駆動制御回路およびフォーカス制御回路
【課題】ＰＷＭ駆動電流に起因するノイズを低減する。
【解決手段】イコライザ３０は、対象物の状態に係る目標値とその実測値との差分をもとに、対象物の状態を目標値に合わせるための制御信号を生成する。ＰＷＭ変調部４０は、イコライザ３０により生成される制御信号に応じたＰＷＭ信号を生成する。Ｈブリッジ駆動部５０は、ＰＷＭ変調部４０により生成されたＰＷＭ信号に応じて、対象物の状態を変化させる駆動素子１２を駆動するための駆動電流を生成する。スルーレート制御部６０は、制御信号に応じて、Ｈブリッジ駆動部５０の電流駆動能力を変化させる。
【解決手段】イコライザ３０は、対象物の状態に係る目標値とその実測値との差分をもとに、対象物の状態を目標値に合わせるための制御信号を生成する。ＰＷＭ変調部４０は、イコライザ３０により生成される制御信号に応じたＰＷＭ信号を生成する。Ｈブリッジ駆動部５０は、ＰＷＭ変調部４０により生成されたＰＷＭ信号に応じて、対象物の状態を変化させる駆動素子１２を駆動するための駆動電流を生成する。スルーレート制御部６０は、制御信号に応じて、Ｈブリッジ駆動部５０の電流駆動能力を変化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物を駆動をする駆動素子を駆動するための駆動制御回路、および対象物とすべきレンズを移動させて焦点位置を決定するフォーカス制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物の状態を制御するための駆動素子は、ＰＷＭ駆動信号により駆動されることが多い。たとえば、カメラのレンズ位置を調整するためのモータ、各種筐体内の温度を管理するためのファン、明るさを調整するためのライトなど、ＰＷＭ駆動電流により駆動されることが多い。一般に、ＰＷＭ駆動電流はＨブリッジ回路により生成される（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たとえば、カメラのレンズ位置を調整するためのボイスコイルモータが高周波のＰＷＭ駆動電流により駆動される場合、そのコイルの電磁波や電源のノイズにより撮像素子にノイズが発生し、画像信号の品質を低下させる可能性がある。このノイズは主に、ＰＷＭ駆動電流の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの急峻な電流変化に起因する。カメラ以外の分野でも、通信機器の分野など、当該ノイズが対象物に悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、ＰＷＭ駆動電流に起因するノイズを低減する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様の駆動制御回路は、対象物の状態に係る目標値とその実測値との差分をもとに、対象物の状態を目標値に合わせるための制御信号を生成するイコライザと、イコライザにより生成される制御信号に応じたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ変調部と、ＰＷＭ変調部により生成されたＰＷＭ信号に応じて、対象物の状態を変化させる駆動素子を駆動するための駆動電流を生成するＨブリッジ駆動部と、制御信号に応じて、Ｈブリッジ駆動部の電流駆動能力を変化させるスルーレート制御部と、を備える。
【０００７】
本発明の別の態様は、フォーカス制御回路である。このフォーカス制御回路は、レンズと、当該レンズの位置を調整するための駆動素子と、当該レンズの位置を検出するための位置検出素子と、を備える撮像装置に搭載されるフォーカス制御回路であって、位置検出素子の出力信号により特定されるレンズの位置と、外部から設定されるレンズの目標位置との差分をもとに、レンズの位置を目標位置に合わせるための制御信号を生成するイコライザと、イコライザにより生成される制御信号に応じたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ変調部と、ＰＷＭ変調部により生成されたＰＷＭ信号に応じて、駆動素子を駆動するための駆動電流を生成するＨブリッジ駆動部と、制御信号に応じて、Ｈブリッジ駆動部の電流駆動能力を変化させるスルーレート制御部と、を備える。
【０００８】
本発明の別の態様は、撮像装置である。この装置は、レンズと、レンズを透過した光を電気信号に変換する撮像素子と、レンズの位置を調整するための駆動素子と、レンズの位置を検出するための位置検出素子と、撮像素子の出力信号をもとに、レンズの目標位置を決定する画像信号処理部と、駆動素子を駆動するための上述したフォーカス制御回路と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＰＷＭ駆動電流に起因するノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係るフォーカス制御回路を搭載した撮像装置の構成を示す図である。
【図２】画像信号処理部による、レンズの目標位置の決定処理について説明するための図である。
【図３】実施の形態に係るＨブリッジ駆動部の構成例を示す図である。
【図４】スルーレート制御部が選択すべき複数の区分について説明するための図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｄ）は、Ｈブリッジ駆動部により生成される電流波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本明細書では駆動制御回路の例として、撮像装置に搭載されるレンズを駆動する駆動素子を制御するオートフォーカス制御回路を説明する。図１は、実施の形態に係るフォーカス制御回路１００を搭載した撮像装置５００の構成を示す図である。撮像装置５００は、レンズ１０、駆動素子１２、位置検出素子１４、撮像素子１６、画像信号処理部（ＩＳＰ；Image Signal Processor）７０およびフォーカス制御回路１００を備える。ここでは、画像符号化エンジンや記録媒体など、オートフォーカス制御に関連しない構成要素は省略して描いている。
【００１２】
撮像素子１６は、光学部品であるレンズ１０を透過した光信号を電気信号に変換し、画像信号処理部７０に出力する。撮像素子１６には、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサを採用することができる。
【００１３】
駆動素子１２は、レンズ１０の位置を調整する素子であり、フォーカス制御回路１００から供給される駆動信号に応じて、レンズ１０を光軸方向に移動させる。これにより、レンズ１０と撮像素子１６の焦点距離が調整される。駆動素子１２には、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を採用することができる。
【００１４】
位置検出素子１４は、レンズ１０の位置を検出するための素子である。位置検出素子１４には、ホール素子を採用することができる。以下、駆動素子１２および位置検出素子１４は、ボイスコイルモータとホール素子を含むアクチュエータで構成される例を説明する。
【００１５】
画像信号処理部７０は、撮像素子１６から出力される画像信号を処理する。本実施の形態では、主に、撮像素子１６から出力される画像信号をもとに、レンズ１０の目標位置を決定する。
【００１６】
図２は、画像信号処理部７０による、レンズ１０の目標位置の決定処理について説明するための図である。シャッターボタンが半押しされるなど、オートフォーカス機能が有効化されると、画像信号処理部７０は、レンズ１０を所定のステップ幅で移動させるための制御信号をフォーカス制御回路１００に送信する。その際、画像信号処理部７０は、レンズ１０の各位置において撮像された各画像信号のシャープネスを算出する。たとえば、シャープネスは各画像信号にハイパスフィルタをかけて、各画像信号のエッジ成分を抽出し、各画像信号のエッジ成分を積算することにより、求めることができる。画像信号処理部７０は、シャープネスが最大値となるレンズ１０の位置を、合焦位置と決定する。
【００１７】
図１に戻り、フォーカス制御回路１００は、差動増幅回路２０、ローパスフィルタ２２、アナログ／デジタル変換回路（ＡＤＣ）２４、イコライザ３０、ＰＷＭ変調部４０、Ｈブリッジ駆動部５０およびスルーレート制御部６０を備える。なお、フォーカス制御回路１００がワンチップＬＳＩで構成される場合、ローパスフィルタ２２はチップ外に設けられてもよい。
【００１８】
イコライザ３０およびスルーレート制御部６０の構成は、ハードウェア的には、任意のプロセッサ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウェア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００１９】
差動増幅回路２０は、位置検出素子１４（ここでは、ホール素子）の出力端子間の電位差を増幅し、位置信号として出力する。当該ホール素子は、レンズ１０に備えられたマグネットにより作られる磁界の磁束密度に応じた電圧を出力する。レンズ１０の移動により磁束密度が変化すると、当該ホール素子の出力電圧もその変化に比例して変化する。したがって、当該ホール素子の出力電圧から、レンズ１０の位置を推測することができる。
【００２０】
ローパスフィルタ２２は、差動増幅回路２０から出力される位置信号の高周波数成分を除去する。アナログ／デジタル変換回路２４は、ローパスフィルタ２２から出力される位置信号を、アナログ値からデジタル値に変換する。
【００２１】
イコライザ３０は、対象物の状態に係る目標値とその実測値との差分をもとに、対象物の状態を目標値に合わせるための制御信号を生成する。本実施の形態では、位置検出素子１４の出力信号により特定されるレンズ１０の位置と、外部（ここでは画像信号処理部７０）から設定されるレンズ１０の目標位置との差分をもとに、レンズ１０の位置を目標位置に合わせるための制御信号を生成する。
【００２２】
以下、より具体的に説明する。イコライザ３０は、減算回路３２およびサーボ回路３４を含む。減算回路３２は、位置検出素子１４から出力される位置信号と、画像信号処理部７０から入力される目標位置信号との差分を算出して、誤差信号として出力する。レンズ１０の位置が目標位置に存在する場合、この差分はゼロとなる。サーボ回路３４は、減算回路３２から出力される誤差信号を打ち消すための信号を生成して、ＰＷＭ変調部４０およびスルーレート制御部６０に出力する。
【００２３】
ＰＷＭ変調部４０は、イコライザ３０により生成される制御信号に応じたＰＷＭ信号を生成する。より具体的には、イコライザ３０から入力される制御信号を、そのデジタル値に応じたデューティ比を持つパルス信号に変換する。Ｈブリッジ駆動部５０は、ＰＷＭ変調部４０により生成されたＰＷＭ信号に応じて、対象物の状態を変化させる、すなわちレンズ１０の位置を移動させる駆動素子１２を駆動するための駆動電流を生成する。より具体的には、ＰＷＭ変調部４０から入力されるＰＷＭ信号に応じた、電流の向きおよび電流量を持つ駆動電流を生成し、駆動素子１２に供給する。これにより、レンズ１０を目標位置へ移動および収束させることができる。
【００２４】
スルーレート制御部６０は、イコライザ３０により生成された制御信号に応じて、Ｈブリッジ駆動部５０の電流駆動能力を変化させる。より具体的には、スルーレート制御部６０は、目標値と実測値との差分が大きいほどＨブリッジ駆動部５０の電流駆動能力を大きくする。本実施の形態では、画像信号処理部７０から入力される目標位置と位置検出素子１４により検出された位置（以下、検出位置という）との差分が大きいほど当該電流駆動能力を大きくする。反対に、当該差分が小さいほどＨブリッジ駆動部５０の電流駆動能力を小さくする。
【００２５】
図３は、実施の形態に係るＨブリッジ駆動部５０の構成例を示す図である。Ｈブリッジ駆動部５０は、出力経路が共通の複数のＨブリッジ回路（図３では、第１Ｈブリッジ回路５１、第２Ｈブリッジ回路５２および第３Ｈブリッジ回路５３）を有する。
【００２６】
第１Ｈブリッジ回路５１は、第１−１トランジスタＭ１１、第２−１トランジスタＭ１２、第３−１トランジスタＭ１３、第４−１トランジスタＭ１４、第１−１容量Ｃ１１および第２−１容量Ｃ１２を含む。図３では、第１−１トランジスタＭ１１および第２−１トランジスタＭ１２はＰチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成され、第３−１トランジスタＭ１３および第４−１トランジスタＭ１４はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成される。
【００２７】
第１−１トランジスタＭ１１および第２−１トランジスタＭ１２のソース端子は電源電位Ｖｄｄに接続され、第１−１トランジスタＭ１１および第２−１トランジスタＭ１２のゲート端子はＰＷＭ変調部４０からそれぞれ正側のＰＷＭ駆動電圧および負側のＰＷＭ駆動電圧を受ける。
【００２８】
第３−１トランジスタＭ１３および第４−１トランジスタＭ１４のソース端子はグラウンド電位に接続され、第３−１トランジスタＭ１３および第４−１トランジスタＭ１４のゲート端子はＰＷＭ変調部４０からそれぞれ正側のＰＷＭ駆動電圧および負側のＰＷＭ駆動電圧を受ける。
【００２９】
第１−１トランジスタＭ１１のドレイン端子および第３−１トランジスタＭ１３のドレイン端子は接続され、その接続点から駆動素子１２に正側の駆動電流を供給する。また、当該接続点と所定の固定電位（図３ではグラウンド電位）との間に第１−１容量Ｃ１１が接続される。
【００３０】
第２−１トランジスタＭ１２のドレイン端子および第４−１トランジスタＭ１４のドレイン端子は接続され、その接続点から駆動素子１２に負側の駆動電流を供給する。また、当該接続点と所定の固定電位（図３ではグラウンド電位）との間に第２−１容量Ｃ１２が接続される。第１−１容量Ｃ１１および第２−１容量Ｃ１２の容量値により、当該駆動電流波形のエッジの鈍り具合を調整することができる。
【００３１】
上記正側のＰＷＭ駆動電圧および負側のＰＷＭ駆動電圧により、第１−１トランジスタＭ１１と第４−１トランジスタＭ１４がオン、および第２−１トランジスタＭ１２と第３−１トランジスタＭ１３がオフに制御されると、駆動素子１２に正電流が流れ、第１−１トランジスタＭ１１と第４−１トランジスタＭ１４がオフ、および第２−１トランジスタＭ１２と第３−１トランジスタＭ１３がオンに制御されると、駆動素子１２に負電流が流れる。
【００３２】
第２Ｈブリッジ回路５２および第３Ｈブリッジ回路５３の構成は、第１Ｈブリッジ回路５１の構成と同様である。なお、第２Ｈブリッジ回路５２に含まれる第１−２トランジスタＭ２１、第２−２トランジスタＭ２２、第３−２トランジスタＭ２３、第４−２トランジスタＭ２４、第１−２容量Ｃ２１および第２−２容量Ｃ２２の仕様を、第１Ｈブリッジ回路５１に含まれる対応する構成要素の仕様と変えてもよい。第３Ｈブリッジ回路５３に含まれる第１−３トランジスタＭ３１、第２−３トランジスタＭ３２、第３−３トランジスタＭ３３、第４−３トランジスタＭ３４、第１−３容量Ｃ３１および第２−３容量Ｃ３２についても同様である。
【００３３】
第１Ｈブリッジ回路５１の正側の駆動電流、第２Ｈブリッジ回路５２の正側の駆動電流および第３Ｈブリッジ回路５３の正側の駆動電流は、キルヒホッフの電流則により加算されて、駆動素子１２の正側端子に供給される。同様に、第１Ｈブリッジ回路５１の負側の駆動電流、第２Ｈブリッジ回路５２の負側の駆動電流および第３Ｈブリッジ回路５３の負側の駆動電流は、キルヒホッフの電流則により加算されて、駆動素子１２の負側端子に供給される。
【００３４】
スルーレート制御部６０は、イコライザ３０により生成される制御信号に応じて、複数のＨブリッジ回路のうち有効とすべきＨブリッジ回路の数を決定する。より具体的には、当該制御信号の値を複数の区分に分類し、その区分に応じて、有効とすべきＨブリッジ回路の数を決定する。あるＨブリッジ回路を無効にするには、当該Ｈブリッジ回路の電源を遮断してもよいし、当該Ｈブリッジ回路を構成するすべてのトランジスタをオフして、ハイインピーダンス状態としてもよい。
【００３５】
図４は、スルーレート制御部６０が選択すべき複数の区分について説明するための図である。ここでは、イコライザ３０により生成される制御信号の値を正規化して、当該正規化された制御信号の値を＋１００〜−１００の範囲で描いている。レンズ１０の目標位置と上記検出位置との差分がない場合が０であり、ニア（またはファー）方向に最も離れている場合が＋１００であり、ファー（またはニア）方向に最も離れている場合が−１００である。
【００３６】
スルーレート制御部６０は、上記制御信号の値が±０〜３３の場合、Ｈブリッジ回路を一つ有効化し、±３４〜６６の場合、Ｈブリッジ回路を二つ有効化し、±６７〜１００の場合、Ｈブリッジ回路を三つ有効化する。すなわち、上記検出位置が上記目標位置から離れているほど、大きな電流を駆動素子１２に供給するよう制御する。反対に、上記検出位置が上記目標位置に近いほど、小さな電流を供給するよう制御する。
【００３７】
図５は、Ｈブリッジ駆動部５０により生成される電流波形の一例を示す図である。図５（ａ）は通常のＰＷＭ出力電流波形を示す。図５（ｂ）はＨブリッジ駆動部５０に含まれるＨブリッジ回路のうち一つが有効化された場合の出力電流波形を示す。図５（ｃ）はＨブリッジ駆動部５０に含まれるＨブリッジ回路のうち二つが有効化された場合の出力電流波形を示す。図５（ｄ）はＨブリッジ駆動部５０に含まれるＨブリッジ回路のうち三つが有効化された場合の出力電流波形を示す。
【００３８】
以上説明したように本実施の形態によれば、ＰＷＭ駆動電流により駆動される素子を備え、対象物の状態を所定の状態に維持するためにフィードバック制御する装置において、目標値と実測値との差分に応じて駆動電流能力を適応的に変化させることにより、ＰＷＭ駆動電流に起因するノイズを低減することができる。すなわち、目標値と実測値との差分が小さい場合、ＰＷＭ駆動電流波形のエッジの傾斜をなだからに調整することにより、当該エッジによる高周波ノイズを低減することができる。なお、当該差分が小さい場合、大きな駆動力が必要ないため、調整された駆動電流でも所期の目的を達成することが可能である。
【００３９】
オートフォーカス制御回路に適用した場合、ＰＷＭ駆動電流波形のエッジに起因する高周波ノイズにより、画像品質が低下することを抑制することができる。
【００４０】
以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００４１】
たとえば、スルーレート制御部６０による上述した区分の切替にヒステリシスを持たせてもよい。たとえば、スルーレート制御部６０は、所定の設定期間内に所定の設定回数、上記制御信号の値が現在の区分から特定の区分に突入したとき、その特定の区分に切り替え、当該設定回数に満たない場合、現在の区分に留まるよう制御してもよい。また、各区分間に現在の区分を維持する不感帯を設けてもよい。これらの制御により、ＰＷＭ駆動電流波形が不必要に切り替えられる事態を抑制することができる。
【００４２】
また、以上の実施の形態では、駆動素子１２はボイスコイルモータとしたが、ピエゾ素子やステッピングモータなどを用いてもよい。また、位置検出素子１４はホール素子としたが、ＭＲ素子またはフォトスクリーンダイオードなどを用いてもよい。また、Ｈブリッジ駆動部５０に含まれるＨブリッジ回路の数は３に限ることなく、２であってもよいし、４以上であってもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０ レンズ、 １２ 駆動素子、 １４ 位置検出素子、 １４ａ ホール素子、 １６ 撮像素子、 ２０ 差動増幅回路、 ２２ ローパスフィルタ、 ２４ アナログ／デジタル変換回路、 ３０ イコライザ、 ３２ 減算回路、 ３４ サーボ回路、 ４０ ＰＷＭ変調部、 ５０ Ｈブリッジ駆動部、 ５１ 第１Ｈブリッジ回路、 ５２ 第２Ｈブリッジ回路、 ５３ 第３Ｈブリッジ回路、 ６０ スルーレート制御部、 ７０ 画像信号処理部、 １００ フォーカス制御回路、 ５００ 撮像装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物を駆動をする駆動素子を駆動するための駆動制御回路、および対象物とすべきレンズを移動させて焦点位置を決定するフォーカス制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物の状態を制御するための駆動素子は、ＰＷＭ駆動信号により駆動されることが多い。たとえば、カメラのレンズ位置を調整するためのモータ、各種筐体内の温度を管理するためのファン、明るさを調整するためのライトなど、ＰＷＭ駆動電流により駆動されることが多い。一般に、ＰＷＭ駆動電流はＨブリッジ回路により生成される（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たとえば、カメラのレンズ位置を調整するためのボイスコイルモータが高周波のＰＷＭ駆動電流により駆動される場合、そのコイルの電磁波や電源のノイズにより撮像素子にノイズが発生し、画像信号の品質を低下させる可能性がある。このノイズは主に、ＰＷＭ駆動電流の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの急峻な電流変化に起因する。カメラ以外の分野でも、通信機器の分野など、当該ノイズが対象物に悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、ＰＷＭ駆動電流に起因するノイズを低減する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様の駆動制御回路は、対象物の状態に係る目標値とその実測値との差分をもとに、対象物の状態を目標値に合わせるための制御信号を生成するイコライザと、イコライザにより生成される制御信号に応じたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ変調部と、ＰＷＭ変調部により生成されたＰＷＭ信号に応じて、対象物の状態を変化させる駆動素子を駆動するための駆動電流を生成するＨブリッジ駆動部と、制御信号に応じて、Ｈブリッジ駆動部の電流駆動能力を変化させるスルーレート制御部と、を備える。
【０００７】
本発明の別の態様は、フォーカス制御回路である。このフォーカス制御回路は、レンズと、当該レンズの位置を調整するための駆動素子と、当該レンズの位置を検出するための位置検出素子と、を備える撮像装置に搭載されるフォーカス制御回路であって、位置検出素子の出力信号により特定されるレンズの位置と、外部から設定されるレンズの目標位置との差分をもとに、レンズの位置を目標位置に合わせるための制御信号を生成するイコライザと、イコライザにより生成される制御信号に応じたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ変調部と、ＰＷＭ変調部により生成されたＰＷＭ信号に応じて、駆動素子を駆動するための駆動電流を生成するＨブリッジ駆動部と、制御信号に応じて、Ｈブリッジ駆動部の電流駆動能力を変化させるスルーレート制御部と、を備える。
【０００８】
本発明の別の態様は、撮像装置である。この装置は、レンズと、レンズを透過した光を電気信号に変換する撮像素子と、レンズの位置を調整するための駆動素子と、レンズの位置を検出するための位置検出素子と、撮像素子の出力信号をもとに、レンズの目標位置を決定する画像信号処理部と、駆動素子を駆動するための上述したフォーカス制御回路と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＰＷＭ駆動電流に起因するノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係るフォーカス制御回路を搭載した撮像装置の構成を示す図である。
【図２】画像信号処理部による、レンズの目標位置の決定処理について説明するための図である。
【図３】実施の形態に係るＨブリッジ駆動部の構成例を示す図である。
【図４】スルーレート制御部が選択すべき複数の区分について説明するための図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｄ）は、Ｈブリッジ駆動部により生成される電流波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本明細書では駆動制御回路の例として、撮像装置に搭載されるレンズを駆動する駆動素子を制御するオートフォーカス制御回路を説明する。図１は、実施の形態に係るフォーカス制御回路１００を搭載した撮像装置５００の構成を示す図である。撮像装置５００は、レンズ１０、駆動素子１２、位置検出素子１４、撮像素子１６、画像信号処理部（ＩＳＰ；Image Signal Processor）７０およびフォーカス制御回路１００を備える。ここでは、画像符号化エンジンや記録媒体など、オートフォーカス制御に関連しない構成要素は省略して描いている。
【００１２】
撮像素子１６は、光学部品であるレンズ１０を透過した光信号を電気信号に変換し、画像信号処理部７０に出力する。撮像素子１６には、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサを採用することができる。
【００１３】
駆動素子１２は、レンズ１０の位置を調整する素子であり、フォーカス制御回路１００から供給される駆動信号に応じて、レンズ１０を光軸方向に移動させる。これにより、レンズ１０と撮像素子１６の焦点距離が調整される。駆動素子１２には、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を採用することができる。
【００１４】
位置検出素子１４は、レンズ１０の位置を検出するための素子である。位置検出素子１４には、ホール素子を採用することができる。以下、駆動素子１２および位置検出素子１４は、ボイスコイルモータとホール素子を含むアクチュエータで構成される例を説明する。
【００１５】
画像信号処理部７０は、撮像素子１６から出力される画像信号を処理する。本実施の形態では、主に、撮像素子１６から出力される画像信号をもとに、レンズ１０の目標位置を決定する。
【００１６】
図２は、画像信号処理部７０による、レンズ１０の目標位置の決定処理について説明するための図である。シャッターボタンが半押しされるなど、オートフォーカス機能が有効化されると、画像信号処理部７０は、レンズ１０を所定のステップ幅で移動させるための制御信号をフォーカス制御回路１００に送信する。その際、画像信号処理部７０は、レンズ１０の各位置において撮像された各画像信号のシャープネスを算出する。たとえば、シャープネスは各画像信号にハイパスフィルタをかけて、各画像信号のエッジ成分を抽出し、各画像信号のエッジ成分を積算することにより、求めることができる。画像信号処理部７０は、シャープネスが最大値となるレンズ１０の位置を、合焦位置と決定する。
【００１７】
図１に戻り、フォーカス制御回路１００は、差動増幅回路２０、ローパスフィルタ２２、アナログ／デジタル変換回路（ＡＤＣ）２４、イコライザ３０、ＰＷＭ変調部４０、Ｈブリッジ駆動部５０およびスルーレート制御部６０を備える。なお、フォーカス制御回路１００がワンチップＬＳＩで構成される場合、ローパスフィルタ２２はチップ外に設けられてもよい。
【００１８】
イコライザ３０およびスルーレート制御部６０の構成は、ハードウェア的には、任意のプロセッサ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウェア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００１９】
差動増幅回路２０は、位置検出素子１４（ここでは、ホール素子）の出力端子間の電位差を増幅し、位置信号として出力する。当該ホール素子は、レンズ１０に備えられたマグネットにより作られる磁界の磁束密度に応じた電圧を出力する。レンズ１０の移動により磁束密度が変化すると、当該ホール素子の出力電圧もその変化に比例して変化する。したがって、当該ホール素子の出力電圧から、レンズ１０の位置を推測することができる。
【００２０】
ローパスフィルタ２２は、差動増幅回路２０から出力される位置信号の高周波数成分を除去する。アナログ／デジタル変換回路２４は、ローパスフィルタ２２から出力される位置信号を、アナログ値からデジタル値に変換する。
【００２１】
イコライザ３０は、対象物の状態に係る目標値とその実測値との差分をもとに、対象物の状態を目標値に合わせるための制御信号を生成する。本実施の形態では、位置検出素子１４の出力信号により特定されるレンズ１０の位置と、外部（ここでは画像信号処理部７０）から設定されるレンズ１０の目標位置との差分をもとに、レンズ１０の位置を目標位置に合わせるための制御信号を生成する。
【００２２】
以下、より具体的に説明する。イコライザ３０は、減算回路３２およびサーボ回路３４を含む。減算回路３２は、位置検出素子１４から出力される位置信号と、画像信号処理部７０から入力される目標位置信号との差分を算出して、誤差信号として出力する。レンズ１０の位置が目標位置に存在する場合、この差分はゼロとなる。サーボ回路３４は、減算回路３２から出力される誤差信号を打ち消すための信号を生成して、ＰＷＭ変調部４０およびスルーレート制御部６０に出力する。
【００２３】
ＰＷＭ変調部４０は、イコライザ３０により生成される制御信号に応じたＰＷＭ信号を生成する。より具体的には、イコライザ３０から入力される制御信号を、そのデジタル値に応じたデューティ比を持つパルス信号に変換する。Ｈブリッジ駆動部５０は、ＰＷＭ変調部４０により生成されたＰＷＭ信号に応じて、対象物の状態を変化させる、すなわちレンズ１０の位置を移動させる駆動素子１２を駆動するための駆動電流を生成する。より具体的には、ＰＷＭ変調部４０から入力されるＰＷＭ信号に応じた、電流の向きおよび電流量を持つ駆動電流を生成し、駆動素子１２に供給する。これにより、レンズ１０を目標位置へ移動および収束させることができる。
【００２４】
スルーレート制御部６０は、イコライザ３０により生成された制御信号に応じて、Ｈブリッジ駆動部５０の電流駆動能力を変化させる。より具体的には、スルーレート制御部６０は、目標値と実測値との差分が大きいほどＨブリッジ駆動部５０の電流駆動能力を大きくする。本実施の形態では、画像信号処理部７０から入力される目標位置と位置検出素子１４により検出された位置（以下、検出位置という）との差分が大きいほど当該電流駆動能力を大きくする。反対に、当該差分が小さいほどＨブリッジ駆動部５０の電流駆動能力を小さくする。
【００２５】
図３は、実施の形態に係るＨブリッジ駆動部５０の構成例を示す図である。Ｈブリッジ駆動部５０は、出力経路が共通の複数のＨブリッジ回路（図３では、第１Ｈブリッジ回路５１、第２Ｈブリッジ回路５２および第３Ｈブリッジ回路５３）を有する。
【００２６】
第１Ｈブリッジ回路５１は、第１−１トランジスタＭ１１、第２−１トランジスタＭ１２、第３−１トランジスタＭ１３、第４−１トランジスタＭ１４、第１−１容量Ｃ１１および第２−１容量Ｃ１２を含む。図３では、第１−１トランジスタＭ１１および第２−１トランジスタＭ１２はＰチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成され、第３−１トランジスタＭ１３および第４−１トランジスタＭ１４はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成される。
【００２７】
第１−１トランジスタＭ１１および第２−１トランジスタＭ１２のソース端子は電源電位Ｖｄｄに接続され、第１−１トランジスタＭ１１および第２−１トランジスタＭ１２のゲート端子はＰＷＭ変調部４０からそれぞれ正側のＰＷＭ駆動電圧および負側のＰＷＭ駆動電圧を受ける。
【００２８】
第３−１トランジスタＭ１３および第４−１トランジスタＭ１４のソース端子はグラウンド電位に接続され、第３−１トランジスタＭ１３および第４−１トランジスタＭ１４のゲート端子はＰＷＭ変調部４０からそれぞれ正側のＰＷＭ駆動電圧および負側のＰＷＭ駆動電圧を受ける。
【００２９】
第１−１トランジスタＭ１１のドレイン端子および第３−１トランジスタＭ１３のドレイン端子は接続され、その接続点から駆動素子１２に正側の駆動電流を供給する。また、当該接続点と所定の固定電位（図３ではグラウンド電位）との間に第１−１容量Ｃ１１が接続される。
【００３０】
第２−１トランジスタＭ１２のドレイン端子および第４−１トランジスタＭ１４のドレイン端子は接続され、その接続点から駆動素子１２に負側の駆動電流を供給する。また、当該接続点と所定の固定電位（図３ではグラウンド電位）との間に第２−１容量Ｃ１２が接続される。第１−１容量Ｃ１１および第２−１容量Ｃ１２の容量値により、当該駆動電流波形のエッジの鈍り具合を調整することができる。
【００３１】
上記正側のＰＷＭ駆動電圧および負側のＰＷＭ駆動電圧により、第１−１トランジスタＭ１１と第４−１トランジスタＭ１４がオン、および第２−１トランジスタＭ１２と第３−１トランジスタＭ１３がオフに制御されると、駆動素子１２に正電流が流れ、第１−１トランジスタＭ１１と第４−１トランジスタＭ１４がオフ、および第２−１トランジスタＭ１２と第３−１トランジスタＭ１３がオンに制御されると、駆動素子１２に負電流が流れる。
【００３２】
第２Ｈブリッジ回路５２および第３Ｈブリッジ回路５３の構成は、第１Ｈブリッジ回路５１の構成と同様である。なお、第２Ｈブリッジ回路５２に含まれる第１−２トランジスタＭ２１、第２−２トランジスタＭ２２、第３−２トランジスタＭ２３、第４−２トランジスタＭ２４、第１−２容量Ｃ２１および第２−２容量Ｃ２２の仕様を、第１Ｈブリッジ回路５１に含まれる対応する構成要素の仕様と変えてもよい。第３Ｈブリッジ回路５３に含まれる第１−３トランジスタＭ３１、第２−３トランジスタＭ３２、第３−３トランジスタＭ３３、第４−３トランジスタＭ３４、第１−３容量Ｃ３１および第２−３容量Ｃ３２についても同様である。
【００３３】
第１Ｈブリッジ回路５１の正側の駆動電流、第２Ｈブリッジ回路５２の正側の駆動電流および第３Ｈブリッジ回路５３の正側の駆動電流は、キルヒホッフの電流則により加算されて、駆動素子１２の正側端子に供給される。同様に、第１Ｈブリッジ回路５１の負側の駆動電流、第２Ｈブリッジ回路５２の負側の駆動電流および第３Ｈブリッジ回路５３の負側の駆動電流は、キルヒホッフの電流則により加算されて、駆動素子１２の負側端子に供給される。
【００３４】
スルーレート制御部６０は、イコライザ３０により生成される制御信号に応じて、複数のＨブリッジ回路のうち有効とすべきＨブリッジ回路の数を決定する。より具体的には、当該制御信号の値を複数の区分に分類し、その区分に応じて、有効とすべきＨブリッジ回路の数を決定する。あるＨブリッジ回路を無効にするには、当該Ｈブリッジ回路の電源を遮断してもよいし、当該Ｈブリッジ回路を構成するすべてのトランジスタをオフして、ハイインピーダンス状態としてもよい。
【００３５】
図４は、スルーレート制御部６０が選択すべき複数の区分について説明するための図である。ここでは、イコライザ３０により生成される制御信号の値を正規化して、当該正規化された制御信号の値を＋１００〜−１００の範囲で描いている。レンズ１０の目標位置と上記検出位置との差分がない場合が０であり、ニア（またはファー）方向に最も離れている場合が＋１００であり、ファー（またはニア）方向に最も離れている場合が−１００である。
【００３６】
スルーレート制御部６０は、上記制御信号の値が±０〜３３の場合、Ｈブリッジ回路を一つ有効化し、±３４〜６６の場合、Ｈブリッジ回路を二つ有効化し、±６７〜１００の場合、Ｈブリッジ回路を三つ有効化する。すなわち、上記検出位置が上記目標位置から離れているほど、大きな電流を駆動素子１２に供給するよう制御する。反対に、上記検出位置が上記目標位置に近いほど、小さな電流を供給するよう制御する。
【００３７】
図５は、Ｈブリッジ駆動部５０により生成される電流波形の一例を示す図である。図５（ａ）は通常のＰＷＭ出力電流波形を示す。図５（ｂ）はＨブリッジ駆動部５０に含まれるＨブリッジ回路のうち一つが有効化された場合の出力電流波形を示す。図５（ｃ）はＨブリッジ駆動部５０に含まれるＨブリッジ回路のうち二つが有効化された場合の出力電流波形を示す。図５（ｄ）はＨブリッジ駆動部５０に含まれるＨブリッジ回路のうち三つが有効化された場合の出力電流波形を示す。
【００３８】
以上説明したように本実施の形態によれば、ＰＷＭ駆動電流により駆動される素子を備え、対象物の状態を所定の状態に維持するためにフィードバック制御する装置において、目標値と実測値との差分に応じて駆動電流能力を適応的に変化させることにより、ＰＷＭ駆動電流に起因するノイズを低減することができる。すなわち、目標値と実測値との差分が小さい場合、ＰＷＭ駆動電流波形のエッジの傾斜をなだからに調整することにより、当該エッジによる高周波ノイズを低減することができる。なお、当該差分が小さい場合、大きな駆動力が必要ないため、調整された駆動電流でも所期の目的を達成することが可能である。
【００３９】
オートフォーカス制御回路に適用した場合、ＰＷＭ駆動電流波形のエッジに起因する高周波ノイズにより、画像品質が低下することを抑制することができる。
【００４０】
以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００４１】
たとえば、スルーレート制御部６０による上述した区分の切替にヒステリシスを持たせてもよい。たとえば、スルーレート制御部６０は、所定の設定期間内に所定の設定回数、上記制御信号の値が現在の区分から特定の区分に突入したとき、その特定の区分に切り替え、当該設定回数に満たない場合、現在の区分に留まるよう制御してもよい。また、各区分間に現在の区分を維持する不感帯を設けてもよい。これらの制御により、ＰＷＭ駆動電流波形が不必要に切り替えられる事態を抑制することができる。
【００４２】
また、以上の実施の形態では、駆動素子１２はボイスコイルモータとしたが、ピエゾ素子やステッピングモータなどを用いてもよい。また、位置検出素子１４はホール素子としたが、ＭＲ素子またはフォトスクリーンダイオードなどを用いてもよい。また、Ｈブリッジ駆動部５０に含まれるＨブリッジ回路の数は３に限ることなく、２であってもよいし、４以上であってもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０ レンズ、 １２ 駆動素子、 １４ 位置検出素子、 １４ａ ホール素子、 １６ 撮像素子、 ２０ 差動増幅回路、 ２２ ローパスフィルタ、 ２４ アナログ／デジタル変換回路、 ３０ イコライザ、 ３２ 減算回路、 ３４ サーボ回路、 ４０ ＰＷＭ変調部、 ５０ Ｈブリッジ駆動部、 ５１ 第１Ｈブリッジ回路、 ５２ 第２Ｈブリッジ回路、 ５３ 第３Ｈブリッジ回路、 ６０ スルーレート制御部、 ７０ 画像信号処理部、 １００ フォーカス制御回路、 ５００ 撮像装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の状態に係る目標値とその実測値との差分をもとに、前記対象物の状態を前記目標値に合わせるための制御信号を生成するイコライザと、
前記イコライザにより生成される制御信号に応じたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ変調部と、
前記ＰＷＭ変調部により生成されたＰＷＭ信号に応じて、前記対象物の状態を変化させる駆動素子を駆動するための駆動電流を生成するＨブリッジ駆動部と、
前記制御信号に応じて、前記Ｈブリッジ駆動部の電流駆動能力を変化させるスルーレート制御部と、
を備えることを特徴とする駆動制御回路。
【請求項２】
前記スルーレート制御部は、前記目標値と前記実測値との差分が大きいほど、前記電流駆動能力を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の駆動制御回路。
【請求項３】
前記Ｈブリッジ駆動部は、出力経路が共通の複数のＨブリッジ回路を有し、
前記スルーレート制御部は、前記複数のＨブリッジ回路のうち、有効とすべきＨブリッジ回路の数を決定することを特徴とする請求項１に記載の駆動制御回路。
【請求項４】
前記スルーレート制御部は、前記制御信号の値を複数の区分に分類し、その区分に応じて、前記有効とすべきＨブリッジ回路の数を決定することを特徴とする請求項３に記載の駆動制御回路。
【請求項５】
レンズと、当該レンズの位置を調整するための駆動素子と、当該レンズの位置を検出するための位置検出素子と、を備える撮像装置に搭載されるフォーカス制御回路であって、
前記位置検出素子の出力信号により特定される前記レンズの位置と、外部から設定される前記レンズの目標位置との差分をもとに、前記レンズの位置を前記目標位置に合わせるための制御信号を生成するイコライザと、
前記イコライザにより生成される制御信号に応じたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ変調部と、
前記ＰＷＭ変調部により生成されたＰＷＭ信号に応じて、前記駆動素子を駆動するための駆動電流を生成するＨブリッジ駆動部と、
前記制御信号に応じて、前記Ｈブリッジ駆動部の電流駆動能力を変化させるスルーレート制御部と、
を備えることを特徴とするフォーカス制御回路。
【請求項１】
対象物の状態に係る目標値とその実測値との差分をもとに、前記対象物の状態を前記目標値に合わせるための制御信号を生成するイコライザと、
前記イコライザにより生成される制御信号に応じたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ変調部と、
前記ＰＷＭ変調部により生成されたＰＷＭ信号に応じて、前記対象物の状態を変化させる駆動素子を駆動するための駆動電流を生成するＨブリッジ駆動部と、
前記制御信号に応じて、前記Ｈブリッジ駆動部の電流駆動能力を変化させるスルーレート制御部と、
を備えることを特徴とする駆動制御回路。
【請求項２】
前記スルーレート制御部は、前記目標値と前記実測値との差分が大きいほど、前記電流駆動能力を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の駆動制御回路。
【請求項３】
前記Ｈブリッジ駆動部は、出力経路が共通の複数のＨブリッジ回路を有し、
前記スルーレート制御部は、前記複数のＨブリッジ回路のうち、有効とすべきＨブリッジ回路の数を決定することを特徴とする請求項１に記載の駆動制御回路。
【請求項４】
前記スルーレート制御部は、前記制御信号の値を複数の区分に分類し、その区分に応じて、前記有効とすべきＨブリッジ回路の数を決定することを特徴とする請求項３に記載の駆動制御回路。
【請求項５】
レンズと、当該レンズの位置を調整するための駆動素子と、当該レンズの位置を検出するための位置検出素子と、を備える撮像装置に搭載されるフォーカス制御回路であって、
前記位置検出素子の出力信号により特定される前記レンズの位置と、外部から設定される前記レンズの目標位置との差分をもとに、前記レンズの位置を前記目標位置に合わせるための制御信号を生成するイコライザと、
前記イコライザにより生成される制御信号に応じたＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ変調部と、
前記ＰＷＭ変調部により生成されたＰＷＭ信号に応じて、前記駆動素子を駆動するための駆動電流を生成するＨブリッジ駆動部と、
前記制御信号に応じて、前記Ｈブリッジ駆動部の電流駆動能力を変化させるスルーレート制御部と、
を備えることを特徴とするフォーカス制御回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２５０５３９（Ｐ２０１１−２５０５３９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１９４７２（Ｐ２０１０−１１９４７２）
【出願日】平成２２年５月２５日（２０１０．５．２５）
【出願人】（３１１００３７４３）オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド (166)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２５日（２０１０．５．２５）
【出願人】（３１１００３７４３）オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド (166)
【Ｆターム（参考）】
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