JP2009265181A - Image blur correcting device and imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、補正手段を変位させることにより、撮像装置等に加わる振れによる像振れを補正する像振れ補正装置および撮像装置に関するものである。 The present invention relates to an image shake correction apparatus and an image pickup apparatus that correct image blur caused by shake applied to an image pickup apparatus or the like by displacing a correction unit.
近年、手振れ等の振れによる像振れを光学的に補正する像振れ補正装置により、高画質撮影を可能にする撮像装置への要求が高まっている。撮像装置用の像振れ補正装置の中には、ジャイロセンサなどの振れセンサからの信号に応じて、光学素子(補正レンズもしくは撮像素子)を光軸と直交する平面内で移動(変位)させ、結像面での像振れを抑えるものがある。特許文献1では、光学素子を駆動する駆動源としてステップモータを用い、像振れ補正を行う撮像装置が開示されている。ステップモータを利用した像振れ補正装置では、位置センサを用いて光学素子の光軸と直交する平面内での位置を検出する必要が無いので、オープンループ制御による像振れ補正を可能である。 In recent years, there has been an increasing demand for an image pickup apparatus that enables high-quality shooting with an image shake correction apparatus that optically corrects an image shake due to a shake such as a camera shake. In an image shake correction apparatus for an image pickup apparatus, an optical element (correction lens or image pickup element) is moved (displaced) in a plane orthogonal to the optical axis in accordance with a signal from a shake sensor such as a gyro sensor. Some devices suppress image blur on the image plane. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-133867 discloses an imaging apparatus that performs image blur correction using a step motor as a drive source for driving an optical element. In the image blur correction apparatus using the step motor, it is not necessary to detect the position in the plane orthogonal to the optical axis of the optical element by using the position sensor, and therefore image blur correction by open loop control is possible.
ステップモータは、ステップ動作により正確な位置割り出しが可能であるため、特許文献1に開示されたような位置制御による像振れ補正を行うことが可能である。すなわち、振れセンサの出力より得られる振れの積分値と、ステップモータの駆動パルスのカウント数とを比較して、ステップモータの駆動方向や駆動パルス間隔を制御することにより、振れを打ち消す方向に光学素子を位置させて像振れを補正するものである。
Since the step motor can accurately determine the position by the step operation, it is possible to perform image blur correction by position control as disclosed in
また、ステップモータは、入力される駆動パルス間隔(駆動周波数)と同期した回転速度で回転するため、速度制御による像振れ補正を行うことが可能である。すなわち、振れセンサの出力によって逐次更新される振れ速度に応じて、ステップモータの回転速度を制御することにより、振れを打ち消す速度で光学素子を移動させて像振れを補正するものである。
前述した位置制御においては、比較的低周波数の振れに対して良好な像振れ補正性能を得ることができる。しかしながら、比較的高周波数の振れに対して十分な像振れ補正性能が得られないという課題があった。ステップモータの制御においては、脱調を防ぐために徐々に加速・減速するように加減速制御を行っている。位置制御では、高周波数の振れに対して頻繁に駆動方向の反転が起こる虞があり、そのたび加減速制御による追従遅れが発生し、比較的高周波の振れに対して十分な振れ補正性能が得られないという課題があった。 In the above-described position control, it is possible to obtain a good image blur correction performance for a relatively low frequency shake. However, there has been a problem that a sufficient image blur correction performance cannot be obtained for a relatively high frequency blur. In step motor control, acceleration / deceleration control is performed so as to gradually accelerate and decelerate to prevent step-out. In position control, there is a possibility that the driving direction is frequently reversed with respect to high-frequency vibration, and a follow-up delay due to acceleration / deceleration control occurs every time, and sufficient vibration correction performance is obtained for relatively high-frequency vibration. There was a problem that it was not possible.
一方、速度制御では、位置制御と比較して、比較的高周波数の振れに対して良好な像振れ補正性能を得ることができる。振れ速度は連続的に変化するので、振れ速度に応じたステップモータの速度も滑らかに変化し、加減速制御の制限を受けにくいためである。しかしながら、速度制御では、制御上の最低速度が制限されるため、比較的低周波数の振れに対して十分な像振れ補正性能が得られないという課題があった。 On the other hand, in the speed control, it is possible to obtain a better image blur correction performance for a relatively high frequency blur as compared with the position control. This is because the shake speed changes continuously, so the speed of the step motor according to the shake speed also changes smoothly and is not easily limited by acceleration / deceleration control. However, in speed control, since the minimum control speed is limited, there is a problem that sufficient image blur correction performance cannot be obtained for a relatively low frequency shake.
撮像装置に加わる振れには、低周波数振れや高周波数振れなど、様々な特性を持った振れが存在する。例えば、撮影者の体の揺らぎや撮像装置を保持する手や腕の揺らぎによる低速大振幅の振れ、撮像装置自身のシャッタ動作に起因する高速小振幅の振れなどである。さらに、振れの状態は刻々と変化するため、逐次適切な像振れ補正制御を選択する必要がある。そのため、位置制御のみによる振れ補正や速度制御のみによる振れ補正、または位置制御や速度制御などの制御モードを撮影者が適宜切り換える方法では、刻々と変化する振れに対して、逐次適切な像振れ補正を行うことができないという課題があった。 The shake applied to the imaging apparatus includes shakes having various characteristics such as low frequency shake and high frequency shake. For example, low-speed large-amplitude shakes caused by fluctuations in the photographer's body, fluctuations in the hand or arm holding the imaging apparatus, and high-speed small-amplitude fluctuations caused by the shutter operation of the imaging apparatus itself. Further, since the shake state changes every moment, it is necessary to sequentially select an appropriate image shake correction control. For this reason, in the method in which the photographer switches the control mode such as shake correction only by position control or speed control, or position control or speed control as appropriate, image blur correction that is appropriate for each time changing shake is performed. There was a problem that could not be done.
また、制御系では制御遅れが発生するため、実際の振れに対して常に遅れて像振れ補正を行うことになり、刻々と変化する振れに対して、逐次適切な像振れ補正を行うことができないという課題があった。 In addition, since a control delay occurs in the control system, the image blur correction is always performed with a delay from the actual blur, and the appropriate image blur correction cannot be performed successively for the shake that changes every moment. There was a problem.
(発明の目的)
本発明の目的は、様々な速度成分を有し、刻々と変化する振れに対して、逐次高精度な像振れ補正を行うことのできる像振れ補正装置および撮像装置を提供しようとするものである。
(Object of invention)
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an image shake correction apparatus and an image pickup apparatus that have various speed components and can sequentially perform high-precision image shake correction with respect to shake that changes every moment. .
上記目的を達成するために、本発明は、振れを検出する振れ検出手段と、ステップモータにより補正手段を光軸と直交する方向に移動させ、前記振れに起因する画像劣化を軽減させる振れ補正制御手段とを有する像振れ補正装置において、前記振れ補正制御手段が、
前記振れ検出手段の出力による振れ速度に基づいて前記ステップモータを駆動する速度制御手段と、前記振れ検出手段の出力による振れ変位に基づいて前記ステップモータを駆動する位置制御手段と、像振れ補正動作中に、前記速度制御手段と前記位置制御手段を前記振れの周波数に対応して切り換え、前記ステップモータを駆動させる切換手段とを有する像振れ補正装置とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides shake detection means for detecting shake, and shake correction control for reducing image degradation caused by the shake by moving the correction means in a direction perpendicular to the optical axis by a step motor. In the image shake correction apparatus having the above-mentioned means, the shake correction control means
Speed control means for driving the step motor based on a shake speed generated by the output of the shake detection means, position control means for driving the step motor based on shake displacement generated by the output of the shake detection means, and image shake correction operation The image blur correction apparatus includes switching means for switching the speed control means and the position control means in accordance with the shake frequency and driving the step motor.
同じく上記目的を達成するために、本発明は、振れを検出する振れ検出手段と、ステップモータにより補正手段を光軸と直交する方向に移動させ、前記振れに起因する画像劣化を軽減させる振れ補正制御手段とを有する像振れ補正装置において、前記振れ補正手段が、
前記振れ検出手段の出力からその後の振れを逐次予測する振れ予測手段と、前記振れ予測手段による予測振れ速度に基づいて前記ステップモータを駆動する速度制御手段と、前記振れ予測手段による予測振れ変位に基づいて前記ステップモータを駆動する位置制御手段と、像振れ補正動作中に、前記振れ予測手段からの出力に基づいて、前記速度制御手段と前記位置制御手段を切り換え、前記ステップモータを駆動させる切換手段とを有する像振れ補正装置とするものである。
Similarly, in order to achieve the above object, the present invention provides a shake detection unit that detects shake and a shake correction that reduces the image deterioration caused by the shake by moving the correction unit in a direction orthogonal to the optical axis by a step motor. And an image blur correction apparatus having a control unit.
A shake prediction unit that sequentially predicts a subsequent shake from an output of the shake detection unit, a speed control unit that drives the step motor based on a predicted shake speed by the shake prediction unit, and a predicted shake displacement by the shake prediction unit. A position control means for driving the step motor based on the switching, and a switch for driving the step motor by switching the speed control means and the position control means based on an output from the shake prediction means during an image blur correction operation. And an image blur correction apparatus having the above-described means.
同じく上記目的を達成するために、本発明は、本発明の上記像振れ補正装置を具備した撮像装置とするものである。 Similarly, in order to achieve the above object, the present invention is an imaging apparatus including the image blur correction apparatus of the present invention.
本発明によれば、様々な速度成分を有し、刻々と変化する振れに対して、逐次高精度な像振れ補正を行うことができる像振れ補正装置を提供できるものである。 According to the present invention, it is possible to provide an image blur correction apparatus capable of sequentially performing high-accuracy image blur correction with respect to shake that has various velocity components and changes every moment.
本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例1および2に示す通りである。 The best mode for carrying out the present invention is as shown in Examples 1 and 2 below.
図1は、本発明の実施例1に係る、光学機器の一例である撮像装置に具備される像振れ補正装置の概略を示す構成図である。図1において、1は像振れを補正するための補正レンズであり、撮影光軸と直交する平面内において移動(変位)可能に不図示の部材に保持されている。2は第1ステップモータであり、補正レンズ1を第1の方向に駆動可能に支持している。3は第2ステップモータであり、補正レンズ1を第1方向と直交する第2の方向に駆動可能に支持している。4は第1ドライバであり、後述するCPU6から出力される駆動パルスにしたがって第1ステップモータ2を駆動する。5は第2ドライバであり、後述するCPU6から出力される駆動パルスにしたがって第2ステップモータ3を駆動する。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an outline of an image blur correction device provided in an imaging apparatus which is an example of an optical apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1,
6はCPUであり、後述する第1ジャイロセンサ7と後述する第2ジャイロセンサ8から出力される振れ信号にしたがって、第1ドライバ4と第2ドライバ5に駆動パルスを出力する。また、第1ドライバ4と第2ドライバ5に対し、第1ステップモータ2と第2ステップモータ3に印加する印加電圧を切り換えるように制御することが可能である。
7は振れセンサであるところの第1ジャイロセンサであり、第1の方向への撮像装置の振れを振れ信号としてCPU6に出力する。8は第2ジャイロセンサであり、第2の方向への撮像装置の振れを振れ信号としてCPU6に出力する。これらのセンサは加速度を検出するセンサでもよく、その場合は積分によって速度信号または変位信号に変換して使用することが望ましい。
撮像装置に手振れ等の振れが発生すると、第1ジャイロセンサ7または第2ジャイロセンサ8から出力された振れ信号にしたがって、CPU6から第1ドライバ4および/または第2ドライバ5に駆動パルスが出力される。第1ドライバ4および/または第2ドライバ5は、駆動パルスにしたがい、第1ステップモータ2および/または第2ステップモータ3の各相に印加する電圧を切り換え、各ステップモータを回転駆動させる。その結果、補正レンズ1が光軸と直交する平面内で変位し、不図示の撮像面上における像振れを補正する。
When a shake such as a hand shake occurs in the imaging apparatus, a drive pulse is output from the
図2は、図1に示す像振れ補正装置の回路構成を示すブロック図である。以降の説明では、1組のジャイロセンサとステップモータによる1方向の振れ補正に対して説明するが、2方向の振れ補正に関しても同様である。 FIG. 2 is a block diagram showing a circuit configuration of the image blur correction apparatus shown in FIG. In the following description, one-way shake correction by a pair of gyro sensors and a step motor will be described, but the same applies to two-way shake correction.
101はジャイロセンサであり、光学機器の一例である撮像装置に加わった手振れ等の振れを検出して、振れ角速度信号ωを出力する。図1におけるジャイロセンサ7,8と同一である。102は振れ予測回路であり、ジャイロセンサ101から出力された振れ角速度信号ωをもとに将来の振れを予測して振れ予測信号Fを出力する。振れ予測としては、時系列の複数の振れ角速度信号ωをもとに将来の振れ角速度信号を予測してもよいし、所定時間の振れ角速度信号の周波数解析結果をもとに将来の振れ角速度の周波数を予測してもよい。
Reference numeral 101 denotes a gyro sensor, which detects a shake such as a shake applied to an image pickup apparatus which is an example of an optical apparatus, and outputs a shake angular velocity signal ω. This is the same as the
ここで、振れ予測の基本的な考え方について説明する。 Here, the basic concept of shake prediction will be described.
今、振れ予測回路は、ある時刻T1[sec]における振れ角速度ω1[rad/sec]と、時刻T1からdT1だけ前の時刻T0[sec]における振れ角速度ω0[rad/sec]とを内部のメモリに記憶しているとする。このとき、時刻T1からdT2だけ後の時刻T2[sec]における振れ角速度ω2[rad/sec]は、線形補間により、
ω2=ω1+(ω1−ω0)×T2/T1 …………(1)
の式(1)のように求められる。すなわち、直前の振れ角速度信号をもとに、直後の振れ角速度信号を予測することが可能になる。
Now, the shake prediction circuit stores the shake angular velocity ω1 [rad / sec] at a certain time T1 [sec] and the shake angular velocity ω0 [rad / sec] at a time T0 [sec] just before dT1 from the time T1 in an internal memory. Suppose you remember it. At this time, the deflection angular velocity ω2 [rad / sec] at time T2 [sec] after dT2 from time T1 is obtained by linear interpolation.
ω2 = ω1 + (ω1-ω0) × T2 / T1 (1)
(1). That is, it is possible to predict the next shake angular velocity signal based on the previous shake angular velocity signal.
なお、ジャイロセンサから出力される角速度信号ω[rad/sec]は、所定のサンプリング間隔dT[sec]ごとに処理され、後述する駆動目標が算出される。サンプリング間隔は例えば1msec程度の値が用いられる。前述のT1およびT2をサンプリング間隔T0と同じ値にし、サンプリング毎に予測を行ってもよい。この場合、1msec程度先の振れ角速度を予測することが可能になる。 Note that the angular velocity signal ω [rad / sec] output from the gyro sensor is processed at a predetermined sampling interval dT [sec], and a driving target described later is calculated. For example, a value of about 1 msec is used as the sampling interval. The above-described T1 and T2 may be set to the same value as the sampling interval T0, and prediction may be performed for each sampling. In this case, it is possible to predict a deflection angular velocity about 1 msec ahead.
また、上述した線形補間の考えを用いて、前述したように、直前の振れに対する周波数解析結果をもとに、直後の振れ周波数を予測することも可能である。 Further, using the above-described idea of linear interpolation, as described above, it is possible to predict the next shake frequency based on the frequency analysis result for the previous shake.
103は第1駆動目標算出回路であり、ジャイロセンサ101から出力される振れ角速度信号ωをもとに、ステップモータ111の駆動目標信号TG1を算出する。駆動目標信号TG1は駆動方向と駆動パルス間隔(駆動周波数)から成る。ここで、振れ角速度をω[rad/sec]、ステップモータ111のステップ幅をdX[mm]、補正係数をK1[rad/mm]とする。すると、駆動パルス間隔Tp[sec]は
Tp=K1×dX/ω ………………(2)
の(2)式で表される。104は第1駆動パルス算出回路であり、第1駆動目標算出回路103から出力される駆動目標信号TG1をもとに、駆動パルス信号P1を出力する。
(2). A first drive
105は積分器であり、ジャイロセンサ101から出力された振れ角速度信号ωの積分信号∫ωを出力する。積分信号∫ωはある原点からの振れ角の絶対値とみなすことができる。106は第2駆動目標算出回路であり、積分器105から出力される、振れ変位である積分信号∫ωと後述するカウンタ108から出力されるステップモータ111の変位、つまり現在位置Xnowをもとに、ステップモータ111の駆動目標信号TG2を出力する。駆動目標信号TG2は駆動方向と駆動パルス間隔(駆動周波数)から成る。ここで、積分信号から求められる振れ角変位の絶対値をXvib[rad]、ステップモータ111のステップ幅をdX[mm]、ステップモータの現在位置をXnow[mm]、補正係数をK2[rad/mm]とする。すると、駆動パルス間隔Tp[sec]は
Tp=K2×dX/(Xvib−Xnow) ………………(3)
の式(3)で表される。107は第2駆動パルス算出回路であり、第2駆動目標算出回路106から出力される駆動目標信号TG2をもとに、駆動パルス信号P2を出力する。
(3)
108はカウンタであり、後述する切換回路109から出力される駆動パルス信号Poutをカウントし、ステップモータ111の現在位置Xnowを出力する。109は切換回路であり、駆動パルス信号P1とP2を切り換えて駆動パルス信号Poutを出力する。その際、振れ予測信号Fをもとに切り換えを行う。駆動パルス信号P1が選択された場合、第1駆動目標算出回路103と第1駆動パルス算出回路104によりステップモータ111が駆動され、速度制御による像振れ補正が行われる。また、駆動パルス信号P2が選択された場合、積分器105と第2駆動目標算出回路106と第2駆動パルス算出回路107とカウンタ108によりステップモータ111が駆動され、位置制御による像振れ補正が行われる。
A
110はドライバであり、切換回路109から出力される駆動パルス信号Poutをもとにステップモータ111の通電を制御し、ステップモータ111を駆動する。
A
駆動パルス信号の算出方法には、1パルス毎にパルス間隔を再設定する算出方法と、一定の制御時間毎にパルス間隔を再設定する算出方法がある。 The driving pulse signal calculation method includes a calculation method for resetting the pulse interval for each pulse and a calculation method for resetting the pulse interval for every predetermined control time.
図3(a)は、1パルス毎にパルス間隔を再設定する算出方法の説明図である。ある時刻S1にて、振れ信号からパルス間隔Tnが算出されるとともに、駆動方向に応じた駆動パルス信号が出力され、ステップモータ111が駆動される。そのTn時間後の時刻S2に、再度振れ信号からパルス間隔Tn+1を算出されるとともに、駆動方向に応じた駆動パルス信号が出力され、ステップモータ111が再度駆動される。振れ信号に応じて順次駆動パルス間隔を変更することで、振れ速度または振れ変位に対応した駆動速度でステップモータ111が駆動され、像振れ補正を行うことができる。
FIG. 3A is an explanatory diagram of a calculation method for resetting the pulse interval for each pulse. At a certain time S1, a pulse interval Tn is calculated from the shake signal, and a drive pulse signal corresponding to the drive direction is output to drive the
図3(b)は、一定の制御時間毎にパルス間隔を再設定する算出方法の説明図である。ある時刻S1にて、振れ信号からパルス間隔Tnが算出されるとともに、一定の制御時間Tsの間は、パルス間隔Tnにしたがって駆動パルス信号が出力され続け、ステップモータ111が駆動される。制御時間Ts時間後の時刻S2にて、振れ信号からパルス間隔Tn+1が算出されるとともに、制御時間Tsの間は、パルス間隔Tn+1にしたがって駆動パルス信号が出力され続け、ステップモータ111が駆動される。振れ信号に応じて、制御時間毎に駆動パルス間隔を変更することで、振れ速度または振れ変位に対応した駆動速度でステップモータ111が駆動され、像振れ補正を行うことができる。
FIG. 3B is an explanatory diagram of a calculation method for resetting the pulse interval every certain control time. At a certain time S1, the pulse interval Tn is calculated from the shake signal, and during a certain control time Ts, the drive pulse signal is continuously output according to the pulse interval Tn, and the
本実施例1は、駆動パルス信号の算出方法によらず像振れ補正が可能なため、設計要件に合わせてどちらの方法をとってもよい。 In the first embodiment, image blur correction can be performed regardless of the calculation method of the drive pulse signal, and thus either method may be adopted according to the design requirements.
ステップモータ111は、駆動パルス間隔が急に増減したり、駆動パルス間隔が所定の値より短くなったりすると、脱調を起こす虞がある。そのため、第1駆動パルス算出回路104または第2駆動パルス算出回路107は、加減速制御を行うことが望ましい。加減速制御方法としては、所定のしきい値より小さい駆動パルス間隔が入力されたときに、予め記憶された加減速テーブルにしたがって駆動パルス間隔を置き換えて駆動パルス信号を出力してもよい。また、過去の駆動パルスの履歴から、ステップモータの加速度が所定のしきい値を超えないように駆動パルス信号を制御してもよい。
The
図4〜図6は、本実施例1に係る像振れ補正装置による振れへの追従波形を示した図である。本実施例1では、積分器105と第2駆動目標算出回路106と第2駆動パルス算出回路107とカウンタ108により、位置制御による像振れ補正を行っている。
4 to 6 are diagrams illustrating the follow-up waveform to the shake by the image shake correction apparatus according to the first embodiment. In the first embodiment, image blur correction by position control is performed by the
図4(a)は、位置制御に対して低周波数の振れが入力された場合の追従波形である(周波数5Hz、振幅±30μm)。比較的低周波数の振れに対しては、ステップモータ111の目標位置に対し現在位置が追従しており、補正残りとなる偏差も低い水準に抑えられ、像振れ補正性能が高いことが分かる。
FIG. 4A shows a follow-up waveform when a low-frequency shake is input for position control (
図4(b)は、位置制御に対して高周波数の振れが入力された場合の追従波形である(周波数30Hz、振幅±30μm)。比較的高周波数の振れに対しては、行き過ぎ制御が起こっており、偏差が非常に大きくなっている。位置制御では、目標位置と現在位置の差に比例した駆動目標を設定するため、例えば図中のA部分のように目標位置と現在位置がクロスした場合、急激に駆動目標が反転することになる。前述したように、駆動パルス算出回路はステップモータ111の脱調を防ぐために加減速制御を行っているので、ステップモータ111は急には反転できない。そのため、反転のための遅れが発生し、行き過ぎ制御が発生しやすい。対策として前述した補正係数K2を小さい値に設定することで、過補正を防ぎ、行き過ぎ制御を抑えることも可能である。しかし、振れに対する追従性が悪化するため、全体として像振れ補正性能が悪化する。
FIG. 4B shows a follow-up waveform when a high-frequency vibration is input to the position control (
したがって、位置制御においては、低周波数の振れに対しては良好な像振れ補正性能を示すが、高周波数の振れに対しては像振れ補正性能が悪化する傾向がある。 Therefore, in the position control, good image blur correction performance is exhibited for low-frequency shake, but image blur correction performance tends to deteriorate for high-frequency shake.
本実施例1では、第1駆動目標算出回路103と第1駆動パルス算出回路104により、速度制御による像振れ補正を可能としている。振れ速度は連続的に変化するため、振れ速度に応じて制御されるステップモータ111の駆動速度も振れ速度にしたがって滑らかに変化する。そのため、位置制御で見られるような、急な反転による行き過ぎ制御が発生しにくく、高い像振れ補正性能を示す。
In the first embodiment, the first drive
図5(b)は、速度制御に対して高周波数の振れが入力された場合の追従波形である(周波数30Hz、振幅±30μm)。位置制御の場合と比較して、偏差が抑えられており、高い像振れ補正性能を示していることが分かる。
FIG. 5B shows a follow-up waveform when a high-frequency vibration is input to the speed control (
しかし、速度制御では制御上の最低速度が制限されるため、低周波数の振れに対する像補正性能が低くなる。図5(a)は、速度制御に対して低周波数の振れが入力された場合の追従波形である(周波数5Hz、振幅±30μm)。図中のA部分のような低速振れでは駆動目標が制御上の最低速度を下回っているため、ステップモータ111が停止しており、偏差が大きくなっている。
However, since the minimum speed for control is limited in the speed control, the image correction performance with respect to low-frequency shake is lowered. FIG. 5A shows a follow-up waveform when a low-frequency vibration is input to the speed control (
前述した駆動パルス信号の算出方法のうち、一定の制御時間毎にパルス間隔を再設定する駆動パルス算出方法の場合(図3(b)参照)は、制御時間内で1ステップ駆動する速度が制御上の最低速度となる。すなわち、制御時間をTs[sec]、ステップモータ111のステップ幅(最小分解能)をdX[mm]とする。すると、制御上の規定の最低速度Vmin[mm/sec]は
Vmin=dX/Ts ………………(4)
の(4)式で表される。この場合、振れ速度から算出した駆動目標速度が最低速度Vminを下回ると、ステップモータ111は駆動されず、その振れ速度が一定時間維持されれば、振れへの追従残りが累積し、像振れ補正性能が悪化する。
Of the drive pulse signal calculation methods described above, in the case of the drive pulse calculation method in which the pulse interval is reset every fixed control time (see FIG. 3B), the speed of one step drive within the control time is controlled. The lowest speed on the top. That is, the control time is Ts [sec], and the step width (minimum resolution) of the
(4). In this case, when the drive target speed calculated from the shake speed falls below the minimum speed Vmin, the
また、1パルス毎にパルス間隔を再設定する駆動パルス算出用法の場合(図3(a)参照)は、パルス間隔を長くすることで最低速度を低くすることが可能である。しかし、それにともない次のパルス設定までの時間が長くなるため、その間に振れの状態が変化した場合、振れに追従できず、像振れ補正性能が悪化する。 In the case of the driving pulse calculation method in which the pulse interval is reset every pulse (see FIG. 3A), the minimum speed can be lowered by increasing the pulse interval. However, since the time until the next pulse setting increases accordingly, if the shake state changes during that time, the shake cannot be followed and the image blur correction performance deteriorates.
したがって、速度制御においては、高周波数の振れに対しては良好な像振れ補正性能を示すが、低周波数の振れに対しては像振れ補正性能が悪化する傾向がある。 Therefore, in the speed control, good image blur correction performance is exhibited for high-frequency shake, but image blur correction performance tends to be deteriorated for low-frequency shake.
本実施例1では、切換回路109によって、像振れ補正中に、速度制御と位置制御を逐次切り換えながらステップモータ111を駆動することが可能である。例えば、通常は速度制御により像振れ補正を行う。そして、振れ予測信号(予測された角速度信号)をもとに算出した駆動目標速度が前述した速度制御の最低速度Vminを下回る場合は位置制御に切り換えれば、低周波数振れに対しても高周波数振れに対しても良好な像振れ補正性能を得ることが可能となる。
In the first embodiment, the
さらに、本実施例1では、振れ予測信号Fに応じて、切換回路109によって、速度制御と位置制御を切り換えている。制御系では制御遅れが発生するため、振れ予測信号Fによって制御の切り換えを行うことにより、良好な振れ補正性能を得ることが可能である。例えば、振れ予測回路102による予測振れ速度が規定のしきい値を超える場合は速度制御を行い、下回る場合は位置制御を行うことで、良好な振れ補正性能を得ることが可能である。なお、制御遅れを小さくできる場合には、振れ予測信号Fを用いずに振れ角速度信号ωに応じて速度制御と位置制御を切り換えるようにしても良い。
Further, in the first embodiment, the speed control and the position control are switched by the switching
また、切換回路109が有するしきい値にヒステリシス性を持たせることもできる。すなわち、現在選択されている制御方法によってしきい値を変更することによって、切り換え動作を安定化し、高精度な像振れ補正を行うことができる。
Further, the threshold value of the
図6は、速度制御の最低速度Vminによって位置制御と速度制御を切り換えた場合の追従波形である。 FIG. 6 shows a tracking waveform when the position control and the speed control are switched according to the minimum speed Vmin of the speed control.
図6(a)は、低周波数の振れが入力された場合の追従波形である(周波数5Hz、振幅±30μm)。図中のA部分のような低速部分では、速度制御から位置制御へ切り換わるため、像振れ補正性能を落とすことなく制御が可能である。図6(b)は、高周波数の振れが入力された場合の追従波形である(周波数30Hz、振幅±30μm)。高速な振れの割合が高い高周波の振れでは、主に速度制御により像振れ補正が行われるため、速度制御のみで像振れ補正を行った場合と同様の振れ補正性能を保つことができる。
FIG. 6A shows a follow-up waveform when a low-frequency vibration is input (
したがって、本実施例1では、様々な速度成分を有し、刻々と変化する振れに対して、逐次良好な像振れ補正を行うことができる像振れ補正装置を提供可能となる。 Therefore, according to the first embodiment, it is possible to provide an image blur correction apparatus that has various velocity components and can perform good image blur correction sequentially with respect to blur that changes every moment.
次に、本発明の実施例2について説明する。本発明の実施例2は、上記実施例1と比較してCPU6内の構成のみが異なるため、それ以外の部分に関しては説明を省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Since the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment only in the configuration of the
図7は、本実施例2に係る像振れ補正装置の回路構成を示すブロック図である。201はジャイロセンサであり、光学機器の一例である撮像装置に加わった手振れ等の振れを検出して、振れ角速度信号ωを出力する。202は振れ予測回路であり、ジャイロセンサ201から出力された振れ角速度信号ωをもとに将来の振れを予測して、予測振れ角速度信号ω’を出力する。203は切換回路であり、予測振れ角速度信号ω’をもとに、予測振れ角速度信号ω’の出力先を切り換える。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a circuit configuration of the image shake correction apparatus according to the second embodiment.
204は第1駆動目標算出回路であり、切換回路203から出力される予測振れ角速度信号ω’をもとに、後述するステップモータ210の駆動目標信号TGを算出する。駆動目標信号TGは駆動方向と駆動パルス間隔(駆動周波数)から成る。ここで、予測振れ角速度をω[rad/sec]、ステップモータ210のステップ幅をdX[mm]、補正係数をK1[rad/mm]とする。すると、駆動パルス間隔Tp[sec]は
Tp=K1×dX/ω ………………(5)
の(5)式で表される。
(5).
205は積分器であり、切換回路203から出力された予測振れ角速度信号ω’の積分信号∫ω’を出力する。積分信号∫ω’はある原点からの予測振れ角の絶対値とみなすことができる。
206は第2駆動目標算出回路であり、積分器205から出力される積分信号∫ω’と後述するカウンタ208から出力されるステップモータ210の現在位置Xnowをもとに、ステップモータ210の駆動目標信号TGを出力する。駆動目標信号TGは駆動方向と駆動パルス間隔(駆動周波数)から成る。ここで、積分信号∫ω’から求められる予想振れ角の絶対値をXvib[rad]、ステップモータ210のステップ幅をdX[mm]、ステップモータ210の現在位置をXnow[mm]、補正係数をK2[rad/mm]とする。すると、駆動パルス間隔Tp[sec]は
Tp=K2×dX/(Xvib−Xnow) ………………(6)
の(6)式で表される。
(6).
207は駆動パルス算出回路であり、第1駆動目標算出回路204または第2駆動目標算出回路206から出力される駆動目標信号TGをもとに、駆動パルス信号Poutを出力する。上記実施例1で説明したように、加減速制御を行うことによってステップモータ210の脱調を防ぐように構成されている。208はカウンタであり、駆動パルス算出回路207から出力される駆動パルス信号Poutをカウントし、ステップモータ210の現在位置Xnowを出力する。209はドライバであり、駆動パルス算出回路207から出力される駆動パルス信号Poutをもとにステップモータ210の通電を制御し、該ステップモータ210を駆動する。
A drive
本実施例2においては、切換回路203によって速度制御と位置制御との切り換えが可能である。すなわち、予測振れ角速度信号ω’が規定のしきい値SH1を超える場合は、第1駆動目標算出回路204に予測振れ角速度信号ω’が出力され、第1駆動目標算出回路204と駆動パルス算出回路207により、速度制御による像振れ補正が可能となる。また、それ以外の場合は、後述する積分器205に予測振れ角速度信号ω’が出力され、積分器205と第2駆動目標算出回路206と駆動パルス算出回路207とカウンタ208により、位置制御による像振れ補正が可能となる。
In the second embodiment, it is possible to switch between speed control and position control by the switching
したがって、上記実施例1と同様に、本実施例2においても、様々な速度成分を有し、刻々と変化する振れに対して、逐次良好な像振れ補正を行うことができる振れ補正装置を提供可能となる。 Therefore, as in the first embodiment, the second embodiment also provides a shake correction apparatus that has various speed components and can sequentially perform good image shake correction with respect to shake that changes every moment. It becomes possible.
また、予測振れ角速度信号ω’をもとに速度制御または位置制御を行うため、制御による遅れを低減でき、刻々と変化する振れに対して、逐次良好な振れ補正が可能である。 Further, since speed control or position control is performed based on the predicted shake angular velocity signal ω ′, a delay due to the control can be reduced, and good shake correction can be sequentially performed with respect to the shake that changes every moment.
(本発明と実施例の対応)
第1ジャイロセンサ7、第2ジャイロセンサ8、ジャイロセンサ101,201が、本発明の、振れを検出する振れ検出手段に相当する。また、第1ステップモータ2、第2ステップモータ3、ステップモータ111,210が本発明のステップモータに相当し、補正レンズ1が本発明の補正手段に相当する。また、CPU6が、本発明の、ステップモータにより補正手段を光軸と直交する方向に移動させ、振れに起因する画像劣化を軽減させる振れ補正制御手段に相当する。また、第1駆動目標算出回路103と第1駆動パルス算出回路104、または、第1駆動目標算出回路204と駆動パルス算出回路207が、本発明の、振れ検出手段の出力による振れ速度に基づいてステップモータを駆動する速度制御手段に相当する。また、積分器105と第2駆動目標算出回路106と第2駆動パルス算出回路107とカウンタ108、または、積分器205と第2駆動目標算出回路206と駆動パルス算出回路207とカウンタ108が、本発明の位置制御手段に相当する。この位置制御手段は、振れ検出手段の出力による振れ変位に基づいてステップモータを駆動する。
(Correspondence between the present invention and the embodiment)
The
また、切換回路109が、請求項1に記載の本発明の、像振れ補正動作中に、速度制御手段と位置制御手段を振れの周波数に対応して切り換え、ステップモータを駆動させる切換手段に相当する。また、振れ予測回路102が、請求項1および4に記載の本発明の、振れ検出手段の出力からその後の振れを逐次予測する振れ予測手段に相当する。
The
上記切換手段は、振れ予測手段による予測振れ速度が規定のしきい値を超える場合は、速度制御手段の出力によりステップモータを駆動させ、規定のしきい値を下回る場合は、位置制御手段の出力によりステップモータを駆動させる。あるいは、速度制御手段により制御される速度が規定の最低速度に達するまでは、速度制御手段の出力によりステップモータを駆動させ、規定の最低速度を下回る場合は、位置制御手段の出力によりステップモータを駆動させる。 The switching means drives the step motor by the output of the speed control means if the predicted shake speed by the shake prediction means exceeds the specified threshold value, and outputs the position control means if it falls below the specified threshold value. To drive the step motor. Alternatively, the step motor is driven by the output of the speed control means until the speed controlled by the speed control means reaches the specified minimum speed, and when the speed is lower than the specified minimum speed, the step motor is driven by the output of the position control means. Drive.
また、切換回路203が、請求項4に記載の本発明の、像振れ補正動作中に、振れ予測手段からの出力に基づいて、速度制御手段と位置制御手段を切り換え、ステップモータを駆動させる切換手段に相当する。この切換手段は、予測振れ速度が規定のしきい値を超える場合は、速度制御手段の出力によりステップモータを駆動させ、規定のしきい値を下回る場合は、位置制御手段の出力によりステップモータを駆動させる。
Further, the
上記の各実施例では、補正レンズを光軸と直交する方向に移動させて像振れ補正を行う例を示しているが、撮像装置に具備される撮像素子を光軸と直交する方向に移動させて像振れ補正を行うものであっても良い。また、撮像装置に適用した例を示しているが、その他、携帯電話等の光学機器に適用することも可能である。 In each of the above-described embodiments, an example is shown in which image blur correction is performed by moving the correction lens in a direction orthogonal to the optical axis. However, the image sensor included in the imaging device is moved in a direction orthogonal to the optical axis. In this case, image blur correction may be performed. Moreover, although the example applied to the imaging device is shown, it can also be applied to optical devices such as a mobile phone.
1 補正レンズ
2 第1ステップモータ
3 第2ステップモータ
4 第1ドライバ
5 第2ドライバ
6 CPU
7 第1ジャイロセンサ
8 第2ジャイロセンサ
101 ジャイロセンサ
102 振れ予測回路
103 第1駆動目標算出回路
104 第1駆動パルス算出回路
105 積分器
106 第2駆動目標算出回路
107 第2駆動パルス算出回路
108 カウンタ
109 切換回路
110 ドライバ
111 ステップモータ
201 ジャイロセンサ
202 振れ予測回路
203 切換回路
204 第1駆動目標算出回路
205 積分器
206 第2駆動目標算出回路
207 駆動パルス算出回路
208 カウンタ
209 ドライバ
210 ステップモータ
DESCRIPTION OF
7
Claims (6)
ステップモータにより補正手段を光軸と直交する方向に移動させ、前記振れに起因する画像劣化を軽減させる振れ補正制御手段とを有する像振れ補正装置において、
前記振れ補正制御手段は、
前記振れ検出手段の出力による振れ速度に基づいて前記ステップモータを駆動する速度制御手段と、
前記振れ検出手段の出力による振れ変位に基づいて前記ステップモータを駆動する位置制御手段と、
像振れ補正動作中に、前記速度制御手段と前記位置制御手段を前記振れの周波数に対応して切り換え、前記ステップモータを駆動させる切換手段とを有することを特徴とする像振れ補正装置。 Shake detection means for detecting shake;
In an image shake correction apparatus having a shake correction control means that moves the correction means in a direction orthogonal to the optical axis by a step motor and reduces image deterioration due to the shake.
The shake correction control means includes
Speed control means for driving the step motor based on the shake speed by the output of the shake detection means;
Position control means for driving the step motor on the basis of shake displacement caused by the output of the shake detection means;
An image blur correction apparatus comprising: switching means for switching the speed control means and the position control means in accordance with the shake frequency and driving the step motor during an image blur correction operation.
前記切換手段は、前記振れ予測手段による予測振れ速度が規定のしきい値を超える場合は、前記速度制御手段の出力により前記ステップモータを駆動させ、前記規定のしきい値を下回る場合は、前記位置制御手段の出力により前記ステップモータを駆動させることを特徴とする請求項1に記載の像振れ補正装置。 The shake correction control means further includes shake prediction means for sequentially predicting subsequent shake from the output of the shake detection means,
The switching means drives the step motor by the output of the speed control means when the predicted shake speed by the shake prediction means exceeds a prescribed threshold value, and when the predicted shake speed falls below the prescribed threshold value, The image blur correction apparatus according to claim 1, wherein the step motor is driven by an output of a position control unit.
ステップモータにより補正手段を光軸と直交する方向に移動させ、前記振れに起因する画像劣化を軽減させる振れ補正制御手段とを有する像振れ補正装置において、
前記振れ補正手段は、
前記振れ検出手段の出力からその後の振れを逐次予測する振れ予測手段と、
前記振れ予測手段による予測振れ速度に基づいて前記ステップモータを駆動する速度制御手段と、
前記振れ予測手段による予測振れ変位に基づいて前記ステップモータを駆動する位置制御手段と、
像振れ補正動作中に、前記振れ予測手段からの出力に基づいて、前記速度制御手段と前記位置制御手段を切り換え、前記ステップモータを駆動させる切換手段とを有することを特徴とする像振れ補正装置。 Shake detection means for detecting shake;
In an image shake correction apparatus having a shake correction control means that moves the correction means in a direction orthogonal to the optical axis by a step motor and reduces image deterioration due to the shake.
The shake correction means includes
Shake prediction means for sequentially predicting subsequent shake from the output of the shake detection means;
Speed control means for driving the step motor based on the predicted shake speed by the shake prediction means;
Position control means for driving the step motor based on the predicted deflection displacement by the shake prediction means;
An image blur correction apparatus comprising: a switching unit that switches between the speed control unit and the position control unit and drives the step motor based on an output from the blur prediction unit during an image blur correction operation. .
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