(57)【要約】【課題】構成の大型化や消費電力の増加を招くことなく、レンズの位置制御時に撮像光学系の可動部のレンズを短時間で目標位置に収束可能にする。【解決手段】ＡＦ制御においてレンズの位置制御を行う際に、撮像光学系のレンズとこのレンズを支持する弾性体とを含む可動部を制御目標位置へ移動させるとき、可動部を駆動させるための第１の制御と、可動部の振動を抑制するための第２の制御とを行う。第１の制御では、制御目標位置に対応する駆動電流値よりも小さい駆動電流値Ｉ１を供給し、可動部の駆動を開始する。第２の制御では、第１の制御の実行後、可動部の固有振動の周期Ｔ以下の時間間隔τ（例えばτ≒Ｔ／２）のタイミングで、制御目標位置に対応する駆動電流値Ｉ２を供給し、可動部の振動を打ち消すように抑制する。【選択図】図３
2009169010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系を構成するレンズと、
前記撮像光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子と、
前記レンズを光軸方向に変位可能に支持する弾性体と、
前記撮像素子及び前記弾性体を固定するフレームと、
前記レンズと前記弾性体とを含む可動部を駆動させる駆動部と、
前記レンズの位置制御を行う際に、前記可動部を駆動させるための第１の制御と、前記可動部の振動を抑制するための第２の制御とを行う制御部と、
を備える撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記制御部による前記第２の制御は、前記第１の制御の実行後、前記可動部の固有振動の周期の１／２以上１未満のタイミングで実行する撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記制御部による前記第１の制御における制御量は、前記第２の制御における制御量よりも大きい撮像装置。
【請求項４】
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記制御部は、前記レンズの制御目標位置に応じて前記可動部を駆動する駆動電力の値を設定し、前記第１の制御と前記第２の制御においてそれぞれ設定した値の駆動電力を前記可動部に供給する撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の撮像装置を備える携帯端末。
【請求項６】
撮像光学系を構成するレンズと、前記撮像光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子と、前記レンズを光軸方向に変位可能に支持する弾性体と、前記撮像素子及び前記弾性体を固定するフレームと、前記レンズと前記弾性体とを含む可動部を駆動させる駆動部とを備える撮像装置におけるＡＦ制御方法であって、
ＡＦ制御において制御部により前記レンズの位置制御を行う際に、前記可動部を駆動させるための第１の制御を実行するステップと、前記可動部の振動を抑制するための第２の制御を実行するステップとを有するＡＦ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オートフォーカス（ＡＦ）機能を持つ撮像装置、携帯端末及びＡＦ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被写体を撮像して画像情報を得るカメラには、通常、撮像光学系の焦点位置を調整し、撮像素子等が配置される撮像面上の被写体像のピントを合わせるＡＦ機能が設けられる。このＡＦ機能のために、撮像光学系のレンズを駆動する駆動部と、この駆動部を制御する制御部とを有するＡＦ機構が設けられる。ＡＦ機構の駆動部としては、種々のものがあるが、例えば携帯電話装置等の携帯端末に搭載されるカメラ部では、ボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭという）が用いられている。ここでは、ＶＣＭを用いた駆動部によるＡＦ機構を例にＡＦ制御動作を説明する。
【０００３】
ＡＦ機構の駆動部において、光軸方向に変位する可動部となる撮像レンズのレンズユニットは、ＶＣＭのコイルを有しており、磁石が固定されたフレームに対して弾性体によって支持される。この弾性体とコイル及び磁石によるＶＣＭの電磁石とによって、ＡＦ機構のアクチュエータが構成される。ＡＦ制御を行う際には、制御部よりＶＣＭのコイルに所定の駆動電流（電力）を加えることにより、駆動電流値に応じた位置まで、レンズユニットが光軸方向に移動する。この際、得られる撮像画像のコントラストなどによって合焦状態を判断し、撮像画像の合焦状態に応じて上記駆動電流を印加する制御を繰り返すことによって、撮像光学系の焦点が合うように制御される。
【０００４】
上記のようなＡＦ制御時に、撮像レンズのレンズユニットは弾性体によってフレームに支持されているため、駆動電流に応じて変位する過程において振動が発生する。このレンズ振動が静定するまでに時間がかかると、１回の制御毎にウエイトがかかり、ＡＦ制御が完了するまでの時間が長くなる。レンズの振動特性（固有振動）は、レンズユニットの質量、弾性体の弾性係数などによって決まるものである。
【特許文献１】特開２００７−１５５８０１号公報
【特許文献２】特開平６−２０２１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図６は、従来の撮像装置におけるＡＦ制御動作時の撮像レンズのレンズ振動を説明する図であり、駆動電流と撮像レンズの位置との関係を示したものである。図６において、（ａ）は駆動電流を制御量に合わせてステップ入力した場合、（ｂ）は駆動電流の入力部にコンデンサを追加して入力波形をなまらせた場合の、レンズ位置が時間的に振動する様子をそれぞれ示している。図６（ａ）のように、無通電状態から、目標とするレンズ位置（制御目標位置）に対応する駆動電流値をそのままステップ入力した場合は、撮像レンズにおいて大きな振動が生じる。
【０００６】
このようなレンズ振動を抑制する方法としては、（１）撮像レンズを支持する弾性体の弾性係数（バネ定数）を大きくする（バネを硬くする）、または（２）コンデンサにより駆動電流の入力波形をなまらせる、等が効果的である。しかしながら、上記（１）のように弾性体の弾性係数を大きくした場合は、必要な駆動電流値が大きくなるため、消費電力が増加するという課題が生じる。また、上記（２）のように駆動電流の入力部にコンデンサを追加して入力波形をなまらせた場合は、図６（ｂ）に示すようにレンズ振動の振幅は抑制されるものの、駆動電流の立ち上がりが遅くなるため、静定時間の短縮効果は得られない。この場合、容量の大きなコンデンサが必要であり、十分な効果を得るにためには駆動電流が目標値に達する時間が長くなり、静定時間を短縮できないという課題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、構成の大型化や消費電力の増加を招くことなく、レンズの位置制御時に撮像光学系の可動部のレンズを短時間で目標位置に収束させることが可能な撮像装置、携帯端末及びＡＦ制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の撮像装置は、撮像光学系を構成するレンズと、前記撮像光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子と、前記レンズを光軸方向に変位可能に支持する弾性体と、前記撮像素子及び前記弾性体を固定するフレームと、前記レンズと前記弾性体とを含む可動部を駆動させる駆動部と、前記レンズの位置制御を行う際に、前記可動部を駆動させるための第１の制御と、前記可動部の振動を抑制するための第２の制御とを行う制御部と、を備えるものである。
これにより、簡単な構成で可動部の駆動に際して発生する振動のピークを抑制するとともに、発生した振動を打ち消すことができ、構成の大型化や消費電力の増加を招くことなく、短時間でレンズを目標位置に収束させることが可能となる。
【０００９】
また、本発明は、上記の撮像装置であって、前記制御部による前記第２の制御は、前記第１の制御の実行後、前記可動部の固有振動の周期の１／２以上１未満のタイミングで実行するものを含む。
これにより、可動部の振動をより効果的に抑制することができる。
【００１０】
また、本発明は、上記の撮像装置であって、前記制御部による前記第１の制御における制御量は、前記第２の制御における制御量よりも大きいものを含む。
これにより、より短時間でレンズの制御目標位置に移動させ、かつ、可動部の振動を抑制することができ、レンズが制御目標位置に静定するまでの時間を短縮できる。
【００１１】
また、本発明は、上記の撮像装置であって、前記制御部は、前記レンズの制御目標位置に応じて前記可動部を駆動する駆動電力の値を設定し、前記第１の制御と前記第２の制御においてそれぞれ設定した値の駆動電力を前記可動部に供給するものを含む。
これにより、可動部の振動を抑制しつつ、制御目標位置に短時間で収束させることが可能となる。
【００１２】
また、本発明は、上記いずれかに記載の撮像装置を備える携帯端末を提供する。
【００１３】
本発明のＡＦ制御方法は、像光学系を構成するレンズと、前記撮像光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子と、前記レンズを光軸方向に変位可能に支持する弾性体と、前記撮像素子及び前記弾性体を固定するフレームと、前記レンズと前記弾性体とを含む可動部を駆動させる駆動部とを備える撮像装置におけるＡＦ制御方法であって、ＡＦ制御において制御部により前記レンズの位置制御を行う際に、前記可動部を駆動させるための第１の制御を実行するステップと、前記可動部の振動を抑制するための第２の制御を実行するステップとを有するものである。
これにより、ＡＦ制御において可動部の駆動に際して発生する振動のピークを抑制するとともに、発生した振動を打ち消すことができ、構成の大型化や消費電力の増加を招くことなく、短時間でレンズを目標位置に収束させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、構成の大型化や消費電力の増加を招くことなく、レンズの位置制御時に撮像光学系の可動部のレンズを短時間で目標位置に収束させることが可能な撮像装置、携帯端末及びＡＦ制御方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本実施形態では、撮像装置に設けられるＡＦ機構の一例として、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を用いた駆動部による構成例を示す。なお、ＶＣＭ以外の手段を用いた駆動部に対しても同様に適用可能である。
【００１６】
図１は本発明の実施形態に係る撮像装置のカメラモジュールにおけるＡＦ機構の構成を示す図である。本実施形態に係るＡＦ機構は、ＶＣＭを用いたＡＦ機構の構成例である。撮像光学系を構成する撮像レンズのうち、可動部のレンズユニットに対応するレンズ１１は、弾性体の一例である板バネ１３によって支持され、板バネ１３を介してフレーム１４に取り付けられている。図１の例では、レンズ１１の前端部及び後端部の両側部において複数の板バネ１３によって平行リンクでフレーム１４に対して変位可能に懸架されている。
【００１７】
レンズ１１には、その外周部にコイル１６が一体的に設けられ、このコイル１６がフレーム１４に固定された磁石１５と対向して配置されている。これらのコイル１６及び磁石１５によってムービングコイルタイプのＶＣＭが構成される。そして、レンズ１１を含む撮像光学系の焦点面には、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ型センサ等による撮像素子１７が配置されている。
【００１８】
図１に示すＶＣＭを用いたＡＦ機構は、コイル１６に駆動電流を印加して通電することによって、所定の位置までレンズ１１を駆動することができる。この際、コイル１６と磁石１５との間で発生する電磁力によって、板バネ１３の弾性力と釣り合う点（実際には重力等の影響も受ける）までレンズ１１が光軸１２方向に移動する。ここで、レンズ１１及びコイル１６を含む要素が可動部となり、コイル１６及び磁石１５によるＶＣＭ、及び板バネ１３が駆動部となる。
【００１９】
図２は本発明の実施形態に係る撮像装置のブロック構成を示す図である。本実施形態の撮像装置は、例えばカメラユニットとして携帯電話装置等の携帯端末に設けられるものである。携帯端末では、ＡＦ機構の駆動部にＶＣＭが用いられることが多い。
【００２０】
撮像光学系のレンズ１１を含むカメラモジュール２１には、駆動部としてのコイル１６及び磁石１５を有してなるＶＣＭ２２が設けられている。ＶＣＭ２２には駆動電流を印加する定電流ドライバ２５が接続され、定電流ドライバ２５には駆動電流値を制御する制御部２６が接続されている。また、カメラモジュール２１には撮像素子１７が設けられており、撮像素子１７には画像処理部２４が接続され、画像処理部２４の出力が制御部２６に接続されている。また、画像処理部２４から出力される撮像画像を表示する液晶表示パネル等からなる表示部２７、撮像画像の画像データを記録するメモリ等からなる記録部２８が設けられる。
【００２１】
カメラモジュール２１のＶＣＭ２２は、定電流ドライバ２５から入力される駆動電流に略比例してコイル１６が変位し、コイル１６と一体的に構成したレンズ１１を駆動する。定電流ドライバ２５は、ＡＦドライバとも呼ばれるものであり、制御部２６からの制御信号に応じて、ＶＣＭ２２の駆動電流として一定の電流を出力する。撮像素子１７は、カメラモジュール２１の撮像光学系によって結像された被写体像を光電変換して電気信号を生成し、画像処理部２４に出力する。画像処理部２４は、撮像素子１７の出力信号の各種処理を行い、被写体を撮像した撮像信号を生成して出力する。制御部２６は、マイコン等のプロセッサにより構成され、所定のプログラムに基づいて動作し、ＡＦ制御に関する処理を実行するものである。撮像装置を携帯端末に搭載する場合は、制御部２６の機能は携帯端末のＣＰＵなどにおいて実現される。この制御部２６は、予め決められた制御仕様に従って、画像処理部２４から出力される撮像信号に基づき、得られる撮像画像のコントラストなどによって合焦状態を判断し、撮像画像のボケが最小となるように、ＶＣＭ２２の駆動電流を制御するための制御信号を定電流ドライバ２５に出力する。
【００２２】
図３は本実施形態における撮像装置のＡＦ制御動作を説明する図である。この図３は、ＡＦ制御動作時の駆動電流と撮像レンズの位置との関係を示したものであり、駆動電流に対する撮像レンズのレンズ振動の様子が示されている。
【００２３】
本実施形態では、ＡＦ制御において、無通電状態から目標とするレンズ位置（制御目標位置）に対応する駆動電流値まで、駆動電流を段階的に印加するような制御を行う。このとき、まず、第１の制御によってレンズ１１を含む可動部を駆動する。第１の制御では、制御目標位置に対応する駆動電流値よりも小さい値の駆動電流を印加する。その後、第２の制御によって上記駆動した可動部の振動を抑制する。第２の制御では、制御目標位置に対応する駆動電流値を印加し、レンズ１１を制御目標位置に静定させるようにする。
【００２４】
例えばレンズ初期位置から制御開始する場合、まず第１の制御として、駆動電流値Ｉを電流値０の状態から電流値Ｉ１として印加する。ここで、電流値Ｉ１は制御目標位置に対応する駆動電流値よりも小さい値とする。これにより、レンズ１１が制御目標位置に向かって移動する。そして、時間τ経過後、第２の制御として、駆動電流値Ｉを電流値Ｉ１の状態から電流値Ｉ２として印加する。ここで、電流値Ｉ２は制御目標位置に対応する駆動電流値とする。この第２の制御の駆動電流により、レンズ１１の振動に対して、最初の振動ピークを抑制するとともに、発生した振動を打ち消すように作用させる。
【００２５】
図３において一点鎖線は比較例を示したものであり、制御目標位置に対応する駆動電流値Ｉ２を一度に印加した場合のレンズ振動が示されている。これに対し、本実施形態では、破線で示すように、上記の第１の制御及び第２の制御によって、レンズ振動Ｐは抑制され、レンズ１１が制御目標位置に対して短時間で収束するようになる。
【００２６】
第２の制御を実行するタイミングを示す時間間隔τは、可動部の固有振動の周期をＴとした場合、この周期Ｔ以下とする。レンズ振動の抑制効果を考慮すると、例えばτ≒Ｔ／２とするのがより好ましい。なお、可動部の固有振動数はレンズを含む可動部の質量、支持する弾性体の弾性係数などによって決まる。また、第１の制御と第２の制御のそれぞれの制御量は、第１の制御における制御量（電流値Ｉ１−０）を第２の制御における制御量（電流値Ｉ２−Ｉ１）よりも大きくするのが好ましい。このように制御量を設定することによって、可動部を速やかに制御目標位置に移動させ、かつ、レンズ振動を抑制することができるので、レンズを駆動開始してから静定するまでの静定時間を短縮することが可能である。
【００２７】
図４は本発明の実施形態に係る撮像装置のＡＦ機構の動作状態を示す図であり、（ａ）はＡＦ制御開始前の初期状態、（ｂ）はＡＦ制御完了後の静定状態をそれぞれ示している。
【００２８】
図１及び図４に示すように、ＶＣＭを用いたＡＦ機構では、フレーム１４の略円筒状の内周面に磁石１５が固定され、この磁石１５に対向するように、コイル１６がレンズ１１と一体的に構成されるレンズユニットの外周面に固定されている。コイル１６に電流が流れると、電磁力によって応力が発生し、板バネ１３によって支持された可動部のレンズ１１が変位する。図示した構成例では、図中上方向に応力が発生し、光軸方向に沿ってレンズ１１が撮像素子１７から離れる方向に移動するものとする。ここで、被写体までの距離に応じてコイル１６に流れる駆動電流値を調整することにより、レンズ１１の位置を変化させてフォーカス調整を行うことができる。この際、駆動電流値Ｉが大きいほどレンズ１１の移動距離が大きくなる。
【００２９】
図４（ａ）は、ＡＦ制御が行われていない初期状態を示しており、初期状態では遠景側にピントが合う位置になっているものとする。この初期状態において、レンズ位置が所定の初期位置に設定される。図４ではレンズ位置をレンズ１１の最後面と撮像素子１７の撮像面との距離Ｌ１で示している。この初期状態からＡＦ制御が実行され、近景側にピントを合わせる際には、被写体距離に従って必要な駆動電流値Ｉが供給され、レンズ１１の位置が調整される。
【００３０】
図４（ｂ）は、ＡＦ制御における１回の制御が完了してレンズ１１が目標制御位置に静定した静定状態を示している。ＡＦ制御が開始されると、第１の制御による駆動電流値Ｉ１の印加によって、レンズ１１が図中上方向へ変位し、その後、第２の制御による駆動電流値Ｉ２の印加によって、レンズ振動が抑制され、目標制御位置（レンズ１１の最後面と撮像素子１７の撮像面との距離Ｌ２）に移動される。このレンズ位置の制御を繰り返すことにより、合焦状態となるピント位置へレンズ１１が位置制御される。
【００３１】
図５は本実施形態に係る撮像装置におけるＡＦ制御動作の処理手順を示すフローチャートである。ＡＦ制御動作の開始前の初期状態（図４（ａ））では、駆動電流値Ｉは０であり、レンズ１１が所定の初期位置にある（ステップＳ１１）。この状態から制御部２６の指示によってＡＦ制御動作を開始し、制御部２６は、画像処理部２４から得られる撮像画像のコントラストに基づき、ＡＦ調整のための制御目標位置を決定する（ステップＳ１２）。
【００３２】
ＡＦ制御においては、制御部２６の指示により、まず第１の制御を行う（ステップＳ１３）。最初の第１の制御では、定電流ドライバ２５よりＶＣＭ２２へ制御目標位置に対応する電流値より小さい駆動電流値Ｉ１を供給し、レンズ１１を駆動して移動開始させる。そして、制御部２６の指示により、第２の制御を行う（ステップＳ１４）。第２の制御は、第１の制御の実行から、レンズ１１を含む可動部の固有振動の周期Ｔよりも短い時間間隔τが経過したタイミングで実行する。第１の制御の後に段階的に行う第２の制御では、定電流ドライバ２５よりＶＣＭ２２へ制御目標位置に対応する電流値の駆動電流値Ｉ２を供給し、レンズ１１を制御目標位置へ駆動する。
【００３３】
この第２の制御によって、第１の制御により生じるレンズ１１の最初の振動ピークを抑制するとともに、発生したレンズ振動を打ち消すように振動を減少させながら、制御目標位置まで移動させる。これにより、短時間で制御目標位置にレンズ１１が収束して静定するように位置制御することができる。レンズ１１の静定状態（図４（ｂ））では、駆動電流値Ｉ２が保持される。上記のような制御目標位置へのレンズ１１の駆動制御を短時間に繰り返すことによって、徐々に合焦状態となるピント位置にレンズ位置が収束し、ＡＦ制御が完了する。
【００３４】
ＡＦ制御が完了すると、レンズ１１はピント位置に保持される。この状態で、ユーザのシャッタ操作の入力に応じて被写体の撮像が行われる。なお、ＡＦ制御動作をオフした場合は、レンズ１１は初期位置に戻る。
【００３５】
上述した本実施形態によれば、簡単な構成によってＡＦ制御時のレンズ振動を抑制でき、レンズが静定するまでの時間を短縮することができる。この場合、撮像レンズを支持する弾性体の弾性係数を大きくする、駆動電流の入力部にコンデンサを追加する、あるいは、複雑な制御を実施する、等の手段を用いることなく、レンズ振動の抑制効果が得られる。したがって、構成の大型化や消費電力の増加を招くことなく、ＡＦ制御時に撮像光学系の可動部のレンズを短時間で目標位置に収束させることが可能となり、ＡＦ制御動作にかかる時間（ＡＦ制御完了までの時間）を短縮できる。
【００３６】
なお、上記の実施形態では、ＡＦ機構の駆動部としてＶＣＭを用いた構成例を示したが、他の駆動部にも同様に適用可能である。駆動部としては、例えば、圧電体、超音波モータ、ステッピングモータ、形状記憶合金、イオン導電樹脂なども用いられる。
【００３７】
なお、本発明は上記の実施形態において示されたものに限定されるものではなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、構成の大型化や消費電力の増加を招くことなく、レンズの位置制御時に撮像光学系の可動部のレンズを短時間で目標位置に収束させることが可能となる効果を有し、ＡＦ機能を持つ撮像装置、この撮像装置を備える携帯端末、及びそのＡＦ制御方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置のカメラモジュールにおけるＡＦ機構の構成を示す図
【図２】本発明の実施形態に係る撮像装置のブロック構成を示す図
【図３】本実施形態における撮像装置のＡＦ制御動作を説明する図
【図４】本発明の実施形態に係る撮像装置のＡＦ機構の動作状態を示す図
【図５】本実施形態に係る撮像装置におけるＡＦ制御動作の処理手順を示すフローチャート
【図６】従来の撮像装置におけるＡＦ制御動作時の撮像レンズのレンズ振動を説明する図
【符号の説明】
【００４０】
１１  レンズ
１２  光軸
１３  板バネ
１４  フレーム
１５  磁石
１６  コイル
１７  撮像素子
２１  カメラモジュール
２２  ＶＣＭ
２４  画像処理部
２５  定電流ドライバ
２６  制御部
２７  表示部
２８  記録部
【図１】
2009169010.tif 000003
【図２】
2009169010.tif 000004
【図３】
2009169010.tif 000005
【図４】
2009169010.tif 000006
【図５】
2009169010.tif 000007
【図６】
2009169010.tif 000008