JP2010032965A - 振動補正制御回路及びそれを備えた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化された振動補正制御回路を提供する。
【解決手段】撮像装置の振動を検出する振動検出素子１０２から出力される振動検出信号をデジタル信号に変換するＡＤＣ２０と、ＡＤＣ２０でデジタル化された振動検出信号に基づいて撮像装置の移動量を生成するジャイロフィルタ２２と、光学部品又は撮像素子の現在の位置と移動量とに基づいて光学部品又は撮像素子の駆動量を求める回転制御部２４と、駆動量に基づいて、ステッピングモータを制御する制御信号を生成して出力するステッピング制御部２６とを備え、ＡＤＣ２０、ジャイロフィルタ２２及びステッピング制御部２６をロジック回路で構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に組み込まれる振動補正制御回路に関する。

近年、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置は、それに備わる撮像素子の画素数を増加させることによって高画質化を実現している。その一方で、撮像装置の高画質化を実現する他の方法として、撮像装置を持つ手のぶれによって生じる被写体のぶれを防止するために、撮像装置は手振れ補正機能を備えることが望まれている。

具体的には、撮像装置はジャイロセンサなどの検出素子を備え、撮像装置の振動によって生じる角速度成分に応じてレンズや撮像素子などの光学部品を駆動して被写体のぶれを防止する。これによって、撮像装置が振動しても、取得される映像信号に振動の成分が反映されることはなく、像ぶれのない高画質な映像信号を取得することができる。

図６に、ステッピングモータを用いた手振れ補正駆動機構を備えた撮像装置の構成図を示す（特許文献１）。この構成では、Ｘジャイロ１０、Ｙジャイロ１２で検出された撮像装置の振動の角速度を受けて、ＣＰＵ１４が角速度を撮像装置の移動量を示す角度に変換し、その角度の情報に応じたモータ駆動パルス（ステッピングモータの制御信号）を生成してモータドライバ１６に出力する。モータドライバ１６は、モータ駆動パルスに応じたコイル電流を発生させてステッピングモータ１８を駆動させる。ステッピングモータ１８には光学部品又は撮像素子が連結されており、ステッピングモータ１８の駆動により撮像装置の振動を補償するように光学部品又は撮像素子の位置が補正される。

ステッピングモータを用いた手振れ補正機構は、ボイスコイルモータ等の他のモータを用いたものに比べて、撮像装置に設ける部品点数が少ない。ボイスコイルモータを用いる場合、撮像装置は、レンズ等の光学部品の位置を検出するためにホール素子と、ホール素子の出力する信号を処理する信号処理回路と、を備える。ステッピングモータを用いる場合は、上記のホール素子や信号処理回路が不要となり、撮像装置のコストを低下させることができる。また、ステッピングモータを用いた手振れ補正機構は、ボイスコイルモータを用いたものとは部品構成が異なるため、モータの駆動を制御する制御回路の構成も異なる。

特開２００６−２０８８７３号公報

ところで、撮像装置の振動を補償して手振れ等の撮像への影響をより高い精度で抑制するためには、振動補正制御の処理速度を向上させる必要がある。一方、撮像装置に組み込まれているＣＰＵは振動補正制御以外の処理も負担するので、ＣＰＵでの処理負担を低減することも必要である。

本発明の１つの態様は、振動に応じて撮像装置の光学部品又は撮像素子をステッピングモータにより駆動して、振動による撮像への影響を低減させる振動補正制御回路であって、撮像装置の振動を検出する振動検出素子から出力される振動検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部と、前記アナログ／デジタル変換部でデジタル化された前記振動検出信号に基づいて撮像装置の移動量を生成するジャイロフィルタと、前記光学部品又は前記撮像素子の現在の位置と、前記移動量と、に基づいて、前記光学部品又は前記撮像素子の駆動量を求める回転制御部と、前記駆動量に基づいて、前記ステッピングモータを制御する制御信号を生成して出力するステッピング制御部と、を備え、前記アナログ／デジタル変換部、前記ジャイロフィルタ及び前記ステッピング制御部がロジック回路で構成されていることを特徴とする。

また、本発明の別の態様は、光学部品と、撮像素子と、前記光学部品又は前記撮像素子を駆動するステッピングモータと、振動を検出する振動検出素子から出力される振動検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部と、前記アナログ／デジタル変換部でデジタル化された前記振動検出信号に基づいて撮像装置の移動量を生成するジャイロフィルタと、前記光学部品又は前記撮像素子の現在の位置と、前記移動量と、に基づいて、前記光学部品又は前記撮像素子の駆動量を求める回転制御部と、前記駆動量に基づいて、前記ステッピングモータを制御する制御信号を生成して出力するステッピング制御部と、を備え、前記アナログ／デジタル変換部、前記ジャイロフィルタ及び前記ステッピング制御部がロジック回路で構成されていることを特徴とする撮像装置である。

ここで、前記ステッピング制御部は、前記ステッピングモータの現在の回転の位相を読み込む位相管理部と、前記位相管理部によって読み込まれた位相と、前記駆動量と、に基づいて前記制御信号を生成する制御信号生成部と、を備えることが好適である。

また、前記ステッピング制御部を２つ以上有し、前記２以上のステッピング制御部は互いに交差する方向に動作するステッピングモータを制御し、それぞれ独立に動作することが好適である。

本発明によれば、ステッピングモータにより光学部品又は撮像素子を駆動することによって振動を補正するための振動補正制御回路をロジック化することによって、回路をより小型化することができる。

本発明の実施形態における振動補正制御回路１００は、図１に示すように、アナログ／デジタル変換部（ＡＤＣ）２０、ジャイロフィルタ２２、回転制御部２４及びステッピング制御部２６を含んで構成される。

振動補正制御回路１００は、振動検出素子１０２及びステッピングモータ１０４に接続される。振動検出素子１０２は、ヨー方向及びピッチ方向の２軸に沿って振動の成分を直交変換可能なように少なくとも２軸以上に対して設けられる。振動検出素子１０２は、例えば、ジャイロセンサを含んで構成される。通常、撮像装置のヨー方向（Ｘ軸方向）及びピッチ方向（Ｙ軸方向）について振動を検出できるように振動検出素子１０２を設置する。振動検出素子１０２の出力信号に基づいてヨー方向（Ｘ軸方向）及びピッチ方向（Ｙ軸方向）にレンズ１０６の位置が制御される。

なお、以下の説明では、撮像装置のレンズ１０６をＸ軸方向に駆動するための振動補正制御回路１００について説明するが、振動補正制御回路１００は、撮像装置の振動を補正するための光学部品又は撮像素子の駆動軸毎に設けられ、撮像装置のレンズ１０６をＹ軸方向等の他の軸方向に駆動するための振動補正制御回路も同様に構成することができる。

ＡＤＣ２０は、振動検出素子１０２、例えばジャイロセンサから出力されたアナログの角速度信号をデジタル信号に変換する。具体的には、振動検出素子１０２で検出される振動のＸ軸成分の信号（Ｇｙｒｏ−Ｘ）をデジタル化して出力する。ＡＤＣ２０は、信号（Ｇｙｒｏ−Ｘ）をジャイロフィルタ２２へ出力する。

ジャイロフィルタ２２は、角速度信号（Ｇｙｒｏ−Ｘ）に含まれる直流成分を除去し、撮像装置の振動が反映された角速度信号の交流成分を抽出する。この処理には、デジタルフィルタの一種であるタップフィルタを適用することができる。また、ジャイロフィルタ２２は積分回路を備え、角速度信号（Ｇｙｒｏ−Ｘ）を積分して、撮像装置の移動量を示す角度信号を生成する。積分回路は、デジタルフィルタを含んで構成することが好適であり、設定されたフィルタ係数に応じたフィルタ処理を行うことによって角速度信号を９０°だけ遅延させて角度信号、つまり撮像装置の移動量を求める。角度信号は回転制御部２４へ入力される。

回転制御部２４は、図２に示すように、ステップ数換算手段２４Ａ、ステップ数管理手段２４Ｂ、比較手段２４Ｃ、移動ステップ決定手段２４Ｄ及び基準点検出手段２４Ｅを含んで構成される。回転制御部２４は、撮像装置に組み込まれたＣＰＵにより各手段における処理を行うことにより実現することができる。

まず、撮像装置を起動した初期設定時について説明する。初期設定時には、基準点検出手段２４Ｅは外部から基準点判別信号を受けて、ステップ数管理手段２４Ｂ及び移動ステップ決定手段２４Ｄへ基準点検出信号を出力する。移動ステップ決定手段２４Ｄは、基準点検出信号に応じた初期駆動量を示す初期駆動ステップ数を出力する。初期駆動ステップ数はステッピング制御部２６へ入力され、初期駆動ステップ数に応じたステップ数だけステッピングモータ１０４が回転させられ、レンズ１０６が初期位置、つまり、レンズ１０６の光学原点に移動させられる。ステッピング制御部２６での処理について後述する。

また、初期設定が完了した時には、ステップ数管理手段２４Ｂは、現在のレンズ１０６の位置を示す累積ステップ数を０にリセットする。

次に、撮像装置により撮像を行う際の振動補正制御時の処理について説明する。振動補正制御時には、ステップ数換算手段２４Ａは、ジャイロフィルタ２２から角度信号を受けて、角度信号に応じて振動（手振れ）を補償するために必要なレンズ１０６の駆動量を示す目標ステップ数を求めて出力する。例えば、レンズ１０６の可動範囲が、ステッピングモータ１０４によって＋Ｎｍａｘステップから−Ｎｍａｘステップまでレンズ１０６を可動させることが可能であって、ジャイロフィルタ２２の出力値が＋Ｉｍａｘから−Ｉｍａｘまで取り得る場合、目標ステップ数はジャイロフィルタ２２の出力値Ｉより次の式で求めることができる。ただし、Ｎｍａｘ及びＩｍａｘはともに正の数とする。
目標ステップ数＝Ｉ×（Ｎｍａｘ／Ｉｍａｘ）

比較手段２４Ｃは、ステップ数換算手段２４Ａから出力される目標ステップ数とステップ数管理手段２４Ｂに保持されている累積ステップ数とを受けて、レンズ１０６の駆動限界位置との比較処理、及び、単位時間内でレンズ１０６を駆動できる位置範囲との比較処理を行う。

比較手段２４Ｃは、目標ステップ数と累積ステップ数との差をとって、差分ステップ数を求める。差分ステップ数の絶対値が内部レジスタに予め設定してある単位時間内でレンズ１０６を駆動できる位置範囲を示す駆動可能ステップ数を超えるか否かを判定する。差分ステップ数の絶対値が駆動可能ステップ数を超える場合には差分ステップ数の絶対値を駆動可能ステップ数に置き換える。

また、比較手段２４Ｃは、差分ステップ数と累積ステップ数とを加算し、その演算結果が予め内部レジスタに設定してあるレンズ１０６の駆動限界位置を示す上限ステップ数を超えるか否か、又は、下限ステップ数を下回るか否かを判定する。演算結果が上限ステップ数を超える場合には、上限ステップ数から累積ステップ数を引いた値に差分ステップ数を再設定する。演算結果が下限ステップ数を下回る場合には、下限ステップ数から累積ステップ数を引いた値に差分ステップ数を再設定する。

比較手段２４Ｃで処理された差分ステップ数は移動ステップ決定手段２４Ｄへ出力される。

移動ステップ決定手段２４Ｄは、差分ステップ数を受けて、その差分ステップ数を駆動ステップ数として出力する。さらに、ステップ数管理手段２４Ｂは、駆動ステップ数を受けて、内部レジスタに保持されている累積ステップ数を読み出し、累積ステップ数に受信した駆動ステップ数を加えた値で内部レジスタの値を更新する。

ステッピング制御部２６は、図４に示すように、駆動量取得手段２６Ａ、位相管理・更新手段２６Ｂ、波形レジスタセット２６Ｃ、ＰＷＭ用カウンタ２６Ｄ、Ａ相用パルス生成手段２６Ｅ及びＢ相用パルス生成手段２６Ｆを含んで構成される。なお、ステッピング制御部２６はステッピングモータ１０４を駆動するための回路構成の例である。ステッピング制御部２６は、Ｘ軸方向に駆動するためのものと、Ｙ軸方向に駆動するためのものとが設けられる。Ｘ軸方向用、Ｙ軸方向用のステッピング制御部２６は、それぞれ独立に動作するよう構成される。

駆動量取得手段２６Ａは、回転制御部２４から出力される駆動ステップ数を受信する手段である。駆動量取得手段２６Ａは、駆動ステップ数を受信すると位相管理・更新手段２６Ｂへ出力する。

位相管理・更新手段２６Ｂは、駆動ステップ数を受けて、ステッピングモータ１０４を駆動する際の位相（回転角）の制御を行う。位相管理・更新手段２６Ｂは、現在のステッピングモータの位相（回転角）を保持する内部レジスタを備え、内部レジスタの位相（回転角）を受信した駆動ステップ数だけ順に増加・減少させつつ、その位相をＡ相用パルス生成手段２６Ｅ及びＢ相用パルス生成手段２６Ｆへ出力する。

ＰＷＭ用カウンタ２６Ｄは、ステッピングモータ１０４に対するパルス信号のパルス幅を変調する処理を行う際のパルス幅を制御するためのカウンタである。ＰＷＭ用カウンタ２６Ｄは、外部からのクロック信号を受けて、クロック信号に同期してカウンタ値を１ずつサイクリックに増加させると共に、そのカウンタ値を出力する。本実施の形態では、ＰＷＭ用カウンタ２６Ｄは、カウンタ値を０から２５５まで１ずつサイクリックに増加させると共に、そのカウンタ値を出力する。

Ａ相用パルス生成手段２６Ｅは、位相管理・更新手段２６Ｂから出力される位相及びＰＷＭカウンタ２６Ｄから出力されるカウンタ値を受けて、ステッピングモータ１０４のＸ軸に対するパルス信号を生成して出力する。また、Ｂ相用パルス生成手段２６Ｆは、位相管理・更新手段２６Ｂから出力される位相及びＰＷＭカウンタ２６Ｄから出力されるカウンタ値を受けて、ステッピングモータ１０４のＹ軸に対するパルス信号を生成して出力する。

Ａ相及びＢ相に対してそれぞれ１組のパルス信号を出力することによってステッピングモータ１０４の位相（回転角）を制御する場合、Ａ相用パルス生成手段２６Ｅ及びＢ相用パルス生成手段２６Ｆは位相管理・更新手段２６Ｂから入力された位相に対応するパルス信号を生成して出力する。本実施の形態では、パルス信号のパルス幅変調は行わず、ＰＷＭカウンタ２６Ｄから出力されるカウンタ値に拠らず、ハイレベル又はローレベルを維持するパルス信号を生成して出力する。

図３に示すようにステッピングモータ１０４の一回転を８つの位相（０°、＋４５°、＋９０°、＋１３５°、＋１８０°、＋２２５°、＋２７０°、＋３１５°）で制御する場合、位相管理・更新手段２６Ｂが受けた駆動ステップ数が３であり、内部レジスタに保持されている現在の位相が＋９０°であるとする。はじめに、位相管理・更新手段２６Ｂは内部レジスタの値を＋１３５°としてＡ相用パルス生成手段２６Ｅ及びＢ相用パルス生成手段２６Ｆへ出力する。これに応じて、Ａ相用パルス生成手段２６Ｅは、波形レジスタセット２６Ｃに格納されている位相とパルス信号の組み合わせとの関係に基づいて、Ａ相の１組のパルスを生成して出力する。図５に、位相とＡ相−１，Ａ相−２，Ｂ相−１，Ｂ相−２のパルス信号の組み合わせとの関係を示す。この場合、Ａ相−１に対してローレベル、Ａ相−２に対してハイレベルのパルス信号を生成して出力する。また、Ｂ相用パルス生成手段２６Ｆは、図５に示す位相とパルス信号の組み合わせとの関係に基づいて、Ｂ相−１に対してハイレベル、Ｂ相−２に対してローレベルのパルス信号を生成して出力する。Ａ相用パルス生成手段２６Ｅ及びＢ相用パルス生成手段２６Ｆからのパルス信号の出力はステッピングモータ１０４の駆動制御が終了するまで出力される。

次に、位相管理・更新手段２６Ｂは位相を１ステップ進めて内部レジスタの値を＋１８０°とし、その値をＡ相用パルス生成手段２６Ｅ及びＢ相用パルス生成手段２６Ｆへ出力する。これに応じて、Ａ相用パルス生成手段２６Ｅは、Ａ相−１に対してローレベル、Ａ相−２に対してハイレベルのパルス信号を生成して出力する。また、Ｂ相用パルス生成手段２６Ｆは、Ｂ相−１に対してローレベル、Ｂ相−２に対してローレベルのパルス信号を生成して出力する。Ａ相用パルス生成手段２６Ｅ及びＢ相用パルス生成手段２６Ｆからのパルス信号の出力はステッピングモータ１０４の駆動制御が終了するまで出力される。

さらに、位相管理・更新手段２６Ｂは位相を１ステップ進めて内部レジスタの値を＋２２５°とし、その値をＡ相用パルス生成手段２６Ｅ及びＢ相用パルス生成手段２６Ｆへ出力する。これに応じて、Ａ相用パルス生成手段２６Ｅは、Ａ相−１に対してローレベル、Ａ相−２に対してハイレベルのパルス信号を生成して出力する。また、Ｂ相用パルス生成手段２６Ｆは、Ｂ相−１に対してローレベル、Ｂ相−２に対してハイレベルのパルス信号を生成して出力する。Ａ相用パルス生成手段２６Ｅ及びＢ相用パルス生成手段２６Ｆからのパルス信号の出力はステッピングモータ１０４の駆動制御が終了するまで出力される。

他の位相が設定された場合にも波形レジスタセット２６Ｃに格納されている位相とパルス信号の組み合わせとの関係に基づいてパルス信号を生成して出力することができる。

ステッピングモータ１０４は、ステッピング制御部２６から出力されるパルス信号を受けて、パルス信号に対応する位相（回転角）となるようにロータを回転させる。ステッピングモータ１０４のロータにはボールネジ等のレンズ１０６の駆動手段が連結されており、ステッピングモータ１０４の回転によりレンズ１０６の位置が変更される。これにより、撮像装置の振動による撮像への影響を低減することができる。

また、少なくともＡＤＣ２０、ジャイロフィルタ２２及びステッピング制御部２６をロジック回路で構成することにより、振動補正制御回路１００をより小型化及び高速化することができる。さらに、撮像装置に組み込まれているＣＰＵの処理負担を軽減することができる。位相管理・更新手段２６Ａが受け取った駆動ステップ数が２以上である場合、１ステップ刻みでパルス信号を変化させることが好適である。具体的には、ステッピングモータ１０４を１／８回転単位で制御する場合に示したように、ステッピングモータ１０４の現在の位相が＋９０°で３ステップ分回転させる場合、＋９０°のＡ相、Ｂ相のパルスから＋１３５°、＋１８０°のＡ相、Ｂ相のパルスを経て、＋２２５°のＡ相、Ｂ相のパルスに変化させる。＋９０°のＡ相、Ｂ相のパルスから＋２２５°のＡ相、Ｂ相のパルスに直接変化させる場合に比べ、１ステップ刻みで変化させる方がステッピングモータ１０４の駆動音が小さくなる。手振れ補正機能を備えた撮像装置について、手振れ補正動作時にステッピングモータ１０４の駆動音が大きいと、ユーザは撮像装置が故障したと誤解するおそれがある。ステッピングモータ１０４の駆動音を小さくすることで、撮像装置のユーザに誤解を与えることなく、手振れ補正機能を提供することができる。

なお、本実施の形態では、レンズ１０６を一軸（Ｘ軸）方向に駆動する構成について説明したが、レンズ１０６を他軸（例えば、Ｘ軸に直交するＹ軸）方向に駆動する場合にも同様の構成を適用することができる。

また、撮像装置の振動を補正するためにレンズ１０６以外を駆動する場合にも本実施の形態の構成を適用することができる。例えば、レンズ１０６の位置を移動させる代わりに、ＣＣＤやＣＯＭ等の撮像素子の位置を移動させて撮像装置の振動を補償する構成としてもよい。

また、本実施の形態では、ステッピングモータ１０４を８位相で制御する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、８位相以外のステッピングモータでも同様に制御することができる。

本発明の実施の形態における振動補正制御回路の構成を示す図である。 本発明の実施の形態における回転制御部の構成を示す図である。 本発明の実施の形態におけるステッピングモータの位相制御を説明する図である。 本発明の実施の形態におけるステッピング制御部の構成を示す図である。 本発明の実施の形態における位相とステッピングモータのパルス信号の組み合わせの例を示す図である。 従来の振動補正制御回路の構成を示す図である。

符号の説明

１０ Ｘジャイロ、１２ Ｙジャイロ、１４ ＣＰＵ、１６ モータドライバ、１８ ステッピングモータ、２０ ＡＤＣ、２２ ジャイロフィルタ、２４ 回転制御部、２４Ａ ステップ数換算手段、２４Ｂ ステップ数管理手段、２４Ｃ 比較手段、２４Ｄ 移動ステップ決定手段、２４Ｅ 基準点検出手段、２６ ステッピング制御部、２６Ａ 駆動量取得手段、２６Ｂ 位相管理・更新手段、２６Ｃ 波形レジスタセット、２６Ｄ ＰＷＭ用カウンタ、２６Ｅ Ａ相用パルス生成手段、２６Ｆ Ｂ相用パルス生成手段、１００ 振動補正制御回路、１０２ 振動検出素子、１０４ ステッピングモータ、１０６ レンズ。

Claims (4)

1. 振動に応じて撮像装置の光学部品又は撮像素子をステッピングモータにより駆動して、振動による撮像への影響を低減させる振動補正制御回路であって、
   撮像装置の振動を検出する振動検出素子から出力される振動検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部と、
   前記アナログ／デジタル変換部でデジタル化された前記振動検出信号に基づいて撮像装置の移動量を生成するジャイロフィルタと、
   前記光学部品又は前記撮像素子の現在の位置と、前記移動量と、に基づいて、前記光学部品又は前記撮像素子の駆動量を求める回転制御部と、
   前記駆動量に基づいて、前記ステッピングモータを制御する制御信号を生成して出力するステッピング制御部と、を備え、
   前記アナログ／デジタル変換部、前記ジャイロフィルタ及び前記ステッピング制御部がロジック回路で構成されていることを特徴とする振動補正制御回路。
2. 請求項１に記載の振動補正制御回路であって、
   前記ステッピング制御部は、
   前記ステッピングモータの現在の回転の位相を読み込む位相管理部と、
   前記位相管理部によって読み込まれた位相と、前記駆動量と、に基づいて前記制御信号を生成する制御信号生成部と、
   を備えることを特徴とする振動補正制御回路。
3. 請求項１に記載の振動補正制御回路であって、
   前記ステッピング制御部を２つ以上有し、
   前記２以上のステッピング制御部は互いに交差する方向に動作するステッピングモータを制御し、それぞれ独立に動作することを特徴とする振動補正制御回路。
4. 光学部品と、撮像素子と、
   前記光学部品又は前記撮像素子を駆動するステッピングモータと、
   振動を検出する振動検出素子から出力される振動検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換部と、
   前記アナログ／デジタル変換部でデジタル化された前記振動検出信号に基づいて撮像装置の移動量を生成するジャイロフィルタと、
   前記光学部品又は前記撮像素子の現在の位置と、前記移動量と、に基づいて、前記光学部品又は前記撮像素子の駆動量を求める回転制御部と、
   前記駆動量に基づいて、前記ステッピングモータを制御する制御信号を生成して出力するステッピング制御部と、を備え、
   前記アナログ／デジタル変換部、前記ジャイロフィルタ及び前記ステッピング制御部がロジック回路で構成されていることを特徴とする撮像装置。

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