(57)【要約】【課題】印加電流の閉ループ制御を行うことにより、高速の自動焦点機能を有する自動焦点調節装置及びそれを備えた撮像システムを提供する。【解決手段】本発明の自動焦点調節装置１００は、レンズ１０の状態に係る目標値とその実測値との差分に基づいて、レンズ１０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３０と、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ変調部４０と、ＰＷＭ変調部４０により生成されたＰＷＭ信号に応じて、レンズ１０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Ｈブリッジ駆動部５０と、ＰＷＭ変調部４０から出力されるＰＷＭ信号を用いてＨブリッジ駆動部５０に印加される電流を推正し、それを用いて、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に印加される電流が増減されるように、ＰＷＭ変調部４０を制御する閉ループ電流制御部６０と、を含むものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズの状態に係る目標値とその実測値との差分に基づいて、前記レンズ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、
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、前記レンズ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ＰＷＭ変調部から出力されるＰＷＭ信号を用いてＨブリッジ駆動部に印加される電流を推正し、それを用いて、前記イコライザにより生成された制御信号に応じてＨブリッジ駆動部に印加される電流が増減されるように、前記ＰＷＭ変調部を制御する閉ループ電流制御部と、を含む自動焦点調節装置。
【請求項２】
旧目標位置から新目標位置へ前記レンズを漸次的に移動させるために、段階的に増加または減少する複数の位置を生成し、順に前記イコライザに設定する位置設定回路をさらに含む、請求項１に記載の自動焦点調節装置。
【請求項３】
前記位置設定回路は、前記レンズの目標位置が変更される度に、開始位置、終了位置、ステップ幅、及び更新間隔を外部から受け、それらに基づいて前記イコライザに設定する位置を生成する、請求項２に記載の自動焦点調節装置。
【請求項４】
前記イコライザは、
位置検出素子から出力される位置信号と、位置設定回路から設定される位置信号と、の差分を算出し、誤差信号を出力する減算回路と、
前記減算回路から入力される誤差信号を相殺するための制御信号を生成して閉ループ電流制御部に出力するサーボ回路と、を含む、請求項２に記載の自動焦点調節装置。
【請求項５】
前記イコライザは、
位置検出素子から出力される位置信号と、画像信号処理部から入力される目標位置信号と、の差分を算出し、誤差信号として出力する減算回路と、
前記減算回路から出力される誤差信号を相殺するための制御信号を生成して前記閉ループ電流制御部に出力するサーボ回路と、を含む、請求項１に記載の自動焦点調節装置。
【請求項６】
前記閉ループ電流制御部は、
前記ＰＷＭ変調部からＨブリッジ駆動部に印加されるＰＷＭ信号を受信し、設定された利得だけ前記ＰＷＭ信号を増加させて出力する電流検知回路と、
前記電流検知回路から出力される信号を用いてＨブリッジ駆動部に印加される電流を推正し、それを用いて、前記イコライザにより生成された制御信号に応じてＨブリッジ駆動部に印加される電流が増減されるように、前記ＰＷＭ変調部を制御するＰＷＭ制御機と、を含む、請求項１に記載の自動焦点調節装置。
【請求項７】
前記ＰＷＭ制御機は、推正した電流の大きさがＨブリッジ駆動部に要求される電流より低い場合には、ＰＷＭ信号を調節してＨブリッジ駆動部に印加される電流を高めるようにＰＷＭ制御信号をＰＷＭ変調部に提供し、前記Ｈブリッジ駆動部に要求される電流より高い場合には、ＰＷＭ信号を調節して前記Ｈブリッジ駆動部に印加される電流を低めるようにＰＷＭ制御信号を出力する、請求項６に記載の自動焦点調節装置。
【請求項８】
前記閉ループ電流制御部は、
前記電流検知回路から出力される電流信号から所定周波数以上の信号を濾過し、平滑して、信号のノイズを除去して出力する低周波フィルタ及び平滑回路をさらに含む、請求項６に記載の自動焦点調節装置。
【請求項９】
前記ＰＷＭ制御機は、算出した前記Ｈブリッジ駆動部に印加された電流が過電流である場合には、前記ＰＷＭ変調部をオフさせるか出力信号を調節する、請求項６に記載の自動焦点調節装置。
【請求項１０】
レンズの位置を調整するための駆動素子と、
前記レンズの位置を検出するための位置検出素子と、
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、の差分に基づいて、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、
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、前記レンズ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ＰＷＭ変調部から出力されるＰＷＭ信号を用いてＨブリッジ駆動部に印加される電流を推正し、それを用いて、前記イコライザにより生成された制御信号に応じてＨブリッジ駆動部に印加される電流が増減されるように、前記ＰＷＭ変調部を制御する閉ループ電流制御部と、を含む撮像システム。
【請求項１１】
旧目標位置から新目標位置へ前記レンズを漸次的に移動させるために、段階的に増加または減少する複数の位置を生成し、順に前記イコライザに設定する位置設定回路をさらに含む、請求項１０に記載の撮像システム。
【請求項１２】
前記イコライザは、
前記位置検出素子から出力される位置信号と、位置設定回路から設定される位置信号と、の差分を算出し、誤差信号を出力する減算回路と、
前記減算回路から入力される誤差信号を相殺するための制御信号を生成して閉ループ電流制御部に出力するサーボ回路と、を含む、請求項１１に記載の撮像システム。
【請求項１３】
前記イコライザは、
前記位置検出素子から出力される位置信号と、画像信号処理部から入力される目標位置信号と、の差分を算出し、誤差信号として出力する減算回路と、
前記減算回路から出力される誤差信号を相殺するための制御信号を生成して前記閉ループ電流制御部に出力するサーボ回路と、を含む、請求項１０に記載の撮像システム。
【請求項１４】
前記閉ループ電流制御部は、
前記ＰＷＭ変調部からＨブリッジ駆動部に印加されるＰＷＭ信号を受信し、設定された利得だけ前記ＰＷＭ信号を増加させて出力する電流検知回路と、
前記電流検知回路から出力される信号を用いてＨブリッジ駆動部に印加される電流を推正し、それを用いて、前記イコライザにより生成された制御信号に応じてＨブリッジ駆動部に印加される電流が増減されるように、前記ＰＷＭ変調部を制御するＰＷＭ制御機と、を含む、請求項１０に記載の撮像システム。
【請求項１５】
前記ＰＷＭ制御機は、推正した電流の大きさがＨブリッジ駆動部に要求される電流より低い場合には、ＰＷＭ信号を調節してＨブリッジ駆動部に印加される電流を高めるようにＰＷＭ制御信号をＰＷＭ変調部に提供し、前記Ｈブリッジ駆動部に要求される電流より高い場合には、ＰＷＭ信号を調節して前記Ｈブリッジ駆動部に印加される電流を低めるようにＰＷＭ制御信号を出力する、請求項１４に記載の撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動焦点調節装置及びそれを備えた撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動通信端末機の普及の拡大に伴い、カメラの高画素及び高性能化が要求されている。
【０００３】
普遍化された８Ｍピクセルの画素のカメラ付き携帯電話を始め、最近は１３Ｍの高画素のカメラ付き携帯電話が商用化されており、これからは１６Ｍ以上のピクセルを有する高性能カメラ付き携帯電話が開発されると予想されている。
【０００４】
また、移動端末機のディスプレイ画面の幅が広くなっているに伴い、既存のＦＨＤ（Ｆｕｌｌ  Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ、解像度１９２０＊１０８０）からＷＱＨＤ（Ｗｉｄｅ  Ｑｕａｄ  Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ、解像度２５６０＊１４４０）へ、４：３画面から１６：９の広い画面へと変わりつつある。
【０００５】
このような高性能化とともに、カメラの速い自動焦点機能に関する関心が高まっている。特に、動画撮影の速度が益々速くなるに伴い、被写体の動きを速く追従して焦点を自動で合わせる機能が重要視されている。これにより、高い品質の画質を実現することができる。
【０００６】
従来の自動焦点機能は、被写体の最適の焦点距離を探索するためにカメラモジュールを少しずつ複数回移動させるか、または数回の移動で焦点距離（基準焦点距離）を探索してカメラモジュールを移動させながら自動焦点を具現する。
【０００７】
この際、カメラモジュールでは、基準焦点距離及びモジュールを移動させる時に発生する現在のモジュール位置を用いて位置閉ループ制御を行う。
【０００８】
すなわち、モジュールを移動して探索した基準焦点距離及び現在のモジュール位置のフィードバックを受け、それらの間の誤差を相殺させるようにモジュールを制御する。
【０００９】
位置誤差が大きい場合、モジュールの駆動部（例えば、ＶＣＭ（Ｖｏｉｃｅ  Ｃｏｉｌ  Ｍｏｔｏｒ））に印加される電流を増加させることで駆動力を増加させ、所望の基準焦点距離を外れる場合には、印加される電流を減少させることで駆動力を減少させる。
【００１０】
この過程を経て基準焦点距離の設定範囲内にモジュールが到達すると、焦点が合わされたと判断して撮影が行われる。
【００１１】
従来の場合、位置閉ループ制御を行わない開ループ制御に比べ応答性が速いため、自動焦点が速く行われることができる（例えば、特許文献１参照）。しかし、モジュールの位置のみがフィードバックされて閉ループ制御され、実際にモジュールの駆動部に印加される電流はフィードバックされて閉ループ制御されないため、モジュールの移動時に、位置誤差による印加電流の増減によってオシレーションが発生し得る。これは、焦点が合わせられていない状態で撮影が行われるようにして、画質低下をもたらす恐れがある。これは、益々高性能化及び高速化が要求されている移動通信端末機のカメラの性能を阻害する要素となり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】韓国公開特許第２０１３−００５７７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、印加電流の閉ループ制御を行うことにより、高速の自動焦点機能を有する自動焦点調節装置及びそれを備えた撮像システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するための本発明の一側面（自動焦点調節装置）は、レンズの状態に係る目標値とその実測値との差分に基づいて、前記レンズ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、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、前記レンズ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ＰＷＭ変調部から出力されるＰＷＭ信号を用いてＨブリッジ駆動部に印加される電流を推正し、それを用いて、前記イコライザにより生成された制御信号に応じてＨブリッジ駆動部に印加される電流が増減されるように、前記ＰＷＭ変調部を制御する閉ループ電流制御部と、を含む。
【００１５】
また、本発明の一側面は、旧目標位置から新目標位置へ前記レンズを漸次的に移動させるために、段階的に増加または減少する複数の位置を生成し、順に前記イコライザに設定する位置設定回路をさらに含む。
【００１６】
また、本発明の一側面による前記位置設定回路は、前記レンズの目標位置が変更される度に、開始位置、終了位置、ステップ幅、及び更新間隔を外部から受け、それらに基づいて前記イコライザに設定する位置を生成する。
【００１７】
また、本発明の一側面による前記イコライザは、位置検出素子から出力される位置信号と、位置設定回路から設定される位置信号と、の差分を算出し、誤差信号を出力する減算回路と、前記減算回路から入力される誤差信号を相殺するための制御信号を生成して閉ループ電流制御部に出力するサーボ回路と、を含む。
【００１８】
また、本発明の一側面による前記イコライザは、位置検出素子から出力される位置信号と、画像信号処理部から入力される目標位置信号と、の差分を算出し、誤差信号として出力する減算回路と、前記減算回路から出力される誤差信号を相殺するための制御信号を生成して前記閉ループ電流制御部に出力するサーボ回路と、を含む。
【００１９】
また、本発明の一側面による前記閉ループ電流制御部は、前記ＰＷＭ変調部からＨブリッジ駆動部に印加されるＰＷＭ信号を受信し、設定された利得だけ前記ＰＷＭ信号を増加させて出力する電流検知回路と、前記電流検知回路から出力される信号を用いてＨブリッジ駆動部に印加される電流を推正し、それを用いて、前記イコライザにより生成された制御信号に応じてＨブリッジ駆動部に印加される電流が増減されるように、前記ＰＷＭ変調部を制御するＰＷＭ制御機と、を含む。
【００２０】
また、本発明の一側面による前記ＰＷＭ制御機は、推正した電流の大きさがＨブリッジ駆動部に要求される電流より低い場合には、ＰＷＭ信号を調節してＨブリッジ駆動部に印加される電流を高めるようにＰＷＭ制御信号をＰＷＭ変調部に提供し、前記Ｈブリッジ駆動部に要求される電流より高い場合には、ＰＷＭ信号を調節して前記Ｈブリッジ駆動部に印加される電流を低めるようにＰＷＭ制御信号を出力する。
【００２１】
また、本発明の一側面による前記閉ループ電流制御部は、前記電流検知回路から出力される電流信号から所定周波数以上の信号を濾過し、平滑して、信号のノイズを除去して出力する低周波フィルタ及び平滑回路をさらに含む。
【００２２】
また、本発明の一側面による前記ＰＷＭ制御機は、算出した前記Ｈブリッジ駆動部に印加された電流が過電流である場合には、前記ＰＷＭ変調部をオフさせるか出力信号を調節する。
【００２３】
一方、本発明の他の側面（撮像システム）は、レンズの位置を調整するための駆動素子と、前記レンズの位置を検出するための位置検出素子と、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、の差分に基づいて、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、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、前記レンズ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ＰＷＭ変調部から出力されるＰＷＭ信号を用いてＨブリッジ駆動部に印加される電流を推正し、それを用いて、前記イコライザにより生成された制御信号に応じてＨブリッジ駆動部に印加される電流が増減されるように、前記ＰＷＭ変調部を制御する閉ループ電流制御部と、を含む。
【００２４】
また、本発明の他の側面は、旧目標位置から新目標位置へ前記レンズを漸次的に移動させるために、段階的に増加または減少する複数の位置を生成し、順に前記イコライザに設定する位置設定回路をさらに含む。
【００２５】
また、本発明の他の側面による前記イコライザは、位置検出素子から出力される位置信号と、位置設定回路から設定される位置信号と、の差分を算出し、誤差信号を出力する減算回路と、前記減算回路から入力される誤差信号を相殺するための制御信号を生成して閉ループ電流制御部に出力するサーボ回路と、を含む。
【００２６】
また、本発明の他の側面による前記イコライザは、位置検出素子から出力される位置信号と、画像信号処理部から入力される目標位置信号と、の差分を算出し、誤差信号として出力する減算回路と、前記減算回路から出力される誤差信号を相殺するための制御信号を生成して前記閉ループ電流制御部に出力するサーボ回路と、を含む。
【００２７】
また、本発明の他の側面による前記閉ループ電流制御部は、前記ＰＷＭ変調部からＨブリッジ駆動部に印加されるＰＷＭ信号を受信し、設定された利得だけ前記ＰＷＭ信号を増加させて出力する電流検知回路と、前記電流検知回路から出力される信号を用いてＨブリッジ駆動部に印加される電流を推正し、それを用いて、前記イコライザにより生成された制御信号に応じてＨブリッジ駆動部に印加される電流が増減されるように、前記ＰＷＭ変調部を制御するＰＷＭ制御機と、を含む。
【００２８】
また、本発明の他の側面による前記ＰＷＭ制御機は、推正した電流の大きさがＨブリッジ駆動部に要求される電流より低い場合には、ＰＷＭ信号を調節してＨブリッジ駆動部に印加される電流を高めるようにＰＷＭ制御信号をＰＷＭ変調部に提供し、前記Ｈブリッジ駆動部に要求される電流より高い場合には、ＰＷＭ信号を調節して前記Ｈブリッジ駆動部に印加される電流を低めるようにＰＷＭ制御信号を出力する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の一実施例によれば、自動焦点調節時間を短縮させることで、高速動画及び瞬間画面の撮影が可能である。
【００３０】
また、本発明の一実施例によれば、低照度で鮮明な画面撮影が可能である。
【００３１】
一方、従来は、移動すべき基準モジュール位置に対する複数の位置を設定してから移動していたが、本発明では、複数の位置を別に設定せずに直ちに移動可能である。
【００３２】
また、従来技術では、ホールセンサ出力対比位置、位置対比電流強度などの実験記録を予めメモリに格納していたが、本発明ではその設定が不要であるため、メモリの使用量が減少する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例による自動焦点調節装置が備えられた撮像システムの構成図である。
【図２】画像信号処理部による、レンズの合焦位置の決定処理について説明するための図面である。
【図３】位置設定回路からイコライザに設定される位置の推移例を示す図面である。
【図４】画像信号処理部から位置設定回路に設定されるパラメータを説明するための図面である。
【図５】図１の閉ループ電流制御部の詳細構成図である。
【図６】閉ループ電流制御を行う場合の電流安定化を示す図面である。
【図７】１００μｍ単一ステップレンズ移動による位置特性を比較した写真である。
【図８】複数ステップレンズ移動による位置特性を比較した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は添付図面に係る以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、「一面」、「他面」、「第１」、「第２」などの用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別するために用いられるものであり、構成要素が前記用語によって限定されるものではない。以下、本発明を説明するにあたり、本発明の要旨を不明瞭にする可能性がある係る公知技術についての詳細な説明は省略する。
【００３５】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
【００３６】
図１は本発明の一実施例による自動焦点調節装置が備えられた撮像システムの構成図である。
【００３７】
図１を参照すれば、本発明の一実施例による自動焦点調節装置が備えられた撮像システム５００は、レンズ１０と、駆動素子１２と、位置検出素子１４と、撮像素子１６と、画像信号処理部（ＩＳＰ；Ｉｍａｇｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）７０と、自動焦点調節装置１００と、を備える。
【００３８】
ここでは、画像符号化エンジンや記録媒体など、自動焦点調節に関連しない構成要素は省略して図示している。
【００３９】
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。
【００４０】
駆動素子１２は、レンズ１０の位置を調整する素子であって、自動焦点調節装置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。
【００４１】
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及び位置検出素子１４が、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。
【００４２】
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。本実施形態では、主に、撮像素子１６から出力される画像信号に基づいて、レンズ１０の目標位置を決定する。
【００４３】
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面である。シャッタボタンが半押しされるなど、自動焦点調節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自動焦点調節装置１００に送信する。
【００４４】
特に、図２では、２段階のスキャンにより合焦位置を決定する例を示している。１段階目のスキャンでは、レンズ１０の位置を粗く変更して、レンズ１０の合焦位置をある程度の範囲に絞る。より具体的には、増加を続けてきたシャープネスが減少に転じた目標位置と、その一つ前の目標位置との間の範囲を、レンズ１０の合焦位置が存在する範囲と特定する。２段階目のスキャンでは、１段階目のスキャンにより絞られた範囲内でレンズ１０の位置を細かく変更し、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。この２段階のスキャンにより、合焦位置を高速かつ高精度に探索することができる。
【００４５】
一方、画像信号処理部７０は、レンズ１０の各位置で撮像された各画像信号のシャープネスを算出する。例えば、シャープネスは、各画像信号にハイパスフィルタを設け、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で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。
【００４６】
図１に戻り、自動焦点調節装置１００は、差動増幅回路２０と、ローパスフィルタ２２と、アナログ／デジタル変換回路（ＡＤＣ）２４と、イコライザ３０と、位置設定回路３５と、ＰＷＭ変調部４０と、Ｈブリッジ駆動部５０と、閉ループ電流制御部６０と、を備える。また、自動焦点調節装置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はチップの外部に設けられてもよい。
【００４７】
イコライザ３０及び閉ループ電流制御部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図示している。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様々な形態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。
【００４８】
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、その変化に比例して当該ホール素子の出力電圧も変化する。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。
【００４９】
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。
【００５０】
イコライザ３０は、位置検出素子１４の出力信号によって特定される現在のレンズ１０の位置と、位置設定回路３５により設定されるレンズ１０の位置と、の差分に基づいて、レンズ１０の位置を位置設定回路３５により設定される位置に合わせるための駆動信号を生成し、駆動素子１２を制御する。
【００５１】
以下、より具体的に説明する。イコライザ３０は、減算回路３２及びサーボ回路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、位置設定回路３５から設定される位置信号と、の差分を算出して、偏差信号としてサーボ回路３４に出力する。レンズ１０の位置が、位置設定回路３５から設定される位置に存在する場合、この偏差信号はゼロとなる。サーボ回路３４は、減算回路３２から入力される偏差信号を相殺するための信号を生成して閉ループ電流制御部６０に出力する。
【００５２】
ここでは、位置設定回路３５を用いて後述するステップムーブ動作を行ったが、これを用いずに単一ステップで駆動可能である。
【００５３】
このように単一ステップで具現する場合、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に基づいて、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。すなわち、イコライザ３０は、位置検出素子１４の出力信号によって特定されるレンズ１０の位置と、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、の差分に基づいて、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。
【００５４】
より具体的に説明すれば、この場合にも、イコライザ３０は減算回路３２及びサーボ回路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し（この際、レンズ１０の位置が目標位置に存在する場合にはその差分がゼロとなる）、サーボ回路３４は、減算回路３２から出力される誤差信号を相殺するための信号を生成して閉ループ電流制御部６０に出力する。
【００５５】
一方、自動焦点調節機能が有効化されている時に、画像信号処理部７０は、レンズ１０の位置を順に変化させるための制御信号を、Ｉ２Ｃインタフェースなどのインタフェースを経由して位置設定回路３５に出力する。勿論、位置設定回路３５が備えられていない場合には、イコライザ３０の減算回路３２に出力する。
【００５６】
前記閉ループ電流制御部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。
【００５７】
より具体的には、閉ループ電流制御部６０は、ＰＷＭ信号を用いてＨブリッジ駆動部５０により駆動素子１２に印加される電流を推正することができ、それを用いて、駆動素子１２に印加される（実際はＨブリッジ駆動部５０）電流が増減されるように制御する。かかる閉ループ電流制御部６０の詳細構成及び動作については、図５を参照して以下で詳細に説明する。
【００５８】
次に、ＰＷＭ変調部４０は、閉ループ電流制御部６０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、閉ループ電流制御部６０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有するパルス信号に変換する。
【００５９】
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。
【００６０】
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方向及び電流量を有する駆動電流を生成し、駆動素子１２に供給する。これにより、レンズ１０を目標位置に移動及び収束させることができる。
【００６１】
すなわち、Ｈブリッジ駆動部５０は、ＰＷＭ変調部４０から入力されるパルス信号に応じた電流の方向及び電流量で前記ボイスコイルモータに電流を流して、前記ボイスコイルモータを所定方向へ所定距離だけ移動させる。これにより、レンズ１０を目標位置に移動及び収束させることができる。
【００６２】
次に、位置設定回路３５は、画像信号処理部７０からレンズ１０の目標位置の変更指示を受けると、旧目標位置から新目標位置に到達するまで、それらの範囲の複数の位置を順にイコライザ３０に設定する。
【００６３】
より具体的には、位置設定回路３５は、旧目標位置から新目標位置へレンズ１０を漸次的に移動させるために、段階的に増加する複数の位置を生成し、順にイコライザ３０に設定する（以下、この一連の処理にかかる動作をステップムーブ動作と表記する）。また、レンズ１０を反対方向に移動させる場合、位置設定回路３５は、段階的に減少する複数の位置を生成し、順にイコライザ３０に設定する。
【００６４】
前記複数の位置が生成される範囲は、厳密に、旧目標位置と新目標位置との間の範囲に区切るものではなく、旧目標位置及び新目標位置の近傍まで含む範囲とする。例えば、前記複数の位置のうち最後の位置が、新目標位置を超えた位置であってもよい。
【００６５】
図３は位置設定回路３５からイコライザ３０に設定される位置の推移例を示す図面である。ここでは、上述の１段階目のスキャンにおける当該位置の推移例を考える。上述のように、画像信号処理部７０は、レンズ１０の目標位置毎に前記シャープネスを算出する。すなわち、旧目標位置から新目標位置への１回の移動と、シャープネスの１回の算出判定とが１セットの処理となる。この１セットの処理が繰り返されることにより、シャープネスが最大値となる位置を特定することができる。
【００６６】
上記の１セットの処理は、予め設定された１フォーカス判定期間内に実行される必要がある。レンズ１０が旧目標位置に位置する状態で、新目標位置をイコライザ３０に設定すると、レンズ１０が大きな駆動力を受けて急激に移動することになり、新目標位置でレンズ１０の動きが収束するまでの時間が長くかかる。この場合、１フォーカス判定期間内に、シャープネスの算出判定が完了しない可能性が高くなる。
【００６７】
したがって、本実施形態では、レンズ１０を緩やかに移動させるために、前記ステップムーブ動作によりレンズ１０を移動させる。これにより、図３に示すように、１フォーカス判定期間の移動期間内に、レンズ１０を漸次的に移動させることができる。
【００６８】
図４は、画像信号処理部７０から位置設定回路３５に設定されるパラメータを説明するための図面である。ここでは、前記１フォーカス判定期間の移動期間におけるレンズ位置の推移を示している。ステータス信号は、前記ステップムーブ動作が実行されている時に有意（ここではハイレベル）となり、当該動作が実行されていない時に非有意（ここではローレベル）となる信号である。画像信号処理部７０は、当該ステータス信号をハイレベルに設定することで、前記ステップムーブ動作を開始させる。位置設定回路３５は、該当ステップムーブ動作が終了すると、当該ステータス信号をローレベルに設定する。
【００６９】
画像信号処理部７０は、レンズ１０の目標位置を変更する度に、前記制御信号として、開始位置、終了位置、ステップ幅、及び更新間隔を位置設定回路３５に送信する。位置設定回路３５は、レンズ１０の目標位置が変更される度に、画像信号処理部７０から開始位置、終了位置、ステップ幅、及び更新間隔を受け、それらに基づいてイコライザ３０に設定する位置を生成する。
【００７０】
以下、より具体的に説明する。まず、位置設定回路３５は、当該開始位置をイコライザ３０に設定する。
【００７１】
当該開始位置を設定してから当該更新間隔が経過すると、位置設定回路３５は、当該開始位置に当該ステップ幅を加算した位置をイコライザ３０に設定する。その位置を設定してから当該更新間隔が経過すると、位置設定回路３５は、当該位置に当該ステップ幅を加算した位置をイコライザ３０に設定する。以下、この処理を、イコライザ３０に設定する位置が当該終了位置に到達するまで繰り返す。位置設定回路３５は、当該終了位置をイコライザ３０に設定すると、１回のステップムーブ動作を終了する。また、イコライザ３０に設定する位置が当該終了位置と一致しない場合、位置設定回路３５は、当該終了位置を初めて超えた位置をイコライザ３０に設定すると、１回のステップムーブ動作を終了する。
【００７２】
また、前回のステップムーブ動作の終了位置と、今回のステップムーブ動作の開始位置とが同じである場合、画像信号処理部７０は、位置設定回路３５への開始位置の供給を省略することができる。
【００７３】
また、前回のステップムーブ動作のステップ幅及び更新間隔と、今回のステップムーブ動作のステップ幅及び更新間隔とが同じである場合、画像信号処理部７０は、位置設定回路３５へのステップ幅及び更新間隔の供給を省略することができる。
【００７４】
また、画像信号処理部７０は、前記ステップ幅に極性情報（例えば、極性ビット）を設定することができる。位置設定回路３５は、受信したステップ幅に極性情報が設定されている場合、その極性に応じた方向に、イコライザ３０に設定する位置を更新し、当該極性情報が設定されていない場合、予め設定された方向（例えば、正の方向）に、イコライザに設定する位置を更新する。
【００７５】
図５は図１の閉ループ電流制御部の詳細構成図である。
【００７６】
図５を参照すれば、図１の閉ループ電流制御部は、電流検知回路１２０と、低周波フィルタ及び平滑回路１４０と、ＰＷＭ制御機１６０と、を含んで構成される。
【００７７】
かかる構成において、電流検知回路１２０は、前記ＰＷＭ変調部４０からＨブリッジ駆動部５０に印加されるＰＷＭ信号を受信して、設定された利得（Ｇａｉｎ）だけ前記ＰＷＭ信号を増加させて出力する。
【００７８】
そして、低周波フィルタ及び平滑回路１４０は、所定周波数以上の信号を濾過し、平滑して、信号のノイズを除去してから出力する。
【００７９】
ここで、低周波フィルタは、所定周波数以上の周波数が濾過（Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）されるため、所定周波数以上の周波数による雑音（Ｎｏｉｓｅ）を取り除くことができるように備えられる。
【００８０】
そして、平滑回路（ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ  ｃｉｒｃｕｉｔ）は、交流を直流に変換するときに完全な直流を得るために用いる回路であって、交流を直流に変換する様々な過程中に、脈流を完全な直流に変換する電源供給装置である。
【００８１】
次に、ＰＷＭ制御機１６０は、低周波フィルタ及び平滑回路１４０を経て増幅された信号をＡ／Ｄ変換器を介して受信してアナログ信号をデジタル信号に変換した後、それを用いて電流を大きさを推正できるように構成される。
【００８２】
その後、ＰＷＭ制御機１６０は、推正した電流の大きさがＨブリッジ駆動部５０に要求される電流より低い場合には、ＰＷＭ信号を調節してＨブリッジ駆動部５０に印加される電流を高めるようにＰＷＭ制御信号をＰＷＭ変調部４０に提供し、前記Ｈブリッジ駆動部５０に要求される電流より高い場合には、ＰＷＭ信号を調節して前記Ｈブリッジ駆動部５０に印加される電流を低めるようにＰＷＭ制御信号を出力する。
【００８３】
尚、前記ＰＷＭ制御機１６０で算出した、前記Ｈブリッジ駆動部５０に印加された電流が過電流である場合には、前記ＰＷＭ変調部４０をオフさせるか出力信号を調節することで、過電流によるＨブリッジ駆動部５０の損傷を防止する。
【００８４】
また、前記ＰＷＭ制御機１６０で算出した、前記Ｈブリッジ駆動部５０に印加された電流が０であると検知される場合には、オープンロードと検知して、それに応じた制御を行うように構成される。
【００８５】
このように構成される閉ループ電流制御部の動作について説明すれば、次のとおりである。
【００８６】
先ず、電流検知回路１２０は、ＰＷＭ変調部４０からＨブリッジ駆動部５０に提供される電流を検知し、所定利得を有するように増幅された電流を出力させ、前記増幅された電流を低周波フィルタ及び平滑回路１４０に送出する。
【００８７】
そして、ＰＷＭ制御機１６０は、Ａ／Ｄ変換器によりデジタル化データに変換させ、前記Ｈブリッジ駆動部５０に印加された電流を算出する。
【００８８】
また、ＰＷＭ制御機１６０は、算出された電流を用いてＨブリッジ駆動部５０に印加された電流を推正し、Ｈブリッジ駆動部５０に要求される電流量より高いか否かを判断して、高い場合には電流を制限するようにＰＷＭ制御信号をＰＷＭ変調部４０に出力する。
【００８９】
前記ＰＷＭ制御機１６０は、推正した電流の大きさが要求される電流量より低い場合には、ＰＷＭ変調部４０にＰＷＭ制御信号を送信してＰＷＭ信号のデューティを可変することで、十分な電流が供給されるように調節する。
【００９０】
かかる本発明によれば、駆動素子に印加される電流の速応性を高めることで電流の安定を図り、レンズの移動時に発生し得る位置のオシレーションを防止することで、基準位置に安定して到達するようにする。
【００９１】
これを図６に図示している。図６を参照すれば、閉ループ電流制御を行う場合、電流の安定化が従来技術より迅速になされることを確認することができる。
【００９２】
さらに、図７は１００μｍ単一ステップレンズ移動による位置特性を比較した写真である。図７を参照すれば、オシレーションが発生することなく単一ステップの目標位置に迅速に安定して到達することが分かる。
【００９３】
そして、図８は複数ステップレンズ移動による位置特性を比較した図面である。図８を参照すれば、オシレーションが発生することなく複数ステップの目標位置に迅速に安定して到達することが分かる。
【００９４】
上記のように、本発明によれば、速応性を高めることで自動焦点調節時間を短縮することができるため、高速動画及び瞬間画面の撮影が可能である。
【００９５】
また、本発明の一実施例によれば、低照度で鮮明な画面撮影が可能である。
【００９６】
一方、従来は、移動すべき基準モジュール位置に対する複数の位置を設定してから移動していたが、本発明では、複数の位置を別に設定せずに直ちに移動可能である。
【００９７】
また、従来技術では、ホールセンサ出力対比位置、位置対比電流強度などの実験記録を予めメモリに格納していたが、本発明ではその設定が不要であるため、メモリの使用量が減少する効果がある。
【００９８】
一方、以上の実施形態では、前記ステップムーブ動作を前記１段階目のスキャンに適用する例を説明したが、前記２段階目のスキャンに適用してもよい。また、以上の実施形態では、合焦位置の決定処理を２段階のスキャンで行う例を説明したが、複数の段階に分けずに１回のスキャンを行う方式、及び３段階以上のスキャンを行う方式を採用してもよい。前記ステップムーブ動作は、それらの何れのスキャンにも適用可能である。
【００９９】
また、以上の実施形態では、駆動素子１２を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を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、駆動素子１２を駆動するための駆動回路として、ＰＷＭ変調部４０及びＨブリッジ駆動部５０を用いたが、パルス信号ではなく、アナログ信号で駆動される駆動素子が採用される場合、その駆動回路として、デジタル／アナログ変換回路及び増幅回路が用いられる。
【０１００】
以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明はこれに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。
【０１０１】
本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、自動焦点調節装置及びそれを備えた撮像システムに適用可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０  レンズ
１２  駆動素子
１４  位置検出素子
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
３５  位置設定回路
４０  ＰＷＭ変調部
５０  Ｈブリッジ駆動部
６０  閉ループ電流制御部
７０  画像信号処理部
１００  自動焦点調節装置
１２０  電流検知回路
１４０  低周波フィルタ及び平滑回路
１６０  ＰＷＭ制御機
５００  撮像システム
【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８】
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【図１】
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【図２】
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【図７】
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