CN101470313B - 摄像装置的防抖控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摄像装置的防抖控制电路，包括：将检测摄像装置的抖动的抖动检测元件(106)和检测光学部件的位置的位置检测元件(102)的输出信号采样，变换为数字信号的至少一个模拟-数字变换电路(20)；对由模拟-数字变换电路(20)数字化的抖动检测元件(106)的输出信号实施处理的抖动成分处理部(26、32、34)；对由抖动成分处理部(26、32、34)处理的抖动检测元件(106)的输出信号进行下采样的下采样部(28、38)；根据从下采样部(28、38)输出的抖动检测元件(106)的输出信号、由模拟-数字变换电路(20)数字化的位置检测元件(102)的输出信号，驱动光学部件。减小根据来自位置检测元件的输出和来自抖动检测元件的输出来驱动光学元件时的控制的误差。

Description

摄像装置的防抖控制电路

技术领域

本发明涉及装入摄像装置中的防抖控制电路。

背景技术

近年，数字相机或数字摄影机等摄像装置通过增加其中具有的摄像元件的象素数，实现高画质化。另一方面，作为实现摄像装置的高画质化的其他方法，希望为了防止由于持有摄像装置的手的抖动而产生的被拍摄体的抖动，摄像装置具有手抖动修正功能。

具体而言，摄像装置具有陀螺传感器(gyro sensor)等检测元件，按照由摄像装置的抖动产生的角速度成分，驱动透镜或摄像元件，防止被拍摄体的抖动。由此，即使摄像装置抖动，抖动的成分也不会反映到取得的影像信号中，能取得没有像抖动的高画质的影像信号。

图4表示为了实现手抖动修正功能而使用的现有的防抖控制电路100的框图。防抖控制电路100设置在摄像装置中，按照在摄像装置中设置的主控制电路(不图示)的控制来工作。防抖控制电路100连接在位置检测元件102、透镜驱动元件104和抖动检测元件106上。

位置检测元件102检测摄像装置中所使用的透镜的位置。位置检测元件102能是霍耳元件，产生与透镜的绝对位置相对应的感应电流，输出电压信号。透镜驱动元件104可以是音圈电机。防抖控制电路100通过对施加在透镜驱动元件104的电压值进行调整，控制音圈电机的可动线圈的位置，即相对于成为基准的光轴的、透镜的位置。透镜驱动元件104在垂直于摄像装置的基准光轴的面内，驱动透镜。抖动检测元件106检测摄像装置的抖动，将该结果对防抖控制电路100输出。抖动检测元件106可以是陀螺传感器。生成与对摄像装置作用的抖动相对应的角速度信号，对防抖控制电路100输出。

位置检测元件102、透镜驱动元件104和抖动检测元件106适合分别至少由2个元件构成。例如，在垂直于摄像装置的光轴的面上设置与水平成份和垂直成分相对应的多个元件，进行透镜的位置检测、透镜的移动和摄像装置的抖动检测。

下面，详细说明防抖控制电路100。防抖控制电路100包含伺服电路10、透镜驱动器12、模拟-数字变换电路(ADC)14、CPU16和数字-模拟变换电路(DAC)18。

伺服电路10按照位置检测元件102输出的电压信号，生成用于控制透镜驱动元件104的信号。伺服电路10包含具有外带的电阻元件或电容器的模拟的滤波电路而构成，按照使透镜的光轴和摄像装置中所具有的摄像元件的中心一致的方式，生成用于控制透镜驱动元件104的信号。透镜驱动器12根据从伺服电路10输出的信号，生成用于驱动透镜驱动元件104的透镜驱动信号。

ADC14将抖动检测元件106输出的模拟的角速度信号变换为数字信号。CPU16根据数字的角速度信号，生成表示摄像装置的移动量的角度信号。CPU16连接在存储器(不图示)上，根据存储器中存储的软件，进行角度信号的生成处理。DAC18将由CPU16生成的数字的角度信号变换为模拟信号。

这里，伺服电路10按照将DAC18输出的模拟的角度信号和位置检测元件102输出的电压信号相加后的信号，生成用于驱动透镜驱动元件104的信号。即为了防止手抖动引起的被拍摄体抖动，根据表示被拍摄体的移动量的角度信号，变更透镜的位置，抑制摄像元件上的被拍摄体像的抖动。据此，能抑制手抖动引起的被拍摄体像的抖动，能取得高图像质量的图像信号。

[专利文献1]日本专利特开平10-213832号公报

可是，为了使防抖控制电路中所具有的滤波器的调整值的变更变得容易，希望将伺服电路、透镜驱动器、抖动检测信号的处理电路置换为能进行数字处理的逻辑电路。进而，防抖控制电路装入数字相机等的摄像元件或摄像元件的透镜模块中，所以在逻辑电路化时，尽可能小型化也是必要的。

此外，将从抖动检测元件106输出的角速度信号积分，变换为表示抖动的角度(位置)的信号，将该信号作为基准，与从位置检测元件102输出的表示光学元件的位置的信号比较，由此生成用于控制光学元件的位置的驱动信号。

这时，在认为由于角速度信号是正弦波(或者余弦波)的重合，所以将角速度信号进行时间的积分时，相位移位90°。可是，在防抖控制电路包含用于处理角速度信号的电路，由积分电路取得的角度信号的相位由于这些电路而偏移。因此，无法取得相位移位90°的后的信号。由于该偏移，具有从来自抖动检测元件106的输出信号取得的角度(位置)和从位置检测元件102输出的位置信号的比较无法正确进行的问题。

发明内容

本发明的一个形态是一种防抖控制电路，按照抖动，驱动摄像装置的光学部件，降低抖动引起的对摄像的影响，包括：将检测摄像装置的抖动的抖动检测元件和检测所述光学部件的位置的位置检测元件的输出信号采样，变换为数字信号的至少一个模拟-数字变换电路；对由所述模拟-数字变换电路数字化的所述抖动检测元件的输出信号进行处理的抖动成分处理部；对由所述抖动成分处理部处理的所述抖动检测元件的输出信号进行下采样的下采样部；根据从所述下采样部输出的所述抖动检测元件的输出信号、由所述模拟-数字变换电路数字化的所述位置检测元件的输出信号，生成用于驱动所述光学部件的控制信号的伺服电路。

更具体而言，例如所述下采样部通过比所述模拟-数字变换电路的对所述抖动检测元件的输出信号的采样周期更长的采样周期，对由所述抖动成分处理部处理后的所述抖动检测元件的输出信号采样并输出。

能通过存储和保持由所述抖动成分处理部处理后的所述抖动检测元件的输出信号的存储器、控制所述存储器中存储的所述抖动检测元件的输出信号的输出定时的CPU，实现所述下采样部。

例如，所述CPU适合并用具有控制所述抖动成分处理部的动作的功能。

此外，更具体而言，例如所述抖动成分处理部包含对由所述模拟-数字变换电路数字化的所述抖动检测元件的输出信号的积分处理。

所述本发明的防抖控制电路适合在摄像装置中应用。具体而言，例如适合作为具有所述抖动检测元件、所述位置检测元件、连接在所述防抖控制电路上并且按照所述控制信号驱动所述光学部件的光学部件驱动元件的摄像装置。

此外，本发明的其他形态是一种防抖控制电路，按照抖动，驱动摄像装置的光学部件，降低抖动引起的对摄像的影响，包括：将检测摄像装置的抖动的抖动检测元件的输出信号采样，变换为数字信号的至少一个模拟-数字变换电路；对由所述模拟-数字变换电路数字化的所述抖动检测元件的输出信号进行处理的抖动成分处理部；对由所述抖动成分处理部处理后的所述抖动检测元件的输出信号进行下采样的下采样部；根据从所述下采样部输出的所述抖动检测元件的输出信号，生成用于驱动所述光学部件的控制信号的伺服电路。

根据本发明，能将逻辑电路化的防抖控制电路进一步小型化。此外，能减小根据来自位置检测元件的输出和来自抖动检测元件的输出，驱动光学元件时的控制的误差。

附图说明

图1是表示本发明实施例的防抖控制电路的结构的图。

图2是表示防抖控制电路的相位特性的例子的图。

图3是表示本发明实施例的下采样处理(down sampling)的定时图。

图4是表示现有的防抖控制电路的结构的图。

符号的说明。

10—伺服电路；12—透镜驱动器；20—模拟-数字变换电路；22—加法电路；24—伺服电路；26—高通滤波器；28—存储器；32—积分电路；34—中心调整(centering)处理电路；36—数字-模拟变换电路；38—CPU；100、200—防抖控制电路；102—位置检测元件、104—透镜驱动元件；106—抖动检测元件。

具体实施方式

本发明实施例的防抖控制电路200如图1的功能框图所示，包含模拟-数字变换电路20(ADC)、加法电路22、伺服电路24、高通滤波器26(HPF)、积分电路32、中心调整处理电路34、存储器28、数字-模拟变换电路36(DAC)、CPU38。

防抖控制电路200连接在位置检测元件102、透镜驱动元件104、抖动检测元件106上。这些元件与现有技术中记载的元件相同。即位置检测元件102按照至少可正交变换地测定由透镜驱动元件104所驱动的透镜的位置的方式，至少对于2轴以上来设置。此外，抖动检测元件106也沿着摇摆(yaw)方向和俯仰(pitch)方向的2轴，按照能将抖动的成分可正交变换的方式，至少对于2轴以上来设置。

在本实施例中，关于摄像装置的摇摆方向(X轴方向)和俯仰方向(Y轴方向)，按照能检测透镜位置和抖动的方式来设置位置检测元件102和抖动检测元件106，进行说明。在以下的说明中，位置检测元件102和抖动检测元件106的输出信号将X轴成分彼此间、Y轴成分彼此间进行加法处理等，根据各自结果，在摇摆方向(X轴方向)和俯仰方向(Y轴方向)控制透镜位置。

ADC20将从位置检测元件102，例如霍耳元件输出的模拟的电压信号变换为数字信号。霍耳元件生成与固定在透镜上的磁铁的磁力对应的感应电流。即霍耳元件按照与透镜的距离，输出表示透镜的位置的电压信号，ADC20将该电压信号变换为数字信号，作为位置信号输出。ADC20采用在透镜的光轴和摄像装置中所具有的摄像元件的中心一致的情况下，输出表示基准的信号例如表示“0”的数字值的结构。

此外，ADC20将从抖动检测元件106，例如陀螺传感器输出的模拟的角速度信号变换为数字信号。即ADC20通过分时将来自位置检测元件102和抖动检测元件106的输出信号数字化并输出。

具体而言，将由抖动检测元件106检测的抖动的X轴成分的信号(Gyro-X)、抖动的Y轴成分的信号(Gyro-Y)、由位置检测元件102检测的透镜的位置的X轴成分的信号(Hall-X)、位置的Y轴成分的信号(Hall-Y)数字化并输出。ADC20将信号(Gyro-X，Gyro-Y)向HPF26输出，将信号(Hall-X、Hall-Y)向加法电路22输出。

HPF26除去从抖动检测元件106输出的角速度信号中所包含的直流成分，提取反映摄像装置的抖动的角速度信号的高频成分。

积分电路32将HPF26输出的角速度信号(Gyro-X，Gyro-Y)积分，生成表示摄像装置的移动量的角度信号。积分电路32适合包含不图示的数字滤波器的结构，通过进行与对不图示的寄存器设定的滤波器系数对应的滤波处理，求出角度信号即摄像装置的移动量。

角速度信号(Gyro-X，Gyro-Y)表示为与正弦波(sin波)的重合，对角速度信号进行积分和将角速度信号的各频率成分变换为只延迟90°的余弦波(cos波)等同。

中心调整处理电路34对于从积分电路32输出的角度信号，减去规定的值，生成表示摄像装置的移动量的抖动成分信号(SV-X，SV-Y)。在摄像装置进行手抖动修正处理时，继续执行修正处理时，透镜的位置渐渐从基准位置离开，有时到达透镜的可动范围的界限点附近。这时，如果继续手抖动修正处理，虽然透镜能向某一方的方向移动，但是无法向另一方移动。中心调整处理电路34是为了防止它而设置的，从角度信号减去规定的值，控制为难以接近透镜的可动范围的界限点。

中心调整处理电路34适合包含不图示的数字滤波器的构成，通过进行与对不图示的寄存器设定的滤波器系数对应的滤波处理，进行从角度信号减去规定的值的处理。

存储器28接收中心调整处理电路34的输出信号，将该输出信号在规定的存储器区域中存储和保持。存储器28接收来自CPU38的下采样数，按照该下采样数，对抖动成分信号(SV-X，SV-Y)进行下采样并输出。存储器28例如能是CPU38中内置的存储器。该存储器28和CPU38相当于下采样部。

一般，由HPF26、积分电路32和中心调整处理电路34处理后的信号如图2的单点划线所示，伴随着信号的频率提高，成为从理想的相位延迟(-90°)，相位超前的状态。因此，如图2的虚线所示，按照成为与该相位超前正好抵消程度的相位延迟的方式，通过存储器28使信号延迟。据此，如图2的实线所示，在手抖动处理所必要的1Hz以上20Hz以下左右的频带，特别在2Hz以上5Hz以下的频带中，修正为具有近乎理想的相位延迟(-90°)的角度信号(SV-X，SV-Y)。

具体而言，将来自中心调整处理电路34的输出信号拉长间隔，进行下采样处理。即变为比ADC20的采样周期更长的采样周期地将存储器28中存储的信号的采样值拉长间隔，输出。下采样处理对分别X轴成分的抖动成分信号(SV-X)和Y轴成分的抖动成分信号(SV-Y)来进行。

CPU38设定防抖控制电路200中所包含的各种滤波器的系数或伺服电路24的控制参数。进而，对存储器28设定下采样数，进行将存储器28中存储的采样值按照每个下采样数拉长间隔并使其输出输出的控制。即CPU38控制来自存储器28的输出，从而从存储器28输出的抖动成分信号(SV-X，SV-Y)成为将在ADC20的采样周期乘以下采样数后的采样周期。据此，从存储器28输出的抖动成分信号(SV-X，SV-Y)成为对于抖动成分信号(Gyro-X，Gyro-Y)，延迟90°的信号。预先测定HPF26、积分电路32和中心调整处理电路34中的信号的相位超前量，按照该量，对各防抖控制电路200，在CPU38能预先设定下采样数。

图3表示用在ADC20的采样周期的4倍的采样周期输出信号的例子。存储器28中存储的下采样前的信号在时刻t1～t21的各采样定时具有采样值S1～S21(图3中的黑圈和白圈)。用ADC20的采样周期的4倍的周期对这些的信号进行下采样(图3中的黑圈)。

据此，时刻t1～t5之间的来自存储器28的输出信号成为采样值S1。即与在时刻t1～t5之间的平均时刻即时刻t2，输出采样值S1的状态等同(图3中的二重圈)。此外，时刻t5～t9之间的来自存储器28的输出信号成为采样值S1。即在时刻t5～t9之间的平均时刻的时刻t7，成为输出采样值S5的状态(图3中的二重圈)。时刻t9以后也同样。

这样进行下采样处理时，来自存储器28的输出信号具有0次保持特性，相对于下采样处理前(图3中的虚线)，成为延迟的信号(图3中的实线)。延迟时间τ表示为数学式(1)。

[数学式1]

这里，采样周期是在ADC20的采样周期，下采样数是下采样时的采样周期对于在ADC20的采样周期的倍数。

对加法电路22输入的位置信号(Hall-X)和由存储器28进行相位调整后的抖动成分信号(SV-X)的相位差、位置信号(Hall-Y)和由存储器28进行相位调整后的抖动成分信号(SV-Y)的相位差理想的是如图3的单点划线所示，优选成为90°。可是，如上所述，由HPF26、积分电路32和中心调整处理电路34处理后的抖动成分信号(SV-X，SV-Y)对于从ADC20输出的位置信号(Hall-X，Hall-Y)，相位比90°更超前。因此，通过由CPU38控制从存储器28输出的信号的下采样数，可以控制层存储器28输出的信号的延迟时间(相位调整)，接近理想的90°延迟的状态。

加法电路22将ADC20输出的位置信号(Hall-X)和由存储器28进行相位调整后的抖动成分信号(SV-X)相加，此外，将ADC20输出的位置信号(Hall-Y)和由存储器28进行相位调整后的抖动成分信号(SV-Y)相加，向伺服电路24输出。

伺服电路24按照来自加法电路22输出信号，生成控制透镜驱动元件104的驱动的修正信号SR。伺服电路24包含寄存器和数字滤波器构成，进行使用了寄存器中存储的滤波器系数的滤波处理。

DAC36将数字的修正信号SR变换为模拟信号。根据由DAC36模拟化后的修正信号SR，通过透镜驱动元件104，对于X轴方向和Y轴方向，分别驱动摄像装置的透镜。

对使用了图1中记载的防抖控制电路200的用于修正手抖动引起的被拍摄体抖动的透镜的移动控制进行说明。

首先，说明没有手抖动引起的被拍摄体抖动的情形。由透镜驱动元件104驱动的透镜的位置因为其光轴与摄像装置中所具有的摄像元件的中心一致，所以ADC20输出表示“0”的数字的位置信号(Hall-X，Hall-Y)。伺服电路24在位置信号(Hall-X，Hall-Y)的值是“0”时，按照维持当前的透镜的位置的方式，输出控制透镜驱动元件104的修正信号SR。

此外，透镜的位置和摄像元件的中心不一致时，ADC20输出表示与“0”不同的值的数字的位置信号(Hall-X，Hall-Y)。伺服电路24按照ADC20输出的值，输出按照位置信号(Hall-X，Hall-Y)成为0的方式控制透镜驱动元件104的修正信号SR。通过重复所述的动作，按照透镜的位置和摄像元件的中心一致的方式控制透镜的位置。

下面，说明由于手抖动，产生被拍摄体的抖动的情况。由透镜驱动元件104驱动的透镜的位置因为其光轴与摄像装置中所具有的摄像元件的中心一致，所以ADC20输出表示“0”的数字的位置信号(Hall-X，Hall-Y)。另一方面，由于手抖动，摄像装置移动，所以积分电路32、中心调整处理电路34、存储器28输出表示摄像装置的移动量的抖动成分信号(SV-X，SV-Y)。

这时，在本实施例的防抖控制电路200中，用CPU38控制在存储器28的下采样数，由此，角速度信号(Gyro-X，Gyro-Y)正确地只延迟90°，将角度信号(位置信号)即抖动成分信号(SV-X，SV-Y)输入到加法电路22。

伺服电路24按照将ADC20输出的表示“0”的位置信号(Hall-X)和存储器28输出的X轴成分的抖动成分信号(SV-X)相加后的信号，生成修正信号SR。这时，尽管位置信号(Hall-X)是“0”，但由于加上不是0的抖动成分信号(SV-X)，所以伺服电路24生成使透镜移动的修正信号SR。根据该修正信号SR，控制X轴的透镜驱动元件104。同样，按照将ADC20输出的表示“0”的位置信号(Hall-Y)和存储器28输出的Y轴成分的抖动成分信号(SV-Y)相加后的信号，生成修正信号SR。这时，尽管位置信号(Hall-Y)是“0”，加上不是0的抖动成分信号(SV-Y)，所以伺服电路24生成使透镜移动的修正信号SR。根据该修正信号SR，控制Y轴的透镜驱动元件104。由于根据伺服电路24输出的修正信号SR，透镜驱动元件104使透镜移动，所以摄像装置中具有的摄像元件能取得抑制手抖动引起的被拍摄体的抖动后的信号。通过重复这样的控制，防抖控制电路200实现手抖动修正控制。

在本发明的实施例中，是从由抖动检测元件106取得的角速度信号来生成表示摄像装置的移动量的角度信号时，成为使用HPF26、积分电路32和中心调整处理电路34生成的结构。由于这些电路由数字滤波器构成，所以能容易进行滤波器系数的变更。据此，按照摄像装置的系统，能容易进行滤波器系数的调整。

此外，在本发明的实施例中，防抖控制电路200采用设置HPF26、积分电路32、中心调整处理电路34和存储器28的结构，与通过CPU38进行上述处理的结构相比，能缩小电路面积。据此，能降低搭载防抖控制电路200的半导体芯片的成本。

此外，用CPU38控制存储器28的下采样数，角速度信号(Gyro-X，Gyro-Y)正确地只延迟90°。据此，能更正确地使角速度信号(Gyro-X，Gyro-Y)正确地延迟90°，根据正确的角度信号(SV-X，SV-Y)，能以更高精度进行对手抖动的修正。在手抖动的修正时，角速度信号(Gyro-X，Gyro-Y)中处理所必要的频率低，所以由下采样处理引起的信号变形等影响也少，适合作为应用下采样处理的对象。

另外，在本发明的实施例中，位置检测元件102、透镜驱动元件104、抖动检测元件106分别为霍耳元件、音圈电机、陀螺传感器，但是本申请并不局限于此。例如，透镜驱动元件104能使用压电元件。此外，抖动检测元件106能是使用检测直线方向的加速度的传感器，根据加速度信号，检测摄像装置的抖动的结构。

此外，透镜驱动元件104能是步进电机。这时，根据由位置检测元件102检测出的角速度信号，高通滤波器26、积分电路32和中心调整处理电路34生成表示摄像装置的移动量的角度信号。防抖控制电路200根据角度信号，生成驱动步进电机的脉冲，向步进电机输出。这样，能实现使用防抖控制电路200和步进电机的手抖动修正系统。

在本发明的实施例中，是使透镜驱动，进行手抖动修正处理的透镜移动方式，但是本发明并不局限于此。例如，本发明也能在按照摄像装置的抖动，使CCD元件等摄像元件移动的CCD移动方式中应用。这时，位置检测元件102检测出摄像元件的位置，透镜驱动元件104能是驱动摄像元件的元件。

Claims (8)

1.一种防抖控制电路，按照抖动，驱动摄像装置的光学部件，降低抖动引起的对摄像的影响，包括：

至少一个模拟-数字变换电路，对检测摄像装置的抖动的抖动检测元件和检测所述光学部件的位置的位置检测元件的输出信号进行采样，将其变换为数字信号；

抖动成分处理部，对由所述模拟-数字变换电路数字化的所述抖动检测元件的输出信号实施处理；

下采样部，对由所述抖动成分处理部处理后的所述抖动检测元件的输出信号进行下采样；

伺服电路，根据从所述下采样部输出的所述抖动检测元件的输出信号、由所述模拟-数字变换电路数字化的所述位置检测元件的输出信号，生成用于驱动所述光学部件的控制信号。

2.根据权利要求1所述的防抖控制电路，其特征在于：

所述下采样部通过比所述模拟-数字变换电路的针对所述抖动检测元件的输出信号的采样周期长的采样周期，对由所述抖动成分处理部处理后的所述抖动检测元件的输出信号进行采样并输出。

3.根据权利要求1或2所述的防抖控制电路，其特征在于：

所述下采样部具有：

存储器，存储和保持由所述抖动成分处理部处理后的所述抖动检测元件的输出信号；

CPU，控制所述存储器中存储的所述抖动检测元件的输出信号的输出定时。

4.根据权利要求3所述的防抖控制电路，其特征在于：

所述CPU控制所述抖动成分处理部的动作。

5.根据权利要求1或2所述的防抖控制电路，其特征在于：

所述抖动成分处理部包含对由所述模拟-数字变换电路数字化的所述抖动检测元件的输出信号的积分处理。

6.一种摄像装置，具有权利要求1～5中的任意一项所述的防抖控制电路，还包括：所述光学部件

所述抖动检测元件；

所述位置检测元件；和

连接在所述防抖控制电路上，并且按照所述控制信号，驱动所述光学部件的光学部件驱动元件。

7.一种防抖控制电路，按照抖动，驱动摄像装置的光学部件，降低抖动引起的对摄像的影响，包括：

至少一个模拟-数字变换电路，对检测摄像装置的抖动的抖动检测元件的输出信号进行采样，变换为数字信号；

抖动成分处理部，对由所述模拟-数字变换电路数字化的所述抖动检测元件的输出信号施加处理；

下采样部，对由所述抖动成分处理部处理后的所述抖动检测元件的输出信号进行下采样；

逻辑电路，根据从所述下采样部输出的所述抖动检测元件的输出信号，生成用于驱动所述光学部件的控制信号。

8.一种摄像装置，具备权利要求7所述的防抖控制电路，

还具备：所述光学部件；

所述抖动检测元件；和

连接于所述防抖控制电路，按照所述控制信号驱动所述光学部件的光学部件驱动元件。

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