(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線材を介してボイスコイルモータを含むカメラモジュールに接続され、ホール素子を制御するフォーカス制御回路であって、
第１チップに含まれる前記フォーカス制御回路は、
前記ホール素子の高電位側入力端子にバイアス電圧を供給するための第１端子と、
前記ホール素子の低電位側入力端子にグラウンド電位を供給するための第２端子と、
前記ホール素子の高電位側出力電圧の供給を受ける第３端子と、
前記ホール素子の低電位側出力電圧の供給を受ける第４端子と、
前記ボイスコイルモータに正側の駆動電流を伝達するための第５端子と、
前記ボイスコイルモータに負側の駆動電流を伝達するための第６端子と、
第１入力、第２入力、及び単一の出力を持ち、前記第２入力で所定の設定電圧を受けるアンプと、
制御電極、第１導通電極、及び第２導通電極を持ち、前記制御電極が前記アンプの出力に接続され、前記第１導通電極が電源電位に接続され、前記第２導通電極が前記第１チップの前記第１端子に接続される第１トランジスタと、を備え、
前記アンプは、本アンプの第１入力の電圧と本アンプの第２入力の前記設定電圧との間の入力電圧に応じて、本アンプの出力に制御電圧を生成し、
第２チップに含まれる前記ホール素子は第１端子および第２端子を有し、本ホール素子の第１端子が前記第１チップの第１端子に接続され、本ホール素子の第２端子が前記第１チップの第２端子に接続されることを特徴とするフォーカス制御回路。
【請求項２】
前記第１トランジスタと前記ホール素子が直列に接続された第１直列回路に対して、カレントミラー回路を構成する第２トランジスタと抵抗が直列に接続された第２直列回路と、をさらに備え、
前記アンプは、前記ホール素子の高電位側入力端子電圧のミラー電圧として、前記第２トランジスタと前記抵抗との接続点電圧を使用することを特徴とする請求項１に記載のフォーカス制御回路。
【請求項３】
前記配線材は、前記ホール素子の入出力電圧の伝達を担う配線および前記ボイスコイルモータへの駆動電流の伝達を担う配線として、
前記フォーカス制御回路から前記ホール素子にバイアス電圧を伝達する第１配線、
前記ホール素子から前記フォーカス制御回路に正電位側出力電圧を伝達する第２配線、
前記ホール素子から前記フォーカス制御回路に負電位側出力電圧を伝達する第３配線、
前記フォーカス制御回路から前記ボイスコイルモータに正側の駆動電流を伝達するための第４配線、
前記フォーカス制御回路から前記ボイスコイルモータに負側の駆動電流を伝達するための第５配線、
および、グラウンド電位に接続された第６配線、
の六本の配線により構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のフォーカス制御回路。
【請求項４】
前記配線材はフィルム状のフレキシブル配線で形成され、前記６配線は当該フレキシブル配線の裏面全体にグラウンド層として設けられることを特徴とする請求項３に記載のフォーカス制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホール素子に定電流のバイアス電流を供給するためのホール素子制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホール素子は対象物の位置を検出するための素子であり、たとえば、カメラのオートフォーカス制御におけるレンズ位置の検出などに用いられる。ホール素子は素子バラツキや環境変化の影響を排除するために定電流駆動されることが一般的である（たとえば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１５６６４２号公報
【特許文献２】特開２００６−７９４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
携帯電話機やスマートフォンの中にはカメラが搭載されているものが多く、オートフォーカス機能を搭載したカメラも実用化されている。このような携帯端末に搭載されるカメラモジュールおよびその入出力配線は、ますます小型化および簡素化が要求されている。
【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、カメラモジュールおよびその入出力配線を簡素化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ホール素子制御回路は、配線材を介してホール素子に接続され、ホール素子を制御するホール素子制御回路であって、ホール素子の高電位側入力端子にバイアス電圧を供給するための第１端子と、ホール素子の低電位側入力端子にグラウンド電位を供給するための第２端子と、ソース端子が電源電位に接続され、ドレイン端子が第１端子に接続されたトランジスタと、所定の設定電圧と、第１端子の電圧とを差動増幅し、トランジスタのゲート電圧を制御するオペアンプと、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、ホール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駆動部と、上述したホール素子制御回路と、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ホール素子と、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、カメラモジュールおよびその入出力配線を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係るホール素子制御回路を含む、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】比較例に係る、カメラモジュール、フォーカス制御回路および配線材の実装例を説明するための図である。
【図４】比較例に係る、ホール素子および定電流駆動回路の構成例を示す回路図である。
【図５】本発明の実施の形態係る、カメラモジュール、フォーカス制御回路および配線材の実装例を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る、ホール素子および定電流駆動回路の構成例１を示す回路図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る、ホール素子および定電流駆動回路の構成例２を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態に係るホール素子制御回路３０を含む、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５、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１２、ホール素子１４、撮像素子２０、画像信号処理部（ＩＳＰ；Image Signal Processor）８０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２０は、光学部品であるレンズ５を透過した光信号を電気信号に変換し、画像信号処理部８０に出力する。撮像素子２０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】
ボイスコイルモータ１２は、レンズ５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５を光軸方向に移動させる。これにより、レンズ５と撮像素子２０の焦点距離が調整される。
【００１４】
ホール素子１４は、レンズ５の位置を検出するための素子である。ボイスコイルモータ１２およびホール素子１４は、一つのアクチュエータ（以下、本明細書ではカメラモジュール１０という（図３、５参照））に設けられる。
【００１５】
画像信号処理部８０は、撮像素子２０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２０から出力される画像信号をもとに、レンズ５の目標位置を決定する。
【００１６】
図２は、画像信号処理部８０による、レンズ５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８０は、レンズ５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８０は、レンズ５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８０は、シャープネスが最大値となるレンズ５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、ホール素子制御回路３０、ローパスフィルタ４２、アナログ／デジタル変換回路４４、イコライザ５０、ＰＷＭ変調部６０およびＨブリッジ駆動部７０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４２はチップ外に設けられてもよい。
【００１８】
ホール素子制御回路３０は、ホール素子１４を制御する回路であり、差動増幅回路３２および定電流駆動回路３４を含む。差動増幅回路３２は、ホール素子１４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。ホール素子１４はフォーカス制御機構を構成する筐体に固定され、レンズ５に固定さ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５の移動により磁束密度が変化すると、ホール素子１４の出力電圧もその変化に比例して変化する。したがって、ホール素子１４の出力電圧から、レンズ５の位置を推測することができる。なお、ホール素子１４をレンズ５に固定し、マグネットを筐体に固定する構成としても、ホール素子１４の出力電圧から、レンズ５の位置を推測することができる。定電流駆動回路３４については後述する。
【００１９】
ローパスフィルタ４２は、差動増幅回路３２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４４は、ローパスフィルタ４２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。
【００２０】
イコライザ５０は、ホール素子１４の出力信号により特定されるレンズ５の位置と、外部（ここでは画像信号処理部８０）から設定されるレンズ５の目標位置との差分をもとに、レンズ５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。
【００２１】
以下、より具体的に説明する。イコライザ５０は、減算回路５２およびサーボ回路５４を含む。減算回路５２は、ホール素子１４から出力される位置信号と、画像信号処理部８０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５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５４は、減算回路５２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６０に出力する。
【００２２】
ＰＷＭ変調部６０は、イコライザ５０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５０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７０は、ＰＷＭ変調部６０により生成されたＰＷＭ信号に応じて、レンズ５の位置を変化させるボイスコイルモータ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６０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、ボイスコイルモータ１２に供給する。これにより、レンズ５を目標位置へ移動および収束させることができる。
【００２３】
図３は、比較例に係る、カメラモジュール１０、フォーカス制御回路１００および配線材２００の実装例を説明するための図である。フォーカス制御回路１００は配線材２００を介してカメラモジュール１０（より具体的にはホール素子１４およびボイスコイルモータ１２)に接続される。
【００２４】
当該比較例にて、フォーカス制御回路１００には、第１端子Ｔ１ａ、第２端子Ｔ２ａ、第３端子Ｔ３ａ、第４端子Ｔ４ａ、第５端子Ｔ５ａ、第６端子Ｔ６ａおよび第７端子Ｔ７ａが含まれる。それに対応して、カメラモジュール１０には、第１端子Ｔ１ｂ、第２端子Ｔ２ｂ、第３端子Ｔ３ｂ、第４端子Ｔ４ｂ、第５端子Ｔ５ｂ、第６端子Ｔ６ｂおよび第７端子Ｔ７ｂが含まれる。それぞれ対応する端子間は、配線により電気的に接続される。
【００２５】
ここでは、配線材２００はフィルム状のフレキシブル配線で形成される。なお、図３では７本の配線を同じ太さで描いているが、実際にはグラウンド配線はフレキシブル配線の裏面全体にグラウンド層として設けられる。当該グラウンド層はシールド効果を奏する。
【００２６】
第１端子Ｔ１ａ、ｂ間の配線は、フォーカス制御回路１００からホール素子１４に高電位側バイアス電圧を伝達するための配線である。図３では電源電圧が伝達される。第５端子Ｔ５ａ、ｂ間の配線は、フォーカス制御回路１００からホール素子１４に低電位側バイアス電圧を伝達するための配線である。第３端子Ｔ３ａ、ｂ間の配線は、ホール素子１４からフォーカス制御回路１００に正電位側出力電圧を伝達するための配線である。第４端子Ｔ４ａ、ｂ間の配線は、ホール素子１４からフォーカス制御回路１００に負電位側出力電圧を伝達するための配線である。第２端子Ｔ２ａ、ｂ間の配線は、グラウンド配線である。
【００２７】
第６端子Ｔ６ａ、ｂ間の配線は、フォーカス制御回路１００からボイスコイルモータ１２に正側の駆動信号を伝達するための配線である。第７端子Ｔ７ａ、ｂ間の配線は、フォーカス制御回路１００からボイスコイルモータ１２に負側の駆動信号を伝達するための配線である。本明細書ではボイスコイルモータ１２の駆動には注目しないため、以下の説明では、第６端子Ｔ６ａ、ｂ間の配線および第７端子Ｔ７ａ、ｂ間の配線は無視して考える。
【００２８】
図４は、比較例に係る、ホール素子１４および定電流駆動回路３４の構成例を示す回路図である。フォーカス制御回路１００側の定電流駆動回路３４にて、電源電位Ｖｄｄとグラウンド電位との間にＮチャンネル型トランジスタＭｎ１と抵抗Ｒ１が直列に接続される。オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には所定の設定電圧Ｖｔが入力され、オペアンプＯＰ１の反転入力端子には、Ｎチャンネル型トランジスタＭｎ１と抵抗Ｒ１との接続点電圧が入力される。オペアンプＯＰ１の出力端子はＮチャンネルトランジスタＭｎ１のゲート端子に接続される。
【００２９】
ホール素子１４の第１端子Ｔ１ｂには、高電位側バイアス電圧として電源電位Ｖｄｄが入力される。ホール素子１４の第５端子Ｔ５ｂには、低電位側バイアス電圧として、Ｎチャンネル型トランジスタＭｎ１と抵抗Ｒ１との接続点電圧が入力される。
【００３０】
ホール素子１４の出力電圧Ｖは、下記式１により定義される。
Ｖ＝α・Ｉ・Ｂ  ・・・（式１）
αは素子パラメータ、Ｉはバイアス電流、およびＢは磁束密度をそれぞれ表す。
【００３１】
図４では、ホール素子１４は定電流駆動される。すなわち、オペアンプＯＰ１は、Ｎチャンネル型トランジスタＭｎ１のゲート電圧を制御することにより、Ｎチャンネル型トランジスタＭｎ１と抵抗Ｒ１との接続点電圧が一定になるよう制御し、ホール素子１４に定電流のバイアス電流が流れるよう制御する。なお、図４ではホール素子１４の出力電圧経路については省略して描いているが、第３端子Ｔ３ａ、ｂ間の配線および第４端子Ｔ４ａ、ｂ間の配線を介して、差動増幅回路３２の両入力端子に入力される。
【００３２】
図５は、本発明の実施の形態に係る、カメラモジュール１０、フォーカス制御回路１００および配線材２００の実装例を説明するための図である。図３と比較し、フォーカス制御回路１００の第５端子Ｔ５ａ、カメラモジュール１０の第５端子５ｂおよび両端子間の配線が省略された構成である。
【００３３】
図６は、本発明の実施の形態に係る、ホール素子１４および定電流駆動回路３４の構成例１を示す回路図である。フォーカス制御回路１００側の定電流駆動回路３４にて、電源電位Ｖｄｄと第１端子Ｔ１ａ間に、Ｐチャンネル型トランジスタＭｐ１が接続される。より詳細にはそのソース端子が電源電位Ｖｄｄに接続され、そのドレイン端子が第１端子Ｔ１ａに接続される。
【００３４】
オペアンプＯＰ２の反転入力端子には所定の設定電圧Ｖｔが入力され、その非反転入力端子には第１端子Ｔ１ａの電圧が入力され、その出力端子はＰチャンネル型トランジスタＭｐ１のゲート端子に接続される。オペアンプＯＰ２は、所定の設定電圧Ｖｔと、第１端子Ｔ１ａの電圧とを差動増幅し、Ｐチャンネル型トランジスタＭｐ１のゲート電圧を制御する。この制御により、ホール素子１４の第１端子Ｔ１ｂに、第１端子１ａを介して供給されるバイアス電圧が定電圧に維持される。ホール素子１４の第２端子Ｔ２ｂには、第２端子Ｔ２ａを介してグラウンド電位が供給される。
【００３５】
図７は、本発明の実施の形態に係る、ホール素子１４および定電流駆動回路３４の構成例２を示す回路図である。構成例２はカレントミラー構成を採用する例である。Ｐチャンネル型トランジスタＭｐ１とホール素子１４が直列に接続された第１直列回路に対するカレントミラー回路を構成する、Ｐチャンネル型トランジスタＭｐ２と抵抗Ｒ１２が直列に接続された第２直列回路を備える。
【００３６】
オペアンプＯＰ２は、ホール素子１４の高電位側入力端子電圧のミラー電圧として、Ｐチャンネル型トランジスタＭｐ２と抵抗Ｒ１２との接続点電圧を使用する。すなわち、オペアンプＯＰ２は、所定の設定電圧Ｖｔと、当該接続点電圧とを差動増幅し、Ｐチャンネル型トランジスタＭｐ１およびＰチャンネル型トランジスタＭｐ１のゲート電圧を制御する。
【００３７】
図３、５とを比較すると、図５では配線材２００は、ホール素子１４の入出力電圧の伝達を担う配線として、ホール素子制御回路３０からホール素子１４にバイアス電圧を伝達する配線、ホール素子１４からホール素子制御回路３０に正電位側出力電圧を伝達する配線、ホール素子１４からホール素子制御回路３０に負電位側出力電圧を伝達する配線、およびグラウンド配線のの四本の配線により構成される。これに対し、図３では五本の配線により構成される。
【００３８】
以上説明したように本実施の形態によれば、ホール素子１４の高電位側入力端子に定電圧を供給して定電流駆動することにより、カメラモジュールおよびその入出力配線を簡素化することができる。一般的に、定電流駆動する場合、その対象素子の低電位側入力端子と、グラウンドとの間にＮチャンネル型トランジスタを設けることが多い。Ｎチャンネル型トランジスタのほうがｐチャンネル型トランジスタと比較し、オン抵抗が低く、電流効率が高いためである。
【００３９】
これに対し本実施の形態では、ホール素子１４の高電位側入力端子と電源電位との間にｐチャンネル型トランジスタを設けることにより、カメラモジュール１０およびフォーカス制御回路１００のそれぞれの端子数を一つ削減することができる。ホール素子１４の低電位側入力端子をグラウンド端子で転用できるためである。また、配線材２００の配線数も一本削減することができる。
【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】
以上の実施の形態では、駆動素子としてボイスコイルモータを使用する例を説明したが、ピエゾ素子を用いてもよい。本実施の形態は、ピエゾ素子などの移動対象の位置信号をフィードバック制御して、当該移動対象を移動させるときにも用いることができる。
【符号の説明】
【００４２】
５  レンズ、  １０  カメラモジュール、  １２  ボイスコイルモータ、  １４  ホール素子、  ２０  撮像素子、  ３０  ホール素子制御回路、  ３２  差動増幅回路、  ３４  定電流駆動回路、  ＯＰ２  オペアンプ、  ＭＰ１  ｐチャンネル型トランジスタ、  ＭＰ２  ｐチャンネル型トランジスタ、  Ｒ１２  抵抗、  ４２  ローパスフィルタ、  ４４  アナログ／デジタル変換回路、  ５０  イコライザ、  ５２  減算回路、  ５４  サーボ回路、  ６０  ＰＷＭ変調部、  ７０  Ｈブリッジ駆動部、  ８０  画像信号処理部、  １００  フォーカス制御回路、  ２００  配線材、  ５００  撮像装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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