JP2012184983A

JP2012184983A - 位置検出装置及び撮像装置

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Publication number: JP2012184983A
Application number: JP2011047177A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sasaoka; 孝至笹岡
Original assignee: Samsung Techwin Co Ltd
Current assignee: Hanwha Techwin Co Ltd
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2031-03-04
Also published as: JP5718102B2; KR101271735B1; KR20120100673A

Abstract

【課題】誘導磁気の影響を抑えて高精度に位置を検出する。
【解決手段】本発明に係る位置検出ユニット１００は、磁気コイル１０６ｃを有し、磁力により駆動力を発生させるボイスコイルモータ１０６と、ボイスコイルモータ１０６により駆動されるレンズ移動枠１０２と、レンズ移動枠１０２の位置を検出するＭＲセンサ１１０と、磁気コイル１０６ｃに流れる電流に基づいて、ＭＲセンサ１１０の出力を補正する補正部（検出アンプ１２２、減算部１２６）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置検出装置及び撮像装置に関する。

近時においては、デジタルカメラ等の撮像装置において、光学レンズの位置を検出するためにＭＲセンサ等の位置検出装置が用いる技術が知られている。例えば、下記の特許文献１には、ＭＲセンサからの出力が変動した場合にも、ゲインやオフセットを調整することで、ＭＲセンサの出力を一定にすることを想定した技術が記載されている。また、下記の特許文献２には、ＭＲセンサのオフセット電圧の調整部を無くし、増幅器のダイナミックレンジを最大限に利用可能とすることを想定した技術が記載されている。
提供する

特開２０００−３５６７３３号公報特開平６−３１３７１８号公報

しかしながら、撮像装置においては、光学レンズを駆動するためにボイスコイルモータ等の磁力を用いたアクチュエータが通常用いられている。これらのアクチュエータは、誘導磁気を発生するため、誘導磁気がＭＲセンサの出力に影響を及ぼしてしまい、正確な位置検出が困難になるという問題が生じていた。

誘導磁気の影響を抑えるためには、ＭＲセンサにコイルの影響が生じないように、ＭＲセンサとアクチュエータとの間の距離を十分に遠ざけて配置する必要がある。しかしながら、ＭＲセンサとアクチュエータとの間の距離を十分に遠ざけると、装置の構成が大型化するとともに、各部品の剛性が低下することにより位置検出精度が低下してしまう。従って、レンズを所望の位置に駆動することができず、画質の劣化等の問題が生じてしまう。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、誘導磁気の影響を抑えて高精度に位置を検出することが可能な、新規かつ改良された位置検出装置及び撮像装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、磁気コイルを有し、磁力により駆動力を発生させるアクチュエータと、前記アクチュエータにより駆動される移動部と、前記移動部の位置を検出する磁気抵抗素子と、前記磁気コイルに流れる電流に基づいて、前記磁気抵抗素子の出力を補正する補正部と、を備える位置検出装置が提供される。

上記構成によれば、磁気コイルに流れる電流に基づいて、磁気抵抗素子の出力が補正されるため、磁気コイルの誘導磁気によるノイズ成分が磁気抵抗素子の出力に含まれてしまうことを抑止できる。従って、移動部の位置を高精度に検出することが可能となる。

前記補正部は、前記磁気コイルに流れる電流を検出するアンプと、前記アンプの出力を前記磁気抵抗素子の出力から減算する減算部と、を含む。この構成によれば、前記磁気コイルに流れる電流が検出されて、磁気抵抗素子の出力から減算されるため、磁気コイルの誘導磁気によるノイズ成分を過不足なくキャンセルすることが可能となる。

前記補正部は、前記磁気コイルに流れる電流と、前記磁気抵抗素子の出力から求まる前記磁気抵抗素子と前記アクチュエータとの距離とに基づいて、前記磁気抵抗素子の出力を補正する。この構成によれば、磁気コイルの誘導磁気が磁気抵抗素子の出力に与えるノイズ成分は、磁気抵抗素子とアクチュエータとの距離に応じて変化するため、磁気抵抗素子の出力から求まる磁気抵抗素子と前記アクチュエータとの距離に基づいて、磁気抵抗素子の出力を補正することによって、磁気コイルの誘導磁気によるノイズ成分が磁気抵抗素子の出力に含まれてしまうことをより確実に抑えることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、磁気コイルを有し、磁力により駆動力を発生させるアクチュエータと、光学レンズが装着され、前記アクチュエータにより駆動されるレンズ移動枠と、前記レンズ移動枠の位置を検出する磁気抵抗素子と、前記磁気コイルに流れる電流に基づいて、前記磁気抵抗素子の出力を補正する補正部と、を備える撮像装置が提供される。

上記構成によれば、磁気コイルに流れる電流に基づいて、磁気抵抗素子の出力が補正されるため、磁気コイルの誘導磁気によるノイズ成分が磁気抵抗素子の出力に含まれてしまうことを抑止できる。従って、レンズ移動枠の位置を高精度に検出することが可能となる。

本発明によれば、誘導磁気の影響を抑えて高精度に位置を検出することが可能な位置検出装置及び撮像装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成を示す模式図である。本実施形態に係る撮像装置において、光学レンズを光軸方向に移動させるためにボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を設けるとともに、ＭＲセンサと検出用マグネットを搭載したユニットを示す模式図である。検出用マグネットの表面に着磁されたＮ極、Ｓ極と、ＭＲセンサとの位置関係を示す模式図である。ＭＲセンサの出力波形を示す模式図である。ＭＲセンサの出力にノイズ成分が混入した状態を示す特性図である。本実施形態に係る位置検出装置の構成を示す模式図である。ＭＲセンサが受ける磁界の影響分を考慮していない従来の構成例を示す模式図である。ボイスコイルモータの位置に応じて、減算器にて減算する値を変化させる構成を示す模式図である。ＭＲセンサとボイスコイルモータとを接近して配置した構成例を示す模式図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置２００の構成を示す模式図である。図１に示すように、撮像装置２００は、撮像素子２０２と、レンズ移動枠１０２とが筐体内に配置されて構成される。レンズ移動枠１０２には、被写体像を撮像素子２０２の撮像面に結像させる光学レンズ（フォーカスレンズ）１０４が設けられている。撮像装置２００は、被写体の位置に応じてレンズ移動枠１０２及び光学レンズ１０４を光軸方向に移動することで、被写体像を撮像素子２０２の撮像面に合焦させる。

図２は、本実施形態に係る撮像装置２００において、光学レンズ１０４を光軸方向に移動させるためにボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１０６を設けるとともに、ＭＲセンサ（磁気抵抗素子）１１０と検出用マグネット１０８を搭載した位置検出ユニット１００を示す模式図である。図２に示すユニット１００は、シャフト１０１、レンズ移動枠１０２、レンズ１０４、ボイスコイルモータ１０６、検出用マグネット１０８、ＭＲセンサ１１０を有して構成される。なお、ここではボイスコイルモータ１０６がフォーカスレンズを移動させる構成を例示するが、ボイスコイルモータ１０６はズーム光学系を移動させるものであってもよい。

レンズ移動枠１０２にはシャフト１０１が貫通しており、レンズ移動枠１０２は、シャフト１０１の軸方向にスライド可能とされている。ボイスコイルモータ１０６は、マグネット１０６ａ、鉄板１０６ｂ、及びコイル１０６ｃから構成されている。ボイスコイルモータ１０６のコイル１０６ｃはレンズ移動枠１０２に固定されている。一方、ボイスコイルモータ１０６の鉄板１０６ｂとマグネット１０６ａは、撮像装置２００の筐体側に固定されている。ボイスコイルモータ１０６のコイル１０６ｃに電流を流した際、磁界により発生する力によってコイル１０６ｃが移動する。これにより、レンズ移動枠１０２が、コイル１０６ｃとともにシャフト１０１に沿って移動する。

また、検出用マグネット１０８は、レンズ移動枠１０２に固定されている。検出用マグネット１０８は、レンズ移動枠１０２の移動方向に沿って延在しており、その表面にはＮ極、Ｓ極が所定のピッチλで着磁されているＭＲセンサ１１０は、そのセンサ面が検出用マグネット１０８の表面と対向し、センサ面とマグネット１０８の表面との間に所定の間隔（ギャップ）をおいた状態で撮像装置の固定部材に固定されている。

レンズ移動枠１０２が移動すると、固定されているＭＲセンサ１１０に対して検出用マグネット１０８が移動し、ＭＲセンサ１１０のセンサ面に対して検出用マグネット１０８のN極、S極が横切り、ＭＲセンサ１１０から所定の信号が出力されることになる。

図３は、検出用マグネット１０８の表面に着磁されたＮ極、Ｓ極と、ＭＲセンサ１１０との位置関係を示す模式図である。ＭＲセンサ１１０の表面にはＮ極、Ｓ極が所定のピッチλで着磁されている。本実施形態において、ピッチλは一例として０．２ｍｍである。

図４は、ＭＲセンサ１１０の出力波形を示す模式図である。図４に示すように、ＭＲセンサ１１０は、その近傍に平行に配置された検出用マグネット１０８がレンズ移動枠１０２とともに移動したときに、検出用マグネット１０８に着磁されているＮ極とＳ極がセンサ面を横切ることよって、Ｎ極とＳ極のピッチに応じたサイン（ｓｉｎ）波の信号を出力する。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、ＭＲセンサ１１０からは、移動時の分解能を向上させるために９０°位相がずれた２つの信号（Ａ相出力とＢ相出力）が出力される。また、Ａ相出力からＡ相反転出力が生成され（図４（Ｃ））、Ｂ相出力からＢ相反転出力が生成される（図４（Ｄ））。そして、図４（Ｅ）に示すように、Ａ相出力、Ｂ相出力、Ａ相反転出力、Ｂ相反転出力を合成し、波形の交点の間の直線部分Ｌ（太線で示す）を切り出して繋げることで、連続した位置信号を得ることができる。図４の例では、１つの直線部分Ｌが５０μｍに相当し、直線部分Ｌを更に分割することで位置検出精度をより高めることが可能である。

漏れ磁界の影響はＭＲセンサ１１０の出力レベルの低下につながるため、必要な出力レベルが確保できるように、漏れ磁界の影響を考慮してＭＲセンサ１１０、検出用マグネット１０８及びボイスコイルモータ１０６が配置される。しかし、レンズ移動枠１０２の移動時には、ボイスコイルモータ１０６のコイル１０６ｃに電流を流すことで発生する誘導磁界がＭＲセンサ１１０の出力に影響を与えてしまう。この誘導磁界は、レンズ移動枠１０２を移動させる度に発生し、さらに制御上、不規則且つ、予測できない量となり、ＭＲセンサ１１０の出力にそのままノイズ成分として混入することになる。図５は、レンズ移動枠１０２の移動時にボイスコイルモータ１０６のコイル１０６ｃに電流を流すことで発生する誘導磁界がＭＲセンサ１１０の出力に影響を与えた状態を示す特性図である。図５は、図２の構成からマグネット１０６ａを取り外し、この状態でボイスコイルモータ１０６のコイル１０６ｃに電流を流した場合に、ＭＲセンサ１１０の出力にノイズ成分が混入した状態を示している。マグネット１０６ａを取り外した状態では、本来は、ＭＲセンサ１１０の出力は０のまま変化しないが、誘導磁界によって図５に示すようなノイズ波形が生じてしまう。

図５は、ボイスコイルモータ１０６に規定の交流電流（±２００ｍＡ，１ｋＨｚ）を流したときに発生する誘導磁界の影響をＭＲセンサ１１０の出力（Ａ相出力）で観察した波形を示している。このノイズは、レンズ移動枠１０２の移動方向に換算すると、０．５μｍ程度の誤差となる。図４の例では、１つの直線部分Ｌが５０μｍに相当し、直線部分Ｌ分割することでサブミクロンを検知する高分解能にすることが可能であるため、０．５μｍ程度の誤差が発生した場合、本来の高精度な位置検出精度を確保することは困難である。このように、誘導磁界によってＭＲセンサ１１０の出力にノイズが混入することで、ＭＲセンサ１１０による位置検出精度が低下してしまう。このため、従来では、コイル１０６ｃの影響がない位置まで、または必要精度を確保できるノイズレベルまで、ＭＲセンサ１１０とボイスコイルモータ１０６のマグネット１０６ａ及びコイル１０６ｃとの距離を遠ざけて配置することで誘導磁界の影響を避けていたが、この場合、必要なスペースが増大して装置が大型化してしまう。

このため、本実施形態では、ボイスコイルモータ１０６による誘導磁気の影響を検出して、これに基づいてＭＲセンサ１１０の出力を補正するようにしている。図６は、本実施形態に係る位置検出装置の構成を示す模式図である。図６に示すように、本システムは、ボイスコイルモータ１０６、制御ブロック１２０、アンプ１２２、ＭＲセンサ１１０、アンプ１２４、減算器１２６、を有して構成される。

図６において、制御ブロック１２０は、ボイスコイルモータ１０６の駆動を制御する。検出アンプ１２２は、ボイスコイルモータ１０６のコイル１０６ｃに流れる電流量を取得する。アンプ１２４は、ＭＲセンサ１１０の出力を増幅する。また、ＭＲセンサ１１０とアンプ１２４を含むブロックには、ＭＲセンサ１１０の出力の振幅をオフセットする機能を持たせても良い。

ボイスコイルモータ１０６のコイル１０６ｃに印加される電流量と発生する磁界の量は比例していることから、検出アンプ１２２は、ＭＲセンサ１１０にて受ける磁界の影響分をキャンセルするため、コイル１０６ｃに流れる電流量を所定の係数倍に増幅し、減算器１２６は、アンプ１２４の出力から検出アンプ１２２の出力を減算する。検出アンプ１２２及び減算器１２６は、ＭＲセンサ１１０の出力を補正する補正部として機能する。これにより、図５で説明したノイズ成分をキャンセルすることができ、正確な位置情報を制御ブロック１２０へ伝達することができる。

図７は、比較のため、ＭＲセンサ１１０が受ける磁界の影響分を考慮していない従来の構成例を示している。図２に示すように、ＭＲセンサ１１０と検出用マグネット１０８は、ボイスコイルモータ１０６から適当な距離を置いている。これは、ボイスコイルモータ１０６の漏れ磁界の影響を避けるためであるが、ボイスコイルモータ１０６のマグネット１０６ａとＭＲセンサ１１０はともに筐体側に固定されているため、ＭＲセンサ１１０は漏れ磁界を静的な影響として受ける。更に、レンズ移動枠１０２の移動時には、ボイスコイルモータ１０６のコイル１０６ｃに電流を流すことで発生する誘導磁界がＭＲセンサ１１０の出力に影響を与えてしまう。従って、図７に示す構成では、図５に示すようなノイズ成分を含んだ出力がＭＲセンサ１１０から出力されてしまい、位置検出精度が低下してしまう。

また、誘導磁界がＭＲセンサ１１０の出力へ与える影響は、ＭＲセンサ１１０とボイスコイルモータ１０６のコイル１０６ｃの位置に応じて変化する。このため、レンズ移動枠１０２とともに移動するボイスコイルモータ１０６の位置によるＭＲセンサ１１０への影響度の変化を考慮して、減算器１２６にて減算する値を変化させることも可能である。図８は、ボイスコイルモータ１０６の位置に応じて、減算器１２６にて減算する値を変化させる構成を示す模式図である。

図８に示す構成例では、ボイスコイルモータ１０６のコイル１０６ｃに印加される電流量を検知する際、ＣＰＵ１３０を介することでより最適なノイズ検知を可能とする。例えば、ＣＰＵ１３０は、ＭＲセンサ１１０の出力を受けてボイスコイルモータ１０６の位置を取得し、ボイスコイルモータ１０６とＭＲセンサ１１０との距離に応じて減算器１２６にて減算する値を最適に調整する。この際、ボイスコイルモータ１０６とＭＲセンサ１１０との距離が近い程、ＭＲセンサ１１０の出力に与える誘導磁界の影響が大きくなるため、ＣＰＵ１３０は、ボイスコイルモータ１０６とＭＲセンサ１１０との距離が近い程、検出アンプ１２２の出力が大きくなるように調整を行う。また、ＣＰＵ１３０は、フィルタ（ｆｉｌｔｅｒ）を用いて検知誤差の補正や特定周波数の選択などを行うことにより、更にインテリジェントな動作を行うことが可能である。

また、ノイズ成分を引き算する上記構成は、変形が可能であり、例えば制御ブロック１２０内においてノイズを減算することも可能である。

以上のように、本実施形態によれば、ボイスコイルモータ１０６の可動時において、位置情報に混入する誤差分が発生しないことから、レンズ移動枠１０２の移動中においても、正確な位置情報を得られることにより、制御精度の向上が可能となる。これにより、撮像される画像の高画質化及び、高倍率化に伴い、レンズ位置制御の高精度化が必要となるが、このようなレンズ位置制御の高精度化にも対応することが可能となる。

また、これまで、誘導磁界の影響を避けるためにボイスコイルモータ１０６とＭＲセンサ１１０とは一定の距離を確保して配置していたが、本実施形態によれば、ＭＲセンサ１１０とボイスコイルモータ１０６（の磁気回路）とを接近して配置することが可能となり、レンズ移動枠１０２及びその周辺の構造の小型化（レンズユニット全体の小型化）が可能となり、この小型化に起因してレンズ移動枠１０２の剛性を更に高めることができる。これにより、レンズ移動枠１０２の制御安定性及び制御精度の向上を更に高めることが可能となる。

また、高倍率対応や、一眼レフなどの大型の撮像素子を使用するカメラにおいては、レンズ重量が増すことによりボイスコイルモータ１０６が発生する推力アップが必要となり、磁気回路の複数使用が発生する。このように、複数のボイスコイルモータ１０６を使用する構成においても、ＭＲセンサ１１０出力からノイズの影響をキャンセルすることが可能である。

図９は、ＭＲセンサ１１０とボイスコイルモータ１０６（の磁気回路）とを接近して配置した構成例を示す模式図である。図１に示す構成例では、レンズ移動枠１０２に設けられたアーム１０３に検出用マグネット１０８を搭載したが、図９に示す構成例では、上側に設けられたシャフト１０１の近辺に検出用マグネット１０８を搭載している。そして、ＭＲセンサ１１０は、検出用マグネット１０８の近傍に配置される。このような構成によれば、ＭＲセンサ１１０とボイスコイルモータ１０６とを接近して配置することにより、更なる小型化を達成できるとともに、剛性を高めることが可能となる。

以上説明したように本実施形態によれば、ボイスコイルモータ１０６のコイル１０６が発生する誘導磁気に基づいてＭＲセンサ１１０の出力を補正するようにしたため、位置検出を高精度に行うことが可能となる。また、ＭＲセンサ１１０とボイスコイルモータ１０６を近接して配置することが可能になるため、装置の大幅な小型化を達成するとともに、高性能な位置検出精度を確保することができる。

なお、上述した例では、レンズ移動枠１０２をリニアに駆動するボイスコイルモータ１０６を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、回転軸を有するモータを用いて鏡筒を回動してレンズ移動枠１０２を移動する構成においても、上述した実施形態と同様にモータの誘導磁気による影響を抑えることができ、ＭＲセンサへの誘導磁気の影響を抑止することが可能である。また、位置検出用のセンサについてもＭＲセンサに限定されるものではなく、例えばホール素子を用いたものであっても良い。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００位置検出ユニット
１０２レンズ移動枠
１０６ボイスコイルモータ
１１０ＭＲセンサ
１２２アンプ
１２６減算部
２３０ＣＰＵ
２００撮像素子

Claims

磁気コイルを有し、磁力により駆動力を発生させるアクチュエータと、
前記アクチュエータにより駆動される移動部と、
前記移動部の位置を検出する磁気抵抗素子と、
前記磁気コイルに流れる電流に基づいて、前記磁気抵抗素子の出力を補正する補正部と、
を備えることを特徴とする、位置検出装置。
前記補正部は、前記磁気コイルに流れる電流を検出するアンプと、
前記アンプの出力を前記磁気抵抗素子の出力から減算する減算部と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の位置検出装置。
前記補正部は、前記磁気コイルに流れる電流と、前記磁気抵抗素子の出力から求まる前記磁気抵抗素子と前記アクチュエータとの距離とに基づいて、前記磁気抵抗素子の出力を補正することを特徴とする、請求項１に記載の位置検出装置。
磁気コイルを有し、磁力により駆動力を発生させるアクチュエータと、
光学レンズが装着され、前記アクチュエータにより駆動されるレンズ移動枠と、
前記レンズ移動枠の位置を検出する磁気抵抗素子と、
前記磁気コイルに流れる電流に基づいて、前記磁気抵抗素子の出力を補正する補正部と、
を備えることを特徴とする、撮像装置。
前記補正部は、前記磁気コイルに流れる電流を検出するアンプと、
前記アンプの出力を前記磁気抵抗素子の出力から減算する減算部と、を含むことを特徴とする、請求項４に記載の撮像装置。
前記補正部は、前記磁気コイルに流れる電流と、前記磁気抵抗素子の出力から求まる前記磁気抵抗素子と前記アクチュエータとの距離とに基づいて、前記磁気抵抗素子の出力を補正することを特徴とする、請求項４に記載の撮像装置。