JP4325006B2 - レンズ駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

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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