CN101334574A - 摄像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种摄像装置。通过安装在摄像装置上的抖动校正机构的动作,当照相机抖动且维持机构振动时,不进行适当的抖动校正,就会拍摄出模糊图像。摄像装置由检测抖动的陀螺仪、防振控制电路和超声波致动器构成,在防振控制电路中,安装具有光学参数限制部的抖动校正系统,在基于镜头信息的焦距值在预先确定的焦距值以上时,该光学参数限制部针对所运算的模糊校正量设定上限。
Description
技术领域
本发明涉及一种模糊校正装置和摄像装置,具体地讲,涉及具有用于防止因为抖动而产生的图像模糊(blur)的模糊(blur)校正功能的摄像装置。
背景技术
以往,具有模糊校正功能的摄像装置例如有照相机。照相机具有的模糊校正功能如下所述。使用角速度传感器(sensor)等模糊检测单元来检测照相机俯仰(pitch)方向的振动和偏转(yaw)方向的振动。角速度传感器一般采用振动陀螺仪(vibratory gyroscope)。并且,根据所检测出的抖动(振动),使摄像光学系统的一部分镜头或摄像元件在与摄影光轴正交的平面内向抵消抖动(振动)的方向移动,由此校正形成于摄像元件上的像的模糊(blur)。
在这种模糊校正装置中,对使镜头或摄像元件等(移动体)移动的驱动装置,要求高响应性能和精密驱动性能(可以微小驱动)等。
针对这种要求,在专利文献1中公开了一种抖动校正机构,其采用了作为超声波马达(ultrasonic motor)的一种的冲击致动器(impactactuator)。并且,在专利文献2中公开了一种振动波线性马达,通过使表面产生椭圆振动的两个振子按压轴(shaft),而相对于振子线性(linear)地驱动轴。
专利文献3公开的模糊校正装置使用采用电磁力的致动器作为驱动源。摄像元件由XY台(stage)支承,利用由线圈(electric coil)产生的电磁力来驱动该台。
专利文献1日本特开2005-331549号公报
专利文献2日本特开2006-67712号公报(美国专利US7129621)
专利文献3日本特开2007-25616号公报(美国公开专利US2006/0284495A1)
通过把上述的致动器作为驱动源,模糊校正装置具有高响应性能和精密驱动性能。在通过使摄像元件移动来进行模糊校正动作时,产生以下问题。保持摄像元件的摄像单元比较重。因此,在使摄像单元快速移动时,由于反作用产生新的振动(机械振动)。该振动传递给照相机主体,有可能被模糊检测单元检测到。
特别是在使用焦距长的摄影镜头进行模糊校正动作时,容易引起该机械振动。其原因是,该摄像单元相对于抖动的移动量与焦距成比例地增大。
当由于该振动而产生的信号(伪模糊信号)相对于由于抖动而产生的信号(真模糊信号)大于某一定水平时,致动器被驱动以跟随伪模糊信号。因此,机械振动进一步增大,有可能导致在没有发生抖动时摄像单元也持续振动的状态(以下称为振荡状态)。在处于振荡状态时,不仅不能进行模糊校正,相反存在模糊图像被拍摄的危险。
发明内容
本发明的课题是不管在任何状况下,都防止模糊校正装置处于振荡状态,尤其在根据抖动使摄像单元移动来进行模糊校正动作的摄影装置中,以高精度进行模糊校正动作。
第一方面的发明是一种摄像装置,该摄像装置的摄影镜头可装卸,其特征在于,该摄像装置具有:信息输入部,其输入上述摄影镜头的信息;摄像元件,其对上述摄影镜头形成的被摄体像进行光电转换;移动体,其以可在与上述摄影镜头的光轴垂直的面上移动的方式支承上述摄像元件;抖动检测传感器,其检测抖动;以及控制部,其根据上述抖动检测传感器的输出和上述信息输入部输入的焦距信息,求出上述移动体的驱动信号,根据该驱动信号驱动上述移动体,进行模糊校正动作,上述控制部对上述信息输入部输入的焦距信息和预定值进行比较,当焦距信息大于预定值时,将该预定值作为焦距信息进行模糊校正动作。
第二方面的发明是一种摄像装置,该摄像装置的摄影镜头可装卸,其特征在于,该摄像装置具有:信息输入部,其输入上述摄影镜头的信息;摄像元件,其对上述摄影镜头形成的被摄体像进行光电转换;移动体,其以可在与上述摄影镜头的光轴垂直的面上移动的方式支承上述摄像元件;抖动检测传感器,其检测抖动;以及控制部,其根据上述抖动检测传感器的输出和上述信息输入部输入的焦距信息,求出上述移动体的驱动信号,根据该驱动信号驱动上述移动体,从而进行模糊校正动作,上述控制部对上述信息输入部输入的焦距信息和预定值进行比较,当焦距信息大于预定值时,对上述抖动检测传感器输出实施低通滤波处理,来进行模糊校正动作。
第三方面的发明是一种摄像装置,该摄像装置的摄影镜头可装卸,其特征在于,该摄像装置具有:信息输入部,其输入上述摄影镜头的信息;摄像元件,其对上述摄影镜头形成的被摄体像进行光电转换;移动体,其以可在与上述摄影镜头的光轴垂直的面上移动的方式支承上述摄像元件;抖动检测传感器,其检测抖动;以及控制部,其根据上述抖动检测传感器的输出和上述信息输入部输入的焦距信息,求出上述移动体的驱动信号,根据该驱动信号驱动上述移动体,从而进行模糊校正动作,上述控制部对上述信息输入部输入的焦距信息和预定值进行比较,当焦距信息大于预定值时,对上述驱动信号实施在包含截止频率的预定频带中相位延迟的低通滤波处理,来进行模糊校正动作。
在本发明中,不管在任何状况下,都能防止模糊校正装置处于振荡状态,尤其在根据抖动使摄像单元移动来进行模糊校正动作的摄影装置中,能以高精度来进行模糊校正动作。
使摄像单元移动来进行模糊校正动作的方式,对于更换镜头式电子照相机而言便利性很好。因为通过根据镜头的焦距信息来变更摄像单元的移动量,可以在所有更换镜头中进行模糊校正。
因此,本发明公开的技术对更换镜头式电子照相机尤其有效。
附图说明
图1是示出本发明的安装了抖动校正系统的摄像装置的块结构的一例的图。
图2是示出设置在摄像装置上的摄像单元的结构例的剖面图。
图3是用于说明超声波马达的振子的动作原理的示意图。
图4是示出超声波马达的驱动频率和驱动速度的关系的图。
图5是示出超声波马达的驱动电压的相位和速度特性的图。
图6是示出摄像装置所具有的抖动校正系统的防振单元的一个结构例的分解立体图。
图7是简化示出防振单元的各结构部位的形状的侧视图。
图8是提取出防振单元中的X轴驱动机构部进行放大表示的概略侧视图。
图9是示出X轴驱动机构部中包含的引导轴承结构的剖面图。
图10是用于说明防振单元中的滑动体的刚性的图。
图11是用于说明照相机主体的控制部的静态图像摄像时的校正动作的流程图。
图12是示出抖动校正系统的第1结构例的图。
图13是用于说明抖动校正系统的第1结构例中的检测振动的正反馈环的图。
图14是示出第1实施方式中的抖动校正系统的块结构的图。
图15是用于说明第1实施方式中的抖动校正系统的校正动作的流程图。
图16是示出第2实施方式中的抖动校正系统的块结构的图。
图17是示出第2实施方式中的抖动校正系统的块结构的变形例的图。
图18是示出第2实施方式的抖动校正系统中的由增益和相位相对于振荡防止LPF的频率的关系构成的传递特性的图。
图19是用于说明第2实施方式中的抖动校正系统的校正动作的流程图。
图20是示出用于说明第3实施方式的抖动校正系统的、由增益和相位相对于采取对策前的振荡防止LPF的频率的关系构成的传递特性的图。
图21是示出第3实施方式的抖动校正系统中的由增益和相位相对于振荡防止LPF的频率的关系构成的传递特性的图。
图22是示出第3实施方式中的抖动校正系统的块结构的图。
图23是示出第3实施方式中的相位补偿滤波器的特性的图。
图24是用于说明第3实施方式中的抖动校正系统的校正动作的流程图。
图25是示出在第3实施方式中将校正量运算结果作为输入并将摄像单元的驱动位置作为输出时的输出相对于输入的传递特性的图。
图26是示出第3实施方式中的抖动校正系统的块结构的变形例的图。
标号说明
1:摄影镜头;2:镜头驱动机构;3:光圈;4:光圈机构;5:镜头控制用微型计算机Lucom;6:镜头存储器(EEPROM);7、8、9、10:镜头单元;11:快速返回反射镜;11a:副反射镜;12五棱镜;13:目镜;14:摄像单元;15:快门;16:AF传感器单元;17:AF传感器驱动电路;18:反射镜驱动电路;19:快门施力机构;20:快门控制电路;21:测光电路;22:光学低通滤波器(LPF);23、24、25、26、27、28、29、30、31:CCD图像传感器;31a:芯片主体;31b:挠性基板;31e:保护玻璃;31f:框部件;32:光学LPF;33:防尘过滤器;34:压电元件;35:固定板;36:主电路基板;36a、36b:连接器;37:滤波器支承部件;38:支架;42:振子驱动电路;43:防振控制电路;44:位置检测传感器;45:陀螺仪传感器;45x:X轴陀螺仪;45y:Y轴陀螺仪;50:主体控制用微型计算机Bucom;51:动作显示用LED;52:照相机操作SW;53:电源电路;61:放大电路;62:校正量运算部;63:减法部;64:增益部;65:放大电路;66:参数限制部;67:旁通SW;68:振荡防止LPF;100:主体单元;320:振子。
具体实施方式
下面,参照附图详细说明本发明的实施方式。
本发明的可进行模糊校正的摄像装置具有摄像单元,该摄像单元包含通过光电转换来获得图像信号的摄像元件。为了进行模糊校正动作,该摄像单元可以移动,作为该移动动作用的致动器,具有超声波马达(ultrasonic motor)。这里,作为摄像装置的一例,说明能够更换镜头的单反式电子照相机(digital single lens reflex camera)。
首先,说明本发明的第1实施方式。图1是简要表示本发明的第1实施方式涉及的数码照相机(以下表述为照相机)的主要电气系统结构的方框(block)图。该实施方式的照相机构成为具有作为照相机主体的主体单元(body unit)100、和作为更换镜头的镜头单元(lens unit)10的照相机系统。
镜头单元10构成为可以通过设于主体单元100的前表面上的未图示的镜头安装部(lens mount)而自由装卸。镜头单元10的控制由自身具有的镜头控制用微型计算机(microcomputer)(以下表述为“Lucom”)5进行。主体单元100的控制由主体控制用微型计算机(以下表述为“Bucom”)50进行。这些Lucom5和Bucom 50在镜头单元10被安装在主体单元100上的状态下,通过通信连接器(connector)6连接成可以通信。
Lucom5按照Bucom 50的指令动作。Lucom5和Bucom 50通过协作动作来控制照相机系统。
并且,镜头单元10具有摄影镜头1、镜头驱动机构2、光圈3和光圈驱动机构4。摄影镜头1由设于镜头驱动机构2内的未图示的DC马达驱动,使来自未图示的被摄体的光像(被摄体像)形成于主体单元100内的摄像元件(后面叙述)上。光圈3由设于光圈驱动机构4内的未图示的步进马达(stepping motor)驱动,控制通过摄影镜头1射入的光的射入量。Lucom5根据Bucom 50的指令,控制镜头驱动机构2和光圈驱动机构4的各个马达。镜头存储器5a由非易失性存储器(例如可以电气地写入及删除数据的EEPROM)构成,存储焦距、镜头类型、最大FNo、最小FNo等有关镜头单元10的特性信息,作为镜头信息。
并且,在主体单元100内的摄影光轴上配置有由半透半反镜(halfmirror)构成的快速返回反射镜(quick return mirror)11。并且,在快速返回反射镜11对光的反射方向(图示的上方向)上配置有五棱镜(pentagonal prism)12,在五棱镜12的光的射出部上配置有目镜13。这样构成单反式的光学系统。
并且,在快速返回反射镜11的背面中央部附近配置有副反射镜(sub-mirror)11a。另外,在快速返回反射镜11的后方配置有例如焦面快门(curtain shutter)15,在副反射镜11a对光的反射方向(图示的下方向),设有焦点检测用的AF传感器单元(Auto Focus sensor unit)16,用于检测散焦(defocus)量。
并且,在AF传感器单元16上连接着用于驱动控制AF传感器单元16的AF传感器驱动电路17。在快速返回反射镜11上连接着用于驱动控制快速返回反射镜11的反射镜驱动机构18。另外,驱动焦面式快门15的前帘和后帘的弹簧被快门施力(shutter charge)机构施力,快门施力机构19的动作由快门控制电路20控制。
并且,在五棱镜(pentaprism)12的光射出部附近配置有测光传感器(sensor)21a,用于检测从五棱镜12射出的光束。在测光传感器21a上连接着进行测光处理的测光电路21。
并且,在快门15的后方设有摄像单元(unit)30,用于对通过摄影镜头1和上述单反式光学系统的被摄体像进行光电转换。摄像单元30(具体情况在后面叙述)使作为摄像元件的一例的CCD(Charge CoupledDevices)、设于CCD前表面上的光学低通滤波器(optical low pass filter)(LPF)、和以预定频率振动的防尘过滤器形成为一体化的单元。在防尘过滤器的周缘部安装有压电元件。通过利用防尘过滤器控制电路48使该压电元件振动,使得防尘过滤器振动,从而可以去除附着在防尘过滤器表面上的尘埃。
并且,在摄像单元30上安装有作为模糊校正单元的一例的防振单元300。在防振单元300上设有振子,通过利用振子驱动电路354使振子振动,使摄像单元30作为移动体在与摄影镜头的光轴正交的平面上移动。通过根据抖动量使摄像单元20移动,抑制产生于CCD的光电转换面上的图像的模糊。这样进行模糊校正时的摄像单元30的移动位置,由作为位置检测单元的一例的位置检测传感器353检测。该位置检测传感器353例如使用霍尔(hall)元件和磁铁(magnet)构成。并且,也可以使用光位置传感器(PSD:Position Sensitive Detector)和发光二极管构成。
并且,对于产生于该照相机的抖动,使用作为抖动检测单元的一例的陀螺仪(gyroscope)。通过两个陀螺仪(X轴陀螺仪350x和Y轴陀螺仪(gyro)350y)检测抖动。X轴陀螺仪350x检测主体单元100的绕X轴的抖动(俯仰方向的抖动),Y轴陀螺仪350y检测主体单元100的绕Y轴的抖动(偏转方向的抖动)。
作为控制单元和稳定性判定单元的一例的防振控制电路355,按照来自Bucom 50的指示开始模糊校正相关的控制动作,按照位置检测传感器353、X轴陀螺仪传感器350x和Y轴陀螺仪传感器350y的输出,控制振子驱动电路354。
并且,在摄像单元30的CCD上连接着CCD接口(interface)电路23,CCD接口电路23连接图像处理控制器(controller)28。另外,在图像处理控制器28上连接着液晶监视器24、发挥存储区域作用的SDRAM25、Flash ROM 26、和记录介质(media)27。根据这种结构,主体单元100可以提供电子摄像功能和电子记录显示功能。在此,记录介质27是各种存储卡和外置的硬盘驱动(HDD)等的外部记录介质,被安装成可通过通信连接器(connector)与主体单元100的图像处理控制器28通信,并可以更换。并且,在该记录介质27中记录通过摄影得到的图像数据。
用于存储照相机控制所需要的预定的控制参数的非易失性存储器29(例如使用EEPROM),被设置成为可以从Bucom 50进行存取。
并且,在Bucom 50上连接着动作显示用LCD(liquid crystal display)51、动作显示用LED 51a、和照相机操作开关(switch:SW)52。动作显示用LCD 51和动作显示用LED 51a分别是为了通过显示输出向用户告知该照相机的动作状态而设置的。
并且,照相机操作SW52例如是释放SW、模式变更SW和电源SW等对应用户操作该照相机所必需的操作按钮而动作的开关组。另外,在Bucom 50上连接着电源电路53。电源电路53把作为电源的电池54的电压转换为构成该照相机的各个电路单元所需要的电压并提供。
如上所述构成的照相机系统的各个部分大概按照下面所述动作。首先,当执行了摄像单元30的CCD的曝光动作时,图像处理控制器28按照Bucom 50的指令控制CCD接口电路23,从CCD取入图像数据。在图像处理控制器28中取入的图像数据被转换为视频(video)信号,根据该视频信号,在液晶监视器24中进行图像显示。用户可以根据显示于液晶监视器24上的图像来确认所拍摄的图像。
并且,在图像处理控制器28中处理的图像数据被存储在临时保存用的存储器即SDRAM 25中。另外,在记录图像数据时,通过图像处理控制器28取入的图像数据被转换为例如JPEG格式等的压缩数据,然后记录在记录介质27中。
反射镜驱动机构18是向下降(down)位置(图1所示位置)和上升(up)位置(从图1所示位置避开的位置)驱动快速返回反射镜11的机构。在摄影前,快速返回反射镜11处于下降位置,来自摄影镜头1的光束被分割引导到AF传感器单元16侧和五棱镜12侧。来自AF传感器单元16内的AF传感器的输出通过AF传感器驱动电路17发送给Bucom 50。并且,根据来自AF传感器的输出,在Bucom 50中进行采用公知的相位差方式的焦点检测动作。另一方面,已通过五棱镜12的光束的一部分被引导到测光电路21内的测光传感器21a。来自测光传感器21a的输出被发送给测光电路21。并且,根据来自测光传感器21a的输出进行公知的测光处理。然后,当快速返回反射镜11退避到上升位置时,进行摄像单元30的CCD的曝光。
接着,参照图2对包含CCD图像传感器31(以下称为CCD)的摄像单元14进行说明。
如图2所示,摄像单元14主要在光轴上朝向前方依次设置了:作为摄像元件的CCD图像传感器31;光学低通滤波器(LPF)32,其设置在CCD 31的光电转换面侧,从透过的被摄体光束中除去高频成分;以及在光学LPF 32的前面侧隔开预定间隔对置配置的防尘过滤器33,并成为一体地安装在支架38上的形式。
CCD 31对镜头单元10的摄像光学系统在受光面(光电转换面)上形成的被摄体像进行光电转换,并生成图像信号。作为CCD以外的摄像元件,可以使用CMOS图像传感器。具有:在该光学LPF 32的前面侧隔开预定间隔对置配置的防尘过滤器(filter)33;以及压电元件34,其设置在该防尘过滤器33的周缘部,用于对防尘过滤器33赋予预定的振动。
在防尘过滤器33的周缘部安装有具有两个电极的压电元件34。从防尘过滤器控制电路48对压电元件34的两个电极施加预定频率的驱动信号,压电元件34振动。该振动传递到防尘过滤器33,除去附着在过滤器表面上的灰尘。摄像单元14配置在后述的抖动校正的防振单元22上。
本实施方式的照相机的主体单元100具有:以帧单位传播CCD 31生成的图像信号的CCD接口电路23;液晶监视器24;和图像处理控制器28,其利用暂时存储图像数据的SDRAM 25和FLASH ROM 26进行图像处理。记录介质27是各种存储卡或外置的HDD等外部记录介质。该记录介质27装卸自如地安装在照相机主体的未图示的通信连接器上,适当记录信息和图像数据。另外,存储照相机控制所需的预定的控制参数的、由EEPROM构成的非易失性存储器29被设置成可以从Bucom 50进行存取。
在照相机的壳体上,设置有照相机操作SW52、动作显示用LCD 51及动作显示用LED 51a,Bucom 50进行按照用户的操作的照相机动作,并显示该动作状态。
照相机操作SW52例如是包含释放SW、模式变更SW或电源SW等操作该照相机所需的操作按钮在内的开关组。进而,设置了作为电源的电池54、将电池54的电压转换为各电路单元所需的电压来提供的电源电路53。另外,该电源电路53还包含电压检测电路,当经由未图示的电源端子从外部电源进行供电时,该电压检测电路检测其电压变化。
接着,说明这种照相机的各构成部位的动作。
首先,通过用户进行的释放操作,在CCD 31生成图像信号。图像处理控制器28根据Bucom 50的指示,控制CCD接口电路23并从CCD31取入图像信号。该图像信号由图像处理控制器28转换为视频信号(图像数据),并显示在液晶监视器24上。用户可根据该液晶监视器24的显示图像来确认所拍摄的图像影像。
SDRAM 25是图像数据的暂时保管用存储器,用作图像数据转换时的工作区域等。并且,图像数据被显示在液晶监视器24上,并且在被转换为JPEG数据后,保管在记录介质27中。
反射镜驱动机构18是用于将快速返回反射镜11向上部(UP)位置和下部(Down)位置驱动的机构。当快速返回反射镜11位于下部位置时,来自摄影镜头1的光束被分割并被导向到AF传感器单元16侧和五棱镜12侧。通过该分割后的光束,能够在取景器和显示显示器上目视确认应该拍摄的被摄体像。
来自AF传感器单元16内的AF传感器的输出经由AF传感器驱动电路17发送给Bucom 50,进行公知的测距处理。另一方面,通过五棱镜12后的光束的一部分被导向到测光电路21内的测光传感器21a,根据在这里检测出的光量进行公知的测光处理。
接着,参照图2说明包含CCD 31的摄像单元14。
如上所述,摄像单元14由作为摄像元件的CCD 31、光学低通滤波器(LPF)32和防尘过滤器33构成,并一体地安装在支架(holder)38上。
CCD 31的芯片(chip)主体31a直接安装在设置于固定板35上的挠性(flexible)基板31b上。将从挠性基板31b的两端出来的连接部31c、31d嵌合在设于主电路基板36上的连接器36a、36b中,将挠性基板31b与主电路基板36侧电连接。并且,在挠性基板31b上以包围CCD 31的外周的方式设置有框部件31f,以覆盖CCD 31的方式固定有保护玻璃31e。
并且,在CCD 31和光学LPF 32之间,设置有由弹性部件等构成的滤波器支承部件37。该滤波器支承部件37构成为,设置在CCD 31的前面侧周缘部中避开光电转换面的有效范围的位置上,而且抵接在光学LPF32的背面侧周缘部附近,由此使CCD 31和光学LPF 32之间大致保持气密性。
而且,设置有气密地覆盖CCD 31和光学LPF 32的支架38。支架38在绕摄像光轴的大致中央部分形成有矩形状的开口38a。在该开口38a上,在防尘过滤器33侧形成有向内周侧伸出的台阶部(阶梯部)38b。在台阶部(阶梯部)38b与挠性基板31b之间,以夹持的方式固定着光学LPF 32、滤波器支承部件37、保护玻璃31e和框部件31f的构成部件。通过利用该台阶部(阶梯部)38b的固定,对各构成部位进行摄像光轴方向上的位置限制,发挥防止从支架38的内部向前面侧脱出的作用。
进而,在支架38的前面侧的周缘部上,为了将防尘过滤器33隔开预定间隔保持在光学LPF 32的前面,在台阶部(阶梯部)38b周围沿整周形成有比阶梯部38b更向前面侧突出的防尘过滤器支承部38c。
防尘过滤器33整体形成为圆形或者多边形的板状。防尘过滤器33的外周缘通过利用螺钉39被固定的按压部件40,在按压状态下夹持压电元件34,并被防尘过滤器支承部38c所支承。按压部件40由板簧等弹性体形成。进而,环状的密封件(seal)41介于在压电元件34和防尘过滤器支承部38c之间,可确保气密状态。这样摄像单元14构成具备用于安装CCD 31的形成为期望大小的支架38的气密结构。
接着,说明本实施方式的照相机的抖动校正功能。
这里,设摄像光轴的方向为Z轴方向,在与摄像光轴正交的XY平面内正交的第一方向为X轴方向,第二方向为Y轴方向。
本实施方式的抖动校正是如下的校正:使CCD 31变位移动以补偿所产生的抖动。防振单元22包含如下的抖动校正用的驱动装置:其将通过被施加预定的周期电压而产生椭圆振动的振子用作驱动源,来使设有CCD 31的支架38移动。
首先,说明作为本实施方式的驱动装置所使用的致动器的超声波马达的动作原理。
图3是示出振子的动作原理的示意图。振子200具有:压电体201,其为预定的大小,形成为矩形状;一对驱动电极202、203,它们偏斜设置在该压电体201的一面侧,并通过分极而中心对称地形成;以及与驱动电极202、203对应的、作为驱动部的驱动件204、205,它们设在压电体201的表面位置。
当对驱动电极202施加正的电压时,如图3(a)所示,分极结构的驱动电极202部分伸长变形。另一方面,其背面侧的压电体201部分不伸长变形,因此整体变形为圆弧状。
相反,当对驱动电极202施加负的电压时,如图3(c)所示,分极结构的驱动电极202部分收缩变形。另一方面,其背面侧的压电体201部分不收缩,因此整体变形为与图3(a)反向的圆弧状。在驱动电极203侧也同样。
因此,为了在驱动件204、205的表面产生椭圆振动,对压电体201的被分极的一方驱动电极202施加基于预定频率的正弦波的周期电压,并且,对另一方驱动电极203施加基于频率与施加在驱动电极202上的周期电压的频率相同但相位错开的正弦波的周期电压。这里,所施加的周期电压的频率设定为如下的预定的数值:压电体201的中央成为弯曲振动的波节,驱动件204、205部分成为弯曲振动的波腹,并且,压电体201的纵向振动的波节与弯曲振动的波节一致。通过该设定,伴随所施加的周期电压的正、负的变化,振子200反复进行包含图3(b)所示的复原状态在内的图3(a)~3(c)所示的弯曲振动,在驱动件204、205的表面产生椭圆振动。由此,通过使作为驱动对象的移动体与振子200的驱动件204、205侧按压接触来进行设置,从而移动体按照在驱动件204、205的表面产生的椭圆振动的方向进行移动。
此时,通过改变施加在驱动电极202、203上的周期电压的相位差,能够改变在驱动件204、205的表面产生的椭圆振动的形状。通过该椭圆振动的形状的变化,能够改变移动体的移动速度。
这里,参照图4、图5说明振子的特性。
图4示出在驱动电极202、203上施加相位错开90°的预定频率的周期电压时的频率和速度的关系。具有如下特性:随着频率从小的频率接近振子的谐振频率,驱动速度急剧加快,随着从谐振频率向大的频率偏移,驱动速度缓缓地减慢。
并且,图5示出将频率固定并使相位从-90°向90°变动时的速度特性。
该速度特性为如下特性:相位为0°时速度为0,随着接近90°速度大致线性(linear)地增加。例如,如果周期电压的相位差为0°则速度为0,但是,当相位差为正值并增大时移动速度逐渐上升,在相位差为90°时成为最大速度。并且,当使相位差超过90°而增大时速度反而逐渐减小,相位差为180°时速度再次成为0。
相反,当使相位差为负值时,在驱动件204、205上产生的椭圆振动的旋转方向变反,可以向相反方向驱动移动体。该情况下也是相位差为-90°时成为最大速度。
接着,参照图6~图9说明将这种振子用作驱动源的本实施方式的防振单元。这里,图6是示出本实施方式的防振单元的结构例的分解立体图,图7是简化图6所示的各部的形状而示出的防振单元的概略侧视图,图8是提取出图7中的X轴驱动机构部进行放大表示的概略侧视图,图9是示出其引导轴承结构的剖面图。
防振单元22具有:X框(第1移动体部)301,其以可在Y轴方向上移动的方式安装支架38;以及框架(固定部件)302,其以可在X轴方向上移动的方式安装X框301。防振单元22将支架38作为最终的移动对象物,使其在X轴方向和Y轴方向上移动。
X框301是包围绕摄像光轴的开口301a的框部301b,其可以移动地安装支架38。并且,框架302是包围绕摄像光轴的开口302a的框部302b,其可以移动地安装X框301,并固定在未图示的照相机主体上。进而,具有:使X框301相对于框架302在X轴方向变位移动的X轴驱动机构部310x;以及使支架38相对于X框301在Y轴方向变位移动的Y轴驱动机构310Y。防振单元22通过使安装支架38的X框301在X轴方向变位移动,并且使X框301在Y轴方向变位移动,从而使安装在支架38上的CCD 31在XY平面内二维地变位移动以补偿模糊。
接着,说明X轴驱动机构部310x的结构。
X轴驱动机构部310x具有:X轴振子(第1振子)320x;滑动体(第2移动体部)330x,其一体地固定在X框301上,且与X框301一起构成作为驱动对象的移动体(第1移动体)311x;以及按压机构(施力单元)340x,其对X轴振子320x向滑动体330x侧施力。
X轴振子320x在矩形状的压电体323x的一面上具有驱动件(驱动部)321x、322x,该驱动件321x、322x根据所述振子200的动作原理而产生椭圆振动。
X轴振子320x在与驱动件321x、322x相反的一侧的中央位置具有振子支架324x,形成在振子支架324x上的突起325x嵌合在由框架302的槽342x构成的保持部中。通过该嵌合,X轴振子320x被定位保持,以限制其在X轴方向的移动。通过这种结构,基于在驱动件321x、322x上产生的椭圆振动的驱动力作用在X轴方向上。
并且,滑动体330x在轴承(被引导部)331x上固定有滑动板(滑动部)332x。轴承331x在X轴振子320x的驱动件321x、322x被按压而与滑动板332x接触的位置,被利用小螺钉333x等固定。这里,为基于小螺钉固定的固定,但是不限于此,也可以是粘接等其他固定方法。
如图6所示,滑动体330x形成为比X框300小(与X轴振子320x相当的尺寸)。并且,X框301由刚性低的树脂材料或铝(aluminium)等形成,与此相对,滑动板332x由具有耐磨性且刚性高的陶瓷(ceramic)等材质形成,轴承331x是对铁氧体(ferrite)类的不锈钢(stainless steels)等可以淬火的材质进行淬火来提高刚性而成的。
并且,具有轴承(引导部)304x,该轴承304x跨越框架302的开口(安装部)整体,以与滑动体330x的轴承331x对置的方式被利用螺钉303x固定。如图9所示,在该轴承304x上固定用于防止磨损的V形槽板306x,该V形槽板306x形成有沿X轴方向的V形槽305x。如图9所示,在轴承331x上形成有与轴承304x的V形槽305x(V形槽板306x)对置的V形槽334x。
这里,通过将由保持器(retainer)335x定位的两个滚珠336x(转动体)夹在V形槽305x、334x之间,从而轴承304x、331x成为具有沿着X轴方向排成一列的两个滚珠336x的结构。如图8等所示,两个滚珠336x被定位在驱动件321x、322x正下方的位置附近,通过保持器335x限制X轴方向的移动。另外,作为转动体不限于滚珠,也可以是辊子。
按压机构340x具有按压板341x和按压弹簧347x。
按压板341x的一端隔着垫块343x被小螺钉344x固定在框架302上,并保持X轴振子320x。按压弹簧347x隔着垫块346x设置在将按压板341x的另一端侧固定在框架302上的小螺钉345x的周围,并对按压板341x施力,以使X轴振子320x的驱动件321x、322x按压接触滑动板332x。按压机构340x的按压力被设定为15N(牛顿、newton)左右的非常大的力。
另外,轴承331x可以绕通过滚珠336x的中心,与V形槽334x平行的轴旋转。轴承331x与X框301一体化,在与X轴方向不同的方向上离开轴承331x的位置(在框部302b上最远的大致对角的位置)上,在框架302和X框301之间设置有一个滚珠307x(转动体)。
该滚珠307x借助于在滚珠307x附近被卡定在框架302和X框301之间的弹簧308x的作用力而维持为夹持状态。滚珠307x被定位成维持X框301相对于框架302在摄像光轴(Z轴)方向上的间隔。这里,弹簧308x的作用力只要能够维持滚珠307x的夹持状态即可,设定为比按压弹簧347x的作用力弱几级。
通过该设定,由X框301和滑动体330x构成的移动体311x构成为,相对于框架302可以通过两个滚珠336x和一个滚珠307x的三点支承而移动。
并且,通过隔着摄像光轴和开口301a将滚珠307x配置在滚珠336x的相反侧,能够使滚珠307x和滚珠336x之间隔开距离,所以能够成为稳定的三点支承结构。这样,根据本实施方式,利用三个滚珠(转动体),在进行移动体311x的移动方向的引导的同时还能够限定倾斜度,能够进行稳定的驱动。另外,Y轴驱动机构部310y的基本结构与X轴驱动机构部310x相同,对相同或对应的部分在同样的标号中附上字母y进行表示,并省略说明。
Y轴驱动机构部310y将X框301作为固定部件,将支架38作为成为移动对象的第1移动体部(或第3移动体部)。具有滑动体(第2移动体部或第4移动体部)330y,该滑动体330y一体地固定在支架38上,并与支架38一起构成作为驱动对象的移动体(第2移动体部)311y。
并且,本实施方式的防振单元22在框架302上设置有:检测主体单元100的绕X轴的抖动(俯仰方向的抖动)的X轴陀螺仪45x、和检测主体单元100的绕Y轴的抖动(偏转方向的抖动)的Y轴陀螺仪45y。具有位置检测传感器44,该位置检测传感器44由设置在框架302上的霍尔元件351和以与霍尔元件351对置的方式设置在支架38上的磁铁352构成。
防振控制电路43根据来自这些X轴陀螺仪45x、Y轴陀螺仪45y和位置检测传感器44的信号,向振子驱动电路42输出控制信号。振子驱动电路42根据该控制信号驱动X轴振子320x和Y轴振子320y。另外,防振控制电路43根据来自Bucom 50的指示执行控制动作。
接着,说明X轴驱动机构310x的动作。
如上所述,X轴振子320x的驱动件321x、322x通过按压机构340的强作用力而与滑动板332x按压接触。该状态时,当对X轴振子320x施加预定的周期电压而使驱动件321x、322x产生椭圆振动时,滑动体330x被向驱动件321x、322x的椭圆振动的旋转方向驱动。
在这种结构中,对X轴振子320x施加的按压力强,所以,假设构成滑动体330x的滑动板332x和轴承331x的刚性弱时,如图10中的假想线所示,通过所赋予的按压力,滑动板332x和轴承331x挠曲,驱动件321x、322x和滑动板332x一端接触,动作变得不稳定或不动作。关于这点,在本实施方式中,滑动板332x和轴承331x的刚性高,所以,驱动件321x、322x和滑动板332x的按压接触状态稳定,伴随椭圆振动的驱动力可靠地传递到滑动板332x,能够高效率地向椭圆振动的旋转方向进行驱动。此时,具有滑动板332x的滑动体330x侧与框架302不是面接触,而是以基于轴承331x、304x部分上的滚珠336x的转动方式接触,所以,即使按压力强,滑动体330x也能相对于框架302以摩擦少的状态可靠地移动。
而且,如图6所示,轴承331x、304x为沿着X轴方向的一列的滚珠轴承的轴承结构,所以,当滑动体330x受到X轴振子320x的驱动时,仅在X轴方向移动。当滑动体330x这样移动时,固定有滑动体330x的X框301也与滑动体330x一体地在X轴方向移动。即,通过由沿着X轴方向的一列的滚珠轴承的轴承结构构成的轴承331x、304x彼此的卡合,来引导X框330x的移动方向。轴承331x可以绕通过滚珠336x的中心、与V形槽334x平行的轴旋转。
轴承331x与X框301一体化。在与X轴方向不同的方向上离开轴承331x的位置,在框架302和X框301之间设置有一个滚珠307x。如图7所示,由X框301和滑动体330x构成的移动体311x相对于框架302,在两个滚珠336x和一个滚珠307x构成的分离的位置被三点支承。因此,不会由于绕与V形槽334x平行的轴的旋转而产生影响,稳定地在框架302上沿X轴方向移动。
由此,对于X轴振子320x的强按压部分的引导支承机构只要是基于轴承331x、304x的沿着X轴方向的1列滚珠轴承的轴承构造即可,可以实现小型化/构造简单化。另外,Y轴驱动机构310y也与X轴驱动机构310x相同地动作,这里省略说明。
接着,说明抖动校正动作。
通过用于进行多个设定等的照相机操作SW52,对未图示的抖动校正功能进行动作设定。当快门按钮等未图示的SW被接通时,从Bucom 50向防振控制电路43传递振子驱动电路42执行初始动作的信号。根据该信号,从振子驱动电路42向X轴振子320x和Y轴振子320y施加预定的驱动电压,X框301和支架38分别在X轴方向和Y轴方向上被驱动,以使CCD 31的中心与摄像镜头光轴一致。下面,将该动作称为居中(centering)
然后,将由X轴陀螺仪45x、Y轴陀螺仪45y所检测出的主体单元100的抖动信号取入防振控制电路43。这里,在X轴陀螺仪45x、Y轴陀螺仪45y中,从对绕其一方的轴的抖动进行检测的角速度传感器输出的信号,在处理电路中进行信号放大后,进行A/D转换,并输入到防振控制电路43。
在防振控制电路43中,根据X轴陀螺仪45x、Y轴陀螺仪45y的输出信号来运算模糊校正量,并将与所运算的模糊校正量对应的信号输出到振子驱动电路42。安装了CCD 31的支架38和X框301被Y轴振子320y、X轴振子320x驱动,该Y轴振子320y、X轴振子320x根据由振子驱动电路42生成的电信号来进行动作。CCD 31(支架38)的驱动位置由位置检测传感器44来检测,并送至防振控制电路43来进行反馈控制。抖动校正动作的详细内容在后面叙述。
接着,关于静态图像摄影时的校正动作,参照图11说明在Bucom 50中进行的动作。图11是示出静态图像摄影时的校正动作的概略的流程图。另外,图11的动作示出在半按下释放(release)按钮并接通(ON)第一释放(1R)SW时执行的动作。仅公开本发明的说明所需要的动作。
当接通1RSW而开始本动作后,Bucom 50通过与镜头存储器5a的通信来取得模糊校正驱动所需要的镜头信息,将所取得的镜头信息发送到防振控制电路355(步骤S11)。然后,Bucom 50对防振控制电路355指示模糊校正驱动的开始(步骤S12)。接着,Bucom 50判定是否断开(off)1RSW而解除了摄影准备开始指示(步骤S13)。在步骤S13的判定中,在解除了摄影准备开始指示的情况下(步骤S13:“是”),转移到步骤S19,Bucom 50向防振控制电路355发送使模糊校正驱动停止的指示(步骤S19)。然后,Bucom 50在对防振控制电路355进行了居中指示后(步骤S20),成为摄影准备开始的指示等待状态(1RSW接通等待状态)。
并且,在步骤S13的判定中,在1RSW仍然接通的情况下(步骤S13:“否”),Bucom 50判定是否全按下释放按钮而接通了释放SW的第二释放(2R)SW(步骤S14)。2RSW的接通意味着用户进行了摄影开始指示。在步骤S14的判定中,在没有指示摄影开始的情况下(步骤S14:“否”),返回步骤S13,在指示等待状态下待机。另一方面,在步骤S14的判定中,在2RSW接通而指示了摄影开始的情况下(步骤S14:“是”),Bucom 50向防振控制电路355发送使在步骤S12中开始的模糊校正动作停止的指示(步骤S15)。然后,Bucom 50向防振控制电路355发送居中指示(步骤S16)。在居中结束后,Bucom 50向防振控制电路355发送模糊校正动作的开始指示(步骤S17)。然后,Bucom 50控制反射镜驱动机构18、快门控制电路20和图像处理控制器28等,进行摄像单元30的CCD 31的曝光(步骤S18)。曝光结束后,Bucom50向防振控制电路355发送使模糊校正停止的指示(步骤S19)。然后,Bucom 50在向防振控制电路355发送了居中指示后(步骤S20),成为等待摄影准备开始指示的状态(1RSW接通等待状态)。
这里,使用图12的框图说明抖动校正动作的详细情况。图12是示出在图1所示的结构中特别是抖动校正控制所涉及的模糊校正装置的结构的详细情况的框图。另外,X轴的模糊校正和Y轴的模糊校正分别独立地进行,但是,控制内容本身相同,所以,在图12中,仅示出X轴的模糊校正所涉及的结构。
如图12所示,防振控制电路43由陀螺仪45(X轴陀螺仪45x、Y轴陀螺仪45y)的放大电路61、位置检测传感器44的放大电路65和抖动校正控制用微型计算机(以下称为Tucom)构成。Tucom根据来自Bucom50的指示,进行抖动校正控制运算,在该结构中,具有校正量运算部62、减法部63和增益部64。
照相机的X轴的抖动量由X轴陀螺仪45x来检测,利用防振控制电路43内的放大电路61放大后,进行A/D转换并输入到Tucom。在Tucom中,根据该信号和镜头信息(焦距)进行模糊校正量的运算,向振子驱动电路42发送与模糊校正量对应的信号。利用通过振子驱动电路42的输出信号而动作的X轴振子506,来驱动CCD单元31。该驱动所需要的能量由电源电路53提供。CCD单元31的驱动位置由位置检测传感器44来检测,利用放大电路65放大后,进行A/D转换并输入到Tucom。
说明对振子驱动电路42赋予的信号的计算方法。
已经使用图4和图5叙述了振子的特性。因此,在图4中,在使振子以输出期望速度的频率来振动的状态下,在图5中,当变更相位时,能够进行移动体的速度控制。即,根据模糊校正量运算结果,通过实时(real time)变更经由振子驱动电路42对振子的电极202和电极203赋予的驱动信号的相位差,可以进行模糊校正驱动。
接着,说明对电极202、203赋予的驱动信号的相位差的决定方法。
在Tucom中,利用校正运算部61根据X轴陀螺仪45x的输出信号来运算模糊校正量。在减法部63中,运算该模糊校正量和由位置检测传感器44检测出的位置检测值之差(以下称为偏差)。在增益部64中,将通过对该偏差乘以预定系数(以下称为增益)而推导出的值“偏差×增益”作为赋予对电极202、203的驱动信号(相位差),从Tucom向振子驱动电路42发送信号。
因此,偏差越大,则越大的相位差信号被输入到振子驱动电路42,能够更快地驱动移动体。是所谓的反馈控制。
如上所述,当驱动摄像单元(CCD和可以变位地保持振子的保持机构等)14时,摄像单元14的驱动时的机械振动被传递到照相机主体,用于检测抖动的陀螺仪传感器45检测该振动。即,如图13所示的虚线所示,在模糊校正系统内产生由陀螺仪45检测机械振动的正反馈环。
例如,即使在陀螺仪45检测到相同角速度的情况下,镜头单元中的焦距越长,摄像面上的模糊量越大。当设由陀螺仪传感器检测出的抖动角度为θ、镜头的焦距为f时,摄像面上的模糊量可以利用f×tanθ来近似计算。因此,在安装具有长焦距的摄影镜头1的镜头单元10时,摄像单元的移动量变大。由于伴随该移动量产生的反作用,机械振动也增大。在安装了长焦距的镜头时,机械振动的影响变大,引起所述振荡的危险性高。当产生这种振荡时,不能进行控制,即使不产生抖动也会导致拍摄到模糊图像,所以,必须避免控制系统中的振荡的产生。
<第1实施方式>
接着,说明第1实施方式。
第1实施方式用于解决所述的驱动摄像单元14而引起的振动受到正反馈环影响的课题。图14是示出第1实施方式中的抖动校正系统的块结构的图。另外,在本实施方式的构成部位中,赋予与图12所示的构成部位相同的参照标号,并省略其详细说明。
如上所述,根据陀螺仪传感器45的输出所计算出的摄像面上的模糊校正量为f×tanθ。此时,即使是相同的模糊校正量,当焦距f的值大时,摄像单元14的模糊校正量变大,容易诱发振荡。因此,通过光学参数限制部66,根据镜头信息(焦距信息)对光学参数设定上限,由此,对模糊校正量进行限制。
即,光学参数限制部66将镜头信息中包含的摄影镜头的焦距信息(f),与作为预定值而预先确定的最大焦距(fmax)进行比较,在焦距(f)的值超过该最大焦距(fmax)的情况下,将模糊校正量的运算式设为fmax×tanθ。如果所得到的焦距(f)在最大焦距(fmax)以下,则不加以限制,使用所得到的焦距来计算模糊校正量。
因此,针对超过最大焦距(fmax)的焦距(f),将其置换为最大焦距(fmax),向校正运算部62输出其系数。
下面,参照图15所示的流程图详细说明抖动校正控制。另外,图15所示的流程图示出所述图11所示的步骤S11~S14和步骤S15~S17的模糊校正驱动开始~模糊校正驱动停止中的Tucom的内部处理。
模糊校正驱动开始时,Bucom 50从Lucom取得镜头的焦距f。然后,Bucom 50向Tucom发送该信息(步骤S11)。
在Tucom中,判别所接收的焦距(f)是否大于fmax(步骤S12)。在该判定中,如果焦距(f)大于fmax(是),则设定fmax作为焦距f,通过限制焦距f的值来防止振荡(步骤S13),另一方面,如果所接收的焦距(f)不大于fmax(否),则使用该所接收的焦距(f)。
接着,使用该焦距(f)的值,运算摄像面上的模糊校正量(步骤S14),根据所运算出的模糊校正量进行反馈控制(步骤S15)。接着,由Bucom50判定有无模糊校正驱动停止的指示(步骤S16),反复进行模糊校正量运算和反馈控制的处理,直到有该指示(否)。另一方面,在接收到模糊校正驱动停止的指示后(是),使作为模糊校正的驱动源的致动器(超声波马达)停止(步骤S17),等待Bucom 50的指示。
如上所述,通过进行可设定的焦距的限制并进行反馈控制,能够防止所述振荡的产生。另外,当镜头的焦距的值大于预先确定的fmax时,完全作为fmax,来计算摄像面上的模糊校正量,所以,所计算出的模糊校正量必定产生误差,能够想到将产生模糊校正性能的恶化的情况。但是,产生振荡的焦距的值是非常大的焦距。而且,大焦距的望远镜头又大又重。因此,用户很少手持这种望远镜头进行拍摄,通常,用户用三角架来固定这种镜头进行拍摄。因此,对于用户来说,几乎不产生问题。
fmax优选为可以变更的参数。通过预先存储在与Bucom 50连接的非易失性存储器29中,而成为可以变更的参数。Bucom能够将焦距信息和参数合起来发送。
在安装于主体单元100上的镜头单元中,还存在不具有通信功能的古老形式的更换镜头。如果在这种镜头中也能够取得焦距信息,则能够进行模糊校正动作。即,用户只要对操作SW进行操作来输入焦距信息即可。为了进行稳定的模糊校正动作,需要对这样输入的焦距信息也施加可设定的信息的限制。
<第2实施方式>
接着,说明第2实施方式。
图16是示出第2实施方式中的抖动校正系统的块结构的图。另外,在本实施方式的构成部位中,对图12所示的构成部位赋予相同的参照标号,并省略其详细说明。
在本实施方式中,在图12所示的结构的基础上,在Tucom内设置了振荡防止LPF 68和旁通SW 67。即构成为,对从校正量运算部62输出的模糊校正量信号中的通过的频率(频带)进行控制。
图17所示的LPF 68的动作,通过Tucom利用软件来执行。即使通过电路构成LPF 68并与放大电路61的输出连接,也能够获得相同效果。
通常,抖动的频带为0~20Hz左右,机械振动的频带为100Hz~200Hz左右。机械振动的频带是比抖动的频带高的频率,所以,当镜头的焦距大于预定值(flpf)时,如图16所示,在陀螺仪检测信号的信号处理中追加振荡防止LPF(Low Pass Filter)68,通过使机械振动检测信号衰减,来防止抖动校正系统的振荡。图18(a)、(b)的波德图(bodediagram)示出振荡防止LPF 68的特性例。振荡防止LPF 68的特性是如下特性:利用一定的增益使抖动的频带的信号通过,使机械振动的频带的信号衰减。
参照图19所示的流程图说明抖动校正的控制。另外,图19所示的流程图示出图11所示的步骤S2~S5和步骤S7~S9的模糊校正驱动开始~模糊校正驱动停止中的Tucom的内部处理。
模糊校正驱动开始时,首先,Bucom 50从Lucom 5取得镜头的焦距f,进而,从Bucom 50向Tucom发送(步骤S21)。在Tucom中,判别焦距f是否大于flpf(步骤S22),在焦距f大于flpf的情况下(是),对标记(flag)(LPF flag)设定1(步骤S23)。另一方面,如果焦距f在flpf以下(否),则将标记(LPF flag)复位为0(步骤S24)。
在进行了摄像面上的模糊校正量的运算后(步骤S25),判定标记(LPF flag)是否为1(步骤S26)。在标记为1的情况下(是),使用振荡防止LPF 68,对所运算出的模糊校正量实施具有所述特性的LPF处理。另一方面,在标记为0的情况下(否),接通旁通(bypass)SW 67,不实施LPF处理,将模糊校正量传送到减法部63。然后,根据所运算出的模糊校正量进行反馈控制(步骤S28)。
然后,判定有无来自Bucom 50的模糊校正驱动停止的指示(步骤S29),反复进行模糊校正量的运算处理和反馈控制的处理,直到有停止指示(否)。在步骤S29中,在接收到模糊校正驱动停止的指示后(是),停止抖动校正机构的超声波马达的驱动(步骤S30),等待Bucom 50的指示。
另外,在本实施方式中,构成为在Tucom的校正量运算部62的输出侧配置振荡防止LPF 68,对从校正量运算部62输出的模糊校正量信号进行滤波处理,但是不限于此。例如,如图17的变形例所示,也可以在Tucom的校正量运算部62的输入侧配置振荡防止LPF 68和旁通SW 67,在进行校正量运算之前实施滤波处理,能够获得使机械振动的频带的信号衰减的同等效果。
如使用图19说明的那样,当焦距(f)比预先确定的值小时,不实施所述的振荡防止LPF处理,使全部频带的信号通过。其原因是,当插入振荡防止LPF 68时,即使如图18(a)所示,设定为抖动频带中的增益不衰减的截止频率,如图18(b)所示,也产生抖动频带中的相位延迟。为了防止由于该相位延迟而使抖动校正性能稍微恶化的问题。另外,也可以使用如下方法:当焦距小于预定值时,将振荡防止LPF 68的截止频率设定为使抖动频带中的相位延迟大致为零这样的大的值,来防止抖动校正性能的恶化。即,使LPF 68构成为能够根据焦距来变更截止频率即可。该情况下,在图16和图17中,不需要根据镜头信息对振荡防止LPF68进行旁通的旁通SW。
如以上说明的那样,在本实施方式中也能够获得与上述第1实施方式同等的效果。特别是在摄影镜头的焦距大于等于预先确定的焦距的情况下,针对由陀螺仪45检测出的信号,能够使抖动的频带的信号没有增益变动地通过,使机械振动的频带的信号衰减,能够正确地实施抖动校正,并且,能够避免照相机由于校正动作而持续振动的振荡状态。
<第3实施方式>
接着,说明第3实施方式。
图22是示出第3实施方式中的抖动校正系统的块结构的图。另外,在本实施方式的构成部位中,对与图12所示的构成部位赋予相同的参照标号,并省略其详细说明。
图20的波德图示出,在所述图12中将校正量运算结果作为输入并将摄像单元14的驱动位置作为输出时,输出相对于输入的传递特性。通常,如图20所示,将超声波马达的可追随(响应)的频带设定为比抖动的频带高,以便在抖动的频带中能够充分地追随(响应)。因此,在产生机械振动频带的信号的情况下,追随(响应)该信号而陷入振荡状态的危险性变高。为了防止该情况,当镜头的焦距(f)在预先确定的值(fgain)以上时,只要使机械振动频带的追随(响应)性能劣化即可。
即,减小图12所示的结构中的反馈控制的环增益(loop gain)。图21的波德图(bode diagram)示出,将此时的校正量运算结果作为输入并将摄像单元14的驱动位置作为输出时的输出相对于输入的传递特性。
在图21中,机械振动频带中的增益越是小于0dB,对机械振动频带的追随(响应)性能越恶化,减少了振荡产生的危险性。但是,若仅仅减小反馈控制的环增益,则如图21的传递特性所示,在抖动频带中也产生增益的降低和相位延迟,导致抖动校正性能的恶化。
因此,使用图22所示的这种插入了相位补偿滤波器的结构。该结构在反馈环上串联设置相位补偿滤波器74,来改善相位延迟。本实施方式中的相位补偿滤波器74的特性如图23所示,是在抖动的频带中进行补偿以使增益变大的特性。由此,能够将机械振动频带中的环增益保持为较小的增益,并增大抖动频带中的环增益。
参照图24所示的流程图说明抖动校正控制。
另外,图24所示的流程图示出所述图11所示的步骤S2~S5和步骤S7~S9的模糊校正驱动开始~模糊校正驱动停止中的Tucom的内部处理。并且,对与所述图19的流程图同等的步骤附加相同的步骤编号,简化说明。
模糊校正驱动开始时,首先,Bucom 50从Lucom取得镜头的焦距(f),进而,从Bucom 50向Tucom发送(步骤S21)。在Tucom中,判别焦距(f)是否大于预先确定的判定值(fgain)(步骤S22),在焦距(f)大于判定值(fgain)的情况下(是),对标记(GAIN flag)设定1(步骤S31)。另一方面,如果在该判定中焦距(f)不大于fgain(否),则将标记(GAINflag)复位为0(步骤S32)。
在进行摄像面上的模糊校正量的运算后(步骤S25),判定标记(GAINflag)是否为1(步骤S33),在标记为1的情况下(是),根据所运算出的模糊校正量,进行将反馈控制的环增益变更为小的值并追加相位补偿滤波处理的反馈控制(步骤S34)。另一方面,在标记为0的情况下(否),进行通常的反馈控制(步骤S35)。由Bucom 50判定有无模糊校正驱动停止的指示(步骤S29)。反复进行模糊校正量运算和反馈控制的处理,直到在该判定中判定为存在模糊校正驱动停止的指示(否)。在接收到模糊校正驱动停止的指示后,停止对超声波马达提供驱动信号,然后,等待Bucom 50的指示。
如以上说明的那样,根据本实施方式,将校正量运算结果作为输入并将摄像单元14的驱动位置作为输出时的、焦距(f)大于fgain时的输出相对于输入的传递特性成为图25所示的特性。图25所示的传递特性为减小机械振动频带中的增益的特性,与图20所示的采取对策前的传递特性相比,能够降低使用长焦距镜头进行拍摄时产生振荡的危险性。进而,图25所示的传递特性,几乎不产生抖动频带中的增益的降低和相位延迟,与图21所示的相位补偿滤波器插入前的传递特性相比,能够将抖动频带中的性能恶化抑制为最小限度。
另外,fgain优选为可以变更的参数。通过预先存储在与Bucom 50连接的非易失性存储器29中,而成为可以变更的参数。Bucom能够将焦距信息和参数合起来发送。
说明第3实施方式的变形例。
在实现了所述图25所示的特性的情况下,如果降低可以追随(响应)的频带,则在驱动开始初期,有时在反馈控制系统成为稳定状态之前的响应变慢。为了对其进行弥补,在图22所示的结构的基础上,如图26所示,具有:校正速度运算部76,其将输入到Tucom的放大电路61的输出信号分支来进行输入;以及加法部75,其将校正速度运算部76输出的后述的前馈(feed-forward)控制信号和相位补偿滤波器74的输出信号相加。
根据该结构,根据陀螺仪的角速度信号和镜头信息来运算模糊校正速度。而且,与反馈控制一起并用如下控制:即,将输出根据图5所示的马达特性推导出的模糊校正速度所需要的相位差信号赋予给振子的控制(一般被称为前馈控制)。由此,能够弥补由于降低反馈控制系统的可以追随(响应)的频带而产生的响应恶化,能够提高驱动开始初期的追随(响应)性能。
另外,也可以与镜头的焦距(f)无关地,始终插入相位补偿滤波器74。该情况下,当镜头的焦距(f)在预先确定的值以上时,只要变更相位补偿滤波器74的特性以使抖动频带中的增益变大即可。该情况下,在图22和图26的结构中,不需要根据镜头信息对相位补偿滤波器74进行旁通的旁通SW73。
不管对以上说明的第1~第3实施方式和变形例进行怎样的组合,都能够获得所述的良好效果。
根据以上实施方式,能够防止在抖动校正时,由于摄像单元14所产生的振动而使控制系统振荡的情况。即,能够防止不是由于用户原因产生的抖动、而是由于模糊校正装置的原因产生的振动导致拍摄出模糊图像的情况。
本发明不限于上述实施方式,在本发明的主旨的范围内,当然可以进行各种变形和应用。
例如,在上述各实施方式中,说明了通过使摄像单元14移动来进行模糊校正动作的摄影装置(单反式电子照相机)。除此之外,还存在可以通过使摄影镜头的一部分或摄影镜头整体作为移动体来移动而进行模糊校正动作的摄影装置和观测装置(望远镜等)。在这种装置中,也能够应用上述各实施方式所示的方法。
进而,在上述实施方式中包含各种级别的发明,通过所公开的多个构成要件的适当组合,可以提取出各种发明。例如,在即使从实施方式所示的全部构成要件中删除几个构成要件也能够解决上述课题并获得上述效果的情况下,删除了该构成要件的结构也可以作为发明被提取。
Claims (4)
1.一种摄像装置,该摄像装置的摄影镜头可装卸,其特征在于,该摄像装置具有:
信息输入部,其输入上述摄影镜头的信息;
摄像元件,其对上述摄影镜头形成的被摄体像进行光电转换;
移动体,其以可在与上述摄影镜头的光轴垂直的面上移动的方式支承上述摄像元件;
抖动检测传感器,其检测抖动;以及
控制部,其根据上述抖动检测传感器的输出和上述信息输入部输入的焦距信息,求出上述移动体的驱动信号,根据该驱动信号驱动上述移动体,进行模糊校正动作,
上述控制部对上述信息输入部输入的焦距信息和预定值进行比较,当焦距信息大于预定值时,将该预定值作为焦距信息进行模糊校正动作。
2.一种摄像装置,该摄像装置的摄影镜头可装卸,其特征在于,该摄像装置具有:
信息输入部,其输入上述摄影镜头的信息;
摄像元件,其对上述摄影镜头形成的被摄体像进行光电转换;
移动体,其以可在与上述摄影镜头的光轴垂直的面上移动的方式支承上述摄像元件;
抖动检测传感器,其检测抖动;以及
控制部,其根据上述抖动检测传感器的输出和上述信息输入部输入的焦距信息,求出上述移动体的驱动信号,根据该驱动信号驱动上述移动体,从而进行模糊校正动作,
上述控制部对上述信息输入部输入的焦距信息和预定值进行比较,当焦距信息大于预定值时,对上述抖动检测传感器输出实施低通滤波处理,来进行模糊校正动作。
3.一种摄像装置,该摄像装置的摄影镜头可装卸,其特征在于,该摄像装置具有:
信息输入部,其输入上述摄影镜头的信息;
摄像元件,其对上述摄影镜头形成的被摄体像进行光电转换;
移动体,其以可在与上述摄影镜头的光轴垂直的面上移动的方式支承上述摄像元件;
抖动检测传感器,其检测抖动;以及
控制部,其根据上述抖动检测传感器的输出和上述信息输入部输入的焦距信息,求出上述移动体的驱动信号,根据该驱动信号驱动上述移动体,从而进行模糊校正动作,
上述控制部对上述信息输入部输入的焦距信息和预定值进行比较,当焦距信息大于预定值时,对上述驱动信号实施在包含截止频率的预定频带中相位延迟的低通滤波处理,来进行模糊校正动作。
4.根据权利要求1~3所述的摄像装置,其特征在于,
该摄像装置具有超声波马达作为用于驱动上述移动体的致动器。
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