CN102256058A - 摄像装置的控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种摄像装置的控制电路，期望更加有效地进行用于手抖动校正的数据处理。基于由位移速度检测器(陀螺传感器12)检测出的摄像装置的位移速度和由位置检测器(霍尔元件10)检测出的摄像装置的对焦调整部件(透镜8)相关的位置对摄像装置的移动进行补偿。输入数据形式变换器(40)对在位移速度检测器(12)中检测出的位移速度从定点形式变换为浮点形式，并且将检测出的对焦部件的位置变换为浮点数据。陀螺滤波器(24)通过浮点形式的数据处理计算摄像装置的位移量数据，霍尔滤波器(22)通过浮点形式的数据处理生成对焦调整部件的驱动数据。将来自霍尔滤波器(22)的浮点形式的驱动数据变换为定点形式的驱动数据。

Description

摄像装置的控制电路
技术领域
本发明涉及一种摄像装置的控制电路，该控制电路基于由位移速度检测器检测出的摄像装置的位移速度和由位置检测器检测出的与摄像装置的对焦调整部件相关的位置，计算出用于对摄像装置的运动进行补偿的上述对焦调整部件的驱动数据。
背景技术
在安装于数字摄像机、移动电话上的摄像机等摄像装置中，为抑制因手抖动引起的图像质量的降低，而安装手抖动校正功能的情况较多。该手抖动校正的方式存在多种，作为其中的一种是：基于由陀螺传感器等检测出的摄像装置的振动(对焦结构的光轴的角速度)，使形成摄像中的对焦机构的校正透镜等的光学部件、CCD图像传感器等的摄像元件发生位移。此外，为了对对焦机构的位置进行控制，需要检测出发生位移的部件的位置，在该位置检测中使用霍尔传感器等。
在此，为了使校正透镜等发生位移，对于从陀螺传感器输出的角速度信号进行积分处理从而进行从角速度变换为与角度相应的位移量的变换。这种信号处理一般利用数字数据处理，通过A/D转换器(ADC：Analog-to-Digital Converter(模拟数字转换器))使来自传感器的信号变为数字数据后进行积分等处理。另外，为得到用于控制校正透镜等的实际驱动的信号，由霍尔传感器得到的位置检测信号也是必要的，该霍尔传感器的输出也通过A/D转换被运算处理为数字数据。
而且，这样得到的校正透镜等的驱动数据通过D/A转换器(DAC：Digital-to-Analog Converter(数字模拟转换器))被转换为模拟信号并提供给驱动校正透镜的驱动器。另外，对驱动器进行脉宽调制(PWM：Pulse Width Modulation)控制时，将数字数据提供给PWM调制电路，通过该PWM电路对驱动器进行PWM控制。
专利文献1：日本特开2002-246913号公报
发明内容
发明要解决的问题
在此，A/D转换器、D/A转换器、PWM电路等的结构简单，因此通常使用输入定点形式的数据的部件。因此，手抖动校正所需要的数字数据处理通常也是通过定点形式的数据处理来进行的。
但是，对来自陀螺传感器的输出的处理中包括积分处理，定点形式的运算通过该积分处理容易产生溢出。因此，期望更加有效地进行用于手抖动校正的数据处理。
本发明是基于由位移速度检测器检测出的摄像装置的位移速度和由位置检测器检测出的与摄像装置的对焦调整部件相关的位置计算用于对摄像装置的移动进行补偿的上述对焦调整部件的驱动数据的摄像控制装置，其特征在于，具备：第一输入数据形式变换器，其将与在上述位移速度检测器中检测出的位移速度相关的定点形式的数据变换为浮点形式的位移速度数据；位移量计算电路，其根据浮点形式的位移速度数据通过浮点形式的数据处理计算与上述摄像装置的位移相关的位移量数据；第二输入数据形式变换器，其将与由上述位置检测器检测出的上述对焦调整部件的位置相关的定点形式的数据变换为浮点形式的位置数据；驱动数据生成电路，其通过对浮点形式的上述对焦调整部件的位置数据和浮点形式的上述位移量数据进行浮点形式的数据处理，生成上述对焦调整部件的驱动数据；以及输出数据形式变换电路，其将浮点形式的驱动数据变换为定点形式的驱动数据。
另外，优选的是上述第一输入数据形式变换器和上述第二输入数据形式变换器是通过以时分(時分割)的方式利用一个数据形式变换电路而构成的。
另外，优选的是从上述位移速度检测器以及上述位置检测器输出与模拟的位移速度、位置相关的检测信号，通过A/D转换器以时分的方式对这些检测信号进行A/D转换而得到定点形式的位移速度数据以及位置数据，得到的定点形式的位移速度数据以及位置数据依次被提供给上述第一输入数据形式变换器以及上述第二输入数据形式变换器。
发明的效果
根据本发明，利用浮点形式的数据进行数据处理，由此能够更加有效地进行用于补偿手抖动的数据处理。
附图说明
图1是实施方式所涉及的摄像机的手抖动校正系统的概要的框结构图。
图2是表示实施方式所涉及的陀螺滤波器的概要的结构的框图。
图3是表示使用于陀螺滤波器的数字滤波器的结构例的概要的框图。
图4是实施方式所涉及的摄像机的手抖动校正系统的概要的框结构图。
图5是表示用于由CPU读出数据的结构的图。
附图标记说明
2：传感器部；4：电路部；6：驱动部；8：透镜；10：霍尔元件；12：陀螺传感器；14：音圈马达(VCM)；20：A/D转换器(ADC)；22：霍尔滤波器；24：陀螺滤波器(ジヤイロフイルタ)；26：D/A转换器(DAC)；28：内部监视用电路；32：加法器；34：伺服电路；40：输入数据形式变换电路；42：手抖动成分提取电路；44：积分电路；46：定心(センタリング)处理电路；48：输出数据形式变换电路；60：数字滤波器；61、62、63、72：乘法器；64、65：延迟电路；66：加法器。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。本实施方式所涉及的摄像装置的控制装置用于摄像机的手抖动校正功能。
图1是实施方式所涉及的摄像机的手抖动校正系统的概要的框结构图。本手抖动校正系统包括传感器部2、电路部4以及驱动部6。本系统采用如下手抖动校正方式：将在摄像元件(未图示)的受光面上形成光学图像的光学系统中设置的校正透镜(透镜8)作为对焦调整部件并对该对焦调整部件的位置进行调整来进行手抖动校正。
传感器部2由霍尔元件10和陀螺传感器12构成。霍尔元件10是对透镜8的位置进行检测的传感器，基于固定在透镜8上的磁铁的磁场，产生对应于与透镜8的距离的电压信号VP并输出到电路部4。为检测出在与光轴垂直的平面(x-y平面)内的透镜8的二维位置(PX，PY)，霍尔元件10分别对应于x方向、y方向来进行设置，并分别关于x方向、y方向输出信号VP。
陀螺传感器12是为检测摄像机的振动而设置的传感器(位移速度检测器)，作为与摄像机的位移速度相应的振动检测信号，将与角速度ω相应的电信号Vω输出到电路部4。还设置有两个陀螺传感器12，该两个陀螺传感器12分别关于绕x轴的角速度成分以及绕y轴的角速度成分输出信号Vω。
能够进行位移的透镜8和使该透镜8发生位移的驱动部6构成振动补偿机构，驱动部6例如由音圈马达(Voice Coil Motor：VCM)14构成。VCM 14根据电路部4生成的驱动信号，使构成VCM的可动线圈的位置发生直线位移，来对透镜8的位置进行控制。为实现x-y平面内的二维位移，设置一对可动线圈，分别在x方向、y方向上发生位移。
电路部4具有ADC(A/D转换器)20、霍尔滤波器22、陀螺滤波器24以及DAC 26。电路部4由逻辑电路构成，例如构成为ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)。
将霍尔元件10、陀螺传感器12的输出信号VP、Vω分别输入到ADC 20中。ADC 20将两个霍尔元件10分别输出的电压信号VP和两个陀螺传感器12分别输出的电压信号Vω以时分的方式变换为定点形式的位置数据DP、角速度数据Dω。各个信号的A/D转换在每个伺服控制周期内周期性地进行。
作为ADC 20的输出的位置数据DP、角速度数据Dω输入到输入数据形式变换电路40中。该输入数据形式变换电路40将这些位置数据DP、角速度数据Dω从定点形式变换为浮点形式。输入数据形式变换电路40将16位的定点形式的数据变换为32位的浮点形式的数据。此外，该输入数据形式变换电路40的处理与来自ADC 20的输出同步并以时分的方式进行。
基于霍尔元件10的输出而生成的浮点形式的位置数据DP输入到霍尔滤波器22中。另一方面，基于陀螺传感器12的输出而生成的浮点形式的角速度数据Dω输入到陀螺滤波器24中。
陀螺滤波器24是生成与摄像机的位移量相应的振动补偿数据的电路，按每个伺服控制周期在整个规定的采样期间内对所输入的角速度Dω进行积分处理，来生成摄像机绕x轴、y轴各自的摇摆角度θ相应的数据Dθ。陀螺滤波器24基于数据Dθ生成与分别对于x方向、y方向的手抖动量相应的振动补偿数据DS并输出。该振动补偿数据DS是关于使透镜8在x轴、y轴这两个方向上产生多少位移的数据。
霍尔滤波器22具有加法器32以及伺服电路34。加法器32将输入到输入数据形式变换电路40的位置数据DP和来自陀螺滤波器24的振动补偿数据DS在x、y各个方向上分别相加。伺服电路34根据加法器32的输出数据计算出伺服数据DSV，该伺服数据DSV相当于表示透镜8从当前位置分别关于x轴方向、y轴方向应该发生多大程度的位移的所需要位移量。
得到的伺服数据DSV输入到输出数据形式变换电路48，在此从浮点形式变换为定点形式，定点形式的伺服数据DSV提供给DAC 26。
此外，也可以在加法器32和伺服电路34之间配置输出数据形式变换电路48，设输入到伺服电路34的输入数据为定点形式，在伺服电路34中进行定点形式的数据处理，从此处输出定点形式的伺服数据DSV。
DAC 26将从霍尔滤波器22输出的伺服数据DSV转换为模拟电压信号。对DAC 26所输出的电压信号进行规定的放大处理并施加到VCM 14上。VCM 14在向DSV的绝对值减小的方向上被驱动，由此，安装有本系统的摄像机在摄像期间与手抖动相应地使透镜8移动，来对因手抖动引起的摄像元件上的被摄体图像的位移进行补偿，从而能够得到图像质量高的图像信号。
接着，对陀螺滤波器24的结构进行说明。图2是表示陀螺滤波器24的概要结构的框图。陀螺滤波器24具有手抖动成分提取电路42、积分电路44以及定心处理电路46。
手抖动成分提取电路42是高通滤波器(High Pass Filter：HPF)，输入时间系列的角速度数据Dω，衰减包含在该角速度数据Dω中的低频成分而提取出目标补偿频带的振动成分。对应于摄像机的手抖动所包含的例如2Hz～10Hz左右的较低频率，目标补偿频带被设定为1Hz以上。即，手抖动成分提取电路42使几乎视为直流成分的低频成分衰减的同时，使几Hz左右的成分通过。手抖动成分提取电路42由以浮点形式进行运算的数字滤波器构成，根据设定在未图示的寄存器中的滤波器系数设定滤波器特性。
积分电路44对手抖动成分提取电路42所输出的浮点形式的角速度数据进行积分，来生成表示摄像装置的位移量的角度数据Dθ。积分电路44能够使用LPF来构成，根据设定在未图示的寄存器中的滤波器系数设定滤波器特性。此外，由积分电路44生成的角度数据Dθ如上所述表示摄像装置的位移量，还能够将该位移量作为针对霍尔滤波器22的振动补偿数据DS而使用，但在本系统中，对由积分电路44得到的角度数据Dθ进一步进行定心处理后的结果作为振动补偿数据DS而提供给霍尔滤波器22。
定心处理电路46进行修正位移量的处理以使透镜8很难到达补偿控制机构的可动极限。在定心处理电路46中根据通过积分处理得到的角度数据Dθ，使具有低于目标补偿频带的下限的频率并视为直流的成分衰减。在这种情况下，定心处理电路46能够使用HPF来构成。该定心用的HPF由以浮点形式进行运算的数字滤波器构成，根据设定在未图示的寄存器中的滤波器系数设定滤波器特性。与构成上述手抖动成分提取电路42的HPF同样地，基本上将构成定心处理电路46的HPF的截止频率设定为低于目标补偿频带的下限。如上所述，定心处理电路46的处理结果成为振动补偿数据DS。
在此，在本实施方式中，陀螺传感器12检测出与绕x轴、绕y轴的角速度相关的信号Vω。然后，在陀螺滤波器24中，基于根据信号Vω计算出的x轴以及y轴方向的角度数据Dθ，计算出作为x、y轴的移动量的振动补偿数据DS，通过透镜8在x、y轴方向的移动对图像的位置进行补偿。补偿的形式不限于此，也可以关于其它方向移动透镜8。
从定心处理电路46输出的浮点形式的振动补偿数据DS输入到霍尔滤波器22的加法器32。
在陀螺滤波器24的处理过程中有肯生成无法以定点表示的范围的数据。例如通过由积分电路44进行直流成分的累积，积分结果有可能变为超过以16位的定点形式数据能够表示的上限的值。通过定心处理电路46去除该直流成分，定心处理电路46的处理结果有可能变为以定点形式能够表示的范围，但如果在积分电路44中产生溢出，则从定心处理电路46输出的振动补偿数据DS的精确度下降。但是，本系统的陀螺滤波器24基于以浮点形式表示的数据进行根据角速度数据Dω生成振动补偿数据DS的处理，因此也能够正确地表示无法以定点形式表示的数据，基于该正确的值能够求出精确度高的振动补偿数据DS。
另外，在陀螺滤波器24中，构成为由数字滤波器进行根据角速度数据Dω生成振动补偿数据DS的处理。该结构与设置微型处理器等的结构相比能够缩小电路面积。由此，能够降低形成电路部4的半导体芯片的成本。另外，在由微型处理器进行上述浮点形式的运算的情况下，与进行定点形式的运算的情况相比，需要高性能的处理器，这成为成本增加的主要原因。与此相对，使用数字滤波器的结构与微型处理器相比电路规模较小，因此设为与浮点形式相对应的结构时的成分增加与使用微型处理器的情况相比小。进而，不需要为了生成振动补偿数据DS而使用微型处理器等，能够降低电路部4的消费电力。另外，通过由数字滤波器构成陀螺滤波器24，能够容易地变更滤波器系数等的调整数据。由此，能够容易地变更与摄像装置的设计相应的调整数据的设定。
而且，在本实施方式中，在霍尔滤波器22的加法器32中的加法处理为作为浮点数据的位置数据DP和振动补偿数据DS的运算。
在设一个数据是定点形式时，在加法器32中进行加法运算时，需要将浮点一侧的输出(例如陀螺滤波器24的输出)变换为定点，此时必须与定点侧相应地设定上限值或者变更增益。这种处理很麻烦，而且存在因为被替换为上限值而精确度也变差的问题。在本实施方式中，输入到加法器32的数据都是浮点数据，因此不存在以上问题。
此外在本实施方式中，输入数据形式变换电路40以时分的方式输出位置数据DP和角速度数据Dω，霍尔滤波器22、陀螺滤波器24设为不同的电路。因此，在霍尔滤波器22、陀螺滤波器24中，能够确保足够的运算时间。
图3是表示使用于陀螺滤波器24的数字滤波器的结构例的概要框图。数字滤波器60是初级IIR滤波器，由乘法器61、62、63、延迟电路64、65以及加法器66构成。乘法器61将设定在寄存器等中的系数与浮点形式的输入数据相乘，并将相乘结果输入到加法器66。乘法器62对于由延迟电路64延迟后的浮点形式的输入数据乘以设定在寄存器等中的系数，并将相乘结果输入到加法器66。乘法器63对于通过延迟电路65使加法器66的输出延迟后的浮点形式的数据乘以设定在寄存器等中的系数，并将相乘结果输入到加法器66。加法器66将这些乘法器61～63的输出进行相加并输出。
能够在数字滤波器60的运算范围内设定上限或下限。在手抖动控制中，数字滤波器60内的数据的绝对值一般不会成为能够以浮点形式表示的最大数值。另外，例如通过积分电路44运算结果变为非常大的数值时，收敛为能够得到正常的振动补偿数据的状态为止的时间变长，手抖动控制的追随性变低。因此，在运算数据的绝对值超过规定的阈值时，本系统的数字滤波器60将运算数据置换为规定的上限值。另外，在运算数据的绝对值例如是DAC 26等无法表示的较小的值时，将运算数据置换为0。对于这些处理中使用的阈值、上限值使用设定在寄存器中的数据。
加法器66例如对上限值、下限值进行置换。加法器在该运算结果的浮点形式的数据的指数部分超过规定的阈值时，将运算结果置换为上限值，另一方面，在指数部分低于规定的阈值时，将运算结果置换为0。
在本实施方式中，构成为分别利用陀螺传感器12、霍尔元件10、VCM 14进行摄像机的振动检测、透镜8的位置检测以及透镜8的驱动，但并不限于此。例如驱动透镜8的元件能够使用步进马达、压电元件。在使用步进马达时，霍尔滤波器22不使用基于霍尔元件10的位置数据DP，而使用振动补偿数据DS计算伺服数据DSV。另外，能够构成为：在振动检测中使用检测直线方向的加速度的传感器，基于加速度信号检测摄像装置的振动。
另外，在本实施方式中，作为对焦调整部件，设为对透镜进行驱动来进行手抖动校正的透镜移动方式，但是也能够适用于根据摄像装置的抖动将CCD图像传感器等摄像元件作为对焦调整部件使其移动的图像传感器移动方式。在这种情况下，由传感器检测摄像元件的位置，由驱动器使该摄像元件发生位移。
在图4中示出了本实施方式的概念性结构。在ADC 20中来自霍尔元件10以及陀螺传感器12的电压信号VP、Vω以时分的方式被A/D转换为定点形式的数字数据。在输入数据形式变换电路40中以时分的方式将所得到的定点形式的数据变换为浮点形式的位置数据DP、角度数据Dω。角度数据Dω输入到陀螺滤波器24，在此处通过浮点形式的数据运算，计算出振动补偿数据DS，并提供给霍尔滤波器22。在霍尔滤波器22中，根据浮点形式的位置数据DS和振动补偿数据DS计算出x、y方向的伺服数据DSV，将该数据提供给输出数据形式变换电路48。输出数据形式变换电路48将浮点形式的伺服数据DSV变换为定点形式的伺服数据DSV。
这样得到的表示x、y方向的位移量的伺服数据DSV在DAC26中被转换为模拟电压，VCM 14的x、y方向的移动用线圈的电流被控制，针对所检测出的振动，透镜8的位置得到补偿。此外，在进行PWM控制时，伺服数据DSV提供给PWM电路，通过该PWM电路，向VCM 14的x方向线圈、y方向线圈流通的电流量通过其占空比的控制而受到控制。
在此，如上所述，霍尔滤波器22、陀螺滤波器24通过浮点形式的数据处理进行运算。在此，该处理中使用如图3所示的数字滤波器。在该数字滤波器中，需要设定相乘的系数、延迟量，这些值根据运算而被变更。因而，将这些值事先存储在存储器中，并根据需要从存储器中读出这些值并重写。
一般情况下，对这些系数等的重写是在霍尔滤波器22、陀螺滤波器24中分别从存储器读出数据来进行的，但是也有时在这些处理中伴随有外部的微型计算机中的CPU的处理。
在霍尔滤波器22、陀螺滤波器24中，为了如上所述那样处理浮点形式的数据，优选在存储器中也事先存储浮点形式的数据。另一方面，在以浮点形式进行CPU中的运算时，与对于定点形式的数据的运算相比，存在处理时间变长的问题。
因此，作为如图5所示的结构，在CPU中进行定点形式的数据处理。
各种数据以浮点形式的数据存储在由SRAM构成的存储器70中。CPU 72在必要时读出存储器70内的数据并进行运算处理，但此时经由读取数据形式变换部74读取被变换为定点数据的数据。然后，CPU 72通过写入数据形式变换部76将运算结果变换为浮点形式，并写入存储器70中。
在此，CPU 72在进行该运算时判断对定点数据的运算是否适当地进行。即，从运算结果看，能够识别出在该运算中产生溢出等而小数点位置不适当。因此，在本实施方式中，在运算结果中定点小数点位置不适当时，CPU 72向读取数据形式变换部74提供关于适当的定点小数点位置的指示，在读取数据形式变换部74中变更要设定的定点形式。另外，在将关于该读取数据的运算结果写入到存储器72中时，将与CPU 72的运算中的数据的定点小数点位置相关的信息提供给写入数据形式变换电路76，在写入数据形式变换电路76中基于所指示的定点小数点位置进行适当的变换。在CPU 72中，优选的是在运算过程中以及运算结果中的最大的值产生溢出时产生使定点小数点位置进位一位的指示，在MSB和第二位这两者为0时，产生使定点小数点位置退位一位等的指示。
这样，能够与幅度宽的浮点数据对应地进行从适当的浮点形式变换为定点形式的变换，在CPU 72中消除精确度的问题，从而能够进行利用定点形式的数据的高速处理。

Claims (3)

1.一种摄像装置的控制电路，是基于由位移速度检测器检测出的摄像装置的位移速度和由位置检测器检测出的与摄像装置的对焦调整部件相关的位置计算用于对摄像装置的移动进行补偿的上述对焦调整部件的驱动数据的摄像控制装置，其特征在于，具备：
第一输入数据形式变换器，其将与在上述位移速度检测器中检测出的位移速度相关的定点形式的数据变换为浮点形式的位移速度数据；
位移量计算电路，其根据浮点形式的位移速度数据通过浮点形式的数据处理计算与上述摄像装置的位移相关的位移量数据；
第二输入数据形式变换器，其将与由上述位置检测器检测出的上述对焦调整部件的位置相关的定点形式的数据变换为浮点形式的位置数据；
驱动数据生成电路，其通过对浮点形式的上述对焦调整部件的位置数据和浮点形式的上述位移量数据进行浮点形式的数据处理，生成上述对焦调整部件的驱动数据；以及
输出数据形式变换电路，其将浮点形式的驱动数据变换为定点形式的驱动数据。
2.根据权利要求1所述的摄像装置的控制电路，其特征在于，
上述第一输入数据形式变换器和上述第二输入数据形式变换器是通过以时分的方式利用一个数据形式变换电路而构成的。
3.根据权利要求2所述的摄像装置的控制电路，其特征在于，
从上述位移速度检测器以及上述位置检测器输出与模拟的位移速度、位置相关的检测信号，通过A/D转换器以时分的方式对这些检测信号进行A/D转换而得到定点形式的位移速度数据以及位置数据，
得到的定点形式的位移速度数据以及位置数据依次被提供给上述第一输入数据形式变换器以及上述第二输入数据形式变换器。
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