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JP2015115865A - カメラモジュール - Google Patents

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JP2015115865A
JP2015115865A JP2013258087A JP2013258087A JP2015115865A JP 2015115865 A JP2015115865 A JP 2015115865A JP 2013258087 A JP2013258087 A JP 2013258087A JP 2013258087 A JP2013258087 A JP 2013258087A JP 2015115865 A JP2015115865 A JP 2015115865A
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小笠原 隆行
Takayuki Ogasawara
隆行 小笠原
岩田 勝雄
Katsuo Iwata
勝雄 岩田
一博 永田
Kazuhiro Nagata
一博 永田
佐藤 二尚
Jisho Sato
二尚 佐藤
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Toshiba Corp
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Abstract

【課題】撮像領域の一部を意図的にぼかした画像の撮影を、簡易かつ製造コストの低い構造にて実現可能とするカメラモジュールを提供すること。
【解決手段】実施形態によれば、カメラモジュール2は、撮像光学系5、手振れ補正装置であるOIS7及び固体撮像装置6を有する。撮像光学系5には、補正用レンズが組み込まれている。手振れ補正装置は、レンズ駆動制御部13を備える。レンズ駆動制御部13は、被写体像の撮像時における手振れ量に応じて補正用レンズの駆動を制御する。レンズ駆動制御部13は、第1の制御では、手振れ量に応じて補正用レンズの駆動を制御する。レンズ駆動制御部13は、第2の制御では、第1の領域でピントを合わせ、かつ第2の領域でピントをずらすように、補正用レンズの駆動を制御する。第1の領域は、固体撮像装置6が画像として取り込む撮像領域のうちの一部である。第2の領域は、撮像領域のうち第1の領域以外の部分である。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、カメラモジュールに関する。
従来、画像の表現方法の一つとして、画像の一部を意図的にぼかす表現方法が知られている。この表現方法によると、例えば、被写体にピントを合わせてその背景をぼかすことで、背景に対して被写体を際立たせる効果が得られる。また、画像のうち任意の箇所を意図的にぼかすことで、画像の鑑賞性を高める効果が得られることがある。カメラシステムは、画像の撮影において、このような表現方法を容易に実現できるようにすることが求められている。
カメラシステムは、例えば、撮像光学系としてF値の低いレンズを搭載することで、被写体にピントを合わせるとともに背景をぼかした画像を撮影することができる。カメラシステムは、F値の低いレンズを使用する場合、被写界深度が浅くなることで、ピント合わせが難しくなる。カメラシステムは、例えば動画を撮影する場合におけるピント合わせが特に難しくなる。
カメラシステムは、ピントを合わせ易くするために、被写界深度の深いレンズあるいは可変絞りが導入されることがある。この場合、カメラシステムは、構造が複雑となることで製造コストが上昇すること、及びカメラシステムの厚みが増大することが問題となる。
特開2009−44669号公報 特開2004−112600号公報
本発明の一つの実施形態は、撮像領域の一部を意図的にぼかした画像の撮影を、簡易かつ製造コストの低い構造にて実現可能とするカメラモジュールを提供することを目的とする。
本発明の一つの実施形態によれば、カメラモジュールは、撮像光学系、手振れ補正装置及び固体撮像装置を有する。撮像光学系は、被写体からの光を取り込み、被写体像を結像させる。手振れ補正装置は、被写体像の手振れ補正を実施する。固体撮像装置は、被写体像を撮像する。撮像光学系には、補正用レンズが組み込まれている。手振れ補正装置は、手振れ補正において補正用レンズを駆動する。手振れ補正装置は、レンズ駆動制御部を備える。レンズ駆動制御部は、被写体像の撮像時における手振れ量に応じて補正用レンズの駆動を制御する。レンズ駆動制御部は、第1の制御と第2の制御とを実施する。レンズ駆動制御部は、第1の制御では、手振れ量に応じて補正用レンズの駆動を制御する。レンズ駆動制御部は、第2の制御では、第1の領域でピントを合わせ、かつ第2の領域でピントをずらすように、補正用レンズの駆動を制御する。第1の領域は、固体撮像装置が画像として取り込む撮像領域のうちの一部である。第2の領域は、撮像領域のうち第1の領域以外の部分である。
実施形態にかかるカメラモジュールを備えるカメラシステムの概略構成を示すブロック図。 固体撮像装置の概略構成を示すブロック図。 カメラシステムが備える光学系の概略構成を示す図。 通常の撮影モードにおける補正用レンズ及びイメージセンサの位置関係の例を示す図。 ぼかし調整モードにおける補正用レンズ及びイメージセンサの位置関係の例を示す図。 補正用レンズ及びイメージセンサの位置関係が図4に示す状態であるときのピント調整について説明する図。 補正用レンズ及びイメージセンサの位置関係が図5に示す状態であるときのピント調整について説明する図。 ぼかし調整モードにて得られる画像の例を示す図。 実施形態の変形例における補正用レンズ及びイメージセンサの位置関係の例を示す図。
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかるカメラモジュールを詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
(実施形態)
図1は、実施形態にかかるカメラモジュールを備えるカメラシステムの概略構成を示すブロック図である。カメラシステム1は、例えば、デジタルカメラである。カメラシステム1は、デジタルスチルカメラ及びデジタルビデオカメラのいずれであっても良い。カメラシステム1は、カメラモジュール2を備える電子機器(例えばカメラ付き携帯端末)等でも良い。
カメラシステム1は、カメラモジュール2、後段処理部3及び操作部4を有する。カメラモジュール2は、撮像光学系5、固体撮像装置6、及び光学的手振れ補正装置(Optical Image Stabilization;OIS)7を有する。後段処理部3は、イメージシグナルプロセッサ(ISP)8、記憶部9及び表示部10を有する。
撮像光学系5は、被写体からの光を取り込み、被写体像を結像させる。固体撮像装置6は、被写体像を撮像する。OIS7は、被写体像の手振れ補正を実施する。OIS7は、レンズ駆動部11、角速度センサ12及びレンズ駆動制御部13を備える。
角速度センサ12は、手振れによるカメラシステム1の移動方向及び移動量(手振れ量)を検出する。角速度センサ12は、例えば振動ジャイロ機構を備える。レンズ駆動制御部13は、レンズ駆動部11による補正用レンズの駆動を制御する。レンズ駆動部11は、レンズ駆動制御部13の制御に応じて補正用レンズを駆動する。レンズ駆動部11は、例えばボイスコイルモータを備える。補正用レンズは、撮像光学系5に組み込まれている。OIS7は、手振れ補正において補正用レンズを駆動する。
ISP8は、固体撮像装置6での撮像により得られた画像信号の信号処理を実施する。記憶部9は、ISP8での信号処理を経た画像を格納する。記憶部9は、ユーザの操作等に応じて、表示部10へ画像信号を出力する。
表示部10は、ISP8あるいは記憶部9から入力される画像信号に応じて、画像を表示する。表示部10は、例えば、液晶ディスプレイである。カメラシステム1は、ISP8での信号処理を経たデータに基づき、カメラモジュール2のフィードバック制御を実施する。
操作部4は、ユーザによる入力操作を受け付ける各種操作ボタンを備える。操作部4は、入力操作に応じた情報をISP8へ出力する。ISP8は、操作部4からの情報に応じて、カメラモジュール2及び後段処理部3を制御する。
図2は、固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。固体撮像装置6は、撮像素子であるイメージセンサ20と、画像処理装置である信号処理回路21とを備える。イメージセンサ20は、例えば、CMOSイメージセンサである。イメージセンサ20は、CMOSイメージセンサの他、CCDであっても良い。
イメージセンサ20は、画素アレイ22、垂直シフトレジスタ23、タイミング制御部24、相関二重サンプリング部(CDS)25、アナログデジタル変換部(ADC)26及びラインメモリ27を有する。
画素アレイ22は、水平方向(行方向)及び垂直方向(列方向)へアレイ状に配置された複数の画素からなる。各画素は、光電変換素子であるフォトダイオードを備える。画素アレイ22は、各画素への入射光量に応じた信号電荷を生成する。
タイミング制御部24は、画素アレイ22の各画素からの信号を読み出すタイミングを指示する垂直同期信号を、垂直シフトレジスタ23へ供給する。タイミング制御部24は、CDS25、ADC26及びラインメモリ27に対し、駆動タイミングを指示するタイミング信号をそれぞれ供給する。
垂直シフトレジスタ23は、タイミング制御部24からの垂直同期信号に応じて、画素アレイ22内の画素を行ごとに選択する。垂直シフトレジスタ23は、選択した行の各画素へ読み出し信号を出力する。垂直シフトレジスタ23から読み出し信号が入力された画素は、入射光量に応じて蓄積した信号電荷を出力する。画素アレイ22は、画素からの信号を、垂直信号線を介してCDS25へ出力する。
CDS25は、画素アレイ22からの信号に対し、固定パターンノイズの低減のための相関二重サンプリング処理を行う。ADC26は、アナログ方式の信号をデジタル方式の信号へ変換する。ラインメモリ27は、ADC26からの信号を蓄積する。イメージセンサ20は、ラインメモリ27に蓄積された信号を出力する。
信号処理回路21は、イメージセンサ20からの画像信号に対し、各種の信号処理を実施する。信号処理回路21は、各種信号処理として、例えば、キズ補正、ガンマ補正、ノイズ低減処理、レンズシェーディング補正、ホワイトバランス調整、歪曲補正、解像度復元等を実施する。
固体撮像装置6は、信号処理回路21での信号処理を経た画像信号をチップ外部へ出力する。固体撮像装置6は、信号処理回路21での信号処理を経たデータに基づき、イメージセンサ20のフィードバック制御を実施する。
カメラシステム1は、本実施形態において信号処理回路21が実施するものとした各種信号処理の少なくともいずれかを、後段処理部3のISP8が実施することとしても良い。カメラシステム1は、各種信号処理の少なくともいずれかを、信号処理回路21及びISP8の双方が実施しても良い。信号処理回路21及びISP8は、本実施形態で説明する信号処理以外の信号処理を実施することとしても良い。
図3は、カメラシステムが備える光学系の概略構成を示す図である。撮像レンズ30、補正用レンズ31及び撮像レンズ32は、撮像光学系5を構成する。レンズ駆動部11は、撮像光学系5に組み込まれている補正用レンズ31を駆動する。なお、撮像光学系5は、レンズ駆動部11により駆動する補正用レンズ31を備えるものであれば良く、構成は任意とする。
被写体から撮像光学系5へ入射した光は、撮像光学系5を経てメインミラー33へ入射する。メインミラー33を透過した光は、サブミラー34へ入射する。サブミラー34を透過しメカシャッタ38を経た光は、イメージセンサ20へ入射する。
サブミラー34で反射した光は、オートフォーカス(AF)センサ35へ進行する。カメラシステム1は、AFセンサ35での検出結果を使用するフォーカス調整を行う。メインミラー33で反射した光は、レンズ36及びプリズム37を経てファインダー39へ進行する。カメラシステム1が備える光学系は、実施形態で説明するものに限られず、適宜変更しても良い。補正用レンズ31は、被写体からの光をイメージセンサ20へ向けて進行させる経路のうちいずれの位置に配置されたものであっても良い。また、OIS7が駆動可能とする補正用レンズ31の数は任意であるものとする。
次に、OIS7による補正用レンズ31の駆動の制御について説明する。レンズ駆動制御部13は、補正用レンズ31の駆動において、第1の制御と第2の制御とを実施する。
レンズ駆動制御部13は、第1の制御として、被写体像の撮像時における手振れ量に応じて補正用レンズ31の駆動を制御する。レンズ駆動制御部13は、被写体像の撮像時に角速度センサ12で検出された手振れ量を、角速度センサ12から取り込む。レンズ駆動制御部13は、取り込まれた手振れ量を打ち消し可能とする補正用レンズ31の移動方向及び移動量を算出する。レンズ駆動制御部13は、算出された移動方向及び移動量で補正用レンズ31を駆動するための制御信号を生成する。
レンズ駆動部11は、レンズ駆動制御部13で生成された制御信号に応じて補正用レンズ31を駆動する。これにより、カメラモジュール2は、手振れの影響が低減された画像を得ることができる。
レンズ駆動制御部13は、第2の制御として、第1の領域でピントを合わせ、かつ第2の領域でピントをずらすように、補正用レンズ31の駆動を制御する。第1の領域は、固体撮像装置6が画像として取り込む撮像領域のうちの一部である。第2の領域は、その撮像領域のうち第1の領域以外の部分である。
例えば、カメラモジュール2は、通常の撮影モードとぼかし調整モードとに切り換えて、被写体像を撮像可能であるものとする。ぼかし調整モードは、補正用レンズ31に対する第2の制御により第1の領域及び第2の領域についてのピント調整を実施するモードとする。通常の撮影モードは、ぼかし調整モードを選択している時以外のモードとする。カメラモジュール2は、通常の撮影モードにて、補正用レンズ31に対する第1の制御による手振れ補正を実施可能とする。レンズ駆動制御部13は、第1の制御と第2の制御とに、補正用レンズ31の駆動の制御を切り換え可能であるものとする。
図4は、通常の撮影モードにおける補正用レンズ及びイメージセンサの位置関係の例を示す図である。図5は、ぼかし調整モードにおける補正用レンズ及びイメージセンサの位置関係の例を示す図である。
図4に示す通常の撮影モードのとき、補正用レンズ31は、例えば、撮像光学系5の光軸AX上に中心点を合わせて配置されている。また、補正用レンズ31は、光軸AXに垂直に配置されている。Z軸は、光軸AXに平行な軸とする。X軸及びY軸は、互いに垂直であり、かついずれもZ軸に垂直な軸とする。
図6は、補正用レンズ及びイメージセンサの位置関係が図4に示す状態であるときのピント調整について説明する図である。カメラモジュール2は、撮像領域の全体を対象として、適宜フォーカス調整がなされる。固体撮像装置6は、撮像領域の全体において、カメラシステム1から被写体までの距離に応じたピント調整がなされた画像を取り込む。
例えば、ある被写体にピントを合わせたフォーカス調整がなされている場合において、固体撮像装置6は、当該被写体から撮像光学系5の被写体深度に応じた距離の範囲内にある被写体についてもピントが合っているように見える画像を得ることができる。手振れ補正を実施する場合、レンズ駆動制御部13は、カメラシステム1の手振れ量に応じて、補正用レンズ31の駆動を制御する。
図5に示すぼかし調整モードのとき、レンズ駆動制御部13は、第2の制御として、光軸AXに対する補正用レンズ31の傾きを調整する。例えば図5に示す補正用レンズ31は、図4に示す状態であるときに対して、プラスY側の端部をマイナスZ方向へ移動させるように傾きが調整されている。レンズ駆動制御部13は、補正用レンズ31の傾きを調整することで、第1の領域でピントを合わせるとともに第2の領域でピントを意図的にずらす。なお、レンズ駆動制御部13は、補正用レンズ31をいずれの方角へ傾けることとしても良く、傾ける度合いも適宜調整可能であるものとする。
図7は、補正用レンズ及びイメージセンサの位置関係が図5に示す状態であるときのピント調整について説明する図である。固体撮像装置6は、カメラシステム1から被写体までの距離に関わらず、第1の領域内の被写体にピントが合い、かつ第2の領域の全体をぼかした画像を得る。
例えば、ユーザは、撮像領域のうち、ピントを合わせたい被写体がある部分を、第1の領域として指定する。例えば操作部4は、第1の領域の指定のための、ユーザによる入力操作を受け付ける。操作部4は、入力操作に応じた指示をISP8に送る。ISP8は、操作部4からの指示を、カメラモジュール2内のレンズ駆動制御部13へ送る。
カメラシステム1は、例えば、表示部10を液晶ファインダーとして機能させ、表示部10上に設けられたタッチセンサを操作部4として機能させることとしても良い。例えば、ユーザは、撮像領域を表示している表示部10へのタッチ操作によって第1の領域を指定する。カメラシステム1は、操作部4として、タッチセンサ以外にもいずれの入力手段を備えることとしても良い。
レンズ駆動制御部13は、撮像領域からの第1の領域の指定のための指示をISP8から受けると、当該指示に従って第2の制御を実施する。レンズ駆動制御部13は、撮像領域のうち第1の領域として指定されている部分のピントを合わせ、かつ第1の領域として指定されている以外の部分である第2の領域のピントをずらすように、補正用レンズ31の傾きを調整する。
ぼかし調整モードが指定されている間、レンズ駆動制御部13は、第1の領域の指定のための指示に従って、補正用レンズ31の傾きを調整する。ぼかし調整モードから通常の撮影モードへのモード変更が指示されると、レンズ駆動制御部13は、傾けられている状態の補正用レンズ31を、例えば光軸AXに垂直になるように戻す。モード変更の際に手振れ補正の実施が指示されている場合、レンズ駆動制御部13は、第1の制御により手振れ量に応じて補正用レンズ31の駆動を制御する。
なお、操作部4は、第2の領域の指定のための入力操作を受け付け可能であっても良い。この場合、レンズ駆動制御部13は、撮像領域からの第2の領域の指定のための指示をISP8から受けると、当該指示に従って第2の制御を実施する。レンズ駆動制御部13は、撮像領域のうち第2の領域として指定されている部分のピントをずらし、かつ第2の領域として指定されている以外の部分である第1の領域のピントを合わせるように、補正用レンズ31の傾きを調整する。
カメラシステム1は、ユーザによる操作部4への入力操作以外のいずれの手段によって、第1の領域又は第2の領域を設定することとしても良い。いずれの手段によって第1の領域又は第2の領域の設定がなされる場合も、レンズ駆動制御部13は、かかる設定に応じて第2の制御を実施可能であるものとする。
図8は、ぼかし調整モードにて得られる画像の例を示す図である。レンズ駆動制御部13による第2の制御に応じてレンズ駆動部11が補正用レンズ31を駆動することで、カメラモジュール2は、第1の領域41のピントを合わせるとともに、第2の領域42のピントをずらす。第2の制御により、カメラモジュール2は、第1の領域41に含まれる少なくともいずれかの被写体に対してピントを合わせる。また、カメラモジュール2は、第2の領域42に含まれる全ての被写体に対してピントをずらす。
図8に示す例では、第1の領域41は、例えば横方向を長手方向とする帯状に設定されている。第2の領域42は、第1の領域41の上下それぞれに設定されている。カメラモジュール2は、レンズ駆動制御部13による補正用レンズ31の傾きの制御に応じて、第1の領域41の範囲及び第2の領域42の範囲を任意に変更可能であるものとする。ユーザは、所望の部分にピントを合わせ、かつ他の部分を意図的にぼかした画像を得ることができる。
実施形態によると、カメラモジュール2は、撮像領域の一部を意図的にぼかす表現方法による撮影を実現できる。カメラモジュール2は、2回以上に分けて撮影された画像の合成によらず、1回の撮像により、ピントが合う部分とぼかした部分とを含む画像を得ることができる。
カメラモジュール2は、手振れ補正のためのOIS7を流用して、第1の領域41のピントを合わせるとともに、第2の領域42のピントをずらす。また、カメラモジュール2は、部分的なピントずれを作り出すための特別な光学系を用意しなくても、従来と同様の構成からなる撮像光学系5を用いて、部分的なピントずれを容易に作り出すことができる。カメラモジュール2は、画像の任意の部分を意図的にぼかすための新たな構造の増設あるいは構造の複雑化が不要である。カメラモジュール2は、カメラシステム1の小型化及び薄型化に適した構成にでき、かつ製造コストの上昇を抑えることができる。
これにより、カメラモジュール2は、撮像領域の一部を意図的にぼかした画像の撮影を、簡易かつ製造コストの低い構造にて実現できるという効果を奏する。カメラモジュール2は、画像の任意の部分を意図的にぼかすことで、背景に対して被写体を際立たせる効果、画像の鑑賞性を高める効果などを得ることができる。カメラモジュール2は、補正用レンズ31の傾きを変化させる簡易な動作によって、演出効果の高い画像を撮影することができる。
レンズ駆動制御部13が第1の制御と第2の制御とに、補正用レンズ31の駆動の制御を切り換え可能であることで、カメラモジュール2は、通常の撮影モードにおける手振れ補正と、ぼかし調整モードによるぼけの調整とにOIS7の機能を切り換えて撮影を行うことができる。
レンズ駆動制御部13は、第2の制御において、光軸AXに対する補正用レンズ31の傾きを調整するものに限られない。レンズ駆動制御部13は、撮像領域の一部を意図的にぼかすことが可能であれば、補正用レンズ31をどのように駆動させることとしても良い。例えば、レンズ駆動制御部13は、所定の面に平行ないずれかの方向へ補正用レンズ31を駆動させることとしても良い。
図9は、実施形態の変形例における補正用レンズ及びイメージセンサの位置関係の例を示す図である。レンズ駆動制御部13は、第2の制御において、XY面の方向における補正用レンズ31の位置を調整する。XY面は、光軸AXに垂直な面である。
レンズ駆動制御部13は、補正用レンズ31の中心点Oを、光軸AX上の位置からXY面内のいずれかの位置へシフトさせるように、補正用レンズ31を移動させる。例えば図9に示す補正用レンズ31は、中心点Oが光軸AX上にあるときに対して、マイナスX方向及びプラスY方向への斜めの方向へ移動している。レンズ駆動制御部13は、X方向及びY方向のいずれか一方へ補正用レンズ31を移動させることとしても良い。レンズ駆動制御部13は、補正用レンズ31をXY面のうちいずれの方角へ移動させることとしても良く、移動量も適宜調整可能であるものとする。
本変形例においても、カメラモジュール2は、撮像領域の一部を意図的にぼかした画像の撮影を、簡易かつ製造コストの低い構造にて実現できる。カメラモジュール2は、光軸AXに垂直な面の方向における補正用レンズ31の位置を変化させる簡易な動作によって、演出効果の高い画像を撮影することができる。なお、レンズ駆動制御部13は、補正用レンズ31をXY面の方向へ移動させるとともに、図5に示す場合と同様に傾きも調整することとしても良い。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
2 カメラモジュール、5 撮像光学系、6 固体撮像装置、7 OIS、13 レンズ駆動制御部、22 画素アレイ、31 補正用レンズ、41 第1の領域、42 第2の領域、AX 光軸。

Claims (5)

  1. 被写体からの光を取り込み、被写体像を結像させる撮像光学系と、
    前記被写体像の手振れ補正を実施する手振れ補正装置と、
    前記被写体像を撮像する固体撮像装置と、を有し、
    前記撮像光学系には、前記手振れ補正装置が前記手振れ補正において駆動する補正用レンズが組み込まれ、
    前記手振れ補正装置は、前記被写体像の撮像時における手振れ量に応じて前記補正用レンズの駆動を制御するレンズ駆動制御部を備え、
    前記レンズ駆動制御部は、
    前記手振れ量に応じて前記補正用レンズの駆動を制御する第1の制御と、
    前記固体撮像装置が画像として取り込む撮像領域のうちの一部である第1の領域でピントを合わせ、かつ前記撮像領域のうち前記第1の領域以外の部分である第2の領域でピントをずらすように、前記補正用レンズの駆動を制御する第2の制御と、を実施することを特徴とするカメラモジュール。
  2. 前記レンズ駆動制御部は、前記第2の制御において、前記撮像光学系の光軸に対する前記補正用レンズの傾きを調整することを特徴とする請求項1に記載のカメラモジュール。
  3. 前記レンズ駆動制御部は、前記第2の制御において、前記光軸に垂直な面の方向における前記補正用レンズの位置を調整することを特徴とする請求項1又は2に記載のカメラモジュール。
  4. 前記レンズ駆動制御部は、前記撮像領域から前記第1の領域又は前記第2の領域を設定するための指示に従って、前記第2の制御を実施することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のカメラモジュール。
  5. 前記レンズ駆動制御部は、前記第1の制御と前記第2の制御とに、前記補正用レンズの駆動の制御を切り換え可能であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のカメラモジュール。
JP2013258087A 2013-12-13 2013-12-13 カメラモジュール Pending JP2015115865A (ja)

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