JP2014199286A - アナログ駆動回路及びカメラモジュールの位置制御方法 - Google Patents

アナログ駆動回路及びカメラモジュールの位置制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】電流の変化量を精度よく実現し、幅広いモジュールに対して騒音の抑制効果を得ることのできるアナログ駆動回路及びカメラモジュールの位置制御方法を提供すること。
【解決手段】コイルの一端に出力端が接続される第1アナログ演算増幅器と、コイルの他端に出力端が接続される第2アナログ演算増幅器と、入力される制御信号に基づき第1アナログ演算増幅器及び第2アナログ演算増幅器に入力される指令信号を生成する制御部とを備えるアナログ駆動回路で、制御部は、指令信号の制御信号に対するゲインを段階的に変化させるよう構成されている。
【選択図】図4

Description

本発明は、アナログ駆動回路及びカメラモジュールの位置制御方法に関し、より詳細には、電流の変化量を精度よく実現し、さらに幅広いモジュールに対して騒音の抑制効果を得ることのできるようにしたアナログ駆動回路及びカメラモジュールの位置制御方法に関する。
従来から磁石とコイルが含まれるモジュールにおいては、コイルに流れる電流の向き及び大きさを調整することにより、磁石の位置制御が可能である。応用例としては、カメラのオートフォーカスレンズ制御等を挙げることができる。
図1は、従来のコイルと磁石を兼ね備えたモジュール制御回路の一例を示した図である。このモジュール制御回路は、コイル10と磁石11を兼ね備えたモジュール9を制御する回路で、CONTROL回路1が出力する信号PDNによってパワーダウン制御が行われる。すなわち、パワーダウン中にはモジュールの制御は行われず、パワーダウンを解除することによってモジュールの制御が可能となる。
パワーアップ中のモジュールの制御は、まず、磁場センサ2が磁石11が発生する磁場を検知し電気信号L1_1,L1_2へ変換する。変換された電気信号L1_1,L1_2は増幅段3によって増幅される。増幅された信号L2はBUFFER回路4によってバッファリングされ、信号VMOが生成される。モジュール9に含まれる磁石11の目標位置指示信号生成回路5は、図示しないインターフェースから入力された信号に基づいて電圧指令信号VCOを生成し、また、モジュール9の特性に応じて信号VMH,VMLを生成する。PID回路6には信号VMOとVCOが入力され、差に応じた信号VEOが出力される。信号VEOはDRIVER CONTROL回路7によってモジュール9を最適に制御できるよう増幅し、信号L3_1,L3_2を生成する。信号L3_1,L3_2はモジュール9に含まれるコイル10を駆動するAMP型ドライバ8_1,8_2に入力され、コイル10に電流Icoilを流す。コイル10に電流Icoilが流れることにより、モジュール9に含まれる磁石11には吸引力又は斥力が発生し、磁石位置が変位する。磁石位置の変位は、磁場センサ2が検知する磁場の変化、すなわち、出力信号L1_1,L1_2、ひいては信号VMOの変化として観測され、電圧指令信号VCOと一致するまでフィードバック制御を行うことにより、モジュールに含まれる磁石の位置制御を実現できる。
図2は、図1に示した制御回路中のDRIVER CONTROL回路の構成を示した図である。図中符号22,23はPDN信号によりパワーダウン制御され、正側入力がコモン電圧VCOMとなる差動増幅器である。信号VEOは、差動増幅器22によって増幅され、信号L3_1を出力する。また、信号L3_1は差動増幅器23によって増幅され信号L3_2を出力する。差動増幅器22の増幅率Gain1は、入力抵抗R1とフィードバック抵抗R2を用いるとGain1=−(R2/R1)となる。ここで、R1の値については、信号VMH,VMLの値からデコーダ回路21によって決定され、R2の値については回路設計及びモジュールの特性から決まる一定の値を取る。差動増幅器23の増幅率Gain2は、入力抵抗R3とフィードバック抵抗R4からGain2=−(R4/R3)となる。Gain2については普通、R3=R4としてGain2=−1である。よって、入力VEOに対して、出力L3_1は−R2/R1倍・出力L3_2はR2/R1倍となる。
図3(a),(b)は、モジュールの位置制御回路のDRIVER CONTROL部以降の構成及びその波形図である。モジュール34の位置制御回路のDRIVER CONTROL部31以降を簡略化して示してある。
つまり、時刻t1においてパワーダウンを解除した時の、パワーダウン信号PDN,L3_2信号のVEOに対するゲインGain1×Gain2=−Gain1,L3_1信号のVEOに対するゲインGain1,コイルに流れる電流Icoilの時間変化を図示したものである。
各Gainはパワーダウンが解除されることにより、即座にそれぞれR2/R1,−R2/R1の値に設定される。これにより、パワーアップ直後に信号VEOはR2/R1倍ないし、−R2/R1倍されコイルを駆動するAMP型ドライバ32,33へ入力され、コイル35に電流Icoilを流し、モジュール34に含まれる磁石36を変位させる。その後、磁石の位置が安定するにつれ、Icoilの値も落ち着くという時間変化となる。
例えば、特許文献1に記載のものは、構成の大型化や消費電力の増加を招くことなく、レンズの位置制御時に撮像光学系の可動部のレンズを短時間で目標位置に収束可能にした撮像装置に関するもので、AF制御においてレンズの位置制御を行う際に、撮像光学系のレンズとこのレンズを支持する弾性体とを含む可動部を制御目標位置へ移動させるとき、可動部を駆動させるための第1の制御と、可動部の振動を抑制するための第2の制御とを行い、第1の制御では、制御目標位置に対応する駆動電流値よりも小さい駆動電流値I1を供給し、可動部の駆動を開始し、第2の制御では、第1の制御の実行後、可動部の固有振動の周期T以下の時間間隔τ(例えばτ≒T/2)のタイミングで、制御目標位置に対応する駆動電流値I2を供給し、可動部の振動を打ち消すように抑制するものである。
特開2009−169010号公報
しかしながら、パワーアップ直後においては、DRIVER CONTROL回路7の入力信号VEOの初期値に対してR1/R2,−R1/R2倍されてAMP型ドライバへ入力されるため、信号VEOの初期値によっては、パワーアップ直後に大信号がAMP型ドライバへ入力され、それにより大電流がIcoilに流れてしまう場合がある。この時、Icoilの急峻な変化によってモジュールから音が聞こえてしまい、この騒音がモジュールとして使用するうえで品質上の問題となり得る。
この騒音を低減する方法としては、電流の急峻な変化を抑制するのが効果的であり、電流の急峻な変化を抑制する方法としては、コンデンサにより電流の入力波形をなまらせる方法、また、上述した特許文献1のように、電流量を2段階で上げることにより電流の変化量を抑える方法が知られる。
しかしながら、コンデンサにより電流の入力波形をなまらせる方法では、電流変化量に、コンデンサそのもののバラつきに起因する電流変化量のバラつきが生じ、意図する騒音の抑制効果が得られない場合がある。また、外付け部品の実装面積が必要となり、小型化に不利になる点・コストの増大を招く点などの問題がある。一方、電流量を2段階で上げる方法では、モジュールによっては、電流変化量の抑制の度合いが不十分となり、意図した騒音の抑制効果が得られない場合がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、電流の変化量を精度よく実現し、さらに幅広いモジュールに対して騒音の抑制効果を得ることのできるようにしたアナログ駆動回路及びカメラモジュールの位置制御方法を提供することにある。
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、コイルの一端に出力端が接続される第1アナログ演算増幅器と、前記コイルの他端に出力端が接続される第2アナログ演算増幅器と、入力される制御信号に基づき前記第1アナログ演算増幅器及び第2アナログ演算増幅器に入力される指令信号を生成する制御部とを備えるアナログ駆動回路であって、前記制御部は、前記指令信号の前記制御信号に対するゲインを段階的に変化させるよう構成されていることを特徴とする。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記制御部は、パワーダウン解除後、予め決められた値に達するまで前記ゲインを段階的に変化させるよう構成されていることを特徴とする。
また、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、前記予め決められた値は、回路設計及びモジュールの特性から決まることを特徴とする。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1,2又は3に記載の発明において、前記ゲインを単調増加させるよう構成されていることを特徴とする。
また、請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、前記ゲインのステップ数及び時間は任意に設定可能であることを特徴とする。
また、請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の発明において、前記制御部は、前記制御信号を増幅し前記指令信号を出力する差動増幅器を備え、デジタル信号により差動増幅器の抵抗値を切り替えることを特徴とする。
また、請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の発明において、前記制御部は、前記デジタル信号を生成するデコーダを備えることを特徴とする。
また、請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7のいずれかに記載の発明において、前記コイルは、カメラモジュールに含まれるコイルであることを特徴とする。
また、請求項9に記載の発明は、コイルに供給する電流量を制御することによりレンズの位置調整を行うカメラモジュールの位置制御方法であって、前記レンズに磁石を設け、当該磁石が発する磁場を磁場検出素子で検知し、当該磁場検出素子で検知した磁場から予測される前記レンズの位置と、当該レンズの目標位置と、を一致させるように、前記請求項1から請求項8のいずれかに記載のアナログ駆動回路を用いて前記コイルに電流供給を行うことを特徴とする。
本発明によれば、ステップをデジタル的に決定することにより、外付け素子のバラつきによる電流変化量のバラつきを抑えることが可能となる。また、電流変化を段階的に上げることによって幅広いモジュールに対して騒音の抑制効果を得られる。
従来のコイルと磁石を兼ね備えたモジュール制御回路の一例を示した図である。 図1に示した制御回路中のDRIVER CONTROL回路の構成を示した図である。 (a),(b)は、モジュールの位置制御回路のDRIVER CONTROL部以降の構成及びその波形図である。 本発明に係るアナログ駆動回路の実施形態を説明するための回路構成図である。 フィードバック抵抗とクロックACLKを出力する発振器、ACLKを受けてフィードバック抵抗値を決める信号を出力するデコーダ回路を示す図である。 フィードバック抵抗の値を決めるためのデコーダ回路を示した図である。 GSTEP[3:0]の値により、抵抗r0,r1,r2,r3,r4がスイッチs1,s2,s3,s4のON/OFFによってどのように見えるかを各ステップにおいて示した図である。 (a),(b)は、内部発振器とデコーダ回路とフィードバック抵抗との構成及びその時間的変化の波形を示した図である。 (a),(b)は、モジュールの位置制御回路のDRIVER CONTROL部以降の構成及びその波形図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図4は、本発明に係るアナログ駆動回路の実施形態を説明するための回路構成図で、電流量の変化を緩やかにするために、ゲイン値を段階的に変化させる部分の回路を示している。
つまり、本発明のアナログ駆動回路は、ゲインを決定する差動増幅器を有し、そのゲイン値は、回路設計及びモジュールの特性から決まるゲイン値に達するまでに段階的に上げることを特徴とする。また、段階的に上げるゲインのステップ数・時間はデジタル信号により差動増幅器の抵抗値を切り替えることで実現させることを特徴とする。
また、本発明のアナログ駆動回路は、コイルの一端に出力端が接続される第1アナログ演算増幅器と、コイルの他端に出力端が接続される第2アナログ演算増幅器と、入力される制御信号に基づき第1アナログ演算増幅器及び第2アナログ演算増幅器に入力される指令信号を生成する制御部とを備えるアナログ駆動回路である。
制御部は、指令信号の前記制御信号に対するゲインを段階的に変化させるよう構成されている。また、制御部は、パワーダウン解除後、予め決められた値に達するまでゲインを段階的に変化させるよう構成されている。
また、予め決められた値は、回路設計及びモジュールの特性から決まる。また、ゲインを単調増加させるよう構成されている。また、ゲインのステップ数及び時間は任意に設定可能である。
また、制御部は、制御信号を増幅し指令信号を出力する差動増幅器を備え、デジタル信号により差動増幅器の抵抗値を切り替える。また、制御部は、デジタル信号を生成するデコーダを備えている。また、コイルは、カメラモジュールに含まれるコイルである。
また、本発明のアナログ駆動回路は、前段回路の出力信号VEOが差動増幅器44,45によって増幅され、次段への出力L3_1,L3_2が出力されることは従来と同じである。ここで、差動増幅器44のゲイン値Gain1は、入力抵抗R1とフィードバック抵抗R2からGain1=−R2/R1と決まり、R1の値はモジュールの特性に応じた信号VMH,VMLからデコーダA回路41によって決定されることは従来と同じであるが、本発明ではフィードバック抵抗R2の値を段階的に切り替えることによって、Gain1を段階的に上げようとするものである。
フィードバック抵抗R2の値は、発振器42が出力するクロックACLKをデコーダB回路43へ入力し、デコーダB回路43はACLKに同期した信号・GSTEPを出力し、GSTEPの値に対応してフィードバック抵抗値R2が決まるという構成を取っている。フィードバック抵抗値R2をGSTEPの値に対応して大きくしていくことにより、Gain1=−R2/R1の値もGSTEPの値に対応して大きくなる。すなわち、GSTEPの値に対応して、ゲイン値を段階的に上げることを可能としている。なお、図中ではGSTEPの値が4bitの場合について図示しており、以降の記述においてもGSTEPが4bitであるものと仮定している。
図5は、フィードバック抵抗とクロックACLKを出力する発振器、ACLKを受けてフィードバック抵抗値を決める信号を出力するデコーダ回路を示す図である。
つまり、フィードバック抵抗53とクロックACLKを出力する発振器51、ACLKを受けてフィードバック抵抗値を決める信号GSTEP[3:0]を出力するデコーダ回路52を示している。
フィードバック抵抗53は、抵抗値rn(n=0,1,2,3,4)及びスイッチsn(n=1,2,3,4)から構成され、抵抗値rn(n=1,2,3,4)とスイッチsn(n=1,2,3,4)が並列となるような構成を取っている。この時、GSTEP[3:0]の値に応じてスイッチs1,s2,s3,s4をON/OFFすることによってフィードバック抵抗53の値の切り替えを可能としている。
図6は、フィードバック抵抗の値を決めるためのデコーダ回路を示した図である。クロックACLKを受けてACLKを分周するブロック61と分周したクロックCLK1,CLK2をセレクトするマルチプレクサ62と選択されたクロックCLKをカウントするためのバイナリカウンタ部63からなる。カウンタ部63の出力がGSTEP[3:0]となる。
図7は、GSTEP[3:0]の値により、抵抗r0,r1,r2,r3,r4がスイッチs1,s2,s3,s4のON/OFFによってどのように見えるかを各ステップにおいて示した図である。
なお、スイッチがONしている場合はスイッチの記号を省略しショートしているものとして図示している。
初期状態であるGSTEP[3:0]=”0000”の場合は、スイッチs1,s2,s3,s4が全てON、すなわちショートしているため、抵抗r0のみが見える。次のステップであるGSTEP[3:0]=”0001”の場合では、スイッチs2,s3,s4がON、スイッチs1がOFFしているため、見える抵抗はr0+r1である。
その次のステップであるGSTEP[3:0]=”0010”の場合では、スイッチs1,s3,s4がON、スイッチs2がOFFしているため、見える抵抗はr0+r2である。さらに次のステップであるGSTEP[3:0]=”0011”の場合では、スイッチs3,s4がON、スイッチs1,s2がOFFしているため、見える抵抗はr0+r1+r2である。
同様の考え方にてGSTEP[3:0]がカウントされるたびにスイッチをON/OFFしていき、カウント値のMAXであるGSTEP[3:0]=”1111”に達すると、スイッチs1,s2,s3,s4は全てOFFしているため、見える抵抗はr0+r1+r2+r3+r4である。この値が本来のモジュールの位置制御に必要となるゲイン値を実現する抵抗値である。
図から分かるように、スイッチで切り替える抵抗r1,r2,r3,r4の値については、r4>(r3+r2+r1),r3>(r2+r1),r2>r1を満たすように設定することで、ステップごとに見せる抵抗値を単調増加させることができ、ひいてはステップごとにゲイン値を単調増加させることが可能となる。
図8(a),(b)は、内部発振器とデコーダ回路とフィードバック抵抗との構成及びその時間的変化の波形を示した図である。つまり、内部発振器81とデコーダ回路82によって、フィードバック抵抗83の値がどのように時間変化するかを示したものである。
図中のX軸は時間の経過を示しており、時刻t1においてパワーダウンが解除されたものとしている。また、図中CLKは内部発振器81の出力ACLKをデコーダ回路82内部で分周したクロックであり、クロックの周期をTとしている。
この時のGSTEP[3:0]の値は、時間Tごとに1ずつインクリメントされており、4bitであれば0から15まで単調増加する。このGSTEPの値に応じてフィードバック抵抗83の値が単調増加し、初期値r0から最終値r0+r1+r2+r3+r4に至る。
図9(a),(b)は、モジュールの位置制御回路のDRIVER CONTROL部以降の構成及びその波形図で、モジュール94の位置制御回路のDRIVER CONTROL部91以降を簡略化して示した図である。
時刻t1においてパワーダウンを解除した時のパワーダウン信号PDN,L3_2信号のVEOに対するゲインGain1×Gain2=−Gain1,L3_1信号のVEOに対するGain1,コイル95に流れる電流Icoilの時間変化を図示したものである。
パワーアップ直後に信号VEOは各Gain倍されコイルを駆動するAMP型ドライバ92,93へ入力され、コイル95に電流Icoilを流しレンズを変位させる。パワーアップ直後においては、入力信号VEOの初期値に対して各Gain倍されてAMP型ドライバへ入力されるのであるが、各Gainが段階的に上昇していくことにより、従来方式では一点鎖線98に示すようにIcoilが急峻に変化していたものが、直線99に示すようにIcoilの変化を緩やかにすることができることが分かる。なお、符号96は磁石を示している。
Icoilの変化を緩やかにすることで、従来方式において課題であった、電流の急峻な変化により生じる騒音を抑制することを可能としている。また、ゲインステップをデジタル回路にて決めていることにより、コンデンサを用いて電流変化を抑制する場合に比べて意図する電流変化量を精度よく得ることが可能となり、外付け実装部品が不要なことから小面積化も可能である。さらに、ゲインステップを決定するクロックの周期を調整することにより、電流変化量の細かい調整が可能となり、幅広いモジュールに対して、騒音の抑制効果を得られる。
カメラモジュールの位置制御方法は、コイルに供給する電流量を制御することによりレンズの位置調整を行うカメラモジュールの位置制御方法である。
レンズに磁石を設け、当該磁石が発する磁場をHALL素子などの磁場検出素子で検知し、当該磁場検出素子で検知した磁場から予測されるレンズの位置と、当該レンズの目標位置と、を一致させるように、上述したアナログ駆動回路を用いてコイルに電流供給を行う。
このように、本発明によれば、ステップをデジタル的に決定することにより、外付け素子のバラつきによる電流変化量のバラつきを抑えることが可能となる。また、電流変化を段階的に上げることによって幅広いモジュールに対して騒音の抑制効果を得られる。
1 CONTROL回路
2 磁場センサ
3 増幅段
4 BUFFER回路
5 目標位置指示信号生成回路
6 PID回路
7 DRIVER CONTROL回路
8_1,8_2 AMP型ドライバ
9 モジュール
10 コイル
11 磁石
21 デコーダ回路
22,23 差動増幅器
31 DRIVER CONTROL部
32,33 AMP型ドライバ
34 モジュール
35 コイル
36 磁石
41 デコーダA回路
42 発振器
43 デコーダB回路
44,45 差動増幅器
51 発振器
52 デコーダ回路
53 フィードバック抵抗
61 ブロック
62 マルチプレクサ
63 バイナリカウンタ部
81 内部発振器
82 デコーダ回路
83 フィードバック抵抗
94 モジュール
91 DRIVER CONTROL部
92,93 AMP型ドライバ
95 コイル
96 磁石

Claims (9)

  1. コイルの一端に出力端が接続される第1アナログ演算増幅器と、前記コイルの他端に出力端が接続される第2アナログ演算増幅器と、入力される制御信号に基づき前記第1アナログ演算増幅器及び第2アナログ演算増幅器に入力される指令信号を生成する制御部とを備えるアナログ駆動回路であって、
    前記制御部は、前記指令信号の前記制御信号に対するゲインを段階的に変化させるよう構成されていることを特徴とするアナログ駆動回路。
  2. 前記制御部は、パワーダウン解除後、予め決められた値に達するまで前記ゲインを段階的に変化させるよう構成されていることを特徴とする請求項1に記載のアナログ駆動回路。
  3. 前記予め決められた値は、回路設計及びモジュールの特性から決まることを特徴とする請求項2に記載のアナログ駆動回路。
  4. 前記ゲインを単調増加させるよう構成されていることを特徴とする請求項1,2又は3に記載のアナログ駆動回路。
  5. 前記ゲインのステップ数及び時間は任意に設定可能であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のアナログ駆動回路。
  6. 前記制御部は、前記制御信号を増幅し前記指令信号を出力する差動増幅器を備え、デジタル信号により差動増幅器の抵抗値を切り替えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のアナログ駆動回路。
  7. 前記制御部は、前記デジタル信号を生成するデコーダを備えることを特徴とする請求項6に記載のアナログ駆動回路。
  8. 前記コイルは、カメラモジュールに含まれるコイルであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のアナログ駆動回路。
  9. コイルに供給する電流量を制御することによりレンズの位置調整を行うカメラモジュールの位置制御方法であって、
    前記レンズに磁石を設け、当該磁石が発する磁場を磁場検出素子で検知し、当該磁場検出素子で検知した磁場から予測される前記レンズの位置と、当該レンズの目標位置と、を一致させるように、前記請求項1から請求項8のいずれかに記載のアナログ駆動回路を用いて前記コイルに電流供給を行うことを特徴とするカメラモジュールの位置制御方法。
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