JP4325006B2 - レンズ駆動装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラ等で用いられる光学式手振れ補正におけるレンズ駆動装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、ビデオカメラ等においてバリアングルプリズムやシフトレンズを用いた光学式手振れ補正装置が搭載されている。
【0003】
以下に従来の光学式手振れ補正におけるレンズ駆動装置について説明する。
【0004】
図4は、シフトレンズを用いた従来の光学式手振れ補正装置の一例を示したブロック図である。手振れ補正は光軸に対し水平及び垂直方向に補正するが、図4においては、説明のために垂直方向のみのブロック図を記載している。図4において、201はレンズ鏡筒である。204はレンズ鏡筒201内に構成された可動レンズであり、光軸に対し垂直方向に動くことにより光軸を変位させる。203は可動レンズ204を駆動するアクチュエータであり、固定磁石と可動コイルで構成されている。202は可動レンズ204の移動量を検出する位置センサーであり、通常PSDセンサーが使われる。210はレンズ鏡筒201を通過した被写体像を結合させ電気信号に変換させるCCDセンサーである。101はレンズ鏡筒201の振れを検出する角速度センサーである。102は角速度センサー101の出力信号を増幅するアンプである。103はアンプ102からの出力信号(アナログデータ)をデジタルデータに変換するアナログ・デジタルコンバータ(以下、ADコンバータと記す)、104はマイコンであり、ADコンバータ103からのデジタルデータを積分及びパンニング判定等の演算を行い可動レンズ204での光軸補正量を決定する。105はデジタル・アナログコンバータ(以下、DAコンバータと記す)であり、マイコン104で演算したデジタルデータをアナログ信号に変換する。DAコンバータ105の出力は静止時に電源電圧Vccの1/2(Vcc/2)であり、手振れの方向によってVcc/2を中心に正負の信号を出力する。ADコンバータ103、マイコン104、DAコンバータ105の電源電圧は、最近の機器では約3[V]に設定されることが多い。以下の説明では電源電圧Vccは3[V]として説明する。211は位置センサー202の出力信号を増幅するセンサアンプである。300はDAコンバータ105とセンサアンプ211の信号を入力とするレンズ駆動回路であり、DAコンバータ105の出力電圧に応じてアクチュエータ203を制御駆動する。
【0005】
図5はレンズ駆動回路300の内部ブロック図である。図5において、320はADコンバータ103とマイコン104とDAコンバータ105等の信号系電源であることを示す。340は基準電圧源であり、電源320と接地電位(GND)間に接続される同一抵抗値の抵抗341と342及びボルテージフォロワ接続されたオペアンプ(以下、OPアンプと記す)343からなり、電源320の1/2の電圧即ち1.5[V]を出力する。これはDAコンバータ105の出力がVcc/2を中心に出力されることに対応している。310は反転型アンプであり、DAコンバータ105の出力S1とアンプ211の出力S2とそれぞれ抵抗311と312とを介して、OPアンプ314のマイナス端子に接続される。OPアンプ314の出力とマイナス入力端子間には帰還抵抗313が接続される。OPアンプ314のプラス入力は基準電圧源340の出力が接続される。330は微分回路でありアクチュエータ203を制御する上で必要な位相補償回路である。OPアンプ334、抵抗331、332及びコンデンサ333で構成している。350はアクチュエータコイル駆動用の駆動アンプであり、大電流出力型のOPアンプ355と356とで構成されている。ここで使用される大電流出力型のOPアンプは、バイポーラ型の場合が多い。バイポーラ型の場合、出力のダイナミックレンジは低電位側がGND電位に対し0.7〜0.9[V]であり、高電位側は電源電圧に対し同様に0.7〜0.9[V]低い電圧になっている。以下の説明においては、このダイナミックレンジは、低電位側を0.8[V]、高電位側を電源電圧に対して0.8[V]低いとする。OPアンプ356はOP355の出力を反転して出力するよう同一抵抗値の抵抗353と354が接続される。駆動アンプのゲインは抵抗351と352にて設定される。OPアンプ355と356のプラス入力は基準電圧源340の出力が接続される。また駆動アンプは機器の電源即ちバッテリーやACアダプタである電源360から直接供給される。最近はリチウムイオン電池(7.2[V])が使用されている。以下の説明においては、電源360の電圧を7.2[V]として説明する。
【0006】
以上のように構成された従来の光学式手振れ補正装置及びレンズ駆動回路について、以下その動作について簡単に説明する。
【0007】
鏡筒201を備えたビデオカメラなどを操作中に生じる、使用者の手振れは、角速度センサー101において角速度として検出される。角速度センサー101からの信号をアンプ102で増幅し、ADコンバータ103でデジタルデータに変換される。このデジタルデータは、マイコン104で積分及びパンニング判定等の演算を行い可動レンズ204での光軸補正量を決定する。マイコン104から出力される信号はDAコンバータでアナログデータに変換され、レンズ駆動回路300に入力される。レンズ駆動回路300は入力される光軸補正量に基づき、アクチュエータ203に駆動電流を供給し、レンズ204を光軸方向に駆動し手振れ補正を行っている。
【0008】
ここで、手振れの大きさに応じて信号S1がDAコンバータ105から出力されると、レンズ駆動回路300はこれに応動してアクチュエータ203に駆動電流を供給し可動レンズ204を駆動する。位置センサー202の出力を増幅するセンサアンプ211の出力S2が基準電圧源340を中心として信号S1とほぼ正負同一値になるよう帰還がかかるため、可動レンズは信号S1に比例した動作を行い、手振れによって生じた光軸の振れを可動レンズによって補正するため、画像の振れが抑えられる。
【0009】
ビデオカメラ本体を大きく振った時や強い衝撃が加わった場合など、DAコンバータの出力S1がVcc/2から最大値もしくはそれに近い電圧に急激に変化した時のレンズ駆動回路の動作について説明する。
【0010】
信号S1は反転型アンプ310を通過した後、微分回路により周波数の高い信号ほど即ち急激に変化する信号ほど増幅するため、微分回路の出力はダイナミックレンジの下限もしくは上限まで変化する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、微分回路330の出力が上限値(例えば3[V])になった場合、OPアンプ355の出力電圧は下限値、即ち0.8[V]になる。OPアンプ356は、この電圧を基準電圧源の出力電圧1.5[V]基準で反転させるため、アクチュエータ203に印加される電圧は、
(1.5−0.8)×2=1.4[V]
となり、アクチュエータの出力トルクにもよるが、ビデオカメラ本体を大きく振った時や衝撃が加わった時など可動レンズを短時間に大きく動かすためにアクチュエータに大きな電流を供給する必要がある場合にレンズを制御できず、十分な手振れ補正ができないという問題を有する。
【0012】
これを回避する手段の1つとして、アクチュエータを大型化して、コイル電流に対するアクチュエータの出力トルクを大きくする方法が考えられるが、レンズ鏡筒を大型化しなければならず、結果としてビデオカメラ本体を大型化することになり携帯性上大きな問題を生じる。2つ目の手段として信号系電源320の電圧を上げて基準電圧源340の出力電圧を高くする方法が考えられるが、マイコン等の電源電圧を上げることは消費電力を上げることになり、バッテリー使用の場合、使用時間を短くするという問題を生じる。
【0013】
次に微分回路の出力が下限値(例えば0[V])になった場合、OPアンプ355の出力電圧は上限値即ち
7.2−0.8=6.4[V]
となる。OPアンプ356の出力は、基準電圧1.5[V]に対し反転動作となるがOPアンプ356の出力下限値即ち0.8[V]に当たってしまう。よってこの時、アクチュエータ203に印加される最大電圧は、
6.4−0.8=5.6[V]
と、前述の微分回路の出力が上限値の場合に対し4倍もの電圧が印加されることになる。これは可動レンズを動かす方向によって、アクチュエータの最大出力トルクに4倍の差が生じることになり、アクチュエータ203を制御する上で好ましくない。
【0014】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、レンズ鏡筒を大きくすることなく、また信号系電源電圧を上げることなく、可動レンズの制御性を向上させることができるレンズ駆動装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明のレンズ駆動装置は、可動レンズの光軸の振れを検出して、アクチュエータで前記可動レンズを可動し手振れを補正するレンズ駆動装置であって、前記可動レンズの振れを検出して制御信号を出力する振れ検出手段と、基準電圧を出力する基準電圧源と、前記基準電圧源の出力電圧と前記振れ検出手段からの制御信号とを反転増幅する反転増幅手段と、前記反転増幅手段の出力電圧を微分する微分手段と、前記微分手段の出力電圧に基づき前記基準電圧源からの電圧レベルを変位させるレベルシフト手段と、前記レベルシフト手段の出力電圧により前記アクチュエータを駆動する駆動手段と、前記駆動手段に所定の電圧を供給する電圧源とを備えたものである。
【0016】
この構成によって、レンズ鏡筒を大きくすることなく可動レンズの制御性を向上させるレンズ駆動装置が得られる。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1及び2に記載の発明は、可動レンズの光軸の振れを検出して、アクチュエータで前記可動レンズを可動し手振れを補正するレンズ駆動装置であって、前記可動レンズの振れを検出して制御信号を出力する振れ検出手段と、基準電圧を出力する基準電圧源と、前記基準電圧源の出力電圧と前記振れ検出手段からの制御信号とを反転増幅する反転増幅手段と、前記反転増幅手段の出力電圧を微分する微分手段と、前記微分手段の出力電圧に基づき前記基準電圧源からの電圧レベルを変位させるレベルシフト手段と、前記レベルシフト手段の出力電圧により前記アクチュエータを駆動する駆動手段と、前記駆動手段に所定の電圧を供給する電圧源とを備え、このような構成により、レンズ鏡筒を大きくすることなく可動レンズの制御性を向上させるという作用を有する。
【0018】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【0019】
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態における光学式手振れ補正用のレンズ駆動装置の第一の実施の形態を示したブロック図である。手振れ補正は光軸に対し水平及び垂直方向に補正するが、図1においては、説明のために垂直方向のみのブロック図を記載している。
【0020】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明のレンズ駆動装置は、レンズ鏡筒内にあり光軸に対して垂直面内の2方向にアクチュエータにより駆動される可動レンズを含むレンズ駆動装置であって、前記レンズ鏡筒の振れを検出して可動レンズの制御信号を出力する振れ検出手段と、基準電圧を出力する基準電圧源と、前記基準電圧源の出力を基準として前記振れ検出手段の出力を反転増幅する反転増幅手段と、前記反転増幅手段の出力を微分する微分手段と、前記基準電圧源の出力を電圧変位させるとともに前記微分手段の出力を電圧変位させるレベルシフト手段と、前記基準電圧源の出力を電圧変位させた出力を基準として前記微分手段の出力を電圧変位させた出力を増幅する第1の電力増幅手段と、前記基準電圧源の出力を電圧変位させた出力を基準として前記第1の電力増幅手段の出力を反転する第2の電力増幅手段と、前記第1の電力増幅手段と前記第2の電力増幅手段とに電圧を供給する電圧源と、を備え、前記電圧源の電圧は、前記レベルシフト手段の出力電圧の略2倍に設定したものである。
【0021】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1記載の発明は、レンズ鏡筒内にあり光軸に対して垂直面内の2方向にアクチュエータにより駆動される可動レンズを含むレンズ駆動装置であって、前記レンズ鏡筒の振れを検出して可動レンズの制御信号を出力する振れ検出手段と、基準電圧を出力する基準電圧源と、前記基準電圧源の出力を基準として前記振れ検出手段の出力を反転増幅する反転増幅手段と、前記反転増幅手段の出力を微分する微分手段と、前記基準電圧源の出力を電圧変位させるとともに前記微分手段の出力を電圧変位させるレベルシフト手段と、前記基準電圧源の出力を電圧変位させた出力を基準として前記微分手段の出力を電圧変位させた出力を増幅する第1の電力増幅手段と、前記基準電圧源の出力を電圧変位させた出力を基準として前記第1の電力増幅手段の出力を反転する第2の電力増幅手段と、前記第1の電力増幅手段と前記第2の電力増幅手段とに電圧を供給する電圧源と、を備え、前記電圧源の電圧は、前記レベルシフト手段の出力電圧の略2倍に設定したものであり、このような構成により、レンズ鏡筒を大きくすることなく可動レンズの制御性を向上させるという作用を有する。
【0022】
図2はレンズ駆動回路500の内部回路構成を示した回路図である。図2において、320はA/Dコンバータ、マイコン、D/Aコンバータの電源であることを示す。340は基準電圧源であり、電源320と接地電位(GND)間に接続される同一抵抗値の抵抗341と342及びボルテージフォロワ接続されたOPアンプ343からなり電源320の1/2の電圧即ち1.5[V]を出力する。これはDAコンバータ105の出力がVcc/2を中心に出力されることに対応している。310は反転増幅手段である反転型アンプであり、DAコンバータ105の出力S1とアンプ211の出力S2とそれぞれ抵抗311と312を介してOPアンプ314のマイナス端子に接続される。OPアンプ314の出力とマイナス入力端子間には帰還抵抗313が接続される。OPアンプ314のプラス入力は基準電圧源340の出力が接続される。330は微分手段である微分回路であり、アクチュエータ203を制御する上で必要な位相補償回路である。OPアンプ334、抵抗331、332及びコンデンサ333で構成している。380はレベルシフト手段であるレベルシフト回路であり、同一特性のPNP型トランジスタ381及び383と、トランジスタ381及び383のエミッタと電圧源370の間に接続された同一抵抗値の抵抗382及び384とから構成されている。350はアクチュエータコイル駆動用の駆動手段である駆動アンプであり、従来の構成と同一である。OPアンプ355と356のプラス入力は、基準電圧源340側に接続されたレベルシフト回路380の出力が接続される。また駆動アンプ350は機器の電源即ちバッテリーやACアダプタである電源360からの電源電圧に基づき、任意の電圧を設定できる電圧源370を介して供給される。電圧源370の電圧は、基準電圧源側に接続されたレベルシフト回路の出力の2倍の電圧に設定する。PNP型トランジスタのベース−エミッタ間のVbe電位を0.7[V]とした場合、
(1.5+0.7)×2=4.4[V]
になるように設定されている。
【0023】
以上のように構成された本実施の形態のレンズ駆動装置について、以下その動作を説明する。
【0024】
鏡筒201を備えたビデオカメラなどを操作中に生じる、使用者の手振れは、角速度センサー101において角速度として検出される。角速度センサー101からの信号をアンプ102で増幅し、ADコンバータ103でデジタルデータに変換される。このデジタルデータは、マイコン104で積分及びパンニング判定等の演算を行い可動レンズ204での光軸補正量を決定する。マイコン104から出力される信号はDAコンバータでアナログデータに変換され、レンズ駆動回路300に入力される。レンズ駆動回路300は入力される光軸補正量に基づき、アクチュエータ203に駆動電流を供給し、レンズ204を光軸方向に駆動し手振れ補正を行っている。
【0025】
ここで、手振れの大きさに応じて信号S1がDAコンバータ105から出力されると、レンズ駆動回路500はこれに応動してアクチュエータ203に駆動電流を供給し可動レンズ204を駆動する。位置センサー202の出力を増幅するセンサアンプ211の出力S2が基準電圧源340を中心として信号S1とほぼ正負同一値になるよう帰還がかかるため、可動レンズは信号S1に比例した動作を行い、手振れによって生じた光軸の振れを可動レンズによって補正するため、画像の振れが抑えられる。
【0026】
以下、本実施の形態のレンズ駆動回路の動作について、以下図2を用いて詳述する。
【0027】
微分回路330の出力及び基準電圧源340の出力はレベルシフト回路380に入力されており、レベルシフト回路はPNP型トランジスタによるエミッタフォロア回路となっているため、入力される信号をトランジスタのVbe電位(約0.7V)上側にシフトして出力する。レベルシフト回路内の2つのトランジスタ及び抵抗値は同一特性であるため、Vbeバラツキや抵抗値バラツキによる2つのシフト電位のずれは本駆動回路の特性には影響ないレベルに押さえることができる。
【0028】
微分回路330の出力が上限値(例えば3[V])になった場合のアクチュエータコイルに印加できる電圧は、Vbe=0.7V、OPアンプ356の出力下限値を0.8[V]として、
((1.5+0.7)−0.8)×2=2.8[V]
となり、従来構成の1.4[V]に対し2倍の出力電圧にすることが可能となり、可動レンズ204の制御性を向上できる。
【0029】
次に、微分回路330の出力が下限値(例えば0[V])になった場合、OPアンプ355の出力は上限値になるが、電圧源370の出力電圧が4.4[V]であるため、
4.4−0.8=3.6[V]
となる。OPアンプ356の出力電圧は下限値の0.8[V]となるため、アクチュエータ203に印加される電圧は、
3.6−0.8=2.8[V]
となり、前述の微分回路330の出力が上限値の場合と同じ電圧にすることが可能となり、アクチュエータ203に印加する電圧の方向による差がなくなるため、可動レンズ204の制御性を改善できる。
【0030】
以上のように本実施の形態によれば、レベルシフト回路380により、微分回路330の出力電圧が上限値の時の電圧を2倍にすることより、微分回路330の出力電圧が上限値の時と下限値の時で電圧を一致させることができるので、可動レンズ204の制御性を向上させることができる。
【0031】
(実施の形態2)
図3は本発明の実施の形態2の光学式手振れ補正用のレンズ駆動装置の構成を示すブロック図である。前述の実施の形態1の構成と違う構成は、レベルシフト回路390の内部回路構成を、同一電流値の電流源383及び384と同一抵抗値の抵抗381及び382から構成している点である。図3におけるシフト電圧は、「シフト電圧=電流源の電流×抵抗値[V]」で設定される。例えば電流源の電流を1[mA]、抵抗を1[kΩ]とすればシフト電圧は1[V]となる。シフト電圧が1[V]の場合、電圧源370の出力電圧は5[V]に設定すればよい。この時のアクチュエータ203に印加できる電圧は、
((1.5+1)−0.8)×2=3.4[V]
となる。このように本実施の形態の構成によれば、レベルシフト回路390のシフト電圧を、電流源383及び384の電流値や抵抗381及び382の抵抗値により自由に設定でき、アクチュエータ203に印加する最大電圧を、可動レンズ制御性を確保しつつアクチュエータコイルの発熱等の、機器の信頼性上制限される電圧に簡単に設定できるという特徴がある。
【0032】
また、図3の中で電圧源370を削除し、電源360でOPアンプ355、356に電圧を供給する場合は、レベルシフト回路390におけるシフト電圧を、
(7.2/2)−1.5=2.1[V]
となるように電流源383及び384と抵抗381及び382を設定すればよい。この時のアクチュエータ203に印加できる電圧は、
((1.5+2.1)−0.8)×2=5.6[V]
となる。
【0033】
以上のように本実施の形態によれば、アクチュエータ203の駆動電圧を電源電圧の範囲内で最も高くとれる方法なので、アクチュエータ203の最大出力トルクを下げられる即ちアクチュエータ203の小型化に対し非常に有用である。
【0034】
【発明の効果】
以上のように本発明は、アクチュエータを大型化することなくまた信号系電源電圧を上げることなく可動レンズの制御性を向上させることが可能となるため、レンズ鏡筒の小型化が実現できる優れた効果が得られる。
【0035】
またアクチュエータコイルに印加する電圧の方向による差がなくなるため、可動レンズの制御性を改善できる効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるレンズ駆動装置のブロック図
【図2】本発明の実施の形態1のレンズ駆動装置におけるレンズ駆動回路の回路図
【図3】本発明の実施の形態2のレンズ駆動装置におけるレンズ駆動回路の回路図
【図4】従来のレンズ駆動装置のブロック図
【図5】従来のレンズ駆動装置におけるレンズ駆動回路の回路図
【符号の説明】
203 アクチュエータ
204 可動レンズ
310 反転型アンプ
330 微分回路
340 基準電圧源
350 駆動アンプ
370 電圧源
380 レベルシフト回路
Claims (1)
- レンズ鏡筒内にあり光軸に対して垂直面内の2方向にアクチュエータにより駆動される可動レンズを含むレンズ駆動装置であって、前記レンズ鏡筒の振れを検出して可動レンズの制御信号を出力する振れ検出手段と、基準電圧を出力する基準電圧源と、前記基準電圧源の出力を基準として前記振れ検出手段の出力を反転増幅する反転増幅手段と、前記反転増幅手段の出力を微分する微分手段と、前記基準電圧源の出力を電圧変位させるとともに前記微分手段の出力を電圧変位させるレベルシフト手段と、前記基準電圧源の出力を電圧変位させた出力を基準として前記微分手段の出力を電圧変位させた出力を増幅する第1の電力増幅手段と、前記基準電圧源の出力を電圧変位させた出力を基準として前記第1の電力増幅手段の出力を反転する第2の電力増幅手段と、前記第1の電力増幅手段と前記第2の電力増幅手段とに電圧を供給する電圧源と、を備え、前記電圧源の電圧は、前記レベルシフト手段の出力電圧の略2倍に設定したことを特徴とするレンズ駆動装置。
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