JP2013003403A - 制御装置及び撮像装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の撮像装置は、撮像素子101を有して撮影光軸に直交する方向にモータにより可動される可動部1251と、撮像素子の位置を検出値として検出する位置検出部1252と、手ぶれによる撮像装置本体の振れ量に対応する目標値を検出する目標値算出部1241と、PWM駆動制御を用いてフィードバック制御を行うために検出値と目標値との差を演算してデューティ比を求める演算部1043と、モータ1255にデューティ比に応じた電流を流すことにより可動部1251を駆動する駆動部1254とを有する。演算部1043には、検出値と目標値との差により求められたデューティ比を補正することにより出力不感帯を除去する補正部1043Hが設けられている。
【選択図】 図2
Description
これらの多機能化の一環として、装置全体の振れに起因する像振れを補正する技術も実用化されている。
そして、この撮像装置では、この設定されたデューティ比に応じた電流をモータのコイルに流し、これにより、可動部を可動させてフィードバック制御を行っている。
(デジタルカメラの全体的構成)
また、デジタルカメラ本体の正面には、撮影レンズを含む鏡胴ユニット7、光学ファインダ4、ストロボ発光部3、測距ユニット5、リモートコントロール受光部6が設けられている。
(カメラの内部システム構成)
また、鏡胴ユニット7の各レンズ系によりCCD101に被写体像が結像される。CCD101は被写体像を画像信号に変換してF/E-IC102に画像信号を出力する。
すなわち、F/E-IC102はその画像信号に所定の処理を施し、アナログ画像信号をデジタル信号に変換してプロセッサ104の第1CCD信号処理ブロック1041に向けてこのデジタル信号を出力する。
音声記録回路1151は、マイクAMP(アンプリファイア)1152に接続されている。マイクAMP1152にはマイクロフォン(以下、マイクという)1153が接続されている。
CPUブロック1043は、音声再生回路1161の動作も制御する。
音声再生回路1161は、指令により適宜メモリに記憶されている音声信号を再生してオーディオAMP1162に出力する。これにより、スピーカ1163から音声が発せられる。
CPUブロック1043は、プロセッサ104のサブCPU109に接続されている。サブCPU109はLCDドライバ111を介してサブLCD1の表示制御を行う。
USBブロック1045はUSBコネクタ122に接続されている。シリアルブロック1046はシリアルドライバ回路1231を介してRS-232Cコネクタ1232に接続されている。
LCDモニタ1’は、撮影前の被写体の状態監視するため、撮影画像を確認するため、メモリカードまたは内蔵メモリ120に記録された画像データを表示するために用いられる。
そのドライバ1254はコイルドライブ第1MDとコイルドライブ第2MDとから構成されている。
この保持機構1263はアクチュエータとしてのステッピングモータSTMにより制御される。そのステッピングモータSTMはドライバ1261によって駆動される。 このドライバ1261にはROM108から制御データが入力される。
この位置検出素子1252の検出出力はアンプ1253に入力され、増幅されてA/D変換器10411に入力される。
手ぶれ補正の原理を説明する前に、先に、本発明に係るデジタルカメラの一般的な動作概要を説明する。
このデジタルカメラは、に示す「モニタリング処理」モードと「再生処理」モードとの少なくとも2つのモードを有し、これら2つのモード間を遷移する。
「モニタリング処理」モードでは、メニュー呼び出しを行うことができ、各種設定を変更することができる。「再生処理」モードでは、撮影画像をLCDモニタ1’に表示させることができる。
ここで、フリーランタイマとはリセットを実行しない限り、X秒間隔で割り込みを発生させるタイマである。セットした秒数がカウントダウンされ、秒数がゼロになることを契機にして割り込みを発生させる。なお、カウントダウン中の秒数はレジスタを用いて参照できる。
すなわち、図4に示すように、タイマにカウント値としてX秒をセットして(ステップS11’)、カウントをスタートし(ステップS12)、設定したX秒後に所定の割り込み処理を実行させる(ステップS13)。
図5は撮像素子としてのCCD101をスライド変位させて手ぶれ補正を行う原理を示している。
CCD101の撮像面(CCD面)がP1の位置にあるとき、被写体の像はOに投影される。
次に、手ぶれ補正機構の構成について、図6ないし図8を参照しながら説明する。
図6ないし図8は複数のレンズが収納される固定筒を示している。その図6は固定筒の正面図であり、図7は図6に示すA-A’線に沿う縦断面図であり、図8(a)、(b)は固定筒の背面図である。
本実施例では、一対のガイド軸13a,13bが一対の永久磁石16a,16bを貫通する構成とされている。しかし、これに限るものではなく、一対のガイド軸13a,13bに併設して設けられていても良い。 一対の永久磁石16c,16dはX-Y平面内でX方向に間隔を開けて配置されている。
CCD101は載置ステージ15に固定されている。載置ステージ15は、X方向に張り出した一対のコイル取付板部15c,15dと、Y方向に張り出した一対のコイル取付板部15a,15bとを有する。 CCD101はその載置ステージ15の中央に固定されている。
CCD101には撮像面と反対側の面に保護板19が貼り付けられている。保護板19には、その中央にテーパ形状の凹所19aが形成されている。この凹所19aの機能については後述する。
また、一対のコイル取付板部15a,15bには、それぞれ偏平かつ渦巻き状のコイル体COL2,COL2’が貼り付けられている。コイル体COL2,COL2’も同様に直列接続されている。
一対のコイル体COL1,COL1’は、X方向にCCD101を可動させるのに用いられる。一対のコイル体COL2,COL2’はY方向にCCD101を可動させるのに用いられる。その永久磁石16a,16b(16c,16d)とコイル体COL1,COL1’(COL2,COL2’)は、CCD101を往復移動させるボイスコイルモータ(アクチュエータ1255)を構成している。
原点位置の保持機構1263(図2参照)は、図10、図11(a)に示すように、ステッピングモータSTMを有する。
固定筒10の角部10aにはZ軸方向に間隔を開けて一対の支承部28,29が形成されている。支承部28はモータ取付板から構成されている。
回転伝達ギヤ23は一対の支承部28,29の間に位置している。この回転伝達ギヤ23は、往復動シャフト24に回転可能に支承されるとともに、出力ギヤ21に噛合されている。
強制押さえ板26は、図10および図11(a)に示すように、CCD101の中心に向かって長く延びる構成とされている。その強制押さえ板26の基端部26aは往復動シャフト24の一端部に固定されている。
図8(a)および(b)に示すベース部材11には、位置決め突起11a,11b、コイル取り付け突起11c、および係合突起11dが形成されている。 コイル取り付け突起11cにはネジリコイルバネ34の巻回部34aが取り付けられている。
ベース部材11にはガイド軸26cをガイドするガイド穴(図示を略す)が形成されている。
これらの詳細な構成については、例えば、特開2007-094320号公報を参照されたい。
次に、手ぶれ補正を行うためのフィードバック制御の概要を説明する。
手ぶれに起因してジャイロセンサ1241から角速度信号が出力される。この角速度信号は、ローパスフィルタアンプリファイア(LPFーアンプ)1242により増幅されて、A/D変換器10411に入力される。このA/D変換器10411はアナログ・デジタル変換により角速度信号を角速度データに変換する。
そのジャイロセンサ1241は、デジタルカメラのPitch(ピッチ)方向の回転、およびYaw(ヨー)方向の回転を捉えるように配置されている。
A/D変換器10411は、ジャイロセンサ1241からの出力をT[s]間隔で取り込んでAD変換する。
ωpitch(t):Pitch方向の瞬間角速度、
θyaw(t):Yaw方向の変化角度、
θpitch(t):Pitch方向の変化角度、
Dyaw(t):Yaw方向の回転に対応して移動する像移動量、
Dpitch(t):Pitch方向の回転に対応して移動する像移動量とし、
ジャイロセンサ1241のYaw方向の出力(角速度信号)のA/D変換値、Pitch方向の出力(角速度信号)のA/D変換値が、それぞれADyaw、ADpitchであるとすると、ωyaw(t)、ωpitch(t)は、
ωyaw(t)= C *(ADyaw − Offsetyaw)
ωpitch(t)= C *(ADpitch − Offsetpitch)
の式により求められる。
なお、Offsetyaw, Offsetpitchはそれぞれ静止時のyaw方向、pitch方向の出力のA/D変換値であり、Cは変換係数である。
θyaw(t)=Σωyaw(i)×T(iは0からtまで)・・・・・・(1)
また、Pitch方向の変化角度は下記(2)式で求められる。
θpitch(t)=Σωpitch(i)×T(iは0からtまで)・・・・・・(2)
一方、ズームポイントzp、フォーカスポイントfpから焦点距離fが決定される。
Dyaw(t)=f×tan(θyaw(t))・・・・・・(3)
Pitch方向の回転に対応して移動する像移動量は下記(4)式で求められる。
Dpitch(t)=f×tan(θpitch(t))・・・・・・(4)
上記(3)式および(4)式で求めた結果がCCD101の移動すべき量、すなわち、目標値になる。
角速度データは、CPUブロック1043に入力される。CPUブロック1043は、この角速度データを積分して角度データ(ぶれ角)に変換する。
CPUブロック1043は、表1の換算表を用いて、角度データ(ぶれ角)からCCD101の手ぶれによる像移動量(目標値)を求める。
すなわち、ヨー方向角速度、ヨー方向角度が検出され、ヨー方向の目標値が演算され(S.1”)、ピッチ方向角速度、ピッチ方向角度が検出され、ピッチ方向の目標値が演算される。
これまでのサーボ制御の説明を整理して述べると、図19に模式的に示すように、ジャイロセンサ1241からの角速度信号(アナログ信号)がA/D変換器10411に入力される。A/D変換器10411はアナログ信号を角速度データに変換する。
CPUブロック1043はこれを積分して角度データに換算し、この角度データを用いてCCD101の手ぶれによる像移動量を求め、位置検出素子1252により検出された検出値との差により比例積分微分(PID)制御計算を行う。
また、ドライバ1254はボイスコイルモータ(アクチュエータ1255)にデューティ比に応じた電流を流すことにより可動部としてのCCDステージを駆動する駆動部としての役割を果たす。
(この実施例に係るサーボ制御の説明)
そこで、図21に模式的に示すように、角度データを用いてCCD101の手ぶれによる像移動量を求め、比例積分微分(PID)制御計算により得られたデューティ比デジタルデータを後述する式に基づく出力不感帯補正処理を行い、この出力不感帯補正処理後のデューティ比デジタルデータをドライバ1254のレジスタ1254Rに設定する。
図22は比例積分微分(PID)制御計算により得られたデューティ比デジタルデータに対して行う出力不感帯補正処理の一例を説明するためのグラフである。
B= A + (32 − 32/1024×A) (A>0)
B= A (A=0)
B= A − (32 + 32/1024×A) (A<0)
B=a’+(32−a’/32)=16+(32−0.5)=47.5
となり、
g(B)=f(a’)の出力電流Iが得られる。
また、CPUブロック1043による演算処理の量が少ないので、処理速度が過度に遅くなる不都合を回避できる。
ここでは、出力不感帯補正処理後の所定値は、可動部の動摩擦力を超えるか超えないかに対応する設定値に設定する。
従って、可動部の動摩擦力とは、可動部が相対移動される部材に対して可動状態にあるときの動摩擦力をいう。
B’= A’ (A’=0)
B’= A’ − 50 (A’<0)
補正後のデューティ比を用いて手ぶれ補正のサーボ制御を行う以外は、従来と同様であるが、以下に、撮影時の手ぶれ補正制御の概要を以下に説明する。
この撮影時には、SDRAM103に記憶された目標値データに基づいて、CCDステージ1251の移動が制御される。
1043…CPUブロック(演算部)
1043H…補正部
1241…ジャイロセンサ(目標値算出部)
1251…CCDステージ(可動部)
1252…位置検出素子(位置検出部)
1254…ドライバ(駆動部)
1255…アクチュエータ(モータ)
Claims (10)
- モータにより可動される可動部と、該可動部の位置を検出値として検出する位置検出部と、前記可動部の目標値を算出する目標値算出部と、PWM駆動制御を用いてフィードバック制御を行うために前記検出値と前記目標値との差に基づいてデューティ比を求める演算部と、前記モータに前記デューティ比に応じた電流を流すことにより前記可動部を駆動する駆動部とを有し、前記演算部には、前記デューティ比を補正することにより出力不感帯を除去する補正部が設けられていることを特徴とする制御装置。
- 撮像素子を有して撮影光軸に直交する方向にモータにより可動される可動部と、該撮像素子の位置を検出値として検出する位置検出部と、手ぶれによる撮像装置本体の振れ量に対応する目標値を算出する目標値算出部と、PWM駆動制御を用いてフィードバック制御を行うために前記検出値と前記目標値との差に基づいてデューティ比を求める演算部と、前記モータに前記デューティ比に応じた電流を流すことにより前記可動部を駆動する駆動部とを有し、前記演算部には、前記デューティ比を補正することにより出力不感帯を除去する補正部が設けられていることを特徴とする撮像装置。
- 前記モータに流す実際の出力電流の平均と補正後のデューティ比とが一次比例の関係であることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
- 前記補正後のデューティ比を、前記補正前のデューティ比と前記モータに流す実際の出力電流との関係から求めることを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
- 前記可動部が相対移動される部材に対して可動状態にあるときの動摩擦力に対応するデューティ比に相当する分以上、前記補正後のデューティ比がオフセットされていることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
- 前記可動部が相対移動される部材に対して静止状態から可動状態に移行する際の静止摩擦力に対応するデューティ比に相当する分だけ、前記補正後のデューティ比がオフセットされていることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
- 補正前のデューティ比に一定値を加えた値が、前記補正後のデューティ比であることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の撮像装置。
- 前記モータが永久磁石とコイルとを有して前記可動部を往復移動させるボイスコイルモータからなることを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
- 前記可動部は、前記撮像素子を有する載置ステージと、撮影光軸に直交するX−Y平面内で前記載置ステージをX方向に案内するX方向案内ステージと、前記載置ステージをY方向に案内するY方向案内ステージとを備え、前記目標値算出部にはジャイロセンサを含み、前記位置検出部にはホール素子を含むことを特徴とする請求項8に記載の撮像装置。
- 撮像素子の位置を検出する位置検出部により前記撮像素子の位置を検出値として検出する工程と、
手ぶれによる撮像装置本体の振れ量を検出する目標値算出部により前記振れ量に対応する目標値を算出する工程と、
PWM駆動制御を用いてフィードバック制御を行うために前記検出値と前記目標値との差を演算してデューティ比を求める演算工程と、
PWM駆動制御による出力不感帯を除去するために前記演算工程により求められたデューティ比を補正する工程と、
補正されたデューティ比に対応する電流をモータに流すことによりフィードバック制御を行う工程と、
を備えていることを特徴とする撮像装置の制御方法。
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