专利名称：光学设备及其控制方法和摄像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有抖动校正功能的光学设备及其控制方法和摄像设备。
背景技术：
光学手抖动校正用于校正施加至例如作为静态照相机和摄像机等的摄像设备的 光学设备的抖动。在光学手抖动校正中，从形成在摄像装置上的图像检测抖动，基于所检测 到的抖动量确定移位透镜的目标位置，并且在垂直于光轴的方向上将移位透镜移动至目标 位置。此时，例如，进行反馈控制以将目标位置和实际位置之间的偏差减小到零。进行这种抖动校正的机构应当优选具有以下特性内部发生的摩擦小，其目标跟 踪能力良好，并且能够容易地设计其谐振频率。已经提出了具有上述特性的如下抖动校正 机构，其中，在该抖动校正机构中，在固定镜筒和保持移位透镜的可移动镜筒之间夹持多个 球，并且可移动镜筒通过弹簧向着固定镜筒挤压(例如，参见日本特开2001-290184号公 报)。在日本特开2001-290184号公报所公开的抖动校正机构中，如果每个球位于固定 镜筒的球容纳部的限制端之间，则可以实现球随着可移动镜筒的移动而转动的滚动摩擦状 态。另一方面，如果一些球保持压靠在限制端，则滚动摩擦状态改变成目标跟踪能力降低的 滑动摩擦状态。为了避免该情况，所提出的抖动校正机构进行复位操作，以将可移动镜筒驱 动至可移动边界之后使可移动镜筒返回至可移动镜筒的中心位置，从而使每个球位于限制 端之间的中心位置。日本特开平7-270846号公报公开了如下照相机该照相机具有被配置为在电池 安装至照相机时通过将移位透镜放置在预定位置处而进行初始化的抖动校正机构。近年来，例如摄像设备的光学设备被做得更加小型化和薄型化，因此当镜筒缩回 时，设备的组件部分之间的距离变小。结果，移位透镜单元有时与对应组件相互干涉并且变 得不能移动。如果移位透镜单元的驱动力由于摄像设备的组件部分之间的干涉而变化，则 当基于表示移位透镜单元的驱动力的信号检测设备的姿态时会引起错误。
发明内容
本发明提供了如下的光学设备及其控制方法和摄像设备能够以设备的组件部分 之间不发生干涉这种方式进行镜筒缩回，从而防止错误的姿态检测。根据本发明的第一方面，提供了一种光学设备，包括镜筒，其能够在缩回状态和 拍摄用的展开状态之间变化，其中所述镜筒包括变焦单元，用于进行变焦操作；变焦驱动 控制单元，用于进行所述变焦单元的驱动控制；校正构件，其能够在与光轴垂直的方向上移 动；以及驱动单元，用于驱动所述校正构件；抖动检测单元，用于检测施加至所述光学设备 的抖动；反馈控制单元，用于基于来自所述抖动检测单元的输出来计算抖动校正用的校正 量，并基于所计算出的校正量来驱动所述驱动单元；以及干涉防止控制单元，用于基于所述 反馈控制单元在计算所述校正量期间的输出和来自所述变焦驱动控制单元的位置信息，来计算所述校正构件和其它构件之间的干涉区域，其中，所述干涉防止控制单元指示所述驱 动单元将所述校正构件移动至不发生与其它构件的干涉的位置。根据本发明的第二方面，提供了一种摄像设备，包括镜筒，其能够在缩回状态和 拍摄用的展开状态之间变化，其中所述镜筒包括变焦单元，用于进行变焦操作；变焦驱动 控制单元，用于进行所述变焦单元的驱动控制；校正构件，其能够在与光轴垂直的方向上移 动；以及驱动单元，用于驱动所述校正构件；抖动检测单元，用于检测施加至所述摄像设备 的抖动；反馈控制单元，用于基于来自所述抖动检测单元的输出来计算抖动校正用的校正 量，并基于所计算出的校正量来驱动所述驱动单元；以及干涉防止控制单元，用于基于所述 反馈控制单元在计算所述校正量期间的输出和来自所述变焦驱动控制单元的位置信息，来 计算所述校正构件和其它构件之间的干涉区域，其中，所述干涉防止控制单元指示所述驱 动单元将所述校正构件移动至不发生与其它构件的干涉的位置。根据本发明的第三方面，提供了 一种在第一方面所述的光学设备的控制方法。利用本发明，可以执行镜筒缩回和展开，以使得设备的组件部分之间不发生干涉， 从而可以防止错误的姿态检测。通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。
图1是示意性示出根据本发明的一个实施例的摄像设备的结构的图；图2是示出图1所示的移位透镜驱动控制器的内部结构的框图；图3是示出摄像设备的抖动校正单元的结构的分解透视图；图4是从被摄体侧观看的抖动校正单元的正视图；图5是详细示出图2所示的PID控制器的结构的框图；图6是示出具有抖动校正功能的透镜组的结构的图；图7 (A)是示出移位透镜不与其它透镜和透镜保持器相互干涉的状态下的PID控 制器的积分控制器的示例输出的图；图7 (B)是示出移位透镜与其它透镜或透镜保持器相互干涉的状态下的积分控制 器的示例输出的图；图8是示出干涉区域判断处理的流程图；图9是示出用于测量图8的判断处理所使用的积分控制输出数据的处理的流程 图；以及图10是示出摄像设备的电源接通/关闭时的移位透镜缩回处理的流程图。
具体实施例方式以下将参考示出本发明优选实施例的附图详细说明本发明。图1示意性示出作为根据本发明一个实施例的光学设备的摄像设备的结构。光学 设备主要包括具有抖动校正功能的数字照相机的镜筒。变焦单元401包括用于变焦操作的变焦透镜。变焦驱动控制器402进行变焦单元 401的驱动控制。移位透镜403是可在垂直于光轴的方向上移动的校正构件。移位透镜驱 动控制器404进行移位透镜403的驱动控制。例如，在省电时，变焦驱动控制器402停止对
5变焦单元401供电，并且移位透镜驱动控制器404停止对移位透镜403供电。光圈快门单元405进行用于光学系统的光圈和快门操作。光圈快门驱动控制器 406进行光圈快门单元405的驱动控制。调焦单元407包括调焦透镜，并进行焦点调整。调 焦驱动控制器408进行调焦单元407的驱动控制。摄像单元409包括诸如CXD或CMOS等 的摄像装置，并将已通过透镜组的光学图像转换成电信号。摄像信号处理器410将从摄像单元409输出的电信号转换成视频信号。根据视频 信号的用途，视频信号处理器411处理从摄像信号处理器410输出的视频信号。基于从视频信号处理器411输出的信号，显示单元412根据需要将图像显示在显 示单元412的显示装置上。姿态控制器414对视频信号处理器411和显示单元412设置摄 像设备的姿态。由显示控制器413控制摄像单元409和显示单元412的操作。电源单元415对摄像设备的各部分供电。外部输入/输出端子单元416从外部输 入通信信号和视频信号，以及将通信信号和视频信号输出至外部。操作单元417包括用于 操作摄像设备的按钮、拔盘、触摸面板等。例如，通过操作电源开关，接通和断开从电源单元 415向摄像设备的供电。通过操作触摸面板，可以选择静止图像拍摄模式或运动图像拍摄模 式，并且可以在每个拍摄模式设置摄像设备的致动器的操作条件。操作单元417具有用于 被按下以顺次接通第一开关和第二开关的快门释放按钮(未示出)。当半按下快门释放按 钮时接通第一开关，并且当全按下快门释放按钮时接通第二开关。存储单元418存储通过 拍摄所获得的视频信息等的各种数据。控制单元419控制整个摄像设备。例如，控制单元 419驱动用于驱动透镜组的控制器(诸如变焦驱动控制器402、移位透镜驱动控制器404、光 圈快门驱动控制器406以及调焦驱动控制器408等)，从而改变变焦位置。干涉防止控制器 420进行控制，以使得移位透镜403不与其它构件相互干涉。接着，将给出对具有上述结构的摄像设备的操作的说明。当接通操作单元417的第一开关时，调焦驱动控制器408驱动调焦单元407进行 焦点调整，并且光圈快门驱动控制器406驱动光圈快门单元405，以设置期望的曝光量。当 接通操作单元417的第二开关时，光学图像被曝光至摄像单元409，并将基于通过摄像装置 从光学图像转换得到的电信号所获得的图像数据存储至存储单元418中。此时，如果从操作单元417给出抖动校正有效指示，则控制单元419指示移位透镜 驱动控制器404进行抖动校正操作。响应于该指示，移位透镜驱动控制器404进行抖动校 正操作，直到给出抖动校正无效指示为止。在参考来自变焦驱动控制器402的位置信息时， 干涉防止控制器420指示移位透镜驱动控制器404进行操作以使得移位透镜403和其它构 件之间不发生干涉。如果经由操作单元417给出利用变焦透镜进行变焦操作的指示，则变焦驱动控制 器402经由控制单元419接收指示，并驱动变焦单元401，以将变焦透镜移动至所指示的变 焦位置。此外，基于由摄像信号处理器410和视频信号处理器411处理后的图像信息，调焦 驱动控制器408驱动调焦单元407进行焦点调整。图2示出移位透镜驱动控制器404的内部结构的框图。移位透镜驱动控制器404 包括俯仰方向陀螺仪501和横摆方向陀螺仪502，作为用于检测施加至摄像设备的抖动的 抖动检测单元。俯仰方向陀螺仪501检测摄像设备在设备的正常姿态(S卩，图像帧的长度方 向几乎与水平方向一致的姿态)的垂直方向(俯仰方向)上的抖动。横摆方向陀螺仪502
6检测摄像设备在设备的正常姿态的水平方向(横摆方向)上的抖动。抖动校正控制器503基于由俯仰方向陀螺仪501检测到的抖动来计算俯仰方向的 移位透镜补偿位置控制信号。抖动校正控制器504基于由横摆方向陀螺仪502检测到的抖 动来计算横摆方向的移位透镜补偿位置控制信号。作为反馈控制单元的PID控制器505和506根据俯仰方向的移位透镜补偿位置控 制信号和表示移位透镜403的位置的位置信号之间的偏差以及横摆方向的移位透镜补偿 位置控制信号和位置信号之间的偏差来获得控制变量，并输出位置命令信号。驱动装置507 和508是基于从PID控制器505和506传送来的位置命令信号对移位透镜403进行驱动的 驱动单元。霍尔元件509和510是用于检测移位透镜403在俯仰方向和横摆方向上的位置 的位置检测单元。姿态检测器511基于PID控制器505和506所使用的控制信号来检测摄 像设备的姿态。接着，将给出对由移位透镜驱动控制器404进行的移位透镜403的位置控制的说 明。图3示出移位透镜403被保持为可在几乎与光轴垂直的方向上移动的抖动校正单元的 结构的透视图。在抖动校正单元中，通过向驱动线圈302和303供电来产生磁场，由此驱动与移位 透镜403 —体化的驱动磁体304和305。换句话说，抖动校正单元具有所谓的音圈马达结 构。移位透镜403以及驱动磁体304和305由支撑体308保持，并且驱动线圈302和303 由框体309保持。如稍后参考图4将要说明，支撑体308经由滚动构件(滚动球)向着框 体309挤压，并且可在垂直于光轴的方向上移动。霍尔元件509和510检测由驱动磁体304和305产生的磁场作为表示移位透镜403 的实际位置的位置信号，并将检测到的位置信号分别传送至PID控制器505和506。PID控 制器505和506进行反馈控制，以使得位置信号分别收敛于从抖动校正控制器503和504 传送来的补偿位置控制信号。图4示出从正面观看、即从被摄体侧观看的图3的抖动校正单元。凹部1101、1102 和1103以位于三角形的各顶点的方式设置在移位透镜403周围，并且凹部1101 1103各 自设置有一个滚动球(例如，陶瓷球)。未示出的一个或多个施力构件(例如，弹簧)设置 在支撑体308和框体309之间，以使得滚动球保持在支撑体308和框体309之间。具体地， 支撑体308经由滚动球向着框体309挤压，并且可在垂直于光轴的方向上移动。应当注意， 凹部1101 1103可以或者形成在支撑体308中或者形成在框体309中，或者形成在支撑 体308和框体309这两者中。在图3和4所示的结构中，优选滚动球通常处于滚动状态。这是因为如果滚动球 与凹部1101 1103的端面接触，则滑动摩擦成为主导，并且跟踪能力降低。为了使滚动球 处于滚动状态，如后面所述，由干涉防止控制器420进行初始化。应当注意，由于从霍尔元 件509和510输出的位置信号具有个体差异(变化)，因而需要针对补偿位置控制信号调整 来自霍尔元件509和510的输出，以使得移位透镜403可以移动至预定位置。以下是PID控制的说明。PID控制是一种反馈控制，并且PID控制根据三个要素 (即，输出值与目标值之间的偏差、偏差的积分以及偏差的微分)来控制输入值。在PID控 制中，与偏差成比例地改变输入值的动作被称为比例动作或P动作。比例动作将输入值作为输出值和目标值之间的偏差的线性函数来进行控制。具体
7地，假定给定时刻t的输入值、输出值和目标值分别由x(t)、y (t)和y0来表示，满足以下公 式⑴。χ (t) = Kp (y (t) -y0) +xO... (1)符号xO表示y (t)等于yO时满足公式(1)所需的输入值，符号Kp表示被称为比 例增益的常数。当假定Ax(t) =x(t)-x0和Ay(t) = y (t) _y0时，满足以下公式O)。与偏差 Ay (t)成比例地改变输入值的动作被称为比例动作或P动作。Δ χ (t) = Kp Δ y ⑴...(2)在实际控制中，即使针对相同输出值，输入值有时也必须根据周围环境等而变化。 另一方面，在比例控制中，假如Kp不改变，则针对某一输出值，输入值通常是相同的，因此 输出值不能达到目标值，从而导致残余偏差或偏移。为了消除残余偏差，增加了由以下公式 (3)的第二项示出的项。
权利要求
1.一种光学设备，包括镜筒，其能够在缩回状态和拍摄用的展开状态之间变化，其中所述镜筒包括变焦单 元，用于进行变焦操作；变焦驱动控制单元，用于进行所述变焦单元的驱动控制；校正构 件，其能够在与光轴垂直的方向上移动；以及驱动单元，用于驱动所述校正构件；抖动检测单元，用于检测施加至所述光学设备的抖动；反馈控制单元，用于基于来自所述抖动检测单元的输出来计算抖动校正用的校正量， 并基于所计算出的校正量来驱动所述驱动单元；以及干涉防止控制单元，用于基于所述反馈控制单元在计算所述校正量期间的输出和来自 所述变焦驱动控制单元的位置信息，来计算所述校正构件和其它构件之间的干涉区域，其中，所述干涉防止控制单元指示所述驱动单元将所述校正构件移动至不发生与其它 构件的干涉的位置。
2.根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于，所述反馈控制单元包括比例控制 器，用于进行比例控制；积分控制器，用于进行积分控制；以及微分控制器，用于进行微分 控制，以及所述干涉防止控制单元基于所述积分控制器的输出和来自所述变焦驱动控制单元的 位置信息来计算所述干涉区域。
3.根据权利要求2所述的光学设备，其特征在于，还包括姿态检测单元，用于基于所述积分控制器的输出来检测所述光学设备的姿态，其中，在根据所述干涉防止控制单元的指示将所述校正构件移动至不发生与其它构件 的干涉的位置之后，所述姿态检测单元检测所述光学设备的姿态。
4.根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于，所述校正构件包括支撑体，其能够 在与所述光轴基本垂直的平面内移动；框体，用于保持所述支撑体；球，其保持在所述支撑 体和所述框体之间，并被配置为在形成在所述支撑体和所述框体至少之一内的凹部中滚 动，从而使得所述支撑体能够相对于所述框体移动，以及所述干涉防止控制单元控制所述变焦驱动控制单元进行初始化，以将所述球设置成不 与所述凹部的端面接触。
5.根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于，所述干涉防止控制单元在所述镜筒 展开时，指示将所述校正构件移动至所述抖动校正时的中心位置。
6.根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于，所述干涉防止控制单元在所述镜筒 缩回时，指示将所述校正构件移动至所述校正构件不与其它构件干涉的位置，并在所述镜 筒进入缩回状态之后停止所述校正构件的移动。
7.一种摄像设备，包括镜筒，其能够在缩回状态和拍摄用的展开状态之间变化，其中所述镜筒包括变焦单 元，用于进行变焦操作；变焦驱动控制单元，用于进行所述变焦单元的驱动控制；校正构 件，其能够在与光轴垂直的方向上移动；以及驱动单元，用于驱动所述校正构件；抖动检测单元，用于检测施加至所述摄像设备的抖动；反馈控制单元，用于基于来自所述抖动检测单元的输出来计算抖动校正用的校正量， 并基于所计算出的校正量来驱动所述驱动单元；以及干涉防止控制单元，用于基于所述反馈控制单元在计算所述校正量期间的输出和来自所述变焦驱动控制单元的位置信息，来计算所述校正构件和其它构件之间的干涉区域，其中，所述干涉防止控制单元指示所述驱动单元将所述校正构件移动至不发生与其它 构件的干涉的位置。
8. 一种光学设备的控制方法，所述光学设备具有能够在缩回状态和拍摄用的展开状 态之间变化的镜筒，所述镜筒包括变焦单元，用于进行变焦操作；校正构件，其能够在与 光轴垂直的方向上移动；以及驱动单元，用于驱动所述校正构件，所述控制方法包括以下步 骤变焦驱动控制步骤，用于进行所述变焦单元的驱动控制； 抖动检测步骤，用于检测施加至所述光学设备的抖动；反馈控制步骤，用于基于所述抖动检测步骤中检测到的抖动来计算抖动校正用的校正 量，并基于所计算出的校正量来驱动所述驱动单元；以及干涉防止控制步骤，用于基于所述反馈控制步骤在计算所述校正量期间的输出和所述 变焦驱动控制步骤中获取的位置信息，来计算所述校正构件和其它构件之间的干涉区域，其中，所述干涉防止控制步骤指示所述驱动单元将所述校正构件移动至不发生与其它 构件的干涉的位置。
全文摘要
本发明涉及一种光学设备及其控制方法和摄像设备。该光学设备能够在设备组件之间不发生干涉的状态下检测设备的姿态，从而防止姿态检测时的错误。光学设备的移位透镜驱动控制器检测施加至设备的抖动，基于检测结果来计算移位透镜的移动目标位置，检测移位透镜的实际位置，并进行反馈控制以使得移位透镜的实际位置收敛于移动目标位置。姿态检测器通过使用反馈控制信息来检测光学设备的姿态，以及干涉防止控制器防止移位透镜和其它构件之间的干涉。
文档编号H04N5/232GK102123245SQ20101062296
公开日2011年7月13日 申请日期2010年12月28日 优先权日2009年12月28日
发明者井比敏男 申请人:佳能株式会社