CN102355551B - 霍尔元件控制电路 - Google Patents

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Abstract

霍尔元件控制电路简化摄像机组件及其输入输出布线。第一端子(T1a)是用于向霍尔元件(14)的高电位侧输入端子(T1b)提供偏置电压的端子。第二端子(T2b)是用于向霍尔元件(14)的低电位侧输入端子(T2b)提供地电位的端子。P沟道型晶体管(Mp1)的源极端子连接在电源电位上，漏极端子连接在第一端子上。运算放大器(OP2)对规定的设定电压和第一端子(T1a)的电压进行差动放大来控制P沟道型晶体管(Mp1)的栅极电压。

Description

霍尔元件控制电路
技术领域
本发明涉及一种用于向霍尔元件提供恒电流的偏置电流的霍尔元件控制电路。
背景技术
霍尔元件是用于检测对象物的位置的元件，例如用于摄像机的自动调焦控制中的透镜位置的检测等中。为了排除元件偏差、环境变化的影响，一般对霍尔元件进行恒电流驱动(例如，参照专利文献1、2)。
专利文献1：日本特开2009-156642号公报
专利文献2：日本特开2006-79471号公报
发明内容
发明要解决的问题
在便携式电话机、智能手机中大多搭载有摄像机，搭载了自动调焦功能的摄像机也已实用化。对搭载在这种便携式终端上的摄像机组件及其输入输出布线越来越要求小型化以及简化。
本发明是鉴于这种状况而完成的，其目的在于提供一种简化摄像机组件及其输入输出布线的技术。
用于解决问题的方案
本发明的一个方式的霍尔元件控制电路，经由布线构件与霍尔元件相连接并控制霍尔元件，具备：第一端子，其用于向霍尔元件的高电位侧输入端子提供偏置电压；第二端子，其用于向霍尔元件的低电位侧输入端子提供地电位；晶体管，其源极端子与电源电位相连接，其漏极端子与第一端子相连接；以及运算放大器，其对规定的设定电压与第一端子的电压进行差动放大，控制晶体管的栅极电压。
本发明的另一方式是一种调焦控制电路。该调焦控制电路搭载在摄像装置上，所述摄像装置具备透镜、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，其中，所述调焦控制电路具备：均衡器(equalizer)，其根据基于霍尔元件的输出信号所确定的透镜的位置与从外部设定的透镜的目标位置之间的差，来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；驱动部，其根据由PWM调制部生成的PWM信号来生成用于驱动驱动元件的驱动电流；以及上述的霍尔元件控制电路。
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；霍尔元件，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；以及上述的调焦控制电路，其用于驱动驱动元件。
发明的效果
根据本发明，能够简化摄像机组件及其输入输出布线。
附图说明
图1是表示搭载了包含本发明的实施方式所涉及的霍尔元件控制电路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决定透镜的目标位置的处理的图。
图3是用于说明比较例所涉及的摄像机组件、调焦控制电路以及布线构件的安装例的图。
图4是表示比较例所涉及的霍尔元件以及恒电流驱动电路的结构例的电路图。
图5是用于说明本发明的实施方式所涉及的摄像机组件、调焦控制电路以及布线构件的安装例的图。
图6是表示本发明的实施方式所涉及的霍尔元件以及恒电流驱动电路的结构例1的电路图。
图7是表示本发明的实施方式所涉及的霍尔元件以及恒电流驱动电路的结构例2的电路图。
附图标记说明
5：透镜；10：摄像机组件；12：音圈马达；14：霍尔元件；20：摄像元件；30：霍尔元件控制电路；32：差动放大电路；34：恒电流驱动电路；OP2：运算放大器；MP1：p沟道型晶体管；MP2：p沟道型晶体管；R12：电阻；42：低通滤波器；44：模拟/数字转换电路；50：均衡器；52：减法电路；54：伺服电路；60：PWM调制部；70：H桥驱动部；80：图像信号处理部；100：调焦控制电路；200：布线构件；500：摄像装置。
具体实施方式
图1是表示搭载了包括本发明的实施方式所涉及的霍尔元件控制电路30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5；音圈马达(VCM)12；霍尔元件14；摄像元件20；图像信号处理部(ISP：Image Signal Processor)80；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20将透过作为光学部件的透镜5的光信号转换为电信号并输出到图像信号处理部80。对摄像元件20能够采用CCD传感器或者CM0S图像传感器。
音圈马达12是调整透镜5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5在光轴方向上移动。由此，调整透镜5与摄像元件20之间的焦点距离。
霍尔元件14是用于检测透镜5的位置的元件。音圈马达12以及霍尔元件14设置在一个致动器(以下，在本说明书中称作摄像机组件10(参照图3、图5))上。
图像信号处理部80处理从摄像元件20输出的图像信号。在本实施方式中，主要根据从摄像元件20输出的图像信号来决定透镜5的目标位置。
图2是用于说明由图像信号处理部80决定透镜5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80将用于使透镜5以规定的步长进行移动的控制信号发送给调焦控制电路100。此时，图像信号处理部80算出透镜5在各位置处时拍摄得到的各图像信号的锐度(sharpness)。例如，能够通过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80将锐度为最大值的透镜5的位置决定为对焦位置。
返回到图1，调焦控制电路100具备霍尔元件控制电路30、低通滤波器42、模拟/数字转换电路44、均衡器50、PWM调制部60以及H桥驱动部70。此外，在调焦控制电路100由单片LSI构成的情况下，低通滤波器42也可以设置在芯片外。
霍尔元件控制电路30是控制霍尔元件14的电路，包括差动放大电路32以及恒电流驱动电路34。差动放大电路32将霍尔元件14的输出端子间的电位差进行放大并作为位置信号而输出。霍尔元件14固定在构成调焦控制机构的框体上，输出与固定在透镜5上的磁体所产生的磁场的磁通密度相应的电压。当磁通密度根据透镜5的移动而发生变化时，霍尔元件14的输出电压也与该变化成比例地发生变化。因而，能够根据霍尔元件14的输出电压推测出透镜5的位置。此外，即使设为将霍尔元件14固定在透镜5上而将磁体固定在框体上的结构，也能够根据霍尔元件14的输出电压推测透镜5的位置。后面说明恒电流驱动电路34。
低通滤波器42去除从差动放大电路32输出的位置信号的高频成分。模拟/数字转换电路44将从低通滤波器42输出的位置信号从模拟值转换为数字值。
均衡器50根据基于霍尔元件14的输出信号所确定的透镜5的位置与从外部(在此为图像信号处理部80)设定的透镜5的目标位置之间的差，生成用于使透镜5的位置与目标位置一致的控制信号。
以下，更具体地进行说明。均衡器50包括减法电路52以及伺服电路54。减法电路52算出从霍尔元件14输出的位置信号与从图像信号处理部80输入的目标位置信号之间的差，并将该差作为误差信号而输出。在透镜5的位置位于目标位置的情况下，该差为零。伺服电路54生成用于抵消从减法电路52输出的误差信号的信号，并将该信号输出到PWM调制部60。
PWM调制部60生成与由均衡器50生成的控制信号相应的PWM信号。更具体地说，将从均衡器50输入的控制信号转换为具有与该数字值相应的占空比的脉冲信号。H桥驱动部70根据由PWM调制部60生成的PWM信号生成用于驱动音圈马达12的驱动电流，该音圈马达12改变透镜5的位置。更具体地说，生成具有与从PWM调制部60输入的PWM信号相应的电流方向以及电流量的驱动电流，并提供给音圈马达12。由此，能够使透镜5向目标位置移动以及收敛。
图3是用于说明比较例所涉及的摄像机组件10、调焦控制电路100以及布线构件200的安装例的图。调焦控制电路100经由布线构件200与摄像机组件10(更具体地说霍尔元件14以及音圈马达12)相连接。
在该比较例中，调焦控制电路100包括第一端子T 1a、第二端子T2a、第三端子T3a、第四端子T4a、第五端子T5a、第六端子T6a以及第七端子T7a。与此对应地，摄像机组件10包括第一端子T1b、第二端子T2b、第三端子T3b、第四端子T4b、第五端子T5b、第六端子T6b以及第七端子T7b。分别相对应的端子间是通过布线来电连接的。
在此，布线构件200是由薄膜状的挠性布线形成的。此外，在图3中以相同的粗细来描绘了7根布线，但是实际上地布线在挠性布线的整个背面被设置为地层。该地层起到屏蔽效果。
第一端子T1a、T1b间的布线是用于从调焦控制电路100向霍尔元件14传递高电位侧偏置电压的布线。在图3中传递电源电压。第五端子T5a、T5b间的布线是用于从调焦控制电路100向霍尔元件14传递低电位侧偏置电压的布线。第三端子T3a、T3b间的布线是用于从霍尔元件14向调焦控制电路100传递正电位侧输出电压的布线。第四端子T4a、T4b间的布线是用于从霍尔元件14向调焦控制电路100传递负电位侧输出电压的布线。第二端子T2a、T2b间的布线是地布线。
第六端子T6a、T6b间的布线是用于从调焦控制电路100向音圈马达12传递正侧的驱动信号的布线。第七端子T7a、T6b间的布线是用于从调焦控制电路100向音圈马达12传递负侧的驱动信号的布线。在本说明书中不关注音圈马达12的驱动，因此在以下的说明中忽略考虑第六端子T6a、T6b间的布线以及第七端子T7a、T7b间的布线。
图4是表示比较例所涉及的霍尔元件14以及恒电流驱动电路34的结构例的电路图。在调焦控制电路100侧的恒电流驱动电路34中，在电源电位Vdd和地电位之间串联连接有N沟道型晶体管Mn1和电阻R1。对运算放大器OP1的非反转输入端子输入规定的设定电压Vt，对运算放大器OP1的反转输入端子输入N沟道型晶体管Mn1与电阻R1之间的连接点电压。运算放大器OP1的输出端子与N沟道晶体管Mn1的栅极端子相连接。
对霍尔元件14的第一端子T1b输入作为高电位侧偏置电压的电源电位Vdd。对霍尔元件14的第五端子T5b输入作为低电位侧偏置电压的N沟道型晶体管Mn1与电阻R1之间的连接点电压。
根据下述式(1)来定义霍尔元件14的输出电压V。
V＝α·I·B  …(式1)
α表示元件参数，I表示偏置电流，B表示磁通密度。
在图4中，对霍尔元件14进行恒电流驱动。即，运算放大器OP1通过控制N沟道型晶体管Mn1的栅极电压，将N沟道型晶体管Mn1和电阻R1之间的连接点电压控制为恒定，通过控制使得在霍尔元件14中流过恒电流的偏置电流。此外，在图4中省略画出霍尔元件14的输出电压路径，但是霍尔元件14的输出电压经由第三端子T3a、T3b间的布线以及第四端子T4a、T4b间的布线输入到差动放大电路32的两个输入端子。
图5是用于说明本发明的实施方式所涉及的摄像机组件10、调焦控制电路100以及布线构件200的安装例的图。与图3相比，其结构省略了调焦控制电路100的第五端子T5a、摄像机组件10的第五端子5b以及两个端子间的布线。
图6是表示本发明的实施方式所涉及的霍尔元件14以及恒电流驱动电路34的结构例1的电路图。在调焦控制电路100侧的恒电流驱动电路34中，在电源电位Vdd和第一端子T1a间连接有p沟道型晶体管Mp1。更详细地说，p沟道型晶体管Mp1的源极端子连接在电源电位Vdd上，p沟道型晶体管Mp1的漏极端子连接在第一端子T1a上。
对运算放大器OP2的反转输入端子输入规定的设定电压Vt，对运算放大器OP2的非反转输入端子输入第一端子T1a的电压，运算放大器OP2的输出端子连接在P沟道型晶体管Mp1的栅极端子上。运算放大器OP2对规定的设定电压Vt和第一端子T1a的电压进行差动放大，并控制P沟道型晶体管Mp1的栅极电压。通过该控制，经由第一端子T1a提供给霍尔元件14的第一端子T1b的偏置电压维持为恒电压。经由第二端子T2a对霍尔元件14的第二端子T2b提供地电位。
图7是表示本发明的实施方式所涉及的霍尔元件14以及恒电流驱动电路34的结构例2的电路图。结构例2是采用电流镜(current mirror)结构的例子。具备串联连接P沟道型晶体管Mp2和电阻R12而成的第二串联电路，该第二串联电路相对于将P沟道型晶体管Mp1和霍尔元件14串联连接而成的第一串联电路构成电流镜电路。
运算放大器OP2将P沟道型晶体管Mp2与电阻R12之间的连接点电压用作霍尔元件14的高电位侧输入端子电压的镜电压。即，运算放大器OP2对规定的设定电压Vt和该连接点电压进行差动放大，并控制P沟道型晶体管Mp1以及P沟道型晶体管Mp1的栅极电压。
当比较图3、图5时，在图5中布线构件200作为负责传递霍尔元件14的输入输出电压的布线，由从霍尔元件控制电路30向霍尔元件14传递偏置电压的布线、从霍尔元件14向霍尔元件控制电路30传递正电位侧输出电压的布线、从霍尔元件14向霍尔元件控制电路30传递负电位侧输出电压的布线以及地布线这四根布线构成。与此相对，在图3中由五根布线构成。
如以上所说明的那样，根据本实施方式，通过向霍尔元件14的高电位侧输入端子提供恒电压来进行恒电流驱动，能够简化摄像机组件及其输入输出布线。一般在进行恒电流驱动的情况下，在其对象元件的低电位侧输入端子与地之间大多设置N沟道型晶体管。这是因为，与p沟道型晶体管相比，N沟道型晶体管的导通电阻更低，电流效率更高。
与此相对，在本实施方式中，通过在霍尔元件14的高电位侧输入端子和电源电位之间设置p沟道型晶体管，能够将摄像机组件10以及调焦控制电路100的各自的端子数削减一个。这是因为，霍尔元件14的低电位侧输入端子能够转用于地端子。另外，也能够将布线构件200的布线数削减一根。
以上，根据几个实施方式说明了本发明。该实施方式是例示性的，本领域技术人员应理解这些各结构要素、各处理过程的组合能够存在各种变形例以及这些变形例也落入本发明的保护范围内。
在以上的实施方式中，说明了将音圈马达用作驱动元件的例子，但是也可以使用压电元件。本实施方式也能够应用于对压电元件等的移动对象的位置信号进行反馈控制使该移动对象移动的情况。

Claims (5)

1.一种霍尔元件控制电路，经由布线构件与霍尔元件相连接并控制所述霍尔元件，该霍尔元件控制电路的特征在于，具备：
第一端子，其用于向所述霍尔元件的高电位侧输入端子提供偏置电压；
第二端子，其用于向所述霍尔元件的低电位侧输入端子提供地电位；
晶体管，其源极端子与电源电位相连接，其漏极端子与所述第一端子相连接；以及
运算放大器，其对规定的设定电压与所述第一端子的电压进行差动放大，控制所述晶体管的栅极电压。
2.根据权利要求1所述的霍尔元件控制电路，其特征在于，
所述晶体管和所述霍尔元件串联连接形成第一串联电路，所述霍尔元件控制电路还具备将其它晶体管和电阻串联连接形成的第二串联电路，其中，该第二串联电路相对于第一串联电路构成电流镜电路，
所述运算放大器将所述其它晶体管与所述电阻之间的连接点电压用作所述霍尔元件的高电位侧输入端子电压的镜电压。
3.根据权利要求1或者2所述的霍尔元件控制电路，其特征在于，还具备：
第三端子，其接收所述霍尔元件的高电位侧提供的输出电压；以及
第四端子，其接收所述霍尔元件的低电位侧提供的输出电压。
4.根据权利要求1或2所述的霍尔元件控制电路，其特征在于，
所述布线构件作为负责传递所述霍尔元件的输入输出电压的布线，由如下四根布线构成：
从所述霍尔元件控制电路向所述霍尔元件传递偏置电压的布线；
从所述霍尔元件向所述霍尔元件控制电路传递正电位侧输出电压的布线；
从所述霍尔元件向所述霍尔元件控制电路传递负电位侧输出电压的布线；以及
地布线。
5.根据权利要求3所述的霍尔元件控制电路，其特征在于，
所述布线构件作为负责传递所述霍尔元件的输入输出电压的布线，由如下四根布线构成：
从所述霍尔元件控制电路向所述霍尔元件传递偏置电压的布线；
从所述霍尔元件向所述霍尔元件控制电路传递正电位侧输出电压的布线；
从所述霍尔元件向所述霍尔元件控制电路传递负电位侧输出电压的布线；以及
地布线。
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