专利名称:振动补偿控制电路的制作方法
技术领域:
本发明涉及对在数字照相机等摄像装置中为了补偿手抖动等振动而 设置了的振动补偿机构进行驱动的振动补偿控制电路。
背景技术:
近年的摄像装置为了抑制手抖动引起的图像质量的下降,搭载手抖动 修正功能的摄像装置增多。在手抖动修正的方式中存在几个种类,作为其 一,具有用振动检测元件检测摄像装置的振动,根据该检测信号,用致动
器使修正透镜等光学元件或CCD摄像传感器等摄像元件位移的方式。对 振动检测元件使用回转传感器(gyro sensor),检测与光轴的方向的变化对 应的角速度。而在致动器的驱动控制中使用透镜等的位移量。因此,生成 致动器的驱动信号的振动补偿控制电路伴随有对从振动检测元件取得的 角速度等位移速度进行积分,变换为位移量的处理。
具体而言,求取该位移量的处理对从回转传感器输出的角速度信号, 进行除去比手抖动的振动频率的频带更低的频率成分的手抖动成分提取 处理之后,进行积分处理,进行从角速度向与角度对应的位移量的变换。 此外,在求取该位移量的处理中,提供使积分处理的输出信号衰减,也能 够按照透镜等难以到达可动界限的方式进行决定位移量的中心调整 (centering)处理。这里,将根据回转传感器输出信号,生成与位移量对 应的振动补偿信号的处理部称作回转均衡器。日本专利特开平10-213832号公报
以往,回转均衡器由使用了微处理器的软件实现。这里,对振动补偿 控制电路要求快的处理速度,微处理器有必要能以高速时钟工作。例如, 摄像装置在1秒中拍摄30帧的图像,取得运动图像时,透镜的位置需要 以比1/30秒更快的速度追随振动。
4使用高速时钟驱动微处理器时,具有振动补偿控制电路的耗电增大的 问题。搭载有振动补偿控制电路的摄像装置将锂离子电池等2次电池作为 电源而被驱动。因此,如果振动补偿控制电路的耗电增大,2次电池的消 耗就变快,摄像装置的驱动时间縮短。即产生运动图像的拍摄时间縮短, 并且静止画面的拍摄张数减少的问题。摄像装置的手抖动修正功能不仅在 运动图像或静止画面的拍摄中,在拍摄的准备中的预览时也常常执行,所 以希望与手抖动修正功能相关的耗电的减少。
这里,用滤波电路实现回转均衡器,避免微处理器的使用,谋求耗电
的降低。具体而言,能使用高通滤波器(High Pass Filter: HPF)构成手抖 动成分提取处理。能使用低通滤波器(Low Pass Filter: LPF)构成积分处 理。此外,通过使用HPF除去积分处理的输出信号的直流成分,能进行中 心调整处理。
使用这些滤波电路构成回转均衡器时,希望该回转均衡器的输出信号 的相位对于回转均衡器的输入信号,滞后90度。换言之,相位滞后从90 度越偏移,积分信号的精度就越下降,进而位移量的精度下降,无法精度 良好地补偿。
这一点,回转均衡器的输出在高频区域产生相位滞后。该相位滞后具 有引起回转均衡器的积分处理的精度下降的问题。图4是说明该问题的示 意的相位特性,表示回转均衡器自身的相位特性(相位曲线70)、回转传 感器的输出信号的相位特性(相位曲线72)、反映回转传感器输出信号的 相位特性的回转均衡器的输出信号的相位特性(相位曲线74)。横轴与频 率f对应,纵轴与针对输入信号的输出信号的相位cp对应。在图4中,频
率fl是目标补偿频带BcMP的下限,频率fH是上限。图4表示在高频区域,
回转均衡器自身的相位特性(相位曲线70)即使滞后90度,其输出信号 的相位特性(相位曲线74)受到回转传感器输出信号的相位滞后(相位曲 线72)的影响,比90度进一步滞后的状态。
在由手抖动产生的振动中,回转均衡器的输出信号的强度在高频区域 变得比较微弱,但是由于频率越高,回转传感器的相位滞后量越增大,所 以有时无法忽略微弱的信号对回转均衡器的输出带来的影响。特别在假想 要补偿的振动成分的存在的目标补偿频带BCMP内,波及产生回转传感器的相位滞后的频带时,该影响会增大。
发明内容
本发明是为了解决所述问题而提出的,其目的在于,提供抑制根据回 转传感器等振动检测元件的输出信号而生成的振动补偿信号的精度下降, 能恰当地补偿振动的振动补偿控制电路。
本发明的振动补偿控制电路从摄像装置中具有的振动检测元件取得 与该摄像装置的移动速度对应的振动检测信号,驱动所述摄像装置的振动 补偿机构,包括对所述振动检测信号进行积分处理,生成与所述摄像装 置的位移量对应的振动补偿信号的振动补偿信号生成电路;根据所述振动 补偿信号,生成驱动所述振动补偿机构的驱动信号的伺服电路;所述振动 补偿信号生成电路具有从所述振动检测信号衰减低频成分,使目标补偿 频带的振动成分通过的高通滤波器;对通过所述高通滤波器的所述振动检 测信号进行所述积分处理的积分电路;根据所述振动检测元件的特性,对 在所述振动检测信号的高频带产生的相位滞后进行相位超前补偿的相位 超前补偿电路。
根据本发明,振动检测元件的特性在高频带产生相位滞后,作为结果, 在振动补偿信号生成电路的输出中,和与理想的积分处理对应的相位滞后 状态相比,进一步产生相位滞后时,使用相位超前补偿电路,补偿过剩的 相位滞后部分。据此,精度良好地进行从振动检测元件检测出的角速度向 位移量的变换,提高了与摄像装置的位移量对应的振动补偿信号的精度。 作为结果,适合于摄像装置的振动的补偿成为可能。
图1是本发明的实施方式所涉及的照相机的手抖动修正系统的概略的 框结构图。
图2是一般的相位超前补偿要素的示意的波特线图。 图3是示意性地表示具备相位滞后补偿电路以及相位超前补偿电路的 回转均衡器的相位特性的曲线图。
图4是说明现有的回转均衡器的输出信号所产生的问题的示意性的相位特性。
符号的说明
2 —传感器部,4—电路部,6 —驱动部,8 —透镜,IO —霍尔元件,12 一回转传感器,14一音圈电机,20—A/D变换器(ADC) , 22—霍尔均衡 器,24 —回转均衡器,26—D/A变换器(DAC) , 32 —加法器,34 —伺服 电路,40 —手抖动成分提取电路,46 —积分电路,48 —相位滞后补偿电路, 50—相位超前补偿电路,52 —中心调整处理电路
具体实施例方式
以下,根据附图,说明本发明的实施的方式(以下称作实施方式)。 本实施方式涉及照相机,本发明的振动补偿控制电路在该照相机的手抖动 修正功能中使用。
图1是实施方式所涉及的照相机的手抖动修正系统的概略的框结构 图。手抖动修正系统包括传感器部2、电路部4和驱动部6构成。在手抖
动修正系统中具有几个方式,例如本系统设为对在摄像元件(不图示)的 受光面形成光学像的光学系统中设置的修正透镜(透镜8)的位置进行控 制的方式。
传感器部2由霍耳元件10和回转传感器12构成。霍耳元件10是为 了检测透镜8的位置而设置的传感器,根据固定在透镜8上的磁铁的磁场, 产生与和透镜8的距离对应的电压信号Vp,向电路部4输出。为了检测出 在垂直于光轴的平面(x-y平面)内的透镜8的二维的位置(Px, PY),与 x方向、y方向分别对应来设置霍耳元件10,分别对于x方向、y方向, 取得信号Vp。
回转传感器12是为了检测照相机的振动而设置的传感器(振动检测 元件),作为与照相机的位移速度对应的振动检测信号,将与角速度co对 应的电信号V。向电路部4输出。也设置2个回转传感器12,分别对于围 绕x轴的角速度成分和围绕y轴的角速度成分,取得信号Vw
可位移的透镜8和使该透镜8位移的驱动部6构成振动补偿机构,驱 动部6的驱动力源例如由音圈电机(Voice Coil Motor: VCM) 14构成。 VCM14按照电路部4的生成的驱动信号的电压,使构成该VCM的可动线圈的位置直线位移,控制透镜8的位置。为了实现在x-y平面内的二维位 移,设置一对VCM14,使x方向、y方向各自的位移成为可能。
电路部4包含A/D变换器(ADC: Analog-to-Digital Converter) 20、 霍耳均衡器22、回转均衡器24、 D/A变换器(DAC: Digital-to- Analog Converter) 26而构成。电路部4由逻辑电路构成,例如作为ASIC (Application Specific Integrated Circuit)构成。
对ADC20分别输入霍耳元件10、回转传感器12的输出信号。ADC20 以时间分割将2个霍耳元件10分别输出的电压信号Vp和2个回转传感器 12分别输出的电压信号V。变换为数字数据。各信号的A/D变换在各伺服 控制周期中周期性进行。
将根据霍耳元件10的输出生成的位置数据Dp输入到霍耳均衡器22。 另一方面,将根据回转传感器12的输出生成的角速度数据D。输入到回转 均衡器24。
回转均衡器24是生成与照相机的位移量对应的振动补偿信号的电路, 在各伺服控制周期中,对在给定的采样期间输入的角速度D。进行积分处 理,生成分别围绕x轴、y轴的照相机的摇动角度e对应的数据De。回转 均衡器24根据数据De,生成分别针对x方向、y方向的手抖动量所对应 的振动补偿数据Ds,并输出。后面进一步描述回转均衡器24的结构。
霍耳均衡器22具有加法器32和伺服电路34。加法器32将从ADC20 输入的位置数据Dp和来自回转均衡器24的振动补偿数据Ds分别在x、 y 方向上相加。伺服电路34根据加法器32的输出数据,计算分别相当于对 于x轴方向、y轴方向的透镜8的所需位移量的伺服数据Dsv。
DAC26将从霍耳均衡器22输出的伺服数据Dsv变换为模拟电压信号。 对DAC26输出的电压信号实施给定的放大处理,施加到VCM14。 VCM14 在Dsv的绝对值减少的方向上被驱动,据此,搭载本系统的照相机在摄像 期间中,按照手抖动,使透镜8移动,补偿该手抖动引起的摄像元件上的 被拍摄体像的位移,能取得高质量的图像信号。
下面,说明回转均衡器24的结构。回转均衡器24包含手抖动成分提 取电路40、积分电路46、相位滞后补偿电路48、相位超前补偿电路50 和中心调整处理电路52。手抖动成分提取电路40是HPF,从ADC20输入由时间系列的角速度 数据D。构成的角速度信号,将该角速度信号中包含的直流成分衰减,提 取反映照相机的振动的、角速度信号的高频成分。手抖动成分提取电路40 由数字滤波器构成。
积分电路46将手抖动成分提取电路40输出的角速度信号积分,生成 表示摄像装置的位移量的角度信号。积分电路46使用LPF而构成。该LPF 由数字滤波器构成,通过在不图示的寄存器中设定的滤波系数设定滤波器 特性。基本上,期望构成积分电路46的LPF的相位特性设定为在进行手 抖动的目标补偿频带BcMP,对于输入的角速度信号,实现90度的相位滞 后。
在积分电路46取得的角度信号经由相位滞后补偿电路48和相位超前 补偿电路50输入到中心调整处理电路52。中心调整处理电路52进行修正 位移量的处理,从而透镜8难以到达基于补偿控制机构的可动界限。中心 调整处理的手法之一是根据由积分处理取得的角度信号将具有比目标补 偿频带BcMP的下限fL更低的频率、能视为直流的成分衰减的方法。这时, 中心调整处理电路52能使用HPF构成。该HPF由数字滤波器构成,通过 在不图示的寄存器设定的滤波系数来设定滤波器特性。将基本上构成中心 调整处理电路52的HPF的截止频率fc设定得比目标补偿频带Bcmp的下 限fl更低。此外,希望按照在低频一侧产生的HPF的相位超前不波及频 带BCMP内的方式来设定相位特性。
从回转均衡器24输出的补偿控制信号按照在目标补偿频带BCMP成为 与角速度的适合的积分结果对应的信号的方式来考虑上述的积分电路46 或中心调整处理电路52的频率特性,但是不容易实现它。 一个原因在于 回转传感器12的输出信号的相位在高频区域滞后,该滞后与频率的增加 一起增加的上述的问题。在本发明中,为了解决它,回转均衡器24具有 相位超前补偿电路50。相位超前补偿电路50能用数字滤波器构成。
相位超前补偿电路50对从积分电路46经由相位滞后补偿电路48输 入的积分信号,在特定的频带给予相位超前,输出给中心调整处理电路52。 图2是一般的相位超前补偿要素的示意的波特线图,图2 (a)表示增益特 性,图2 (b)表示相位特性。这样的相位超前补偿要素例如由以下的双线性形式的传递函数G, (S)提供。
G, (s)(a!.s+co!) /{ (1/a)) s+w}
这里,s是拉普拉斯算子。此外,K,、 a,、 co,是参数,cdX), ai>l。 由该传递函数提供的相位超前补偿要素的增益特性在说明简单的K产l 时,在输入信号的角频率cos-cop成为a (201og1Qa[dB]),在高频区域逐渐 接近a2 (401og,。a[dB]),在低频区域,逐渐接近1 (O[dB])。在相位cos-co,,
成为最大相位超前角Cf)Ml,随着G)S从CO,向低频一侧、高频一侧分别远离,
逐渐接近0。 cpM,由以下表达式提供,成为90度以下。伴随着a,的增加, cpM1增加,另外相位超前补偿的效果也波及更宽的频率范围。 (pM1=tan-1 ((a广l/ai)/2)
具有图2所示的相位超前补偿特性的滤波器称作高频提升滤波器 (High-Boost filter:HBF)。此外,其增益特性的形状在高频区域作用架状 的增益,所以也称作高架滤波器(high-shelf filter、 high-shelving filter)。
相位超前补偿电路50使用HBF构成。通过调整co,和ap设定该相 位超前补偿的范围和程度,从而对图4的回转传感器的输出信号的相位特 性(相位曲线74)使其从目标补偿频带BcMP的高频区域中表示的相位滞 后90度的增加,即过剩相位滞后进行补偿。据此,从回转均衡器24输出 的补偿控制信号的相位特性与在目标补偿频带BCMP内的高频一侧的区域 中,角速度的适合的积分结果所对应的90度相位滞后一致,该90度相位
滞后的相位特性能够超过频带BcMp的上限fH而扩展。
补偿控制信号的相位特性在目标补偿频带BCMP从90度相位滞后偏移 的另一方原因涉及回转均衡器自身的相位特性。构成积分电路46的LPF 具有夹着截止频率fc所在的过渡区域,在高频一侧滞后90度,在低频一 侧成为0度的相位特性,构成中心调整处理电路52的HPF具有夹着过渡 区域,在高频一侧为0度,在低频一侧为90度超前的相位特性。因此, 使用了滤波电路的回转均衡器在低频一侧,相位滞后量比90度低。该相 位滞后量的下降即相位滞后不足如图4所示,波及到目标补偿频带BCMP 内的低频一侧的区域。
关于这点,如上所述,考虑积分电路46或中心调整处理电路52的频 率特性,但是现实中仅此无法充分抑制该相位滞后不足向目标补偿频带
10Bcmp内的波及。作为其原因,例如认为目标补偿频带BcMP的下限fL例如
能设定为数Hz的低的频率,另一方面如上所述,LPF、 HPF的相位特性 具有截止频率fc附近的过渡区域,比较缓和地变化。
由于该相位滞后不足,目标补偿频带BCMP内的相位特性从90度相位 滞后偏移,产生与回转传感器引起的过剩相位滞后时同样的问题。即产生 与位移量对应的振动补偿信号的精度下降,无法适合地进行振动补偿的问 题。
因此,为了解决它,回转均衡器24具有相位滞后补偿电路48。相位 滞后补偿电路48能用数字滤波器构成。相位滞后补偿电路48对从积分电 路46输入的积分信号,在特定的频带提供相位滞后,输出到相位超前补 偿电路50。这样的相位滞后补偿要素例如由以下的双线性形式的传递函数 G2 (s)提供
G2 (s) =K2 (s+a2.ro0) /{s+ (l/a2) co2}
K2、 a2、 C02是参数,co2>0, a2>l。由该传递函数提供的相位滞后补偿 要素的增益特性表现与上述的G, (s)的增益特性相反的频率依存性。在
相位C0s-①2,成为最大相位滞后角q>M2,随着C0s从0)2分别向低频一侧、高 频一侧远离,逐渐接近O。 (PM2由以下表达式提供,其绝对值成为90度以 下。伴随着(X2的增加,CPM2的绝对值增加,另外相位滞后补偿的效果也波
及更宽的频率范围。
cpM2=tan_1 {(l/a2-a2)/2}
具有上述的相位滞后补偿特性的滤波器称作低频补偿滤波器 (Low-BoostFilter: LBF)。此外,增益特性的形状在低频区域作用架状的 增益,所以也称作低架滤波器(low-shelf filter、 low-shelving filter)。
相位滞后补偿电路48使用LBF构成。通过调整co2和a2,设定该相 位滞后补偿的范围和程度,从而补偿图4所示的目标补偿频带Bcmp的低 频区域的相位滞后不足。
图3是示意地表示具有相位滞后补偿电路48和相位超前补偿电路50 的回转均衡器24的相位特性的曲线图。图3中表示相当于图4的相位曲 线74的相位特性,即不具有相位滞后补偿电路48和相位超前补偿电路50 的回转均衡器的输出信号的相位特性。图3表示与该相位曲线74对应设定的相位滞后补偿电路48的相位特性(相位曲线62)和相位超前补偿电
路50的相位特性(相位曲线64)、设置相位滞后补偿电路48和相位超前 补偿电路50的回转均衡器24的相位特性(相位曲线66).
如图所示,通过设置相位超前补偿电路50,对于过剩相位滞后的频率 范围有选择地进行相位超前补偿,能将目标补偿频带BCMP内的高频区域 的相位特性接近90度滞后。此外,能使90度滞后的相位特性向超过目标 补偿频带BCMP的上限fH的高频区域延伸。
另一方面,通过设置相位滞后补偿电路48,对相位滞后不足的频率范
围,有选择地进行相位滞后补偿,能使目标补偿频带BcMP内的低频区域
的相位特性接近90度滞后。
通过使相位特性接近90度滞后,从回转均衡器24取得与适合地将角 速度w积分的角度e对应的补偿控制信号。
另外,也可以按照在只用一个HBF无法适当补偿高频区域的过剩相 位滞后时,也可以进一步追加(PM,或相位超前的程度不同的HBF。此外, 只用一个LBF,在目标补偿频带BCMP内残留有相位滞后不足的部分时, 还可以进一步追加LBF,对该部分有选择地进行相位滞后补偿的方式构 成。
顺便,在某频率范围中,有选择地产生相位超前或滞后的要素如从波 特的定理能理解的那样,基本上成为在该频率范围产生增益的迁移的高架 滤波器、低架滤波器。高架滤波器、低架滤波器各自除了上述的双线性之 外,还存在四次形式的传递函数。相位滞后补偿电路48、相位超前补偿电 路50分别可以由除了上述的双线性形式的传递函数之外的传递函数的数 字滤波器构成。
另外,相位滞后补偿电路48、相位超前补偿电路50的位置在回转均 衡器24内,分别能够设于手抖动成分提取电路40以后的任意的位置,另 外,相位滞后补偿电路48和相位超前补偿电路50的顺序也可以相反。例 如,相位滞后补偿电路48或相位超前补偿电路50可以配置于积分电路46 之前或中心调整处理电路52之后。
在回转均衡器24中,构成为由数字滤波器根据角速度信号进行生成 补偿控制信号的处理。由此,为了生成补偿控制信号而使用微处理器等就变得不再必要,可以降低电路部4的耗电。进而,由数字滤波器进行回转 均衡器24的处理的结构与设置微处理器等的结构相比,能够縮小电路面 积。由此,能够降低形成电路部4的半导体芯片的成本。进而,通过由数
字滤波器构成回转均衡器24,可以容易地变更滤波系数等的调整数据。由
此,可以容易地变更与摄像装置的设计对应的调整数据的设定。
虽然在本发明的实施方式中,构成为分别由霍尔元件10、 VCM14来 进行透镜8的检测以及透镜8的驱动,但本发明并不限于此。例如,驱动 透镜8的元件可以使用步进电动机或压电元件。另外,若振动检测元件与 回转均衡器同样,在高频区域产生相位滞后,则也可以在使用了其的摄像 装置的振动控制电路应用本发明。
另外,虽然在本发明的实施方式中,使用驱动透镜来修正手抖动的透 镜移动方式,但本发明并不限于此。例如,本发明可以应用使与摄像装置 的抖动对应的CCD图像传感器等的摄像元件移动的图像传感器移动方式。 在这种情况下,有传感器检测出摄像元件的位置,由致动器使该摄像元件 位移。
权利要求
1. 一种振动补偿控制电路,从摄像装置中具有的振动检测元件取得与该摄像装置的移动速度对应的振动检测信号,驱动所述摄像装置的振动补偿机构,包括对所述振动检测信号进行积分处理,生成与所述摄像装置的位移量对应的振动补偿信号的振动补偿信号生成电路;根据所述振动补偿信号,生成驱动所述振动补偿机构的驱动信号的伺服电路;所述振动补偿信号生成电路具有从所述振动检测信号衰减低频成分,使目标补偿频带的振动成分通过的高通滤波器;对通过所述高通滤波器的所述振动检测信号进行所述积分处理的积分电路;和根据所述振动检测元件的特性,对在所述振动检测信号的高频带产生的相位滞后进行相位超前补偿的相位超前补偿电路。
2. 根据权利要求l所述的振动补偿控制电路,其特征在于所述相位超前补偿电路是高频提升滤波器。
3. 根据权利要求1或2所述的振动补偿控制电路,其特征在于 所述伺服电路根据从所述摄像装置中具有的驱动量检测元件取得的与所述振动补偿机构的驱动量对应的信号和从所述振动补偿机构输出的 所述振动补偿信号相加后的信号,生成所述驱动信号。
4. 根据权利要求1~3中的任意一项所述的振动补偿控制电路,其特 征在于所述振动补偿信号生成电路具有从所述积分电路的输出信号衰减直 流成分的中心调整用高通滤波器。
5. 根据权利要求1~3中的任意一项所述的振动补偿控制电路,其特 征在于所述高通滤波器、所述积分电路、以及所述相位超前补偿电路包含数 字滤波电路和寄存器;所述数字滤波电路根据在所述寄存器中存储的滤波系数,进行滤波处理。
6. 根据权利要求4所述的振动补偿控制电路,其特征在于-所述高通滤波器、所述积分电路、所述相位超前补偿电路、以及所述中心调整用高通滤波器包含数字滤波电路和寄存器;所述数字滤波电路根据在所述寄存器中存储的滤波系数,进行滤波处理。
7. —种摄像装置,其特征在于,包括 光学部件;摄像元件;驱动所述光学部件或所述摄像元件的驱动部; 检测摄像装置的振动的所述振动检测元件;根据所述振动检测元件的输出信号,驱动所述驱动部的权利要求1~6 中记载的所述振动补偿控制电路。
全文摘要
本发明提供一种振动补偿控制电路,在摄像装置的振动补偿控制电路中,对按照振动检测出的角速度信号进行积分,求取透镜的所需位移量的处理中,回转传感器的输出信号受到在高频区域中产生的相位滞后的影响,在该高频区域产生过剩相位滞后,无法取得正确的积分信号,振动补偿的精度下降。回转均衡器(24)将来自回转传感器(12)的角速度信号用积分电路(46)(LPF)积分,变换为角度信号,用中心调整处理电路(52)(HPF)除去角度信号的直流成分。通过由高频提升滤波器构成的相位超前补偿电路(50),补偿回转传感器(12)的相位特性引起的高频区域中的角度信号的过剩相位滞后,使针对角速度信号的角度信号的相位滞后接近积分处理的90度。
文档编号G03B5/00GK101470314SQ20081018525
公开日2009年7月1日 申请日期2008年12月24日 优先权日2007年12月25日
发明者山田恭久, 永田康宣 申请人:三洋电机株式会社;三洋半导体株式会社