CN101359147B - 图像模糊补偿装置和图像拾取设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了图像模糊补偿装置和图像拾取设备。图像模糊补偿装置包括：光轴改变单元，其改变光轴；致动器，其驱动光轴改变单元；位移检测器，其检测由光轴改变单元改变的光轴的位置；角速度检测器，其检测从外部施加的角速度；目标位移计算器，其基于由角速度检测器所检测的角速度和由位移检测器所检测的位置，计算致动器已经驱动光轴改变单元的驱动量。然后目标位移计算器基于所计算出的驱动量获得驱动致动器时的驱动量，作为对于光轴位置的影响量的补偿结果。图像模糊补偿装置还包括驱动器，其基于由目标位置计算器计算的驱动量驱动致动器。

Description

图像模糊补偿装置和图像拾取设备
技术领域
本发明涉及一种图像模糊补偿装置，其被构造来补偿例如由于使用者持握所谓的图像模糊补偿图像拾取设备的手的无意识的移动导致的模糊图像，本发明还涉及具有该图像模糊补偿装置的诸如数字式相机或便携式摄录机的图像拾取设备。
背景技术
当使用者在使用现有技术的数字式相机或便携式摄录机拍摄图像时无意识地移动其手时，被拍摄的图像由于手抖动或摇晃而变模糊，从而显著劣化拍摄图像的质量。大致有两种技术来补偿此类图像模糊，即光学补偿技术和电补偿技术(其中由成像器拍摄的模糊图像以电的方式受到补偿)。
在光学补偿技术中，光学部件被布置在穿过光学拾取镜头到达成像器的图像光的光路的某点上，使得图像的光轴被补偿。结果，由已经影响了图像拾取设备的无意识手移动导致的图像模糊被补偿，以获得稳定的图像。
图1是示出了根据现有技术的图像拾取设备的图像补偿装置的构造的方框图。图像拾取设备包括用于拍摄图像的光学系统，所述光学系统具有沿光轴Z布置的主镜头41、移轴镜头(shift lens)42以及对焦镜头43，并且图像光通过具有这些镜头的光学系统入射在图像拾取装置44的成像表面上。然后，图像拾取装置44将图像的入射光转换为电图像信号。移轴镜头42被用于补偿模糊图像。可以通过对俯仰(pitch)致动器32进行驱动来使移轴镜头42沿俯仰角方向倾斜，也可以通过对方位(yaw)致动器36进行驱动来使移轴镜头42沿方位角方向倾斜。俯仰角和方位角被用于水平地倾斜移轴镜头42，并且由与光轴Z以直角相交、并且夹角为90度的两个彼此不同的方向形成。移轴镜头42的俯仰和方位角由俯仰和方位位置传感器33、37检测，其检测输出信号由模拟/数字转换器34、38转换为数字化的数据，并且该数字化数据被提供到伺服计算器22。
图像拾取设备还包括角速度传感器11和方位速度传感器14，角速度传感器11检测从外部施加到图像拾取设备的沿俯仰角方向的角速度，方位速度传感器14检测从外部施加到图像拾取设备的沿方位角方向的角速度。作用于图像拾取设备上的“无意识的移动”可以通过施加到两个方向(即俯仰角方向和方位角方向)上的角速度来检测。
由俯仰角速度传感器11检测的输出信号被放大器12放大，由模拟/数字转换器13数字化，然后被提供到控制单元20中的图像模糊补偿计算器21。由方位角速度传感器14检测的输出信号被放大器15放大，由模拟/数字转换器16数字化，然后被提供到图像模糊补偿计算器21。图像模糊补偿计算器21计算俯仰角和方位角的补偿量，并将所得的补偿量发送到伺服计算器22。
伺服计算器22基于提供给其的俯仰角和方位角的补偿量计算目标俯仰角和方位角，然后生成由所得的俯仰角和方位角得到的俯仰和方位驱动信号。俯仰驱动信号和方位驱动信号分别被提供到数字/模拟转换器31、35。由数字/模拟转换器31、35转换的驱动信号被提供给俯仰致动器32和方位致动器36，从而根据所得到的驱动信号设定移轴镜头42的俯仰角和方位角。
图2是示出了根据现有技术的针对图像补偿装置的俯仰角和方位角设置的更详细的构造实例的方框图。由计算图像补偿量的控制单元20输出的俯仰角补偿量Tp被提供到减法器51，使得所提供的俯仰角补偿和当前的俯仰角之间的差被检测。所检测的差被提供到PID控制运算单元52，以生成用于俯仰致动器的驱动信号，所生成的驱动信号经由数字/模拟转换器31被提供到俯仰致动器32。俯仰位置传感器33检测通过供应驱动信号来驱动的移轴镜头的俯仰位置，传感器33所检测到的俯仰位置经放大器53由模拟/数字转换器34转换。经转换的俯仰位置被提供到减法器51，以计算俯仰角补偿量Tp和所提供的经转换的俯仰位置之间的差。
由控制单元20输出的方位角补偿量Ty被提供到减法器54，使得所提供的方位角补偿值和当前的方位角之间的差被检测。所检测的差被提供到PID控制运算单元55，以生成用于方位致动器的驱动信号，所生成的驱动信号经由数字/模拟转换器35被提供到方位致动器36。方位位置传感器37检测通过供应驱动信号来驱动的移轴镜头的方位量，传感器37的所检测到的方位位置经放大器56由模拟/数字转换器38转换。经转换的方位位置被提供到减法器54，以计算俯仰角补偿量Tp和所提供的经转换的俯仰位置之间的差。
以此方式根据施加到图像拾取设备的角速度分别补偿移轴镜头的俯仰角和方位角，从而补偿图像模糊。日本未审查专利申请公布No.2007-17874公开了具有此类移轴镜头的图像拾取设备的实例。
发明内容
在上述具有检测俯仰角和方位角的传感器的图像拾取设备中，对移轴镜头进行驱动的致动器与传感器之间经常发生干扰。用于移轴镜头的致动器的实例包括利用线圈和磁体的电磁致动器。此类致动器被构造来以高速率驱动致动器，从而利用由施加到致动器的线圈的电压产生的电磁场移动移轴镜头，由此调节移轴镜头的位置，以产生稳定的图像。检测俯仰角和方位角的位置传感器通常被构造为包括霍尔元件，其检测对于磁体的相对位置以检测位置。
因为电磁致动器以电磁方式驱动移轴镜头和位置传感器以电磁方式检测移轴镜头这二者中的任一者，由电磁致动器产生的磁场可能干扰作为位置传感器的霍尔元件，从而降低检测位置时的准确度。如果图像拾取设备包括能被布置得离开足够的距离而没有干扰的电磁致动器和位置传感器，则检测位置时的准确度不会下降。但是，因为在诸如便携式摄录机和电子数字式相机中目前的趋势是减小其尺寸，所以在致动器和传感器之间离开足够的距离的想法在生产中可能不被接受。具体地，在由电磁致动器产生的电磁场效应存在的情况下由位置传感器检测位置时，补偿图像模糊时的准确度将由于位置传感器的检测准确度的下降而降低。
因此，本发明的实施例意在提供一种图像拾取设备，其基本上不存在致动器与位置传感器之间的干扰，从而准确地补偿图像模糊。
本发明的一种实施例包括：致动器，其被配置来驱动光轴改变单元，所述光轴改变单元选择性地改变图像拾取镜头系统的光轴；以及位移检测器，其被配置来检测由致动器所驱动的光轴改变单元改变的光轴的位置。根据本发明的实施例，致动器的驱动量可以基于由角速度检测器所检测的从外部施加的角速度和由位移检测器所检测的位置来计算。当计算致动器的驱动量时，目标位移计算器计算由致动器对由位移检测器检测的位置引起的影响量，并且基于由目标位移计算器获得的致动器的驱动量来驱动致动器。
结果，目标位移计算器计算出基于致动器的位置的对于由位移检测器检测的位置的影响量的补偿结果，并且补偿该影响量，从而消除来自致动器的影响，由此准确地补偿图像的图像模糊。
在本发明的实施例中，目标位移计算器计算出基于致动器的位置的对于由位移检测器检测的位置的影响量的补偿结果，并且补偿该影响量，从而消除来自致动器的影响，由此准确地补偿图像的图像模糊。因此，即使致动器和位移检测器被邻近地布置，也可以准确地补偿图像模糊，并且可以减小具有图像模糊补偿机构的设备的尺寸。
附图说明
图1是示出了根据现有技术的图像拾取设备的构造实例的方框图。
图2示出的方框图示出了根据现有技术的图像拾取设备中的移轴镜头驱动器的外围的构造实例。
图3示出的方框图示出了根据本发明第一实施例的图像拾取设备的构造实例。
图4示出的方框图示出了根据本发明第一实施例的图像拾取设备的总体构造实例。
图5示出的透视图示出了根据本发明第一实施例的移轴镜头驱动器的构造实例。
图6A和图6B分别示出的说明图示意性地示出了根据本发明第一实施例的移轴镜头的结构。
图7示出的透视图示出了应用本发明的实施例的图像拾取设备的一个实例。
图8示出的透视图示出了应用本发明的实施例的图像拾取设备的另一个实例。
图9示出的方框图示出了根据本发明第二实施例的图像拾取设备的构造实例。
图10示出的方框图示出了根据本发明第三实施例的图像拾取设备的构造实例。
图11示出的方框图示出了根据本发明第四实施例的图像拾取设备的构造实例。
图12示出的方框图示出了根据本发明第五实施例的图像拾取设备的构造实例。
图13示出的方框图示出了根据本发明第六实施例的图像拾取设备的构造实例。
具体实施方式
下面将参考图3到图8描述本发明的第一实施例。根据本发明的该实施例的图像拾取设备包括图像模糊补偿装置，所述图像模糊补偿装置被构造来补偿由在拍摄图像时无意识的手移动导致的图像模糊。各种图像拾取设备(诸如便携式摄录机、数字式相机以及可摄像电话终端)可以使用这样的图像模糊补偿装置。例如，数字摄像机80或数字摄像机90(其外观由后面描述的图7或图8中的虚线示出)可以使用该图像补偿装置。
首先，将参考图4描述图像拾取设备的总体构造。图像拾取设备包括构造来拍摄图像的镜筒81，镜筒81中包括固定镜头、变焦镜头84、移轴镜头104、对焦镜头86和成像器87，所有这些按上面的次序沿光轴Z排列。穿过这些镜头的图像光入射在成像器87的成像表面上。在这种图像拾取设备中，虹膜(光圈机构)85被布置在变焦镜头84和移轴镜头104之间。此外，除固定镜头82、83之外的其它镜头通过驱动致动器移动，传感器检测由致动器移动的镜头的位置。致动器和传感器将在后面描述。镜头和虹膜布置的顺序的一个实例被示于图4中，并且这些镜头中的每一者可以包括多个透镜。
各种类型的成像器可以被用作成像器87，包括具有电荷耦合器件(CCD)或者具有互补金属氧化物半导体(CMOS)的成像器。入射在成像器87的成像表面上的图像光被逐像素地转换为电信号，所转换的电信号被逐帧地传送到图像处理器88以进行处理，从而生成合适的成像信号。
由图像处理器88获得的成像信号被传送到对焦处理器89。对焦处理器89检测图像信号中所包含的亮度信号的高频分量，以检测经调节的对焦状态，经调节的对焦状态的检测数据被传输到镜头控制单元120。镜头控制单元120表示构造来通过驱动相关的致动器来控制镜头位置的算法处理单元。镜头控制单元120基于由变焦开关118的操作所指示的变焦位置、从对焦处理器89所提供的经调节的对焦状态以及从角速度传感器110所提供的角速度，来控制镜头的位置。
在此将描述用于镜头的这些致动器和传感器的具体构造。构造来调节拍摄的视场角的变焦镜头84沿光轴Z布置，并且由变焦致动器71移动。传感器74检测变焦镜头84的移动后的位置。致动器71基于由镜头控制单元120给予的指令来驱动变焦镜头84，由传感器74检测的变焦镜头的位置被传输到镜头控制单元120。镜头控制单元120基于由使用者操作的变焦开关118的状态利用变焦镜头84调节视场角。
虹膜致动器72控制引入虹膜85的图像光的光线的量，传感器75检测所得的光线量。致动器72基于由镜头控制单元120给予的指令来驱动虹膜85，由传感器75检测的指示变焦镜头的位置的数据被传输到镜头控制单元120。镜头控制单元120基于引入光线的量或成像条件确定由虹膜85调节的引入光线的量。
俯仰致动器101和方位致动器102可以沿俯仰角方向和方位角方向移动移轴镜头104，传感器107、108各自检测基于俯仰角和方位角的移动后的位置。致动器101，102分别基于由镜头控制单元120给予的指令驱动移轴镜头104，表示由传感器107、108检测的位移位置的数据被传输到镜头控制单元120。基于从外部施加到图像拾取设备的俯仰角角速度和方位角角速度确定移轴镜头104沿俯仰角方向和方位角方向的位移量。
对焦致动器73可以移动对焦镜头86，以沿光轴Z调节焦点，传感器76检测对焦镜头86的移动后的位置。致动器73基于由镜头控制单元120给予的指令驱动对焦镜头86，表示由传感器76检测的对焦镜头86的位置的数据被传输到镜头控制单元120。镜头控制单元120基于从对焦处理器89提供的经调节的对焦状态的数据，通过驱动对焦镜头86来针对图像进行调焦，以获得焦点对准状态。或者，镜头控制单元120基于用于针对图像进行手动调焦的调焦环致动器73的操作状态，通过驱动致动器73来针对图像进行调焦。
下面将参考图5描述对补偿图像模糊的移轴镜头104进行支撑的移轴镜头单元100的结构实例。如图5所示，在移轴镜头单元100中，移轴镜头104由镜头支撑架103支撑。镜头支撑架103以可沿方位角方向支撑轴105摆动的方式支撑移轴镜头104，并以可沿俯仰角方向支撑轴106摆动的方式支撑移轴镜头104。俯仰角和方位角是两个相互不同的角度(相差90度)，镜头支撑架103的水平面(即与光轴Z以直角相交的移轴镜头支撑表面)可以向俯仰角方向和方位角方向倾斜。在图5中示出了俯仰角P和方位角Y。移轴镜头104沿俯仰角P和方位角Y的方向位移，以使得光轴Z偏折，从而补偿图像模糊。
镜头支撑架103在俯仰角P方向上的角位置由俯仰致动器101调节，镜头支撑架103在方位角Y方向上的角位置由方位致动器102调节。俯仰致动器101和方位致动器102分别都包括线圈和将线圈夹在中间的磁轭。在致动器101、102中，俯仰角和方位角的角位置基于由施加到线圈的电压感生的磁场来确定。俯仰角的角位置由靠近俯仰致动器101安装的俯仰位置传感器107检测。方位角的角位置由靠近方位致动器102安装的方位位置传感器108检测。角位置传感器107、108位于移轴镜头单元100内，并且都不能从其外表观察到。
图6A和6B是分别示出了图5所示的移轴镜头单元100的结构的示意图。图6A示出了从沿光轴的方向观察到的移轴镜头单元100，图6B示出了沿其厚度方向剖切的移轴镜头104。图6A和6B是示出了致动器101、102的大致布置方式的示意图，并且省略了图5中的方位角方向支撑轴105和俯仰角方向支撑轴106。安装到镜头支撑架103的线圈101a与磁轭101b的固定部分的相对位置根据施加到线圈101a的电压来确定，使得沿俯仰角方向上的角位置被调节，如图6A所示。如图6B所示，磁轭101b被构造成将线圈101a夹在中间。安装到镜头支撑架103的线圈102a和磁轭102b的固定部分分别具有与上述的线圈101a和磁轭101b相似的构造，并且安装到镜头支撑架103的线圈102a与磁轭102b的固定部分的相对位置根据施加到线圈102a的电压来确定，使得沿方位角方向上的角位置被调节。俯仰位置传感器107和方位位置传感器108的位置例如紧靠镜头支撑架103的处于分别形成致动器101和102的线圈101a、102a附近的侧边。俯仰位置传感器107和方位位置传感器108例如由霍尔元件形成，从而基于所检测到的由磁体产生的磁场确定布置在磁轭的固定到移轴镜头单元100的部分上的传感器107，108相对于相应磁体(没有示出)的相对位置。注意，霍尔元件被布置在磁轭的固定到移轴镜头单元100的部分上，而磁体以可移动方式布置在磁轭的一部分上。也可以使用除了上述元件以外的其它位置检测传感器。
包括具有上述构造的移轴镜头单元100的光学系统的部件可以用于具有图7所示的外部构造的图像拾取设备(数字摄像机80。具体地，构造来拍摄静态或动态图像的数字摄像机80具有位于其中央的镜筒81，镜筒81包括各个镜头82，83，84，86，104和虹膜85。移轴镜头104被构造成在其中包括了图5所示的俯仰致动器101以及方位致动器102。数字摄像机80的主体还包括成像器87，图像经由前述的各个镜头形成在成像器表面上。
图8是示出了用于具有另一外部构造的图像拾取设备的移轴镜头单元100和其它光学部件的布置实例的视图。具体地，构造来拍摄静态或动态图像的数字摄像机90具有位于其正面上端附近的取景器91，取景器91上覆盖有固定镜头82’(或者保护玻璃)。将光轴Z向下偏折90度的棱镜92被布置在固定镜头82’的后方。固定镜头83’、变焦镜头84’、虹膜85’、移轴镜头104、对焦镜头86’以及成像器87’顺序地沿由棱镜偏折后的光轴布置。在此情况下，如图8所示，数字摄像机90的主体具有较薄的构造，并且相应地，其中所包括的光学部件(诸如镜头82’-86’)分别具有更小的尺寸。此外，在图8中没有示出的移轴镜头单元100也具有小尺寸构造。
下面将参考图3描述根据本发明实施例的用于补偿图像拾取设备中的图像模糊的控制构造。例如，图3所示的处理构造指明了图4中的镜头控制单元120和其外围部件的构造的详细描述。图像拾取设备包括俯仰角速度传感器111和方位角速度传感器114，俯仰角速度传感器111检测从外部施加到图像拾取设备的沿俯仰角方向的角速度，方位角速度传感器114检测从外部施加到图像拾取设备的沿方位角方向的角速度。这两个传感器111、114检测的俯仰角方向和方位角方向与移轴镜头单元100中的俯仰致动器101和方位致动器102所补偿的角方向相同。但是，在如图8所示光轴被棱镜等偏折的情况下，两个传感器111、114检测沿在光轴的偏折之前所获得的光轴的俯仰角方向和方位角方向。
由俯仰角速度传感器111检测到的输出信号由放大器112放大，由模拟/数字转换器113数字化，然后提供到图像模糊补偿计算器117。由方位角速度传感器114检测到的输出信号由放大器115放大，由模拟/数字转换器116数字化，然后提供到图像模糊补偿计算器117。图像模糊补偿计算器117基于俯仰角方向和方位角方向的角速度计算在补偿图像模糊时的目标位置。图像模糊补偿计算器117输出俯仰角方向和方位角方向的指令值，这些值表示所计算的各个目标位置。
由图像模糊补偿计算器117计算的俯仰角指令值经由加法器121和减法器122提供到PID控制运算单元123。PID控制运算单元123包括组合作用的比例控制、积分控制和微分控制。PID控制运算单元123计算驱动量，镜头基于所述驱动量被驱动到所提供的指令值指示的镜头位置。由PID控制运算单元123计算的驱动量被提供到数字/模拟转换器124，以生成经转换的模拟信号，将经转换的信号提供到俯仰致动器101，从而沿俯仰角方向驱动移轴镜头104。俯仰位置传感器107检测以此方式被驱动的移轴镜头104的俯仰角。表示由俯仰位置传感器107检测到的移轴镜头104的俯仰角的信号经由放大器126被提供到模拟/数字转换器127，以将信号转换为数字式数据。经转换的数字式数据被提供到减法器122。减法器122将俯仰角指令值减去由模拟/数字转换器127输出的值。
随后，将PID控制运算单元123输出的俯仰角驱动量提供给补偿值计算器125。补偿值计算器125将所提供的驱动量乘以补偿系数，来计算补偿值。基于如下的原理获得由补偿值计算器125获得的补偿值。具体地，补偿值用于补偿磁场对于由俯仰位置传感器107检测的位置的影响量，所述磁场是基于施加到线圈101a的信号而产生的，所述俯仰位置传感器107由霍尔位置传感器形成(参见图4)。驱动量被乘以补偿系数，以获得补偿值。或者，补偿值可以通过对照被准备来用于将驱动量转换为补偿值的转换表来获得。
由图像模糊补偿计算器117计算的方位角指令值经由加法器131和减法器132提供到PID控制运算单元133。PID控制运算单元133计算驱动量，镜头基于所述驱动量被驱动到由所提供的指令值指示的镜头位置。由PID控制运算单元133计算的驱动量值被提供到数字/模拟转换器134，以生成经转换的模拟信号，将经转换的信号提供到方位致动器102，从而沿方位角方向驱动移轴镜头104。方位位置传感器108检测以此方式被驱动的移轴镜头104的方位角。表示由方位位置传感器108检测到的移轴镜头104的方位角的信号经由放大器136提供到模拟/数字转换器137，以将信号转换为数字式数据。经转换的数字数据被提供到减法器132。减法器132将方位角指令值减去由模拟/数字转换器137输出的数据。
随后，将PID控制运算单元133输出的方位角驱动量提供给补偿值计算器135。补偿值计算器135将所提供的驱动量乘以补偿系数，来获得补偿值。基于如下的原理获得由补偿值计算器135获得的补偿值。具体地，补偿值用于补偿由于磁场对于由方位位置传感器108检测的位置的影响量，所述磁场是基于施加到线圈102a(参见图6A)的信号而产生的，所述方位位置传感器108由霍尔位置传感器形成。驱动量被乘以补偿系数，以获得补偿值。或者，补偿值可以通过对照被准备来用于将驱动量转换为补偿值的转换表来获得。
因为图像拾取设备中的补偿装置被构造来进行计算图1中的俯仰位置和方位位置的驱动量的伺服计算，所以可以实现优异的图像模糊补偿。具体地，基于俯仰角和方位角，致动器101、102计算由于磁场对传感器107、108导致的影响量并且补偿该影响量以产生驱动信号，所述传感器107、108由用于检测镜头位移后的位置的霍尔元件形成。因此，可以消除致动器与位置传感器之间的接近距离引起的干扰。当图6所示的图像拾取设备需要包括具有非常小尺寸的移轴镜头单元100时，以及当难以将传感器107、108布置在致动器101、102附近而不带来由于致动器101、102产生的磁力产生的影响量时，上述的构造是有效的。用于补偿图像模糊的移轴镜头单元100的尺寸可以被减小，因此具有优异的图像模糊补偿性能的图像拾取设备的尺寸也可以被减小。
由图像模糊补偿计算器117计算的俯仰角指令值被提供到加法器121。加法器121将由后面所述的补偿值计算器125输出的补偿值加上，并且将所得值提供到减法器122。减法器122减去由俯仰位置传感器107检测的当前的俯仰角的值，并将由该相减得到的指令值的差提供到PID控制运算单元123，以计算俯仰角的驱动量。PID控制运算单元123计算用于驱动镜头的驱动量，使得镜头位置的值等于所提供的指令值。由PID控制运算单元123计算的驱动量被提供到数字/模拟转换器124，以产生经转换的模拟信号，并且将该信号提供到俯仰致动器101，以沿俯仰角方向驱动移轴镜头104。俯仰位置传感器107检测移轴镜头104的俯仰角，将检测到的信号经由放大器126提供到模拟/数字转换器127以将该信号转换为数字数据，然后将经转换的数据提供到减法器122。
由PID控制运算单元123输出的俯仰角驱动量被提供给补偿值计算器125，以将驱动量乘以补偿系数，由此计算补偿值。补偿值用于补偿由于基于施加到形成俯仰致动器101的线圈101a(参见图6)的信号所产生的磁场对于由形成霍尔位置传感器的俯仰位置传感器107检测的位置的影响量。补偿值通过将驱动量乘以补偿系数来计算。或者，补偿值可以通过对照被准备来用于将驱动量转换为补偿值的转换表来获得。
此外，由图像模糊补偿计算器117计算的方位角指令值被提供到加法器131，以将由后面所述的补偿值计算器135输出的补偿值加上，并且将相加后的信号提供到减法器132。减法器132减去由方位位置传感器108检测的当前的方位角，并将由该相减得到的指令的差提供到PID控制运算单元133，以计算方位角的驱动量。PID控制运算单元133计算用于驱动镜头的驱动量，使得镜头位置的值等于所提供的指令值。所计算出的驱动量被提供到数字/模拟转换器134，以产生经转换的模拟信号，将该信号提供到方位致动器102，以沿方位角方向驱动移轴镜头104。方位位置传感器108检测移轴镜头104的方位角，将检测到的信号经由放大器136提供到模拟/数字转换器137以将该信号转换为数字数据，然后将经转换的数据提供到减法器132。
由PID控制运算单元133输出的方位角驱动量被提供给补偿值计算器135，以将驱动量乘以补偿系数，由此计算补偿值。补偿值用于补偿由于基于施加到形成方位致动器102的线圈102a(参见图6)的信号所产生的磁场对于由形成霍尔位置传感器的方位位置传感器108检测的位置的影响量。补偿值通过将驱动量乘以补偿系数来计算。或者，补偿值可以通过对照被准备来用于将驱动量转换为补偿值的转换表来获得。
因为图像拾取设备的补偿装置被构造来进行计算图3中的俯仰位置和方位位置的驱动量的伺服计算，所以可以实现优异的图像模糊补偿。具体地，利用俯仰角和方位角的驱动量，磁性致动器101、102计算由于对用于检测位移位置的由霍尔元件形成的传感器107、108造成影响的磁场所导致的影响量，并且补偿该影响量以产生用于俯仰角和方位角的驱动信号。因此，可以消除致动器与位置传感器之间的接近引起的影响。当图像拾取设备需要包括具有非常小尺寸的移轴镜头单元100时，以及当难以将传感器107、108布置在致动器101、102附近而不带来由于致动器101、102产生的磁力产生的影响时，图8中所示的图像拾取设备的上述构造是有效的。用于补偿图像模糊的移轴镜头单元100的尺寸可以被减小，因此具有优异的图像模糊补偿性能的图像拾取设备的尺寸也可以被减小。
下面将参考图9描述本发明的第二实施例。第二实施例也被构造为包含图像模糊(无意识移动的手)补偿装置，用于补偿拍摄图像时的图像模糊。第二实施例包括与第一实施例中的与第二实施例中相对应的部件相同的部件，例外之处在于图9中所示的第二实施例的控制构造代替了图3中所示的第一实施例的控制构造。对于第二实施例的与图3等中所示的本发明第一实施例的相对应的部件提供相同的标号。
图像模糊补偿计算器117基于来自传感器111的输出信号和来自传感器114的输出信号，计算针对补偿图像模糊中的目标位置的补偿指令值，所述传感器111检测俯仰角方向的角速度，传感器114检测方位角方向的角速度。
由图像模糊补偿计算器117计算的俯仰角指令值被提供到加法器121。加法器121将指令值和由后面所述的补偿值计算器125输出的补偿值相加，并且将所得值提供到减法器122。减法器122从中减去由俯仰位置传感器107检测的当前的俯仰角，并将由该相减得到的指令的差提供到PID控制运算单元123，以计算俯仰角的驱动量。PID控制运算单元123计算用于沿俯仰角方向驱动镜头的驱动量，由此使得表示镜头位置的值等于所提供的指令值。由PID控制运算单元123计算的驱动量被提供到数字/模拟转换器124，以产生经转换的模拟信号，将该信号提供到俯仰致动器101，以沿俯仰角方向驱动移轴镜头104。位置传感器107检测移轴镜头104的俯仰角，将检测到的信号经由放大器126提供到模拟/数字转换器127，以将该信号转换为数字式数据，然后将经转换的数据提供到减法器122。
由PID控制运算单元123输出的俯仰角驱动量被提供给补偿值计算器125。此外，由模拟/数字转换器127输出的当前的俯仰角的位置也被提供到补偿值计算器125。补偿值计算器125将提供到其的致动器驱动量和当前俯仰角值各自乘以补偿系数，以计算补偿值。补偿值用于补偿由于基于施加到形成俯仰致动器101的线圈101a(参见图8)的信号所产生的磁场对于由形成霍尔位置传感器的俯仰位置传感器107检测的位置的影响量。补偿值基于当前俯仰角被进一步补偿。
由图像模糊补偿计算器117计算的方位角指令值被提供到加法器131。加法器131将指令值和由后面所述的补偿值计算器135输出的补偿值相加，并且将所得值提供到减法器132。减法器132减去方位位置传感器108检测的当前的方位角，并将由该相减得到的指令的差提供到PID控制运算单元133，以计算方位角的驱动量。PID控制运算单元133计算驱动镜头的驱动量，使得镜头位置的值等于所提供的指令值。由PID控制运算单元133计算的驱动量被提供到数字/模拟转换器134以产生经转换的模拟信号，将该信号提供到方位致动器102，以沿方位角方向驱动移轴镜头104。方位位置传感器108检测移轴镜头104的方位角，将检测到的信号经由放大器136提供到模拟/数字转换器137以将该信号转换为数字式数据，然后将经转换的数据提供到减法器132。
由PID控制运算单元133输出的方位角驱动量被提供给补偿值计算器135。此外，由模拟/数字转换器137输出的表示当前的方位角位置的值也被提供到补偿值计算器135。补偿值计算器135将提供到其的致动器驱动量和当前方位角值各自乘以补偿系数，以计算补偿值。补偿值用于补偿由于基于施加到形成方位致动器102的线圈102a(参见图6)的信号所产生的磁场对于由形成霍尔位置传感器的方位位置传感器108检测的位置的影响量。所得补偿值基于当前方位角被进一步补偿。
如图9所示，基于俯仰致动器和方位致动器的驱动量和其位置来计算俯仰角和方位角的补偿值。因此，在本实施例中，与在第一实施例中所述的构造实例相比，通过基于所得补偿值的补偿，俯仰角和方位角可以被精确地控制，因此图像模糊可以被更精确地补偿。
下面将参考图10描述本发明的第三实施例。第三实施例也被构造为包含图像模糊(手移动)补偿装置，用于补偿拍摄图像时的图像模糊。第三实施例包括图10中所示的控制构造，代替了图3中所示的第一实施例的控制构造，图10中的第三实施例的其它部件与第一实施例中所示的构造的那些部件相同。对于第三实施例的与图3等中所示的本发明第一实施例的相对应的部件提供相同的标号。
图像模糊补偿计算器117基于来自传感器111的输出信号和来自传感器114的输出信号，计算针对补偿图像模糊中的目标位置的补偿指令值，所述传感器111检测俯仰角方向的角速度，传感器114检测方位角方向的角速度。
由图像模糊补偿计算器117计算的俯仰角指令值被提供到加法器121，加法器121将指令值和由补偿值计算器125输出的补偿值相加。所得值被提供到加法器129，加法器129将该所得值与由补偿值计算器138输出的补偿值相加。加法器129将所得的值提供到减法器122。减法器122从中减去由俯仰位置传感器107检测的当前的俯仰角的值，并将由该相减得到的指令的差提供到PID控制运算单元123，以计算俯仰角的驱动量。PID控制运算单元123计算用于沿俯仰角方向驱动镜头的驱动量，由此使得表示镜头位置的值等于所提供的指令值。
由PID控制运算单元123计算的驱动量被提供到数字/模拟转换器124，以产生经转换的模拟信号，将该信号提供到俯仰致动器101，以沿俯仰角方向驱动移轴镜头104。位置传感器107检测移轴镜头104的俯仰角，将检测到的信号经由放大器126提供到模拟/数字转换器127以将该信号转换为数字数据，然后将经转换的数据提供到减法器122。
由PID控制运算单元123输出的俯仰角驱动量被提供给补偿值计算器125、128中的每一个，以将驱动量乘以补偿系数，从而获得补偿值。补偿值用于补偿由于基于施加到形成俯仰致动器101的线圈101a(参见图6)的信号所产生的磁场对于由形成霍尔位置传感器的俯仰位置传感器107检测的位置的影响量。补偿值通过将驱动量乘以补偿系数来计算。
由图像模糊补偿计算器117计算的方位角指令值被提供到加法器131，以将指令值和由后面所述的补偿值计算器135输出的补偿值相加。然后，加法器131将所得值提供到加法器139，以将该所得值与由补偿值计算器128输出的补偿值相加，并且将相加的值提供到减法器132。减法器132减去方位位置传感器108检测的当前的方位角，并将由该相减得到的指令的差提供到PID控制运算单元133，以计算方位角的驱动量。PID控制运算单元133计算驱动镜头的驱动量，使得表示镜头位置的值等于所提供的指令值。所计算的驱动量被提供到数字/模拟转换器134，以产生经转换的模拟信号，将该信号提供到方位致动器102，以沿方位角方向驱动移轴镜头104。方位位置传感器108检测移轴镜头104的俯仰角，将检测到的信号经由放大器136提供到模拟/数字转换器137以将该信号转换为数字数据，然后将经转换的数据提供到减法器132。
由PID控制运算单元133输出的方位角驱动量被提供给补偿值计算器135、138中的每一个，以将驱动量乘以补偿系数，由此计算补偿值。由补偿值计算器135计算的补偿值用于补偿由于基于施加到形成方位致动器102的线圈102a(参见图6)的信号所产生的磁场对于由形成霍尔位置传感器的方位位置传感器108检测的位置的影响量。该补偿值通过将驱动量乘以补偿系数来计算。由补偿值计算器138计算的补偿值用于补偿由于基于施加到形成方位致动器102的线圈102a的信号所产生的磁场对于由形成霍尔位置传感器的俯仰位置传感器107检测的位置的影响量。该补偿值通过将驱动量乘以补偿系数来计算。
如图10所示，利用所计算的俯仰角和方位角的补偿值，基于俯仰致动器的驱动量补偿俯仰位置，并且基于方位致动器的驱动量补偿方位位置。同时，基于俯仰致动器的驱动量补偿方位位置，并且基于方位致动器的驱动量补偿俯仰位置。因此，在本实施例中，与在图3中的第一实施例中所述的构造实例相比，俯仰角和方位角可以被精确地控制，因此图像模糊可以被更精确地补偿。
下面将参考图11描述本发明的第四实施例。第四实施例也被构造为包含图像模糊(手移动)补偿装置，用于补偿拍摄图像时的图像模糊。第四实施例包括图11中所示的控制构造，代替了图3中所示的第一实施例的控制构造，图11中的第四实施例的其它部件与第一实施例中所示的构造的那些相同。对于第四实施例的与图3和图10中所示的本发明第一和第三实施例的相对应的部件提供相同的标号。
图像模糊补偿计算器117基于来自传感器111的输出信号和来自传感器114的输出信号，计算针对补偿图像模糊中的目标位置的补偿指令值，所述传感器111检测俯仰角方向的角速度，传感器114检测方位角方向的角速度。
由图像模糊补偿计算器117计算的俯仰角指令值被提供到加法器121，以将指令值和由补偿值计算器125输出的补偿值相加。所得值被提供到加法器129，以将该所得值与由补偿值计算器138输出的补偿值相加。所得的值由加法器129输出，然后提供到减法器122。减法器122从中减去由俯仰位置传感器107检测的当前的俯仰角，并将由该相减得到的指令值的差提供到PID控制运算单元123，以计算俯仰角的驱动量。PID控制运算单元123计算用于沿俯仰角方向驱动镜头的驱动量，由此使得镜头位置的值等于所提供的指令值。
由PID控制运算单元123计算的驱动量被提供到数字/模拟转换器124，以产生经转换的模拟信号，将该信号提供到俯仰致动器101，以沿俯仰角方向驱动移轴镜头104。位置传感器107检测移轴镜头104的俯仰角，将检测到的信号经由放大器126提供到模拟/数字转换器127以将该信号转换为数字数据，然后将经转换的数字数据提供到减法器122。
由PID控制运算单元123输出的俯仰角驱动量被提供给补偿值计算器125、128中的每一个，以将驱动量乘以补偿系数，从而获得补偿值。由模拟/数字转换器127输出的俯仰位置值被提供给补偿值计算器125、128中的每一个，从而获得用于将镜头驱动到当前俯仰位置的补偿值。由补偿值计算器125计算的补偿值用于补偿由于基于施加到形成俯仰致动器101的线圈101a(参见图6)的信号所产生的磁场对于由形成霍尔位置传感器的俯仰位置传感器107检测的位置的影响。同时，所获得的补偿值被进一步补偿，以将镜头驱动到当前的俯仰位置。由补偿值计算器128计算的补偿值用于补偿由于基于施加到形成俯仰致动器101的线圈101a的信号所产生的磁场对于由形成霍尔位置传感器的俯仰位置传感器108检测的位置的影响。同时，所获得的补偿值被进一步补偿，以将镜头驱动到当前的俯仰位置。
由图像模糊补偿计算器117计算的方位角指令值被提供到加法器131，以将指令值和由后面所述的补偿值计算器135输出的补偿值相加。然后，加法器131将所得值提供到加法器139，以将该所得值与由补偿值计算器128输出的补偿值相加，并且将相加的值提供到减法器132。减法器132减去方位位置传感器108检测的当前的方位角，并将由该相减得到的指令值的差提供到PID控制运算单元133，以计算方位角的驱动量。PID控制运算单元133计算驱动镜头的驱动量，使得表示镜头位置的值等于所提供的指令值。所计算的驱动量被提供到数字/模拟转换器134，以产生经转换的模拟信号，将该信号提供到方位致动器102，以沿方位角方向驱动移轴镜头104。方位位置传感器108检测移轴镜头104的方位角，将检测到的信号经由放大器136提供到模拟/数字转换器137以将该信号转换为数字数据，然后将经转换的数据提供到减法器132。
由PID控制运算单元133输出的方位角驱动量被提供给补偿值计算器135、138中的每一个，以将驱动量乘以补偿系数，由此计算补偿值。由补偿值计算器135计算的补偿值用于补偿由于基于施加到形成方位致动器102的线圈102a(参见图6)的信号所产生的磁场对于由形成霍尔位置传感器的方位位置传感器108检测的位置的影响量。同时，所获得的补偿值被进一步补偿，以将镜头驱动到当前的方位位置。由补偿值计算器138计算的补偿值用于补偿由于基于施加到形成方位致动器102的线圈102a的信号所产生的磁场对于由形成霍尔位置传感器的俯仰位置传感器107检测的位置的影响量。同时，所获得的补偿值被进一步补偿，以将镜头驱动到当前的方位位置。
如图11所示，利用所计算的俯仰角和方位角的补偿值，基于俯仰致动器的驱动量补偿俯仰位置，并且基于方位致动器的驱动量补偿方位位置。同时，基于俯仰致动器的驱动量补偿方位位置，并且基于方位致动器的驱动量补偿俯仰位置。此外，在本实施例中，因为俯仰角和方位角的值基于俯仰位置和方位位置被补偿，所以与在图3中的第一实施例或图10中的第三实施例中所述的构造实例相比，俯仰角和方位角可以被精确地控制，因此图像模糊可以被更精确地补偿。
下面的方程1用于获得提供到图11中用于俯仰角的PID控制运算单元123的经补偿的指令值Tcp，以及提供到用于方位角的PID控制运算单元133的经补偿的指令值Tcy。
方程1
Tcp＝Trp+{Dp(Kpp·Pp+Cpp)}+{Dy(Kyp·Py+Cyp)}
Tcy＝Try+{Dy(Kyy·Py+Cyy)}+{Dp(Kpy·Pp+Cpy)}
Tcp，Tcy：补偿后的指令值(俯仰，方位)
Trp，Try：没有来自致动器的影响的指令值(俯仰，方位)
Pp，Py：镜头位置(俯仰，方位)
Dp，Dy：施加的电压(俯仰，方位)
Kab：表示由致动器产生的磁场a对霍尔传感器b引起的影响量的系数(俯仰，方位)
Cab：常数(a，b分别表示俯仰值和方位值中的一个)
下面将参考图12描述本发明的第五实施例。第五实施例也被构造为包含图像模糊(手移动)补偿装置，用于补偿拍摄图像时的图像模糊。第五实施例包括图12中所示的控制构造，代替了图11中所示的第四实施例的控制构造，图12中的第五实施例的其它部件与第一实施例中所示的构造的那些相同。对于图12中第五实施例的与图3和图11中所示的本发明第一和第四实施例的相对应的部件提供相同的标号。
图12中所示的本发明的第五实施例的构造与图11中所示的控制构造的构造基本相同。在本实施例中，由图像模糊补偿计算器117计算的俯仰角指令值被提供到加法器142。加法器142将指令值与由变焦和对焦镜头位置输出单元141输出的补偿值相加，由加法器142输出的所得值被提供到加法器121。此外，由图像模糊补偿计算器117计算的方位角指令值被提供到加法器143。加法器143将指令值与由变焦和对焦镜头位置输出单元141输出的补偿值相加，由加法器143输出的所得值被提供到加法器131。
变焦镜头和对焦镜头位置输出单元141基于变焦镜头的位置，通过补偿由用于驱动变焦镜头的致动器对俯仰角指令值的影响量，来计算补偿值。此外，变焦镜头和对焦镜头位置输出单元141基于对焦镜头的位置，通过补偿由驱动对焦镜头的致动器对俯仰角指令值的影响，来计算补偿值。所计算的这些补偿值由变焦镜头和对焦镜头位置输出单元141相加在一起，然后被输出。
因此，因为变焦镜头位置和对焦镜头位置的值都可以被补偿，并且移轴镜头位置的值可以被补偿，因而实现了优异的图像模糊补偿。注意，用于上述构造的补偿可以基于变焦镜头位置的值和对焦镜头位置的值中的一者来进行。
下面将参考图13描述本发明的第六实施例。第六实施例也被构造为包含图像模糊(手移动)补偿装置，用于补偿拍摄图像时的图像模糊。第六实施例包括图13中所示的控制构造，代替了图11中所示的第四实施例的控制构造，图13中的第六实施例的其它部件与第一实施例中所示的构造的那些相同。对于图13中的第六实施例的与图3和图11中所示的本发明第一和第四实施例的相对应的部件提供相同的标号。
图13中所示的本发明的第六实施例的构造与图11中所示的控制构造的构造基本相同。第六实施例包括热敏电阻144作为温度检测元件，该元件检测图像拾取设备中的移轴镜头单元附近的温度。接着，由热敏电阻144检测的温度数据被提供到各个补偿值计算器125、128、135和138。基于所提供的温度来计算针对补偿值计算器125、128、135和138的补偿值，执行温度补偿处理以补偿这些补偿值。随后，经过了温度补偿的补偿值被提供到各个加法器121、129、131和139。
因为位置传感器107、108在检测值中表现出温度特性，所以传感器的温度特性可以基于所获得的温度被补偿。而且，即使图像拾取设备拍摄图像的环境的温度发生变化，也可以实现优异的补偿。
注意，上面所描述的实施例仅仅是优选实施例，并且并不限于附图中所示的那些构造。此外，具有霍尔元件的实例被描述作为用于检测位置的传感器，但是霍尔元件也可以被用作受到来自致动器的影响的其它传感器。
而且，在这些实施例中描述的处理构造可以被组合。例如，图12所示的基于变焦镜头位置或对焦镜头位置的补偿可以在图3所示的构造中进行。图13所示的温度补偿也可以在图3中所示的构造中进行。
本领域的技术人员应该理解，根据设计需要和其他因素可以进行各种修改、组合、子组合和替换，它们仍然落在所附权利要求或其等同方案的范围内。
相关申请的交叉引用
本发明包含与2007年8月2日在日本专利局提交的日本专利申请JP2007-202251有关的主题，其全部内容通过引用包含于此。

Claims (8)

1.一种图像模糊补偿装置，包括：
光轴改变单元，其被配置来改变图像拾取镜头系统的光轴；
致动器，其被配置来驱动所述光轴改变单元；
位移检测器，其被配置来检测由所述光轴改变单元改变的所述光轴的位置；
角速度检测器，其被配置来检测从外部施加的角速度；
目标位移计算器，其被配置来计算驱动所述致动器时的驱动量，其中，所述目标位移计算器包括图像模糊补偿计算器、PID控制运算单元、补偿值计算器、加法器和减法器，所述图像模糊补偿计算器基于由所述角速度检测器所检测的角速度来计算表示目标位置的指令值，所述PID控制运算单元包括组合作用的比例控制、积分控制和微分控制，用于计算所述驱动量，所述补偿值计算器通过将所述PID控制运算单元提供的驱动量乘以补偿系数或者通过对照驱动量与补偿值的转换表，来计算补偿值，所述补偿值用于补偿由所述致动器对所述位移检测器检测的所述光轴的位置所引起的影响量，所述补偿值和所述指令值被提供给所述加法器，所述加法器的输出和所述位移检测器的输出被提供给所述减法器，所述减法器的输出被提供给所述PID控制运算单元；以及
驱动器，其被配置来基于由所述目标位移计算器计算的所述驱动量驱动所述致动器。
2.如权利要求1所述的图像模糊补偿装置，其中：
所述致动器以电磁方式驱动所述光轴改变单元，所述位移检测器是基于磁强度来进行检测的传感器。
3.如权利要求1所述的图像模糊补偿装置，其中：
所述致动器包括沿第一方向补偿所述光轴的第一致动器和沿第二方向补偿所述光轴的第二致动器，所述位移检测器包括第一位移检测器和第二位移检测器，所述第一位移检测器检测由所述第一致动器位移后的所述光轴沿所述第一方向的位置，所述第二位移检测器检测由所述第二致动器位移后的所述光轴沿所述第二方向的位置；并且
所述目标位移计算器补偿由所述第一致动器对由所述第一检测器检测的所述光轴的位置引起的影响量，以及由所述第二致动器对由所述第二检测器检测的所述光轴的位置引起的影响量。
4.如权利要求1所述的图像模糊补偿装置，其中：
所述图像拾取镜头系统包括对焦镜头和变焦镜头以及对焦镜头致动器和变焦镜头致动器，并且所述目标位移计算器至少基于所述对焦镜头和所述变焦镜头之一被调节到的位置来计算所述对焦镜头致动器和所述变焦镜头致动器中相应的那个致动器的驱动量，以补偿对于由所述相应的那个致动器对由所述位移检测器检测的所述光轴的位置引起的影响量。
5.一种图像拾取设备，包括：
图像拾取镜头系统；
光轴改变单元，其被配置来改变所述图像拾取镜头系统的光轴；
成像器，其被配置来经由所述图像拾取镜头系统获取图像；
致动器，其被配置来驱动所述光轴改变单元；
位移检测器，其被配置来检测由所述光轴改变单元改变的所述光轴的位置；
角速度检测器，其被配置来检测从外部施加的角速度；
目标位移计算器，其被配置来计算驱动所述致动器时的驱动量，其中，所述目标位移计算器包括图像模糊补偿计算器、PID控制运算单元、补偿值计算器、加法器和减法器，所述图像模糊补偿计算器基于由所述角速度检测器所检测的角速度来计算表示目标位置的指令值，所述PID控制运算单元包括组合作用的比例控制、积分控制和微分控制，用于计算所述驱动量，所述补偿值计算器通过将所述PID控制运算单元提供的驱动量乘以补偿系数或者通过对照驱动量与补偿值的转换表，来计算补偿值，所述补偿值用于补偿由所述致动器对所述位移检测器检测的所述光轴的位置所引起的影响量，所述补偿值和所述指令值被提供给所述加法器，所述加法器的输出和所述位移检测器的输出被提供给所述减法器，所述减法器的输出被提供给所述PID控制运算单元；以及
驱动器，其被配置来基于由所述目标位移计算器计算的所述驱动量驱动所述致动器。
6.如权利要求5所述的图像拾取设备，其中：
所述致动器以电磁方式驱动所述光轴改变单元，所述位移检测器是基于磁强度来进行检测的传感器。
7.如权利要求5所述的图像拾取设备，其中：
所述致动器包括沿第一方向补偿所述光轴的第一致动器和沿第二方向补偿所述光轴的第二致动器，所述位移检测器包括第一位移检测器和第二位移检测器，所述第一位移检测器检测由所述第一致动器位移后的所述光轴沿所述第一方向的位置，所述第二位移检测器检测由所述第二致动器位移后的所述光轴沿所述第二方向的位置；并且
所述目标位移计算器补偿由所述第一致动器对由所述第一检测器检测的所述光轴的位置引起的影响量，以及由所述第二致动器对由所述第二检测器检测的所述光轴的位置引起的影响量。
8.如权利要求5所述的图像拾取设备，其中：
所述图像拾取镜头系统包括对焦镜头和变焦镜头以及对焦镜头致动器和变焦镜头致动器，并且所述目标位移计算器基于所述对焦镜头和所述变焦镜头之一被调节到的位置来计算所述对焦镜头致动器和所述变焦镜头致动器中相应的那个致动器的驱动量，以补偿对于由所述相应的那个致动器对所述位移检测器的干扰。
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