JP2017049610A

JP2017049610A - 手振れ補正装置の調整方法

Info

Publication number: JP2017049610A
Application number: JP2016231205A
Authority: JP
Inventors: 新笠松; Arata Kasamatsu
Original assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2017-03-09
Also published as: KR20160085300A; JP6654658B2; TWI584015B; JP2017054144A; CN105814484A; KR20190115122A; CN105814484B; TW201535007A; CN108828874A; WO2015087533A1; US20160327806A1; KR102196231B1; JP2018124582A; US10613342B2; JP2017054145A; JPWO2015087533A1

Abstract

【課題】手振れ補正装置の調整方法を提供すること。
【解決手段】レンズをオートフォーカス方向の移動範囲の端点から端点まで移動させるステップと、オートフォーカス方向の移動範囲の両方の端点における第２の位置センサの第２の検出位置信号を記憶するステップと、前記レンズを手振れ方向の移動範囲の端点から端点まで移動させるステップと、手振れ方向の移動範囲の両方の端点における第１の位置センサの第１の検出位置信号を記憶するステップと、を有する。
【選択図】図７

Description

本発明は、手振れ補正装置の調整方法に関し、より詳細には、レンズモジュール内のＡＦ機構におけるレンズ位置の情報を、手ブレ補正機構におけるレンズ位置の制御の際にフィードバックするようにした手振れ補正装置の調整方法に関する。

一般的に、ジャイロスコープ（ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ）とは、物体の角度や角速度を検出する計測器で、ジャイロやジャイロセンサと呼ばれることもある。船や航空機やロケットの自律航法に使用される。最近ではカーナビゲーションシステムや自動運転システム、ロボット、デジタルカメラ、無人偵察機などでも用いられている。
また、近年、携帯電話用の小型カメラを用いて静止画像を撮影する機会が増えている。これに伴い、静止画像の撮影時に手ブレ（振動）があったとしても、結像面上での像ブレを防いで鮮明な撮影ができるようにした光学式手ブレ補正（ＯＩＳ；ＯｐｔｉｃａｌＩｍａｇｅＳｔａｂｉｌｉｚｅｒ／以下、「手ブレ補正」という）装置が、従来から種々提案されている。

この種の手ブレ補正方式としては、センサーシフト方式やレンズシフト方式などの光学式や、ソフトウェアによる画像処理で手ブレ補正するソフトウェア方式が知られている。
センサーシフト方式は、アクチュエータによって規準位置を中心に撮像素子（ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ）が移動可能な構成になっている。また、レンズシフト方式は、補正レンズを光軸と垂直な平面内で移動調整する構造を有している。さらに、ソフトウェア方式は、例えば、検出手段の検出結果からノイズ成分を除去し、このノイズ成分を除去した検出信号から撮像装置の手ブレによる画像のブレの補正に必要な特定情報を算出することによって、撮像装置が静止して手ブレのない状態で撮像画像も静止するようにしている。また、レンズと撮像素子とを保持するレンズモジュール（又はカメラモジュール）それ自体を揺動させることにより、手ブレを補正するようにした手ブレ補正装置も提案されている。

例えば、特許文献１に記載のものは、携帯電話用の小型カメラで静止画像の撮影時に生じた手ブレを補正して像ブレのない画像を撮影できるようにした手ブレ補正装置で、オートフォーカス（ＡＦ；ＡｕｔｏＦｏｃｕｓ）用カメラ駆動装置に手ブレ補正装置を設け、永久磁石を共通で使用して、部品点数を削減し、その結果、手ブレ補正装置のサイズ（主に高さ）を小さく（低く）するようにしたものである。
また、携帯電話に搭載されるようなカメラ装置では、小型化や低コスト化を図るため、カメラレンズの駆動方式は、クローズドループ制御でなく、レンズ位置をレンズ位置制御部にフィードバックしない制御（以下、オープンループ制御という）とするのが通常である。このようなことから、例えば、特許文献２には、オープンループ制御で電磁アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動装置並びにＶＣＭ（ボイスコイルモータ）でカメラレンズを駆動させるカメラ装置が提案されている。

つまり、この特許文献２に記載のものは、可動部の位置検出結果をレンズ位置制御部に帰還させてサーボをかけるといった制御をせず、所定の駆動電流を出力した場合に所定の変位量が得られたものとしてアクチュエータを駆動制御するものである。これにより、カメラレンズをオープンループ制御でステップ駆動する場合でも、ＶＣＭに固有振動周期Ｔに対応させたランプ波形の駆動電流を出力することで、ステップ駆動後にカメラレンズに固有振動が発生するのを防止し、カメラレンズを速やかに所定の位置に収束させることができ、それにより、フォーカスサーチに要する時間を大幅に短縮できるというものである。

また、特許文献３に記載のものは、電動雲台を制御してテレビカメラの撮像方向をプリセットする方式のテレビカメラ装置に関するもので、電動雲台の制御をオープンループ方式とフィードバック方式（クローズドループ制御）に切換えて実行する制御手段を備え、この制御手段は、オープンループ方式による制御を実行してからフィードバック方式による制御を実行してプリセット位置に制御し、プリセット位置に停止後はフィードバック制御により位置補正を実行するものである。

特開２０１１−６５１４０号公報特開２００８−１７８２０６号公報特開２００９−１９４８５６号公報

しかしながら、この特許文献１のものは、ＡＦ方向のレンズ位置を検出していないので、ＣＭＯＳからレンズまでの正確な距離が分からないので、手ブレ補正機能の性能が悪いという欠点がある。
また、上述した特許文献２におけるオートフォーカス機構は、オープンループ制御であって、上述した特許文献１と同様の問題があった。さらに、上述した特許文献３に記載のものは、テレビカメラ装置における電動雲台の制御をオープンループ方式とフィードバック方式に切換えて実行するもので、本発明のように、レンズ位置の情報を手ブレ補正機構にフィードバックするようにして手ブレ補正機構の性能を向上させるものではない。

コンパクトデジタルスチルカメラでは、ＡＦ用レンズと手ブレ補正用レンズが別々に存在していた。したがって、手ブレ補正用レンズと撮像素子との距離Ｆは変わらないので、この距離Ｆを求めるためのｆ＊Ｃｏ（ｆはレンズから撮像素子までの設計上の距離、Ｃｏは係数）の関係における係数Ｃｏは不要だった。しかしながら、スマートフォンではサイズの制約からＡＦ用レンズと手ブレ補正用レンズは兼用されている。したがって、ＡＦ動作により、手ブレ補正用レンズと撮像素子の距離は変化してしまう。
このような状況下で、従来のスマートフォンにおいては、この距離Fを正確には測定しておらず、補正をかけていたとしても、最適な補正とはならない。そこで、本発明は、レンズから撮像素子までの距離を正確に把握することで、手ブレ補正性能を向上させるようにしたものである。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、レンズモジュール内におけるレンズ位置の情報を手ブレ補正機構にフィードバックするようにして手ブレ補正機構の性能を向上させるようにした手振れ補正装置の調整方法を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、撮像素子に対してオートフォーカス方向と手振れ方向に移動するレンズの手振れ補正装置の調整方法であって、前記レンズをオートフォーカス方向の移動範囲の端点から端点まで移動させるステップと、オートフォーカス方向の移動範囲の両方の端点における第２の位置センサの第２の検出位置信号を記憶するステップと、前記レンズを手振れ方向の移動範囲の端点から端点まで移動させるステップと、手振れ方向の移動範囲の両方の端点における第１の位置センサの第１の検出位置信号を記憶するステップと、を有する。

本発明によれば、レンズ位置を検出し、検出した結果をレンズの位置を制御するレンズ位置制御部にオートフォーカス機構と手ブレ補正機構とを備え、レンズモジュール内のＡＦ機構におけるレンズ位置の情報を、手ブレ補正機構におけるレンズ位置の制御の際にフィードバックするようにして手ブレ補正機構の性能を向上させた手振れ補正装置の調整方法を実現することができる。

図１は、本発明の実施形態１に係る手振れ補正装置を説明するための構成図である。図２（ａ），（ｂ）は、本実施形態１の手振れ補正を説明するための模式図である。図３は、距離信号算出部及び目標位置信号算出回路の一例を示す図である。図４は、距離信号算出部及び目標位置信号算出回路の一例を示す図である。図５は、本発明の実施形態２に係る手振れ補正装置を説明するための構成図である。図６は、本発明の実施形態３に係る手振れ補正装置を説明するための構成図である。図７は、本発明の実施形態５係る手振れ補正装置を説明するための構成図である。図８は、本発明の前提となる手ブレ補正装置の構成図である。図９は、本発明に係るカメラモジュールの構成図である。図１０は、図９におけるコントローラ部の回路構成図である。図１１（ａ），（ｂ）は、レンズ位置とホール出力との関係及び被写体距離とレンズから撮像素子の距離との関係をグラフに示す図である。図１２は、本発明に係るカメラモジュールにおける光学要素（レンズ）の位置制御方法を説明するためのフローチャートを示す図である。

以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
以下、図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。

＜本実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る手振れ補正装置を説明するための構成図である。
本実施形態１の手振れ補正装置は、撮像素子に対してオートフォーカス方向と手振れ方向に移動するレンズ５０の手振れ補正装置であり、第１の位置センサ５２と距離信号算出部５１と目標位置信号算出回路５３と駆動信号生成部５４とを備える。
本実施形態１において、手振れ補正回路は、距離信号算出部５１と目標位置信号算出回路５３と駆動信号生成部５４とを備える。手振れ補正回路は、手振れ方向に移動するレンズ５０の位置である第１の検出位置信号と、オートフォーカス方向に移動するレンズ５０の位置である第２の検出位置信号と、レンズが光軸方向から傾いたときの角速度である角速度信号と、が入力され、駆動信号を出力する。駆動信号に応じて駆動部６０がレンズを手振れ方向に移動させる。

第１の位置センサ５２は、手振れ方向に移動するレンズの位置を検出して第１の検出位置信号を出力する。レンズに取り付けられた磁石の磁場を検出する磁気センサなどが挙げられる。手振れ方向は、光軸と直交する方向である。第１の位置センサ５２は、レンズの手振れ方向への移動に応じて、その出力信号が線形に変化する構成などが挙げられる。第１の位置センサ５２は、手振れ方向におけるレンズの現在位置を検出する。
距離信号算出部５１は、オートフォーカス方向に移動するレンズの位置である第２の検出位置信号が入力され、撮像素子とレンズの距離信号を算出する。第２の位置センサでオートフォーカス方向に移動するレンズの位置を検出し、その検出した第２の検出位置信号に基づいて撮像素子とレンズの間の距離Ｆに対応する距離信号を算出する。第２の位置センサは、例えば、レンズに取り付けられた磁石の磁場を検出する磁気センサなどが挙げられる。第２の位置センサは、レンズのオートフォーカス方向への移動に応じて、その出力信号が線形に変化する構成などが挙げられる。第２の位置センサは、オートフォーカス方向におけるレンズの現在位置を検出する。

目標位置信号算出回路５３は、距離信号、及び、レンズが光軸方向から傾いたときの角速度である角速度信号、又は、レンズが光軸方向から傾いた角度である角度信号が入力され、手振れ方向へのレンズの目標位置信号を算出する。具体的には、目標位置として、レンズと撮像素子との距離Ｆと、レンズが光軸方向から傾いた角度θから、Ｆ×ｔａｎθの演算を行って目標位置を求める。目標位置信号算出回路５３は、その目標位置へ移動させるための目標位置信号を出力する。レンズが光軸方向から傾く方向に応じて、第１の位置センサ５２の出力信号の符号が変わる場合、目標位置信号も傾く方向に応じて符号が変わるように構成してもよい。

駆動信号生成部５４は、目標位置信号及び第１の検出位置信号に基づいて、レンズを手振れ方向へ駆動する駆動信号を生成する。レンズの手振れ方向の目標位置に対応する目標位置信号と、現在のレンズの位置に対応する第１の検出位置信号の差に基づいて駆動信号を生成する。この駆動信号に基づいて、駆動部がレンズを手振れ方向へ駆動する。駆動部は、例えば、コイルで構成され、コイル電流が流れることにより発生する磁場により、磁石を取り付けたレンズを手振れ方向に駆動する。
本実施形態１によれば、オートフォーカス方向にレンズが移動した場合も手振れ補正を正確に行うことができる。

図２（ａ），（ｂ）は、本実施形態１の手振れ補正を説明するための模式図である。
図２（ａ）は、従来の手振れ補正を説明するための模式図である。撮像素子及びレンズが手振れにより光軸から角度θ傾いた場合、レンズと撮像素子の固定距離ｆ×ｔａｎθ分の距離を手振れ方向に移動させることで、手振れ補正を行う。しかし、オートフォーカス方向にレンズが移動した場合、移動量が不足するため、正確に手振れ補正を行えない。
一方、図２（ｂ）は、本実施形態１の手振れ補正を説明するための模式図である。撮像素子及びレンズが手振れにより光軸から角度θ傾いた場合、オートフォーカス方向の位置信号ＡＦを用いて撮像素子とレンズの距離Ｆを算出することができるため、レンズと撮像素子の距離Ｆ×ｔａｎθ分の距離を手振れ方向に移動させることで、正確に手振れ補正を行うことができる。つまり、本実施形態１では、オートフォーカス方向のレンズの位置検出により、撮像素子とレンズの現在距離信号を得ることができ、それに基づいて手振れ補正を行うため、正確な手振れ補正を行うことができる。
特に、スマホ用途などでは、オートフォーカスと手振れ補正が同一のレンズにより行われ、小型化が進んでいることから、この誤差を低減できる点は非常にメリットが大きい。

図３及び図４は、距離信号算出部及び目標位置信号算出回路の一例を示す図である。なお、図中符号５１１は距離信号演算部、５１２は積分回路、５１３は演算回路、５１４は記憶部を示している。
図３においては、第２の検出位置信号Ｓ_ＡＦと角速度信号Ｓ_ωが入力され、目標位置信号を出力する。第２の検出位置信号Ｓ_ＡＦと、レンズと撮像素子の距離Ｆとの対応関係が記憶部５１４に記憶され、第２の検出位置信号Ｓ_ＡＦに基づいて記憶部５１４から距離信号Ｆを読みだして後段へ出力する。また、角速度信号Ｓ_ωを積分して、レンズが光軸から傾いた角度θを算出して後段へ出力する。演算回路５１３で、撮像素子とレンズの距離Ｆ×ｔａｎθの演算を行って、レンズの手振れ方法への移動量Ｘを算出する。これに対応するのが目標位置信号である。

図４においては、第２の検出位置信号Ｓ_ＡＦと角速度信号Ｓ_ωが入力され、目標位置信号を出力する。レンズと撮像素子の基準距離ｆに、第２の検出位置信号Ｓ_ＡＦからオートフォーカス方向にレンズが基準位置から移動した距離Ｙを加算することで距離信号Ｆを後段へ出力する。また、角速度信号Ｓ_ωを積分して、レンズが光軸から傾いた角度θを算出して後段へ出力する。演算回路５１３で、撮像素子とレンズの距離Ｆ×ｔａｎθ（＝（ｆ＋Ｙ）×ｔａｎθ）の演算を行って、レンズの手振れ方法への移動量Ｘを算出する。これに対応するのが目標位置信号である。なお、第２の検出位置信号Ｓ_ＡＦから撮像素子とレンズの基準距離ｆに対して演算する係数Ｃｏを算出して、係数Ｃｏを基準距離ｆに演算して距離信号Ｆ（＝ｆ×Ｃｏ）を出力する形態であってもよい。
その他、オートフォーカス方向のレンズの現在位置に関する情報を用いてレンズの手振れ方向の移動量の誤差を補正できる形態であればよい。

＜本実施形態２＞
図５は、本発明の実施形態２に係る手振れ補正装置を説明するための構成図である。
本実施形態２における目標位置信号算出回路５３は、距離信号、及び、レンズが光軸方向から傾いた角度である角度信号が入力され、手振れ方向へのレンズの目標位置信号を算出する。具体的には、目標位置として、レンズと撮像素子との距離Ｆと、レンズが光軸方向から傾いた角度θから、Ｆ×ｔａｎθの演算を行って目標位置を求める。
本実施形態２では、目標位置信号算出回路５３に、角速度信号を積分して角度信号を出力する積分回路がない形態である。

＜本実施形態３＞
図６は、本発明の実施形態３に係る手振れ補正装置を説明するための構成図である。
本実施形態３における位置制御装置は、第１の位置センサ５２と距離信号算出部５１と目標位置信号算出回路５３と駆動信号生成部５４と第２の位置センサ６１と角速度センサ６２とを備える。
第２の位置センサ６１は、オートフォーカス方向のレンズ位置を検出して第２の位置検出信号Ｓ_ＡＦを出力する。角速度センサ６２は、レンズ５０の手振れ方向の角速度を検出して角速度信号Ｓ_ωを出力する。オートフォーカス方向も手振れ方向もクローズドループで構成する。

＜本実施形態４＞
本実施形態４の調整方法は、レンズを光軸方向の移動範囲の端点から端点まで移動させるステップと、両方の端点における第２の位置センサの第２の検出位置信号を記憶部に記憶させるステップと、レンズを手振れ方向の移動範囲の端点から端点まで移動させるステップと、両方の端点における第１の位置センサの第１の検出位置信号を記憶部に記憶させるステップと、を備える。なお、第２の検出位置信号が第２の記憶部に記憶され、第１の検出位置信号が第１の記憶部に記憶される構成でもよい。

まず、レンズが光軸方向の端点と端点にあるときのレンズ位置と第２の検出位置信号の対応関係を記憶する。それにより、第２の検出位置信号から撮像素子とレンズの距離信号を算出するための調整を行う。次に、レンズが手振れ方向の端点にあるときのレンズ位置と第１の検出位置信号の対応関係を記憶する。それにより、レンズの手振れ方向の移動量から目標位置信号を算出するための調整を行う。
なお、レンズが光軸方向の端点にあるときの、撮像素子とレンズとの距離に対応する信号は調整時に算出して記憶してもよく、予め記憶されていてもよい。

以下、具体的にその一例を説明する。
まずは、オートフォーカス方向に移動するレンズの位置である第２の検出位置信号から、撮像素子とレンズとの距離を算出するための調整を行う。
レンズが光軸方向の移動範囲の撮像素子に近い方の端点にあるときの第２の位置センサの第２の検出位置信号をＳｆ１とし、レンズが移動範囲のもう片方の端点にあるときの第２の位置センサの第２の検出位置信号をＳｆ２とし、両者を記憶部に記憶する。
レンズと撮像素子の最短距離ｆｍｉｎ、レンズの移動範囲Ｌに対応する距離信号が記憶部に記憶されているとする。

例えば、レンズの光軸方向の移動に対して第２の検出位置信号が線形に変化する形態において、オートフォーカス方向へレンズが移動して第２の位置センサの第２の検出位置信号がＳｆｚであった場合、レンズと撮像素子の距離Ｆｚは下記式により算出することができる。
Ｆｚ＝Ｌ／（Ｓｆ２−Ｓｆ１）×（Ｓｆｚ−Ｓｆ１）＋ｆｍｉｎ
これにより、オートフォーカス方向に移動するレンズの位置である第２の検出位置信号を用いて撮像素子とレンズの距離信号を算出することができる。

次に、撮像素子とレンズの距離信号、及び、レンズが光軸方向から傾いた角度である角度信号から、レンズを光軸方向に移動させる目標位置Ｘを下記式により算出する。
Ｘ＝Ｆｚ×ｔａｎθ
次に、距離信号、及び、レンズが光軸方向から傾いた角度である角度信号から手振れ方向へのレンズの目標位置信号を算出するための調整を行う。
簡単のために、レンズと撮像素子の最短距離ｆｍｉｎにおいて、手振れ方向の端点から端点までレンズを移動させた場合を考える。

手振れ方向の片方の端点における第１の位置センサの第１の検出位置信号Ｓｏｉｓ１、手振れ方向のもう片方の端点における第１の位置センサの第１の検出位置信号Ｓｏｉｓ２として記憶部に記憶させる。
手振れ方向にレンズが移動する移動範囲（例えば、ＸｍａｘからＸｍｉｎ）に対応する信号が記憶部に記憶されているとする。
例えば、レンズの手振れ方向の移動に対して第１の検出位置信号が線形に変化する形態において、オートフォーカス方向へレンズが移動し、かつ、手振れ方向へレンズが角度θ分移動した場合、目標位置信号は下記式により算出することができる。

目標位置信号
＝（Ｓｏｉｓ２−Ｓｏｉｓ１）／２＋Ｓｏｉｓ１＋（Ｓｏｉｓ２−Ｓｏｉｓ１）／（Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ）×Ｘ
＝（Ｓｏｉｓ２＋Ｓｏｉｓ１）／２＋（Ｓｏｉｓ２−Ｓｏｉｓ１）×（Ｆｚ×ｔａｎθ）／（Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ）
以上の調整を行うことにより、オートフォーカス方向へレンズが移動した場合においても、手振れ補正を正確に行うことができる。また、光軸方向に直交する第１軸方向の手振れに加えて、光軸方向及び第１軸方向に直交する第２軸方向の手振れに対して調整を行う形態でもよい。

以上は一例であって、他の方法であってもよい。例えば、光軸方向の端点は、機械的な移動範囲の端点であっても、任意の被写体距離（レンズから被写体までの距離）に対する焦点距離（レンズから撮像素子までの距離）に関する移動範囲の端点であってもよい。また、任意の撮像素子とレンズの距離と第２の位置センサの第２の検出位置信号の対応関係が記憶される形態であってもよい。また、レンズと撮像素子の光軸方向の任意の距離において、手振れ方向の端点から端点へレンズを移動させて調整する形態でもよい。
なお、レンズが光軸方向から傾く方向に応じて角度θに対応する角度信号の符号が変化し、かつ、第１のセンサの出力信号の符号が変わる場合、目標位置信号も傾く方向に応じて符号が変わるように構成した手振れ補正とすることもできる。

また、上述の式の通り、手振れ方向へのレンズの移動がないときは（角度θ＝０°）、レンズが手振れ方向の端点から端点の中心となるような目標位置信号（＝（Ｓｏｉｓ２＋Ｓｏｉｓ１）／２）が出力されるように構成してもよい。
レンズが光軸方向に移動するときの撮像素子とレンズとの距離と第２の検出位置信号との対応関係、及び、レンズが手振れ方向に移動するときの移動量と第１の検出位置信号との対応関係が記憶されるように調整されればよい。そのため、オートフォーカス方向の両方の端点における第２の位置センサの第２の検出位置信号自体を記憶するほか、調整により得られた距離信号を算出するための変換係数を手振れ補正装置の記憶部に記憶する形態であってもよい。同様に、手振れ方向の両方の端点における第１の位置センサの第１の検出位置信号を記憶するほか、調整により得られた目標位置信号を算出するための変換係数を手振れ補正装置の記憶部に記憶する形態であってもよい。

＜本実施形態５＞
図７は、本発明の実施形態５に係る手振れ補正装置を説明するための構成図である。
本実施形態５では、第１の位置センサ５２の第１の検出位置信号を調整する調整部５５に、第２の検出位置信号がフィードバックされる形態である。
具体的には、第２の検出位置信号に基づいてレンズと撮像素子との距離Ｆを算出し、レンズと撮像素子の基準距離Ｆ０を距離Ｆで除算した係数でゲイン調整を行う。例えば、オートフォーカス方向にレンズが基準距離Ｆ０から距離Ａ移動した場合、係数Ｆ０／（Ｆ０＋Ａ）のゲイン調整を行う。それによって、本実施形態１などと同様の動作が得られる。

＜手振れ補正方法＞
本実施形態の手振れ補正方法は、撮像素子に対してオートフォーカス方向と手振れ方向に移動するレンズの手振れ補正を行う手振れ補正方法であり、オートフォーカス方向に移動するレンズの位置を検出して、撮像素子とレンズの距離を算出するステップと、レンズの手振れ方向の角速度を検出して、光軸方向から傾いた角度を算出するステップと、算出した距離と角度から、手振れ方向へのレンズの移動量を算出するステップと、手振れ方向に移動するレンズの現在位置を検出するステップと、レンズを移動量に基づいて現在位置から手振れ方向へ移動させるステップと、を備える。
オートフォーカス方向の現在位置を検出してレンズと撮像素子の距離Ｆを算出し、その距離Ｆとレンズが傾いた角度θから、移動量Ｘを算出する。その移動量に基づいて、手振れ方向のレンズの現在位置から目標位置へ移動させる。それにより、オートフォーカス方向にレンズが移動しても、手振れ補正を正確に行うことができる。

図８は、本実施例の前提となる手ブレ補正装置の構成図である。
本実施例の前提となる手ブレ補正装置によれば、ジャイロセンサ（Ｇｙｒｏｓｅｎｓｏｒ）１からのジャイロ信号をジャイロ信号処理部２にて処理することで角速度信号が得られる。この角速度信号を信号処理回路（ＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；コントローラ部）３にて、積分して角度θが得られ、その後に角度θから後述する演算を行って目標位置を決定する。
ジャイロ信号処理部２は、ジャイロセンサ１からのジャイロ信号を増幅器１１ａ，１１ｂを介して増幅し、この増幅されたジャイロ信号から、アナログ演算部１２と同期検波部１３とローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４と増幅器１５を介してＸ軸角速度信号及びＹ軸角速度信号を得る。

一方、アナログ演算部１２には、リミッタ１６とローパスフィルタ１７とが接続されていて、このローパスフィルタ１７には増幅器１８と基準信号発生部１９が接続されている。この増幅器１８はジャイロセンサ１に接続されていて、このジャイロセンサ１は自励振動するように構成されている。
信号処理回路（コントローラ部）３は、ジャイロ信号処理部２から得られたＸ軸角速度信号及びＹ軸角速度信号を入力し、これらのＸ軸角速度信号及びＹ軸角速度信号から積分処理されて角度θを得る。その後、角度θから後述する演算により目標位置を決定する。Ｘ軸用ＰＩＤ制御回路４ａ及びＹ軸用ＰＩＤ制御回路４ｂは、信号処理回路（コントローラ部）３から得られた目標位置信号値（ＶＴＡＲＧ）と、Ｘ軸ホールセンサ６ａ及びＹ軸ホールセンサ６ｂからの位置信号に基づいて、Ｘ軸用モータコントローラ（ドライバ）５ａ及びＹ軸用モータコントローラ（ドライバ）５ｂに制御信号を送り、磁石及びレンズ並びに駆動コイルを含む光学要素部（線形駆動デバイス）７におけるレンズの位置を制御する。

図９は、本実施例に係るカメラモジュールの構成図で、線形運動デバイスの制御装置を説明するための構成図である。図中符号１０はカメラモジュール、２０は制御装置、２１は磁場センサ（ホール素子）、２２はオフセット補償回路、２３は増幅器、２４はＡ／Ｄ変換回路、２５はＰＩＤ制御回路（制御部）、２６はドライバ回路、２７は駆動コイル、４１は線形運動デバイス、４２は磁石、４３はＯＩＳレンズを示している。なお、図８と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
磁場センサ２１が第１の位置センサ５２に対応し、ＰＩＤ制御回路２５及びドライバ回路２６が駆動信号生成部５４に対応し、駆動コイル２７が駆動部６０に対応し、目標位置信号算出部が目標位置信号算出回路５３及び距離信号算出部５１に対応し、ＡＦ用ホール素子の出力が第２の検出位置信号に対応する。

本実施例のカメラモジュールは、光軸に対して垂直方向及び平行方向に移動可能なレンズを有する線形運動デバイスと、この線形運動デバイス近傍に配置されたアクチュエータ部と、レンズの位置を検出可能な位置検出センサと、レンズの位置を制御可能な制御部と、レンズの目標位置を出力するコントローラ部と、アクチュエータを駆動するドライバ部とを備え、アクチュエータ部を駆動させることで、レンズを移動させるカメラモジュールにおいて、レンズを光軸方向に対し垂直な平面方向に移動させ、レンズの光軸方向に対し垂直な平面方向の位置を制御する際、光軸に対して平行方向の位置情報も用いて制御可能としている。

本実施例のカメラモジュールは、移動体に取り付けられた磁石４２を有する線形運動デバイス４１と、この線形運動デバイス４１の磁石４２の近傍に配置されたＯＩＳ用駆動コイル２７と、ＡＦ用駆動コイルと（図示せず）を備え、ＯＩＳ用駆動コイル２７にコイル電流が流れることによって発生する力により磁石４２に固定されているレンズ４３を移動させるカメラモジュールである。
磁場センサ２１は、磁石４２が発生する磁場を検出し、検出された磁場の値に対応する検出位置信号値ＶＰＲＯＣを出力する。コントローラ部３は、物体の角速度を検出した角速度信号とＡＦ用位置センサからの出力信号とに基づいて、線形運動デバイス４１を移動すべき目標位置を指示する目標位置信号値ＶＴＡＲＧを出力する。

制御部２５は、磁場センサ２１による検出位置信号値ＶＰＲＯＣとコントローラ部３による目標位置信号値ＶＴＡＲＧに基づいて、レンズ４３を目標位置に移動させるための制御信号を生成する。ドライバ回路２６は、制御部２５による制御信号に基づいて駆動コイル２７に駆動電流を供給する。また、制御部２５は、制御信号をＰＩＤ制御により生成する。
また、磁場センサは、ホール素子であることが好ましい。また、線形運動デバイスと駆動コイルが、カメラモジュールに組み込まれていることも可能である。

図９において、カメラモジュール１０のレンズの位置調整を行う制御装置２０に適用した場合について説明する。この制御装置（位置制御回路）２０は、例えば、ＩＣ回路として構成されている。なお、カメラモジュール１０は、線形運動デバイス４１と、レンズ４３を移動させる駆動コイル２７を含むものとする。したがって、駆動コイル２７に電流を流すことにより、磁石４２が移動され、その磁石４２に固定されているレンズ４３の位置調整が可能となる。
つまり、線形運動デバイス４１の制御装置２０は、レンズ（移動体）４３に取り付けられた磁石４２を有する線形運動デバイス４１と、この線形運動デバイス４１の磁石４２の近傍に配置された駆動コイル２７とを備え、この駆動コイル２７にコイル電流が流れることによって発生する力により磁石４２を移動させるように構成されている。

磁場センサ２１は、磁石４２が発生する磁場を検出し、検出された磁場の値に対応する検出位置信号値ＶＰＲＯＣを出力する。つまり、磁場センサ２１は、カメラモジュール１０の磁石４２が発する磁場を電気信号に変換し、検出位置信号を増幅器２３に出力する。増幅器２３は、磁場センサ２１から入力される検出位置信号をオフセット補償回路２２を介して増幅する。なお、この磁場センサ２１はホール素子であることが望ましい。
また、Ａ／Ｄ変換回路２４は、磁場センサ２１からの検出位置信号を増幅器２３により増幅してＡ／Ｄ変換するもので、Ａ／Ｄ変換された検出位置信号値ＶＰＲＯＣを得るものである。

また、コントローラ部３は、図８に示したジャイロ信号処理部２からの角速度信号と、ＡＦ用位置センサからの信号を入力とし、デバイス（レンズ）位置を制御し、目標位置信号値ＶＴＡＲＧを出力するもので、ＰＩＤ制御回路２５に接続されている。
また、ＰＩＤ制御回路２５は、Ａ／Ｄ変換回路２４とコントローラ部３とに接続され、Ａ／Ｄ変換回路２４からの出力信号である検出位置信号値ＶＰＲＯＣと、コントローラ部３からの出力信号である目標位置信号値ＶＴＡＲＧを入力として、ＰＩＤ制御を行うものである。つまり、ＰＩＤ制御回路２５は、Ａ／Ｄ変換回路２４からの検出位置信号値ＶＰＲＯＣとコントローラ部３で生成されたレンズ位置の目標位置信号値ＶＴＡＲＧとを入力し、レンズ４３の現在位置と、目標位置信号値ＶＴＡＲＧにより指示されるレンズ４３の目標位置とから、レンズ４３を目標位置に移動させるための制御信号を出力する。

ここでＰＩＤ制御とは、フィードバック制御の一種で、入力値の制御を出力値と目標値との偏差とその積分及び微分の３つの要素によって行う方法のことである。基本的なフィードバック制御として比例制御（Ｐ制御）がある。これは入力値を出力値と目標値の偏差の一次関数として制御するものである。ＰＩＤ制御では、この偏差に比例して入力値を変化させる動作を比例動作あるいはＰ動作（ＰはＰＲＯＰＯＲＴＩＯＮＡＬの略）という。つまり、偏差のある状態が長い時間続けばそれだけ入力値の変化を大きくして目標値に近づけようとする役目を果たす。この偏差の積分に比例して入力値を変化させる動作を積分動作あるいはＩ動作（ＩはＩＮＴＥＧＲＡＬの略）という。このように比例動作と積分動作を組み合わせた制御方法をＰＩ制御という。この偏差の微分に比例して入力値を変化させる動作を微分動作あるいはＤ動作（ＤはＤＥＲＩＶＡＴＩＶＥ又はＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬの略）という。比例動作と積分動作と微分動作を組み合わせた制御方法をＰＩＤ制御という。

ＰＩＤ制御回路２５からの出力信号は、Ｄ／Ａ変換回路（図示せず）によりＤ／Ａ変換され、ドライバ回路２６により、検出位置演算信号値ＶＰＲＯＣと目標位置信号値ＶＴＡＲＧに基づいて、駆動コイル２７に駆動電流が供給される。つまり、ドライバ回路２６は、ＰＩＤ制御回路２５からの制御信号に基づき、出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２を生成する。この出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２は、カメラモジュール１０の駆動コイル２７の両端に供給される。
なお、以上の説明では、線形運動デバイスが、レンズ４３と、このレンズ４３に取り付けられた磁石４２とからなるものとしているが、駆動コイルを含めて線形運動デバイスとすることもできる。

また、図９においては、１軸のみについて示したが、手ブレ補正の場合には２軸必要であるため、図９と全く同じ構成ものをもう１つ設け、合計で２つあることが好ましい。また、ホール素子２１と駆動コイル２７、磁石４２のみ２つあり、その他の回路は２軸で共通としても良い。
このようにして、レンズの稼動範囲を変更した場合にも、線形運動デバイスの正確な位置制御を可能とすることができる。

図１０は、図９におけるコントローラ部の回路構成図である。図中符号３１が積分回路、３２は第１の演算回路、３３はメモリ、３４は第２の演算回路を示している。
コントローラ部３は、角速度信号を積分して得られる角度信号θ（角速度信号の積分）と、レンズ４３から撮像素子４４までの距離信号Ｆとに基づいて、レンズ４３を移動させるべき距離信号Ｘを以下の関係式
Ｘ＝ｔａｎθ×Ｆ
を用いて演算して目標位置信号値ＶＴＡＲＧを得る。

また、距離信号Ｆは、以下の関係がある。
Ｆ＝ｆ＊Ｃｏ（四則演算のどれか又はその組み合わせもしくはＦを直接他の方法により求める）
なお、ｆはレンズから撮像素子までの設計上の距離、Ｃｏは係数を示している。
また、コントローラ部３は、角速度信号から角度信号θを得る積分回路３１と、ＡＦ用の位置センサの出力に基づいて、レンズ４３から撮像素子４４までの距離信号Ｆを得る第１の演算回路３２と、積分回路３１からの角度信号θと、第１の演算回路３２からの距離信号Ｆとに基づいて目標位置信号値ＶＴＡＲＧを得る第２の演算回路３４とを備えている。

また、コントローラ部３は、レンズ４３の位置と磁場センサ２１からの出力との関係に基づくキャリブレーション情報と、レンズ４３の位置とＡＦ用位置センサとの関係に基づくキャリブレーション情報と、被写体距離とレンズ４３から撮像素子４４の距離との関係に基づく情報とを記憶するメモリ３３を備えている。
つまり、ＡＦ用ホール素子の出力から、上式のＦを求め、上式のようにｔａｎθ×Ｆで手ブレ補正用レンズを移動させるべき目標位置Ｘ（ＶＴＡＲＧ）を求める。ここで、ＡＦ用ホール素子の出力から、Ｆを求める方法の一例として、例えば、カメラモジュール（アクチュエータモジュール＋撮像素子）組立後、以下の方法で求めることもできる。

図１１（ａ），（ｂ）は、レンズ位置とホール出力との関係及び被写体距離とレンズから撮像素子の距離との関係をグラフに示す図である。
１）キャリブレーションにより、レンズ位置とホール出力が関係付けられる（図１１（ａ））。
２）フォーカス時の被写体距離とＧＡＰ（ギャップ；レンズ〜撮像素子）の関係は、１対１の関係にある（図１１（ｂ））。
３）使用するアクチュエータモジュールにおける図１１（ｂ）の関係の、任意のある２点の値を把握し（実測しても良いし、計算で求めても良い）、メモリに保存しておく。
例えば、被写体距離が３ｍの時には、ＧＡＰは２００ｕｍ、被写体距離１０ｃｍの時には、ＧＡＰ４００ｕｍというようにしておく。
そうすると、図１１（ａ）より、ホール素子の出力とレンズ位置（ＧＡＰでもあり、Ｆでもある）が関係付けられる。つまりＡＦ用のホール素子の出力から、Ｆを求めることができる。

以下に、図１０に基づいてコントローラ部の動作について説明する。
図８に示したジャイロ信号処理部２からの角速度信号を積分回路３１により積分して角度θを得る。一方、ＡＦ用ホール素子からの信号に基づいて第１の演算回路３２により、図１１（ａ）に示されたレンズ位置とホール素子からの出力との関係から信号Ｆを得る。第１の演算回路３２にはメモリ３３が接続されていて、このメモリ３３には、図１１（ａ）のキャリブレーション情報と、図１１（ｂ）に示されている被写体距離とレンズから撮像素子の距離との関係における任意情報が記憶されている。

なお、ここでキャリブレーションとは、ＡＦにおけるホーム位置に対応する第１の位置信号値ＮＥＧＣＡＬ及びフル位置に対応する第２の位置信号値ＰＯＳＣＡＬに対応する検出位置演算信号値を得てメモリ３３に記憶させることを意味している。
第２の演算回路３４は、積分回路３１からの角度θと第１の演算回路３２からの信号Ｆに基づいてＸ＝ｔａｎθ×Ｆの演算を行い、レンズを移動させるべき距離Ｘを得る。この信号Ｘが図９に示した目標位置信号値ＶＴＡＲＧに相当する。
このようにして、レンズ位置を検出し、検出した結果をレンズの位置を制御するレンズ位置制御部にオートフォーカス機構と手ブレ補正機構とを備え、レンズモジュール内のＡＦ機構におけるレンズ位置の情報を、手ブレ補正機構におけるレンズ位置の制御の際にフィードバックするようにして手ブレ補正機構の性能を向上させたカメラモジュールを実現することができる。

図１２は、本実施例に係るカメラモジュールにおける光学要素（レンズ）の位置制御方法を説明するためのフローチャートを示す図である。
本実施例のカメラモジュールにおけるレンズの位置制御方法は、光軸に対して垂直方向及び平行方向に移動可能なレンズを有する線形運動デバイスと、この線形運動デバイス近傍に配置されたアクチュエータ部と、レンズの位置を検出可能な位置検出センサと、レンズの位置を制御可能な制御部と、レンズの目標位置を出力するコントローラ部と、アクチュエータを駆動するドライバ部とを備え、アクチュエータ部を駆動させることで、レンズを移動させるカメラモジュールにおける光学要素の位置制御方法において、レンズを光軸方向に対し垂直な平面方向に移動させ、レンズの光軸方向に対し垂直な平面方向の位置を制御する際、光軸に対して平行方向の位置情報も用いて制御可能としている。

本実施例のカメラモジュールにおけるレンズの位置制御方法は、移動体に取り付けられた磁石を有する線形運動デバイスと、この線形運動デバイスの磁石の近傍に配置された駆動コイルとを備え、この駆動コイルにコイル電流が流れることによって発生する力により磁石に固定されているレンズを移動させるカメラモジュールにおけるレンズの位置制御方法である。
まず、ステップＳ１において、磁場センサ２１により、磁石４２が発生する磁場を検出し、検出された磁場の値に対応する検出位置信号値ＶＰＲＯＣを出力する。次に、ステップＳ２において、コントローラ部３により、物体の角速度を検出した角速度信号とＡＦ用位置センサからの出力信号とに基づいて、線形運動デバイス４１を移動すべき目標位置を指示する目標位置信号値ＶＴＡＲＧを出力する。

次に、ステップＳ３において、制御部２５により、磁場センサ２１による検出位置信号値ＶＰＲＯＣとコントローラ部３による目標位置信号値ＶＴＡＲＧに基づいて、レンズ４３を目標位置に移動させるための制御信号を生成する。次に、ステップＳ４において、ドライバ回路２６により、制御部２５による制御信号に基づいて駆動コイル２７に駆動電流を供給する。
また、コントローラ部３による目標位置信号値を出力するステップは、角速度信号を積分して得られる角度信号θと、レンズ４３から撮像素子４４までの距離信号Ｆとに基づいて、レンズ４３を移動させるべき距離信号Ｘを以下の関係式
Ｘ＝ｔａｎθ×Ｆ
を用いて演算して目標位置信号値ＶＴＡＲＧを得る。

また、コントローラ部３による目標位置信号値を出力するステップは、積分回路３１により、角速度信号から角度信号θを得るステップと、第１の演算回路３２により、ＡＦ用位置センサの出力に基づいて、レンズ４３から撮像素子４４までの距離信号Ｆを得るステップと、第２の演算回路３４により、積分回路３１からの角度信号θと、第１の演算回路３２からの距離信号Ｆとに基づいて目標位置信号値ＶＴＡＲＧを得るステップとを有する。
また、コントローラ部３による目標位置信号値を出力するステップは、メモリ３３により、レンズ４３の位置と磁場センサ２１からの出力との関係に基づくキャリブレーション情報と、レンズ４３の位置とＡＦ用位置センサとの関係に基づくキャリブレーション情報と、被写体距離とレンズ４３から撮像素子４４の距離との関係に基づく情報とを記憶するステップを有する。また、制御部２５による制御信号を生成するステップは、制御信号をＰＩＤ制御により生成する。

このようにして、レンズ位置を検出し、検出した結果をレンズの位置を制御するレンズ位置制御部にオートフォーカス機構と手ブレ補正機構とを備え、レンズモジュール内のＡＦ機構におけるレンズ位置の情報を、手ブレ補正機構におけるレンズ位置の制御の際にフィードバックするようにして手ブレ補正機構の性能を向上させた手振れ補正装置の調整方法を実現することができる。
以上のように、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これらの説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の他の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の技術的範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例又は実施形態も網羅すると解すべきである。

１ジャイロセンサ（Ｇｙｒｏｓｅｎｓｏｒ）
２ジャイロ信号処理部
３信号処理回路（ＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）
４ａＸ軸用ＰＩＤ制御回路
４ｂＹ軸用ＰＩＤ制御回路
５ａＸ軸用モータコントローラ（ドライバ）
５ｂＹ軸用モータコントローラ（ドライバ）
６ａＸ軸ホールセンサ
６ｂＹ軸ホールセンサ
７光学要素部（線形駆動デバイス）
１０カメラモジュール
１１ａ，１１ｂ，１５，１８，２３増幅器（アンプ）
１２アナログ演算部
１３同期検波部
１４，１７ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１６リミッタ
１９基準信号発生部
２０制御装置
２１磁場センサ（ホール素子）
２２オフセット補償回路
２４Ａ／Ｄ変換回路
２５ＰＩＤ制御回路（制御部）
２６ドライバ回路
２７駆動コイル
３１積分回路
３２第１の演算回路
３３メモリ
３４第２の演算回路
４１線形運動デバイス
４２磁石
４３ＯＩＳレンズ
５０レンズ
５１距離信号算出部
５２第１の位置センサ
５３目標位置信号算出回路
５４駆動信号生成部
５５調整部
６０駆動部
６１第２の位置センサ
６２角速度センサ
５１１距離信号演算部
５１２積分回路
５１３演算回路
５１４記憶部

Claims

撮像素子に対してオートフォーカス方向と手振れ方向に移動するレンズの手振れ補正装置の調整方法であって、
前記レンズをオートフォーカス方向の移動範囲の端点から端点まで移動させるステップと、
オートフォーカス方向の移動範囲の両方の端点における第２の位置センサの第２の検出位置信号を記憶するステップと、
前記レンズを手振れ方向の移動範囲の端点から端点まで移動させるステップと、
手振れ方向の移動範囲の両方の端点における第１の位置センサの第１の検出位置信号を記憶するステップと、を有する手振れ補正装置の調整方法。