CN102263532A - 驱动控制电路以及调焦控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种驱动控制电路以及调焦控制电路，其目的在于降低由PWM驱动电流引起的噪声。均衡器(30)根据与对象物的状态有关的目标值与其实际测量值之差，生成用于使对象物的状态与目标值一致的控制信号。PWM调制部(40)生成与由均衡器(30)生成的控制信号相应的PWM信号。H桥驱动部(50)根据由PWM调制部(40)生成的PWM信号，生成用于驱动使对象物的状态发生变化的驱动元件(12)的驱动电流。转换速率控制部(60)根据控制信号来改变H桥驱动部(50)的电流驱动能力。

Description

驱动控制电路以及调焦控制电路
技术领域
本发明涉及一种用于驱动对对象物进行驱动的驱动元件的驱动控制电路以及使作为对象物的透镜进行移动来决定焦点位置的调焦控制电路。
背景技术
用于控制对象物的状态的驱动元件大多是利用PWM驱动信号来进行驱动的。例如，用于调整摄像机的透镜位置的马达、用于管理各种壳体内的温度的风扇、用于调整明亮度的灯等大多是利用PWM驱动电流来进行驱动的。一般来说，PWM驱动电流是由H桥电路生成的(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2009-27924号公报
发明内容
发明要解决的问题
例如在利用高频的PWM驱动电流对用于调整摄像机的透镜位置的音圈马达进行驱动的情况下，有可能由于其线圈的电磁波、电源的噪声而在摄像元件中产生噪声，从而使图像信号的质量降低。该噪声主要起因于由PWM驱动电流的上升沿和下降沿的急剧的电流变化。除摄像机领域以外，在通信设备的领域等中，也有可能该噪声对对象物产生不良影响。
本发明是鉴于这种状况而完成的，其目的在于提供一种降低由PWM驱动电流引起的噪声的技术。
用于解决问题的方案
本发明的某一方式的驱动控制电路具备：均衡器(equalizer)，其根据与对象物的状态有关的目标值与其实际测量值之差，生成用于使对象物的状态与目标值一致的控制信号；PWM调制部，其生成与由均衡器生成的控制信号相应的PWM信号；H桥驱动部，其根据由PWM调制部生成的PWM信号，生成用于驱动使对象物的状态发生变化的驱动元件的驱动电流；以及转换速率控制部，其根据控制信号来改变H桥驱动部的电流驱动能力。
本发明的另一方式是一种调焦控制电路。该调焦控制电路装载于摄像装置上，该摄像装置具备透镜、用于调整该透镜的位置的驱动元件以及用于检测该透镜的位置的位置检测元件，该调焦控制电路的特征在于，具备：均衡器，其根据基于位置检测元件的输出信号确定的透镜的位置与从外部设定的透镜的目标位置之差，生成用于使透镜的位置与目标位置一致的控制信号；PWM调制部，其生成与由均衡器生成的控制信号相应的PWM信号；H桥驱动部，其根据由PWM调制部生成的PWM信号，生成用于驱动驱动元件的驱动电流；以及转换速率控制部，其根据控制信号来改变H桥驱动部的电流驱动能力。
本发明的另一方式是一种摄像装置。该装置具备：透镜；摄像元件，其将透过透镜的光转换为电信号；驱动元件，其用于调整透镜的位置；位置检测元件，其用于检测透镜的位置；图像信号处理部，其根据摄像元件的输出信号来决定透镜的目标位置；以及上述调焦控制电路，其用于对驱动元件进行驱动。
发明的效果
根据本发明，能够降低由PWM驱动电流引起的噪声。
附图说明
图1是表示装载有实施方式所涉及的调焦控制电路的摄像装置的结构的图。
图2是用于说明由图像信号处理部进行的透镜的目标位置的决定处理的图。
图3是表示实施方式所涉及的H桥驱动部的结构例的图。
图4是用于说明转换速率控制部所要选择的多个分区的图。
图5的(a)～(d)是表示由H桥驱动部生成的电流波形的图。
附图标记说明
10：透镜；12：驱动元件；14：位置检测元件；14a：霍尔元件；16：摄像元件；20：差动放大电路；22：低通滤波器；24：模拟/数字转换电路；30：均衡器；32：减法电路；34：伺服电路；40：PWM调制部；50：H桥驱动部；51：第一H桥电路；52：第二H桥电路；53：第三H桥电路；60：转换速率(SlewRate)控制部；70：图像信号处理部；100：调焦控制电路；500：摄像装置。
具体实施方式
下面，在本说明书中，作为驱动控制电路的例子，说明对驱动装载于摄像装置上的透镜的驱动元件进行控制的自动调焦控制电路。图1是表示装载有实施方式所涉及的调焦控制电路100的摄像装置500的结构的图。摄像装置500具备透镜10、驱动元件12、位置检测元件14、摄像元件16、图像信号处理部(ISP：Image Signal Processor)70以及调焦控制电路100。在此，省略画出图像编码引擎、记录介质等与自动调焦控制无关的结构要素。
摄像元件16将透过作为光学部件的透镜10的光信号转换为电信号并输出到图像信号处理部70。摄像元件16中能够采用CCD传感器或CMOS图像传感器。
驱动元件12是调整透镜10的位置的元件，根据从调焦控制电路100提供的驱动信号使透镜10在光轴方向上移动。由此，对透镜10与摄像元件16之间的焦点距离进行调整。驱动元件12中能够采用音圈马达(VCM：Voice Coil Motor)。
位置检测元件14是用于检测透镜10的位置的元件。位置检测元件14中能够采用霍尔元件。下面，说明驱动元件12和位置检测元件14由包括音圈马达和霍尔元件的致动器构成的例子。
图像信号处理部70对从摄像元件16输出的图像信号进行处理。在本实施方式中，主要根据从摄像元件16输出的图像信号来决定透镜10的目标位置。
图2是用于说明由图像信号处理部70决定透镜10的目标位置的处理的图。当通过将快门按钮按下一半等来使自动调焦功能有效时，图像信号处理部70将用于使透镜10以规定的步长进行移动的控制信号发送到调焦控制电路100。此时，图像信号处理部70算出透镜10在各位置处拍摄到的各图像信号的锐度(sharpness)。例如，能够对各图像信号进行高通滤波，来提取各图像信号的边缘成分，对各图像信号的边缘成分进行累积，由此求出锐度。图像信号处理部70将锐度为最大值的透镜10的位置决定为对焦位置。
回到图1，调焦控制电路100具备差动放大电路20、低通滤波器22、模拟/数字转换电路(ADC：Analog-to-DigitalConverter)24、均衡器30、PWM调制部40、H桥驱动部50以及转换速率控制部60。此外，在调焦控制电路100由单片LSI(Large-Scale Integration：大规模集成电路)构成的情况下，低通滤波器22也可以设置于芯片外。
均衡器30和转换速率控制部60的结构能够在硬件上通过任意的处理器、存储器、其它L SI来实现，在软件上通过加载到存储器的程序等来实现，在此画出了通过硬件和软件的协作来实现的功能模块。因而，这些功能模块是能够只通过硬件、只通过软件或者通过它们的组合而以各种形态实现的，本领域技术人员是了解这一点的。
差动放大电路20将位置检测元件14(在此为霍尔元件)的输出端子之间的电位差进行放大来作为位置信号而输出。该霍尔元件输出与透镜10所具备的磁体产生的磁场的磁通密度相应的电压。当磁通密度随着透镜10的移动而发生变化时，该霍尔元件的输出电压也与该变化成比例地发生变化。因而，根据该霍尔元件的输出电压，能够推测出透镜10的位置。
低通滤波器22去除从差动放大电路20输出的位置信号的高频成分。模拟/数字转换电路24将从低通滤波器22输出的位置信号从模拟值转换为数字值。
均衡器30根据与对象物的状态有关的目标值与其实际测量值之差，生成用于使对象物的状态与目标值一致的控制信号。在本实施方式中，根据基于位置检测元件14的输出信号所确定的透镜10的位置与从外部(在此为图像信号处理部70)设定的透镜10的目标位置之差，生成用于使透镜10的位置与目标位置一致的控制信号。
下面，更具体地进行说明。均衡器30包括减法电路32和伺服电路34。减法电路32算出从位置检测元件14输出的位置信号与从图像信号处理部70输入的目标位置信号之差，并将该差作为误差信号而输出。在透镜10的位置位于目标位置的情况下，该差为零。伺服电路34生成用于抵消从减法电路32输出的误差信号的信号，并将该信号输出到PWM调制部40和转换速率控制部60。
PWM调制部40生成与由均衡器30生成的控制信号相应的PWM信号。更具体地说，将从均衡器30输入的控制信号转换为具有与其数字值相应的占空比的脉冲信号。H桥驱动部50根据由PWM调制部40生成的PWM信号来使对象物的状态发生变化。即，生成用于驱动使透镜10的位置进行移动的驱动元件12的驱动电流。更具体地说，生成具有与从PWM调制部40输入的PWM信号相应的电流方向和电流量的驱动电流，并提供给驱动元件12。由此，能够使透镜10向目标位置移动和收敛。
转换速率控制部60根据由均衡器30生成的控制信号来改变H桥驱动部50的电流驱动能力。更具体地说，目标值与实际测量值之差越大，转换速率控制部60使H桥驱动部50的电流驱动能力越大。在本实施方式中，从图像信号处理部70输入的目标位置与由位置检测元件14检测出的位置(下面称为检测位置)之差越大，使该电流驱动能力越大。相反，该差越小，使H桥驱动部50的电流驱动能力越小。
图3是表示实施方式所涉及的H桥驱动部50的结构例的图。H桥驱动部50具有共用输出路径的多个H桥电路(在图3中，第一H桥电路51、第二H桥电路52以及第三H桥电路53)。
第一H桥电路51包括第1-1晶体管M11、第2-1晶体管M12、第3-1晶体管M13、第4-1晶体管M14、第1-1电容C11以及第2-1电容C12。在图3中，第1-1晶体管M11和第2-1晶体管M12由P沟道MOSFET构成，第3-1晶体管M13和第4-1晶体管M14由N沟道MOSFET构成。
第1-1晶体管M11和第2-1晶体管M12的源极端子与电源电位Vdd相连接，第1-1晶体管M11和第2-1晶体管M12的栅极端子从PWM调制部40分别接收正侧的PWM驱动电压和负侧的PWM驱动电压。
第3-1晶体管M13和第4-1晶体管M14的源极端子与接地电位相连接，第3-1晶体管M13和第4-1晶体管M14的栅极端子从PWM调制部40分别接收正侧的PWM驱动电压和负侧的PWM驱动电压。
第1-1晶体管M11的漏极端子和第3-1晶体管M13的漏极端子相连接，从其连接点向驱动元件12提供正侧的驱动电流。另外，该连接点与规定的固定电位(在图3中为接地电位)之间连接有第1-1电容C11。
第2-1晶体管M12的漏极端子和第4-1晶体管M14的漏极端子相连接，从其连接点向驱动元件12提供负侧的驱动电流。另外，该连接点与规定的固定电位(在图3中为接地电位)之间连接有第2-1电容C12。能够利用第1-1电容C11和第2-1电容C12的电容值来对该驱动电流波形的边沿的钝化程度进行调整。
当利用上述正侧的PWM驱动电压和负侧的PWM驱动电压进行控制使得第1-1晶体管M11和第4-1晶体管M14导通、且第2-1晶体管M12和第3-1晶体管M13截止时，驱动元件12中流过正电流，当进行控制使得第1-1晶体管M11和第4-1晶体管M14截止、且第2-1晶体管M12和第3-1晶体管M13导通时，驱动元件12中流过负电流。
第二H桥电路52和第三H桥电路53的结构与第一H桥电路51的结构相同。此外，也可以将第二H桥电路52所包含的第1-2晶体管M21、第2-2晶体管M22、第3-2晶体管M23、第4-2晶体管M24、第1-2电容C21以及第2-2电容C22的规格与第一H桥电路51所包含的对应的结构要素的规格不同。对于第三H桥电路53所包含的第1-3晶体管M31、第2-3晶体管M32、第3-3晶体管M33、第4-3晶体管M34、第1-3电容C31以及第2-3电容C32也是同样的。
按照基尔霍夫电流定律对第一H桥电路51的正侧的驱动电流、第二H桥电路52的正侧的驱动电流以及第三H桥电路53的正侧的驱动电流进行加法运算，并提供给驱动元件12的正侧端子。同样地，按照基尔霍夫电流定律对第一H桥电路51的负侧的驱动电流、第二H桥电路52的负侧的驱动电流以及第三H桥电路53的负侧的驱动电流进行加法运算，并提供给驱动元件12的负侧端子。
转换速率控制部60根据由均衡器30生成的控制信号来决定多个H桥电路中应设为有效的H桥电路的数量。更具体地说，将该控制信号的值分成多个分区，根据该分区来决定应设为有效的H桥电路的数量。为了使某个H桥电路无效，可以将该桥电路的电源切断，也可以使构成该H桥电路的所有晶体管截止以形成高阻抗状态。
图4是用于说明转换速率控制部60所要选择的多个分区的图。在此，对由均衡器30生成的控制信号的值进行标准化，在+100～-100的范围内画出了该标准化后的控制信号的值。当透镜10的目标位置与上述检测位置之差不存在时该值为0，当在接近(或远离)方向上偏离最大时该值为+100，当在远离(或接近)方向上偏离最大时该值为-100。
在上述控制信号的值为±(0～33)的情况下，转换速率控制部60使一个H桥电路有效，在±(34～66)的情况下，使两个H桥电路有效，在±(67～100)的情况下，使三个H桥电路有效。即，进行如下的控制：上述检测位置离上述目标位置越远，将越大的电流提供给驱动元件12。相反，上述检测位置离上述目标位置越近，将越小的电流提供给驱动元件12。
图5是表示由H桥驱动部50生成的电流波形的一例的图。图5的(a)表示通常的PWM输出电流波形。图5的(b)表示使H桥驱动部50所包含的H桥电路中的一个H桥电路有效的情况下的输出电流波形。图5的(c)表示使H桥驱动部50所包含的H桥电路中的两个H桥电路有效的情况下的输出电流波形。图5的(d)表示使H桥驱动部50所包含的H桥电路中的三个H桥电路有效的情况下的输出电流波形。
如以上所说明的，根据本实施方式，在具备利用PWM驱动电流进行驱动的元件且为了将对象物的状态维持为规定的状态而进行反馈控制的装置中，通过根据目标值与实际测量值之差来自适应地改变驱动电流能力，能够降低由PWM驱动电流引起的噪声。即，在目标值与实际测量值之差小的情况下，能够通过将PWM驱动电流波形的边缘的倾斜度调整为缓和来降低由于该边沿产生的高频噪声。此外，在该差小的情况下，由于不需要大的驱动力，因此以调整后的驱动电流也能够达到所期望的目的。
在应用于自动调焦控制电路的情况下，能够抑制由于由PWM驱动电流波形的边沿引起的高频噪声而图像质量降低。
以上，根据几个实施方式说明了本发明。本实施方式是例示的，针对这些各结构要素、各处理工序的组合，存在各种变形例，而这种变形例也属于本发明的保护范围，本领域技术人员是了解这一点的。
例如，也可以使由转换速率控制部60进行的上述分区的切换具有滞后性。例如，转换速率控制部60也可以进行如下的控制：在规定的设定期间内上述控制信号的值从当前的分区进入特定的分区的次数为规定的设定次数时，切换到该特定的分区，在未达到该规定次数的情况下，留在当前的分区。另外，也可以在各分区之间设置维持当前的分区的死区。通过这些控制，能够抑制不必要地切换PwM驱动电流波形的事态。
另外，在上述实施方式中，将驱动元件12设为音圈马达，但是也可以使用压电元件、步进马达等。另外，将位置检测元件14设为霍尔元件，但是也可以使用MR元件或光反射器(photo-reflector)等。另外，H桥驱动部50所包含的H桥电路的数量不限于三个，也可以是两个，还可以是四个以上。

Claims (5)

1.一种驱动控制电路，其特征在于，具备：
均衡器，其根据与对象物的状态有关的目标值与其实际测量值之差，生成用于使上述对象物的状态与上述目标值一致的控制信号；
PWM调制部，其生成与由上述均衡器生成的控制信号相应的PWM信号；
H桥驱动部，其根据由上述PWM调制部生成的PWM信号，生成用于驱动使上述对象物的状态发生变化的驱动元件的驱动电流；以及
转换速率控制部，其根据上述控制信号来改变上述H桥驱动部的电流驱动能力。
2.根据权利要求1所述的驱动控制电路，其特征在于，
上述目标值与上述实际测量值之差越大，上述转换速率控制部使上述电流驱动能力越大。
3.根据权利要求1所述的驱动控制电路，其特征在于，
上述H桥驱动部具有共用输出路径的多个H桥电路，
上述转换速率控制部决定上述多个H桥电路中应设为有效的H桥电路的数量。
4.根据权利要求3所述的驱动控制电路，其特征在于，
上述转换速率控制部将上述控制信号的值分成多个分区，根据该分区来决定上述应设为有效的H桥电路的数量。
5.一种调焦控制电路，装载于摄像装置上，该摄像装置具备透镜、用于调整该透镜的位置的驱动元件以及用于检测该透镜的位置的位置检测元件，该调焦控制电路的特征在于，具备：
均衡器，其根据基于上述位置检测元件的输出信号确定的上述透镜的位置与从外部设定的上述透镜的目标位置之差，生成用于使上述透镜的位置与上述目标位置一致的控制信号；
PWM调制部，其生成与由上述均衡器生成的控制信号相应的PWM信号；
H桥驱动部，其根据由上述PWM调制部生成的PWM信号，生成用于驱动上述驱动元件的驱动电流；以及
转换速率控制部，其根据上述控制信号来改变上述H桥驱动部的电流驱动能力。
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