JP2018142806A - アクチュエータドライバおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲットコードに対してレンズを線形に制御する。【解決手段】アクチュエータドライバ２００の補正回路２０６は、位置検出信号Ｓ２に応じた第１検出コードｕ１を、レンズの実際の変位に対して線形補償され、温度補償された第２検出コードｕ２に変換する。制御回路２０８は、第２検出コードｕ２がターゲットコードｕ０に近づくようにアクチュエータ１０６を制御する。補正回路２０６は、第１検出コードｕ１から、アクチュエータの電流ｉＤＲＶに応じた補正値Δｕを減算し、残りの成分にもとづいて第２検出コードｕ２を生成する。【選択図】図３

Description

本発明は、アクチュエータドライバに関する。

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は、ＡＦ（オートフォーカス）機能を備える。ＡＦ機能付きのカメラモジュールは、撮像素子と被写体の間に設けられたレンズを、被写体の像が撮像素子の表面（撮像面）に結像するように光軸方向（Ｚ軸）に変位させる。

図１は、ＡＦ機能を備えるカメラモジュールのブロック図である。カメラモジュール１００は、撮像素子１０２、レンズ１０４、アクチュエータ１０６、アクチュエータドライバ１０８、位置検出素子１１０、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１４を備える。

撮像素子１０２は、レンズ１０４を透過した像を撮影する。ＣＰＵ１１４は、レンズ１０４の変位の目標値を示すターゲットコードｕ_０を生成する。アクチュエータドライバ１０８は、ターゲットコードｕ_０にもとづいて、アクチュエータ１０６に対する駆動信号Ｓ_５を生成する。アクチュエータ１０６は、駆動信号Ｓ_５に応じてレンズ１０４を位置決めする。

ＡＦ機能付きのカメラモジュールでは、レンズ１０４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１１０は、レンズ１０４の変位を示す位置検出信号Ｓ_２を生成する。アクチュエータドライバ１０８は、位置検出信号Ｓ_２の示すレンズ１０４の位置が、ターゲットコードｕ_０が示す目標位置と一致するように、駆動信号Ｓ_５をフィードバック制御する。

ＷＯ２００９／０９３６４５号公報 特開２００９−１４５６３５号公報

図２（ａ）は、レンズ１０４の実際の変位ｘと、位置検出信号Ｓ_２の関係を示す図である。図２（ｂ）は、ターゲットコードｕ_０とレンズ１０４の変位ｘの関係を示す図である。

スマートフォンやタブレットに搭載されるカメラモジュール１００は小型化、薄型化が要求されるため、その内部の構成部品のサイズやレイアウトの制約が多い。かかる事情から、図２（ａ）に示すように、位置検出素子１１０が生成する位置検出信号Ｓ_２は、実際のレンズ１０４の変位に対して非線形である。

上述のように、アクチュエータドライバ１０８はターゲットコードｕ_０と位置検出信号Ｓ_２の値が一致するように、アクチュエータ１０６を駆動する。その結果、図２（ｂ）に示すように、ターゲットコードｕ_０に対して、レンズ１０４を線形に制御することができなくなる。

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、ターゲットコードに対してレンズを線形に制御可能なアクチュエータドライバの提供にある。

本発明のある態様は、撮像装置に使用されるアクチュエータドライバに関する。撮像装置は、撮像素子への入射光路上に設けられたレンズと、レンズを変位させるアクチュエータと、レンズの変位を示す位置検出信号を生成する磁気的な位置検出素子と、レンズの目標変位を示すターゲットコードｕ_０と位置検出信号にもとづいてアクチュエータをフィードバック制御するアクチュエータドライバと、温度センサと、を備える。アクチュエータドライバは、位置検出信号に応じた第１検出コードｕ_１を、レンズの実際の変位ｘに関して線形補償され、温度補償された第２検出コードに変換する補正回路と、第２検出コードｕ_２がターゲットコードｕ_０に近づくようにアクチュエータを制御する制御回路と、を備える。補正回路は、第１検出コードｕ_１から、アクチュエータの電流ｉ_ＤＲＶに応じた補正値Δｕを減算し、残りの成分にもとづいて第２検出コードｕ_２を生成する。

この態様によると、第１検出コードｕ_１から補正値Δｕを減算することにより、位置検出素子が周囲から受けるノイズの影響を除去できるため、線形補償、温度補償の精度を高めることができ、ターゲットコードに対してレンズを線形に制御可能となる。

前記補正値Δｕは、第１係数ｃを用いて、ｃ×ｉ_ＤＲＶで表されてもよい。
これにより、アクチュエータのコイルが発生する磁界の影響を除去または低減できる。

第１係数ｃは温度依存性を有してもよい。これにより、コイルが発生する磁界の温度依存性をキャンセルできる。

補正回路は、第１検出コードｕ_１から、補正値Δｕを減算して第１中間コードｖ_１を生成し、第１中間コードｖ_１に、温度に依存した第２係数ｄを乗算して第２中間コードｖ_２を生成し、第２中間コードｖ_２を、予め規定された関数に代入することにより、第２検出コードｕ_２を生成してもよい。

補正回路は、第１検出コードｕ_１に第３係数ｅを乗算して第３中間コードｖ_３を生成し、第３中間コードｖ_３から補正値Δｕを減算して第４中間コードｖ_４を生成し、第４中間コードｖ_４を、予め規定された関数に代入することにより、第２検出コードｕ_２を生成する。

第３係数ｅは温度依存性を有してもよい。

所定の第４係数をαとするとき、
ｕ＝ｕ_１−αｘ
で与えられるコードｕとレンズの実際の変位ｘとの関係が、ｘ＝ｆ（ｕ）として表されてもよい。第２検出コードｕ_２とレンズの実際の変位ｘの間に成り立つべき関係式がｕ_２＝ａｘ＋ｂとして規定されてもよい。第２検出コードｕ_２は、
ｕ_２＝ａ・ｆ（ｖ_２）＋ｂ
ｕ_２＝ａ・ｆ（ｖ_４）＋ｂ
で計算されてもよい。

アクチュエータドライバは、ひとつの基板に一体集積化されてもよい。

本発明の別の態様は撮像装置に関する。撮像装置は、撮像素子と、撮像素子への入射光路上に設けられたレンズと、レンズを光軸と垂直な面内で変位させるアクチュエータと、レンズの変位を示す位置検出信号を生成する位置検出素子と、レンズの目標変位を示すターゲットコードと位置検出信号にもとづいてアクチュエータをフィードバック制御する上述のいずれかのアクチュエータドライバと、を備えてもよい。

本発明のある態様は、レンズ制御装置に関する。レンズ制御装置は、撮像レンズと、撮像レンズを駆動するためのアクチュエータと、撮像レンズの位置を検出するための位置検出手段と、温度の変化を検出するための温度検出手段と、を備え、位置検出手段による位置検出信号と、撮像レンズ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ための温度補償手段を有し、アクチュエータはコイルと永久磁石の相互作用によって撮像レンズを駆動する電磁アクチュエータであり、位置検出手段は磁気的位置検出手段であって、撮像レンズの変位によって生じる位置検出信号成分と、コイルへの通電にともなって発生する磁界によって生じる位置検出信号成分の、それぞれに対して個別に温度補償を行うことを特徴としている。

以上の構成によれば、撮像レンズの変位によって生じる位置検出信号成分と、コイルへの通電にともなって発生する磁界によって生じる位置検出信号成分の、それぞれに対して個別に温度補償を行うので、温度補償の精度を高めることができ、撮像レンズの高精度かつ高速の位置決めが可能となる。

また、ある態様のレンズ制御装置は、コイル磁界による位置検出信号成分の温度補償は、検出されたトータルの位置検出信号に対して、あるいは変位による位置検出信号成分の温度補償が行われた後の位置検出信号に対して、コイル磁界による位置検出信号成分を所定の係数で引き算することによって行ってもよい。

以上の構成によれば、ノイズとなって位置検出手段に入射するコイル磁界による位置検出信号成分を引き算で除去するので、温度補償の精度を高めることができる。

また、ある態様のレンズ制御装置は、所定の係数を、温度検出手段によって検出される温度に応じて設定してもよい。

以上の構成によれば、温度によって補正係数を最適化するので、コイル磁界によるノイズ成分を精度よく除去することが可能となる。

また、ある態様のレンズ制御装置は、変位による位置検出信号成分の温度補償は、検出されたトータルの位置検出信号に対して、あるいはコイル磁界による位置検出信号成分の温度補償が行われた後の位置検出信号に対して、所定の係数で乗除することによって行ってもよい。

以上の構成によれば、位置検出信号に対して所定の係数で乗除することによって、変位による位置検出信号成分の温度補償を行うことができるので、温度補償の精度を高めることができる。

また、ある態様のレンズ制御装置は、所定の係数を、温度検出手段によって検出される温度に応じて設定してもよい。

以上の構成によれば、温度によって補正係数を最適化するので、変位による位置検出信号成分の温度による影響を精度よく補正することが可能となる。

また、ある態様のレンズ制御装置は、コイル磁界による位置検出信号成分の温度補償の後に変位による位置検出信号成分の温度補償を行ってもよい。

以上の構成によれば、先にノイズ成分となるコイル磁界による位置検出信号成分を除去するので、変位による位置検出信号成分の温度補償のための最適係数を見つけやすくなり、高精度の温度補償が可能となる。

また、ある態様のレンズ制御装置は、位置検出手段による位置検出信号と、撮像レンズの変位との関係に対して、関係の直線性を補正するための線形補償手段を備えてもよい。

以上の構成によれば、温度補償に加えてさらに線形補償を行うので、撮像レンズの高精度かつ高速な位置決めが可能となる。

また、ある態様のレンズ制御装置は、コイル磁界による位置検出信号成分の温度補償を行うかどうかの切換手段を有してもよい。

以上の構成によれば、コイル磁界による位置検出信号成分の温度補償を行うかどうかを切り換えることができるので、コイル磁界による位置検出信号成分の温度補償の効果がない、あるいは逆効果になる場合は補償をとりやめることができ、可能な範囲で最適な選択が行える。

また、ある態様のレンズ制御装置は、位置検出手段がホール素子であって、温度検出手段はホール素子内の所定の端子間抵抗の温度による変化を利用してもよい。

以上の構成によれば、アクチュエータ内部にあるホール素子の端子間抵抗の変化を利用して温度を検出するので、温度補償すべき対象物近傍の温度を正確に把握することができ、高精度の温度補償が可能となる。

また、ある態様の撮像装置は、上記のいずれかに記載のレンズ制御装置を有し、さらに、オートフォーカスのための位相差検出が可能な撮像素子を備え、温度補償がオートフォーカスのための撮像レンズの変位による位置検出信号に対して適用されることが望ましい。

以上の構成によれば、温度補償と線形補償がなされた位置検出信号に基づいて、位相差検出によって合焦位置の目標位置とされる位置にダイレクトにアクセスできるようになるため、高速かつ高精度のレンズ位置決めが可能となる。

また、ある態様の撮像装置は、上記のいずれかのレンズ制御装置を有し、さらに、複数個のカメラモジュールを備え、温度補償がオートフォーカスのための撮像レンズの変位による位置検出信号に対して適用されることが望ましい。

以上の構成によれば、複数個のカメラモジュールの間の撮像レンズの移動を関連付けながら行うことができ、温度が変化しても位置検出信号が補正されているため、温度変化がなかったかのような関連付けが可能となる。

本発明の別の態様は、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、制御対象の位置を示す位置検出値を生成する位置検出部と、温度を示す温度検出値を生成する温度検出部と、位置検出値を補正する補正部と、補正後の位置検出値と、制御対象の目標位置を示す位置指令値とが一致するように制御指令値を生成するコントローラと、制御指令値に応じた駆動信号をアクチュエータに印加するドライバ部と、を備え、補正部は、温度ごとに所定の係数で位置検出値から引き算を行う補正と、温度ごとに所定の係数で位置検出値に対して乗除する補正の両方を行うことを特徴としている。

この態様によれば、撮像レンズの変位によって生じる位置検出信号成分と、コイルへの通電にともなって発生する磁界によって生じる位置検出信号成分の、それぞれに対して個別に温度補償を行うので、温度補償の精度を高めることができ、撮像レンズの高精度かつ高速の位置決めが可能となる。

また、ある態様のアクチュエータドライバは、位置検出値または位置指令値をｙ、実際の変位をｘ、アクチュエータに印加する電流をｉとするとき、補正部は、温度によって異なる補正係数ａ、およびｂの値を保持するメモリを含み、補正部は、位置検出部からの位置検出値をｙ_１とするとき、ｙ_２＝ｙ_１−ｃｉを計算するステップと、ｙ_３＝ｄｙ_２を計算するステップと、を実行し、ｙ_３が補正後の位置検出値であってもよい。

ある態様のアクチュエータドライバは、位置検出値または位置指令値をｙ、実際の変位をｘ、アクチュエータに印加する電流をｉとするとき、補正部は、温度によって異なる補正係数ｃ、およびｄの値を保持するメモリを含み、補正部は、位置検出部からの位置検出値をｙ_１とするとき、ｙ_２＝ｄｙ_１を計算するステップと、ｙ_３＝ｙ_２−ｃｉを計算するステップと、を実行し、ｙ_３が補正後の位置検出値であってもよい。

ある態様のアクチュエータドライバは、補正後の位置検出値ｙ_３に対してさらに直線化補正を行ってもよい。これにより、温度補償と線形補償の両方が可能となる。

位置検出部は、内部抵抗が温度依存性を有する位置検出素子からの信号にもとづいて、位置検出値を生成し、温度検出部は、位置検出素子の内部抵抗にもとづいて、温度検出値を生成してもよい。これにより、温度検出素子が不要となるため、コストを下げることができる。さらに、温度測定の対象である位置検出素子を、温度検出素子として利用できるため、測定対象の温度を正確に検出できる。

位置検出素子はホール素子であり、位置検出素子は、一定のバイアス電流によってバイアスされ、温度検出部は、位置検出素子の電圧降下にもとづいて、温度検出値を生成してもよい。

本発明の別の態様は、レンズ制御装置に関する。レンズと、可動部にレンズが取り付けられたアクチュエータと、アクチュエータを駆動する上述のいずれかのアクチュエータドライバと、を備える。レンズ制御装置は、オートフォーカスモジュールあるいは手ぶれ補正モジュールであってもよい。

本発明の別の態様は、撮像装置に関する。撮像装置は、撮像素子と、上述のレンズ制御装置と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

さらに、この課題を解決するための手段の記載は、すべての欠くべからざる特徴を説明するものではなく、したがって、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。

本発明によれば、対象物を高精度かつ高速に位置決めすることが可能となる。

ＡＦ機能を備えるカメラモジュールのブロック図である。 図２（ａ）は、レンズの実際の変位ｘと、位置検出信号Ｓ_２の関係を示す図であり、図２（ｂ）は、ターゲットコードｕ_０とレンズの変位ｘの関係を示す図である。 実施の形態に係るカメラモジュールのブロック図である。 位置検出素子とアクチュエータを模式的に示す図である。 図５（ａ）〜（ｃ）は、補正回路の線形補償を説明する図である。 図６（ａ）〜（ｃ）は、従来の温度補償技術を説明するための図である。 撮像装置を示す図である。 レンズ制御装置の第１実施形態における温度補償と線形補償の処理を示すフローチャートである。 所定の温度における位置検出信号と実際の変位の関係および磁気かぶり補正実施後の関係を示す図である。 線形補償を行うときに必要となる位置検出信号と変位の関係の傾きとオフセットを算出する方法を説明するための図である。 位置検出信号と変位との関係が、温度によってどのように変化するかを説明する測定結果を示す図である。 図１２（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態における温度補償および線形補償を説明する図である。 レンズ制御装置の第２実施形態における温度補償と線形補償の処理を示すフローチャートである。 図１４（ａ）〜（ｃ）は、第２実施形態における温度補償および線形補償を説明する図である。 レンズ制御装置のブロック図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

また図面に記載される各部材の寸法（厚み、長さ、幅など）は、理解の容易化のために適宜、拡大縮小されている場合がある。さらには複数の部材の寸法は、必ずしもそれらの大小関係を表しているとは限らず、図面上で、ある部材Ａが、別の部材Ｂよりも厚く描かれていても、部材Ａが部材Ｂよりも薄いこともあり得る。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図３は、実施の形態に係るカメラモジュール１００のブロック図である。図３のカメラモジュール１００の基本構成は、図１のそれと同様である。レンズ１０４は、撮像素子１０２への入射光路上に設けられる。アクチュエータ１０６は、レンズ１０４を光軸方向に変位させる。位置検出素子１１０は、ホールセンサなどの磁気センサであり、レンズ１０４の変位を示す位置検出信号（ホール信号）Ｓ_２を生成する。ＡＦセンサ１１２は、位相差検出方式あるいはコントラスト検出方式にもとづいて、合焦に必要な情報を検出する。

ＣＰＵ１１４は、ＡＦセンサ１１２の出力にもとづいて、レンズ１０４の変位の目標値を示すターゲットコードｕ_０を含むシリアルデータＳ_１を生成する。アクチュエータドライバ２００は、ターゲットコードｕ_０にもとづいて、アクチュエータ１０６に対する駆動信号Ｓ_５を生成する。アクチュエータ１０６の可動子にはレンズ１０４が取り付けられており、レンズ１０４は、ターゲットコードｕ_０に応じた位置に移動する。

温度センサ１１６は、温度を検出する。検出対象となる温度は、位置検出素子１１０の温度であるが、その限りでなく、それと相関を有する温度であればよい。たとえば温度センサ１１６は周囲温度を検出してもよい。温度センサ１１６はサーミスタやポジスタ、熱電対などであってもよい。あるいは後述するように、温度検出の対象である位置検出素子１１０がホール素子である場合、ホール素子１１０を温度センサ１１６として利用してもよい。

より詳しくは、アクチュエータドライバ２００は、レンズ１０４の目標変位を示すターゲットコードｕ_０と位置検出信号Ｓ_２にもとづいてアクチュエータ１０６をフィードバック制御する。

アクチュエータドライバ２００は、インタフェース回路２０２、Ａ／Ｄコンバータ２０４、補正回路２０６、制御回路２０８を備える。インタフェース回路２０２は、ＣＰＵ１１４からターゲットコードｕ_０を含むシリアルデータＳ_１を受信する。Ａ／Ｄコンバータ２０４は、位置検出素子１１０からの位置検出信号Ｓ_２をデジタルの第１検出コードｕ_１に変換する。Ａ／Ｄコンバータ２０４の前段には、アンプが設けられてもよい。位置検出信号Ｓ_２がデジタル信号である場合、Ａ／Ｄコンバータ２０４は省略可能である。

補正回路２０６は、第１検出コードｕ_１を、レンズ１０４の実際の変位と線形な関係を有し、かつ温度に依存しない第２検出コードｕ_２に変換する。補正回路２０６における処理を、線形補償および温度補償と称する。制御回路２０８は、第２検出コードｕ_２がターゲットコードｕ_０に近づくようにアクチュエータ１０６を制御する。制御回路２０８は、コントローラ２１０およびドライバ部２１２を含む。コントローラ２１０は、第２検出コードｕ_２とターゲットコードｕ_０の誤差がゼロに近づくように制御指令値Ｓ_４を生成する。ドライバ部２１２は制御指令値Ｓ_４に応じた駆動信号Ｓ_５をアクチュエータ１０６に供給する。

本発明者らは、位置検出素子１１０は、アクチュエータの可動子の位置に応じた磁界（信号成分という）に加えて、信号成分とは異なる磁界（ノイズ成分という）を受けることを認識するに至った。補正値Δｕの減算は、ノイズ成分を除去する処理に相当する。信号成分とノイズ成分は、異なる温度依存性を有しうる。また、信号成分とノイズ成分は、アクチュエータの電流に対して、異なる依存性を有しうる。

そこで補正回路２０６は、第１検出コードｕ_１から、アクチュエータ１０６の電流ｉ_ＤＲＶに応じた補正値Δｕを減算し、残りの成分にもとづいて第２検出コードｕ_２を生成する。電流ｉ_ＤＲＶは、測定値（検出値）であってもよいし、その指令値であってもよい。

以上がアクチュエータドライバ２００の基本構成である。
このアクチュエータドライバ２００によれば、第１検出コードｕ_１に応じた値から補正値Δｕを減算することにより、位置検出素子１１０が周囲から受けるノイズの影響を除去あるいは低減できる。これにより、線形補償、温度補償の精度を高めることができ、ターゲットコードｕ_０に対してレンズ１０４を線形に制御可能となる。

補正値Δｕは、電流ｉ_ＤＲＶを用いて、ある関数Δｕ＝ｈ（ｉ_ＤＲＶ）で表すことができる。関数ｈ（ｉ_ＤＲＶ）は、線形補償および温度補償が十分な精度が得られるように定めればよい。

図４は、位置検出素子１１０とアクチュエータ１０６を模式的に示す図である。アクチュエータ１０６は、コイル１０６ａと、可動子側の永久磁石１０６ｂを備える。ホール素子などの磁気的な位置検出素子１１０は、永久磁石１０６ｂから受ける磁界Ｈ_ｓｉｇにもとづいて、可動子の変位ｘに応じた位置検出信号Ｓ_２を生成する。

ここでアクチュエータ１０６のコイルに電流ｉ_ＤＲＶが流れると、電流ｉ_ＤＲＶに比例した磁界Ｈ_{ＮＯＩＳＥ}が発生し、この磁界Ｈ_{ＮＯＩＳＥ}が位置検出素子１１０に入射する。このため、位置検出信号Ｓ_２には、アクチュエータ１０６の変位ｘに依存した磁界Ｈ_ｓｉｇに起因する成分と、ノイズとなる磁界Ｈ_{ＮＯＩＳＥ}に起因する成分が含まれる。本発明者らが検討したところ、２つの磁界Ｈ_ｓｉｇとＨ_{ＮＯＩＳＥ}は、異なる温度特性を有しており、このことが従来の温度補償、線形補償では、精度的に不十分であったことの要因であることを認識した。

磁界Ｈ_{ＮＯＩＳＥ}に起因する成分を除去するためには、補正値Δｕは、係数ｃを用いて、ｃ×ｉ_ＤＲＶとすればよい。
Δｕ＝ｃ×ｉ_ＤＲＶ
なお補正値Δｕを、より高次の関数で定義してもよい。
Δｕ＝ｃ_１×ｉ_ＤＲＶ＋ｃ_２×ｉ_ＤＲＶ ^２＋ｃ_３×ｉ_ＤＲＶ ^３・・・

続いて補正回路２０６による線形補償および温度補償の具体例について説明する。

（第１の補償方法）
温度センサ１１６が検出した温度Ｔに応じて、係数ｃは異なる値に設定される。すなわち係数ｃは、温度依存性を有している。以下、ある温度における係数ｃを、ｃ_Ｔと記す。温度Ｔと係数ｃ_Ｔの関係は、テーブルあるいは演算式の形でアクチュエータドライバ２００に保持される。
温度センサ１１６が検出した温度がＴであるとき、
Δｕ＝ｃ_Ｔ×ｉ_ＤＲＶ
となり、第１中間コードｖ_１が以下の式で計算される。
ｖ_１＝ｕ_１−Δｕ＝ｕ_１−ｃ_Ｔ×ｉ_ＤＲＶ

補正回路２０６は、第１中間コードｖ_１に、温度Ｔに依存した第２係数ｄを乗算して第２中間コードｖ_２を生成する。ある温度Ｔにおける第２係数ｄを、ｄ_Ｔと記す。
ｖ_２＝ｄ_Ｔ×ｖ_１

ここまでの処理は温度補償である。続いて補正回路２０６は線形補償を行う。補正回路２０６は、そして第２中間コードｖ_２を、予め規定された関数ｇ（ｖ_２）に代入することにより、第２検出コードｕ_２を生成する。
ｕ_２＝ｇ（ｖ_２）

第２中間コードｖ_２と第２検出コードｕ_２の関数ｇの導出を説明する。図５（ａ）〜（ｃ）は、補正回路２０６の線形補償を説明する図である。図５（ａ）は、第２検出コードｕ_２とレンズ１０４の実際の変位ｘが満たすべき関係式を表しており、
ｕ_２＝ａｘ＋ｂ
で表される。ａ，ｂは定数である。サーボがかかっている状態では、第２検出コードｕ_２とターゲットコードｕ_０は等しいから、図５（ａ）は、ターゲットコードｕ_０とレンズ１０４の変位の目標とする特性と捉えることもできる。

カメラモジュール１００の検査段階において、第１検出コードｕ_１と変位ｘの関係が測定される。測定は基準となる温度Ｔ_０（たとえば室温３０℃）で行えばよい。たとえばターゲットコードｕ_０をスイープさせて、レンズ１０４の変位ｘを変化させながら、変位ｘの正しい値と、第１検出コードｕ_１の関係を取得する。変位ｘの正しい値はレーザ変位計などを用いて測定できる。図５（ｂ）は、第１検出コードｕ_１と変位ｘの関係を示す。

所定の第４係数をαとするとき、図５（ｂ）の関係にもとづいて、
ｕ＝ｕ_１−αｘ
で与えられるコードｕと、レンズ１０４の実際の変位ｘとの関係ｘ＝ｆ（ｕ）が取得される。この関係ｘ＝ｆ（ｕ）は図５（ｃ）に示される。

なお、αｘは、上述のΔｕ＝ｃ×ｉ_ＤＲＶに対応する項である。なぜなら変位ｘと駆動電流ｉ_ＤＲＶの間に比例関係が成り立つからである。

図５（ａ）と図５（ｃ）の関係が得られているとき、補正回路２０６は、以下の関数にもとづいて第２検出コードｕ_２を生成することができる。
ｕ_２＝ｇ（ｖ_２）＝ａ・ｆ（ｖ_２）＋ｂ

（第２の補償方法）
第１の補償方法では、温度補償を行った後に、線形補償を行ったが、第２補償ではそれらの順序が異なっている。

補正回路２０６は、第１検出コードｕ_１に温度Ｔに依存した第３係数ｅを乗算し、第３中間コードｖ_３を生成する。ある温度Ｔにおける第３係数ｅをｅ_Ｔと記す。
ｖ_３＝ｅ_Ｔ×ｕ_１
そして、第３中間コードｖ_３から、補正値Δｕを減算して第４中間コードｖ_４を生成する。
ｖ_４＝ｖ_３−Δｕ＝ｅ_Ｔ・ｕ_１−ｃ_Ｔ×ｉ_ＤＲＶ

そして第４中間コードｖ_４を、予め規定された関数ｇ（ｖ_４）に代入することにより、第２検出コードｕ_２を生成する。
ｕ_２＝ｇ（ｖ_４）＝ａ・ｆ（ｖ_４）＋ｂ
この関数ｇ（ｖ_４）は、第１の補償方法と同様である。

本発明は、図３のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や変形例を説明する。

図６（ａ）〜（ｃ）は、従来の温度補償技術を説明するための図である。図６（ａ）は、あるアクチュエータのＡＦ方向の位置検出信号と実際の変位との関係の温度特性を示すグラフである。縦軸が位置検出信号であり、アンプゲイン等の条件によって値が変わるため数値は省略しているが、温度ごとの測定はすべて同じ条件である。横軸が実際の変位を示している。位置検出素子は磁気的な手段であるホール素子を用いている。また、駆動手段は、コイルと永久磁石との磁気的作用を利用した、いわゆるボイスコイルモータである。図６（ａ）の結果からもわかるように、位置検出信号と実際の変位との関係は温度によって変化している。

図６（ｂ）は、図６（ａ）の結果に対して、傾き成分とオフセット成分を温度によって補正した結果を示す図である。オフセット成分については、図６（ａ）の結果の段階で原点を通るように補正されているため、実際には傾き補正のみを実施している。図６（ｂ）からも明らかなように、ひとつの傾き補正係数だけでは、全ストローク範囲の補正はできない。図の右側がマクロ側、左側が無限遠側であるが、無限遠近傍側の傾きを補正しようとすると、マクロ側の傾きがずれてしまっている。逆に、図示はしないが、マクロ側の傾きを補正しようとしたら、無限遠側の傾きがずれてしまうことになる。

図６（ｃ）は、図６（ｂ）の結果に対して、３０℃における位置検出信号と実際の変位との関係を用いて線形補償を行った結果を示す図である。図６（ｂ）において、各温度における上記関係が一致していない、すなわち温度補償が完全ではないため、図６（ｃ）においても各温度の補正結果に差があり、かつ５℃、５５℃では直線からもずれてしまう。線形補償の際に、各温度における位置検出信号と実際の変位との関係を用いてその温度の直線化を行えば、線形補償も温度補償も改善されるが、様々な温度における位置検出信号と実際の変位との関係を事前にすべて測定しておき、すべての関係をメモリに保存しておくことは、生産性、メモリ容量の両面から望ましくない。

本実施の形態では、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ついて説明する。まずは、撮像レンズを動かすアクチュエータの構成について簡単に説明する。図７は、撮像装置を示す図である。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、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。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。たとえばレンズ３０４はオートフォーカス（ＡＦ）用レンズであってもよいし、手ぶれ補正用レンズであってもよい。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）Ｐ_ＲＥＦにもとづいて、レンズ３０４を位置決めする。Ｐ_ＲＥＦは、上述のｕ_０に相当する。

たとえばレンズ３０４がＡＦ用レンズの場合、レンズ制御装置４００は、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Ｐ_ＲＥＦ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Ｐ_ＲＥＦが生成されてもよい（位相差ＡＦ）。

レンズ３０４が手ぶれ補正用レンズの場合、レンズ制御装置４００はレンズ３０４を撮像素子３０２と平行な面内でＸ軸および／またはＹ軸方向に変位させる。プロセッサ３０６は、ジャイロセンサからの出力にもとづいて、位置指令値Ｐ_ＲＥＦを生成する。

以下では、レンズ３０４をＡＦ用レンズとして説明を進める。

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４０４、温度検出素子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り、その可動部が、レンズ３０４のホルダー３０８と接続されている。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。

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可動部、たとえばホルダー３０８には、永久磁石３１０が取り付けられ、固定部にはホール素子３１２が取り付けられる。これらの組み合わせにより位置検出素子４０４が形成される。一方、レンズ３０４およびホルダー３０８を駆動するため、ホルダー３０８にはコイル３１４が、固定部には永久磁石３１６が配置されている。コイル３１４に電流を印加することにより、フレミングの左手法則にしたがって、レンズ３０４およびホルダー３０８は一体的に駆動される。

可動部と固定部が相対変位すると、ホール素子３１２に入力される永久磁石３１０からの磁気が変化する。それと同時に、コイル３１４に電流を印加することにより、コイルが磁界を発生し、その一部の磁束がホール素子３１２に入射し、ノイズ成分となる。以下、この現象を磁気かぶりと呼ぶ。すなわち、ホール素子は、磁気変化、すなわちアクチュエータ４０２の変位、言い換えればレンズ３０４の現在の位置に応じた電気信号（以下、位置検出信号Ｐ_ＦＢという）を生成するが、同時にコイルへの通電で発生した磁界によるノイズまでも電気信号として生成してしまう。位置検出信号Ｐ_ＦＢは、アクチュエータドライバＩＣ５００にフィードバックされる。位置検出信号Ｐ_ＦＢは、上述の第１検出コードｕ_１に相当する。

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。

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Ｐ_ＦＢが、位置指令値Ｐ_ＲＥＦ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。

このようにレンズ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、目標位置への高速アクセスを実現したりできる。

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Ｐ_ＦＢ）もしくはそれに対応する位置指令値Ｐ_ＲＥＦ（以下、これを変数ｙとしても表記する）と、レンズ３０４（アクチュエータ４０２）の実際の変位（以下、これを変数ｘとして表記する）の関係（以下、ｘ−ｙ特性ともいう）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、ｘ−ｙ特性は非線形であり、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れらの関係（ｘ−ｙ特性）は変動する。したがって、位置検出信号Ｐ_ＦＢと位置指令値Ｐ_ＲＥＦが一致するように制御したとしても、この関係（ｘ−ｙ特性）が変化すると、レンズ３０４の実際の位置が変化することになる。

たとえば、位置検出素子４０４が、永久磁石３１０とホール素子３１２の距離の変化を検出するような構成になっていた場合、ｘ−ｙ特性は非線形となり、位置検出信号はおおよそ変位の２次関数となる。これを、ｙ_ｄ＝ｐ_１ｉ^２＋ｐ_２ｉと表す。ｙ_ｄは変位によって生じる位置検出信号成分である。ｉはコイルに印加する電流であり、磁束密度が一定、可動部を支持するバネのバネ定数が一定などの条件のもとでは、変位ｘは印加電流ｉに比例するので（フレミングの左手法則、フックの法則）、この式はｘ−ｙ特性を表している。なお、ｐ_１とｐ_２は定数であり、温度によって変化する値である。ここでの電流ｉは上述の電流ｉ_ＤＲＶに相当する。

一方、コイル３１４への通電によって発生する磁界の一部がホール素子３１２にも入射してノイズとなる。コイル３１４への通電による磁界の大きさは印加電流ｉに比例するので、これをｙ_ｎ＝ｐ_３ｉと表す。ｙ_ｎはコイル磁界による位置検出信号成分である。ｐ_３は定数であり、温度によって変化する値である。ｙ_ｎは上述の補正量Δｕに相当する。

説明を簡略化するため、一旦温度によるオフセット成分の変化は無視する。ｙ_ｄとｙ_ｎは温度の影響を受け、ある係数の掛け算で変化する。すなわち、温度によってｘ−ｙ特性の傾きが変化する。これを式で表すと、ｙ_ｄ'＝ｑ_１ｙ_ｄ、ｙ_ｎ'＝ｑ_２ｙ_ｎとなる。ｑ_１とｑ_２は温度による変化を示す係数であり、ｑ_１にはホール素子の温度特性のほか、永久磁石の熱減磁の影響も受けるのに対し、ｑ_２は永久磁石の熱減磁の影響がないことなどからも考えて、ｑ_１とｑ_２は異なる係数となる。

したがって、温度の影響を受ける前の位置検出信号は、ｙ_ｄ＋ｙ_ｎ＝ｐ_１ｉ^２＋（ｐ_２＋ｐ_３）ｉ、温度の影響を受けた後の位置検出信号は、ｙ_ｄ'＋ｙ_ｎ'＝ｑ_１ｐ_１ｉ^２＋（ｑ_１ｐ_２＋ｑ_２ｐ_３）ｉ、となる。このような関係の場合、ｙ_ｄ'＋ｙ_ｎ'に何らかの係数を掛けたとしても、ｙ_ｄ＋ｙ_ｎに戻すことはできない。これが、全ストローク範囲にわたってひとつの補正係数では補正できない理由と考えられる。なおこの考察を当業者の一般的な認識と捉えてはならない。

これに対して、変位による位置検出信号成分が２次関数でなく１次関数だったとする。式で表すと、ｙ_ｄ＝ｐ_２ｉ、となる。この場合は、ｙ_ｄ＋ｙ_ｎ＝（ｐ_２＋ｐ_３）ｉ、ｙ_ｄ'＋ｙ_ｎ'＝（ｑ_１ｐ_２＋ｑ_２ｐ_３）ｉ、となるので、ｙ_ｄ'＋ｙ_ｎ'に対して補正係数（ｐ_２＋ｐ_３）／（ｑ_１ｐ_２＋ｑ_２ｐ_３）を掛け算してやることで、ｙ_ｄ＋ｙ_ｎへと補正することが可能である。

上記の対策はアクチュエータの位置検出特性の改善を待つしかないので、本願では別の対策を提案する。それは、変位による位置検出信号成分とコイル磁界による位置検出信号成分を別々に補正し、コイル磁界による位置検出信号成分を除去することである。コイル磁界による位置検出信号成分がなかったとすると、ｙ_ｄ＝ｐ_１ｉ^２＋ｐ_２ｉ、であるが、ｙ_ｄ'＝ｑ_１ｙ_ｄとなるだけなので、１／ｑ_１を補正係数として掛け算してやると、ｙ_ｄ'をｙ_ｄに戻すことができる。

図７に戻って、アクチュエータドライバＩＣ５００は、後に詳述するように、ｘ−ｙ特性を補正する機能を備える。この補正機能は、変位によって生じる位置検出信号成分と、コイルへの通電にともなって発生する磁界によって生じる位置検出信号成分の、それぞれに対して個別に温度補償を行うものである。この補正のために、温度検出素子４０６が設けられる。温度検出素子４０６は、位置検出素子４０４の温度を検出する。なお、位置検出素子４０４の温度と周囲温度が一致する場合、あるいは強い相関を有する場合、温度検出素子４０６は周囲温度を測定してもよい。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。温度検出素子４０６は、サーミスタやポジスタ、熱電対などであってもよい。あるいは後述するように、温度検出の対象である位置検出素子４０４がホール素子である場合、ホール素子を温度検出素子４０６として利用してもよい。

最も厳密には、以下のフローによって、温度変動や個体ばらつきのない制御が可能となる。

１． 製品出荷前に、すべての個体について、複数の温度それぞれにおいて、位置検出信号ｙと実際の変位ｘの関係（ｘ−ｙ特性）を測定しておく。

２． 予め測定しておいた関係のうち現在の温度に対応するひとつを参照し、位置検出信号に対応する変位を取得する。

しかしながら、このフローでは、出荷前において膨大な検査時間を要することとなる。また、アクチュエータドライバＩＣの内部に、複数の温度ごとのｘ−ｙ特性を保持しておく必要があるため、大容量のメモリが必要となる。特に、ｘ−ｙ特性が非線形である場合には、この問題は深刻である。

以下では、小さいメモリ容量で、温度変動や個体ばらつきを抑制した制御を行うための補正処理について、第１実施形態から第２実施形態を参照して説明する。以下で説明する補正処理は、大きく、位置検出信号（位置指令値）と実際の変位を線形化する線形補償と、温度変動を補正する温度補償と、を含む。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態について、図８ないし図１２（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図８は、第１実施形態に係るレンズ制御装置における温度補償と線形補償の処理を示すフローチャートである。図９は、所定の温度における位置検出信号と実際の変位の関係および磁気かぶり補正実施後の関係を示す図である。図１０は、線形補償を行うときに必要となる位置検出信号と変位の関係の傾きとオフセットを算出する方法を説明するための図である。図１１は、位置検出信号と変位との関係が、温度によってどのように変化するかを説明する測定結果を示す図である。図１２（ａ）は、図１１の各温度における位置検出信号と変位との関係の測定結果に対して、磁気かぶり成分を除去した後の結果を示す図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の磁気かぶり成分除去を行った結果に対して、各温度ごとの温度補正係数を掛けて温度補償を行った結果を示す図である。図１２（ｃ）は、図１２（ｂ）の温度補償を行った結果に対して、直線化処理を行った結果を示す図である。

図８を参照して、温度補償と線形補償の全体の処理を説明する。第１実施形態では、位置検出信号に対して磁気かぶり成分の除去と温度変化に対する係数補正を行うとともに、ひとつの所定温度における位置検出信号と変位との関係を利用して、各温度での線形補償を行う。

処理１〜４は、撮像装置３００の製造後、出荷前の検査工程で行われ、処理５は開発段階の実験データなどから設定される。処理１では、所定温度（基準温度ともいう）Ｔ_０、たとえば製造工場の設定温度などにおいて、位置検出信号ｙ（図７の位置検出値Ｐ_ＦＢ）と変位ｘの関係（ｘ−ｙ特性）を取得しておく。位置検出信号ｙは、ホール素子の出力電圧でもよい。位置検出信号ｙは、第１検出コードｕ_１に相当する。サーボをかけて測定する場合はターゲットコード（図７の位置指令値Ｐ_ＲＥＦ）でもかまわない。なぜならターゲットコードは目標のアクセス位置を示すコードであり、サーボをかけて目標位置に収束させると、ホール素子の出力電圧と等価になるからである。変位ｘは、レーザ変位計などを用いて、撮像レンズの変位を直接測定するとよい。このようにして測定された位置検出信号ｙと変位ｘとの関係は、直線性が保たれているとは限らないし、温度がＴ_０から変化することによって関係も変化することが考えられる。処理１は、すべての個体について行われる。

このようにして測定されたｘ−ｙ特性の結果の例を図９の実線で示す。この例では基準温度Ｔ_０を３０℃としている。測定されたホール素子による位置検出信号の中には、磁気かぶりによる成分と変位による成分の両方が含まれていると考えられる。

処理２では、線形関数ｙ＝ａｘ＋ｂを設定する。線形関数ｙ＝ａｘ＋ｂの傾きａと切片ｂは、処理１で得られたｘ−ｙ特性を考慮して規定することが望ましい。たとえばｘ−ｙ特性を線形近似することにより、傾きａ、切片ｂを求めてもよい。なお、線形関数ｙ＝ａｘ＋ｂは、基準温度Ｔ_０におけるｘ−ｙ特性とは無関係に定めてもよい。

測定時に０点調整を行った場合は、測定段階から原点を通る、すなわちｂ＝０となるため、傾きａのみを求めればよい。一方、測定結果が原点を通らない場合、オフセット補正（ｂ≠０）を行って原点を通るようにシフトさせてもよいし、図１０に示すように、測定結果１０の任意の２点、たとえば実用ストローク範囲の両端の２点（ｘ_０１，ｙ_０１）と（ｘ_０２，ｙ_０２）を結ぶ直線１１としてｙ＝ａｘ＋ｂを規定してもよい。

処理３では、処理１で測定した位置検出信号ｙと変位ｘの関係（ｘ−ｙ特性）に対して、磁気かぶり成分を除去する。磁気かぶり成分は印加電流ｉに比例し、磁束密度が一定、バネ定数が一定であるならば変位ｘもｉに比例する。したがって、ここでは変位ｘに係数ｃを掛けて磁気かぶり成分を引き算している。もちろん、係数ｃの値は異なるが、電流ｉに係数を掛けて引き算してもかまわない。

位置検出信号ｙから磁気かぶり成分を引き算した結果を図９の２点鎖線で示す。この結果が、この後の様々な補正処理の基準となる。

処理４では、磁気かぶり成分を除去した後のｘ−ｙ特性を関数化する。図９のグラフに対しては逆関数となるが、ｘ＝ｆ（ｙ_１）の形で関数化しておくと、後の処理がやりやすい。関数は、直線ではない関係をフィットさせるので、２次以上の関数が必要である（多項式近似）。次数を上げた方がフィット誤差は小さくなるが、計算量が増えるので、実態に合わせて次数を設定すればよい。以下の線形補償では５次関数を用いた。

ｘ＝ｆ（ｙ）＝ｋ_０＋ｋ_１ｙ＋ｋ_２ｙ_２＋ｋ_３ｙ_３＋ｋ_４ｙ_４＋ｋ_５ｙ_５ …（１）
なお、実際の撮像装置の中で線形補償する場合は、このような５次関数の演算を行っていると計算時間がかかり、計算途中に必要なメモリ容量も大きくなるため、関数を直線のつなぎ合わせによって補間してもかまわない。若干、計算精度が落ちる可能性はあるが、なめらかな変化を示すｘ−ｙ特性のアクチュエータでは、直線補間でもほとんど影響はない。通常のカメラモジュールのＡＦストローク範囲であれば、１６点から２０点程度のポイントをつなぎ合わせた直線補間で十分である。

処理５では、実際温度Ｔ_１における磁気かぶり成分除去のための係数ｃ'と、変位成分に対する温度補正係数ｄを設定する。ｃ'は、処理３におけるｃと異なっていてもかまわない。ｃ'とｄは、個体ごとに様々な温度Ｔ_１に対して設定するのが補償精度の点ではベストであるが、製品１個ごとに温度特性まで測定するのは工程コストがかさむため、現実的ではない。そこで、実験室または工程のオフラインにおいて、複数個の代表的なサンプルの温度特性を測定し、最適な補正係数ｃ'とｄを設定するのが望ましい。基準温度に対して、温度が変化すると補正係数がどのように変化するのかをつかんでおく。基準温度でのｘ−ｙ特性は個体ごとに測定するので、このときの補正係数に対する変化を想定して、各温度における最適補正係数を設定する。実際温度Ｔ_１は離散的でもかまわない。後述する温度測定手段で測定された実際の温度が、あらかじめ補正係数を設定した温度の中間であれば、補間計算して補正係数を設定すればよい。

図１１は、基準温度（この例では３０℃）を含む複数の温度におけるｘ−ｙ特性の測定結果を示している。温度補償、線形補償する前の生データである。

処理６〜９は、アクチュエータドライバＩＣ５００の実動作中の処理である。実動作中に位置検出素子４０４から得られる位置検出信号ｙの値をｙ_２とする。

処理６では、実際に検出された位置検出信号ｙ_２に対して、温度Ｔ_１に対してあらかじめ設定した係数ｃ'を用いて磁気かぶり成分を除去する。製品状態では変位ｘを測定することが困難なため、ここでは動作電流に係数ｃ'を掛けて、位置検出信号ｙ_２から引き算する。ｙ_３は第１中間コードｖ_１、ｙ_２は第１検出コードｕ_１に対応する。

位置検出信号から磁気かぶり成分を除去した後のｘ−ｙ特性の結果を図１２（ａ）に示す。ｘ−ｙ特性は２次曲線を示しているが、各温度の結果はほぼ傾き（係数）が変化しているだけの状態になっている。

処理７では、磁気かぶり成分を除去した後の位置検出信号ｙ_３に対して温度補正を行う。温度ごとに設定された補正係数ｄを掛けて、傾きを補正する。ｙ_４は第２中間コードｖ_２に対応する。

温度補償後のｘ−ｙ特性の結果を図１２（ｂ）に示す。複数の温度における結果がひとつの曲線にほぼ重なっているのがわかる。ちなみに、３０℃の結果は、図９におけるｘ＝ｆ（ｙ_１）のグラフに相当する。

処理８および９では、図１２（ｂ）のような２次関数に対して直線化処理を行う。まずは、関数ｆを用いて位置検出信号に対する変位を求める。ここで、位置検出信号は、３０℃においてはｙ_１、他の温度ではその温度での補正後のｙ_４となる。関数ｆは３０℃におけるｘ−ｙ特性に対して設定した関数であるが、他の温度でも同じ関数を用いる。上述の通り、各温度においても当該温度で設定される関数を用いると補正の精度アップができるが、各温度の関数を設定するには各温度の温度特性を各サンプルに対して測定する必要があるため、現実的ではなく、この例のようにすべての温度に対して３０℃の関数を用いることとする。

次に、このようにして求められた変位ｘを最初に設定した線形関数ｙ＝ａｘ＋ｂにあてはめて、線形補償された位置検出信号の値を算出する。ｙ_５は第２検出コードｕ_２に対応する。

線形補償後のｘ−ｙ特性の結果を図１２（ｃ）に示す。３０℃の関数を用いているので、３０℃の結果の直線性は良好であるが、他の温度では若干ではあるが直線からのずれ（誤差）が見られる。しかしながら、従来の補償方法を用いた場合の例である図６（ｃ）の結果と比べると、はるかに直線性が優れており、温度による変化も抑えられている。

このように、位置検出信号の磁気かぶり成分と変位成分に対して個別に温度補償を行い、さらに線形補償を行うことにより、線形性を有し、温度によらず一定の位置検出信号と変位との関係が得られる。サーボが安定した状態では位置検出信号と位置指令値は等しいから、位置指令値と変位は、温度や個体ばらつきによらずに、線形で安定な関係を保つことになる。すなわち、プロセッサ３０６からみると、温度やばらつきによらずに、ある位置指令値Ｐ_ＲＥＦに対して、レンズ３０４を同じ位置に変位させることができる。

なお、図８のフローは一例を示すもので、処理の順序まですべて規定するものではない。たとえば、先に変位成分に対する温度補償を行い、温度補償後の結果に対して磁気かぶり成分の除去を行ってもかまわない。このように手順を逆にした場合の例については、第２実施形態として説明する。

また、磁気かぶり成分を「除去する」として説明したが、完全に除去することがベストであるものの「低減する」でも温度補償、線形補償の効果は得られるので、完全に除去することに限定される訳ではない。

また、コイル磁界による位置検出信号成分の温度補償を行うかどうかの切換手段を有していてもよい。元々、位置検出信号における磁気かぶり成分が小さい場合には、補正できたとしても効果は微々たるものであり、補正係数の個体ばらつきの影響などにより、補正した方がかえって悪くなるケースも考えられるためである。また、アクチュエータのｘ−ｙ特性が、元々線形に近い場合などは、位置検出信号の変位による成分も磁気かぶりによる成分もほぼ電流に比例することになり、両方を考慮したひとつの補正係数で温度補償が実現できる。このように、磁気かぶり成分の温度補償の効果がないときや逆効果になる場合には、磁気かぶり成分に対する温度補償をカットすることがのぞましい。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態について、図１３ないし図１４（ｃ）を用いて説明する。図１３は、第２実施形に係るレンズ制御装置における温度補償と線形補償の処理を示すフローチャートである。図１４（ａ）は、図１１の各温度における位置検出信号と変位との関係の測定結果に対して、各温度ごとの温度補正係数を掛けて温度補償を行った結果を示す図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の温度補償を行った結果に対して、磁気かぶり成分を除去した後の結果を示す図である。図１４（ｃ）は、図１４（ｂ）の磁気かぶり成分を除去した後の結果に対して、直線化処理を行った結果を示す図である。

図１３のフローが図８のフローと大きく異なるのは、磁気かぶり成分の除去と変位成分の温度補償の順番が逆になっている点である。温度補償に用いられる各種係数の値は第１実施形態とは異なるが、順番を入れ替えても温度補償、線形補償は実現できる。

図１３の処理２１〜２４は、第１実施形態における処理１〜４と同じなので説明を省略する。

処理２５では、実際温度Ｔ_１における磁気かぶり成分除去のための係数ｃ''と、変位成分に対する温度補正係数ｄ'を設定する。ｃ''およびｄ'は、第１実施形態におけるｃ'およびｄとは異なった値となる。処理の順序が異なるために、途中の補正係数も異なる。ｃ''とｄ'や温度Ｔ_１の設定方法は、第１実施形態と同じである。

処理２６では、実際に検出された位置検出信号ｙ_２に対して、温度Ｔ_１に対してあらかじめ設定した係数ｄ'を掛けて、傾きを補正する。補正後の位置検出信号ｙ_３は第３中間コードｖ_３に対応する。

位置検出信号に対して温度ごとに傾き補正した後のｘ−ｙ特性の結果を図１４（ａ）に示す。

処理２７では、温度補償後の位置検出信号ｙ_３に対して磁気かぶり成分を除去する。製品状態では変位ｘを測定することが困難なため、ここでは動作電流に係数ｃ''を掛けて、位置検出信号ｙ_３から引き算する。除去後の信号ｙ_４は、第４中間コードｖ_４に相当する。

磁気かぶり成分除去後のｘ−ｙ特性の結果を図１４（ｂ）に示す。複数の温度における結果がひとつの曲線にほぼ重なっているのがわかる。

処理２８および２９では、図１４（ｂ）のような２次関数に対して直線化処理を行う。直線化後の信号ｙ_５は、第２検出コードｕ_２に対応する。この工程は、第１実施形態の場合と同じなので、詳細な説明は省略する。

線形補償後のｘ−ｙ特性の結果を図１４（ｃ）に示す。第１実施形態の場合の温度補償、線形補償後の結果（図１２（ｃ））とほぼ同等の結果が得られた。３０℃の関数を用いているので、３０℃の結果の直線性は良好であるが、他の温度では若干ではあるが直線からのずれ（誤差）が見られる。しかしながら、従来の補償方法を用いた場合の例である図６（ｃ）の結果と比べると、はるかに直線性が優れており、温度による変化も抑えられている。

以上のように、得られた補償後の結果は第１実施形態とほぼ同等であるが、補正係数ｃ''およびｄ'を設定する上で、両者が複雑に絡み合うため、先にノイズ成分である磁気かぶり成分を除去した上で温度補償の係数を設定した方が、係数の設定が容易となる。したがって、係数の設定のしやすさの点で第２実施形態よりも第１実施形態の方が望ましい。

＜温度検出について＞
続いてレンズ制御装置４００の具体的な構成例を説明する。

図１５は、レンズ制御装置４００の具体的なブロック図である。位置検出素子４０４はホール素子３２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。

位置検出部５１０は、ホール電圧Ｖ＋，Ｖ−にもとづいて、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Ｐ_ＦＢ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Ｐ_ＦＢに変換するＡ／Ｄコンバータ５１４を含む。

温度検出部５２０は、温度を示す温度検出値Ｔを生成する。上述したように、温度は、位置検出素子４０４の温度を示すことが望ましい。図１５では、位置検出素子４０４であるホール素子３２を、温度検出素子４０６としても利用する。これは、ホール素子３２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３２の内部抵抗ｒを測定し、温度を示す情報として利用する。

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３２に所定のバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳを供給する。このバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳは、ホール素子３２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。

ホール素子３２の両端間には、電圧降下Ｉ_ＢＩＡＳ×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Ｖ_ＨＢ（＝Ｉ_ＢＩＡＳ×ｒ）をデジタル値Ｔに変換する。バイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳ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３２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。

インタフェース回路５４０は、プロセッサ３０６から、アクチュエータ４０２の可動部の目標位置を示すターゲットコードＴＣを受信する。たとえばインタフェース回路５４０が、Ｉ^２Ｃ（Inter IC）などのシリアルインタフェースであってもよい。フィルタ５５０はインタフェース回路５４０が受信したターゲットコードＴＣをフィルタリングし、位置指令値Ｐ_ＲＥＦを生成する。

補正部５３０は、位置検出部５１０からの位置検出値Ｐ_ＦＢ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Ｐ_ＦＢと実際の変位の関係（上述のｘ−ｙ特性）の直線性を補正する。メモリ５３６には、上述のパラメータａ，ｂ，関数ｘ＝ｆ（ｙ）を記述するデータ（たとえば係数ｋ_０〜ｋ_５）、パラメータｃ，ｄなどが格納される。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。

温度補償部５３４は、位置検出値Ｐ_ＦＢ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。

コントローラ５６０は、位置指令値Ｐ_ＲＥＦと、補正部５３０による補正後の位置検出値Ｐ_{ＦＢ＿ＣＭＰ}を受ける。コントローラ５６０は、位置検出値Ｐ_{ＦＢ＿ＣＭＰ}が位置指令値Ｐ_ＲＥＦと一致するように、制御指令値Ｓ_ＲＥＦ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Ｓ_ＲＥＦ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Ｐ_{ＦＢ＿ＣＭＰ}と位置指令値Ｐ_ＲＥＦ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Ｓ_ＲＥＦ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。係数回路５６６は、ＰＩＤ制御器５６４の出力に係数（ゲインＧ）を乗算する。

ドライバ部５７０は、制御指令値Ｓ_ＲＥＦに応じた駆動電流をアクチュエータ４０２に供給する。

図１５からもわかるように、ホール素子３２からのホール電圧Ｖ＋，Ｖ−は、制御電流の印加とは別の端子から出力される。すなわち、形状記憶合金のように、抵抗値変化の中に温度変化による成分と変位による成分とが混在するようなことがなく、高精度に位置検出と温度検出を両立できる。

補正部５３０およびコントローラ５６０の処理は、加算器、乗算器などのハードウェアによって実現してもよいし、ＣＰＵとソフトウェアプログラムの組み合わせによって実現してもよい。

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、位相差検出機能を備えた撮像素子を有する撮像装置である。位相差検出を利用することにより、焦点のずれ、方向が判別できるため、あらかじめ位置検出信号と関係付けをしておくことで、現在位置から合焦位置までの位置検出信号の必要変化量が判別でき、目標の位置検出信号のコード位置までアクセスすることで、ダイレクトに合焦状態が得られる。ただし、ここで目標位置までの位置検出信号の変化量を演算する場合に線形演算が用いられるため、位置誤差を低減するためには、位置検出信号と変位との関係の線形化が重要となる。さらに、温度によってこの関係が変化してしまうと、目標位置のコード番号の位置まで変位しても、目標位置からずれてしまうため、温度補償も重要となる。本発明を利用することで、線形補償と温度補償が両立できるため、本発明は位相差検出機能を備えた撮像素子を有する撮像装置に適用するのが好適である。

本発明のレンズ制御装置の好適な応用のもうひとつは、デュアルカメラのように複数のカメラを搭載した撮像装置である。２つのカメラを連動させ、２つのカメラの画像を合成処理して、たとえばズーム画像を得るような応用が考えられている。この場合に、２つのカメラのレンズ位置を連動させる手立ては位置検出信号である。初期状態で両者の連動が取れるようにキャリブレーションし、線形補償を実施していたとしても、温度によってこの関係がずれてしまうと位置誤差となって、画像に影響を及ぼしかねない。とくに、２つのカメラの温度特性が異なる場合は、所定の位置まで動く命令に誤差が生じるのはもちろんだが、そのずれ量に差があるため、一様な温度補償では正しい位置制御ができなくなる。本発明を利用することで、線形補償と温度補償が両立でき、かつカメラごとに補償を実行できるので、本発明はデュアルカメラのような複数のカメラを搭載した撮像装置に適用するのが好適である。

なお、実施の形態では、主としてアクチュエータのコイルが発生する磁界をノイズと捉えて、それを除去、低減する場合を説明したが、本発明はそれに限定されない。アクチュエータのコイルからの磁界に代えて、あるいはそれに加えて、位置検出信号Ｓ２にノイズを及ぼす周辺回路が存在する場合、その影響を除去するために本技術を用いることができる。

３００…撮像装置、３０２…撮像素子、３０４…レンズ、３０６…プロセッサ、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、５００…アクチュエータドライバＩＣ、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、５４０…インタフェース回路、５５０…フィルタ、５６０…コントローラ、５６２…誤差検出器、５６４…ＰＩＤ制御器、５７０…ドライバ部、３２…ホール素子。

Claims (9)

1. 撮像装置に使用されるアクチュエータドライバであって、
   前記撮像装置は、
   撮像素子への入射光路上に設けられたレンズと、
   前記レンズを変位させるアクチュエータと、
   前記レンズの変位を示す位置検出信号を生成する磁気的な位置検出素子と、
   前記レンズの目標変位を示すターゲットコードと前記位置検出信号にもとづいて前記アクチュエータをフィードバック制御する前記アクチュエータドライバと、
   温度センサと、
   を備え、
   前記アクチュエータドライバは、
   前記位置検出信号に応じた第１検出コードを、前記レンズの実際の変位に対して線形補償され、温度補償された第２検出コードに変換する補正回路と、
   前記第２検出コードが前記ターゲットコードに近づくように前記アクチュエータを制御する制御回路と、
   を備え、
   前記補正回路は、前記第１検出コードから、前記アクチュエータの電流に応じた補正値を減算し、残りの成分にもとづいて前記第２検出コードを生成することを特徴とするアクチュエータドライバ。
2. 前記補正値は、前記アクチュエータの電流ｉ_ＤＲＶおよび第１係数ｃを用いて、ｃ×ｉ_ＤＲＶで表されることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータドライバ。
3. 前記第１係数ｃは温度依存性を有することを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータドライバ。
4. 前記補正回路は、
   前記第１検出コードから、前記補正値を減算して第１中間コードを生成し、
   前記第１中間コードに、温度に依存した第２係数を乗算して第２中間コードを生成し、
   前記第２中間コードを、前記予め規定された関数に代入することにより、前記第２検出コードを生成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアクチュエータドライバ。
5. 前記補正回路は、
   前記第１検出コードに第３係数を乗算して第３中間コードを生成し、
   前記第３中間コードから前記補正値を減算して第４中間コードを生成し、
   前記第４中間コードを、前記予め規定された関数に代入することにより、前記第２検出コードを生成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアクチュエータドライバ。
6. 前記第３係数は温度依存性を有することを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータドライバ。
7. 所定の第４係数をα、前記第１検出コードをｕ_１、前記第２検出コードをｕ_２、前記第２中間コードをｖ_２、前記第４中間コードをｖ_２とするとき、
   ｕ＝ｕ_１−αｘ
   で与えられるコードｕと前記レンズの実際の変位ｘとの関係が、ｘ＝ｆ（ｕ）として表され、
   前記第２検出コードｕ_２と前記レンズの実際の変位ｘの間に成り立つべき関係式がｕ_２＝ａｘ＋ｂとして規定されているとき、
   前記第２検出コードｕ_２は、
   ｕ_２＝ａ・ｆ（ｖ_２）＋ｂ
   ｕ_２＝ａ・ｆ（ｖ_４）＋ｂ
   で計算されることを特徴とする請求項４または５に記載のアクチュエータドライバ。
8. ひとつの基板に一体集積化されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のアクチュエータドライバ。
9. 撮像装置であって、
   撮像素子と、
   前記撮像素子への入射光路上に設けられたレンズと、
   前記レンズを光軸と垂直な面内で変位させるアクチュエータと、
   前記レンズの変位を示す位置検出信号を生成する位置検出素子と、
   前記レンズの目標変位を示すターゲットコードと前記位置検出信号にもとづいて前記アクチュエータをフィードバック制御する請求項１から８のいずれかに記載のアクチュエータドライバと、
   を備えることを特徴とする撮像装置。

Images