JP6899729B2 - アクチュエータドライバ及びこれを用いた撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータドライバ、及びこれを用いた撮像装置に関する。

近年、スマートフォンなどに搭載されるカメラモジュールにおいては、撮像レンズの位置を検出して、この位置情報をフィードバックすることで、撮像レンズの位置を高精度かつ高速に制御する機能を取り入れるものが増加してきている。特に、光学手振れ補正（ＯＩＳ）としてフィードバック制御を取り入れることにより、高精度の手振れ補正が可能となるため、暗い場所で、遠方の被写体をブレなく撮影したいという要求の高まりとともに、ＯＩＳを採用したカメラは今後も増加していくと予想される。

カメラにおけるブレには、ピッチ、ヨー、ロールの３方向の角度ブレが考えられる。通常、ピッチブレは光軸と垂直な一軸（ピッチ軸、Ｘ軸）まわりのブレを指し、ヨーブレは光軸と垂直な別の一軸（ヨー軸、Ｙ軸）まわりのブレを指し、ロールブレは光軸（Ｚ軸）まわりの回転ブレを指す。それぞれのブレ量は、ジャイロセンサによって角速度信号として検出され、これを積分することで角度ブレ量が算出される。

本明細書では、ヨー軸まわりの回転方向をヨー方向、ピッチ軸まわりの回転方向をピッチ方向、ロール軸まわりの回転方向をロール方向と称する。これまでのＯＩＳ機能を備えたカメラでは、ピッチ方向とヨー方向の角度ブレ量に応じてレンズを光軸に垂直なＸＹ平面内でシフトさせることでブレを補正する、レンズシフト方式あるいはバレルシフト方式と呼ばれるＯＩＳが主流となっている。ロールブレに対しては、信号処理によって補正する、いわゆる電子式手ブレ補正が採用されるケースが多い。なぜなら、レンズを動かす方式では、たとえレンズを光軸まわりに回転させても、点対称構造のために補正に寄与できないためである。

一方、レンズの代わりに、あるいはそれに加えて撮像素子を変位させることで、手ブレを補正する方式（センサシフト方式）が提案されている。特許文献１には、撮像素子を回転させることでロールブレを補正する技術が開示されている。具体的には、ピッチブレに対してはＹ軸方向に撮像素子をシフトし、ヨーブレに対してはＸ軸方向に撮像素子をシフトし、ロールブレに対しては撮像素子をＺ軸まわりに回転させることで、光学的にブレを補正する技術が開示される。

特開２００８−２５７２１２号公報

本発明者らは、ロールブレの補正について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。上述のように撮像素子を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびロール方向の３自由度で駆動してブレを補正する構造においては、どれか一方向の駆動によって、他方向の変位検出信号にオフセットが生じたり、他方向の駆動力の方向が変化したりする。本明細書においてこれをクロストークと称する。特に、ロールブレの補正を行った場合、補正によって撮像素子が回転するため、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の位置検出信号にオフセットが生じたり、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の駆動力の方向が変化して、ジャイロセンサのピッチ軸、ヨー軸との間でずれが生じ、手ブレ補正の精度が悪化する。

本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、高精度な手ブレ補正が可能な撮像装置を提供することにある。

本発明のある態様は撮像装置に関する。撮像装置は、撮像素子と、撮像素子に作用するヨー軸、ピッチ軸、ロール軸まわりのブレを示すヨーブレ検出信号、ピッチブレ検出信号、ロールブレ検出信号を生成するブレ検出素子と、撮像素子を、ピッチ軸と平行であるべき第１駆動軸の方向、ヨー軸と平行であるべき第２駆動軸の方向に独立に変位させるとともに、ロール軸と平行であるべき第３駆動軸まわりに回転させるよう構成されたアクチュエータと、ヨーブレ検出信号、ピッチブレ検出信号、ロールブレ検出信号に応じてアクチュエータを駆動する制御装置と、を備える。制御装置は、撮像素子を第３駆動軸まわりに回転させることによって発生する、第１駆動軸とピッチ軸のズレ、ならびに、第２駆動軸とヨー軸のズレの影響が小さくなるように、ヨーブレ検出信号およびピッチブレ検出信号を補正する。

この態様によると、ロールブレの補正のために撮像素子を回転させた場合に、ブレ検出信号を補正することにより、高精度な手ブレ補正が可能となる。

制御装置は、ロールブレ検出信号にもとづいてロールブレ補正角度を算出し、ロールブレ補正角度にもとづいてヨーブレ検出信号およびピッチブレ検出信号それぞれの補正量を設定してもよい。これにより高精度なブレ補正が可能となる。

撮像装置は、撮像素子の第１駆動軸の方向の位置に関する第１位置情報、撮像素子の第２駆動軸の方向の位置に関する第２位置情報、および撮像素子の第３駆動軸まわりの撮像素子の回転量に関する第３位置情報を含む位置検出信号を生成する位置検出器をさらに備えてもよい。制御装置は、位置検出信号にもとづいて撮像素子の第３駆動軸まわりの回転角度を算出し、回転角度にもとづいてヨーブレ検出信号およびピッチブレ検出信号それぞれの補正量を設定してもよい。これにより高精度なブレ補正が可能となる。

本発明の別の態様もまた、撮像装置である。この撮像装置は、撮像素子と、撮像素子に作用するヨー軸、ピッチ軸、ロール軸まわりのブレを示すヨーブレ検出信号、ピッチブレ検出信号、ロールブレ検出信号を生成するブレ検出素子と、撮像素子を、ピッチ軸と平行であるべき第１駆動軸の方向、ヨー軸と平行であるべき第２駆動軸の方向に独立に変位させるとともに、ロール軸と平行であるべき第３駆動軸まわりに回転させるよう構成されたアクチュエータと、撮像素子の第１駆動軸の方向の位置に関する第１位置情報、撮像素子の第２駆動軸の方向の位置に関する第２位置情報、および撮像素子の第３駆動軸まわりの撮像素子の回転量に関する第３位置情報を含む位置検出信号を生成する位置検出器と、ヨーブレ検出信号、ピッチブレ検出信号およびロールブレ検出信号に応じてアクチュエータを駆動する制御装置と、を備える。制御装置は、撮像素子を第３駆動軸まわりに回転させることによって発生する、第１位置情報および第２位置情報それぞれのオフセットが低減するように、位置検出信号を補正する。

この態様によると、ロール軸まわりのブレ補正によって撮像素子が回転したことにより、第１、第２位置情報に生じるオフセットを補正することができ、高精度な手ブレ補正が可能となる。

制御装置は、ロールブレ検出信号にもとづいてロールブレ補正角度を算出し、ロールブレ補正角度にもとづいて、第１位置情報および第２位置情報それぞれのオフセット補正量を設定してもよい。これにより高精度なブレ補正が可能となる。

制御装置は、第３位置情報にもとづいて撮像素子のロール方向の回転角度を算出し、回転角度にもとづいて第１位置情報および第２位置情報それぞれのオフセット補正量を設定してもよい。これにより高精度なブレ補正が可能となる。

本発明のさらに別の態様は、撮像装置に用いられるアクチュエータドライバに関する。撮像装置は、撮像素子と、撮像素子に作用するヨー軸、ピッチ軸、ロール軸まわりのブレを示すヨーブレ検出信号、ピッチブレ検出信号、ロールブレ検出信号を生成するブレ検出素子と、撮像素子を、ピッチ軸と平行であるべき第１駆動軸の方向、ヨー軸と平行であるべき第２駆動軸の方向に独立に変位させるとともに、ロール軸と平行であるべき第３駆動軸まわりに回転させるよう構成されたアクチュエータと、ヨーブレ検出信号、ピッチブレ検出信号およびロールブレ検出信号に応じてアクチュエータを駆動するアクチュエータドライバと、を備える。アクチュエータドライバは、撮像素子を第３駆動軸まわりに回転させることによって発生する、第１駆動軸とピッチ軸のズレ、ならびに、第２駆動軸とヨー軸のズレの影響が小さくなるように、ヨーブレ検出信号およびピッチブレ検出信号を補正する補正部と、補正後のヨーブレ検出信号およびピッチブレ検出信号にもとづいてアクチュエータを駆動する駆動部と、を備える。

補正部は、ロールブレ検出信号にもとづいてロールブレ補正角度を算出し、ロールブレ補正角度にもとづいてヨーブレ検出信号およびピッチブレ検出信号それぞれの補正量を設定してもよい。

撮像装置は、撮像素子の第１駆動軸の方向の位置に関する第１位置情報、撮像素子の第２駆動軸の方向の位置に関する第２位置情報、および撮像素子の第３駆動軸まわりの撮像素子の回転量に関する第３位置情報を含む位置検出信号を生成する位置検出器をさらに備えてもよい。補正部は、第３位置情報にもとづいて撮像素子の第３駆動軸まわりの回転角度を算出し、回転角度にもとづいてヨーブレ検出信号およびピッチブレ検出信号それぞれの補正量を設定してもよい。

本発明のさらに別の態様もまた、アクチュエータドライバである。撮像装置は、撮像素子と、撮像素子に作用するヨー軸、ピッチ軸、ロール軸まわりのブレを示すヨーブレ検出信号、ピッチブレ検出信号、ロールブレ検出信号を生成するブレ検出素子と、撮像素子を、ピッチ軸と平行であるべき第１駆動軸の方向、ヨー軸と平行であるべき第２駆動軸の方向に独立に変位させるとともに、ロール軸と平行であるべき第３駆動軸まわりに回転させるよう構成されたアクチュエータと、撮像素子の第１駆動軸の方向の位置に関する第１位置情報、撮像素子の第２駆動軸の方向の位置に関する第２位置情報、および撮像素子の第３駆動軸まわりの撮像素子の回転量に関する第３位置情報を含む位置検出信号を生成する位置検出器と、を備える。アクチュエータドライバは、撮像素子を第３駆動軸まわりに回転させることによって発生する、第１位置情報および第２位置情報それぞれのオフセットが低減するように、第１位置情報および第２位置情報を補正する補正部と、補正後の第１位置情報および第２位置情報にもとづいて、アクチュエータを駆動する駆動部と、を備える。

補正部は、ロールブレ検出信号にもとづいてロールブレ補正角度を算出し、ロールブレ補正角度にもとづいて、第１位置情報および第２位置情報それぞれのオフセット補正量を設定してもよい。

補正部は、第３位置情報にもとづいて撮像素子のロール方向の回転角度を算出し、回転角度にもとづいて第１位置情報および第２位置情報それぞれのオフセット補正量を設定してもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

さらに、この課題を解決するための手段の記載は、すべての欠くべからざる特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。

本発明のある態様によれば、高精度な手ブレ補正が可能となる。

撮像装置を示す図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態における撮像素子の駆動および位置検出を説明する図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、ロールブレ補正のために撮像素子が回転した状態を示す図である。 ひとつの磁石、コイル、位置検出素子の位置関係を示す拡大図である。 ジャイロ検出軸と駆動軸のずれの影響を説明するためのベクトル図である。 アクチュエータ制御装置の具体的なブロック図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態における撮像素子の駆動および位置検出を説明する要部構成図である。 図８（ａ）、（ｂ）は、ロールブレ補正のために撮像素子が回転した状態を示す図である。 ひとつの磁石、コイル、位置検出素子の位置関係を示す拡大図である。 第３実施形態におけるアクチュエータドライバを含むアクチュエータ制御装置の別のシステム構成例を示すブロック図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

また図面に記載される各部材の寸法（厚み、長さ、幅など）は、理解の容易化のために適宜、拡大縮小されている場合がある。さらには複数の部材の寸法は、必ずしもそれらの大小関係を表しているとは限らず、図面上で、ある部材Ａが、別の部材Ｂよりも厚く描かれていても、部材Ａが部材Ｂよりも薄いこともあり得る。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

はじめに撮像装置の構成について説明する。図１は、撮像装置３００を示す図である。撮像装置３００は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ、スマートフォンやタブレット端末、ドローンなどに内蔵されるカメラモジュールである。このカメラモジュール３００は、ＡＦ機能およびピッチ、ヨー、ロールの３軸に対応した手ブレ補正機能を備える。便宜的に、光軸をＺ軸にとり、それと直交する一軸をＸ軸にとり、別の一軸をＹ軸にとる。Ｚ軸をロール軸、Ｚ軸まわりの回転ブレをロールブレ、Ｘ軸まわりの回転ブレをピッチブレ、Ｙ軸まわりの回転ブレをヨーブレとする。

手ブレ補正の方式は、レンズを変位させるレンズシフト方式と、撮像素子を変位させるセンサシフト方式に分けられ、図１のカメラモジュール３００は後者を採用する。撮像装置３００は、撮像素子３０２、レンズ３０４、プロセッサ３０６、ジャイロセンサ３０８、ＡＦアクチュエータ４０２、ＯＩＳアクチュエータ４０４、位置検出器４０６およびアクチュエータ制御装置４００を備える。

レンズ３０４は、撮像素子３０２に入射する光の光軸上に配置される。アクチュエータ制御装置４００は、プロセッサ３０６からのＡＦ位置指令値（ターゲットコードとも称する）Ｐ_{ＲＥＦ＿ＡＦ}もとづいてＡＦアクチュエータ４０２を駆動し、レンズ３０４を光軸（Ｚ軸）方向に位置決めする。

プロセッサ３０６は、ＡＦ動作において、撮像素子３０２が撮像した画像のコントラストが高くなるように、位置指令値Ｐ_{ＲＥＦ＿ＡＦ}を生成する（コントラストＡＦ）。あるいは撮像素子３０２の外部に設けられ、あるいは撮像面に埋め込まれたＡＦセンサからの出力にもとづいて、位置指令値Ｐ_{ＲＥＦ＿ＡＦ}が生成されてもよい（位相差ＡＦ）。

ＡＦアクチュエータ４０２は、ＡＦに関連して、レンズ３０４を光軸方向（Ｚ軸方向）に位置決め可能に構成される。ＡＦアクチュエータ４０２は、たとえばボイスコイルモータである。レンズ３０４はレンズホルダー３１０に搭載され、Ｚ軸方向可動に支持されている。レンズホルダー３１０にはＡＦコイル３１２が巻回されており、ＡＦコイル３１２に対向してＡＦ永久磁石３１４が固定部に配置されている。図示はしないが、ＡＦ永久磁石に接してＡＦヨークを設けてもよい。ＡＦコイル３１２に通電することにより、ＡＦ永久磁石３１４との磁気的相互作用によりレンズ３０４とレンズホルダー３１０は一体的にＺ軸方向に駆動される。すなわちＡＦコイル３１２とＡＦ永久磁石３１４の組み合わせが、ＡＦアクチュエータ４０２に相当する。なお、ＡＦアクチュエータに位置検出器を設け、ＡＦについてもフィードバック制御してもよい。

ＯＩＳアクチュエータ４０４は、ヨーブレを補正するために、撮像素子３０２を、ピッチ軸（Ｘ軸）と平行であるべき第１駆動軸の方向（第１駆動方向）に変位させ、ピッチブレを補正するために、撮像素子３０２を、ヨー軸（Ｙ軸）と平行であるべき第２駆動軸の方向（第２駆動方向）に変位させる。またロールブレを補正するために、撮像素子３０２を、ロール軸（Ｚ軸）と平行であるべき第３駆動軸まわりに回転させるよう構成される。第１駆動軸、第２駆動および第３駆動軸をそれぞれ、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸とも称することとし、それらを駆動軸と総称する。

ＯＩＳアクチュエータ４０４もまたボイスコイルモータであり、撮像素子３０２を、それを搭載した基板３１６ごと変位させる。基板３１６の撮像素子３０２搭載面と反対側の面にはＯＩＳコイル３１８と位置検出素子３２０が固定されている。ＯＩＳコイル３１８と位置検出素子３２０に対向して、ＯＩＳ永久磁石３２２、ＯＩＳヨーク３２４が固定されている。ＯＩＳコイル３１８とＯＩＳ永久磁石３２２の組み合わせが、ＯＩＳアクチュエータ４０４に相当する。この例ではＯＩＳコイル３１８とＯＩＳ永久磁石３２２の組み合わせが４個あり、各ＯＩＳコイル３１８に独立して電流を印加することにより、第１駆動方向（ｘ軸）、第２駆動方向（ｙ軸）、および第３駆動軸（ｚ軸）まわり（ロール方向）の３方向のブレ補正のための駆動力を得る。

ジャイロセンサ３０８は、ブレ検出素子であり、撮像素子３０２に作用するヨー軸、ピッチ軸、ロール軸まわりのブレを示すヨーブレ検出信号Ｇ_Ｙ、ピッチブレ検出信号Ｇ_Ｐ、ロールブレ検出信号Ｇ_Ｒを生成する。ヨー軸（Ｙ軸）、ピッチ軸（Ｘ軸）およびロール軸（Ｚ軸）を、ジャイロ検出軸と総称する。

位置検出器４０６は、撮像素子３０２の状態を示す位置検出信号Ｐ_{ＦＢ＿ＯＩＳ}を生成する。この位置検出信号Ｐ_{ＦＢ＿ＯＩＳ}は、撮像素子３０２の第１駆動方向（ｘ軸）の位置に関する第１位置情報Ｐ_ＦＢ＿Ｘ、第２駆動方向の撮像素子３０２の位置に関する第２位置情報Ｐ_ＦＢ＿Ｙを含んでいる。さらに位置検出信号Ｐ_{ＦＢ＿ＯＩＳ}は、第３駆動軸（ｚ軸）まわりの撮像素子３０２の回転量に関する第３位置情報Ｐ_ＦＢ＿Ｒを含んでもよい。

位置検出器４０６は、位置検出素子３２０とＯＩＳ永久磁石３２２の組み合わせで構成される。位置検出素子３２０としてはホール素子などの磁気的検出手段が多く用いられており、ここではホール素子であるとする。この例では、位置検出素子３２０は３個あり、この３個による位置検出信号Ｐ_{ＦＢ＿ＯＩＳ}に基づいて、撮像素子３０２の変位量（それぞれ、第１位置検出値Ｐ_ＦＢ＿Ｘ、第２位置検出値Ｐ_ＦＢ＿Ｙ、第３位置検出値Ｐ_ＦＢ＿Ｒとする）が取得される。位置検出素子３２０は、撮像素子３０２の現在の位置に応じた電気信号（すなわち位置検出信号Ｐ_ＦＢという）を生成する。この位置検出信号Ｐ_ＦＢは、アクチュエータ制御装置４００にフィードバックされる。

アクチュエータ制御装置４００は、ジャイロセンサ３０８からのブレ検出信号Ｇ_Ｙ，Ｇ_Ｐ，Ｇ_Ｒにもとづいて位置指令値（ターゲットコード）Ｐ_{ＲＥＦ＿Ｘ}，Ｐ_{ＲＥＦ＿Ｙ}，Ｐ_{ＲＥＦ＿Ｒ}（これらをＯＩＳ位置指令値Ｐ_{ＲＥＦ＿ＯＩＳ}と総称する）を生成し、ＯＩＳ位置指令値Ｐ_{ＲＥＦ＿ＯＩＳ}にもとづいてＯＩＳアクチュエータ４０４を駆動し、撮像素子３０２を光軸と垂直な平面内に位置決めする。

ＯＩＳアクチュエータ４０４の駆動は、クローズドループ（フィードバック制御）で行ってもよい。ＯＩＳに対してはジャイロセンサ３０８からの出力（角速度検出信号）Ｇ_Ｐ，Ｇ_Ｙ，Ｇ_Ｒがアクチュエータ制御装置４００に入力され、アクチュエータ制御装置４００は、これらの信号に基づいてＯＩＳ位置指令値Ｐ_{ＲＥＦ＿ＯＩＳ}を生成する。ピッチ角速度検出信号Ｇ_Ｐは、ピッチ軸（Ｘ軸）まわりの角速度を表し、ヨー角速度検出信号Ｇ_Ｙは、ヨー軸（Ｙ軸）まわりの角速度を表し、ロール角速度検出信号Ｇ_Ｒは、ロール軸（Ｚ軸）まわりの角速度を表す。

ヨー軸まわりのブレを相殺するために、ＯＩＳアクチュエータ４０４は、撮像素子３０２を第１駆動軸（ｘ軸）に沿う第１駆動方向に変位させる。またピッチ軸まわりのブレを相殺するために、ＯＩＳアクチュエータ４０４は、撮像素子３０２を第２駆動軸（ｙ軸）に沿う第２駆動方向に変位させる。ロールブレを相殺するために、ＯＩＳアクチュエータ４０４は、撮像素子３０２を、第３駆動軸（レンズ３０４の光軸、ｚ軸）まわりに駆動して傾ける。

アクチュエータ制御装置４００は、フィードバックされた位置検出信号Ｐ_{ＦＢ＿ＯＩＳ}から得られる位置情報Ｐ_ＦＢ＿Ｘ、Ｐ_ＦＢ＿ＹおよびＰ_ＦＢ＿Ｒそれぞれが、位置指令値Ｐ_{ＲＥＦ＿Ｘ}、Ｐ_{ＲＥＦ＿Ｙ}およびＰ_{ＲＥＦ＿Ｒ}と一致するように、ＯＩＳアクチュエータ４０４をフィードバック制御する。ただし、クロストーク等の影響で位置検出信号Ｐ_ＦＢや、位置指令値Ｐ_{ＲＥＦ＿ＯＩＳ}を補正すべき場合は、これらを補正した上でフィードバック制御する。

このように撮像素子３０２の位置を検出して、これをフィードバックして位置制御に用いることにより、ステップ応答における過渡振動を抑えて収束を速めたり、目標位置への位置決め精度を高めたりできる。

続いて、クロストークについて説明する。ひとつの方向（たとえばロール軸まわり）に撮像素子３０２を変位（回転）させると、（i）他の方向（たとえば第１駆動軸、第２駆動軸に対応する第１位置情報Ｐ_ＦＢ＿Ｘ，第２位置情報Ｐ_ＦＢ＿Ｙが変化したり、（ii）ブレ検出の方向と駆動力の方向にズレが生ずるという問題が生ずる。アクチュエータ制御装置４００は、これらのクロストーク成分を補正し、駆動力の方向に合わせてブレ検出信号を割り振り補正する。

以下では、クロストーク補償について、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
第１実施形態について、図２から図６を用いて説明する。

図２（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態における撮像素子の駆動および位置検出を説明する図である。図２（ａ）には光軸方向からみた平面図が、図２（ｂ）には図２（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図が示される。

図中、ｘ方向は、ヨーブレ補正のための第１駆動方向を、ｙ方向はピッチブレ補正のための第２駆動方向を表す。ロールブレ補正のためには、撮像素子２の中心位置のｚ方向を軸として、そのまわりに撮像素子２を回転させる。Ｘ軸はピッチ軸を、Ｙ軸はヨー軸を、Ｚ軸はロール軸を表す。撮像素子２のロール方向の回転角がゼロの状態では、ｘ軸とＸ軸は平行であり、ｙ軸とＹ軸は平行である。

第１駆動方向（ｘ軸方向）の駆動用のコイル（Ｘコイルと称す）４、６は、撮像素子２の両側に配置されている。一方のＸコイル４の巻き線内には、第１駆動方向の撮像素子２の変位を検出するためのホール素子（Ｘホールと称す）８が配置されている。Ｘホール８の出力から、第１位置検出値Ｐ_ＦＢ＿Ｘを得ることができる。一方、第２駆動方向（ｙ軸方向）の駆動用のコイル（Ｙコイルと称す）１０、１２は、撮像素子２の一片側に並べて配置されている。両方のＹコイル１０、１２の巻き線内には、第２駆動方向の撮像素子２の変位を検出するためのホール素子（Ｙホールと称す）１４、１６が配置されている。撮像素子２、Ｘコイル４、６、Ｘホール８、Ｙコイル１０、１２、Ｙホール１４、１６はＯＩＳ可動部１８を形成しており、ＯＩＳ可動部１８が一体となって、ｙ方向、ｘ方向に変位し、また光軸まわりに回転する。

Ｘコイル４、６に対向して、ヨーブレ補正のための駆動用兼位置検出用の永久磁石（Ｘ永久磁石と称す）２０，２２が配置される。さらには、Ｙコイル１０、１２、Ｙホール１４、１６に対向して、ピッチブレ補正のための駆動用兼位置検出用の永久磁石（Ｙ永久磁石と称す）２４、２６が配置されている。また、各永久磁石の背面には、磁束の漏れを低減し、コイルやホール素子に作用する磁束密度を高めるためのヨーク２８が設けられている。これらの永久磁石やヨークは、ブレ補正のために動かない固定部に配置されている。

Ｙコイル１０、１２、Ｙホール１４、１６、Ｙ永久磁石２４、２６等は、ロールブレ補正のための駆動用、位置検出用手段を兼ねている。すなわち、左右のＹコイル１０、１２には独立して電流を印加できるようになっており、左右の駆動手段による力の和（同相成分）でピッチブレ補正のための第１駆動方向（ｘ軸方向）の駆動力が得られ、左右の駆動手段による力の差（差動成分）でトルクが発生し、ロールブレ補正のためのｚ軸まわりの回転力を得ることができる。同様に、左右のＹホール１４、１６の出力から、それぞれの位置でのＯＩＳ可動部１８の変位を検出するが、両者の平均（あるいは同相成分）から第２位置検出値Ｐ_ＦＢ＿Ｙを得ることができ、両者の差（あるいは差動成分）から第３位置検出値Ｐ_ＦＢ＿Ｒを得ることができる。

次に、図３（ａ）、（ｂ）を参照して、ロールブレを補正するために撮像素子２が回転した状態におけるコイル、ホール素子、永久磁石等の位置関係について説明する。図３（ａ）、（ｂ）は、ロールブレ補正のために撮像素子が回転した状態を示す図である。図３（ａ）には光軸方向からみた平面図が、図３（ｂ）には図３（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図が示される。なお、図３（ａ）のように撮像素子２を含むＯＩＳ可動部１８全体が回転変位した場合、図３（ｂ）の断面図も若干、斜めからの視野の図にすべきだが、わずかな回転だと線が重複してわかりにくくなるため、断面部分のみを記載している。

図３（ａ）に示すように、ＯＩＳ可動部１８がロールブレ補正のために回転すると、コイル、ホール素子と永久磁石との位置関係が変化し、永久磁石の分極線２０ａ、２２ａ、２４ａ、２６ａの方向とコイル４、６、１０、１２の巻き線の方向がずれてしまったり、ホール素子８、１４、１６の位置が永久磁石の分極線２０ａ、２２ａ、２４ａ、２６ａの位置からシフトしてしまったりする。本明細書において、永久磁石をその中央においてＮとＳに区切る仮想的な線を、分極線と称する。

このときのクロストークの発生について、図４を用いて説明する。図４は、ひとつの磁石、コイル、位置検出素子の位置関係を示す拡大図である。永久磁石２０の磁極Ｎ、ＳとＸコイル４の電流の向きを図のように仮定すると、フレミングの左手法則にしたがって、Ｘコイル４における駆動力は矢印のように略右向きに作用する。ロール方向のＯＩＳ可動部１８の回転角がゼロであるとき、Ｘコイル４における駆動力の方向（第１駆動方向）は、ピッチ軸（Ｘ軸）と平行なｘである。しかしながら、ロールブレ補正によって、Ｘコイル４、Ｘホール８を含むＯＩＳ可動部１８は回転変位しているため、Ｘコイル４の巻き線方向は永久磁石２０の分極線２０ａに対して傾く。そのため、Ｘコイル４に流れる電流の方向はＹ軸に対して傾き、結果として駆動力の方向も、ｘ’として示すようにＸ軸に対してΔθだけ傾くことになる。一方、図示しないジャイロセンサ（図１のジャイロセンサ３０８）は固定部に配置されているため、そのジャイロ検出軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）は不変である。すなわち、実効的な駆動軸ｘ’とジャイロ検出軸Ｘとの間にずれが生じてしまう。駆動軸ｙについても同様のクロストークが発生する。これがクロストークのひとつの態様である。

一方、ＯＩＳ可動部１８の回転によって、Ｘホール８の位置も変化する。永久磁石２０の分極線２０ａに沿った変位に対しては、位置検出信号はそれほど影響を受けないが、ＯＩＳ可動部１８の回転運動は撮像素子中心のまわりの円弧運動のため、分極線２０ａと垂直な方向の変位成分を有しており、結果的に分極線２０ａに対してＸホール８はΔｘだけシフトする。このシフト量Δｘに応じた成分が、Ｘホール８の出力にもとづく位置検出信号に対してオフセットとして重畳される。これがクロストークの別の態様である。

これらのクロストークは、ピッチ方向およびヨー方向のブレ補正の精度を悪化させる要因となるため、補正することが望ましい。以下にて、それぞれのクロストーク補正について説明する。

まずは、駆動軸とジャイロ検出軸とのずれのクロストーク補正について、図５を参照して説明する。図５は、ジャイロ検出軸と駆動軸のずれの影響を説明するためのベクトル図である。ジャイロセンサによるジャイロ検出軸（ＸＹ）に対してアクチュエータの駆動軸（ｘｙ）がθだけ回転しているとする。ピッチ方向、ヨー方向のブレ角度（ジャイロセンサによるブレ角速度でもかまわない）をそれぞれＧ_Ｐ、Ｇ_Ｙとし、アクチュエータの２つの実効的な駆動方向の成分に分解すると、アクチュエータの駆動方向の成分をそれぞれ、第１駆動方向、第２駆動方向でＡ_ｘ、Ａ_ｙとして、
Ａ_ｙ＝Ｇ_Ｐ ｃｏｓθ＋Ｇ_Ｙ ｓｉｎθ …（１）
Ａ_ｘ＝−Ｇ_Ｐ ｓｉｎθ＋Ｇ_Ｙ ｃｏｓθ …（２）
と表せる。すなわち、アクチュエータは式（１）および（２）のＡ_ｙ、Ａ_ｘをブレ補正のターゲット信号として、これを補正するように変位量が設定される。これにより、クロストークが補正される。ロールブレの補正量がゼロの状態（θ＝０）では、Ａ_ｙ＝Ｇ_ｐ、Ａ_ｘ＝Ｇ_ｙとなる。

上記のような三角関数の演算がＣＰＵやＤＳＰの処理能力上、問題となる場合は、
ｃｏｓθ≒１−θ^２／２ …（３）
ｓｉｎθ≒θ …（４）
の近似式を用いて、
Ａ_ｙ≒Ｇ_ｐ (１−θ^２／２)＋Ｇ_ｙ θ …（５）
Ａ_ｘ≒−Ｇ_ｐ θ＋Ｇ_ｙ (１−θ^２／２) …（６）
と簡略化して計算してもよい。

次に、ロールブレ補正による回転で生じるホール信号のオフセット補正について説明する。図４からも明らかなように、回転によってΔｘのオフセットが生じる。Δｘは、回転中心とホール素子の幾何学的な位置関係と回転角θにより計算できる。Δｘの変位に相当するホール検出信号を、実際に検出されるホール信号から引き算することで、オフセットによるクロストークを補正することができる。

ロールブレ補正による回転角θは、ジャイロセンサにより検出されるロール方向の角速度を積分して得られるブレ角をθとしてもよい。サーボがかかった状態では、このブレ角を補正するようにＯＩＳ可動部１８がθだけ回転するためである。または、回転角θを、ロール方向の変位検出用ホール素子の信号から演算してもよい。図３の２つのＹホール１４、１６の検出信号からロール回転変位を求める構造では、２つのＹホール１４、１６の位置検出信号の差分と２つのホール素子の距離情報とから、回転角θを求めることができる。

次に、アクチュエータ制御装置４００の構成について、図６のブロック図を参照して説明する。図６は、アクチュエータ制御装置４００の具体的なブロック図である。なお、ＡＦに関する部分は省略している。

アクチュエータドライバＩＣ５００は、ひとつの半導体基板に集積化された機能ＩＣである。ここでの「集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を１つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。

インタフェース回路５１０、５１２、５１４は、それぞれヨー、ピッチ、ロールのジャイロセンサ３３０、３３２、３３４から、デジタルの角速度信号を受信する。たとえばインタフェース回路５１０、５１２、５１４は、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）であってもよい。ジャイロＤＳＰ５２０、５２２、５２４は、インタフェース回路５１０、５１２、５１４が受信した角速度信号にもとづいて、それぞれの方向に対応したブレ角度信号、またはブレ角度を補正するための変位換算値Ｇ_Ｙ、Ｇ_Ｐ、Ｇ_Ｒを出力する。この実施例ではＧ_Ｒがロール回転角度θとなる。

ＤＳＰ５３０は、Ｇ_Ｙおよびθにもとづいて、式（１）の右辺第２項のＧ_Ｙｓｉｎθと式（２）の右辺第２項のＧ_Ｙｃｏｓθを演算して出力する。ＤＳＰ５３２は、Ｇ_Ｐおよびθにもとづいて、式（１）の右辺第１項のＧ_Ｐｃｏｓθと、式（２）の右辺第１項の−Ｇ_Ｐｓｉｎθを演算して出力する。加算器５３１により−Ｇ_ＰｓｉｎθとＧ_Ｙｃｏｓθを加算して、式（２）で与えられるヨーブレ補正のための変位目標信号Ａ_ｘ＝−Ｇ_Ｐｓｉｎθ＋Ｇ_Ｙｃｏｓθを得ることができ、これが第１駆動軸（ｘ軸）方向のターゲット信号Ｐ_{ＲＥＦ−Ｘ}となる。同様に加算器５３３によりＧ_ＰｃｏｓθとＧ_Ｙｓｉｎθを加算して、式（１）で与えられるピッチブレ補正のための変位目標信号Ａ_ｙ＝Ｇ_Ｐｃｏｓθ＋Ｇ_Ｙｓｉｎθを得ることができ、これが第２駆動軸（ｙ軸）方向のターゲット信号Ｐ_{ＲＥＦ−Ｙ}となる。

Ｐ_{ＲＥＦ−Ｘ}とＰ_{ＲＥＦ−Ｙ}が、ジャイロ検出軸と駆動軸とのずれによるクロストークを補正した後の第１駆動軸（ｘ軸）、第２駆動軸（ｙ軸）のターゲット信号となる。第３駆動軸については、Ｇ_Ｒが変位情報であればそのままターゲット信号Ｐ_{ＲＥＦ−Ｒ}とすればよく、Ｇ_Ｒが角度情報であれば変位に変換してターゲット信号Ｐ_{ＲＥＦ−Ｒ}を得る。本実施例では、第３駆動軸まわりの駆動手段と第２駆動軸（ｙ軸）方向の駆動手段を共用しているため、２つのＹコイル１０、１２で発生させる駆動力の割合をＰ_{ＲＥＦ−Ｙ}とＰ_{ＲＥＦ−Ｒ}から求める必要があり、その演算をＤＳＰ５３４で行う。すなわち、ＤＳＰ５３４は、２つのＹホール１４、１６の位置で発生させるべきターゲットの変位量としてＰ_{ＲＥＦ−Ｙ１}とＰ_{ＲＥＦ−Ｙ２}を算出する。演算式は、ＯＩＳ可動部１８や永久磁石２０、２２のジオメトリ（幾何学的配置）から導くことができる。

位置検出器４０６はホール素子８、１４、１６を含み、可動部のそれぞれのホール素子位置の変位に応じたホール電圧Ｖ_＋，Ｖ₋を発生し、アクチュエータドライバＩＣ５００のホール検出ピン（ＨＰ，ＨＮ）に供給する。位置検出部５４０、５４２、５４４は、対応するホール８、１４，１６が生成するホール電圧Ｖ_＋，Ｖ₋に基づいて、可動部の位置（変位）を示すデジタルの位置検出値Ｐ_ＦＢ＿Ｘ、Ｐ_{ＦＢ＿Ｙ１、}Ｐ_{ＦＢ＿Ｙ２}を生成する。Ｘホール８の位置検出値Ｐ_ＦＢ−Ｘについては、ロール回転によってオフセット（クロストーク）が発生するため、オフセット補正部５４６によりオフセットを補正した位置検出値Ｐ_ＦＢ−_Ｘ’を生成する。２つのＹホール１４、１６からの位置検出値Ｐ_{ＦＢ＿Ｙ１}、Ｐ_{ＦＢ＿Ｙ２}についてはオフセット補正は不要であり、そのまま位置検出信号Ｐ_{ＦＢ−Ｙ１}、Ｐ_{ＦＢ−Ｙ２}とする。位置検出部５４０、５４２、５４４は、ホール電圧を増幅するホールアンプ５４８、５５０、５５２と、ホールアンプ５４８、５５０、５５２の出力をデジタル値の位置検出値Ｐ_ＦＢに変換するＡ／Ｄコンバータ５５４、５５６、５５８を含む。

各ホール素子８、１４、１６を動作させるために定電流回路５６０、５６２、５６４を備えている。定電流回路５６０、５６２，５６４は、ホール素子８、１４、１６に所定のバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳを供給する。このバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳは、ホール素子８、１４，１６を動作させるために必要な電源信号であり、したがって定電流回路５６０，５６２，５６４は、ホールバイアス回路として把握することができる。なお、ホールバイアスピン（ＨＢ）の電圧Ｖ_ＨＢを利用してホール素子の温度を検出し、温度補正に利用してもよい。

コントローラ５７０，５７２，５７４は、それぞれの位置指令値Ｐ_{ＲＥＦ−Ｘ}、Ｐ_{ＲＥＦ−Ｙ１}、Ｐ_{ＲＥＦ−Ｙ２}とオフセット補正等の処理がなされた位置検出値Ｐ_ＦＢ−Ｘ、Ｐ_{ＦＢ−Ｙ１}、Ｐ_{ＦＢ−Ｙ２}を受ける。コントローラ５７０、５７２、５７４は、位置検出値Ｐ_ＦＢ−Ｘ、Ｐ_{ＦＢ−Ｙ１}、Ｐ_{ＦＢ−Ｙ２}がそれぞれ位置指令値Ｐ_{ＲＥＦ−Ｘ}、Ｐ_{ＲＥＦ−Ｙ１}、Ｐ_{ＲＥＦ−Ｙ２}と一致するように、それぞれ制御指令値Ｓ_{ＲＥＦ−Ｘ}、Ｓ_{ＲＥＦ−Ｙ１}、Ｓ_{ＲＥＦ−Ｙ２}を生成する。ＯＩＳアクチュエータ４０４がボイスコイルモータである場合、制御指令値Ｓ_{ＲＥＦ−Ｘ}、Ｓ_{ＲＥＦ−Ｙ１}、Ｓ_{ＲＥＦ−Ｙ２}はボイスコイルモータに供給すべき駆動電流の指令値である。コントローラ５７０、５７２、５７４は、たとえば誤差検出器５７６、５７８，５８０とＰＩＤ制御器５８２、５８４，５８６を含む。誤差検出器５７６，５７８，５８０は、位置検出値Ｐ_ＦＢ−Ｘ、Ｐ_{ＦＢ−Ｙ１}、Ｐ_{ＦＢ−Ｙ２}と位置指令値Ｐ_{ＲＥＦ−Ｘ}、Ｐ_{ＲＥＦ−Ｙ１}、Ｐ_{ＲＥＦ−Ｙ２}のそれぞれの差分（誤差）ΔＰを生成する。ＰＩＤ制御器５８２，５８４，５８６は、ＰＩＤ（比例・積分・微分）演算によって、制御指令値Ｓ_{ＲＥＦ−Ｘ}、Ｓ_{ＲＥＦ−Ｙ１}、Ｓ_{ＲＥＦ−Ｙ２}を生成する。ＰＩＤ制御器５８２，５８４，５８６に換えて、ＰＩ制御器を用いてもよいし、非線形制御を採用してもよい。

ドライバ部５９０，５９２，５９４は、制御指令値Ｓ_{ＲＥＦ−Ｘ}、Ｓ_{ＲＥＦ−Ｙ１}、Ｓ_{ＲＥＦ−Ｙ２}に応じた駆動電流をＯＩＳアクチュエータ４０４に供給する。

以上のアクチュエータ制御装置の構成は、あくまでも一例であり、アクチュエータの構造やクロストークの大きさに応じて適宜変更してもかまわない。また、ロール軸まわりの補正のための回転角は、ジャイロセンサの検出値にもとづいた補正角として求めることで説明したが、前述のように実際にアクチュエータの可動部が回転した角度を２つのホール素子１４、１６の検出信号と両者の間の距離にもとづいて計算して求めてもよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態について、図７から図９を用いて説明する。図７（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態における撮像素子の駆動および位置検出を説明する要部構成図である。図７（ａ）には光軸方向からみた平面図が、図７（ｂ）には図７（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図が示される。

第２実施形態が第１実施形態と異なるのは、ＯＩＳ可動部１８を駆動するためのコイルや永久磁石の配置である。第２の実施形態では、可動部の側面に各コイルを配置し、それに対向して永久磁石を配置している。すなわち、第１実施形態において、図２で撮像素子の左右に配置されたコイルと永久磁石がｘ軸方向に駆動するためのＸコイル、Ｘ永久磁石であったのに対して、第２実施形態においては、図７で撮像素子の左右に配置されたコイルと永久磁石は第２駆動方向（ｙ方向）に駆動するためのＹコイル、Ｙ永久磁石となる。撮像素子の下方に配置されたコイル、永久磁石についても同様に、第１実施形態と第２実施形態で駆動方向が異なる。

まず、図７は、ロール方向に回転していない状態でのＯＩＳ駆動に関わる部品の位置関係の例を示したものである。図のｘ方向は、ヨーブレ補正のための第１駆動方向を表し、ｙ方向はピッチブレ補正のための第２駆動方向を表す。ロールブレ補正のためには、撮像素子２の中心位置のｚ方向（第３軸）を軸として、そのまわりに撮像素子２を回転させる。第１駆動方向（ｘ軸方向）の駆動用のコイル（Ｘコイルと称す）４、６は、撮像素子２の下方に並んで配置されている。一方のＸコイル６の巻き線内には、ｘ方向の撮像素子２の変位を検出するためのホール素子（Ｘホールと称す）８が配置されている。一方、第２駆動方向（ｙ軸方向）の駆動用のコイル（Ｙコイルと称す）１０、１２は、撮像素子２の両側に配置されている。両方のＹコイル１０、１２の巻き線内には、ｙ方向の撮像素子２の変位を検出するためのホール素子（Ｙホールと称す）１４、１６が配置されている。撮像素子２、Ｘコイル４、６、Ｘホール８、Ｙコイル１０、１２、Ｙホール１４、１６はＯＩＳ可動部１８を形成している。

Ｘコイル４に対向して、ヨーブレ補正のための駆動用の永久磁石（Ｘ永久磁石と称す）２０が、Ｘコイル６、Ｘホール８に対向してヨーブレ補正のための駆動用兼位置検出用の永久磁石（Ｘ永久磁石と称す）２２がそれぞれ配置されている。さらには、Ｙコイル１０、１２、Ｙホール１４、１６に対向して、ピッチブレ補正のための駆動用兼位置検出用の永久磁石（Ｙ永久磁石と称す）２４、２６が配置されている。また、各永久磁石の背面には、磁束の漏れを低減し、コイルやホール素子に作用する磁束密度を高めるためのヨーク２８が設けられている。これらの永久磁石やヨークは、ブレ補正のために動かない固定部に配置されている。

Ｙコイル１０、１２、Ｙホール１４、１６、Ｙ永久磁石２４、２６等は、ロールブレ補正のための駆動用、位置検出用手段を兼ねている。すなわち、左右のＹコイル１０、１２には独立して電流を印加できるようになっており、左右の駆動手段による力の和（同相成分）でピッチ方向のブレ補正のための第２駆動方向の駆動力が得られ、左右の駆動手段による力の差（差動成分）でトルクが発生し、ロールブレ補正のための第３駆動軸まわりの回転力を得ることができる。

同様に、左右のＹホール１４、１６はそれぞれの位置での可動部の変位を検出するが、両者の平均（もしくは同相成分）がピッチブレ補正のための変位量を示し、両者の差（もしくは差動成分）で第３駆動軸まわりの回転角度を得ることができる。

次に、図８（ａ）、（ｂ）を参照して、ロールブレを補正するために撮像素子が回転した状態におけるコイル、ホール素子、永久磁石等の位置関係について説明する。図８（ａ）、（ｂ）は、ロールブレ補正のために撮像素子が回転した状態を示す図である。図８（ａ）には光軸方向からみた平面図が、図８（ｂ）には図８（ａ）のＤ−Ｄ矢視断面図が示される。なお、図８（ａ）のように撮像素子２を含むＯＩＳ可動部１８が回転変位した場合、図８（ｂ）の断面図も若干、斜めからの視野の図にすべきだが、わずかな回転だと線が重複してわかりにくくなるため、断面部分のみを記載している。

図８（ａ）に示すように、ＯＩＳ可動部１８がロールブレ補正のために回転すると、コイル、ホール素子と永久磁石との位置関係が変化し、永久磁石の分極線２０ａ、２２ａ、２４ａ、２６ａの方向とコイル４、６、１０、１２の巻き線の方向がずれてしまったり、ホール素子８、１４、１６の位置が永久磁石の分極線２０ａ、２２ａ、２４ａ、２６ａの位置からシフトしてしまったりする。

このときのクロストークの発生について、図９を用いて説明する。図９は、図８におけるひとつの磁石、コイル、位置検出素子の位置関係を示す拡大図である。永久磁石２４の磁極Ｎ、ＳとＹコイル１０の電流の向きを図のように仮定すると、フレミングの左手法則にしたがって、Ｙコイル１０における駆動力は矢印のように略下向きに作用する。ロール方向のＯＩＳ可動部１８の回転角がゼロであるとき、Ｙコイル１０における駆動力の方向（第２駆動方向）は、ヨー軸（Ｙ軸）と平行なｙである。しかしながら、ロールブレ補正によって、Ｙコイル１０、Ｙホール１４を含む可動部は上下方向に変位しているため、Ｙコイル１０の巻き線部（紙面に垂直方向の巻き線）を通る磁力線の方向が傾いてしまい、結果として駆動力の方向もｙ’として示すようにＹ軸に対してΔθだけ傾くことになる。なお、Ｙコイル１０の上側の辺と下側の辺で傾きΔθが異なる場合は、両者の平均としてもよい。一方、図示しないジャイロセンサは固定部に配置されているため、そのジャイロ検出軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）は不変である。すなわち、実効的な駆動軸ｙ’とジャイロ検出軸Ｙとの間にずれが生じてしまう。駆動軸ｘについても同様のずれが発生する。これがクロストークのひとつの態様である。なお、ロール回転によってＹホール１４の位置がＹ永久磁石２４の分極線２４ａに対してΔＹだけオフセットするが、撮像素子を挟んだ反対側のＹホール１６が反対側にΔＹだけオフセットするので、両者の平均で算出されるピッチ方向の変位にはオフセットが生じない。

一方、可動部の回転によって、Ｘホール８の位置も変化する。図８に示すように、永久磁石２２の分極線２２ａに対してＸホール８はΔｘだけシフトする。このシフト量Δｘに応じた成分が、Ｘホール８の出力にもとづく位置検出信号に対してオフセットとして重畳される。これがクロストークの別の態様である。

これらのクロストークは、ピッチブレ補正およびヨーブレ補正の精度を悪化させる要因となるため、補正することが望ましい。これらのクロストーク補正については、第１実施形態と同様なので、説明を省略する。

＜第３実施形態＞
なお、ＯＩＳアクチュエータの構造について、第１実施形態、第２実施形態で説明したが、これらに限定される訳ではない。第１実施形態、第２実施形態では、第１駆動軸と第３駆動軸の駆動手段を共用し、また第１駆動軸と第３駆動軸の位置検出素子を共用する例で説明したが、第１駆動軸、第２駆動軸、第３駆動軸それぞれに、固有の駆動手段、位置検出手段を独立して設けてもよい。

第３実施形態について、図１０を用いて説明する。図１０は、第３実施形態におけるアクチュエータドライバを含むアクチュエータ制御装置の別のシステム構成例を示すブロック図である。

第３実施形態では、ピッチブレ、ヨーブレ、ロールブレそれぞれについて、個別の駆動手段、位置検出素子が独立して設けられる。第３実施形態におけるアクチュエータドライバが第１実施形態と異なるのは、２つのＹホール１４、１６の位置で発生させるべきターゲットの変位量としてＰ_{ＲＥＦ−Ｙ１}とＰ_{ＲＥＦ−Ｙ２}を算出するＤＳＰ５３４が不要となる点と、Ｙホール１４，１６に発生するオフセットを補正するためのオフセット補正部が必要になる点である。

ジャイロセンサ３３０、３３２、３３４、インタフェース回路５１０、５１２、５１４、ジャイロＤＳＰ５２０、５２２、５２４、加算器５３１，５３３、ＤＳＰ５３０、ＤＳＰ５３２の機能については、第１実施形態と同じである。すなわち−Ｇ_ＰｓｉｎθとＧ_Ｙｃｏｓθを加算して、式（２）で与えられるヨーブレ補正のための変位目標信号Ａ_ｘ＝−Ｇ_Ｐｓｉｎθ＋Ｇ_Ｙｃｏｓθを得ることができ、これが第１駆動軸（ｘ軸）方向のターゲット信号Ｐ_{ＲＥＦ−Ｘ}となる。同様に加算器５３３によりＧ_ＰｃｏｓθとＧ_Ｙｓｉｎθを加算して、式（１）で与えられるピッチブレ補正のための変位目標信号Ａ_ｙ＝Ｇ_Ｐｃｏｓθ＋Ｇ_Ｙｓｉｎθを得ることができ、これが第２駆動軸（ｙ軸）方向のターゲット信号Ｐ_{ＲＥＦ−Ｙ}となる。ロール方向については、Ｇ_Ｒが変位情報であればそのままターゲット信号Ｐ_{ＲＥＦ−Ｒ}とすればよく、Ｇ_Ｒが角度情報であれば変位に変換してターゲット信号Ｐ_{ＲＥＦ−Ｒ}を得る。

位置検出部５４０、５４２、５４４、その中のホールアンプ５４８、５５０、５５２、Ａ／Ｄコンバータ５５４、５５６、５５８、定電流回路５６０、５６２，５６４のはたらきについては、第１実施形態と同じであるので、詳細説明を省略する。位置検出部５４０、５４２、５４４は可動部の位置（変位）を示すデジタルの位置検出値Ｐ_ＦＢ＿Ｘ，Ｐ_ＦＢ＿Ｙ，Ｐ_ＦＢ＿Ｒが生成されるが、第１駆動方向、第２駆動方向についてはロール回転によってオフセットが発生するため、それぞれオフセット補正部５４６、５６６でオフセットを補正した位置検出値Ｐ_ＦＢ−Ｘ’，Ｐ_ＦＢ−Ｙ’を得る。ロール方向についてはオフセット補正不要で、位置検出値Ｐ_ＦＢ−Ｒがそのまま使用される。

コントローラ５７０，５７２，５７４は、それぞれの位置指令値Ｐ_{ＲＥＦ−Ｘ}、Ｐ_{ＲＥＦ−Ｙ}、Ｐ_{ＲＥＦ−Ｒ}と位置検出値Ｐ_ＦＢ−Ｘ’Ｐ_ＦＢ−Ｙ’、Ｐ_ＦＢ−Ｒを受ける。コントローラ５７０、５７２、５７４は、位置検出値Ｐ_ＦＢ−Ｘ、Ｐ_ＦＢ−Ｙ、Ｐ_ＦＢ−Ｒがそれぞれ位置指令値Ｐ_{ＲＥＦ−Ｘ}’、Ｐ_{ＲＥＦ−Ｙ}’、Ｐ_{ＲＥＦ−Ｒ}と一致するように、それぞれ制御指令値Ｓ_{ＲＥＦ−Ｘ}、Ｓ_{ＲＥＦ−Ｙ}、Ｓ_{ＲＥＦ−Ｒ}を生成する。ＯＩＳアクチュエータ４０４がボイスコイルモータである場合、制御指令値Ｓ_{ＲＥＦ−Ｘ}、Ｓ_{ＲＥＦ−Ｙ}、Ｓ_{ＲＥＦ−Ｒ}はボイスコイルモータに供給すべき駆動電流の指令値である。誤差検出器５７６、５７８，５８０、ＰＩＤ制御器５８２、５８４，５８６については説明を省略する。

ドライバ部５９０，５９２，５９４は、制御指令値Ｓ_{ＲＥＦ−Ｘ}、Ｓ_{ＲＥＦ−Ｙ}、Ｓ_{ＲＥＦ−Ｒ}に応じた駆動電流をＯＩＳアクチュエータ４０４に供給する。

なお、本技術は、ロール方向の補正も含めて、撮像素子を３方向に駆動するタイプのブレ補正に適用されるものであり、撮像素子と一緒にレンズも駆動されるか、あるいは撮像素子とレンズとが相対変位するかにはこだわらない。撮像素子とレンズがブレ補正のために一体駆動されるタイプでは、カメラ本体がピッチ方向、ヨー方向に傾くのに対して、これを打ち消すように撮像素子とレンズを一体にチルトさせて補正する。撮像素子とレンズが相対変位するタイプでは、カメラ本体がピッチ方向、ヨー方向に傾くのに対して、このときに発生する光軸の傾きを打ち消すように、レンズに対して撮像素子をシフトさせて補正する。

以上のようなアクチュエータ制御装置は、携帯電話用のカメラモジュールなどに用いられる。特に、アクチュエータ制御装置の好適な応用のひとつは、光学手ブレ補正（ＯＩＳ）機能を備えた撮像装置であり、さらには光学手ブレ補正としてロール方向の補正も可能な撮像装置である。本技術を利用することで、ロール方向の手ブレ補正にともなう可動部の回転によって生じるさまざまなクロストークを補正でき、これによって高精度な手ブレ補正を実現することが可能となる。

近年、カメラを搭載したマルチコプター（ドローン）の普及が進んでいる。飛行中の撮影では、ヨーブレ、ピッチブレ、ロールブレが発生するところ、上述のアクチュエータ制御装置を用いることで、高精度なブレ補正が可能となる。

本開示には、以下の技術が開示される。
本開示のある態様は、撮像装置に関する。撮像装置は、撮像素子と、撮像素子に作用するブレ量を検出するブレ検出素子と、ブレ量に応じて撮像素子を駆動するアクチュエータと、撮像素子の位置を検出する位置検出素子と、を備え、ブレ検出素子は、ピッチ方向、ヨー方向、ロール方向の３方向のブレを検出することが可能であり、ロール方向のブレに対応して撮像素子を駆動することによって発生するピッチ方向およびヨー方向の駆動力の方向とブレ検出方向のずれに対して、ブレ検出素子のブレ検出信号を補正することを特徴としている。

以上の構成によれば、ロール方向のブレ補正によって撮像素子が回転したことにより、ピッチ方向とヨー方向の駆動力の方向とブレ検出方向とがずれるクロストークが存在する場合においても、駆動力の方向の変化に基づいてブレ検出素子のブレ検出信号を補正し、高精度な手ブレ補正が可能となる。

また一側面において、ロール方向のブレ検出素子のブレ検出信号からロールブレ補正角度を算出し、ロールブレ補正角度にもとづいてピッチ方向およびヨー方向のブレ検出信号の補正量を設定してもよい。

以上の構成によれば、ロール方向のブレ検出素子のブレ検出信号からロールブレ補正角度を算出でき、算出した補正角度にもとづいてピッチ方向およびヨー方向のブレ検出信号の補正量を設定し、この補正量にもとづいてブレ検出信号の補正を行うことで、高精度な手ブレ補正が可能となる。

また一側面において、位置検出素子におけるロール方向の位置検出信号の変化から撮像素子のロール方向の回転角度を算出し、回転角度にもとづいてピッチ方向およびヨー方向のブレ検出信号の補正量を設定してもよい。

以上の構成によれば、ロール方向の位置検出信号の変化から撮像素子のロール方向の回転角度を算出でき、算出した補正角度にもとづいてピッチ方向およびヨー方向のブレ検出信号の補正量を設定し、この補正量にもとづいてブレ検出信号の補正を行うことで、高精度な手ブレ補正が可能となる。

本開示の別の側面も撮像装置に関する。撮像装置は、撮像素子と、撮像素子に作用するブレ量を検出するブレ検出素子と、ブレ量に応じて撮像素子を駆動するアクチュエータと、撮像素子の位置を検出する位置検出素子と、を備え、ブレ検出素子は、ピッチ方向、ヨー方向、ロール方向の３方向のブレを検出することが可能であり、ロール方向のブレに対応して撮像素子を駆動することによって発生するピッチ方向およびヨー方向の位置検出素子の位置検出信号におけるオフセットに対して、位置検出素子の位置検出信号を補正することを特徴としている。

以上の構成によれば、ロール方向のブレ補正によって撮像素子が回転したことにより、ピッチ方向およびヨー方向の位置検出信号に生じるオフセットを補正することができ、高精度な手ブレ補正が可能となる。

また一側面において、ロール方向のブレ検出素子のブレ検出信号からロールブレ補正角度を算出し、ロールブレ補正角度にもとづいて位置検出素子のピッチ方向およびヨー方向の位置検出信号のオフセット補正量を設定してもよい。

以上の構成によれば、ロール方向のブレ検出素子のブレ検出信号からロールブレ補正角度を算出でき、算出した補正角度にもとづいてピッチ方向およびヨー方向の位置検出信号のオフセット補正量を設定し、このオフセット補正量にもとづいて位置検出信号の補正を行うことで、高精度な手ブレ補正が可能となる。

また一側面において、位置検出素子におけるロール方向の位置検出信号の変化から撮像素子のロール方向の回転角度を算出し、回転角度にもとづいて位置検出素子のピッチ方向およびヨー方向の位置検出信号のオフセット補正量を設定してもよい。

以上の構成によれば、ロール方向の位置検出信号の変化から撮像素子のロール方向の回転角度を算出でき、算出した補正角度にもとづいてピッチ方向およびヨー方向の位置検出信号のオフセット補正量を設定し、このオフセット補正量にもとづいて位置検出信号の補正を行うことで、高精度な手ブレ補正が可能となる。

本開示のさらに別の側面は、アクチュエータドライバに関する。アクチュエータドライバは、撮像装置に用いられるアクチュエータドライバであって、撮像装置は、撮像素子と、撮像素子に作用するブレ量を検出するブレ検出素子と、ブレ量に応じて撮像素子を駆動するアクチュエータと、アクチュエータに駆動信号を与えるアクチュエータドライバと、撮像素子の位置を検出する位置検出素子と、を備え、ブレ検出素子は、ピッチ方向、ヨー方向、ロール方向の３方向のブレを検出することが可能であり、アクチュエータドライバは、ロール方向のブレに対応して撮像素子を駆動することによって発生するピッチ方向およびヨー方向の駆動力の方向とブレ検出方向のずれに対して、ブレ検出素子のブレ検出信号を補正することを特徴としている。

また一側面において、ロール方向のブレ検出素子のブレ検出信号からロールブレ補正角度を算出し、ロールブレ補正角度にもとづいてピッチ方向およびヨー方向のブレ検出信号の補正量を設定してもよい。

また一側面において、位置検出素子におけるロール方向の位置検出信号の変化から撮像素子のロール方向の回転角度を算出し、回転角度にもとづいてピッチ方向およびヨー方向のブレ検出信号の補正量を設定してもよい。

本開示のさらに別の側面も、アクチュエータドライバに関する。アクチュエータドライバは、撮像装置に用いられるアクチュエータドライバであって、撮像装置は、撮像素子と、撮像素子に作用するブレ量を検出するブレ検出素子と、ブレ量に応じて撮像素子を駆動するアクチュエータと、アクチュエータに駆動信号を与えるアクチュエータドライバと、撮像素子の位置を検出する位置検出素子と、を備え、ブレ検出素子は、ピッチ方向、ヨー方向、ロール方向の３方向のブレを検出することが可能であり、アクチュエータドライバは、ロール方向のブレに対応して撮像素子を駆動することによって発生するピッチ方向およびヨー方向の位置検出素子の位置検出信号におけるオフセットに対して、位置検出素子の位置検出信号を補正することを特徴としている。

また一側面において、ロール方向のブレ検出素子のブレ検出信号からロールブレ補正角度を算出し、ロールブレ補正角度にもとづいて位置検出素子のピッチ方向およびヨー方向の位置検出信号のオフセット補正量を設定してもよい。

また一側面において、位置検出素子におけるロール方向の位置検出信号の変化から撮像素子のロール方向の回転角度を算出し、回転角度にもとづいて位置検出素子のピッチ方向およびヨー方向の位置検出信号のオフセット補正量を設定してもよい。

３００…撮像装置、３０２…撮像素子、３０４…レンズ、３０６…プロセッサ、３０８…ジャイロセンサ、４００…アクチュエータ制御装置、４０２…ＡＦアクチュエータ、４０４…ＯＩＳアクチュエータ、４０６…位置検出素子、５００…アクチュエータドライバＩＣ、５１０、５１２、５１４…インタフェース回路、５２０、５２２、５２４…ジャイロＤＳＰ、５３０、５３２、５３４…ＤＳＰ、５４０、５４２，５４４…コントローラ、５４６、５６６…オフセット補正部、５４８、５５０，５５２…アンプ、５５４，５５６，５５８…Ａ／Ｄコンバータ、５６０，５６２，５６４…定電流回路、５７０，５７２，５７４…コントローラ、５７６，５７８，５８０…誤差検出器、５８２，５８４，５８６…ＰＩＤ制御器、５９０、５９２、５９４…ドライバ部、８、１４、１６…ホール素子。

Claims (12)

1. 撮像素子と、
   前記撮像素子に作用するヨー軸、ピッチ軸、ロール軸まわりのブレを示すヨーブレ検出信号、ピッチブレ検出信号、ロールブレ検出信号を生成するブレ検出素子と、
   前記撮像素子を、前記ピッチ軸と平行であるべき第１駆動軸の方向、前記ヨー軸と平行であるべき第２駆動軸の方向に独立に変位させるとともに、前記ロール軸と平行であるべき第３駆動軸まわりに回転させるよう構成されたアクチュエータと、
   前記ヨーブレ検出信号、前記ピッチブレ検出信号、前記ロールブレ検出信号に応じて前記アクチュエータを駆動する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記撮像素子を前記第３駆動軸まわりに回転させることによって発生する、前記第１駆動軸と前記ピッチ軸のズレ、ならびに、前記第２駆動軸と前記ヨー軸のズレの影響が小さくなるように、前記ヨーブレ検出信号および前記ピッチブレ検出信号を補正することを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御装置は、前記ロールブレ検出信号にもとづいてロールブレ補正角度を算出し、前記ロールブレ補正角度にもとづいて前記ヨーブレ検出信号および前記ピッチブレ検出信号それぞれの補正量を設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記撮像素子の前記第１駆動軸の方向の位置に関する第１位置情報、前記撮像素子の前記第２駆動軸の方向の位置に関する第２位置情報、および前記撮像素子の前記第３駆動軸まわりの前記撮像素子の回転量に関する第３位置情報を含む位置検出信号を生成する位置検出器をさらに備え、
   前記制御装置は、前記位置検出信号にもとづいて前記撮像素子の前記第３駆動軸まわりの回転角度を算出し、前記回転角度にもとづいて前記ヨーブレ検出信号および前記ピッチブレ検出信号それぞれの補正量を設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 撮像素子と、
   前記撮像素子に作用するヨー軸、ピッチ軸、ロール軸まわりのブレを示すヨーブレ検出信号、ピッチブレ検出信号、ロールブレ検出信号を生成するブレ検出素子と、
   前記撮像素子を、前記ピッチ軸と平行であるべき第１駆動軸の方向、前記ヨー軸と平行であるべき第２駆動軸の方向に独立に変位させるとともに、前記ロール軸と平行であるべき第３駆動軸まわりに回転させるよう構成されたアクチュエータと、
   前記撮像素子の前記第１駆動軸の方向の位置に関する第１位置情報、前記撮像素子の前記第２駆動軸の方向の位置に関する第２位置情報、および前記撮像素子の前記第３駆動軸まわりの前記撮像素子の回転量に関する第３位置情報を含む位置検出信号を生成する位置検出器と、
   前記ヨーブレ検出信号、前記ピッチブレ検出信号および前記ロールブレ検出信号に応じて前記アクチュエータを駆動する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記撮像素子を前記第３駆動軸まわりに回転させることによって発生する、前記第１位置情報および前記第２位置情報それぞれのオフセットが低減するように、前記位置検出信号を補正することを特徴とする撮像装置。
5. 前記制御装置は、前記ロールブレ検出信号にもとづいてロールブレ補正角度を算出し、前記ロールブレ補正角度にもとづいて、前記第１位置情報および前記第２位置情報それぞれのオフセット補正量を設定することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記制御装置は、前記第３位置情報にもとづいて前記撮像素子のロール方向の回転角度を算出し、前記回転角度にもとづいて前記第１位置情報および前記第２位置情報それぞれのオフセット補正量を設定することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
7. 撮像装置に用いられるアクチュエータドライバであって、
   前記撮像装置は、
   撮像素子と、
   前記撮像素子に作用するヨー軸、ピッチ軸、ロール軸まわりのブレを示すヨーブレ検出信号、ピッチブレ検出信号、ロールブレ検出信号を生成するブレ検出素子と、
   前記撮像素子を、前記ピッチ軸と平行であるべき第１駆動軸の方向、前記ヨー軸と平行であるべき第２駆動軸の方向に独立に変位させるとともに、前記ロール軸と平行であるべき第３駆動軸まわりに回転させるよう構成されたアクチュエータと、
   前記ヨーブレ検出信号、前記ピッチブレ検出信号および前記ロールブレ検出信号に応じて前記アクチュエータを駆動するアクチュエータドライバと、
   を備え、
   前記アクチュエータドライバは、
   前記撮像素子を前記第３駆動軸まわりに回転させることによって発生する、前記第１駆動軸と前記ピッチ軸のズレ、ならびに、前記第２駆動軸と前記ヨー軸のズレの影響が小さくなるように、前記ヨーブレ検出信号および前記ピッチブレ検出信号を補正する補正部と、
   補正後の前記ヨーブレ検出信号および前記ピッチブレ検出信号にもとづいて前記アクチュエータを駆動する駆動部と、
   を備えることを特徴とするアクチュエータドライバ。
8. 前記補正部は、前記ロールブレ検出信号にもとづいてロールブレ補正角度を算出し、前記ロールブレ補正角度にもとづいて前記ヨーブレ検出信号および前記ピッチブレ検出信号それぞれの補正量を設定することを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータドライバ。
9. 前記撮像装置は、前記撮像素子の前記第１駆動軸の方向の位置に関する第１位置情報、前記撮像素子の前記第２駆動軸の方向の位置に関する第２位置情報、および前記撮像素子の前記第３駆動軸まわりの前記撮像素子の回転量に関する第３位置情報を含む位置検出信号を生成する位置検出器をさらに備え、
   前記補正部は、前記第３位置情報にもとづいて前記撮像素子の前記第３駆動軸まわりの回転角度を算出し、前記回転角度にもとづいて前記ヨーブレ検出信号および前記ピッチブレ検出信号それぞれの補正量を設定することを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータドライバ。
10. 撮像装置に用いられるアクチュエータドライバであって、
    前記撮像装置は、
    撮像素子と、
    前記撮像素子に作用するヨー軸、ピッチ軸、ロール軸まわりのブレを示すヨーブレ検出信号、ピッチブレ検出信号、ロールブレ検出信号を生成するブレ検出素子と、
    前記撮像素子を、前記ピッチ軸と平行であるべき第１駆動軸の方向、前記ヨー軸と平行であるべき第２駆動軸の方向に独立に変位させるとともに、前記ロール軸と平行であるべき第３駆動軸まわりに回転させるよう構成されたアクチュエータと、
    前記撮像素子の前記第１駆動軸の方向の位置に関する第１位置情報、前記撮像素子の前記第２駆動軸の方向の位置に関する第２位置情報、および前記撮像素子の前記第３駆動軸まわりの前記撮像素子の回転量に関する第３位置情報を含む位置検出信号を生成する位置検出器と、
    を備え、
    前記アクチュエータドライバは、
    前記撮像素子を前記第３駆動軸まわりに回転させることによって発生する、前記第１位置情報および前記第２位置情報それぞれのオフセットが低減するように、前記第１位置情報および前記第２位置情報を補正する補正部と、
    補正後の前記第１位置情報および前記第２位置情報にもとづいて、前記アクチュエータを駆動する駆動部と、
    を備えることを特徴とするアクチュエータドライバ。
11. 前記補正部は、前記ロールブレ検出信号にもとづいてロールブレ補正角度を算出し、前記ロールブレ補正角度にもとづいて、前記第１位置情報および前記第２位置情報それぞれのオフセット補正量を設定することを特徴とする請求項１０に記載のアクチュエータドライバ。
12. 前記補正部は、前記第３位置情報にもとづいて前記撮像素子のロール方向の回転角度を算出し、前記回転角度にもとづいて前記第１位置情報および前記第２位置情報それぞれのオフセット補正量を設定することを特徴とする請求項１０に記載のアクチュエータドライバ。

Images