JP2019184842A - 撮像装置、電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】焦点位置、手振れ補正位置を高精度で調整できるようにする。【解決手段】被写体光を集光するレンズと、レンズからの被写体光を光電変換する撮像素子と、撮像素子からの信号を外部に出力する回路を含む回路基体と、PWM(Pulse Width Modulation)波形でレンズを、X軸方向とY軸方向の少なくとも一方向に駆動するアクチュエータと、アクチュエータに含まれる複数の第1のコイルと対向する位置に、第1のコイルにより発生する磁界を検出する複数の検出部とを備える。本技術は、撮像装置に適用できる。【選択図】図1
Description
本技術は撮像装置、電子機器に関し、例えば、レンズの位置を高精度で制御できるようにした撮像装置、電子機器に関する。
近年、撮像装置の高画素化、高性能化、小型化などが進んできている。撮像装置の高画素化や高性能化にともない、撮像装置に実装されるCCD(Charge-Coupled Device)センサやCMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)イメージセンサなどの撮像素子の消費電力が大きくなってきている。
またレンズ焦点を駆動するアクチュエータなどの消費電力も大きくなってきているため、撮像装置としての消費電力も大きくなる傾向にある。
消費電力を低減させるために、アクチュエータの駆動信号をPWM(Pulse Width Modulation)波形にして、消費電力を半分程度に抑える手法が提案されている。しかしながら、アクチュエータをPWM駆動すると磁界が発生し、撮像素子の外乱要因となりノイズが混入することが知られている。
ノイズを低減させるために、撮像素子の駆動波形とPWM信号を生成するオートフォーカスドライバの同期をとり、撮像素子の駆動時間中の不感帯領域で、PWM波形を出力することで、ノイズを低減することが提案されている。
また撮像装置において、高性能化の1つとして、レンズの焦点位置を常に検出し、レンズを早く被写体光を集光する位置に移動するために、アクチュエータにホール素子などの位置検出のための素子を実装し、レンズの位置を外部に出力することも提案されている。
例えば、特許文献1では、フォーカス駆動回路からのPWM信号で駆動素子(アクチュエータ)を制御し、レンズを駆動することにより、レンズの焦点を変更し、オートフォーカスを実現することが提案されている。また特許文献1では、高性能なレンズの位置検出のため、ホール素子を搭載することが提案されている。
特許文献2では、アクチュエータをPWM駆動することで発生する磁界による撮像素子のノイズを、金属板を有することにより磁界を遮断(シールド)することで、ノイズを低減することが提案されている。
特許文献3では、PWM信号(交流信号)で、励磁電力と対向に配置された検出コイルの起電力に応じて、レンズの位置を検出することが提案されている。この提案では、検出コイルが動作するレンズ側に設置されており、励磁コイルと検出コイルの平行移動での起電流の位相から位置検出を行うことが提案されている。
特許文献1によると、ホール素子の実装が必要となり、アクチュエータが大きくなることによって小型化が困難となってしまう。また、ホール素子を搭載する必要があるため、撮像装置が高価になるという懸念もあった。
特許文献2によると、磁界を遮断するための金属板は金、銀、銅、アルミニウムなどが用いられるため、撮像装置が高価になるという懸念があった。また、磁界を遮断するための金属板を設けても、撮像装置の小型化には貢献しない。
近年のアクチュエータは、レンズの外側にコイルを配置されており、このコイルが励磁電力に応じて、撮像素子の垂直側に移動し、焦点検出となる構造とされている。このような構造に対して、引用文献3を適用すると、励磁電力のコイルと検出コイルが対向配置されており、平行移動ではレンズの位置を検出できない構造となる。すなわち、近年のアクチュエータに対して、引用文献3を適用することは困難である。
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、高性能化、低消費電力化、小型化が可能な撮像装置を提供することができるようにするものである。
本技術の一側面の撮像装置は、被写体光を集光するレンズと、前記レンズからの前記被写体光を光電変換する撮像素子と、前記撮像素子からの信号を外部に出力する回路を含む回路基体と、PWM(Pulse Width Modulation)波形で前記レンズを、X軸方向とY軸方向の少なくとも一方向に駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータに含まれる複数の第1のコイルと対向する位置に、前記第1のコイルにより発生する磁界を検出する複数の検出部とを備える。
本技術の一側面の電子機器は、被写体光を集光するレンズと、前記レンズからの前記被写体光を光電変換する撮像素子と、前記撮像素子からの信号を外部に出力する回路を含む回路基体と、PWM(Pulse Width Modulation)波形で前記レンズを、X軸方向とY軸方向の少なくとも一方向に駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータに含まれる複数の第1のコイルと対向する位置に、前記第1のコイルにより発生する磁界を検出する複数の検出部とを備える撮像装置を備える。
本技術の一側面の撮像装置においては、被写体光を集光するレンズと、レンズからの被写体光を光電変換する撮像素子と、撮像素子からの信号を外部に出力する回路を含む回路基体と、PWM(Pulse Width Modulation)波形でレンズを、X軸方向とY軸方向の少なくとも一方向に駆動するアクチュエータと、アクチュエータに含まれる複数のコイルと対向する位置に、コイルにより発生する磁界を検出する複数の検出部とが備えられる。
本技術の一側面の電子機器においては、前記撮像装置が備えられる。
なお、撮像装置、電子機器は、独立した装置であっても良いし、1つの装置を構成している内部ブロックであっても良い。
本技術の一側面によれば、高性能化、低消費電力化、小型化が可能な撮像装置を提供することができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
以下に、本技術を実施するための形態(以下、実施の形態という)について説明する。
<撮像装置の構成>
本技術は、CCD(Charge-Coupled Device)センサやCMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)イメージセンサなどの撮像素子を含む撮像装置に適用できる。また、そのような撮像装置を含む装置、例えば、携帯端末装置などにも適用できる。
本技術は、CCD(Charge-Coupled Device)センサやCMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)イメージセンサなどの撮像素子を含む撮像装置に適用できる。また、そのような撮像装置を含む装置、例えば、携帯端末装置などにも適用できる。
図1は、本技術の一側面の撮像装置の一実施の形態の構成を示す図である。図1に示した撮像装置1aは、被写体からの被写体光を光電変換して撮像するCCDセンサやCMOSイメージセンサなどの撮像素子11を備える。
また、撮像装置1aは、被写体光を集光するレンズ16を有し、レンズ16を透過した光信号から、赤外光を遮断するための赤外カットフィルタ17を有している。また、撮像装置1aは、レンズ16の焦点を合わせるため、撮像素子11の方向に上下(以下、適宜、Z軸方向と記述する)にレンズを駆動するアクチュエータ18も有する。
またアクチュエータ18は、撮像素子11の撮像面に対して水平な面(以下、適宜、XY平面と記述する)の方向(以下、適宜、X軸方向、またはY軸方向と記述する)に駆動することにより、手振れによる影響を低減する補正を行う機能も有する。
また撮像装置1aは、手振れを感知するジャイロセンサ21を備え、アクチュエータ18を外部からコントロールするためのオートフォーカス・OISドライバ20を有し、撮像素子11の電気信号を外部に出力するための回路基板13も有する。なおここでは、回路基板13と記述するが、板状の基板でなくても良く、回路基体であっても良い。
OISは、Optical Image Stabilizerの略であり、光学式手ぶれ補正を意味し、撮像装置1aの手ぶれによる影響を低減するための補正を、光学系において処理する方式のことである。光学式手ぶれ補正は、ジャイロセンサ21により撮影時の振動を感知し、レンズ16の位置を調整したり、撮像素子11の位置を調整したりすることにより、手ぶれの影響を抑える。ここでは、レンズ16の位置を調整することで、手振れ補正を行う例を挙げて説明を続ける。
撮像装置1aは、撮像素子11と回路基板13を電気的に接続するための金属ワイヤ12を有し、撮像素子11と回路基板13を固定するための接着材15を有し、前述のアクチュエータ18と回路基板13を固定するためのスペーサ14も有している。
撮像装置1aで消費される電力を低減させるために、前述のオートフォーカス・OISドライバ20は、アクチュエータ18へPWM(Pulse Width Modulation)波形を出力する機能を有する。アクチュエータ18は、入力されたPWM波形でレンズ16の焦点を駆動する機能を有している。
回路基板13は、PWM波形から発生した磁界により発生する誘導起電力を検出する機能を有し、検出された誘導起電力からレンズ16の位置を検出する機能を有する。また、検出した結果を外部に出力することにより、レンズの高性能な焦点移動を実現する機能も有する。
記憶部25は、撮像装置1aのばらつきを補正するためのデータを記憶する。例えばレンズ位置調整のための誘導起電電力量は、アクチュエータ18のコイル24(図2)の巻き数やサイズ、位置検出コイル32(図2)の形成状態などにより変化するため、撮像装置1aの製造時に誘導起電力のばらつきを計測しておき、そのばらつきを調整するための調整値が記憶部25に記憶されるようにしても良い。そして、実制御時に、個々の撮像装置1aのばらつきを補正するために、記憶部25に記憶されている調整値が用いられて処理されるようにしても良い。
撮像装置1aは、手振れ補正のために、撮像素子11と同じ面(XY平面)でレンズ16を駆動させるために、ファインパターンコイル31(以下、FPコイル31と記述する)が配置されている。このFPコイル31に電流を流すことで、マグネット33との間で撮像素子11と水平方向に力が発生し、レンズ16が撮像素子11と同一面内で移動される。
また本技術を適用した撮像装置1aは、XY平面におけるレンズ16の位置を検出するための位置検出コイル32を備えている。位置検出コイル32は、FPコイル31とマグネット33との間に設けられている。
図2を参照し、オートフォーカス方向(Z軸方向)と手振れ補正方向(XY平面)におけるレンズ16の駆動に係わる部分と、レンズ16の位置検出に係わる部分の構成について説明を加える。
アクチュエータ18(図1)は、ボイスコイルモータ構造を有し、コイル24は、バネ(不図示)により支えられている構造とされている。コイル24は、レンズホルダ34の側面に設けられている。レンズホルダ34は、レンズ16を内部に保持している。
レンズホルダ34の側面に、コイル24が設けられ、コイル24の対抗する側に、マグネット33が設けられている。マグネット33は、OISホルダ35内に設けられている。レンズホルダ34は、OISホルダ35内に格納されている。
コイル24に電流が流されると、図中上下方向(Z方向)に力が発生する。この発生された力で、レンズホルダ34が保持しているレンズ16が、上方向または下方向に移動され、撮像素子11との距離が変化する。このような仕組みにより、オートフォーカス(AF:Auto-Focus)が実現される。
OISホルダ35の底面には、位置検出コイル32が設けられている。位置検出コイル32は、OISホルダ35の角となる部分であり、マグネット33の下部に設けられている。位置検出コイル32は、OISホルダ35の底面に、直接的に形成されていても良いし(一体化されて形成されていても良いし)、図2に示したように、1部材(1層)として形成され、OISホルダ35の底面に積層されるように形成されていても良い。
位置検出コイル32の下側には、FPコイル31が設けられている。FPコイル31の対向する側にマグネット33が設けられている。FPコイル31に電流が流されると、図中左右方向(XY平面方向)に力が発生する。この発生した力で、レンズホルダ34が保持しているレンズ16(OISホルダ35)が、XY平面における上下左右方向に移動され、手振れなどの外乱による影響を低減する方向に移動される。このような仕組みにより、手振れ補正が実現される。
<誘導起電力の検出について>
図3は、PWM波形による発生する磁界と、その磁界により発生する誘導起電力について説明するための図である。図3では、FPコイル31に発生する磁界を示し、位置検出コイル32に発生する誘導起電力について説明する。
図3は、PWM波形による発生する磁界と、その磁界により発生する誘導起電力について説明するための図である。図3では、FPコイル31に発生する磁界を示し、位置検出コイル32に発生する誘導起電力について説明する。
コイル24とFPコイル31に流す電流を、一定の電圧値を有する信号(常にHiの状態を維持している信号)とした場合よりも、PWM波形駆動の信号(HiとLowが所定の周期で入れ替わる信号)とした方が、Hiの状態が続く信号よりも消費電力を低減させることができる。
そこで、消費電力を低減させるために、コイル24とFPコイル31に供給する信号を、PWM波形駆動の信号とした場合、図3に示したような方向に、それぞれ磁界が発生する。図3を参照するに、FPコイル31に発生する磁界は、図3中、FPコイル31の下側にある撮像素子11(図3では不図示)側から、図3中、位置検出コイル32の上側にあるレンズ16(図3では不図示)側に向かう方向の磁界が発生している。
なお、電流の向きにより、図3に示した方向とは異なる方向に磁界は発生するが、ここでは図3に示した方向に磁界が発生する場合を例に挙げて説明を続ける。
コイル24やFPコイル31で発生した磁界は、撮像素子11(図1)を透過する。このため、撮像素子11で撮像される画像に影響を与えてしまうときがある。例えば、磁界の影響を受け、ノイズが発生し、そのノイズが混載された画像(画像信号)が、撮像素子11から出力されてしまう可能性がある。
PWM波形の駆動と撮像素子11の駆動の信号を同期させ、撮像素子11のノイズとなる駆動期間に磁界を発生させないようにすることで、磁界からのノイズの影響を軽減させることができる。このような同期により、磁界の影響を受けていない画像を、撮像装置1aから出力することができる。
FPコイル31にPWM波形駆動の信号を供給することで発生する磁界は、位置検出コイル32にも到達する。この位置検出コイル32に到達する磁界の強度を検出することで、レンズ16のXY平面における位置を検出する機能について説明する。
図3に示したように、FPコイル31とマグネット33との間には、位置検出コイル32が設けられている。PWM波形駆動で発生した磁界と垂直方向に位置検出コイル32を設けることにより、位置検出コイル32に誘導起電力が発生し、誘導起電力の大きさにより、レンズ16(レンズホルダ34)のX軸方向とY軸方向における位置を検出することができる。
また、レンズ16(レンズホルダ34)の位置を検出することができるようになることで、高性能なレンズ駆動、すなわち手振れ補正を実現することが出来る。
図3に示したように、撮像素子11の撮像面と水平になる面(XY平面)に、FPコイル31a乃至31dが設けられている。また、これらのFPコイル31a乃至31dに対向する位置に、マグネット33a乃至33dが設けられている。そして、FPコイル31a乃至31dとマグネット33a乃至33dの間に、位置検出コイル32a乃至32dが設けられている。
以下、FPコイル31a乃至31dを、個々に区別する必要が無い場合、単に、FPコイル31と記述する。また同様に、位置検出コイル32a乃至32dを、個々に区別する必要が無い場合、単に、位置検出コイル32と記述する。また同様に、マグネット33a乃至33dを、個々に区別する必要が無い場合、単に、マグネット33と記述する。
位置検出コイル32aは、FPコイル31aに電流が流されることにより発生する磁界により誘電起電力を発生する。位置検出コイル32bは、FPコイル31bに電流が流されることにより発生する磁界により誘電起電力を発生する。位置検出コイル32cは、FPコイル31cに電流が流されることにより発生する磁界により誘電起電力を発生する。位置検出コイル32dは、FPコイル31dに電流が流されることにより発生する磁界により誘電起電力を発生する。
このように、FPコイル31a乃至31dに電流が流されることで、FPコイル31a乃至31dに発生する磁界により、位置検出コイル32a乃至32dに誘導起電力が発生する。位置検出コイル32a乃至32dに発生し他誘導起電力の大きさにより、レンズ16(レンズホルダ34)のX軸方向およびY軸方向における位置(移動方向)を検出することができる。
図4に、XY平面における平面視であり、位置検出コイル32側からみたときの透視図を示す。ここでは、図4に示したように、位置検出コイル32a乃至32dは、四角形状の基板41の角の部分に形成されているとして説明を続けるが、位置検出コイル32a乃至32dは、それぞれ、OISホルダ35の底面に直接的に形成されていても良い。
位置検出コイル32a乃至33dは、基板41の異なる角にそれぞれ設けられている。位置検出コイル32aは、図3中、基板41の左上の角に設けられている。位置検出コイル32bは、図3中、基板41の右上の角(位置検出コイル32aが設けられている角に対して、X軸方向で対向する角)に設けられている。
位置検出コイル32cは、図3中、基板41の右下の角(位置検出コイル32aが設けられている角に対して斜め方向で対向する位置する角)に設けられている。位置検出コイル32dは、図3中、基板41の左下の角(位置検出コイル32aが設けられている角に対して、Y軸方向で対向する位置であり、位置検出コイル32cが設けられている角とX軸方向で対向する角)に設けられている。
このように、PWM波形駆動で発生した磁界と水平方向に位置検出コイル32を設けることにより、位置検出コイル32に誘電起電力が発生し、誘電起電力の大きさにより、レンズ16(レンズホルダ)のX軸方向の位置とY軸方向の位置(XY平面における位置)を検出することができる。
FPコイル31の中心とマグネット33の中心は、レンズ16が、正常な位置に静止状態で位置しているときに、ほぼ一致している。FPコイル31の中心と位置検出コイル32の中心は、レンズ16が、正常な位置に静止状態で位置しているときに、ずれた位置にあるように形成されている。図4では、FPコイル31の中心は、位置検出コイル32の中心よりも後方(外側)にあるように形成されている。
換言すれば、FPコイル31の中心と位置検出コイル32の中心は、レンズ16が、手振れなどの影響により、正常な位置からずれたときに、一致することがあるような位置に形成されている。FPコイル31の中心と位置検出コイル32の中心が一致しているとき、FPコイル31で発生した磁界を効率良く位置検出コイル32で受け取ることができる。また、位置検出コイル32は、レンズ16が正常な位置からずれたときに、そのずれを検出するために設けられているため、レンズ16が正常な位置からずれたときに最も効率良くFPコイル31で発生した磁界を受けられる位置に形成されているのが良い。
これらのことから、上記したように、FPコイル31の中心と位置検出コイル32の中心は、レンズ16が、正常な位置に静止状態で位置しているときに、ずれた位置にあるように形成されている。なおここでのずれは、一例であり、他のずれ方であっても良い。他の一例については、図15を参照して後述する。
また、位置検出コイル32は、FPコイル31よりも大きく形成されている。FPコイル31と位置検出コイル32は、位置関係が一定ではなく、外乱などによる影響でずれるため、ずれた位置関係になったときでも、FPコイル31で発生した磁界をうけることができるように、位置検出コイル32は、FPコイル31よりも大きく形成されている。
再度図3を参照する。位置検出コイル32は、始点32aと終点32bがあり、始点32aと終点32bは、図3では図示していない検出回路50(図6)に接続されている。位置検出コイル32aは、始点32aaと終点32abを備えている。
図3では符号は付していないが、位置検出コイル32bは、始点32baと終点32bbを備え、位置検出コイル32cは、始点32caと終点32cbを備え、位置検出コイル32dは、始点32daと終点32dbを備えている。
位置検出コイル32は、ループ形状のため、また、線に重なりないようにするためには、始点32a(例えば、始点32aa)と終点32b(例えば、終点32ab)のうち一方は、ループの中側に位置し、他方は、ループの外側に位置することになる。
よって、始点32aと終点32bを検出回路50に接続する、換言すれば、始点32aと終点32bからそれぞれ線を取り出すことを考えると、位置検出コイル32は、複数層にまたがって形成される必要がある。
仮に、基板41を1層で形成した場合、位置検出コイル32aの始点32aaは、例えば、位置検出コイル32aの外側に位置する点となり、終点は、位置検出コイル32aの中央部分になる。この位置検出コイル32の中央部分にある終点から、線を取り出す場合、形成されている位置検出コイル32aと重なる部分がないように取り出すのは困難である。
そこで、図5のAに示すように、基板41を2層で形成する。図5では、位置検出コイル32aを例示し説明を続けるが、他の位置検出コイル32b乃至32dも、同様に構成できる。
基板41が、基板41−1と基板41−2の2層で形成されている場合を考える。基板41-1には、位置検出コイル32aの始点32aaが形成され、その始点32aaから、外側から内側に向かうループ形状でコイルが形成されている。
また、基板41−1上に形成された位置検出コイル32aの中央部分には、1層目における位置検出コイル32の終点が形成され、その終点から、2層目における位置検出コイル32の始点が接続されている。2層目の基板41−2上では、位置検出コイル32aは、始点から、内側から外側に向かうループ形状で形成される。
基板41−1上に形成された始点32aaから、回路基板13−2上に形成された終点32abまでは、ループ形状の位置検出コイル32aを形成している。また、基板41上に形成された始点32aaと、基板41−2上に形成された終点32abを用いて、図示していない検出回路50と接続することができる。
位置検出コイル32b乃至32dの始点と終点も、位置検出コイル32aの始点32aaと終点32abと同様に形成される。また、この位置検出コイル32の構成は、FPコイル31にも適用できる。
図5のAに示した例では、基板41が、2層の場合を例に示したが、図5のBに示すように、3層で構成しても良い。図5のBに示した例では、基板41−1乃至41−3の3層から、基板41が形成され、各基板41に、ループ形状の位置検出コイル32aが形成され、各層の位置検出コイル32aは、接続された1つの位置検出コイル32aを形成している。
また、図5のBに示したように、3層で基板41を形成した場合、例えば、第1層目の基板41−1と第3層目の基板41−3には、位置検出コイル32aを形成し、第2層目の基板41−2には、位置検出コイル32aを形成せず、基板41−2は、撮像素子11からの電気信号を外部に出力するための回路専用として用いるようにしても良い。
このように形成した場合、回路基板41−2には、回路基板41−1上に形成されている位置検出コイル32aと基板41−3上に形成されている位置検出コイル32aを接続するための配線は形成されている。
ここでは、基板41が、2層または3層の場合を例にあげたが、4層、5層などの多層で構成しても良い。
このように基板41は、複数層で形成することができ、複数層にまたがって、位置検出コイル32を形成することができる。また基板41の層数や、層構成は、ここで例示した層数、層構成とすることができるし、他の層数、層構成とすることもできる。
このような位置検出コイル32に、アクチュエータ18の一部を構成するFPコイル31(図3)に電流が流れたときに発生する磁界が流れ込む。その結果、位置検出コイル32に誘導起電力が発生する。発生する誘導起電力は、ファラデーの法則により求めることができる。
N巻きのコイルを貫く磁束が、Δt[s]間に、ΔΦ[Wb]だけ変化するとき、コイルに発生する誘導起電力V[V]は、次式(1)で表される。
V=−N・ΔΦ/Δt ・・・(1)
V=−N・ΔΦ/Δt ・・・(1)
式(1)から、巻き数Nが多くなれば、誘導起電力も大きくなることがわかるが、上記したように、位置検出コイル32を基板41の複数層にわたって形成することで、巻き数を増やすことができ、誘導起電力を大きくすることができる。よって、発生する誘導起電力を検出しやすい構成とすることができる。
このような位置検出コイル32に接続される検出回路50の構成について説明する。なお、以下の説明においては、基板41は、1層で形成されているように図示し、説明を続けるが、上記したように、複数層で形成されている。
なお、図4では、4つの位置検出コイル32a乃至33dが設けられている場合を例に挙げたが、2つの位置検出コイル32が設けられていても良い。2つの位置検出コイル32が設けられている場合については、図9を参照して後述し、ここではまず、4つの位置検出コイル32a乃至33dが設けられている場合について説明を続ける。
<検出回路の構成>
図6は、検出回路50の構成例を示す図である。位置検出コイル32a乃至33dでそれぞれ発生した誘導起電力は、検出回路50の増幅部51−1乃至51−4にそれぞれ入力され、増幅される。増幅された誘導起電力は、A/D(Analog/Digital)変換部52−1乃至52−4にそれぞれ入力され、アナログデータからデジタルデータに変換される。以下、増幅部51−1乃至51−4を個々に区別する必要が無い場合、単に増幅部51と記載する。他の部分も同様に記載する。
図6は、検出回路50の構成例を示す図である。位置検出コイル32a乃至33dでそれぞれ発生した誘導起電力は、検出回路50の増幅部51−1乃至51−4にそれぞれ入力され、増幅される。増幅された誘導起電力は、A/D(Analog/Digital)変換部52−1乃至52−4にそれぞれ入力され、アナログデータからデジタルデータに変換される。以下、増幅部51−1乃至51−4を個々に区別する必要が無い場合、単に増幅部51と記載する。他の部分も同様に記載する。
OISコントロール部53は、アクチュエータ18を制御する部分である。OISコントロール部53は、A/D変換部52−2乃至52−4からのデジタルデータで、レンズ16(図1)のXY距離を認識し、ジャイロセンサ21から手振れを感知して、XY方向に補正が必要であると判定される場合、換言すれば、手振れ補正としてXY方向の移動が必要と判定される場合、補正に必要なXY移動距離に応じたPWM制御信号を生成し、アクチュエータ18に供給する。
なお、OISコントロール部53は、手振れ補正(OIS)を制御する制御部54からの信号により、PWM制御信号を生成し、アクチュエータ18に供給する処理も行う。また、後述するように、位置検出コイル32a乃至32dのデータを用いることで、Z軸方向におけるレンズ16の位置も検出できるため、OISコントロール部53は、オートフォーカス(AF)も制御する構成とすることもできる。
検出回路50は、1つの集積回路として撮像装置1a内に搭載されてもよいし、撮像装置1a外に搭載されてもよい。また、集積回路ではなく、ソフトウェアとして実現しても良く、カメラの統合CPUのソフトウェアとして実現しても良い。
本技術では、誘導起電力を検出する機能と、その誘導起電力によりレンズの焦点とレンズのXY位置を高精度で調整する機能を有し、それらの機能を、上記したように、集積回路や、ソフトウェアで実現する場合はもちろんのこと、それ以外の手法において実現する場合も、本発明の範囲内とする。
位置検出コイル32に流れる誘導起電力を検出することで、レンズ16のX軸方向、Y軸方向における位置を検出できるとしたが、これは、図7に示すような関係が成り立つからである。
図7は、レンズ16の位置と検出された誘導起電力の関係を表すグラフである。図7において縦軸は、レンズの位置を表し、横軸は、誘導起電力の電流量(デジタルデータ)を表す。
例えば、外乱の影響によりレンズ16(レンズホルダ34)がX軸方向で移動することを考える。この場合、レンズホルダ34を含むOISホルダ35に取り付けられている位置検出コイル32aも、X軸方向で移動することになる。例えば、位置検出コイル32aとFPコイル31aとの位置関係を例に挙げて考えると、位置検出コイル32aがX軸方向で移動すると、位置検出コイル32aとFPコイル31aの位置関係、換言すれば、位置検出コイル32aとFPコイル31a間の距離も変化することになる。
例えば、外乱の影響が大きい場合、レンズ16は正常の位置からのずれが大きくなるため、レンズ16を保持しているレンズホルダ34、そして、そのレンズホルダ34を含むOISホルダ35の底面に設けられている位置検出コイル32aも、ずれが大きくなる。このずれは、位置検出コイル32aとFPコイルaとの距離となる。
FPコイル31aに流れる電流により発生する磁界が、位置検出コイル32aに与える影響は、レンズ16(FPコイル31)が、位置検出コイル32aに近い位置にあるとき大きく、FPコイル31aが、位置検出コイル32aと離れた位置にあるときには小さい。よって、FPコイル31aが、位置検出コイル32aに近い位置にあるとき、誘導起電力は大きくなり、FPコイル31aが、位置検出コイル32aと離れた位置にあるとき、誘導起電力は小さくなる。
このことを、グラフで表すと、図7のようなグラフとなる。図7は、図中上側から下側に行くにつれて、位置検出コイル32aがFPコイル31aに対して近づく場合を示しているグラフである。また、図7中左側から右側に行くにつれて、電流値は大きくなるグラフである。図7に示したグラフにおいて、縦軸は、位置検出コイル32aとFPコイルaとの距離である。また図7においては、位置検出コイル32aとFPコイル31aが、正常な位置に位置しているときを、距離0とし、電流値も、所定の方向に流れる場合をプラスとし、その方向とは逆向きに流れる場合をマイナスとしている。
図7に示したグラフから、誘導起電力は、一次関数的に変化することが読み取れる。これらのことから、誘導起電力と、位置検出コイル32aがFPコイル31aの距離は、1対1の関係にあることが読み取れる。位置検出コイル32aは、レンズホルダ34とともに動くため、また、レンズホルダ85は、レンズ16を保持しているため、“誘導起電力と、位置検出コイル32aがFPコイル31aの距離は、1対1の関係にある”とは、“誘導起電力と、レンズ16の位置は、1対1の関係にある”と読み替えることができる。
よって、位置検出コイル32に流れる誘導起電力を検出することで、そのときのレンズ16の位置を検出することができる。
このような関係を利用することで、例えば、OISコントロール部53により、所望とされる位置Aにレンズ16を移動させるための制御を行った後のレンズ16の位置の位置Bを、検出回路50で検出することができる。
また、所望とされる位置Aと検出された位置Bにずれがある場合、そのずれを補正し、所望とされる位置Aに移動させることができる。よって、高性能なレンズ移動を実現することが可能となる。
さらに、レンズ16のXY面における位置検出について説明を加える。図8は、レンズ16が手振れ補正によりXY方向に移動した時の誘導起電力の遷移を、位置検出コイル32a乃至33d毎に表した図である。
FPコイル31a乃至31d、位置検出コイル32a乃至32dの位置関係は、図4に示した関係である場合を例に挙げて説明を続ける。また、図4では図示していないが、レンズ16は、基板41の中央部分に位置し、例えば、以下の説明において、レンズ16が+X方向に移動すると記述した場合、レンズ16の+X方向への移動に伴い、位置検出コイル32a乃至32dも、同様に、+X方向への移動することを意味する。
図8に示した各グラフは、図4において、横方向をX軸方向とし、レンズ16の中心を0としたとき、左側をマイナス方向(―X方向)とし、右側をプラス方向(+X方向)とし、縦方向をY軸方向とし、上側をプラス方向(+Y方向)とし、下側をマイナス方向(−Y方向)としたときに得られるグラフである。
手振れ補正によりFPコイル31に電流が流されることでFPコイル31から磁界が発生すると、その磁界が位置検出コイル32に与える影響は、レンズ16(位置検出コイル32)が、FPコイル31に近い位置にあるとき大きく、レンズ16(位置検出コイル32)が、FPコイル31と離れた位置にあるときには小さい。
このことをグラフで表すと、図8のA乃至Dのようになる。図8のA乃至Dに示したグラフは、横軸がレンズ16(位置検出コイル32)の位置を表し、縦軸が位置検出コイル32に発生する誘導起電力を表す。また図8のA乃至Dにおいて、上段に示したグラフは、レンズ16が−X側から+X側に移動したときの誘電起電力のグラフであり、下段に示したグラフは、レンズ16が−Y側から+Y側に移動したときの誘電起電力のグラフである。
図8のAを参照するに、レンズ16が−X側から+X側に移動する場合、FPコイル31aに対して位置検出コイル32aは、近づいていた状態から離れていく状態へと変化することになる。このような変化が起こる場合、図8のAの上のグラフに示したように、位置検出コイル32aに発生する誘電起電力は、レンズ16が−X側から+X側に移動するのに伴い、徐々に小さくなる。
一方、レンズ16が−Y側から+Y側に移動する場合、FPコイル31aに対して位置検出コイル32aは、離れていた状態から近づいてくる状態へと変化することになる。このような変化が起こる場合、図8のAの下のグラフに示したように、位置検出コイル32aに発生する誘電起電力は、レンズ16が−Y側から+Y側に移動するのに伴い、徐々に大きくなる。
図8のBを参照するに、レンズ16が−X側から+X側に移動する場合、FPコイル31bに対して位置検出コイル32bは、離れていた状態から近づいてくる状態へと変化することになる。このような変化が起こる場合、図8のBの上のグラフに示したように、位置検出コイル32bに発生する誘電起電力は、レンズ16が−X側から+X側に移動するのに伴い、徐々に大きくなる。
一方、レンズ16が−Y側から+Y側に移動する場合、FPコイル31bに対して位置検出コイル32bは、離れていた状態から近づいてくる状態へと変化することになる。このような変化が起こる場合、図8のBの下のグラフに示したように、位置検出コイル32bに発生する誘電起電力は、レンズ16が−Y側から+Y側に移動するのに伴い、徐々に大きくなる。
図8のCを参照するに、レンズ16が−X側から+X側に移動する場合、FPコイル31cに対して位置検出コイル32cは、離れていた状態から近づいてくる状態へと変化することになる。このような変化が起こる場合、図8のCの上のグラフに示したように、位置検出コイル32cに発生する誘電起電力は、レンズ16が−X側から+X側に移動するのに伴い、徐々に大きくなる。
一方、レンズ16が−Y側から+Y側に移動する場合、FPコイル31cに対して位置検出コイル32cは、近づいていた状態から離れていく状態へと変化することになる。このような変化が起こる場合、図8のCの上のグラフに示したように、位置検出コイル32cに発生する誘電起電力は、レンズ16が−Y側から+Y側に移動するのに伴い、徐々に小さくなる。
図8のDを参照するに、レンズ16が−X側から+X側に移動する場合、FPコイル31dに対して位置検出コイル32dは、近づいていた状態から離れていく状態へと変化することになる。このような変化が起こる場合、図8のDの上のグラフに示したように、位置検出コイル32dに発生する誘電起電力は、レンズ16が−X側から+X側に移動するのに伴い、徐々に小さくなる。
一方、レンズ16が−Y側から+Y側に移動する場合、FPコイル31dに対して位置検出コイル32dは、近づいていた状態から離れていく状態へと変化することになる。このような変化が起こる場合、図8のDの上のグラフに示したように、位置検出コイル32dに発生する誘電起電力は、レンズ16が−Y側から+Y側に移動するのに伴い、徐々に小さくなる。
このような関係を利用することで、例えば、OISコントロール部53により、所望とされる位置Aにレンズ16を移動させるための制御を行った後のレンズ16の位置の位置Bを、検出回路50で検出することができる。
また、所望とされる位置Aと検出された位置Bにずれがある場合、そのずれを補正し、所望とされる位置Aに移動させることができる。よって、高性能なレンズ移動を実現することが可能となる。
<第2の実施の形態>
図8を参照して説明したように、レンズ16のX軸方向とY軸方向の位置は、位置検出コイル32a乃至32dにそれぞれ発生する誘電起電力を測定することで検出することができるが、4個の位置検出コイル32a乃至32dのうちの、2つの位置検出コイル32のみでも、レンズ16のX軸方向とY軸方向の位置を検出することはできる。
図8を参照して説明したように、レンズ16のX軸方向とY軸方向の位置は、位置検出コイル32a乃至32dにそれぞれ発生する誘電起電力を測定することで検出することができるが、4個の位置検出コイル32a乃至32dのうちの、2つの位置検出コイル32のみでも、レンズ16のX軸方向とY軸方向の位置を検出することはできる。
2個の位置検出コイル32を備える撮像装置1bの構成を図9に示す。図9に示した撮像装置1bは、レンズ16のX軸方向とY軸方向の位置を検出するための位置検出コイル32aと位置検出コイル32cを備える構成とされている。
図9に示した撮像装置1bの場合、図10に示すように、位置検出コイル32aに発生する誘電起電力と、位置検出コイル32cに発生する誘電起電力を、それぞれ測定することで、レンズ16のX軸方向とY軸方向の位置を検出することができる。
すなわち、図10のAに示したように、レンズ16が−X側から+X側に移動する場合、位置検出コイル32aに発生する誘電起電力は、レンズ16が−X側から+X側に移動するのに伴い、徐々に小さくなるため、このことを利用して、レンズ16のX軸方向の位置を検出することができる。また、図10のAに示したように、レンズ16が−Y側から+Y側に移動する場合、位置検出コイル32aに発生する誘電起電力は、レンズ16が−Y側から+Y側に移動するのに伴い、徐々に大きくなるため、このことを利用して、レンズ16のY軸方向の位置を検出することができる。
図10のBに示したように、レンズ16が−X側から+X側に移動する場合、位置検出コイル32cに発生する誘電起電力は、レンズ16が−X側から+X側に移動するのに伴い、徐々に大きくなるため、このことを利用して、レンズ16のX軸方向の位置を検出することができる。また、図10のBに示したように、レンズ16が−Y側から+Y側に移動する場合、位置検出コイル32cに発生する誘電起電力は、レンズ16が−Y側から+Y側に移動するのに伴い、徐々に小さくなるため、このことを利用して、レンズ16のY軸方向の位置を検出することができる。
例えば、コイル32aに発生する誘導起電力の測定結果から、レンズ16のX軸方向の位置を検出し、コイル32cに発生する誘導起電力の測定結果から、レンズ16のY軸方向の位置を検出するようにすることができる。
なおここでは、位置検出コイル32aと位置検出コイル32cを備える場合を例に挙げて説明したが、位置検出コイル32aと位置検出コイル32d、位置検出コイル32bと位置検出コイル32c、または位置検出コイル32bと位置検出コイル32dを備える構成でも良い。
レンズ16のXY平面の位置を検出する撮像装置1の構成として、図3に示したように、4隅に位置検出コイル32を備える構成を採用しても良いし、図9に示したように、2隅に位置検出コイル32を備える構成を採用しても良い。
図3に示したように、4隅に位置検出コイル32を備える構成を採用した場合、例えば、位置検出コイル32aから、図8のAに示したような誘電起電力のグラフを得ることができ、位置検出コイル32bから、図8のBに示したような誘電起電力のグラフを得ることができる。この場合、レンズ16のX軸方向またはY軸方向の位置を検出するための2つの位置情報を得ることができる。
この2つの位置情報を用いて、例えば、2つの位置情報(誘導起電力の値)を乗算する、加算する、減算した値の絶対値をとるといった所定の演算を行い、その演算結果から、レンズ16のX軸方向またはY軸方向の位置を検出するようにすることができる。
1つの位置検出コイル32に発生する誘電起電力が小さい場合であっても、4隅に位置検出コイル32を備える構成を採用し、異なる2隅に設けられている位置検出コイル32から誘電起電力の検出結果を用いることで、位置検出精度を高めることができる。
図9に示したように、2隅に位置検出コイル32を備える構成を採用した場合、4隅に位置検出コイル32を備える構成を採用した場合よりも位置検出精度が落ちる可能性はある。しかしながら、2隅に位置検出コイル32を備える構成を採用した場合、4隅に位置検出コイル32を備える構成を採用した場合よりも、コストを低減できる、また、位置検出コイル32を配置しない隅に、他の部材を配置することができ、装置の小型化を図ることができるなどの効果を得ることができる。
また、位置検出コイル32の巻き数を多くしたり、位置検出コイル32の配置位置をFPコイル31にできるだけ近づけた構成としたりすることで、位置検出精度を落とさないようにすることもできる。また、高精度な位置検出を必要としない撮像装置1には、2隅に位置検出コイル32を備える構成を採用し、高精度な位置検出を必要とする撮像装置1には、4隅に位置検出コイル32を備える構成を採用するといった使い分けももちろんできる。
<レンズの傾きの検出について>
上記した実施の形態においては、X軸方向とY軸方向におけるレンズ16の位置を検出する場合を例に挙げて説明した。このことを利用し、レンズ16の傾きを検出することもできる。
上記した実施の形態においては、X軸方向とY軸方向におけるレンズ16の位置を検出する場合を例に挙げて説明した。このことを利用し、レンズ16の傾きを検出することもできる。
上記した説明においては、前提として、レンズ16に傾きはなく、換言すれば、レンズ16と撮像素子11は、平行な状態を保っている場合を例に挙げて説明していた。しかしながら、レンズ16(レンズホルダ34)に傾きが生じる可能性もあり、そのような傾きを生じたときに、その傾きを検出し、補正できる機能を設けることもできる。
レンズ16と撮像素子11は、レンズ16を通った光軸と撮像素子11が垂直である状態が理想である。しかしながら、レンズ16、アクチュエータ18、撮像素子11のうちの少なくとも1つが、傾きを持った状態で実装されたり、使用時に傾きが発生したりすると、レンズ16を通った光軸と撮像素子11が垂直ではない状態になってしまう可能性がある。
そこで、以下に、上記したような位置検出コイル32に発生する誘導起電力を用いて、レンズ16もしくは撮像素子11の傾きを検出することも出来る構成について説明を加える。
図11は、図3に示した撮像装置1a(撮像装置1aを構成するレンズ16を駆動する部分)と同様の構成であるが、レンズ16が傾いた状態を模式的に図示した図である。図11に示した状態は、レンズ16(位置検出コイル32が搭載されている基板41)が図中、左側が上側に、右側が下側になるような傾きが生じている場合を例示している。
図11に示したような状況は、FPコイル31aが、位置検出コイル32aに対して遠くに位置し、FPコイル31bが、位置検出コイル32bに対して近くに位置している状況である。よって、このような状況の場合、位置検出コイル32aで発生する誘導起電力は、位置検出コイル32bで発生する誘導起電力よりも小さくなる。
また同様に、図11に示したような状況は、FPコイル31dが、位置検出コイル32dに対して遠くに位置し、FPコイル31cが、位置検出コイル32cに対して近くに位置している状況である。よって、このような状況の場合、位置検出コイル32dで発生する誘導起電力は、位置検出コイル32cで発生する誘導起電力よりも小さくなる。
このようなFPコイル31と位置検出コイル32の相対位置により、位置検出コイル32に発生する誘電起電力が異なることは、上記した場合、例えば、図8を参照して説明した場合を同じである。
ここで、図11の左図に示しように、レンズ16の傾きαと傾きβを設定する。傾きαは、レンズ16が、FPコイル31aとFPコイル31b(X軸方向)において、FPコイル31aに近い側に傾いている状態をマイナス、FPコイル31bに近い側に傾いている状態をプラスとする。換言すれば、位置検出コイル32aと位置検出コイル32bを結ぶ線分と、撮像素子11の撮像面とがなす角を、傾きαとし、位置検出コイル32aと位置検出コイル32bを結ぶ線分が、FPコイル31aに近い側に傾いている状態をマイナス、FPコイル31bに近い側に傾いている状態をプラスとする。
また傾きβは、レンズ16が、FPコイル31aとFPコイル31d(Y軸方向)において、FPコイル31aに近い側に傾いている状態をマイナス、FPコイル31dに近い側に傾いている状態をプラスとする。換言すれば、位置検出コイル32aと位置検出コイル32dを結ぶ線分と、撮像素子11の撮像面とがなす角を、傾きβとし、位置検出コイル32aと位置検出コイル32dを結ぶ線分が、FPコイル31aに近い側に傾いている状態をマイナス、FPコイル31dに近い側に傾いている状態をプラスとする。
図12に、傾きが発生したときの誘導起電力の分布を示す。図12のAに示した、位置検出コイル32aの誘電起電力のグラフを参照するに、傾きαがマイナスθからプラスθに変化する場合、換言すれば、位置検出コイル32aが、FPコイル31aから離れる方向で、傾いた場合、誘電起電力は減少する。また図12のAに示した、位置検出コイル32aの誘電起電力のグラフを参照するに、傾きβがマイナスθからプラスθに変化する場合、換言すれば、位置検出コイル32aが、FPコイル31aから離れる方向で、傾いた場合、誘電起電力は減少する。
図12のBに示した、位置検出コイル32bの誘電起電力のグラフを参照するに、傾きαがマイナスθからプラスθに変化する場合、換言すれば、位置検出コイル32bが、FPコイル31aに近づく方向で、傾いた場合、誘電起電力は増大する。また図12のBに示した、位置検出コイル32bの誘電起電力のグラフを参照するに、傾きβがマイナスθからプラスθに変化する場合、換言すれば、位置検出コイル32bが、FPコイル31bから離れる方向で、傾いた場合、誘電起電力は減少する。
図12のCに示した、位置検出コイル32cの誘電起電力のグラフを参照するに、傾きαがマイナスθからプラスθに変化する場合、換言すれば、位置検出コイル32cが、FPコイル31cに近づく方向で、傾いた場合、誘電起電力は増大する。また図12のCに示した、位置検出コイル32cの誘電起電力のグラフを参照するに、傾きβがマイナスθからプラスθに変化する場合、換言すれば、位置検出コイル32cが、FPコイル31cに近づく方向で、傾いた場合、誘電起電力は増大する。
図12のDに示した、位置検出コイル32dの誘電起電力のグラフを参照するに、傾きαがマイナスθからプラスθに変化する場合、換言すれば、位置検出コイル32dが、FPコイル31dから離れる方向で、傾いた場合、誘電起電力は減少する。また図12のDに示した、位置検出コイル32dの誘電起電力のグラフを参照するに、傾きβがマイナスθからプラスθに変化する場合、換言すれば、位置検出コイル32dが、FPコイル31dに近づく方向で、傾いた場合、誘電起電力は増大する。
このように、レンズ16の傾き(FPコイル31と位置検出コイル32との位置関係の違い)により、位置検出コイル32で発生する誘導起電力は異なる。このことは、図8を参照して説明した場合と同じである。
例えば、レンズ16が、X軸方向において傾きがないとき(傾きα=0のとき)の誘電起電力を基準(基準値とする)とし、位置検出コイル32aの誘電起電力と基準値の差分の絶対値と、位置検出コイル32bの誘電起電力と基準値の差分の絶対値が等しければ、X軸方向において傾きはないと判定でき、等しくなければ、X軸方向において傾きがあると判定できる。
また、判定の結果、傾きがあると判定された場合には、誘電起電力の大きさから、位置検出コイル32aに対するFPコイル31の位置と、位置検出コイル32bに対するFPコイル31の位置を、それぞれ求め、その位置関係から、傾きαを算出することもできる。また、傾きαが算出されると、その傾きαを解消するための補正量を算出することができ、補正量に基づいた傾きの補正を行うこともできる。
このように、1例として、X軸方向に配置されている2つの位置検出コイル32を用いて、レンズ16の傾きを検出する方法を示したが、他の方法(演算)で、傾きが検出されるようにしてもよい。また上記した例では、X軸方向に配置されている2つの位置検出コイル32として、位置検出コイル32aと位置検出コイル32bの組み合わせを例示したが、位置検出コイル32cと位置検出コイル32dの組み合わせ、位置検出コイル32aと位置検出コイル32cの組み合わせ、位置検出コイル32bと位置検出コイル32dの組み合わせであっても良い。
同様に、Y軸方向の傾きに対しても、位置検出コイル32aと位置検出コイル32dの誘電起電力から、Y軸方向の傾きを検出し、補正することができる。また、位置検出コイル32aと位置検出コイル32dの組み合わせ以外の組み合わせ、例えば、位置検出コイル32aと位置検出コイル32cの組み合わせ、位置検出コイル32bと位置検出コイル32dの組み合わせ、位置検出コイル32bと位置検出コイル32cの組み合わせであってもよい。
このように、本技術によれば、レンズ16のX軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向における位置と、レンズ16の傾きをそれぞれ検出することができる。よって、手振れ補正として、XY方向だけで無く、チルト(Tilt)補正も可能となり、より高機能な撮像装置1を提供することが可能となる。
さらに、撮像装置1の製造時に、本技術を適用した傾きの検出を実行することで、傾きがあったときには、補正したり、所定の傾き以上である場合には製造ラインから外したりすることができるようになる。よって、製造後の性能テストで光軸ズレの不良が改善することは、明らかであり、製造コストを抑えることができる。
<第3の実施の形態>
上記した撮像装置1a,1bは、XY方向の位置を検出する位置検出コイル32を設ける場合を例に挙げて説明した。この位置検出コイル32に発生する誘電起電力を用いて、レンズ16のZ軸方向の位置を検出することもできる。レンズ16のZ軸方向の位置も検出することができる撮像装置1を、撮像装置1cとして説明を続ける。
上記した撮像装置1a,1bは、XY方向の位置を検出する位置検出コイル32を設ける場合を例に挙げて説明した。この位置検出コイル32に発生する誘電起電力を用いて、レンズ16のZ軸方向の位置を検出することもできる。レンズ16のZ軸方向の位置も検出することができる撮像装置1を、撮像装置1cとして説明を続ける。
図13は、PWM波形による発生する磁界と、その磁界により発生する誘導起電力について説明するための図である。レンズホルダ34の側面に形成されているコイル24に電流が流されると、図中上下方向に力が発生する。この発生した力で、レンズホルダ34(レンズホルダ34が保持しているレンズ16)が、上方向または下方向に移動され、撮像素子11との距離が変化する。このような仕組みにより、オートフォーカス(AF:Auto-Focus)が実現される。
コイル24で発生した磁界が、位置検出コイル32に到達することで、位置検出コイル32には、コイル24で発生した磁界による誘電起電力が発生する。この場合も、コイル24が、位置検出コイル32と離れているときには、誘電起電力は小さくなり、位置検出コイル32と近いときには、誘電起電力は大きくなる。
位置検出コイル32a乃至32dのそれぞれに発生した誘電起電力を測定し、その測定された値を積算することで、レンズ16のZ位置検出を行うことができる。図13に示したように、レンズ16が図中上側(図示していない撮像素子11から離れる方向)をプラスとし、図中下側(図示していない撮像素子11に近づく方向)をマイナスとする。
図14は、レンズ16(コイル24)が、−Z側から+Z側に移動する場合、換言すれば、位置検出コイル32a乃至32dに対してレンズ16は、近づいていた状態から離れていく状態へと変化するときの位置検出コイル32a乃至32dに発生する誘導起電力を積算した値の変化を表す図である。図14に示したように、誘電起電力は、レンズ16(コイル24)が、−Z側から+Z側に移動するのに伴い、徐々に小さくなる。
レンズ16(コイル24)が、Z軸方向で移動した場合、位置検出コイル32a乃至32dに対して遠ざかるまたは近づくため、位置検出コイル32a乃至32dで発生する誘電起電力は、図14に示したように変化することは、上記したFPコイル31に対して位置検出コイル32の距離が変化する場合と同じである。
このように、位置検出コイル32a乃至32dにそれぞれ発生する誘電起電力を測定することで、レンズ16のZ軸方向の位置を検出することができる。
<第4の実施の形態>
図15に示すように、第1の実施の形態と第2の実施の形態として説明したように、位置検出コイル32により、レンズ16のX軸方向とY軸方向の位置を検出することができる。また、レンズ16の傾き(チルト)、換言すれば角度αや角度βを検出することもできる。さらに、第3の実施の形態として説明したように、位置検出コイル32により、レンズ16のZ軸方向の位置を検出することができる。
図15に示すように、第1の実施の形態と第2の実施の形態として説明したように、位置検出コイル32により、レンズ16のX軸方向とY軸方向の位置を検出することができる。また、レンズ16の傾き(チルト)、換言すれば角度αや角度βを検出することもできる。さらに、第3の実施の形態として説明したように、位置検出コイル32により、レンズ16のZ軸方向の位置を検出することができる。
さらに、ローテーションの位置も検出することができる。図15では、ローテーションを(R)と示した。このようにレンズ16のローテーション方向の位置も検出することができる撮像装置1を、撮像装置1dとして説明を続ける。
ローテーションは、レンズ16の回転に係わる位置ずれである。図15に示したように、ここでは、レンズ16が、図中上方向に回転するときをプラス方向とし、図中下方向に回転するときをマイナス方向として説明を続ける。
位置検出コイル32で発生する誘電起電力を測定することで、レンズ16の、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向、チルトの角度α、チルトの角度β、およびローテーションの6軸方向における、レンズ16の位置を検出することができる。
このように、6軸方向のそれぞれにおいて、レンズ16の位置を検出するようにした場合、6軸毎に異なる誘電起電力のグラフが得られるように、位置検出コイル32a乃至32dがそれぞれ配置されるのが良い。そこで、一例として図15に示した配置を示す。
FPコイル31の中心と位置検出コイル32の中心は、ずれた位置にあるように構成されている。これは、図4を参照して説明したように、FPコイル31と位置検出コイル32が、正常な位置からずれたときでも、位置検出コイル32がFPコイル31からの磁界を効率良く受けることができるようにするためである。
このFPコイル31の中心と位置検出コイル32の中心のずれの方向は、FPコイル31と位置検出コイル32の各組において、同一方向であるように設計されていても良いが、異なる方向となるように設計することも可能である。
図4を再度参照する。FPコイル31aの中心と位置検出コイル32aの中心は、基板41の中央方向に向かう直線上にあり、FPコイル31aの中心よりも位置検出コイル32aの中心の方が、内側にあるように設計されている。
FPコイル31bの中心と位置検出コイル32bの中心は、基板41の中央方向に向かう直線上にあり、FPコイル31bの中心よりも位置検出コイル32bの中心の方が、内側にあるように設計されている。
FPコイル31cの中心と位置検出コイル32cの中心は、基板41の中央方向に向かう直線上にあり、FPコイル31cの中心よりも位置検出コイル32cの中心の方が、内側にあるように設計されている。
FPコイル31dの中心と位置検出コイル32dの中心は、基板41の中央方向に向かう直線上にあり、FPコイル31dの中心よりも位置検出コイル32dの中心の方が、内側にあるように設計されている。
この場合、基板41の中央方向に向かう方向で、FPコイル31dの中心の次に位置検出コイル32dの中心が来るように設計されている。換言すれば、FPコイル31より内側に位置検出コイル32が位置するように設計されている。
このように設計されている場合、レンズ16がローテーションし、FPコイル31と位置検出コイル32の位置関係(距離)が変化したとき、位置検出コイル32a乃至32dの誘電起電力のグラフは、同一となる。この場合、ローテーションがマイナス方向からプラス方向に起こった場合(図15において(R)で示した方向であり、図4では、Y方向のマイナス方向からプラス方向に該当する)、位置検出コイル32aの中心は、FPコイル31aの中心から離れる方向に移動するため、位置検出コイル32aで発生する誘導起電力は低下する。
また位置検出コイル32bの中心は、FPコイル31bの中心から離れる方向に移動するため、位置検出コイル32bで発生する誘導起電力も低下する。また位置検出コイル32cの中心は、FPコイル31cの中心から離れる方向に移動するため、位置検出コイル32cで発生する誘導起電力も低下する。さらに位置検出コイル32dの中心は、FPコイル31dの中心から離れる方向に移動するため、位置検出コイル32dで発生する誘導起電力も低下する。
よってこの場合、位置検出コイル32a乃至32dのそれぞれ発生する誘電起電力は、低下するため、同じグラフが得られることになる。また、同様に、レンズ16のローテーションがプラス方向からマイナス方向に起こった場合も、位置検出コイル32a乃至32dの中心は、FPコイル31a乃至31dの中心からそれぞれ離れる方向に移動するため、位置検出コイル32aで発生する誘導起電力は低下する。
このように同じグラフが得られる場合、回転方向や位置を検出することは難しくなる。
FPコイル31と位置検出コイル32の各組のずれの方向を調整することで、異なるグラフを得ることが可能となる。また、6軸におけるレンズ16の位置を検出するようにした場合、6軸毎に得られるグラフが異なるのが好ましく、そのようなことも、FPコイル31と位置検出コイル32の各組のずれの方向を調整することで可能である。
FPコイル31と位置検出コイル32の各組のずれの方向や大きさを調整した一例を、図15に示す。図15に示した位置検出コイル32は、光学中心から非対称の位置に配置されている。
FPコイル31aの中心131aと位置検出コイル32aの中心132aは、基板41のX軸と平行となる直線上にあり、FPコイル31aの中心131aよりも位置検出コイル32aの中心132aの方が、内側にあるように設計されている。換言すれば、位置検出コイル32aは、FPコイル31aの中心131aと基板41の中心を結ぶ線を基準とした場合、その線に対して右上となる位置に配置されている。
FPコイル31bの中心131bと位置検出コイル32bの中心132bは、基板41のX軸と平行となる直線上にあり、FPコイル31bの中心131bよりも位置検出コイル32bの中心132bの方が、内側にあるように設計されている。換言すれば、位置検出コイル32bは、FPコイル31bの中心131bと基板41の中心を結ぶ線を基準とした場合、その線に対して左上となる位置に配置されている。
FPコイル31cの中心131cと位置検出コイル32cの中心132cは、基板41のX軸と平行となる直線上にあり、FPコイル31cの中心131cよりも位置検出コイル32cの中心132cの方が、外側にあるように設計されている。換言すれば、位置検出コイル32cは、FPコイル31cの中心131cと基板41の中心を結ぶ線を基準とした場合、その線に対して右上となる位置に配置されている。
FPコイル31dの中心131dと位置検出コイル32dの中心132dは、基板41のX方向の辺と平行となる直線上にあり、FPコイル31dの中心131dよりも位置検出コイル32dの中心132dの方が、内側にあるように設計されている。換言すれば、位置検出コイル32dは、FPコイル31の中心131dと基板41の中心を結ぶ線を基準とした場合、その線に対して右下となる位置に配置されている。
図15に示した例では、位置検出コイル32a、位置検出コイル32b、および位置検出コイル32dは、それぞれ組とされているFPコイル31に対して内側に配置されているが、位置検出コイル32cは、FPコイル31cに対して外側に配置されている。
このように配置されている位置検出コイル32a乃至32dにおいて誘導起電力を測定した場合、上記した場合と異なるグラフが含まれるため、図16に一覧を示し、説明を加える。図16に示したグラフは、位置検出コイル32に発生する誘電起電力の変化を、6軸毎に示している。
図16のAは、レンズ16がX軸方向において、マイナス側からプラス側に移動したときの位置検出コイル32a乃至32dのそれぞれにおいて発生する誘電起電力を測定することで得られるグラフである。
図16のAを参照するに、レンズ16が−X側から+X側に移動する場合、FPコイル31aに対して位置検出コイル32aは、近づいていた状態から離れていく状態へと変化することになるため、位置検出コイル32aに発生する誘電起電力は、レンズ16が−X側から+X側に移動するのに伴い、徐々に小さくなる。
また、レンズ16が−X側から+X側に移動する場合、FPコイル31bに対して位置検出コイル32bは、離れていた状態から近づく状態へと変化することになるため、位置検出コイル32bに発生する誘電起電力は、レンズ16が−X側から+X側に移動するのに伴い、徐々に大きくなる。
また、レンズ16が−X側から+X側に移動する場合、FPコイル31cに対して位置検出コイル32cは、近づいていた状態から離れていく状態へと変化することになるため、位置検出コイル32cに発生する誘電起電力は、レンズ16が−X側から+X側に移動するのに伴い、徐々に小さくなる。
また、レンズ16が−X側から+X側に移動する場合、FPコイル31dに対して位置検出コイル32dは、近づいていた状態から離れていく状態へと変化することになるため、位置検出コイル32dに発生する誘電起電力は、レンズ16が−X側から+X側に移動するのに伴い、徐々に小さくなる。
図16のBは、レンズ16がY軸方向において、マイナス側からプラス側に移動したときの位置検出コイル32a乃至32dのそれぞれにおいて発生する誘電起電力を測定することで得られるグラフである。
図16のBを参照するに、レンズ16が−Y側から+Y側に移動する場合、FPコイル31aに対して位置検出コイル32aは、離れていた状態から近づいていく状態へと変化することになるため、位置検出コイル32aに発生する誘電起電力は、レンズ16が−Y側から+Y側に移動するのに伴い、徐々に大きくなる。
また、レンズ16が−Y側から+Y側に移動する場合、FPコイル31bに対して位置検出コイル32bは、離れていた状態から近づく状態へと変化することになるため、位置検出コイル32bに発生する誘電起電力は、レンズ16が−Y側から+Y側に移動するのに伴い、徐々に大きくなる。
また、レンズ16が−Y側から+Y側に移動する場合、FPコイル31cに対して位置検出コイル32cは、離れていた状態から近づく状態へと変化することになるため、位置検出コイル32cに発生する誘電起電力は、レンズ16が−Y側から+Y側に移動するのに伴い、徐々に大きくなる。
また、レンズ16が−Y側から+Y側に移動する場合、FPコイル31dに対して位置検出コイル32dは、近づいていた状態から離れていく状態へと変化することになるため、位置検出コイル32dに発生する誘電起電力は、レンズ16が−Y側から+Y側に移動するのに伴い、徐々に小さくなる。
図16のCは、レンズ16が角度α方向において、マイナス側からプラス側に移動したときの位置検出コイル32a乃至32dのそれぞれにおいて発生する誘電起電力を測定することで得られるグラフである。
また、図16のDは、レンズ16が角度β方向において、マイナス側からプラス側に移動したときの位置検出コイル32a乃至32dのそれぞれにおいて発生する誘電起電力を測定することで得られるグラフである。
レンズ16の傾き角度αや角度βの変化に伴う位置検出コイル32の誘導起電力の変化は、図12に示した場合を同様であるため、その説明は省略する。
図16のEは、レンズ16がローテーション方向において、マイナス側からプラス側に移動したときの位置検出コイル32a乃至32dのそれぞれにおいて発生する誘電起電力を測定することで得られるグラフである。
図16のEを参照するに、レンズ16がマイナス側からプラス側に移動する場合、FPコイル31aに対して位置検出コイル32aは、近づいていた状態から離れた状態へと変化することになるため、位置検出コイル32aに発生する誘電起電力は、レンズ16がマイナス側からプラス側に移動するのに伴い、徐々に小さくなる。
また、レンズ16がマイナス側からプラス側に移動する場合、FPコイル31bに対して位置検出コイル32bは、離れていた状態から近づく状態へと変化することになるため、位置検出コイル32bに発生する誘電起電力は、レンズ16がマイナス側からプラス側に移動するのに伴い、徐々に大きくなる。
また、レンズ16がマイナス側からプラス側に移動する場合、FPコイル31cに対して位置検出コイル32cは、離れていた状態から近づく状態へと変化することになるため、位置検出コイル32cに発生する誘電起電力は、レンズ16がマイナス側からプラス側に移動するのに伴い、徐々に大きくなる。
また、レンズ16がマイナス側からプラス側に移動する場合、FPコイル31dに対して位置検出コイル32dは、離れていた状態から近づく状態へと変化することになるため、位置検出コイル32dに発生する誘電起電力は、レンズ16がマイナス側からプラス側に移動するのに伴い、徐々に大きくなる。
図16のFは、レンズ16がZ軸方向において、マイナス側からプラス側に移動したときの位置検出コイル32a乃至32dのそれぞれにおいて発生する誘電起電力を測定し、その測定値を積算することで得られるグラフである。
レンズ16のZ方向の移動に伴う位置検出コイル32の誘導起電力の変化は、図14に示した場合を同様であるため、その説明は省略する。
図16に示したように、X軸方向、Y軸方向、角度α方向、角度β方向、ローテーション方向、およびZ軸方向において、それぞれパターンが異なるグラフが得られる。また、同一のグラフのみが得られる方向は存在しない。よって、これらの6軸のそれぞれの方向におけるレンズ16の位置移動を検出することができる。
図15、図16を参照して説明したように、FPコイル31と位置検出コイル32の位置関係を調整することで、手振れ補正(X、Y軸方向)、チルト(角度α、β)、ローテーション、およびオートフォーカス(Z軸方向)における位置検出を行うことができる。
なお、図15に示したFPコイル31と位置検出コイル32の位置関係は一例であり、限定を示す記載ではない。
<第5の実施の形態>
上記した第1乃至第4の実施の形態においては、アクチュエータ18に、FPコイル31が配置されている例を示したが、アクチュエータ18以外に、FPコイル31を配置することもできる。
上記した第1乃至第4の実施の形態においては、アクチュエータ18に、FPコイル31が配置されている例を示したが、アクチュエータ18以外に、FPコイル31を配置することもできる。
図17に、FPコイル31を、スペーサ14上に配置した撮像装置1eの構成例を示す。図17に示した撮像装置1eにおいては、スペーサ14上であり、アクチュエータ18の下部になる部分に、FPコイル31が配置されている。その他の構成は、図1に示した撮像装置1aと同様である。
このように、FPコイル31は、マグネット33と、それぞれ平行に対向した状態で設けられることで、上記した実施の形態と同じく、手振れ補正機能を実現できる。また、位置検出コイル32を、上記した実施の形態と同じく、FPコイル31とマグネット33の間に配置することで、6軸方向の位置検出を行うことができる。
<第6の実施の形態>
上記した撮像装置1a乃至1cの構成のいずれの構成も、基本的な構成は同様であり、FPコイル31や位置検出コイル32が形成されている部分や、個数が異なるだけであり、この違いは、撮像装置1の構成には影響しない。
上記した撮像装置1a乃至1cの構成のいずれの構成も、基本的な構成は同様であり、FPコイル31や位置検出コイル32が形成されている部分や、個数が異なるだけであり、この違いは、撮像装置1の構成には影響しない。
撮像装置1の構成は、FPコイル31や位置検出コイル32をどこに設けるか、いくつ設けるかに依存せず、同一の構成とすることができる。換言すれば、上記した撮像装置1a乃至1eの構成に限らず、どのような撮像装置1の構成であっても、本技術を適用できる。
そこで、以下に、撮像装置1の他の構成について説明する。ただしここで説明する構成も、一例であり、限定を示すものではない。
図18は、撮像装置1の他の構成例を示す図である。図18に示した撮像装置1fは、撮像素子11(例えば、図1に示した撮像装置1aの撮像素子11)を、フリップチップ構造の撮像素子11fとした構造とされている。
図18に示した撮像装置1fにおいては、撮像素子11fから出力される電気信号は、回路機能を有したホルダ211を通して、外部に出力される。ホルダ211は、アクチュエータ18とのホルダ機能も有しており、撮像素子11fからの電気信号は、ホルダ211と接続される薄型の回路基板13を通して、外部に出力される。
また、図18に示したように、撮像素子11fを、回路基板13の下側(レンズ16がある側の反対側)に設ける場合、撮像装置1fを端末に実装するときに、撮像素子11fを保護するための保護材212も設けられている。
このような撮像装置1fに対しても、アクチュエータ18やスペーサ14(撮像装置1fでは、ホルダ211に該当)などに、FPコイル31や位置検出コイル32を形成することができ、レンズ16の位置を検出する構造とすることができる。
<第7の実施の形態>
図19は、撮像装置1の他の構成例を示す図である。図19に示した撮像装置1gは、撮像素子11として、CSP(Chip size package)形状の撮像素子11gを適用した場合の構成を示している。
図19は、撮像装置1の他の構成例を示す図である。図19に示した撮像装置1gは、撮像素子11として、CSP(Chip size package)形状の撮像素子11gを適用した場合の構成を示している。
撮像素子11として、CSP形状の撮像素子11gを用いた場合であっても、アクチュエータ18やスペーサ14などに、FPコイル31や位置検出コイル32を形成することができ、レンズ16の位置を検出する構造とすることができる。
<第8の実施の形態>
図20は、撮像装置1の他の構成例を示す図である。図20に示した撮像装置1hは、図19に示した撮像装置1gと同じく、撮像素子11として、CSP形状の撮像素子11gを適用した場合の構成を示している。
図20は、撮像装置1の他の構成例を示す図である。図20に示した撮像装置1hは、図19に示した撮像装置1gと同じく、撮像素子11として、CSP形状の撮像素子11gを適用した場合の構成を示している。
さらに図20に示した撮像装置1hは、CSP形状の撮像素子11dのガラス基板に、赤外線をカットする機能(フィルタ)を有し、ガラス基板上にレンズ231が形成されている。
このように、赤外線をカットする機能を、撮像素子11dのガラス基板に設けることで、赤外線カットフィルタの厚みを薄くすることができる。よって、撮像装置1hを低背化することができる。
また、ガラス基板上にレンズ231が形成されていることを換言すれば、レンズ16を構成する複数枚のレンズのうちの、最下層のレンズを、CSP形状の撮像素子11gのガラス基板上に成形することになり、さらに、撮像装置1hの薄型化を実現できる構成とすることができる。
このような薄型化された撮像装置1hに対しても、アクチュエータ18やスペーサ14などに、FPコイル31や位置検出コイル32を形成することができ、レンズ16の位置を検出する構造とすることができる。
本技術によれば、撮像装置のレンズの焦点、手振れ補正、チルト、ローテーションなどの位置を制御することにより、高性能化、小型化を実現することができる。
上記した撮像装置1は、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどに用いることができる。また、上記した撮像装置1は、監視カメラ、車載カメラなどの画像入力カメラにも用いることができる。また、上記した撮像装置1は、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き移動体端末装置などの電子機器にも用いることができる。
<内視鏡手術システムへの応用例>
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
図21は、本開示に係る技術(本技術)が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
図21では、術者(医師)11131が、内視鏡手術システム11000を用いて、患者ベッド11133上の患者11132に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム11000は、内視鏡11100と、気腹チューブ11111やエネルギー処置具11112等の、その他の術具11110と、内視鏡11100を支持する支持アーム装置11120と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート11200と、から構成される。
内視鏡11100は、先端から所定の長さの領域が患者11132の体腔内に挿入される鏡筒11101と、鏡筒11101の基端に接続されるカメラヘッド11102と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒11101を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡11100を図示しているが、内視鏡11100は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
鏡筒11101の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡11100には光源装置11203が接続されており、当該光源装置11203によって生成された光が、鏡筒11101の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者11132の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡11100は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
カメラヘッド11102の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光(観察光)は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、RAWデータとしてカメラコントロールユニット(CCU: Camera Control Unit)11201に送信される。
CCU11201は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)等によって構成され、内視鏡11100及び表示装置11202の動作を統括的に制御する。さらに、CCU11201は、カメラヘッド11102から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理(デモザイク処理)等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
表示装置11202は、CCU11201からの制御により、当該CCU11201によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
光源装置11203は、例えばLED(Light Emitting Diode)等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡11100に供給する。
入力装置11204は、内視鏡手術システム11000に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置11204を介して、内視鏡手術システム11000に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡11100による撮像条件(照射光の種類、倍率及び焦点距離等)を変更する旨の指示等を入力する。
処置具制御装置11205は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具11112の駆動を制御する。気腹装置11206は、内視鏡11100による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者11132の体腔を膨らめるために、気腹チューブ11111を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ11207は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ11208は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
なお、内視鏡11100に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置11203は、例えばLED、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。RGBレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色(各波長)の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置11203において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、RGBレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド11102の撮像素子の駆動を制御することにより、RGBそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
また、光源装置11203は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド11102の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
また、光源装置11203は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光(すなわち、白色光)に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察(Narrow Band Imaging)が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること(自家蛍光観察)、又はインドシアニングリーン(ICG)等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置11203は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び/又は励起光を供給可能に構成され得る。
図22は、図21に示すカメラヘッド11102及びCCU11201の機能構成の一例を示すブロック図である。
カメラヘッド11102は、レンズユニット11401と、撮像部11402と、駆動部11403と、通信部11404と、カメラヘッド制御部11405と、を有する。CCU11201は、通信部11411と、画像処理部11412と、制御部11413と、を有する。カメラヘッド11102とCCU11201とは、伝送ケーブル11400によって互いに通信可能に接続されている。
レンズユニット11401は、鏡筒11101との接続部に設けられる光学系である。鏡筒11101の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド11102まで導光され、当該レンズユニット11401に入射する。レンズユニット11401は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
撮像部11402は、撮像素子で構成される。撮像部11402を構成する撮像素子は、1つ(いわゆる単板式)であってもよいし、複数(いわゆる多板式)であってもよい。撮像部11402が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってRGBそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部11402は、3D(Dimensional)表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための1対の撮像素子を有するように構成されてもよい。3D表示が行われることにより、術者11131は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部11402が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット11401も複数系統設けられ得る。
また、撮像部11402は、必ずしもカメラヘッド11102に設けられなくてもよい。例えば、撮像部11402は、鏡筒11101の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
駆動部11403は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部11405からの制御により、レンズユニット11401のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部11402による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
通信部11404は、CCU11201との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部11404は、撮像部11402から得た画像信号をRAWデータとして伝送ケーブル11400を介してCCU11201に送信する。
また、通信部11404は、CCU11201から、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部11405に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに/又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてCCU11201の制御部11413によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるAE(Auto Exposure)機能、AF(Auto Focus)機能及びAWB(Auto White Balance)機能が内視鏡11100に搭載されていることになる。
カメラヘッド制御部11405は、通信部11404を介して受信したCCU11201からの制御信号に基づいて、カメラヘッド11102の駆動を制御する。
通信部11411は、カメラヘッド11102との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部11411は、カメラヘッド11102から、伝送ケーブル11400を介して送信される画像信号を受信する。
また、通信部11411は、カメラヘッド11102に対して、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
画像処理部11412は、カメラヘッド11102から送信されたRAWデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
制御部11413は、内視鏡11100による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部11413は、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を生成する。
また、制御部11413は、画像処理部11412によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置11202に表示させる。この際、制御部11413は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部11413は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具11112の使用時のミスト等を認識することができる。制御部11413は、表示装置11202に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者11131に提示されることにより、術者11131の負担を軽減することや、術者11131が確実に手術を進めることが可能になる。
カメラヘッド11102及びCCU11201を接続する伝送ケーブル11400は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
ここで、図示する例では、伝送ケーブル11400を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド11102とCCU11201との間の通信は無線で行われてもよい。
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
<移動体への応用例>
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図23は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図23に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(interface)12053が図示されている。
駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12020に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図23の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図24は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
図24では、車両12100は、撮像部12031として、撮像部12101,12102,12103,12104,12105を有する。
撮像部12101,12102,12103,12104,12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102,12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。撮像部12101及び12105で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図24には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。
本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)
被写体光を集光するレンズと、
前記レンズからの前記被写体光を光電変換する撮像素子と、
前記撮像素子からの信号を外部に出力する回路を含む回路基体と、
PWM(Pulse Width Modulation)波形で前記レンズを、X軸方向とY軸方向の少なくとも一方向に駆動するアクチュエータと、
前記アクチュエータに含まれる複数の第1のコイルと対向する位置に、前記第1のコイルにより発生する磁界を検出する複数の検出部と
を備える撮像装置。
(2)
前記アクチュエータは、手振れによる影響を低減するために前記レンズを駆動する
前記(1)に記載の撮像装置。
(3)
前記アクチュエータは、前記レンズをZ軸方向にも駆動し、前記Z軸方向は、焦点を移動させるための方向である
前記(2)に記載の撮像装置。
(4)
前記検出部は、前記磁界により発生する誘導起電力を検出する
前記(1)乃至(3)のいずれかに記載の撮像装置。
(5)
前記検出部は、前記レンズの位置を前記誘導起電力から検出する
前記(4)に記載の撮像装置。
(6)
前記検出部は、前記複数の検出部で検出された誘電起電力を積算した積算値で前記レンズのZ軸方向の位置を検出する
前記(1)乃至(5)のいずれかに記載の撮像装置。
(7)
前記検出部は、前記レンズの傾きを検出する
前記(1)乃至(6)のいずれかに記載の撮像装置。
(8)
前記検出部は、前記レンズのローテーションを検出する
前記(1)乃至(7)のいずれかに記載の撮像装置。
(9)
前記検出部は、第2のコイル含み、
前記第1のコイルの中心の位置と、前記第2のコイルの中心の位置は、一致していない
前記(1)乃至(8)のいずれかに記載の撮像装置。
(10)
前記第2のコイルは、光学中心から非対称に配置されている
前記(9)に記載の撮像装置。
(11)
前記第1のコイルと対向する位置にマグネットを備え、
前記第1のコイルと前記マグネットの間に、前記第2のコイルは位置している
前記(9)または(10)に記載の撮像装置。
(12)
被写体光を集光するレンズと、
前記レンズからの前記被写体光を光電変換する撮像素子と、
前記撮像素子からの信号を外部に出力する回路を含む回路基体と、
PWM(Pulse Width Modulation)波形で前記レンズを、X軸方向とY軸方向の少なくとも一方向に駆動するアクチュエータと、
前記アクチュエータに含まれる複数の第1のコイルと対向する位置に、前記第1のコイルにより発生する磁界を検出する複数の検出部と
を備える撮像装置を備える電子機器。
(1)
被写体光を集光するレンズと、
前記レンズからの前記被写体光を光電変換する撮像素子と、
前記撮像素子からの信号を外部に出力する回路を含む回路基体と、
PWM(Pulse Width Modulation)波形で前記レンズを、X軸方向とY軸方向の少なくとも一方向に駆動するアクチュエータと、
前記アクチュエータに含まれる複数の第1のコイルと対向する位置に、前記第1のコイルにより発生する磁界を検出する複数の検出部と
を備える撮像装置。
(2)
前記アクチュエータは、手振れによる影響を低減するために前記レンズを駆動する
前記(1)に記載の撮像装置。
(3)
前記アクチュエータは、前記レンズをZ軸方向にも駆動し、前記Z軸方向は、焦点を移動させるための方向である
前記(2)に記載の撮像装置。
(4)
前記検出部は、前記磁界により発生する誘導起電力を検出する
前記(1)乃至(3)のいずれかに記載の撮像装置。
(5)
前記検出部は、前記レンズの位置を前記誘導起電力から検出する
前記(4)に記載の撮像装置。
(6)
前記検出部は、前記複数の検出部で検出された誘電起電力を積算した積算値で前記レンズのZ軸方向の位置を検出する
前記(1)乃至(5)のいずれかに記載の撮像装置。
(7)
前記検出部は、前記レンズの傾きを検出する
前記(1)乃至(6)のいずれかに記載の撮像装置。
(8)
前記検出部は、前記レンズのローテーションを検出する
前記(1)乃至(7)のいずれかに記載の撮像装置。
(9)
前記検出部は、第2のコイル含み、
前記第1のコイルの中心の位置と、前記第2のコイルの中心の位置は、一致していない
前記(1)乃至(8)のいずれかに記載の撮像装置。
(10)
前記第2のコイルは、光学中心から非対称に配置されている
前記(9)に記載の撮像装置。
(11)
前記第1のコイルと対向する位置にマグネットを備え、
前記第1のコイルと前記マグネットの間に、前記第2のコイルは位置している
前記(9)または(10)に記載の撮像装置。
(12)
被写体光を集光するレンズと、
前記レンズからの前記被写体光を光電変換する撮像素子と、
前記撮像素子からの信号を外部に出力する回路を含む回路基体と、
PWM(Pulse Width Modulation)波形で前記レンズを、X軸方向とY軸方向の少なくとも一方向に駆動するアクチュエータと、
前記アクチュエータに含まれる複数の第1のコイルと対向する位置に、前記第1のコイルにより発生する磁界を検出する複数の検出部と
を備える撮像装置を備える電子機器。
1 撮像装置, 11 撮像素子, 12 金属ワイヤ, 13 回路基板, 14 スペーサ, 15 接着剤, 16 レンズ, 17 赤外線カットフィルタ, 18 アクチュエータ, 19 コネクタ, 20 オートフォーカスドライバ, 31 FPコイル, 32 位置検出コイル, 33 マグネット, 41 基板, 50 検出回路, 51 増幅部, 52 A/D変換部, 53 OISコントロール部, 54 制御部
Claims (12)
- 被写体光を集光するレンズと、
前記レンズからの前記被写体光を光電変換する撮像素子と、
前記撮像素子からの信号を外部に出力する回路を含む回路基体と、
PWM(Pulse Width Modulation)波形で前記レンズを、X軸方向とY軸方向の少なくとも一方向に駆動するアクチュエータと、
前記アクチュエータに含まれる複数の第1のコイルと対向する位置に、前記第1のコイルにより発生する磁界を検出する複数の検出部と
を備える撮像装置。 - 前記アクチュエータは、手振れによる影響を低減するために前記レンズを駆動する
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記アクチュエータは、前記レンズをZ軸方向にも駆動し、前記Z軸方向は、焦点を移動させるための方向である
請求項2に記載の撮像装置。 - 前記検出部は、前記磁界により発生する誘導起電力を検出する
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記検出部は、前記レンズの位置を前記誘導起電力から検出する
請求項4に記載の撮像装置。 - 前記検出部は、前記複数の検出部で検出された誘電起電力を積算した積算値で前記レンズのZ軸方向の位置を検出する
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記検出部は、前記レンズの傾きを検出する
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記検出部は、前記レンズのローテーションを検出する
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記検出部は、第2のコイル含み、
前記第1のコイルの中心の位置と、前記第2のコイルの中心の位置は、一致していない
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記第2のコイルは、光学中心から非対称に配置されている
請求項9に記載の撮像装置。 - 前記第1のコイルと対向する位置にマグネットを備え、
前記第1のコイルと前記マグネットの間に、前記第2のコイルは位置している
請求項9に記載の撮像装置。 - 被写体光を集光するレンズと、
前記レンズからの前記被写体光を光電変換する撮像素子と、
前記撮像素子からの信号を外部に出力する回路を含む回路基体と、
PWM(Pulse Width Modulation)波形で前記レンズを、X軸方向とY軸方向の少なくとも一方向に駆動するアクチュエータと、
前記アクチュエータに含まれる複数の第1のコイルと対向する位置に、前記第1のコイルにより発生する磁界を検出する複数の検出部と
を備える撮像装置を備える電子機器。
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