JP2012123149A - 振れ補正機能を有する光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 防振ユニットの駆動位置を検出する位置検出系もしくは振れ検出系の分解能を向上させることによって、防振性能を向上させる。
【解決手段】 振れを検出する振れ検出手段と、像振れを抑制するよう動作する防振手段１０９と、振れ検出手段からの出力に基づいて防振手段を駆動する駆動手段と、防振手段の駆動位置を検出する第１の位置検出手段と第２の位置検出手段と位置検出手段のオフセットを調整する手段１１７と第一の位置検出手段の出力を増幅する増幅手段１１２とを有する。第２の位置検出手段は第一の位置検出手段の出力を増幅した値を検出し、第２の位置検出手段のオフセットは、第１の位置検出手段の出力に基づいて調整を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、振れ補正機能を有する光学機器の位置検出に関する。

光学機器には、該光学機器の振れに応じてレンズ等の光学素子を変位させることにより像振れを抑制する防振ユニットを搭載したものがある。このような防振ユニットに対しては、振動センサにより検出した振れ量に基づいて生成された防振ユニットの駆動量を示す信号と、該防振ユニットの駆動位置を検出する位置検出系からの位置信号とを用いたフィードバック制御が行われることが多い。該位置検出系のセンサ部には、フォトインタラプタ等の光センサや、磁性体とホール素子を組み合わせた磁気センサ等が用いられる。

該位置検出系は、防振ユニットの駆動範囲全域において所定の分解能で位置検出を行う。そして例えば、位置検出系のセンサ部から出力された位置信号は、Ａ／Ｄ変換器を介して、所定のｂｉｔ数の分解能を有するデジタル位置信号として制御回路で処理される。

近年では、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラの急速な高画質化および高倍率化に伴い、手振れに対する防振ユニットの駆動位置の検出精度（分解能）を高め、より精密な防振駆動制御を行う必要がある。しかし、分解能を高めるために全域を高分解能の検出精度を持つ検出装置を用いて位置検出を行うと、検出装置が高価になってしまうため好ましくない。

上記の問題を解決するため、特許文献１には、位置検出系を２つ用いて、駆動範囲の中心部の手振れ補正範囲において位置検出信号を増幅し位置検出分解能を高くすることで、検出精度を向上させる技術が開示されている。図６にその手法を示す。６０１は、第１の位置検出系で駆動信号の位置全域を１０ｂｉｔＡ／Ｄで取得した図であり、−１ｄｅｇから１ｄｅｇの検出範囲を、１０２４分割で取得することができる。６０２は、第２の検出系で第１の検出系の中心部を４倍に増幅した信号を同じく１０ｂｉｔでＡ／Ｄで取得た図であり、−０．２５ｄｅｇから０．２５ｄｅｇの範囲を１０２４分割で取得することができる。第１位置検出系で取得した位置Ｐ６１は、第２位置検出系ではＰ６２となり、Ｐ６１より分解能が高い値を取得することができる。

特開２００７−１４７６６９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、検出分解能が高い第２の位置検出系の基準位置（オフセット）は第１の位置検出系の基準位置となっており、精度のよい防振範囲が限られてしまう。例えば図４では第２の検出系の検出範囲は−０．２５ｄｅｇから０．２５ｄｅｇと限定されてしまいこの範囲を超えると通常の分解能になってしまう。

図７は増幅率の違いにおける振れ補正量の範囲を示した図である。図７の横軸は基準位置からの振れ補正量（正の値のみを図示）を、縦軸は位置検出電圧を示している。７０１は増幅率４倍時における第２の検出系の検出範囲は０ｄｅｇから０．２５ｄｅｇであることを示しており、同様に７０２は増幅率が２倍の時は０ｄｅｇから０．５ｄｅｇ，７０３は増幅率が１倍の時は０ｄｅｇから１ｄｅｇであることを示している。

この図からわかるように、増幅率をあげ分解能を高くすればするほど、増幅後の位置検出信号の範囲は、全体の位置検出範囲に対して狭くなり、増幅後の位置検出範囲と全体の位置検出範囲は以下の関係を持つ。

増幅後の検出範囲＝全体の検出範囲×（１／増幅率）
本発明は、第２の検出系の基準位置を第１の検出系の基準位置と等しくするのではなく、可変にすることで高分解能範囲を移動させ、精度のよい防振範囲を広くすることを目的としている。また、高分解能部分を可変にすることで、分解能の倍率がさらに高くなり精度のよい検出範囲が狭くなってしまっても、範囲を気にすることなく、精度のよい防振効果を得ることを目的としている。

第１の解決手段は、振れを検出する振れ検出手段と、
像振れを抑制するように動作する防振手段と、
前記振れ検出手段からの出力に基づいて前記防振手段を駆動する駆動手段と、
前記防振手段の駆動位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段のオフセットを調整する手段と、
前記位置検出手段は、第一の検出分解能を有する第一の位置検出手段と、
前記第一の位置検出手段とは異なる分解能を有する第二の位置検出手段とにより構成される光学機器において、
前記第二の位置検出手段のオフセットを前記第一の位置検出手段の出力に基づいて調整することを特徴とする。

第２の解決手段は振れを検出する振れ検出手段と、
像振れを抑制するように動作する防振手段と、
前記振れ検出手段からの出力に基づいて前記防振手段を駆動する駆動手段と、
前記防振手段の駆動位置を検出する位置検出手段と、
前記振れ検出手段のオフセットを調整する手段と、
前記振れ検出手段は、第一の検出分解能を有する第一の振れ検出手段と、
前記第一の振れ検出手段とは異なる分解能を有する第二の振れ検出手段とにより構成される光学機器において、
前記第二の振れ検出手段のオフセットを前記第一の振れ検出手段の出力に基づいて調整することを特徴とする。

本発明によれば、高分解能検出部の基準位置を可変にすることで、より広い範囲で精度のよい振れ補正を行うことができる。

本発明の実施例１を適用できる構成を示す図。 第１検出系の検出位置に基づいて第２検出系のオフセット位置を求めている図。 実施例における手振れ補正動作を示すフローチャート。 本発明の実施例２を適用できる構成を示す図。 本発明の実施例３を適用できる構成を示す図。 第１検出系の信号の基準値を第２検出系の信号の基準値として信号を増幅した図。 増幅率と振れ補正量との関係を示す図。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

［実施例１］
図１には本発明の実施例１である位置検出系の分解能を高くするシステム構成を示している。

１０１は振れ検出手段としてのジャイロセンサ（角速度センサ）であり、双眼鏡の振れの角速度に応じた信号を出力する。角速度センサは、コリオリの原理を応用したセンサである。ただし、振れに応じた信号を出力可能なセンサであれば、ジャイロセンサ以外のものを用いてもよい。

１０２はマイクロコンピュータであり、１０ｂｉｔＡ／Ｄ変換器（１０３、１１３、１１４）や８ｂｉｔＤ／Ａ変換器１１８を備えており、ジャイロ信号処理や位置検出系からの位置演算を行い、防振ユニットを駆動させるためにフィードバック制御を行う。

１０３は、Ａ／Ｄ変換器であり、ジャイロセンサ１０１からの信号を１０ｂｉｔでデジタル化する。

１０４はジャイロ信号処理部であり、ジャイロセンサ１０１（Ａ／Ｄ変換器１０３）からの振れ量データを取得し、積分演算を行うことで、角速度データから振れ量を示す角変位データへと変換し、これを加算部１０５へ出力する。

加算部１０５は１０４から出力された角変位データから、後述する１１６の位置演算２から出力された位置データを減算し制御偏差を求める。

１０６は駆動信号生成部であり、フィードバック制御の系を安定化させるための位相補償演算や、制御性能をあげるためのループゲイン演算を行い、後述する防振ユニット１０９を駆動させるための駆動データを生成する。

１０７は駆動回路であり、駆動信号生成部１０６からの駆動データを受けて防振アクチュエータ１０８を駆動する。該防振回路１０７は、トランジスタのＨブリッジ構成によるＰＷＭ駆動ドライバ等によって構成される。

１０８は防振アクチュエータであり、防振ユニット１０９を駆動する。該防振アクチュエータ１０８の種類は問わない。例えば、ボイスコイルモータ等の電磁アクチュエータを用いることができる。なお、防振ユニット１０９の駆動方向は、直行する２軸方向（ピッチ方向とヨー方向）であり、各駆動方向に対して１つの防振アクチュエータが必要であるが、図には1つのみ示している。

１０９は防振ユニットでありレンズをピッチ方向及びヨー方向にシフトさせて防振するシフトユニットや、可変頂角プリズム（ＶＡＰ）などが考えられる。防振ユニット１０９はアクチュエータ１０８より駆動され、手振れ信号に応じて適切に駆動されることにより揺れが抑制される。

１１０はエンコーダであり、防振ユニット１０９の駆動位置を検出するためのセンサを構成する。例えば、磁性体とホール素子とを組み合わせて磁気検出センサ等で構成される。なお、防振ユニット１０９の駆動位置検出は、ピッチ方向とヨー方向のそれぞれについて行われるため、各駆動方向に対して1つのエンコーダが必要であるが、図１には1つのみ示している。

１１１は位置検出回路であり、エンコーダ１１０からの信号を受けて、防振ユニット１０９の駆動可能範囲に対して割り当てられた電圧範囲（例えば０Ｖから３Ｖ）内で基準電圧を中心とした電圧値（例えば１．５Ｖ）を有する位置検出信号を出力する。基準電圧は、防振機能が非作動の状態において、防振ユニット１０９の光軸がレンズの光軸に一致するように調整される。

１１２は位置検出増幅器であり、後述するオフセット調整部１１７からの信号を基準位置として、防振ユニット１０９の位置検出回路１１１から得られる位置検出信号を所定の増幅率で増幅する。位置検出増幅器は例えば、オペアンプと抵抗等を用いて構成される。位置検出信号を増幅することで、防振ユニット１０９の位置検出分解能を高めることができる。例えば、増幅器１１２が４倍の増幅率を持つ場合には、デジタル信号換算において実質的に２ｂｉｔの分解能が付加されることに相当する。また、16倍の増幅率を持つ場合には、実質的に４ｂｉｔの分解能が付加されることに相当する。

１１３、１１４は位置検出における第１および第2のＡ／Ｄ変換器である。第1のＡ／Ｄ変換器１１３は、位置検出回路１１１からの位置検出信号が有する波形全体を１０ｂｉｔの分解能（第1の分解能）でデジタル化する。また、第2のＡ／Ｄ変換器１１４は、増幅器１１２による位置検出信号の拡大波形全体を、第一のＡ／Ｄ変換器１１３と同じく、１０ｂｉｔの分解能でデジタル化する。本実施例では、第一および第2のＡ／Ｄ変換器１１３、１１４として同じものを用いるとともに、第2のＡ／Ｄ変換器１１４には増幅器１１２により増幅した位置検出信号を入力する構成としている。これにより、第2のＡ／Ｄ変換器１１４から出力されるデジタル位置検出信号の分解能を高めつつも、コストの上昇を抑制することができる。

ここで、エンコーダ１１０、位置検出回路１１１および第1のＡ／Ｄ変換器１１３は、第1の位置検出系を構成する。また、エンコーダ１１０、位置検出回路１１１、増幅器１１２および第2のＡ／Ｄ変換器１１４は、第2の位置検出系を構成する。

１１５は第１の位置演算部であり第１のＡ／Ｄ変換器１１３から得られる通常分解能の防振ユニット１０９の駆動データに基づいて所定の演算処理を行う。また、１１６は第２の位置演算部であり、第２のＡ／Ｄ変換器１１４から得られる高分解能の防振ユニット１０９の駆動データに基づいて所定の演算処理を行う。ここにいう所定の演算処理により、ジャイロ信号処理部１０４から出力される角変位データから減算するのに適した位置データが生成される。

１１７はオフセット調整部であり、１１５の位置演算１から得られた第１の位置検出系の信号を基に、第２の位置検出系のオフセット調整を行う（図２）。具体的には第１位置検出範囲をいくつかの領域に分割し、検出した値がどの領域にあるかを調べる。それぞれの領域ではその領域の中心を第２検出系のオフセット位置として決めておく。図２では第２検出系への増幅率は４倍となっており、増幅率をもとに第１検出系の検出範囲を大まかに４分割してもよいのだが、ここでは第２検出系の検出範囲が重なるように５分割した例を示している。この例では５分割としたが、分割数はいくつでもよい。図２では検出した値Ｐ２１は０．２ｄｅｇから０．６ｄｅｇの領域にあり、オフセット位置は０．４ｄｅｇである。全体位置検出範囲が−１ｄｅｇから１ｄｅｇで、位置検出回路１１１で検出する電圧が０Ｖから３Ｖとすると、第１検出系の基準電圧は０ｄｅｇで１．５Ｖとなるが、第２検出系の基準電圧は０．４ｄｅｇのため２．１Ｖ（１．５Ｖ＋１．５Ｖ×０．４ｄｅｇ）となる。オフセット調整部１１７はこの第２検出系の基準電圧が出力されるように、Ｄ／Ａ変換器１１８にデータを出力する。

１１８は８ｂｉｔＤ／Ａ変換器であり、オフセット調整１１７で求められた基準位置を電圧にして増幅器１１２に入力する。なお本実施例ではＤ／Ａ変換器をマイクロコンピュータ１０２内蔵のものとして図示してあるが外付けのＤ／Ａ変換器を用いてもよい。

また、図示しないが本実施例の光学機器には防振ユニット１０９に防振動作を行わせるか否かを撮影者が選択するための防振スイッチが設けられている。該防振スイッチがオンの場合は防振動作が行われ、オフの場合は防振非動作状態となる。

次に図３のフローチャートを用いて、マイクロコンピュータ１０２の動作について説明する。

ステップ３０１（図面ではＳ３０１）では、前述した防振スイッチがオンされると、マイクロコンピュータは防振動作の処理を開始する。ステップ３０２ではジャイロセンサ１０１からの角速度データをＡ／Ｄ変換器１０３を介して取り込む。

そしてステップ３０３では取り込んだ角速度データをジャイロ信号処理部１０４によって角変位データに変換する。

ステップ３０４では第１のＡ／Ｄ変換器１１３より防振ユニット１０９の位置データを取込み、１１５の位置演算部１より位置演算を行う。

ステップ３０５ではステップ３０４で取込んだ位置データを基に第２の位置検出系の基準位置を求める。そしてステップ３０６では、求めた基準位置をＤ／Ａ変換器１１８に入力できるデータに変換し、Ｄ／Ａ変換器１１８から電圧を出力する。

ステップ３０７では第２のＡ／Ｄ変換器１１４より防振ユニット１０９の増幅された位置信号を取込み、１１６の位置演算部２より位置演算を行う。

ステップ３０８ではジャイロセンサ１０１から得られた角変位データと防振ユニット１０９から得られた位置を減算し、駆動信号生成部１０６を介して適切な駆動データとして駆動回路１０７に伝達する。駆動回路１０７は受け取った駆動データを基に防振ユニット１０９を駆動し、これにより振れ補正のフィードバック制御が行われる。

そしてステップ３０９では手振れスイッチがオフか否かを判別し、オンの場合はステップ３０２に戻り、オフの場合は、防振動作を終了する。

このように本実施例では第1の位置検出系で全体の位置を把握し、第2の位置検出系で第1の位置検出系の信号を追従するように信号を増幅して分解能を高めることで、どの範囲においても精度のよい位置検出を行うことができ、より防振効果を得ることができる。

［実施例２］
図４には本発明の実施例２である振れ検出系の分解能を高くするシステム構成を示している。

実施例１では位置検出系を２つもち、片方の検出系の信号を増幅して分解能を高める手法について説明したが、本実施例では振れ検出系を２つもち片方の検出系の信号を増幅して分解能を高める手法について説明する。このため、実施例１における第２の位置検出系は設けられていない。

図４において実施例１（図１）と同じ構成要素には、図１と同符号を付し、説明を省略する。

４０１は振れ検出増幅器であり、後述するオフセット調整部４０４からの信号を基準位置として、ジャイロセンサ１０１から得られる振れ検出信号を所定の増幅率で増幅する。振れ検出増幅器は例えば、オペアンプと抵抗等を用いて構成される。振れ検出信号を増幅することで、ジャイロセンサ１０１の振れ検出分解能を高めることができる。例えば、増幅器４０１が４倍の増幅率を持つ場合には、デジタル信号換算において実質的に２ｂｉｔの分解能が付加されることに相当する。また、16倍の増幅率を持つ場合には、実質的に４ｂｉｔの分解能が付加されることに相当する。

４０２、４０３は振れ検出における第１および第2のＡ／Ｄ変換器である。第1のＡ／Ｄ変換器４０２は、ジャイロセンサ１０１からの振れ検出信号が有する波形全体を１０ｂｉｔの分解能（第1の分解能）でデジタル化する。また、第2のＡ／Ｄ変換器４０３は、増幅器４０１による振れ検出信号の拡大波形全体を、第一のＡ／Ｄ変換器４０２と同じく、１０ｂｉｔの分解能でデジタル化する。本実施例では、第一および第2のＡ／Ｄ変換器４０２、４０３として同じものを用いるとともに、第2のＡ／Ｄ変換器４０３には増幅器４０１により増幅した位置検出信号を入力する構成としている。これにより、第2のＡ／Ｄ変換器４０３から出力されるデジタル振れ検出信号の分解能を高めつつも、コストの上昇を抑制することができる。

ここで、第1のＡ／Ｄ変換器４０２は、第1の振れ検出系を構成する。また、増幅器４０１および第2のＡ／Ｄ変換器４０３は、第2の振れ検出系を構成する。

４０４はオフセット調整部であり、ジャイロセンサ１０１から得られた振れ検出系の信号を基に、第２の振れ検出系のオフセット調整を行う。オフセット調整の手法は実施例１（図２）と同様なので省略する。オフセット調整部４０４はこの第２検出系の基準電圧が出力されるように、Ｄ／Ａ変換器４０５にデータを出力する。

４０５は８ｂｉｔＤ／Ａ変換器であり、オフセット調整４０４で求められた基準位置を電圧にして増幅器４０１に入力する。なお本実施例ではＤ／Ａ変換器をマイクロコンピュータ１０２内蔵のものとして図示してあるが外付けのＤ／Ａ変換器を用いてもよい。

４０６は加算部であり、ジャイロ信号処理部１０４から出力された角変位データから、実施例１において全体の領域を読み込んでいる位置演算１から出力された位置データを減算し、制御偏差を求める。

このように本実施例では第1の振れ検出系で全体の位置を把握し、第2の振れ検出系で第1の振れ検出系の信号を追従するように信号を増幅して分解能を高めることで、どの範囲においても精度のよい振れ検出を行うことができ、より防振効果を得ることができる。

［実施例３］
実施例１では位置検出系の分解能を高め、実施例２では振れ検出系の分解能を高めたが、実施例３では位置検出系の分解能と振れ検出系の分解能を高める手法についてであり、システム構成を図５に示す。

図５において実施例１（図１）と同じ構成要素には、図１と同符号を付し、実施例２（図４）と同じ構成要素には図４と同じ符号を付し、説明を省略する。

このように本実施例では第1の位置検出系および振れ検出系で全体の位置を把握し、第2の位置検出系および振れ検出系で第1の位置検出系および振れ検出系の信号を追従するように信号を増幅して分解能を高めることで、どの範囲においても精度のよい位置検出および振れ検出を行うことができ、より防振効果を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１０１ ジャイロセンサ
１０９ 防振ユニット
１１２ 位置信号増幅器
１１３、１１４ Ａ／Ｄ変換器
１１７ 位置検出系オフセット調整部
４０１ 振れ信号増幅器
４０４ 位置検出系オフセット調整部

Claims (2)

1. 振れを検出する振れ検出手段と、
   像振れを抑制するように動作する防振手段と、
   前記振れ検出手段からの出力に基づいて前記防振手段を駆動する駆動手段と、
   前記防振手段の駆動位置を検出する位置検出手段と、
   前記位置検出手段のオフセットを調整する手段と、
   前記位置検出手段は、第一の検出分解能を有する第一の位置検出手段と、
   前記第一の位置検出手段とは異なる分解能を有する第二の位置検出手段とにより構成され、
   前記第二の位置検出手段のオフセットを前記第一の位置検出手段の出力に基づいて調整することを特徴とする光学機器。
2. 振れを検出する振れ検出手段と、
   像振れを抑制するように動作する防振手段と、
   前記振れ検出手段からの出力に基づいて前記防振手段を駆動する駆動手段と、
   前記防振手段の駆動位置を検出する位置検出手段と、
   前記振れ検出手段のオフセットを調整する手段と、
   前記振れ検出手段は、第一の検出分解能を有する第一の振れ検出手段と、
   前記第一の振れ検出手段とは異なる分解能を有する第二の振れ検出手段とにより構成され、
   前記第二の振れ検出手段のオフセットを前記第一の振れ検出手段の出力に基づいて調整することを特徴とする光学機器。