JP2020005492A - アクチュエータを制御するためのアクチュエータ制御回路及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】アクチュエータにおける誘導EMFを効果的に補償し、それによってアクチュエータの整定時間を短縮することができるアクチュエータ制御回路及び方法を提供する。【解決手段】この方法及び装置は、誘導電圧に従ってフィードバック信号を生成し、フィードバック信号のゲインを選択的に調整するための様々な信号処理機能を更に生成するための様々な回路及び/又はシステムを含む。所定の周波数範囲外にあるフィードバック信号の一部を減衰させるように、かつフィードバック信号のゲインを調整するように、構成されたフィードバック制御回路220を含む。【選択図】図6
Description
本発明は、アクチュエータを制御するためのアクチュエータ制御回路及び方法に関する。
携帯電話、カメラ及びコンピュータなどの電子デバイスは、一般に、レンズモジュールを画像センサと共に使用して画像をキャプチャする。多くの撮像システムは、画像センサに対するレンズの位置を調整することによって画像品質を改善するために、様々な制御及び/又はオートフォーカス方法並びに様々な信号処理技術を採用している。
位置制御及び/又はオートフォーカスシステムは、概して、レンズを最適な位置又は他の所望の位置に移動させて画像品質を高めるよう、アクチュエータと共に動作する。リニアアクチュエータなど、多くの電子デバイスは、オートフォーカスを容易にするため、かつ/又はレンズを位置付けるために低ノイズの直線運動を利用する。しかしながら、リニアアクチュエータの機械的特性により、アクチュエータの整定時間は、アクチュエータによって誘導される電圧(誘導起電力(EMF))に起因して、所望よりも大きくなり得る。
本発明は、アクチュエータを制御するためのアクチュエータ制御回路及び方法に関する。
本発明によって解決される技術的問題は、従来のアクチュエータ制御回路が、アクチュエータにおける誘導EMFを効果的に補償することができず、結果としてアクチュエータの望ましくない整定時間がもたらされることである。
一態様では、アクチュエータ制御回路は、アクチュエータに連結され、駆動信号をアクチュエータに供給するように構成された駆動回路と、駆動回路に接続され、フィードバック信号を生成するように構成されたフィードバックネットワークと、を含み、フィードバックネットワークは、駆動回路の出力端子に接続された誘導電圧検出回路と、所定の周波数範囲外にあるフィードバック信号の一部を減衰させ、かつフィードバック信号のゲインを調整するように構成されたフィードバック制御回路と、を含む。
一実施形態では、フィードバック制御回路は、バンドパスフィルタと、ゲイン制御回路であって、バンドパスフィルタの出力端子に接続され、かつカウンタ値に従ってフィードバック信号のゲインを調整するように構成された増幅器と、バンドパスフィルタと増幅器の入力端子との間に接続された第1のスイッチであって、カウンタ値に従って動作される第1のスイッチと、増幅器の出力端子に接続された第2のスイッチであって、カウンタ値に従って動作される第2のスイッチと、を含む、ゲイン制御回路と、を含む。
一実施形態では、フィードバック制御回路は、第1のカウント期間のフィードバック信号のゲインを減少させ、かつ第2のカウント期間のフィードバック信号のゲインを増加させるように更に構成される。
一実施形態では、アクチュエータ制御回路は、第1のカウント期間と第2のカウント期間との間の期間に、フィードバック制御回路を無効化するように更に構成される。
別の態様では、アクチュエータを制御するための方法は、駆動信号をアクチュエータに供給することと、アクチュエータによって生成された誘導電圧を検出することと、検出された誘導電圧に従ってフィードバック信号を生成することと、フィードバック信号の一部分を減衰させることと、フィードバック信号のゲインを調整することと、フィードバック信号に従ってアクチュエータを動作させることと、を含む。
一動作では、ゲインを調整することは、第1のカウント期間中にゲインを減少させることと、第2のカウント期間中にゲインを増加させることと、を含む。
一動作では、この方法は、第1のカウント期間と第2のカウント期間との間の期間に、フィードバック信号を無効化することを更に含む。
本発明によって成し遂げられる技術的効果は、アクチュエータにおける誘導EMFを効果的に補償することができる制御回路を提供し、それによってアクチュエータの整定時間を軽減している。
本技術のより完全な理解は、以下の例示的な図と関連して考慮される場合、詳細な説明を参照することによって導出され得る。
本技術は、機能ブロック構成要素及び様々な処理工程に関して説明され得る。このような機能ブロックは、特定の機能を実行し、様々な結果を達成するように構成された任意の数の構成要素によって実現され得る。例えば、本技術は、様々な機能を実行し得る、様々なアクチュエータ、センサ、レンズ、トランジスタ及びコンデンサのような半導体デバイスなどを採用することができる。加えて、本技術は、自動車、航空宇宙、医療、科学、監視、及び家電などの任意の数のシステムと共に実施することができ、説明されるシステムは、この技術のための例示的な用途に過ぎない。更に、本技術は、画像データのキャプチャ、画像データのサンプリング、画像データの処理などの任意の数の従来技術を採用することができる。
本技術の様々な態様によるアクチュエータ制御のための方法及び装置は、撮像システム、「スマートデバイス」、ウェアラブル、家電などの任意の好適な電子システムと共に動作し得る。図1を参照すると、例示的な撮像システム100は、デジタルカメラ、スマートフォン又はポータブルコンピューティングデバイスなどの電子デバイスに組み込まれていてもよい。例えば、様々な実施形態では、撮像システム100は、カメラモジュール105及び画像信号プロセッサ(ISP)130を含んでもよい。
カメラモジュール105は、画像データをキャプチャし、オートフォーカス及び/又は光学画像安定化などの様々な動作機能を実行し得る。例えば、カメラモジュール105は、画像センサ125と、画像センサ125に隣接して位置付けられたレンズモジュール115と、制御回路120と、を含んでもよい。制御回路120及びレンズモジュール115は、互いに通信し、一緒に動作して、レンズモジュール115の位置を調製するよう、かつ/又は物体若しくはシーンを画像センサ125の焦点に自動的に合わせるように構成されてもよい。
画像センサ125は、画像データをキャプチャするように好適に構成されてもよい。例えば、画像センサ125は、光を検出し、(物体を通過又は反射するときの)光波の可変減衰を電気信号に変換することによって、光を検出し、画像を構成する情報を伝達するための画素アレイ(図示せず)を含み得る。画素アレイは、行及び列に配置された複数の画素を含んでもよく、画素アレイは、任意の数の行及び列、例えば数百又は数千の行及び列を含んでもよい。それぞれの画素は、光を検出し、検出された光を電荷に変換するために、フォトゲート、フォトダイオードなどの任意の好適なフォトセンサを含んでもよい。画像センサ125は、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)及び電荷結合素子内のアクティブ画素センサなどの任意の適切な技術と組み合わせて実装されてもよい。
レンズモジュール115は、画像センサ125の感知面上で集光するように構成されてもよい。例えば、レンズモジュール115は、画像センサ125の感知面に隣接して配置された固定直径を有するレンズ135を含んでもよい。レンズモジュール115は、アクチュエータ110、例えば、制御回路120に応答して、x軸、y軸及びz軸のうちのいずれか1つに沿ってレンズ135を移動させるように構成されたボイスコイルモータ(VCM)などのリニア共振アクチュエータを更に含んでもよい。
様々な実施形態では、撮像システム100は、レンズ135を再配置するため、かつ/又はオートフォーカス機能を実行するため、レンズ135を固定するレンズモジュール115の部分を移動させるように構成される。例えば、レンズモジュール115は、静止部分(図示せず)に対して移動する入れ子式部分(図示せず)を含んでもよい。様々な実施形態では、入れ子式部分は、レンズ135を固定してもよい。そういうものとして、アクチュエータ110は、入れ子式部分を移動させることで、レンズ135を画像センサ125から遠ざけるか又はそれに近づけて、物体又はシーンを画像センサ125の焦点に合わせすることができる。様々な実施形態では、画像センサ125は、静止部分に固定されてもよく、又は静止部分から一定の距離で配置されてもよい。
様々な実施形態では、ISP130は、色補間、色補正、オートフォーカスの促進、露光調整、ノイズ低減、ホワイトバランス調整、圧縮などの様々なデジタル信号処理機能を実行して、出力画像を生成し得る。ISP130は、計算を実行し、画像画素データを送受信するためのトランジスタ、コンデンサなどの任意の数の半導体デバイスと、画素データを記憶するためのランダムアクセスメモリ、不揮発性メモリ又は特定の用途に好適な任意の他のメモリデバイスなどの記憶ユニットと、を含んでもよい。様々な実施形態では、ISP130は、プログラム可能な論理デバイス、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、又は再構成可能なデジタル回路を有する任意の他のデバイスなどのプログラム可能な論理デバイスを用いて実装され得る。他の実施形態では、ISP130は、非プログラマブルデバイスを使用してハードウェアに実装されてもよい。ISP130は、任意の好適な相補型金属酸化物半導体(CMOS)技術又は製造プロセスを使用して、ASIC(特定用途向け集積回路)では、プロセッサ及びメモリシステムを使用して、又は別の好適な実装を使用して、シリコン内の集積回路内に部分的又は全体的に形成され得る。
様々な実施形態によれば、ISP130は、画像センサ125から受信した画素データに従って初期位置信号T1を生成するように更に構成される。例えば、ISP130は、画素データに基づいて、レンズモジュール115の焦点の程度を決定するように装備されてもよい。次いで、ISP130は、最も高い焦点度を提供する位置を決定し得る。初期位置信号T1は、最も高い焦点度を提供する位置を表す。ISP130は、初期位置信号T1を制御回路120に送信するように構成されてもよい。
ISP130は、画像データを記憶及び/又は閲覧するために、表示画面又はメモリ構成要素などの出力デバイスに出力画像を送信し得る。出力デバイスは、ISP130からビデオデータ、画像データ、フレームデータ及び/又はゲイン情報などのデジタル画像データを受信し得る。様々な実施形態では、出力デバイスは、コンピュータディスプレイ、メモリカード又は何らかの他の外部ユニットなどの外部デバイスを含んでもよい。
制御回路120は、システム内の様々なデバイスに対する電力を制御し、供給する。例えば、制御回路120は、アクチュエータ110を所望の位置に移動させるために、レンズモジュール115に対する電力を制御し、供給し得る。制御回路120は、ISP130、画像センサ125、及び/又は他のシステムと共に動作して、アクチュエータ110に供給する適切な量の電力及び/又は電流を決定し得る。制御回路120は、特定の大きさ及び方向を有する電流IDRを生成し、アクチュエータ110に供給してもよく、次いで、レンズ135を移動させる。制御回路120は、アクチュエータ110にエネルギーを供給することができる任意の好適なデバイス及び/又はシステムを含んでもよい。
概して、アクチュエータ110は、制御回路120によって供給される電流IDRに比例する量でレンズ135を移動させることによって、電流IDRに応答する。例示的な実施形態によれば、アクチュエータ110は、ボイスコイルモータを含んでもよい。動作中、アクチュエータ110は、起因する変化に対抗する自己誘導電圧(逆EMF)を生成し得、電流IDRの変化率が速いほど、逆EMFは大きくなる。結果として、アクチュエータ110は、所望の時間内にターゲット位置に到達し得ない。
制御回路120は、フィードバック信号を生成するように適合された様々な回路及び/又はシステムを含んでもよく、最終位置信号C’を生成し、最終位置信号C’に従って電流IDRを生成することによって応答し、電流IDRをアクチュエータ110に供給し、次いで、アクチュエータ110(及びレンズ135)を対応する位置に移動させる。例えば、制御回路120は、ドライバ250、フィードバックネットワーク及び加算回路265を含んでもよい。
例示的な実施形態によれば、ドライバ250(すなわち、駆動回路)は、アクチュエータ110を駆動し、レンズ135の所望の位置への移動を容易にする。例えば、ドライバ250は、駆動信号(すなわち、電流IDR)を生成することによって、DAC出力信号Cを受信して応答し得る。ドライバ250は、アクチュエータ110への電流IDRを制御することによって、最終位置信号C’に対応する所望の位置を達成するためにレンズ135の移動を容易にし得、次いで、レンズ135の移動の大きさ及び方向を制御する(図1)。例えば、ドライバ250は、駆動信号をアクチュエータ110に印加してもよく、駆動信号は最終位置信号C’に対応する。ドライバ250は、入力信号に応答して所望の電流出力を維持するために、回路全体にわたる電圧を変化させるための任意の好適な回路を含んでもよい。
一実施形態では、図2を参照すると、ドライバ250は、アクチュエータ110を第1の方向又は反対の第2の方向のいずれかに動作させるように、アクチュエータ110に連結されてもよい。例えば、ドライバ250は、第1の出力端子OUT1及び第2の出力端子OUT2の両方を介して電流IDRを生成してもよく、電流IDRは、第1の出力端子OUT1から第2の出力端子OUT2(すなわち、順方向)に流れてもよく、又は電流IDRは、第2の出力端子OUT2から第1の出力端子OUT1(すなわち、逆方向)に流れてもよい。電流IDRの方向は、最終ターゲット位置信号C’の符号及び大きさに基づいてもよい。
動作中、誘導電圧は、第1の出力端子OUT1又は第2の出力端子OUT2のいずれかに現れる。例えば、図2を参照すると、電流IDRが第2の出力端子OUT2から第1の出力端子OUT1に流れているとき、誘導電圧は第1の出力端子OUT1に現れる。あるいは、電流IDRが第1の出力端子OUT1から第2の出力端子OUT2に流れているとき(図示せず)、誘導電圧は、第2の出力端子OUT2に現れる。
代替的な実施形態では、図4を参照すると、電流IDRは一方向のみに流れる。本実施形態では、ドライバ250は、1つの出力端子OUTのみを含み得る。
制御回路120は、所望のアクチュエータ位置に対応する最終位置信号C’を生成するために、ISP130からのデータを利用するための様々な回路及び/又はシステムを更に含んでもよい。例えば、制御回路120は、ISP130と通信し、初期位置信号T1などの位置情報を記憶するように構成された、ターゲットレジスタ240を含んでもよい。ターゲットレジスタ240は、任意の所与の時間に複数の変数を記憶することができる任意の好適なメモリ又は記憶装置を含んでもよい。
制御回路120は、レンズ135のターゲット位置に対応する更新位置信号T2を生成するように構成されたターゲット発生器を更に含んでもよい。ターゲット発生器235は、ターゲットレジスタ240内に記憶されたデータにアクセスして、比較を実行する、かつ/又は更新された位置信号T2を生成するように構成されてもよい。例えば、ターゲット発生器235は、ターゲットレジスタ240に接続されてもよい。様々な実施形態によれば、ターゲット発生器235は、米国特許第9,520,823号に記載されている信号発生器を含んでもよい。
図2〜6を参照すると、制御回路120は、アクチュエータ110(及びレンズ135)が所望の位置に到達する時間の長さを減少させるために、様々なフィードバック回路及び/又はネットワークを含んでもよい。一般に、制御回路120が所望の位置を決定し、アクチュエータ110に電流IDRを印加すると、アクチュエータ110(及びレンズ135)は、所望の位置に整定する前に一定時間振動する。この時間は、整定時間と称されてもよい。制御回路120は、フィードバック制御システム及び/又は信号を利用して、整定時間を減少させ得る。例えば、フィードバックネットワークは、誘導電圧検出回路205(A/B)と、フィードバック信号を生成するために一緒に動作するフィードバック制御回路220と、を含んでもよい。
図2〜図5を参照すると、誘導電圧検出回路205(A/B)は、アクチュエータ110によって生成された誘導電圧を検出し、誘導電圧信号Dを生成するように構成されてもよい。一実施形態では、図2及び図3を参照すると、誘導電圧検出回路205(A)は、双方向アクチュエータシステム内の第1及び第2の出力端子OUT1、OUT2の両方に接続され得る。
一方向アクチュエータシステムでは、図4及び図5を参照すると、誘導電圧検出回路205(B)は、単一の出力端子OUTに連結され得る。様々な実施形態では、誘導電圧検出回路205(A/B)は、DAC出力信号C及び/又は加算器出力C’(最終位置信号C’とも称される)を受信するように更に通信可能に連結されてもよい。様々な実施形態では、誘導電圧検出回路205(A/B)は、出力電圧レプリカ回路305及び差動増幅器310を含んでもよい。
一実施形態では、図3を参照すると、誘導電圧検出回路205(A)は、スイッチ300を更に含んでもよい。スイッチ300は、アクチュエータ110を通る電流IDRの方向を表す制御信号に従って、2つの入力のうちの1つを差動増幅器310に選択的に接続するように構成されてもよい。
スイッチ300は、第1及び第2の出力端子OUT1、OUT2に接続されてもよく、第1の出力端子OUT1における信号は、第1の信号Aと称されてもよく、第2の出力端子OUT2における信号は、第2の信号Bと称されてもよい。スイッチ300は、制御信号に従って第1の信号A又は第2の信号Bのうちの1つを差動増幅器310に選択的に連結するように構成されてもよい。例えば、図3を参照すると、スイッチ300が正の符号(+)を有する制御信号を受信した場合、スイッチ300は、第2の出力端子OUT2(第2の信号B)を差動増幅器310に連結することができ、スイッチ300が負の符号(−)を有する制御信号を受信した場合、スイッチ300は、第1の出力端子OUT1(第1の信号A)を差動増幅器310に結合し得る。スイッチ300は、従来のアナログスイッチ、マルチプレクサ、トランジスタ、ゲーテッドラッチ回路など、制御信号に従って様々な入力のうちの1つを選択する任意の好適な回路及び/又はシステムを含んでもよい。
別の実施形態では、図5を参照すると、第1の信号Aは差動増幅器310に直接送信されてもよい。
出力電圧レプリカ回路305は、DAC出力信号C及び/又は加算器出力(例えば、最終位置信号C’)などの信号を受信し、受信した信号を利用して、ドライバ250に印加された電圧を複製する電圧VREP(レプリカ電圧)を生成するように構成される。
出力電圧レプリカ回路305は、差動増幅器310にレプリカ電圧VREPを送信するように更に構成される。出力電圧レプリカ回路305は、様々な入力信号に従って電圧を複製することができる任意の好適な回路及び/又はシステムを含んでもよい。例示的な実施形態によれば、レプリカ電圧VREPは、以下の等式に従って説明することができる:VREP=VDD−IDR *R。式中、VDDは供給電圧であり、IDRはアクチュエータ110を通る電流であり、Rはアクチュエータ110の抵抗である。
差動増幅器310は、2つの入力信号(例えば、入力電圧)間の差を増幅するように構成されてもよい。一実施形態では、図3を参照すると、差動増幅器310は、反転端子(−)でスイッチ300から第1の信号A及び第2の信号Bのうちの1つ、及び非反転端子(+)でレプリカ電圧VREPを受信し得る。代替実施形態では、図5を参照すると、差動増幅器310は、反転端子(−)で第1の信号A、及び非反転端子(+)でレプリカ電圧VREPを受信し得る。様々な実施形態によれば、反転端子(−)への信号入力は、以下の等式に従って説明される:A/B=VDD−(IDR *R)+/−Ve。式中、VDDは供給電圧であり、IDRはアクチュエータ110を通る電流であり、Rはアクチュエータの抵抗であり、Veは誘導電圧である。
差動増幅器310は、誘導電圧Veを表す差動出力信号(誘導電圧信号Dとも称される)を出力し得る。様々な実施形態では、差動増幅器310は、誘導電圧信号Dを信号変換器に送信し得る。例示的な実施形態では、誘導電圧信号Dは、以下の等式に従って説明される:D=+/−Ve。式中、Veは誘導電圧である。
制御回路120は、少なくとも1つの信号変換器、例えばアナログ・デジタル変換器(ADC)215を更に含んでもよい。様々な実施形態では、ADC215は、フィードバックネットワークの一部であってもよい。ADC215は、アナログ信号を受信し、アナログ信号をデジタル信号に変換する。ADC215は、任意の好適なシステム、デバイス又はADCアーキテクチャを含んでもよい。様々な実施形態では、ADC215は、誘導電圧信号Dを受信してデジタル信号に変換するように構成された誘導電圧検出回路205(A/B)の出力端子に接続される。ADC215は、デジタル形式で誘導電圧信号Dを表す出力信号ADCOUTをフィードバック制御回路220に送信し得る。
図6を参照すると、フィードバック制御回路220は、信号の所望の周波数を減衰させ、信号のゲインを選択的に調節し、かつ/又は最終フィードバック出力信号FOUTを生成するように構成されてもよい。例示的な実施形態によれば、フィードバック制御回路220は、ADC215の出力端子と加算回路265の入力端子との間に接続される。したがって、フィードバック制御回路220は、ADC出力信号ADCOUTを受信し、それに対する様々なフィルタリング及びゲイン制御を実行する。フィードバック制御回路220はまた、ターゲット発生器235に応答し得る。例えば、フィードバック制御回路220は、ターゲット発生器235から又はそこに関連する動作及び/若しくは位置情報を直接的又は間接的のいずれかで受信し得る。フィードバック制御回路220は、動作及び/又は位置情報に従って、信号のゲインを制御し、かつ/又はフィルタリング動作を実行し得る。
様々な実施形態によれば、フィードバック制御回路220は、特定の制御シーケンスに従って動作する。制御シーケンスは、ターゲット発生器235に従ってフィルタ、様々なスイッチ及び/又はゲインの動作を制御することにより、フィードバック制御回路220を有効化/無効化することができる。例えば、制御シーケンスは、ターゲット発生器235の動作状態(例えば、オン又はオフ)及び/又は他の関連情報に対応し得る。
様々な実施形態によれば、フィードバック制御回路220は、ターゲット発生器235に直接接続されるか、又は通信可能に接続されてもよく、フィードバック制御回路220は、動作状態及び/又は他の関連情報を示すターゲット発生器235から1つ以上の制御信号を受信し得る。
フィードバック制御回路220は、バンドパスフィルタ、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、フィードバック補正フィルタなどの様々な信号フィルタリングを実行する任意の好適な回路及び/又はシステムを含んでもよい。特定のフィルタは、特定の用途及び/又は所望のフィルタリング能力に従って選択されてもよい。更に、フィードバック制御回路220は、所望のゲインを信号に選択的に適用するのに好適な任意の回路及び/又はシステムを含んでもよい。
例示的な実施形態では、図6を参照すると、フィードバック制御回路220は、所定の高周波数及び低周波数を除去し、中間周波数(高周波数と低周波数との間の周波数)が通過することを可能にするためのバンドパスフィルタ600を含んでもよい。バンドパスフィルタ600は、ADC215に接続され、ADC出力信号ADCOUTを受信するように構成されてもよい。バンドパスフィルタ600は、従来のバンドパスフィルタ又は特定の周波数を減衰させるのに好適な任意の他のフィルタを含んでもよい。バンドパスフィルタ600は、関連するデータを一時的に記憶し、かつ/又は記憶されたデータの時間遅延デバイスとして動作するため、複数のレジスタを更に含んでもよい。
フィードバック制御回路220は、入力信号のゲインを選択的に制御及び/又は調整するように構成されたゲイン制御回路605を更に含んでもよい。例示的な実施形態では、ゲイン制御回路605は、バンドパスフィルタ600の出力端子に接続されてもよい。したがって、ゲイン制御回路605は、バンドパスフィルタ600からの出力信号を受信してゲインを適用し得る。
例示的な実施形態によれば、ゲイン制御回路605は、第1の制御信号に応答する第1のスイッチSW1と、データを記憶するように構成されたレジスタ610と、入力信号(例えば、入力電圧)に可変ゲインを適用するように構成された増幅器615と、第2の制御信号に応答する第2のスイッチSW2と、を含んでもよい。
第1のスイッチSW1は、バンドパスフィルタ600とレジスタ610との間に接続されてもよく、増幅器615は、レジスタ610と第2のスイッチSW2との間に接続されてもよく、第2のスイッチSW2は、増幅器615と加算回路265との間に接続されてもよい。したがって、最終フィードバック出力信号FOUTは、増幅器615の出力電圧に対応する。
様々な実施形態において、制御回路120は、ターゲット発生器235から更新された位置信号T2を利用し、フィードバック制御回路220から最終フィードバック出力信号FOUTを利用して、最終位置信号C’を生成する。例えば、制御回路は、加算回路265を利用して、更新された位置信号T2を最終フィードバック出力信号FOUTに加算して、最終位置信号C’を計算することができる。様々な実施形態によれば、最終フィードバック信号FOUT及び更新された位置信号T2の両方を利用することにより、1つの位置から別の位置へ移動するときに、アクチュエータ110のより滑らかな動きをもたらす。
制御回路120は、信号をドライバ250に送信する前に、最終位置信号C’をDAC出力信号Cなどのアナログ信号に変換するために、デジタル・アナログ変換器(DAC)245などの第2の信号変換器を更に含んでもよい。例えば、DAC245の入力端子は、加算回路265の出力端子に接続されてもよい。DAC出力信号Cは、正の値であっても負の値であってもよく、DAC出力信号Cの符号及び特定の数値は、電流IDR(又は電圧)の方向及び大きさのそれぞれに対応し得る。DAC245は、DAC出力信号Cをドライバ250に伝達することができ、ドライバ250は、例えば、DAC出力信号Cの符号及び/又は大きさに従って動作することによって、DAC出力信号Cに応答する。例えば、正の値は、電流IDRが第1の出力端子OUT1から第2の出力端子OUT2に流れるようにし得る。逆に、負の値は、電流IDRが第2の出力端子OUT2から第1の出力端子OUT1に流れるようにし得る。DAC245は、DAC出力信号Cの符号(正又は負)を誘導電圧検出回路205(A/B)に更に伝達してもよい。様々な実施形態では、DAC出力信号Cは、コード(例えば、DACコード)を含む。DAC出力信号Cは、電流、電圧、又はパルス幅変調に対応してもよい。
制御回路120は、制御回路120内の様々な構成要素を制御するように構成された処理回路(図示せず)を更に含んでもよい。処理回路は、様々な信号を受信し、制御シーケンスに従って様々な制御信号を送信し得る。処理回路は、バンドパスフィルタ600、ゲイン制御回路605、ターゲット発生器235及びターゲットレジスタ240など、制御回路120内の様々な構成要素に直接接続されてもよく又は通信可能に接続されてもよい。例えば、処理回路は、増幅器615のゲインを制御するために、かつ/又はターゲット発生器235からの動作及び/若しくは位置情報に従ってバンドパスフィルタ600の動作を制御するために、第1及び第2のスイッチSW1、SW2を制御する信号を送信し得る。したがって、処理回路は、制御シーケンスに基づいてフィードバック制御回路220の動作を容易にし得る。処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア又は組み合わせに実装されてもよい。例えば、処理回路は、所定の方法でデータを受信し、そのデータに従って出力を生成するように適合された様々な論理回路を含んでもよい。処理回路は、クロック信号(図示せず)に従ってカウンタ値を生成するカウンタ(図示せず)を更に含んでもよい。
動作中、アクチュエータ110は、ユーザによって誘導される外部振動に起因する振動、又は初期位置の変化に起因する振動を経験する場合があり、その両方が誘導電圧を発生させ得る。様々な実施形態によれば、アクチュエータ制御のための方法及び装置は、誘導電圧を検出及び/又は測定し、最終位置信号C’を調整して、誘導電圧の効果を補償する、ないしは別の方法で低減させることによって、アクチュエータ110の整定時間を低減するように動作する。アクチュエータ制御のための方法及び装置はまた、アクチュエータ110の誘導電圧を決定し、アクチュエータ110に送信される電流IDRを制御することによってフィードバック信号の完全性を改善することにより、アクチュエータ110の整定時間を低減するように動作してもよい。様々な実施形態によれば、特定の方法で電流IDRを制御することにより、アクチュエータ110は、1つの位置から異なる位置へと円滑に移行することを可能にする。これにより、アクチュエータ110は、短時間で所望の位置に到達することができる。様々な実施形態によれば、電流IDRは、最終フィードバック制御信号FOUT及び更新された位置信号T2などの複数の変数に基づいて計算される。
この方法及び装置は、制御シーケンスに従って決定される適切な時間に、アクチュエータ110に進む電流IDRを停止させ、電流IDRを次第に減少させ、電流IDRを徐々に増加させるように更に動作してもよい。結果として、この方法及び装置は、既存の方法及び装置(図7)よりも短い時間でターゲット範囲800内に収束するレンズ変位出力波形(図8)を生成し得る。
この方法及び装置は、最終位置信号C’が制御回路120の動作状態に従って変化するように、様々な周波数をフィルタリングし、可変ゲインをフィードバック信号に選択的に適用するための様々なデジタル信号処理機能を更に実装してもよい。
例示的な動作における図2、図6及び図8〜図11を参照すると、外部振動又は初期位置信号T1の変化(900)のいずれかに応答して、ドライバ出力信号(例えば、双方向システムの場合は信号A及びB、又は一方向システムの場合は信号A)は、ドライバ250の出力端子(すなわち、OUT1及びOUT2)とアクチュエータ110との間に接続された伝送路を介して誘導電圧検出回路205(A/B)に送信される(905)。制御回路120(及び/又は処理回路)はまた、電流IDR(一般にコードの形態で)の方向(例えば、順方向又は逆方向)及びDAC出力信号Cを誘導電圧検出回路205(A/B)に送信する(910)。
次いで、誘導電圧検出回路205(A/B)は、誘導電圧信号Dを生成し、ADC215に送信し得る(915)。ADC215が信号を変換し、変換された信号をフィードバック制御回路220に送信した後、フィードバック制御回路220を制御シーケンスに従って動作させることができる。
制御シーケンスに従ってフィードバック制御回路220を動作させることは、変換された信号のフィルタリングを実行することと、特定の時間又はイベントにおいて変換された信号にゲインを適用することとを含んでもよい(920)。制御シーケンスに従ってフィードバック制御回路220を動作させることは、フィードバック制御回路220を特定の時間又はイベントで有効化及び無効化することを更に含んでもよい。
次いで、制御回路120は、DAC出力信号Cに従って電流IDRを生成し、アクチュエータ110に印加する。フィードバック制御回路220が有効化される場合、フィードバック制御回路220は、最終フィードバック出力信号FOUTを加算回路265に送信し、加算回路265は最終フィードバック出力信号FOUT及び更新された位置信号T2を加算して最終位置信号C’を生成する(922)。次いで、制御回路120は、最終位置信号C’をDAC245に送信する(925)。次いで、制御回路120は、DAC出力信号Cに従って電流IDRを生成する。換言すれば、ドライバ250は、最終フィードバック出力信号FOUT及び更新された位置信号T2に従って、電流IDRを生成し、アクチュエータ110に印加する。
フィードバック制御回路220が無効化されている場合、加算回路265は最終フィードバック出力信号FOUTを受信せず、ドライバ250は、更新された位置信号T2のみに対応する電流IDRを生成し、印加し得る。
制御回路120は、動作及び/又は制御シーケンスの状態に従って、フィードバック制御回路220を有効化/無効化し得る。例えば、制御回路120は、ターゲット発生器235が動作している(すなわち、オンである及び/又はカウンタ値0〜Nに対応している)かどうかを決定し得る(1000)。ターゲット発生器235が動作している場合、ターゲット発生器235は動作し続け、新しい更新位置信号T2を生成し(1005)、制御シーケンスを実行し(1010)、シーケンスが完了するまでカウンタの値(カウンタ値)をインクリメントする(1015)。
ターゲット発生器235が動作していない場合、制御回路120はカウンタ値を決定し得る(1020)。カウンタ値がゼロより大きい場合、制御回路120は、その特定の時間でカウンタ値に対応する制御シーケンスを実行し(1010)、シーケンスが完了するまでカウンタ値をインクリメントし得る(1015)。
カウンタ値がゼロ以下である場合(すなわち、カウンタ値がゼロに等しい)場合、制御回路120は、ターゲットレジスタ240が新しい初期位置値T1で更新されているかどうかを決定し得る(1025)。ターゲットレジスタ240が更新されていない場合、制御回路120は開始に戻る。ターゲットレジスタ240が更新されている場合、制御回路120は、新しいレジスタ値(例えば、新たな初期位置値T1)に従って新しい電流IDRを設定する。次いで、制御回路120は、カウンタ値ゼロに対応するシーケンスで始まる制御シーケンスを実行し(1010)、シーケンスが完了するまでカウンタ値をインクリメントする(1015)。
図10を参照すると、制御回路120は、制御シーケンスを利用して、フィードバック制御回路220、例えば、バンドパスフィルタ600及びゲイン制御回路615の制御(すなわち、有効化又は無効化)を容易にし得る。例えば、増幅器615は、カウンタ値、ターゲット発生器235の動作状態、及び/又はターゲットレジスタ240の状態に基づいて、特定のゲインを入力信号に適用し、カウンタ値に従って第1及び第2のスイッチSW1、SW2を制御し得る。
制御シーケンスは、最終カウンタ値Mを含んでもよく、例えば最終カウンタ値は5〜10の範囲であってもよい。加えて、カウンタが所定の値Nに達すると、ゲインはゼロ(カットオフ)に設定され、第1及び第2のスイッチSW1、SW2の両方がオフ(開)にされる。所定の値Nは、0〜Mの任意の数、例えば1〜9であってよく、所望の最終フィードバック出力信号FOUT及び/又は所望の電流IDRに従って選択されてもよい。
例示的な実施形態では、カウンタ値0〜N−1に対応する制御シーケンスは、有効化シーケンスと称されてもよく、フィードバック制御回路220は、それらのシーケンス中に有効化される。本カウンタ値の間に、制御回路120は、増幅器615のゲインを約1/2〜1/8に漸増的に減少させる。漸進的な減少数は、1〜N−1のカウントの総数に基づき、1〜N−1のカウントの総数は、第1のカウント期間と称されてもよい。例えば、漸進的な減少数は、2〜5の範囲であってもよい。制御回路120は、通常の動作中、例えばカウンタ値0の間、又はデータを消去し、新しいデータを遅延レジスタ(図示せず)に入力する際のいずれかに、バンドパスフィルタ600を動作させ得る。本カウンタ値の間、第1のスイッチSW1はオフ(開)であり、第2のスイッチSW2はオン(閉)である。
カウンタ値Nに対応する制御シーケンスは、無効化シーケンスと称されてもよく、フィードバック制御回路220は、そのシーケンスの間に無効化される。本カウンタ値の間、制御回路120は、増幅器615のゲインをカットオフし、第1及び第2のスイッチSW1、SW2をオフにする。
同様に、カウンタ値N+1〜Mに対応する制御シーケンスは、有効化シーケンスとも称され、フィードバック制御回路220は、それらのシーケンス中に有効化される。本カウンタ値の間、制御回路120は、増幅器615のゲインを約1/8〜1/2に漸進的に増加させる。漸進的な増加数は、N+1〜Mのカウントの総数に基づき、N+1〜Mからのカウントの総数は、第2のカウント期間と称されてもよい。例えば、漸進的な減少数は、2〜5の範囲であってもよい。制御回路120は、通常動作中にバンドパスフィルタ600を動作させ得る。本カウンタ値の間、第1及び第2のスイッチSW1、SW2の両方はオン(閉)である。
前述の説明において、本技術は、特定の例示的な実施形態を参照して説明されてきた。しかしながら、記載されている本技術の範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変更を行うことができる。説明及び図面は、限定的ではなく、例示的に見なされるべきであり、そのような全ての修正は、本技術の範囲内に含まれることが意図される。したがって、技術の範囲は、単に上述の特定の実施例によるのではなく、記載されている一般的な実施形態及びそれらの法的等価物により、決定されるべきである。例えば、任意の方法又はプロセスの実施形態に記載される工程は、任意の適切な順序で実行されてもよく、特定の実施例で提示される明示的な順序に限定されない。更に、任意のシステムの実施形態に記載される構成要素及び/又は要素は、本技術と実質的に同じ結果を生成するために、様々な順列で組み合わされてもよく、したがって、特定の実施例に記載される特定の構成に限定されない。
特定の実施形態に関する利益、他の利点及び問題に対する解決策が上述されてきた。しかしながら、任意の利益、利点、問題に対する解決策、又は任意の特定の利益、利点、若しくは解決策を生じさせるか、又はより顕著にさせ得る任意の要素は、重要な、必要とされる又は必須の特徴若しくは構成要素として解釈されるべきではない。
用語「含む(comprises)」、「含む(comprising)」、又はそれらの任意の変形は、非排他的な包含に言及することを意図しており、そのため、要素のリストを含むプロセス、方法、物品、組成物又は装置は、記載された要素のみを含むのではなく、そのようなプロセス、方法、物品、組成物又は装置には明示的に列挙されておらず、それらに固有でもない他の要素も含み得る。具体的に記載されていないものに加えて、本技術の実施に使用される上述の構造、配置、用途、割合、要素、材料、又は構成要素の他の組み合わせ及び/又は修正は、同一の一般原則から逸脱することなく、変更されるか、ないしは別の方法で特定の環境、製造仕様、設計パラメータ又は他の動作要件に特に適合されてもよい。
本技術は、例示的な実施形態を参照して上述されてきた。しかしながら、本技術の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態に対する変更及び修正が行われてもよい。これら及び他の変更又は修正は、本技術の範囲内に含まれることが意図されている。
一態様によれば、アクチュエータ制御回路は、アクチュエータに連結され、駆動信号をアクチュエータに供給するように構成された駆動回路と、駆動回路に接続され、フィードバック信号を生成するように構成されたフィードバックネットワークと、を含み、フィードバックネットワークは、駆動回路の出力端子に接続された誘導電圧検出回路と、所定の周波数範囲外にあるフィードバック信号の一部を減衰させ、フィードバック信号のゲインを調整するフィードバック制御回路と、を含む。
一実施形態では、フィードバック制御回路は、バンドパスフィルタと、バンドパスフィルタの出力端子に接続されたゲイン制御回路と、を含む。
一実施形態では、ゲイン制御回路は、増幅器と、バンドパスフィルタと増幅器の入力端子との間に接続された第1のスイッチと、増幅器の出力端子に接続された第2のスイッチと、を含む。
一実施形態では、増幅器は、カウンタ値に従ってフィードバック信号のゲインを調整するように構成され、第1及び第2のスイッチはカウンタ値に従って動作される。
一実施形態では、フィードバック制御回路は、第1のカウント期間のフィードバック信号のゲインを減少させ、かつ第2のカウント期間のフィードバック信号のゲインを増加させるように更に構成される。
一実施形態では、アクチュエータ制御回路は、第1のカウント期間と第2のカウント期間との間の期間に、フィードバック制御回路を無効化するように更に構成される。
一実施形態では、フィードバックネットワークは、誘導電圧検出回路とフィードバック制御回路との間に接続され、フィードバック信号をデジタル信号に変換するように構成されたアナログ・デジタル変換器(ADC)を更に含む。
一実施形態では、アクチュエータ制御回路は、駆動回路の入力端子及び誘導電圧検出回路の入力端子に接続されたデジタル・アナログ変換器(DAC)を更に含む。
一実施形態では、誘導電圧検出回路は、DACの出力端子に接続された複製回路と、レプリカ回路の出力端子に接続された差動増幅器と、を含む。
一実施形態では、誘導電圧検出回路は、駆動回路を通る電流の方向に関する情報を受信するように更に構成される。
別の態様によれば、アクチュエータを制御するための方法は、駆動信号をアクチュエータに供給することと、アクチュエータによって生成された誘導電圧を検出することと、検出された誘導電圧に従ってフィードバック信号を生成することと、フィードバック信号の一部分を減衰させることと、フィードバック信号のゲインを調整することと、フィードバック信号に従ってアクチュエータを動作させることと、を含む。
一動作では、本方法は、位置信号を受信することと、位置信号及びフィードバック信号に従ってアクチュエータを動作させることと、を更に含む。
一動作では、ゲインを調整することは、第1のカウント期間中にゲインを減少させることと、第2のカウント期間中にゲインを増加させることと、を含む。
一動作では、この方法は、第1のカウント期間と第2のカウント期間との間の期間に、フィードバック信号を無効化することを更に含む。
更に別の態様によれば、アクチュエータとのオートフォーカスを実行することができる撮像システムは、初期位置信号を生成するように構成された画像信号プロセッサ(ISP)と、画像信号プロセッサに接続されたカメラモジュールであって、画像信号プロセッサに連結された画像センサであって、画像センサは、画像データを画像信号プロセッサに送信する、画像センサと、ISPに接続され、画像信号プロセッサから初期位置信号を受信するように構成された制御回路であって、制御回路は、アクチュエータに接続された駆動回路と、駆動回路に接続され、フィードバック信号を生成するように構成されたフィードバックネットワークであって、フィードバックネットワークは、駆動回路の出力端子に接続された誘導電圧検出回路と、誘導電圧検出回路に接続され、所定の周波数範囲外にあるフィードバック信号の一部を減衰させるよう、かつフィードバック信号のゲインを調整するように構成されたフィードバック制御回路と、を含む、フィードバックネットワークと、ISPに接続され、初期位置信号に従って更新された位置信号を生成するように構成されたターゲット発生器回路と、を含む、制御回路と、を含む、カメラモジュールと、を含み、制御回路は、フィードバック信号及び更新された位置信号に基づいて、アクチュエータに電流を供給する。
一実施形態では、フィードバック制御回路は、バンドパスフィルタと、バンドパスフィルタの出力端子に接続されたゲイン制御回路と、を含む。
一実施形態では、ゲイン制御回路は、増幅器と、バンドパスフィルタと増幅器の入力端子との間に接続された第1のスイッチと、増幅器の出力端子に接続された第2のスイッチと、を含む。
一実施形態では、増幅器は、カウンタ値に従ってフィードバック信号のゲインを調整するように構成され、第1及び第2のスイッチはカウンタ値に従って動作される。
一実施形態では、フィードバック制御回路は、第1のカウント期間のフィードバック信号のゲインを減少させ、かつ第2のカウント期間のフィードバック信号のゲインを増加させるように更に構成される。
一実施形態では、アクチュエータ制御回路は、第1のカウント期間と第2のカウント期間との間の期間に、フィードバック制御回路を無効化するように更に構成される。
Claims (7)
- アクチュエータ制御回路であって、
前記アクチュエータに連結され、前記アクチュエータに駆動信号を供給するように構成された駆動回路と、
前記駆動回路に接続され、フィードバック信号を生成するように構成されたフィードバックネットワークであって、前記フィードバックネットワークは、
前記駆動回路の出力端子に接続された誘導電圧検出回路と、
フィードバック制御回路であって、
所定の周波数範囲外にある前記フィードバック信号の一部を減衰させるように、かつ
前記フィードバック信号のゲインを調整するように、構成されたフィードバック制御回路と、を含む、フィードバックネットワークと、を含むことを特徴とする、アクチュエータ制御回路。 - 前記フィードバック制御回路が、
バンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタの出力端子に接続されたゲイン制御回路であって、
カウンタ値に従って前記フィードバック信号の前記ゲインを調整するように構成された増幅器と、
前記バンドパスフィルタと前記増幅器の入力端子との間に接続された第1のスイッチであって、前記第1のスイッチは、前記カウンタ値に従って動作される、第1のスイッチと、
前記増幅器の出力端子に接続された第2のスイッチであって、前記第2のスイッチは、前記カウンタ値に従って動作される、第2のスイッチと、を含む、ゲイン制御回路と、を含むことを特徴とする、請求項1に記載のアクチュエータ制御回路。 - 前記フィードバック制御回路が、
第1のカウント期間の前記フィードバック信号の前記ゲインを減少させるように、かつ
第2のカウント期間の前記フィードバック信号の前記ゲインを増加させるように、更に構成されていることを特徴とする、請求項1に記載のアクチュエータ制御回路。 - 前記アクチュエータ制御回路が、前記第1のカウント期間と前記第2のカウント期間との間の期間に、前記フィードバック制御回路を無効化するように、更に構成されていることを特徴とする、請求項3に記載のアクチュエータ制御回路。
- アクチュエータを制御するための方法であって、
駆動信号を前記アクチュエータに供給することと、
前記アクチュエータによって生成された誘導電圧を検出することと、
前記検出された誘導電圧に従ってフィードバック信号を生成することと、
前記フィードバック信号の一部分を減衰させることと、
前記フィードバック信号のゲインを調整することと、
前記フィードバック信号に従って前記アクチュエータを動作させることと、を含むことを特徴とする、アクチュエータを制御するための方法。 - 前記ゲインを調整することが、
第1のカウント期間中に前記ゲインを減少させることと、
第2のカウント期間中に前記ゲインを増加させることと、を含むことを特徴とする、請求項5に記載のアクチュエータを制御するための方法。 - 前記第1のカウント期間と前記第2のカウント期間との間の期間に、前記フィードバック信号を無効化することを含むことを更に特徴とする、請求項6に記載のアクチュエータを制御するための方法。
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