JP2008058402A - 制御装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 絞り羽根を目標位置まで速やかに移動させることができるとともに、絞り羽根が目標位置近傍で発振してしまうことを抑制し、騒音の発生を低減する撮像装置を提供する。
【解決手段】 絞り羽根の実際の位置と目標位置との差分に応じて、絞り羽根の駆動量を表す駆動制御信号を出力し、この駆動制御信号を帯域可変ＬＰＦに入力することで、絞り羽根の駆動信号を生成する。この帯域可変ＬＰＦは、絞り羽根の目標位置や、絞り羽根の微小振動成分を表す高周波成分に応じて、遮断する周波数帯域が異なる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、フィードバック制御に関するものであり、特に撮像装置の絞り羽根の制御に関するものである。

近年、ビデオカメラをはじめとする撮像装置では、自動露光調節が標準的に装備されるにようになっている。一般的に家庭用ビデオカメラの撮像部で用いられている絞り装置は、直流電流計等のメータ類でよく用いられているような、いわゆるメータ式の簡単な駆動部を持つ絞り装置が多い。このメータ式の駆動部は、コイルに流す電流を調整することによって、コイルによって生じた磁界と永久磁石の磁界との間で生じる反発、あるいは吸引力と、絞り羽根に連結したバネ等の弾性部材による付勢力との力の大きさのバランスを調整し、絞り値を所望の値に設定する構成となっている。

このような２つの慣性系を備えた制御機構である場合は、絞り羽根と地板の間に生じる摩擦や、上記したバランス状態などに起因して、振動共振点が表れてしまうことがある。この振動共振点は、絞りの姿勢や羽根の位置によって生じる場合があった。

この振動共振点における微小な振動が生じると、目立ってしまう程度の光量変化が生じることはないが、撮像装置にマイクが内蔵されていると、その振動による騒音がマイクによって拾われて録音されてしまうことがある。

この問題に対して、一般的には絞り装置のサーボ系全体のゲインを落として発振状態を抑制したり（例えば、特許文献１を参照）、適当なフィルタをかけることで共振を減衰させて振動成分を除去または減少させたりする方法があった（例えば、特許文献２を参照）。また、別の方法としては、振動系のモデリングにより振動成分を算出し、実際の制御信号から振動成分を除去などするなどの方法があった（例えば、特許文献３を参照）。
特開平１１−１３３０３８号公報 特開２０００−０７８８６１号公報 特開２００４−２５４３２２号公報

しかしながら、前述した制御系の場合において、振動共振点が絞り羽根の制御帯域の近傍に位置する場合に、上記のような従来方法を用いると以下のような問題があった。

まず、サーボ系全体のゲインを落とすと、低速かつ小振幅の駆動において、絞り羽根を滑らかに動かすことができず、撮像素子に達する光量が断続的に変化してしまう現象が発生する問題があった。この低速かつ小振幅での駆動は、特に、小絞り側での使用頻度が高い。

また、適当なフィルタをかけて共振点を減衰させると、光量が断続的に変化してしまうだけでなく、サーボ系としての発振に対する余裕が少なくなり、容易に発振現象に陥ってしまうことがある。

さらに、モデリングにより振動成分を算出し、実際の制御信号から振動成分を除去することは、装置の部材等の特性のばらつきを考慮に入れると実用的ではないし、回路規模が大きくなったり、撮像装置内のマイクロコンピュータの演算量が多くなってしまう。

上記課題を解決するため、本発明は、駆動部と、前記駆動部によって駆動される被駆動体と、前記被駆動体の位置を検出する位置検出手段と、前記被駆動体の目標位置と前記位置検出手段にて得られた前記被駆動体の位置の差分に応じて、前記被駆動体の駆動量を表す駆動制御信号を出力する駆動量演算手段と、前記駆動量演算手段にて得られた前記駆動制御信号から設定された周波数帯域を遮断して駆動信号を出力するフィルタ手段と、前記被駆動体の目標位置の変動の程度に応じて、前記フィルタ手段が遮断する周波数帯域を設定する帯域制御手段を有し、前記駆動部は前記フィルタ手段から出力された駆動信号に応じて駆動することを特徴とする制御装置を提供するものである。

同様に上記課題を解決するため、本発明は、駆動部と、前記駆動部によって駆動される被駆動体と、前記被駆動体の位置を検出する位置検出手段と、前記被駆動体の目標位置と前記位置検出手段にて得られた前記被駆動体の位置の差分に応じて、前記被駆動体の駆動量を表す駆動制御信号を出力する駆動量演算手段と、前記駆動量演算手段にて得られた前記駆動制御信号から設定された周波数帯域を遮断して駆動信号を出力するフィルタ手段と、前記駆動制御信号に含まれる高周波成分を求め、前記高周波成分に応じて、前記フィルタ手段が遮断する周波数帯域を設定する帯域制御手段を有し、前記駆動部は前記フィルタ手段から出力された駆動信号に応じて駆動することを特徴とする制御装置を提供するものである。

同様に上記課題を解決するため、本発明は、上記制御装置と、音声を記録する記録部を有し、前記被駆動体が絞り羽根であることを特徴とする撮像装置を提供するものである。

本発明によれば、被駆動体を目標値まで速やかに移動させることができるとともに、被駆動体が目標位置近傍で発振してしまうことを抑制することができる。

また、絞り羽根を備え、音声を記録可能な撮像装置に適用した場合に、絞り羽根の位置制御における発振を抑制し、絞り羽根の発振に起因する騒音が録音されてしまうことを抑制することができる。

以下に、図面を用いながら、本発明の実施形態における撮像装置について説明を行う。

図１は本発明の実施形態における撮像装置の構成を簡易的に示すブロック図である。この撮像装置は不図示であるが、音声を拾うマイクと、マイクにて拾った音声を記録する記録部を備えているものとする。

１０１は第１固定レンズ群である。１０２は変倍動作を行うための変倍レンズ群であり、以下、ズームレンズと称する。１０３は被駆動体としての絞り羽根であり、１０４は第２固定レンズ群である。１０５は焦点調節機能と、変倍による焦点面の移動を補正する機能を兼ね備えフォーカス／コンペンセーターレンズ群であり、以下、フォーカスレンズと称する。

１１０は絞り羽根１０３の駆動部であり、コイルに流す電流を調整することによって、コイルによって生じた磁界と永久磁石の磁界との間で生じる反発、あるいは吸引力と、絞り羽根に連結したバネ等の弾性部材による付勢力との力の大きさのバランスを調整し、絞り値を所望の値に設定する構成となっている。１１１はカメラマイコン１１４から駆動信号を受けて、駆動部１１０を駆動するドライバである。１１２はエンコーダであり、絞り羽根１０３の位置を検出して位置信号として出力する。エンコーダ１１２から出力された位置信号は、アンプ１１３により所定倍率に増幅されてからカメラマイコン１１４に取り込まれる。カメラマイコン１１４は絞り羽根の制御を含めた撮像装置全体の制御を司るマイクロコンピュータである。

被写体からの入射光は、レンズ群１０１、１０２、１０４および１０５を透過する間に、絞り羽根１０３によりその光量を調整されて撮像素子１０６上に結像する。

撮像素子１０６はＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの光電変換素子であり、被写体像を電気信号からなる映像信号に変換する機能を有する。カメラ信号処理回路１０７は、撮像素子１０６から出力された映像信号に対して、所定のアナログ映像信号処理とＡＧＣ（オートゲインコントロール）処理を行う。ＡＧＣ処理では、アナログ映像信号処理が施された映像信号の積分値が所定の利得制御基準信号と同レベルになるように利得をコントロールする。この利得の最大値は、低照度時のノイズを押さえるために、最大利得制御基準信号によって制限される。カメラ信号処理回路１０７で得られた映像信号から得られる映像輝度信号Ｙは、検波器１１５により検波処理を施された後、Ａ／Ｄ変換されカメラマイコン１１４内に取り込まれる。この映像輝度信号Ｙは映像信号の輝度データを表す。

また、カメラ信号処理回路１０７は、映像信号をモニタ装置１０８あるいは記録装置１０９に適した映像信号に変換する機能も有する。記録装置１０９は被写体像を磁気テープ、光学ディスク、あるいは半導体メモリなど記録媒体に記録し、モニタ装置１０８は映像信号を用いて電子ビューファインダーや液晶パネルなどに被写体像を表示する。

続いて、図２を用いて、カメラマイコン１１４の構成について説明する。

図２において、２０１はＡ／Ｄ変換器であり、検波器１１５より出力された検波信号Ｘをデジタル信号に変換する。２０２は第１比較手段であり、２０１から出力されたデジタル信号と基準値設定手段２０３にて設定された露出基準信号を比較し、その差分を表す信号を出力する。露出基準信号は映像信号の輝度を目標値を表すものであり、この処理により、実際に映像信号から得られた輝度値と目標値との差分を求めている。

２０４は第２比較手段であり、第１比較手段の出力信号と、アンプ１１３にて増幅されＡ／Ｄ変換器２０９にてデジタル化された絞り羽根１０３の位置信号とを比較し、その比較結果を用いて不図示のテーブルデータから絞り羽根１０３の目標位置を読み出して出力する。

そして、加算手段にて、第２比較手段２０４がテーブルデータから読み出して出力した信号と、アンプ１１３にて増幅されＡ／Ｄ変換器２０９にてデジタル化された位置信号の差分を求める。この位置信号は上述したように絞り羽根１０３の位置を表した信号であり、絞り羽根１０３に微小振動が生じていれば、この微小振動が反映された信号となる。この加算結果より、実際に映像信号から得られた輝度値と、目標値との差分を埋めるために必要な絞り羽根の駆動量を示す駆動制御信号が求められる。

２０５はフィードバック系の特性を決めるサーボフィルタであり、駆動制御信号に対して微分、積分、および比例ゲインの演算を行ういわゆるＰＩＤ演算手段となっている。２０６は帯域可変ＬＰＦ（ローパスフィルタ）であり、サーボフィルタ２０５の出力信号が入力される。この帯域可変ＬＰＦ２０６は後述する帯域制御処理手段２０８にてカットオフ周波数、すなわち、遮断する周波数帯域が制御される。

帯域可変ＬＰＦ２０６の出力信号は、カメラマイコン１１４内部にてアナログ化され、パルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等を施して駆動信号を生成し、ドライバ回路１１１を介して駆動部１１０へと供給され、絞り羽根１０３が駆動される。

２０７は駆動制御信号を入力とするＬＰＦであり、このＬＰＦ２０７を通過させた駆動制御信号と、通過させない駆動制御信号の差分を求めることで、駆動制御信号に含まれる高周波成分を求める。この高周波成分は、駆動制御信号に含まれる絞り羽根１０３の微小振動成分とみなすことができ、これを帯域制御手段２０８に入力する。２０９はＡ／Ｄ変換器であり、アンプ１１３にて増幅された位置信号をデジタル化し、第２比較手段２０４と、第２比較手段とサーボフィルタ１０５の間に位置する加算手段に入力する。

ここで、帯域可変ＬＰＦ２０６のカットオフ周波数は帯域制御処理手段２０８によって制御されると述べたが、この帯域制御処理手段２０８が行う処理を図３のフローチャート図を用いて説明する。

帯域制御処理手段２０８は微小振動成分が入力されると、ステップＳ１０１にて、第２比較手段２０４で設定された現在の絞り羽根１０３の目標位置が、前回の絞り羽根１０３の目標位置と一致しているかを判定し、一致していなければステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６にて、帯域制御処理手段２０８は時間カウントｔ１をリセットし、ステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０１に戻り、第２比較手段２０４で設定された現在の絞り羽根１０３の目標位置が、前回の絞り羽根１０３の目標位置と一致していればステップＳ１０２に進む。なお、現在の目標位置と前回の目標位置が、例えば１段以内であるかというように、所定範囲内に収まっているかを判断する構成としてもよい。

ステップＳ１０２にて、帯域制御処理手段２０８は時間カウンタｔ１をインクリメントする。つまり絞り羽根１０３の目標位置が変化していない時間が長いほど、時間カウンタｔ１の値が大きくなる。

ステップＳ１０３にて、帯域制御処理手段２０８は時間カウンタｔ１の値より所定時間が経過しているかを判定し、所定時間を経過していればステップＳ１０４に進み、過ぎていなければステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０４にて、帯域制御処理手段２０８は入力された微小振動成分の振幅が所定範囲内に収まっているかを判定する。微小振動成分の振幅が所定範囲内に収まっていれば、ステップＳ１０５に進み、収まっていなければステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０５にて、帯域制御処理手段２０８は帯域可変ＬＰＦ２０６のカットオフ周波数を第１の周波数に設定する。

ステップＳ１０７にて、帯域制御処理手段２０８は帯域可変ＬＰＦ２０６のカットオフ周波数を第１の周波数よりも高い第２の周波数に設定する。

ここで、ステップＳ１０５とＳ１０７の処理について図４を用いて説明する。

図４において、４００は絞り羽根１０３の目標位置、４０１は実際の絞り羽根１０３の位置、そして４０２で示す斜線部は、ステップＳ１０４にて微小振動成分の振幅の比較対象である所定範囲を示す。

絞り羽根１０３の目標位置がある程度の期間において変化がなく、かつ、微小振動成分の振幅が抑制されていると判断されたならば、ステップＳ１０５にて帯域可変ＬＰＦ２０６にて遮断する周波数帯域を広く、すなわち通過できる周波数帯域を狭くして、安定性の高い駆動系として、撮影時の姿勢や絞り羽根１０３の位置に起因する発振を抑制する。遮断する周波数帯域を広くすることで駆動系の応答性は低下するが、すでに絞り羽根１０３は目標位置の近傍に位置しているため問題はない。

反対にこれらの条件を満たさないと判断されたならば、絞り羽根１０３はまだ目標位置まで距離を残している可能性が高いとみなし、ステップＳ１０７にて帯域可変ＬＰＦ２０６が遮断する周波数帯域を狭く、すなわち通過できる周波数帯域をステップＳ１０５よりも広くして、絞り羽根１０３の駆動系の応答性を高める。この状態ではカットオフ周波数として第１の周波数を設定したときよりも発振に対する駆動系の安定性は低下するが、絞り羽根１０３が目標位置からまだ離れているとみなせるので問題はない。

このように本実施形態では、目標値まで速やかに絞り羽根１０３を移動させることができるとともに、目標値近傍に到達した後には絞り羽根１０３の発振を抑制するために、絞り羽根１０３の目標位置の変動と微小振動成分の振幅に着目している。

そして絞り羽根１０３の発振を抑制することによって、撮像装置に備えられたマイクによって振動に起因する騒音が録音されることを抑制することができる。

なお、ステップＳ１０３で判定に用いた所定時間、ステップＳ１０４で判定に用いた所定範囲は、その撮像装置の利用目的と実際の各構成部品の仕様に応じて、実験的に適切な値を設定すればよい。

また、本実施形態では絞り装置を例にあげて説明を行ったが、振動共振点が生じるフィードバック系を備えた装置であれば、本実施形態と同様な方法を適用することで同じ効果を得ることができる。

本発明の実施形態にかかる撮像装置の構成を示すブロック図である。 図１の撮像装置のカメラマイコンの内部構成を示すブロック図である。 図２のカメラマイコンの帯域制御処理手段の処理を示すフローチャートである。 絞り羽根の位置と、微小振動成分の振幅の比較対象である所定範囲を示す図である。

符号の説明

１０１ 第１固定レンズ群
１０２ ズームレンズ
１０３ 絞り羽根
１０４ 第２固定レンズ郡
１０５ フォーカスレンズ
１０６ 撮像素子
１０７ カメラ信号処理回路
１０８ モニタ装置
１０９ 記録装置
１１０ 駆動部
１１１ ドライバ
１１２ エンコーダ
１１３ アンプ
１１４ カメラマイコン
１１５ 検波器
２０１、２０９ Ａ／Ｄ変換器
２０２ 第１比較手段
２０３ 基準設定値
２０４ 第２比較手段
２０５ サーボフィルタ
２０６ 帯域可変ＬＰＦ
２０７ ＬＰＦ
２０８ 帯域制御処理手段

Claims (8)

1. 駆動部と、
   前記駆動部によって駆動される被駆動体と、
   前記被駆動体の位置を検出する位置検出手段と、
   前記被駆動体の目標位置と前記位置検出手段にて得られた前記被駆動体の位置の差分に応じて、前記被駆動体の駆動量を表す駆動制御信号を出力する駆動量演算手段と、
   前記駆動量演算手段にて得られた前記駆動制御信号から設定された周波数帯域を遮断して駆動信号を出力するフィルタ手段と、
   前記被駆動体の目標位置の変動の程度に応じて、前記フィルタ手段が遮断する周波数帯域を設定する帯域制御手段を有し、
   前記駆動部は前記フィルタ手段から出力された駆動信号に応じて駆動することを特徴とする制御装置。
2. 前記帯域制御手段は前記被駆動体の目標位置に変化がなければ、変化がある場合に比較して、遮断する周波数帯域を広くすることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記帯域制御手段は前記被駆動体の目標位置が予め定められた時間の間に変化がなければ、変化がある場合に比較して、遮断する周波数帯域を広くすることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
4. 前記帯域制御手段は前記被駆動体の目標位置の変化が予め定められた範囲に収まっていれば、収まっていない場合に比較して、遮断する周波数帯域を広くすることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
5. 駆動部と、
   前記駆動部によって駆動される被駆動体と、
   前記被駆動体の位置を検出する位置検出手段と、
   前記被駆動体の目標位置と前記位置検出手段にて得られた前記被駆動体の位置の差分に応じて、前記被駆動体の駆動量を表す駆動制御信号を出力する駆動量演算手段と、
   前記駆動量演算手段にて得られた前記駆動制御信号から設定された周波数帯域を遮断して駆動信号を出力するフィルタ手段と、
   前記駆動制御信号に含まれる高周波成分を求め、前記高周波成分に応じて、前記フィルタ手段が遮断する周波数帯域を設定する帯域制御手段を有し、
   前記駆動部は前記フィルタ手段から出力された駆動信号に応じて駆動することを特徴とする制御装置。
6. 前記帯域制御手段は前記高周波成分の振幅が予め定められた範囲に収まっていれば、収まっていない場合に比較して、遮断する周波数帯域を広くすることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
7. 前記駆動部はコイルに流す電流を調整することによって、コイルによって生じた磁界と永久磁石の磁界との間で生じる反発、あるいは吸引力と、被駆動体に連結した弾性部材の付勢力との力の大きさのバランスを調整して、被駆動体の停止位置を設定する構成であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の制御装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の制御装置と、音声を記録する記録部を有する撮像装置であって、
   前記被駆動体が絞り羽根であることを特徴とする撮像装置。

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