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技術 撮影装置及び撮影方法並びに駆動制御装置及び駆動制御方法

出願人 リコーイメージング株式会社
発明者 中野晶
出願日 2014年7月2日 (6年4ヶ月経過) 出願番号 2014-136390
公開日 2016年1月28日 (4年9ヶ月経過) 公開番号 2016-014750
状態 特許登録済
技術分野 スタジオ装置 測定手段を特定しない測長装置 カメラの細部(フィルム等の取扱い機構) カメラレンズの調整
主要キーワード 保持駆動 伏せ姿勢 通信用メモリ 制御目標位置 移動角速度 ピッチ角φ 仰向け姿勢 合算器
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年1月28日)のものです。
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図面 (10)

課題

振れ補正機能を搭載した撮影装置及び撮影方法において、ボディ本体の姿勢の影響を受けることなく、像振れ補正部材を高精度に且つ応答性能良くフィードバック制御する。

解決手段

駆動制御部(60、63、65)は、像振れ補正部材(22)の制御目標位置と現在位置の偏差に基づいて、駆動機構(50)による像振れ補正部材(22)の駆動をフィードバック制御する。駆動制御部(60、63、65)は、姿勢情報取得部(28)が取得したボディ本体(20)の姿勢情報に応じて、駆動機構(50)による像振れ補正部材(22)の駆動量を補正する。

概要

背景

従来、撮影装置デジタルカメラ等)において、撮影光学系の一部をなすレンズあるいはイメージセンサを像振れ補正部材とし、この像振れ補正部材を光軸直交平面内で駆動することにより、イメージセンサ上への被写体像結像位置変位させて像振れを補正する像振れ補正機能を搭載したものが知られている。

このような像振れ補正機能を搭載した撮影装置では、像振れ補正部材の制御目標位置と現在位置の偏差に基づいて、像振れ補正部材の駆動(量)をフィードバック制御している。例えば、典型的な制御方式であるPID制御では、像振れ補正部材の制御目標位置と現在位置の偏差から算出した比例項(P要素)、積分項(I要素)、微分項(D要素)に基づいて、像振れ補正部材の駆動(量)をPID制御している。

概要

像振れ補正機能を搭載した撮影装置及び撮影方法において、ボディ本体の姿勢の影響を受けることなく、像振れ補正部材を高精度に且つ応答性能良くフィードバック制御する。駆動制御部(60、63、65)は、像振れ補正部材(22)の制御目標位置と現在位置の偏差に基づいて、駆動機構(50)による像振れ補正部材(22)の駆動をフィードバック制御する。駆動制御部(60、63、65)は、姿勢情報取得部(28)が取得したボディ本体(20)の姿勢情報に応じて、駆動機構(50)による像振れ補正部材(22)の駆動量を補正する。

目的

本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、像振れ補正機能を搭載した撮影装置及び撮影方法において、ボディ本体の姿勢の影響を受けることなく、像振れ補正部材を高精度に且つ応答性能良くフィードバック制御することを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

撮影光学系を通った被写体光束被写体像として結像するイメージセンサと、前記撮影光学系の少なくとも一部をなす光学要素と前記イメージセンサの少なくとも一方から構成される像振れ補正部材と、前記像振れ補正部材を前記撮影光学系の光軸と異なる方向に駆動することで、前記イメージセンサ上への被写体像の結像位置変位させて像振れを補正する駆動機構と、ボディ本体の姿勢情報を取得する姿勢情報取得部と、前記像振れ補正部材の制御目標位置と現在位置の偏差に基づいて、前記駆動機構による前記像振れ補正部材の駆動をフィードバック制御する駆動制御部と、を有し、前記駆動制御部は、前記姿勢情報取得部が取得した前記ボディ本体の姿勢情報に応じて、前記駆動機構による前記像振れ補正部材の駆動量を補正する、ことを特徴とする撮影装置

請求項2

請求項1記載の撮影装置において、前記駆動制御部は、前記像振れ補正部材の制御目標位置と現在位置の偏差から算出した比例項積分項微分項に基づいて、前記駆動機構による前記像振れ補正部材の駆動をPID制御する撮影装置。

請求項3

請求項2記載の撮影装置において、前記駆動制御部は、前記姿勢情報取得部が取得した前記ボディ本体の姿勢情報に応じて、前記PID制御にて前記積分項を算出するための係数パラメータを変動させる撮影装置。

請求項4

請求項1ないし3のいずれか1項記載の撮影装置において、前記姿勢情報取得部が取得する前記ボディ本体の姿勢情報は、前記ボディ本体のロール角ピッチ角の少なくとも一方を含んでいる撮影装置。

請求項5

撮影光学系を通った被写体光束を被写体像として結像するイメージセンサと、前記撮影光学系の少なくとも一部をなす光学要素と前記イメージセンサの少なくとも一方から構成される像振れ補正部材と、前記像振れ補正部材を前記撮影光学系の光軸と異なる方向に駆動することで、前記イメージセンサ上への被写体像の結像位置を変位させて像振れを補正する駆動機構と、を有する撮影装置において、ボディ本体の姿勢情報を取得する姿勢情報取得ステップと、前記像振れ補正部材の制御目標位置と現在位置の偏差に基づいて、前記駆動機構による前記像振れ補正部材の駆動をフィードバック制御する駆動制御ステップと、を有し、前記駆動制御ステップでは、前記姿勢情報取得ステップで取得した前記ボディ本体の姿勢情報に応じて、前記駆動機構による前記像振れ補正部材の駆動量を補正する、ことを特徴とする撮影方法

請求項6

請求項5記載の撮影方法において、前記駆動制御ステップでは、前記像振れ補正部材の制御目標位置と現在位置の偏差から算出した比例項、積分項、微分項に基づいて、前記駆動機構による前記像振れ補正部材の駆動をPID制御する撮影方法。

請求項7

請求項6記載の撮影方法において、前記駆動制御ステップでは、前記姿勢情報取得ステップで取得した前記ボディ本体の姿勢情報に応じて、前記PID制御にて前記積分項を算出するための係数パラメータを変動させる撮影方法。

請求項8

請求項5ないし7のいずれか1項記載の撮影方法において、前記姿勢情報取得ステップで取得する前記ボディ本体の姿勢情報は、前記ボディ本体のロール角とピッチ角の少なくとも一方を含んでいる撮影方法。

請求項9

制御対象物と、前記制御対象物を収容するボディ本体と、前記ボディ本体内で前記制御対象物を駆動する駆動機構と、前記ボディ本体の姿勢情報を取得する姿勢情報取得部と、前記制御対象物の制御目標位置と現在位置の偏差に基づいて、前記駆動機構による前記制御対象物の駆動をフィードバック制御する駆動制御部と、を有し、前記駆動制御部は、前記姿勢情報取得部が取得した前記ボディ本体の姿勢情報に応じて、前記駆動機構による前記制御対象物の駆動量を補正する、ことを特徴とする駆動制御装置

請求項10

制御対象物と、前記制御対象物を収容するボディ本体と、前記ボディ本体内で前記制御対象物を駆動する駆動機構と、を有する駆動装置において、前記ボディ本体の姿勢情報を取得する姿勢情報取得ステップと、前記制御対象物の制御目標位置と現在位置の偏差に基づいて、前記駆動機構による前記制御対象物の駆動をフィードバック制御する駆動制御ステップと、を有し、前記駆動制御ステップでは、前記姿勢情報取得ステップで取得した前記ボディ本体の姿勢情報に応じて、前記駆動機構による前記制御対象物の駆動量を補正する、ことを特徴とする駆動制御方法

技術分野

0001

本発明は、撮影装置及び撮影方法並びに駆動制御装置及び駆動制御方法に関する。

背景技術

0002

従来、撮影装置(デジタルカメラ等)において、撮影光学系の一部をなすレンズあるいはイメージセンサを像振れ補正部材とし、この像振れ補正部材を光軸直交平面内で駆動することにより、イメージセンサ上への被写体像結像位置変位させて像振れを補正する像振れ補正機能を搭載したものが知られている。

0003

このような像振れ補正機能を搭載した撮影装置では、像振れ補正部材の制御目標位置と現在位置の偏差に基づいて、像振れ補正部材の駆動(量)をフィードバック制御している。例えば、典型的な制御方式であるPID制御では、像振れ補正部材の制御目標位置と現在位置の偏差から算出した比例項(P要素)、積分項(I要素)、微分項(D要素)に基づいて、像振れ補正部材の駆動(量)をPID制御している。

先行技術

0004

特開2007−57605号公報
特許第5129638号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、本発明者の鋭意研究によると、像振れ補正機能を搭載した従来の撮影装置にあっては、ボディ本体の姿勢(例えばロール角ピッチ角)が演算外乱成分として悪影響を及ぼす結果、像振れ補正部材を高精度に且つ応答性能良くフィードバック制御するのが難しいことが判った。とりわけ、PID制御では、積分項(I要素)を算出するための積分器において、積分演算初期値をゼロとしており、ボディ本体の姿勢が変化した後(外乱の入力後)に積分器が定常値定常状態)になるまでに時間が掛かるので、像振れ補正部材を高精度に且つ応答性能良くPID制御するのが極めて難しい。

0006

この技術課題は、撮影装置の像振れ補正部材をフィードバック制御(PID制御)する場合のみならず、姿勢が変化し得るボディ本体に収容された制御対象物をフィードバック制御(PID制御)する場合に全般的に当てはまる

0007

本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、像振れ補正機能を搭載した撮影装置及び撮影方法において、ボディ本体の姿勢の影響を受けることなく、像振れ補正部材を高精度に且つ応答性能良くフィードバック制御することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

本発明の撮影装置は、撮影光学系を通った被写体光束を被写体像として結像するイメージセンサと、前記撮影光学系の少なくとも一部をなす光学要素と前記イメージセンサの少なくとも一方から構成される像振れ補正部材と、前記像振れ補正部材を前記撮影光学系の光軸と異なる方向に駆動することで、前記イメージセンサ上への被写体像の結像位置を変位させて像振れを補正する駆動機構と、ボディ本体の姿勢情報を取得する姿勢情報取得部と、前記像振れ補正部材の制御目標位置と現在位置の偏差に基づいて、前記駆動機構による前記像振れ補正部材の駆動をフィードバック制御する駆動制御部と、を有し、前記駆動制御部は、前記姿勢情報取得部が取得した前記ボディ本体の姿勢情報に応じて、前記駆動機構による前記像振れ補正部材の駆動量を補正する、ことを特徴としている。

0009

前記駆動制御部は、前記像振れ補正部材の制御目標位置と現在位置の偏差から算出した比例項、積分項、微分項に基づいて、前記駆動機構による前記像振れ補正部材の駆動をPID制御することができる。

0010

前記駆動制御部は、前記姿勢情報取得部が取得した前記ボディ本体の姿勢情報に応じて、前記PID制御にて前記積分項を算出するための係数パラメータを変動させることができる。

0011

前記姿勢情報取得部が取得する前記ボディ本体の姿勢情報は、前記ボディ本体のロール角とピッチ角の少なくとも一方を含むことができる。

0012

本発明の撮影方法は、撮影光学系を通った被写体光束を被写体像として結像するイメージセンサと、前記撮影光学系の少なくとも一部をなす光学要素と前記イメージセンサの少なくとも一方から構成される像振れ補正部材と、前記像振れ補正部材を前記撮影光学系の光軸と異なる方向に駆動することで、前記イメージセンサ上への被写体像の結像位置を変位させて像振れを補正する駆動機構と、を有する撮影装置において、ボディ本体の姿勢情報を取得する姿勢情報取得ステップと、前記像振れ補正部材の制御目標位置と現在位置の偏差に基づいて、前記駆動機構による前記像振れ補正部材の駆動をフィードバック制御する駆動制御ステップと、を有し、前記駆動制御ステップでは、前記姿勢情報取得ステップで取得した前記ボディ本体の姿勢情報に応じて、前記駆動機構による前記像振れ補正部材の駆動量を補正する、ことを特徴としている。

0013

前記駆動制御ステップでは、前記像振れ補正部材の制御目標位置と現在位置の偏差から算出した比例項、積分項、微分項に基づいて、前記駆動機構による前記像振れ補正部材の駆動をPID制御することができる。

0014

前記駆動制御ステップでは、前記姿勢情報取得ステップで取得した前記ボディ本体の姿勢情報に応じて、前記PID制御にて前記積分項を算出するための係数パラメータを変動させることができる。

0015

前記姿勢情報取得ステップで取得する前記ボディ本体の姿勢情報は、前記ボディ本体のロール角とピッチ角の少なくとも一方を含むことができる。

0016

本発明の駆動制御装置は、制御対象物と、前記制御対象物を収容するボディ本体と、前記ボディ本体内で前記制御対象物を駆動する駆動機構と、前記ボディ本体の姿勢情報を取得する姿勢情報取得部と、前記制御対象物の制御目標位置と現在位置の偏差に基づいて、前記駆動機構による前記制御対象物の駆動をフィードバック制御する駆動制御部と、を有し、前記駆動制御部は、前記姿勢情報取得部が取得した前記ボディ本体の姿勢情報に応じて、前記駆動機構による前記制御対象物の駆動量を補正する、ことを特徴としている。

0017

本発明の駆動制御方法は、制御対象物と、前記制御対象物を収容するボディ本体と、前記ボディ本体内で前記制御対象物を駆動する駆動機構と、を有する駆動装置において、前記ボディ本体の姿勢情報を取得する姿勢情報取得ステップと、前記制御対象物の制御目標位置と現在位置の偏差に基づいて、前記駆動機構による前記制御対象物の駆動をフィードバック制御する駆動制御ステップと、を有し、前記駆動制御ステップでは、前記姿勢情報取得ステップで取得した前記ボディ本体の姿勢情報に応じて、前記駆動機構による前記制御対象物の駆動量を補正する、ことを特徴としている。

発明の効果

0018

本発明によれば、像振れ補正機能を搭載した撮影装置及び撮影方法において、ボディ本体の姿勢の影響を受けることなく、像振れ補正部材を高精度に且つ応答性能良くフィードバック制御することができる。

図面の簡単な説明

0019

本発明によるデジタルカメラ(撮影装置)の要部構成を示すブロック図である。
本発明の第1実施形態においてジャイロセンサ(姿勢情報取得部)が取得するボディ本体の姿勢情報を示す図である。
本発明の第2実施形態においてジャイロセンサ(姿勢情報取得部)が取得するボディ本体の姿勢情報を示す図である。
像振れ補正装置(駆動機構)の要部構成を示すブロック図である。
像振れ補正装置(駆動機構)の構成を示す側面図である。
イメージセンサ駆動回路(駆動制御部)の構成を示す機能ブロック図である。
コントローラ(駆動制御部)の内部構成を示す機能ブロック図である。
本発明の第1実施形態におけるコントローラの積分項算出部(駆動制御部)による制御内容を説明するためのフローチャートである。
本発明の第2実施形態におけるコントローラの積分項算出部(駆動制御部)による制御内容を説明するためのフローチャートである。

実施例

0020

図1図9を参照して、本発明によるデジタルカメラ(撮影装置)10について説明する。

0021

図1に示すように、デジタルカメラ10は、ボディ本体20と、このボディ本体20に着脱可能(レンズ交換可能)な撮影レンズ30とを備えている。撮影レンズ30は、被写体側(図1中の左側)から像面側(図1中の右側)に向かって順に、撮影レンズ群(撮影光学系、像振れ補正部材)31と、絞り(撮影光学系)32とを備えている。ボディ本体20は、被写体側(図1中の左側)から像面側(図1中の右側)に向かって順に、シャッタ(撮影光学系)21と、イメージセンサ(像振れ補正部材)22とを備えている。またボディ本体20は、撮影レンズ30への装着状態で絞り32とシャッタ21を駆動制御する絞り/シャッタ駆動回路23を備えている。撮影レンズ群31から入射し、絞り32とシャッタ21を通った被写体光束による被写体像が、イメージセンサ22の受光面上に形成される。イメージセンサ22の受光面上に形成された被写体像は、マトリックス状に配置された多数の画素によって、電気的な画素信号に変換され、画像データとしてDSP40に出力される。DSP40は、イメージセンサ22から入力した画像データに所定の画像処理を施して、これをLCD24に表示し、画像メモリ25に記憶する。なお、図1では、撮影レンズ群31が単レンズからなるように描いているが、実際の撮影レンズ群31は、例えば、固定レンズ、変倍時に移動する変倍レンズフォーカシング時に移動するフォーカシングレンズなどの複数枚のレンズからなる。

0022

図示は省略しているが、イメージセンサ22は、パッケージと、このパッケージに収納される固体撮像素子チップと、この固体撮像素子チップを密封保護するようにパッケージに固定される蓋部材とを含む複数の構成要素からなる。本明細書において、「イメージセンサ(像振れ補正部材)22を撮影光学系の光軸Zと直交する平面内で駆動する」とは、イメージセンサ(像振れ補正部材)22の複数の構成要素のうち被写体光束が通過する少なくとも一部の構成要素を撮影光学系の光軸Zと直交する平面内で駆動することを意味する。

0023

撮影レンズ30は、撮影レンズ群31の解像力MTF)情報や絞り32の開口径(絞り値)情報などの各種情報を記憶した通信用メモリ33を搭載している。撮影レンズ30をボディ本体20に装着した状態では、通信用メモリ33が記憶した各種情報がDSP40に読み込まれる。

0024

ボディ本体20は、DSP40に接続させて、撮影操作スイッチ26と像振れ補正操作スイッチ27を備えている。撮影操作スイッチ26は、電源スイッチやレリーズスイッチなどの各種スイッチからなる。像振れ補正操作スイッチ27は、イメージセンサ22を撮影光学系の光軸Zと直交する平面内(以下、光軸直交平面内と呼ぶことがある)で駆動することでイメージセンサ22上への被写体像の結像位置を変位させて像振れを補正する「像振れ補正駆動」を行うかどうかを切り替えるためのスイッチである。イメージセンサ22の像振れ補正駆動については後に詳細に説明する。

0025

ボディ本体20は、DSP40に接続させて、ジャイロセンサ(姿勢情報取得部、振れ検出部)28を備えている。ジャイロセンサ28は、デジタルカメラ10のボディ本体20に加わる移動角速度(X軸回りとY軸回り)を検出することにより、ボディ本体20の姿勢情報を取得する。ジャイロセンサ28は、デジタルカメラ10のボディ本体20に加わる移動角速度(X軸回りとY軸回り)を検出することにより、ボディ本体20の光軸直交平面内の振れを示す振れ検出信号を検出する。ジャイロセンサ28による姿勢情報と振れ検出信号は、DSP40を介して、後述するイメージセンサ駆動回路(駆動制御部)60に出力される。

0026

ジャイロセンサ28は、後述する第1実施形態(図8のフローチャート)では、図2に示すように、ボディ本体20の姿勢情報として、「正姿勢(ボディ本体20を横構図で水平方向に向けた姿勢)」、「90°回転姿勢(正姿勢から90°回転させた縦構図の姿勢)」、「逆姿勢(正姿勢から180°回転させた横構図の姿勢)」、「270°回転姿勢(正姿勢から270°回転させた縦構図の姿勢)」、「伏せ姿勢(ボディ本体を真下に向けた姿勢)」及び「仰向け姿勢(ボディ本体を真上に向けた姿勢)」のうちのいずれか1つを取得する。

0027

ジャイロセンサ28は、後述する第2実施形態(図9のフローチャート)では、図3に示すように、ボディ本体20の姿勢情報として、ボディ本体20のロール角θピッチ角φを取得する。

0028

図1図4図5に示すように、イメージセンサ22は、撮影光学系の光軸Zと直交するX軸方向とY軸方向(直交二方向)に移動可能に像振れ補正装置(駆動機構)50に搭載されている。像振れ補正装置50は、ボディ本体20のシャーシなどの構造物に固定される固定支持基板51と、イメージセンサ22を固定した、固定支持基板51に対してスライド可能な可動ステージ52と、固定支持基板51の可動ステージ52との対向面に固定した磁石M1、M2、M3と、固定支持基板51に可動ステージ52を挟んで各磁石M1、M2、M3と対向させて固定した、各磁石M1、M2、M3との間に磁気回路を構成する磁性体からなるヨークY1、Y2、Y3と、可動ステージ52に固定した、前記磁気回路の磁界内において電流を受けることにより駆動力を発生する駆動用コイルC1、C2、C3を有し、駆動用コイルC1、C2、C3に交流駆動信号交流電圧)を流す(印加する)ことにより、固定支持基板51に対して可動ステージ52(イメージセンサ22)が光軸直交平面内で駆動するようになっている。駆動用コイルC1、C2、C3に流す交流駆動信号は、DSP40による制御の下、後述するイメージセンサ駆動回路(駆動制御部)60によって生成される。イメージセンサ駆動回路60の構成及び該イメージセンサ駆動回路60が生成する交流駆動信号については後に詳細に説明する。

0029

本実施形態では、磁石M1、ヨークY1及び駆動用コイルC1からなる磁気駆動手段と、磁石M2、ヨークY2及び駆動用コイルC2からなる磁気駆動手段(2組の磁気駆動手段)とがイメージセンサ22の長手方向(水平方向、X軸方向)に所定間隔で配置され、磁石M3、ヨークY3及び駆動用コイルC3からなる磁気駆動手段(1組の磁気駆動手段)がイメージセンサ22の長手方向と直交する短手方向(鉛直(垂直)方向、Y軸方向)に配置されている。

0030

さらに固定支持基板51には、各駆動用コイルC1、C2、C3の近傍(中央空間部)に、磁石M1、M2、M3の磁力を検出して可動ステージ52(イメージセンサ22)の光軸直交平面内の位置(現在位置)を示す位置検出信号(現在位置検出信号)を検出するホールセンサH1、H2、H3が配置されている。ホールセンサH1、H2により可動ステージ52(イメージセンサ22)のY軸方向位置及び傾き(回転)が検出され、ホールセンサH3により可動ステージ52(イメージセンサ22)のX軸方向位置が検出される。DSP40は、後述するイメージセンサ駆動回路60を介して、ジャイロセンサ28が検出したボディ本体20の光軸直交平面内の振れを示す振れ検出信号と、ホールセンサH1、H2、H3が検出したイメージセンサ22の光軸直交平面内の位置を示す位置検出信号とに基づいて、像振れ補正装置50によってイメージセンサ22を光軸直交平面内で駆動する。これにより、イメージセンサ22上への被写体像の結像位置を変位させて、手振れに起因する像振れを補正することができる。本実施形態ではこの動作を「イメージセンサ22の像振れ補正動作(像振れ補正駆動)」と呼ぶ。

0031

像振れ補正装置50は、イメージセンサ22の像振れ補正動作(像振れ補正駆動)を行っていないときには、イメージセンサ22をその像振れ補正動作範囲(像振れ補正駆動範囲)の中央位置で保持する「イメージセンサ22の中央保持動作(中央保持駆動)」を実行する(像振れ補正を行わなくても中央保持は行う)。

0032

図1図4図6に示すように、デジタルカメラ10は、駆動用コイルC1、C2、C3に交流駆動信号を流すことで、像振れ補正装置50を介してイメージセンサ22を光軸直交平面内で駆動するイメージセンサ駆動回路(駆動制御部)60を備えている。このイメージセンサ駆動回路60の動作全般はDSP40によって制御される。

0033

図6に示すように、イメージセンサ駆動回路60は、加算部61と、ゲイン部62と、コントローラ(駆動制御部)63とを有している。加算部61は、ジャイロセンサ28が検出したボディ本体20の光軸直交平面内の振れを示す振れ検出信号に加算処理を施す。ゲイン部62は、加算部61が加算処理を施した振れ検出信号を増幅することにより、イメージセンサ22の制御目標位置を示す制御目標位置信号を生成する。コントローラ63は、ゲイン部62が生成したイメージセンサ22の制御目標位置を示す制御目標位置信号と、ホールセンサH1、H2、H3が検出したイメージセンサ22の現在位置を示す現在位置検出信号の偏差信号差分信号)に基づいて、像振れ補正装置50によるイメージセンサ22の駆動をフィードバック制御する。

0034

図7に示すように、コントローラ63は、比例項算出部64と、積分項算出部(積分器)65と、微分項算出部(微分器)66とを有している。

0035

比例項算出部64は、イメージセンサ22の制御目標位置信号と現在位置信号の偏差信号(差分信号)に基づいて、PID制御における比例項(P要素)を算出する。つまり比例項算出部64は、コントローラ63への入力をそのまま出力する。比例項算出部64が算出した比例項は、アンプ64Aによって、比例項に特有のゲインで増幅される。

0036

積分項算出部65は、イメージセンサ22の制御目標位置信号と現在位置信号の偏差信号(差分信号)に基づいて、PID制御における積分項(I要素)を算出する。つまり積分項算出部65は、コントローラ63への過去の入力値の積算に後述する初期値(KI、KIX、KIYL、KIYR)を足して出力する。積分項算出部65が算出した積分項は、アンプ65Aによって、積分項に特有のゲインで増幅される。

0037

微分項算出部66は、イメージセンサ22の制御目標位置信号と現在位置信号の偏差信号(差分信号)に基づいて、PID制御における微分項(D要素)を算出する。つまり微分項算出部66は、コントローラ63への現在入力値と直前入力値の偏差を計算してこれを出力する。微分項算出部66が算出した微分項は、アンプ66Aによって、微分項に特有のゲインで増幅される。

0038

比例項算出部64が算出した比例項、積分項算出部65が算出した積分項、及び、微分項算出部66が算出した微分項は、合算器67によって合算され、増幅器68によって増幅される。これにより、像振れ補正装置50を介してイメージセンサ22を光軸直交平面内で駆動するための交流駆動信号が生成される。

0039

比例項算出部64が算出する比例項、積分項算出部65が算出する積分項、及び、微分項算出部66が算出する微分項は、以下の数式1によって表される。



但し、
In(t):t時点の入力(制御目標位置信号と現在位置信号の偏差信号)、
Out(t):t時点の出力(交流駆動信号)、
KP:比例ゲイン(アンプ64Aによる増幅ゲイン)、
KI:積分ゲイン(アンプ65Aによる増幅ゲイン)、
KD:微分ゲイン(アンプ66Aによる増幅ゲイン)、
KF:全体ゲイン(増幅器68による増幅ゲイン)、
KI:積分項を算出するための初期値(X方向の演算ではKIX、YL方向の演算ではKIYL、YR方向の演算ではKIYR)、
である。

0040

本実施形態のデジタルカメラ(撮影装置)10では、コントローラ(駆動制御部)63が、ジャイロセンサ(姿勢情報取得部)28が取得したボディ本体20の姿勢情報に応じて、像振れ補正装置(駆動機構)50によるイメージセンサ(像振れ補正部材)22の駆動量を補正する。より具体的には、コントローラ63の積分項算出部(駆動制御部)65が、ジャイロセンサ(姿勢情報取得部)28が取得したボディ本体20の姿勢情報に応じて、PID制御にて積分項を算出するための初期値である係数パラメータKIX、KIYL、KIYRを変動させる。

0041

以下では、図8及び図9のフローチャートを参照して、本発明の第1実施形態及び第2実施形態におけるコントローラ63の積分項算出部(駆動制御部)65による具体的な制御内容を説明する。

0042

≪第1実施形態≫
図8は、本発明の第1実施形態におけるコントローラ63の積分項算出部(駆動制御部)65による制御内容を説明するためのフローチャートである。この第1実施形態では、ジャイロセンサ28が、図2に示すように、ボディ本体20の姿勢情報として、「正姿勢」、「90°回転姿勢」、「逆姿勢」、「270°回転姿勢」、「伏せ姿勢」及び「仰向け姿勢」のうちのいずれか1つを取得する。

0043

デジタルカメラ10の電源オン状態において、撮影操作スイッチ26のレリーズスイッチが押されると(ステップS1:YES)、ジャイロセンサ28が、ボディ本体20の姿勢情報を取得する(ステップS2)。ジャイロセンサ28が取得したボディ本体20の姿勢情報は、DSP40を介して、イメージセンサ駆動回路60に出力される。

0044

イメージセンサ駆動回路60のコントローラ63の積分項算出部65は、ジャイロセンサ28が取得したボディ本体20の姿勢情報が「正姿勢」であるときは、係数パラメータ(初期値)KIXを“0”に設定し、係数パラメータ(初期値)KIYL、KIYRを“PWM1G”に設定する(ステップS3)。ボディ本体20が「正姿勢」であるとき、重力加速度はYL、YR方向に−1G(Y軸の負方向に1G)掛かるので、KIYL、KIYRの値は、PWM出力によりY軸の正方向に1Gの力が掛かる値である“PWM1G”に設定する。一方、X軸方向には重力加速度が掛からないので、KIXの値を“0”に設定する。

0045

イメージセンサ駆動回路60のコントローラ63の積分項算出部65は、ジャイロセンサ28が取得したボディ本体20の姿勢情報が「90°回転姿勢」であるときは、係数パラメータ(初期値)KIXを“PWM1G”に設定し、係数パラメータ(初期値)KIYL、KIYRを“0”に設定する(ステップS4)。ボディ本体20が「90°回転姿勢」であるとき、重力加速度はX方向に−1G(X軸の負方向に1G)掛かるので、KIXの値は、PWM出力によりX軸の正方向に1Gの力が掛かる値である“PWM1G”に設定する。一方、YL、YR方向(Y軸方向)には重力加速度が掛からないので、KIYL、KIYRの値を“0”に設定する。

0046

イメージセンサ駆動回路60のコントローラ63の積分項算出部65は、ジャイロセンサ28が取得したボディ本体20の姿勢情報が「逆姿勢」であるときは、係数パラメータ(初期値)KIXを“0”に設定し、係数パラメータ(初期値)KIYL、KIYRを“−PWM1G”に設定する(ステップS5)。ボディ本体20が「逆姿勢」であるとき、重力加速度はYL、YR方向に+1G(Y軸の正方向に1G)掛かるので、KIYL、KIYRの値は、PWM出力によりY軸の負方向に1Gの力が掛かる値である“−PWM1G”に設定する。一方、X軸方向には重力加速度が掛からないので、KIXの値を“0”に設定する。

0047

イメージセンサ駆動回路60のコントローラ63の積分項算出部65は、ジャイロセンサ28が取得したボディ本体20の姿勢情報が「270°回転姿勢」であるときは、係数パラメータ(初期値)KIXを“−PWM1G”に設定し、係数パラメータ(初期値)KIYL、KIYRを“0”に設定する(ステップS6)。ボディ本体20が「270°回転姿勢」であるとき、重力加速度はX方向に+1G(X軸の正方向に1G)掛かるので、KIXの値は、PWM出力によりX軸の負方向に1Gの力が掛かる値である“−PWM1G”に設定する。一方、YL、YR方向(Y軸方向)には重力加速度が掛からないので、KIYL、KIYRの値を“0”に設定する。

0048

イメージセンサ駆動回路60のコントローラ63の積分項算出部65は、ジャイロセンサ28が取得したボディ本体20の姿勢情報が「伏せ姿勢」または「仰向け姿勢」であるときは、X軸方向とY軸方向のいずれにも重力加速度が掛からないので、係数パラメータ(初期値)KIX、KIYL、KIYRをともに“0”に設定する(ステップS7)。

0049

積分項算出部65は、ステップS3〜ステップS7のいずれかにおいて設定した係数パラメータ(初期値)KIX、KIYL、KIYRを用いて、PID制御における積分項(I要素)を算出する。同時に、比例項算出部64がPID制御における比例項(P要素)を算出し、微分項算出部66がPID制御における微分項(D要素)を算出する。そして、比例項算出部64が算出した比例項、積分項算出部65が算出した積分項、及び、微分項算出部66が算出した微分項が、合算器67によって合算され、増幅器68によって増幅される。これにより、像振れ補正装置50を介してイメージセンサ22を光軸直交平面内で駆動するための交流駆動信号が生成される。

0050

生成された交流駆動信号を駆動用コイルC1、C2、C3に流すことによりPID制御に基づくイメージセンサ22の像振れ補正駆動が開始され(ステップS8)、同時に、イメージセンサ22による露光が開始される(ステップS9)。所定の露光時間が経過すると(ステップS10:YES)、イメージセンサ22による露光が終了され(ステップS11)、同時に、交流駆動信号を駆動用コイルC1、C2、C3に流すのを止めることによりPID制御に基づくイメージセンサ22の像振れ補正駆動が終了される(ステップS12)。最後に、イメージセンサ22による撮影画像が、LCD24に表示され、画像メモリ25に記録される(ステップS13)。

0051

≪第2実施形態≫
図9は、本発明の第2実施形態におけるコントローラ63の積分項算出部(駆動制御部)65による制御内容を説明するためのフローチャートである。この第2実施形態では、ジャイロセンサ28が、図3に示すように、ボディ本体20の姿勢情報として、ボディ本体20のロール角θとピッチ角φを取得する。

0052

デジタルカメラ10の電源オン状態において、撮影操作スイッチ26のレリーズスイッチが押されると(ステップS1’:YES)、ジャイロセンサ28が、ボディ本体20の姿勢情報として、ボディ本体20のロール角θとピッチ角φを取得する(ステップS2’)。ジャイロセンサ28が取得したボディ本体20のロール角θとピッチ角φは、DSP40を介して、イメージセンサ駆動回路60に出力される。

0053

イメージセンサ駆動回路60のコントローラ63の積分項算出部65は、ジャイロセンサ28が取得したボディ本体20のロール角θとピッチ角φを使用して、以下の数式により、係数パラメータ(初期値)KIX、KIYL、KIYRを設定する(ステップS3’)。ボディ本体20のロール角θとピッチ角φによって重力加速度が掛かる方向がわかるので、以下の数式により、その重力加速度に反発(相殺)するようなKIX、KIYL、KIYRを設定する。
KIX=PWM1G×sinθ×cosφ
KIYL=PWM1G×cosθ×cosφ
KIYR=PWM1G×cosθ×cosφ

0054

積分項算出部65は、ステップS3’において設定した係数パラメータ(初期値)KIX、KIYL、KIYRを用いて、PID制御における積分項(I要素)を算出する。同時に、比例項算出部64がPID制御における比例項(P要素)を算出し、微分項算出部66がPID制御における微分項(D要素)を算出する。そして、比例項算出部64が算出した比例項、積分項算出部65が算出した積分項、及び、微分項算出部66が算出した微分項が、合算器67によって合算され、増幅器68によって増幅される。これにより、像振れ補正装置50を介してイメージセンサ22を光軸直交平面内で駆動するための交流駆動信号が生成される。

0055

生成された交流駆動信号を駆動用コイルC1、C2、C3に流すことによりPID制御に基づくイメージセンサ22の像振れ補正駆動が開始され(ステップS4’)、同時に、イメージセンサ22による露光が開始される(ステップS5’)。所定の露光時間が経過すると(ステップS6’:YES)、イメージセンサ22による露光が終了され(ステップS7’)、同時に、交流駆動信号を駆動用コイルC1、C2、C3に流すのを止めることによりPID制御に基づくイメージセンサ22の像振れ補正駆動が終了される(ステップS8’)。最後に、イメージセンサ22による撮影画像が、LCD24に表示され、画像メモリ25に記録される(ステップS9’)。

0056

このように本実施形態の撮影装置(10)では、駆動制御部(60、63、65)が、姿勢情報取得部(28)が取得したボディ本体(20)の姿勢情報に応じて、駆動機構(50)による像振れ補正部材(22)の駆動量を補正するので、ボディ本体(20)の姿勢の影響を受けることなく、像振れ補正部材(22)を高精度に且つ応答性能良くフィードバック制御することができる。

0057

とりわけ本実施形態では、コントローラ63の積分項算出部(積分器)65が、デジタルカメラ10のボディ本体20の姿勢に応じて、PID制御にて積分項(I要素)を算出するための初期値である係数パラメータKIX、KIYL、KIYRを決定する。これにより、初期値と定常値の差を小さくして(初期値を定常値に近づけて)、デジタルカメラ10のボディ本体20の姿勢が変化した後(外乱の入力後)に積分項算出部(積分器)65が定常値(定常状態)になるまでの時間を短縮して、イメージセンサ(像振れ補正部材)22を高精度に且つ応答性能良くPID制御することができる。

0058

以上の実施形態では、デジタルカメラ10のイメージセンサ22を像振れ補正部材としてこれをフィードバック制御(PID制御)する場合を例示して説明した。しかし本発明は、姿勢が変化し得るボディ本体に収容された制御対象物をフィードバック制御(PID制御)する場合に全般的に適用することができる。すなわち本発明は、駆動制御装置の態様では、制御対象物と、前記制御対象物を収容するボディ本体と、前記ボディ本体内で前記制御対象物を駆動する駆動機構と、前記ボディ本体の姿勢情報を取得する姿勢情報取得部と、前記制御対象物の制御目標位置と現在位置の偏差に基づいて、前記駆動機構による前記制御対象物の駆動をフィードバック制御する駆動制御部と、を有し、前記駆動制御部は、前記姿勢情報取得部が取得した前記ボディ本体の姿勢情報に応じて、前記駆動機構による前記制御対象物の駆動量を補正する、ことを特徴としている。また本発明は、駆動制御方法の態様では、制御対象物と、前記制御対象物を収容するボディ本体と、前記ボディ本体内で前記制御対象物を駆動する駆動機構と、を有する駆動装置において、前記ボディ本体の姿勢情報を取得する姿勢情報取得ステップと、前記制御対象物の制御目標位置と現在位置の偏差に基づいて、前記駆動機構による前記制御対象物の駆動をフィードバック制御する駆動制御ステップと、を有し、前記駆動制御ステップでは、前記姿勢情報取得ステップで取得した前記ボディ本体の姿勢情報に応じて、前記駆動機構による前記制御対象物の駆動量を補正する、ことを特徴としている。いずれの態様であっても、ボディ本体の姿勢の影響を受けることなく、制御対象物を高精度に且つ応答性能良くフィードバック制御(PID制御)することができる。

0059

以上の実施形態では、イメージセンサ22を「像振れ補正部材」として、このイメージセンサ22を光軸直交平面内で駆動する態様を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、撮影レンズ群(撮影光学系)31の少なくとも一部をなす光学要素を「像振れ補正部材」として、この光学要素を撮影レンズ30内に設けたボイスコイルモータ(駆動機構)によって光軸直交平面内で駆動する態様も可能である。あるいは、イメージセンサ22と撮影レンズ群(撮影光学系)31の少なくとも一部をなす光学要素を「像振れ補正部材」として、これらを光軸直交平面内で駆動する態様も可能である。いずれの態様であっても、イメージセンサ22上への被写体像の結像位置を変位させて像振れを補正することができる。

0060

以上の実施形態では、像振れ補正動作を実行するために、像振れ補正装置(駆動機構)50を介してイメージセンサ(像振れ補正部材)22を光軸直交平面内で駆動する場合を例示して説明したが、イメージセンサ(像振れ補正部材)22を駆動する方向はこれに限定されず、撮影光学系の光軸と異なる方向であればよい。

0061

以上の実施形態では、ジャイロセンサ(姿勢情報取得部)28が、デジタルカメラ10のボディ本体20の姿勢情報として、ボディ本体20のロール角とピッチ角の双方を取得する場合を例示して説明した。しかし、ジャイロセンサ(姿勢情報取得部)28が取得するデジタルカメラ10のボディ本体20の姿勢情報はこれに限定されるものではなく、例えば、ボディ本体20のロール角とピッチ角のいずれか一方であってもよい。

0062

以上の実施形態では、DSP40とイメージセンサ駆動回路60を別々の構成要素(ブロック)として描いているが、これらを単一の構成要素(ブロック)として実現する態様も可能である。

0063

以上の実施形態では、像振れ補正装置(駆動機構)50の構成として、固定支持基板51に磁石M1、M2、M3及びヨークY1、Y2、Y3を固定し、可動ステージ52に駆動用コイルC1、C2、C3を固定した場合を例示して説明したが、この位置関係を逆にして、可動ステージに磁石及びヨークを固定し、固定支持基板に駆動用コイルを固定する態様も可能である。

0064

以上の実施形態では、ボディ本体20と撮影レンズ30を着脱可能(レンズ交換可能)とする態様を例示して説明したが、ボディ本体20と撮影レンズ30を着脱不能(レンズ交換不能)とする態様も可能である。

0065

10デジタルカメラ(撮影装置)
20 ボディ本体
21シャッタ(撮影光学系)
22イメージセンサ(像振れ補正部材)
23絞り/シャッタ駆動回路
24 LCD
25画像メモリ
26撮影操作スイッチ
27 像振れ補正操作スイッチ
28ジャイロセンサ(姿勢情報取得部、振れ検出部)
30撮影レンズ
31撮影レンズ群(撮影光学系、像振れ補正部材)
32 絞り(撮影光学系)
33通信用メモリ
40 DSP
50 像振れ補正装置(駆動機構)
51固定支持基板
52可動ステージ
M1 M2 M3磁石
Y1 Y2 Y3ヨーク
C1 C2 C3駆動用コイル
H1 H2 H3ホールセンサ
60 イメージセンサ駆動回路(駆動制御部)
61加算部
62ゲイン部
63コントローラ(駆動制御部)
64比例項算出部
64Aアンプ
65積分項算出部(積分器、駆動制御部)
65A アンプ
66微分項算出部(微分器)
66A アンプ
67合算器
68 増幅器

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