振动补偿控制电路以及摄像装置的制作方法

专利名称：振动补偿控制电路以及摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种驱动在数字静像照相机等的摄像装置中为了补偿手抖动等的振
动而设的振动补偿机构的振动补偿控制电路，以及使用了该电路的摄像装置。
背景技术：
在近年来的摄像装置中，为了控制由手抖动引起的图像质量下降而搭载了手抖动 修正功能的装置增多。手抖动修正的方式中存在若干个种类，作为其中一种，存在由振动检 测元件检测摄像装置的振动，并基于其检测信号由促动器(actuator)使修正透镜等的光 学部件或者CCD图像传感器等的摄像元件变位的方式。振动检测元件中使用旋转罗盘传感 器，检测对应光轴朝向的变化的角速度。另一方面，促动器的驱动控制中，使用透镜等的变 位量。因此，生成促动器的驱动信号的振动补偿控制电路，还进行对由振动检测元件得到的 角速度等的变位速度进行积分后转换为变位量的处理。 具体的是，求该变位量的处理，对旋转罗盘所输出的角速度信号，进行去除比手抖 动的振动频率的频带低的频率分量的手抖动分量提取处理后，进行积分处理从而进行由角 速度到对应角度的变位量的转换。另外，在求得该变位量的处理中，通过使积分处理的输 出信号衰减等，以透镜等难以到达可动界限的方式，进行确定变位量的定中心(Centering) 处理。在此，将基于旋转罗盘传感器输出信号而生成对应变位量的输出的处理部称为"旋转 罗盘滤波器"。[专利文献1]特开2002-246913号公报 以往，旋转罗盘滤波器，通过使用了微处理器的软件实现。在此，存在为了改善振 动补偿的跟随性，若提高微处理器的驱动时钟的频率则消耗电力增大之类的问题。因此，如 果由数字滤波器来构成旋转罗盘滤波器，能够回避微处理器的使用从而谋求消耗电力的降 低。 旋转罗盘传感器，输出对应变位速度的模拟信号，该模拟信号由A/D转换器(ADC : Analog-to-Digital Converter)转换为固定小数点形式的数字数据，并输入至旋转罗盘滤 波器。另一方面，旋转罗盘滤波器作为运算结果而输出的振动补偿数据，将用于促动器的 驱动信号的生成。该驱动信号的生成中，例如使用了 D/A转换器(DAC :Digital-to-Analog Converter)或脉冲宽度调制(P丽Pulse Width Modulation)电路。由于DAC、P丽电路结 构简单等，所以使用输入固定小数点形式的数据的结构。也就是说，旋转罗盘滤波器，输入 固定小数点形式的变位数据，输出固定小数点形式的振动补偿数据。由此，旋转罗盘滤波器 内的运算也基本能够以固定小数点形式进行。 但是，旋转罗盘滤波器中的计算含有积分处理，存在以固定小数点形式的运算，该 积分处理中容易产生溢出之类的问题。对于该问题，若为了减小数据由乘法器乘以增益值， 或进行对数据进行间隔去除之类的处理，则产生旋转罗盘滤波器的电路结构变得复杂的问 题。另外，即使能够防止由溢出引起的振动补偿数据的精度下降，但乘以增益值或进行数据 的间隔去除所弓I起的振动补偿数据的精度会下降。

发明内容
本发明是为了解决上述问题点而进行的，其目的是提供一种确保由变位速度数据 求得振动补偿数据的计算的精度，能够恰当的补偿振动的振动补偿控制电路以及摄像装置。 本发明中的振动补偿控制电路以及本发明中的摄像装置中使用的振动补偿控制 电路，是如下的电路，即基于由摄像装置中设置的振动检测元件所检测的该摄像装置的 变位速度，来驱动该摄像装置的振动补偿机构，该振动补偿控制电路具有振动补偿数据 生成电路，其基于对应所述变位速度的变位速度数据，生成对应所述摄像装置的变位量的 振动补偿数据；驱动信号生成电路，其基于由所述振动补偿数据生成电路输出的所述振动 补偿数据，生成驱动所述振动补偿机构的驱动信号；其中，所述振动补偿数据生成电路，具 有输入形式转换电路，其将所述变位速度数据由固定小数点形式转换至浮动小数点形式； 数字滤波器即高通滤波器，其对所述浮动小数点形式的所述变位速度数据，进行将低频率 分量进行衰减并使目的补偿频带的振动分量通过的滤波处理；数字滤波器即积分电路，其 对所述高通滤波器的输出数据进行积分处理，从而生成所述振动补偿数据；输出形式转换 电路，其将所述积分电路中得到所述振动补偿数据由浮动小数点形式转换至固定小数点形 式，并从该振动补偿数据生成电路输出。 根据本发明，振动补偿数据生成电路中，由以浮动小数点形式运算的数字滤波器， 进行从输入的固定小数点形式的变位速度数据生成固定小数点形式的振动补偿数据的处 理。由此，由于防止振动补偿数据生成电路内的溢出，另外小的数据也以高精度表示，因此 确保振动补偿数据的精度，恰当地进行振动补偿。


图1是本发明的实施方式中的 照相机的手抖动修正系统的概略的构成框图。图2是表示本发明的实施方式中的旋转罗盘 滤波器的概略的构成的框图。图3是表示使用旋转罗盘滤波器的数字滤波器的构成例、以 及内部监视用电路的构成的概略的框图。图中2-传感器部，4_电路部，6-驱动部，8-透 镜，10-霍尔元件，12-旋转罗盘传感器，14-音圈电动机(VCM) ，20-A/D转换器(ADC) ，22_霍 尔滤波器，24-旋转滤波器，26-D/A转换器(DAC) ， 28-内部监视用电路，32-加法器，34-伺 服电路，40-输入形式转换电路，42-手抖动分量提取电路，44-积分电路，48-相位延迟补偿 电路，46-定中心处理电路，48-输出形式转换电路，60-数字滤波器，61、62、63、72-乘法器， 64、65-延迟电路，66-加法器，70-读出电路，74-数据形式转换电路，76-监视信号生成电 路。
具体实施例方式
下面，基于附图对本发明的实施方式进行说明。本实施方式是涉及照相机，本发明
中的振动补偿控制电路用于该照相机的手抖动修正功能。 图1是实施方式中的照相机的手抖动修正系统的概略的结构框图。本手抖动修正 系统，含有传感器部2、电路部4、以及驱动部6而构成。虽然手抖动修正系统存在若干的方 式，但例如本系统中，可以选择如下的方式，即控制在摄像元件(并没图示)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。 传感器部2，由霍尔元件10和旋转罗盘传感器12构成。霍尔元件IO，是为了检测 透镜8的位置而设置的传感器，基于固定于透镜8的磁石的磁场，产生对应与透镜8的距离的电压信号Vp并输出至电路部4。为了检测垂直于光轴的平面(x-y平面)内的透镜8的 二维的位置(Px， PY)，霍尔元件10分别对应x方向、y方向而设置，对x方向、y方向各自得 到信号VP。 旋转罗盘传感器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)， 作为对应照相机的变位速度的振动检测信号，将对应角速度"的电信号V。输出至电路部 4。旋转罗盘传感器12也设置了 2个，分别对绕x轴旋转下的角速度分量以及绕y轴旋转 下的角速度分量得到信号V。。 可以变位的透镜8和使该透镜8变位的驱动部6，构成振动修正机构，驱动部6的 驱动力源，由音圈电动机(Voice Coil Motor :VCM)14构成。VCM14，对应电路部4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变位，从而控制透镜8的位置。为了实 现x-y平面内的二维变位，VCM14设置了一对，并分别能够实现x方向、y方向的变位。
电路部4，具有ADC20、霍尔滤波器22、旋转罗盘滤波器24、DAC26以及内部监视用 电路28。电路部4由逻辑电路构成，例如，使用ASIC(A卯lication Specific Integrated Circuit)来构成。 ADC20中，分别输入霍尔元件10、旋转罗盘传感器12的输出信号。ADC20，将2个 霍尔元件10各自输出的电压信号Vp、和2个旋转罗盘传感器12各自输出的电压信号V。， 以时分转换为固定小数点形式的数字数据。各信号的A/D转换，在每个伺服控制周期周期 性的进行。 基于霍尔元件10的输出而生成的位置数据Dp，输入霍尔滤波器22。另一方面，基
于旋转罗盘传感器12的输出而生成的角速度数据D。，输入旋转罗盘滤波器24。 旋转罗盘滤波器24，是生成对应照相机的变位量的振动补偿数据的电路，对每个
伺服控制周期在规定的采样期间所输入的角速度D。，进行积分处理，生成分别对应绕x轴、
y轴的照相机的摇动角度9的数据De。旋转罗盘滤波器24，基于数据De，生成并输出对应
分别对于x方向、y方向的手抖动量的振动补偿数据Ds。对于旋转罗盘滤波器24的结构在
后面进一步叙述。 霍尔滤波器22，具有加法器32以及伺服电路34。加法器32，将ADC所输入的位置 数据Dp，与来自旋转罗盘滤波器24的补偿数据DS，分别在x、y各方向进行相加。伺服电路 34，由加法器32的输出数据，计算出相当于分别对应x轴方向、y轴方向的透镜8的所需变 位量的伺服数据Dsv。 DAC26，将霍尔滤波器22所输出的伺服数据Dsv转换为模拟电压信号。DAC26输出 的电压信号施行规定的放大处理后施加于VCM14。 VCM14，在减少Dsv的绝对值方向进行驱 动，由此，搭载了本系统的照相机，在摄像期间，能够对应手抖动从而使透镜8移动，来补偿 由该手抖动引起的摄像元件上的拍摄对象图像的变位，并得到高图像质量的图像信号。
内部监视用电路28，是用于将旋转罗盘滤波器24的内部运算数据从输出端子N。UT 取出的电路。该电路，在从电路部4的外部监视旋转罗盘滤波器24的动作状态时使用，例 如，在设定构成旋转罗盘滤波器24的数字滤波器的特性时，和故障分析时使用。例如从输 出端子N。，输出对应内部运算数据而变化的模拟信号，将该信号输入示波器等的信号监视 装置，可以将内部计算数据的时间变化作为波形进行观察。对于内部监视用电路28的结构 将在后面进行叙述。
接下来，说明旋转罗盘滤波器24的结构。图2是表示旋转罗盘滤波器24的概略 的结构的框图。旋转罗盘滤波器24，具有输入形式转换电路40、手抖动分量提取电路42、积 分电路44、定中心处理电路46以及输出形式转换电路48。 输入形式转换电路40，将ADC20所输入的角速度数据D。，由固定小数点形式转换 至浮动小数点形式。例如，输入形式转换电路40，将16比特的固定小数点形式的数据转换 为32比特的浮动小数点形式的数据。 手抖动分量提取电路42是高通滤波器(High Pass Filter)，从输入形式转换电 路40输入由时间序列的角速度数据D。构成的角速度信号，进行衰减该角速度信号中含有 的低频率分量，和使目的补偿频带的振动分量通过的滤波处理。目的补偿频带，以含有由照 相机的手抖动引起的振动的频率带的方式而设定。例如，对应手抖动为含有2 10Hz左右 的低频率的情况，手抖动分量提取电路42的HPF的截止频率，例如设定为未达到lHz。也就 是说，手抖动分量提取电路42，对几乎视为直流分量的低频率分量进行衰减，另一方面，进 行使几Hz左右的分量通过的高通滤波处理，从输入的角速度信号提取对应手抖动的频率 分量。手抖动分量提取电路42，由以浮动小数点形式进行运算的数字滤波器构成，由并未图 示的寄存器中设定了的滤波器系数，对滤波器特性进行设定。 积分器电路44，对由手抖动分量提取电路42输出的浮动小数点形式的数据构成 的角速度信号进行积分，从而生成由表示摄像装置的变位量的角度数据De构成的角度信 号。积分电路44可以使用LPF来构成，该LPF由以浮动小数点形式进行运算的数字滤波器 构成，由并未图示的寄存器中设定了的滤波器系数，对滤波器特性进行设定。再者，虽然积 分电路44中生成的角度数据De如上述表示摄像装置的变位量，并可以将其作为输入至霍 尔滤波器22的振动补偿数据Ds进行使用，但是，本系统中，将对积分电路44中得到角度数 据De进一步进行定中心处理后的结果作为振动补偿数据Ds，提供给霍尔滤波器22。
定中心处理电路46，以透镜8难以到达由补偿控制机构引起的可动界限的方式， 进行修正变位量的处理。定中心处理的方法之一，是所谓的从由积分处理所得到的角度数 据De中，对含有比目的补偿频带的下限低的频率并可视为直流的分量进行衰减的方法。该 情况下，定中心处理电路46可以使用HPF而构成。该定中心用的HPF，由以浮动小数点进行 运算的数字滤波器构成，由并未图示的寄存器中设定了的滤波器系数，对滤波器特性进行 设定。与构成上述的手抖动分量提取电路42的HPF相同，基本上构成定中心处理电路46 的HPF的截止频率设定得比目的补偿频带的下限低。如上述，定中心处理电路46的处理结 果作为振动补偿数据Ds被使用。 输出形式转换电路48，将由定中心处理电路46输入的振动补偿数据Ds从浮动小 数点形式转换为固定小数点形式，并将以固定小数点表示的振动补偿数据Ds输入至霍尔滤 波器22的加法器32。 旋转罗盘滤波器24的处理过程中，能够生成以固定小数点不能表示的范围的数 据。例如，积分电路44中由于直流分量的累积，积分结果可以得到超过以16比特的固定小 数点形式数据可以表示的上限的值。虽然该直流分量在定中心处理电路46中被去除，并且 定中心处理电路46的处理结果可以为以固定小数点形式能够表示的范围，但是若在积分 电路44中产生溢出，则由定中心处理电路46输出的振动补偿数据Ds的精度降低。但是，由 于本系统的旋转罗盘滤波器24，基于以浮动小数点形式表示的数据，进行从角速度数据D。生成振动补偿数据Ds的处理，因此能够正确表示如固定小数点形式所不能表示的数据，并 基于其正确值得到高精度的振动补偿数据Ds。 另外，旋转罗盘滤波器24，是将从角速度数据D。生成振动补偿数据DS的处理由 数字滤波器进行的结构。该结构，比起设有微处理器等的结构可以縮小电路面积。由此，可 以降低形成电路部4的半导体芯片的成本。另外，由微处理器进行上述的浮动小数点形式 下的运算的情况，比起进行固定小数点形式下的运算的情况，需要高性能的微处理器，成为 成本增加的主要原因。对此，由于使用数字滤波器的结构比微处理器电路规模小，因此实现 对应浮动小数点形式的结构时的成本增加，比使用微处理器的时要少。再有，为了振动补充 数据"的生成不需要使用微处理器等，能够减少电路部4中的消耗电力。另外，通过以数 字滤波器构成旋转罗盘滤波器24，能够容易改变滤波器系数等的调整数据。由此，能够容易 改变对应摄像装置的设计的调整数据的设定。 图3是表示旋转罗盘滤波器24中使用的数字滤波器的构成例，以及内部监视用电 路28的结构的概略框图。数字滤波器60是一次IIR滤波器，由乘法器61、62、63，延迟电路 64、65以及加法器66构成。乘法器61，将寄存器等中设定的系数与浮动小数点形式的输入 数据相乘，将乘法运算结果输入加法器66。乘法器62，对由延迟电路64进行延迟的浮动小 数点形式的输入数据，与寄存器等中设定了的系数进行相乘，并将乘法运算结果输入加法 器66。乘法器63，对由延迟电路65将加法器66的输出延迟后的浮动小数点形式的数据， 与寄存器等中设定了的系数进行相乘，并将乘法运算结果输入至加法器66。加法器66，对 这些乘法器61 63的输出进行相加并输出。 能够对数字滤波器60的运算范围进行上限或者下限的设定。在手抖动控制中，数 字滤波器60内的数据的绝对值，通常不会成为由浮动小数点形式可以表示的最大的数值。 另外，例如，在积分电路44中计算结果为非常大的数值时，到收敛为至得到正常的振动补 偿数据的状态的时间变长，从而手抖动控制的跟随性下降。因此，本系统的数字滤波器60， 运算数据的绝对值超过规定的阈值时，将运算数据置换为规定的上限值。另外，运算数据的 绝对值，例如，为DAC26等不能表示的之类的小的值时，将运算数据置换为"0"。在这些处理
中使用的阈值和上限值，将使用寄存器等中所设定了的数据。 例如，上限值、下限值的置换由加法器66来进行。加法器，在其运算结果的浮动小 数点形式的数据的指数部分超过规定的阈值时，将运算结果置换为上限值，另一方面，指数 部低于规定的阈值时，将运算结果置换为"O"。 接下来，说明内部监视用电路28。数字滤波器60的延迟电路64、65，是能够将内 部运算数据存储相当于延迟量的时间的存储部件，使用寄存器、存储器等来构成。内部监视 用电路28，例如，具有访问延迟电路65读取存储的数据的读出电路70 。读出电路70，能够 构成为可以切换将旋转罗盘滤波器24内的多个数字滤波器的哪个数据作为监视对象。再 有，内部监视用电路28，具有乘法器72、数据形式转换电路74以及监视信号生成电路76。
乘法器72，是将预先设定了的增益值，与由读出电路70所取出的内部运算数据相 乘，调整该内部运算数据的时间变动的振幅的增益调整部件。例如，增益设定于寄存器中， 用户能够经由与外部电路的接口改写该寄存器的数据。 数据形式转换电路47，将从乘法器72输出的内部运算数据，由浮动小数点形式转 换为固定小数点形式。
监视信号生成电路76，基于在数据形式转化电路74中转换为固定小数点形式的 内部运算数据，生成将内部运算数据以模拟量表示的内部监视信号。监视信号生成电路76， 例如为DAC，将具有对应固定小数点形式的数据的模拟电压的信号作为监视信号输出。生成 的监视信号，输入与输出端子N。UT连接的信号监视装置。信号监视装置，能够将输入的监视 信号在显示部进行波形显示，用户能够基于波形显示观察数字滤波器60的内部状态，掌握 整体情况。 在此，信号监视装置有时也对应P丽信号的监视。对应那种信号监视装置，监视信 号生成电路76，也可以为P丽电路。该情况下，监视信号生成电路76，对应输入的固定小数 点形式的数据，将模拟量即脉冲宽度变化的P丽信号作为内部监视信号输出。
因为DAC和P丽电路具有电路构成比较简单这样的理由，因此一般情况下对应固 定小数点形式的数据。但是，固定小数点形式的数据，比起浮动小数点形式的数据能够处理 的数值范围较小。因此，若将旋转罗盘滤波器24内的浮动小数点形式的内部运算数据，原 封不动地转换为固定小数点形式，则有可能产生溢出，而不能正确监视内部状态。因此，本 系统中，在数据形式转换电路74之前设有乘法器72，可以实现增益调整。用户能够基于信 号监视装置的显示来调整乘法器72的增益，并将对应内部运算数据的模拟量收存于DAC或 P丽电路的动态范围内。另外，能够进行有效地利用信号监视装置的动态范围的观察。
再者，作为数据形式转换电路74，也可以使用旋转罗盘滤波器24的输出形式转换 电路48。另外，也可以使用DAC26来构成监视信号生成电路76。 虽然本发明的实施方式中，由旋转罗盘传感器12、霍尔元件10、VCM14分别进行照 相机的振动检测、透镜8的位置检测、以及透镜8的驱动，但是本申请并不限定于此。例如， 驱动透镜8的元件，可以使用步进电动机或压电元件。使用步进电动机的时候，霍尔滤波器 22在并不使用基于霍尔元件10的位置数据DP的情况下，使用振动补偿数据Ds来计算伺服 数据Dsv。另外，振动检测中，能够实现使用检测直线方向的加速度的传感器，并基于加速度 信号来检测摄像装置的振动。 例如，为了步进电动机等的驱动控制而产生P丽信号的情况下，也可以将用于此 的P丽电路作为监视信号生成电路76来兼用。 另外，虽然本发明的实施方式，是作为驱动透镜来进行手抖动修正的透镜移动方 式，但是本发明并不限定于此。例如，本发明也可以适用于对应摄像装置的晃动而使CCD图 像传感器等的摄像元件移动的图像传感器移动方式。该情况下，由传感器检测摄像装置的 位置，由促动器来使该摄像元件变位。
权利要求
一种振动补偿控制电路，基于由摄像装置中设置的振动检测元件所检测的该摄像装置的变位速度，来驱动该摄像装置的振动补偿机构，其特征在于，具有振动补偿数据生成电路，其基于对应所述变位速度的变位速度数据，生成对应所述摄像装置的变位量的振动补偿数据；驱动信号生成电路，其基于由所述振动补偿数据生成电路输出的所述振动补偿数据，生成驱动所述振动补偿机构的驱动信号；所述振动补偿数据生成电路，具有输入形式转换电路，其将所述变位速度数据由固定小数点形式转换至浮动小数点形式；高通滤波器，其是对所述浮动小数点形式的所述变位速度数据，进行将低频率分量进行衰减并使目的补偿频带的振动分量通过的滤波处理的数字滤波器；积分电路，其是对所述高通滤波器的输出数据进行积分处理，从而生成所述振动补偿数据的数字滤波器；输出形式转换电路，其将所述积分电路中得到所述振动补偿数据由浮动小数点形式转换至固定小数点形式，并从该振动补偿数据生成电路输出。
2. 根据权利要求1所述的振动补偿控制电路，其特征在于，所述振动补偿数据生成电路，具有定中心用高通滤波器，该定中心用高通滤波器是设 置于所述积分电路与所述输出形式转换电路之间，对浮动小数点形式的所述振动补偿数 据，进行将直流分量衰减的滤波处理的数字滤波器。
3. 根据权利要求1或者权利要求2所述的振动补偿控制电路，其特征在于， 所述振动补偿数据生成电路，在该电路内的浮动小数点形式的数据的绝对值为规定的阈值以下时，将该数据置换为"O"。
4. 根据权利要求1或者权利要求2所述的振动补偿控制电路，其特征在于， 所述振动补偿数据生成电路，在该电路内的浮动小数点形式的数据的绝对值为规定的阈值以上时，将该数据置换为规定的上限值。
5. 根据权利要求1至权利要求4的任意一项所述的振动补偿控制电路，其特征在于，具有读出部件，其将所述振动补偿数据生成电路内的浮动小数点形式的内部运算数据读出；增益调整部件，其将预先设定的增益值与读出的所述内部运算数据相乘，来调整该内 部运算数据的时间变动的振幅；数据形式转换部件，其将振幅调整后的所述内部运算数据，由浮动小数点形式转换至 固定小数点形式；监视信号生成部件，其基于转换为固定小数点形式的所述内部运算数据，生成将该内 部运算数据以模拟量来表示的内部监视信号；禾口输出端子，其将所述内部监视信号输出至该振动补偿控制电路的外部的电路。
6. 根据权利要求2所述的振动补偿控制电路，其特征在于， 所述驱动信号生成电路，基于表示所述振动补偿机构的变位量的位置数据和所述振动 补偿数据，生成所述驱动信号。
7. —种摄像装置，具有权利要求1中所述的振动补偿控制电路；振动检测元件，其检测变位速度并输入至所述振动补偿控制电路；振动补偿机构，其作为驱动对象含有可变位透镜或者摄像元件，并由所述振动补偿控 制电路生成的所述驱动信号进行驱动。
全文摘要
振动补偿控制电路中，旋转罗盘滤波器(24)中输入对旋转罗盘传感器的输出信号进行AD转换后的固定小数点形式的角速度数据Dω。旋转罗盘滤波器(24)中，输入形式转换电路(40)将Dω由固定小数点形式转换至浮动小数点形式。从浮动小数点形式的Dω中提取出手抖动振动分量，并对该值进行积分从而生成对应摇动角度θ的数据Dθ。Dθ经过定中心处理后，由输出形式转换电路(48)从浮动小数点形式转换为固定小数点形式，并从旋转罗盘滤波器(24)输出。基于该旋转罗盘滤波器(24)的输出数据，生成驱动振动补充机构的驱动信号。可以解决由对旋转罗盘传感器的输出信号的数字信号处理所进行的积分处理中可能产生数据的溢出。
文档编号G03B5/00GK101738819SQ20091020921
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月2日 优先权日2008年11月18日
发明者平山秀树 申请人:三洋电机株式会社;三洋半导体株式会社