JP2008176063A - カメラモジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】位置検出を行なわなくても精度よくフォーカス制御を行なうことが可能なカメラモジュールを提供すること。
【解決手段】アクチュエータ6は、圧電素子を伸縮させることにより、圧電素子に固着された駆動部に対して摩擦係合される移動体を移動させて、移動体に連結された光学系1を駆動する。フォーカス評価部3は、撮像素子2によって得られた画像のフォーカスを評価する。アクチュエータ制御部4は、単位駆動量aずつアクチュエータ6を駆動しながらフォーカス評価部3にフォーカスの評価を行なわせ、累計駆動量Pamaxとなってもフォーカス点が得られない場合には、単位駆動量aよりも大きい単位駆動量bずつアクチュエータ6を駆動しながらフォーカス評価部3にフォーカスの評価を行なわせる。したがって、位置検出を行なわなくても精度よくフォーカス制御を行なうことが可能となる。
【選択図】図1
【解決手段】アクチュエータ6は、圧電素子を伸縮させることにより、圧電素子に固着された駆動部に対して摩擦係合される移動体を移動させて、移動体に連結された光学系1を駆動する。フォーカス評価部3は、撮像素子2によって得られた画像のフォーカスを評価する。アクチュエータ制御部4は、単位駆動量aずつアクチュエータ6を駆動しながらフォーカス評価部3にフォーカスの評価を行なわせ、累計駆動量Pamaxとなってもフォーカス点が得られない場合には、単位駆動量aよりも大きい単位駆動量bずつアクチュエータ6を駆動しながらフォーカス評価部3にフォーカスの評価を行なわせる。したがって、位置検出を行なわなくても精度よくフォーカス制御を行なうことが可能となる。
【選択図】図1
Description
本発明は、携帯電話機などに搭載されるカメラのフォーカスを制御する技術に関し、特に、圧電素子を利用したアクチュエータにより光学系などの被駆動体の位置制御を行なうカメラモジュールに関する。
近年、携帯電話機の高機能化が進んでおり、カメラ機能を取り入れた製品も多く開発されている。このような携帯電話機においては、一般にカメラモジュールと云われる部品が搭載されている。
カメラモジュールは、画像撮像用のCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子、画像を撮像素子に結像するためのレンズなどを含んだ光学系、これらを支持および保護するための筐体などによって構成される。
以前は撮像画像のフォーカス制御が不要なパンフォーカス式のカメラモジュールが採用されていたが、最近では撮像素子の画素数が増え、撮像性能が向上してきたため撮像画像のフォーカス制御が必要になってきている。フォーカス制御を行なうためには、カメラモジュール内の光学系の一部または全部を可動とする必要がある。
たとえば、レンズを可動とするためには駆動源(アクチュエータ)が必要である。カメラのフォーカス制御において、フィルムカメラ、デジタルスチルカメラなどに搭載されているアクチュエータ技術が多数存在するが、携帯電話機に搭載されるカメラモジュールに要求されるサイズは通常のカメラに搭載されるカメラモジュールとは比較にならないほど小さい。したがって、通常のカメラに用いられるアクチュエータを搭載することは不可能であり、特殊な小型のアクチュエータが必要になる。
小型のアクチュエータとしては、圧電素子を利用したアクチュエータがあり、下記の特許文献1などに開示されている。圧電素子を利用したアクチュエータは、圧電素子の伸縮性を利用したものである。
また、圧電素子に駆動電圧を与え、電気的に伸縮させることでこれに固定された駆動部材を振動させ、駆動部材と摩擦係合された移動体との間の摩擦を利用して、移動体を変位させるものもある。
特開2006−189648号公報
上述のように携帯電話機の多機能化が進み、携帯電話機内における各部品のスペース確保が難しくなってきている。また、ユーザからは携帯電話機のさらなる小型化・薄型化の要求が強く、使用部品の小型化にも拍車がかかっている。
このような状況において、カメラモジュールにも同様の要求が強いが、カメラモジュールを構成する部品である撮像素子、光学系、レンズ可動用アクチュエータ、筐体などは必須の部品であり、工夫によって小型化が可能であっても、それを省略することは不可能である。
上述のように特許文献1には、圧電素子を利用したアクチュエータを用いてフォーカス制御を行なう技術が記載されており、移動体の位置を検出するために位置センサがさらに配設されている。
特に、摩擦係合された移動体(光学系)を摩擦力で動かす技術を用いた場合、摩擦部材の経年変化、環境温湿度特性などによって摩擦力が変動するため、圧電素子に対して同じ入力をする場合でも移動体の移動量がばらつくことになる。そのため、目的の位置に移動体を移動させる場合にも、移動体の移動量を検出することが必要になる。
しかしながら、移動体の移動量を検出するためには、位置センサ、位置センサに通電するための基板やコネクタ類、これらを支持するための支持部材などが必要となり、カメラモジュールを小型化するのが困難であるといった問題点があった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、第1の目的は、位置検出を行なわなくても精度よくフォーカス制御を行なうことが可能なカメラモジュールを提供することである。
本発明の第2の目的は、位置センサを設けないことにより小型化が可能なカメラモジュールを提供することである。
本発明のある局面に従えば、カメラモジュールは、光学系と、光学系によって結像された被写体を撮像する撮像手段と、撮像手段によって得られた画像のフォーカスを評価する評価手段と、光学系または前記撮像手段を駆動するアクチュエータと、アクチュエータを制御して、光学系または撮像手段の変位を制御する制御手段とを含み、アクチュエータは、圧電素子を伸縮させることにより、圧電素子に固着された駆動部に対して摩擦係合される移動体を移動させて、移動体に連結された光学系または撮像手段を駆動し、制御手段は、第1の単位駆動量ずつアクチュエータを駆動しながら評価手段にフォーカスの評価を行なわせ、評価結果に応じて単位駆動量を第1の単位駆動量と異なる第2の単位駆動量に変更し、第2の単位駆動量ずつアクチュエータを駆動しながら評価手段にフォーカスの評価を行なわせる。
好ましくは、制御手段は、第1の単位駆動量ずつアクチュエータを駆動しながら評価手段にフォーカスの評価を行なわせ、第1の累計駆動量となってもフォーカス点が得られない場合には、第1の単位駆動量よりも大きい第2の単位駆動量ずつアクチュエータを駆動しながら評価手段にフォーカスの評価を行なわせる。
好ましくは、制御手段は、第1の単位駆動量ずつアクチュエータを駆動しながら評価手段にフォーカスの評価を行なわせ、第1の累計駆動量となってもフォーカス点が得られない場合には、第1の単位駆動量よりも大きい第2の単位駆動量ずつアクチュエータを駆動しながら評価手段にフォーカスの評価を行なわせ、第2の累計駆動量となってもフォーカス点が得られない場合には、第2の単位駆動量よりも大きい第3の単位駆動量ずつアクチュエータを駆動しながら評価手段にフォーカスの評価を行なわせる。
好ましくは、制御手段は、第1の単位駆動量ずつアクチュエータを駆動しながら評価手段にフォーカスの評価を行なわせ、所定のフォーカス値が得られた場合には、第1の単位駆動量よりも小さい第2の単位駆動量ずつアクチュエータを駆動しながら評価手段にフォーカスの評価を行なわせる。
好ましくは、単位駆動量によって想定される光学系または撮像手段の変位量を所定変位量とすると、所定変位量は、圧電素子を所定回伸縮させたときに得られる移動体の変位量に基づいて決定される。
好ましくは、単位駆動量によって想定される光学系または撮像手段の変位量を所定変位量とすると、所定変位量は、撮像手段の画素ピッチに基づいて決定される。
好ましくは、単位駆動量によって想定される光学系または撮像手段の変位量を所定変位量とすると、所定変位量は、評価手段によるフォーカス評価精度に基づいて決定される。
好ましくは、単位駆動量によって想定される光学系または撮像手段の変位量を所定変位量とすると、所定変位量は、圧電素子を所定回伸縮させたときに得られる移動体の変位量に基づいて決定される値、撮像手段の画素ピッチに基づいて決定される値、および評価手段によるフォーカス評価精度に基づいて決定される値の中の最大値である。
好ましくは、単位駆動量によって想定される光学系または撮像手段の変位量は、光学系または撮像手段の最大変位距離を等分割した値である。
本発明のある局面によれば、制御手段が、第1の単位駆動量ずつアクチュエータを駆動しながら評価手段にフォーカスの評価を行なわせ、評価結果に応じて単位駆動量を第1の単位駆動量と異なる第2の単位駆動量に変更し、第2の単位駆動量ずつアクチュエータを駆動しながら評価手段にフォーカスの評価を行なわせるので、位置検出を行なわなくても精度よくフォーカス制御を行なうことが可能となる。また、位置センサを設ける必要がないためカメラモジュールを小型化することが可能となる。
また、制御手段が、第1の単位駆動量ずつアクチュエータを駆動しながら評価手段にフォーカスの評価を行なわせ、第1の累計駆動量となってもフォーカス点が得られない場合には、第1の単位駆動量よりも大きい第2の単位駆動量ずつアクチュエータを駆動しながら評価手段にフォーカスの評価を行なわせるので、さらに精度よくフォーカス制御を行なうことが可能となる。
また、制御手段が、第1の単位駆動量ずつアクチュエータを駆動しながら評価手段にフォーカスの評価を行なわせ、第1の累計駆動量となってもフォーカス点が得られない場合には、第1の単位駆動量よりも大きい第2の単位駆動量ずつアクチュエータを駆動しながら評価手段にフォーカスの評価を行なわせ、第2の累計駆動量となってもフォーカス点が得られない場合には、第2の単位駆動量よりも大きい第3の単位駆動量ずつアクチュエータを駆動しながら評価手段にフォーカスの評価を行なわせるので、さらに精度よくフォーカス制御を行なうことが可能となる。
また、制御手段が、第1の単位駆動量ずつアクチュエータを駆動しながら評価手段にフォーカスの評価を行なわせ、所定のフォーカス値が得られた場合には、第1の単位駆動量よりも小さい第2の単位駆動量ずつアクチュエータを駆動しながら評価手段にフォーカスの評価を行なわせるので、短時間でフォーカス位置を求めることが可能となる。
また、単位駆動量によって想定される光学系または撮像手段の変位量を所定変位量とすると、所定変位量は、圧電素子を所定回伸縮させたときに得られる移動体の変位量に基づいて決定されるので、所定変位量に対応する単位駆動量を容易に求めることが可能となる。
また、所定変位量は、撮像手段の画素ピッチに基づいて決定されるので、フォーカス点においては被写体の1点が撮像手段の1画素に収まるようになり、精度よくフォーカス制御を行なうことが可能となる。
また、所定変位量は、評価手段によるフォーカス評価精度に基づいて決定されるので、フォーカス評価値を精度よく求めることができ、精度よくフォーカス制御を行なうことが可能となる。
また、所定変位量は、圧電素子を所定回伸縮させたときに得られる移動体の変位量に基づいて決定される値、撮像手段の画素ピッチに基づいて決定される値、および評価手段によるフォーカス評価精度に基づいて決定される値の中の最大値であるので、さらに精度よくフォーカス制御を行なうことが可能となる。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるカメラモジュールの構成例を示すブロック図である。このカメラモジュールは、光学系1と、撮像素子2と、フォーカス評価部3と、アクチュエータ制御部4と、駆動部5と、アクチュエータ6とを含む。
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるカメラモジュールの構成例を示すブロック図である。このカメラモジュールは、光学系1と、撮像素子2と、フォーカス評価部3と、アクチュエータ制御部4と、駆動部5と、アクチュエータ6とを含む。
光学系1は、レンズ、ミラーなどの光学部品と、それらを支持する部材とで構成され、被写体像を撮像素子2に結像させる。
撮像素子2は、CCD、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などのイメージセンサによって構成され、光学系1によって結像された像を受光して電気信号に変換する。
フォーカス評価部3は、撮像素子2によって得られた画像を評価し、被写体に対してフォーカスが得られているか否かを自動的に判断する。このフォーカス評価方法の詳細は後述する。
アクチュエータ制御部4は、フォーカス評価部3による評価結果に基づいて、光学系1を駆動するアクチュエータ6の移動を制御するために駆動部5に情報を出力する。駆動部5は、アクチュエータ制御部4からの情報を受け、アクチュエータ6を制御する。
アクチュエータ6は、圧電素子を利用した小型アクチュエータであり、光学系1を駆動して被写体像が撮像素子2に結像されるように光学系1の相対位置を変更する。
図2は、バイモルフ圧電素子を用いたアクチュエータ6の動作原理を説明するための図である。図2(a)は、圧電素子12に所定の電圧Vを与えたところを示している。圧電素子12の両側には電極11および13が設けられており、図2(a)に示すように電圧Vを与えたときに圧電素子12が収縮するように分極処理されている。また、図2(b)に示すように圧電素子12に逆電圧を与えると圧電素子12は伸張する。
図2(c)は、バイモルフ型のアクチュエータの動作原理を説明するための図である。芯材17の両側に2つの圧電素子12−1および12−2を取り付け、芯材17の左端を図示しない静止物に固定する。圧電素子12−1の両側に設けられた電極11−1および13−1に交流電圧を与え、圧電素子12−2の両側に設けられた電極11−2および13−2に逆位相の交流電圧を与えると、一方の圧電素子が収縮したときは他方の圧電素子が伸張する。そのため、図2(c)の右端に示す矢印のように交流電圧の半周期ごとに芯材17の右端が上下に変位する。
図2(d)は、アクチュエータ6の一例を示す図である。このアクチュエータ6は、図2(c)に示すバイモルフ型のアクチュエータを2組用いたものであり、リンク材16の左側には2つの圧電素子12−1および12−2が取り付けられ、その左端が静止物14−1に固定される。また、リンク材16の右側には2つの圧電素子12−3および12−4が取り付けられ、その右側が静止物14−2に固定される。リンク材16は弾性体によって構成され、その中央には駆動体15が取り付けられている。
圧電素子12−1の両側に設けられた電極11−1と13−1との間に入力電圧V1を与え、圧電素子12−2の両側に設けられた電極11−2と13−2との間にその逆電圧を与える。
また、圧電素子12−3の両側に設けられた電極11−3と13−3との間に入力電圧V2を与え、圧電素子12−4の両側に設けられた電極11−4と13−4との間にその逆電圧を与える。
図3は、図2(d)に示すアクチュエータ6に与える電圧V1およびV2を示す図である。入力電圧V1およびV2は、互いに逆位相となる交流電圧であり、1周期を1ステップとする。この入力電圧V1およびV2をアクチュエータ6に与えると、図2(d)に示すバイモルフ1とバイモルフ2とが逆方向に変位する。
図4は、図2(d)に示すアクチュエータ6の変位によって駆動体15がどのように移動するかを説明するための図である。アクチュエータ6に、図3に示す入力電圧V1およびV2を与えた場合、図3に示す往時の期間ではアクチュエータ6の各部が実線で示すように変位する。その結果、駆動体15が実線で示す方向に移動する。また、図3に示す復時の期間ではアクチュエータ6の各部が点線で示すように変位する。その結果、駆動体15が点線で示す方向に移動する。
駆動体15の上部には移動体20が配置されており、駆動体15と摩擦係合するように移動体20が与圧されている。図3に示すように、往時の期間と復時の期間とを異ならせることにより、移動体20を左右方向に移動させることが可能となる。
すなわち、往時と復時とでは駆動体15の変位量は同じであるが、変位に要する時間が異なっているため、往時と復時とでは駆動体15の速度が異なっている。図3の様に電圧を加えると、往時の方が復時よりも速度が遅くなっている。そのため、往時の期間の方が復時の期間よりも駆動体15の加速度が小さくなり、駆動体15にかかる力も弱くなる。この往復時の駆動体15の駆動力と、移動体20と駆動体15との間の摩擦力との関係から移動体20を変位させることが可能である。
往時において、駆動体15の駆動力が、移動体20と駆動体15との間の摩擦力よりも小さい場合、移動体20は駆動体15の駆動方向には力がかかっていないので、駆動体15の動きに同期して右方向に移動する。
また、復時において、駆動体15の駆動力が、移動体20と駆動体15との間の静止摩擦力よりも大きい場合、移動体20は駆動体15の動きに対して滑るような格好でやや左方向に移動するが、このときの変位量は往時の変位量よりも小さい。
図5は、図3に示す交流電圧を繰返しアクチュエータ6に与えたときの移動体20の変位を示す図である。移動体20は、往時における変位と復時における変位とを繰返しながら、右方向に移動していく。往時と復時とを合わせて1ステップとすると、1ステップで移動体20が移動する移動量は、往時における変位量と復時における変位量との差である。
したがって、移動体20と光学系1とをリンク部材で結合しておけば、アクチュエータ6を用いて光学系1を駆動することが可能となる。移動体20を逆方向に移動させる場合には、往時の期間を復時の期間よりも短くすることにより可能である。このように、アクチュエータ6によって、移動体20および光学系1を順方向および逆方向に移動させることが可能である。
次に、フォーカス評価部3におけるフォーカス評価について説明する。図6は、カメラモジュールによって撮像される被写体の一例を示す図である。カメラモジュールによってこのような被写体を撮像し、得られた画像のフォーカスを評価する方法は多々あるが、本実施の形態においては画像の明度ヒストグラムから評価する方法について説明する。
図7は、図6に示す被写体を撮像するときのフォーカスの評価方法を説明するための図である。図7(a)は、被写体を撮像する際にフォーカスが合った場合の明度ヒストグラムを示す図である。この明度ヒストグラムは、横軸に画素の明るさ、縦軸に画素の度数をとったものである。
明度ヒストグラムにおいて、フォーカス評価の基準となる度数をMoとし、Mo以上の度数を有する明るさが連続する範囲の最大値をフォーカス評価値Cとする。図7(a)において、フォーカスが合っているときの評価値はC=Coとなっている。
一般に、フォーカスが合っているときの画像のコントラストは高くなる。一方、同じ画像を撮像する場合でも、フォーカスが合っていなければ画像のコントラストは低くなり、画像全体が中間的な明るさになる。
図7(b)は、被写体を撮像する際にフォーカスが合っていない場合の明度ヒストグラムを示す図である。図7(b)において、フォーカスが合っていないときの評価値はC=Cxとなっている。図7(a)および図7(b)のヒストグラムから、Co>Cxとなっているのが分かる。
図8は、光学系1と撮像素子2との間の距離と、フォーカス評価値Cとの関係を示す図である。光学系1と撮像素子2との間の距離がFoのときに撮像画像のフォーカスが合ったとすると、そのときのフォーカス評価値Cが最大となり、その値がCoになる。そして、光学系1と撮像素子2との間の距離がFoから離れるにしたがってフォーカス評価値Cが小さくなっていく。
なお、図7においては、撮像画像全体に含まれる画素について明度ヒストグラムを作成する場合を説明したが、撮像画素の一部に対して同様の処理を行なうようにしても同様の結果が得られる。
図9は、図6〜図8を用いて説明したフォーカス評価方法を用いてどのようにフォーカス制御を行なうかを説明するための図である。撮影時には光学系1を最初に基準位置に移動しておく必要がある。図9においては、たとえば、この基準位置を初期位置F1とする。
光学系1はこの初期位置F1から、設計上設定され得る最大移動位置であるMAX位置(最大駆動量:Pmax)まで移動することが可能であるとする。図9においては、横軸に光学系1を移動させるアクチュエータ6の駆動量(ステップ数)、縦軸に光学系1の位置をとっている。
初期位置F1から光学系1を徐々に移動させてゆき、移動するごとにフォーカス評価を行なうものとし、初期位置F1におけるフォーカス評価値をC1とする。次に、光学系1を所定変位量Lだけ移動させた位置F2におけるフォーカス評価値をC2とする。ここで、フォーカス評価値C1とC2とを比較する。そして、C1≦C2ならば、図8に示すグラフから位置F2は未だフォーカス点に達していないことが分かる。
さらに光学系1を所定変位量Lだけ移動させた位置F3におけるフォーカス評価値をC3とする。ここで、フォーカス評価値C2とC3とを比較する。そして、C2≦C3ならば、図8に示すグラフから位置F3は未だフォーカス点に達していないことが分かる。
これを繰返し、それぞれの位置F1,F2,F3,…,Fn(n=1,2,3,…)におけるフォーカス評価値をC1,C2,C3,…,Cnとすれば、図8に示すグラフからCn>Cn+1となる位置Fnが存在する。すなわち、フォーカスが合ったときの光学系1の位置がFnである。なお、光学系1を移動させるときの所定変位量Lに任意の値を設定するようにしてもよいし、後述する値を設定するようにしてもよい。
図10は、カメラモジュールの光学系1を移動してどのようにフォーカス制御を行なうかを説明するための図である。光学系1と撮像素子2とが筐体7内に収められている。上述のようにアクチュエータ6と移動体20とが摩擦係合するように配置され、光学系1と移動体20とが連結部材21で連結されている。移動体20を移動することにより光学系1も移動でき、光学系1と撮像素子2との間の距離を変更できるようになっている。
上述のように、光学系1を初期位置から徐々に移動してゆき、移動するごとにフォーカス評価を行なうことによってフォーカス制御が行なわれる。ただし、位置センサが設けられていないため、アクチュエータ6による駆動によって光学系1が所定変位量Lだけ移動したか否かは分からない。
その理由は、アクチュエータ6が移動体20を摩擦によって移動させるが、摩擦部材の経年変化、環境温湿度などによって摩擦力が変動するため、アクチュエータ6に一定の交流電圧を入力しても移動体20の移動量がばらつくためである。
図11は、アクチュエータ6の駆動量を1回だけ変化させてフォーカス制御を行なう方法を説明するための図である。図11において、駆動量に対して最も効率よく光学系1を駆動できるときの特性をAとし、最も効率がよくないときの特性をBとしている。すなわち、駆動量に対する光学系位置の特性は、特性Aと特性Bとの間に入っているものとする。
また、光学系1を所定変位量Lだけ移動させるのに必要な、アクチュエータ6に与える駆動量を単位駆動量とすると、特性Aを想定した場合の単位駆動量はaとなる。ここで、単位駆動量aとは、アクチュエータ6に図3に示す駆動電圧の1ステップをa回入力したときの駆動量である。同様に、特性Bを想定した場合の単位駆動量はbとなる。
最初に、特性Aを想定してフォーカス制御が行なわれる。この理由は、最初に特性Bを想定してフォーカス制御を行なうとすると、単位駆動量がbとなって特性Aを想定した場合の駆動量aよりも大きくなるため、実際の特性がAであった場合には単位駆動量bだけ駆動したときの光学系1の変位量が所定変位量Lよりも大きくなってしまい、フォーカス精度が低下する可能性があるためである。
まず、光学系1を初期位置F1に移動する。この移動においては、最も駆動効率がよくない特性Bを想定し、かつ光学系1が最大移動位置であるMAX位置にあると想定して、初期位置に移動させるのに必要な駆動量を与える。仮に、特性がBでない場合、または光学系1が最大移動位置であるMAX位置にない場合には、初期位置に戻った後も光学系1に対してアクチュエータ6による駆動が行なわれる。
しかしながら、本実施の形態においては、駆動体15と移動体20との間の摩擦力によって光学系1を駆動するので、移動体20または光学系1が外力によって動きが制限される場合には、単に駆動体15が移動体20に対して滑るだけであり、カメラモジュールの部品が破損するようなことはない。
アクチュエータ制御部4は、アクチュエータ6に駆動方向と駆動量とを与えるように駆動部5を制御する。駆動部5は、アクチュエータ制御部4から与えられた駆動方向および駆動量となるように交流電圧を発生させ、アクチュエータ6に印加する。
フォーカス評価部3は、初期位置F1におけるフォーカス評価値C1を算出する。次に、アクチュエータ制御部4は、光学系1を所定変位量Lだけ移動させるために単位駆動量aだけアクチュエータ6を駆動する。フォーカス評価部3は、この位置F2におけるフォーカス評価値C2を算出する。
さらに、アクチュエータ制御部4は、光学系1を所定変位量Lだけ移動させるために単位駆動量aだけアクチュエータ6を駆動する。フォーカス評価部3は、この位置F3におけるフォーカス評価値C3を算出する。
これを繰返し、それぞれの位置F1,F2,F3,…,Fn(n=1,2,3,…)におけるフォーカス評価値をC1,C2,C3,…,Cnとすれば、図8に示すグラフからCn>Cn+1となる位置Fnが存在する。すなわち、フォーカスが合ったときの光学系1の位置がFnである。
しかしながら、実際の特性がBである場合には、光学系1の位置を最大移動位置であるMAX位置と考えている点までアクチュエータ6に駆動量を与えてもフォーカス点が得られないことがある。図11において、MAX位置であると考えている点まで駆動した位置というのは、アクチュエータ6に駆動量をPamaxまで与えたときの位置である。
初期位置からの駆動量の累計がPamaxまで達してもフォーカス点が得られない場合には、実際の特性がBであると考え、単位駆動量をaからbに変更する。すなわち、Pamax位置からアクチュエータ6を単位駆動量bだけ駆動し、その位置におけるフォーカス評価値を算出する。さらに、アクチュエータ6を単位駆動量bだけ駆動し、その位置におけるフォーカス評価値を算出する。
これを繰返し、それぞれの位置におけるフォーカス評価値を算出すれば、図8に示すグラフからCn>Cn+1となる位置Fnが存在する。すなわち、フォーカスが合ったときの光学系1の位置がFnである。
図12は、本発明の第1の実施の形態におけるカメラモジュールの処理手順を説明するためのフローチャートである。まず、アクチュエータ制御部4が駆動部5を制御することによりアクチュエータ6を駆動し、光学系1を初期位置F1に移動させる(S1)。そして、初期位置からの累計駆動量(アクチュエータ6に与える累計ステップ数)をPとし、その値を0に初期化する(S2)。
次に、光学系1を所定変位量Lだけ移動させる単位駆動量をSとし、その値をaとする(S3)。なお、光学系1を単位駆動量だけ駆動するというのは、アクチュエータ制御部4がアクチュエータ6にSステップの駆動を行なわせるのと同義である。
フォーカス評価部3は、光学系1が初期位置F1にあるときのフォーカス評価値を算出し、その値をC1とする(S4)。そして、アクチュエータ制御部4が駆動部5を制御することによりアクチュエータ6を単位駆動量Sだけ駆動し、光学系1を所定変位量Lだけ移動させる(S5)。
フォーカス評価部3は、光学系1が位置F2にあるときのフォーカス評価値を算出し、その値をC2とする(S6)。そして、前回のフォーカス評価値C1と現在のフォーカス評価値C2とを比較する(S7)。なお、ステップS5〜S9の処理が繰返し行なわれることを考慮して、ステップ7においては、前回のフォーカス評価値をCn、現在のフォーカス評価値をCn+1(n=1,2,3,…)としている。
現在の評価値C2が前回の評価値C1以上であれば(S7,Yes)、フォーカス評価部3は、未だフォーカス点に達していないと判断し、累計駆動量Pに単位駆動量Sを加算する(S8)。そして、累計駆動量Pが特性Aにおける最大駆動量Pamax以上であるか否かを判定する(S9)。累計駆動量Pが最大駆動量Pamax未満であれば(S9,No)、ステップS5に戻って以降の処理を繰返す。累計駆動量Pが最大駆動量Pamax以上であれば(S9,Yes)、単位駆動量Sを特性Bにおける単位駆動量bとし(S10)、ステップS12に処理が進む。
ステップS7において、現在の評価値Cn+1が前回の評価値Cnよりも小さければ(S7,No)、ステップS11に進む。
ステップS12において、アクチュエータ制御部4が駆動部5を制御することによりアクチュエータ6を単位駆動量S(=b)だけ駆動し、光学系1を所定変位量Lだけ移動させる。
フォーカス評価部3は、光学系1の現在位置におけるフォーカス評価値を算出し、その値をCn+1とする(S13)。そして、前回のフォーカス評価値Cnと現在のフォーカス評価値Cn+1とを比較する(S14)。
現在の評価値Cn+1が前回の評価値Cn以上であれば(S14,Yes)、フォーカス評価部3は、未だフォーカス点に達していないと判断し、累計駆動量Pに単位駆動量Sを加算する(S15)。そして、累計駆動量Pが特性Bにおける最大駆動量Pbmax以上であるか否かを判定する(S16)。累計駆動量Pが最大駆動量Pbmax未満であれば(S16,No)、ステップS12に戻って以降の処理を繰返す。累計駆動量Pが最大駆動量Pbmax以上であれば(S16,Yes)、システムに何らかのトラブルが発生していると考え、エラーとして処理を終了する(S17)。
ステップS14において、現在の評価値Cn+1が前回の評価値Cnよりも小さければ(S14,No)、ステップS11に進む。
フォーカス点Fnが得られたときの実際の光学系1の位置はFn+1であるので、光学系1をFnの位置に戻す方が望ましい。したがって、ステップS11において、光学系1をFn+1の位置からFnの位置に戻すために、アクチュエータ制御部4は、光学系1をそのときの単位駆動量だけ逆方向に駆動するよう制御を行なう。
以上説明したように、本実施の形態におけるカメラモジュールにおいては、最初に特性Aを想定してアクチュエータ6を駆動し、初期位置からの駆動量の累計がPamaxまで達してもフォーカス点が得られない場合には、実際の特性がBであるとして単位駆動量をaからbに変更するようにしたので、位置検出を行なわなくても精度よくフォーカス制御を行なうことが可能となった。
また、位置検出を行なうための位置センサを設ける必要がないため、カメラモジュールを小型化することが可能となった。
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態におけるカメラモジュールの構成は、図1に示す第1の実施の形態におけるカメラモジュールの構成と同様である。したがって、重複する構成および機能の詳細な説明は繰返さない。
本発明の第2の実施の形態におけるカメラモジュールの構成は、図1に示す第1の実施の形態におけるカメラモジュールの構成と同様である。したがって、重複する構成および機能の詳細な説明は繰返さない。
本発明の第1の実施の形態においては、最初に特性Aを想定してアクチュエータ6を駆動し、特性Aでないと判断した場合には、特性Bであると判断して単位駆動量をaからbに変更した。しかしながら、実際の特性がAとBとの間であることも考えられる。その場合に、単位駆動量をaからbに変更しただけでは、実際の変位量が所定変位量Lよりも大きくなってしまい、フォーカス制御の精度が粗くなってしまう。
本発明の第2の実施の形態においては、駆動量に対する光学系1の位置の特性の数を増やすことにより、フォーカス制御の精度が粗くなるのを防止するものである。その一例として、特性Aと特性Bとの間に中間的な特性Cを設けて、フォーカス制御を行なう場合について説明する。
図13は、アクチュエータ6の駆動量を2回変化させてフォーカス制御を行なう方法を説明するための図である。図13において、駆動量に対して最も効率よく光学系1を駆動できるときの特性をAとし、最も効率がよくないときの特性をBとし、その中間的な特性をCとしている。
また、光学系1を所定変位量Lだけ移動させるのに必要な、アクチュエータ6に与える駆動量を単位駆動量とすると、特性Aを想定した場合の単位駆動量はa、特性Bを想定した場合の単位駆動量はb、特性Cを想定した場合の単位駆動量はcとなる。
最初に、特性Aを想定してフォーカス制御が行なわれる。まず、光学系1を初期位置F1に移動する。この移動においては、最も駆動効率がよくない特性Bを想定し、かつ光学系1が最大移動位置であるMAX位置にあると想定して、初期位置に移動させるのに必要な駆動量を与える。
図11を用いて説明したのと同様の方法により、フォーカス評価部3は、それぞれの位置F1,F2,F3,…,Fn(n=1,2,3,…)におけるフォーカス評価値C1,C2,C3,…,Cnを算出し、Cn>Cn+1となる位置Fnの検出を行なう。
しかしながら、実際の特性がCである場合には、光学系1の位置を最大移動位置であるMAX位置と考えている点までアクチュエータ6に駆動量を与えてもフォーカス点が得られないことがある。図13において、MAX位置であると考えている点まで駆動した位置というのは、アクチュエータ6に駆動量をPamaxまで与えたときの位置である。
初期位置からの駆動量の累計がPamaxまで達してもフォーカス点が得られない場合には、実際の特性がCであると考え、単位駆動量をaからcに変更する。そして、Pamax位置からアクチュエータ6を単位駆動量cだけ駆動し、その位置におけるフォーカス評価値を算出する。さらに、アクチュエータ6を単位駆動量cだけ駆動し、その位置におけるフォーカス評価値を算出する。
これを繰返し、それぞれの位置におけるフォーカス評価値を算出し、Cn>Cn+1となる位置Fnの検出を行なう。
しかしながら、実際の特性がBである場合には、光学系1の位置を最大移動位置であるMAX位置と考えている点までアクチュエータ6に駆動量を与えてもフォーカス点が得られないことがある。図13において、MAX位置であると考えている点まで駆動した位置というのは、アクチュエータ6に駆動量をPcmaxまで与えたときの位置である。
初期位置からの駆動量の累計がPcmaxまで達してもフォーカス点が得られない場合には、実際の特性がBであると考え、単位駆動量をcからbに変更する。そして、Pcmax位置からアクチュエータ6を単位駆動量bだけ駆動し、その位置におけるフォーカス評価値を算出する。さらに、アクチュエータ6を単位駆動量bだけ駆動し、その位置におけるフォーカス評価値を算出する。
これを繰返し、それぞれの位置におけるフォーカス評価値を算出し、Cn>Cn+1となる位置Fnの検出を行なう。
図14は、本発明の第2の実施の形態におけるカメラモジュールの処理手順を説明するためのフローチャートである。まず、アクチュエータ制御部4が駆動部5を制御することによりアクチュエータ6を駆動し、光学系1を初期位置F1に移動させる(S21)。そして、初期位置からの累計駆動量(アクチュエータ6に与える累計ステップ数)をPとし、その値を0に初期化する(S22)。
次に、光学系1を所定変位量Lだけ移動させる単位駆動量をSとし、その値をaとする(S23)。フォーカス評価部3は、光学系1が初期位置F1にあるときのフォーカス評価値を算出し、その値をC1とする(S24)。そして、アクチュエータ制御部4が駆動部5を制御することによりアクチュエータ6を単位駆動量Sだけ駆動し、光学系1を所定変位量Lだけ移動させる(S25)。
フォーカス評価部3は、光学系1が位置F2にあるときのフォーカス評価値を算出し、その値をC2とする(S26)。そして、前回のフォーカス評価値C1と現在のフォーカス評価値C2とを比較する(S27)。なお、ステップS25〜S29の処理が繰返し行なわれることを考慮して、ステップ27においては、前回のフォーカス評価値をCn、現在のフォーカス評価値をCn+1(n=1,2,3,…)としている。
現在の評価値C2が前回の評価値C1以上であれば(S27,Yes)、フォーカス評価部3は、未だフォーカス点に達していないと判断し、累計駆動量Pに単位駆動量Sを加算する(S28)。そして、累計駆動量Pが特性Aにおける最大駆動量Pamax以上であるか否かを判定する(S29)。累計駆動量Pが最大駆動量Pamax未満であれば(S29,No)、ステップS25に戻って以降の処理を繰返す。累計駆動量Pが最大駆動量Pamax以上であれば(S29,Yes)、単位駆動量Sを特性Cにおける単位駆動量cとし(S30)、ステップS32に処理が進む。
ステップS27において、現在の評価値Cn+1が前回の評価値Cnよりも小さければ(S27,No)、ステップS31に進む。
ステップS32において、アクチュエータ制御部4が駆動部5を制御することによりアクチュエータ6を単位駆動量S(=c)だけ駆動し、光学系1を所定変位量Lだけ移動させる。
フォーカス評価部3は、光学系1の現在位置におけるフォーカス評価値を算出し、その値をCn+1とする(S33)。そして、前回のフォーカス評価値Cnと現在のフォーカス評価値Cn+1とを比較する(S34)。
現在の評価値Cn+1が前回の評価値Cn以上であれば(S34,Yes)、フォーカス評価部3は、未だフォーカス点に達していないと判断し、累計駆動量Pに単位駆動量Sを加算する(S35)。そして、累計駆動量Pが特性Cにおける最大駆動量Pcmax以上であるか否かを判定する(S36)。累計駆動量Pが最大駆動量Pcmax未満であれば(S36,No)、ステップS32に戻って以降の処理を繰返す。累計駆動量Pが最大駆動量Pcmax以上であれば(S36,Yes)、単位駆動量Sを特性Bにおける単位駆動量bとし(S38)、ステップS39に処理が進む。
ステップS34において、現在の評価値Cn+1が前回の評価値Cnよりも小さければ(S34,No)、ステップS31に進む。
ステップS39において、アクチュエータ制御部4が駆動部5を制御することによりアクチュエータ6を単位駆動量S(=b)だけ駆動し、光学系1を所定変位量Lだけ移動させる。
フォーカス評価部3は、光学系1の現在位置におけるフォーカス評価値を算出し、その値をCn+1とする(S40)。そして、前回のフォーカス評価値Cnと現在のフォーカス評価値Cn+1とを比較する(S41)。
現在の評価値Cn+1が前回の評価値Cn以上であれば(S41,Yes)、フォーカス評価部3は、未だフォーカス点に達していないと判断し、累計駆動量Pに単位駆動量Sを加算する(S42)。そして、累計駆動量Pが特性Bにおける最大駆動量Pbmax以上であるか否かを判定する(S43)。累計駆動量Pが最大駆動量Pbmax未満であれば(S43,No)、ステップS39に戻って以降の処理を繰返す。累計駆動量Pが最大駆動量Pbmax以上であれば(S43,Yes)、システムに何らかのトラブルが発生していると考え、エラーとして処理を終了する(S37)。
ステップS41において、現在の評価値Cn+1が前回の評価値Cnよりも小さければ(S41,No)、ステップS31に進む。
フォーカス点Fnが得られたときの実際の光学系1の位置はFn+1であるので、光学系1をFnの位置に戻す方が望ましい。したがって、ステップS31において、光学系1をFn+1の位置からFnの位置に戻すために、アクチュエータ制御部4は、光学系1をそのときの単位駆動量だけ逆方向に駆動するよう制御を行なう。
以上の説明においては、3つの特性A、BおよびCを用いてフォーカス制御を行なう場合について説明したが、4つ以上の特性を設定してフォーカス制御を行なうことも可能である。この場合、図14に示す処理手順と同様の処理を行うことにより、その実現が可能である。
以上説明したように、本実施の形態におけるカメラモジュールによれば、特性Aと特性Bとの間に中間的な特性Cを設け、初期位置からの駆動量の累計がPamaxまで達してもフォーカス点が得られない場合には、実際の特性がCであるとして単位駆動量をaからcに変更し、さらに駆動量の累計がPcmaxまで達してもフォーカス点が得られない場合には、実際の特性がBであるとして単位駆動量をcからbに変更するようにしたので、第1の実施の形態よりもさらに精度よくフォーカス制御を行なうことが可能となった。
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態におけるカメラモジュールの構成は、図1に示す第1の実施の形態におけるカメラモジュールの構成と同様である。したがって、重複する構成および機能の詳細な説明は繰返さない。
本発明の第3の実施の形態におけるカメラモジュールの構成は、図1に示す第1の実施の形態におけるカメラモジュールの構成と同様である。したがって、重複する構成および機能の詳細な説明は繰返さない。
本発明の第1および第2の実施の形態においては、最初に特性Aを想定してアクチュエータ6を駆動し、特性Aでないと判断した場合には、単位駆動量を大きい値に変更してフォーカス制御を行なった。
本発明の第3の実施の形態においては、最初に大きな単位駆動量でアクチュエータ6を駆動して大雑把にフォーカス位置を求め、その後に単位駆動量を小さくしてアクチュエータ6を駆動することによって、フォーカス位置を精度よく求めるものである。
図15は、本発明の第3の実施の形態におけるフォーカスの制御方法を説明するための図である。図15において、最も効率がよくないときの特性をBとし、大雑把にフォーカス位置を求めるときの単位駆動量をbとしている。また、フォーカス位置を精度よく求めるときの単位駆動量をaとしている。なお、実際の特性がCであるものとする。
ここで、単位駆動量aの値として、最も効率がよいときの単位駆動量を用いるようにしてもよいし、それよりも小さな値を用いるようにしてもよい。いずれにしても、a<bである。
まず、光学系1を初期位置F1に移動する。この移動においては、最も駆動効率がよくない特性Bを想定し、かつ光学系1が最大移動位置であるMAX位置にあると想定して、初期位置に移動させるのに必要な駆動量を与える。
フォーカス評価部3は、初期位置F1におけるフォーカス評価値C1を算出する。次に、アクチュエータ制御部4は、光学系1を所定変位量Lだけ移動させるために単位駆動量bだけアクチュエータ6を駆動する。フォーカス評価部3は、この位置F2におけるフォーカス評価値C2を算出する。
さらに、アクチュエータ制御部4は、光学系1を所定変位量Lだけ移動させるために単位駆動量bだけアクチュエータ6を駆動する。フォーカス評価部3は、この位置F3におけるフォーカス評価値C3を算出する。
これを繰返し、それぞれの位置F1,F2,F3,…,Fm(m=1,2,3,…)におけるフォーカス評価値をC1,C2,C3,…,Cmとすれば、図8に示すグラフからCm>Cm+1となる位置Fm+1が存在する。
さらにフォーカス位置を精度よく求めるために、光学系1を位置Fmに戻す。そして、単位駆動量aだけアクチュエータ6を駆動し、その位置におけるフォーカス評価値を算出する。さらに、単位駆動量aだけアクチュエータ6を駆動し、その位置におけるフォーカス評価値を算出する。
これを繰返し、それぞれの位置におけるフォーカス評価値を算出すれば、図8に示すグラフからCn>Cn+1となる位置Fnが存在する。すなわち、フォーカスが合ったときの光学系1の位置がFnである。
図16は、本発明の第3の実施の形態におけるカメラモジュールの処理手順を説明するためのフローチャートである。まず、アクチュエータ制御部4が駆動部5を制御することによりアクチュエータ6を駆動し、光学系1を初期位置F1に移動させる(S51)。そして、初期位置からの累計駆動量(アクチュエータ6に与える累計ステップ数)をPとし、その値を0に初期化する(S52)。
次に、光学系1を所定変位量Lだけ移動させる単位駆動量をSとし、その値をbとする(S53)。フォーカス評価部3は、光学系1が初期位置F1にあるときのフォーカス評価値を算出し、その値をC1とする(S54)。そして、アクチュエータ制御部4が駆動部5を制御することによりアクチュエータ6を単位駆動量Sだけ駆動し、光学系1を所定変位量Lだけ移動させる(S55)。
フォーカス評価部3は、光学系1が位置F2にあるときのフォーカス評価値を算出し、その値をC2とする(S56)。そして、前回のフォーカス評価値C1と現在のフォーカス評価値C2とを比較する(S57)。なお、ステップS55〜S59の処理が繰返し行なわれることを考慮して、ステップ57においては、前回のフォーカス評価値をCm、現在のフォーカス評価値をCm+1(m=1,2,3,…)としている。
現在の評価値C2が前回の評価値C1以上であれば(S57,Yes)、フォーカス評価部3は、未だフォーカス点に達していないと判断し、累計駆動量Pに単位駆動量Sを加算する(S58)。そして、累計駆動量Pが特性Bにおける最大駆動量Pbmax以上であるか否かを判定する(S59)。累計駆動量Pが最大駆動量Pbmax未満であれば(S59,No)、ステップS55に戻って以降の処理を繰返す。累計駆動量Pが最大駆動量Pbmax以上であれば(S59,Yes)、システムに何らかのトラブルが発生していると考え、エラーとして処理を終了する(S60)。
ステップS57において、現在の評価値Cm+1が前回の評価値Cmよりも小さければ(S57,No)、光学系1を位置Fmに戻し、現在の評価値をCmとし(S61)、累積駆動量Pから単位駆動量Sを減算する(S62)。
実際のフォーカス位置はFmとFm+1との間にあると考えられるため、単位駆動量Sをbからaに変更する(S63)。そして、アクチュエータ制御部4が駆動部5を制御することによりアクチュエータ6を単位駆動量S(=a)だけ駆動し、光学系1を所定変位量Lだけ移動させる(S64)。
フォーカス評価部3は、光学系1の現在位置におけるフォーカス評価値を算出し、その値をCn+1とする(S65)。そして、前回のフォーカス評価値Cnと現在のフォーカス評価値Cn+1とを比較する(S66)。
現在の評価値Cn+1が前回の評価値Cn以上であれば(S66,Yes)、フォーカス評価部3は、未だフォーカス点に達していないと判断し、累計駆動量Pに単位駆動量Sを加算する(S67)。そして、ステップS64に戻って以降の処理を繰返す。
ステップS66において、現在の評価値Cn+1が前回の評価値Cnよりも小さければ(S66,No)、ステップS68に進む。
フォーカス点Fnが得られたときの光学系1の位置はFn+1であるので、光学系1をFnの位置に戻す方が望ましい。したがって、ステップS68において、光学系1をFn+1の位置からFnの位置に戻すために、アクチュエータ制御部4は、光学系1をそのときの単位駆動量だけ逆方向に駆動するよう制御を行なう。
以上の説明においては、光学系1を単位駆動量bずつ移動させ、位置Fm+1でフォーカス点が得られた場合には、光学系1を位置Fmに戻して単位駆動量をaに変更して再度光学系1を駆動するようにした。しかしながら、位置Fm+1でフォーカス点が得られた後、光学系1の位置をFmに戻さずに、光学系1を単位駆動量aずつ逆方向に駆動して、フォーカス位置をさらに精度よく求めるようにしてもよい。
以上説明したように、本実施の形態におけるカメラモジュールによれば、最初に大きな単位駆動量bでアクチュエータ6を駆動して大雑把にフォーカス位置を求め、その後に小さい単位駆動量aでアクチュエータ6を駆動することによって、フォーカス位置を求めるようにしたので、フォーカス位置を精度よく求めることが可能となった。
(第4の実施の形態)
図17は、本発明の第4の実施の形態におけるカメラモジュールの構成例を示すブロック図である。このカメラモジュールは、図1に示す第1の実施の形態におけるカメラモジュールと比較して、アクチュエータ6が撮像素子2を駆動する点を除いて同様である。したがって、重複する構成および機能の詳細な説明は繰返さない。
図17は、本発明の第4の実施の形態におけるカメラモジュールの構成例を示すブロック図である。このカメラモジュールは、図1に示す第1の実施の形態におけるカメラモジュールと比較して、アクチュエータ6が撮像素子2を駆動する点を除いて同様である。したがって、重複する構成および機能の詳細な説明は繰返さない。
第1の実施の形態におけるカメラモジュールは、図10に示すようにアクチュエータ6と移動体20とが摩擦係合するように配置され、光学系1と移動体20とが連結部材21で連結されるものであった。本実施の形態においては、アクチュエータ6と移動体20とが摩擦係合するように配置され、撮像素子2と移動体20とが連結部材21で連結され、撮像素子2と光学系1との相対距離を可変とする。なお、フォーカスの制御方法などは、第1〜第3の実施の形態において説明したものと同様である。
以上説明したように、本実施の形態におけるカメラモジュールによれば、アクチュエータ6が撮像素子2を駆動してフォーカス制御を行なうようにしたので、第1〜第3の実施の形態において説明した効果と同様の効果を奏することが可能となった。
(第5の実施の形態)
第1〜第3の実施の形態においては光学系1を駆動してフォーカス制御を行なう場合について説明し、第4の実施の形態においては撮像素子2を駆動してフォーカス制御を行なう場合について説明した。本実施の形態においては、これらの所定変位量Lをどのようにして決めるかを説明する。
第1〜第3の実施の形態においては光学系1を駆動してフォーカス制御を行なう場合について説明し、第4の実施の形態においては撮像素子2を駆動してフォーカス制御を行なう場合について説明した。本実施の形態においては、これらの所定変位量Lをどのようにして決めるかを説明する。
上述のように圧電素子を伸縮させることにより光学系1または撮像素子2を駆動することができるが、圧電素子を1回伸縮することによって得られる変位量から所定変位量Lを決定する。
図5に示すように、摩擦力の変動がなければ、アクチュエータ6に対する1ステップの駆動によって移動体20が所定量だけ変位するので、その平均変位量のN(N=1,2,3…)倍を所定変位量Lとする。すなわち、圧電素子を1回伸縮させたときに得られる変位量から所定変位量Lを決定することができる。
また、圧電素子を所定回だけ伸縮させたときに得られる変位量から所定変位量Lを決定するようにしてもよい。
以上説明したように、本実施の形態におけるカメラモジュールによれば、圧電素子を1回伸縮することによって得られる移動体20の変位量から所定変位量Lを決定するようにしたので、所定変位量Lに対応する単位駆動量を容易に求めることが可能となった。
(第6の実施の形態)
第5の実施の形態においては圧電素子を1回伸縮させたときに得られる変位量から所定変位量Lを決定したが、第6の実施の形態においては撮像素子2の画素ピッチから所定変位量Lを決定する。
第5の実施の形態においては圧電素子を1回伸縮させたときに得られる変位量から所定変位量Lを決定したが、第6の実施の形態においては撮像素子2の画素ピッチから所定変位量Lを決定する。
図18は、撮像素子2の画素ピッチから所定変位量Lを決定する方法を説明するための図である。フォーカス点において、被写体の1点が撮像素子の1画素に収まっているのが理想的である。光学系1または撮像素子2の移動により、フォーカス点からずれると被写体の1点が撮像素子2上においては円状に広がることになる。
図18に示すように、焦点距離をfとすると、被写体の点XおよびYはそれぞれX’およびY’の位置に結像する。したがって、被写体Xを撮像する場合には結像点X’に撮像面を移動し、被写体Yを撮像する場合には結像点Y’に撮像面を移動すれば、フォーカスが合った像を撮影することができる。
ここで、それぞれの撮像面を結像点からZだけ変位させた場合(フォーカスをずらした場合)、点X’が直径xの円に、点Y’が直径yの円に変化する。これは、フォーカスが合っているときに撮像素子2の1画素に結像していたものが、フォーカスがずれたことにより複数の画素に広がったことを意味する。
図18から明らかなようにx<yであり、光学中心から遠い被写体にある点ほど撮像面を変位させたときの点の変化量が大きい。このことから、光学系1または撮像素子2の位置がフォーカス点から所定量だけずれたときの、撮像素子2上の1点の大きさが変化する量は、設計上の最遠撮影距離に被写体があるときに最も大きくなる。
したがって、設計上の最遠撮影距離に被写体があるときに光学系1または撮像素子2を所定変位量Lだけ移動させたときの、撮像素子2上の1点の大きさが変化する量が、撮像素子2の1ピッチ以下であるように所定変位量Lを決定することが望ましい。すなわち、画素ピッチから所定変位量Lを決定することができる。
以上説明したように、本実施の形態におけるカメラモジュールによれば、画素ピッチから所定変位量Lを決定するようにしたので、フォーカス点においては被写体の1点が撮像素子2の1画素に収まるようになり、精度よくフォーカス制御を行なうことが可能となった。
(第7の実施の形態)
第5の実施の形態においては圧電素子を1回伸縮することによって得られる変位量から所定変位量Lを決定し、第6の実施の形態においては画素ピッチから所定変位量Lを決定するようにしたが、本実施の形態においては、フォーカス評価部3の評価精度から光学系1または撮像素子2を移動させるときの所定変位量Lを決定する。
第5の実施の形態においては圧電素子を1回伸縮することによって得られる変位量から所定変位量Lを決定し、第6の実施の形態においては画素ピッチから所定変位量Lを決定するようにしたが、本実施の形態においては、フォーカス評価部3の評価精度から光学系1または撮像素子2を移動させるときの所定変位量Lを決定する。
上述のように、フォーカス評価部3は、撮像画像のフォーカスの度合いを明度ヒストグラムから求めており、明度ヒストグラムの横軸を基準にフォーカス評価を行なっている。この横軸は、画素を量子化したときのデジタル値であり、単位であるdigitはフォーカス精度に相当する。
図19は、本発明の第7の実施の形態におけるカメラモジュールの所定変位量Lの決定方法を説明するための図である。たとえば、標準的と考えられる被写体を設定しておき、所定の距離でその被写体を撮像する。そして、図19に示すような光学系1(または撮像素子2)の位置がフォーカス点からずれる変位量と、フォーカス評価値との特性カーブを求め、フォーカス評価値の1digitが得られる変位量を所定変位量Lとする。
このようにして得られた所定変位量Lは、少なくとも標準的と考えられる被写体に類似する被写体を所定の距離で撮像したときの、フォーカス評価精度に相当する光学系1の変位量となる。すなわち、フォーカス評価部3の評価精度から所定変位量Lを求めることができる。
また、所定変位量Lは、第5の実施の形態において説明したような圧電素子を1回伸縮させたときに得られる移動体20の変位量に基づいて決定される値、第6の実施の形態において説明したような撮像素子2の画素ピッチに基づいて決定される値、および第7の実施の形態において説明したようなフォーカス評価部3によるフォーカス評価精度に基づいて決定される値の中の最大値とするようにしてもよい。
以上説明したように、本実施の形態におけるカメラモジュールによれば、フォーカス評価部3の評価精度から所定変位量Lを求めるようにしたので、フォーカス評価値を精度よく求めることができ、精度よくフォーカス制御を行なうことが可能となった。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 光学系、2 撮像素子、3 フォーカス評価部、4 アクチュエータ制御部、5 駆動部、6 アクチュエータ、11,13 電極、12 圧電素子、14 静止物、15 駆動体、16 リンク材、17 芯材、20 移動体、21 連結部材。
Claims (9)
- 光学系と、
前記光学系によって結像された被写体を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって得られた画像のフォーカスを評価する評価手段と、
前記光学系または前記撮像手段を駆動するアクチュエータと、
前記アクチュエータを制御して、前記光学系または前記撮像手段の変位を制御する制御手段とを含み、
前記アクチュエータは、圧電素子を伸縮させることにより、該圧電素子に固着された駆動部と摩擦係合される移動体を移動させて、該移動体に連結された前記光学系または前記撮像手段を駆動し、
前記制御手段は、第1の単位駆動量ずつ前記アクチュエータを駆動しながら前記評価手段にフォーカスの評価を行なわせ、評価結果に応じて単位駆動量を前記第1の単位駆動量と異なる第2の単位駆動量に変更し、該第2の単位駆動量ずつ前記アクチュエータを駆動しながら前記評価手段にフォーカスの評価を行なわせる、カメラモジュール。 - 前記制御手段は、前記第1の単位駆動量ずつ前記アクチュエータを駆動しながら前記評価手段にフォーカスの評価を行なわせ、第1の累計駆動量となってもフォーカス点が得られない場合には、前記第1の単位駆動量よりも大きい前記第2の単位駆動量ずつ前記アクチュエータを駆動しながら前記評価手段にフォーカスの評価を行なわせる、請求項1記載のカメラモジュール。
- 前記制御手段は、前記第1の単位駆動量ずつ前記アクチュエータを駆動しながら前記評価手段にフォーカスの評価を行なわせ、第1の累計駆動量となってもフォーカス点が得られない場合には、前記第1の単位駆動量よりも大きい前記第2の単位駆動量ずつ前記アクチュエータを駆動しながら前記評価手段にフォーカスの評価を行なわせ、第2の累計駆動量となってもフォーカス点が得られない場合には、前記第2の単位駆動量よりも大きい第3の単位駆動量ずつ前記アクチュエータを駆動しながら前記評価手段にフォーカスの評価を行なわせる、請求項1記載のカメラモジュール。
- 前記制御手段は、前記第1の単位駆動量ずつ前記アクチュエータを駆動しながら前記評価手段にフォーカスの評価を行なわせ、所定のフォーカス値が得られた場合には、前記第1の単位駆動量よりも小さい前記第2の単位駆動量ずつ前記アクチュエータを駆動しながら前記評価手段にフォーカスの評価を行なわせる、請求項1記載のカメラモジュール。
- 前記単位駆動量によって想定される前記光学系または前記撮像手段の変位量を所定変位量とすると、該所定変位量は、前記圧電素子を所定回伸縮させたときに得られる前記移動体の変位量に基づいて決定される、請求項1〜4のいずれかに記載のカメラモジュール。
- 前記単位駆動量によって想定される前記光学系または前記撮像手段の変位量を所定変位量とすると、該所定変位量は、前記撮像手段の画素ピッチに基づいて決定される、請求項1〜4のいずれかに記載のカメラモジュール。
- 前記単位駆動量によって想定される前記光学系または前記撮像手段の変位量を所定変位量とすると、該所定変位量は、前記評価手段によるフォーカス評価精度に基づいて決定される、請求項1〜4のいずれかに記載のカメラモジュール。
- 前記単位駆動量によって想定される前記光学系または前記撮像手段の変位量を所定変位量とすると、該所定変位量は、前記圧電素子を所定回伸縮させたときに得られる前記移動体の変位量に基づいて決定される値、前記撮像手段の画素ピッチに基づいて決定される値、および前記評価手段によるフォーカス評価精度に基づいて決定される値の中の最大値である、請求項1〜4のいずれかに記載のカメラモジュール。
- 前記単位駆動量によって想定される前記光学系または前記撮像手段の変位量は、前記光学系または前記撮像手段の最大変位距離を等分割した値である、請求項1〜8のいずれかに記載のカメラモジュール。
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