JP5793130B2 - 線形運動デバイスの制御装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、線形運動デバイスの制御装置及びその制御方法に関し、より詳細には、レンズの稼動範囲が変更された場合にも、線形運動デバイスの正確な位置制御を可能にした線形運動デバイスの制御装置及びその制御方法に関する。

一般のデジタルカメラ及び携帯電話機、インターネットとの親和性が高く、パソコンの機能をベースとして作られた多機能携帯電話であるスマートフォン（ｓｍａｒｔｐｈｏｎｅ）などに搭載されているカメラモジュールの多くには、オートフォーカス機能が搭載されている。このようなコンパクトなカメラに搭載されるオートフォーカス機能には、コントラスト検出方式が採用されることが多い。このコントラスト検出方式は、実際にレンズを移動させて、撮像画像内の被写体のコントラストが最大化されるレンズ位置を検出し、その位置にレンズを移動させる方式である。

このようなコントラスト検出方式は、被写体に赤外線や超音波を照射して、その反射波から被写体までの距離を測定するアクティブ方式と比較し、低コストで実現することができる。ただし、被写体のコントラストが最大化されるレンズ位置を探索するまでに時間がかかるという問題がある。そのため、ユーザがシャッターボタンを半押しした後、被写体にフォーカスを合わせるまでの処理が、１秒以内に完了することが望まれている。

ところで、一般のデジタルカメラ及び携帯電話機などに搭載されているカメラモジュールの画素数は年々増加しており、これらコンパクトなカメラでも、高精細な画像が撮影可能になってきている。高精細な画像では、ピントずれが目立ちやすく、より高精度なオートフォーカス制御が求められている。
また、一般に、入力信号と、この入力信号に応じた変位とが一次関数で表されるデバイスは、線形運動デバイスと言われている。この種の線形運動デバイスには、例えば、カメラのオートフォーカスレンズなどがある。

図１は、従来の線形運動デバイスの制御装置を説明するための構成図である。図１に示した線形運動デバイス１２の制御装置は、磁場センサ１３と差動増幅器１４と非反転出力バッファ１５と反転出力バッファ１６と第１の出力ドライバ１７と第２の出力ドライバ１８とを備えている。線形運動デバイス１２は、制御装置によってフィードバック制御されるもので、レンズ９と磁石１０とを備えている。

磁場センサ１３は、検出した磁場に基づいて信号を生成し、出力信号ＳＡとして出力する。磁場センサ１３の出力信号ＳＡとデバイス位置指令信号ＳＢは、差動増幅器１４の正転入力端子と反転入力端子とにそれぞれ入力される。磁場センサ１３の出力信号ＳＡとデバイス位置指令信号ＳＢとが入力された差動増幅器１４からは、出力ドライバ１７，１８の操作量（偏差と増幅度の積）を表す操作量信号ＳＣが出力される。

操作量信号ＳＣの大きさによって線形運動デバイス１２のコイル１１を流れる電流方向及び電流量が変化する。このコイル１１を流れる電流により、磁石１０を含む線形運動デバイス１２の位置が変化する（移動する）。このとき、磁場センサ１３の出力信号ＳＡは、磁石１０の移動に伴って変化する。制御装置は、出力信号ＳＡの変化によって線形運動デバイス１２の位置を検出し、この位置が外部から入力されるデバイス位置指令信号ＳＢによって指示される位置に一致するようにフィードバック制御を行っている。

ここで、カメラモジュール製作時において線形運動デバイス１２とイメージセンサを組み立てた際に生じるレンズ９とイメージ間の距離を調整する必要がある場合が多い。
一般的には、線形運動デバイス１２のイメージセンサ側の端点の位置を稼働可能な構造にしておき、イメージセンサと組み合わせる際に機械的に調整する場合や位置指令信号ＳＢの入力範囲を制限する場合が多い。機械的な調整を行う場合、線形運動デバイスが調整用の構造を必要とするため製造コストの増加につながる。また、位置指令信号ＳＢの入力範囲を制限する場合、位置制御の分解能が荒くなり正確な位置制御が行えない場合も考えられる。

上述した機械的な調整や位置指令信号ＳＢの入力範囲の制限を必要としない方法として、例えば、特許文献１のような方式がある。この特許文献１の方式は、実際にレンズを移動させて焦点位置を決定するフォーカス制御回路に関するもので、レンズと、このレンズの位置を調整するための駆動素子と、レンズの位置を検出するための位置検出素子とを備える撮像装置に搭載されるフォーカス制御回路において、位置検出素子の出力信号により特定されるレンズの位置と、外部から設定されるレンズの目標位置との差分をもとに、レンズの位置を目標位置に合わせるための駆動信号を生成して駆動素子に出力するイコライザと、位置検出素子のゲイン及びオフセットの少なくとも一方を調整するための調整回路とを備えたものである。

位置検出素子のゲイン及びオフセットをレンズの可動範囲が、レンズとイメージセンサ間の距離の製造ばらつきも含めて補正するように調整することで、機械的な調整を必要とせず位置指令信号ＳＢの入力範囲を制限する必要もない。

特開２０１１−２２５６３号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載されるような位置検出素子のゲイン及びオフセットを調整する方式の場合、元々イメージセンサと組み合わせる前に、線形運動デバイス単体で最適に補正された位置検出素子のゲイン及びオフセットを再調整することになる。
図２は、レンズの稼動範囲の変更を、位置検出素子のゲイン及びオフセットの調整により実現した際のデバイス（レンズ）応答図である。実線ａは、レンズの稼動範囲がＨｏｍｅ乃至Ｆｕｌｌの場合のデバイス（レンズ）応答であり、点線ｂは、レンズの稼動範囲がＨｏｍｅ＿ｃａｌ乃至Ｆｕｌｌ＿ｃａｌの場合のデバイス（レンズ）応答である。図２より、イメージセンサと組み合わせ位置検出素子のゲイン及びオフセットを再調整によるレンズの稼動範囲の変更をする事で、点線ｂの様にレンズの稼動範囲の変更を実現可能である事がわかる。しかしながら、線形運動デバイス単体で最適に補正された状態において得られていた位置制御の特性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、イメージセンサとして組み合わせた状態ではなく、線形運動デバイス単体でゲインとオフセットの調整が可能であって、レンズの稼動範囲を変更した場合にも、線形運動デバイスの応答特性を変化させることなく、正確な位置制御を可能にした線形運動デバイスの制御装置及びその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、移動体に取り付けられた磁石（３２）を有する線形運動デバイス（３１）と、該線形運動デバイスの前記磁石の近傍に配置された駆動コイル（２８）と、を備え、該駆動コイルにコイル電流が流れることによって発生する力により前記磁石に固定されているレンズ（３３）を移動させる線形運動デバイスの制御装置において、前記磁石が発生する磁場を検出し、検出された磁場の値に対応する検出位置信号値（ＶＰＲＯＣ）を出力する磁場センサ（２１）と、前記線形運動デバイスを移動すべき目標位置を指示する初期目標位置信号値を、前記線形運動デバイスの可動範囲に応じて調整した目標位置信号値（ＶＴＡＲＧ）を出力するデバイス位置指令信号発生部（２５，４０）と、前記磁場センサによる前記検出位置信号値（ＶＰＲＯＣ）と前記デバイス位置指令信号発生部による目標位置信号値（ＶＴＡＲＧ）に基づいて、前記レンズ（３３）を前記目標位置に移動させるための制御信号をＰＩＤ制御により生成する制御部（２４）と、該制御部による前記制御信号に基づいて前記駆動コイルに駆動電流を供給する出力ドライバ（２７ａ，２７ｂ）と、を備え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、前記デバイス位置指令信号発生部は、初期目標位置信号値を出力するデバイス位置指令信号生成回路と、前記線形運動デバイスの下限位置に対応する記憶値と上限位置に対応する記憶値とに基づいて、前記初期目標位置信号値を調整して前記目標位置信号値を出力するデバイス位置指令信号調整回路と、を有す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１又は２に記載の発明において、前記デバイス位置指令信号発生部（２５，４０）が、前記目標位置のうち第１の記憶値（ＰＯＳ＿ＶＴ）を記憶する第１の記憶装置（４０１ａ）と、前記目標位置のうち第２の記憶値（ＮＥＧ＿ＶＴ）を記憶する第２の記憶装置（４０１ｂ）と、前記第１の記憶値（ＰＯＳ＿ＶＴ）と前記第２の記憶値（ＮＥＧ＿ＶＴ）とを減算する減算器（４０２ａ）と、前記第１の記憶値（ＰＯＳ＿ＶＴ）と前記第２の記憶値（ＮＥＧ＿ＶＴ）とを加算する第１の加算器（４０２ｂ）と、前記減算器（４０２ａ）の出力値（ＰＯＳ＿ＶＴ−ＮＥＧ＿ＶＴ）と第３の記憶装置（４０４ａ）の記憶値とを除算する第１の除算器（４０３ａ）と、前記第１の加算器（４０２ｂ）の出力値（ＰＯＳ＿ＶＴ＋ＮＥＧ＿ＶＴ）と第４の記憶装置（４０４ｂ）の記憶値とを除算する第２の除算器（４０３ｂ）と、初期目標位置信号値（Ｖｔ＿ｉｎｉ）と前記第１の除算器（４０３ａ）の出力信号（（ＰＯＳ＿ＶＴ＋ＮＥＧ＿ＶＴ）／５１２）とを乗算する乗算器（４０５）と、該乗算器（４０５）の出力信号（Ｖｔ＿ｉｎｉ×（（ＰＯＳ＿ＶＴ＋ＮＥＧ＿ＶＴ）／５１２））と前記第２の除算器（４０３ｂ）の出力信号（（ＰＯＳ＿ＶＴ＋ＮＥＧ＿ＶＴ）／２）とを加算する第２の加算器（４０６）とを備えてい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３に記載の発明において、前記第２の加算器（４０６）の出力（Ｖｔ＿ｃａｌ）と前記初期目標位置信号値（Ｖｔ＿ｉｎｉ）とを選択するセレクタ（４０７）を備え、該セレクタは、目標位置信号切替信号（ＣＨＡＮ）により選択され前記目標位置信号値（ＶＴＡＲＧ）として出力され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のいずれか一項に記載の発明において、前記磁場センサが、ホール素子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のいずれか一項に記載の発明において、前記線形運動デバイスと前記駆動コイルが、カメラモジュールに組み込まれていることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、移動体に取り付けられた磁石を有する線形運動デバイスと、該線形運動デバイスの前記磁石の近傍に配置された駆動コイルと、を備え、該駆動コイルにコイル電流が流れることによって発生する力により前記磁石に固定されているレンズを移動させる線形運動デバイスの制御装置における制御方法において、まず、磁場センサにより、前記磁石が発生する磁場を検出し、検出された磁場の値に対応する検出位置信号値を出力するステップと、次に、デバイス位置指令信号発生部（２５，４０）により、前記線形運動デバイスを移動すべき目標位置を指示する初期目標位置信号値を、前記線形運動デバイスの可動範囲に応じて調整した目標位置信号値（ＶＴＡＲＧ）を出力するステップと、次に、制御部（２４）により、前記検出位置信号値（ＶＰＲＯＣ）と前記目標位置信号値（ＶＴＡＲＧ）に基づいて、前記レンズを前記目標位置に移動させるための制御信号をＰＩＤ制御により生成するステップと、次に、出力ドライバにより、前記制御信号に基づいて前記駆動コイルに駆動電流を供給するステップと、を有す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７に記載の発明において、前記デバイス位置指令信号発生部（２５，４０）による出力するステップが、第１の記憶装置（４０１ａ）による前記目標位置のうち第１記憶値（ＰＯＳ＿ＶＴ）を記憶するステップと、第２の記憶装置（４０１ｂ）による前記目標位置のうち第２記憶値（ＮＥＧ＿ＶＴ）を記憶するステップと、減算器（４０２ａ）による前記第１記憶値（ＰＯＳ＿ＶＴ）と前記第２記憶値（ＮＥＧ＿ＶＴ）とを減算するステップと、第１の加算器（４０２ｂ）による前記第１記憶値（ＰＯＳ＿ＶＴ）と前記第２記憶値（ＮＥＧ＿ＶＴ）とを加算するステップと、第１の除算器（４０３ａ）による前記減算器（４０２ａ）の出力値（ＰＯＳ＿ＶＴ−ＮＥＧ＿ＶＴ）と第３の記憶装置（４０４ａ）の記憶値とを除算するステップと、第２の除算器（４０３ｂ）による前記第１の加算器（４０２ｂ）の出力値（ＰＯＳ＿ＶＴ＋ＮＥＧ＿ＶＴ）と第４の記憶装置（４０４ｂ）の記憶値とを除算するステップと、乗算器（４０５）による初期目標位置信号値（Ｖｔ＿ｉｎｉ）と前記第１の除算器（４０３ａ）の出力信号（（ＰＯＳ＿ＶＴ＋ＮＥＧ＿ＶＴ）／５１２）とを乗算するステップと、第２の加算器（４０６）による前記乗算器（４０５）の出力信号（Ｖｔ＿ｉｎｉ×（（ＰＯＳ＿ＶＴ＋ＮＥＧ＿ＶＴ）／５１２））と前記第２の除算器（４０３ｂ）の出力信号（（ＰＯＳ＿ＶＴ＋ＮＥＧ＿ＶＴ）／２）とを加算するステップとを有することを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、セレクタ（４０７）による前記第２の加算器（４０６）の出力（Ｖｔ＿ｃａｌ）と前記初期目標位置信号値（Ｖｔ＿ｉｎｉ）とを選択するステップを有し、前記セレクタは、目標位置信号切替信号（ＣＨＡＮ）により選択され前記目標位置信号値（ＶＴＡＲＧ）として出力されることを特徴とする。

本発明によれば、イメージセンサとして組み合わせた状態ではなく、線形運動デバイス単体でゲインとオフセットの調整が可能であって、レンズの稼動範囲を変更した場合にも、線形運動デバイスの応答特性を変化させることなく、正確な位置制御を可能にした線形運動デバイスの制御装置及びその制御方法を実現することができる。

従来の線形運動デバイスの制御装置を説明するための構成図である。 レンズの稼動範囲の変更を、位置検出素子のゲイン及びオフセットの調整により実現した際のデバイス（レンズ）応答図である。 本発明に係る線形運動デバイスの制御装置を説明するための構成図である。 図３に示したデバイス（レンズ）位置指令信号調整回路の具体的な構成図である。 図３に示したデバイス（レンズ）位置指令信号調整回路のタイミングチャートを示す図である。 レンズの稼動範囲が変更された場合にも、目標位置信号値が０乃至５１１となることを示す図である。 本発明に係る線形運動デバイスの制御方法を説明するためのフローチャートを示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図３は、本発明に係る線形運動デバイスの制御装置を説明するための構成図である。図３においては、カメラモジュール３０のレンズの位置調整を行う制御装置２０に適用した場合について説明する。この制御装置（位置制御回路）２０は、例えば、ＩＣ回路として構成されている。なお、カメラモジュール３０は、線形運動デバイス３１と、レンズ３３を移動させる駆動コイル２８とで構成されている。したがって、駆動コイル２８に電流を流すことにより、磁石３２が移動され、その磁石３２に固定されているレンズ３３の位置調整が可能となる。

つまり、線形運動デバイス３１の制御装置２０は、レンズ（移動体）３３に取り付けられた磁石３２を有する線形運動デバイス３１と、この線形運動デバイス３１の磁石３２の近傍に配置された駆動コイル２８とを備え、この駆動コイル２８にコイル電流が流れることによって発生する力により磁石３２を移動させるように構成されている。

磁場センサ２１は、磁石３２が発生する磁場を検出し、検出された磁場の値に対応する検出位置信号値ＶＰＲＯＣを出力するものである。つまり、磁場センサ２１は、カメラモジュール３０の磁石３２が発する磁場を電気信号に変換し、検出位置信号を増幅器２２に出力する。増幅器２２は、磁場センサ２１から入力される検出位置信号を増幅する。なお、この磁場センサ２１はホール素子であることが望ましい。
また、Ａ／Ｄ変換回路２３は、磁場センサ２１からの検出位置信号を増幅器２２により増幅してＡ／Ｄ変換するもので、Ａ／Ｄ変換された検出位置信号値ＶＰＲＯＣを得るものである。

また、デバイス（レンズ）位置指令信号発生回路２５は、線形運動デバイス３１を移動すべき目標位置を指示する初期目標位置信号値Ｖｔ＿ｉｎｉ、レンズ３３稼動範囲の上限位置保存信号ＦＵＬＬ、レンズ３３稼動範囲の下限位置保存信号ＨＯＭＥ、目標位置信号切替信号ＣＨＡＮを出力するもので、デバイス（レンズ）位置指令信号調整回路４０に接続されている。

つまり、レンズ位置指令信号生成回路２５は、レンズ３３の目標位置の指示、レンズ３３稼動範囲の上限ＰＯＳ＿ＶＴ、下限ＮＥＧ＿ＶＴの指定に用いられる初期目標位置信号値Ｖｔ＿ｉｎｉを生成し、初期目標位置信号値Ｖｔ＿ｉｎｉをレンズ３３稼動範囲の上限ＰＯＳ＿ＶＴとして保存する上限位置保存信号ＦＵＬＬを生成し、初期目標位置信号値Ｖｔ＿ｉｎｉをレンズ３３稼動範囲の下限ＮＥＧ＿ＶＴとして保存する下限位置保存信号ＨＯＭＥを生成する。
さらに、目標位置信号を初期目標位置信号値Ｖｔ＿ｉｎｉと初期目標位置信号値Ｖｔ＿ｉｎｉから生成される目標位置調整後の目標位置信号値Ｖｔ＿ｃａｌとを選択する指示を位置指令信号調整回路４０に指示するための目標位置切替信号ＣＨＡＮを生成する。

また、デバイス（レンズ）位置指令信号調整回路４０は、目標位置信号値ＶＴＡＲＧを出力するもので、ＰＩＤ制御回路２４に接続されている。また、目標位置信号値ＶＴＡＲＧは、目標位置切替信号ＣＨＡＮにより初期目標位置信号値Ｖｔ＿ｉｎｉを選択した場合には初期目標位置信号値Ｖｔ＿ｉｎｉを目標位置信号値ＶＴＡＲＧとして出力し、目標位置切替信号ＣＨＡＮにより目標位置調整後の目標位置信号値Ｖｔ＿ｃａｌを選択した場合には初期目標位置信号値Ｖｔ＿ｉｎｉより演算された目標位置信号値Ｖｔ＿ｃａｌを目標位置信号値ＶＴＡＲＧとして出力する。

また、ＰＩＤ制御回路２４は、Ａ／Ｄ変換回路２３とデバイス位置指令信号調整回路４０とに接続され、Ａ／Ｄ変換回路２３からの出力信号である検出位置信号値ＶＰＲＯＣを入力として、ＰＩＤ制御を行うものである。つまり、ＰＩＤ制御回路２４は、Ａ／Ｄ変換回路２３からの検出位置信号値ＶＰＲＯＣとデバイス位置指令信号調整回路４０で生成されたレンズ位置の目標位置信号値ＶＴＡＲＧとを入力し、レンズ３３の現在位置と、目標位置信号値ＶＴＡＲＧにより指示されるレンズ３３の目標位置とから、レンズ３３を目標位置に移動させるための制御信号を出力する。

ここでＰＩＤ制御とは、フィードバック制御の一種で、入力値の制御を出力値と目標値との偏差とその積分及び微分の３つの要素によって行う方法のことである。基本的なフィードバック制御として比例制御（Ｐ制御）がある。これは入力値を出力値と目標値の偏差の一次関数として制御するものである。ＰＩＤ制御では、この偏差に比例して入力値を変化させる動作を比例動作あるいはＰ動作（ＰはＰＲＯＰＯＲＴＩＯＮＡＬの略）という。つまり、偏差のある状態が長い時間続けばそれだけ入力値の変化を大きくして目標値に近づけようとする役目を果たす。この偏差の積分に比例して入力値を変化させる動作を積分動作あるいはＩ動作（ＩはＩＮＴＥＧＲＡＬの略）という。このように比例動作と積分動作を組み合わせた制御方法をＰＩ制御という。この偏差の微分に比例して入力値を変化させる動作を微分動作あるいはＤ動作（ＤはＤＥＲＩＶＡＴＩＶＥ又はＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬの略）という。比例動作と積分動作と微分動作を組み合わせた制御方法をＰＩＤ制御という。

ＰＩＤ制御回路２４からの出力信号は、Ｄ／Ａ変換回路２６によりＤ／Ａ変換され、第１の出力ドライバ２７ａと第２の出力ドライバ２７ｂにより、検出位置演算信号値ＶＰＲＯＣと目標位置信号値ＶＴＡＲＧに基づいて、駆動コイル２８に駆動電流が供給される。つまり、第１及び第２の出力ドライバ２７ａ，２７ｂは、ＰＩＤ制御回路２４からの制御信号に基づき、出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２を生成する。この出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２は、カメラモジュール３０の駆動コイル２８の両端に供給される。

なお、以上の説明では、線形運動デバイスが、レンズ（移動体）３３と、このレンズ（移動体）３３に取り付けられた磁石３２とからなるものとしているが、駆動コイルを含めて線形運動デバイスとすることもできる。
このようにして、レンズの稼動範囲を変更した場合にも、線形運動デバイスの応答特性を変化させることなく、正確な位置制御を可能とすることができる。

図４は、図３に示したデバイス（レンズ）位置指令信号調整回路の具体的な構成図である。また、図５は、図３に示したデバイス（レンズ）位置指令信号調整回路のタイミングチャートを示す図である。このデバイス（レンズ）位置指令信号調整回路４０は、外部から上限位置保存信号ＦＵＬＬが入力されると初期目標位置信号値Ｖｔ＿ｉｎｉを記憶値ＰＯＳ＿ＶＴとして保存する第１の記憶装置（レジスタ／メモリ）４０１ａと、外部から上限位置保存信号ＨＯＭＥが入力されると初期目標位置信号値Ｖｔ＿ｉｎｉを記憶値ＮＥＧ＿ＶＴとして保存する第２の記憶装置（レジスタ／メモリ）４０１ｂとを備えている。なお、第１の記憶装置４０１ａの記憶値ＰＯＳ＿ＶＴと、第２の記憶装置４０１ｂの記憶値ＮＥＧ＿ＶＴは、外部から位置保存信号により初期目標位置信号値Ｖｔ＿ｉｎｉを記憶値として保存するだけではなく、外部から値を指定して入力する方式も可能である。

また、デバイス（レンズ）位置指令信号調整回路４０は、第１の記憶装置４０１ａの記憶値ＰＯＳ＿ＶＴと第２の記憶装置４０１ｂの記憶値ＮＥＧ＿ＶＴとを減算する減算器４０２ａと、第１の記憶装置４０１ａの記憶値ＰＯＳ＿ＶＴと第２の記憶装置４０１ｂの記憶値ＮＥＧ＿ＶＴとを加算する第１の加算器４０２ｂと、減算器４０２ａの出力値（ＰＯＳ＿ＶＴ−ＮＥＧ＿ＶＴ）と第３の記憶装置４０４ａの記憶値「５１２」とを除算する第１の除算器４０３ａと、第１の加算器４０２ｂの出力値（ＰＯＳ＿ＶＴ＋ＮＥＧ＿ＶＴ）と第４の記憶装置４０４ｂの記憶値「２」とを除算する第２の除算器４０３ｂとを備えている。

なお、第３の記憶装置（レジスタ／メモリ）４０４ａは、除算器４０３ａに接続され、「５１２」を記憶しているものである。この「５１２」は初期目標位置信号値Ｖｔ＿ｉｎｉの設定可能範囲によって任意に変更されるものである。なお、第４の記憶装置（レジスタ／メモリ）４０４ｂは、除算器４０３ｂに接続され、「２」を記憶しているものである。

また、デバイス（レンズ）位置指令信号調整回路４０は、初期目標位置信号値Ｖｔ＿ｉｎｉと第１の除算器４０３ａの出力信号（（ＰＯＳ＿ＶＴ＋ＮＥＧ＿ＶＴ）／５１２）とを乗算する乗算器４０５とを備えている。この乗算器４０５の出力信号（Ｖｔ＿ｉｎｉ×（（ＰＯＳ＿ＶＴ＋ＮＥＧ＿ＶＴ）／５１２））は、第２の加算器４０６を介して、第２の除算器４０３ｂの出力信号（（ＰＯＳ＿ＶＴ＋ＮＥＧ＿ＶＴ）／２）と加算され、
Ｖｔ＿ｃａｌ＝Ｖｔ＿ｉｎｉ×（（ＰＯＳ＿ＶＴ＋ＮＥＧ＿ＶＴ）／５１２））＋（（ＰＯＳ＿ＶＴ＋ＮＥＧ＿ＶＴ）／２）を得る。また、第２の加算器４０６の出力Ｖｔ＿ｃａｌと初期目標位置信号値Ｖｔ＿ｉｎｉとを選択するセレクタ４０７にて、目標位置信号切替信号ＣＨＡＮにより選択され目標位置信号値ＶＴＡＲＧとして出力される。

図６は、レンズの稼動範囲がＮＥＧ＿ＶＴ乃至ＰＯＳ＿ＶＴ範囲に変更された場合にも、目標位置信号値ＶＴＡＲＧが０乃至５１１となることを示す図である。図６では、図中左から１番目の縦軸には磁場センサ２１によって検出された磁場（以下、検出磁場ともいう）が示され、図中左から２番目の縦軸にはＡ／Ｄ変換回路２３によって変換された磁場信号のデジタル値が示され、図中右から１番目の縦軸には線形運動デバイス３１の初期目標位置信号値Ｖｔ＿ｉｎｉが示され、図中右から２番目の縦軸には初期目標位置信号値Ｖｔ＿ｉｎｉよりデバイス位置指令信号調整回路４０によって演算された目標位置調整後の目標位置信号値Ｖｔ＿ｃａｌが目標位置信号値ＶＴＡＲＧとして示されている。また、図６の横軸は、線形運動デバイス３１の位置である。図６から明らかなように、レンズ３３稼動範囲の上限ＰＯＳ＿ＶＴ、下限ＮＥＧ＿ＶＴを指定すれば目標位置信号値ＶＴＡＲＧが０乃至５１１の分解能を維持し、直線的な動きが得られる。

このようにして、レンズの稼動範囲が変更された場合にも、線形運動デバイス単体で線形運動デバイスの正確な位置制御を可能な線形運動デバイスの制御装置を実現することができる。
図７は、本発明に係る線形運動デバイスの制御方法を説明するためのフローチャートを示す図である。

本発明の線形運動デバイス３１の制御装置２０における制御方法は、移動体３３に取り付けられた磁石３２を有する線形運動デバイス３１と、この線形運動デバイス３１の磁石３２の近傍に配置された駆動コイル２８とを備え、この駆動コイル２８にコイル電流が流れることによって発生する力により磁石３２に固定されているレンズを移動させる制御方法である。

まず、磁場センサ２１により、磁石３２が発生する磁場を検出し、検出された磁場の値に対応する検出位置信号値ＶＰＲＯＣを出力するステップ（Ｓ１）と、次に、デバイス位置指令信号生成回路に入力される、初期目標位置信号値Ｖｔ＿ｉｎｉに基づいて、線形運動デバイス３１の上限位置に対応する第１の記憶装置４０１ａの記憶値ＰＯＳ＿ＶＴと、線形運動デバイス３１の下限位置に対応する第２の記憶装置４０１ｂの記憶値ＮＥＧ＿ＶＴを取得するステップ（Ｓ２）と、次に、第１の記憶装置４０１ａの記憶値ＰＯＳ＿ＶＴと第２の記憶装置４０１ｂの記憶値ＮＥＧ＿ＶＴから目標位置演算信号値Ｖｔ＿ｃａｌを演算し、目標位置演算信号値ＶＴＡＲＧを得るステップ（Ｓ３）と、次に、出力ドライバ２７ａ，２７ｂにより、検出位置信号値ＶＰＲＯＣと目標位置信号値ＶＴＡＲＧに基づいて、駆動コイル２８に駆動電流を供給するステップ（Ｓ４）とを有し、レンズの稼動範囲を変更した場合であっても目標位置信号値ＶＴＡＲＧで線形運動デバイスの位置制御を可能とする。なお、連続して、位置制御を繰り返す場合は、ステップＳ３乃至Ｓ４を繰り返す。

さらに、具体的に本発明の線形運動デバイスの制御方法を説明すると、デバイス位置指令信号発生部２５，４０による出力するステップが、第１の記憶装置４０１ａによる目標位置のうち第１記憶値ＰＯＳ＿ＶＴを記憶するステップと、第２の記憶装置４０１ｂによる目標位置のうち第２記憶値ＮＥＧ＿ＶＴを記憶するステップと、減算器４０２ａによる第１記憶値ＰＯＳ＿ＶＴと第２記憶値ＮＥＧ＿ＶＴとを減算するステップと、第１の加算器４０２ｂによる第１記憶値ＰＯＳ＿ＶＴと第２記憶値ＮＥＧ＿ＶＴとを加算するステップと、第１の除算器４０３ａによる減算器４０２ａの出力値ＰＯＳ＿ＶＴ−ＮＥＧ＿ＶＴと第３の記憶装置４０４ａの記憶値とを除算するステップと、第２の除算器４０３ｂによる第１の加算器４０２ｂの出力値ＰＯＳ＿ＶＴ＋ＮＥＧ＿ＶＴと第４の記憶装置４０４ｂの記憶値とを除算するステップと、乗算器４０５による初期目標位置信号値Ｖｔ＿ｉｎｉと第１の除算器４０３ａの出力信号（ＰＯＳ＿ＶＴ＋ＮＥＧ＿ＶＴ）／５１２）とを乗算するステップと、第２の加算器４０６による乗算器４０５の出力信号Ｖｔ＿ｉｎｉ×（（ＰＯＳ＿ＶＴ＋ＮＥＧ＿ＶＴ）／５１２）と第２の除算器４０３ｂの出力信号（ＰＯＳ＿ＶＴ＋ＮＥＧ＿ＶＴ）／２とを加算するステップとを有している。

また、セレクタ４０７による第２の加算器４０６の出力Ｖｔ＿ｃａｌと初期目標位置信号値Ｖｔ＿ｉｎｉとを選択するステップを有し、このセレクタは、目標位置信号切替信号ＣＨＡＮにより選択され目標位置信号値ＶＴＡＲＧとして出力される。
このようにして、本発明によれば、レンズの稼動範囲を変更した場合にも、線形運動デバイス単体で線形運動デバイスの正確な位置制御を可能な線形運動デバイスの制御方法を実現することができる。

９ レンズ
１０ 磁石
１１ コイル
１２ 線形運動デバイス
１３ 磁場センサ
１４ 差動増幅器
１５ 非反転出力バッファ
１６ 反転出力バッファ
１７ 第１の出力ドライバ
１８ 第２の出力ドライバ
２０ 制御装置
２１ 磁場センサ
２２ 増幅器
２３ Ａ／Ｄ変換回路
２４ ＰＩＤ制御回路
２５ デバイス（レンズ）位置指令信号発生回路
２６ Ｄ／Ａ変換回路
２７ａ 第１の出力ドライバ
２７ｂ 第２の出力ドライバ
２８ 駆動コイル
３０ カメラモジュール
３１ 線形運動デバイス
３２ 磁石
３３ レンズ（移動体）
４０ デバイス（レンズ）位置指令信号調整回路
４０１ａ 第１の記憶装置（レジスタ／メモリ）
４０１ｂ 第２の記憶装置（レジスタ／メモリ）
４０２ａ 減算器
４０２ｂ 第１の加算器
４０３ａ 第１の除算器
４０３ｂ 第２の除算器
４０４ａ 第３の記憶装置（レジスタ／メモリ）
４０４ｂ 第４の記憶装置（レジスタ／メモリ）
４０５ 乗算器
４０６ 第２の加算器
４０７ セレクタ

Claims (9)

1. 移動体に取り付けられた磁石を有する線形運動デバイスと、該線形運動デバイスの前記磁石の近傍に配置された駆動コイルと、を備え、該駆動コイルにコイル電流が流れることによって発生する力により前記磁石に固定されているレンズを移動させる線形運動デバイスの制御装置において、
   前記磁石が発生する磁場を検出し、検出された磁場の値に対応する検出位置信号値を出力する磁場センサと、
   前記線形運動デバイスを移動すべき目標位置を指示する初期目標位置信号値を、前記線形運動デバイスの可動範囲に応じて調整した目標位置信号値を出力するデバイス位置指令信号発生部と、
   前記磁場センサによる前記検出位置信号値と前記デバイス位置指令信号発生部による前記目標位置信号値に基づいて、前記レンズを前記目標位置に移動させるための制御信号をＰＩＤ制御により生成する制御部と、
   該制御部による前記制御信号に基づいて前記駆動コイルに駆動電流を供給する出力ドライバと、
   を備えることを特徴とする線形運動デバイスの制御装置。
2. 前記デバイス位置指令信号発生部は、初期目標位置信号値を出力するデバイス位置指令信号生成回路と、前記線形運動デバイスの下限位置に対応する記憶値と上限位置に対応する記憶値とに基づいて、前記初期目標位置信号値を調整して前記目標位置信号値を出力するデバイス位置指令信号調整回路と、を有することを特徴とする請求項１に記載の線形運動デバイスの制御装置。
3. 前記デバイス位置指令信号発生部が、
   前記目標位置のうち第１の記憶値を記憶する第１の記憶装置と、
   前記目標位置のうち第２の記憶値を記憶する第２の記憶装置と、
   前記第１の記憶値と前記第２の記憶値とを減算する減算器と、
   前記第１の記憶値と前記第２の記憶値とを加算する第１の加算器と、
   前記減算器の出力値と第３の記憶装置の記憶値とを除算する第１の除算器と、
   前記第１の加算器の出力値と第４の記憶装置の記憶値とを除算する第２の除算器と、
   初期目標位置信号値と前記第１の除算器の出力信号とを乗算する乗算器と、
   該乗算器の出力信号と前記第２の除算器の出力信号とを加算する第２の加算器と
   を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の線形運動デバイスの制御装置。
4. 前記第２の加算器の出力と前記初期目標位置信号値とを選択するセレクタを備え、該セレクタは、目標位置信号切替信号により選択され前記目標位置信号値として出力されることを特徴とする請求項３に記載の線形運動デバイスの制御装置。
5. 前記磁場センサが、ホール素子であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の線形運動デバイスの制御装置。
6. 前記線形運動デバイスと前記駆動コイルが、カメラモジュールに組み込まれていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の線形運動デバイスの制御装置。
7. 移動体に取り付けられた磁石を有する線形運動デバイスと、該線形運動デバイスの前記磁石の近傍に配置された駆動コイルと、を備え、該駆動コイルにコイル電流が流れることによって発生する力により前記磁石に固定されているレンズを移動させる線形運動デバイスの制御装置における制御方法において、
   まず、磁場センサにより、前記磁石が発生する磁場を検出し、検出された磁場の値に対応する検出位置信号値を出力するステップと、
   次に、デバイス位置指令信号発生部により、前記線形運動デバイスを移動すべき目標位置を指示する初期目標位置信号値を、前記線形運動デバイスの可動範囲に応じて調整した目標位置信号値を出力するステップと、
   次に、制御部により、前記検出位置信号値と前記目標位置信号値に基づいて、前記レンズを前記目標位置に移動させるための制御信号をＰＩＤ制御により生成するステップと、
   次に、出力ドライバにより、前記制御信号に基づいて前記駆動コイルに駆動電流を供給するステップと、を有することを特徴とする線形運動デバイスの制御方法。
8. 前記デバイス位置指令信号発生部による出力するステップが、
   第１の記憶装置による前記目標位置のうち第１記憶値を記憶するステップと、
   第２の記憶装置による前記目標位置のうち第２記憶値を記憶するステップと、
   減算器による前記第１記憶値と前記第２記憶値とを減算するステップと、
   第１の加算器による前記第１記憶値と前記第２記憶値とを加算するステップと、
   第１の除算器による前記減算器の出力値と第３の記憶装置の記憶値とを除算するステップと、
   第２の除算器による前記第１の加算器の出力値と第４の記憶装置の記憶値とを除算するステップと、
   乗算器による初期目標位置信号値と前記第１の除算器の出力信号とを乗算するステップと、
   第２の加算器による前記乗算器の出力信号と前記第２の除算器の出力信号とを加算するステップと
   を有することを特徴とする請求項７に記載の線形運動デバイスの制御方法。
9. セレクタによる前記第２の加算器の出力と前記初期目標位置信号値とを選択するステップを有し、
   前記セレクタは、目標位置信号切替信号により選択され前記目標位置信号値として出力されることを特徴とする請求項８に記載の線形運動デバイスの制御方法。

Images