JP7351748B2 - アクチュエータドライバ、イメージセンサ、カメラモジュール、電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置に関する。

スマートホンやタブレットＰＣなどのさまざまな電子機器に、カメラモジュールが搭載されている。カメラモジュールは、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子と、オートフォーカス用あるいは手ぶれ補正用のレンズ、レンズを動かすアクチュエータおよびそのドライバ回路を備える。

従来では、レンズの位置検出を行わないオープンループによって、レンズを制御していたが、近年では、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、レンズの位置を高精度かつ高速に制御するものが増加してきている。

レンズの位置検出の方法としては、ホール素子を用いたものが知られている。具体的には、可動部側に永久磁石を、固定部側にホール素子を取り付けられる。ホール素子が生成するホール電圧は、ホール素子が受ける磁界の強度、すなわち可動部と固定部の距離に応じて変化する。アクチュエータのドライバは、ホール電圧にもとづいて、レンズの位置を示す位置検出信号を生成し、位置検出信号がレンズの目標位置を示すターゲットコードと一致するように、アクチュエータに供給する駆動信号を変化させる。

特開２００５－３３１３９９号公報 特開２０００－２９５８３２号公報 特開２０１１－２０３０７４号公報

このように従来において、レンズの位置検出のためにホール素子や永久磁石が必要となり、コストアップの要因となっており、またカメラモジュールの小型化の妨げとなっていた。

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、低コスト化、および／または小型化が可能なカメラモジュールの提供にある。

本発明のある態様は、イメージセンサ（固体撮像デバイス）に関する。イメージセンサは、撮像エリアに平面状に配置される複数の画素を含む画素アレイと、撮像エリアを取り囲む領域に設けられた位置検出コイルと、を備える。

レンズとともに変位する可動部に磁気発生手段を取り付けることにより、レンズの位置に応じて位置検出コイルに発生する誘導起電力が変化する。したがって誘導起電力を利用することにより、ホール素子を用いずともレンズの位置を検出することができ、カメラモジュールの低コスト化、小型化を実現できる。また、ホール素子を用いる場合、温度変動や個体バラツキが問題となるが、誘導起電力を利用することにより、これらの問題も解決できる。

イメージセンサへの入射光の光路上にはレンズが設けられてもよい。位置検出コイルには、レンズを位置決めするアクチュエータのコイルが発生する磁界に応じた誘導起電力が発生してもよい。
アクチュエータのコイルを磁気発生手段として利用することにより、永久磁石や、アクチュエータのコイルとは別のコイルおよびその駆動手段などが不要となるため、一層、カメラモジュールの低コスト化、小型化が図られる。

レンズは、オートフォーカス用のレンズであってもよい。オートフォーカス用のレンズの制御では、画素アレイの撮像面とレンズの距離が制御対象となる。もし位置検出コイルをイメージセンサの外部に設けた場合、位置検出コイルとイメージセンサと撮像面の位置関係はばらつきが避けられず、製造段階において、高い精度の位置合わせが要求され、キャリブレーションなどの工程が増えることとなる。これに対して、位置検出コイルをイメージセンサに内蔵することで、位置検出コイルと撮像面の距離が不変となるため、高精度な位置検出が可能となる。

イメージセンサは、複数の画素を制御し、複数の画素から画素値を読み出す読出制御回路をさらに備えてもよい。アクチュエータはパルス駆動され、読出制御回路は、アクチュエータのコイルに供給されるパルス状の駆動信号の遷移の許可、禁止を示す遷移許可信号を生成してもよい。
アクチュエータをパルス駆動すると、アクチュエータのコイルに供給される駆動信号の交流成分が輻射ノイズとなり、画質の劣化を招く場合がある。この態様によれば、読出制御回路の制御シーケンスのうち、輻射ノイズが入射しても画質の劣化が発生しない期間を、遷移許可信号を利用してアクチュエータドライバに通知でき、遷移許可信号を駆動信号に反映させることにより、画質の劣化を抑制できる。

イメージセンサは、レンズの位置を示す位置検出信号がレンズの目標位置を示す位置指令信号と一致するようにアクチュエータをパルス駆動するアクチュエータドライバをさらに備えてもよい。アクチュエータドライバは、遷移許可信号が許可を示す期間に、アクチュエータに供給するパルス状の駆動信号を遷移させてもよい。
アクチュエータドライバをイメージセンサに内蔵することにより、レンズの位置制御を、イメージセンサのみで行うことが可能となる。

イメージセンサは、位置検出コイルに生ずる誘導起電力にもとづいて、レンズの位置を示す位置検出信号を生成する位置検出回路をさらに備えてもよい。誘導起電力の振幅は非常に小さいためノイズの影響を受けやすいところ、位置検出回路をイメージセンサに内蔵することにより、信号の引き回し距離を短くでき、ノイズの影響を低減できる。

画素アレイと位置検出コイルは第１チップに集積化され、読出制御回路は、その上面に第１チップが搭載される第２チップに集積化されてもよい。

本発明の別の態様は、カメラモジュールである。このカメラモジュールは、複数の画素を含む画素アレイを有するイメージセンサと、イメージセンサへの入射光の光路上に設けられたレンズと、コイルを有し、コイルに印加される駆動信号に応じてレンズを位置決めするアクチュエータと、アクチュエータのコイルと磁気的に結合するよう配置された位置検出コイルと、アクチュエータのコイルにパルス状の駆動信号を供給するアクチュエータドライバと、駆動信号に応じて位置検出コイルに発生する誘導起電力にもとづいて、レンズの位置を示す位置検出信号を生成し、アクチュエータドライバにフィードバックする位置検出回路と、を備える。

アクチュエータのコイルをパルス駆動すると、それと磁気的に結合する位置検出コイルには、２つのコイルの距離に応じた誘導起電力が発生する。したがって、ホール素子を用いずに、誘導起電力を利用してレンズの位置を検出することができ、低コスト化、および／または小型化を図ることができる。また、温度変動や個体ばらつきの影響が低減され、高精度な位置検出が可能となる。

位置検出コイルは、イメージセンサに内蔵されてもよい。
これにより、位置検出コイルと撮像面との位置関係が不変となるため、位置検出コイルの高精度な位置合わせやキャリブレーション処理が不要となる。

イメージセンサは、内部の動作と同期して、駆動信号の遷移の許可、禁止を示す遷移許可信号をアクチュエータドライバに供給してもよい。
アクチュエータをパルス駆動すると、アクチュエータのコイルに供給される駆動信号の交流成分が輻射ノイズとなり、画質の劣化を招く場合がある。この態様によれば、読出制御回路の制御シーケンスのうち、輻射ノイズが入射しても画質の劣化が発生しない期間を、遷移許可信号を利用してアクチュエータドライバに通知でき、遷移許可信号を駆動信号に反映させることにより、画質の劣化を抑制できる。

本発明の別の態様は電子機器に関する。電子機器は、上述のいずれかの態様のカメラモジュールを備えてもよい。

本発明のさらに別の態様は、アクチュエータドライバである。このアクチュエータドライバは、イメージセンサへの入射光の光路上に設けられるレンズを位置決めするアクチュエータを駆動する。アクチュエータドライバは、レンズの目標位置を示す位置指令信号を受信するインタフェース回路と、アクチュエータのコイルと磁気的に結合するよう配置された位置検出コイルの誘導起電力から得られる位置検出信号が位置指令信号と一致するように、デューティ比、周波数、オン時間、オフ時間の少なくともひとつが変化する制御パルスを生成するコントローラと、制御パルスにもとづいてアクチュエータを駆動するドライバ部と、を備える。

アクチュエータのコイルをパルス駆動すると、それと磁気的に結合する位置検出コイルには、２つのコイルの距離に応じた誘導起電力が発生する。したがって、ホール素子を用いずに、誘導起電力を利用してレンズの位置を検出することができ、低コスト化、および／または小型化を図ることができる。また、温度変動や個体ばらつきの影響が低減され、高精度な位置検出が可能となる。

コントローラは、イメージセンサから、制御パルスの遷移の許可、禁止を示す遷移許可信号を受信し、制御パルスに遷移許可信号を反映してもよい。

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、ここに記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明を構成しうる。

本発明によれば、カメラモジュールを低コスト化、および／または小型化できる。

実施の形態に係るカメラモジュールを示すブロック図である。 図１のカメラモジュールにおける位置検出の原理を説明する波形図である。 レンズの位置と誘導起電力の関係を示す図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、図１のカメラモジュールに使用可能なイメージセンサの平面図および斜視図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、図４（ａ）のイメージセンサの破線で囲まれた箇所の部分断面図である。 図５のイメージセンサと組み合わせて使用可能なアクチュエータドライバの回路図である。 遷移許可信号Ｓ_４と、異なる制御指令値Ｓ_６（デューティ比）に対応する制御パルスＳ_５の一例を示す波形図である。 図４のイメージセンサおよび図６のアクチュエータドライバを備えるカメラモジュールのレイアウト図である。 カメラモジュールを備える電子機器の斜視図である。 第１変形例に係るイメージセンサを示す斜視図である。 第２変形例に係るアクチュエータドライバのブロック図である。

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。

図１は、実施の形態に係るカメラモジュール１００を示すブロック図である。カメラモジュール１００は、スマートホンやタブレット端末、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの電子機器２に内蔵される撮像装置である。

カメラモジュール１００は、イメージセンサ２００、レンズ１０２、アクチュエータ１０４、アクチュエータドライバ３００を備える。

イメージセンサ２００は、マトリクス状に配置された複数の画素２０１を含む画素アレイ２０２を有する。本実施の形態においてイメージセンサ２００はＣＭＯＳセンサである。イメージセンサ２００が撮像した画像データＳ_１は、画像処理用のプロセッサ４に供給される。

レンズ１０２は、イメージセンサ２００の画素アレイ２０２への入射光３の光路上に設けられる。レンズ１０２は、オートフォーカス用であると手ぶれ補正用であるとを問わないが、以下ではオートフォーカス用として説明を進める。

アクチュエータ１０４は、コイル１０６を有し、コイル１０６に印加される駆動信号に応じてレンズ１０２を位置決めする。本実施の形態ではアクチュエータ１０４は、ムービングコイル型のボイスコイルモータであり、コイル１０６は、レンズ１０２を取り囲むように巻回されている。

位置検出コイル２０４は、アクチュエータ１０４のコイル１０６と磁気的に結合するよう、言い換えればコイル１０６が発生する磁界（磁束）５が位置検出コイル２０４と鎖交するように配置される。好ましくは位置検出コイル２０４は、入射光３を遮らないように、画素アレイ２０２を取り囲むように配置される。

アクチュエータドライバ３００は、アクチュエータ１０４のコイル１０６にパルス状の駆動信号Ｓ_２を供給し、レンズ１０２の位置を制御する。コイル１０６は、駆動信号Ｓ_２に応じた磁界５を発生する。この磁界５によって、位置検出コイル２０４に誘導起電力Ｓ_３が発生する。

位置検出回路２０８は、駆動信号Ｓ_２に応じて位置検出コイル２０４に発生する誘導起電力Ｓ_３にもとづいて、レンズ１０２の位置を示す位置検出信号Ｐ_ＦＢを生成し、アクチュエータドライバ３００にフィードバックする。アクチュエータドライバ３００には、レンズ１０２の目標位置を指示する位置指令信号Ｐ_ＲＥＦ（ターゲットコード）が入力される。位置指令信号Ｐ_ＲＥＦは、画像処理用のプロセッサ４によって生成される。位置指令信号Ｐ_ＲＥＦの生成方法は特に限定されないが、たとえば、イメージセンサ２００の撮像面に埋め込まれた（あるいは外部に設けられた）ＡＦセンサからの出力にもとづいて、位置指令信号Ｐ_ＲＥＦを生成してもよいし（位相差ＡＦ）、イメージセンサ２００が撮像した画像のコントラストが高くなるように、位置指令信号Ｐ_ＲＥＦを生成してもよい（コントラストＡＦ）。

アクチュエータドライバ３００は、フィードバックされた位置検出信号Ｐ_ＦＢが位置指令信号Ｐ_ＲＥＦと一致するように、駆動信号Ｓ_２のデューティ比、周波数、オン時間、オフ時間の少なくともひとつを変化させる。駆動信号Ｓ_２の変調方式は限定されず、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御、ＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）制御、ＰＤＭ（Pulse Density Modulation）あるいはΔΣ変調などを用いることが可能である。以下では、駆動信号Ｓ_２の周波数（周期）が一定となり、デューティ比（オン時間）が変化するＰＷＭ制御を例に説明する。

以上がカメラモジュール１００の基本構成である。続いてその動作を説明する。図２は、図１のカメラモジュール１００における位置検出の原理を説明する波形図である。本明細書において参照する波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。

図２にはパルス状の駆動信号Ｓ_２と誘導起電力Ｓ_３が示される。コイル１０６が位置検出コイル２０４に近づくと、それらの結合係数が大きくなるため、誘導起電力Ｓ_３の強度（振幅）Ｖ_ＡＭＰは増大し、コイル１０６が位置検出コイル２０４から遠ざかると、それらの結合係数が小さくなるため、誘導起電力Ｓ_３の強度（振幅）Ｖ_ＡＭＰは低下する。したがって誘導起電力Ｓ_３は、コイル１０６と位置検出コイル２０４の距離に応じて変化する。位置検出コイル２０４は固定されているため、誘導起電力Ｓ_３の振幅Ｖ_ＡＭＰは、コイル１０６ひいてはレンズ１０２の位置と相関を有する。

図３は、レンズの位置と誘導起電力の関係を示す図である。図３において、（i）はレンズを変位させたときの測定結果を、（ii）はレンズを固定したときの測定結果を表す。特性（i）と（ii）の差分が、レンズ位置に依存する項となる。図３の関係を、実測あるいはシミュレーションによって予め測定しておくことにより、誘導起電力Ｓ_３から位置検出信号Ｐ_ＦＢを生成することができる。

以上がカメラモジュール１００の動作である。このカメラモジュール１００によれば、ホール素子を用いずにレンズの位置を検出することができ、低コスト化、および／または小型化を図ることができる。また、誘導起電力は、ホール素子に比べて温度変動や個体ばらつきの影響を受けにくいため、高精度な位置検出が可能となる。

また、パルス駆動されるコイル１０６を、磁界発生手段として流用しているため、可動子側に追加の磁界発生手段（たとえば永久磁石、あるいは磁界発生用のコイルとそのドライバ）が不要となるため、可動子の構成の簡素化できる。可動子の簡素化は、カメラモジュール１００の小型化、低コスト化にも資することとなる。

図１に戻る。カメラモジュール１００は、次の特徴を備えてもよい。
静止画の撮像期間（露光）中に、アクチュエータ１０４をパルス駆動すると、アクチュエータ１０４のコイル１０６に供給される駆動信号Ｓ_２の交流成分が輻射ノイズとしてイメージセンサ２００に入射し、画質の劣化を招く場合がある。

そこでイメージセンサ２００は、内部の動作、処理と同期して、駆動信号Ｓ_２の遷移（エッジの発生）の許可、禁止を示す遷移許可信号Ｓ_４をアクチュエータドライバ３００に供給可能に構成される。主としてイメージセンサ２００内部における画素読出しのシーケンスにおいて、輻射ノイズが入射しても画質の劣化が発生しない期間が、遷移許可信号Ｓ_４を利用してアクチュエータドライバ３００に通知される。アクチュエータドライバ３００は、遷移許可信号Ｓ_４を駆動信号Ｓ_２に反映させることにより、コイル１０６をＰＷＭ駆動しつつも、画質の劣化を抑制できる。なおその限りでないが、本実施の形態では、遷移許可信号Ｓ_４のハイレベルを許可、ローレベルを禁止に割り当てるものとする。

本発明は、図１のブロック図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路、方法に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。

図４（ａ）、（ｂ）は、図１のカメラモジュール１００に使用可能なイメージセンサ２００Ａの平面図および斜視図である。この構成例において位置検出コイル２０４は、イメージセンサ２００に内蔵されている。

位置検出コイル２０４をイメージセンサ２００の外付け部品とした場合、画素アレイ２０２の撮像面と位置検出コイル２０４の位置関係が変化しうるため、製造段階において、高い精度の位置合わせが要求され、またキャリブレーションが必要となる。位置検出コイル２０４をイメージセンサ２００に内蔵することにより、撮像面と位置検出コイル２０４の位置関係が固定されるため、高精度な位置検出が可能となり、また、製造工程の作業を減らすことができる。これは部品点数の削減と同等、あるいはそれ以上のメリットでありうる。

この利点は特に、撮像面とレンズ１０２の距離が制御対象であるオートフォーカス用のレンズに対して顕著となる。なぜなら誘導起電力にもとづいて測定されるのは、位置検出コイル２０４とコイル１０６の距離であるところ、位置検出コイル２０４と撮像面の相対位置が固定されることにより、撮像面とコイル１０６の距離を正確に測定できるからである。

イメージセンサ２００は、第１チップ（ダイ）２２０および第２チップ２２２を備え、それらが積層された構造を有する。第１チップ２２０と第２チップ２２２の電気的な接続方法は特に限定されず、３次元ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）のアーキテクチャが用いられる。第１チップ２２０の底面に形成された電極と、第２チップ２２２の上面に形成された電極同士を接続してもよい。あるいは、第１チップ２２０，第２チップ２２２それぞれの周部に複数のパッドを形成し、対応するパッド同士をボンディングワイヤで接続してもよい。またイメージセンサ２００のパッケージの種類も限定されず、ＣＳＰ（Chip Size Package），ＤＩＰ（Dual Inline Package），ＣＬＣＣ（Ceramic Leaded Chip Carrier）パッケージであってもよい。

第１チップ２２０には、主として画素アレイ２０２が形成されている。位置検出コイル２０４は、第１チップ２２０に集積化されており、画素アレイ２０２が形成される撮像エリアを取り囲む領域に形成される。位置検出コイル２０４の形成には、ＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit）のテクノロジーを用いることができ、具体的にはマイクロストリップラインやストリップラインと称されるインダクタ素子を利用することができる。

位置検出コイル２０４のターン数は、位置検出コイル２０４に要求されるインダクタンス値にもとづいて定めればよい。また、要求されるインダクタンス値が大きい場合、位置検出コイル２０４を多層構造とすることでターン数を増やすことができる。

従来のイメージセンサにおいては、画素アレイ２０２の周部には余剰スペースが存在していた。一般的なＭＭＩＣで使用されるインダクタ素子は、直流抵抗を低減することが求められるが、位置検出コイル２０４では直流抵抗はそれほど問題とならないため、位置検出コイル２０４の幅を狭くすることが可能である。したがって、元々存在した余剰スペースを利用することで、チップサイズを大きくしなくても、適切なインダクタンス素子を形成することは十分に現実的である。すなわち位置検出コイル２０４を第１チップ２２０に集積化することによるコストアップは実質的にゼロと言える。

第２チップ２２２には、読出制御回路２０６が集積化される。読出制御回路２０６は、画素アレイ２０２の複数の画素２０１を制御し、複数の画素２０１からの画素値を読み出す。読出制御回路２０６は、センスアンプやＡ／Ｄコンバータを含む読出部と、読出対象となる列や行を制御するロジック回路やメモリを含みうる。読出制御回路２０６の構成および制御シーケンスについては公知技術を用いればよいためここでは詳細な説明を省略する。

上述した遷移許可信号Ｓ_４は、読出制御回路２０６によって生成することができる。すなわち読出制御回路２０６による制御シーケンスのうち、輻射ノイズが入射しても画質の劣化が発生しない期間が存在する。具体的には、画素値を増幅して、サンプルホールドするセンス期間は輻射ノイズの影響を受けやすく、それ以外の期間は影響を受けにくいと言える。

たとえば読出制御回路２０６は、相関２重サンプリングによって、画素値を読み出してもよい。相関２重サンプリングでは、以下の４つの期間が繰り返される。
・リセット期間Ｔ_{ＲＥＳＥＴ}
・Ｐ相（Pre-charge相）期間Ｔ_Ｐ
・露光（受光）期間Ｔ_ＥＸＰ
・Ｄ相（Data相）期間Ｔ_Ｄ

リセット期間Ｔ_{ＲＥＳＥＴ}において画素２０１に蓄積された電荷がリセットされる。続くＰ相期間Ｔ_Ｐにおいて、リセット後の電荷量に応じた信号Ｖ_{ＲＥＳＥＴ}が読み出される。続く露光期間Ｔ_ＥＸＰにおいて各画素に、入射光量に応じた電荷が蓄積される。続くＤ相期間Ｔ_Ｄにおいて、蓄積された電荷量に応じた信号Ｖ_ＳＩＧが読み出される。このようにして得られた２つの信号Ｖ_{ＲＥＳＥＴ}、Ｖ_ＳＩＧの差分が、各画素の画素値となる。

読出制御回路２０６は、Ｐ相期間Ｔ_ＰとＤ相期間Ｔ_Ｄの間が、遷移許可信号Ｓ_４をローレベルとして駆動信号Ｓ_２の遷移を禁止し、それ以外の期間は遷移許可信号Ｓ_４をハイレベルとして、駆動信号Ｓ_２の遷移を許可する。

第２チップ２２２には、読出制御回路２０６に加えて、位置検出回路２０８が集積化される。位置検出回路２０８は、たとえばアンプ２１０およびＡ／Ｄコンバータ２１２を備える。アンプ２１０は、位置検出コイル２０４に生ずる微弱な誘導起電力Ｓ_３を増幅する。Ａ／Ｄコンバータ２１２は、増幅された信号を、デジタルの位置検出信号Ｐ_ＦＢに変換する。

なおＡ／Ｄコンバータ２１２を省略して、増幅されたアナログ信号を、位置検出信号Ｐ_ＦＢとして出力し、アクチュエータドライバ３００においてデジタルの位置検出信号Ｐ_ＦＢに変換してもよい。

誘導起電力Ｓ_３の振幅Ｖ_ＡＭＰは非常に小さいためノイズの影響を受けやすいところ、位置検出回路２０８の少なくとも増幅部をイメージセンサ２００Ａに内蔵することにより、微弱信号の引き回し距離を短くでき、ノイズの影響を低減できる。図４（ｂ）に示すようにデジタル信号に変換した後にアクチュエータドライバ３００に送信することにより、ノイズの影響をより一層低減できる。

図５（ａ）、（ｂ）は、図４（ａ）のイメージセンサ２００Ａの破線２０５で囲まれた箇所の部分断面図である。図５（ａ）は、裏面照射型のイメージセンサを示す。画素アレイ２０２の表面には、マイクロレンスアレイ２３０が形成される。画素２０１の下側には、複数の配線層２３２が設けられ、その中の少なくとも一つの配線層を利用して、位置検出コイル２０４が形成される。

図５（ｂ）は、表面照射型のイメージセンサであり、画素アレイ２０２の上側に複数の配線層２３２が設けられ、その中の少なくとも一つの配線層を利用して、位置検出コイル２０４が形成される。

図６は、図５のイメージセンサ２００Ａと組み合わせて使用可能なアクチュエータドライバ３００Ａの回路図である。アクチュエータドライバ３００Ａ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３０２は、プロセッサからレンズ１０２の目標位置を示す位置指令信号Ｐ_ＲＥＦを受信する。またインタフェース回路３０３は、位置検出回路２０８が生成した位置検出信号Ｐ_ＦＢを受信する。インタフェース回路３０２や３０３には、Ｉ^２Ｃ（Inter IC）インタフェースやＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）インタフェースなどを用いることができるがその限りではない。

コントローラ３０４は、位置検出信号Ｐ_ＦＢが位置指令信号Ｐ_ＲＥＦに近づくようにデューティ比が調節される制御パルスＳ_５を生成する。たとえばコントローラ３０４は、ＰＩＤ制御器３１０とパルス変換回路３１２と、を含む。

ＰＩＤ制御器３１０は、位置指令信号Ｐ_ＲＥＦと位置検出信号Ｐ_ＦＢの誤差ΔＰを検出し、誤差ΔＰに対して、ＰＩＤ（比例・積分・微分）演算を施すことにより制御指令値Ｓ_６を生成する。なおＰＩＤ制御に代えて、ＰＩ制御やＰ制御、あるいは非線形制御を用いてもよい。制御指令値Ｓ_６は、デューティ指令値である。

パルス変換回路３１２は、ＰＩＤ制御器３１０が生成する制御指令値Ｓ_６を制御パルスＳ_５に変換する。たとえばパルス変換回路３１２は、制御パルスＳ_５の１周期のうち、制御指令値Ｓ_６が示すオン時間の間、ハイレベル、残りの期間、ローレベルとなる制御パルスＳ_５を生成してもよい。たとえばパルス変換回路３１２は、デジタルカウンタで構成することができる。

画質劣化の抑制のために、コントローラ３０４は、遷移許可信号Ｓ_４を受信してもよい。コントローラ３０４は、遷移許可信号Ｓ_４がハイレベル（遷移許可）をとる期間だけ、制御パルスＳ_５を遷移させる。

図７は、遷移許可信号Ｓ_４と異なる制御指令値Ｓ_６（デューティ比）に対応する制御パルスＳ_５の一例を示す波形図である。Ｔ_０は読出制御回路２０６における読出処理の１周期を示しており、Ｔ_{ＲＥＳＥＴ}，Ｔ_Ｐ，Ｔ_ＥＸＰ，Ｔ_Ｄは上述したリセット期間、Ｐ相期間、露光期間、Ｄ相期間に対応する。

コントローラ３０４は、遷移許可信号Ｓ_４がハイレベルの間に、制御パルスＳ_５のポジエッジおよびネガティブエッジをスケジューリングしながら、制御パルスＳ_５のハイレベルの長さ（オン時間）を、制御指令値Ｓ_６が示す値に近づける。

図７では、読出制御回路２０６における読出処理の１周期Ｔ_０に、ＰＷＭ周期Ｔ_ＰＷＭが２つ含まれている。ＰＷＭ周期Ｔ_ＰＷＭは、制御指令値Ｓ_６が更新される周期である。

読出処理の１周期Ｔ_０を、ＰＷＭ周期Ｔ_ＰＷＭ’と等しくしてもよい。この場合、１つのＰＷＭ周期Ｔ_ＰＷＭ’の間に、制御パルスＳ_５は、複数のサブパルスを含むものと把握することができる。読出制御回路２０６は、複数のサブパルスのオン時間（ハイレベル）の合計時間Ｔ_ＯＮを、制御指令値Ｓ_６に応じて変化させてもよい。

制御指令値Ｓ_６と遷移許可信号Ｓ_４にもとづいて制御パルスＳ_５を生成する方法、アルゴリズムは特に限定されない。最も簡易には、Ｔ_Ｐ＝Ｔ_Ｄ、Ｔ_{ＲＥＳＥＴ}＝Ｔ_ＥＸＰに設定しておき、Ｔ_{ＲＥＳＥＴ}／（Ｔ_{ＲＥＳＥＴ}＋Ｔ_Ｐ）×１００（％）をデューティ比のしきい値ＤＲ_ＴＨとする。図７の例では、このしきい値ＤＲ_ＴＨは４０％である。そして制御指令値Ｓ_６が示すデューティ指令値がＤＲ_ＴＨより小さいときには、制御パルスＳ_５のオン時間Ｔ_ＯＮを遷移許可信号Ｓ_４のハイレベル区間に配置し、制御指令値Ｓ_６が示すデューティ指令値が、ＤＲ_ＴＨより大きいときには、制御パルスＳ_５のオン時間Ｔ_ＯＮを、遷移許可信号Ｓ_４のローレベル区間に配置すればよい。

Ｔ_{ＲＥＳＥＴ}／（Ｔ_{ＲＥＳＥＴ}＋Ｔ_Ｐ）≠Ｔ_ＥＸＰ／（Ｔ_ＥＸＰ＋Ｔ_Ｄ）である場合、前半のＰＷＭ周期と後半のＰＷＭ周期とで、異なるデューティ比のしきい値ＤＲ_ＴＨを設定すればよい。

ＰＷＭ周期Ｔ_ＰＷＭ’の方が、読出処理の１周期Ｔ_０より長くてもよい。この場合、ひとつの制御パルスＳ_５のポジエッジがリセット期間Ｔ_{ＲＥＳＥＴ}に発生し、ネガティブエッジが露光期間Ｔ_ＥＸＰに発生してもよい。

ドライバ部３０６は、このようにして生成される制御パルスＳ_５に応じたパルス状の駆動信号Ｓ_２を、アクチュエータ１０４のコイル１０６に印加する。

図６のアクチュエータドライバ３００Ａは、図４のイメージセンサ２００Ａとともに、レンズ１０２の位置を正確に制御することが可能となる。また、ＰＷＭ駆動にともなる輻射ノイズによって、画質が劣化するのを防止できる。

図８は、図４のイメージセンサ２００Ａおよび図６のアクチュエータドライバ３００Ａを備えるカメラモジュール１００のレイアウト図である。

レンズバレル１１６は、その内部にレンズ１０２を収容する。レンズバレル１１６にはアクチュエータ１０４のコイル１０６が設けられる。レンズバレル１１６は筐体１１８に覆われており、その内部にはコイル１０６とともにアクチュエータ１０４を形成する永久磁石（不図示）が設けられる。

イメージセンサ２００Ａ、アクチュエータドライバ３００Ａは、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）１１２とともにフレキシブル基板１１０上に実装される。フレキシブル基板１１０の端にはコネクタ１１４が設けられ、電子機器２のプリント基板（不図示）と接続される。ＥＥＰＲＯＭ１１２には、キャリブレーション情報や、アクチュエータドライバ３００Ａ、イメージセンサ２００Ａの制御パラメータなどが不揮発的に記憶される。

図９は、カメラモジュール１００を備える電子機器２の斜視図である。電子機器２は、スマートホンやタブレットＰＣ、デジタルカメラなどが例示されるがその限りではない。図９の電子機器２はスマートホンであり、カメラモジュール１００に加えて、バッテリ５００、電源回路５０２、プリント基板５０４、アプリケーションプロセッサ５０６、ケーブル５０８などを備える。そのほか電子機器２には、液晶パネルやオーディオ用ＩＣなどが搭載されるがそれらは省略される。

プリント基板５０４上には、電源回路５０２やアプリケーションプロセッサ５０６が実装される。アプリケーションプロセッサ５０６は、電子機器２を統合的に制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、上述した画素処理用のプロセッサ４に対応する。カメラモジュール１００のコネクタ１１４は、ケーブル５０８を介してプリント基板５０４と接続される。

実施の形態に係るカメラモジュール１００を用いることにより、高精度なオートフォーカスが実現できる。またカメラモジュール１００が低コスト化、小型化可能であることから、電子機器２の低コスト化、小型化に資することになる。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

（第１変形例）
図１０は、第１変形例に係るイメージセンサ２００Ｂを示す斜視図である。この変形例において、イメージセンサ２００Ｂはアクチュエータドライバ３００Ｂを内蔵している。具体的にはアクチュエータドライバ３００Ｂは、イメージセンサ２００Ｂの第２チップ２２２に集積化されている。

図４のイメージセンサ２００Ａと図６のアクチュエータドライバ３００Ａの組み合わせにおいては、遷移許可信号Ｓ_４や位置検出信号Ｐ_ＦＢを、ＩＣの外部に引き回す必要があった。これに対して図１０のイメージセンサ２００Ｂによれば、これらの信号の引き回しが不要となる。また図６におけるインタフェース回路３０３も不要となる。

（第２変形例）
図４のイメージセンサ２００Ａの用途は、図１のカメラモジュール１００には限定されない。たとえばイメージセンサ２００Ａは、コイル１０６をリニア駆動するアクチュエータドライバ３００Ｂとともに使用することも可能である。図１１は、第２変形例に係るアクチュエータドライバ３００Ｂのブロック図である。コントローラ３０４は、ＡＣ信号重畳回路３１４を備える。ＡＣ信号重畳回路３１４は、制御指令値Ｓ_６に交流信号を重畳する。交流信号はパルス信号（矩形信号）であってもよいし、正弦波や疑似正弦波、三角波、台形波、のこぎり波などであってもよい。交流信号は、レンズの位置制御に影響を及ぼさないことが望ましく、そのためにリニア駆動のための信号成分よりも小さいことが望ましい。

交流信号が重畳された制御指令値Ｓ_７は、ドライバ３０６Ｂに入力される。ドライバ３０６Ｂは、デジタルの制御指令値Ｓ_７をアナログの駆動信号Ｓ_２に変換し、コイル１０６に供給する。コイル１０６は、重畳される交流信号に起因する磁界を発生する。この磁界によって、イメージセンサ２００Ａの位置検出コイル２０４に誘導起電力が発生する。ＡＣ信号重畳回路３１４は、遷移許可信号Ｓ_４にもとづいて、パルス状の交流信号のエッジのタイミングを制御してもよい。

図１１の変形例において、制御指令値Ｓ_６をアナログ信号に変換した後に、アナログの交流信号を重畳してもよい。

なお、静止画の撮影中（読出シーケンス中）にレンズの位置制御を許容しない制御も存在する（オートフォーカスロック）。アクチュエータをリニア駆動する場合には、撮影中にレンズの位置情報が不要であるため、交流信号を重畳する必要がなくなり、輻射ノイズによる画質の劣化は生じなくなる。したがって遷移許可信号Ｓ_４はオプションとなる。

（第３変形例）
イメージセンサ２００Ａが使用される別のカメラモジュール１００において、アクチュエータ１０４の可動部に、コイル１０６とは別に、磁界発生用コイルを設け、この磁界発生用コイルに交流信号を印加してもよい。

（第４変形例）
図１のカメラモジュール１００において、任意の構成要素を、任意の構成要素と集積化し、あるいはモジュール化することができる。あるいは反対に、ひとつの構成要素として示されるブロックを、物理的に分離した複数のブロックに分割することも可能である。

（第５変形例）
実施の形態では、位置検出コイル２０４が画素アレイ２０２を取り囲むように配置される場合を説明したが、その限りではなく、位置検出コイル２０４は、画素アレイ２０２より小さくてもよい。

（第６変形例）
実施の形態では、撮像装置としてカメラモジュール１００を説明したが、必ずしもモジュール化されている必要は無い。あるいは、カメラモジュール１００を、レンズ付きイメージセンサとして構成することも可能である。

２…電子機器、３…入射光、４…プロセッサ、５…磁界、１００…カメラモジュール、１０２…レンズ、１０４…アクチュエータ、１０６…コイル、１１０…フレキシブル基板、１１２…ＥＥＰＲＯＭ、１１４…コネクタ、１１６…レンズバレル、１１８…筐体、２００…イメージセンサ、２０１…画素、２０２…画素アレイ、２０４…位置検出コイル、２０６…読出制御回路、２０８…位置検出回路、２１０…アンプ、２１２…Ａ／Ｄコンバータ、２２０…第１チップ、２２２…第２チップ、３００…アクチュエータドライバ、３０２…インタフェース回路、３０４…コントローラ３０４、３０６…ドライバ部、３１０…ＰＩＤ制御器、３１２…パルス変換回路、５００…バッテリ、５０２…電源回路、５０４…プリント基板、５０６…アプリケーションプロセッサ、５０８…ケーブル。

本発明は、撮像装置に関する。

Claims (9)

1. イメージセンサであって、
   撮像エリアに平面状に配置される複数の画素を含む画素アレイと、
   前記撮像エリアを取り囲む領域に設けられた位置検出コイルと、
   前記複数の画素を制御し、前記複数の画素から画素値を読み出す読出制御回路と、
   を備え、
   前記イメージセンサは、前記イメージセンサへの入射光の光路上に設けられるレンズ、および前記レンズを位置決めするアクチュエータとともに使用され、
   前記アクチュエータは、アクチュエータドライバが前記レンズの位置を示す位置検出信号が前記レンズの目標位置を示す位置指令信号と一致するようにパルス幅変調（ＰＷＭ）により生成した駆動信号によって駆動され、
   前記アクチュエータのコイルには、前記駆動信号に応答して、前記駆動信号のＰＷＭ周期を有する磁界が発生し、
   前記位置検出コイルには、前記ＰＷＭ周期を有する磁界に応じて、前記ＰＷＭ周期を有する誘導起電力が発生し、当該ＰＷＭ周期を有する誘導起電力にもとづいて前記位置検出信号が生成可能であり、
   前記読出制御回路は、前記アクチュエータドライバに対して、前記駆動信号の遷移の許可、禁止を示す遷移許可信号を供給することを特徴とするイメージセンサ。
2. 前記レンズは、オートフォーカス用のレンズであることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
3. 前記アクチュエータドライバをさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のイメージセンサ。
4. 前記位置検出コイルに生ずる前記ＰＷＭ周期を有する誘導起電力にもとづいて、前記位置検出信号を生成する位置検出回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
5. 前記画素アレイと前記位置検出コイルは第１チップに集積化され、
   前記読出制御回路は、その上面に前記第１チップが搭載される第２チップに集積化されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のイメージセンサ。
6. イメージセンサであって、
   撮像エリアに平面状に配置される複数の画素を含む画素アレイと、
   前記撮像エリアを取り囲む領域に設けられた位置検出コイルと、
   前記複数の画素を制御し、前記複数の画素から画素値を読み出す読出制御回路と、
   を備え、
   前記イメージセンサは、前記イメージセンサへの入射光の光路上に設けられるレンズ、および前記レンズを位置決めするアクチュエータとともに使用され、
   前記位置検出コイルには、前記レンズを位置決めするアクチュエータのコイルが発生する磁界に応じた誘導起電力が発生し、
   前記画素アレイと前記位置検出コイルは第１チップに集積化され、
   前記読出制御回路は、その上面に前記第１チップが搭載される第２チップに集積化されることを特徴とするイメージセンサ。
7. 複数の画素を含む画素アレイを有するイメージセンサと、
   前記イメージセンサへの入射光の光路上に設けられたレンズと、
   コイルを有し、前記コイルに印加される駆動信号に応じて前記レンズを位置決めするアクチュエータと、
   前記アクチュエータの前記コイルと磁気的に結合するよう配置された位置検出コイルと、
   前記レンズの位置を示す位置検出信号が前記レンズの目標位置を示す位置指令信号と一致するようにパルス幅変調（ＰＷＭ）によって前記駆動信号を生成し、前記アクチュエータのコイルに供給するアクチュエータドライバと、
   前記アクチュエータの前記コイルが発生する前記駆動信号のＰＷＭ周期を有する磁界に応じて、前記位置検出コイルに発生する前記ＰＷＭ周期を有する誘導起電力にもとづいて、前記レンズの位置を示す位置検出信号を生成し、前記アクチュエータドライバにフィードバックする位置検出回路と、
   を備え、
   前記イメージセンサは、内部の動作と同期して、前記駆動信号の遷移の許可、禁止を示す遷移許可信号を前記アクチュエータドライバに供給し、
   前記アクチュエータは、前記遷移許可信号が許可を示す区間において、前記駆動信号を遷移させることを特徴とするカメラモジュール。
8. 前記位置検出コイルは、前記イメージセンサに内蔵されることを特徴とする請求項７に記載のカメラモジュール。
9. 請求項７または８に記載のカメラモジュールを備えることを特徴とする電子機器。

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