发明内容
本发明提供一种低功率消耗光学图像稳定器,其使用至少一个步进电机作为驱动源,用于移动图像稳定光学元件。本发明还提供一种对这种光学图像稳定器进行控制、以消耗更少能量的方法。
根据本发明的一个方面,提供一种包括光学系统的光学图像稳定器,所述光学系统包括至少一个在垂直于光轴的平面内可移动的抗图像抖动光学元件(imageshake counteracting optical element);至少一个步进电机,用于在所述平面内移动抗图像抖动光学元件;至少一个抖动速度传感器,其感应施加到光学系统的抖动速度;以及控制器,其基于由抖动速度传感器输出的抖动速度信息为步进电机计算驱动脉冲的数量,并且驱动步进电机,使抗图像抖动光学元件在所述平面内移动,以抵销光学系统的成像表面上的图像抖动。当驱动步进电机时,控制器根据抖动速度信息改变提供给步进电机的功率。
人们希望控制器根据从抖动速度传感器输出的抖动速度信息改变用于步进电机的驱动电压。
人们希望控制器根据从抖动速度传感器输出的抖动速度信息,改变作为时间分割(time-dividing)每个单位脉冲的结果所获得的时间分割脉冲的脉冲宽度。
人们希望控制器根据从抖动速度传感器输出的抖动速度信息,改变作为时间分割每个单位脉冲的结果所获得的时间分割脉冲的频率。
人们希望光学图像稳定器包括温度传感器,其中,控制器根据从抖动速度传感器输出的抖动速度信息以及从温度传感器输出的温度信息,改变提供给步进电机的功率。
人们希望抖动速度传感器是角速度传感器。
人们希望步进电机包括第一步进电机和第二步进电机,分别用于在相互交叉的两个方向上移动抗图像抖动光学元件,以及用于控制器根据从抖动速度传感器输出的抖动速度信息,改变提供给第一步进电机和第二步进电机的每个的功率。
人们希望抗图像抖动光学元件包括图像传感器。
在一个实施例中,提供了光学图像稳定器,其包括光学系统,其含有至少一个在垂直于光轴的平面内可移动的抗图像抖动光学元件;至少一个步进电机,其用于在所述平面内移动抗图像抖动光学元件;至少一个抖动速度传感器,其感应施加到光学系统的抖动的速度;以及控制器,其基于由抖动速度传感器输出的抖动速度信息为步进电机计算驱动脉冲的数量,并驱动步进电机,使抗图像抖动光学元件在所述平面内移动,以抵销光学系统的成像表面上的图像抖动。控制器在驱动步进电机时,根据用于步进电机的每单位时间的驱动脉冲的数量,改变提供给步进电机的功率。
人们希望控制器根据每单位时间驱动脉冲的数量,改变用于步进电机的驱动电压。
人们希望控制器根据每单位时间驱动脉冲的数量,对作为时间分割每个单位脉冲的结果被获得的时间分割脉冲的脉冲宽度进行改变。
人们希望控制器根据每单位时间驱动脉冲的数量,对作为时间分割每个单位脉冲的结果被获得的时间分割脉冲的频率进行改变。
人们希望光学图像稳定器包括温度传感器,其中,控制器根据每单位时间驱动脉冲的数量和从温度传感器输出的温度信息,改变提供给步进电机的功率。
人们希望抖动速度传感器是角速度传感器。
人们希望步进电机包括第一步进电机和第二步进电机,用于在所述平面内相互交叉的两个方向上分别移动抗图像抖动光学元件,并希望控制器根据从抖动速度传感器输出的抖动速度信息,改变提供给第一步进电机和第二步进电机的每个的功率。
人们希望抗图像抖动光学元件包括图像传感器。
在一个实施例中,提供了一种包括光学系统的光学图像稳定器,该光学系统包括至少一个在垂直于光轴的平面内可移动的抗图像抖动光学元件;至少一个步进电机,用于在所述平面内移动抗图像抖动光学元件;至少一个抖动速度传感器,其感知施加到光学系统的抖动速度;以及控制器,其基于从抖动速度传感器输出的抖动速度信息计算用于步进电机的驱动脉冲的数量,并驱动步进电机,使抗图像抖动光学元件在所述平面内移动,以抵销光学系统的成像表面上的图像抖动。当驱动步进电机时,控制器根据每单位时间用于所述步进电机的驱动脉冲的数量改变提供给步进电机的功率。
人们希望控制器根据每单位时间驱动脉冲的数量改变用于步进电机的驱动电压。
人们希望控制器根据每单位时间驱动脉冲的数量,改变作为时间分割每个单位脉冲的结果所获得的时间分割脉冲的脉冲宽度。
人们希望控制器根据每单位时间驱动脉冲的数量,改变作为时间分割每个单位脉冲的结果所获得的时间分割脉冲的频率。
人们希望光学图像稳定器包括温度传感器,其中,控制器根据每单位时间驱动脉冲的数量以及从温度传感器输出的温度信息,改变提供给步进电机的功率。
人们希望抖动速度传感器是角速度传感器。
人们希望步进电机包括第一步进电机和第二步进电机,用于在所述平面内相互交叉的两个方向上分别移动抗图像抖动光学元件,并希望控制器根据每单位时间驱动脉冲的数量,改变提供给第一步进电机和第二步进电机的每个的功率。
人们希望抗图像抖动光学元件包括图像传感器。
在一个实施例中,提供一种对光学图像稳定器进行控制的方法,其通过至少一个步进电机以使得在光学系统的成像表面上抵消图像抖动的方式,在垂直于光轴的平面内移动光学系统的至少一个抗图像抖动光学元件,其中,该方法包括检测施加到光学系统的抖动速度;根据抖动速度信息设置提供给步进电机的功率水平;基于抖动速度信息计算用于步进电机的驱动脉冲的数量;并以所述功率水平驱动步进电机。
在一个实施例中,提供一种控制光学图像稳定器的方法,其通过至少一个步进电机以使得在光学系统的成像表面上抵消图像抖动的方式,在垂直于光轴的平面内移动光学系统的至少一个抗图像抖动光学元件,其中,该方法包括检测施加到光学系统的抖动速度;基于抖动速度信息计算用于步进电机的驱动脉冲的数量;根据每单位时间驱动脉冲的数量设置提供给步进电机的功率水平;并以所述功率水平驱动步进电机。
在一个实施例中,提供了一种包括光学系统的光学图像稳定器,该光学系统包括至少一个在垂直于光轴的平面内可移动的抗图像抖动光学元件;至少一个步进电机,用于在所述平面内移动抗图像抖动光学元件;控制器,其感应施加到光学系统的抖动速度,基于抖动速度信息计算用于步进电机的驱动脉冲的数量,并驱动步进电机,使抗图像抖动光学元件在所述平面内移动,以抵销光学系统的成像表面上的图像抖动;以及焦距检测器,其检测光学系统的焦距。当驱动步进电机时,控制器根据光学系统的焦距信息改变提供给步进电机的功率,所述光学系统的焦距由焦距检测器进行检测。
人们希望控制器根据光学系统的焦距信息改变用于步进电机的驱动电压。
人们希望控制器根据光学系统的焦距信息,改变作为时间分割每个单位脉冲的结果所获得的时间分割脉冲的脉冲宽度。
人们希望控制器根据光学系统的焦距信息,改变作为时间分割每个单位脉冲的结果被获得的时间分割脉冲的频率。
人们希望光学图像稳定器包括温度传感器,其中,控制器根据光学系统的焦距信息和从温度传感器输出的温度信息,改变提供给步进电机的功率。
人们希望控制器在光学系统的焦距变得更短时,减小提供给步进电机的功率。
所述光学系统可以是变焦镜头。
人们希望光学系统包括从具有不同焦距的多个固定焦距(fixed-focal-length)可互换式镜头(interchangeable lens)中所选择的固定焦距可互换式镜头。
人们希望步进电机包括第一步进电机和第二步进电机,用于在所述平面内相互交叉的两个方向上分别移动抗图像抖动光学元件,并希望控制器根据光学系统的焦距信息,改变提供给第一步进电机和第二步进电机的每个的功率。
人们希望抗图像抖动光学元件包括图像传感器。
在一个实施例中,提供了一种控制光学图像稳定器的方法,其通过至少一个步进电机以使得在光学系统的成像表面上抵消图像抖动的方式,在垂直于光轴的平面内移动光学系统的至少一个抗图像抖动光学元件,其中,该方法包括检测光学系统的焦距;检测施加到光学系统的抖动速度;基于抖动速度信息和光学系统的焦距信息计算用于步进电机的驱动脉冲的数量;当驱动步进电机时,根据光学系统的焦距信息设置提供给步进电机的功率水平;并以所述功率水平驱动步进电机。
根据光学图像稳定器和对该光学图像稳定器进行控制的方法的一个方面,由于通过根据例如角速度信息和驱动脉冲数量的情况而改变提供给步进电机的功率的光学图像稳定器的实施中没有消耗(deterioration),所以功率消耗能够被降低。
根据光学图像稳定器和对该光学图像稳定器进行控制的方法的另一个方面,由于通过根据光学系统的焦距信息而改变提供给步进电机的功率的光学图像稳定器的实施中没有消耗,所以功率消耗能够被降低。
附图说明
本发明将参照附图在下面进行详细描述,其中:
图1是可伸缩的变焦镜头的实施例的剖视图,本发明以变焦镜筒(lens barrel)的缩回状态被应用到所述可伸缩的变焦镜头;
图2是处于变焦镜头的照相状态的图1所示的变焦镜头的剖视图;
图3是变焦镜头的一部分在其广角极限位置时的放大的剖视图;
图4是变焦镜头的一部分在其长焦极限位置时的放大的剖视图;
图5示出了配备有图1和图2所示的变焦镜头的照相机的电路配置的框图;
图6示出了螺纹环(helicoid ring)和凸轮环的移动路径、以及第一镜头组和第二镜头组通过凸轮环的运动的移动路径的概念图;
图7示出了第一镜头组和第二镜头组中每一镜头组的组合(combined)移动路径的概念图,其中包括螺纹环和凸轮环的移动路径;
图8是图1和图2所示的变焦镜头的分解透视图;
图9是图8所示的图像稳定机构和径向伸缩机构的元件的分解透视图;
图10是图像稳定机构和径向伸缩机构的前透视图,其示出了处于图1所示的变焦镜头的缩回状态中的电荷耦合器件(CCD)支架(holder)的缩回状态;
图11是图像稳定机构和径向伸缩机构的前透视图,其示出了处于变焦镜头的照相状态中的CCD支架沿光轴前进的状态;
图12是从图10和图11的后侧看去时,图像稳定机构的一部分的后透视图;
图13是从光轴方向的前方看去时,处于图10所示的状态中的图像稳定机构和径向伸缩机构的前视图;
图14是从光轴方向的前方看去时,处于图11所示的状态中的图像稳定机构和径向伸缩机构的前视图;
图15是支承CCD支架的水平移动框架和竖直移动框架以及相关元件的前透视图;
图16是图15所示的水平移动框架和竖直移动框架以及相关元件的前视图;
图17是图15和图16所示的水平移动框架和竖直移动框架以及相关元件的后视图;
图18是图16所示的沿着D1-D1线所取的CCD支架、水平移动框架、竖直移动框架和其他元件的剖视图;
图19是从图15到图18所示的元件和其他相关元件的前视图,其示出了通过水平驱动杆(lever)的操作、在水平方向上的图像稳定动作;
图20是图19所示的元件的前视图,其用于示出水平驱动杆和CCD支架的竖直运动之间的关系、水平移动框架和竖直移动框架;
图21示出了图像稳定机构的各步进电机的特性图;
图22是根据电压变化改变用于各步进电机的驱动功率的功率电路类型的实施例的示意性框图;
图23是当功率电路的输出电压发生改变时,驱动脉冲的波形变化的波形图;
图24示出了用于驱动两相激励步进电机的四个驱动脉冲(两个驱动脉冲用于第一相位,而另外两个驱动脉冲用于第二相位)各自的波形变化的波形图,图23所示的波形变化的概念被应用到所述两相激励步进电机;
图25是通过改变时间分割脉冲中的占空比或时间分割脉冲的频率而改变用于各步进电机的驱动功率的功率电路类型的实施例的示意性框图;
图26A示出了在时间分割脉冲中的占空比被设置到最大比例的情况下,驱动脉冲的波形变化的波形图;
图26B示出了在时间分割脉冲中的占空比被设置到最小比例的情况下,驱动脉冲的波形变化的波形图;
图27A示出了在时间分割脉冲的频率被设置到最大频率的情况下,驱动脉冲的波形变化的波形图;
图27B示出了在时间分割脉冲的频率被设置到最小频率的情况下,驱动脉冲的波形变化的波形图;
图28示出了基于从陀螺仪传感器输入的照相机抖动的速度数据,为各步进电机设置驱动功率的控制类型的流程图;
图29示出了基于由计算获得的驱动脉冲的数量,为各步进电机设置驱动功率的控制类型的流程图;
图30示出了除了考虑从陀螺仪传感器输入的照相机抖动的速度数据之外,还考虑到环境温度数据而为各步进电机设置驱动功率的控制类型的流程图;
图31示出了除了考虑由计算获得的驱动脉冲的数量之外,还考虑到环境温度数据而为各步进电机设置驱动功率的控制类型的流程图;
图32示出了基于焦距信息为各步进电机设置驱动功率的控制类型的流程图;
图33示出了除了考虑焦距信息之外,还考虑到环境温度数据而为各步进电机设置驱动功率的控制类型的流程图;
图34是功率电路类型的实施例的示意性框图,所述功率电路相应于在使用固定焦距可互换式镜头的情况下图22所示的功率电路类型;以及
图35是功率电路类型的实施例的示意性框图,所述功率电路相应于在使用固定焦距可互换式镜头的情况下图25所示的功率电路类型。
具体实施方式
图1和图2示出了结合在变焦镜头照相机中的变焦镜头10的剖视图。变焦镜头10设置有盒形外壳11和被可伸缩地支承在外壳11内的可伸缩的筒(barrel)部分12。外壳11的外面被照相机的外部组件所覆盖;所述外部组件在附图中未示出。变焦镜头10的照相光学系统包括第一镜头组13a、快门13b、光圈13c、第二镜头组13d、第三镜头组(径向可伸缩光学元件/图像稳定光学元件)13e、低通滤波器(径向可伸缩光学元件/图像稳定光学元件)13f,以及CCD图像传感器(径向可伸缩光学元件/图像稳定光学元件)13g(下面被称作CCD),从目标侧(如图1和图2中所看到的左侧)进行排序。如图5所示,CCD 13g被电连接到图像处理电路14a。在CPU(控制器)60的控制下(参见图5),电子图像能够通过图像处理电路14a在液晶显示器(LCD)监视器14b上进行显示,而电子图像数据能够被纪录在存储器14c中。LCD监视器14b被设置在照相机的外部表面上。在图2所示的变焦镜头10的照相状态(准备进行照相的状态)中,构成照相光学系统的所有光学元件在相同的照相光轴(照相光学系统的公共光轴)Z1上被对准。另一方面,在图1所示的变焦镜头10的调节(accommodated)(径向缩回的)状态中,第三镜头组13e、低通滤波器13f和CCD 13g从照相光轴Z1被移开,以在外壳11中向上径向缩回,并且第二镜头组13d被线性缩回到作为第三镜头组13e、低通滤波器13f和CCD 13g的向上的径向伸缩运动的结果所产生的空间中,这减少了在变焦镜头10的缩回状态中的变焦镜头10的长度。包括使径向伸缩光学元件向上的径向伸缩机构的变焦镜头10的整体结构将在下面进行描述。在随后的描述中,当从其前面观看时,配备有变焦镜头10的变焦镜头照相机主体的竖直方向和水平方向分别被定义为y-轴和x-轴。
外壳11设置有中空的盒形部分15和中空的固定环部分16,中空的固定环部分16形成在盒形部分15的前壁15a上,从而能围绕照相光轴Z1封闭照相光学系统。用作固定环部分16的中心的转动中心轴Z0平行于照相光轴Z1并偏移地位于照相光轴Z1的下方。缩回空间(调节(accommodation)空间)SP(图1和图2)形成在盒形部分15内并在固定环部分16的上方。
变焦齿轮17(图8、图10和图11)被支承在固定环部分16的内侧圆周表面上,以能够在平行于转动中心轴Z0的转动轴上转动。变焦齿轮17通过由外壳11支承的变焦电机MZ(图5、图10和图11)被向前转动和反转。此外,固定环部分16在其内圆周表面上设置有内螺纹(female helicoid)16a、圆周槽(circumferentialgroove)16b和多个直线导向槽(linear guide groove)16c(仅它们其中之一在图8中被示出)。圆周槽16b是环形槽,其中心在转动中心轴Z0上,而多个直线导向槽16c平行于转动中心轴Z0(参见图3、图4和图8)。
螺纹环18被支承在固定环部分16内,以便能够围绕转动中心轴Z0转动。螺纹环18设置有外螺纹18a,其与固定环部分16的内螺纹16a相配合,并因此能够在由于内螺纹16a与外螺纹18a的配合而转动的同时,在光轴方向上前进和缩回。此外,螺纹环18在内螺纹18a前方的其外圆周表面上还设置有多个转动导向凸出部(guiding protrusions)18b(仅它们的其中两个在图8中被示出)。在从图2到图4所示的状态中,其中,螺纹环18前进到其相对于固定环部分16的最前位置,当把多个转动导向凸出部18b可滑动地适配安装在圆周槽16b中,从而防止螺纹环18在光轴方向上移动得更远,而只允许其在光轴方向上的固定位置处转动时,内螺纹16a和外螺纹18a相互不配合。螺纹环18还在外螺纹18a的螺纹上设置有与变焦齿轮17啮合的环形正齿轮(spur gear)18c。正齿轮18c的齿被对齐成平行于照相光轴Z1。变焦齿轮17在轴方向上被伸长,从而在所有时间、在从图1和图10所示的螺纹环18的缩回状态到图2和图11所示的螺纹环18的延伸状态的螺纹环18的整个移动范围内,都能保持与正齿轮18c相配合。通过在光轴方向上可分开的两个环部件的组合成螺纹环18。在图10和图11中,只示出了螺纹环18的齿轮环部件。
直线导向环20被支承在螺纹环18内。直线导向环20在其齿轮末端附近设置有线性导向凸出部20a,并通过线性导向凸出部20a与如图4所示的固定环部分16的直线导向槽16c的可滑动的配合,沿着转动中心轴Z0(以及照相光轴Z1)被线性导向。转动导向部分21被设置在螺纹环18的内圆周表面和直线导向环20的外圆周表面之间。螺纹环18通过直线导向环20被支承成为能够相对于直线导向环20转动,并能够通过转动导向部分21在光轴方向上与直线导向环20一起移动。转动导向部分21包括在轴向上的不同位置处所设置的多个圆周槽,以及径向凸出部,每个径向凸出部被滑动地配合在相应的圆周槽中(参见图3和图4)。
直线导向环20在其内圆周表面上设置有平行于转动中心轴Z0(以及照相光轴Z1)延伸的多个直线导向槽20b(仅它们的其中之一在从图1到图4的每幅图中被示出)。从第一镜头组直线导向环22径向向外凸出的多个线性导向凸出部22a(仅它们的其中之一在从图1到图4的每幅图中被示出)、以及从第二镜头组直线导向环23径向向外凸出的多个线性导向凸出部23a(仅它们的其中之一在从图1到图4的每幅图中被示出)分别与多个直线导向槽20b可滑动地相配合。第一镜头组直线导向环22在平行于转动中心轴Z0(以及照相光轴Z1)的方向上,通过在第一镜头组直线导向环22的内圆周表面上形成的多个直线导向槽22b(仅它们的其中之一在图2和图3的每幅图中被示出),线性地引导第一镜头组支承框架24。第二镜头组直线导向环23在平行于转动中心轴Z0(以及照相光轴Z1)的方向上,通过多个线性导向键(keys)23b(仅它们的其中之一在从图1到图4的每幅图中被示出),线性地引导第二镜头组支承框架25。第一镜头组支承框架24通过调焦框架(focusing frame)29支承第一镜头组13a,而第二镜头组支承框架25支承第二镜头组13d。
凸轮环26被设置在直线导向环20内,以便能够围绕转动中心轴Z0转动。凸轮环26通过第一镜头组直线导向环22和第二镜头组直线导向环23被支承为能够相对于第一镜头组直线导向环22和第二镜头组直线导向环23的每个进行转动,并能够通过转动导向部分27和28(参见图4)在光轴方向上与第一镜头组直线导向环22和第二镜头组直线导向环23一起移动。如图3和图4所示,转动导向部分27由非连续圆周槽27a(图3中未示出)和内凸缘(flange)27b构成,非连续圆周槽27a形成在凸轮环26的外圆周表面上,内凸缘(flange)27b从第一镜头组直线导向环22径向向内凸出,以便能够滑动地配合在非连续圆周槽27a中。如图3和图4所示,转动导向部分28由非连续圆周槽28a和外凸缘28b构成,非连续圆周槽28a(图3中未示出)形成在凸轮环26的内圆周表面上,外凸缘28b从第二镜头组直线导向环23径向向外凸出,以便能够滑动地配合在非连续圆周槽28a中。
如图4所示,在凸轮环26上设置有多个径向向外凸出的从动凸出部26a(仅它们的其中之一在从图1到图4的每幅图中被示出)上。多个从动凸出部26a经过形成在直线导向环20内的多个从动导向狭槽(slot)20c(仅它们的其中之一在图4中被示出),以便被配合在多个转动传递(transfer)槽18d(仅它们的其中之一在从图1到图4的每幅图中被示出)中,多个转动传递槽18d被形成在螺纹环18的内圆周表面上。每个转动传递槽18d平行于转动中心轴Z0(以及照相光轴Z1),并且每个从动凸出部26a被滑动地配合在相关的转动传递槽18d中,从而防止其在相对于相关的转动传递槽18d的圆周方向上移动。因此,通过多个转动传递槽18d和多个从动凸出部26a之间的配合把螺纹环18的转动传递到凸轮环26。尽管每个从动导向槽20c的加工形状在图中未示出,但每个从动导向槽20c是这种导向槽,即,其包括其中心在转动中心轴Z0上的圆周槽部分,以及平行于内螺纹16a的倾斜的引导槽部分。因此,当通过螺纹环18的转动而转动凸轮环26时,如果每个从动凸出部26a被配合在相关的从动导向槽20c的引导槽部分中,则凸轮环26在沿着转动中心轴Z0(以及照相光轴Z1)向前或向后移动的同时进行转动,如果每个从动凸出部26a被配合在相关的从动导向槽20c的圆周槽部分中,则凸轮环26在光轴方向上的固定位置处转动,而不向前或向后移动。
凸轮环26是双侧凸轮环,其在凸轮环26的外圆周表面和内圆周表面上分别具有多个外部凸轮槽26b(仅它们的其中之一在图3中被示出)和多个内凸轮槽26c(仅它们的其中之一在图3和图4的每幅图中被示出)。多个外部凸轮槽26b与从第一镜头组支承框架24径向向内凸出的多个凸轮从动部24a(仅它们的其中之一在图3中被示出)分别滑动地相配合,同时,多个内凸轮槽26c与从第二镜头组支承框架25径向向外凸出的多个凸轮从动部25a(仅它们的其中之一在图3和图4的每幅图中被示出)滑动地相配合。因此,当凸轮环26被转动时,由第一镜头组直线导向环22在光轴方向上线性导向的第一镜头组支承框架24沿着转动中心轴Z0(以及照相光轴Z1)以与多个外部凸轮槽26b的轮廓一致的预定运动向前和向后移动。同样,当凸轮环26被转动时,由第二镜头组直线导向环23在光轴方向上线性导向的第二镜头组支承框架25沿着转动中心轴Z0(以及照相光轴Z1)以与多个内凸轮槽26c的轮廓一致的预定运动向前和向后移动。
第二镜头组支承框架25被设置有圆柱部分25b(参见图1和图2),其保持第二镜头组13d并支承圆柱部分25b前方的快门13b和光圈13c,以便使快门13b和光圈13c的每个能够被打开和关闭。根据释放按钮14e(参见图5)的推下(push-down)操作,快门13b和光圈13c能够分别由快门调节器(actuator)MS和光圈调节器MA(参见图5)打开和关闭。快门调节器MS和光圈调节器MA由第二镜头组支承框架25支承。释放按钮14e是传统的两步式(two-step)按钮开关;基于被半压住的快门释放操作,距离测量传感器和光度计(photometering)传感器(两者都未示出)被启动,以分别执行距离测量操作和光度计操作,基于快门释放操作被全部压下,执行快门释放操作(电子图像纪录操作)。
保持第一镜头组13a的调焦框架29由第一镜头组支承框架24进行支承,以便能够沿着转动中心轴Z0(以及照相光轴Z1)移动。调焦框架29能够通过调焦电机MF(参见图5)向前和向后移动。
变焦电机MZ和调焦电机MF各自的操作由相关的电机驱动器进行控制,而快门调节器MS和光圈调节器MA各自的操作由相关的调节器驱动器进行控制。在图5中,这些驱动器都未示出,从而使变焦电机MZ、调焦电机MF、快门调节器MS和光圈调节器MA各自被示出为直接与CPU 60相连。基于开启照相机的主开关(开关信号产生器)14d(参见图5),变焦电机MZ被驱动,以把变焦镜头10带入如图2所示的照相状态。基于关闭主开关14d,变焦镜头10从照相状态被移动到如图1所示的缩回状态。
对上述所描述的变焦镜头10的操作总结如下。基于如图1所示的变焦镜头10的缩回状态开启主开关14d,变焦齿轮17被驱动,以便在镜筒内向前的方向上转动。因此,螺纹环18在转动的同时在光轴方向上向前移动,并且同时,直线导向环20在光轴方向上与螺纹环18一起线性向前移动。此外,螺纹环18的转动使凸轮环26在相对于直线导向环20转动的同时,在光轴方向上向前移动。第一镜头组直线导向环22和第二镜头组直线导向环23与凸轮环26一起在光轴方向上向前线性移动。第一镜头组支承框架24和第二镜头组支承框架25各自相对于凸轮环26以预定运动在光轴方向上移动。因此,当变焦镜头10从其缩回状态进行拉伸时,通过把凸轮环26相对于固定环部分16的移动量与第一镜头组支承框架24相对于凸轮环26的移动量(第一镜头组支承框架24通过凸轮槽26b的前进/缩回量)相加,确定第一镜头组13a在光轴方向上的移动量。此外,当变焦镜头10从其缩回状态进行拉伸时,通过把凸轮环26相对于固定环部分16的移动量与第二镜头组支承框架25相对于凸轮环26的移动量(第二镜头组支承框架25通过凸轮槽26c的前进/缩回量)相加,确定第二镜头组13d在光轴方向上的移动量。
图6示出了螺纹环18和凸轮环26的移动路径,以及第一镜头组13a和第二镜头组13d相对于凸轮环26的移动路径(凸轮槽26b和26c的凸轮图)。竖轴表示镜头桶从变焦镜头10的缩回状态到其最大远距的转动量(角位置),而水平轴表示镜筒在光轴方向上的移动量。如图6所示,螺纹环18在向上转动到角位置AP1的同时,在光轴方向上向前移动,角位置AP1位于变焦镜头10从缩回位置(参见图1)到最大广角(由从照相光轴Z1开始的变焦镜头10的上半部示出,并如图2所示)的拉伸范围的大约中点处,而螺纹环18在如上所述的从角位置AP1到最大远距(由从照相光轴Z1开始的变焦镜头10的下半部示出,并如图4所示)的变焦镜头10的拉伸范围内、在光轴方向上的固定位置处转动。另一方面,凸轮环26在向上转动到角位置AP2的同时,在光轴方向上向前移动,角位置AP2在从缩回位置到最大广角的变焦镜头10的拉伸范围内,位于紧接在变焦镜头10的最大广角的后方,而凸轮环26在如上所述的从角位置AP2到最大远距的变焦镜头10的拉伸范围内、在光轴方向上的固定位置处转动,类似于螺纹环18。在从最大广角到最大远距的变焦范围内,由第一镜头组支承框架24相对于凸轮环26的移动量(第一镜头组支承框架24通过凸轮槽26b的前进/缩回量)确定第一镜头组13a在光轴方向上的移动量,凸轮环26在光轴方向上的固定位置处转动,并由第二镜头组支承框架25相对于凸轮环26的移动量(第二镜头组支承框架25通过凸轮槽26c的前进/缩回量)确定第二镜头组13d在光轴方向上的移动量,凸轮环26在光轴方向上的固定位置处转动。变焦镜头10的焦距通过在光轴方向上第一镜头组13a和第二镜头组13d之间的相对运动而改变。图7示出了第一镜头组13a和第二镜头组13d的实际移动路径,通过把螺纹环18和凸轮环26的移动量与第一镜头组13a通过凸轮槽26b的移动量相结合而获得第一镜头组13a的实际移动路径,通过把螺纹环18和凸轮环26的移动量与第二镜头组13d通过凸轮槽26c的移动量相结合而获得第二镜头组13d的实际移动路径。
从广角极限位置到长焦极限位置的变焦镜头10的焦距信息由变焦编码器(encoder)(焦距检测器)50(参见图5、图22和图25)进行检测,以输入到CPU60。在从广角极限位置到长焦极限位置的变焦范围内,基于变焦镜头10的该焦距信息和由距离测量传感器(未示出)所获得的目标距离信息,确定用于调焦的第一镜头组13a的驱动量,并通过由调焦电机MF在光轴方向上独立于其他光学元件移动第一镜头组13a而执行调焦操作。
第一镜头组13a和第二镜头组13d的操作已经在上面大体进行了描述。在现有实施例的变焦镜头10中,从第三镜头组13e到CCD 13g的变焦镜头10的光学元件能够从照相光轴Z1上的照相位置离开、缩回到偏离光轴(off-optical-axis)缩回的位置(径向缩回的位置)Z2,其位于如上所述的照相位置的上方。此外,通过在垂直于照相光轴Z1的平面上移动从第三镜头组13e到CCD 13g的光学元件,也能够抵消图像抖动。下面将描述缩回机构和图像稳定机构。
如图8和图18所示,由CCD支架30进行保持的第三镜头组13e、低通滤波器13f和CCD 13g作为一个单元被提供。CCD支架30设置有保持架主体30a、密封部件30b和压板(pressure plate)30c。通过保持架30a把第三镜头组13e保持在其前方末端光圈处。低通滤波器13f被保持在形成于保持架主体30a的内表面上的凸缘和密封部件30b之间,而CCD 13g被保持在密封部件30b和压板30c之间。保持架主体30a和压板30c由分别布置在CCD支架30的中心轴(在变焦镜头10的照相状态中的照相光轴Z1)周围的三个固定螺丝钉30d(参见图17和图18)相互固定。这三个固定螺丝钉30d还把图像传输柔性印制板(PWB)31的一个末端部分固定到压板30c的后表面,使得CCD 13g的支承基底(substrate)被电连接到图像传输柔性印制板31。
图像传输柔性印制板31从其在CCD 13g处的连接末端延伸到外壳11中的缩回空间SP。图像传输柔性印制板31设置有第一线性部分31a、U-型部分31b、第二线性部分31c和第三线性部分31d(参见图1和图2)。第一线性部分31a基本垂直于照相光轴Z1并向上延伸。U-型部分31b从第一线性部分31a向前弯曲。第二线性部分31c从U-型部分31b向下延伸。第三线性部分31d从第二线性部分31c向上展开。第三线性部分31d沿着外壳11的前壁15a的内表面被固定到该内表面上。第一线性部分31a、U-型部分31b和第二线性部分31c(除了第三线性部分31d之外)用作自由可变形的部分,这部分根据CCD支架30的运动是自由弹性可变形的。
CCD支架30通过分别布置在CCD支架30的中心轴(在变焦镜头10的准备照相状态中的照相光轴Z1)周围的三个调节螺丝钉33(参见图17和图18)由水平移动框架(第二导向装置的元件)32进行支承。三个压缩圆弹簧34被安装在CCD支架30和水平移动框架32之间。三个调节螺丝钉33的杆(shaft)部分被分别插入三个压缩圆弹簧34中。当调节螺丝钉33的紧固(tightening)量发生改变时,圆弹簧34各自的压缩量发生改变。调节螺丝钉33和压缩圆弹簧34被设置在第三镜头组13e的光轴周围的三个不同位置上,从而,CCD支架30相对于水平移动框架32的倾斜度、或第三镜头组13e的光轴相对于照相光轴Z1的倾斜度能够通过改变第三调节螺丝钉33的紧固量进行调节。
如图15所示,水平移动框架32由竖直移动框架(保持可缩回的光学元件的导向装置/保持架的元件)36进行支承,以便能够相对于竖直移动框架36、通过在x-轴方向延伸的水平导向轴(第二导向装置的元件)35进行移动。特别是,水平移动框架32设置有矩形框架部分32a,其装入CCD支架30和从框架部分32a水平延伸的臂部分32b。弹簧支承凸出部32c形成在框架部分32a的上部表面上,而倾斜表面32d和位置限定表面32e形成在臂部分32b的末端部分上。位置限定表面32e是平行于y-轴的平的表面。另一方面,竖直移动框架36设置有一对运动限定框架36a和36b、弹簧支承部分36c、上部支撑(bearing)部分36d以及下部支撑部分36e。一对运动限定框架36a和36b在x-轴方向上被间隔开设置。弹簧支承部分36c位于这对运动限定框架36a和36b之间。上部支撑部分36d位于由弹簧支撑部分36c在x-轴方向上进行延伸的线路上。下部支撑部分36e位于上部支撑部分36d下方。如图16所示,水平移动框架32在这种状态下由竖直移动框架36进行支承,即,框架部分32a位于一对运动限定框架36a和36b之间的空间内,而倾斜表面32d和臂部分32b的位置限定表面32e位于运动限定框架36b和上部支撑部分36d之间。
水平导向轴35的一个末端被固定到竖直移动框架36的运动限定框架36a上,而水平导向轴35的另一个末端被固定到竖直移动框架36的上部支撑部分36d上。两个通过孔(through-holes)分别形成在运动限定框架36b和弹簧支承部分36c中,以便相互之间水平对准,从而允许水平导向轴35通过运动限定框架36b和弹簧支承部分36c。水平导向轴35插入其中的水平通过孔32x1和32x2(参见图16)分别形成在水平移动框架32的臂部分32b和弹簧支承凸出部32c中。水平移动框架32的水平通过孔32x1和32x2以及上述分别形成在运动限定框架36b和弹簧支承部分36c中的两个通过孔相互之间水平对准。由于水平导向轴被可滑动地适配安装在水平通过孔32x1和32x2中,所以水平移动框架32通过竖直移动框架36被支承成为能够相对于竖直移动框架36在x-轴方向上移动。水平移动框架偏置弹簧(biasing spring)37被安装在弹簧支承凸出部32c和弹簧支承部分36c之间的水平导向轴35上。水平移动框架偏置弹簧37是压缩圆弹簧,并把水平移动框架32偏置在使弹簧支承凸出部32c靠近运动限定框架36a的方向上(如图16所示向左)。
此外,竖直通过孔36y1和36y2(参见图15)分别被形成在竖直移动框架36的上部支撑部分36d和下部支撑部分36e中,它们在沿着垂直于照相光轴Z1的y-轴方向的线上延伸。竖直通过孔36y1和竖直通过孔36y2是竖直对准的,并且竖直导向轴(导向装置/第一线性导向轴的元件)38(参见图8和图9)通过竖直通过孔36y1和竖直通过孔36y2。竖直导向轴38的两个末端都固定到外壳11上,并因此竖直移动框架36能够在照相机内部沿着竖直导向轴38在y-轴方向上移动。更特别的是,竖直移动框架36能够在图1所示的照相位置和图2所示的缩回位置之间移动。当竖直移动框架36位于如图2所示的照相位置中时,第三镜头组13e的中心、低通滤波器13f和CCD支架中的CCD 13g位于照相光轴Z1上。当竖直移动框架36位于如图1所示的径向缩回位置中时,第三镜头组13e的中心、低通滤波器13f和CCD 13g位于偏离光轴缩回的位置Z2中,位置Z2位于固定环部分16上方。
竖直移动框架36设置有弹簧钩(spring hooking)部分36f,其在离开竖直通过孔35y1的方向上从竖直移动框架36的侧表面水平凸出,并且竖直移动框架偏置弹簧(偏置装置)39在弹簧钩部分36f和固定到外壳11之中的弹簧钩部分11a(参见图8)之间进行延伸。竖直移动框架偏置弹簧39是伸长的圆弹簧,并且向下偏置竖直移动框架36(即,朝着如图2所示的照相位置)。
如上所述,保持CCD支架30的水平移动框架32由竖直移动框架36支承成为能够在x-轴方向上相对于竖直移动框架36移动,而竖直移动框架36通过竖直导向轴38由外壳11支承成为能够在y-轴方向上相对于外壳11移动。图像抖动能够通过在x-轴方向和y-轴方向上移动CCD支架30而被抵消。为此,变焦镜头10设置有获得CCD支架30的这种运动的驱动装置。该驱动装置将在下面被描述。
这种驱动装置设置有水平驱动杆(lever)40。如图9和图19所示,水平驱动杆40在其低端处、在杆枢轴42上枢轴转动,杆枢轴42设置在外壳11中并固定于其上,以平行于照相光轴Z1。水平驱动杆40在其上部末端设置有施力(force-applying)末端40a。水平驱动杆40在施力末端40a的附近设置有在光轴方向上向后凸出的操作销(pin)40b,以及在光轴方向上向前凸出的弹簧钩部分40c。如图12所示,水平驱动杆40的施力末端40a紧靠移动部件43的突起部(lug)43a。移动部件43由一对平行导向条44(44a和44b)支承成为能够在其上沿x-轴方向滑动,并且驱动螺母部件45紧靠移动部件43。驱动螺母部件45设置有内螺纹孔45b和滑动地适配安装在导向条44b上的转动限定槽45a(参见图9)。第一步进电机(第二执行器)46的驱动轴(进给螺杆)46a被拧进内螺纹孔45b中。如图13和图14所示,驱动螺母部件45从左侧紧靠移动部件43。伸长圆弹簧47的一个末端被钩在水平驱动杆40的弹簧钩部分40c上,而弹簧47的另一个末端被钩在从外壳11(参见图12)的内表面凸出的弹簧钩部分11b上。伸长圆弹簧47把水平驱动杆40偏置在使移动部件43紧靠驱动螺母部件45的方向上,即,如图13、图14和图19所示的逆时针方向。由于这种结构,对第一步进电机46进行驱动,使驱动螺母部件45沿着一对导向条44移动,并同时使移动部件43与驱动螺母部件45一起移动,由此使水平驱动杆40围绕杆枢轴42摆动。特别是,如图13和图14所示,向右移动驱动螺母部件45使驱动螺母部件45克服伸长弹簧47的偏置力(biasing force),而在相同方向上压迫移动部件43,由此使水平驱动杆40如图13和图14所示顺时针转动。反之,如图13和图14所示,向左移动驱动螺母部件45使移动部件43随着由于伸长圆弹簧47的偏置力而导致的驱动螺母45的向左移动,而在相同方向上移动,由此使水平驱动杆40如图13和图14所示逆时针转动。
如图19所示,水平驱动杆40的操作销40b紧靠位置限定表面32e,其被设置在水平移动框架32的臂部分32b的末端部分上。由于水平移动框架32如图19所示由水平移动框架偏置弹簧37向左偏置,所以操作销40b保持与位置限定表面32e相接触。当水平驱动杆40摆动时,操作销40b的位置沿着x-轴方向改变,使得水平移动框架32沿着水平导向轴35移动。特别是,如图19所示,顺时针转动水平驱动杆40使操作销40b压迫位置限定表面32e,这使得水平移动框架32克服水平移动框架偏置弹簧37的偏置力而向右移动,如图19所示。反之,如图19所示,逆时针转动水平驱动杆40使操作销40b在离开位置限定表面32e的方向上移动(如图19所示,向左),这使得水平移动框架32在随着由于水平移动框架偏置弹簧37的偏置力而导致的操作销40b的向左移动的同时,在相同的方向上移动。
如从图8到图11、图13和图14所示,第二步进电机(公共(common)执行器)70和驱动螺母部件(线性移动部件)71被安装在紧邻竖直导向轴38处。第二步进电机70设置有平行于竖直导向轴38而延伸的驱动轴(进给螺杆)70a,并且驱动螺母部件71与驱动轴70a旋进配合(screw-engaged)。如图9所示,驱动螺母部件71设置有可滑动地适配安装在竖直导向轴38上的转动限定槽71a,以及与驱动轴70a旋进配合的内螺纹孔71b。通过驱动第二步进电机70向前和向后转动驱动轴70a使驱动螺母部件71在y-轴方向上沿着竖直导向轴38向上和向下移动。如图10、图11、图13和图14所示,驱动螺母部件71从竖直移动框架36的底部与其相接触。由于这种结构,对第二步进电机70进行驱动,使驱动螺母部件71沿着竖直导向轴38移动,由此使竖直移动框架36沿着竖直导向轴38移动。特别是,向上移动驱动螺母部件71使驱动螺母部件71向上推动竖直移动框架36的低部支撑部分36e,从而使竖直移动框架36克服竖直移动框架偏置弹簧39的偏置力向上移动。反之,向下移动驱动螺母部件71使竖直移动框架36通过竖直移动框架偏置弹簧39的偏置力,与驱动螺母部件71一起向下移动。
在上述结构中,通过向前或向后驱动第一步进电机46,能够使水平移动框架32在x-轴方向上左移或右移。此外,通过向前或向后驱动第二步进电机70,能够使竖直移动框架36在y-轴方向上向上或向下移动。
CCD支架30由水平移动框架32支承。水平移动框架32设置有形成为臂部分32b的一部分的板部分32f,以便使其从臂部分32b向下延伸。从照相机的前方察看时,板部分32f具有基本上倒置的L形,并且在y-轴方向上延长,从而使板部分32f的低端向下达到紧邻低部支撑部分36e。此外,竖直移动框架36在低部支撑部分36e的末端设置有板部分36s。如图8到图11以及图13到图14所示,各具有相互分隔开的光发射器和光接收器的两个光电传感器55和56被安装在外壳11中。当板部分32f在光电传感器55的光发射器和光接收器之间经过时,水平移动框架32的初始位置能够通过光电传感器55进行检测。板部分32f和光电传感器55构成了光遮断器(photo interrupter)。同样,当板部分36s在光电传感器56的光发射器和光接收器之间经过时,竖直移动框架36的初始位置能够由光电传感器56进行检测。板部分36s和光电传感器56构成光遮断器。
变焦镜头照相机的现有实施例设置有x-陀螺仪传感器(角速度传感器/抖动速度传感器)51和y-陀螺仪传感器(角速度传感器/抖动速度传感器)52,它们被配置成分别对围绕x-轴的角速度和围绕y-轴的角速度进行检测(参见图5),并且施加在照相机上的速度(幅度)和抖动方向也由x-陀螺仪传感器51和y-陀螺仪传感器52进行检测。随后,分别由x-陀螺仪传感器51和y-陀螺仪传感器52检测的在两个轴方向(x-轴方向和y-轴方向)上的角速度由CPU 60进行时间积分(time-integrated),以确定移动角度。随后,CPU 60由该移动角度计算图像在焦平面(成像表面/CCD 13g的光接收表面)上的x-轴方向和y-轴方向上的移动量。为了抵销照相机抖动(抖动),CPU 60还计算对于各轴方向的水平移动框架32和竖直移动框架36的驱动量和驱动方向(用于第一步进电机46和第二步进电机70的驱动脉冲)。随即,第一步进电机46和第二步进电机70被启动,并且其操作根据所计算的数值进行控制。水平移动框架32和竖直移动框架36以这种方式各自在所计算的方向上以所计算的量被驱动,以便抵销照相光轴Z1的抖动,以由此稳定焦平面上的图像。通过开启照相模式选择开关14f可以使照相机进入这种图像稳定模式(参见图5)。此外,通过操作照相模式选择开关14f,可以在图像稳定模式中选择第一抖动跟踪(following)模式或第二抖动跟踪模式。在第一抖动跟踪模式中,第一步进电机46和第二步进电机70各自被连续驱动,以稳定焦平面上的图像。在第二抖动跟踪模式中,只有当操作释放按钮24e时(当释放按钮14e被向下按下一半时,以及当释放按钮14e被完全按下时),第一步进电机46和第二步进电机70各自被驱动,以稳定焦平面上的图像。
使用上述图像稳定机构的一部分,当变焦镜头10从照相状态缩回时,朝着偏离光轴缩回的位置Z2、进入缩回空间SP的第三镜头组13e、低通滤波器13f和CCD13g的缩回操作(径向缩回操作)被执行。如图8到图11、图13和图14所示,第二步进电机70被安装成其主体位于底部,而从第二步进电机70的主体向上延伸的驱动轴70a具有大于竖直移动框架在y-轴上的缩回移动量的长度。平行于驱动轴70a的竖直导向轴38具有大于驱动轴70a长度的长度。这种配置使在y-轴方向上大大超过对于图像稳定,即,对于抵销图像抖动所必须的竖直移动框架36的预定移动范围而移动竖直移动框架36成为可能。也就是说,由竖直移动框架36所支承的第三镜头组13e、低通滤波器13f和CCD 13g能够从照相光轴Z1上的位置(如图11和图14所示的位置)移动到偏离光轴缩回的位置Z2(如图10和图13所示的位置)。
CPU 60通过根据变焦镜头10的状态驱动第二步进电机70而控制竖直移动框架36的位置。首先,当变焦镜头10处于照相状态中时(即,当变焦镜头10的焦距被设置在最大广角和最大远距之间时),驱动螺母部件71位于驱动轴70a的低端附近,从而使竖直移动框架36(与第三镜头组13e、低通滤波器13f和CCD 13g一起)位于照相光轴Z1上。在这种照相状态中,上述图像稳定操作能够通过在x-轴方向和y-轴方向上适当地驱动第一步进电机46和第二步进电机70而被执行。这种图像稳定操作在第三镜头组13e、低通滤波器13f和CCD 13g仍旧保持在照相光轴Z1上时被执行。即,在图像稳定操作期间,第三镜头组13e、低通滤波器13f和CCD 13g不朝着超过照相光轴Z1的偏离光轴缩回的位置Z2大幅移动。
当照相机的主开关14d(参见图5)被开启时,变焦镜头10进入图2所示的照相状态,而当主开关14d被关闭时,变焦镜头10进入图1所示的缩回状态。当基于主开关14d被关闭,变焦镜头从照相状态改变到缩回状态时,通过变焦电机MZ的操作执行变焦镜头10的缩回操作,并且第二步进电机70同时被驱动,用于把驱动螺母部件71向上移动到紧邻驱动轴70a上端的位置处,如图10和图13所示。随即,驱动螺母部件71克服使竖直移动框架36移动到如图1所示的偏离光轴缩回的位置Z2的竖直移动框架偏置弹簧39的偏置力,使竖直移动框架36在沿着竖直导向轴38被导向的同时进行升高。随后,第三镜头组13e、低通滤波器13f和CCD 13g从照相光轴Z1上的位置向偏离光轴缩回的位置径向向外缩回。
竖直移动框架36的缩回操作,即,第二步进电机70的操作被控制成在变焦镜头10被完全缩回之前,在角位置AP3(如图6和图7所示)处完成。随后,螺纹环18和凸轮环26在转动的同时,从角位置AP3在光轴方向上进一步向后移动。此后,当螺纹环18和凸轮环26到达如图1所示的其各自的缩回位置时,保持第二镜头组13d的第二镜头组支承框架25的圆柱部分25b被缩回到外壳11的空间中,该空间在之前变焦镜头10处于照相状态时,被竖直移动框架36占据。以这种方式,在光轴方向上照相光学系统的厚度能够在变焦镜头10的缩回状态中得以减小,这使得减小变焦镜头10的厚度成为可能,而这又接着使得减小并入了变焦镜头10的照相机的厚度成为可能。竖直移动框架36的缩回操作的开始时间(thetiming of the commencement)可以在如图6和图7所示的最大广角和角位置AP3之间的范围内自由确定。在本发明中,由第二步进电机70执行的竖直移动框架36的缩回操作被控制成在角位置AP2附近开始,在该位置处,凸轮环26在其于固定位置处转动的状态和其在向前或向后移动的同时进行转动的状态之间改变其操作状态。
当变焦镜头10从如图1所示的缩回状态改变到如图2所示的照相状态时,执行被转变成上述操作的变焦镜头10的操作。首先,变焦电机MZ被开启,用于开始基于主开关14d被开启的变焦镜头10的前进操作。在这一阶段,第二步进电机70还没有被开启。变焦电机MZ的前进操作使支承第二镜头组13d的第二支承框架25从图1所示的最后位置向前移动。第二支承框架25的这种向前移动开放了在竖直移动框架36的下方、位于缩回位置中(并高于照相光轴Z1)的空间。到达第二支承框架25在y-轴方向上不被竖直移动框架36交叠的位置的第二支承框架25的前进操作在镜筒10达到如图6和图7所示的角位置AP3时已经被完成。第二步进电机70从这个状态开始转动,从而使驱动螺母部件71在沿着竖直导向轴38被导向的同时移动到驱动轴70a低端附近的位置。同时,通过竖直移动框架偏置弹簧39的偏置力,竖直移动框架36随着驱动螺母部件71向下移动到照相光轴Z1上的位置,如图11和图14所示。
当竖直移动框架36如图20所示向上缩回到偏离光轴缩回的位置Z2时,在水平移动框架32的臂部分32b上设置的位置限定表面32e与在水平驱动杆40上设置的操作销40b不配合。位置限定表面32e与操作销40b的这种不配合使水平移动框架32由于水平移动框架偏置弹簧37的偏置力而向左移动,如图20所示,直到水平移动框架32的框架部分32a紧靠竖直移动框架36的运动限定框架36a的点处。基于竖直移动框架36被向下移动到照相光轴Z1,水平移动框架32的倾斜表面32d从这种状态开始与在图20中由两点链(two-dot chain)所示的操作销40b相接触。倾斜表面32d被倾斜成根据竖直移动框架36的向下运动,把操作销40b导向位置限定表面32e侧。因此,基于竖直移动框架36被向下移动到照相位置,操作销40b再次与位置限定表面32e相配合,如图19所示,而水平移动框架32的框架部分32a回到其在运动限定框架36a和运动限定框架36b之间的中间位置。
如从上面的描述所能理解的那样,在变焦镜头10的现有实施例中,竖直移动框架36通过第二步进电机70的驱功率从照相光轴Z1上被升高,用于当变焦镜头被缩回到缩回位置时,把包括第三镜头组13e、低通滤波器13f和CCD 13g的可缩回光学单元移动到偏离光轴缩回的位置Z2(在缩回空间SP中)。第二镜头组13d进入照相光轴Z1之上的空间,该空间在第三镜头组13e、低通滤波器13f和CCD13g被缩回到偏离光轴缩回的位置Z2之后产生,如图1所示,这使得在照相光轴Z1方向上减小变焦镜头10的厚度成为可能,并且当照相机处于非照相状态时,即使照相机包括光学图像稳定器,也会使获得并入了变焦镜头10的小型照相机成为可能。
在变焦镜头10中,在x-轴方向和y-轴方向上由第一步进电机46和第二步进电机70对CCD支架30进行驱动,用于抵销如上所述的图像抖动,所述两个步进电机用作驱动源,用于驱动CCD支架30。本发明的一个特征在于,当把图像稳定操作与本领域现有技术的图像稳定操作相比时,第一步进电机46和第二步进电机70的功率消耗能够被减小。因此,该技术原理可以被同样应用于x-轴方向上的图像稳定操作和y-轴方向上的图像稳定操作,在下面的描述中,第一步进电机46和第二步进电机70都被称为步进电机SM。此外,在下面的描述中,x-陀螺仪传感器51和y-陀螺仪传感器52也都被称为陀螺仪传感器(抖动速度传感器)GS。当执行图像稳定操作时被驱动的第三镜头组13e、低通滤波器13f和CCD 13g也将被共同称为抗图像抖动光学元件OV。
图21示出了步进电机SM的特征。竖轴示出了步进电机SM的驱动扭矩,其在离开原点(0)的方向上增大。水平轴示出了开始响应频率(starting responsefrequency)(最大脉冲速度),即,照相机抖动的速度(幅度),其中,其数值相对于步进电机SM每单位时间的驱动量而言成比例地增大。根据包括抗图像抖动光学元件OV、CCD支架30、水平移动框架32和竖直移动框架36的可移动部分的重量,以及在例如水平导向轴35和竖直导向轴38的滑动部分所产生的摩擦阻力,用于驱动抗图像抖动光学元件OV所必须的驱动扭矩QN被预定成常数。应该给予步进电机SM、以获得用于驱动抗图像抖动光学元件OV的驱动扭矩QN的能量(功率)根据开始响应频率而变化,并且当开始响应频率变大时需要被增大。因此,在现有技术中,传统的步进电机SM以恒定功率进行驱动,该恒定功率满足根据其规格所预定的最大驱动频率。例如,在最大驱动频率为2kHz的情况下,如图21所示的曲线中所绘制的,功率P5被应用于步进电机,以便在所有时间驱动步进电机,而不考虑实际驱动频率的变化。
不过,在最大驱动频率为100Hz的情况下,如果步进电机以功率P5被驱动(参见图21),则会产生超过所必须的驱动扭矩QN的剩余扭矩QS。通过以避免这种剩余扭矩QS产生的方式控制步进电机SM的操作、而能够减小功率消耗,已经从这种观点出发对本发明进行了设计。在本发明中,应用到步进电机SM的驱动功率是可变功率,而不是恒定功率,并且低水平驱动功率在这个范围内被选择,即,在该范围内,所必须的驱动扭矩QN根据开始响应频率的变化而获得。特别是,在开始响应频率为100Hz、200Hz、500Hz、1kHz和2kHz的情况下,把具有不同幅度的功率P1、P2、P3、P4和P5应用于步进电机,以分别驱动步进电机SM。功率P1、P2、P3、P4和P5表示为了在开始响应频率100Hz、200Hz、500Hz、1kHz和2kHz处分别获得所必须的驱动扭矩QN所必须的功率,功率P1、P2、P3、P4和P5具有下面的关系:
P1<P2<P3<P4<P5
由于方程“P=V2/R”在功率电路中成立,其中功率、电压、电阻(常数值)分别被表示为P、V和R,应用于步进电机SM的驱动功率能够通过改变电压V进行调节。图22示出了功率电路类型的一个实施例,该电路根据电压变化改变了提供给步进电机的驱动功率。该功率电路是开关调节器(switching regulator),其设置有电池80、线圈81、开关晶体管82、平滑电容器83、用于防止逆向电流的二极管84以及控制开关晶体管82的开/关操作的控制集成电路(IC)85。如在本领域中所知的,如果功率电路通过开关晶体管82被短路到地,则开关晶体管被断开(被打开),这使得电流经过平滑电容器83,从而使平滑电容器83积累电荷。控制IC 85对现有的参考电压与从控制IC 85的反馈端FB输入的比较电压进行比较,并控制开关晶体管82的开/关操作,使得参考电压和比较电压变成彼此相同,从而使功率电路的输出电压保持在指定的电压上。随即,功率电路为电机驱动器87提供功率,使电机驱动器87根据从CPU 60输出的电机驱动信号驱动步进电机SM。步进电机SM是两相激励步进电机。用于第一相位(EN1,IN1)的驱动信号和用于第二相位(EN2,IN2)的驱动信号被发送到电机驱动器87。
功率电路设置有用于从CPU 60把电压控制信号传输到电压检测点CV的控制信号传输线88,电压检测点CV用于比较电压的检测。由于控制IC 85进行工作,以使比较电压相应于参考电压,如上所述,所以可以通过把不同于实际比较电压的电压信息输入到电压检测点CV,而故意改变输出电压。特别是,如果低于参考电压的电压被输入到电压检测点CV,则控制IC 85进行工作,以增大功率电路的输出电压,而如果高于参考电压的电压被输入到电压检测点CV,则控制IC 85进行工作,以降低功率电路的输出电压。这种控制使自由改变提供给步进电机SM的电压成为可能。例如,当需要如图21所示的功率P5以获得所必须的驱动扭矩QN时,输出电压被设置到电压V5,其是图23所示的从V1到V5的五种电压水平中最大的,而控制IC 85控制功率电路的输出电压,以便当用于获得所必须的驱动扭矩QN所必须的功率水平从P4到P1降低时,在每个驱动脉冲处的输出电压从V4到V1以台阶(stage)降低。由于步进电机SM是两相激励的步进电机,因此实际上总共存在四个驱动信号(脉冲信号:用于第一相位的两个脉冲信号A1和B1,以及用于第二相位的两个脉冲信号A2和B2),如图24所示,并且每个脉冲的幅度根据在每个驱动信号中输出电压的变化(V1到V5)而进行改变。
其中控制IC 85的工作由从CPU 60传输的电压控制信号直接进行控制的、如图25所示的功率电路类型、而不是其中执行带有比较电压的反馈控制的、如图22所示的功率电路类型,能够被用作改变提供给步进电机SM的驱动功率的功率电路的另一种类型。如图25所示的功率电路不同于如图22所示的功率电路之处在于,如图25所示的功率电路不具有如图22所示的功率电路所具有的平滑电容器83和电压检测点CV,用于对来自CPU 60的电压控制信号进行传输的控制信号传输线89被直接连接到控制IC 85的反馈端FB。除了这些元件之外,在图25中示出的功率电路的元件和在图22中示出的功率电路的元件是相同的。控制IC 85根据从CPU 60传输的电压控制信号控制开关晶体管82的开/关操作。在如图25所示的功率电路类型中,提供给步进电机SM的驱动功率能够通过PWM(脉冲宽度调制)控制或PFM(脉冲频率调制)控制进行改变。
如在本领域中所知的那样,PWM控制指的是通过把每个单位脉冲时间分割成多个矩形波(被分开的脉冲),并改变矩形波的周期时间和在高脉冲侧(high-pulseside)上的比率(脉冲宽度/占空比),对驱动功率进行控制。也就是说,如果实际驱动功率降到低于所需的驱动功率水平,则能够通过增大占空比而使驱动功率保持在所需水平处,而如果实际驱动功率超过所需的驱动功率水平,则能够通过降低占空比而使驱动功率保持在所需水平处。通过适应这种能力,CPU 60对控制IC85的工作进行控制,以改变占空比,从而改变提供给步进电机SM的驱动功率的幅度。特别是,占空比被设置到最大比率,以增大提供给如图26A所示的步进电机SM的驱动功率,步进电机SM处于如图21所示的驱动功率P5对于抵销图像抖动是所必须的状态中。反之,在如图21所示的驱动功率P1足够用于抵消图像抖动的状态中,占空比被设置到最小比率,以减小提供给如图26B所示的步进电机SM的驱动功率。虽然图26A和26B仅分别示出了占空比是最大值和最小值的情况,但是提供给步进电机SM的驱动功率的幅度能够通过把占空比设置到最大占空比和最小占空比之间的中间比率,而被自由改变到如图21所示的功率P2、P3、P4的任何一个。
另一方面,PFM控制指的是通过把每个单位脉冲时间分割成多个矩形波(被分开的脉冲),并使在高脉冲侧上的时间(宽度)不可变而低脉冲侧(low-pulse side)上的时间(宽度)可变,对输出电压进行控制。也就是说,PFM控制通过改变每单位脉冲的转换(switching)频率而对输出电压进行控制。特别是,如果实际驱动功率降到低于所需的驱动功率水平,则能够通过增大频率而使驱动功率保持在所需水平处,而如果实际驱动功率超过所需的驱动功率水平,则能够通过降低频率而使驱动功率被保持在所需水平处。通过适应这种能力,CPU 60对控制IC 85的工作进行控制,以改变频率,从而改变提供给步进电机SM的驱动功率的幅度。特别是,频率被设置到最大频率,以增大提供给如图27A所示的步进电机SM的驱动功率,步进电机SM处于如图21所示的驱动功率P5对于抵销图像抖动是所必须的状态中。反之,在图21所示的驱动功率P1足够用于抵消图像抖动的状态中,频率被设置到最小频率,以减小提供给如图27B所示的步进电机SM的驱动功率。虽然图27A和27B仅分别示出了频率是最大值和最小值的情况,但是提供给步进电机SM的驱动功率的幅度能够通过把频率设置到最大频率和最小频率之间的中间频率,而被自由改变到如图21所示的功率P2、P3、P4的任何一个。
总之,提供给步进电机SM的驱动功率能够通过采用至少下面三种技术之一进行改变:
(1)改变每单位脉冲的输出电压
(2)改变作为时间分割每个单位脉冲的结果所获得的时间分割脉冲中的占空比(脉冲宽度)
(3)改变作为时间分割每个单位脉冲的结果所获得的时间分割脉冲的频率
如上所述,所必须的用于驱动步进电机SM的功率取决于开始响应频率的幅度。开始响应频率相应于每单位时间步进电机SM的驱动量(每单位时间用于步进电机SM的驱动脉冲的数量),并且这个每单位时间步进电机SM的驱动量被确定为相应于照相机抖动(图像抖动)的速度(幅度)。因此,在下面两个阶段的每一个阶段:照相机抖动的角速度已经由陀螺仪传感器GS检测过的阶段,以及用于驱动步进电机SM的驱动脉冲的数量已经被计算出的阶段,必须用于获得所必须的驱动扭矩QN的驱动功率的幅度能够被确定。图28示出了基于前面阶段数据为步进电机SM设置驱动功率的控制类型,而图29示出了基于后面阶段数据为步进电机SM设置驱动功率的控制类型。
由图28所示的流程图所示的控制将在下面进行讨论。在图像稳定模式被选择的基础上,控制进入该流程图,并且下面的每一个步骤由CPU 60进行控制。首先,表示施加到照相机的抖动角速度的信号(角速度信号)从陀螺仪传感器GS输入到CPU 60(步骤S10)。照相机抖动的速度被分成五种水平:水平1(最小水平)到水平5(最大水平),并且从陀螺仪传感器GS输入的角速度信号处于五种水平的哪一种被确定。如果角速度信号处在水平1中(如果步骤S11处是“是”),则驱动功率被设置到最小功率P1(步骤S12)。如果角速度信号大于水平1并处于水平2中(如果步骤S11处是“否”而步骤S13处是“是”),则驱动功率被设置到第二最小功率:功率P2(步骤S14)。随后,如果角速度信号大于水平2并处于水平3中(如果步骤S13处是“否”而步骤S15处是“是”),则驱动功率以类似的方式被设置到P3(步骤S16),而如果角速度信号大于水平3并处于水平4中(如果步骤S15处是“否”而步骤S17处是“是”),则驱动功率被设置到P4(步骤18)。如果角速度信号大于水平4(如果步骤S17处是“否”),这意味着角速度信号处于水平5中,从而驱动功率被设置到最大功率P5(步骤S19)。在步骤S12、S14、S16、S18和S19处的各驱动功率设置操作之后,控制进入步骤S20,在这一步执行图像稳定控制。在每个步骤S12、S14、S16、S18和S19处所设置的驱动功率Pn(n是1和5之间的任何数字)的幅度是用于在角速度的相应水平n(n是1和5之间的任何数字)处获得至少所必须的驱动扭矩QN的足够大的值,并且具有这样的关系:“P1<P2<P3<P4<P5”(参见图21)。在此处设置和改变驱动功率能够通过上述的三种技术之一而被执行:(1)改变每单位脉冲的输出电压,(2)改变作为时间分割每个单位脉冲的结果所获得的时间分割脉冲中的占空比(脉冲宽度),以及(3)改变作为时间分割每个单位脉冲的结果所获得的时间分割脉冲的频率。
例如,关于技术(1),参考图22所示的电路,如果角速度分别处于水平1和水平5,则CPU 60把提供给电机驱动器87的电源电压设置到最小电压V1和最大电压V5,并且相应于所设置的电源电压的电压控制信号被输入到控制IC 85。随即,控制IC 85根据输入到控制IC 85的电压控制信号控制开关晶体管82的开/关操作,以使提供给电机驱动器87的电源电压成为相应于图像抖动速度的五种电压V1到V5之一。随即,步进电机SM在所设置的驱动功率处被驱动,以移动抗图像抖动光学元件OV,从而执行图像稳定控制(步骤S20)。在步骤S20处的图像稳定控制中,从陀螺仪传感器GS输入的角速度信号被转换成图像表面的位移,以确定抗图像抖动光学元件OV的驱动量,用于驱动步进电机SM的驱动脉冲数量被计算出,并且基于所计算的驱动脉冲的数量对步进电机SM进行驱动。只要照相机处于图像稳定模式,从步骤S11到步骤S20的程序就以预定时间间隔进行重复。实际上,使用x-陀螺仪传感器51和第一步进电机46的x-轴方向图像稳定操作的图28所示的图像稳定控制、以及使用y-陀螺仪传感器52和第二步进电机70的y-轴方向图像稳定操作的图28所示的图像稳定控制被独立执行。
由图29中的流程图所示的控制将在下面进行讨论。在图像稳定模式被选择的基础上,控制进入该流程图,并且下面的每一个步骤由CPU 60进行控制。在表示施加到照相机的抖动角速度的信号(角速度信号)从陀螺仪传感器GS被输入(步骤S21)之后,该角速度信号被转换成图像表面的位移,以确定CCD 13g的驱动量,并且用于驱动步进电机SM的驱动脉冲数量被计算出(步骤S22)。图29中的流程图所示的控制不同于图28中的流程图所示的控制之处在于,用于步进电机SM的驱动功率根据在步骤S22处已经计算出的用于步进电机SM每单位时间驱动脉冲的数量被确定,而不根据在步骤S21处的角速度信号。随后,在步骤S22处所计算的驱动脉冲的数量是否是从水平1(最小水平)到水平5(最大水平)的五种水平之一被确定。如果驱动脉冲的数量处于水平1中(步骤S23处是“是”),则驱动功率被设置到最小功率P1(步骤S24)。如果驱动脉冲的数量大于水平1并处于水平2中(如果步骤S23处是“否”而步骤S25处是“是”),则驱动功率被设置到第二最小功率:功率P2(步骤S26)。随后,如果驱动脉冲的数量大于水平2并处于水平3中(如果步骤S25处是“否”而步骤S27处是“是”),则驱动功率以类似的方式被设置到P3(步骤S28),而如果驱动脉冲的数量大于水平3并处于水平4中(如果步骤S27处是“否”而步骤S29处是“是”),则驱动功率被设置到P4(步骤30)。如果驱动脉冲的数量大于水平4(如果步骤S29处是“否”),这意味着驱动脉冲的数量处于水平5中,从而驱动功率被设置到最大功率P5(步骤S31)。在步骤S24、S26、S28、S30和S31处的各驱动功率设置操作之后,控制进入步骤S32,在这一步执行图像稳定控制。在每个步骤S24、S26、S28、S30和S31处所设置的驱动功率Pn(n是1和5之间的任何数字)的幅度是用于在所计算的驱动脉冲数量的相应水平n(n是1和5之间的任何数字)处获得至少所必须的驱动扭矩QN的足够大的值,并且具有这样的关系:“P1<P2<P3<P4<P5”(参见图21)。在此处设置和改变驱动功率能够通过上述的三种技术之一而被执行:(1)改变每单位脉冲的输出电压,(2)改变作为时间分割每个单位脉冲的结果所获得的时间分割脉冲中的占空比(脉冲宽度),以及(3)改变作为时间分割每个单位脉冲的结果所获得的时间分割脉冲的频率。例如,在技术(1)的情况下,CPU 60把提供给电机驱动器87的电源电压设置到相应于所计算的驱动脉冲数量的五种电压V1到V5之一。控制IC 85进行工作,以使提供给电机驱动器87的电源电压成为相应于每单位时间驱动脉冲数量的五种电压V1到V5之一。随即,步进电机SM在所设置的驱动功率处被驱动,以移动抗图像抖动光学元件OV,从而执行图像稳定控制(步骤S32)。只要照相机处于图像稳定模式,从步骤S11到步骤S20的程序就以预定时间间隔进行重复。实际上,使用x-陀螺仪传感器51和第一步进电机46的x-轴方向图像稳定操作的图29所示的图像稳定控制、以及使用y-陀螺仪传感器52和第二步进电机70的y-轴方向图像稳定操作的图29所示的图像稳定控制被独立执行。
如通过上述描述所能理解的那样,可以根据例如由陀螺仪传感器GS所检测的照相机抖动速度或每单位时间驱动脉冲的数量的情况,通过适当改变由功率电路提供给步进电机SM的功率而减小步进电机SM的功率消耗。由于所设置的驱动功率P1、P2、P3、P4或P5在这种情况下被适当选择,即,即使驱动功率发生变化,抗图像抖动光学元件OV也能够以足够的速度被驱动,而光学图像稳定器的性能不会变差,这里,所必须的驱动扭矩QN(参见图21)能够利用所设置的驱动功率P1、P2、P3、P4或P5而获得。虽然用于步进电机SM的驱动功率在如图28和图29所示的两种控制类型的每一种中的五种水平中进行改变,但是这种驱动功率改变方式仅仅是一个例子。也就是说,用于步进电机SM的驱动功率能够在多于五种水平或少于五种水平中进行改变。
如图21所示,必须用于驱动抗图像抖擞光学元件OV的步进电机SM的驱动扭矩也对环境温度敏感。所必须的驱动扭矩QN随环境温度下降而增大(参见图21中的QNd),随环境温度上升而减小(参见图21中的QNu)。因此,除了考虑到例如角速度信息和每单位驱动脉冲数量的上述情况之外,还希望用于步进电机SM的驱动功率考虑环境温度而进行设置。变焦镜头10设置有温度传感器53(参见图5、图22和图25),使得用于步进电机SM的驱动功率考虑到从温度传感器53输入的温度数据而被设置。除了上述情况之外,考虑到该温度数据的用于为步进电机SM设置驱动功率的另一种控制类型将在下面参考图30和图31所示的流程图进行讨论。
图30所示的流程图示出了根据从陀螺仪传感器GS输出的角速度信号,用于为步进电机SM设置驱动功率的控制类型,其类似于由图28所示的流程图所示的控制。在图像稳定模式被选择之后,首先,从温度传感器53输出的温度数据被输入(步骤S33),而随后,温度是否高于预定温度被确定(步骤S34)。如果温度高于预定温度(如果步骤S34处是“是”),则控制进入步骤S35,角速度信号在这一步骤中从陀螺仪传感器GS被输入,并且随后进入步骤S36,在这一步骤中照相机的抖动速度是否低于预定值被确定。如果照相机的抖动速度低于预定值(如果步骤S36处是“是”),则驱动功率被设置到最小功率PS(步骤S37)。如果照相机的抖动速度等于或大于预定值(如果步骤S36处是“否”),则驱动功率被设置到高于功率PS的功率PM(步骤S38)。如果温度等于或低于预定温度(如果步骤S34处是“否”),则控制进入到步骤S39,角速度信号在该步骤处从陀螺仪传感器GS被输入,并随后进入步骤S40,在该步骤处确定照相机的抖动速度是否低于预定值。如果照相机的抖动速度低于预定值(如果步骤S40处是“是”),则用于步进电机SM的驱动功率被设置到功率PM(步骤S38)。另一方面,如果照相机的抖动速度等于或大于预定值(如果步骤S40处是“否”),则驱动功率被设置到最大功率PL(步骤S41)。在步骤S37、S38和S41的每次操作之后,步进电机SM在所设置的驱动功率PS、PM或PL处被驱动,以移动抗图像抖动光学元件OV,从而执行图像稳定控制(步骤S42)。在步骤S42的图像稳定控制中,从陀螺仪传感器GS输入的角速度信号被转换成图像表面的位移,以确定CCD 13g的驱动量,用于驱动步进电机SM的驱动脉冲的数量被计算出,而步进电机SM基于所计算的驱动脉冲数量被驱动。为了在步骤S37、S38和S41处分别把驱动功率设置到功率PS、PM和PL,仅需要使用上述技术(1)、(2)和(3)之一。实际上,使用x-陀螺仪传感器51和第一步进电机46的x-轴方向图像稳定操作的图30所示的图像稳定控制、以及使用y-陀螺仪传感器52和第二步进电机70的y-轴方向图像稳定操作的图30所示的图像稳定控制被独立执行。
也就是说,在图30所示的控制中,在温度高而照相机的抖动速度低的最小负载情况下,用于步进电机SM的驱动功率被设置到最小功率PS,在温度低而照相机的抖动速度高的最大负载情况下,用于步进电机SM的驱动功率被设置到最大功率PL,而如果由温度和照相机的抖动速度两者分别同为高或同为低所导致的负载情况下,用于步进电机SM的驱动功率被设置到中间功率PM。因此,以适当驱动功率驱动步进电机SM、并因此减小步进电机SM的功率消耗是可能的。
图31中的流程图示出了使用所计算的驱动脉冲数量用于驱动步进电机SM的控制类型,用于为步进电机SM设置驱动功率,其类似于由图29所示的流程图所示的控制。在图像稳定模式被选择之后,首先,从温度传感器53输出的温度数据被输入(步骤S43),而随后,温度是否高于预定温度被确定(步骤S44)。如果温度高于预定温度(如果步骤S44处是“是”),则控制进入步骤S45,在这一步骤中角速度信号从陀螺仪传感器GS被输入,并且随后进入步骤S46,在这一步骤中用于驱动步进电机SM(46和70)的驱动脉冲的数量根据从陀螺仪传感器GS输入的角速度信号被计算出。随后,这个计算出的每单位时间驱动脉冲的数量是否小于预定数量被确定(步骤S47)。如果计算出的每单位时间驱动脉冲的数量小于预定数量(如果步骤S47处是“是”),则驱动功率被设置到最小功率PS(步骤S48)。如果计算出的每单位时间驱动脉冲的数量等于或大于预定数量(如果步骤S47处是“否”),则驱动功率被设置到高于功率PS的功率PM(步骤S49)。如果温度等于或低于预定温度(如果步骤S44处是“否”),则控制进入步骤S50,在这一步骤中角速度信号从陀螺仪传感器GS输入,并随后进入步骤S51,用于驱动步进电机SM(46或70)的驱动脉冲的数量在这一步骤根据从陀螺仪传感器GS输入的角速度信号被计算出。随后,这个计算出的每单位时间驱动脉冲的数量是否小于预定数量被确定(步骤S52)。如果计算出的每单位时间驱动脉冲的数量小于预定数量(如果步骤S52处是“是”),则驱动功率被设置到功率PM(步骤S49)。如果计算出的每单位时间驱动脉冲的数量等于或大于预定数量(如果步骤S52处是“否”),则驱动功率被设置到最大功率PL(步骤S53)。在步骤S48、S49和S53的每次操作之后,步进电机SM在所设置的驱动功率PS、PM或PL处被驱动,以移动抗图像抖动光学元件OV,从而执行图像稳定控制(步骤S54)。为了在步骤S48、S49和S53处分别把驱动功率设置到功率PS、PM和PL,仅需要使用上述技术(1)、(2)和(3)之一。实际上,使用x-陀螺仪传感器51和第一步进电机46的x-轴方向图像稳定操作的图31所示的图像稳定控制、以及使用y-陀螺仪传感器52和第二步进电机70的y-轴方向图像稳定操作的图31所示的图像稳定控制被独立执行。
也就是说,在图31所示的控制中,在温度高而所计算的每单位时间驱动脉冲的数量小的最小负载情况下,用于步进电机SM的驱动功率被设置到最小功率PS,在温度低而所计算的每单位时间驱动脉冲的数量大的最大负载情况下,用于步进电机SM的驱动功率被设置到最大功率PL,而如果温度和所计算的每单位时间驱动脉冲的数量各自同为高或同为低所导致的负载情况下,用于步进电机SM的驱动功率被设置到中间功率PM。因此,以适当驱动功率驱动步进电机SM、并因此减小步进电机SM的功率消耗是可能的。
以这种方式,考虑到环境温度的变化而为步进电机SM设置驱动功率使精确的功率管理成为可能,因此使提高步进电机SM的功率节省效率(power-savingefficiency)成为可能。虽然用于步进电机SM的驱动功率在如图30和图31所示的两种控制类型的每一种中的三种水平中被改变,但是这种驱动功率改变方式仅仅是一个例子。也就是说,用于步进电机SM的驱动功率能够以多于三种水平被改变。例如,虽然在如图30和图31所示的两种控制类型的每一种中的两种情况下对普通(common)驱动功率PM进行设置,但是可以在两种情况之下分别设置具有不同功率水平的两种驱动功率。此外,通过进一步划分例如环境温度、照相机的抖动速度和用于驱动步进电机SM的驱动脉冲数量的每一个条件的确定标准,更精确的功率管理是可能的。
作为另一个优点,当执行图像稳定操作时,步进电机SM的驱动量根据变焦镜头10焦距的变化而变化,驱动量随着焦距变短和变长而分别减小和增大。因此,根据由变焦编码器50获得的焦距信息,可以通过改变用于步进电机SM的驱动功率而减小步进电机SM的功率消耗。
这种控制类型由图32所示的流程图示出。在图像稳定模式被选择的基础上,控制进入该流程图,并且下面的每一个步骤由CPU 60进行控制。首先,在步骤55处把焦距信息(变焦镜头10的照相光学系统的焦距信息)从变焦编码器50输入到CPU 60。在由图32所示的流程图所示的控制中,焦距的范围被划分成五种水平:水平1(最大广角附近的短焦距范围)到水平5(最大远距附近的长焦距范围),并且从变焦编码器50输入的焦距信息处于五种焦距水平的哪一种被确定。如果焦距处于水平1中(步骤S56处是“是”),则驱动功率被设置到最小功率P1(步骤S57)。如果焦距大于水平1并处于水平2中(如果步骤S56处是“否”而步骤S58处是“是”),则驱动功率被设置到第二最小功率:功率P2(步骤S59)。随后,如果焦距大于水平2并处于水平3中(如果步骤S58处是“否”而步骤S60处是“是”),则驱动功率以类似的方式被设置到P3(步骤S61),而如果焦距大于水平3并处于水平4中(如果步骤S60处是“否”而步骤S62处是“是”),则驱动功率被设置到P4(步骤63)。如果焦距大于水平4(如果步骤S62处是“否”),这意味着焦距处于最大远距附近的水平5中,从而驱动功率被设置到最大功率P5(步骤S64)。在步骤S57、S59、S61、S63和S64处的各驱动功率设置操作之后,控制进入步骤S65,在这一步骤执行图像稳定控制。在各步骤S57、S59、S61、S63和S64处被设置的驱动功率Pn(n是1和5之间的任何数字)的幅度是用于在角速度的相应水平n(n是1和5之间的任何数字)处获得至少所必须的驱动扭矩QN的足够大的值,并且具有这样的关系:“P1<P2<P3<P4<P5”(参见图21)。在此处设置和改变驱动功率能够通过上述的三种技术之一而被执行:(1)改变每单位脉冲的输出电压,(2)改变作为时间分割每个单位脉冲的结果所获得的时间分割脉冲中的占空比(脉冲宽度),以及(3)改变作为时间分割每个单位脉冲的结果所获得的时间分割脉冲的频率。
例如,关于技术(1),参考图22所示的电路,如果焦距处于水平1和水平5,则CPU 60把提供给电机驱动器87的电源电压分别设置到最小电压V1和最大电压V5,并且相应于所设置的电源电压的电压控制信号被输入到控制IC 85。随即,控制IC 85根据输入到控制IC 85的电压控制信号控制开关晶体管82的开/关操作,以使提供给电机驱动器87的电源电压成为相应于焦距的五种电压V1到V5之一。随即,步进电机SM在所设置的驱动功率处被驱动,以移动抗图像抖动光学元件OV,从而执行图像稳定控制(步骤S65)。在步骤S65处的图像稳定控制中,从陀螺仪传感器GS输入的角速度信号被转换成图像表面的位移,以确定抗图像抖动光学元件OV的驱动量,用于驱动步进电机SM的驱动脉冲的数量被计算出,并且基于所计算的驱动脉冲的数量对步进电机SM进行驱动。由于步进电机SM的驱动量也对变焦镜头10的焦距变化敏感,所以考虑到通过变焦编码器50获得的焦距信息,对用于驱动步进电机SM的驱动脉冲的数量进行计算。只要照相机处于图像稳定模式,从步骤S55到步骤S65的程序就以预定时间间隔进行重复。实际上,使用x-陀螺仪传感器51和第一步进电机46的x-轴方向图像稳定操作的图32所示的图像稳定控制、以及使用y-陀螺仪传感器52和第二步进电机70的y-轴方向图像稳定操作的图32所示的图像稳定控制被独立执行。
如通过上述描述所能理解的那样,可以根据由图像编码器50获得的焦距信息,通过适当改变由功率电路提供给步进电机SM的功率而减小步进电机SM的功率消耗。由于所设置的驱动功率P1、P2、P3、P4或P5在这种焦距情况下被适当选择,即,即使驱动功率发生变化,抗图像抖动光学元件OV也能够以足够的速度被驱动,而光学图像稳定器的性能不会变差,这里,所必须的驱动扭矩QN(参见图21)能够利用所设置的驱动功率P1、P2、P3、P4或P5而获得。虽然用于步进电机SM的驱动功率在图32所示的控制类型的五种水平中进行改变,这种驱动功率改变方式仅仅是一个例子。也就是说,用于步进电机SM的驱动功率能够在多于五种水平或少于五种水平中进行改变。另外,虽然在基于焦距信息对用于步进电机SM的驱动功率进行设置之后,在步骤55处对驱动脉冲的数量进行计算,但是驱动脉冲的数量也可以在对驱动功率进行设置之前进行计算,或者如果可能,驱动功率设置操作和驱动脉冲数量计算操作可以同步执行。
如上所述,必须用于抗图像抖动光学元件OV的步进电机SM的驱动扭矩也对环境温度敏感(参见图21)。所必须的驱动扭矩QN随环境温度下降而增大(参见图21中的QNd),并且随环境温度上升而减小(参见图21中的QNu)。因此,除了考虑到变焦镜头10的焦距变化之外,还希望考虑到环境温度而对用于步进电机SM的驱动功率进行设置。除了考虑到焦距数据之外,考虑到从温度传感器53输入的温度数据的用于为步进电机SM设置驱动功率的另一种控制类型将在下面参考图33所示的流程图进行讨论。
在由图33所示的流程图所示的控制中,在图像稳定模式被选择的基础上,首先,从温度传感器53输出的温度数据被输入(步骤S66),而随后,温度是否高于预定温度被确定(步骤S67)。如果温度高于预定温度(如果步骤S67处是“是”),则控制进入步骤S68,在这一步骤中焦距信息从变焦编码器50输入,并随后进入步骤S69,在这一步骤中焦距是否短于预定焦距被确定。如果焦距短于预定焦距(如果步骤S69处是“是”),则驱动功率被设置到最小功率PS(步骤S70)。如果焦距等于或长于预定焦距(如果步骤S69处是“否”),则驱动功率被设置到高于功率PS的功率PM(步骤S71)。如果温度等于或低于预定温度(如果步骤S67处是“否”),则控制进入到步骤S72,在该步骤处焦距信息从变焦编码器50输入,并随后进入步骤S73,在该步骤处确定焦距是否短于预定焦距。如果焦距短于预定焦距(如果步骤S73处是“是”),则用于步进电机SM的驱动功率被设置到功率PM(步骤S71)。另一方面,如果焦距等于或长于预定焦距(如果步骤S73处是“否”),则驱动功率被设置到最大功率PL(步骤S74)。在步骤S70、S71和S74的每次操作之后,步进电机SM在所设置的驱动功率PS、PM或PL处被驱动,以移动抗图像抖动光学元件OV,从而执行图像稳定控制(步骤S75)。在步骤S75处的图像稳定控制中,从陀螺仪传感器GS输入的角速度信号被转换成图像表面的位移,以确定CCD 13g的驱动量,用于驱动步进电机SM的驱动脉冲的数量被计算出,并基于所计算的驱动脉冲数量对步进电机SM进行驱动。在用于驱动步进电机的驱动脉冲数量的计算中,考虑到通过变焦编码器50获得的焦距信息,对驱动脉冲的数量进行计算。为了在步骤S70、S71和S74处分别把驱动功率设置到功率PS、PM和PL,仅需要使用上述技术(1)、(2)和(3)之一。实际上,使用x-陀螺仪传感器51和第一步进电机46的x-轴方向图像稳定操作的图33所示的图像稳定控制、以及使用y-陀螺仪传感器52和第二步进电机70的y-轴方向图像稳定操作的图33所示的图像稳定控制被独立执行。
也就是说,在图33所示的控制中,在温度高而焦距短的最小负载情况下,用于步进电机SM的驱动功率被设置到最小功率PS,在温度低而焦距长的最大负载情况下,用于步进电机SM的驱动功率被设置到最大功率PL,而如果由温度和焦距两者各自同为高(或长)或同为低(或短)所导致的负载情况下,用于步进电机SM的驱动功率被设置到中间功率PM。因此,以适当驱动功率驱动步进电机SM、并因此减小步进电机SM的功率消耗是可能的。
以这种方式,考虑到环境温度的变化而为步进电机SM设置驱动功率使精确的功率管理成为可能,因此使提高步进电机SM的功率节省效率成为可能。虽然用于步进电机SM的驱动功率在图33所示的控制类型的三种水平中被改变,但是这种驱动功率改变方式仅仅是一个例子。也就是说,用于步进电机SM的驱动功率能够以多于三种水平进行改变。例如,虽然在图33所示的控制类型的两种情况下普通驱动功率PM被设置,但是可以在两种情况之下分别设置具有不同功率水平的两种驱动功率。此外,通过进一步划分例如环境温度和焦距的每个条件的确定标准,更精确的功率管理是可能的。
在图32和33所示的控制方法中,由于用于步进电机SM的驱动脉冲数量不仅根据焦距、而且根据照相机抖动的速度发生变化,所以,除了分别考虑到在图32和图33中的步骤S65和S75处从变焦编码器50输入的焦距信息之外,还要考虑到从陀螺仪传感器GS输出的照相机抖动的速度信息,而设置用于步进电机SM的驱动功率。
虽然具有非互换式镜头(non-interchangeable lens)的变焦镜头10已经在上面进行了讨论,但是本发明不仅能够应用于具有这种变焦镜头的图像装置,而且能够应用于具有固定焦距的可互换式镜头的图像装置。因而,从焦距可改变的角度来看,对具有不同焦距的固定焦距可互换式镜头的互换与改变变焦镜头的焦距基本上相同。因此,在一种配置中,其中,用于图像装置的可互换式镜头具有易读的焦距信息,使得该信息被读出,以输入到控制器,用于基于安装到图像装置的可互换式镜头的图像装置的图像稳定操作,通过根据焦距而改变提供给步进电机的驱动功率,能够减小功率消耗,类似于上述用于变焦镜头的控制。
图34和图35示出了两种功率电路类型,每种电路类型被设计用于使固定焦距可互换式镜头作为图像装置的照相光学系统。图34所示的电路元件相应于图22所示的电路元件,并且图35所示的电路元件相应于图25所示的电路元件。在图34和图35中,图中由实线画出的矩形所包围的部分相应于固定焦距可互换式镜头90。具有图像稳定光学元件移动机构91的照相机主体(未示出)设置在其中,图像稳定光学元件移动机构91以允许抗图像抖动光学元件OV在垂直于光轴Z1的平面内移动的方式支承抗图像稳定光学元件OV(其用作照相光学系统的元件)。步进电机SM的驱动功率被传递到图像稳定光学元件移动机构91。具有镜头存储器92的固定焦距可互换式镜头90设置在其中。镜头存储器92存储可互换式镜头90的焦距信息(焦距信息)。该焦距信息通过连接器(未示出)发送到CPU 60,该连接器被设置在可互换式镜头90和可互换式镜头90上的照相机主体之间,可互换式镜头90被安装到照相机主体上。此后,CPU 60把用于步进电机SM的驱动功率设置在对于可互换式镜头90最优的功率水平处,并在所设置的驱动功率处驱动步进电机SM,以执行图像稳定操作。为步进电机SM设置驱动功率的该技术的特殊例子已经在上面进行了描述,并将不再进行讨论。
虽然本发明已经基于上述所示的实施例进行了描述,但是本发明不是只限于这些特殊实施例。例如,虽然在所示的实施例中,包括CCD 13g的CCD支架30在x-轴方向和y-轴方向上被驱动,以抵销图像抖动,但是用于图像稳定的光学元件驱动能够可选地是不包括图像传感器的镜头组。
本发明不仅可以应用于例如上述实施例的照相机,而且可以应用于例如双眼望远镜的其他类型光学仪器。
虽然图22和图25各示出了一个步进功率电路(step up power circuit)的实施例,但是也可以改为使用步退功率电路(step down power circuit)。
可以在这里所描述的本发明的特殊实施例中进行多种改变,这些更改在本发明的精神和范围内。要指出的是,这里所包含的所有内容都是示例性的,不限制本发明的范围。