CN101470316A

CN101470316A - 振动补偿控制电路

Info

Publication number: CN101470316A
Application number: CNA2008101886122A
Authority: CN
Inventors: 田渊善久
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; System Solutions Co Ltd
Priority date: 2007-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: JP2009159018A; JP5298269B2; US20090160948A1; US8199206B2; CN101470316B

Abstract

一种振动补偿控制电路，为解决下述问题：在摄像装置的振动补偿控制电路中，在对根据振动检测的角速度信号进行积分来计算透镜的所需位移量的处理中，若使用进行积分的低通滤波器(LPF)、进行定心的高通滤波器(HPF)，则在目标补偿频带的低频侧会产生相位滞后不足，不能得到正确的积分信号且振动补偿的精度低下。陀螺仪均衡器(24)利用积分电路(46)(LPF)对来自陀螺仪传感器(12)的角速度信号积分，变换为角度信号，用定心处理电路(50)(HPF)去除角度信号的直流分量。通过由低频加强滤波器构成的相位滞后补偿电路(48)，补偿目标补偿频带的低频侧的角度信号的相位滞后不足，使角度信号相对于角速度信号的相位滞后接近积分处理中的90度。

Description

振动补偿控制电路

技术领域

本发明涉及一种对振动补偿机构进行驱动的振动补偿控制电路，该振动补偿机构是为了对数码相机等摄像装置中的手抖动等振动进行补偿而设置的振动补偿机构。

背景技术

在现有的摄像装置中，为了抑制手抖动引起的画质的下降，大多数摄像装置搭载了手抖动修正功能。存在几种手抖动修正方式，其一为：利用振动检测元件检测摄像装置的振动，根据其检测信号，利用执行元件(actuator)使修正透镜等光学部件、CCD图像传感器等摄像元件发生位移。在振动检测元件中使用陀螺仪传感器对光轴的朝向变化所对应的角速度进行检测。另一方面，在执行元件的驱动控制中使用了透镜等的位移量。因此，生成执行元件的驱动信号的振动补偿控制电路中伴随着对从振动检测元件获得的角速度等的位移速度进行积分从而变换为位移量的处理。

具体而言，计算该位移量的处理中，在对从陀螺仪传感器输出的角速度信号进行了将比手抖动的振动频率的频带低的频率分量去除的手抖动分量提取处理之后，进行积分处理，由角速度变换为相应于角度的位移量。此外，在计算该位移量的处理中还进行定心处理，通过使积分处理的输出信号衰减等，决定位移量使透镜等难以达到可动界限。这里，将基于陀螺仪传感器输出信号生成与位移量相应的振动补偿信号的处理部称为陀螺仪均衡器。

专利文献1：特开平10-213832号公报

以往，陀螺仪均衡器通过使用微处理器的软件来实现。这里，在振动补偿控制电路中追求高处理速度，微处理器需要在高速时钟下能够工作。例如，在摄像装置一秒钟摄像30帧的图像从而获得动画的情况下，透镜的位置需要以比1/30秒高的速度追随振动。

使用高速时钟驱动微处理器时，有振动补偿控制电路中的消耗功率增大的问题。搭载了振动补偿控制电路的摄像装置以锂离子电池等蓄电池为电源来驱动。因此，如果振动补偿控制电路的消耗功率增大，则蓄电池的消耗变快，摄像装置的驱动时间变短。即，产生动画的摄像时间变短并且静止图像的摄像张数减少的问题。摄像装置的手抖动修正功能不仅在动画、静止图像的摄像中，在摄像的准备中的预览时也被执行的情形较多，所以希望减低关于手抖动修正功能的消耗功率。

这里，能够通过用滤波电路实现陀螺仪均衡器，回避使用微处理器来实现降低消耗功率。具体而言，能够使用高通滤波器(High pass Filter：HPF)来构成手抖动分量提取处理。能够使用低通滤波器(Low pass Filter：LPF)来实现积分处理。此外，能够通过使用HPF来去除积分处理的输出信号的直流分量来进行定心处理。

在使用这些滤波电路来构成陀螺仪均衡器的情况下，希望该陀螺仪均衡器的相位特性至少在需要补偿振动的目标补偿频带B_CMP相对于陀螺仪均衡器的输入信号滞后90°。换言之，相位滞后(phase lag)越偏离90度，精度越低，越不能精度良好的补偿振动。

这点，例如，进行积分的LPF具有如下的相位特性，即：隔着截止频率(cutoff frequency)F_C所在的迁移区域在高频侧滞后90度，在低频侧为0度；定心(centering)用HPF具有如下的相位特性，即：隔着迁移区域在高频侧超前0度，在低频侧超前90度。因此，使用了滤波电路的陀螺仪均衡器在低频侧相位滞后量比90度低。如上所述，由于LPF、HPF的相位特性具有截止频率f_C附近的迁移区域、目标补偿频带的下限被设定在例如数Hz这样低的频率等原因，该相位滞后量的降低会波及到目标补偿频带内的低频侧的区域。图4示意性地表示该情形的陀螺仪均衡器的相位特性，横轴对应于频率f，纵轴对应于输出信号相对于输入信号的相位在图4中，频率f_L是目标补偿频带B_CMP的下限，频率f_H是上限。

以比下限f_L低的频率变动的角速度分量通过在陀螺仪均衡器的输入侧设置的HPF去除，所以在比f_L低的频段的相位滞后90度的减少给予由陀螺仪均衡器求出的位移量的精度的影响是有限的。与此相对，目标补偿频带B_CMP内的相位特性从相位滞后90度偏移，产生给予位移量相应的振动补偿信号的精度低下的影响变大，不能较好地实现振动补偿的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于对根据与位移速度相应的振动检测信号生成的振动补偿信号的精度低下进行抑制，提供一种能较好地对振动进行补偿的振动补偿控制电路。

本发明相关的振动补偿控制电路，从摄像装置所具备的振动检测元件获得与位移速度相应的振动检测信号，来对所述摄像装置的振动补偿机构进行驱动，该振动补偿控制电路具有：振动补偿信号生成电路，对所述振动检测信号进行积分处理，生成与所述摄像装置的位移量相应的振动补偿信号；和伺服电路，根据所述振动补偿信号，生成对所述振动补偿机构进行驱动的驱动信号；所述振动补偿信号生成电路具有：高通滤波器，从所述振动检测信号中衰减低频分量，使目标补偿频带的振动分量通过；积分电路，对通过所述高通滤波器后的所述振动检测信号进行所述积分处理；和相位滞后补偿电路，进行相位滞后补偿，对所述目标补偿频带内的该振动补偿信号生成电路的相位特性进行调整。

(发明效果)

根据本发明，当振动补偿信号生成电路的相位特性在目标补偿频带内的特定频段产生相位超前时，利用相位滞后补偿电路对该相位超前量进行补偿。由此，能精度良好地进行在目标补偿频带内从位移速度向位移量的变换，提高与摄像装置的位移量相应的振动补偿信号的精度。其结果，对摄像装置的振动能够进行良好的补偿。

附图说明

图1是本发明的实施方式相关的照相机的手抖动修正系统的概略的框图。

图2是一般性的相位滞后补偿要素的示意性的伯德图。

图3是示意性地表示具备了相位滞后补偿电路的陀螺仪均衡器的相位特性的图。

图4是示意性地表示现有的问题的陀螺仪均衡器的相位特性。

符号说明：2—传感器部；4—电路部；6—驱动部；8—透镜；10—霍尔元件；12—陀螺仪传感器；14—音圈电动机(VCM)；20—A/D变换器(ADC)；22—霍尔均衡器；24—陀螺仪均衡器；26—D/A变换器(DAC)32—加法器；34—伺服电路；40—手抖动分量提取电路；46—积分电路；48—相位滞后补偿电路；50—定心处理电路。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施的方式(以下称为实施方式)进行说明。本实施方式是关于照相机的，本发明相关的振动补偿控制电路用于该照相机的手抖动修正功能。

图1是实施方式相关的照相机的手抖动修正系统的概略框图。本手抖动修正系统包括传感器部2、电路部4以及驱动部6。手抖动修正系统中有几种方式，例如，本系统能够采用以下的方式，即：对在摄像元件(未图示)的受光面形成光学像的光学系统中设置的修正透镜(透镜8)的位置进行控制的方式。

传感器部2由霍尔元件10和陀螺仪传感器12构成。霍尔元件10是用于检测透镜8的位置而设置的传感器，根据在透镜8上固定的磁铁的磁场，产生与磁力透镜8的距离相应的电压信号V_P，输出到电路部4。为了对与光轴垂直的平面(x-y平面)内的透镜8的二维位置(P_X，P_Y)进行检测，霍尔元件10分别与x方向、y方向对应而设置，分别对x方向、y方向得到信号V_P。

陀螺仪传感器12是用于检测照相机的振动而设置的传感器(振动检测元件)，将与角速度ω相应的电信号V_ω输出到电路部4，作为与照相机的位移速度相应的振动检测信号。陀螺仪传感器12也设置了两个，分别针对绕x轴旋转的角速度分量以及绕y轴旋转的角速度分量获得信号V_ω。

能位移的透镜8和使该透镜8位移的驱动部6构成振动补偿机构，驱动部6的驱动力源例如由音圈电动机(Voice Coil Motor：VCM)14构成。VCM14根据电路部4生成的驱动信号的电压，使构成该VCM的可动线圈的位置直线位移，控制透镜8的位置。为了实现x-y平面内的二维位移，设置一对VCM14，x方向、y方向各自的位移成为可能。

电路部4包括A/D变换器(ADC：Analog-to-Digital Converter)20、霍尔均衡器22、陀螺仪均衡器24以及D/A变换器(DAC：Digital-to-AnalogConverter)26。电路部4由逻辑电路构成，例如被构成为ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)。

分别向ADC20输入霍尔元件10、陀螺仪传感器12的输出信号。ADC20将两个霍尔元件10各自输出的电压信号V_P、两个陀螺仪传感器12分别输出的电压信号V_ω分时地变换为数字数据。各信号的A/D变换按各伺服控制周期周期性地进行。

根据霍尔元件10的输出而生成的位置数据D_P输入到霍尔均衡器22。另一方面，根据陀螺仪传感器12的输出所生成的角速度数据D_ω输入到陀螺仪均衡器24。

陀螺仪均衡器24是生成与照相机的位移量相应的振动补偿信号的电路，按各伺服控制周期对规定的取样期间内输入的角速度D_ω进行积分处理，分别生成绕x轴、y轴旋转的照相机的摇动角度θ所对应的数据D_θ。陀螺仪均衡器24根据数据D_θ生成分别针对x方向、y方向的手抖动量所对应的振动补偿数据D_S并输出。对于陀螺仪均衡器24的构成进一步后述。

霍尔均衡器22具有加法器32以及伺服电路34。加法器32将从ADC20输入的位置数据D_P和来自陀螺仪均衡器24的振动补偿数据D_S在x、y各方向分别进行相加。伺服电路34根据加法器32的输出数据，计算与透镜8分别在x轴方向、y轴方向上的所需位移量相当的伺服数据D_SV。

DAC26将从霍尔均衡器22输出的伺服数据D_SV变换为模拟电压信号。对DAC26所输出的电压信号实施规定的放大处理后施加给VCM14。向D_SV的绝对值减少的方向驱动VCM14，由此，搭载了本系统的照相机在摄像期间，根据手抖动使透镜8移动，对该手抖动引起的摄像元件上的被拍摄体像的位移进行补偿，能够得到高画质的图像信号。

接着，说明陀螺仪均衡器24的结构。陀螺仪均衡器24包括手抖动分量提取电路40、积分电路46、相位滞后补偿电路48以及定心处理电路50。

手抖动分量提取电路40是HPF，从ADC20输入由时间系列的角速度数据D_ω构成的角速度信号，衰减该角速度信号所包含的直流分量，提取反映了照相机的振动的角速度信号的高频分量。手抖动分量提取电路40由数字滤波器构成。

积分电路46对手抖动分量提取电路40输出的角速度信号进行积分，生成表示摄像装置的位移量的角度信号。利用LPF构成积分电路46。该LPF通过数字滤波器构成，通过未图示的寄存器中所设定的滤波器系数来设定滤波特性。基本而言，优选构成积分电路46的LPF的相位特性设定为：在进行手抖动修正的目标补偿频带B_CMP，对所输入的角速度信号实现90度的相位滞后。

由积分电路46获得的角度信号经过相位滞后补偿电路48输入到定心处理电路50。定心处理电路50进行修正位移量的处理，使透镜8难以到达补偿控制机构的可动界限。定心处理的方法的一种为以下的方法，即：从由积分处理获得的角度信号中，使具有比目标补偿频带B_CMP的下限f_L低的频率并且可看做直流的分量衰减。在该情况下，定心处理电路50能够利用HPF来构成。该HPF由数字滤波器构成，通过未图示的寄存器中所设定的滤波器系数来设定滤波特性。基本而言，构成定心处理电路50的HPF的截止频率f_C被设定为比目标补偿频带B_CMP的下限f_L低。此外，优选设定相位特性，使在低频侧产生的HPF的相位超前不到达频带B_CMP内。

在上述积分电路46、定心处理电路50的频率特性中进行考虑，使陀螺仪均衡器24所输出的补偿控制信号在目标补偿频带B_CMP中成为与角速度的良好的积分结果相应的信号，但是不容易实现，会产生与利用图4所说明的现有技术同样的问题。在本发明中，为了解决这个问题，陀螺仪均衡器24具有相位滞后补偿电路48。相位滞后补偿电路48能够由数字滤波器构成。

相位滞后补偿电路48对从积分电路46输入的积分信号，在特定的频率频带内给予相位滞后，然后输出到定心处理电路50。图2是一般性的相位滞后补偿要素的示意性伯德图(Bode diagram)，图2(a)表示增益特性，图2(b)表示相位特性。例如由以下的双一次形式的传递函数G(s)给出这样的相位滞后补偿要素。

G(s)＝K(s+αω₀)/{s+(1/α)ω₀}

这里，s是拉普拉斯算子。此外，K、α、ω₀是参数，ω₀>0，α>1。由该传递函数给予的相位滞后补偿要素的增益特性，在简单进行说明的K＝1的情况下，输入信号的角频率ω_S＝ω₀时，为α(20log₁₀α[dB])，在低频区域向α²(40log₁₀α[dB])渐近，在高频区域向1(0[dB])渐近。相位在ω_S＝ω₀时成为最大相位滞后角，ω_S伴随着从ω₀分别向低频侧、高频侧离开而渐近于0。由下式获得，其绝对值为90度以下。伴随着α的增加，的绝对值增加，此外，相位滞后补偿的效果也涉及更广的频率范围。

顺便提及，具有图2所示的相位滞后补偿特性的滤波器被称为低频加强滤波器(Low-Boost Filter：LBF)。此外，其增益特性的形状为在低频获得架状(shelf)增益，所以又被称为低架滤波器(low-shelf filter，low-shelving filter)。

相位滞后补偿电路48是利用LBF来构成的。其相位滞后补偿的范围以及程度，通过调整ω₀以及α，被设定为从如图4所示的目标补偿频带B_CMP的低频区域的相位滞后的90度减小，即对相位滞后不足进行补偿。顺便说，在对目标补偿频带B_CMP的低频区域的相位滞后不足进行补偿时，产生最大相位滞后的频率ω₀设定在分贝标度(decibel scale)的目标补偿频带B_CMP的比中央靠低频侧，由此能够使目标补偿频带B_CMP的低频侧(例如下限f_L)的相位滞后补偿电路48的相位滞后补偿量比目标补偿频带B_CMP的高频侧(例如上限f_H)大。

图3是示意性地表示具备了相位滞后补偿电路48的陀螺仪均衡器24的相位特性的图。在图3中，表示了积分电路46以及定心处理电路50的相位特性(相位曲线60)、对此设定的相位滞后补偿电路48的相位特性(相位曲线62)、和设置了相位滞后补偿电路48的陀螺仪均衡器24的相位特性(相位曲线64)。如图3所示，通过设置相位滞后补偿电路48，对相位滞后不足的频率范围选择性地进行相位滞后补偿，能够跨目标补偿频带B_CMP的整体使相位特性滞后接近90度。由此，陀螺仪均衡器24在目标补偿频带B_CMP进行适合的积分处理，能够生成与对角速度ω进行积分后得到的角度θ相应的补偿控制信号。

另外，在仅利用一个LBF时目标补偿频带B_CMP内相位滞后不足的部分有残余的情况下，可以再追加LBF，构成为在该部分选择性地进行相位滞后补偿。

顺便说，如图2所示，在某频率范围选择性地产生相位滞后的要素，从伯德定律(bode rule)可以理解，基本上是在该频率范围产生增益迁移的低架滤波器。低架滤波器除了存在有上述的双一次形式的传递函数的滤波器之外，还存在双二次形式的传递函数的滤波器。相位滞后补偿电路48也可以由上述的双一次形式的传递函数以外的传递函数的数字滤波器构成。

此外，在上述的实施方式中，相位滞后补偿电路48配置在了积分电路46和定心处理电路50之间，但是也可以设置在陀螺仪均衡器24内、手抖动分量提取电路40以后的任意的位置。例如，可以配置在积分电路46的前面或定心处理电路50的后面。

在陀螺仪均衡器24中，利用数字滤波器进行根据角速度信号生成补偿控制信号的处理。由此，不需要使用用于生成补偿控制信号的微处理器等，能够减低电路部4的消耗功率。另外，利用数字滤波器进行陀螺仪均衡器24的处理的构成，与设置了微处理器等的构成相比，能够缩小电路面积。由此，能够减低形成电路部4的半导体芯片的成本。另外，通过利用数字滤波器构成陀螺仪均衡器24，能够容易地更改滤波器系数等的调整数据。由此，能够容易地更改与摄像装置的设计相应的调整数据的设定。

在本发明的实施方式中，构成为分别利用陀螺仪传感器12、霍尔元件10、VCM14来进行照相机的振动检测、透镜8的位置检测、透镜8的驱动，但是本发明并不被限制于此。例如，驱动透镜8的元件能够使用步进电动机或压电元件。此外，在振动检测中，能够构成为使用检测直线方向的加速度的传感器，根据加速度信号，检测摄像装置的振动。

此外，在本发明的实施方式中，使用了驱动透镜来进行手抖动修正的透镜移动方式，但是本发明并不被限制于此。例如，本发明还可以适用于根据摄像装置的偏移使CCD图像传感器等的摄像元件移动的图像传感器移动方式。在该情况下，通过传感器检测摄像元件的位置，通过执行元件使该摄像元件位移。

Claims

1、一种振动补偿控制电路，从摄像装置所具备的振动检测元件获得与位移速度相应的振动检测信号，来对所述摄像装置的振动补偿机构进行驱动，该振动补偿控制电路具有：

振动补偿信号生成电路，对所述振动检测信号进行积分处理，生成与所述摄像装置的位移量相应的振动补偿信号；和

伺服电路，根据所述振动补偿信号，生成对所述振动补偿机构进行驱动的驱动信号；

所述振动补偿信号生成电路具有：

高通滤波器，从所述振动检测信号中衰减低频分量，使目标补偿频带的振动分量通过；

积分电路，对通过所述高通滤波器后的所述振动检测信号进行所述积分处理；和

相位滞后补偿电路，进行相位滞后补偿，对所述目标补偿频带内的该振动补偿信号生成电路的相位特性进行调整。

2、根据权利要求1所述的振动补偿控制电路，其特征在于，

所述相位滞后补偿电路，是所述目标补偿频带的低频侧的增益比高频侧大的低频加强滤波器。

3、根据权利要求1或2所述的振动补偿控制电路，其特征在于，

所述伺服电路，根据将从所述摄像装置所具备的驱动量检测元件获得的与所述振动补偿机构的驱动量相应的信号、和从所述振动补偿机构输出的所述振动补偿信号相加而得到的信号，生成所述驱动信号。

4、根据权利要求1～3中任一项所述的振动补偿控制电路，其特征在于，

所述振动补偿信号生成电路，具有从所述积分电路的输出信号中衰减直流分量的定心用高通滤波器。

5、根据权利要求1～3中任一项所述的振动补偿控制电路，其特征在于，

所述高通滤波器、所述积分电路以及所述相位滞后补偿电路，包括数字滤波电路和寄存器，

所述数字滤波电路根据所述寄存器所存储的滤波器系数进行滤波处理。

6、根据权利要求4所述的振动补偿控制电路，其特征在于，

所述高通滤波器、所述积分电路、所述相位滞后补偿电路以及所述定心用高通滤波器，包括数字滤波电路和寄存器，

7、一种摄像装置，具有：

光学部件；

摄像元件；

驱动部，对所述光学部件或所述摄像元件进行驱动；

振动检测元件，对摄像装置的振动进行检测；和

权利要求1～6所述的所述振动补偿控制电路，根据所述振动检测元件的输出信号，驱动所述驱动部。