KR102083719B1 - 촬상 장치 및 액추에이터 드라이버 - Google Patents

촬상 장치 및 액추에이터 드라이버 Download PDF

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Abstract

2개의 카메라 모듈의 얼라인먼트가 용이화된 카메라 모듈을 제공한다.
제1 카메라 모듈(1001) 및 제2 카메라 모듈(1002)은 광학 손 떨림 보정 기능을 갖는다. 각 카메라 모듈(1001, 1002)은, 촬상 소자(1003)와, 렌즈(1004)와, 렌즈(1004)를 광축과 수직인 면 내에 위치 결정하는 액추에이터(1006)를 구비한다. 렌즈(1004)의 촬상 소자(1003)에 대한 기준 위치가 제1 카메라 모듈(1001)과 제2 카메라 모듈(1002)에서 독립적으로 설정된다.

Description

촬상 장치 및 액추에이터 드라이버{IMAGE CAPTURING DEVICE AND ACTUATOR DRIVER}
본 발명은 촬상 장치에 관한 것이다.
최근 들어 스마트폰에는, 렌즈 및 촬상 소자를 포함하는 카메라 모듈을 2개 구비하는 것이 존재한다. 2개의 카메라 모듈에 의하여 동일한 피사체를 촬상하고, 2개의 촬상 소자에 의하여 촬상된 화상을 합성함으로써, 3D 화상, 파노라마 화상, 줌 화상, 고해상도 화상 등을 생성하는 것이 가능해진다.
일본 특허 공개 제2009-145635호 공보 일본 특허 공개 제2010-204575호 공보
이러한 2개의 카메라 모듈을 구비하는 장치에서는, 2개의 카메라 모듈의 얼라인먼트가 중요해진다.
본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 그 일 형태의 예시적인 목적의 하나는, 2개의 카메라 모듈의 얼라인먼트가 용이화된 촬상 장치의 제공에 있다.
본 발명의 일 형태는 촬상 장치에 관한 것이다. 촬상 장치는, 광학 손 떨림 보정 기능을 갖는 제1 카메라 모듈과, 광학 손 떨림 보정 기능을 갖는 제2 카메라 모듈을 구비한다. 각 카메라 모듈은, 촬상 소자와, 렌즈와, 렌즈를 광축과 수직인 면 내에 위치 결정하는 액추에이터를 구비한다. 이 촬상 장치는, 촬상 소자에 대한 렌즈의 기준 위치가 제1 카메라 모듈 및 제2 카메라 모듈에서 독립적으로 설정된다.
「기준 위치」란, 손 떨림 보정에 의한 렌즈 시프트양이 0일 때, 촬상 소자에 대한 렌즈의 위치를 말한다. 이 형태에 의하면, 2개의 카메라 모듈에 의한 촬영 화상에 있어서의 동일한 피사체의 위치, 또는 시야를, 손 떨림 보정 기구를 이용하여 조절할 수 있다.
제1 카메라 모듈에 있어서 렌즈의 기준 위치가 설정되고, 설정 완료된 제1 카메라 모듈에 대하여, 제2 카메라 모듈에 있어서의 렌즈의 기준 위치가 설정되어도 된다.
제1 카메라 모듈과 제2 카메라 모듈에 있어서, 표준 피사체가 촬상 소자의 동일한 위치에 결상하도록 렌즈의 기준 위치가 설정되어도 된다.
제1 카메라 모듈과 제2 카메라 모듈에 있어서, 렌즈의 기준 위치의 설정 후에 제1 카메라 모듈 및 제2 카메라 모듈을 일체로 시프트 가능해도 된다.
각 카메라 모듈은, 렌즈의 위치를 나타내는 위치 검출 신호를 생성하는 위치 검출 소자와, 위치 검출 신호에 따른 검출 코드 및 렌즈의 목표 변위를 나타내는 타깃 코드에 기초하여 액추에이터를 피드백 제어하는 액추에이터 드라이버를 더 구비해도 된다. 제1 카메라 모듈과 제2 카메라 모듈 중 적어도 한쪽의 액추에이터 드라이버에 있어서, 제1 카메라 모듈의 검출 코드와 제2 카메라 모듈의 검출 코드의 온도에 의한 변화가 동등해지도록 검출 코드가 보정되어도 된다.
이것에 의하여, 온도 변동에 의하여 2개의 카메라 모듈에 의한 촬영 화상에 있어서의 동일한 피사체의 위치가 제각기 변화되는 것을 방지할 수 있다.
각 카메라 모듈의 액추에이터 드라이버에 있어서, 각 카메라 모듈의 온도가 소정의 온도로부터 변화된 경우에도, 동일한 위치에 대한 검출 코드가 변화되지 않도록 각각의 검출 코드의 온도 보상을 해도 된다.
각 카메라 모듈의 액추에이터 드라이버에 있어서, 검출 코드와 렌즈의 실제 변위의 관계가 직선으로 되도록 선형 보상해도 된다.
기준이 되는 상대 위치 관계를, 위치 검출 소자의 출력값을 이용하여 설정해도 된다.
본 발명의 다른 형태는 액추에이터 드라이버이다. 이 액추에이터 드라이버는 복수의 카메라 모듈을 구비하는 촬상 장치에 사용되어, 카메라 모듈의 광학 손 떨림 보정 액추에이터를 제어한다. 각 카메라 모듈은, 촬상 소자와, 렌즈와, 렌즈를 위치 결정하는 액추에이터와, 렌즈의 위치를 나타내는 위치 검출 신호를 생성하는 위치 검출 소자와, 위치 검출 신호에 따른 검출 코드와, 렌즈의 목표 변위를 나타내는 타깃 코드에 기초하여 액추에이터를 위치 결정하는 액추에이터 드라이버를 구비한다. 이 액추에이터 드라이버는, 검출 코드의 기준값이 복수의 카메라 모듈에서 독립적으로 설정 가능하다.
복수의 카메라 모듈 중, 하나의 카메라 모듈에 있어서의 검출 코드의 기준값이 설정되고, 이 설정 완료된 기준값에 연동시켜 다른 카메라 모듈의 검출 코드의 기준값을 설정 가능해도 된다.
액추에이터 드라이버는, 기준값의 온도에 의한 변화를 보정하기 위한 온도 보상 수단을 구비해도 된다.
액추에이터 드라이버는, 검출 코드와 렌즈의 실제 변위의 관계를 직선화하는 선형 보상 수단을 더 구비해도 된다.
본 발명의 일 형태는 촬상 장치에 관한 것이다. 촬상 장치는, 광학 손 떨림 보정 기능을 갖는 제1 카메라 모듈과, 광학 손 떨림 보정 기능을 갖는 제2 카메라 모듈을 구비한다. 각 카메라 모듈은, 렌즈와, 촬상 소자와, 렌즈를 위치 정렬하는 액추에이터를 구비한다. 렌즈와 촬상 소자 사이의 표준적인 상대 위치 관계는 제1 카메라 모듈과 제2 카메라 모듈에서 연동시켜 설정된다.
이상의 구성에 의하면, 프리뷰 시 등의 초기 상태에서의 2개의 카메라의 피사체 영역을 설정할 수 있기 때문에 2개의 카메라의 화상의 합성 등이 용이해진다.
또한 일 형태의 촬상 장치에서는, 제1 카메라 모듈과 제2 카메라 모듈에 있어서, 한쪽 카메라 모듈에 있어서의 렌즈와 촬상 소자 사이의 표준적인 상대 위치 관계를 설정하고, 이 설정 완료된 카메라 모듈에 대하여, 다른 쪽 카메라 모듈에 있어서의 렌즈와 촬상 소자 사이의 표준적인 상대 위치 관계를 설정해도 된다.
이상의 구성에 의하면, 한쪽 카메라 모듈에 대하여 다른 쪽 카메라 모듈 렌즈와 촬상 소자의 표준적인 상대 위치 관계를 캘리브레이션하기 때문에, 2개의 카메라의 피사체 영역을 연동시켜 설정할 수 있어, 2개의 카메라의 화상의 합성 등이 용이해진다.
또한 일 형태의 촬상 장치에서는, 제1 카메라 모듈의 위치 검출 수단의 위치 검출 신호와, 제2 카메라 모듈의 위치 검출 수단의 위치 검출 신호의, 온도에 의한 변화가 동등해지도록, 적어도 한쪽 위치 검출 신호를 보정해도 된다.
이상의 구성에 의하면, 2개의 카메라 모듈에 있어서의 렌즈와 촬상 소자의 표준적인 상대 위치 관계가 온도에 따라 변화되었다고 하더라도 동일한 변화를 나타내도록 보정되기 때문에 2개의 카메라의 피사체상의 상대 관계는 변화되지 않아(상이 시프트하면 마찬가지로 시프트함), 2개의 카메라의 화상의 합성 등이 용이해진다.
또한 일 형태의 촬상 장치에서는, 소정의 온도에 있어서의 제1 카메라 모듈의 위치 검출 수단의 위치 검출 신호와, 제2 카메라 모듈의 위치 검출 수단의 위치 검출 신호에 대하여, 카메라 모듈의 온도가 소정의 온도로부터 변화된 경우에도, 동일한 위치에 대한 위치 검출 신호가 변화되지 않도록 각각의 위치 검출 수단의 온도 보상을 행해도 된다.
이상의 구성에 의하면, 각각의 카메라 모듈에 있어서의 렌즈와 촬상 소자의 표준적인 상대 위치 관계의 온도에 의한 변화를 보정하므로, 온도 변화가 있었던 경우에도 2개의 카메라의 피사체 영역이 초기의 설정 상태에서 유지되어 있기 때문에, 2개의 카메라의 화상의 합성 등을 용이하게 할 수 있다.
또한 일 형태의 촬상 장치에서는, 각각의 카메라 모듈의 위치 검출 수단의 위치 검출 신호와 실제 렌즈의 변위의 관계가 직선으로 되도록 선형 보상해도 된다.
이상의 구성에 의하면, 위치 검출 신호와 실제 변위의 관계가 직선으로 되도록 보정되므로, 렌즈와 촬상 소자의 표준적인 상대 위치 관계의 설정이 용이해진다.
또한 일 형태의 촬상 장치에서는, 표준적인 상대 위치 관계를 위치 검출 수단의 출력값으로서 설정해도 된다.
이상의 구성에 의하면, 렌즈와 촬상 소자의 표준적인 상대 위치 관계를 위치 검출 수단의 출력값으로서 설정하므로, 2개의 카메라의 피사체 영역을 각각의 카메라 모듈의 위치 검출 수단의 출력값으로서 캘리브레이션할 수 있다. 또한 온도 변화가 있었던 경우에도 2개의 카메라 모듈의 위치 검출 수단의 출력값의 변화가 동등하도록, 또는 출력값이 온도에 따라 변화되지 않도록 보정함으로써, 2개의 카메라의 피사체 영역을 연동시킬 수 있다.
본 발명의 다른 형태는 액추에이터 드라이버에 관한 것이다. 액추에이터 드라이버는, 각각이 위치 검출 수단을 구비한 복수의 카메라 모듈의 광학 손 떨림 보정 액추에이터를 제어하는 액추에이터 드라이버이며, 각각의 위치 검출 수단의 위치 검출 신호의 기준값을 복수의 카메라 모듈에서 연동시켜 설정하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 형태에 의하면, 프리뷰 시 등의 초기 상태에서의 2개의 카메라의 피사체 영역을 설정할 수 있기 때문에, 2개의 카메라의 화상의 합성 등이 용이해진다.
또한 일 형태의 액추에이터 드라이버에서는, 복수의 카메라 모듈 중, 하나의 카메라 모듈의 위치 검출 수단의 위치 검출 신호의 기준값을 설정하고, 이 설정 완료된 기준값에 연동시켜 다른 카메라 모듈의 위치 검출 수단의 위치 검출 신호의 기준값을 설정해도 된다.
또한 일 형태의 액추에이터 드라이버에서는, 기준값의 온도에 의한 변화를 보정하기 위한 온도 보상 수단을 구비하고 있어도 된다.
또한 일 형태의 액추에이터 드라이버에서는, 위치 검출 수단의 위치 검출 신호와, 액추에이터에 있어서의 가동부의 실제 변위의 관계를 직선화하는 선형 보상 수단을 구비하고 있어도 된다.
또한 이상의 구성 요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성 요소나 표현을 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한 본 발명의 형태로서 유효하다.
또한 이 과제를 해결하기 위한 수단의 기재는, 없어서는 안 되는 모든 특징을 설명하는 것은 아니며, 따라서 기재되는 이들 특징의 서브 콤비네이션도 본 발명일 수 있다.
본 발명에 의하면, 2개의 카메라 모듈의 얼라인먼트가 용이화될 수 있다.
도 1은 실시 형태에 따른 촬상 장치의 기본 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 촬상 장치의 얼라인먼트를 설명하는 도면이다.
도 3은 액추에이터 드라이버의 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 4는 촬상 장치에 있어서의 하나의 카메라 모듈 구성을 도시하는 도면이다.
도 5의 (a) 내지 (c)는 촬상 장치의 제1 실시예에 있어서의 렌즈의 위치와 피사체상의 관계를 도시하는 도면이다.
도 6의 (a) 내지 (c)는 촬상 장치의 제1 실시예에 있어서의 렌즈의 위치와 피사체상의 관계를 도시하는 도면이다.
도 7은 촬상 장치의 제1 실시예에 있어서의 2개의 카메라 모듈의 변위와 위치 검출 신호의 관계가 상이한 경우에, 피사체상의 위치를 캘리브레이션하기 위한 위치 검출 신호의 설정 방법을 설명하는 도면이다.
도 8은 촬상 장치의 제2 실시예에 있어서의 하나의 카메라 모듈의 온도 특성을 나타내는 도면이다.
도 9는 촬상 장치의 제2 실시예에 있어서의 하나의 카메라 모듈의 온도 보상 후의 변위와 위치 검출 신호의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 촬상 장치의 제3 실시예에 있어서의 선형 보상과 온도 보상의 처리를 도시하는 흐름도이다.
도 11은 촬상 장치의 제3 실시예에 있어서의 함수화된 곡선과 이상 직선의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 촬상 장치의 제3 실시예에 있어서의 하나의 카메라 모듈의 선형 보상 후의 변위와 위치 검출 신호의 관계를 나타내는 도면이다.
도 13은 촬상 장치의 제3 실시예에 있어서의 함수를 직선 근사하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 14는 렌즈 제어 장치의 구체적인 블록도이다.
이하, 본 발명을 적합한 실시 형태에 기초하여 도면을 참조하면서 설명한다. 각 도면에 도시되는 동일 또는 동등한 구성 요소, 부재, 처리에는 동일한 번호를 붙이는 것으로 하여, 적절히 중복된 설명은 생략한다. 또한 실시 형태는 발명을 한정하는 것이 아니라 예시이며, 실시 형태에 기술되는 모든 특징이나 그 조합은 반드시 발명의 본질적인 것이라고는 할 수 없다.
또한 도면에 기재되는 각 부재의 치수(두께, 길이, 폭 등)는 이해의 용이화를 위하여 적절히, 확대 축소되어 있는 경우가 있다. 나아가, 복수의 부재의 치수는 반드시 그들의 대소 관계를 나타내고 있다고는 할 수 없으며, 도면 상에서 어느 부재 A가 다른 부재 B보다도 두텁게 그려져 있더라도 부재 A가 부재 B보다도 얇은 일도 있을 수 있다.
본 명세서에 있어서 「부재 A가 부재 B와 접속된 상태」란, 부재 A와 부재 B가 물리적으로 직접적으로 접속되는 경우 외에, 부재 A와 부재 B가 그들의 전기적인 접속 상태에 실질적인 영향을 미치지 않거나, 또는 그들의 결합에 의하여 발휘되는 기능이나 효과를 손상시키지 않는, 그 외의 부재를 개재하여 간접적으로 접속되는 경우도 포함한다.
마찬가지로 「부재 C가 부재 A와 부재 B의 사이에 설치된 상태」란, 부재 A와 부재 C, 또는 부재 B와 부재 C가 직접적으로 접속되는 경우 외에, 그들의 전기적인 접속 상태에 실질적인 영향을 미치지 않거나, 또는 그들의 결합에 의하여 발휘되는 기능이나 효과를 손상시키지 않는, 그 외의 부재를 개재하여 간접적으로 접속되는 경우도 포함한다.
도 1은 실시 형태에 따른 촬상 장치의 기본 구성을 도시하는 도면이다. 촬상 장치(1000)는 제1 카메라 모듈(1001) 및 제2 카메라 모듈(1002)을 구비한다. 제1 카메라 모듈(1001) 및 제2 카메라 모듈(1002)은 광학 손 떨림 보정(OIS: Optical Image Stabilizer) 기능을 구비하고 있으며, 그들은 마찬가지로 구성된다. 제1 카메라 모듈(1001) 및 제2 카메라 모듈(1002)은 공통의 기판(1200) 상에 실장된다. 촬상 장치(1000)는 스마트폰, 태블릿 단말기, 포터블 오디오 플레이어 등에 탑재된다.
제1 카메라 모듈(1001)은 촬상 소자(1003), 렌즈(1004), 액추에이터(1006), 위치 검출 소자(1010), 떨림 검출 수단(1012), CPU(Central Processing Unit)(1014), 액추에이터 드라이버(1100)를 구비한다.
촬상 소자(1003)는 CMOS 센서나 CCD(Charge Coupled Device) 등이다. 렌즈(1004)는 촬상 소자(1003)에의 입사광로 상에 설치되며, 광축(Z축)과 수직인 면(XY면이라 함) 내에서 X 방향 및 Y 방향으로 변위 가능하게 지지되어 있다.
위치 검출 소자(1010)는 홀 센서 등의 자기적 검출 수단이며, 렌즈(1004)의 변위를 나타내는 위치 검출 신호(홀 신호) S2를 생성한다. 떨림 검출 수단(1012)은, 예를 들어 자이로 센서이며, 카메라 모듈(1001)의 떨림을 검출한다. 떨림양을 나타내는 각속도 신호 S1은 액추에이터 드라이버(1100)에 입력되고, 액추에이터 드라이버(1100)는 렌즈(1004)의 변위의 목표값을 나타내는 타깃 코드를 생성한다. 액추에이터 드라이버(1100)는 타깃 코드에 기초하여 액추에이터(1006)에 대한 구동 신호 S5를 생성한다.
액추에이터(1006)의 가동자에는 렌즈(1004)가 설치되어 있으며, 렌즈(1004)는 타깃 코드에 따른 위치로 이동한다. 일반적인 카메라 모듈에서는, 액추에이터(1006)에 의하여 렌즈(1004)는 2차원(X 방향, Y 방향)에서 변위 가능하지만, 이하에서는 명확화를 위하여 1차원(X축)에서만 변위하는 것으로 한다. 보다 상세하게는, 액추에이터 드라이버(1100)는 렌즈(1002)의 목표 변위를 나타내는 타깃 코드와 위치 검출 신호 S2에 기초하여 액추에이터(1006)를 피드백 제어한다.
제2 카메라 모듈(1002)은 제1 카메라 모듈(1001)과 마찬가지로 구성된다. 또한 제1 카메라 모듈(1001), 제2 카메라 모듈(1002)은 오토 포커스(이하, AF) 기구도 구비하지만, 도 1에서는 AF에 관련된 액추에이터 등은 생략되어 있다.
도 2는 도 1의 촬상 장치(1000)의 얼라인먼트를 설명하는 도면이다. 이 얼라인먼트에서는, 기판(1200)에 대한 제1 카메라 모듈(1001), 제2 카메라 모듈(1002)의 위치를 조절하는 것이 아니라, 제1 카메라 모듈(1001), 제2 카메라 모듈(1002)의 손 떨림 보정을 위한 렌즈 액추에이터를 이용하여 얼라인먼트를 실행한다.
촬상 장치(1000)가 소정의 위치에 고정되고, 표준 피사체(1202)가 중앙 위치 P1에 배치된다. 중앙 위치 P1은, 제1 카메라 모듈(1001) 및 제2 카메라 모듈(1002) 각각의 촬상 소자(1003)의 센터로부터 등거리인 기준축(1204) 상에 설정하는 것이 바람직하다.
제1 카메라 모듈(1001)의 렌즈(1004)를 X축 방향으로 변위시키면, 표준 피사체(1202)가 촬상 소자(1003) 상에 결상하는 위치가 X 방향으로 시프트한다. 달리 말하면 제1 카메라 모듈(1001)의 시야를 시프트시킬 수 있다. 마찬가지로 제2 카메라 모듈(1002)의 렌즈(1004)를 X축 방향으로 변위시키면, 표준 피사체(1202)가 촬상 소자(1003) 상에 결상하는 위치가 X 방향으로 시프트한다. 달리 말하면 제2 카메라 모듈(1002)의 시야를 시프트시킬 수 있다.
제1 카메라 모듈(1001) 및 제2 카메라 모듈(1002)에 있어서, 렌즈(1004)의 촬상 소자(1003)에 대한 기준 위치를 조절함으로써, 제1 카메라 모듈(1001) 및 제2 카메라 모듈(1002)에 있어서 동일한 시야를 얻을 수 있다. 기준 위치란, 손 떨림 보정에 의한 렌즈 시프트양이 0일 때, 촬상 소자(1003)에 대한 렌즈(1004)의 위치에 상당한다. 손 떨림 보정(피드백 제어)에 의하여, 렌즈(1004)는 기준 위치를 센터(DC 성분)로 하여 위치 결정된다.
도 3은 액추에이터 드라이버(1100)의 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 3에는, 액추에이터 드라이버(1100)의 손 떨림 보정의 하나의 축에 대응하는 블록만이 도시되어 있으며, 실제로는 손 떨림 보정의 다른 축이나, AF에 대응하는 블록도 존재한다. 액추에이터 드라이버(1100)는 인터페이스 회로(1102), A/D 컨버터(1104), 보정 회로(1106), 자이로 컨트롤러(1107), 제어 회로(1108)를 구비한다. 인터페이스 회로(1102)는, 떨림 검출 수단(1012)인 자이로 센서로부터 떨림양에 따른 각속도 신호 S1을 수신한다. A/D 컨버터(1104)는 위치 검출 소자(1010)로부터의 위치 검출 신호 S2를 디지털의 검출 코드(제1 검출 코드라 칭함) D2로 변환한다. A/D 컨버터(1104)의 전단에는 증폭기가 설치되어도 된다. 위치 검출 신호 S2가 디지털 신호인 경우, A/D 컨버터(1104)는 생략 가능하다.
보정 회로(1106)는 제1 검출 코드 D2를, 렌즈(1004)의 실제 변위와 선형인 관계를 갖는 검출 코드(이하, 제2 검출 코드라 칭함) D3으로 변환한다(선형 보상). 자이로 컨트롤러(1107)는 각속도 신호 S1을 적분하여 각도 정보로 변환하여, 각도 정보에 따른 타깃 코드 D1을 생성한다.
제어 회로(1108)는, 제2 검출 코드 D3이 타깃 코드 D1에 근접하도록 액추에이터(1006)를 제어한다. 제어 회로(1108)는 컨트롤러(1110) 및 드라이버부(1112)를 포함한다. 컨트롤러(1110)는, 제2 검출 코드 D3과 타깃 코드 D1의 오차가 0에 근접하도록 제어 명령값 S4를 생성한다. 컨트롤러(1110)는 PID(비례·적분·미분) 컨트롤러나 PI(비례·적분) 컨트롤러여도 된다. 컨트롤러(1110), 보정 회로(1106) 및 자이로 컨트롤러(1107)는, 소프트웨어 프로그램을 실행 가능한 프로세서 코어(1120)에 의하여 실장해도 된다. 드라이버부(1112)는 제어 명령값 S4에 따른 구동 신호 S5를 액추에이터(1006)에 공급한다.
액추에이터 드라이버(1100)에 있어서, 기준 위치의 정보는 검출 코드 D2(D3)의 값으로서 유지된다. 촬상 장치(1000)의 실제 동작 시에 있어서, 타깃 코드 D1이 변위 0에 대응하는 값일 때, 액추에이터 드라이버(1100)는 렌즈(1004)가 기준 위치로 되도록 구동 신호 S5를 생성한다. 달리 말하면, 보정 회로(1106)는 렌즈(1004)가 기준 위치일 때, 제2 검출 코드 D3이 타깃 코드 D1의 변위 0에 대응하는 값으로 되도록 검출 코드 D2로부터 D3으로의 변환 처리를 행한다.
이상이 카메라 모듈(100)의 기본 구성 및 원리이다. 본 발명은 상술한 설명으로부터 유도되는 다양한 장치, 회로, 방법에 미치는 것이지, 특정한 구성에 한정되는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 범위를 좁히기 위해서가 아니라, 발명의 본질이나 회로 동작의 이해를 돕고 또한 그들을 명확히 하기 위하여, 보다 구체적인 구성예나 변형예를 설명한다.
먼저 촬상 장치의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. 도 4는, 촬상 장치에 있어서의 하나의 카메라 모듈의 구체적인 구성예를 도시하는 도면이다. 듀얼 카메라에 있어서는, 마찬가지의 구성이 1세트 더 있게 된다. 또한 일부의 전자 부품을 2개의 카메라 모듈에서 공유해도 상관없다. 카메라 모듈(300)은, 디지털 카메라나 디지털 비디오 카메라, 스마트폰이나 태블릿 단말기에 내장되는 카메라 모듈이다. 카메라 모듈(300)은 촬상 소자(302), 렌즈(304), 프로세서(306) 및 렌즈 제어 장치(400)를 구비한다. 렌즈(304)는, 촬상 소자(302)에 입사되는 광의 광축 상에 배치된다. 렌즈(304)는 오토 포커스(AF)를 위하여 Z축 방향으로 구동되고, 광학 손 떨림 보정을 위하여 X축 및/또는 Y축 방향으로 구동된다.
오토 포커스의 경우, 렌즈 제어 장치(400)는 렌즈(304)를 광축 방향(Z축 방향)으로 변위시킨다. 프로세서(306)는, 촬상 소자(302)가 촬상한 화상의 콘트라스트가 높아지도록 위치 명령값 PREF를 생성한다(콘트라스트 AF). 또는 촬상 소자(302)의 외부에 설치되거나 또는 촬상면에 매립된 AF 센서로부터의 출력에 기초하여 위치 명령값 PREF가 생성되어도 된다(위상차 AF). 렌즈 제어 장치(400)는, 프로세서(306)로부터의 위치 명령값(타깃 코드라고도 칭함) PREF에 기초하여 렌즈(304)를 Z축 방향에 위치 결정한다.
광학 손 떨림 보정의 경우, 렌즈 제어 장치(400)는 렌즈(304)를 촬상 소자(302)와 평행한 면 내에서 광축에 수직인 방향(X축 및/또는 Y축 방향)으로 변위시킨다. 렌즈 제어 장치(400)는, 자이로 센서(308)로부터의 출력에 기초하여 위치 명령값 PREF를 생성하고, 위치 명령값 PREF에 기초하여 렌즈(304)를 X축 방향 및/또는 Y축 방향에 위치 결정한다.
렌즈 제어 장치(400)는 위치 피드백에 의하여 액추에이터(402)를 제어한다. 구체적으로는, 렌즈 제어 장치(400)는 액추에이터(402), 위치 검출 소자(AF, OIS)(404), 온도 검출 소자(AF, OIS)(406) 및 액추에이터 드라이버 IC(Integrated Circuit)(500)를 구비한다. 액추에이터(402)는, 예를 들어 보이스 코일 모터이며, 렌즈(304)는 홀더(310)에 탑재되어, Z축 방향 가동하게 지지되어 있다. 홀더(310)에는 AF 코일(312)이 권회되어 있으며, AF 코일(312)에 대향하여 영구 자석(314)이 배치되어 있다. AF 코일(312)에 통전함으로써, 영구 자석(314)과의 자기적 상호 작용에 의하여 렌즈(304)와 홀더(310)는 일체적으로 Z축 방향으로 구동된다. 한편, 영구 자석(314)을 포함한 AF 구동 기구 전체가 X축 및/또는 Y축 방향 가동하게 지지되어 있으며, 고정부에 배치된 OIS 코일(316)에 통전함으로써, 영구 자석(314)과의 자기적 상호 작용에 의하여 렌즈(304), 홀더(310), 영구 자석(314) 등은 X축 및/또는 Y축 방향으로 구동된다. 보이스 코일 모터의 고정부는 촬상 장치(300)의 하우징에 대하여 고정되어 있다.
위치 검출 소자(404)는, 예를 들어 홀 소자 등의 자기적 검출 수단이 많이 사용되고 있으며, 여기서는 홀 소자를 전제로 하여 설명한다. 보이스 코일 모터의 AF 가동부, 예를 들어 홀더(310)에는 영구 자석(318)이 설치되고, AF에는, 움직이지 않는 부분에는 AF용 홀 소자(320)가 설치된다. 이들의 조합에 의하여 AF용의 위치 검출 소자(404)가 형성된다. 한편, 영구 자석(314)에 대향하여 고정부에는 OIS용의 홀 소자(322)가 설치된다. 이들의 조합에 의하여 OIS용의 위치 검출 소자(404)가 형성된다. 또한 홀 소자(322)는, 도 4에서는 X축용의 것밖에 도시하고 있지 않지만, 도면에서는 뒤편에 가려져 보이지 않는 위치에 Y축용의 홀 소자도 존재한다. 위치 검출 소자(404)는, 렌즈(304)의 현재의 위치에 따른 전기 신호(이하, 위치 검출 신호 PFB라 함)을 생성하며, 위치 검출 신호 PFB는 액추에이터 드라이버 IC(500)에 피드백된다.
액추에이터 드라이버 IC(500)는 하나의 반도체 기판에 집적화된 기능 IC이다. 여기서의 「집적화」란, 회로의 구성 요소의 전부가 반도체 기판 상에 형성되는 경우나, 회로의 주요 구성 요소가 일체 집적화되는 경우가 포함되며, 회로 상수의 조절용으로 일부의 저항이나 캐패시터 등이 반도체 기판의 외부에 설치되어 있어도 된다. 회로를 하나의 칩 상에 집적화함으로써 회로 면적을 삭감할 수 있음과 함께, 회로 소자의 특성을 균일하게 유지할 수 있다.
액추에이터 드라이버 IC(500)는, 피드백된 위치 검출 신호 PFB가 위치 명령값 PREF와 일치하도록 액추에이터(402)를 피드백 제어한다.
이와 같이 렌즈(304)의 위치를 검출하고, 이를 피드백하여 위치 제어에 이용함으로써, 스텝 응답에 있어서의 과도 진동을 억제하여 수렴을 빠르게 하거나, 목표 위치에의 위치 결정 정밀도를 높이거나 할 수 있다.
이상적으로는, 위치 검출 소자(404)의 출력(즉, 위치 검출 신호 PFB) 또는 그에 대응하는 위치 명령값 PREF(이하, 이를 변수 y로서도 표기함)와, 렌즈(304)(액추에이터(402))의 실제 변위(이하, 이를 변수 x로서 표기함)의 관계(이하, x-y 특성이라고도 함)는, 선형 및 온도 변동 등에 대하여 불변이며, 편차도 존재하지 않는 것이 바람직하다. 그러나 현실적으로는, x-y 특성은 비선형이고, 또한 촬상 장치(300)마다 편차가 존재하며, 나아가, 위치 검출 소자(404)의 온도에 의해서도 그들의 관계(x-y 특성)는 변동된다. 따라서 위치 검출 신호 PFB와 위치 명령값 PREF가 일치하도록 제어했다고 하더라도, 이 관계(x-y 특성)가 변화되면 렌즈(304)의 실제 위치가 변화되게 된다.
이상과 같이 비선형성, 온도 변화는 위치 결정 정밀도를 악화시키기 때문에, 위치 검출 신호 PFB에 대하여 선형 보상, 온도 보상을 행하는 것이 바람직하다. 선형 보상은, 위치 검출 신호 PFB와 실제 변위의 관계를 나타내는 함수를, 이상으로 하는 1차 함수(직선)로 변환하도록 위치 검출 신호 PFB의 값을 보정함으로써 실현된다. 온도 보상은, 온도 변화에 따라 변화되는 위치 검출 신호 PFB와 실제 변위의 관계의 기울기나 오프셋을 온도마다 보정함으로써 실현된다.
먼저, 선형 보상에 대하여 상세히 설명한다. 선형 보상을 행하는 경우, 레이저 변위계 등을 사용하여 실제 변위의 정보를 얻는 것이 필요해진다. 통상은 레이저 변위계나 레이저 도플러 측정기 등이 변위 측정용으로서 사용되지만, OIS의 경우에는 촬상 소자 내에서 상이 움직이는 거리를 변위 정보로서 이용해도 된다. 즉, 촬상 소자(302)가 화상 변위 검출 소자(408)로서 기능하여 변위 검출 신호 PD를 출력한다. 비선형 함수를 선형 함수로 변환함으로써 선형 보상이 이루어진다.
다음으로, 온도 보상에 대하여 설명한다. 이 보정을 위하여 온도 검출 소자(406)가 설치된다. 온도 검출 소자(406)는 위치 검출 소자(404)의 온도를 검출한다. AF의 온도 보상을 행하는 경우에는 AF용의 홀 소자(320)의 온도를 검출한다. OIS의 온도 보상을 행하는 경우에는 OIS용의 홀 소자(322)의 온도를 검출한다. 온도 검출은 홀 소자의 내부 저항의 온도에 의한 변화를 이용하여 행할 수 있다. 또한 위치 검출 소자(404)의 온도와 주위 온도가 일치하는 경우, 또는 강한 상관을 갖는 경우, 온도 검출 소자(406)는 주위 온도를 측정해도 된다. 검출된 온도 정보 T는 액추에이터 드라이버 IC(500)에 입력된다. 액추에이터 드라이버 IC(500)는 온도 정보 T에 기초하여 액추에이터(402)의 구동 제어를 보정한다. 온도 검출 소자(406)는 서미스터나 포지티브 스튜디오, 열전대 등이어도 된다.
이하에서는, 듀얼 카메라에 있어서의 피사체상의 위치 정렬에 대하여 제1 실시예 내지 제3 실시예를 참조하여 설명한다. 이하에서 설명하는 위치 정렬 처리는, 각각의 카메라 모듈에 있어서의 위치 검출 소자의 출력값을 이용한 센터링 처리에 관한 것이다.
<제1 실시예>
도 5의 (a) 내지 (c)를 참조하여, 듀얼 카메라에 있어서의 센터링의 프로세스에 대하여 설명한다. 도 5의 (a) 내지 (c)는 촬상 장치의 제1 실시예에 있어서의 렌즈의 위치와 피사체상의 관계를 도시하는 도면이다. 도 5의 (a) 내지 (c)에는 2개의 카메라 모듈 모두 화상 중심에 피사체상이 오도록 센터링했을 때의 모습이 도시된다.
카메라 모듈에 대해서는, 렌즈(304)와 촬상 소자(302)만을 골라내어 도시하고 있다. 도면 좌측의 카메라 모듈을 카메라 모듈 1이라 하고, 우측의 카메라 모듈을 카메라 모듈 2라 한다. 카메라 모듈의 하측에는 각각의 촬상 소자에서 포착한 화상(예를 들어 촬상 장치의 액정 화면)을 도시하고 있다. 피사체(3)는 2개의 카메라 모듈의 렌즈 광축의 중간의 연장선 상에 위치하는 것으로 한다.
도 5의 (a)는 각각의 카메라 모듈의 렌즈 광축이 촬상 소자의 중심축 상에 있는 경우를 도시하고 있다. 각각의 렌즈 광축 사이에 거리(시선 길이)가 있기 때문에, 좌측의 카메라 모듈 1에서 보면 피사체(3)는 우측으로 어긋나 보이고, 우측의 카메라 모듈 2에서 보면 피사체(3)는 좌측으로 어긋나 보인다. 그 때문에 각각의 화면(4) 내의 피사체상(5)은, 좌측의 카메라 모듈 1에서는 우측으로 치우쳐 있고, 우측의 카메라 모듈 2에서는 좌측으로 치우쳐 있다.
다음으로, 도 5의 (b)와 같이 좌측의 카메라 모듈 1의 렌즈(304)를 시프트시킨 경우를 생각한다. 이는 카메라가 손 떨림된 경우와 동등하며, 경사진 피사체를 화상 중앙에서 포착할 수 있다. 즉, 좌측의 화면(4) 내의 피사체상(5)은 화면의 거의 중앙에 위치한다.
다음으로, 도 5의 (c)와 같이 우측의 카메라 모듈 2의 렌즈(304)를 시프트시킨 경우를 생각한다. 이는 카메라가 손 떨림된 경우와 동등하며, 경사진 피사체를 화상 중앙에서 포착할 수 있다. 즉, 우측의 화면(4) 내의 피사체상(5)은 화면의 거의 중앙에 위치한다.
이상의 동작에 의하여 각각의 카메라 모듈의 센터링 조정이 완료된다. 이것에 의하여, 화면 내의 피사체상의 위치가 좌우의 카메라에서 거의 일치하기 때문에, 2개의 카메라의 화상을 합성하여 3D 화상으로 하거나, 뎁스 맵이라 칭해지는 깊이 정보를 얻거나, 줌 화상을 얻거나 하는 등 후처리가 용이해진다. 무엇보다 일반 유저가 카메라를 전환했을 때 시야가 크게 움직인다는 위화감을 해소할 수 있다.
또한 여기서는 지면(紙面) 내 좌우 방향의 센터링 조정에 대하여 설명했지만, 동시에 지면에 수직인 방향의 센터링 조정도 실시하는 것이 바람직하다.
또한 센터링 조정은, 각각의 카메라 모듈에 대하여 센터링의 동작을 행하여, 결과적으로 좌우의 화면의 피사체 위치를 일치시켜도 되고, 또는 한쪽 카메라 모듈의 피사체 위치를 특정한 위치에 설정한 후, 다른 쪽 카메라 모듈의 피사체 위치를 그에 맞춘다는 동작을 행해도 된다. 이 경우, 피사체 위치가 화면의 중앙인 것에는 구애받지 않는다. 이를 더 중앙으로 되돌리는지의 여부에 대해서는 후술한다.
또한 이와 같이 하여 설정한 센터링의 조건을 유지, 관리하는 것은 각각의 카메라 모듈에 설치된 위치 검출 수단이다. 즉, 렌즈(304)를 움직이면 위치 검출 수단의 출력값은 변화되지만, 센터링 조정으로서 최적의 렌즈(304)의 위치가 확인되면, 그때의 위치 검출 수단의 출력값을 보존한다. 위치 검출 수단의 0점 어저스트와 같은 것이다. 손 떨림 보정을 위한 렌즈(304)의 변위는 이 0점을 중심으로 하여 행해진다.
손 떨림 보정이라는 것은 AC 동작이며, 그 진폭의 중심 위치, 즉, DC 성분은 이상과 같이 결정하면 된다. 손 떨림의 각도 신호는, 자이로 센서(308)(도 4 참조)에서 검출되는 각속도를 적분하여 출력되는데, 적분을 하고 있는 동안에 DC 성분이 쌓이게 되기 때문에, 필요에 따라 리프레시해 줄 필요가 있다. 리프레시하지 않는 채이면, 그 적분된 각도 신호가 렌즈(304)에 대한 오프셋 명령으로 되기 때문에 렌즈(304)의 위치도 오프셋되어, 센터링 조건으로부터 어긋나 버린다. 리프레시함으로써 오프셋 명령이 해제되어, 위치 검출 수단의 설정된 0점 위치까지 렌즈(304)는 되돌아간다. 또한 급격한 리프레시에 의한 렌즈의 0점 이동은 화상이 움직인다는 위화감을 낳는다. 이를 방지하기 위하여, 서서히 리프레시한다든지 렌즈가 움직이는 속도를 제어한다든지 다양한 고안이 있어도 된다.
다음으로, 도 6의 (a) 내지 (c)를 참조하여, 듀얼 카메라에 있어서의 센터링의 변형예에 대하여 설명한다. 도 6의 (a) 내지 (c)는 촬상 장치의 제1 실시예에 있어서의 렌즈의 위치와 피사체상의 관계를 도시하는 도면이다. 도 6의 (a) 내지 (c)에는 한쪽 카메라 모듈의 피사체상의 위치에 다른 쪽을 캘리브레이션했을 때의 모습이 도시된다. 도 6의 (a)는, 각각의 카메라 모듈의 렌즈 광축이 촬상 소자의 중심축 상에 있는 경우의 도면이며, 도 5의 (a)와 동일한 도면이다.
도 6의 (b)가 도 5의 (b)와는 상이하며, 도 6의 (b)에서는 우측의 화면(4) 내의 피사체상(5)의 위치가 치우친 채, 이 치우친 피사체상(5)의 위치에 맞도록 좌측의 카메라 모듈 1의 렌즈(304)를 시프트시키고 있다. 이것에 의하여, 양쪽의 카메라 모듈의 피사체상(5)이 화면(4) 내의 거의 동일한 위치에서 좌측으로 치우쳐 있다.
이 상태로부터 피사체상(5)을 화면(4)의 중앙으로 되돌리고자 하는 경우에는 2개의 카메라 모듈 전체를 시프트시킬 필요가 있다. 즉, 카메라를 준비하는 위치를 어긋나게 한다는 것이다. 이 점을 도시한 것이 도 6의 (c)이다. 도 6의 (c)에서는 카메라 모듈 전체를 좌측으로 시프트시키고 있다. 이것에 의하여 화면(4) 내의 피사체상(5)은 화면의 거의 중앙에 위치하게 된다. 또한 먼 곳의 피사체에 대하여 카메라의 시프트로 피사체상이 움직이는 거리는 약간이어서 피사체상(5)을 화면(4) 중앙으로 갖고 오는 것은 어렵지만, 반대로 먼 곳의 피사체이면 좌우의 카메라에 의한 시차의 각도도 작고 화면(4) 내의 피사체상(5)의 치우침도 약간이므로, 결국은 도면으로부터도 알 수 있는 바와 같이 시선 길이의 절반의 거리만큼 카메라를 시프트시키면 되게 된다.
다음으로, 도 7을 참조하여, 위치 검출 신호로서 보았을 때의 센터링 동작에 대하여 설명한다. 도 7은, 촬상 장치의 제1 실시예에 있어서의 2개의 카메라 모듈의 변위와 위치 검출 신호의 관계가 상이한 경우에 피사체상의 위치를 캘리브레이션하기 위한 위치 검출 신호의 설정 방법을 설명하는 도면이다.
도 7의 그래프는, 각각의 카메라 모듈에 대하여 위치 검출 신호와 실제 변위의 관계를 나타내고 있으며, 실선(6)이 카메라 모듈 1의 경우를, 파선(7)이 카메라 모듈 2의 경우를 나타내고 있다. 카메라 모듈 1의 경우, p1이라는 위치 검출 신호의 값일 때 q1이라는 렌즈의 변위가 얻어지며, 이때 화면 중앙에 피사체상이 보인다고 한다. 카메라 모듈 2의 경우, p2라는 위치 검출 신호의 값일 때 q2라는 렌즈의 변위가 얻어지며, 이때 화면 중앙에 피사체상이 보인다고 한다. 이와 같이, p1 및 p2라는 위치 검출 신호를 관리, 제어함으로써 센터링이 가능해진다.
<제2 실시예>
계속해서, 제2 실시예에 대하여 설명한다. 제2 실시예에서는 온도 보상에 대하여 설명한다.
도 8을 참조하여 온도 특성에 대하여 설명한다. 도 8은, 촬상 장치의 제2 실시예에 있어서의 하나의 카메라 모듈의 온도 특성을 나타내는 도면이다. 도 8의 그래프는 위치 검출 신호와 실제 변위의 관계를 나타내고 있으며, 점선(8)이 5℃의 경우, 실선(9)이 30℃의 경우, 2점 쇄선(10)이 55℃의 경우를 각각 나타내고 있다. 이 결과에서도 알 수 있는 바와 같이, 위치 검출 신호와 실제 변위의 관계는 온도에 따라 변화된다. 예를 들어 30℃에서 p3이라는 위치 검출 신호의 값에 있어서 소정의 변위 q3이 얻어져, 이것이 센터링 조건으로서 설정되어 있었다고 하고, 5℃에서는 동일한 변위 q3에 대하여 p3이 p4라는 값으로 변화된다. 반대로 말하면, 30℃와 동일한 p3이라는 값으로 렌즈 위치를 제어한 경우, q3과는 상이한 위치에서 위치 결정됨으로써 센터링 위치에 오차가 발생한다. 마찬가지로 55℃에서는 위치 검출 신호는 p5라는 값으로 변화된다. 반대로 말하면, 30℃와 동일한 p3이라는 값으로 렌즈 위치를 제어한 경우, q3과는 상이한 위치에서 위치 결정됨으로써 센터링 위치에 오차가 발생한다. 이상의 관점에서, 온도 변화에 대하여 센터링의 정밀도를 높이기 위해서는 온도 보상이 중요한 것을 알 수 있다.
도 9를 참조하여 온도 보상에 대하여 설명한다. 도 9는, 촬상 장치의 제2 실시예에 있어서의 하나의 카메라 모듈의 온도 보상 후의 변위와 위치 검출 신호의 관계를 나타내는 도면이다. 도 9는, 2개의 카메라 모듈 중, 한쪽 카메라 모듈에 있어서의 위치 검출 신호와 실제 변위의 관계를 나타내고 있으며, 5℃와 55℃의 결과가 30℃의 결과에 거의 일치하도록 온도 보상하고 있다. 온도 보상은, 온도 검출 수단에 의하여 검출된 온도 정보에 따라 위치 검출 신호의 값을 보정한다. 홀 소자를 사용한 온도 검출 수단에 대해서는 후술한다. 통상은, 온도에 의하여 기울기와 오프셋이 변화되므로 이들을 보정한다. 도 8의 결과에서는 오프셋은 거의 변화되어 있지 않으며, 도 9에서는 온도마다 일정한 계수를 곱하여 기울기만을 보정하였다. 여기서의 보정 계수는 미리 메모리 내에 보정 테이블로서 보존되어 있다. 개체마다, 온도마다 보정 계수가 설정되는 것이 바람직하지만, 모두 망라하면 측정 시간, 메모리 용량 모두 방대해지기 때문에 개체 편차는 무시하고 평균적인 계수를 설정하고, 온도도 이산적으로 설정한다. 실제 온도가 설정된 온도의 중간이었던 경우에는 계수를 보완하여 이용한다.
도 9에 있어서, 온도 보정 후의 5℃의 그래프(8), 온도 보정 후의 55℃의 그래프(10)는 30℃의 그래프(9)와 거의 일치하고 있다. 따라서 p3이라는 위치 검출 신호의 값에 대하여 q3이라는 변위를 주어 센터링을 행한 경우, 온도가 변화되더라도 p3과 q3의 관계가 거의 변화되지 않아 온도 변화에 의한 센터링 위치의 오차가 저감된다.
또한 온도 보상에 대해서는 한쪽 카메라 모듈에 대하여 설명했지만, 당연히 양쪽의 카메라 모듈에 대하여 온도 보상을 행하는 것이 바람직하다. 양쪽의 카메라 모듈에 있어서, 어느 쪽도 온도에 의한 위치 검출 신호의 변화가 없도록 보정하는 것이, 가장 고정밀도의 센터링이 가능해진다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 2개의 카메라 모듈의 온도 특성이 상이한 경우에, 한쪽 카메라 모듈의 온도 특성과 동일해지도록 다른 쪽 카메라 모듈의 온도 특성을 보정해도 된다. 이 경우, 온도 변화에 의하여 피사체상이 화면 중앙으로부터 약간 어긋날 우려가 있지만, 마찬가지로 어긋나므로 사용하는 측의 위화감은 작다.
<제3 실시예>
계속해서, 제3 실시예를 설명한다. 제3 실시예에서는, 선형 보상을 중심으로 하여 온도 보상도 병용하는 경우에 대하여 설명한다.
도 10의 흐름도를 참조하여 선형 보상의 흐름에 대하여 설명한다. 도 10은, 촬상 장치의 제3 실시예에 있어서의 선형 보상과 온도 보상의 처리를 도시하는 흐름도이다.
처리 11 내지 13은, 촬상 장치(300)의 제조 후, 출하 전의 검사 공정에서 행해지는 것으로서 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 처리 14는 개발 단계의 실험 데이터 등으로부터 설정된다. 처리 11에서는, 소정 온도(기준 온도라고도 함) T0, 예를 들어 제조 공장의 설정 온도 등에 있어서, 위치 검출 신호 y(도 4의 위치 검출값 PFB)와 변위 x의 관계(x-y 특성)를 취득해 둔다. 변위 x는, 렌즈를 변위시켰을 때의 촬상 소자 상의 특정 패턴의 변위로서 산출할 수 있지만, 전용의 변위 측정기를 사용하여 측정한 결과여도 된다. 위치 검출 신호 y는 홀 소자의 출력 전압이어도 된다. 서보를 가하여 측정하는 경우에는 타깃 코드(도 4의 위치 명령값 PREF)여도 상관없다. 왜냐하면 타깃 코드는 목표의 액세스 위치를 나타내는 코드이며, 서보를 가하여 목표 위치에 수렴시키면 홀 소자의 출력 전압과 등가로 되기 때문이다. 이와 같이 하여 측정된 위치 검출 신호 y와 변위 x의 관계는, 직선성이 유지되어 있다고는 할 수 없으며, 온도가 T0로부터 변화됨으로써 관계도 변화되는 것이 생각된다. 처리 11은 모든 개체에 대하여 행해진다.
처리 12에서는, 취득한 위치 검출 신호 y와 변위 x의 관계를 함수화한다. 도 11은, 촬상 장치의 제3 실시예에 있어서의 함수화된 곡선과 이상 직선의 관계를 나타내는 도면이다. 예를 들어 상기 관계가 도 11의 실선(18)과 같은 형상일 때, 통상은 y=의 형태로 함수화되지만, 여기서는 역함수를 취하여 x=f(y)와 같이 함수화한다. 함수는 직선이 아닌 관계를 피트시키므로, 2차 이상의 함수가 필요하다(다항식 근사). 차수를 높이는 편이 피트 오차는 작아지지만 계산량이 증가하므로, 실태에 맞추어 차수를 설정하면 된다. 이하의 선형 보상에서는 5차 함수를 이용하였다.
x=f(y)=k0+k1y+k2y2+k3y3+k4y4+k5y5 … (1)
또한 실제 촬상 장치 중에서 선형 보상하는 경우에는, 이러한 5차 함수의 연산을 행하고 있으면 계산 시간이 걸리고 계산 도중에 필요한 메모리 용량도 커지기 때문에, 함수를 직선의 이어붙이기에 의하여 보간해도 상관없다. 이것에 대해서는 후술한다.
처리 13에서는 선형 함수 y=ax+b를 설정한다. 선형 함수 y=ax+b의 기울기 a와 절편 b는, 처리 11에서 얻어진 x-y 특성을 고려하여 규정하는 것이 바람직하다. 예를 들어 x-y 특성을 선형 근사함으로써 기울기 a, 절편 b를 구해도 된다. 또한 선형 함수 y=ax+b는 기준 온도 T0에 있어서의 x-y 특성과는 무관하게 정해도 된다.
측정 시에 0점 조정을 행한 경우에는, 측정 단계로부터 원점을 통과하는, 즉, b=0으로 되기 때문에 기울기 a만을 구하면 된다. 한편, 측정 결과가 원점을 통과하지 않는 경우, 오프셋 보정(b≠0)을 행하여 원점을 통과하도록 시프트시켜도 되고, 도 11에 나타낸 바와 같이, 측정 결과(18)의 임의의 2점, 예를 들어 실용 스트로크 범위의 양단의 2점 (x01, y01)과 (x02, y02)를 연결하는 직선(19)으로서 y=ax+b를 규정해도 된다.
처리 14에서는, 실제 온도 T1과 소정 온도 T0의 차의 영향을 보정하기 위하여 기울기 보정 계수 c와 오프셋 보정 계수 d를 설정한다. 이들 계수는, 개체마다 다양한 온도 T1에 대하여 설정하는 것이 보상 정밀도의 관점에서는 최상이지만, 제품 1개마다 온도 특성까지 측정하는 것은 공정 비용이 늘어나기 때문에 현실적이지 않다. 그래서 실험실 또는 공정의 오프라인에 있어서, 복수 개의 대표적인 샘플의 온도 특성을 측정하여 최적의 보정 계수 c와 d를 설정하는 것이 바람직하다. 기준 온도에 대하여 온도가 변화되면 보정 계수가 어떤 식으로 변화되는지 파악해 둔다. 기준 온도에서의 x-y 특성은 개체마다 측정하므로, 이때의 보정 계수에 대한 변화를 상정하여, 각 온도에 있어서의 최적 보정 계수를 설정한다. 실제 온도 T1은 이산적이어도 상관없다. 후술하는 온도 측정 수단에서 측정된 실제 온도가, 미리 보정 계수를 설정한 온도의 중간이면, 보간 계산하여 보정 계수를 설정하면 된다.
처리 15 내지 17은 액추에이터 드라이버 IC(500)의 실동작 중의 처리이다. 실동작 중에 위치 검출 소자(404)로부터 얻어지는 위치 검출 신호 y의 값을 y1이라 한다.
처리 15에서는, 함수 f를 이용하여 위치 검출 신호 y1에 대한 변위 x1을 구한다. 함수 f는 소정 온도 T0에 있어서의 x-y 특성에 대하여 설정한 함수이지만, 다른 온도에서도 동일한 함수를 이용한다. 상술한 바와 같이, 각 온도에 있어서도 당해 온도에서 설정되는 함수를 이용하면 보정의 정밀도 향상이 가능하지만, 각 온도의 함수를 설정하기 위해서는 각 온도의 온도 특성을 각 샘플에 대하여 측정할 필요가 있기 때문에 현실적이지 않아, 이 예와 같이 모든 온도에 대하여 소정 온도 T0에서의 함수를 이용하기로 한다.
처리 16에서는, 이와 같이 하여 구해진 변위 x1을 처음에 설정한 선형 함수에 적용시켜, 선형 보상된 위치 검출 신호의 값 y2를 산출한다.
도 12는, 촬상 장치의 제3 실시예에 있어서의 하나의 카메라 모듈의 선형 보상 후의 변위와 위치 검출 신호의 관계를 나타내는 도면이다. 도 12에는, 도 7에 있어서의 카메라 모듈 1의 결과에 대하여 선형 보상 후의 x-y 특성의 결과가 나타난다. 단, 이는 T1=T0인 경우의 결과이다. 온도가 T0과 상이한 경우에는 그래프의 기울기 등이 약간 변화된다.
처리 17에서는, T0과 상이한 온도 T1에서의 결과에 대하여 기울기 보정과 오프셋 보정을 행하여 T0에서의 결과와 동일해지도록 보정한다. 즉, 직선화 후의 위치 검출 신호의 값 y2에 대하여 온도 보상 후의 위치 검출 신호의 값 y3을 산출한다.
이와 같이, 선형 보상과 온도 보상을 행함으로써, 온도의 영향을 받지 않는, 거의 직선인 x-y 특성을 얻을 수 있다. 이와 같이 직선화를 행함으로써, 센터링의 조건을 변경한 경우 등, 새로운 위치 검출 신호의 값의 조건을 비례 관계로 설정할 수 있다. 또한 OIS 자체가 자이로 검출에 기초한 손 떨림 각도와 렌즈의 변위 관계를 선형 처리하는 것이며, 위치 검출 신호와 변위의 관계는 선형인 것이 바람직하다.
또한 도 10의 흐름은 일례를 나타내는 것이지, 처리의 순서까지 모두 규정하는 것이 아니다. 예를 들어 먼저 변위 성분에 대한 온도 보상을 행하고, 온도 보상 후의 결과에 대하여 선형 보상을 행해도 상관없다.
다음으로, 함수를 직선 근사하는 방법을 설명한다. 도 13은, 촬상 장치의 제3 실시예에 있어서의 함수를 직선 근사하는 방법을 설명하는 도면이다.
지금까지의 설명에서는, 소정 온도 T0에 있어서의 위치 검출 신호 y와 변위 x의 관계가 곡선인 경우에, 고차 함수, 예를 들어 5차 함수로서 보정 처리에 이용하고 있었다. 즉, 공장 출하 전의 검사 공정 등에서 취득한 함수를 메모리에 보존해 둔다. 그러나 실제 촬상 장치 중에서 선형 보상하는 경우에는, 이러한 5차 함수의 연산을 행하고 있으면 계산 시간이 걸리고, 계산 도중에 필요한 메모리 용량도 커지기 때문에, 함수를 직선의 이어붙이기에 의하여 보간해도 상관없다. 약간 계산 정밀도가 떨어질 가능성은 있지만, 매끄러운 변화를 나타내는 x-y 특성의 액추에이터에서는 직선 보간이더라도 거의 영향은 없다. 통상의 카메라 모듈의 AF 및 OIS의 스트로크 범위이면, 16점 내지 20점 정도의 포인트를 이어붙인 직선 보간으로 충분하다.
도 13에서는, 측정 포인트를 동그라미 표시로 나타내고, 이들의 포인트에서의 데이터에 피트시킨 고차 함수를 파선으로, 포인트 간을 직선으로 연결함으로써 근사한 결과를 실선으로 나타내고 있다. 충분한 포인트 수가 있으면, 고차 함수이더라도 직선의 이어붙이기이더라도 결과에 큰 차는 발생하고 있지 않다. 각 측정 포인트에서의 x와 y의 값을 보정 테이블로서 메모리에 보존해 두면 된다. 도 10의 처리 15에 있어서, 측정 포인트 사이의 위치 검출 신호 y1이 검출된 경우에는, 그 양측의 측정 포인트의 데이터를 이용하여, 이 2점을 연결하는 1차 함수로서 x1의 값을 구하면 된다.
<온도 검출에 대하여>
계속해서, 렌즈 제어 장치(400)의 구체적인 구성예를 설명한다.
도 14는, 하나의 카메라 모듈에 있어서의 렌즈 제어 장치(400)의 구체적인 블록도이다. 렌즈 제어 장치(400)에 대해서는, 손 떨림 보정의 하나의 축에 대응하는 블록만을 도시하고 있다. 위치 검출 소자(404)는 홀 소자(32)이며(도 4에서는(320)), 액추에이터(402)의 가동부의 변위에 따른 홀 전압 V+, V-를 발생시켜 액추에이터 드라이버 IC(500)의 홀 검출 핀(HP, HN)에 공급한다.
위치 검출부(510)는 홀 전압 V+, V-에 기초하여, 액추에이터(402)의 가동부의 위치(변위)를 나타내는 디지털의 위치 검출값 PFB를 생성한다. 위치 검출부(510)는, 홀 전압을 증폭하는 홀 증폭기(512)와, 홀 증폭기(512)의 출력을 디지털값의 위치 검출값 PFB로 변환하는 A/D 컨버터(514)를 포함한다.
온도 검출부(520)는, 온도를 나타내는 온도 검출값 T를 생성한다. 상술한 바와 같이, 온도는 위치 검출 소자(404)의 온도를 나타내는 것이 바람직하다. 도 14에서는, 위치 검출 소자(404)인 홀 소자(32)를 온도 검출 소자(406)로서도 이용한다. 이는, 홀 소자(32)의 내부 저항 r이 온도 의존성을 갖는 것을 이용한 것이다. 온도 검출부(520)는, 홀 소자(32)의 내부 저항 r을 측정하여, 온도를 나타내는 정보로서 이용한다.
온도 검출부(520)는 정전류 회로(522)와 A/D 컨버터(524)를 포함한다. 정전류 회로(522)는 홀 소자(32)에 소정의 바이어스 전류 IBIAS를 공급한다. 이 바이어스 전류 IBIAS는 홀 소자(32)를 동작시키기 위하여 필요한 전원 신호이며, 따라서 정전류 회로(522)는 홀 바이어스 회로로서 파악할 수 있다.
홀 소자(32)의 양 단부 간에는 전압 강하 IBIAS×r이 발생한다. 이 전압 강하는 홀 바이어스 핀(HB)에 입력된다. A/D 컨버터(524)는 HB 핀의 전압 VHB(=IBIAS×r)를 디지털값 T로 변환한다. 바이어스 전류 IBIAS는 기지이며 일정하기 때문에, 디지털값 T는 내부 저항 r에 비례하는 신호이며, 따라서 홀 소자(32)의 온도 정보를 포함하고 있다. 내부 저항 r과 온도의 관계는 사전에 측정하여 함수화하거나 또는 테이블화되어 있으며, 후단의 보정부(530)에 있어서 디지털값 T가 온도 정보로 변환된다.
인터페이스 회로(540)는 자이로 센서(308)로부터 각속도 신호 S1을 수신한다. 예를 들어 인터페이스 회로(540)는 SPI(Serial Peripheral Interface)여도 된다. 필터(550)는 인터페이스 회로(540)가 수신한 각속도 신호 S1로부터 위치 명령값 PREF를 생성한다.
보정부(530)는 위치 검출부(510)로부터의 위치 검출값 PFB를 보정한다. 구체적으로는, 보정부(530)는 선형 보상부(532), 온도 보상부(534), 메모리(536)를 포함한다. 선형 보상부(532)는 위치 검출값 PFB와 실제 변위의 관계(상술한 x-y 특성)의 직선성을 보정한다. 메모리(536)에는, 상술한 파라미터 a, b, 함수 x=f(y)를 기술하는 데이터(예를 들어 계수 k0 내지 k5), 파라미터 c, d 등이 저장된다. 나아가, 메모리(536)에는, 센터링을 위한 위치 검출 신호의 설정 조건 등도 기록된다. 따라서 PREF신호가 없는 경우에는, 렌즈의 위치가 상기 설정 조건에서 일정해지도록 피드백 제어가 이루어진다. 메모리(536)는 ROM이나 플래시 메모리 등의 불휘발성 메모리여도 되고, 회로의 기동 시마다 외부의 ROM으로부터 공급되는 데이터를 일시적으로 유지하는 휘발성 메모리여도 된다.
온도 보상부(534)는, 위치 검출값 PFB와 실제 변위의 관계에 대하여, 온도 변화에 의하여 관계가 변화되는 것을 보정한다.
컨트롤러(560)는, 위치 명령값 PREF와, 보정부(530)에 의한 보정 후의 위치 검출값 PFB _ CMP를 받는다. 컨트롤러(560)는, 위치 검출값 PFB _ CMP가 위치 명령값 PREF와 일치하도록 제어 명령값 SREF를 생성한다. 액추에이터(402)가 보이스 코일 모터인 경우, 제어 명령값 SREF는 보이스 코일 모터에 공급해야 하는 구동 전류의 명령값이다. 컨트롤러(560)는, 예를 들어 오차 검출기(562)와 PID 제어기(564)를 포함한다. 오차 검출기(562)는 위치 검출값 PFB _ CMP와 위치 명령값 PREF의 차분(오차) ΔP를 생성한다. PID 제어기(564)는 PID(비례·적분·미분) 연산에 의하여 제어 명령값 SREF를 생성한다. PID 제어기(564) 대신 PI 제어기를 사용해도 되고, 비선형 제어를 채용해도 된다.
드라이버부(570)는 제어 명령값 SREF에 따른 구동 전류를 액추에이터(402)에 공급한다.
도 14로부터도 알 수 있는 바와 같이, 홀 소자(32)로부터의 홀 전압 V+, V-는 제어 전류의 인가와는 다른 단자로부터 출력된다.
보정부(530) 및 컨트롤러(560)의 처리는 가산기, 승산기 등의 하드웨어에 의하여 실현해도 되고, CPU와 소프트웨어 프로그램의 조합에 의하여 실현해도 된다.
이러한 렌즈 제어 장치는 X, Y, Z의 각축의 제어에 대응하여 설치해도 되고, 필요에 따라 집적화하여 1칩 또는 2칩화해도 된다. 또한 2개의 카메라 모듈에 대하여 각각 칩을 설치해도 되고, 1칩으로 집적화해도 된다.
이상과 같은 렌즈 제어 장치는 휴대 전화용의 카메라 모듈 등에 사용된다. 특히 본 발명의 렌즈 제어 장치의 적합한 응용의 하나는, 광학 손 떨림 보정(OIS) 기능을 구비한 카메라 모듈을 2개 갖는 듀얼 카메라 촬상 장치이다. 본 발명을 이용함으로써, 2개의 카메라의 센터링 시의 화상으로서, 피사체상의 위치를 거의 동일하게 할 수 있어 2개의 카메라의 화상을 합성하는 등, 다양한 화상 처리가 용이해진다.
300: 카메라 모듈
302: 촬상 소자
304: 렌즈
306: 프로세서
308: 자이로 센서
400: 렌즈 제어 장치
402: 액추에이터
404: 위치 검출 소자
406: 온도 검출 소자
500: 액추에이터 드라이버 IC
510: 위치 검출부
512: 홀 증폭기
514: A/D 컨버터
520: 온도 검출부
522: 정전류 회로
524: A/D 컨버터
530: 보정부
532: 선형 보상부
534: 온도 보상부
540: 인터페이스 회로
550: 필터
560: 컨트롤러
562: 오차 검출기
564: PID 제어기
570: 드라이버부
32: 홀 소자

Claims (13)

  1. 광학 손 떨림 보정 기능을 갖는 제1 카메라 모듈과,
    광학 손 떨림 보정 기능을 갖는 제2 카메라 모듈
    을 구비하고,
    각 카메라 모듈은, 촬상 소자와, 렌즈와, 상기 렌즈를 광축과 수직인 면 내에 위치 결정하는 액추에이터를 구비하고,
    상기 렌즈의 상기 촬상 소자에 대한 기준 위치가 상기 제1 카메라 모듈과 상기 제2 카메라 모듈에서 독립적으로 설정되고,
    각 카메라 모듈은,
    상기 렌즈의 위치를 나타내는 위치 검출 신호를 생성하는 위치 검출 소자와,
    상기 위치 검출 신호에 따른 검출 코드 및 상기 렌즈의 목표 변위를 나타내는 타깃 코드에 기초하여 상기 액추에이터를 위치 결정하는 액추에이터 드라이버
    를 더 구비하고,
    상기 제1 카메라 모듈 및 상기 제2 카메라 모듈 중 적어도 한쪽의 상기 액추에이터 드라이버에 있어서, 상기 제1 카메라 모듈의 상기 검출 코드와 상기 제2 카메라 모듈의 상기 검출 코드의 온도에 의한 변화가 동등해지도록 상기 검출 코드가 보정되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 카메라 모듈에 있어서 상기 렌즈의 상기 기준 위치가 설정되고, 설정 완료된 상기 제1 카메라 모듈에 대하여, 상기 제2 카메라 모듈에 있어서의 상기 렌즈의 상기 기준 위치가 설정되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 카메라 모듈에 있어서, 표준 피사체가 상기 촬상 소자의 소정의 위치에 결상하도록 상기 렌즈의 상기 기준 위치가 설정되고,
    상기 제2 카메라 모듈에 있어서, 상기 표준 피사체가 상기 촬상 소자의 소정의 위치에 결상하도록 상기 렌즈의 상기 기준 위치가 설정되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 카메라 모듈 및 상기 제2 카메라 모듈에 있어서, 표준 피사체가 상기 촬상 소자의 동일한 위치에 결상하도록 상기 렌즈의 상기 기준 위치가 설정되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 카메라 모듈 및 상기 제2 카메라 모듈에 있어서, 상기 렌즈의 상기 기준 위치의 설정 후에 상기 제1 카메라 모듈 및 상기 제2 카메라 모듈을 일체로 시프트 가능한 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항, 제2항, 제4항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 액추에이터 드라이버에 있어서, 각 카메라 모듈의 온도가 소정의 온도로부터 변화된 경우에도, 동일한 위치에 대한 상기 검출 코드가 변화되지 않도록 각각의 상기 검출 코드의 온도 보상이 행해지는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  8. 제1항, 제2항, 제4항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 카메라 모듈의 상기 액추에이터 드라이버에 있어서, 상기 검출 코드와 상기 렌즈의 실제 변위의 관계가 직선으로 되도록 선형 보상하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  9. 제1항, 제2항, 제4항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 카메라 모듈은 상기 기준 위치에 대응하는 검출 코드를 유지하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  10. 광학 손 떨림 보정을 구비한 복수의 카메라 모듈을 구비하는 촬상 장치에 사용되는 액추에이터 드라이버로서,
    각 카메라 모듈은,
    촬상 소자와,
    렌즈와,
    상기 렌즈를 광축과 수직인 면 내에 위치 결정하는 액추에이터와,
    상기 렌즈의 위치를 나타내는 위치 검출 신호를 생성하는 위치 검출 소자와,
    상기 위치 검출 신호에 따른 검출 코드와, 상기 렌즈의 목표 변위를 나타내는 타깃 코드에 기초하여 상기 액추에이터를 피드백 제어하는 액추에이터 드라이버
    를 구비하고,
    상기 검출 코드의 기준값이 상기 복수의 카메라 모듈에서 독립적으로 설정되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 드라이버.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 카메라 모듈 중, 하나의 카메라 모듈에 있어서의 상기 검출 코드의 기준값이 설정되고, 이 설정 완료된 기준값에 연동시켜 다른 카메라 모듈의 상기 검출 코드의 기준값을 설정 가능한 것을 특징으로 하는 액추에이터 드라이버.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 기준값의 온도에 의한 변화를 보정하기 위한 온도 보상 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 드라이버.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 검출 코드와 상기 렌즈의 실제 변위의 관계를 직선화하는 선형 보상 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 드라이버.
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