KR102129169B1 - 촬상 장치 및 그 캘리브레이션 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 가진 없이 각속도 검출 신호의 캘리브레이션을 행한다. 중력의 방향에 대한 떨림 검출 소자의 좌표축의 방향의 어긋남에 대응하는 제1 각도(θ1)를 검출한다(S202). 중력의 방향에 대한 카메라 모듈의 방향의 어긋남에 대응하는 제2 각도(θ2)를 검출한다(S204). 제1 각도(θ1) 및 제2 각도(θ2)에 기초하여, 떨림 검출 소자의 검출 신호를 보정하기 위한 파라미터를 취득한다(S206).
Description
본 발명은, 자이로 센서 등의 각속도 검출 소자를 구비하는 촬상 장치 및 그 캘리브레이션 방법에 관한 것이다.
최근 몇년간, 스마트폰 등에 탑재되는 카메라 모듈에서는, 촬상 렌즈의 위치를 검출하고, 이 위치 정보를 피드백함으로써, 촬상 렌즈의 위치를 고정밀도이면서도 또한 고속으로 제어하는 기능을 도입하는 일이 증가되고 있다. 특히, 광학 손 떨림 보정(OIS)에 피드백 제어를 도입함으로써, 고정밀도의 손 떨림 보정이 가능하게 되기 때문에, 어두운 장소에서, 먼 곳의 피사체를 흔들림 없이 촬영하고 싶다는 요구의 고조와 함께, OIS를 채용한 카메라는 앞으로도 증가되어 갈 것으로 예상된다.
카메라에서의 손 떨림에는, 피치, 요, 롤의 3 방향의 각도 떨림을 생각할 수 있다. 통상, 피치는 광축에 대하여 세로 방향의 떨림을 가리키고, 요는 광축에 대하여 가로 방향의 떨림을 가리키고, 롤은 광축 주위의 회전 떨림을 가리킨다. 각각의 떨림양은, 자이로 센서에 의해 각속도 신호로서 검출되고, 이것을 적분함으로써 각도 떨림양이 산출된다. 지금까지의 OIS 기능을 구비한 카메라에서는, 피치 방향과 요 방향의 각도 떨림양에 따라서 렌즈를 광축에 수직인 XY 평면 내에서 시프트시킴으로써 손 떨림을 보정하는, 렌즈 시프트 방식 또는 배럴 시프트 방식이라고 불리는 OIS가 주류로 되어 있다. 롤 방향의 떨림에 대해서는, 신호 처리에 의해 보정하는, 소위 전자식 손 떨림 보정이 채용되는 케이스가 많다.
자이로 센서의 각속도 검출축에 대하여, 카메라 모듈에서의 액추에이터의 구동축, 위치 검출축, 촬상 소자의 화소 방향 축 등은, 각각의 실장 변동 등에 의해 반드시 일치하지는 않아, 어떠한 신호 보정(캘리브레이션)을 행하는 것이 바람직하다. 자이로 센서가 카메라 모듈의 기판 내에 탑재되어 있는 경우에는, 일체로 가진함으로써 각속도 검출축의 방향을 알 수 있으며, 이것에 맞춰서 위치 검출 신호를 보정하거나, 또는 액추에이터의 구동 방향에 맞춰서 각속도 검출 신호를 보정하는 것이 가능하게 된다.
각속도 센서(자이로 센서)의 흔들림 검출축과 구동계(액추에이터)의 흔들림 보정축의 기울기를 보정하는 기술이 특허문헌 1에 개시되어 있다. 구체적으로는, 흔들림 검출축과 흔들림 보정축의 기울기(θ)를 사용해서 각속도 신호의 보정 신호를 얻는 것이 기재되어 있고, 이 기울기(θ)를 구하는 방법으로서, 기계적인 각도를 측정하는 것과, 실제로 각속도를 더하는 것(즉 가진하는 것)이 개시되어 있다.
마찬가지로, 각속도 센서의 설치 각도의 기울기에 기초하는 출력 오차를 보정하는 기술이 특허문헌 2에 개시되어 있다. 구체적으로는, 각속도 센서의 설치 각도의 기울기에 기초하는 출력 오차를 보정하는 것이 기재되어 있어, 소정의 축방향으로 가진했을 때의 2 방향의 각속도 센서의 출력의 비로부터 보정 계수를 구하는 것이 개시된다.
한편, 각도 떨림 외에도 병진 떨림까지 보정하는 것을 목적으로, 각속도 센서 외에도 가속도 센서를 탑재한 카메라의 예가 특허문헌 3에 개시되어 있다. 구체적으로는 각속도 센서와 가속도 센서를 탑재하여, 각도 떨림과 함께 병진 떨림을 보정하고, 카메라의 자세에 따라서 병진 떨림의 연산량을 바꾸는 것이 개시되어 있다.
그러나, 패키징된 각속도 센서 내부의 검출축의 방향을 기계적으로 측정하는 것은 매우 곤란하고, 카메라 모듈의 제조 공정 내에서 1대씩 가진하는 것도 시간이 걸려 번거롭다.
또한, 카메라 모듈과 각속도 센서가 일체화되어 있을 경우에는, 상술한 바와 같이 일체로 가진해서 캘리브레이션하는 방법이 채용 가능하지만, 카메라 모듈과 각속도 센서가 각각 별도로 실장된 후에 개별로 검증되는 경우, 예를 들어 카메라 모듈을 검사하는 메이커와 각속도 센서를 실장하는 메이커가 상이한 경우 등에 있어서는, 카메라 모듈과 각속도 센서 각각에 어떠한 기준을 마련하여 캘리브레이션되는 것이 바람직한데, 종래의 일체 가진의 방법에서는 그것이 불가능하다.
본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 그 어떤 양태의 예시적인 목적의 하나는, 가진 없이 촬상 장치를 캘리브레이션하는 방법을 제공하는 것에 있다. 또 다른 목적의 하나는, 고정밀도의 손 떨림 보정이 가능한 촬상 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 어떤 양태는, 촬상 장치의 캘리브레이션 방법에 관한 것이다. 캘리브레이션 대상의 촬상 장치는, 촬상 소자 및 상기 촬상 소자에의 입사광로 상에 설치된 렌즈를 포함하는 카메라 모듈과, 촬상 장치에 작용하는 떨림양을 검출하는 떨림 검출 소자와, 촬상 장치에 작용하는 중력의 방향을 판정하는 중력 검출 소자를 구비한다. 캘리브레이션 방법은, 중력의 방향에 대한 떨림 검출 소자의 좌표축의 방향의 어긋남에 대응하는 제1 각도를 검출하는 스텝과, 중력의 방향에 대한 카메라 모듈의 방향의 어긋남에 대응하는 제2 각도를 검출하는 스텝과, 제1 각도 및 제2 각도에 기초하여, 떨림 검출 소자의 검출 신호를 보정하기 위한 파라미터를 취득하는 스텝을 구비한다.
이 방법에 의하면, 중력 방향에 대한 떨림 검출 소자의 좌표축의 어긋남 각을 가진 없이 검출하는 것이 가능함과 함께, 중력 방향에 대한 카메라 모듈의 방향, 예를 들어 화소축의 방향의 어긋남 각을 검출하므로, 카메라 모듈과 떨림 검출 소자가 일체화되어 있지 않은 경우에도, 중력 방향을 매개로 해서, 카메라 모듈의 방향에 맞춰서 떨림 검출 신호를 보정하는 캘리브레이션이 가능하게 되고, 결과로서 고정밀도의 손떨림 보정이 가능하게 된다.
제2 각도를 검출하는 스텝은, 소정 패턴을 갖는 차트를 상기 촬상 소자로 촬상하는 스텝과, 촬상 화상에서의 소정 패턴의 방향과 화소축의 방향의 어긋남에 기초해서, 제2 각도를 취득하는 스텝을 포함해도 된다.
이 방법에 의하면, 차트의 소정 패턴의 방향과 중력 방향의 사이의 어긋남을 고려한 상태에서, 소정 패턴의 방향과 화소축의 방향의 어긋남 각을 검출하므로, 카메라 모듈의 화소축의 방향과 중력 방향의 어긋남 각을 알 수 있다.
제2 각도를 검출하는 스텝은, 차트의 소정 패턴의 방향을, 중력의 방향에 맞춰서 미리 조정하는 스텝을 더 포함해도 된다.
이 방법에 의하면, 차트의 소정 패턴의 방향이 중력 방향에 맞춰져 있어, 소정 패턴의 방향과 화소축의 방향의 어긋남 각을 검출함으로써, 화소축의 방향과 중력 방향의 어긋남 각을 알 수 있다.
제2 각도를 검출하는 스텝은, 차트의 소정 패턴의 방향과 중력 방향의 어긋남에 대응하는 제3 각도를 미리 검출하는 스텝을 더 포함해도 된다. 제3 각도를, 제2 각도의 검출에 이용해도 된다.
이 방법에 의하면, 차트의 소정 패턴의 방향이 중력 방향과 어긋나 있다고 해도, 그 어긋남 각을 파악해 둠으로써, 화소축의 방향과 중력 방향의 어긋남 각을 산출하는 것이 가능하게 된다.
제1 각도를 검출하는 스텝은, 중력 검출 소자의 좌표축 방향과 중력 방향의 어긋남에 대응하는 제4 각도를 검출하는 스텝을 포함해도 된다. 떨림 검출 소자의 좌표축 방향과, 중력 검출 소자의 좌표축의 방향이 실질적으로 평행인 것으로 하고, 제4 각도를, 제1 각도로 해도 된다.
이 방법에 의하면, 떨림 검출 소자의 좌표축의 방향과, 중력 검출 소자의 좌표축의 방향이 대략 일치하는 것으로 보고 캘리브레이션을 행하므로, 중력 검출 소자의 좌표축과 중력 방향의 어긋남 각을, 떨림 검출 소자의 좌표축의 방향과 중력 방향의 어긋남 각으로 대용할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는, 촬상 장치에 관한 것이다. 촬상 장치는, 촬상 소자, 및 상기 촬상 소자에의 입사광로 상에 설치된 렌즈를 포함하는 카메라 모듈과, 촬상 장치에 작용하는 떨림양을 검출하는 떨림 검출 소자와, 촬상 장치에 작용하는 중력의 방향을 판정하는 중력 검출 소자를 구비하고, 상기 어느 하나의 캘리브레이션 방법에 의해 캘리브레이션이 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
이상의 구성에 의하면, 중력 방향에 대한 떨림 검출 소자의 좌표축의 어긋남 각을 가진 없이 검출하는 것이 가능함과 함께, 중력 방향에 대한 카메라 모듈의 방향, 예를 들어 화소축의 방향의 어긋남 각을 검출하므로, 카메라 모듈과 떨림 검출 소자가 일체화되어 있지 않은 경우에도, 중력 방향을 매개로 해서, 카메라 모듈의 방향에 맞춰서 떨림 검출 신호를 보정하는 캘리브레이션이 가능하게 되고, 결과로서 고정밀도의 손 떨림 보정이 가능한 촬상 장치를 실현할 수 있다.
어떤 양태에 있어서, 떨림 검출 소자와 중력 검출 소자는 일체적으로 패키징되어 있어도 된다. 떨림 검출 소자와 중력 검출 소자가 일체적으로 원 패키지화되어 있으므로, 서로의 좌표축의 방향 어긋남을 최대한 작게 할 수 있어, 가진 없이도 떨림 검출 소자의 좌표축의 방향과 중력 방향의 어긋남 각을 검출할 수 있다.
또한 어떤 양태에 있어서 떨림 검출 소자의 떨림 검출부와, 중력 검출 소자의 중력 방향 검출부가, 동일한 프로세스로 제작되어 있어도 된다. 떨림 검출 소자의 떨림 검출부와, 중력 검출 소자의 중력 방향 검출부가, 동일한 실리콘 프로세스로 고정밀도로 제작되므로, 서로의 좌표축의 방향 어긋남을 더욱 작게 할 수 있어, 가진 없이도 떨림 검출 소자의 좌표축의 방향과 중력 방향의 어긋남 각을 검출할 수 있다.
또한, 어떤 양태에 있어서, 중력 검출 소자는, 적어도 2축 방향의 가속도를 검출할 수 있는 가속도 센서여도 된다. 중력 검출 소자로서 가속도 센서가 사용되므로, 중력 방향을 검출할 뿐만 아니라, 병진 떨림의 보정 등에도 활용할 수 있어, 유효하게 이용할 수 있다.
또한, 어떤 양태에 있어서 카메라 모듈은, 렌즈를 광축에 수직인 방향으로 변위시키기 위한 액추에이터와, 광축에 수직인 방향의 렌즈의 변위를 검출하는 위치 검출 소자를 구비해도 된다. 촬상 소자의 화소축의 방향에 대한 상기 위치 검출 소자의 검출 방향의 어긋남의 영향을 없애도록, 위치 검출 소자의 위치 검출 신호가 보정되어 있어도 된다. 이 양태에 의하면, 카메라 모듈에서의 촬상 소자의 화소축의 방향에 대한 위치 검출 소자의 검출 방향의 어긋남이 보정되어 있기 때문에, 떨림 검출 소자와 위치 검출 소자라는 2개의 검출 수단의 사이의 캘리브레이션이 가능하게 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 [과제의 해결 수단]의 기재는, 모든 불가결한 특징을 설명하는 것은 아니며, 따라서, 기재되는 이들 특징의 서브 콤비네이션도, 본 발명일 수 있다.
본 발명에 따르면, 가진 없이 떨림 검출 신호의 캘리브레이션이 가능하게 된다. 또한 고정밀도의 손 떨림 보정이 가능한 촬상 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 관한 촬상 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 실시 형태에 관한 캘리브레이션의 흐름도이다.
도 3은 도 2의 캘리브레이션에서 측정되는 제1 각도(θ1) 및 제2 각도(θ2)를 설명하는 도면이다.
도 4의 (a), (b)는 실시예에 관한 캘리브레이션을 설명하는 도면이다.
도 5의 (a), (b)는 중력·떨림 검출 소자가 중력 방향에 대하여 기울어진 상태를 도시하는 도면이다.
도 6의 (a), (b)는 차트가 중력 방향에 대하여 기울어진 상태를 도시하는 도면이다.
도 7은 차트의 소정 패턴이, 화상 상에서 화소축의 방향에 대하여 기울어져 있는 상태를 도시하는 도면이다.
도 8은 화소와 자이로 센서의 기울기 관계를 도시하는 도면이다.
도 9는 실시 형태에 관한 캘리브레이션의 흐름도이다.
도 10은 실시 형태에 관한 카메라 모듈의 시스템 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 11의 (a), (b)는 촬상 장치에서의 카메라 모듈의 화소축과 위치 검출축의 어긋남 각을 설명하는 도면이다.
도 12는 실시 형태에 관한 액추에이터 드라이버 IC의 구성을 도시하는 도면이다.
도 13은 게인 캘리브레이션에 사용되는 차트의 패턴의 일례를 도시하는 도면이다.
도 14는 게인 캘리브레이션에 사용되는 화소 상의 변위와 홀 신호 출력의 관계를 도시하는 도면이다.
도 2는 실시 형태에 관한 캘리브레이션의 흐름도이다.
도 3은 도 2의 캘리브레이션에서 측정되는 제1 각도(θ1) 및 제2 각도(θ2)를 설명하는 도면이다.
도 4의 (a), (b)는 실시예에 관한 캘리브레이션을 설명하는 도면이다.
도 5의 (a), (b)는 중력·떨림 검출 소자가 중력 방향에 대하여 기울어진 상태를 도시하는 도면이다.
도 6의 (a), (b)는 차트가 중력 방향에 대하여 기울어진 상태를 도시하는 도면이다.
도 7은 차트의 소정 패턴이, 화상 상에서 화소축의 방향에 대하여 기울어져 있는 상태를 도시하는 도면이다.
도 8은 화소와 자이로 센서의 기울기 관계를 도시하는 도면이다.
도 9는 실시 형태에 관한 캘리브레이션의 흐름도이다.
도 10은 실시 형태에 관한 카메라 모듈의 시스템 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 11의 (a), (b)는 촬상 장치에서의 카메라 모듈의 화소축과 위치 검출축의 어긋남 각을 설명하는 도면이다.
도 12는 실시 형태에 관한 액추에이터 드라이버 IC의 구성을 도시하는 도면이다.
도 13은 게인 캘리브레이션에 사용되는 차트의 패턴의 일례를 도시하는 도면이다.
도 14는 게인 캘리브레이션에 사용되는 화소 상의 변위와 홀 신호 출력의 관계를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명을 적합한 실시 형태를 바탕으로 도면을 참조하면서 설명한다. 각 도면에 도시되는 동일 또는 동등한 구성 요소, 부재, 처리에는, 동일한 번호를 부여하는 것으로 하고, 적절히 중복된 설명은 생략한다. 또한, 실시 형태는, 발명을 한정하는 것이 아니라 예시이며, 실시 형태에 기술되는 모든 특징이나 그 조합은, 반드시 발명의 본질적인 것만은 아니다.
또한, 도면에 기재되는 각 부재의 치수(두께, 길이, 폭 등)는, 이해의 용이화를 위해서 적절히, 확대 축소되어 있는 경우가 있다. 나아가 복수의 부재의 치수는, 반드시 그것들의 대소 관계를 나타내고 있는 것만은 아니며, 도면 상에서, 어떤 부재 A가, 다른 부재 B보다도 두껍게 그려져 있어도, 부재 A가 부재 B보다 얇을 수도 있다.
본 명세서에서, 「부재 A가, 부재 B와 접속된 상태」란, 부재 A와 부재 B가 물리적으로 직접적으로 접속되는 경우 외에, 부재 A와 부재 B가, 그것들의 전기적인 접속 상태에 실질적인 영향을 미치지 않거나, 또는 그것들의 결합에 의해 발휘되는 기능이나 효과를 손상시키지 않는, 기타 부재를 통해서 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, 그것들의 전기적인 접속 상태에 실질적인 영향을 미치지 않거나, 또는 그들의 결합에 의해 발휘되는 기능이나 효과를 손상시키지 않는, 기타 부재를 통해서 간접적으로 접속되는 경우도 포함한다.
<좌표축에 관한 캘리브레이션>
먼저 실시 형태에 관한 캘리브레이션 방법에 대해서, 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
도 1은, 실시 형태에 관한 촬상 장치(100)를 도시하는 도면이다. 촬상 장치(100)는, 촬상 기능을 구비하는 전자 기기(150)의 일부이며, 중력·떨림 검출 소자(200) 및 카메라 모듈(300)을 구비한다. 전자 기기(150)는, 스마트폰이나 태블릿 단말기, 랩탑 컴퓨터나 포터블 오디오 플레이어 등이 예시되지만, 그것에 한정되지 않는다.
중력·떨림 검출 소자(200)는, 촬상 장치(100)에 작용하는 떨림양을 검출하는 떨림 검출 소자(200A)와, 촬상 장치에 작용하는 중력의 방향을 판정하는 중력 검출 소자(200B)를 포함한다. 중력 검출 소자로서는, 중력 방향을 검출할 수 있으면 충분하므로 중력 센서와 같은 것을 사용해도 되지만, 가속도 센서를 사용함으로써 중력 방향을 검출할 뿐만 아니라, 병진 떨림의 보정 등에도 활용할 수 있기 때문에, 본 실시 형태에서는 가속도 센서로서 설명한다. 떨림 검출 소자로서는, 떨림 검출 수단으로서 일반적인 자이로 센서를 사용하는 것으로 한다.
본 명세서에서, 떨림 검출 소자(200A)의 검출축을 각속도 검출축이라고 칭하고, 중력 검출 소자(200B)의 검출축을, 가속도 검출축이라고 칭한다.
중력·떨림 검출 소자(200)는, 가속도 센서와 자이로 센서가 하나의 패키지 내에 실장된 것이 시판되고 있고, 가속도 검출축과 각속도 검출축의 어긋남이 작아지도록 고정밀도로 실장되어 있기 때문에, 이것을 사용하는 것이 바람직하다. 나아가, 가속도 센서와 자이로 센서가 MEMS 기술로 형성되고, 동일한 프로세스로 제작된 것이면, 양자의 좌표축의 관계는 실리콘 프로세스의 정밀도로 형성되어 있는 것을 기대할 수 있기 때문에, 더욱 바람직하다.
카메라 모듈(300)은, 촬상 소자(302) 및 렌즈(304)를 포함한다. 본 명세서에서 촬상 소자(302)의 수평 방향 및 수직 방향을 화소축이라 총칭한다. 렌즈(304)는, 촬상 소자(302)에의 입사광로 상에 설치된다. 편의를 위해서, 전자 기기(150)를 기준으로 해서 좌우 방향으로 X축을, 상하 방향으로 Y축을, 깊이 방향으로 Z축을 취한다.
렌즈(304)는, 오토 포커스를 위해서, 광축 방향(Z축 방향)으로 변위 가능하게 지지되고, 도시하지 않은 액추에이터에 의해 위치 결정된다. 또한 손떨림 보정기능 구비 카메라 모듈(300)의 경우, 렌즈(304)는 X 방향 및 Y 방향으로도 변위 가능하게 지지되어 있고, 도시하지 않은 액추에이터에 의해, X 방향, Y 방향 각각에 대해서 위치 결정 가능하게 되어 있다.
이상적으로는, 카메라 모듈(300)의 화소축과, 전자 기기(150)의 X축, Y축은 일치하고 있고, 또한 중력·떨림 검출 소자(200)의 2개의 검출축도 또한, 전자 기기(150)의 X축, Y축과 일치하는 것이 바람직하지만, 조립 정밀도의 문제 때문에, 그것들을 완전히 일치시키는 것은 어렵다.
그래서 본 실시 형태에 관한 캘리브레이션 방법에서는, 중력의 방향을 매개로 해서, 떨림 검출 소자(200A)의 각속도 검출축의 방향과, 카메라 모듈(300)의 화소축의 방향의 어긋남을 검출하여, 이것을 보정한다. 본 실시 형태에서, 단순히 「검출축」이라고 할 경우, Y축과 평행이어야 할 검출축을 가리킨다.
캘리브레이션은, 카메라 모듈(300) 및 중력·떨림 검출 소자(200)를 전자 기기(150)에 실장한 후에 실행된다. 도 2는, 실시 형태에 관한 캘리브레이션의 흐름도이다.
우선, 전자 기기(150)의 Y축이 중력 방향(즉 연직 방향)과 평행해지도록, 전자 기기(150)의 위치 정렬을 행한다(S200). 또한, 후술하는 바와 같이 전자 기기(150)의 기울기는, 캘리브레이션에 본질적으로 영향을 미치지 않기 때문에, 처리 S200은 생략해도 된다.
그리고, 중력 방향에 대한 떨림 검출 소자(200A)의 좌표축의 방향의 어긋남에 대응하는 제1 각도(θ1)를 검출한다(S202). 또한, 중력 방향에 대한 카메라 모듈(300)의 방향(화소축)의 어긋남에 대응하는 제2 각도(θ2)를 검출한다(S204).
도 3은, 도 2의 캘리브레이션에서 측정되는 제1 각도(θ1) 및 제2 각도(θ2)를 설명하는 도면이다. 스텝 S202, S204에서는, 이들 각도(θ1, θ2)가 측정된다.
도 2로 돌아간다. 그리고 측정된 제1 각도(θ1) 및 제2 각도(θ2)에 기초하여, 전자 기기(150)의 실제 동작 중에 있어서, 떨림 검출 소자(200A)의 검출 신호를 보정하기 위한 파라미터를 취득한다(S206). θ1과 θ2를 사용해서 계산한 값을 파라미터로 해도 되고, θ1과 θ2를 파라미터로 해도 된다.
이상이 실시 형태에 관한 캘리브레이션 방법의 기본 원리이다. 이하, 캘리브레이션의 실시예를 설명한다.
도 4의 (a), (b)는 실시예에 관한 캘리브레이션을 설명하는 도면이다. 도 4의 (a)는 캘리브레이션 공정에서의 셋업을 나타낸다. 또한 도 4의 (b)는 캘리브레이션에 사용 가능한 차트(600)의 변형예를 나타낸다.
캘리브레이션의 실행 시에, 차트(600)가 사용된다. 차트(600)에는, 예를 들어 십자 형상의 직선 패턴(610)이 형성되어 있다. 그러나, 패턴은 이것에 한정되는 것이 아니라, 도 4의 (b)와 같은 4점 정도의 도트 패턴(620)이어도 된다. 카메라 모듈(300)은 차트(600)의 직선 패턴(610)을 촬상하여, 화상으로서 도입할 수 있다. 고정밀의 디스플레이 패널에, 소정의 패턴을 표시시킨 것을 차트(600)로서 사용해도 된다.
도 5의 (a), (b)를 참조하여, 중력·떨림 검출 소자(200)의 중력 방향에 대한 기울기(즉 제1 각도(θ1))에 대해서 설명한다. 도 5의 (a), (b)는 중력·떨림 검출 소자가 중력 방향에 대하여 기울어진 상태를 도시하는 도면이다. 도 5의 (a)는 전체도를, 도 5의 (b)는 가속도 검출부의 확대도를 나타내고 있다.
중력·떨림 검출 소자(200)는, 동일 패키지 내에 가속도 검출부(202)(도 1의 중력 검출 소자(200B))와 각속도 검출부(204)(도 1의 떨림 검출 소자(200A))를 구비한다. 가속도 검출부(202)의 좌표축(206)과 각속도 검출부(204)의 좌표축(208)은 실질적으로 평행인 것으로 한다. 중력 방향(210)에 대하여, 중력·떨림 검출 소자(200)는 기울어져 있다. 기울어짐의 원인으로서, 중력·떨림 검출 소자(200)의 소자 내부의 축의 기울어짐, 실장 기울어짐, 전자 기기(150) 전체의 기울어짐 등을 생각할 수 있다. 전자 기기(150) 전체의 기울어짐은, 카메라 모듈(300)에도 부여되기 때문에, 상쇄된다. 가속도 검출부(202)의 좌표축(206)이 중력 방향(210)에 대하여 기울어져 있었을 경우, 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 중력 가속도(g)는 2개의 축방향으로 벡터 분해되어, 좌표축(206)측의 중력 가속도로서 gy가, 그것과 수직인 좌표축(212)측의 중력 가속도로서 gx가 검출된다. 따라서, 기울기 각(제4 각도)(θ4)은,
θ4=tan-1(gx/gy) … (1)
로 구해진다.
가속도 검출부(202)의 좌표축(206)과 각속도 검출부(204)의 좌표축(208)은 실질적으로 평행일 경우, 식 (1)에서 구해지는 제4 각도(θ4)는, 중력 방향에 대한 각속도 검출부(204)의 좌표축(208)의 어긋남에 대응하는 각도, 즉 도 3의 떨림 검출 소자(200A)의 좌표축의 방향과 중력 방향의 어긋남에 대응하는 제1 각도(θ1)와 다름없다.
이어서, 도 6의 (a), (b)를 참조하여, 차트(600)의 조정에 대해서 설명한다. 도 6의 (a), (b)는 차트가 중력 방향에 대하여 기울어진 상태를 도시하는 도면이다. 차트(600)에서의 패턴(610)의 방향은 중력 방향(연직 방향)에 대하여 기울어져 있을 가능성이 있다. 그 경우에는, 도 6의 (a)와 같이, 차트(600) 전체를 회전시켜, 패턴(610)의 방향과 중력 방향이 일치하도록 조정한다. 중력 방향은 추를 늘어뜨린 실의 방향 등으로 판별할 수 있다. 패턴(610)의 수평선 방향으로 수준기를 맞춰도 된다. 차트의 조정은 장치의 세팅 시에 1회만 행하면 되므로, 시간을 들여서라도 맞추면 되지만, 아무리 해도 완전히 맞춰지지 않는 경우에는, 도 6의 (b)와 같이, 패턴(610)의 방향과 중력 방향의 어긋남 각(제3 각도)(θ3)을 측정하여, 카메라 모듈의 어긋남 각의 계산 시에 보정해도 된다. 본 실시예에서는, 엄밀한 위치 정렬의 결과, 패턴(610)의 방향과 중력 방향의 어긋남은 없는 것으로 한다(θ3=0).
이어서, 도 7을 참조하여, 카메라 모듈(300)의 화소축(350)의 방향과 차트(600)의 패턴(610)의 방향의 어긋남 각에 대해서 설명한다. 도 7은, 차트의 소정 패턴이, 화상 상에서 화소축의 방향에 대하여 기울어져 있는 상태를 도시하는 도면이다.
카메라 모듈(300)에서 차트(600)의 패턴(610)을 촬상한다. 카메라 모듈(300)의 전자 기기(150)에 대한 설치 방향이 기울어져 있는 경우, 촬상된 패턴(610)의 화상(패턴상)(352)은 화소축(350)에 대하여 기울어져버린다. 이 기울기 각을 θ2라 한다. θ2는, 패턴상(352)을 따라 가로 방향의 픽셀수(Δx)와 세로 방향의 픽셀수(Δy)의 비를 카운트함으로써 구할 수 있다. 또한, 픽셀의 밀도는, 도 7에 도시하는 격자보다도 훨씬 높다.
θ2=tan-1(Δx/Δy)
도 7은 화소축 기준으로 그려져 있기 때문에, 화소축(350)에 대하여 패턴상(352)이 좌측으로 회전한 것으로 된다. 중력축 기준으로 고려한 경우에는, 패턴(610)의 방향이 중력과 일치하고 있기 때문에, 화소축(350)이 우측으로 회전해서 기울어진 것으로 된다.
도 6의 (a)와 같이, 차트(600)의 패턴(610)의 방향이 중력 방향과 일치(θ3=0)하고 있는 것으로 보고, 도 5와 도 7의 측정 결과로부터, 카메라 모듈(300)의 화소축(350)에 대한 자이로 센서의 각속도 검출부(204)의 좌표축(208)의 기울기(Δθ)는,
Δθ=θ1+θ2 … (2)
로 부여된다. θ1, θ2 등의 정부는, 기울기의 방향 등을 고려해서 정해야 하는 것은 물론이다.
식 (2)의 기울기(Δθ)를, 전자 기기(150)의 실제 동작 중에 있어서, 떨림 검출 소자(200A)(각속도 검출부(204))의 검출 신호(각속도 신호)를 보정하기 위한 파라미터로 유지해도 된다.
전자 기기(150)의 실제 동작 중에 있어서의, 기울기(Δθ)의 영향의 보정에 대해서 설명한다. 도 8은, 화소와 자이로 센서(204)의 기울기 관계를 도시하는 도면이다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 화소축(350)에 대하여, 자이로 센서(204)의 좌표축(208)(=가속도 센서(202)의 좌표축(206))의 기울기를 Δθ라 하고, 자이로 센서(204)의 각속도 검출축 방향의 출력값을 Gx, Gy라 한다. 이때, Gx, Gy를 화소축 방향으로 벡터 분배하면, 그때의 값 Px, Py는,
Px=Gx cosΔθ-GysinΔθ … (3)
Py=Gx sinΔθ+GycosΔθ … (4)
로 구해진다. 이와 같이 하여, 화소축의 방향으로 작용하는 각속도 검출 신호의 성분이 얻어진다. 이 경우도, 기울기(Δθ)나 Gx, Gy의 방향에 따라 이들의 정부를 정할 필요가 있다.
또한, 상기와 같은 삼각 함수의 연산이 CPU나 DSP의 처리 능력상, 문제가 될 경우에는, θ≒0이라는 가정 하에,
cosθ≒1-θ2/2 … (5)
sinθ≒θ … (6)
의 근사식을 사용해서 계산해도 상관없다.
화소축의 방향과 자이로 센서의 각속도 검출축의 방향이 기울어져 있을 경우의 각속도 검출 신호의 캘리브레이션 방법은 이상과 같다. 도 9는, 실시 형태에 관한 캘리브레이션의 흐름도이다.
처리 S101은, 필수적인 프로세스는 아니지만, 미리 카메라 모듈의 화소축 방향과 홀 소자(위치 검출 소자)의 검출축 방향의 어긋남의 영향을 없애도록 홀 검출 신호를 보정해 두는 것이 바람직하다. 어긋남이 없으면 보정할 필요가 없으며, 홀 소자 등의 위치 검출 소자를 탑재하고 있지 않은 카메라 모듈이라면, 처리 S101을 적용하지 않고 캘리브레이션을 실행해도 상관없다.
처리 S102에서는, 도 4에 도시한 바와 같이 스마트폰과 같은 전자 기기(150)에 카메라 모듈(300)과 자이로 센서, 가속도 센서를 포함하는 중력·떨림 검출 소자(200)를 실장한다. 여기서, 이것들을 적당히 실장하는 것이 아니라, 적어도 식 (5)나 식 (6)의 근사식을 사용할 수 있을 정도의 어긋남 각으로 억제되도록 실장하는 것이 바람직하다.
처리 S103에서는, 예를 들어 십자 패턴과 같이 방향성을 알 수 있는 패턴을 설치한 차트를 준비하고, 패턴의 방향(십자 패턴의 세로선의 방향 등)이 중력 방향에 일치하도록, 차트의 설치 각도를 조정한다. 이 조정은 개체마다 행할 필요는 없으며, 생산 장치로서의 초기 조정이므로, 시간을 들여서라도 최대한 고정밀도로 조정해 두는 것이 바람직하다. 아무리 해도 완벽하게 할 수 없을 경우에는, 어긋남 각을 계측해 두고, 후의 화소축과 중력 방향의 어긋남 각 계측 시에 고려해서 보정해도 된다.
처리 S104에서는, 일체화된 가속도 센서와 자이로 센서 중, 가속도 센서를 사용해서 중력 방향을 검출한다. 가속도 검출축과 중력 방향이 어긋나 있는 경우에는, 2개의 축에 분배되어 중력이 검출되므로, 그것들의 비를 사용해서 중력 방향을 판별할 수 있다.
처리 S105에서는, 가속도 센서의 좌표축=자이로 센서의 좌표축으로 보고, 처리 4에서 측정한 중력 방향에 의해, 자이로 센서의 좌표축과 중력 방향의 어긋남 각(θ1)을 산출한다.
처리 S106에서는, 차트의 십자 패턴을 카메라 모듈로 촬상하고, 화상 상의 십자 패턴의 방향과 화소의 배열의 방향의 어긋남 각(θ2)을 산출한다.
처리 S107에서는, θ1과 θ2를 사용하여, 촬상 소자의 화소축의 방향에 대한 자이로 센서의 각속도 검출축의 방향의 기울기 각(Δθ)을 산출한다. 이에 의해, 중력 방향을 매개로 해서, 카메라 모듈의 화소축과 자이로 센서의 각속도 검출축의 어긋남 각을 산출할 수 있다.
처리 S108에서는, Δθ에 기초해서, 자이로 센서의 각속도 검출 신호를 보정한다. 이상으로, 화소축과 각속도 검출축의 사이의 어긋남에 대한 캘리브레이션이 완료된다.
<촬상 장치>
계속해서, 실시 형태에 관한 촬상 장치에 대해서, 도 10 내지 도 12를 사용해서 설명한다.
우선은, 촬상 장치의 일례인 카메라 모듈의 구성예에 대해서, 도 10을 참조하여 설명한다. 도 10은, 실시 형태에 관한 카메라 모듈의 시스템 구성예를 도시하는 블록도이다.
카메라 모듈(300)은, 촬상 소자(302), 렌즈(304), 프로세서(306) 및 렌즈 제어 장치(400)를 구비한다. 또한, 자이로 센서(308)로부터의 신호가 렌즈 제어 장치(400)에 입력된다. 자이로 센서(308)는 카메라 모듈의 외부에 설치된다. 자이로 센서(308)로부터의 신호는, 상술한 식 (3), (4)의 처리에 기초해서, 화소축 기준으로 캘리브레이션되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 식 (3), (4)에 기초하는 보정은, 액추에이터 드라이버 IC(500)의 내부(예를 들어 도 12의 자이로 DSP(550))에 의해 실행해도 된다.
렌즈(304)는, 촬상 소자(302)에 입사하는 광의 광축 상에 배치된다. 렌즈 제어 장치(400)는, 프로세서(306)로부터의 위치 명령값(타깃 코드라고도 칭함)(PREF)에 기초해서, 렌즈(304)를 광축 방향으로 위치 결정한다. 또한, 렌즈 제어 장치(400)는, 자이로 센서(308)로부터의 출력(각도 어긋남에 따라서 보정된 출력)(G)에 기초해서 위치 명령값(타깃 코드)(PREF)을 생성하고, 위치 명령값(PREF)에 기초해서 렌즈(304)를 위치 결정한다.
렌즈 제어 장치(400)는, 액추에이터(402)와, 액추에이터 드라이버 IC(Integrated Circuit)(500)를 구비한다. 액추에이터(402)는, 렌즈(304)를 광축 방향(Z축 방향)으로 변위시키는 AF 액추에이터부(402A)와, AF 액추에이터부를 광축에 수직인 2개의 방향(X축 방향, Y축 방향)으로 독립적으로 변위시키는 OIS 액추에이터부(402B)를 포함한다. AF 액추에이터부(402A) 및 OIS 액추에이터부(402B)는, 카메라 모듈(300)에 내장되어 있다. 프로세서(306)는, AF 동작에 있어서, 촬상 소자(302)가 촬상한 화상의 콘트라스트가 높아지도록, 위치 명령값(PREF)을 생성한다(콘트라스트 AF). 또는 촬상 소자(302)의 외부에 설치되고, 또는 촬상면에 매립된 AF 센서로부터의 출력에 기초해서, 위치 명령값(PREF)이 생성되어도 된다(위상차 AF). OIS에 대해서는 자이로 센서(308)로부터의 출력(G)을 액추에이터 드라이버 IC(500)에 입력하여, 위치 명령값(PREF)을 생성한다.
액추에이터(402)는, 예를 들어 보이스 코일 모터이며, 렌즈(304)는 홀더(310)에 탑재되고, Z축 방향 가동으로 지지되어 있다. 홀더(310)에는 AF 코일(312)이 권회되어 있고, AF 코일(312)에 대향해서 AF 영구 자석(314)이 배치되어 있다. 도시는 하지 않지만, AF 영구 자석(314)에 접해서 AF 요크를 설치해도 된다. AF 코일(312)에 통전함으로써, AF 영구 자석(314)과의 자기적 상호 작용에 의해 렌즈(304)와 홀더(310)는 일체적으로 Z축 방향으로 구동된다. 홀더(310)에는 위치 검출용 영구 자석(316)이 고정되어 있고, 이것에 대향해서 AF 방향으로는 움직이지 않는 고정부에 홀 소자(318)가 배치되어, 영구 자석(316)과 홀 소자(318)의 상대 변위에 의해 AF 방향의 위치 검출이 가능하게 된다.
한편, AF 액추에이터부 전체가 가동부가 되어, XY 방향 가동으로 지지되어 있다. AF 영구 자석(314)에 대향해서 고정부에는 OIS 코일(320)과 홀 소자(322)가 고정되어 있다. AF 영구 자석(314)과 OIS 코일(320)이, OIS 액추에이터부(403)를 형성하고 있고, 그것들의 자기적 상호 작용에 의해 AF 액추에이터부(OIS 가동부)는 XY 방향으로 구동된다. 또한, AF 영구 자석(314)과 홀 소자(322)의 상대 변위에 의해 OIS 방향의 위치 검출이 가능하게 된다.
이와 같이, 영구 자석과 홀 소자의 조합에 의해 위치 검출 소자(404)가 형성된다. 위치 검출 소자(404)는, 렌즈(304)의 현재의 위치에 따른 전기 신호(이하, 위치 검출 신호(PFB)라고 함)를 생성하고, 위치 검출 신호(PFB)는, 액추에이터 드라이버 IC(500)에 피드백된다. 홀 소자(318, 322)를 이용하여, 온도 검출을 행하는 온도 검출 수단(406)을 형성해도 된다. 온도 검출 수단(406)은, 온도 검출 신호(T)를 액추에이터 드라이버 IC에 제공한다. 이에 의해, 액추에이터 내부의 온도를 검출할 수 있으므로, 위치 검출 신호의 온도 보정 등에 이용할 수 있다.
액추에이터 드라이버 IC(500)는, 하나의 반도체 기판에 집적화된 기능 IC이다. 여기에서의 「집적화」란, 회로의 구성 요소 모두가 반도체 기판 상에 형성되는 경우나, 회로의 주요 구성 요소가 일체 집적화되는 경우가 포함되고, 회로 상수의 조절용으로 일부의 저항이나 캐패시터 등이 반도체 기판의 외부에 설치되어 있어도 된다. 회로를 1개의 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(PFB)가, 위치 명령값(PREF)과 일치하도록, OIS 액추에이터부(403)를 피드백 제어한다.
프로세서(306)로부터의 정보에 의해, 소정 패턴의 촬상 화상에서의 거리나 변위량 등의 화소 변위 정보가 얻어진다. 즉, 화소 정보에 기초해서 화소 변위 검출 수단(408)은 화소 변위 정보(PD)를 액추에이터 드라이버 IC에 제공한다.
이어서, 화소축에 대한 위치 검출축의 기울기의 보정에 대해서, 도 11의 (a), (b)를 참조하여 설명한다. 도 11의 (a), (b)는 촬상 장치에서의 카메라 모듈의 화소축과 위치 검출축의 어긋남 각을 설명하는 도면이다. 홀 검출 신호를 피드백해서 서보를 적용한 상태에서, x 방향의 홀 신호에 오프셋을 부여하면, x 방향의 홀 검출축의 방향으로 렌즈는 변위한다. y 방향의 홀 신호에는 오프셋을 부여하지 않는다. 이때의 화소 상의 패턴의 움직임을 관찰함으로써 도 11의 (a)의 결과를 얻을 수 있다. 도 11의 (b)의 결과도 마찬가지의 방법으로 얻을 수 있다.
이들의 관계가 직선적으로 변화하고 있다고 보고, 어떤 위치 검출값(Hx0)에서의 x 방향, y 방향의 상의 이동량을 ax, ay로 한다. 이때의 ay와 ax의 비가 화소축과 위치 검출축의 기울기를 나타내고 있고, 비례 상수를 Cx로 해서,
ay=Cx·ax … (7)
로 나타낸다.
마찬가지로, 도 11의 (b)와 같이, x 방향의 홀 소자의 위치 검출 신호가 거의 변화하지 않는 방향으로 구동한 경우, 어떤 위치 검출값(Hy0)에서의 x 방향, y 방향의 상의 이동량을 bx, by로 한다. 이때의 bx와 by의 비가 화소축과 위치 검출축의 기울기를 나타내고 있고, 비례 상수를 Cy로 해서,
bx=Cy·by … (8)
로 나타낸다. 또한, Cx, Cy가 부호를 포함한 기울기를 나타내고 있다.
또한, x 방향, y 방향 각각의 홀 소자의 위치 검출 감도를 Sx, Sy라 하고, 각각의 비를 α, β로 해서 하기와 같이 나타낸다.
α=Sy/Sx … (9)
β=Sx/Sy … (10)
이상으로부터, 위치 검출축 상의 변위 X, Y에 대하여 검출되는 위치 검출 신호를 Hx, Hy라 하고, 보정 후의 홀 소자의 위치 검출 신호를 각각 Hx', Hy'라 하면,
Hx'=Hx-Sx·Cy·Y=Hx-β·Cy·Hy … (11)
Hy'=Hy-Sy·Cx·X=Hy-α·Cx·Hx … (12)
이 된다. 비례 상수 Cx, Cy를 실측하고, 각 축의 홀 소자의 위치 검출 감도의 비(α, β)를 계산해 둠으로써, 보정 후의 위치 검출 신호(Hx', Hy')가 얻어진다.
또한, 홀 소자의 위치 검출 감도(Sx, Sy)를 구할 때, 실제의 변위 정보가 필요한데, 이것에는 화소 변위 검출 수단(408)으로부터의 정보를 이용하면 된다. 화소 변위 검출 수단(408)으로부터의 정보는, 렌즈의 변위 정보 그 자체는 아니지만, 상기와 같이 Sx와 Sy의 비를 계산에 사용하므로, 화소 변위 검출 수단(408)으로부터의 정보를 렌즈의 변위 정보로 해도 상관없다.
계속해서 렌즈 제어 장치(400)의 구체적인 구성예에 대해서, 도 12를 참조하여 설명한다.
도 12는, 실시 형태에 관한 액추에이터 드라이버 IC의 구성을 도시하는 도면이다. 도 12에는, X축용 및 Y축용의 회로 블록이 도시되고, 오토 포커스용에 대해서는 생략된다. X축, Y축에 대해서는 마찬가지로 구성되기 때문에, 특별히 필요가 없는 한, 그것들을 구별하지 않고 공통으로 설명한다.
위치 검출 소자(404)는 홀 소자(322X, 322Y)이며, 액추에이터(402)의 가동부의 변위에 따른 홀 전압(V+, V-)을 발생하여, 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(PFB)을 생성한다. 위치 검출부(510)는, 홀 전압을 증폭하는 홀 앰프(512)와, 홀 앰프(512)의 출력을 디지털값의 위치 검출값(PFB)으로 변환하는 A/D 컨버터(514)를 포함한다.
온도 검출부(520)는, 온도를 나타내는 온도 검출값(T)을 생성한다. 위치 검출 소자(404)인 홀 소자(322X, 322Y)(이하, 322라고 총칭함)를, 온도 검출 소자(406)로서도 이용한다. 이것은, 홀 소자(322)의 내부 저항(r)이 온도 의존성을 갖는 것을 이용한 것이다. 온도 검출부(520)는, 홀 소자(322)의 내부 저항(r)을 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(322)에 소정의 바이어스 전류(IBIAS)를 공급한다. 이 바이어스 전류(IBIAS)는, 홀 소자(322)를 동작시키기 위해서 필요한 전원 신호이며, 따라서 정전류 회로(522)는, 홀 바이어스 회로로서 파악할 수 있다.
홀 소자(322)의 양단간에는, 전압 강하(IBIAS×r)가 발생한다. 이 전압 강하는, 홀 바이어스 핀(HB)에 입력된다. A/D 컨버터(524)는, HB핀의 전압(VHB)(=IBIAS×r)을 디지털값(T)으로 변환한다. 바이어스 전류(IBIAS)는 기지로 일정하므로, 디지털값(T)은 내부 저항(r)에 비례하는 신호이며, 따라서, 홀 소자(322)의 온도의 정보를 포함하고 있다. 내부 저항(r)과 온도의 관계는 사전에 측정하여, 함수화하거나, 또는 테이블화되어 있고, 후단의 보정부(530)에 있어서, 디지털값(T)이 온도 정보로 변환된다.
인터페이스 회로(540)는, 떨림 검출 소자(308)인 자이로 센서로부터 피치 각속도(ωP), 요 각속도(ωY)를 수신한다. 예를 들어 인터페이스 회로(540)는, I2C(Inter IC) 등의 시리얼 인터페이스이어도 된다. 자이로 DSP(550)는 인터페이스 회로(540)가 수신한 각속도 신호(ωP, ωY)를 적분하여, 위치 명령값(PREF)을 생성한다. 피치 각속도(ωP), 요 각속도(ωY)는, 화소축의 방향에 맞춰서 벡터 분배되어 보정된 값인 것이 바람직하다. 화소축의 방향에 맞춰서 자이로 신호를 보정하는 처리 회로 내에서 위치 명령값(PREF)까지 생성해도 된다.
보정부(530)는, 위치 검출부(510)로부터의 위치 검출값(PFB)을 보정한다. 구체적으로는, 보정부(530)는, 선형 보상부(532), 온도 보상부(534), 메모리(536)를 포함한다. 온도 보상부(534)는, 위치 검출값(PFB)과 실제의 변위의 관계에 대하여, 온도 변화에 따라 관계가 변화하는 것을 보정한다. 선형 보상부(532)는, 위치 검출값(PFB)과 실제의 변위의 관계의 직선성을 보정한다. 메모리(536)에는, 보정에 필요한 각종 파라미터나 함수 등이 저장된다. 메모리(536)는, ROM이나 플래시 메모리 등의 불휘발성 메모리여도 되고, 회로의 기동 때마다 외부의 ROM으로부터 공급되는 데이터를 일시적으로 유지하는 휘발성 메모리여도 된다.
크로스 토크 보상부(538)는, 2개의 승산기(539X, 539Y)로 표현된다. 각 앰프(539)는, 식 (11), (12)에 따라서, 한쪽의 홀 검출 신호에 대하여 부호를 포함한 소정의 계수를 곱하고, 다른 쪽의 홀 검출 신호에 더해서, 크로스 토크 보상을 행한다.
컨트롤러(560)는, 위치 명령값(PREF)과, 크로스 토크 보정 후의 위치 검출값(Hx', Hy')을 받는다. 컨트롤러(560)는, 위치 검출값(Hx', Hy')이 위치 명령값(PREF)과 일치하도록, 제어 명령값(SREF)을 생성한다. 액추에이터(402)가 보이스 코일 모터일 경우, 제어 명령값(SREF)은 보이스 코일 모터에 공급해야 할 구동 전류의 명령값이다. 컨트롤러(560)는, 예를 들어 오차 검출기(562)와 PID 제어기(564)를 포함한다. 오차 검출기(562)는, 위치 검출값(Hx', Hy')과 위치 명령값(PREF)의 차분(오차)(ΔP)을 생성한다. PID 제어기(564)는, PID(비례·적분·미분) 연산에 의해 제어 명령값(SREF)을 생성한다. PID 제어기(564) 대신에, PI 제어기를 사용해도 되고, 비선형 제어를 채용해도 된다. PID 제어기(564)의 후단에는, 소정의 계수를 승산하는 게인 회로(566)가 설치되어도 된다. 드라이버부(570)는, 제어 명령값(SREF)에 따른 구동 전류를 액추에이터(402)에 공급한다.
<게인 캘리브레이션>
이상에서는, 좌표축의 방향의 어긋남을 보정하는 캘리브레이션에 대해서 설명하였다. 즉, 중력 방향을 매개로 해서, 떨림 검출 소자의 좌표축과 카메라 모듈에서의 화소축의 어긋남 각을 보정하는 캘리브레이션 방법에 대해서 설명하고, 나아가 화소축과 액추에이터의 위치 검출축의 어긋남 각을 보정하는 캘리브레이션 방법에 대해서도 설명하였다. 이에 의해, 서로 다른 검출 수단을 사용한 경우의 좌표축의 방향의 어긋남이 보정되는데(크로스 토크 보정), 나아가 서로 다른 검출 수단의 검출 신호의 크기에 관한 캘리브레이션(게인 캘리브레이션)도 실시되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 떨림 검출 소자에 의해 검출되는 떨림 각을 보정하기 위해서 필요한 렌즈의 변위량이 어느 정도이고, 그때의 위치 검출 신호의 변화가 얼마나 되는지의 계수를 구하는 캘리브레이션이다. 물론, 이것도 가진 없이 행하는 것이 바람직하다.
가진 없이 행하는 떨림 각과 렌즈 변위의 게인 캘리브레이션에 대해서, 도 13 및 도 14를 사용해서 설명한다. 도 13은, 게인 캘리브레이션에 사용되는 차트의 패턴의 일례를 도시하는 도면이다. 도 14는, 게인 캘리브레이션에 사용되는 화소 상의 변위와 홀 신호 출력의 관계를 도시하는 도면이다.
손 떨림 보정에서는, 떨림 각에 따라서 렌즈를 시프트시킨다. 떨림 각에 대한 최적의 렌즈 변위량에는 개체 변동이 있고, 이 관계를 개체마다 조정하는 게인 캘리브레이션이 필요하다. 렌즈의 변위량은 위치 검출 신호로 관리하므로, 여기서의 캘리브레이션으로는, 각도 변화에 대한 위치 검출 신호의 변화의 비율을 나타내는 계수를 구하게 된다.
먼저, 도 13에 도시한 바와 같은 4점의 도트 패턴을 갖는 차트(630)를 준비한다. 상술한 바와 같은 십자 패턴이어도 되지만, 도트 패턴쪽이 2점간의 거리를 산출하기 쉽다. 차트(630) 상에서의, 예를 들어 상하의 2점간의 거리(Y)는, 미리 실측해 둔다. 또한, 카메라 모듈로부터 차트까지의 초점 거리(L)를 측정하면, 카메라 모듈에서 본 상기 2점의 시야각(θ)이,
θ=tan-1(Y/L) … (13)
에 의해 구해진다. θ의 단위는 무차원수인 rad이다.
이어서, 이 차트(630)를 촬상하여, 화상 상의 2점간의 거리를 픽셀수(Ypix)로서 구한다. 따라서, 차트(630) 상의 2점을 기준으로 해서, 화상 상의 픽셀수(Ypix)와 시야각(θ)의 비(a)를 계산할 수 있다. 즉,
a=Ypix/θ … (14)
이어서, 액추에이터에 의해 렌즈를 변위시키고, 그때의 도트 패턴의 화소 상의 변위(픽셀수)와 위치 검출 신호 변화의 관계를 구한다. 도 14가 그 결과이며, 각 측정점을 직선 근사함으로써 그 기울기(b)[V/ 픽셀]를 구한다.
이상의 관계를 사용하여, 임의의 떨림 각(x)[rad]에 대한 최적의 위치 검출 신호의 변화(y)[V]는,
y=a·b·x … (15)
에 의해 구할 수 있다. 이것이 떨림 각과 렌즈의 변위(위치 검출 신호)의 관계이다.
상기 관계를 구할 때 가진은 행하지 않았다. 즉, 가진 없이 게인 캘리브레이션을 실행할 수 있으므로, 제조 공정 내에서 가진하는 수고가 필요없어지고, 또한 자이로 센서가 카메라 모듈 내에 포함되지 않는 구성의 경우에도, 카메라 모듈 단체로 게인 캘리브레이션이 가능하게 된다. 또한, 자이로 검출 신호와 떨림 각의 관계에 대해서는, 자이로 센서의 개체 변동을 포함하게 되는데, 이것은 가진하지 않는 한 정확한 값을 구할 수는 없기 때문에, 가진 없는 조건하에서는 표준적인 실력값을 사용하면 된다. 통상, 자이로 센서의 감도의 변동은, 사양 값에 비해서 실력은 충분히 작다. 이상이 게인 캘리브레이션의 일례가 된다.
이상과 같은 촬상 장치는, 스마트폰 등의 전자 기기 등에 사용된다. 특히, 본 발명의 촬상 장치의 적합한 응용의 하나는, 광학 손떨림 보정(OIS) 기능을 구비한 촬상 장치이며, 특히 카메라 모듈 내에 자이로 센서가 배치되지 않는 구성에서 유효해진다. 본 발명을 이용함으로써, 가진 없이 떨림 검출 신호의 캘리브레이션이 가능함과 함께, 카메라 모듈과 떨림 검출 소자에서 공통의 기준을 마련하여 개별로 캘리브레이션을 행함으로써, 일체화되지 않은 상태에서도 캘리브레이션을 가능하게 하여, 고정밀도의 손 떨림 보정이 가능한 촬상 장치를 실현할 수 있다.
100 : 촬상 장치 150 : 전자 기기
200 :중력·떨림 검출 소자 202 : 가속도 검출부
204 : 각속도 검출부 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 수단
408 : 화소 변위 검출 수단 500 : 액추에이터 드라이버 IC
510 : 위치 검출부 520 : 온도 검출부
530 : 보정부 540 : 인터페이스 회로
550 : 자이로 DSP 560 : 컨트롤러
570 : 드라이버부 600, 630 : 차트
200 :중력·떨림 검출 소자 202 : 가속도 검출부
204 : 각속도 검출부 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 수단
408 : 화소 변위 검출 수단 500 : 액추에이터 드라이버 IC
510 : 위치 검출부 520 : 온도 검출부
530 : 보정부 540 : 인터페이스 회로
550 : 자이로 DSP 560 : 컨트롤러
570 : 드라이버부 600, 630 : 차트
Claims (11)
- 촬상 장치의 캘리브레이션 방법으로서,
상기 촬상 장치는,
촬상 소자 및 상기 촬상 소자에의 입사광로 상에 설치된 렌즈를 포함하는 카메라 모듈과,
상기 촬상 장치에 작용하는 떨림양을 검출하는 떨림 검출 소자와,
상기 촬상 장치에 작용하는 중력의 방향을 판정하는 중력 검출 소자를 포함하고,
상기 캘리브레이션 방법은,
상기 중력의 방향에 대한 상기 떨림 검출 소자의 좌표축의 방향의 어긋남에 대응하는 제1 각도를 검출하는 단계 - 상기 제1 각도를 검출하는 단계는, 상기 중력 검출 소자의 좌표축의 방향과 중력 방향의 어긋남에 대응하는 제4 각도를 검출하는 단계를 포함하고, 상기 떨림 검출 소자의 좌표축의 방향과, 상기 중력 검출 소자의 좌표축의 방향이 평행인 것으로 하고, 상기 제4 각도를, 상기 제1 각도로 함 -와,
상기 중력의 방향에 대한 상기 카메라 모듈의 방향의 어긋남에 대응하는 제2 각도를 검출하는 단계와,
상기 제1 각도 및 상기 제2 각도에 기초하여, 상기 떨림 검출 소자의 검출 신호를 보정하기 위한 파라미터를 취득하는 단계를 포함하는
캘리브레이션 방법. - 촬상 장치의 캘리브레이션 방법으로서,
상기 촬상 장치는,
촬상 소자 및 상기 촬상 소자에의 입사광로 상에 설치된 렌즈를 포함하는 카메라 모듈과,
상기 촬상 장치에 작용하는 떨림양을 검출하는 떨림 검출 소자와,
상기 촬상 장치에 작용하는 중력의 방향을 판정하는 중력 검출 소자를 포함하고,
상기 캘리브레이션 방법은,
상기 중력의 방향에 대한 상기 떨림 검출 소자의 좌표축의 방향의 어긋남에 대응하는 제1 각도를 검출하는 단계 - 상기 제1 각도를 검출하는 단계는, 상기 중력 검출 소자의 좌표축의 방향과 중력 방향의 어긋남에 대응하는 제4 각도를 검출하는 단계를 포함하고, 상기 떨림 검출 소자의 좌표축의 방향과, 상기 중력 검출 소자의 좌표축의 방향이 평행인 것으로 하고, 상기 제4 각도를, 상기 제1 각도로 함 -와,
상기 중력의 방향에 대한 상기 카메라 모듈의 방향의 어긋남에 대응하는 제2 각도를 검출하는 단계와,
상기 제1 각도 및 상기 제2 각도에 기초하여, 상기 떨림 검출 소자의 검출 신호를 보정하기 위한 파라미터를 취득하는 단계를 포함하고,
떨림 각(x)을 보정하기 위해서 필요한 위치 검출 신호의 변화(y)는,
y=a·b·x이며,
상기 a는 화소 상의 픽셀수와 떨림 각의 비이고,
상기 b는 위치 검출 신호 출력과 화소 상의 픽셀수 사이의 직선 근사 기울기인,
캘리브레이션 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 각도를 검출하는 단계는,
소정 패턴을 갖는 차트를 상기 촬상 소자로 촬상하는 단계와,
촬상 화상에서의 상기 소정 패턴의 방향과 화소축의 방향의 어긋남에 기초하여, 상기 제2 각도를 취득하는 단계를 포함하는
캘리브레이션 방법. - 제3항에 있어서,
상기 제2 각도를 검출하는 단계는, 상기 차트의 상기 소정 패턴의 방향을 상기 중력의 방향에 맞춰서 미리 조정하는 단계를 더 포함하는
캘리브레이션 방법. - 제3항에 있어서,
상기 제2 각도를 검출하는 단계는,
상기 차트의 상기 소정 패턴의 방향과 중력 방향의 어긋남에 대응하는 제3 각도를 미리 검출하는 단계를 더 포함하고,
상기 제3 각도를 상기 제2 각도의 검출에 이용하는
캘리브레이션 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
게인 캘리브레이션을 실시하는 단계를 더 포함하고,
상기 게인 캘리브레이션은,
길이 또는 거리가 기지인 2점을 포함하는 소정 패턴을 갖는 차트를 촬상하는 단계와,
상기 카메라 모듈로부터 상기 2점을 바라보는 시야각을 취득하는 단계와,
촬상 화상 상의 상기 2점의 사이의 거리를, 픽셀수로서 취득하는 단계와,
상기 렌즈를 변위시켜, 위치 검출 신호의 변화와, 패턴의 화소 상의 변위를 픽셀수를 단위로서 취득하는 단계를 포함하는
캘리브레이션 방법. - 촬상 장치에 있어서,
촬상 소자 및 상기 촬상 소자에의 입사광로 상에 설치된 렌즈를 포함하는 카메라 모듈과,
상기 촬상 장치에 작용하는 떨림양을 검출하는 떨림 검출 소자와,
상기 촬상 장치에 작용하는 중력의 방향을 판정하는 중력 검출 소자,
를 포함하고,
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 캘리브레이션 방법에 의해 캘리브레이션이 이루어지는
촬상 장치. - 제7항에 있어서,
상기 떨림 검출 소자와 상기 중력 검출 소자는 일체적으로 패키징되어 있는
촬상 장치. - 제8항에 있어서,
상기 떨림 검출 소자의 떨림 검출부와 상기 중력 검출 소자의 중력 방향 검출부가 동일한 프로세스로 제작되어 있는
촬상 장치. - 제7항에 있어서,
상기 중력 검출 소자는 적어도 2축 방향의 가속도를 검출할 수 있는 가속도 센서인
촬상 장치. - 제7항에 있어서,
상기 카메라 모듈은,
상기 렌즈를 광축에 수직인 방향으로 변위시키는 액추에이터와,
상기 광축에 수직인 방향의 상기 렌즈의 변위를 검출하는 위치 검출 소자,
를 더 포함하고,
상기 촬상 소자의 화소축의 방향에 대한 상기 위치 검출 소자의 검출 방향의 어긋남의 영향을 없애도록, 상기 위치 검출 소자의 위치 검출 신호가 보정되는
촬상 장치.
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