JP4986551B2 - レンズ駆動制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、鏡筒にレンズを組み込んで構成されるレンズユニットを光軸方向にボイスコイルモータを用いて駆動するレンズ駆動制御装置に関する。
現行の携帯電話は、そのほとんどの機種にカメラが搭載される、いわゆるカメラ付携帯電話となっている。このカメラ付携帯電話に搭載されるカメラは、一般にＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像素子と、この固体撮像素子に被写体画像を投影するレンズユニットとを一体化した、いわゆるカメラモジュールが用いられて構成されている。
カメラ付携帯電話に搭載されるカメラの多くは、自動的に被写体に焦点を合わせるオートフォーカス機能を有しており、このようなオートフォーカス機能付のカメラモジュールにおいては焦点調節用のレンズユニットを光軸方向に変位させることにより焦点調節が行えるようになっている。
オートフォーカス機能付のカメラモジュールとしては、鏡筒に組み込まれるレンズから構成されるレンズユニットを光軸方向にボイスコイルモータを用いて駆動するように構成されたものがある。（特許文献１参照）
このようなボイスコイルモータを用いたカメラモジュールは、例えば、レンズユニットをバネによりフレームに対して変位可能に支持すると共に、前記レンズユニットに駆動コイルを装着し、該駆動コイルに作用する磁界を形成する磁気回路を備えるボイスコイルモータにより前記レンズユニットが光軸方向に駆動されるように構成されている。そして、レンズユニットは前記ボイスコイルモータの駆動コイルにモータドライバから供給される駆動電流を制御するレンズ駆動制御装置により駆動が制御される。
特開２００６−８７２８２号公報
ところで、前述のようにボイスコイルモータを用いたカメラモジュールにおいて、被写体画像にフォーカスを合わせる為にレンズユニットを大きく光軸方向に変位させると、このレンズユニットがフレームに衝突して衝突音が発生する。
従来のカメラモジュールのレンズ駆動制御装置は、この衝突音の発生を特に問題視することもなく、前記衝突音の対策を施していなかった。
しかしながら、前記衝突音の発生は品位の点で好ましくなく、また、前記レンズユニットの駆動速度が高速化されることにより前記衝突音が無視できなくなってきた。
請求項１に係る発明のレンズ駆動制御装置は、鏡筒にレンズが組み込まれて構成されるレンズユニットをバネによりフレームに対して変位可能に支持すると共に、前記レンズユニットに駆動コイルを装着し、前記駆動コイルに作用する磁界を形成する磁気回路を備えるボイスコイルモータにより前記レンズユニットが光軸方向に駆動されるように構成され、かつ、前記ボイスコイルモータの前記駆動コイルにモータドライバから駆動電流を供給して前記レンズユニットを駆動するレンズ駆動制御装置において、前記レンズユニットの可動範囲を所定の分割数で均等に分割した移動量単位に基づいて前記レンズユニットを段階的に駆動させる前記駆動電流を前記モータドライバから発生させるように制御するドライバ制御回路を備え、前記ドライバ制御回路により前記レンズユニットの駆動後に前記レンズユニットを制振させる待機期間を設けて前記レンズユニットを設定される前記移動量単位ごとに駆動させるように制御し、前記ドライバ制御回路により前記レンズユニットの前記移動量単位を基準としてこの移動量単位を所定の整数倍して設定される複数の前記移動量単位によるレンズ駆動制御を選択的に実行するようにすると共に、前記ドライバ制御回路により設定される前記移動量単位ごとに前記レンズユニットが駆動された後から次に前記レンズユニットが駆動されるまでの前記待機期間を前記レンズユニットを駆動させる前記移動量単位ごとの駆動期間に比例して設定することを特徴とする。
請求項１に係る発明に依れば、レンズユニットの駆動後に該レンズユニットを制振させる待機期間を設けて該レンズユニットを設定される移動量単位ごとに駆動させるように制御しているので、レンズユニットを変位させることに伴って前記レンズユニットを支持するバネの振動振幅がレンズユニットを可動範囲の大きさに因らず移動量単位に基づく小振幅の振動とすることが出来、これにより前記レンズユニットがフレームに衝突して発生する衝突音の防止が図れ、あるいは前記レンズユニットがフレームに衝突する力が緩和され、衝突音の緩和が図れる。
また、複数の移動量単位によるレンズ駆動制御を選択的に実行するようにすると共に、ドライバ制御手段により設定される移動量単位ごとにレンズユニットが駆動された後から次にレンズユニットが駆動されるまでの待機期間をレンズユニットを駆動させる移動量単位ごとの駆動期間に比例して設定しているので、レンズユニットの移動量単位を変更してフォーカス合わせ時のラフ検索と精細検索とを選択できるようにしながら、そのレンズユニットの移動量単位の移動量変化に合わせて設定された待機期間によりレンズユニットの制振が行え、レンズユニットの移動量単位を変更しても衝突音の防止、あるいは衝突音の緩和が図れる。
請求項２に係る発明に依れば、請求項１記載のレンズ駆動制御装置をカメラモジュールのオートフォーカス動作に適応させることが出来る。
図１はオートフォーカス機能付のカメラモジュールに本発明にかかるレンズ駆動制御装置を適用した一実施例を示す回路ブロック図である。
レンズユニット１は前方レンズ２及び後方レンズ３から構成され、前方レンズ２及び後方レンズ３は焦点調整が行えるように一体的にボイスコイルモータ４により光軸方向に駆動可能となっている。
レンズユニット１を介して得られる被写体画像は、複数の画素により構成される固体撮像素子５、例えばＣＭＯＳイメージセンサ、ＣＣＤイメージセンサに受光される。固体撮像素子５から得られる受光出力はＡ／Ｄ変換回路６によりデジタル信号に変換された後、信号処理回路７に入力され、信号処理回路７は信号処理により映像信号の輝度信号Ｙ、青の差分信号Ｕ及び赤の差分信号ＶのＹＵＶ信号を生成する。
図２はレンズユニット１及びボイスコイルモータ４の一例を模式的に示す断面図である。前方レンズ２及び後方レンズ３は鏡筒８内に組み込まれてレンズユニット１を構成し、前記鏡筒８は外枠となるフレーム９に前後の２箇所で蝶ダンパ状に刳り抜かれた板バネ１０，１１により光軸方向に変位可能に支持されている。そして、前記鏡筒８のボビン部８ａには駆動コイル１２が光軸を中心として巻回されており、この駆動コイル１２に対して有効磁束を発生する永久磁石１３及びヨーク１４がフレーム９に固定されている。その為、レンズユニット１はボイスコイルモータ４の駆動コイル１２に供給する駆動電流に応じて光軸方向に駆動される。このレンズユニット１は機構的な静止位置を基準位置ｄ(0)としてフレーム９に対して図の左側の前方に繰り出されるように駆動可能になっており、前記レンズユニット１が基準位置ｄ(0)にあるとき焦点は無限大となって通常撮影のパンフォーカスに設定され、前記レンズユニット１が前方に繰り出されることにより焦点距離が短くなってマクロ設定となり、レンズユニット１が前方の可動範囲限界ｄ(max)に繰り出された状態において焦点距離が最短の例えば１０ｃｍとなる。
因みに、ボイスコイルモータ４に供給する駆動電流の電流値ｉに対するレンズユニット
１の移動量ｄは図３に示す如く駆動電流の電流値ｉが「０」からｉ(0)になるまでの期間レンズユニット１は基準位置ｄ(0)から駆動されない不感帯となっており、レンズユニット１が駆動を開始する始動点における駆動電流の電流値ｉ(0)からレンズユニット１の前方の可動範囲限界ｄ(max)にレンズユニット１が駆動される駆動電流の電流値ｉ(max)までは電流値の増加に伴って略直線的にレンズユニット１の移動量が増加する。
ボイスコイルモータ４に供給する駆動電流はモータドライバ１５により発生され、該モータドライバ１５から発生される駆動電流はドライバ制御回路１６により制御される。
ドライバ制御回路１６は、あらかじめレンズユニット１の基準位置ｄ(0)からレンズユニット１を前方の可動範囲限界ｄ(max)までのレンズユニットの可動範囲を３０分割で均等に分割した各駆動電流にそれぞれ対応するレンズユニット１の各移動量が分かるデータを記憶しており、これによりレンズユニット１の移動量が設定されると、そのレンズユニット１の移動量からモータドライバ１５に設定する電流値を換算し、この換算された電流値の駆動電流を該モータドライバ１５から発生させるように制御する。
この場合、不感帯を除いたレンズユニット１の基準位置ｄ(0)からレンズユニット１を前方の可動範囲限界ｄ(max)までのレンズユニットの可動範囲において、駆動電流の電流値ｉとレンズユニット１の移動量ｄとの関係は直線性の良い比例関係になっているので、この範囲において、駆動電流の電流値ｉとレンズユニット１の移動量ｄとの関係は簡単な一次関数により算出可能である。
ドライバ制御回路１６は設定手段１７により選択される駆動モードに応じてレンズユニット１を動作させるようにモータドライバ１５を制御するようになっており、図４のフローチャートに示す如く、駆動モードが選択されるようになっている。
レンズユニット１の駆動モードには、ステップ駆動モードと直接駆動モードの大きく２分類に分けられる。ステップ駆動モードはドライバ制御回路１６によりレンズユニット１の可動範囲を３０分割で均等に分割した基準移動量単位に基づいて設定される基準電流値単位ごとに変化する駆動電流をレンズユニット１の移動量に対応するステップ数分段階的にモータドライバ１５から発生させるように制御され、直接駆動モードはドライバ制御回路１６によりレンズユニット１の移動量が基準移動量単位の何ステップ数分かを求めてそのステップ数分の基準電流値単位を加算して換算される電流値の駆動電流を直接モータドライバ１５から発生させるように制御される。
ドライバ制御回路１６はマイクロコンピュータにより構成され、レンズユニット１の駆動が要求されると、その駆動要求がステップ駆動モードであるか否かを判断する（ステップａ）。
ステップ駆動モードであるか否かを判断は、設定手段１７によるマニュアル選択と、オートフォーカスの実行によるオート選択により行われる。
ステップ駆動モードに設定しないと判断された場合、直接駆動モードによるレンズユニット１の駆動が実行され（ステップｂ）、レンズユニット１の移動量に対応するから換算される電流値の駆動電流がモータドライバ１５から発生されるようにドライバ制御回路１６による制御が行われる。
一方、ステップ駆動モードに設定すると判断された場合、精細駆動設定か否かが判断され（ステップｃ）、精細駆動設定であると判断されると、ドライバ制御回路１６に精細駆動モードが登録される（ステップｄ）。この精細駆動モードが登録された場合、レンズユ
ニット１の可動範囲を３０分割で均等に分割した移動量単位に対応する基準電流値単位ごとに変化する駆動電流をモータドライバ１５から発生させるようにドライバ制御回路１６による制御が行われ、基準電流値単位ごとの移動量単位でレンズユニット１が１ステップ移動されるごとに１ｍ（ミリ）秒の待機期間が設定され（ステップｅ）、レンズユニット１の必要移動量に対応するステップ数分段階的にレンズユニット１が駆動されるように設定される。
ここで、待機期間の１ｍ秒はレンズユニット１が１ステップ移動された後のレンズユニット１の自由振動が所定振幅以下に収束されるように設定されている。
また、精細駆動設定か否かが判断され（ステップｃ）、精細駆動設定でないと判断されると、ドライバ制御回路１６にラフ駆動モードが登録される（ステップｆ）。このラフ駆動モードが登録された場合、レンズユニット１の可動範囲を３０分割で均等に分割した基準移動量単位に対応する基準電流値単位の３倍に対応する電流値単位ごとに変化する駆動電流、換言するとレンズユニット１の可動範囲を１０分割で均等に分割した移動量単位に対応する電流値単位ごとに変化する駆動電流をモータドライバ１５から発生させるようにドライバ制御回路１６による制御が行われ、基準電流値単位の３倍ごとの移動量単位でレンズユニット１が１ステップ移動されるごとに３ｍ秒の待機期間が設定され（ステップｇ）、レンズユニット１の必要移動量に対応するステップ数分段階的にレンズユニット１が駆動されるように設定される。
ここで、ラフ駆動モード時の待機期間は、精細駆動モード時における１ステップ移動量と待機期間との関係に比例して設定されており、移動量単位が基準電流値単位の３倍となっているので、待機期間も精細駆動モード時の３倍の３ｍ秒となっており、この待機期間によりレンズユニット１が１ステップ移動された後のレンズユニット１の自由振動が所定振幅以下に収束されることとなる。
精細駆動モード、あるいはラフ駆動モードに設定されると、その設定モードに対応する１ステップ移動量及び待機期間によりレンズユニット１が段階的な駆動が行われる（ステップｈ）。
次に、オートフォーカスが実行される場合について説明する。
ドライバ制御回路１６はオートフォーカスに実行命令によりステップ駆動モードに設定され、まずラフ駆動モードに設定される。そして、ドライバ制御回路１６はボイスコイルモータ４に供給する駆動電流をレンズユニット１が基準位置にある状態で駆動電流の電流値ｉの増加に伴ってリニアに移動が開始される状態のレンズユニット１の始動点における電流値ｉ(0)とするべくモータドライバ１５を制御した後、ボイスコイルモータ４に供給される駆動電流が前記電流値ｉ(0)から基準電流値単位Δｉの３倍の電流値単位３×Δｉごとに増加するようにモータドライバ１５を制御する。その為、レンズユニット１は可動範囲を１０分割で均等に分割した移動量単位を１ステップとして始動位置から移動し、１ステップの移動ごとに３ｍ秒間の待機期間を有して段階的にレンズユニット１を前方の可動範囲限界まで駆動される。
ところで、信号処理回路７はレンズユニット１の１ステップの移動ごとにＡ／Ｄ変換回路６を介して固体撮像素子５から得られる受光出力を取得し、この受光出力のうちの必要な高周波成分をハイパスフィルタにより抽出し、その高周波成分を積分してコントラスト成分データとして生成する。このコントラスト成分データはドライバ制御回路１６に取り込まれ、ドライバ制御回路１６はレンズユニット１の始動位置から前方の可動範囲限界までの間で最大のコントラスト成分を判断し、その最大のコントラスト成分が得られる位置
の近傍で駆動方向に対して手前となる位置にレンズユニット１を移動させるようにモータドライバ１５から発生させる駆動電流の電流値を設定する。
レンズユニット１が最大のコントラスト成分が得られる位置の近傍の駆動方向手前に変位されると、ドライバ制御回路１６は精細駆動モードに設定され、レンズユニット１が変位された位置に換算される電流値から基準電流値単位Δｉごとに増加する駆動電流がボイスコイルモータ４に供給されるようにモータドライバ１５を制御し、最大のコントラスト成分が得られる位置の近傍を駆動方向手前側からその最大のコントラスト成分が得られる位置を少し越えてレンズユニット１を精細駆動により変位させる。そして、信号処理回路７はレンズユニット１の１ステップの移動ごとにＡ／Ｄ変換回路６を介して固体撮像素子５から得られる受光出力を取得し、コントラスト成分データを生成する。
このようにしてドライバ制御回路１６は、ラフ駆動による最大のコントラスト成分が得られる位置を含むこの位置近傍の前後両方向の範囲で精細駆動によるレンズユニット１の１ステップごとの各位置における各コントラスト成分から最大のコントラスト成分を判断し、その最大のコントラスト成分が得られる位置にレンズユニット１を移動させるようにモータドライバ１５から発生させる駆動電流の電流値を設定する。すなわち、精細駆動によるレンズユニット１の移動量単位の精度で最大のコントラスト成分が得られる位置が検出され、その位置にレンズユニット１が変位されてオートフォーカス動作が完了される。
ここで、上述のオートフォーカス動作は、固体撮像素子５に投影される被写体画像が合焦された状態において最大のコントラスト成分が得られる理論に基づいて行っている。そして、オートフォーカスは中央重点測光や平均測光、あるいはスポット測光などの測光モードによってコントラスト成分を得るのに用いられる固体撮像素子５のウインドウパターンエリアやエリア面積、位置が切り替えられる。
尚、前記コントラスト成分がオートフォーカスを実行する際のフォーカス判断データに相当し、信号処理回路７が特許請求の範囲におけるフォーカス判断データのコントラスト成分を生成するデータ生成手段を備える。
次に、レンズユニット１がフレーム９に衝突する際に発生する衝突音に対する対策が施されていることを説明する。
図２に示すレンズユニット１及びボイスコイルモータ４の構造においては、レンズユニット１をフレーム９に対して図の左側の前方に繰り出された位置からレンズユニット１の基準位置ｄ(0)となる機構的な静止位置に戻す場合、レンズユニット１の後方端面がフレーム９の図の右側壁に衝突して無視できない衝突音が発生される可能性が高い。すなわち、レンズユニット１が基準位置ｄ(0)にある状態でレンズユニット１の後方端面とフレーム９の右側壁とは近接していると共に、レンズユニット１を基準位置ｄ(0)に戻す際にはレンズユニット１の駆動力に板バネ１０，１１の復帰力が加わることになるので、レンズユニット１の戻り力はレンズユニット１を前方に繰り出す際の力より大きくなる。その為、レンズユニットのボイスコイルモータによる駆動速度の高速化にも伴ってレンズユニット１の後方端面がフレーム９右側壁に衝突することになる。
ところで、上述で説明したレンズ駆動制御装置は、オートフォーカス時及びマニュアル選択のステップ駆動モード時において、レンズユニット１をステップ駆動モードにより基準位置ｄ(0)に戻すように制御される。このステップ駆動モードによりレンズユニット１が制御されると、レンズユニット１の可動範囲が大きくなってもレンズユニット１を支持する板バネ１０，１１の振動振幅がレンズユニット１を可動範囲の大きさに因らず移動量単位に基づく小振幅の振動に制限される。その為、レンズユニット１の駆動力に板バネ１
０，１１の復帰力が加わってもレンズユニット１がフレーム９に衝突することにより発生する衝突音の防止が図れ、あるいはレンズユニット１がフレーム９に衝突する力が緩和され、衝突音が緩和される。
ここで、レンズユニット１を基準位置ｄ(0)に戻す際の場合、最低レンズユニット１の始動点における駆動電流の電流値ｉ(0)まで最低ステップ駆動モードにより段階的に電流値を変化させて駆動すれば良い。
レンズユニット１が基準位置ｄ(0)に変位された状態において、レンズユニット１の駆動電流は電流値ｉ(0)から「０」までの範囲あり、省電力のためにレンズユニット１の駆動電流を「０」とすることが好ましいが、レンズユニット１の駆動電流を電流値ｉ(0)から「０」にする際はステップ駆動モードによる段階的に電流値を変化させても、直接駆動モードによる直接的な電流値を変化させても良い。
以上説明した実施例は本発明を限定するものではなく、本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得る。
オートフォーカス機能付のカメラモジュールに本発明にかかるレンズ駆動制御装置を適用した一実施例を示す回路ブロック図である。 図１に示すレンズ駆動制御装置に用いられるレンズユニット１及びボイスコイルモータ４の一例を示す断面図である。 ボイスコイルモータ４に供給する駆動電流ｉに対するレンズユニット１の移動量ｄを示す特性図である。 図１に示すレンズ駆動制御装置における駆動モードの設定方法を示すフローチャートである。
符号の説明
１ レンズユニット
４ ボイスコイルモータ
５ 固体撮像素子
７ 信号処理回路
８ 鏡筒
９ フレーム
１０，１１ 板バネ
１２ 駆動コイル
１３ 永久磁石
１４ ヨーク
１５ モータドライバ
１６ ドライバ制御回路
１７ 設定手段

Claims (2)

  1. 鏡筒にレンズが組み込まれて構成されるレンズユニットをバネによりフレームに対して変位可能に支持すると共に、前記レンズユニットに駆動コイルを装着し、前記駆動コイルに作用する磁界を形成する磁気回路を備えるボイスコイルモータにより前記レンズユニットが光軸方向に駆動されるように構成され、かつ、前記ボイスコイルモータの前記駆動コイルにモータドライバから駆動電流を供給して前記レンズユニットを駆動するレンズ駆動制御装置において、前記レンズユニットの可動範囲を所定の分割数で均等に分割した移動量単位に基づいて前記レンズユニットを段階的に駆動させる前記駆動電流を前記モータドライバから発生させるように制御するドライバ制御回路を備え、前記ドライバ制御回路により前記レンズユニットの駆動後に前記レンズユニットを制振させる待機期間を設けて前記レンズユニットを設定される前記移動量単位ごとに駆動させるように制御し、前記ドライバ制御回路により前記レンズユニットの前記移動量単位を基準としてこの移動量単位を所定の整数倍して設定される複数の前記移動量単位によるレンズ駆動制御を選択的に実行するようにすると共に、前記ドライバ制御回路により設定される前記移動量単位ごとに前記レンズユニットが駆動された後から次に前記レンズユニットが駆動されるまでの前記待機期間を前記レンズユニットを駆動させる前記移動量単位ごとの駆動期間に比例して設定することを特徴とするレンズ駆動制御装置。
  2. 前記レンズユニットを介して得られる被写体画像を複数の画素により受光する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の各画素から得られる各画素信号を用いてフォーカス判断データを生成するデータ生成手段とを備え、前記ドライバ制御回路はオートフォーカス動作を実行する際に前記レンズユニットの前記可動範囲を設定される前記移動量単位で前記レンズユニットを駆動させる制御を行うと共に、前記移動量単位ごとに前記フォーカス判断データを検出し、かつ、前記フォーカス判断データに応じて被写体への合焦位置に前記レンズユニットを駆動させる制御を行うことを特徴とする請求項１記載のレンズ駆動制御装置。
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