JP4982341B2 - 撮像装置の防振制御回路 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置に組み込まれる防振制御回路に関する。

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、それに備えられ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４に、手振れ補正機能を実現するために用いられる、従来の防振制御回路１００のブロック図を示す。防振制御回路１００は撮像装置に備えられ、撮像装置に備えられる主制御回路（図示せず）の制御に応じて動作する。防振制御回路１００は位置検出素子１０２、レンズ駆動素子１０４及び振動検出素子１０６に接続される。

位置検出素子１０２は、撮像装置に用いられるレンズの位置を検出する。位置検出素子１０２はホール素子とすることができ、レンズの絶対位置に応じた誘導電流を生じ、電圧信号を出力する。レンズ駆動素子１０４はボイスコイルモータとすることができる。防振制御回路１００は、レンズ駆動素子１０４に加える電圧値を調整することによってボイスコイルモータの可動コイルの位置、すなわち基準となる光軸に対するレンズの位置を制御する。レンズ駆動素子１０４は、撮像装置の基準光軸に対して垂直な面内でレンズを駆動する。振動検出素子１０６は、撮像装置の振動を検出してその結果を防振制御回路１００に出力する。振動検出素子１０６はジャイロセンサとすることができる。撮像装置に加えられた振動に応じた角速度信号を生成して、防振制御回路１００に出力する。

位置検出素子１０２、レンズ駆動素子１０４及び振動検出素子１０６はそれぞれ少なくとも２つの素子から構成されることが好適である。例えば、撮像装置の光軸に垂直な面において水平成分と垂直成分に対応した複数の素子を設けて、レンズの位置検出、レンズの移動及び撮像装置の振動検出を行う。

次に、防振制御回路１００について詳細に説明する。防振制御回路１００は、サーボ回路１０、レンズドライバ１２、アナログ−デジタル変換回路（ＡＤＣ）１４、ＣＰＵ１６及びデジタル−アナログ変換回路（ＤＡＣ）１８を含んで構成される。

サーボ回路１０は、位置検出素子１０２の出力する電圧信号に応じて、レンズ駆動素子１０４を制御するための信号を生成する。サーボ回路１０は、外付けの抵抗素子やコンデンサ等を含んだアナログのフィルタ回路を含んで構成され、レンズの光軸と撮像装置に備えられる撮像素子の中心とが一致するように、レンズ駆動素子１０４を制御するための信号を生成する。レンズドライバ１２は、サーボ回路１０から出力された信号に基づいて、レンズ駆動素子１０４を駆動するためのレンズ駆動信号を生成する。

ＡＤＣ１４は、振動検出素子１０６が出力するアナログの角速度信号をデジタル信号に変換する。ＣＰＵ１６は、デジタルの角速度信号に基づいて、撮像装置の移動量を示す角度信号を生成する。ＣＰＵ１６は、メモリ（図示しない）に接続され、メモリに格納されたソフトウェアに基づいて角度信号の生成処理を行う。ＤＡＣ１８はＣＰＵ１６で生成されたデジタルの角度信号をアナログ信号に変換する。

ここで、サーボ回路１０は、ＤＡＣ１８が出力するアナログの角度信号と位置検出素子１０２の出力する電圧信号とを加算した信号に応じて、レンズ駆動素子１０４を駆動するためのレンズ駆動信号を生成する。つまり、手振れによる被写体ぶれを防止するために、撮像装置の移動量を示す角度信号に基づいてレンズの位置を変更して、撮像素子上の被写体像のぶれを抑制する。これによって、手振れによる被写体像のぶれを抑制して高画質な映像信号を得ることができる。

特開平１０−２１３８３２号公報

ところで、防振制御回路の調整の自由度を向上させるためにサーボ回路、振動検出信号の処理回路をデジタル処理することができるロジック回路に置き換えることが望まれている。具体的には、防振制御回路が備えられたデジタルカメラの機構が変更されると、防振制御回路の調整値を変更しなければならず、その調整が容易に行えることが求められている。さらに、防振制御回路はデジタルカメラ等の撮像素子や撮像素子のレンズモジュールに組み込まれるので、ロジック回路化した場合においてもできるだけ小型化することが必要である。

本発明は、上記課題を解決した防振制御回路を提供することを目的とする。

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を駆動して、振動による撮像への影響を低減させる防振制御回路であって、少なくとも２軸方向の各々について撮像装置の振動を検出する複数の振動検出素子と、少なくとも２軸方向の各々について前記光学部品の位置を検出する複数の位置検出素子と、前記複数の振動検出素子及び前記複数の位置検出素子の出力信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路と、前記アナログ／デジタル変換回路でデジタル化された前記複数の振動検出素子の出力信号と、前記アナログ／デジタル変換回路でデジタル化された前記複数の位置検出素子の出力信号と、に基づいて、前記光学部品を駆動するための制御信号を生成するロジック回路と、を備え、前記複数の振動検出素子が振動を検出する複数の軸方向の各々は、前記複数の位置検出素子が前記光学部品の位置を検出する複数の軸方向の各々と一致し、前記アナログ／デジタル変換回路は、いずれかの軸方向について前記複数の振動検出素子の出力信号をデジタル化して出力した後、連続して当該軸方向と一致する軸方向についての前記複数の位置検出素子の出力信号をデジタル化して出力することが好適である。例えば、前記複数の軸方向は、互いに直交するＸ軸及びＹ軸とすることができる。

また、上記本発明における防振制御回路を備えた撮像装置であって、前記複数の振動検出素子と、前記複数の位置検出素子と、前記防振制御回路に接続され、前記制御信号に応じて前記光学部品を駆動する光学部品駆動素子と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ロジック回路化された防振制御回路をより小型化することができる。また、防振制御処理を高い精度で迅速に行うことができる。

本発明の実施形態における防振制御回路２００は、図１の機能ブロック図に示すように、アナログ／デジタル変換回路（ＡＤＣ）２０、加算回路２２、サーボ回路２４、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２６、積分回路３２、センタリング処理回路３４、デジタル／アナログ変換回路（ＤＡＣ）３６及びＣＰＵ３８を含んで構成される。

防振制御回路２００は、位置検出素子１０２、レンズ駆動素子１０４、振動検出素子１０６に接続される。これらの素子は従来技術に記載のものと同様である。すなわち、位置検出素子１０２は、レンズ駆動素子１０４で駆動されるレンズの位置を少なくとも直交変換可能なように測定できるように少なくとも２軸以上に対して設けられる。また、振動検出素子１０６も、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。

本実施の形態では、撮像装置のヨー方向（Ｘ軸方向）及びピッチ方向（Ｙ軸方向）についてレンズ位置及び振動を検出できるように位置検出素子１０２及び振動検出素子１０６を設置するものとして説明を行う。以下の説明では、位置検出素子１０２及び振動検出素子１０６の出力信号はＸ軸成分同士、Ｙ軸成分同士で加算処理などされ、それぞれに基づいてヨー方向（Ｘ軸方向）及びピッチ方向（Ｙ軸方向）にレンズ位置が制御される。

なお、被写体の移動などに応じて撮像装置を水平方向（ヨー方向）に動かすことをパン動作といい、鉛直方向（ピッチ方向）に移動させることをチルト動作という。

ＡＤＣ２０は、位置検出素子１０２、例えばホール素子から出力されたアナログの電圧信号をデジタル信号に変換する。ホール素子は、レンズに固定された磁石による磁力に応じた誘導電流を生成する。つまり、ホール素子は、レンズとの距離に応じてレンズの位置を示す電圧信号を出力し、ＡＤＣ２０はその電圧信号をデジタル信号に変換して位置信号として出力する。ＡＤＣ２０は、レンズの光軸と撮像装置に備えられる撮像素子の中心とが一致する場合に、基準を示す信号、例えば、“０”を示すデジタル値を出力する構成とする。

また、ＡＤＣ２０は、振動検出素子１０６、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。すなわち、ＡＤＣ２０は、位置検出素子１０２及び振動検出素子１０６からの出力信号を時分割でデジタル化して出力する。

具体的には、図２に示すように、振動検出素子１０６で検出される振動のＸ軸成分の信号（Ｇｙｒｏ−Ｘ）、位置検出素子１０２で検出されるレンズの位置のＸ軸成分の信号（Ｈｏｌｅ−Ｘ）、振動検出素子１０６で検出される振動のＹ軸成分の信号（Ｇｙｒｏ−Ｙ）、位置検出素子１０２で検出されるレンズの位置のＹ軸成分の信号（Ｈｏｌｅ−Ｙ）の順に信号をデジタル化して出力する。ＡＤＣ２０は、信号（Ｇｙｒｏ−Ｘ，Ｇｙｒｏ−Ｙ）はＨＰＦ２６へ出力し、信号（Ｈｏｌｅ−Ｘ，Ｈｏｌｅ−Ｙ）は加算回路２２へ出力する。

ＨＰＦ２６は、振動検出素子１０６から出力される角速度信号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高周波成分を抽出する。

積分回路３２は、ＨＰＦ２６が出力する角速度信号を積分して、撮像装置の移動量を示す角度信号を生成する。積分回路３２は、図示しないデジタルフィルタを含んで構成することが好適であり、図示しないレジスタに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度信号、つまり撮像装置の移動量を求める。

センタリング処理回路３４は、積分回路３２から出力される角度信号に対して、所定の値を減算して、撮像装置の移動量を示す振動成分信号（ＳＶ−Ｘ，ＳＶ−Ｙ）を生成する。撮像装置において手振れ補正処理を行う場合、補正処理を継続して実行するうちにレンズの位置が基準位置から徐々に離れていき、レンズの可動範囲の限界点付近に達する場合がある。このとき、手振れ補正処理を継続すると、レンズはある一方の方向には移動できるが、他方には移動できなくなる。センタリング処理回路３４はこれを防止するために設けられるものであり、角度信号から所定の値を減算することによって、レンズの可動範囲の限界点に近づきにくいように制御する。

センタリング処理回路３４は、図示しないデジタルフィルタを含んで構成することが好適であり、図示しないレジスタに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、角度信号から所定の値を減算する処理を行う。

加算回路２２は、ＡＤＣ２０の出力する位置信号（Ｈｏｌｅ−Ｘ）とセンタリング処理回路３４で生成されたＸ軸成分の振動成分信号（ＳＶ−Ｘ）を加算し、また、ＡＤＣ２０の出力する位置信号（Ｈｏｌｅ−Ｙ）とセンタリング処理回路３４で生成されたＹ軸成分の振動成分信号（ＳＶ−Ｙ）を加算してサーボ回路２４へ出力する。

サーボ回路２４は、加算回路２２からの出力信号に応じて、レンズ駆動素子１０４の駆動を制御する補正信号ＳＲを生成する。サーボ回路２４は、レジスタとデジタルフィルタ回路を含んで構成され、レジスタに格納されるフィルタ係数を用いたフィルタ処理を行う。

ＤＡＣ３６はデジタルの補正信号ＳＲをアナログ信号に変換する。ＤＡＣ３６によってアナログ化された補正信号ＳＲに基づいて、レンズ駆動素子１０４によりＸ軸方向及びＹ軸方向についてそれぞれ撮像装置のレンズが駆動される。

図１に記載の防振制御回路２００を用いた、手振れによる被写体のぶれを補正するためのレンズの移動制御について説明する。

まず、手振れによる被写体のぶれのない場合について説明する。レンズ駆動素子１０４によって駆動されるレンズの位置は、その光軸と撮像装置に備えられる撮像素子の中心が一致するため、ＡＤＣ２０は“０”を示すデジタルの位置信号（Ｈｏｌｅ−Ｘ，Ｈｏｌｅ−Ｙ）を出力する。サーボ回路２４は、位置信号（Ｈｏｌｅ−Ｘ，Ｈｏｌｅ−Ｙ）の値が“０”のとき、現在のレンズの位置を維持するようにＸ軸又はＹ軸のレンズ駆動素子１０４を制御する補正信号ＳＲを出力する。

また、レンズの位置と撮像素子の中心が一致しない場合、ＡＤＣ２０は“０”と異なる値を示すデジタルの位置信号（Ｈｏｌｅ−Ｘ，Ｈｏｌｅ−Ｙ）を出力する。サーボ回路２４は、ＡＤＣ２０の出力する値に応じて、位置信号（Ｈｏｌｅ−Ｘ，Ｈｏｌｅ−Ｙ）の値が“０”となるようにＸ軸又はＹ軸のレンズ駆動素子１０４を制御する補正信号ＳＲを出力する。上記の動作を繰り返すことによって、レンズの位置と撮像素子の中心が一致するように、レンズの位置を制御する。

次に、手振れによって被写体のぶれが生じた場合について説明する。レンズ駆動素子１０４によって駆動されるレンズの位置は、その光軸と撮像装置に備えられる撮像素子の中心が一致するため、ＡＤＣ２０は“０”を示すデジタルの位置信号（Ｈｏｌｅ−Ｘ，Ｈｏｌｅ−Ｙ）を出力する。一方、手振れによって撮像装置が移動するため、積分回路３２及びセンタリング処理回路３４は撮像装置の移動量を示す振動成分信号（ＳＶ−Ｘ，ＳＶ−Ｙ）を出力する。

サーボ回路２４は、ＡＤＣ２０が出力する“０”を示す位置信号（Ｈｏｌｅ−Ｘ）とセンタリング処理回路３４が出力する振動成分信号（ＳＶ−Ｘ）とを加算した信号に応じて補正信号ＳＲを生成する。このとき、位置信号（Ｈｏｌｅ−Ｘ）は“０”であるにも関わらず、“０”でない振動成分信号（ＳＶ−Ｘ）が加算されているため、サーボ回路２４はレンズを移動させる補正信号ＳＲを生成する。この補正信号ＳＲに応じてＸ軸のレンズ駆動素子１０４を制御する。同様に、ＡＤＣ２０が出力する“０”を示す位置信号（Ｈｏｌｅ−Ｙ）とセンタリング処理回路３４が出力する振動成分信号（ＳＶ−Ｙ）とを加算した信号に応じて、補正信号ＳＲを生成する。このとき、位置信号（Ｈｏｌｅ−Ｙ）は“０”であるにも関わらず、“０”でない振動成分信号（ＳＶ−Ｙ）が加算されているため、サーボ回路２４はレンズを移動させる補正信号ＳＲを生成する。この補正信号ＳＲに応じてＹ軸のレンズ駆動素子１０４を制御する。サーボ回路２４が出力する補正信号ＳＲに基づいて、レンズ駆動素子１０４はレンズを移動させるため、撮像装置に備えられた撮像素子は手振れによる被写体のぶれを抑制した信号を得ることができる。このような制御を繰り返すことによって、防振制御回路２００は手振れ補正制御を実現している。

本発明の実施形態では、振動検出素子１０６から得られた角速度信号から撮像装置の移動量を示す角度信号を生成する際、ＨＰＦ２６、積分回路３２及びセンタリング処理回路３４を用いて生成する構成とした。これによって、角度信号の生成のためにＣＰＵ３８を用いる必要がなくなり、防振制御回路２００での消費電力を低減することができる。

また、本発明の実施形態では、防振制御回路２００はＨＰＦ２６、積分回路３２及びセンタリング処理回路３４を設ける構成としたことによって、ＣＰＵ３８によって上記処理を行う構成に比べて回路面積を縮小することが可能となる。これによって、防振制御回路２００が搭載される半導体チップのコストを低減することが可能となる。

なお、防振制御回路２００においてもＣＰＵ３８が実装されているが、これは防振制御回路２００に含まれる各種フィルタの係数やサーボ回路２４の制御パラメータを設定するため等に用いられるものである。したがって、ＣＰＵ３８は性能が高いものとする必要はなく、比較的回路面積の小さいものを用いることができる。

また、本実施の形態では、ＡＤＣ２０において振動検出素子１０６及び位置検出素子１０２の出力信号を時分割でデジタル化して出力している。このように時分割処理することによって、ＡＤＣを１つだけ内蔵すればよく、防振制御回路２００の構成をより簡素化することができる。

さらに、ＡＤＣ２０は、振動検出素子１０６で検出される振動のＸ軸成分の信号（Ｇｙｒｏ−Ｘ）、位置検出素子１０２で検出されるレンズの位置のＸ軸成分の信号（Ｈｏｌｅ−Ｘ）、振動検出素子１０６で検出される振動のＹ軸成分の信号（Ｇｙｒｏ−Ｙ）、位置検出素子１０２で検出されるレンズの位置のＹ軸成分の信号（Ｈｏｌｅ−Ｙ）の順に信号をデジタル化して出力する。

このような順で信号を出力することによって、図３に示すように、ＡＤＣ２０から振動検出素子１０６で検出される振動のＸ軸成分の信号（Ｇｙｒｏ−Ｘ）が出力されてから位置検出素子１０２で検出されるレンズの位置のＸ軸成分の信号（Ｈｏｌｅ−Ｘ）が出力されるまでの間に、振動検出素子１０６で検出される振動のＸ軸成分の信号（Ｇｙｒｏ−Ｘ）をハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２６、積分回路３２及びセンタリング処理回路３４で処理することができる。その結果、振動検出素子１０６により振動のＸ軸成分の信号（Ｇｙｒｏ−Ｘ）を検出してからの時間経過が少ない状態でレンズの位置のＸ軸成分の信号（Ｈｏｌｅ−Ｘ）と加算処理ができ、レンズのＸ軸への振動防止制御を的確に行うことができる。

同様に、図３に示すように、ＡＤＣ２０から振動検出素子１０６で検出される振動のＹ軸成分の信号（Ｇｙｒｏ−Ｙ）が出力されてから位置検出素子１０２で検出されるレンズの位置のＹ軸成分の信号（Ｈｏｌｅ−Ｙ）が出力されるまでの間に、振動検出素子１０６で検出される振動のＸ軸成分の信号（Ｇｙｒｏ−Ｙ）をハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２６、積分回路３２及びセンタリング処理回路３４で処理することができる。その結果、振動検出素子１０６により振動のＹ軸成分の信号（Ｇｙｒｏ−Ｙ）を検出してからの時間経過が少ない状態でレンズの位置のＹ軸成分の信号（Ｈｏｌｅ−Ｙ）と加算処理ができ、レンズのＹ軸への振動防止制御を的確に行うことができる。

なお、本発明の実施形態では、位置検出素子１０２、レンズ駆動素子１０４、振動検出素子１０６はそれぞれ、ホール素子、ボイスコイルモータ、ジャイロセンサとしたが、本願はそれに限られるものではない。例えば、レンズ駆動素子１０４はピエゾ素子を用いることができる。また、振動検出素子１０６は、直線方向の加速度を検出するセンサを用いて、加速度信号に基づいて撮像装置の振動を検出する構成とすることができる。

また、本発明の実施形態では、レンズを駆動させて手振れ補正処理を行うレンズシフト方式としたが、本発明はこれに限られるものではない。たとえば、本発明は、撮像装置のぶれに応じてＣＣＤ素子などの撮像素子をシフトさせるＣＣＤシフト方式にも適用することができる。このとき、位置検出素子１０２は撮像素子の位置を検出し、レンズ駆動素子１０４は撮像素子を駆動する素子とすることができる。

本発明の実施の形態における防振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振動検出素子及び位置検出素子の相対的な配置を示す図である。 本発明の実施の形態における信号処理の作用を説明する図である。 従来の防振制御回路の構成を示す図である。

符号の説明

１０ サーボ回路、１２ レンズドライバ、２０ アナログ／デジタル変換回路、２２ 加算回路、２４ サーボ回路、２６ ハイパスフィルタ、３２ 積分回路、３４ センタリング処理回路、３６ デジタル／アナログ変換回路、３８ ＣＰＵ、１００，２００ 防振制御回路、１０２ 位置検出素子、１０４ レンズ駆動素子、１０６ 振動検出素子。

Claims (3)

1. 少なくとも２軸方向の各々について撮像装置の振動を検出する複数の振動検出素子と、少なくとも２軸方向の各々について光学部品の位置を検出する複数の位置検出素子と、に接続され、振動に応じて前記撮像装置の前記光学部品を駆動して、振動による撮像への影響を低減させる防振制御回路であって、
   前記複数の振動検出素子及び前記複数の位置検出素子の出力信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路と、
   前記アナログ／デジタル変換回路でデジタル化された前記複数の振動検出素子及び前記複数の位置検出素子の出力信号に基づいて、前記光学部品を駆動するための制御信号を生成するロジック回路と、を備え、
   前記複数の振動検出素子が振動を検出する複数の軸方向の各々は、前記複数の位置検出素子が前記光学部品の位置を検出する複数の軸方向の各々と一致し、
   前記アナログ／デジタル変換回路は、いずれかの軸方向について前記複数の振動検出素子の出力信号をデジタル化して出力した後、連続して当該軸方向と一致する軸方向についての前記複数の位置検出素子の出力信号をデジタル化して出力することを特徴とする防振制御回路。
2. 請求項１に記載の防振制御回路であって、
   前記複数の軸方向は、互いに直交するＸ軸及びＹ軸であることを特徴とする防振制御回路。
3. 請求項２に記載の防振制御回路を備えた撮像装置であって、
   前記複数の振動検出素子と、
   前記複数の位置検出素子と、
   前記防振制御回路に接続され、前記制御信号に応じて前記光学部品を駆動する光学部品駆動素子と、
   を備えたことを特徴とする撮像装置。

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