(57)【要約】【課題】センタリング動作に起因する画像のシフトを抑制する。【解決手段】撮像素子１００２は、撮像レンズ１００４を通過した像を撮像する。ブレ検出手段１０１２は、ブレを検出する。アクチュエータ１００６は、撮像レンズ１００４を位置決めする。アクチュエータドライバ１１００は、ブレ検出手段１０１２からのブレ検出信号Ｓ１に応じてアクチュエータ１００６を制御する。撮像装置１０００は、撮像レンズ１００４の位置を強制的に変化させる際に生じる像のシフトを、撮像レンズ１００４の位置の強制的な変化量に応じた撮像素子の有効画素領域のシフトによって補正する。【選択図】図１
2018180101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像レンズと、
前記撮像レンズを通過した像を撮像する撮像素子と、
ブレを検出するブレ検出手段と、
前記撮像レンズを位置決めするアクチュエータと、
前記ブレ検出手段からのブレ検出信号に応じて前記アクチュエータを制御するアクチュエータドライバと、
を備え、
前記撮像レンズの位置を強制的に変化させる際に生じる前記像のシフトを、前記撮像レンズの位置の強制的な変化量に応じた前記撮像素子の有効画素領域のシフトによって補正することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記アクチュエータへの駆動信号の変化量から、前記撮像レンズの位置の前記強制的な変化量を算出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮像レンズの位置を示す位置検出信号を生成する位置検出手段をさらに備え、
前記アクチュエータドライバは、前記位置検出信号にもとづいて前記撮像レンズの位置をフィードバック制御し、
前記位置検出信号のＤＣ成分の変化量から、前記撮像レンズの位置の前記強制的な変化量を算出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記ブレ検出信号のＤＣ成分の変化量から、前記撮像レンズの位置の前記強制的な変化量を算出することを特徴とする請求項２または３に記載の撮像装置。
【請求項５】
パン・チルト検出手段をさらに備え、パン・チルト動作だと判定された場合に、前記撮像レンズの位置を強制的に変化させることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
前記有効画素領域のシフトを徐々に解除することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】
前記有効画素領域のシフトの解除動作を、次に前記撮像レンズの位置を強制的に変化させるタイミングまでに行うことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
像ブレを補正するための撮像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であって、
前記撮像レンズの位置情報にもとづいて、レンズ位置のＤＣ成分を強制的に変化させることができ、強制的に変化させた場合は、有効画素領域のシフトのための情報として、前記レンズ位置の強制的な変化量またはそれにもとづいた前記有効画素領域のシフト量を出力することを特徴とするアクチュエータドライバ。
【請求項９】
前記レンズの位置情報は、前記アクチュエータの駆動電流から得ることを特徴とする請求項８に記載のアクチュエータドライバ。
【請求項１０】
前記レンズの位置情報は、前記アクチュエータが備える位置検出手段からの位置検出信号から得ることを特徴とする請求項８に記載のアクチュエータドライバ。
【請求項１１】
ブレ検出手段からの角速度情報にもとづいてブレ角度を算出する演算部を備え、
前記ブレ角度のＤＣ成分を変化させることで前記レンズ位置を強制的に変化させることを特徴とする請求項９または１０に記載のアクチュエータドライバ。
【請求項１２】
パン・チルト検出手段を備え、
パン・チルト動作だと判定された場合に、前記レンズ位置のＤＣ成分を変化させることを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載のアクチュエータドライバ。
【請求項１３】
撮像素子によって、撮像レンズを通過した像を撮像するステップと、
ブレに応じて前記撮像レンズを変位させるステップと、
前記撮像レンズの位置を強制的に変化させるステップと、
前記撮像レンズの位置を変化させる直前の前記撮像レンズの位置情報を記憶するステップと、
変化させた後の前記撮像レンズの位置情報と、記憶した位置情報との差分を算出するステップと、
前記差分に応じて、前記撮像素子の有効画素領域をシフトするステップと、
を備えることを特徴とする撮像方法。
【請求項１４】
前記撮像レンズの位置情報は、前記撮像レンズを駆動するアクチュエータの駆動信号から得ることを特徴とする請求項１３に記載の撮像方法。
【請求項１５】
前記撮像レンズの位置情報を、前記撮像レンズを駆動するアクチュエータが備える位置検出手段が生成する位置検出信号から生成するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の撮像方法。
【請求項１６】
前記撮像素子の前記有効画素領域のシフトの後、前記有効画素領域を徐々に解除するステップをさらに有することを特徴とする請求項１３から１５のいずれかに記載の撮像方法。
【請求項１７】
前記有効画素領域のシフトの解除動作を、次に前記撮像レンズの位置を強制的に変化させるタイミングまでに行うことを特徴とする請求項１６に記載の撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータドライバ、およびこれを用いた撮像装置、ならびに撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）に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。このようなフィードバック制御を取り入れたＯＩＳ機能付きのカメラにおいては、ジャイロセンサで手ブレの角速度が検出され、これを積分することで角度ブレ量が計算されるとともに、レンズの位置を検出しながら、角度ブレ量に応じてレンズを変位させることで手ブレが補正される。
【０００３】
以上のように、角度ブレ量は角速度を積分することによって得られるため、積分によって生じるＤＣ成分が累積していくおそれがある。すなわち、手ブレ補正というＡＣ動作を繰り返している間にＤＣ成分が累積する訳で、ＤＣ成分が累積すると、フィードバック制御なのでレンズの位置もオフセットし、偏った側では十分な変位を与えることができなくなる。
【０００４】
特許文献１には、ＯＩＳの動作中に手ブレ補正の制限範囲を越えそうになった場合、センタリング動作を行って、レンズを所定の位置に戻すことが開示されている。また、特許文献２には、光学式と加算式の手ブレ補正を組み合わせた場合において、分割露光終了のタイミングでセンタリングを実施することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１５４２２６号公報
【特許文献２】特開２０１０−７８６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のように、累積した角度ブレ信号のＤＣ成分をリフレッシュし、ゼロレベルに戻した場合、それにともなってレンズの位置検出信号も初期状態に戻り、センタリングが実行されるが、これはレンズの位置が急激に動くことを意味しており、連続した動画の撮影時などは急激な画像の変化によって使用者が違和感をおぼえることになりかねない。使用者が違和感をおぼえない程度にゆっくりとセンタリングを行った場合、センタリングを行っている最中に可動範囲が足りなくなり、手ブレ補正が破綻する可能性がある。
【０００７】
特許文献２のように、光学式の手ブレ補正を実行しながら加算式の分割露光を行う場合において、レンズの位置が可動範囲の限界に近づいたら分割露光を終了して、センタリングを行うこととすると、センタリング前後の画像を比較して位置合わせのための画素シフト量を算出するため処理に時間がかかる。
【０００８】
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、センタリング動作に起因する画像のシフトを抑制可能な撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様は撮像装置に関する。撮像装置は、撮像レンズと、撮像レンズを通過した像を撮像する撮像素子と、ブレを検出するブレ検出手段と、撮像レンズを位置決めするアクチュエータと、ブレ検出手段からのブレ検出信号に応じてアクチュエータを制御するアクチュエータドライバと、を備える。撮像装置は、撮像レンズの位置を強制的に変化させる際に生じる像のシフトを、撮像レンズの位置の強制的なシフト量に応じた撮像素子の有効画素領域のシフトによって補正する。
【００１０】
この態様によると、所定の位置から撮像レンズの位置が偏った場合において、元の所定の位置に強制的に近づけようとしたときに、像のシフトに応じて、撮像素子の有効画素領域もシフトさせるので、使用者が見るモニター画面や記録された画像の上では急激な画像シフトが見えなくなり、使用者が実感することなくセンタリングを行うことができる。
【００１１】
撮像装置は、アクチュエータへの駆動信号の変化量から、撮像レンズの位置の強制的な変化量を算出してもよい。
撮像レンズの位置の変化量は、アクチュエータを駆動するための駆動信号の変化量と対応するから、適切な補正が可能となる。
【００１２】
撮像装置は、撮像レンズの位置を示す位置検出信号を生成する位置検出手段をさらに備えてもよい。アクチュエータドライバは、位置検出信号にもとづいて撮像レンズの位置をフィードバック制御してもよい。撮像装置は、位置検出信号のＤＣ成分の変化量から、撮像レンズの位置の強制的な変化量を算出してもよい。
位置検出信号のＤＣ成分の変化量を画素上の像の変位分に換算することで、有効画素領域のシフト量と方向を決定できる。
【００１３】
撮像装置は、ブレ検出信号のＤＣ成分の変化量から、撮像レンズの位置の強制的な変化量を算出してもよい。
ブレ検出信号のＤＣ成分の変化量を画素上の像の変位分に換算することで、有効画素領域のシフト量と方向を決定できる。
【００１４】
撮像装置は、パン・チルト検出手段をさらに備え、パン・チルト動作だと判定された場合に、撮像レンズの位置を強制的に変化させてもよい。
これにより、パン・チルトだと判定されるまでに蓄積されたレンズ位置のＤＣ成分をいち早く解消できるため、像のシフトを的確に補正することができる。
【００１５】
撮像装置は、有効画素領域のシフトを徐々に解除してもよい。
有効画素領域をシフトしたままでは次の有効画素領域のシフトのための画素の余裕がなくなるのに対して、ずらした画素を元に戻すので再び画素の余裕を生むことができ、かつ徐々に元に戻すので使用者は画像が動いていることをほとんど実感しなくてもよい。
【００１６】
撮像装置は、有効画素領域のシフトの解除動作を、次に撮像レンズの位置を強制的に変化させるタイミングまでに行ってもよい。
これにより、次に有効画素領域のシフトを行うときまでには、前回の有効画素領域の偏りが解除できるので、画素を有効活用でき、補正範囲を広くできる。
【００１７】
本発明の別の態様は、像ブレを補正するための撮像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に関する。アクチュエータドライバは、撮像レンズの位置情報にもとづいて、レンズ位置のＤＣ成分を強制的に変化させることができ、強制的に変化させた場合は、有効画素領域のシフトのための情報として、レンズ位置の強制的な変化量またはそれにもとづいた有効画素領域のシフト量を出力する。
【００１８】
これにより撮像素子あるいは撮像素子の出力を処理するプロセッサは、アクチュエータドライバからの情報にもとづいて、有効画素領域を適切に設定できる。
【００１９】
レンズの位置情報は、アクチュエータの駆動電流から得られてもよい。またレンズの位置情報は、アクチュエータが備える位置検出手段からの位置検出信号から得られてもよい。
【００２０】
アクチュエータドライバは、ブレ検出手段からの角速度情報にもとづいてブレ角度を算出する演算部を備え、ブレ角度のＤＣ成分を変化させることでレンズ位置を強制的に変化させてもよい。
【００２１】
アクチュエータドライバは、パン・チルト検出手段を備えてもよく、パン・チルト動作だと判定された場合に、レンズ位置のＤＣ成分を変化させてもよい。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、センタリング動作に起因する画像のシフトを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施の形態に係る手ブレ補正機能付きの撮像装置の基本構成を示す図である。
【図２】ＤＣ成分の累積を説明する図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、センタリング処理を説明する図である。
【図４】生データＧＤ１と画像データＧＤ２の関係を示す図である。
【図５】図１のカメラモジュールの動作波形図である。
【図６】アクチュエータドライバの構成を示すブロック図である。
【図７】撮像装置を示す図である。
【図８】レンズ制御装置の一部の具体的な構成を示すブロック図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｅ）は、センタリングと画像シフトによる像の動きを説明する図である。
【図１０】センタリングと画像シフトによる画像補正方法のプロセスを説明するフローチャートである。
【図１１】様々な実施形態におけるセンタリングのトリガやセンタリングによるレンズ変位量の算出方法の流れを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
図１は、実施の形態に係る手ブレ補正機能付きの撮像装置１０００の基本構成を示す図である。撮像装置１０００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に内蔵されるカメラモジュールである。図１には、手ブレ補正に関連するブロックのみが示され、オートフォーカスに関連するブロックは省略されている。
【００３１】
撮像装置１０００は、撮像素子１００２、撮像レンズ１００４、アクチュエータ１００６、アクチュエータドライバ１１００、位置検出素子１０１０、ブレ検出手段１０１２、画像処理用のプロセッサ１０１４を備える。
【００３２】
撮像レンズ１００４は、撮像素子１００２への入射光路上に設けられる。撮像レンズ１００４は、その光軸と垂直な面（撮像素子１００２に撮像面と平行な面）内で位置決め可能に支持されている。具体的には撮像レンズ１００４は、撮像素子１００２の１辺に沿った第１方向（Ｘ方向）と、それと垂直な第２方向（Ｙ方向）それぞれについて独立に位置決め可能となっている。
【００３３】
アクチュエータ１００６は、撮像レンズ１００４を位置決め可能に構成される。上述のように撮像レンズ１００４はＸ方向およびＹ方向に独立に位置決め可能であり、したがって、アクチュエータ１００６は、Ｘ軸用、Ｙ軸用の２つが設けられる。図１には理解の容易化のためＸ軸についてのみ示される。
【００３４】
ブレ検出手段１０１２はたとえばジャイロセンサであり、撮像装置１０００のブレを検出する。アクチュエータドライバ１１００は、ブレ検出手段１０１２が検出したブレ量を示すブレ検出信号Ｓ１を受け、ブレが相殺されるように、アクチュエータ１００６を制御する。具体的には、ヨー方向のブレ検出信号Ｓ１にもとづいて、撮像レンズ１００４のＸ軸方向を位置決めし、ピッチ方向のブレ検出信号Ｓ１にもとづいて、撮像レンズ１００４のＹ軸方向を位置決めする。
【００３５】
手振れ補正では、撮像レンズ１００４を正確に位置決めする必要があるため、フィードバック制御（クローズドループ制御）が採用される。位置検出素子１０１０は、たとえばホールセンサなどの磁気検出素子であり、撮像レンズ１００４の変位を示す位置検出信号（ホール信号）Ｓ２を生成する。
【００３６】
アクチュエータドライバ１１００は、位置検出信号Ｓ２の示す撮像レンズ１００４の位置が、ブレ角度に応じた目標位置と一致するように、駆動信号Ｓ５をフィードバック制御する。たとえばアクチュエータドライバ１１００は、角度ブレ量θと撮像レンズ１００４の変位との間で線形制御を行う。
【００３７】
ブレ検出手段１０１２としてジャイロセンサを用いる場合、ブレ検出信号Ｓ１は、角速度のディメンジョンを有する。アクチュエータドライバ１１００は、ヨーイング方向およびピッチ方向それぞれについて、ブレ検出信号Ｓ１を積分することにより、角度ブレ量θＰ、θＹを計算し、角度ブレ量θＰ、θＹに応じて撮像レンズ１００４を変位させる。
【００３８】
アクチュエータドライバ１１００においてブレ検出信号Ｓ１の積算を繰り返すと、ＤＣ成分が累積していく。図２は、ＤＣ成分の累積を説明する図である。θＹ’は、ヨー方向の角速度を、θＹはヨー角度（角度ブレ量）を示す。ヨー角速度θＹ’に一点鎖線に示すＤＣ成分が含まれると、それを積分して得られる角度ブレ量θＹのＤＣ成分が時間とともに増大していく。撮像レンズ１００４のＸ軸方向の変位量を、角度ブレ量θＹに対して線形制御する場合、撮像レンズ１００４の位置が、時間とともにシフトしていく。撮像レンズ１００４の位置が可動範囲に達すると、手ブレ補正の処理が破綻する。ピッチ方向についても同様の問題が生ずる。
【００３９】
そこでアクチュエータドライバ１１００は、角度ブレ量θＹのＤＣ成分がある程度大きくなると、言い換えれば撮像レンズ１００４の基準位置（たとえばＸ＝０）からのオフセット量がある程度大きくなると、撮像レンズ１００４の位置を基準位置に近づく方向に強制的に変化させる。この処理をセンタリング処理と称する。センタリング処理は、（i）位置検出素子１０１０からの位置検出信号Ｓ２にもとづいて行ってもよいし、（ii）ブレ検出手段１０１２からのブレ検出信号Ｓ１にもとづいて行ってもよいし、（iii）ドライバ部１１１２の出力（駆動電流あるいは駆動電圧）にもとづいて行ってもよいし、（iv）コントローラ１１１０の内部信号にもとづいて行ってもよい。たとえば、位置検出信号Ｓ２のＤＣ成分が所定範囲を逸脱したことをトリガーとして、センタリング処理を行ってもよい。またセンタリングを行う角度ブレ量やオフセット量の大きさは任意に設定することが可能で、たとえばフレームごとに細かくセンタリングを行ってもよい。
【００４０】
図３（ａ）〜（ｃ）は、センタリング処理を説明する図である。ここでの撮像レンズ１００４の位置の変化は、短時間で行うことが望ましい。時刻ｔ０が、センタリング処理のタイミングである。ここでは、撮像レンズ１００４の位置ＸのＤＣ成分が、しきい値ＤＣＭＡＸに達すると、センタリング処理が発生する。図３（ａ）に示すように、アクチュエータドライバ１１００は、撮像レンズ１００４の位置を基準位置（Ｘ＝０）にリセットしてもよい。センタリング処理では、角度ブレ量θを変化させることにより、撮像レンズ１００４の位置を変化させてもよい。
【００４１】
図３（ｂ）に示すように、アクチュエータドライバ１１００は、撮像レンズ１００４を、所定量ΔＸ、基準位置（Ｘ＝０）に向けてシフトしてもよい。
【００４２】
図３（ｃ）に示すようにアクチュエータドライバ１１００は撮像レンズ１００４を、リセット直前の位置（あるいはリセット直前の位置のオフセット量）に所定の係数を乗じた変化量、基準位置（Ｘ＝０）に向けてシフトしてもよい。
【００４３】
図１に戻る。撮像素子１００２は、撮像レンズ１００４を透過した像を撮影し、生データＧＤ１を生成する。プロセッサ１０１４は、撮像素子１００２が撮像した生データＧＤ１を処理し、画像データＧＤ２を出力する。図４は、生データＧＤ１と画像データＧＤ２の関係を示す図である。撮像素子１００２の出力である生データＧＤ１は、撮像素子１００２の１フレーム分の全ピクセルの輝度データを含んでもよい。一方、最終生成される画像データＧＤ２は、全ピクセルの中から、有効画素領域ＡＥＦＦ内の画素を抽出したものであり、有効画素領域ＡＥＦＦより外側のデータを捨てられる。プロセッサ１０１４は、アクチュエータドライバ１１００からの制御信号ＳＣＮＴにもとづいて有効画素領域ＡＥＦＦをＸ方向およびＹ方向にシフト可能に構成されている。プロセッサ１０１４の機能は、撮像素子１００２に実装されてもよい。有効画素領域ＡＥＦＦのシフトは、電子式手ブレ補正と同様の処理を用いればよい。
【００４４】
再度、図１に戻る。このように、アクチュエータドライバ１１００は、撮像レンズ１００４の位置のＤＣ成分を強制的に変化させることが可能に構成される。そして、撮像レンズ１００４の位置を強制的に変化させた場合は、プロセッサ１０１４による有効画素領域ＡＥＦＦのシフトのための情報として、レンズ位置の強制的な変化量ΔＸまたはそれにもとづいた有効画素領域ＡＥＦＦのシフト量を示す制御信号ＳＣＮＴを出力する。プロセッサ１０１４は、制御信号ＳＣＮＴに応じて、有効画素領域ＡＥＦＦをシフトさせる。
【００４５】
つまり撮像装置１０００は、撮像レンズ１００４の位置を強制的に変化させる際に生じる像のシフトを、撮像レンズ１００４の位置の強制的な変化量ΔＸに応じた有効画素領域ＡＥＦＦのシフトによって補正する。
【００４６】
以上が撮像装置１０００の基本構成である。図５は、図１の撮像装置１０００の動作波形図である。図５は、ヨー方向のセンタリング処理が示され、上から順に、撮像レンズ１００４のＸ方向の変位量と、有効画素領域ＡＥＦＦの基準点のｘ座標（たとえば中心座標）が示される。上段の破線は、ＤＣオフセット成分を表す。時刻ｔ０より前において、角速度信号のＤＣ成分が累積されていき、それによって撮像レンズ１００４のＸ座標のＤＣオフセットが増大していく。時刻ｔ０にＤＣオフセット成分がしきい値ＤＣＭＡＸに到達すると、センタリング処理が発生する。このとき、アクチュエータドライバ１１００からプロセッサ１０１４に対して、撮像レンズ１００４の位置の変化量に応じた制御信号ＳＣＮＴが供給される。その結果、プロセッサ１０１４は、有効画素領域ＡＥＦＦの基準点を、制御信号ＳＣＮＴに応じた方向および量、シフトさせる。その後、プロセッサ１０１４は、有効画素領域ＡＥＦＦのシフトを、時間とともに徐々に解除していく。
【００４７】
続いてアクチュエータドライバ１１００の構成例を説明する。図６は、アクチュエータドライバ１１００の構成を示すブロック図である。アクチュエータドライバ１１００は、インタフェース回路１１０２、Ａ／Ｄコンバータ１１０４、補正回路１１０６、ジャイロコントローラ１１０７、センタリング処理部１１１４を備える。アクチュエータドライバ１１００は、ひとつの半導体基板に一体集積化された機能ＩＣであってもよい。図６には、ヨー方向のブレおよびそれに対応するＸ軸方向のアクチュエータ１００６の制御に関するブロックのみが示される。
【００４８】
インタフェース回路１１０２は、ブレ検出手段１０１２からデジタルの角速度信号Ｓ１を受信する。Ａ／Ｄコンバータ１１０４は、位置検出素子１０１０からの位置検出信号Ｓ２をデジタルの検出コードＤ２に変換する。Ａ／Ｄコンバータ１１０４の前段には、アンプが設けられてもよい。位置検出信号Ｓ２がデジタル信号である場合、Ａ／Ｄコンバータ１１０４は省略可能である。
【００４９】
補正回路１１０６は、検出コードＤ２を、撮像レンズ１００４の実際の変位と線形な関係を有する検出コードＤ３に変換する（線形補償）。補正回路１１０６は温度補償を行ってもよい。補正回路１１０６は省略してもよい。
【００５０】
ジャイロコントローラ１１０７は、角速度信号Ｓ１にもとづいて、撮像レンズ１００４の変位量（目標位置）を指示するターゲットコードＤ１を生成する。たとえばジャイロコントローラ１１０７は、角速度信号Ｓ１を積分し、角度情報を生成し、角度情報に係数を掛けて得られる値を、ターゲットコードＤ１としてもよい。
【００５１】
制御回路１１０８は、補正後の検出コードＤ３がターゲットコードＤ１に近づくようにアクチュエータ１００６を制御する。制御回路１１０８は、コントローラ１１１０およびドライバ部１１１２を含む。コントローラ１１１０は、補正後の検出コードＤ３とターゲットコードＤ１の誤差がゼロに近づくように制御指令値Ｓ４を生成する。ドライバ部１１１２は制御指令値Ｓ４に応じた駆動信号Ｓ５をアクチュエータ１００６に供給する。
【００５２】
センタリング処理部１１１４は、上述のセンタリング処理を実行する。そしてセンタリング処理部１１１４は、センタリング処理を実行し、撮像レンズ１００４の位置を強制的に変化させた場合は、プロセッサ１０１４による有効画素領域ＡＥＦＦのシフトのための情報として、レンズ位置の強制的な変化量ΔＸまたはそれにもとづいた有効画素領域ＡＥＦＦのシフト量を示す制御信号ＳＣＮＴを出力する。制御信号ＳＣＮＴは、Ｘ方向（ヨーイング）、Ｙ方向（ピッチ方向）それぞれについて生成される。
【００５３】
アクチュエータドライバ１１００は、プロセッサコア（組み込みプロセッサ）１１２０を備えてもよい。上述のコントローラ１１１０、補正回路１１０６、ジャイロコントローラ１１０７、センタリング処理部１１１４は、プロセッサコア１１２０およびプログラムの組み合わせによって実装してもよい。
【００５４】
本発明は、上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、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、より具体的な実施例や変形例を説明する。
【００５５】
図７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に内蔵されるカメラモジュールである。撮像装置３００は、撮像素子３０２、撮像レンズ３０４、プロセッサ３０６およびレンズ制御装置４００を備える。撮像レンズ３０４は、撮像素子３０２に入射する光の光軸上に配置される。レンズ制御装置４００は、プロセッサ３０６からの位置指令値（ターゲットコードとも称する）ＰＲＥＦなどにもとづいて、撮像レンズ３０４を位置決めする。
【００５６】
ＡＦ動作の場合、レンズ制御装置４００は撮像レンズ３０４を光軸方向（Ｚ軸方向）に変位させる。プロセッサ３０６は、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ＰＲＥＦ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ＰＲＥＦが生成されてもよい（位相差ＡＦ）。
【００５７】
ＯＩＳ動作の場合、レンズ制御装置４００は撮像レンズ３０４を撮像素子３０２と平行な面内で光軸に垂直な方向（Ｘ軸および／またはＹ軸方向）に変位させる。ジャイロセンサ３０８の出力はアクチュエータドライバ５００に入力される。アクチュエータドライバの中で角速度が角度に積分され、角度ブレ量に対応したレンズ変位を与えるように位置指令値ＰＲＥＦが生成され、アクチュエータが駆動されて目標位置にレンズが変位する。なお、アプリケーション用途との併用などのため、ジャイロセンサ３０８が携帯電話やスマートフォン本体に設置される場合は、プロセッサ３０６を介して位置指令値ＰＲＥＦを生成してもかまわない。
【００５８】
レンズ制御装置４００は、位置フィードバックにより、アクチュエータ４０２を制御する。具体的にはレンズ制御装置４００は、アクチュエータ４０２、位置検出素子（ＡＦ、ＯＩＳ）４０４、温度検出素子（ＡＦ、ＯＩＳ）４０６およびアクチュエータドライバＩＣ（Integrated Circuit）５００を備える。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。撮像レンズ３０４はホルダー３１０に搭載され、Ｚ軸方向可動に支持されている。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に対向して永久磁石３１４が配置されている。ＡＦコイル３１２に通電することにより、永久磁石３１４との磁気的相互作用により撮像レンズ３０４とホルダー３１０は一体的にＺ軸方向に駆動される。一方、永久磁石３１４を含めたＡＦ駆動機構全体がＸ軸および／またはＹ軸方向可動に支持されており、固定部に配置されたＯＩＳコイル３１６に通電することにより、永久磁石３１４との磁気的相互作用により撮像レンズ３０４、ホルダー３１０、永久磁石３１４などはＸ軸および／またはＹ軸方向に駆動される。ボイスコイルモータの固定部は、撮像装置３００の筐体に対して固定されている。
【００５９】
位置検出素子４０４は、たとえば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を前提に説明する。ボイスコイルモータのＡＦ可動部、たとえばホルダー３１０には、永久磁石３１８が取り付けられ、ＡＦには動かない部分にはＡＦ用ホール素子３２０が取り付けられる。これらの組み合わせによりＡＦ用の位置検出素子４０４が形成される。一方、永久磁石３１４に対向して固定部にはＯＩＳ用のホール素子３２２が取り付けられる。これらの組み合わせによりＯＩＳ用の位置検出素子４０４が形成される。なお、ホール素子３２２は、図７ではＸ軸用のものしか示していないが、図では影にかくれて見えない位置にＹ軸用のホール素子も存在する。位置検出素子４０４は、撮像レンズ３０４の現在の位置に応じた電気信号（以下、位置検出信号ＰＦＢという）を生成し、位置検出信号ＰＦＢは、アクチュエータドライバＩＣ５００にフィードバックされる。
【００６０】
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。
【００６１】
アクチュエータドライバＩＣ５００は、フィードバックされた位置検出信号ＰＦＢが、位置指令値ＰＲＥＦと一致するように、アクチュエータ４０２をフィードバック制御する。
【００６２】
このように撮像レンズ３０４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。
【００６３】
理想的には、位置検出素子４０４の出力（すなわち位置検出信号ＰＦＢ）もしくはそれに対応する位置指令値ＰＲＥＦと、撮像レンズ３０４の実際の変位の関係は線形かつ温度変動等に関して不変であり、ばらつきも存在しないことが望ましい。しかしながら現実的には、この関係は非線形であり、また撮像装置３００ごとにばらつきが存在し、さらに、位置検出素子４０４の温度によってもその関係は変動する。非線形性、温度変化が位置決め精度を悪化させる場合は、線形補償、温度補償を行ってもよい。線形補償は、位置検出信号ＰＦＢと実際の変位との関係を示す関数を、理想とする１次関数（直線）に変換するように位置検出信号ＰＦＢの値を補正することで実現される。温度補償は、温度変化によって変化する位置検出信号ＰＦＢと実際の変位との関係の傾きやオフセットを、温度ごとに補正することで実現される。
【００６４】
実際の変位の情報を得るために、撮像素子３０２からの画像情報を画像変位検出素子４０８として利用してもよい。特定パターンの画像が何画素分動いたかの情報に画素ピッチを掛け算することで像の変位量が得られる。像の変位量は、光学系の焦点距離などの情報を用いてレンズの変位量に換算することができる。一方、温度情報については、ホール素子３２０、３２２を温度検出素子４０６として利用することができる。温度検出は、ホール素子の内部抵抗の温度による変化を利用して行う。検出された温度情報Ｔは、アクチュエータドライバＩＣ５００に入力される。アクチュエータドライバＩＣ５００は、温度情報Ｔにもとづいて、アクチュエータ４０２の駆動制御を補正する。
【００６５】
次に、レンズ制御装置４００の具体的な構成例を説明する。
【００６６】
図８は、レンズ制御装置４００の一部の具体的なブロック図である。図８ではＯＩＳのひとつの軸に対応する部分のみを示しており、ＯＩＳの他軸やＡＦについても同様の構成が準備されている。位置検出素子４０４はホール素子３２２であり、アクチュエータ４０２の可動部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。
【００６７】
位置検出部５１０は、ホール電圧Ｖ＋，Ｖ−に基づいて、アクチュエータ４０２の可動部の位置（変位）を示すデジタルの位置検出値ＰＦＢを生成する。位置検出部５１０は、ホール電圧を増幅するホールアンプ５１２と、ホールアンプ５１２の出力をデジタル値の位置検出値ＰＦＢに変換するＡ／Ｄコンバータ５１４を含む。
【００６８】
温度検出部５２０は、温度を示す温度検出値Ｔを生成する。温度は、位置検出素子４０４の温度を示すことが望ましい。図８では、位置検出素子４０４であるホール素子３２２を、温度検出素子４０６としても利用する。これは、ホール素子３２２の内部抵抗ｒが温度依存性を有することを利用したものである。温度検出部５２０は、ホール素子３２２の内部抵抗ｒを測定し、温度を示す情報として利用する。
【００６９】
温度検出部５２０は、定電流回路５２２とＡ／Ｄコンバータ５２４を含む。定電流回路５２２は、ホール素子３２２に所定のバイアス電流ＩＢＩＡＳを供給する。このバイアス電流ＩＢＩＡＳは、ホール素子３２２を動作させるために必要な電源信号でもあり、したがって定電流回路５２２は、ホールバイアス回路として把握することができる。
【００７０】
ホール素子３２２の両端間には、電圧降下ＩＢＩＡＳ×ｒが発生する。この電圧降下は、ホールバイアスピン（ＨＢ）に入力される。Ａ／Ｄコンバータ５２４は、ＨＢピンの電圧ＶＨＢ（＝ＩＢＩＡＳ×ｒ）をデジタル値Ｔに変換する。バイアス電流ＩＢＩＡＳは既知で一定であるから、デジタル値Ｔは内部抵抗ｒに比例する信号であり、したがって、ホール素子３２２の温度の情報を含んでいる。内部抵抗ｒと温度の関係は事前に測定し、関数化し、またはテーブル化されており、後段の補正部５３０において、デジタル値Ｔが温度情報に変換される。
【００７１】
ジャイロセンサ３０８からの信号はジャイロＤＳＰ（Digital Signal Processor）５４０に入力される。ジャイロＤＳＰ５４０では、ジャイロセンサ３０８の出力である角速度信号に対してハイパスフィルタで低域をカットし、これを積分してブレ角度に変換し、この信号を増幅して位置指令値ＰＲＥＦを生成する。
【００７２】
補正部５３０は、位置検出部５１０からの位置検出値ＰＦＢを補正する。具体的には、補正部５３０は、線形補償部５３２、温度補償部５３４、メモリ５３６を含む。線形補償部５３２は、位置検出値ＰＦＢと実際の変位の関係の直線性を補正する。温度補償部５３４は、位置検出値ＰＦＢと実際の変位との関係に対して、温度変化によって関係が変化するのを補正する。メモリ５３６には、これらの補正に必要なパラメータが格納される。メモリ５３６は、ＲＯＭやフラッシュメモリなどの不揮発性メモリであってもよいし、回路の起動のたびに外部のＲＯＭから供給されるデータを一時的に保持する揮発性メモリであってもよい。
【００７３】
コントローラ５６０は、位置指令値ＰＲＥＦと、補正部５３０による補正後の位置検出値ＰＦＢＣＭＰを受ける。コントローラ５６０は、位置検出値ＰＦＢＣＭＰが位置指令値ＰＲＥＦと一致するように、制御指令値ＳＲＥＦを生成する。アクチュエータ４０２がボイスコイルモータである場合、制御指令値ＳＲＥＦ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５６０は、たとえば誤差検出器５６２とＰＩＤ制御器５６４を含む。誤差検出器５６２は、位置検出値ＰＦＢＣＭＰと位置指令値ＰＲＥＦの差分（誤差）ΔＰを生成する。ＰＩＤ制御器５６４は、ＰＩＤ（比例・積分・微分）演算によって、制御指令値ＳＲＥＦを生成する。ＰＩＤ制御器５６４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。ＰＩＤ制御器５６４の後段には、所定の係数を乗算するゲイン回路５６６が設けられてもよい。ドライバ部５７０は、制御指令値ＳＲＥＦに応じた駆動電流をアクチュエータ４０２に供給する。
【００７４】
前述のように、ジャイロセンサ３０８からの角速度信号を積分すると、角度のＤＣ成分が蓄積していく可能性があり、このＤＣ成分に相当する変位検出信号が得られるように、アクチュエータ４０２にはＤＣ電流が印加されるため、ＯＩＳ動作のための可動範囲が片側において十分に得られなくなるおそれがある。これを防ぐためには、ジャイロＤＳＰ５４０は、所定のタイミングで角度信号をリフレッシュしてやる必要がある。しかしながら、急激にリフレッシュを行うと、レンズ位置も急激に元の位置（ＤＣ成分がないときの位置）に戻る（センタリング）ため、画像が急激に変化し、手ブレがなくても手ブレが発生したような画像を生成してしまうことになる。これを画像シフト（有効画素領域のフト）によって補正するため、アクチュエータドライバＩＣは画像シフト量の基準になる信号ＳＣＮＴを出力する。
【００７５】
画像シフトの基準になる信号のひとつの例は、リフレッシュ前後における角度信号の変化量であり、これをプロセッサ（ＣＰＵ）３０６に提供する。リフレッシュ前後それぞれの角度信号を制御信号ＳＣＮＴとしてプロセッサ３０６に提供し、プロセッサ３０６で変化量を算出してもよい。図８はこの例で示している。角度信号の変化量がわかれば、それに対応するレンズの位置検出信号の変化量に換算でき、レンズの位置検出信号の変化量がわかれば、目標となる画素シフト量が算出できる。プロセッサ３０６は、計算された画素シフト量に基づいて画素の有効領域をシフトさせ、センタリングにともなう画像のシフトを見えなくする。図８のジャイロＤＳＰ５４０は、図６のジャイロコントローラ１１０７とセンタリング処理部１１１４の機能を統合したブロックと把握できる。
【００７６】
プロセッサ３０６に戻す画像シフトの基準となる信号は、これに限定される訳ではない。レンズの位置検出信号のＤＣ成分が所定の値を超えたタイミングで、初期の位置へとセンタリングしてもよい。センタリングと同時に角度信号のリフレッシュも実施しておくことが望ましい。センタリング前後それぞれの位置検出信号のＤＣ成分をプロセッサ３０６に提供するか、ＤＣ成分の変化量をプロセッサ３０６に提供する。プロセッサ３０６は位置検出信号の変化量に対応した画素シフト量を算出し、計算された画素シフト量に基づいて画素の有効領域をシフトさせ、センタリングにともなう画像のシフトを見えなくする。
【００７７】
アクチュエータの駆動電流を基準信号としてもよい。アクチュエータの駆動電流のＤＣ成分が所定の値を超えた場合、ＤＣ成分がゼロになるようにセンタリングを行う。センタリングと同時に角度信号のリフレッシュも実施しておくことが望ましい。センタリング前後それぞれのアクチュエータ駆動電流のＤＣ成分をプロセッサ３０６に提供するか、ＤＣ成分の変化量をプロセッサ３０６に提供する。プロセッサ３０６は、駆動電流のＤＣ成分の変化量に対して、アクチュエータの駆動感度の値等を用いてレンズの変位量に換算し、レンズの変位量がわかれば、目標となる画素シフト量が算出できる。プロセッサ３０６は、計算された画素シフト量に基づいて画素の有効領域をシフトさせ、センタリングにともなう画像のシフトを見えなくする。
【００７８】
上記のように各種ＤＣ成分の変化量を算出してプロセッサ３０６に提供するためには、アクチュエータドライバＩＣ５００内にもＣＰＵを搭載しておくことが望ましい。アクチュエータドライバＩＣ５００内にＣＰＵがあれば、ＤＣ成分の変化量だけでなく、最終的な画素のシフト量までを算出し、その結果をプロセッサ３０６に提供できるので、プロセッサは画素シフトだけを行ってもよい。
【００７９】
Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸に対応したレンズ制御装置は、各軸ごとにチップ化してもよいし、集積化して全体で１チップまたは２チップとしてもよい。
【００８０】
なお、「リフレッシュ」や「センタリング」などの言葉からは「０にする」あるいは「中央にする」などが連想されるが、必ずしもそれに限定される訳ではない。リフレッシュした結果として信号が０にならない場合やセンターからのずれが残留している場合も含まれる。「センター」と言っても可動範囲のセンター、電流値のセンターなど様々な可能性があり、センタリングは厳密な意味でのセンターとは限らない。要するに、説明の便宜上、「リフレッシュ」や「センタリング」などの用語で説明したにすぎない。
【００８１】
以下では、角度信号のリフレッシュ、あるいはレンズ位置のセンタリングの際に生じる画像の変位を画素シフトによって補正する場合の像の動き、補正方法について、第１実施例を参照して説明する。また、センタリングを実施する場合のトリガを何にするかなど、様々な条件を変更した場合の例について、第２実施例を参照して説明する。
【００８２】
＜第１実施例＞
本発明の第１実施例について、図９（ａ）〜（ｅ）ないし図１０を用いて説明する。図９（ａ）〜（ｅ）は、センタリングと画像シフトによる像の動きを説明する図である。図１０は、センタリングと画像シフトによる画像補正方法のプロセスを説明するフローチャートである。
【００８３】
図９（ａ）から（ｅ）を参照して、像の動きを説明する。１は画素全体（図４のＧＤ１）を示し、２はその中の有効画素領域（図４のＡＥＦＦ）を示す。画素全体１のサイズに対して、有効画素領域２のサイズはやや小さく設定されており、画素シフトのための余裕を形成している。３は被写体像である。
【００８４】
図９（ａ）は初期の状態を示しており、被写体像３は画素全体１の中央、有効画素領域２の中央に位置している。全体画素１に対する有効画素領域２の位置はバランスが取れた位置となっている。
【００８５】
図９（ｂ）は、手ブレ補正動作を繰り返しているうちに、ブレ角度検出信号にＤＣオフセット成分が蓄積し、それを誤差信号としてレンズがシフトし、被写体像３が画素全体１の中心、有効画素領域２の中心からシフトしてしまった状態を示している。この状態は、たとえば図のように偏った被写体像３の位置だと、画像の上側、左側におけるレンズの可動範囲が狭い状態となっており、十分な手ブレ補正ができなくなる恐れがある。たとえば、ブレ角度のＤＣオフセット成分が所定の閾値を超えたことを認識した場合には、レンズの位置を元に戻す動作を行うことが望ましい。
【００８６】
図９（ｃ）は、ブレ角度のＤＣオフセット成分がリフレッシュされ、それにともなってレンズ位置が初期位置にセンタリングされ、被写体像３が図９（ａ）と同等になった状態を示している。センタリング前の被写体像３を薄いグレーで示している。このように急激なセンタリングを行った場合は、被写体像３も急激にシフトするため、使用者はあたかも手ブレしたかのように感じる。
【００８７】
図９（ｄ）は、この違和感を取り除くため、有効画素領域２を変更、すなわち画素シフトを行った状態を示している。有効画素領域２の中では、被写体像３はセンタリング前と同等の位置にあり、使用者は画像の急激なシフトを感じない。しかし、この状態では有効画素領域２が画素全体１に対して偏ったままである。
【００８８】
画素全体１と有効画素領域２の差が十分に大きいか、動画撮影がこの時点で終了するなら、有効画素領域の偏りはこのままにして、撮影をストップしている間に初期状態に戻してもよいが、このまま動画撮影を継続する場合は、いずれ有効画素領域２のシフトができなくなる。そこで、図９（ｅ）のように、有効画素領域２のシフトを元に戻す。このとき、有効画素領域を徐々にシフトさせ、図９（ａ）の状態に戻す。
【００８９】
「徐々に」と言うのは、使用者が手ブレと誤解しない程度にゆっくりと、という意味である。すなわち、使用者が自分の手が動いてパン・チルト動作を行ったと勘違いできるレベルの速度となる。ゆっくりと元に戻して図９（ａ）の状態に戻るまでの時間であるが、次にセンタリング動作を行うまでに終えることが望ましい。
【００９０】
続いて、処理の流れについて、図１０のフローチャートを用いて説明する。処理Ｓ１００では、ジャイロセンサからの角速度信号を積分したあとのブレ角度のＤＣオフセット成分が所定の値（ＤＣＭＡＸ）に達しているかいないかを判定する。所定値を超えていなければ（Ｓ１００のＮ）そのまま手ブレ補正動作を継続し、越えていれば（Ｓ１００のＹ）リフレッシュ動作、センタリング動作を開始する。
【００９１】
処理Ｓ１０２では、リフレッシュ動作、センタリング動作開始時点でのレンズの位置情報、すなわちＸ、Ｙのホール出力信号を取得する。処理Ｓ１０４では、処理Ｓ１０２で取得したレンズの位置情報と初期の位置情報との差分を算出する。初期の位置情報と表現したのは、ブレ信号を一気に０へとリフレッシュすることを想定したためである。通常、ブレ信号が０の状態でホール信号のキャリブレーションを行い、この状態のホール出力信号を０に設定するので、初期の位置情報はホール信号０を表す。徐々にブレ角のＤＣオフセット成分を減らしていく場合は、レンズ位置の初期値とはブレ角が減少した後のホール出力（最新のホール出力）となる。リフレッシュ動作開始時点のホール出力との差分に応じて、その都度画素のずらし量を算出し、画素をずらす（有効画素領域をずらす）とよい。
【００９２】
処理Ｓ１０６では、レンズ位置情報の差分に対応する画素シフト量を算出する。あらかじめ、ホール出力の変化量に対する画素上の被写体の移動量の割合を算出しておく。個体ごとに算出してもよいし、ばらつきが小さければ平均値などの代表値を一括して用いてもよい。
【００９３】
処理Ｓ１０８では、ブレ角度信号をリフレッシュする。ここでは一気に０にすることを想定する。徐々に変化させる場合は上述の通りである。ブレ角度信号のＤＣオフセット成分が０になると、誤差信号がなくなることになるので（少なくともＤＣ成分は）、処理Ｓ１１０で、レンズの位置は初期位置（キャリブレーション位置）に戻る。
【００９４】
処理Ｓ１１２では、処理Ｓ１０６で算出した画素シフト量だけ、画素をシフトさせる。具体的には、全体画素１内の有効画素領域２を動かす。これにより、急激なレンズのセンタリング動作を行った場合でも、被写体像が急激にシフトすることを防ぐことが可能となる。
【００９５】
処理Ｓ１１４では、一旦シフトさせた有効画素領域を徐々に元に戻す。徐々に戻すことにより、手ブレが生じているような認識はされず、被写体の位置が動いているという認識をもたないか、認識できたとしてもどちらかというとパン・チルトによって被写体像の位置が動いたと錯覚できる。使用者が手に持っている場合はこのような錯覚をするが、たとえば三脚に載せて撮影している場合などは、カメラが動いていない場合も考えられるので、有効画素領域を元に戻す動作は実行しなくて済めばそれにこしたことはない。
【００９６】
＜第２実施例＞
本発明の第２実施例について、図１１を用いて説明する。図１１は、センタリングを実施する場合のトリガを何にするかなど、様々な条件を変更した場合の例について説明する図である。
【００９７】
図１１では、第１の実施形態で説明したケースも含まれている。ブレ角度信号のＤＣ成分が所定値を超えた→ブレ角度信号のＤＣ成分を変化させる→ブレ角度信号のＤＣ成分の変化に対する位置検出信号のＤＣ成分の変化→位置検出信号のＤＣ成分の変化量に位置検出感度を掛ける→センタリングにともなうレンズ変位量を算出→レンズの焦点距離などをもとに画素シフト量の算出→画素シフトによる補正、という流れがそれに相当する。本実施形態では、それ以外のケースを中心に説明する。
【００９８】
まずは、センタリングを実施するトリガとして、レンズ駆動のＤＣ電流が所定値を超えたことを検出してもよい。ここでＤＣ電流としたのはアクチュエータとしてＶＣＭを想定したためで、他のアクチュエータではＤＣ電流ではない場合も考えられる。ＤＣ電流が所定値を超えたら、ＤＣ電流をたとえば０に戻す。このときのＤＣ電流の変化量にアクチュエータの駆動感度を掛けると、レンズの変位量が算出できる。あとは、第１実施例の処理と同じである。アクチュエータが位置検出手段をもたず、角度ブレ量に応じたフィードフォワード制御を行う場合には、このような方法を用いるとよい。
【００９９】
次に、アクチュエータが位置検出手段を有し、フィードバック制御を行う場合について説明する。センタリングを実施するトリガとして、位置検出信号のＤＣ成分が所定値を超えたことを検出してもよい。位置検出信号のＤＣ成分が所定値を超えたら、位置検出信号のＤＣ成分をたとえば強制的に０にする。同時に、ブレ角度信号のＤＣ成分も０にリフレッシュしておくとよい。位置検出信号のＤＣ成分の変化量に位置検出感度を掛けるとセンタリングにともなうレンズ変位量を算出できる。あとは、第１実施例の処理と同じである。
【０１００】
第１実施例と同様、ブレ角度信号のＤＣ成分が所定値を超えたことをセンタリングのトリガとするが、アクチュエータが位置検出手段をもたない場合は、フィードフォワード制御となるため、ブレ角度の変化命令に対応したアクチュエータの駆動電流の変化を検出し、これにアクチュエータの駆動感度を掛けることでレンズ変位量を算出する。
【０１０１】
最後にパン・チルトを検出した場合について説明する。パン・チルト動作だと判定するには、ブレ角度信号のＤＣ成分が所定値を超えたことなどが用いられ、他のケースと似ているが、それ以外の要素、たとえば角速度を判断材料に用いる場合もあり、他の条件と異なるトリガ基準となるケースも考えられる。通常は手ブレ信号のＤＣオフセット成分の閾値よりも低いＤＣ値でパン・チルト判定がなされるので、ＤＣ成分が多く蓄積する前にセンタリング動作が行える。パン・チルトでは、上記のように一方向に継続してレンズが動くため、パン・チルト動作が繰り返されるようなら、センタリングによってレンズの位置を戻す量を大きめに設定し、アクチュエータの全可動範囲をもっと有効に使うようにしてもよい。
【０１０２】
なお、パン・チルトの検出とは関係なく、ブレ角度のＤＣオフセット成分だけをリフレッシュの判断基準としてもかまわない。パン・チルトと判定されるとハイパスフィルタ等のカットオフ周波数を高めて、ブレ角度のＤＣオフセット成分の累積が抑えられるので、パン・チルトが終了してカットオフ周波数が元に戻され、再びＤＣオフセット成分の累積が増大したところで、リフレッシュを行ってもよい。
【０１０３】
以上のようなレンズ制御装置は、携帯電話用のカメラモジュールなどに用いられる。特に、本発明のレンズ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る。本発明を利用することで、リフレッシュ動作、センタリング動作を行った後の被写体像の急激なシフトを使用者が認識することなく、連続的な動画撮影時などでも画像のぶれが少ない、高画質撮影が可能となるので、本発明はＯＩＳ機能を備えた撮像装置に適用するのが好適である。
【０１０４】
本明細書には以下の技術が開示される。
ある開示は、撮像装置に関する。撮像装置は、撮像レンズと、撮像素子と、撮像レンズを駆動するためのアクチュエータと、像ブレを検出するためのブレ検出手段と、を備え、ブレ検出手段の出力に応じて撮像レンズを駆動することで像ブレを補正する撮像装置であって、撮像レンズの位置のＤＣオフセット成分を変化させる際に生じる画像のシフトを、撮像レンズの位置のＤＣオフセット成分の変化量に応じた画素シフトによって補正することを特徴としている。
【０１０５】
以上の構成によれば、所定の位置から撮像レンズの位置が偏った場合において、元の所定の位置に強制的に戻そうとしたとき（センタリング動作）、急激に画像がシフトするのに応じて画素の有効領域もシフトさせるので、使用者が見るモニター画面や記録された画像の上では急激な画像シフトが見えなくなり、使用者が実感することなくセンタリングを行うことができる。
【０１０６】
撮像装置では、撮像レンズを駆動するための駆動信号の変化量から撮像レンズの位置のＤＣオフセット成分の変化量を算出してもよい。
【０１０７】
以上の構成によれば、撮像レンズを駆動するための駆動信号、たとえば電流値の変化量から、これにアクチュエータの駆動感度を掛け算することで、撮像レンズの位置のＤＣオフセット成分の変化量を算出でき、画像シフトによる補正が可能となる。
【０１０８】
また、撮像装置では、撮像レンズの位置を検出するための位置検出手段を備え、位置検出手段の出力により撮像レンズの位置をフィードバック制御する撮像装置であって、位置検出手段の出力のＤＣオフセット成分の変化量から撮像レンズの位置のＤＣオフセット成分の変化量を算出してもよい。
【０１０９】
以上の構成によれば、位置検出手段の出力信号にしたがってセンタリング動作を行うことができ、位置検出信号の変化分を画素上の像の変位分に換算することで、画素シフト量と方向が決定できるので、使用者が急激な画像シフトを認識せずにセンタリングを行うことができる。
【０１１０】
また、ある撮像装置では、ブレ検出手段の出力のＤＣオフセット成分の変化量から撮像レンズの位置のＤＣオフセット成分の変化量を算出してもよい。
【０１１１】
以上の構成によれば、ジャイロセンサなどのブレ検出手段によって検出された角速度信号を積分してブレ角度情報を得る際に蓄積されるＤＣ成分をゼロに戻す（リフレッシュ）ことで、フィードバック制御された撮像レンズは元の位置（初期設定位置）に戻るが、そのときのレンズの変位量を画素上の変位に換算することで、画素シフト量と方向が決定できるので、使用者が急激な画像シフトを認識せずにセンタリングを行うことができる。
【０１１２】
また、ある撮像装置では、パン・チルト検出手段を備え、パン・チルト動作だと判定された場合に、撮像レンズの位置のＤＣオフセット成分を変化させてもよい。
【０１１３】
以上の構成によれば、パン・チルトだと判定されるまでに蓄積されたレンズ位置のＤＣ成分をいち早く解消し、センタリングできるので、センタリング動作にともなう画像シフトを的確に補正することができる。パン・チルトだと判定されると、フィルタのカットオフ周波数を変更するなどして、それ以上ＤＣ成分が蓄積されるのを防ぎつつ、センタリング動作を行う。通常は手ブレ信号のＤＣオフセット成分の閾値よりも低いＤＣ値でパン・チルト判定がなされるので、より素早くセンタリング動作を行うことが可能となる。
【０１１４】
また、ある撮像装置では、画素シフトによって生じた画像のシフトを徐々に解除してもよい。
【０１１５】
以上の構成によれば、画素シフトを行ったままでは次の画素シフトのための画素の余裕がなくなるのに対して、ずらした画素を元に戻すので再び画素の余裕を生むことができ、かつ徐々に元に戻すので使用者は画像が動いていることをほとんど実感しなくてもよい。すなわち、ここで言う徐々に、とは使用者が実感できない、あるいは違和感や不快感を受けない程度にゆっくり、という意味である。
【０１１６】
また、撮像装置では、画像シフトの解除動作を、次に位置のＤＣオフセット成分を変化させるタイミングまでに行ってもよい。
【０１１７】
以上の構成によれば、次にセンタリングを行うときまでには、画素シフトによって生じた有効画素の偏りが解除できるので、画素を有効活用でき、補正範囲を広くできる。
【０１１８】
また本開示には、以下のアクチュエータドライバが含まれる。アクチュエータドライバは、像ブレを補正するレンズアクチュエータを駆動するためのアクチュエータドライバであって、レンズの位置情報に基づいて、レンズ位置のＤＣオフセット成分を強制的に変化させることができ、強制的に変化させた場合は、画素シフトのための情報として、ＤＣオフセット成分の変化またはそれに基づいた画素シフト量を出力することを特徴としている。
【０１１９】
以上の構成によれば、所定の位置から撮像レンズの位置が偏った場合において、元の所定の位置に強制的に戻そうとしたとき（センタリング動作）、急激に画像がシフトするのに応じて画素の有効領域もシフトさせることができるので、使用者が見るモニター画面や記録された画像の上では急激な画像シフトが見えなくなり、使用者が実感することなくセンタリングを行うことができる。
【０１２０】
アクチュエータドライバでは、レンズの位置情報は、アクチュエータの駆動電流から得てもよい。
【０１２１】
また、アクチュエータドライバでは、レンズの位置情報は、アクチュエータが備える位置検出手段の信号から得てもよい。
【０１２２】
また、アクチュエータドライバでは、ブレ検出手段からの角速度情報に基づいてブレ角度を算出する手段を備え、ブレ角度のＤＣオフセット成分を変化させることでレンズの位置を変化させることができてもよい。
【０１２３】
また、アクチュエータドライバでは、パン・チルト検出手段を備え、パン・チルト動作だと判定された場合に、撮像レンズの位置のＤＣオフセット成分を変化させてもよい。
【０１２４】
本開示には、以下の画像補正方法が含まれる。画像補正方法は、発生したブレに対応して、アクチュエータによって撮像レンズの位置を変化させることにより像ブレを補正することが可能な撮像装置における画像補正方法であって、所定のタイミングで撮像レンズの位置のＤＣオフセット成分を強制的に変化させるプロセスと、撮像レンズの位置のＤＣオフセット成分を強制的に変化させる直前の撮像レンズの位置情報を記憶するプロセスと、強制的に変化させた後の撮像レンズの位置情報と、記憶した位置情報との差分を算出するプロセスと、算出した差分に応じて、撮像素子の有効画素領域をずらすことで、強制的な撮像レンズの位置変化による画像シフトを補正するプロセスと、を備えることを特徴としている。
【０１２５】
以上の構成によれば、所定の位置から撮像レンズの位置が偏った場合において、元の所定の位置に強制的に戻そうとしたとき（センタリング動作）、急激に画像がシフトするのに応じて有効画素領域もシフトさせるので、使用者が見るモニター画面や記録された画像の上では急激な画像シフトが見えなくなり、使用者が実感することなくセンタリングを行うことができる。
【０１２６】
また、画像補正方法では、撮像レンズの位置情報は、撮像レンズを駆動するためのアクチュエータの駆動信号から得てもよい。
【０１２７】
また、画像補正方法では、撮像レンズの位置情報は、撮像レンズを駆動するためのアクチュエータが備える位置検出手段の信号から得てもよい。
【０１２８】
また、画像補正方法では、強制的な撮像レンズの位置変化による画像シフトを補正した後、画像シフトを徐々に解除するプロセスをさらに有してもよい。
【０１２９】
また、画像補正方法では、画像シフトの解除動作を、次に撮像レンズの位置のＤＣオフセット成分を強制的に変化させるタイミングまでに行ってもよい。
【符号の説明】
【０１３０】
１０００…カメラモジュール、１００２…撮像素子、１００４…撮像レンズ、１００６…アクチュエータ、１０１０…位置検出素子、１０１２…ブレ検出手段、１０１４…プロセッサ、１１００…アクチュエータドライバ、１１０２…インタフェース回路、１１０４…Ａ／Ｄコンバータ、１１０６…補正回路、１１０７…ジャイロコントローラ、１１０８…制御回路、１１１０…コントローラ、１１１２…ドライバ部、１１１４…センタリング処理部、１１２０…プロセッサコア、１…画素全体、２…有効画素領域、３…被写体像、３００…撮像装置、３０２…撮像素子、３０４…撮像レンズ、３０６…プロセッサ、３０８…ジャイロセンサ、３１０…ホルダー、３１２…ＡＦコイル、３１４…永久磁石、３１６…ＯＩＳコイル、３１８…永久磁石、３２０，３２２…ホール素子、４００…レンズ制御装置、４０２…アクチュエータ、４０４…位置検出素子、４０６…温度検出素子、４０８…画像変位検出素子、５００…アクチュエータドライバ、５１０…位置検出部、５１２…ホールアンプ、５１４…Ａ／Ｄコンバータ、５２０…温度検出部、５２２…定電流回路、５２４…Ａ／Ｄコンバータ、５３０…補正部、５３２…線形補償部、５３４…温度補償部、５３６…メモリ、５４０…ジャイロＤＳＰ、５６０…コントローラ、５６２…誤差検出器、５６４…ＰＩＤ制御器、５７０…ドライバ部。
【図１】
2018180101.tif 000003
【図２】
2018180101.tif 000004
【図３】
2018180101.tif 000005
【図４】
2018180101.tif 000006
【図５】
2018180101.tif 000007
【図６】
2018180101.tif 000008
【図７】
2018180101.tif 000009
【図８】
2018180101.tif 000010
【図９】
2018180101.tif 000011
【図１０】
2018180101.tif 000012
【図１１】
2018180101.tif 000013