位置检测设备、包括位置检测设备的设备和位置检测方法

位置检测设备、包括位置检测设备的设备和位置检测方法
【专利摘要】本发明涉及一种位置检测设备、包括位置检测设备的设备和位置检测方法。该位置检测设备包括连同具有周期图案的光学标尺(101)一起使用的第一光学位置检测器(103)。该第一光学位置检测器在伴随着可动构件(102)的移动而与光学标尺相对移动的情况下，接收来自周期图案的光，以生成分别按与周期图案的周期相对应的周期发生变化的第一检测信号。第二非光学位置检测器(108)生成伴随着可动构件的移动而发生变化的第二检测信号。计算器(106)通过使用第一检测信号来产生第一位置信号，通过使用第二检测信号来产生分辨率与第一位置信号的分辨率不同的第二位置信号，并且进行用于将第一位置信号和第二位置信号组合的计算以产生绝对位置信号。
【专利说明】
位置检测设备、包括位置检测设备的设备和位置检测方法
技术领域
[0001]本发明涉及检测可动构件的绝对位置的位置检测设备，并且特别涉及使用光学标尺的光学位置检测设备。
【背景技术】
[0002]光学位置检测设备各自包括固定至可动构件和基部构件其中之一的受光传感器以及固定至可动构件和基部构件中的另一个的光学标尺。光学标尺设置有反射或透过光的周期图案。在可动构件移动时利用受光传感器检测来自周期图案的光，这提供了按与周期图案的周期相对应的周期改变的检测信号。
[0003]这种光学位置检测器(以下称为“光学编码器”)包括如下的光学位置检测器，其中该光学位置检测器具有设置有相位相互不同的两个(一组)周期图案的光学标尺，并且利用受光传感器检测来自这两个周期图案的光以提供相位相互不同的两个周期信号(一组两相信号)。使用这些两相信号的计算提供了可动构件相对于基部构件的相对位置。
[0004]此外，如日本特开2013-234861所公开的，光学编码器包括使用设置有多组周期图案的光学标尺的另一光学编码器，其中各组周期图案包括具有长周期和短周期的周期图案；各组周期图案的长周期和短周期相互略微不同。该光学编码器利用受光传感器检测来自多组周期图案的光以生成多组两相信号，并且对这多组两相信号进行计算以产生周期相互不同的多个位置信号(例如，具有长周期的上位信号和具有短周期的下位信号)。然后，将这多个位置信号组合使得能够计算出可动构件的绝对位置。
[0005]然而，上述的光学编码器存在如下的问题:其上附着有污迹(包括划痕)或灰尘的不干净光学标尺在检测信号中产生噪声，这样导致不能进行可动构件的正确位置检测、即引起位置误检测。特别地，在日本特开2013-234861所公开的光学编码器中，为了将上位信号和下位信号组合而对上位信号进行的倍增处理还使噪声放大。因而，不干净光学标尺对位置检测产生极大影响。
[0006]此外，上述的光学编码器存在如下的另一问题:由于温度变化所引起的光学标尺的伸缩使可动构件和光学标尺之间的相对位置关系发生改变，这样导致不能进行可动构件的正确位置检测、即引起位置误检测。特别地，日本特开2013-234861所公开的光学编码器进行为了将上位信号和下位信号组合而对上位信号所进行的倍增处理，使得由于光学标尺的伸缩所引起的上位信号的变动对位置检测产生极大影响。
[0007]此外，在调焦透镜与变倍透镜相比配置于更靠像面侧的位置的后焦点型变焦镜头中，变倍透镜的移动引起像面移动。因而，进行使调焦透镜随着变倍透镜的移动而移动以减少像面移动的控制、即变焦跟踪控制，以维持聚焦状态。日本特开平6-205259所公开的光学设备保持表示针对变倍透镜的各个位置维持聚焦状态的调焦透镜的位置的凸轮数据，并且通过使用该凸轮数据来进行变焦跟踪控制，以使调焦透镜随着变倍透镜的移动而移动。
[0008]在进行用于通过用户对变焦操作环的转动操作来使变倍透镜移动的手动变焦操作的情况下，也进行该变焦跟踪控制。手动变焦操作使用如下的变倍机构，其中该变倍机构使变焦操作环的转动传递至凸轮环以使该凸轮环绕光轴转动，并且利用该凸轮环中所形成的凸轮使变倍透镜在光轴方向上移动。在变倍透镜移动的情况下，变焦跟踪控制利用诸如编码器等的位置检测设备来检测与变倍透镜的位置相对应的变焦操作环的转动方向和位置，并且使调焦透镜移动至凸轮数据中的与所检测到的转动方向和位置相对应的位置。
[0009]这种变倍机构具有变焦操作环和凸轮环彼此接合以使变焦操作环的转动传递至凸轮环的接合部，并且该接合部存在间隙(backlash)。该间隙使凸轮环的转动延迟，由此在该间隙减小(消除)之前，变倍透镜没有移动。此外，直到间隙减小为止的凸轮环的转动的该延迟是在变焦操作环在远摄方向和广角方向这两者上都转动的情况下产生的，使得检测到变焦操作环在远摄区域和广角区域各自中的两个转动位置作为相同转动位置。因此，需要针对变焦操作环的各转动方向即针对各变倍方向设置单独的凸轮数据，并且根据通过使用位置检测设备所检测到的变焦操作环的转动方向来选择变焦跟踪控制所使用的凸轮数据。
[0010]然而，尽管通过用户对变焦操作环的转动操作所进行的手动变焦即使在位置检测设备没有通电的非通电状态(电源断开状态)下也可以使变倍透镜移动，但不能检测出变焦操作环的转动方向。非通电状态下的变焦操作环的未知转动方向使得在通电(电源接通)开始时不清楚间隙减小的方向(远摄方向或广角方向)，这样使得不清楚紧挨在电源接通之后应选择针对各个变倍方向所设置的凸轮数据中的哪个凸轮数据。另外，非通电状态下的变焦操作环的未知转动方向使得不清楚是响应于电源接通之后的变焦操作环的转动而根据针对变焦操作环的转动方向(即，变倍方向)所设置的凸轮数据来立即使调焦透镜移动、还是停止调焦透镜的移动直到间隙减小为止。这样使得不能进行良好的变焦跟踪控制。

【发明内容】

[0011]本发明提供能够减轻其上附着有污迹或灰尘的不干净光学标尺的影响的位置检测设备。本发明还提供能够与由于温度变化所引起的光学标尺的伸缩无关地进行正确的位置检测的位置检测设备。本发明还提供能够在进行手动变焦的情况下紧挨在电源接通之后进行良好的变焦跟踪控制的调焦控制设备和包括该调焦控制设备的光学设备。
[0012]本发明提供以下作为其一个方面:一种位置检测设备，包括:第一位置检测器，其是与设置有周期相互不同的多个周期图案的光学标尺一起使用的光学位置检测器，并且用于在伴随着可动构件的移动而与所述光学标尺相对移动的情况下，接收来自所述多个周期图案的光，以生成分别按与所述多个周期图案的周期相对应的周期发生变化的多个第一检测信号;第二位置检测器，其是非光学位置检测器，并且用于生成伴随着所述可动构件的移动而发生变化的第二检测信号；以及计算器，用于通过使用所述多个第一检测信号来产生第一位置信号，通过使用所述第二检测信号来产生分辨率与所述第一位置信号的分辨率不同的第二位置信号，并且进行用于将所述第一位置信号与所述第二位置信号组合的计算以产生用于表示所述可动构件的绝对位置的信号。
[0013]本发明提供以下作为其另一方面:一种包括上述的位置检测设备的设备，其还包括:所述可动构件，其中利用所述位置检测设备来检测所述可动构件的绝对位置。
[0014]本发明提供以下作为其又一方面:一种位置检测方法，用于使用第一位置检测器和第二位置检测器，其中所述第一位置检测器是与设置有周期相互不同的多个周期图案的光学标尺一起使用的光学位置检测器，并且用于在伴随着可动构件的移动而与所述光学标尺相对移动的情况下接收来自所述多个周期图案的光，以生成分别按与所述多个周期图案的周期相对应的周期发生变化的多个第一检测信号，以及所述第二位置检测器是非光学位置检测器并且用于生成伴随着所述可动构件的移动而发生变化的第二检测信号，所述位置检测方法包括以下步骤:通过使用所述多个第一检测信号来产生第一位置信号;通过使用所述第二检测信号来产生分辨率与所述第一位置信号的分辨率不同的第二位置信号；以及进行用于将所述第一位置信号与所述第二位置信号组合的计算，以产生用于表示所述可动构件的绝对位置的信号。
[0015]通过以下的说明和附图，本发明的其它方面将变得明显。
【附图说明】
[0016]图1是示出作为本发明的实施例1的编码器的结构的框图。
[0017]图2A、2B和2C示出实施例1中的用于检测轨道图案的方法。
[0018]图3示出传统的绝对位置计算处理的流程图。
[0019]图4示出游标计算。
[0020]图5示出传统的绝对位置计算处理中的上位信号、中位信号、下位信号和最下位信号。
[0021]图6示出传统的绝对位置计算处理中的上位信号和中位信号的组合处理。
[0022]图7示出传统的绝对位置计算处理中的与针对位置信号所进行的组合处理有关的问题。
[0023]图8示出实施例1的绝对位置计算处理中的上位信号、中位信号、下位信号和最下位信号。
[0024]图9示出实施例1中的针对电位计的归一化处理。
[0025]图10示出实施例1中的绝对位置计算处理的流程图。
[0026]图11示出实施例1中的电位计的电路。
[0027]图12是示出作为本发明的实施例2的编码器的结构的框图。
[0028]图13示出实施例2中的由于温度变化所引起的光学标尺的伸缩。
[0029]图14示出实施例2中的由于光学标尺的伸缩所引起的检测位置的变化。
[0030]图15示出实施例2中的温度校正处理的流程图。
[0031]图16示出实施例2中的、在相互不同的环境下来自电位计的位置信号和来自绝对位置计算器的绝对位置信号。
[0032]图17是示出作为本发明的实施例3的编码器的结构的框图。
[0033]图18示出实施例3中的异物判断处理和位置误检测避免处理的流程图。
[0034]图19示出实施例3中的电位计的输出和受到异物影响的光学传感器的输出。
[0035]图20示出实施例3中的电位计的输出和光学传感器的输出。
[0036]图21是示出作为本发明的实施例4的编码器的结构的框图。
[0037]图22示出实施例4中的异物判断处理和位置误检测避免处理的流程图。
[0038]图23示出作为本发明的实施例5的摄像设备的结构。
[0039]图24是示出作为本发明的实施例6的镜头单元的结构的框图。
[0040]图25是示出实施例6中的镜头单元内的变焦透镜的位置检测所用的结构的框图。
[0041]图26示出实施例6中的变焦绝对位置计算处理的流程图。
[0042]图27和28示出传统的问题。
[0043]图29示出实施例6中的、机构间隙对编码器和电位计所获得的位置检测结果的影响。
[0044]图30示出实施例6中的用于检测间隙减小方向的处理的流程图。
[0045]图31示出实施例6中的阈值设置处理。
【具体实施方式】
[0046]以下将参考附图来说明本发明的典型实施例。
[0047]实施例1
[0048]图1示出作为用作本发明的第一实施例(实施例1)的位置检测设备的编码器的结构。附图标记101表示光学标尺，其中该光学标尺101固定至相对于基部构件104可移动的可动构件102。光学标尺101设置有还在图2A中示出的第一标尺轨道101-1和第二标尺轨道101-2。
[0049]附图标记103表示光学传感器单元(以下简称为“光学传感器”)，其中该光学传感器103固定至基部构件104。光学传感器103设置有包括LED作为光源的发光器103-1、第一受光器103-2和第二受光器103-3。第一受光器103-2和第二受光器103-3各自包括光学标尺101可移动的方向上、即光学标尺101和光学传感器103的相对移动方向上所排列的多个受光元件；以下将该相对移动方向称为“位置检测方向”。
[0050]在本实施例中，光学标尺101固定至可动构件102，并且光学传感器103固定至基部构件104。然而，光学标尺101可以固定至基部构件104，并且光学传感器103固定至可动构件
102。也就是说，仅需通过可动构件102相对于基部构件104的移动使得光学标尺101和光学传感器103相对于彼此能够相对移动。
[0051]光学传感器103是以面向光学标尺101的方式配置的。将作为从光学传感器103中的发光器103-1发出的发散光束的光投射到光学标尺101上的第一标尺轨道101-1和第二标尺轨道101-2。被第一标尺轨道101-1中所设置的多个周期图案(图2A所示的两个周期图案201-1和201-2)反射的光向着第一受光器103-2行进，以在该第一受光器103-2上形成第一标尺轨道101-1中的周期图案201-1和201-2的两个光学图像(以下还称为“图案图像”)。
[0052]另一方面，被第二标尺轨道101-2中所设置的多个周期图案(图2A所示的两个周期图案202-1和202-2)反射的光向着第二受光器103-3行进，以在该第二受光器103-3上形成第二标尺轨道101-2中的周期图案202-1和202-2的两个光学图像(图案图像)。各周期图案包括各自反射光的反射部和各自不反射光的非反射部;反射部和非反射部交替配置在位置检测方向上。
[0053]第一受光器103-2对所接收到的两个图案图像进行光电转换(S卩，读取周期图案
201-1和201-2)以输出与这两个图案图像相对应的两个检测信号。同样，第二受光器103-3对所接收到的两个图案图像进行光电转换(即，读取周期图案202-1和202-2)以输出与这两个图案图像相对应的两个检测信号。在光学标尺101连同可动构件102—起相对于光学传感器103移动的情况下，各检测信号变为按与相应周期图案的周期相对应的周期改变的信号(以下称为“周期信号”)。
[0054]从第一受光器103-2输出的各个周期信号由A/D转换器105-1转换成数字信号，并且该数字信号被输入至绝对位置计算器106。从第二受光器103-3输出的各个周期信号由A/D转换器105-2转换成数字信号，并且该数字信号被输入至绝对位置计算器106。
[0055]作为计算器的绝对位置计算器106通过使用从A/D转换器105-1和105-2输入的数字信号来计算可动构件102的绝对位置。
[0056]间距切换信号输出器107将用于对第一受光器103-2和第二受光器103-3各自所设置的多个受光元件的受光间距(检测间距)进行切换的间距切换信号输出至光学传感器
103。光学传感器103响应于间距切换信号的输入来使受光间距在与各自具有长周期的周期图案201-1和202-1的间距相对应的第一受光间距和与各自具有短周期的周期图案201-2和
202-2的间距相对应的第二受光间距之间进行切换。受光间距的切换使得第一受光器103-2和第二受光器103-3各自能够读取两个周期图案。
[0057]将更详细地说明图2A所示的第一标尺轨道101-1和第二标尺轨道101-2的周期图案201-1、201-2、202-1和202-2。图2A示出各标尺轨道的简化周期图案。实际上，各标尺轨道在与光学标尺101中的位置检测方向垂直的方向(以下称为“标尺宽度方向”)上包括与图2A所示的两个周期图案相比数量更多的周期图案。
[0058]第一标尺轨道101-1所设置的两个周期图案201-1和201-2分别具有彼此不同的周期Pl和P2。周期Pl长于周期P2。在以下说明中，周期图案201-1还被称为“长周期图案”，并且周期图案201-2还被称为“短周期图案”。在光学标尺101中，实际上，长周期图案201-1和短周期图案201-2在标尺宽度方向上交替配置。
[0059]另一方面，第二标尺轨道101-2所设置的两个周期图案202-1和202-2分别具有彼此不同的周期P1’和P2’。周期P1’长于周期P2’。在以下说明中，周期图案202-1还被称为“长周期图案”，并且周期图案202-2还被称为“短周期图案”。在光学标尺101中，实际上，长周期图案202-1和短周期图案202-2在标尺宽度方向上交替配置。
[0060]长周期图案201-1的周期Pl和长周期图案202-1的周期Pl’彼此略微不同(Pl〈ΡΓ)。短周期图案201-2的周期P2和短周期图案202-2的周期P2 ’彼此略微不同(P2〈P2 ’)。[0061 ]图2B示出从读取长周期图案201-1和202-1或者短周期图案201-2和202-2的光学传感器103的第一受光器103-2和第二受光器103-3所输出的两个周期信号。纵轴表不来自各受光器的周期信号的值(10位的A/D转换值)。横轴表不光学标尺101 (可动构件102)相对于光学传感器103的位置。
[0062]第一受光器103-2和第二受光器103-3伴随着可动构件102的移动而输出具有相互不同的相位的两相周期信号(以下称为“两相信号”)203和204。这些两相信号203和204与相位相互相差了90°的正弦波和余弦波相对应。
[0063]图2C示出将作为正弦波和余弦波的两相信号203和204反正切转换为在O?2π的范围内变化的信号205的结果。纵轴表示O?2π的角度(以弧度为单位)。横轴表示光学标尺101相对于光学传感器103的位置。
[0064]本实施例的编码器的上述结构与传统的光学编码器的结构相同。接着，将说明在传统的光学编码器中所进行的绝对位置计算处理以及由此产生的问题。
[0065]图3示出在传统的光学编码器中绝对位置计算器106所进行的绝对位置计算处理的流程图。在以下说明中，作为示例，光学标尺101在位置检测方向上的长度(标尺长度)是40mm，并且光学标尺101上的周期图案201-1、201-2、202-1和202-2的图案数量(反射部的数量)分别是75、300、74和290。以下将与周期图案201-1、201-2、202-1和202-2相对应的周期信号分别称为“ΡΓ、“P2”、“P1 ’”和“P2 ’” ο
[0066]在步骤S301中检测到利用间距切换信号输出器107选择了与P2和P2’相对应的受光间距的绝对位置计算器106进入步骤S302。在步骤S302中，绝对位置计算器106检测到由A/D转换器105-1和105-2进行采样后的信号作为P2和P2 ’。
[0067]接着，在步骤S303中，绝对位置计算器106对P2和P2’进行反正切转换处理以产生信号Θ2和Θ2’。在将P2和P2’的正弦波和余弦波表示为以下的情况下:
[0068][P2]sin9和[P2]cos9;以及
[0069][Ρ2,]??ηθ 和[Ρ2,](^θ，
[0070]通过以下的表达式(I)和(2)来表示作为对Ρ2和Ρ2’进行反正切转换处理的结果的信号Θ2和Θ2’。
[0071]02=ATAN2([P2]sin0,[P2]cos0) (I)
[0072]Θ27 =ATAN2([P27 ]sin0,[P2/ ]cos9) (2)
[0073]在该反正切转换处理之后，在步骤S304中，绝对位置计算器106将与Pl和Pf相对应的受光间距的选择命令输出至间距切换信号输出器107。然后，绝对位置计算器106返回至步骤S301。
[0074]在步骤S301中检测到利用间距切换信号输出器107选择了与Pl和Pf相对应的受光间距的绝对位置计算器106进入步骤S305。在步骤S305中，绝对位置计算器106检测到由A/D转换器105-1和105-2进行采样后的信号作为Pl和Pl ’。
[0075]接着，在步骤S306中，绝对位置计算器106对Pl和P1’进行反正切转换处理以产生信号Θ1和ΘΓ。在将Pl和Pl ’的正弦波和余弦波表示为以下的情况下:
[0076][Pl]sin0和[P1]COS0;以及
[0077][Pl，]sin0和[P1，]COS0，
[0078]通过以下的表达式(3)和(4)来表示作为对Pl和P1’进行反正切转换处理的结果的信号Θ1和Θ1’。
[0079]01=ATAN2([Pl]sin0,[Pl]cos0) (3)
[0080]0r=ATAN2([Pr]sin9，[Pl，]cos0) (4)
[0081 ]在该反正切转换处理之后，在步骤S307中，绝对位置计算器106将与P2和P2’相对应的受光间距的选择命令输出至间距切换信号输出器107。然后，绝对位置计算器106进入步骤S308。
[0082]在步骤S308中，绝对位置计算器106对信号Θ1和Θ1’进行游标计算处理(以下简称为“游标计算”)以产生用于计算绝对位置的上位信号。此外，绝对位置计算器106对信号Θ2和Θ2’进行另一游标计算以产生用于计算绝对位置的中位信号。之后，绝对位置计算器106进入步骤S309。
[0083]图4示出针对信号Θ1和Θ1'的游标计算。附图标记401和402表示信号Θ1和Θ1'。通过以下的表达式(5)来计算作为通过对信号Θ1和Θ1'进行游标计算所产生的上位信号的游标信号Θ1-1'。
[0084]Θ1-17 =1^(91-017 ) (5)
[0085]图4中的附图标记403表示游标信号Θ1-1'。
[0086]同样，通过以下的表达式(6)来计算作为通过对信号Θ2和Θ2’进行游标计算所产生的中位信号的游标信号Θ2-2'。
[0087]Θ2-27 =1^(92-927 ) (6)
[0088]在进行游标计算所针对的两个信号的折返点彼此一致的相位处、即在与同这两个信号相对应的周期图案的图案数量之间的最小公倍数相对应的点处，游标信号在O?2π的范围内具有折返点。因而，在O?2π的范围内，游标信号Θ1-1'具有I个折返点，并且游标信号Θ2-27具有1个折返点。
[0089]游标信号Θ1-1'的折返点是与Pl和Ρ1’相对应的周期图案201-1和202-1中的以下点。
[0090](Ρ1:Ρ1,) = (75,74)
[0091]游标信号Θ2-2,的折返点是与Ρ2和Ρ2,相对应的周期图案202-1和202-2中的以下点。
[0092](P2:P2，)=(30,29),(60,58),(90,87),(120,116),(150,145),(180,174)，(210，203),(240,232),(270,261),(300,290)
[0093]绝对位置计算器106通过上述的步骤S301?S308的处理来计算用于计算绝对位置的四种信号、即上位信号Θ1-1'、中位信号Θ2-2'、作为下位信号的信号01和作为最下位信号的信号Θ2。中位信号Θ2-2'、下位信号Θ1和最下位信号Θ2与第一位置信号相对应。
[0094]图5示出通过上述的绝对位置计算处理所计算出的绝对位置。在图5中，(a)部分示出与在光学标尺101上仅具有一个折返点(换句话说，仅包括一个折返部位作为信号成分)的游标信号Θ1-1'相对应的上位信号。(b)部分示出与游标信号Θ2-2'相对应的中位信号。该中位信号在光学标尺101上包括10个折返部位(折返信号成分)。上位信号的值表示当前位置在中位信号的哪个编号的折返部位中。也就是说，上位信号使得能够指定10个折返部位中的一个折返部位。
[0095]此外，在图5中，(C)部分示出与在光学标尺101上包括75个折返部位的信号Θ1相对应的下位信号。中位信号的值表示当前位置在下位信号中的哪个编号的折返部位中。(d)部分示出与信号Θ2相对应的最下位信号。该最下位信号在光学标尺101上包括300个折返部位。下位信号的值表示当前位置在最下位信号中的哪个编号的折返部位中。因此，将上位信号、中位信号、下位信号和最下位信号组合到一起使得能够获取到绝对位置。
[0096]接着，将说明针对上位信号、中位信号、下位信号和最下位信号所进行的组合处理。首先，将参考图6来说明针对上位信号和中位信号所进行的组合处理。
[0097]在图6中，(a)表示上位信号Θ1-1'，并且(b)表示中位信号Θ2-2'。为了将上位信号与中位信号组合，组合处理首先产生区信号。区信号是为了指定当前位置在中位信号的哪个编号的折返部位中所产生的。如上所述，上位信号在光学标尺101上具有I个折返点并且中位信号在光学标尺101上具有10个折返点，由此该上位信号与作为整数的10的相乘提供了斜率与中位信号的斜率相同的信号。
[0098]通过将上位信号乘以10所获得的信号与中位信号之间的差提供了(d)所示的区信号。然而，该区信号包括噪声，因此对该区信号进行离散化处理以去除噪声。在图6中，(e)表示离散化处理之后的区信号。
[0099]最后，如(f)所示，中位信号与离散化后的区信号的相加提供了组合信号，其中在该组合信号中，这两个信号彼此组合。组合信号的分辨率与中位信号的分辨率相同并且其标度范围与上位信号的标度范围相同。
[0100]在步骤S309中，绝对位置计算器106通过与使用图6所述的组合处理相同的组合处理将最下位信号与下位信号组合。接着，在步骤S310中，绝对位置计算器106以相同方式将下位信号与中位信号组合。此外，在步骤S311中，绝对位置计算器106通过使用图6所述的方法将中位信号与上位信号组合。因而，完成了最下位信号、下位信号、中位信号和上位信号的组合，从而产生一个绝对位置信号。
[0101]接着，将通过使用数值表达式来说明步骤S309?S311中所进行的组合处理。
[0102]步骤S309中的针对下位信号和最下位信号的组合处理
[0103]最下位信号在光学标尺101上具有300个折返点，并且下位信号在光学标尺101上具有75个折返点，由此下位信号与4( = 300/75)的相乘使得下位信号的斜率和最下位信号的斜率彼此一致。如以下的表达式(7)所示，绝对位置计算器106计算通过将下位信号Θ1乘以4所获得的信号与最下位信号Θ2之间的差以获取区信号Zone(01)。
[0104]Zone(91) = (01) Χ4-(Θ2) (7)
[0105]此外，绝对位置计算器106通过以下的表达式(8)来对区信号Ζοηθ(ΘΙ)进行离散化处理，以从该区信号中去除噪声。
[0106]ZoneN(01) = INT((Zone(01 )+180)/360) (8)
[0107]接着，如以下的表达式(9)所示，绝对位置计算器106将最下位信号Θ2与离散化后的区信号ZoneN(Ql)相加，以计算下位信号和最下位信号彼此组合的下位组合信号Abs-ΘΙ。
[0108]Abs-01=ZoneN(01)+02 (9)
[0109]步骤S310中的针对中位信号和下位信号的组合处理
[0110]下位信号在光学标尺101上具有75个折返点，并且中位信号在光学标尺101上具有10个折返点，由此中位信号与7.5(=75/10)的相乘使得中位信号的斜率和下位信号的斜率彼此一致。如以下的表达式(10)所示，绝对位置计算器106计算通过将中位信号Θ2-2'乘以7.5所获得的信号与下位信号Θ1之间的差以获取区信号Zone(Q2^z)t3
[0111]Zone(02-2/ ) = (02-27 ) Χ7.5-(Θ1) (10)
[0112]此外，绝对位置计算器106通过以下的表达式(11)来对区信号ZoneOsU进行离散化处理，以从该区信号中去除噪声。
[0113]ZoneN(02-2/ ) = INT((Zone(92-2/ )+180)/360) (11)
[0114]接着，如以下的表达式(12)所示，绝对位置计算器106将下位组合信号Abs-ΘΙ与离散化后的区信号ZoneN(Q2IZ)相加，以计算中位信号和下位信号彼此组合的中位组合信号Abs-(Θ2~2/ )ο
[0115]Abs-(02-2/ )=ZoneN(02-2/ ) + (abs-01) (12)
[0116]下位组合信号Abs-ΘΙ是通过将下位信号和最下位信号组合所产生的，因此中位组合信号Abs-O2U与通过将中位信号、下位信号和最下位信号组合到一起所获得的信号相对应。
[0117]步骤S311中的针对上位信号和中位信号的组合处理
[0118]上位信号在光学标尺101上具有I个折返点，并且中位信号在光学标尺101上具有10个折返点，由此上位信号与10( = 10/1)的相乘使得上位信号的斜率和中位信号的斜率彼此一致。如以下的表达式(13)所示，绝对位置计算器106计算通过将上位信号Θ1-1'乘以10所获得的信号与中位信号Θ2-Θ2'之间的差以获取区信号Ζοηθ(ΘΙ-Ι')。
[0119]ZoneCe1-17 ) = (91-17 ) Χ10-(Θ2-Θ2/ ) (13)
[0120]此外，绝对位置计算器106通过以下的表达式(14)来对区信号Zone(Ql-V)进行离散化处理，以从该区信号中去除噪声。
[0121]ZoneNCe1-17 ) = INT((Zone(91-l/ )+180)/360) (14)
[0122]接着，如以下的表达式(15)所示，绝对位置计算器106将中位组合信号Abs-(02_1')与离散化后的区信号ZoneN(01-l')相加，以计算上位信号和中位信号彼此组合的上位组合信号Abs-(01-1')。
[0123]Abs-Ce1-17 ) =ZoneNCe1-17 ) + (Abs-(02-2/ )) (15)
[0124]中位组合信号Abs-O2U是通过将中位信号、下位信号和最下位信号组合所产生的，因此上位组合信号Abs-(e1-1')与通过将所有的上位信号、中位信号、下位信号和最下位信号组合到一起所获得的信号相对应。因此，上位组合信号Abs-(e1-1')的分辨率与最下位信号的分辨率相同并且其标度范围与上位信号的标度范围相同。
[0125]上述的步骤S300?步骤S311的一系列处理产生作为表示绝对位置的信号的绝对位置信号(上位组合信号)Abs-(01-1')。
[0126]接着，将说明由于上述的传统绝对位置计算处理而发生的问题。如上所述配置成的光学编码器通过将周期(折返部位的数量)相互不同并且是通过利用光学传感器103读取光学标尺101上的多个周期图案所产生的上位信号、中位信号、下位信号和最下位信号进行组合，来获取高度精确的绝对位置。然而，光学标尺101上所存在的污迹(包括划痕)和灰尘影响了绝对位置的精度。特别地，由此大大影响了区信号的分割数大的上位信号和中位信号的组合。以下说明包括该问题的原因。
[0127]图7示出要彼此组合的上位信号和中位信号。针对这两个信号所进行的组合处理如上所述。在图7中，(a)表示上位信号Θ1-1'，并且(b)表示中位信号Θ2-2'。如步骤S311所述，上位信号与10的相乘提供了斜率与中位信号的斜率一致的信号(利用(C)表示；以下称为“10倍信号”)，并且针对该10倍信号和中位信号之间的差的计算提供了利用⑷表示的区信号。
[0128]然而，如果上位信号(利用(a)表示)包括由于光学标尺101因附着有污迹(包括划痕)或灰尘因而不干净这一原因所引起的噪声，则如10倍信号(C)所示，上位信号与10的相乘还使噪声701放大。如步骤S309和S310所述，区信号Zone(Ql)是通过利用倍数4对下位信号和最下位信号进行组合处理所产生的，并且区信号ZoneO2U是通过利用倍数7.5对中位信号和下位信号进行组合处理所产生的。与这些倍数相比，针对上位信号和中位信号所进行的组合处理使用更大的倍数10，使得噪声被显著放大。
[0129]根据包括放大后的噪声701的10倍信号(C)来产生区信号(d)，这使得在区信号(d)中残留噪声702，并且通过对该区信号(d)进行离散化处理生成了引起错误的区判断的信号成分703。该信号成分703使得无法计算出正确的绝对位置。
[0130]根据本发明人所进行的实验，光学标尺101上所存在的大小为50μπι以上的污迹或灰尘使上位信号的噪声水平增加为约±130°，这样使得无法提供足够的位置检测精度。另一方面，关于中位信号和下位信号，光学标尺101上所存在的大小为50μπι以上的这种污迹或灰尘使这两者的噪声水平增加为仅±90°以下，这样不会显著影响位置检测精度。
[0131]将再次参考图1来说明本实施例中的特征性结构。附图标记108表示电位计(可变电阻器)，其中该电位计是作为非光学位置检测器的第二位置检测器。电位计108固定至以与基部构件104—体的方式形成的或者以一体方式连接至基部构件104的基部构件109。附图标记108-1表示作为电位计108的标尺的电阻器，并且附图标记108-2表示以经由接触刷与电阻器108-1相接触的状态可滑动的滑动件。滑动件108-2固定至以与可动构件102—体的方式形成的或者以一体方式连接至可动构件102的可动构件110，由此伴随着可动构件110 (和可动构件102)的移动而相对于电阻器108-1滑动。
[0132]在本实施例中，尽管电阻器108-1固定至基部构件109并且滑动件108-2固定至可动构件110，但滑动件108-2可以固定至基部构件109并且电阻器108-1可以固定至可动构件HO。
[0133]图11示出电位计108的电路。构成电阻器108-1的电阻器1100的端子分别连接至电源(Vcc) 1101和接地端(GND)1102。固定至可动构件110的滑动件108-2的接触刷伴随着可动构件110的移动而以与电阻器1100相接触的状态相对于电阻器1100滑动。
[0134]电位计108的电阻值根据滑动件108-2与电阻器108-1(电阻器1100)的接触位置、即根据可动构件110的位置而改变。电位计108输出通过利用其电阻值对来自分压端子1103的电源电压Vcc进行分压所生成的电压信号，由此该电压信号表示可动构件110的位置。
[0135]如图1所示，来自电位计108的电压信号由A/D转换器111转换成数字信号，并且该数字信号被输入至绝对位置计算器106。在本实施例中，代替在上述的传统光学编码器中所获得的上位信号Θ1-1'，绝对位置计算器106使用来自电位计108的信号(S卩，来自A/D转换器111的信号)作为上位信号以进行绝对位置计算。
[0136]在本实施例中，尽管从电位计108获得了上位信号，但还可以从电位计108获得其它的位置信号(例如，中位信号)。需要从电位计108获得绝对位置计算所使用的位置信号中的受到附着有污迹或灰尘的不干净的光学标尺101影响的位置信号。
[0137]电位计一般具有约为64分割的分辨率，由此无法提供足够高的精度。然而，电位计几乎不受污迹和灰尘影响。另外，电位计通过电阻器分压来输出通过电压转换所获得的信号，由此所得到的输出信号不太可能受到由于温度或湿度变化所引起的电阻值变化的影响。
[0138]将验证使用来自电位计108的输出信号作为上位信号的有效性。如上所述，将上位信号与中位信号组合所需的精度是±180°。
[0139]中位信号在0°?360°的单位范围内具有10个折返点，使得可以利用累计角度3600° ( = 360° X 10)来表示标尺全长(S卩，可动构件102的总可移动范围)。电位计108可以按64分割以上的分辨率对该标尺全长进行分割，使得一个区的角度约为56° ( ? 3600°/64)，从而可以实现等于或小于±180°的所需精度。换句话说，作为上位信号的来自电位计108的输出信号具有能够指定中位信号中的多个(10个)折返部位其中之一的分辨率。
[0140]图8示出作为来自电位计108的输出信号的上位信号与通过使用来自光学编码器103的输出信号所产生的中位信号、下位信号和最下位信号之间的关系。在图8中，(a)表示代替图5中的(a)所示的上位信号Θ1-1'而使用的上位信号。在图8中，(b)、(c)和(d)分别表示作为与图5中的(b)、(c)和(d)所示的相同的信号的中位信号、下位信号和最下位信号。
[0141]上位信号是通过利用A/D转换器111对来自电位计108的输出信号进行数字转换所获得的，并且具有与10位的数据长度相对应的O?1024的输出范围。另一方面，通过使用来自光学编码器103的输出信号所产生的中位信号、下位信号和最下位信号是O?360°的角度范围内的角度信号，由此具有与上位信号的输出范围不同的输出范围。因此，需要用于使上位信号的输出范围的单位与中位信号、下位信号和最下位信号的输出范围的单位(O?360°)相匹配的输出范围归一化。
[0142]此外，电位计108和光学传感器103是相互独立的位置检测器，并且在电位计108的电阻器108-1和光学传感器103的光学标尺101之间具有相互不同的标尺长度。如上所述，上位信号和中位信号的组合需要上位信号和中位信号的斜率一致以产生区信号。这些斜率的一致需要用于使上位信号的标度范围与中位信号的标度范围相匹配的标度范围归一化。
[0143]需要在绝对位置计算之前进行针对从电位计108获得的上位信号的输出范围归一化和标度范围归一化的处理。将参考图9的流程图来说明绝对位置计算器106对从电位计108获得的上位信号所进行的输出范围归一化处理和标度范围归一化处理。绝对位置计算器106根据计算机程序来执行这些处理。
[0144]在步骤S901中，绝对位置计算器106经由间距切换信号输出器107使第一受光器103-2和第二受光器103-3输出信号P2和P2’。
[0145]接着，在步骤S902中，绝对位置计算器106使可动构件102移动至其可动端(a)。在安装有本实施例的编码器的设备中，通过利用致动器进行驱动或者通过用户进行手动操作，使可动构件102移动。这同样适用于以下的步骤S905。
[0146]接着，在步骤S903中检测到可动构件102到达可动端(a)的绝对位置计算器106在步骤S904中存储来自可动端(a)处的A/D转换器111的数字转换输出AD(a)(即，来自电位计108的输出)。
[0147]接着，绝对位置计算器106在步骤S905中使可动构件102到达与可动端(a)相对的另一可动端(b)，并且在步骤S906中在可动构件102的移动期间对信号P2和P2’进行采样。然后，绝对位置计算器106在步骤S907中对信号P2和P2’进行反正切转换。接着，在步骤S908中进行用于获得中位信号Θ2-2'的游标计算的情况下，绝对位置计算器106在步骤S909中对从中位信号Θ2-2'获得的累计角度进行计数。绝对位置计算器106重复步骤S906?步骤S909的处理，直到在步骤S910中检测到可动构件102到达可动端(b)为止。
[0148]在步骤S910中检测到可动构件102到达可动端(b)的绝对位置计算器106在步骤S911中存储来自可动端(b)处的电位计108的输出AD(b)。
[0149]接着，在步骤S912中，绝对位置计算器106通过使用所存储的来自电位计108的输出AD(a)和AD(b)来计算电位计108的输出范围归一化所使用的校正系数W。绝对位置计算器106通过以下的表达式(16)来计算校正系数W。
[0150]ff=1024/(AD(b)-AD(a)) (16)
[0151]接着，在步骤S913中，绝对位置计算器106通过使用从中位信号Θ2-2'获得的累计角度来计算电位计108的标度范围归一化所使用的校正系数H。绝对位置计算器106通过以下的表达式(17)来计算校正系数H。
[0152]H=(累计角度)/360 (17)
[0153]因而，完成了电位值108的输出范围归一化和标度范围归一化。
[0154]接着，将参考图10的流程图来说明绝对位置计算器106使用来自电位计108的输出信号作为上位信号所进行的绝对位置计算处理。绝对位置计算器106根据计算机程序来执行这些处理。
[0155]图10中的步骤S301?步骤S306的处理与图3中的步骤S301?步骤S306的处理相同。也就是说，绝对位置计算器106对信号Ρ1、Ρ1\Ρ2和P2'进行采样，并且对这些信号进行反正切转换以产生信号Θ1、Θ1'、Θ2和Θ2,。
[0156]在步骤S306的处理之后，绝对位置计算器106在步骤S1008中经由A/D转换器111对来自电位计108的信号AD(X)进行采样。然后，在步骤S1009中，绝对位置计算器106进行采样后的信号AD(X)的输出范围归一化。绝对位置计算器106通过以下的表达式(18)和(19)，使用在图9的步骤S912所述的输出范围归一化中分别获得的来自电位计108的输出AD(a)以及校正系数W来进行输出范围归一化。
[0157]AD(x)7 =AD(x)-AD(a) (18)
[0158]AD(x)〃=WXAD(xy (19)
[0159]AD (X )〃是电位计108的归一化后的输出范围中的输出。
[0160]接着，在步骤S1010中，绝对位置计算器106进行电位计108的标度范围归一化。绝对位置计算器106通过以下的表达式(20)，使用在图9的步骤S913所述的标度范围归一化中所获得的校正系数H来进行标度范围归一化。
[0161]Pot = HXAD(x)〃 (20)
[0162]Pot是电位计108的归一化后的标度范围(和归一化后的输出范围)中的输出。
[0163]上述的步骤S1008?步骤S1010的处理根据来自电位计108的输出产生归一化后的上位信号Pot。
[0164]接着，在步骤SlOll中，绝对位置计算器106通过使用上述的表达式(6)来进行用以产生中位信号的游标计算。
[0165]接着，在步骤S1012?S1014中，绝对位置计算器106对上位信号、中位信号、下位信号和最下位信号进行组合处理。作为针对下位信号和最下位信号的组合处理的步骤S1012中的处理与图9的步骤S309中的处理相同。作为针对中位信号和下位信号的组合处理的步骤S1013中的处理与图9的步骤S310中的处理相同。
[0166]步骤S1014的处理是针对来自电位计108的归一化后的上位信号和来自光学传感器103的中位信号的组合处理；以下将说明该处理。
[0167]步骤S1014中的针对归一化后的上位信号和中位信号的组合处理
[0168]归一化后的上位信号Pot与通过将在光学标尺101上具有I个折返点的信号乘以10所获得的信号相对应并且具有与下位信号的斜率相同的斜率。如以下的表达式(21)所示，绝对位置计算器106计算上位信号Pot和中位信号Θ2-Θ2'之间的差以获得区信号Zone(Pot) ο
[0169]Zone(Pot) = (Pot)-(02-02/ ) (21)
[0170]绝对位置计算器106通过以下的表达式(22)进一步对区信号进行离散化处理以去除噪声。
[0171]ZoneN(Pot)=INT((Zone(Pot)+180)/360) (22)[0172 ]接着，如以下的表达式(23)所示，绝对位置计算器106将步骤S1013中所产生的中位组合信号Abs-OSU与离散化后的区信号ZoneN(Pot)相加，以计算上位信号和中位信号彼此组合的上位组合信号Abs-(Pot)。
[0173]Abs-(Pot) =ZoneN(Pot) + (Abs-(02-2/ )) (23)
[0174]中位组合信号Abs-O2U是通过将中位信号、下位信号和最下位信号组合所产生的，因此上位组合信号Abs-(Pot)与通过将所有的上位信号、中位信号、下位信号和最下位信号组合到一起所获得的信号相对应。因此，上位组合信号Abs-(Pot)的分辨率与最下位信号的分辨率相同且其标度范围与上位信号的标度范围相同。上述的一系列处理产生了作为表示可动构件102(110)的绝对位置的信号的绝对位置信号(上位组合信号)Abs-(Pot)。
[0175]本实施例通过代替有可能受到污迹和灰尘影响的来自光学传感器103的输出而是使用几乎不受污迹和灰尘影响的来自电位计108的输出信号来产生上位信号，并且通过使用来自光学传感器103的输出信号来产生诸如中位信号、下位信号和最下位信号等的其它信号。因此，本实施例可以实现不太可能受到污迹和灰尘影响的高度可靠的编码器。
[0176]换句话说，本实施例通过共同使用从光学位置检测器获得的有可能提供高分辨率的第一位置信号和从非光学位置检测器获得的不太可能受到污迹和灰尘影响的第二位置信号来计算绝对位置。因此，本实施例可以抵抗污迹和灰尘而实现可靠性高的编码器。
[0177]尽管本实施例说明了在绝对位置计算中使用上位信号、中位信号、下位信号和最下位信号这四种信号的情况，但本发明的替代实施例也可以使用一种信号或五种以上的信号。这同样适用于以下所述的其它实施例。
[0178]此外，本实施例说明了使用电位计作为第二位置检测器的情况，但本发明的替代实施例也可以使用诸如磁位置检测器和电容位置检测器等的除光学位置检测器以外的其它位置检测器作为第二位置检测器。这同样适用于以下所述的其它实施例。
[0179]实施例2
[0180]接着，将说明作为用作本发明的第二实施例(实施例2)的位置检测设备的编码器。本实施例的编码器除实施例1外，还包括:第一位置检测器，(a)其是连同设置有周期相互不同的多个周期图案的光学标尺一起使用的光学位置检测器，并且(b)用于在伴随着可动构件的移动而与光学标尺相对移动的情况下，接收来自多个周期图案的光，以生成分别按与多个周期图案的周期相对应的周期发生变化的多个第一检测信号；第二位置检测器，其是非光学位置检测器，并且用于生成伴随着可动构件的移动而发生变化的第二检测信号；以及计算器，用于进行以下操作:(a)通过使用多个第一检测信号来产生第一位置信号，(b)通过使用第二检测信号来产生分辨率与第一位置信号的分辨率不同的第二位置信号，以及(C)进行用于将第一位置信号与第二位置信号组合的计算，以产生表示可动构件的绝对位置的信号。本实施例的编码器还包括校正器，其中该校正器用于计算依赖于第一位置信号和第二位置信号的比率的校正增益，并且通过使用该校正增益来校正绝对位置信号，以产生校正绝对位置信号。
[0181 ]图12示出实施例2的编码器的结构。在图12中，利用与实施例1中的附图标记相同的附图标记来表示与(图1所示的)实施例1所述的组件相同的组件。在本实施例的编码器中，绝对位置计算器106还进行实施例1中的图9所示的归一化处理和实施例1中的图10所示的绝对位置计算处理。
[0182]温度校正处理
[0183]本实施例首先说明由于伴随着环境温度变化的光学标尺101的伸缩所引起的位置误检测，并且说明针对其的校正处理。
[0184]在实施例1中的图11所示的电位计108中，电阻器1100的总电阻值随着温度变化而改变，但来自分压端子1103的输出(电压)是与其分压比相对应的电压，由此几乎不会随着温度变化而改变。
[0185]图13示出由于温度变化所引起的光学标尺101的伸缩。光学标尺101在其固定端(第一位置)固定至可动构件102。光学标尺101的与固定端相对的另一端(伸缩端)没有固定至可动构件102以允许光学标尺101的伸缩，并且被来自板簧等的偏置力压到可动构件102上。
[0186]在图13中，上部(a)、中部(b)和下部(C)分别示出低温、常温和高温时光学标尺101的从固定端到伸缩端的长度(标尺长度)。上部(a)所示的低温时的标尺长度短于中部(b)所示的常温时的标尺长度，并且下部(C)所示的高温时的标尺长度长于常温时的标尺长度。也就是说，与常温时相比，伸缩端在低温时位于离固定端更近的位置并且在高温时位于离固定端更远的位置。如图14所示，光学标尺101的伸缩使得由绝对位置计算器106通过使用来自光学传感器103的输出信号所产生的绝对位置所表示的可动构件102的绝对位置发生改变。
[0187]尽管本实施例使光学标尺101在其一端(固定端)固定至可动构件102，但光学标尺101也可以在其位置检测方向上的中间位置(第一位置)固定至可动构件102。
[0188]在图14中，横轴表示可动构件102的真实位置X，并且纵轴表示由绝对位置计算器106产生的绝对位置信号所表示的绝对位置(以下称为“计算绝对位置”)Y。曲线图1301、1302和1303分别示出相对于图13的上部(a)、中部(b)和下部(c)所示的低温、常温和高温时的标尺长度的、真实位置X和计算绝对位置Y之间的关系。
[0189]相对于可动构件102的真实位置XO的计算绝对位置Y在低温、常温和高温时分别是Y0,YO7 (ΥΟ,ΥΟΜ?Τ )。也就是说，尽管可动构件102的真实位置没有改变，但低温和高温时的计算绝对位置Y相对于常温时的计算绝对位置Y向相反侧转变。因而，环境温度变化引起计算绝对位置的变化(误差)、即上述的位置误检测。
[0190]以下将说明用于校正伴随着环境温度变化所引起的计算绝对位置的误差的校正处理(温度校正处理)。
[0191]在图12中，附图标记150表示作为校正器的温度校正器。温度校正器150设置在绝对位置计算器106中，并且对绝对位置计算器106中所获得的计算绝对位置(绝对位置信号)进行温度校正处理。温度校正器150可以是与绝对位置计算器106分开设置的。附图标记160表示作为温度检测器的温度传感器。温度传感器160检测编码器周围的环境温度以输出与所检测到的环境温度相对应的电气信号。
[0192]将参考图15的流程图来说明温度校正器150所进行的温度校正处理。温度校正器150根据计算机程序来进行该处理。以下说明了使用编码器来检测后面在实施例5中所述的摄像设备中的可动透镜的位置的情况。可动构件102(110)与可动透镜一体地或连动地移动。
[0193]在步骤S1401中，温度校正器150获取来自电位计108的位置信号(第二位置信号)Pot的值Q1。位置信号Pot与上述的归一化后的上位信号相对应。
[0194]接着，在步骤S1402中，温度校正器150获取绝对位置计算器106所产生的并且示出计算绝对位置的绝对位置信号Abs-(Pot)的值Q2。
[0195]接着，在步骤S1403中，温度校正器150获取来自温度传感器160的输出(检测温度)Therm0
[0196]接着，在步骤S1404中，温度校正器150判断当前处理是否是摄像设备的电源接通之后的初始(第一次)处理。如果当前处理是初始处理，则温度校正器150进入步骤S1414，否则进入步骤S1405。
[0197]在步骤S1414中，温度校正器150计算作为校正增益的温度校正增益α。将参考图16来说明用于计算温度校正增益α的方法。图16示出在沿着横轴(X轴)表示的特定温度T时可动构件102 (I 1)的实际位置与沿着纵轴(Y轴)表示的来自电位计108的位置信号的值QI和绝对位置计算器106所产生的绝对位置信号的值Q2之间的关系。
[0198]在图16中，曲线图1501示出值Ql与可动构件102的实际位置之间的关系。该关系是线性关系，并且几乎不因如上所述的温度变化而改变，使得Ql=Y的关系大致建立了通过以下的表达式(24)所示的关系。
[0199]Y=X (24)
[0200]曲线图1502示出值Q2与可动构件102的实际位置之间的关系。该关系是线性关系，但其斜率(比例常数)因温度变化而改变。在α表示温度T时曲线图(直线)1502的斜率的情况下，Q2 = Y的关系大致建立了通过以下的表达式(25)所示的关系。
[0201]Υ = αΧ (25)
[0202]将说明可动构件102的特定位置XO处的比例常数α。在可动构件102的位置XO处，根据表达式(24)和(25)，来自电位计108的位置信号的值Ql和绝对位置计算器106所产生的绝对位置信号的值Q2分别是XO和αΧΟ。该关系在特定温度时建立了通过以下的表达式(26)所不的Ql和Q2之间的关系。
[0203]Ql/Q2 = a (26)
[0204]也就是说，α与Ql相对于Q2的比率相对应。
[0205]上述说明清楚地表明，绝对位置计算器106所产生的绝对位置信号的值Q2与α的相乘提供了来自电位计108的位置信号的值Q1。如表达式(24)所示，来自电位计108的位置信号的值Ql与可动构件102的实际位置相对应，由此绝对位置计算器106所产生的绝对位置信号的值Q2与α的相乘使得能够将值Q2转换成可动构件102的实际位置。
[0206]表达式(26)的右侧不包括X项，因此即使在可动构件102位于任何位置的情况下，表达式(26)所示的关系也成立。也就是说，与可动构件102的位置无关地，绝对位置计算器106所产生的绝对位置信号的值Q2与α的相乘提供了温度T时可动构件102的实际位置aX。该α是温度校正增益。
[0207]在步骤S1414中通过表达式(26)计算出温度校正增益α的温度校正器150在步骤S1415中存储值Qlbk作为在更新温度校正增益α时来自电位计108的位置信号的值Ql的备份值。
[0208]接着，在步骤S1416中，温度校正器150存储来自温度传感器160的输出Therm作为备份值Thermbk。
[0209]接着，在步骤S1417中，温度校正器150清除定时计数器Timer的值。
[0210]接着，在步骤S1404中判断为当前处理是第二次或后续处理的温度校正器150在步骤S1405中，通过以下的表达式(27)来对步骤S1402中所获取到的绝对位置计算器106所产生的绝对位置信号的值Q2进行温度校正。温度校正器150由此获得经过了温度校正的绝对位置信号(以下称为“温度校正后的绝对位置信号”)。
[0211]温度校正后的绝对位置信号的值=aQ2 (27)
[0212]利用与步骤S1414所述的方法相同的方法来计算温度校正增益α。
[0213]接着，在步骤S1406中，温度校正器150通过以下的表达式(28)，计算作为步骤S1401中所获得的来自电位计108的位置信号的值QI和步骤S1405中所获得的温度校正后的绝对位置信号的值aQ2之间的差的绝对值的位置差Diff。
[0214]Diff= |Ql-aQ2 (28)
[0215]接着，在步骤S1407中，温度校正器150对定时计数器Timer进行向上计数。在摄像设备的电源接通时定时计数器T imer的初始值为O。
[0216]接着，在步骤S1408?S1411中，温度校正器150判断是否更新温度校正增益α。首先，在步骤S1408中，温度校正器150判断步骤S1406中所计算出的位置差Diff是否大于预定值d_TH。判断为作为来自电位计108的位置信号的Ql与温度校正后的绝对位置信号的值aQ2之间的差的位置差Diff大于预定值d_TH，这表明作为校正结果的温度校正后的绝对位置信号不适当。在这种情况下，温度校正器150返回至步骤S1414以重新计算温度校正增益α。如果判断为位置差DifT等于或小于预定值d_TH，则温度校正器150进入步骤S1409。
[02M] 在步骤S1409中，温度校正器150判断定时计数器Timer是否达到预定时间t_TH。如果定时计数器Timer达到了预定时间丨_?，则温度校正器150进入步骤S1414以重设温度校正增益a，否则进入步骤S1410。因而，温度校正器150针对各预定时间乙?计算温度校正增益α ο
[0218]在步骤S1410中，温度校正器150检查在更新温度校正增益α时来自电位计108的位置信号的(步骤S1415中所存储的)备份值Qlbk和当前获得的来自电位计108的位置信号的值Ql之间的大小关系。该处理是为了确认Ql和Qlbk中的哪个位于离光学标尺101的固定端更远的位置。如果Ql与Qlbk相比位于离固定端更远的位置(Ql>Qlbk)，则温度校正器150进入步骤S1414。如果Ql与Qlbk相比位于离固定端更近的位置(QKQlbk)，则温度校正器150进入步骤S1411。
[0219]在步骤S1411中，温度校正器150判断步骤S1403中从温度传感器160获取到的检测温度Therm与在先前处理中所存储的检测温度的备份值Thermbk之间的差的绝对值是否大于预定温度th_TH。如果该差的绝对值大于预定温度th_TH，则温度校正器150进入步骤S1414，否则进入步骤S1412。也就是说，在来自温度传感器160的检测温度的变化量大于预定量(th_TH)的情况下，温度校正器150计算温度校正增益a。
[0220]从S1408、S1409、S1410和S1411进入步骤S1414的温度校正器150在步骤S1414中通过表达式(26)，使用绝对位置计算器106所产生的绝对位置信号的值Q2来计算并更新温度校正增益a。
[0221]接着，作为步骤S1412，如以下的表达式(29)所示，温度校正器150通过使用温度校正增益α来校正绝对位置计算器106所产生的绝对位置信号的值Q2，以计算可动构件102的绝对位置Zpos。
[0222]Zpos = aQ2(29)
[0223]因而，完成了温度校正器150对绝对位置计算器106所产生的绝对位置信号所进行的温度校正处理。
[0224]接着，在步骤S1413中，温度校正器150将步骤S1412中所计算出的温度校正后的可动构件102的位置Zpos输出至摄像设备中所配备的照相机微计算机。该照相机微计算机通过使用位置Zpos来进行各种透镜控制处理。这些透镜控制处理包括用于在可动透镜是变倍透镜的情况下移动调焦透镜的变焦跟踪处理和用于在可动透镜是调焦透镜的情况下控制调焦透镜的位置的自动调焦处理等。
[0225]本实施例通过使用依赖于受光学标尺的伸缩影响的第一位置信号与不受该影响的第二位置信号的比率的温度校正增益来校正绝对位置信号。因此，本实施例可以实现即使在光学标尺由于温度变化而伸缩的情况下也能够进行正确的位置检测的位置检测设备。
[0226]实施例3
[0227]接着，将说明作为用作本发明的第三实施例(实施例3)的位置检测设备的编码器。本实施例的编码器除实施例1外，还包括:第一位置检测器，(a)其是连同设置有周期相互不同的多个周期图案的光学标尺一起使用的光学位置检测器，并且(b)用于在伴随着可动构件的移动而与光学标尺相对移动的情况下，接收来自多个周期图案的光，以生成分别按与多个周期图案的周期相对应的周期发生变化的多个第一检测信号；第二位置检测器，其是非光学位置检测器，并且用于生成伴随着可动构件的移动而发生变化的第二检测信号；以及计算器，用于进行以下操作:(a)通过使用多个第一检测信号来产生第一位置信号，(b)通过使用第二检测信号来产生分辨率与第一位置信号的分辨率不同的第二位置信号，以及(C)进行用于将第一位置信号与第二位置信号组合的计算，以产生表示可动构件的绝对位置的信号。本实施例的编码器还包括选择器，其中该选择器用于在绝对位置信号和第二位置信号之间的差小于预定值的情况下，选择绝对位置信号作为表示可动构件的位置的信号，并且在该差大于预定值的情况下，选择第二位置信号作为表示可动构件的位置的信号。
[0228]图17示出实施例3的编码器的结构。在图17中，利用与实施例1中的附图标记相同的附图标记来表示与(图1所示的)实施例1所述的组件相同的组件。此外，在本实施例的编码器中，绝对位置计算器106进行实施例1中的图9所示的归一化处理和实施例1中的图10所示的绝对位置计算处理。
[0229]光学标尺上的异物判断处理以及位置误检测避免处理
[0230]实施例1所述的结构和处理使得能够避免污迹和灰尘对上位信号的影响。然而，还需要避免光学标尺101上的污迹和灰尘(以下统称为“异物”)对根据来自光学传感器103的输出信号所产生的中位信号、下位信号和最下位信号(第一位置信号)的这种影响。以下将说明用于判断光学标尺101上的异物的存在的结构和处理(异物判断处理)以及用于避免由于异物所引起的位置误检测的处理(位置误检测避免处理)。
[0231]在图17中，附图标记120表示绝对位置计算器106中所设置的选择器。选择器120进行异物判断处理，并且根据异物判断处理的结果来选择是输出绝对位置计算器106所产生的绝对位置信号还是输出作为来自电位计108(A/D转换器111)的输出信号的位置信号。选择器120可以是与绝对位置计算器106分开设置的。在这种情况下，选择器120必须进行用于使来自电位计108的位置信号相对于光学传感器103的输出范围和标度范围归一化的处理。
[0232]将参考图18的流程图来说明选择器120所进行的异物判断处理。选择器120根据计算机程序来进行该处理。以下说明了使用编码器来检测后面在实施例5中所述的摄像设备中的可动透镜的位置的情况。可动构件102 (110)与可动透镜一体地或连动地移动。
[0233]响应于摄像设备的电源接通，选择器120在步骤S1201中获取来自电位计108的位置信号(第二位置信号)Pot的值Q1。位置信号Pot与上述的归一化后的上位信号相对应。
[0234]接着，在步骤S1202中，选择器120获取绝对位置计算器106所产生的绝对位置信号Abs-(Pot)的值 Q2。
[0235]接着，在步骤S1203中，选择器120通过以下的表达式(30)，来计算作为步骤S1201中所获取到的位置信号的Ql与步骤S1202中所获取到的绝对位置信号的值Q2之间的差的绝对值的位置差D iff。
[0236]Diff= |Q1-Q2| (30)
[0237]接着，在步骤S1204中，选择器120判断步骤S1203中所计算出的位置差Diff是否大于预定值(阈值)Diff_TH。
[0238]将参考图19来说明在步骤S1203和S1204中所进行的处理。图19示出沿着横轴表示的可动构件102(110)与沿着纵轴表示的来自电位计108的位置信号的值(Q1 )1301和绝对位置计算器106所产生的绝对位置信号的值(Q2)1302之间的关系。尽管来自电位计108的位置信号的分辨率与绝对位置计算器106所产生的绝对位置信号的分辨率相比更粗略，但为了简便，在图19中以具有相互相同的分辨率的方式示出这些位置信号。
[0239]在可动构件102移动至特定位置X的情况下，如果由于光学标尺101上的异物的影响因而绝对位置计算器106所产生的绝对位置信号的值变为Ya、并且在可动构件102(110)位于位置X的情况下来自电位计108的位置信号的值是Yp，则通过以下的表达式(31)使用Ya和Yp来计算位置差Diff(X)。
[0240]Diff(X)= |Yp-Ya| (31)
[0241]如上所述，电位计108不太可能受到异物影响。如果在光学标尺101上不存在异物，则位置差Diff等于或小于预定值Diff _ΤΗ。因此，位置差Diff大于预定值Diff_TH表明在光学标尺101上存在异物，因此使得能够判断为绝对位置计算器106由于异物的影响而输出错误的位置Ya。
[0242]将参考图20来说明用于设置预定值Diff_TH的方法。图20示出沿着横轴表示的可动构件102(110)的实际位置与沿着纵轴表示的来自电位计108的位置信号的值(Ql)1402和绝对位置计算器106所产生的绝对位置信号的值(Q2)1401之间的关系。分辨率与绝对位置计算器106所产生的绝对位置信号(1401)的分辨率相比更粗略的来自电位计108的位置信号(1402)是阶梯状信号。
[0243]通过以下的表达式(32)，基于电位计108的分辨率来设置预定值Diff_TH:
[0244]Diff_TH= |Yp(k+l)-Yp(k) |+β(32)
[0245]其中:p(k)和p(k+l)表示利用电位计108的分辨率可分辨的相互邻接位置处的来自电位计108的位置信号的值Yp，并且β表示考虑到噪声等的影响所给出的余量。余量β为O以上。
[0246]在步骤S1204中判断为位置差Diff大于预定值Diff_TH、即在光学标尺101上存在异物的选择器120进入步骤S1209。判断为位置差Diff等于或小于预定值Diff _TH的选择器120进入步骤S1205。
[0247]在步骤S1205中，选择器120将在步骤S1202中从绝对位置计算器106获取到的绝对位置信号的值Q2设置到绝对位置Pos。此外，选择器120从绝对位置计算器106获取最下位信号Θ2，然后进入步骤S1206。
[0248]在步骤S1206中，选择器120根据最下位信号Θ2的变化及其方向(正或负方向)来使绝对位置Pos递增或递减，以更新要输出的绝对位置Pos。
[0249]接着，在步骤S1207中，选择器120将绝对位置Pos输出至摄像设备中所配备的照相机微计算机。该照相机微计算机通过使用位置Pos来进行各种透镜控制处理。这些透镜控制处理包括用于在可动透镜是变倍透镜的情况下移动调焦透镜的变焦跟踪处理和用于在可动透镜是调焦透镜的情况下控制调焦透镜的位置的自动调焦处理等。
[0250]接着，在步骤S1208中，选择器120判断摄像设备的电源是否断开。如果摄像设备的电源没有断开，则选择器120重复步骤S1206和S1207的处理。如果摄像设备的电源断开，则选择器120结束该处理。
[0251]另一方面，作为位置误检测避免处理，由于位置差Diff大于预定值Diff_TH因此进入了步骤S1209的选择器120输出步骤S1201中所获取到的来自电位计108的位置信号的值Ql作为可动构件102的绝对位置Pos。
[0252]接着，在步骤S1210中，选择器120将绝对位置Pos输出至上述的照相机微计算机。该照相机微计算机如步骤S1207所述通过使用位置Pos来进行各种透镜控制处理。
[0253]然后，在步骤S1211中，选择器120判断摄像设备的电源是否断开。如果摄像设备的电源没有断开，则选择器120进入步骤S1212。如果摄像设备的电源断开，则选择器120结束该处理。
[0254]在步骤S1212中，选择器120判断是否再次进行异物判断处理。在可动透镜或可动构件102(110)移动、由此来自电位计108的位置信号的值Ql改变了等于或大于预定变化量的变化量的情况下，再次进行异物判断处理。此外，在可动透镜停止之后来自电位计108的位置信号的值Ql的变动量变得等于或小于预定变动量的情况下、即在位置信号可被视为稳定的情况下，也再次进行异物判断处理。选择器120在每次重复步骤S1212时获取值Q1，并且根据先前获取到的Ql和当前获取到的Ql之间的差来计算变化量或变动量。此外，在来自电位计108的位置信号的值Ql的变动量变得等于或小于预定变动量之后经过了预定时间的情况下，可以再次进行异物判断处理。
[0255]本实施例判断为，在绝对位置计算器106所产生的绝对位置信号和根据来自电位计108的输出所获得的位置信号之间的差大于预定值的情况下，在光学标尺101上存在异物。在这种情况下，代替绝对位置计算器106所产生的绝对位置信号，本实施例输出(选择)根据来自电位计108的输出所获得的位置信号。本实施例由此可以防止由于光学标尺101上所存在的异物的影响而导致输出错误的绝对位置、即可以避免位置误检测。
[0256]换句话说，本实施例在由于污迹或灰尘的影响而导致绝对位置信号和第二位置信号之间的差大于预定值的情况下，代替绝对位置信号，而是选择第二位置信号作为表示可动构件的位置的信号。因此，本实施例可以避免由于光学标尺上的污迹或灰尘的影响所引起的针对可动构件的位置的误检测。
[0257]实施例4
[0258]接着，将说明作为用作本发明的第四实施例(实施例4)的位置检测设备的编码器。本实施例的编码器除实施例1外，还包括:第一位置检测器，(a)其是连同设置有周期相互不同的多个周期图案的光学标尺一起使用的光学位置检测器，并且(b)用于在伴随着可动构件的移动而与光学标尺相对移动的情况下，接收来自多个周期图案的光，以生成分别按与多个周期图案的周期相对应的周期发生变化的多个第一检测信号；第二位置检测器，其是非光学位置检测器，并且用于生成伴随着可动构件的移动而发生变化的第二检测信号；以及计算器，用于进行以下操作:(a)通过使用多个第一检测信号来产生第一位置信号，(b)通过使用第二检测信号来产生分辨率与第一位置信号的分辨率不同的第二位置信号，以及(C)进行用于将第一位置信号与第二位置信号组合的计算，以产生表示可动构件的绝对位置的信号。本实施例的编码器还包括选择器，其中该选择器用于在第一位置信号中所包括的噪声成分小于预定量的情况下，选择绝对位置信号作为表示可动构件的位置的信号，并且在该噪声成分大于预定量的情况下，选择第二位置信号作为表示可动构件的位置的信号。
[0259]图21示出实施例4的编码器的结构。在图21中，利用与实施例1中的附图标记相同的附图标记来表示与(图1所示的)实施例1所述的组件相同的组件。在本实施例的编码器中，绝对位置计算器106还进行实施例1中的图9所示的归一化处理和实施例1中的图10所示的绝对位置计算处理。
[0260]光学标尺上的异物判断处理以及位置误检测避免处理
[0261]实施例1所述的结构和处理使得能够避免污迹和灰尘对上位信号的影响。然而，还需要避免光学标尺101上的污迹和灰尘(以下统称为“异物”)对根据来自光学传感器103的输出信号所产生的中位信号、下位信号和最下位信号(第一信号)的这种影响。以下说明了用于判断光学标尺101上的异物的存在的结构和处理(异物判断处理)以及用于避免由于异物所引起的位置误检测的处理(位置误检测避免处理)。
[0262]在图21中，附图标记120A表示绝对位置计算器106中所设置的选择器。选择器120A进行异物判断处理，并且根据异物判断处理的结果来选择是输出绝对位置计算器106所产生的绝对位置信号还是输出作为来自电位计108(A/D转换器111)的输出信号的位置信号。选择器120A也可以是与绝对位置计算器106分开设置的。在这种情况下，选择器120A必须进行用于针对光学传感器103的输出范围和标度范围使来自电位计108的位置信号归一化的处理。
[0263]将参考图22的流程图来说明选择器120A所进行的异物判断处理。选择器120A根据计算机程序来进行该处理。以下说明了使用编码器来检测后面在实施例5中所述的摄像设备中的可动透镜的位置的情况。可动构件102 (110)与可动透镜一体地或连动地移动。
[0264]如上所述，绝对位置计算器106为了对上位信号、中位信号、下位信号和最下位信号进行组合处理而产生区信号(中间信号)，并且在对区信号进行离散化处理之后进行组合处理。为了正确地进行离散化处理，需要区信号的水平等于或低于±180°。光学标尺101上所存在的异物使区信号的水平发生劣化(增大)。
[0265]因而，在本实施例中，选择器120A通过检测离散化处理之前的区信号的水平，来进行与在光学标尺101上是否存在异物有关的判断(异物判断处理)。
[0266]具体地，选择器120A判断图10的步骤S1014中所计算出的Zone(Pot)、步骤S1013中所计算出的Zone( Θ2-2,)和步骤S1012中所计算出的Zone (ΘI)各自是否具有使得能够正确地进行离散化处理的水平。如上所述，使得能够正确地进行离散化处理的水平是±180°以下。然而，考虑到异物对光学标尺101的影响约为±130°以下并且考虑到环境变化和噪声影响的余量，本实施例将判断所用的阈值范围(预定范围)设置为±100°以下。该阈值范围是示例，并且可以根据异物的影响程度来适当地设置阈值范围。
[0267]区信号在阈值范围内，这表明用于产生区信号的中位信号、下位信号和最下位信号中所包括的噪声成分各自不具有引起区信号超过阈值范围的大小(即，比预定大小大的大小)。因而，与区信号是否在阈值范围内有关的判断等同于与中位信号、下位信号和最下位信号各自中所包括的噪声成分是小于(或等于)还是大于预定大小有关的判断。
[0268]在图22中，响应于摄像设备的电源接通，选择器120A在步骤S1200A中获取来自电位计108的位置信号(第二位置信号)Pot的值Q1。位置信号Pot与上述的归一化后的上位信号相对应。
[0269]接着，在步骤S1201A中，选择器120A获取绝对位置计算器106所产生的绝对位置信号 Abs-(Pot)的值 Q2。
[0270]接着，在步骤S1202A、S1203A和S1204A中，选择器120A判断区信号即Zone(Pot)、Zone(02-2/ )和Zone(Θ1)是否分别在± 100°的阈值范围内。如果所有的区信号都在± 100°的阈值范围内，则选择器120A进入步骤S1205A。
[0271]在步骤S1205A中，选择器120A将步骤S1201A中从绝对位置计算器106获取到的绝对位置信号的值Q2设置到绝对位置Pos。此外，选择器120A从绝对位置计算器106获取最下位信号Θ2，然后进入步骤S1206A。
[0272]在步骤S1206A中，选择器120A根据最下位信号Θ2的变化及其方向(正或负方向)使绝对位置Pos递增或递减，以更新要输出的绝对位置Pos。
[0273]接着，在步骤S1207A中，选择器120A将绝对位置Pos输出至摄像设备所配备的照相机微计算机。该照相机微计算机通过使用位置Pos来进行各种透镜控制处理。这些透镜控制处理包括用于在可动透镜是变倍透镜的情况下移动调焦透镜的变焦跟踪处理和用于在可动透镜是调焦透镜的情况下控制调焦透镜的位置的自动调焦处理等。
[0274]接着，在步骤S1208A中，选择器120A判断摄像设备的电源是否断开。如果摄像设备的电源没有断开，则选择器120A重复步骤S1206A和S1207A的处理。如果摄像设备的电源断开，则选择器120A结束该处理。
[0275]另一方面，在步骤S1202A、S1203A或S1204A中判断为Zone(Pot)301^(92-2')和Zone(Ql)中的任一个(或多个)超过±100°的阈值范围的选择器120A进入步骤S1209A。
[0276]在步骤S1209A中，作为位置误检测避免处理，选择器120A输出步骤S1200A中所获取到的来自电位计108的位置信号的值Ql作为可动构件102的绝对位置Pos。
[0277]接着，在步骤S1210A中，选择器120A将绝对位置Pos输出至上述的照相机微计算机。该照相机微计算机如步骤S1207A所述通过使用位置Pos来进行各种透镜控制处理。
[0278]然后，在步骤S1211A中，选择器120A判断摄像设备的电源是否断开。如果摄像设备的电源没有断开，则选择器120A进入步骤S1212A。如果摄像设备的电源断开，则选择器120A结束该处理。
[0279]在步骤S1212A中，选择器120A判断是否再次进行异物判断处理。在可动透镜或可动构件102(110)移动、由此来自电位计108的位置信号的值Ql改变了等于或大于预定变化量的变化量的情况下，再次进行异物判断处理。此外，在可动透镜停止之后来自电位计108的位置信号的值Ql的变动量变得等于或小于预定变动量的情况下、即在位置信号可被视为稳定的情况下，也再次进行异物判断处理。选择器120A在每次重复步骤S1212A时获取值Ql，并且根据先前获取到的Ql和当前获取到的Ql之间的差来计算变化量或变动量。此外，在来自电位计108的位置信号的值Ql的变动量变得等于或小于预定变动量之后经过了预定时间的情况下，可以再次进行异物判断处理。
[0280]本实施例在由于光学标尺上的污迹或灰尘的影响而使得第一位置信号的噪声成分大于预定值的情况下，代替绝对位置信号，而是选择第二位置信号作为表示可动构件的位置的信号。因此，本实施例可以避免由于光学标尺上的污迹或灰尘的影响所引起的针对可动构件的位置的误检测。
[0281]实施例5
[0282]图23示出诸如数字静态照相机或摄像机等的摄像设备(光学设备)作为配备有实施例I?4中的任一实施例所述的编码器的设备的示例。该摄像设备使用编码器来检测镜筒中的可动透镜的绝对位置。
[0283]在图23中，附图标记301表示各实施例所述的光学标尺101。附图标记302表示各实施例所述的电位计108的滑动件108-2。附图标记303表示包括各实施例所述的光学传感器103以及电位计108的电阻器108-1的块。附图标记340表示包括Α/D转换器105-1、105-2和111、间距切换信号输出器107以及绝对位置计算器106的块。这些组件构成各实施例的编码器。
[0284]光学标尺301和滑动件302固定至绕摄像光学系统351的光轴可转动的圆筒形状的凸轮环350的内周面。凸轮环350由致动器(未示出)进行转动驱动。
[0285]镜筒内容纳有摄像光学系统351。摄像光学系统351包括利用可转动的凸轮环350中所形成的凸轮在光轴方向上可移动的可动透镜(诸如变倍透镜或调焦透镜)352。
[0286]附图标记355表示作为控制摄像设备的系统整体的照相机微计算机的CPU。附图标记356表示对摄像光学系统351所形成的被摄体图像进行光电转换的图像传感器(摄像元件)。图像传感器356包括诸如CCD传感器或CMOS传感器等的光电转换器。
[0287]在凸轮环350转动以使可动透镜352移动的情况下，编码器检测凸轮环350的绝对转动位置(即，可动透镜352在光轴方向上的绝对位置)，并且将与该绝对转动位置有关的信息输出至CPU 355。
[0288]CPU 355基于与绝对转动位置有关的信息来驱动致动器以使凸轮环350转动，从而使可动透镜352移动至目标位置。
[0289]各实施例所述的编码器不仅可用在上述的摄像设备中，而且还可用在诸如用于检测其打印头或其薄片供给辊的位置的打印机(光学设备)、用于检测其感光鼓的转动位置的复印机以及用于检测其臂的位置的机器人等的各种设备中。在这些设备中，利用各实施例的编码器检测上述的可动构件的绝对位置使得能够进行可动构件的高度精确的位置控制和使用所检测到的绝对位置的良好处理等。
[0290]实施例6
[0291]接着，将说明包括作为本发明的第六实施例(实施例6)的调焦控制设备的镜头设备。本实施例中的调焦控制设备被配置为在经由可动构件使变倍透镜移动的情况下，控制调焦元件的位置。该调焦控制设备包括:存储器，用于存储第一数据和第二数据，其中该第一数据和第二数据各自是与调焦元件相对于变倍透镜的位置有关的数据，并且分别是针对第一变倍方向和第二变倍方向所设置的，其中该第一变倍方向和第二变倍方向与变倍透镜的相互不同的移动方向相对应；以及控制器，用于通过使用第一位置检测器所检测到的可动构件的第一检测位置并且使用作为第一数据和第二数据其中之一的特定数据，来控制调焦元件的位置。该控制器被配置为在利用与第一位置检测器不同的第二位置检测器在第一变倍方向和第二变倍方向上所检测到的第二检测位置之间的差不同于利用第一位置检测器在第一变倍方向和第二变倍方向上所检测到的第一检测位置之间的差的情况下，根据第一检测位置和第二检测位置之间的关系来选择该特定数据。
[0292]图24示出作为实施例6的镜头设备的镜头单元的结构。该镜头单元用于诸如摄像设备(例如，摄像机)和可更换镜头等的光学设备。附图标记802表示包括变倍透镜802-1和调焦透镜(调焦元件)802-2的摄像光学系统。
[0293]附图标记801表示绕摄像光学系统802的光轴可转动的凸轮环。凸轮环801在其周壁上具有变倍用凸轮槽部801-1。变倍透镜802-1由变焦透镜保持构件(未示出)保持。该变焦透镜保持构件设置有与变倍用凸轮槽部801-1接合的凸轮从动件。因此，凸轮环801的转动通过变倍用凸轮槽部801-1的上升使变倍透镜802-1连同凸轮从动件一起在沿着光轴的方向(光轴方向)上移动以进行变倍(变焦)。
[0294]调焦透镜802-2由调焦透镜保持构件(未示出)保持。该调焦透镜保持构件由引导杆(未示出)在光轴方向上可移动地支撑。调焦透镜802-2在光轴方向上的移动进行了变倍透镜802-1的移动所引起的像面变动的校正以及调焦。
[0295]附图标记803表示作为通过用户的转动操作绕光轴可转动的操作构件的手动变焦操作环。附图标记804表示作为绕光轴可转动的可动构件的驱动环。驱动环804配置在手动变焦操作环803的内周面和作为基部构件的驱动基座805的外周面之间。
[0296]驱动环804设置有环连结楔804-1和凸轮连结楔804-2。作为接合部的环连结楔804-1与作为手动变焦操作环803中所设置的另一接合部的环连结部803-1在驱动环804和手动变焦操作环803的转动方向上接合。
[0297]作为又一接合部的凸轮连结楔804-2与作为凸轮环801中所设置的又一接合部的凸轮连结部801-2在驱动环804和凸轮环801的转动方向上接合。驱动环804由驱动基座805经由引导辊(未示出)在光轴方向上的固定位置处可转动地支撑。
[0298]手动变焦操作环803的转动经由环连结部803-1和与该环连结部803-1接合的环连结楔804-1传递至驱动环804，由此使驱动环804相对于驱动基座805转动。驱动环804的转动经由凸轮连结楔804-2和与该凸轮连结楔804-2接合的凸轮连结部801_2传递至凸轮环801，由此使凸轮环804相对于驱动基座805转动。由此，如上所述，变倍透镜802-1在光轴方向上移动。
[0299]光学标尺806以在驱动环804的圆周方向上延伸的方式固定至驱动环804的内周面。另一方面，光学传感器单元(作为光学位置检测器的第一位置检测器；以下简称为“光学传感器”)807以面向光学标尺806的方式固定至驱动基座805的外周面。在光学标尺806伴随着手动变焦操作环803和驱动环804的一体转动(移动)而相对于光学传感器807转动的情况下，光学传感器807接收来自光学标尺806所设置的周期图案的光。光学传感器807由此输出与驱动环804和手动变焦操作环803的转动位置相对应的检测信号(第一检测信号)。光学传感器807和光学标尺806构成编码器。
[0300]此外，电位计(作为非光学位置检测器的第二位置检测器)808固定至驱动基座805的外周面。电位计805是可变电阻器。另一方面，在驱动环804的圆周壁上形成有电位计用凸轮槽部(凸轮部)804-3。滑动件(可动部)808-2以与作为电位计808的标尺的电阻器808-1相接触的状态在光轴方向上可滑动并且具有凸轮从动杆。该凸轮从动杆与电位计用凸轮槽部804-3接合。驱动环804连同手动变焦操作环803的转动使得经由凸轮从动杆使滑动件808-2相对于电阻器808-1滑动，从而改变了电位计808的电阻值。电位计808由此输出与驱动环804和手动变焦操作环803的转动位置相对应的检测信号(第二检测信号)。
[0301]从光学传感器807输出的检测信号和从电位计808输出的检测信号如以下所述用于检测手动变焦操作环803的绝对转动位置，并且还用于检测(判断)驱动环804和手动变焦操作环803的转动方向。
[0302]尽管本实施例说明了光学传感器807和电位计808检测作为可动构件的驱动环804的转动位置和方向的情况，但也可以采用检测作为另一可动构件的手动变焦操作环803的转动位置和方向的结构。此外，尽管本实施例说明了向作为可动构件的驱动环804设置光学标尺806并且向作为基部构件的驱动基座805设置光学传感器807的情况，但还可以采用向驱动环804设置光学传感器807并且向驱动基座805设置光学标尺806的结构。也就是说，仅需光学标尺806和光学传感器807相对于彼此相对可转动(相对可移动)。此外，可以采用向驱动环804设置电位计808并且向驱动基座805设置电位计用凸轮槽部的结构。
[0303]图25示出作为本实施例的位置检测设备的编码器的结构。如上所述，光学标尺806固定至相对于驱动基座805可转动(可移动)的驱动环804。光学标尺806设置有与实施例1中图2A所示的第一标尺轨道101-1和第二标尺轨道101-2相同的第一标尺轨道806-1和第二标尺轨道806-2。
[0304]如上所述，光学传感器807固定至驱动基座805。光学传感器807设置有包括LED作为光源的发光器807-1、第一受光器807-2和第二受光器807-3。第一受光器807-2和第二受光器807-3各自包括光学标尺806可移动的方向上、即光学标尺806和光学传感器807的相对移动方向上排列的多个受光元件。以下将该相对移动方向称为“位置检测方向”。
[0305]光学传感器807是以面向光学标尺806的方式配置的。将作为从光学传感器807中的发光器807-1发出的发散光束的光投射至光学标尺806上的第一标尺轨道806-1和第二标尺轨道806-2。被第一标尺轨道806-1中所设置的多个周期图案(图2A所示的两个周期图案
201-1和201-2)反射的光向着第一受光器807-2行进，以在该第一受光器807-2上形成第一标尺轨道806-1中的周期图案201-1和201-2的两个光学图像(以下还称为“图案图像”)。
[0306]另一方面，被第二标尺轨道806-2中所设置的多个周期图案(图2A所示的两个周期图案202-1和202-2)反射的光向着第二受光器807-3行进，以在该第二受光器807-3上形成第二标尺轨道806-2中的周期图案202-1和202-2的两个光学图像(图案图像)。各周期图案包括各自反射光的反射部和各自不反射光的非反射部;这些反射部和非反射部交替配置在位置检测方向上。
[0307]第一受光器807-2对所接收到的两个图案图像进行光电转换(S卩，读取周期图案
201-1和201-2)以输出与这两个图案图像相对应的两个检测信号。同样，第二受光器807-3对所接收到的两个图案图像进行光电转换(即，读取周期图案202-1和202-2)以输出与这两个图案图像相对应的两个检测信号。在光学标尺806连同驱动环804—起相对于光学传感器807移动的情况下，各检测信号变为按与相应的周期图案的周期相对应的周期改变的信号(以下称为“周期信号”)。
[0308]从第一受光器807-2输出的各个周期信号由A/D转换器210-1转换成数字信号，并且该数字信号被输入至变焦位置计算器211。从第二受光器807-3输出的各个周期信号由A/D转换器210-2转换成数字信号，并且该数字信号被输入至变焦位置计算器211。
[0309]作为计算器的变焦位置计算器211通过使用从A/D转换器210-1和210-2输入的检测信号来计算驱动环804(和手动变焦操作环803)在其转动方向上的绝对位置(第一检测位置)。
[0310]间距切换信号输出器212将用于对第一受光器807-2和第二受光器807-3各自所设置的多个受光元件的受光间距(检测间距)进行切换的间距切换信号输出至光学传感器807。光学传感器807响应于间距切换信号的输入来使受光间距在与各自具有长周期的周期图案201-1和202-1的间距相对应的第一受光间距和与各自具有短周期的周期图案201-2和
202-2的间距相对应的第二受光间距之间进行切换。由此，与实施例1所述的编码器相同，受光间距的切换使得第一受光器807-2和第二受光器807-3各自能够读取两个周期图案。通过读取这些周期图案所产生的信号与实施例1中使用图2A?2C所述的信号相同。
[0311]图26示出变焦位置计算器211所进行的绝对位置计算处理的流程图。在以下说明中，作为示例，光学标尺806在位置检测方向上的长度(标尺长度)是40mm，并且光学标尺806上的周期图案201-1、201-2、202-1和202-2的图案数量(反射部的数量)分别是75、300、74和290。以下将与周期图案201-1、201-2、202-1和202-2相对应的周期信号分别称为“P1”、“Ρ2”、“ΡΓ1Ρ“Ρ2，”。
[0312]在步骤S401中检测到利用间距切换信号输出器212选择了与P2和P2’相对应的受光间距的变焦位置计算器211进入步骤S402。在步骤S402中，变焦位置计算器211检测到由A/D转换器210-1和210-2进行采样后的信号作为P2和P2 ’。
[0313]接着，在步骤S403中，变焦位置计算器211对P2和P2’进行反正切转换处理以产生信号Θ2和Θ2’。在将P2和P2’的正弦波和余弦波表示为以下的情况下:
[0314][P2]sin0和[P2]COS0;以及
[0315][Ρ2,]??ηθ 和[Ρ2,](^θ，
[0316]通过以下的表达式(41)和(42)来表示作为对Ρ2和Ρ2’进行反正切转换处理的结果的信号Θ2和Θ2’。
[0317]02=ATAN2([P2]sin0,[P2]cos0) (41)
[0318]Θ27 =ATAN2([P27 ]sin0,[P2/ ]cos9) (42)
[0319]在该反正切转换处理之后，在步骤S404中，变焦位置计算器211将与Pl和Pf相对应的受光间距的选择命令输出至间距切换信号输出器212。然后，变焦位置计算器211返回至步骤S401。
[0320]在步骤S401中检测到利用间距切换信号输出器212选择了与Pl和Pf相对应的受光间距的变焦位置计算器211进入步骤S405。在步骤S405中，变焦位置计算器211检测到由A/D转换器210-1和210-2进行采样后的信号作为Pl和Pl ’。
[0321]接着，在步骤S406中，变焦位置计算器211对Pl和P1’进行反正切转换处理以产生信号Θ1和ΘΓ。在将Pl和Pl ’的正弦波和余弦波表示为以下的情况下:
[0322][Pl]sin0和[P1]COS0;以及
[0323][Pl，]sin0和[P1，]COS0，
[0324]通过以下的表达式(43)和(44)来表示作为对Pl和P1’进行反正切转换处理的结果的信号Θ1和01 ’。
[0325]01=ATAN2([Pl]sin0,[Pl]cos0) (43)
[0326]0r=ATAN2([Pl，]sin9，[Pr]cos0) (44)
[0327]在该反正切转换处理之后，在步骤S407中，变焦位置计算器211将与P2和P2’相对应的受光间距的选择命令输出至间距切换信号输出器212。然后，变焦位置计算器211进入步骤S408。
[0328]在步骤S408中，变焦位置计算器211对信号Θ1和Θ1’进行游标计算处理(以下简称为“游标计算”)以产生用于计算绝对位置的上位信号。此外，变焦位置计算器211对信号Θ2和Θ2’进行另一游标计算以产生用于计算绝对位置的中位信号。之后，变焦位置计算器211进入步骤S409。
[0329]用于对信号Θ1和Θ1'以及信号Θ2和Θ2'进行游标计算以产生作为上位信号的游标信号Θ1-1'和作为中位信号的游标信号Θ2-2'的方法与实施例1中使用图4所述的方法相同。
[0330]变焦位置计算器211通过上述的步骤S401?S408的处理来计算用于计算绝对位置的四种信号、即上位信号Θ1-1'、中位信号Θ2-2'、作为下位信号的信号01和作为最下位信号的信号Θ2。中位信号Θ2-2'、下位信号Θ1和最下位信号Θ2与第一位置信号相对应。
[0331]本实施例还进行实施例1中使用图6所述的绝对位置计算处理。在步骤S409中，变焦位置计算器211通过与实施例1中使用图6所述的组合处理相同的组合处理来将最下位信号与下位信号组合。接着，在步骤S410中，变焦位置计算器211以相同方式将下位信号与中位信号组合。此外，在步骤S411中，变焦位置计算器211利用实施例1中使用图6所述的方法来将中位信号与上位信号组合。这些组合处理例如使用实施例1中的图3的步骤S309?S311所述的数值表达式(7)?(15)。因而，完成了最下位信号、下位信号、中位信号和上位信号的组合，从而产生作为表示绝对位置的信号的绝对位置信号Abs-(01-1')。
[0332]接着，将参考图25来说明通过使用电位计808所进行的手动变焦操作环803(和驱动环804)的转动位置的检测。如使用图24所述，电位计808包括作为电阻器的电阻器808-1和以与电阻器808-1相接触的状态可滑动的滑动件808-2 ο滑动件808-2经由接触刷与电阻器808-1相接触。
[0333]滑动件808-2经由凸轮从动杆与驱动环804的电位计用凸轮槽部804-3接合。滑动件808-2由此伴随着驱动环804的转动而相对于电阻器808-1移动。电位计808的电阻值根据驱动环804的转动而改变，并且从电位计808输出具有与该电阻值相对应的电压值的检测信号。从电位计808输出的作为模拟信号的检测信号由A/D转换器210-3转换成数字信号，并且该数字检测信号(电位计信号)被输入至变焦位置计算器211。变焦位置计算器211通过使用所输入的电位计信号来计算作为驱动环804的第二检测位置的电位计检测位置。
[0334]通过以下的计算，使用通过利用来自编码器的检测信号所检测到的手动变焦操作环803的转动位置(实际是设置有光学标尺806的驱动环804的转动位置)来对电位计检测位置进行归一化。以下将通过使用来自编码器的检测信号所检测到的转动位置(第一检测位置)称为“编码器检测位置”。
[0335]在Enc(W)表示广角端处的编码器检测位置Abs-Ol-l'hEndT)表示远摄端处的编码器检测位置Abs-Ol-f )、P0t(W)表示广角端处的电位计检测位置、Pot(T)表示远摄端处的电位计检测位置、并且编码器检测位置Enc(T)和电位计检测位置Pot(T)彼此一致的情况下，通过以下的表达式(45)来计算归一化系数C。
[0336]C=[(Enc(T)-Enc(ff))/(Pot(T)-Pot(ff))] (45)
[0337]通过以下的表达式(46)，使用归一化之前的电位计检测位置Pot(x)来计算归一化后的电位计检测位置。
[0338]归一化后的电位计检测位置
[0339]=Enc(ff)+Pot(x) XC (46)
[0340]在图25中，附图标记214表示作为使调焦透镜802-2在光轴方向上移动的致动器的调焦马达。附图标记215表示用于控制调焦马达214的驱动即调焦透镜802-2的位置的变焦跟踪控制器。
[0341]附图标记216表示存储凸轮数据的存储器(存储介质)。该凸轮数据是针对各个被摄体距离所设置的，并且表示针对变倍透镜802-1的各个位置(变焦位置)可以获得相同被摄体距离的聚焦状态的、调焦透镜808-2的位置(以下称为“聚焦位置”)。
[0342]变焦跟踪控制器215通过使用凸轮数据来进行调焦透镜位置控制以使调焦透镜802-2移动至聚焦位置，由此在通过手动变焦操作环803的转动操作(以下称为“变焦操作”)使变倍透镜802-1移动期间，可以维持聚焦状态。该调焦透镜位置控制被称为变焦跟踪控制。变焦跟踪控制器215和存储器216构成调焦控制设备。
[0343]如上所述，手动变焦操作环803的转动经由环连结部803-1和与该环连结部803-1接合的环连结楔804-1传递至驱动环804。此外，驱动环804的转动经由凸轮连结楔804-2和与该凸轮连结楔804-2接合的凸轮连结部801-2传递至凸轮环801。然而，在环连结部803-1和环连结楔804-1之间具有转动方向上的接合间隙(以下称为“环连结间隙”)。因而，即使手动变焦操作环803转动，在环连结间隙减小(消除)之前，设置有编码器的光学标尺806的驱动环804也没转动。
[0344]图27示出手动变焦操作环803的实际转动位置(以下称为“实际环位置”)和驱动环804的编码器检测位置之间的关系；该编码器检测位置还是环连结间隙减小之后手动变焦操作环803的转动位置。在图27中，虚线示出在手动变焦操作环803和驱动环804之间不存在环连结间隙的情况下的实际环位置和编码器检测位置之间的理想关系。
[0345]另一方面，在手动变焦操作环803和驱动环804之间存在环连结间隙的情况下，在从广角(W)侧向远摄(T)侧的变焦(以下简称为“变焦w—τ”)期间实际环位置和编码器检测位置之间的关系如具有①的线所示，并且在从远摄侧向广角侧的变焦(以下简称为“变焦T—W”)期间实际环位置和编码器检测位置之间的关系如具有②的线所示。变焦w—τ中的变焦方向与第一变倍方向相对应，并且变焦τ—w中的变焦方向与第二变倍方向相对应。
[0346]在A-A’所示的位置处，在变焦W—T期间，编码器检测位置相对于实际环位置向广角侧偏移，并且在变焦τ—w期间，编码器检测位置相对于实际环位置向远摄侧偏移。这是因为，即使进行变焦操作，在环连结间隙减小之前，设置有光学标尺806的驱动环804也没有转动，由此编码器检测位置也不会改变，并且在环连结间隙减小之后，编码器检测位置开始改变。
[0347]此外，在驱动环804的凸轮连结楔804-2和凸轮环801的凸轮连结部801-2之间存在转动方向上的接合间隙(以下称为“凸轮环连结间隙”)。因而，即使驱动环804转动，在凸轮环连结间隙减小之前，凸轮环801也没有转动，由此变倍透镜802-1也没有移动。此外，在凸轮环801的变倍用凸轮槽部801-1与变倍透镜802-1所设置的凸轮从动件之间也具有接合间隙(以下称为“凸轮连结间隙”)，这样从凸轮环801的转动开始起直到凸轮连结间隙减小为止，使变倍透镜802-1的移动延迟。
[0348]作为这些间隙的结果，编码器检测位置相对于变倍透镜802-1的实际位置(以下称为“实际变焦透镜位置”)发生偏移。编码器检测位置相对于实际变焦透镜位置的偏移显著影响了变焦跟踪控制。
[0349]图28示出变焦跟踪控制所使用的并且是针对一个特定被摄体距离所设置的两组凸轮数据。在图28中，横轴表示编码器检测位置。图28中的编码器检测位置在这两组凸轮数据上等同于实际变焦透镜位置。纵轴表示调焦透镜802-2的位置(以下各自被称为“调焦透镜位置”)。
[0350]理想地，针对一个被摄体距离设置一组凸轮数据，这使得能够与手动变焦操作环803的操作方向(以下称为“变焦操作方向”)无关地使用该组凸轮数据来进行变焦跟踪控制。然而，即使通过变焦操作改变了编码器检测位置，在驱动环804和凸轮环801之间的凸轮连结间隙减小之前，变倍透镜802-1也没有移动。因此，编码器检测位置相对于实际变焦透镜位置发生偏移。
[0351 ]此外，在任意变焦操作方向上、即在针对W—T和T—W这两个变焦操作方向上均产生这种偏移，使得在与实际变焦透镜位置相比更远的远摄侧和广角侧上存在两个编码器检测位置。因此，需要针对各个变焦操作方向设置单独的两组凸轮数据(即，作为第一凸轮数据的W—T凸轮数据和作为第二凸轮数据的T—W凸轮数据)，并且根据变焦操作方向来选择变焦跟踪控制所使用的凸轮数据。
[0352]然而，在本实施例所述的手动变焦操作环803的转动操作以机械方式使变倍透镜802-1移动的手动变焦中，即使在光学传感器807的非通电状态、即光学设备的电源断开状态下，变倍透镜802-1也通过该变焦操作而移动。在这种非通电状态下，编码器无法检测出变焦操作方向。因而，即使在光学设备的电源接通、由此光学传感器807开始通电的情况下，在该时间点处间隙在哪个变焦操作方向(广角侧或远摄侧)上减小也是未知的。因此，并不清楚应选择W—T凸轮数据和T—W凸轮数据中的哪个凸轮数据。此外，即使选择与变焦操作方向相对应的凸轮数据，也不清楚是响应于变焦操作而根据凸轮数据立即使调焦透镜802-2移动、还是停止调焦透镜802-2的移动直到间隙减小为止。也就是说，无法进行良好的变焦跟踪控制。
[0353]图29示出编码器检测位置和电位计检测位置与实际环位置之间的关系。编码器检测位置和实际环位置的关系受到手动变焦操作环803和驱动环804之间的环连结间隙影响，并且由作为与图27所示的线相同的线的具有(I)的线和具有(2)的线来表示。
[0354]另一方面，电位计检测位置和实际环位置之间的关系除环连结间隙外，还受到驱动环804的电位计用凸轮槽部804-3与滑动件808-2(凸轮从动杆)之间的接合间隙影响；以下将该接合间隙称为“电位计驱动间隙”。此外，电位计检测位置和实际环位置之间的关系受到电位计808内的滑动件808-2与电阻器808-1的接触部分中所存在的接合间隙(以下称为“电位计内间隙”)影响。
[0355]如刚刚所述，包含影响电位计检测位置和实际环位置之间的关系的接合间隙的部位与包含影响编码器检测位置和实际环位置之间的关系的接合间隙的部位相比更多。因而，在针对W—T和T—W这两个变焦操作方向上，电位计检测位置和实际环位置之间的偏移大于编码器检测位置和实际环位置之间的偏移。在图29中，电位计检测位置和实际环位置之间的关系在针对W—T和T—W的各个变焦操作方向上由具有(3)的线和具有(4)的线来表不O
[0356]在图29所示的情况下，在A-A’所示的位置处，变焦W—T在广角侧产生电位计检测位置相对于编码器检测位置的差，并且变焦T—W在远摄侧产生电位计检测位置相对于编码器检测位置的差。这是因为，即使进行变焦操作，在影响电位计808的接合间隙减小之前，编码器检测位置也开始变化，另一方面，电位计检测位置没有改变并且在这些接合间隙减小之后开始改变。
[0357]在随着各检测位置从广角端更靠近远摄端、各检测位置变得“更大”的情况下，电位计检测位置和编码器检测位置具有以下的关系。
[0358]变焦W—T的情况:编码器检测位置
[0359]>电位计检测位置
[0360]变焦T—W的情况:电位计检测位置[0361 ] >编码器检测位置
[0362]该关系使得能够在电源接通时判断从先前的电源断开起直到紧挨电源接通之前为止对手动变焦操作环803进行操作的变焦操作方向(即，变焦方向)。在之后对手动变焦操作环803进行操作的情况下，可以判断是接合间隙已减小由此变倍透镜802-1立即移动、还是接合间隙没有完全减小由此变倍透镜802-1没有移动。也就是说，可以判断间隙减小状
??τ O
[0363]图30示出用于判断间隙减小状态并且选择凸轮数据的处理。作为计算机的变焦跟踪控制器215根据计算机程序来进行该处理。响应于光学设备的电源接通，紧挨在该接通之后立即进行该处理。变焦跟踪控制器215响应于当前的电源接通而使变焦位置计算器211通过使用来自编码器(光学传感器807)的检测信号来计算编码器检测位置，并且获取所计算出的编码器检测位置作为当前编码器检测位置。
[0364]在步骤SllOl中，变焦跟踪控制器215紧挨在当前的电源接通之后判断间隙减小状态是否是未知的。如果间隙减小状态不是未知的，则变焦跟踪控制器215进入步骤S1103。如果间隙减小状态是未知的，则变焦跟踪控制器215进入步骤SI 102。
[0365]在步骤S1102中，变焦跟踪控制器215判断当前编码器检测位置与先前的电源断开时所存储的编码器检测位置(存储检测位置；以下称为“备份位置”)是否一致。如果当前编码器检测位置与备份位置一致、即间隙减小状态从先前的电源断开时没有改变，则变焦跟踪控制器215进入步骤S1103。
[0366]在步骤S1103中，变焦跟踪控制器215将在先前的电源断开时在作为向备份位置的变焦操作方向所存储的备份变焦方向(存储变倍方向)上间隙减小的状态设置为当前间隙减小状态。然后，变焦跟踪控制器215进入步骤S1105。
[0367]另一方面，如果当前编码器检测位置与备份位置不一致，则变焦跟踪控制器215将备份减小状态视为从先前的电源断开时发生了改变，以进入步骤S1104。
[0368]在步骤S1104中，变焦跟踪控制器215将“未知”设置为当前间隙减小状态，然后进入步骤S1105。
[0369]在步骤S1105中，变焦跟踪控制器215判断当前间隙减小状态是否是“未知”。如果当前间隙减小状态是“未知”，则变焦跟踪控制器215进入步骤S1106，否则进入步骤S1120。
[0370]在步骤S1120中，变焦跟踪控制器215判断当前间隙减小状态是通过针对变焦T—W的变焦操作来减小间隙的W侧间隙减小状态还是通过针对变焦W—T的变焦操作来减小间隙的T侧间隙减小状态。如果当前间隙减小状态是W侧间隙减小状态(T—W)，则变焦跟踪控制器215进入步骤S1109。如果当前间隙减小状态是T侧间隙减小状态(W—T)，则变焦跟踪控制器215进入步骤S1113。
[0371]在步骤S1106中，变焦跟踪控制器215使变焦位置计算器211通过使用来自电位计808的检测信号来计算电位计检测位置，并且获取所计算出的电位计检测位置作为当前电位计检测位置。然后，变焦跟踪控制器215将该当前电位计检测位置与当前编码器检测位置进行比较。
[0372]如果判断为当前电位计检测位置与当前编码器检测位置相比更大(更靠远摄侧)，则变焦跟踪控制器215进入步骤S1107以计算当前电位计检测位置相对于当前编码器检测位置的差(偏移量)。
[0373]接着，变焦跟踪控制器215进入步骤S1108，以设置与图29中利用具有(2)的线所示的编码器检测位置(2)和图29中利用具有(4)的线所示的电位计检测位置(4)之间的差相对应的阈值(第二阈值)。然后，变焦跟踪控制器215判断偏移量是否等于或大于阈值。如果偏移量等于或大于阈值，则变焦跟踪控制器215判断为在先前的电源断开之后并且在当前的电源接通之前、通过针对变焦T—W的变焦操作获得了 W侧间隙减小状态，并且在步骤SI 109中选择T—W凸轮数据。
[0374]另一方面，如果在步骤S1108中偏移量小于阈值，则变焦跟踪控制器215将间隙视为在远摄侧和广角侧这两侧均未减小，并且在步骤S1110中判断为间隙减小状态是中间状态。然后，变焦跟踪控制器215通过使用T—W凸轮数据和W—T凸轮数据来计算(产生)中间凸轮数据(第三数据)。
[0375]如果在步骤S1106中判断为当前电位计检测位置与当前编码器检测位置相比更小(更靠广角侧)，则变焦跟踪控制器215进入步骤Sllll，以计算当前编码器检测位置相对于当前电位计检测位置的差(偏移量)。
[0376]接着，变焦跟踪控制器215进入步骤S1112，以设置与图29中利用具有(I)的线所示的编码器检测位置(I)和图29中利用具有(3)的线所示的电位计检测位置(3)之间的差相对应的阈值(第一阈值)。然后，变焦跟踪控制器215判断偏移量是否等于或大于阈值。如果偏移量等于或大于阈值，则变焦跟踪控制器215判断为在先前的电源断开之后并且在当前的电源接通之前、通过针对变焦W—T的变焦操作获得了 T侧间隙减小状态，并且在步骤S1113中选择w—τ凸轮数据。
[0377]另一方面，如果在步骤S1112中偏移量小于阈值，则如上所述，变焦跟踪控制器215在步骤SlllO中判断为间隙减小状态是中间状态。然后，变焦跟踪控制器215计算(产生)中间凸轮数据。
[0378]如此选择了 T—W凸轮数据和W—T凸轮数据其中之一或者产生了中间凸轮数据的变焦跟踪控制器215使用所选择或所产生的凸轮数据来开始变焦跟踪控制。
[0379]将参考图31来说明在步骤S1108和S1112中设置阈值的方法。在图31中，虚线以及具有(I)?(4)的线(以下分别称为“线(I)?(4)”)与图29所示的线相同。
[0380]在通过针对变焦W—T的变焦操作使得实际环位置到达位置A-A’的情况下，编码器检测位置和电位计检测位置是从线(I)获得的编码器检测位置B和从线(3)获得的电位计检测位置B’。本实施例计算编码器检测位置B和电位计检测位置B’之间的差“a”并且在步骤SI 112中将该差a设置为第一阈值。
[0381 ]另一方面，在通过针对变焦T—W的变焦操作使得实际环位置到达位置A-A ’的情况下，编码器检测位置和电位计检测位置是从线(2)获得的编码器检测位置C和从线(4)获得的电位计检测位置C’。本实施例计算编码器检测位置C和电位计检测位置C’之间的差“b”并且在步骤SI 108中将该差b设置为第二阈值。
[0382]可以采用如下的另一方法，其中该方法测量与线(I)和(2)相对应的编码器检测位置的数据以及与线(3)和(4)相对应的电位计检测位置的数据，预先将这些数据存储至存储器，并且在每次进行图30的处理时计算第一阈值和第二阈值。另外，可以采用如下的又一方法，其中该方法测量上述的环连结间隙、电位计驱动间隙和电位计内间隙的量，并且根据测量结果来计算第一阈值和第二阈值。
[0383]如上所述，本实施例通过使用在电源接通时(或者紧挨电源接通之后)所获取到的编码器检测位置和电位计检测位置之间的关系来判断通过在电源接通之前进行的变焦操作所获得的间隙减小状态是T侧还是W侧间隙减小状态(间隙完全减小状态)还是中间状态。然后，本实施例根据该判断结果来选择或产生T—W凸轮数据、W—T凸轮数据和中间凸轮数据其中之一作为变焦跟踪控制所使用的凸轮数据。
[0384]换句话说，本实施例使得能够通过使用从两个位置检测器获得的检测位置之间的关系来确认从可动构件到变倍透镜的机械间隙在哪个变倍方向上减小，并且使得能够根据该确认结果来选择变焦跟踪控制所使用的数据。因此，本实施例使得即使检测器无法检测出在电源接通之前所进行的变焦操作，也能够紧挨在电源接通之后立即进行良好的变焦跟踪控制。
[0385]尽管本实施例说明了使作为调焦元件的调焦透镜移动以减少变倍变动所引起的像面变动，但本发明的替代实施例也可以使用图像传感器作为调焦元件并且使该图像传感器在光轴方向上移动以减少变倍变动所引起的像面变动。
[0386]尽管本实施例说明了包括摄像光学系统802和变焦跟踪控制器215的光学设备(诸如镜头一体型摄像设备和可更换镜头等)，但本发明的替代实施例也可以是不具有摄像光学系统802但包括变焦跟踪控制器215的光学设备(诸如镜头可更换型摄像设备等)。光学设备仅需要调焦元件(诸如调焦透镜或图像传感器等)。
[0387]尽管本实施例说明了通过使用从光学传感器807获得的多个检测信号来产生第一位置信号并且从该第一位置信号获取表示调焦透镜802-2的位置控制所使用的驱动环804的转动位置的绝对位置信号的情况，但本发明的替代实施例也可以通过使用来自电位计808的检测信号来产生分辨率与通过使用光学传感器807所获得的第一位置信号的分辨率不同或更低的第二位置信号，并且将该第一位置信号和该第二位置信号组合到一起以产生绝对位置信号。
[0388]其它实施例
[0389]还可以通过读出并执行记录在存储介质(还可被更完整地称为“非瞬态计算机可读存储介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)以进行上述实施例中的一个或多个的功能以及/或者包括用于进行上述实施例中的一个或多个的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))的系统或设备的计算机和通过下面的方法来实现本发明的各实施例，其中，该系统或设备的计算机通过例如从存储介质读出并执行计算机可执行指令以进行上述实施例中的一个或多个的功能以及/或者控制该一个或多个电路以进行上述实施例中的一个或多个的功能来进行上述方法。该计算机可以包括一个或多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))，并且可以包括单独计算机或单独计算机处理器的网络，以读出并执行计算机可执行指令。例如可以从网络或存储介质将这些计算机可执行指令提供至计算机。该存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算机系统的存储器、光盘(诸如致密盘(CD)、数字多功能盘(DVD)或蓝光盘(BD)?等)、闪速存储装置和存储卡等中的一个或多个。
[0390]尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，这些典型实施例不应被视为限制性的。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。
【主权项】
1.一种位置检测设备，其特征在于，包括: 第一位置检测器(103)，其是与设置有周期相互不同的多个周期图案的光学标尺(101)一起使用的光学位置检测器，并且用于在伴随着可动构件(102)的移动而与所述光学标尺相对移动的情况下，接收来自所述多个周期图案的光，以生成分别按与所述多个周期图案的周期相对应的周期发生变化的多个第一检测信号； 第二位置检测器(108)，其是非光学位置检测器，并且用于生成伴随着所述可动构件的移动而发生变化的第二检测信号；以及 计算器(106)，用于通过使用所述多个第一检测信号来产生第一位置信号，通过使用所述第二检测信号来产生分辨率与所述第一位置信号的分辨率不同的第二位置信号，并且进行用于将所述第一位置信号与所述第二位置信号组合的计算以产生用于表示所述可动构件的绝对位置的信号。2.根据权利要求1所述的位置检测设备，其中，所述第二位置信号的分辨率低于所述第一位置信号的分辨率。3.根据权利要求1所述的位置检测设备，其中， 所述第一位置信号具有多个折返部位；以及 所述第二位置信号的分辨率是能够指定所述多个折返部位其中之一的分辨率。4.根据权利要求1所述的位置检测设备，其中，所述第二位置检测器是电阻值伴随着所述可动构件的移动而发生变化的可变电阻器。5.根据权利要求1所述的位置检测设备，其中，所述计算器进行用于使所述第二位置信号的输出范围和标度范围分别相对于所述第一位置信号的输出范围和标度范围归一化的处理，然后进行用于将所述第一位置信号与所述第二位置信号组合的计算。6.根据权利要求5所述的位置检测设备，其中， 所述多个第一检测信号是相位彼此相差了90°的两相信号， 所述第一位置信号的输出范围是通过对所述两相信号进行反正切转换所获得的0°?360°的角度范围，以及 所述计算器使所述第二位置信号的输出范围归一化，以使得归一化后的输出范围与所述第一位置信号的0°?360°的角度范围相对应。7.根据权利要求5所述的位置检测设备，其中，所述计算器利用所述可动构件在所述可动构件的整个可动范围内移动的情况下的所述第一位置信号中的累计角度，来使所述第二位置信号的标度范围归一化。8.根据权利要求1所述的位置检测设备，其中， 所述第一位置信号包括:通过对按相互不同的周期Pl和Pf发生变化的两个信号进行反正切转换所获得的信号Θ1和Θ1';以及通过对按相互不同的周期P2和P2'发生变化的两个信号进行反正切转换所获得的信号Θ2和Θ2'，其中周期P2和P2’分别短于周期Pl和Pl'，以及所述计算器进行以下操作: 对信号Θ2和Θ2'进行游标计算以产生中位信号； 根据信号Θ1产生下位信号； 根据信号Θ2产生最下位信号；以及 进行用于将作为上位信号的所述第二位置信号与所述中位信号、所述下位信号和所述最下位信号组合的处理，以产生用于表示所述绝对位置的信号。9.一种包括根据权利要求1至8中任一项所述的位置检测设备的设备，其还包括: 所述可动构件(102)，其中利用所述位置检测设备来检测所述可动构件(102)的绝对位置。10.—种位置检测方法，用于使用第一位置检测器(103)和第二位置检测器(108)，其中所述第一位置检测器(103)是与设置有周期相互不同的多个周期图案的光学标尺(101) —起使用的光学位置检测器，并且用于在伴随着可动构件(102)的移动而与所述光学标尺相对移动的情况下接收来自所述多个周期图案的光，以生成分别按与所述多个周期图案的周期相对应的周期发生变化的多个第一检测信号，以及所述第二位置检测器(108)是非光学位置检测器并且用于生成伴随着所述可动构件的移动而发生变化的第二检测信号，所述位置检测方法包括以下步骤: 通过使用所述多个第一检测信号来产生第一位置信号； 通过使用所述第二检测信号来产生分辨率与所述第一位置信号的分辨率不同的第二位置信号；以及 进行用于将所述第一位置信号与所述第二位置信号组合的计算，以产生用于表示所述可动构件的绝对位置的信号。
【文档编号】G01D5/245GK105937917SQ201610122228
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月3日
【发明人】本田公文, 石川大介, 友定俊彦
【申请人】佳能株式会社