焦目标位置ZTGT在变焦可移动范围内。因此，控制流程在不改变变焦目标位置ZTGT的情况下进入步骤S313。
在步骤S313，判断变焦位置Z1与变焦目标位置ZTGT是否一致。因为在环操作过程中dZ不是0，所以变焦位置Z1通常与变焦目标位置ZTGT不一致。因此，控制流程进入步骤S314。在步骤S314，判断变焦位置Z1是否小于变焦目标位置ZTGT。如果变焦位置Z1小于变焦目标位置ZTGT，则控制流程进入步骤S315，在步骤S315，沿望远方向驱动变焦镜头102。相反，如果变焦位置Z1大于或等于变焦目标位置ZTGT，则控制流程进入步骤S316，在步骤S316，沿广角方向驱动变焦镜头102。在任何情况下，控制流程最终进入步骤S317，在步骤S317，代替先前的环角度P0而存储当前的环角度P1以为下面的处理做准备。之后，控制流程返回步骤S301。
如果在步骤S305中判断出未进行环操作，则控制流程不执行步骤S306～S312而直接跳到步骤S313。在该第一典型实施例中，即使停止环操作，如果在步骤S313中判断出变焦位置Z1与变焦目标位置ZTGT不一致，也执行步骤S314～S316的处理，以继续驱动变焦镜头102，直到变焦位置Z1与变焦目标位置ZTGT一致为止。考虑到当用于驱动变焦镜头102的电动机具有速度限制时，变焦镜头102在非常快地转动环117时不能跟随环操作的情况而进行该处理。通过以这样的方式执行控制，尽管延迟了镜头驱动，但是可以将环117的角度与变焦镜头102的绝对位置之间的关系保持为预设的1∶1对应。
如上所述，可以通过判断P1和P0是否相互相等来进行步骤S305中关于是否进行了环操作的判断。然而，当检测到的环117的角度信号包括噪声或其它干扰时，即使当停止环117时P1也可能不同于P0。为了避免这种情况下的错误判断，可以通过判断P1与P0之间的差是否小于预定阈值来进行关于环操作(变焦操作)的判断。可以通过将该预定阈值设置成大于包含在检测到的环角度信号中的噪声的值来避免该错误判断。
图5示出在上述处理中变焦镜头102的绝对位置与环117的角度之间的关系。如图5所示，通过设置环角度的参考数据PREF和变焦位置的参考数据ZREF来定义基准点(用圆圈表示)，当沿正(positive)方向转动环117时，变焦镜头102沿望远方向移动。同样地，当沿负(negative)方向转动环117时，变焦镜头102沿广角方向移动。从而将变焦镜头102的绝对位置与环117的角度之间的关系保持为1∶1对应。然而，当变焦镜头102到达望远端位置ZTELE时，即使当沿正方向进一步转动环117时，仍将变焦位置保持在望远端位置ZTELE处。同样地，当变焦镜头102到达广角端位置ZWIDE时，即使当沿负方向进一步转动环117时，仍将变焦位置保持在广角端位置ZWIDE处。
返回图3，如果在步骤S313中判断出变焦位置Z1与变焦目标位置ZTGT一致，则控制流程进入步骤S318，在步骤S318，停止驱动变焦镜头102。然后，在步骤S319，判断变焦位置Z1是否与望远端位置ZTELE一致。如果不一致，则控制流程进入步骤S320，在步骤S320，判断变焦位置Z1是否与广角端位置ZWIDE一致。如果不一致，则控制流程进入步骤S317。如上所述执行随后的处理。
另一方面，如果在步骤S319或步骤S320中判断出变焦位置Z1与望远端位置ZTELE或广角端位置ZWIDE一致，则在任一情况下控制流程进入步骤S321。在步骤S321，基于变焦位置Z1将变焦位置的参考数据ZREF重新初始化为Z1。此外，在步骤S322，基于环角度P1将环角度的参考数据PREF重新初始化成P1。结果，再次更新并保持已暂时清除和删除的变焦镜头102的绝对位置与环117的转动程度之间的对应关系。之后，控制流程进入步骤S317，并且继续执行随后的处理。删除和更新可以同时进行。
参照图6，对当如上所述变焦位置Z1与望远端位置ZTELE或广角端位置ZWIDE一致且重新初始化了参考数据时的变焦镜头102的绝对位置与环角度之间的关系进行说明。图6示出变焦位置Z1与望远端位置ZTELE一致的例子。
在图6中，ZREF和PREF分别表示重新初始化前的变焦位置的参考数据和环角度的参考数据。L1表示与ZREF和PREF相对应的变焦镜头102的绝对位置和环角度之间的关系。当沿正方向连续转动环117且环角度达到P1时，因为变焦目标位置超过了望远端位置ZTELE，所以变焦位置停止在望远端位置ZTELE处。在这种情况下，通过以与上述相同的方式分别将ZREF和PREF更新成ZTELE(＝Z1)和P1来删除和重新初始化ZREF和PREF。
图6中的ZREF′和PREF′表示更新和重新初始化后的参考数据。当之后操作环117时，使用与ZREF′和PREF′相对应的关系L2作为变焦镜头102的绝对位置与环角度之间的关系。作为该重新初始化的结果，将变焦镜头102的绝对位置和环角度之间的关系保持为1∶1对应。另外，当在变焦镜头102位于望远端的状态下沿负方向操作环117时，以快速响应立即移动变焦镜头102，从而使用户感觉到自然且快捷的操作。
如果在图3的步骤S304中判断出用户操作了变焦按键116，则暂时删除变焦镜头102的绝对位置与环117的转动程度之间的当前对应关系。以下将参照图4的流程图说明这种情况下在步骤S304之后所执行的处理。
首先，在步骤S401，判断是沿望远方向还是沿广角方向操作了变焦按键116。如果沿望远方向操作了变焦按键116，则控制流程进入步骤S402，在步骤S402，判断变焦位置Z1与望远端位置ZTELE是否一致。如果不一致，这意味着变焦镜头102处于可移动状态。因此，控制流程进入步骤S403。在步骤S403中沿望远方向驱动变焦镜头102后，控制流程进入步骤S406。
另一方面，如果在步骤S402中判断出变焦位置Z1与望远端位置ZTELE一致，则因为不能将变焦镜头102移动超过望远端位置ZTELE，所以控制流程进入步骤S404。在步骤S404中停止驱动变焦镜头102后，控制流程进入步骤S406。
如果在步骤S401中判断出沿广角方向操作了变焦按键116，则控制流程进入步骤S408，在步骤S408，判断变焦位置Z1与广角端位置ZWIDE是否一致。如果不一致，则控制流程进入步骤S405，在步骤S405，沿广角方向驱动变焦镜头102。然后，控制流程进入步骤S406。如果一致，如沿望远方向操作了变焦按键116的情况一样，控制流程进入步骤S404。在步骤S404中停止驱动变焦镜头102后，控制流程进入步骤S406。
在步骤S406和步骤S407，分别基于变焦位置Z1和环角度P1，将变焦位置的参考数据ZREF和环角度的参考数据PREF重新初始化成Z1和P1。原因是如上所述，当通过变焦按键116改变变焦位置时，失去了环角度与变焦位置之间的预设对应关系。因而，当操作变焦按键时，将变焦位置和环角度的参考数据都更新成暂时清除和删除后的新的对应关系。可以通过以这样的方式重新初始化这些参考数据，再次保持环角度与变焦位置之间的预设对应关系。对应关系的删除和更新可以同时进行。
可以在当操作变焦按键116时删除对应关系、以及当再次操作环117时更新对应关系的定时进行重新初始化。
之后，控制流程返回图3的步骤S317，并且继续进行随后的处理。
图7是示出当如上所述通过变焦按键116改变变焦位置时变焦镜头102的绝对位置与环角度之间的关系的图。
在图7中，ZREF和PREF分别表示重新初始化前的变焦位置的参考数据和环角度的参考数据，L1表示与ZREF和PREF相对应的变焦镜头102的绝对位置和环角度之间的关系。这里假定当环角度为P1时，通过变焦按键116将变焦镜头102从Z1移动到Z1′，如箭头A1所示。在这种情况下，以与上述相同的方式，将ZREF和PREF分别重新初始化成Z1′和P1。
图7中的ZREF′和PREF′表示重新初始化后的参考数据。当之后操作环117时，使用与ZREF′和PREF′相对应的关系L2作为变焦镜头102的绝对位置与环角度之间的关系。作为该重新初始化的结果，即使当由于变焦按键的操作而使变焦位置与环角度之间的关系偏离1∶1对应时，仍将变焦镜头102的绝对位置与环角度之间的关系保持为1∶1对应。
结合使用变焦按键116而不是使用环117作为变焦操作单元的情况进行了以上说明。然而，即使当通过使用遥控器进行变焦操作时，也可以通过与使用变焦按键116的情况相同的处理来执行控制。
因此，根据第一典型实施例，相对于环117的角度来控制变焦镜头102的绝对位置(图3的步骤S308～S317)。此外，重新初始化变焦镜头102的绝对位置与环117的角度之间的对应关系(图3的步骤S321和S322、以及图4的步骤S406和S407)。因此，可以减少由偏离变焦镜头102的绝对位置与环角度之间的适当对应关系而导致的故障的发生，同时给予用户与使用机械凸轮机构的镜头的情况下的操作感觉接近的操作感觉。结果，可以以直观适当且自然的方式实现变焦操作。另外，当将第一典型实施例应用于调焦操作时，同样也可以以直观适当且自然的方式实现调焦操作。
第二典型实施例以下说明根据本发明第二典型实施例的摄像设备。由于该摄像设备的结构与第一典型实施例(图1)的相同，因而这里省略其说明。
在第一典型实施例中，使用绝对值类型的环作为环117。然而，如以上结合相关技术所述，相对值类型的环在成本、性能等方面更有优势。考虑到这点，结合使用相对值类型的环作为环117的情况来说明本发明的第二典型实施例。
图8是示出至少当打开摄像设备的电源时、或者当选择环117的变焦操作有效的模式时由照相机微型计算机114执行的初始化处理的流程图。
图8的步骤S201与第一典型实施例中所述的示出用于初始化绝对值类型的环的处理的图2的步骤S101相同。将在步骤S201中读取的变焦位置设置成Z0。因为利用相对值类型的环117不获得绝对角度，所以在步骤S202中，将预定初始值设置为初始环角度P0。可以通过例如2字节数据“0-65535”的中间值“32768”给出初始值。随后的步骤S203和S204与第一典型实施例中所述的示出用于初始化绝对值类型的环的处理的图2的步骤S103和S104相同。通过步骤S203和S204的处理，存储了变焦镜头102的绝对位置与环角度之间的对应关系的初始状态。
即使在使用相对值类型的环117的情况下，通过至少当打开摄像设备的电源时、或者当选择环117的变焦操作有效的模式时将环角度P0初始化成预定的初始值，可以以与使用绝对值类型的环的情况相同的方式来进行随后的控制。换句话说，通过将由环角度传感器118所检测到的环117的相对角度(转动角度)与依赖于环的转动方向的初始值逐次相加、或从该初始值中逐次减去该相对角度，可以获得相对值类型的环的角度数据。因此，可以以与使用绝对值类型的环的第一典型实施例中相同的方式执行随后的处理。因此这里省略对随后处理的说明。
因此，根据第二典型实施例，可以通过使用在成本、性能等方面优于第一典型实施例中所使用的绝对值类型环的相对值类型的环，实现摄像设备成本的进一步降低和性能的进一步提高。
第三典型实施例图9是根据本发明第三典型实施例的摄像设备的框图，该摄像设备是摄像镜头和图像捕获单元的组合。用相同的附图标记表示与图1中的组件相同的组件。
在该第三典型实施例中，摄像设备包括用作设备主体的照相机主体502和可拆卸地安装到照相机主体502的摄像镜头501。在摄像镜头501中包括负责镜头侧的控制的镜头微型计算机503，并通过镜头微型计算机503控制变焦驱动器110和调焦驱动器111。此外，变焦位置传感器112、调焦位置传感器113、以及环角度传感器118各自的输出被输入到镜头微型计算机503。
另一方面，在照相机主体502上安装变焦按键116。这是因为，考虑到可操作性，通常将变焦按键116设置在支持照相机的手柄附近。因此，变焦按键116的输出被输入到包括在照相机主体502中的照相机微型计算机114。
镜头微型计算机503和照相机微型计算机114能够通过设置在照相机主体502与摄像镜头501之间的安装面处的接触块相互进行数据通信。照相机微型计算机114通过通信以预定周期(例如生成图像信号的垂直同步信号的周期)，将变焦按键116的输出发送给镜头微型计算机503。
利用第三典型实施例的结构，可以通过在镜头微型计算机503中执行响应于环117的操作和变焦按键116的操作的变焦控制，单独在摄像镜头501中实现与第一和第二典型实施例中所述的变焦控制相同的变焦控制，其中在第一和第二典型实施例中，在照相机微型计算机114中执行该变焦控制。结果，在摄像镜头501可拆卸地安装到照相机主体502的摄像设备中，也可以如在摄像镜头和图像捕获单元相互为一体的摄像设备中一样，以直观适当且自然的方式实现变焦操作。另外，第三典型实施例可应用于环117是与第一和第二典型实施例相同的绝对值类型或相对值类型的任一情况。
在图9中，照相机微型计算机114可以从镜头微型计算机503接收信息，可以指示并控制变焦位置。在这种情况下，镜头微型计算机503根据来自照相机微型计算机114的指令控制变焦驱动。
第一到第三典型实施例的特征总结如下。
如以上结合相关技术所述，用于根据镜头的输入操作量控制镜头位置而不是控制镜头速度的方法在可操作性方面较好，但是该方法伴随有以下问题失去了环的绝对角度与镜头的绝对位置之间的1∶1对应。为了避免该问题，在第一到第三典型实施例中设置了用于初始化环的输入操作量与镜头的绝对位置之间的对应关系的单元(即，用于执行图2中所示的初始化处理的单元)。通过提供这样的单元，可以减少由偏离环的输入操作量与镜头的绝对位置之间的适当对应关系而引起的故障的发生。镜头包括变焦镜头102和调焦镜头105中的至少一种。
同样，在环117的转动角度范围内不设置物理限制，使得环可以无限转动。利用能够无限转动的环117，在初始化上述对应关系的处理中，对环的转动角度没有物理限制，因而实际上具有更大的优势。
初始化单元用作至少当打开摄像镜头或摄像设备的电源时、或者当选择环117的变焦操作有效的模式时执行初始化处理的单元。也就是说，初始化单元用作在开始变焦操作前执行初始化处理的单元。因此，在当环117的操作变为有效的同时，确定了环117的角度与变焦镜头102或调焦镜头105的绝对位置之间的关系。换句话说，仅需要当环117的操作变为有效时使环117的角度与镜头位置相互对应。这意味着本发明不仅可应用于绝对值类型的环，而且还可应用于在成本和分辨率方面更有优势的相对值类型的环。
此外，即使在停止用于转动环117的操作后，仍控制继续进行变焦驱动和调焦驱动，直到镜头到达与环角度传感器118所检测到的信号相对应的镜头的绝对位置为止。考虑到当用于变焦驱动或调焦驱动的电动机具有速度限制时，在非常快地转动环117时镜头不能跟随环操作的情况而执行该控制。通过以这样的方式执行控制，尽管延迟了镜头驱动，但是可以将环117的角度与镜头的绝对位置之间的关系保持为预设的1∶1对应。
此外，当与环角度传感器118所检测到的信号相对应的镜头的绝对位置超过从物理或光学角度出发所确定的镜头的可移动范围时，停止镜头驱动，并且初始化单元重新初始化所检测到的信号与镜头的绝对位置之间的对应关系。更具体地，如上所述，当使用能够无限转动的环117时，与环117的转动角度相对应的镜头的绝对位置可能超过镜头的可移动范围。在这种情况下，在镜头可移动范围的末端停止镜头驱动，并且重新初始化环117的角度与镜头的绝对位置之间的对应关系。通过该重新初始化，可以在将镜头的绝对位置维持在镜头可移动范围内的同时，避免环117的角度与镜头的绝对位置之间的不一致。
而且，除环117以外，还设置变焦按键116作为用于改变镜头位置的独立操作构件。当通过变焦按键116改变镜头位置时，初始化单元重新初始化环角度传感器118所检测到的信号与镜头的绝对位置之间的对应关系。换句话说，当通过例如用于控制镜头位置的量按键或遥控器而不是通过环117来改变镜头位置时，重新初始化环117的角度与镜头的绝对位置之间的对应关系，从而可以避免它们之间的对应关系的不一致。
根据本发明第一到第三典型实施例，在使用环117的变焦操作和手动调焦操作中，可以减少由于偏离镜头的绝对位置与环角度之间的适当对应关系而引起的故障的发生，同时给予用户与使用机械凸轮机构的镜头的情况下的操作感觉接近的操作感觉。结果，可以以直观适当且自然的方式实现变焦操作。
上述实施例仅是本发明的示例，并不能解释为限制本发明的范围。
而且，属于权利要求书的等同物的所有修改和改变都被认为落入本发明的范围之内。
权利要求
1.一种光学设备，其包括第一操作构件，用于移动镜头；第二操作构件，用于移动所述镜头，所述第二操作构件与所述第一操作构件不同；存储单元，用于存储所述第一操作构件的参考位置信息；以及控制单元，用于通过所述第一操作构件或所述第二操作构件的操作，控制所述镜头的位置，其中，所述控制单元根据所述第一操作构件从由存储在所述存储单元中的所述参考位置信息表示的位置开始的操作量，控制所述镜头的移动量，并且当在所述第一操作构件的操作后操作所述第二操作构件时，所述控制单元删除存储在所述存储单元中的所述参考位置信息。
2.一种光学设备，其包括第一操作构件，用于移动镜头；第二操作构件，用于移动所述镜头，所述第二操作构件与所述第一操作构件不同；以及控制单元，用于通过所述第一操作构件或所述第二操作构件的操作，控制所述镜头的位置，其中，所述控制单元根据所述第一操作构件从第一位置开始的操作量，控制所述镜头的位置，并且当在所述第二操作构件的操作后再次操作所述第一操作构件时，所述控制单元根据所述第一操作构件从表示所述第一位置的信息更新后的第二位置开始的操作量，控制所述镜头的位置。
3.根据权利要求2所述的光学设备，其特征在于，所述操作构件是可无限转动的。
4.根据权利要求2所述的光学设备，其特征在于，即使在停止所述第一操作构件的操作后，所述控制单元仍移动所述镜头，直到所述镜头到达与所述第一操作构件从所述第二位置开始的操作量相对应的所述镜头的目标位置为止。
5.根据权利要求2所述的光学设备，其特征在于，所述镜头是变焦镜头和调焦镜头中的至少一种。
6.根据权利要求2所述的光学设备，其特征在于，所述光学设备是摄像镜头或摄像设备。
7.一种光学设备，其包括操作构件，用于移动镜头；存储单元，用于存储所述操作构件的参考位置信息；以及控制单元，用于根据所述操作构件的操作，控制所述镜头的位置，其中，所述控制单元根据所述操作构件从由存储在所述存储单元中的所述参考位置信息表示的位置开始的操作量，控制所述镜头的移动量，并且当与所述操作构件的操作量相对应的所述镜头的目标位置超过所述镜头的可移动范围时，所述控制单元删除存储在所述存储单元中的所述参考位置信息。
8.一种光学设备，其包括操作构件，用于移动镜头；以及控制单元，用于根据所述操作构件的操作，控制所述镜头的位置，其中，所述控制单元根据所述操作构件从第一位置开始的操作量，控制所述镜头的位置，并且当与所述操作构件的操作量相对应的所述镜头的目标位置超过所述镜头的可移动范围时，所述控制单元根据所述操作构件从表示所述第一位置的信息更新后的第二位置开始的操作量，控制所述镜头的位置。
9.根据权利要求8所述的光学设备，其特征在于，所述操作构件是可无限转动的。
10.根据权利要求8所述的光学设备，其特征在于，即使在停止所述操作构件的操作后，所述控制单元仍移动所述镜头，直到所述镜头到达与所述操作构件从所述第二位置开始的操作量相对应的所述镜头的目标位置为止。
11.根据权利要求8所述的光学设备，其特征在于，所述镜头是变焦镜头和调焦镜头中的至少一种。
12.根据权利要求8所述的光学设备，其特征在于，所述光学设备是摄像镜头或摄像设备。
13.一种可以安装摄像镜头的摄像设备，其中所述摄像镜头包括用于驱动镜头的驱动单元、用于移动所述镜头的第一操作构件、以及用于检测所述第一操作构件的操作量的检测单元，所述摄像设备包括接收单元，用于从所述检测单元接收操作量信号；第二操作构件，用于移动所述镜头；以及控制单元，用于根据所述第一操作构件或所述第二操作构件的操作，控制所述镜头的位置，其中，所述控制单元根据所述第一操作构件从第一位置开始的操作量，控制所述镜头的位置，并且当在所述第二操作构件的操作后再次操作所述第一操作构件时，所述控制单元根据所述第一操作构件从表示所述第一位置的信息更新后的第二位置开始的操作量，控制所述镜头的位置。
14.一种可以安装摄像镜头的摄像设备，其中所述摄像镜头包括用于驱动镜头的驱动单元、用于移动所述镜头的操作构件、以及用于检测所述操作构件的操作量的检测单元，所述摄像设备包括控制单元，用于根据所述操作构件的操作，控制所述镜头的位置，其中，所述控制单元根据所述操作构件从第一位置开始的操作量，控制所述镜头的位置，并且当与所述操作构件的操作量相对应的所述镜头的目标位置超过所述镜头的可移动范围时，所述控制单元根据所述操作构件从表示所述第一位置的信息更新后的第二位置开始的操作量，控制所述镜头的位置。
15.一种可安装到摄像设备的镜头装置，其中所述摄像设备包括用于移动镜头的第二操作构件和用于根据所述第二操作构件的操作控制所述镜头的位置的控制单元，所述镜头装置包括所述镜头；驱动单元，用于驱动所述镜头；以及第一操作构件，用于移动所述镜头，其中，根据所述第一操作构件从第一位置开始的操作量，控制所述镜头的位置，并且当在所述第二操作构件的操作后再次操作所述第一操作构件时，根据所述第一操作构件从表示所述第一位置的信息更新后的第二位置开始的操作量，控制所述镜头的位置。
16.一种可安装到摄像设备的镜头装置，其中所述摄像设备包括用于根据操作构件的操作控制镜头的位置的控制单元，所述镜头装置包括所述镜头；驱动单元，用于驱动所述镜头；以及操作构件，用于移动所述镜头，其中，根据所述操作构件从第一位置开始的操作量，控制所述镜头的位置，并且当与所述操作构件的操作量相对应的所述镜头的目标位置超过所述镜头的可移动范围时，根据所述操作构件从表示所述第一位置的信息更新后的第二位置开始的操作量，控制所述镜头的位置。
全文摘要
本发明提供一种光学设备、摄像设备和镜头装置。至少一个典型实施例涉及一种光学设备，该光学设备包括获取单元，用于获取镜头的位置信息；以及控制单元，用于根据操作构件的转动量和镜头的位置，控制镜头的位置。当启动镜头的位置控制时，该控制单元初始化操作构件的转动量与镜头的位置之间的对应关系。
文档编号G02B7/08GK101034196SQ20071008650
公开日2007年9月12日 申请日期2007年3月9日 优先权日2006年3月10日
发明者森本庸介 申请人:佳能株式会社