TWI733992B

TWI733992B - 用於執行自動對焦之方法

Info

Publication number: TWI733992B
Application number: TW107107312A
Authority: TW
Inventors: 田渕善久; 蔵武
Original assignee: 美商半導體組件工業公司
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2021-07-21
Also published as: US10165170B2; US10567637B2; CN108535833B; US20180255221A1; CN108535833A; US20190089907A1; TW201842761A

Abstract

本發明係關於用於在一成像裝置中執行自動對焦之方法。本發明解決的技術問題在於，在一成像裝置中的鏡頭在到達一目標位置前該鏡頭振盪達一非所欲時間期間。一般而言，此降低該成像裝置之圖框率。在各種實施例中，該等方法藉由逐漸地增加該目標位置、改變一PID控制器之增益、及新增一反衝脈衝至一位置信號而縮減一鏡頭之一安定時間。本發明達成的技術效應係提供一種用以縮減鏡頭振盪之時間長度且因此在較短時間期間到達目標位置之方法，藉此增加成像裝置之圖框率。

Description

用於執行自動對焦之方法

本發明係關於一種用於在一成像裝置中執行自動對焦之方法。

電子裝置（諸如行動電話、相機、及電腦）經常結合使用鏡頭模組與影像感測器以擷取影像。許多成像系統採用自動對焦方法及技術以藉由調整鏡頭相對於影像感測器之位置來改善影像品質。自動對焦系統分析來自影像感測器之影像資料以判定鏡頭之最佳位置。一般而言，歸因於在自動對焦系統中使用的機械機構，鏡頭在到達一目標位置前振盪達一些時間期間。此時間延遲經常稱為安定時間。縮減安定時間提供使用者以一增加的圖框率擷取影像的能力。

本發明解決的技術問題在於，在一成像裝置中的鏡頭在到達一目標位置前該鏡頭振盪達一非所欲時間期間。一般而言，此降低該成像裝置之圖框率。在各種實施例中，方法及設備可藉由逐漸地增加該目標位置、改變一PID控制器之增益、及增加一反衝脈衝至一位置信號而縮減一鏡頭之一安定時間。根據一態樣，一種用於以一鏡頭執行自動對焦之方法包含：偵測該鏡頭之一位置；輸出表示該鏡頭之該位置的一位置信號；產生該鏡頭之一目標位置；根據該所產生之目標位置計算該鏡頭之一中間目標值；加總該位置信號及該中間目標值以產生一偏差值；根據該偏差值產生一控制變數；基於該控制變數產生一驅動器信號；及根據該驅動器信號移動該鏡頭。在一操作中，上述方法進一步包含：若該偏差值小於一最小臨限值，則產生一反衝脈衝信號(kick pulse signal)。在一操作中，上述方法進一步包含：根據該反衝脈衝信號來調整該控制變數之一量值及一方向。在一操作中，上述方法進一步包含施加一增益至該偏差值，其中施加該增益至該偏差值包含根據一增益計數器而施加一預定第一增益及一預定第二增益之一者。在上述方法之一操作中，產生該中間目標值包含：基於一步進寬度及一步進數來運算一步進值；及加總該步進值與一先前中間目標值。根據另一態樣，一種用於以一鏡頭執行自動對焦之方法，其包含：擷取影像資料；產生表示該鏡頭之一位置的一位置信號；根據該影像資料產生一目標位置；根據該所產生之目標位置產生一中間目標值；根據該所產生之中間目標值及該所產生之位置信號運算一偏差值；施加一增益至該所運算偏差值；基於該所運算偏差值運算一反衝脈衝信號；基於該所運算反衝脈衝信號及一控制信號運算一新位置值；及根據該新位置值重新定位該鏡頭。在上述方法之一操作中，施加該增益至該偏差值包含：根據一增益計數器而施加一預定第一增益及一預定第二增益之一者。在上述方法之一操作中，運算該反衝脈衝信號進一步基於該偏差值是否大於一臨限值。在上述方法之一操作中，產生該中間目標值包含：基於一步進寬度及一步進數來運算一步進值。在上述方法之一操作中，產生該中間目標值進一步包含：加總該步進值與一先前中間目標值。本發明達成的技術效應係提供一種用以縮減鏡頭振盪之時間長度且因此在較短時間期間到達目標位置之方法，藉此增加成像裝置之圖框率。

本技術可按照功能方塊組件及各種處理步驟描述。此類功能方塊可藉由經組態以執行特定功能並達到各種結果之任何數目的組件來實現。例如，本技術可採用各種致動器、感測器、鏡頭、諸如電晶體及電容器之半導體裝置、及類似者，其可執行各式各樣的功能。此外，本技術可結合任何數目的系統來實施，諸如汽車系統、航太、醫療、科學、監視、及消費性電子元件，且所描述的系統僅係用於本技術的例示性應用。另外，本技術可採用用於擷取影像資料、取樣影像資料、處理影像資料、及類似者的任何數目的習知技術。根據本技術之各種態樣用於自動對焦之方法及設備可結合任何合適的電子系統操作，諸如成像系統、「智慧型裝置(smart devices)」、可穿戴裝置、消費性電子元件，及類似者。參考圖1及圖2，一例示性成像系統100可併入至一電子裝置中，諸如一數位相機或可攜式運算裝置。例如，在各種實施例中，成像系統100可包含一影像感測器110、一影像信號處理器120、一鏡頭模組105、及一驅動器電路125，其等一起操作以自動將一物件或一場景聚焦於影像感測器110上。影像感測器110可經合適地組態以擷取影像資料。例如，影像感測器110可包含一像素陣列（未圖示）以偵測光，及藉由轉換光波之可變衰減（當光波行進通過或反射離開物件時）成為電信號來輸送構成一影像之資訊。該像素陣列可包含以行列配置之複數個像素，並且該像素陣列可含有任何數目個列及行，例如，數百或數千列及行。各像素可包含任何合適的光感測器，諸如一光閘、一光二極體、及類似者，以偵測光及轉換該所偵測光成為一電荷。影像感測器110可結合任何適當技術實施，諸如互補金氧半導體(CMOS)及電荷耦合裝置中之主動像素感測器。鏡頭模組105可經組態以將光聚焦於影像感測器110之一感測表面上。例如，鏡頭模組105可包含具有一固定直徑之一鏡頭130，該鏡頭經定位成相鄰於影像感測器110之該感測表面。鏡頭模組105可進一步包含經組態以重新定位鏡頭130之一致動器281，諸如一音圈馬達(VCM)。在各種實施例中，成像系統100經組態以移動鏡頭模組105之部分，該等部分經緊固或以其他方式耦合至鏡頭130。例如，鏡頭模組105可包含相對於一固定式部分移動之一伸縮部分。在各種實施例中，鏡頭130可緊固或耦合至該伸縮部分，及致動器281可移動該伸縮部分以使鏡頭130移位而遠離或較接近影像感測器110（該影像感測器緊固至該固定式部分）以將物件或場景聚焦於影像感測器110上。在各種實施例中，影像信號處理器120可執行各種數位信號處理功能，諸如色彩內插、色彩校正、促進自動對焦、曝光調整、雜訊降低，白色平衡調整、壓縮、及類似者，以產生一最終輸出影像。影像信號處理器120可包含：任何數目的半導體裝置，諸如電晶體、電容器、及類似者，用於執行計算、傳輸及接收影像像素資料；及一儲存單元，諸如隨機存取記憶體、非揮發性記憶體或適合特定應用之任何其他記憶體裝置，用於儲存像素資料。在各種實施例中，影像信號處理器120可用一可程式化邏輯裝置實施，諸如一場可程式化閘陣列(FPGA)或具可重組態數位電路之任何其他裝置。在其他實施例中，可使用非可程式化裝置以硬體實施影像信號處理器120。影像信號處理器120可使用任何合適的互補金氧半導體(CMOS)技術或製造程序部分或完全形成在一矽積體電路(integrated circuit in silicon)內、形成在一ASIC（特定應用積體電路）中、使用一處理器及記憶體系統、或使用另一合適的實施方案。影像信號處理器120可經組態以傳輸該輸出影像至一輸出裝置（未圖示），諸如一顯示器螢幕或一記憶體組件，用於儲存及/或檢視該影像資料。該輸出裝置可接收來自影像信號處理器120之數位影像資料，諸如視訊資料、影像資料、圖框資料、及/或增益資訊。在各種實施例中，該輸出裝置可包含一外部裝置，諸如一電腦顯示器、記憶體卡、或一些其他外部單元。系統100可進一步包含一位置感測器200，諸如一霍爾感測器，以偵測鏡頭130之移動及一位置。位置感測器200可整合在鏡頭模組105或驅動器電路125中。位置感測器200可藉由回應於一磁場而改變一輸出電壓來判定鏡頭130之位置。該輸出電壓可對應於鏡頭130相對於一參考點的一量值及方向。驅動器電路125控制及供應電力至在該系統內之各種裝置。例如，驅動器電路125可控制及供應電力至鏡頭模組105以移動致動器281。驅動器電路125可結合影像信號處理器120及位置感測器200操作，以判定供應至致動器281的適當電力量。驅動器電路125可供應具有一量值及方向之一恆定驅動器電流I_dr 至致動器281。在其他實施例中，驅動器電路125可經組態以提供一恆定電壓或具一固定工作週期(duty cycle)之脈衝寬度調變。一般而言，致動器281回應於該恆定驅動器電流而使鏡頭130移動達與由驅動器電路125所供應之電力量成比例的一量。驅動器電路125可接收及回應於各種信號以判定鏡頭130之一適當位置。例如，驅動器電路125可經由位置感測器200接收與鏡頭130之目前位置相關之資訊，及經由一目標位置信號接收來自影像信號處理器120之與鏡頭130之該目標位置相關之資訊。驅動器電路125可包含能夠提供能量至致動器281的任何合適裝置或系統。驅動器電路125可進一步包含各種電路及/或系統以縮減鏡頭130到達該目標位置所花費的時間長度。一般而言，一旦驅動器電路125接收來自影像信號處理器120之該目標位置信號，在鏡頭130安定至該所欲目標位置中或在一預定臨限範圍內之前該鏡頭振盪達一時間期間。此時間期間可稱為安定時間。在各種實施例中，驅動器電路125可包含任何合適的裝置及/或系統以執行增益控制、計算一可變步進函數、及用一反衝脈衝升壓一信號，其等可組合地或個別地縮減該安定時間。例如，驅動器電路125可包含一可變步進電路275、暫存器220、一放大器、一第一加總電路230、一信號控制電路295、及一恆定電流驅動器225。驅動器電路125可進一步包含至少一個信號轉換器，以將一信號自一類比信號轉換成一數位信號及/或自一數位信號轉換成一類比信號。例如，驅動器電路125可包含一數位類比轉換器(DAC) 270及/或一類比數位轉換器(ADC) 265。放大器245可經組態以放大一信號，諸如來自位置感測器200之一信號。放大器245可耦合至位置感測器200及ADC 265兩者。例如，放大器245可與位置感測器200及ADC 265串聯耦合。放大器245可耦合至位置感測器200之一輸出以接收該位置信號、放大該位置信號、及輸出一經放大位置信號至ADC 265。在一例示性實施例，ADC 265可經組態以接收一類比信號及轉換該信號成一數位信號。例如，ADC 265可與位置感測器200及放大器245串聯耦合，且可接收來自放大器245之該經放大位置信號。ADC 265可傳輸一ADC輸出信號至第一加總電路230。可變步進電路275可提取鏡頭130之一目標值設定Tset（例如，一目標位置），其對應於在影像感測器110上產生一合焦(in-focus)影像所需之位置。可變步進電路275可進一步運算一中間目標位置Treg。可變步進電路275可耦合至ISP 120以接收與目標值設定Tset相關之資料，及調整目標值設定Tset以達到中間目標位置Treg。可變步進電路275可包含任何合適的電路及/或系統以儲存資料，及根據一所欲輸出來運算一值。在一例示性實施例，且參照圖2及圖11，可變步進電路275可根據一步進變化數N（其中N=0、1、2、…N+1）、一步進寬度數Step_N（其中N=0、1、2、…N+1）、及一步進變化臨限THstep_N（其中N = 1、2、…N+1）運算中間目標位置Treg。可變步進電路275可經組態以提取暫存器220中所儲存之資料，諸如目標值設定Tset。在一例示性實施例，可變步進電路275運算中間目標位置Treg為小於目標值設定Tset，以確保鏡頭130之位置逐漸地變更。可變步進電路275可包含能夠計算小於目標值設定Tset之中間目標位置Treg的任何裝置及/或系統。暫存器220可經組態以儲存目標值設定Tset。例如，該暫存器可耦合至ISP 120且可接收來自ISP 120之持續更新之位置資料。暫存器220可經組態以持續儲存自ISP 120所傳輸之新位置資料作為目標值設定Tset。暫存器220可經組態以儲存新資料及來自一先前循環之資料兩者。例如，暫存器220可儲存一目前目標值設定Tset及一先前目標值設定Tset_pre，其中先前目標值設定Tset_pre係來自一先前循環之目標值設定。暫存器220亦可經組態以儲存中間目標位置Treg。例如，暫存器220可儲存一新中間目標位置Treg_new及一先前中間目標位置Treg_pre兩者，其中先前中間目標位置Treg_pre係來自一先前循環之目標位置。暫存器220可包含能夠更新及儲存目標值設定Tset的任何合適記憶體或儲存裝置。第一加總電路230可經組態以加總（即，相加）一或多個輸入值。例如，第一加總電路230可接收中間目標位置Treg作為輸入及接收ADC輸出信號作為輸入。加總電路230可加總該等值及輸出一偏差值Vdev。第一加總電路230可包含合適用於加總的任何裝置及/或系統。信號控制電路295可經組態以執行各種信號處理功能，例如信號控制電路295可調整一誤差信號之一增益、運算一控制變數、及調整該控制變數之量值及方向。例如，信號控制電路295可耦合至第一加總電路230及接收偏差值Vdev作為輸入誤差信號、調整偏差值Vdev之增益、根據偏差值Vdev運算控制變數PIDout、輸出控制變數PIDout、及調整控制變數PIDout之量值及方向。信號控制電路295可包含合適用於執行一輸入之增益控制、運算一控制變數、及調整該控制變數之量值及方向的任何數目的電路。在一例示性實施例，信號控制電路295包含一反衝脈衝電路205、一增益控制電路210、一PID控制器215、及一第二加總電路235。反衝脈衝電路205可經組態以產生一反衝脈衝信號Vkick。反衝脈衝電路205可根據偏差值Vdev運算反衝脈衝信號Vkick。在各種實施例中，僅若偏差值Vdev係在一預定臨限範圍外才引入反衝脈衝信號Vkick。例如，且參照圖10，該臨限範圍可包含大於目標值設定Tset之一最大臨限值THmax及小於目標值設定Tset之一最小臨限值THmin。如此，若偏差值Vdev小於最大臨限值TH max且大於最小臨限值THmin，則反衝脈衝電路205將不產生反衝脈衝信號Vkick。若該偏差值大於最大臨限值THmax，則反衝脈衝電路205將產生反衝脈衝信號Vkick。相似地，若偏差值Vdev小於最小臨限值THmin，則反衝脈衝電路205將產生反衝脈衝信號Vkick。最小臨限值Hmin及最大臨限值THmax可根據任何合適的參數（諸如所欲操作規格、安定時間、電力消耗、及類似者）而固定。增益控制電路210可經組態以控制一誤差信號（例如偏差值Vdev）之增益。增益控制電路210可包含任何合適的裝置及/或系統以增加或降低偏差值Vdev之增益。例如，增益控制電路210可包含一第一增益元件240、一第二增益元件280、一第三增益元件285、及一第四增益元件290。增益元件240、280、285、290可包含具有一可變增益之一放大器。例如，第一增益元件240可具有一可變增益Ga，第二增益元件280可具有一可變增益Gp，第三增益元件285可具有一可變增益Gi，及第四增益元件290可具有一可變增益Gd。可根據所欲操作特性、電力消耗、PID控制器215之操作特性、及類似者來設定各增益元件240、280、285、290之增益。第一增益元件240可與第二增益元件280、第三增益元件285及第四增益元件290串聯耦合，而第二增益元件280、第三增益元件285及第四增益元件290可經並聯耦合。例如，第一增益元件240可首先放大偏差值Vdev，及接著第二增益元件280、第三增益元件285及第四增益元件290再次放大偏差值Vdev。第二增益元件280、第三增益元件285及第四增益元件290可輸出經放大偏差值Vdev之各者至PID控制器215。 PID控制器215可經組態以接收誤差值（諸如偏差值Vdev），及基於比例項、整數項及導數項施加一校正。PID控制器215可操作以藉由調整一控制變數PIDout而隨時間最小化該誤差。PID控制器215可包含一習知PID控制器電路。例如，PID控制器215可包含：一P控制器250，用以考量該誤差之現值；一I控制器255，用以考量該誤差之過去值；及一D控制器260，用以基於一目前變化率來考量該誤差之可能未來趨勢。該PID控制器可傳輸控制變數PIDout至第二加總電路235。在各種實施例中，系統100可進一步包含耦合至PID控制器215之一濾波器（未圖示），以自各種PID處理信號移除雜訊。第二加總電路235可經組態以引入反衝脈衝信號Vkick至控制變數PIDout。例如，第二加總電路235可加總（即，相加）反衝脈衝信號Vkick及控制變數PIDout。在各種實施例中，第二加總電路235可耦合至PID控制器215及接收來自該PID控制器之控制變數。第二加總電路235可進一步耦合至反衝脈衝電路205及接收來自該反衝脈衝電路之反衝脈衝信號Vkick。加總電路230可加總該等值及輸出一新位置值Pnew及傳輸該新位置值Pnew至DAC 270。第一加總電路230可包含合適用於加總兩個或更多個值的任何裝置及/或系統。在各種實施例中，系統100可進一步包含：一制動脈衝電路（未圖示），用以運算一制動脈衝；及一速度控制電路（未圖示），用以運算一速度控制值。亦可利用該制動脈衝及該速度控制值以運算新位置值Pnew。 DAC 270可經組態以接收及轉換新位置值Pnew成一類比信號。DAC 270可包含合適用於轉換一數位信號成一類比信號的任何電路。DAC 270可傳輸該類比信號至恆定電流驅動器225。恆定電流驅動器225可接收來自DAC 270之類比信號並且回應於該類比信號及提供一恆定驅動器輸出信號（例如，驅動器電流I_dr （或電壓或PMW））至致動器281，以移動鏡頭130來達到該目標位置。恆定電流驅動器225可包含任何合適電路，用於改變跨該電路之一電壓以維持一恆定電流輸出。例如，恆定電流驅動器225可傳輸驅動器電流I_dr 至鏡頭模組105以控制致動器281之量值及方向。在操作中，用於自動對焦之方法及設備提供小於以習知操作之成像系統的一成像系統之鏡頭之一安定時間。例如，且參照圖8及圖9，習知操作可施加一直接移動控制（圖8）或一步進移動控制（圖9），當與實施施加中間目標值Treg之一可變步進移動之一系統（圖10）相比較，直接移動控制及步進移動控制兩者導致鏡頭以較高振幅在目標位置附近振盪。用於自動對焦之方法及設備可實施適合用以增加一信號之增益、確保鏡頭位置逐漸地改變、及當適當時提供一升壓信號的各種操作，以縮短到達目標位置的總處理時間。參照圖1至圖13，在一例示性操作中，系統100處理來自位置感測器200之信號及利用來自影像信號處理器120之資訊以判定鏡頭130之一新目標位置。該等方法及操作促進降低（或移除）鏡頭在目標位置附近之振盪，藉此縮減安定時間。例如，且參照圖3，當驅動器電路125接收來自位置感測器200之位置信號時，該操作可開始(300)。在各種實施例中，接著，藉由放大器245放大該位置信號。接著，放大器245傳輸該經放大位置信號至ADC 265，其中ADC 265轉換該位置信號成一數位信號(305)。影像信號處理器120可傳輸位置資料至暫存器220以更新目標值設定Tset (310)。接著，可變步進電路275可判定是否已更新目標值設定Tset及是否進行至下一步驟。例如，且參照圖4，可變步進電路275可藉由獲得暫存器220中所儲存之目標值設定Tset而開始。例如，可變步進電路275可提取目前目標值設定Tset及先前目標值設定Tset_pre (400)。接著，可變步進電路275可判定是否目前目標值設定Tset不同於先前目標值設定Tset_pre (405)。若目前目標值設定Tset不同於先前目標值設定Treg_pre，則一目標值操作旗標Ftarget設定為1 (410)，一增益計數器經初始化且設定為零(415)，及一反衝脈衝計數器經初始化且設定為零(420)。接著，可變步進電路275判定目標值設定Tset是否大於先前中間目標值Treg_pre (425)。若目標值設定Tset不大於先前中間目標值Treg_pre，則一方向旗標Fdir設定為-1 (435)。若目標值設定Tset大於先前中間目標值Treg_pre，則方向旗標Fdir設定為+1 (430)。接著，可變步進電路275輸出具對應方向旗標Fdir之目標值設定Tset。接著，可變步進電路275可計算新中間目標值Treg_new (315)。例如，且參照圖5，可變步進電路275可藉由首先接收來自暫存器220之目標值操作旗標Ftarget (500)而操作。若目標值操作旗標Ftarget不等於一(505)，則該操作結束且可變步進電路275輸出來自一先前循環之中間目標值Treg（即，Treg_pre）。若目標值操作旗標Ftarget等於一(505)，則可變步進電路275利用步進寬度Step_N、步進變化數N、步進變化臨限THstep_N、方向旗標Fdir、先前中間目標值Treg_pre、及目標值設定Tset判定步進值(StepValue)。可變步進電路275可初始化步進變化數N (510)，及根據步進變化數N比較目標值設定Tset及先前中間目標值Treg_pre之差異與步進變化臨限THstep_N (515)。各步進變化數N可對應於一特定步進變化臨限THstep_N。若目標值設定Tset及先前中間目標值Treg_pre之差異小於步進變化臨限THstep_N，則運算步進值(530)。若目標值設定Tset及中間目標值Treg之差異不小於步進變化臨限THstep_N，則目前步進變化數N遞減1 (520)。若步進變化數N等於零(525)，則根據方程式StepValue = Fdir * Step_N運算步進值(530)。若步進變化數N不等於零(525)，則可變步進電路275重新評估是否目標值設定Tset及先前中間目標值Treg_pre之差異小於步進變化臨限THstep_N。可變步進電路275可藉由將方向旗標Fdir乘以步進變化數N來運算步進值(530)。接著，可變步進電路275藉由將步進值加至先前中間值Treg_pre來運算新中間目標值Treg_new (535)。接著，可變步進電路275判定方向旗標Fdir是否等於+1 (540)。若方向旗標Fdir等於+1，則可變步進電路275判定新中間目標值Treg_new是否小於目標值設定Tset (545)。若方向旗標Fdir不等於+1，則可變步進電路275判定新中間目標值Treg_new是否大於目標值設定Tset (550)。若新中間目標值Treg_new小於目標值設定Tset，則該操作結束且可變步進電路275輸出新中間目標值Treg_new (565)。若新中間目標值Treg_new不小於目標值設定Tset，則新中間目標值Treg_new設定為等於目標值設定Tset (555)且目標值操作旗標Ftarget設定為零(560)。該操作結束且邏輯電路275接著輸出新中間目標Treg_new (565)。若新中間目標值Treg_new大於目標值設定Tset，則該操作結束且可變步進電路275輸出中間目標值Treg (565)。若新中間目標值Treg_new不大於目標值設定Tset，則新中間目標值Treg_new設定為等於目標值設定Tset (555)且目標值操作旗標Ftarget設定為零(560)。該操作結束，且接著，可變步進電路275輸出新中間目標值Treg_new (565)。接著，可變步進電路275可傳輸中間目標值Treg至第一加總電路230。接著，第一加總電路230可加總最新近中間目標值Treg（即，Treg_new）及該ADC輸出以獲得偏差值Vdev。接著，偏差值Vdev可傳輸至增益控制電路210，其中增益控制電路210執行一增益控制操作(320)。在各種實施例中，增益控制電路210用第一增益元件240運算及施加一總增益，及進一步分別經由第二增益元件280、第三增益元件285及第四增益元件290施加個別增益至P控制器250、I控制器255、及D控制器260 (320)。例如，且參照圖6，增益控制電路210執行增益操作，該增益操作當增益控制電路210接收偏差值Vdev時開始(600)。接著，增益控制電路210判定增益計數器是否小於一增益上調計時計數值（即，增益控制電路210執行時間之計數值）(605)。若該增益計數器小於該增益上調計時計數值，則該增益計數器累加1 (610)，P控制器250之增益Gp設定為一上調P增益值Gp_up (615)，I控制器255之增益Gi設定為一上調I增益值Gi_up (620)，及D控制器260之增益Gd設定為一上調D增益值Gd_up (625)。一旦已設定可變增益Gp、Gi、Gd，增益操作結束。上調增益值Gp_up、Gi_up、Gd_up可係固定值且根據致動器281之規格而預定。若該增益計數器不小於該增益上調計時計數，則P控制器250之增益Gp設定為一正常P增益值Gp_nom (630)，I控制器255之增益Gi設定為一正常I增益值Gi_nom (635)，及D控制器260之增益Gd設定為一正常D增益值Gd_nom (640)。一旦已設定可變增益Gp、Gi、Gd，增益操作結束。正常增益值Gp_nom、Gi_nom、Gd_nom可係固定值且根據致動器281之規格而預定。偏差值Vdev可進一步傳輸至反衝脈衝電路205，其中反衝脈衝電路205執行一反衝脈衝操作(325)。在各種實施例中，反衝脈衝電路205可藉由比較偏差值Vdev與最大臨限THmax及最小臨限THmin來判定反衝脈衝信號Vkick是否係必須。若偏差值Vdev在臨限值範圍外，則反衝脈衝電路205可啟動該反衝脈衝操作(325)。若反衝脈衝電路205啟動該反衝脈衝操作(325)，則該反衝脈衝操作(325)運算反衝脈衝信號Vkick之量值及方向(325)。例如，且參照圖7，該反衝脈衝操作(325)可藉由接收偏差值Vdev、該反衝脈衝計數器值及一反衝脈衝計時計數值（即，反衝脈衝電路205執行時間之計數值）而開始。反衝脈衝電路205可判定該反衝脈衝計數器值是否小於該反衝脈衝計時計數值。若該反衝脈衝計數器值不小於該反衝脈衝計時計數值，則反衝脈衝值Vkick設定為零(735)且該操作藉由輸出反衝脈衝值Vkick而結束(740)。若該反衝脈衝計數器小於該反衝脈衝計時，則該反衝脈衝計數器累加1 (710)。接著，反衝脈衝電路205可判定偏差值Vdev之一絕對值是否大於一反衝脈衝操作臨限THkick (715)。反衝脈衝操作臨限THkick係一預定值且可基於合適的參數，諸如所欲操作規格、安定時間、及類似者。例如，假使不慎地啟動反衝脈衝電路205，步驟715可用作為一對策。若偏差值Vdev之絕對值不大於反衝脈衝操作臨限THkick，則反衝脈衝值Vkick設定為零(735)且該操作藉由輸出反衝脈衝值Vkick而結束(740)。若偏差值Vdev之絕對值大於反衝脈衝操作臨限THkick，則反衝脈衝電路205判定偏差值Vdev是否大於零(720)。若偏差值Vdev大於零，則根據下列方程式運算反衝值Vkick：Vkick = Vdev * Gkick + Vkickfix，其中Gkick係影響反衝脈衝信號Vkick之量值之一固定值，及Vkickfix亦係影響反衝脈衝信號Vkick之量值之一固定值(725)。Gkick及Vkickfix之值經預定且係基於致動器208之規格及/或所欲結果。若偏差值Vdev不大於零，則根據下列方程式運算反衝值Vkick：Vkick = -1*(Vdev * Gkick + Vkickfix) (730)。運算該反衝值後反衝操作結束(740)，及接著，反衝脈衝電路205輸出反衝值Vkick至第二加總電路235以與PID控制器215之輸出PIDout加總。在該第二加總電路加總反衝值Vkick及P控制器之輸出PIDout以獲得新位置值Pnew之後，DAC 270可轉換新位置值Pnew成一類比信號，其中該類比信號傳輸至恆定電流驅動器225。恆定電流驅動器225提供驅動器電流I_dr 以控制致動器281之位置。致動器281回應於驅動器電流I_dr 之量值及方向。在致動器281接收驅動器電流I_dr 之後，位置感測器200偵測一新位置且循環在圖3之開始(300)重頭開始。如圖3中所描述之程序繼續直到鏡頭130已安定在目標位置。在一例示性實施例，且參照圖13，可變步進電路、增益控制電路210、及反衝脈衝電路205一起操作以縮減鏡頭之自一開始位置至目標位置之安定時間，當與一現有系統（例如，如圖12中所繪示者）相比較。例如，現有系統之安定時間係約略15ms，而本技術之安定時間係約略5ms。在前面的描述中，已參照特定例示性實施例來描述該技術。繪示與描述的特定實施方案係說明該技術與其最佳模式，且不旨在以任何方式限制本技術的範圍。實際上，為了簡潔起見，習知的製造、連接、製備、及該方法與系統的其他功能態樣並未詳細描述。此外，在各圖式中顯示的連接線係旨在表示各元件之間的例示性功能關係及/或步驟。許多替換或額外的功能關係或實體連接可存在於實際的系統中。根據一態樣，一種能夠用一鏡頭聚焦一影像及自一影像信號處理器接收影像資料之自動對焦設備，其包含：一致動器，其耦合至該鏡頭且經組態以移動該鏡頭；一位置感測器，其耦合至該鏡頭，其中該位置感測器輸出表示該鏡頭之一位置的一位置信號；一驅動器電路，其耦合至該致動器，該驅動器電路包含：一可變步進電路，其耦合至該影像信號處理器且經組態以計算一中間目標值；一第一加總電路，其耦合至該位置感測器及該可變步進電路之一輸出且經組態以加總該位置信號及該中間目標值以產生一偏差值；及一信號控制電路，其耦合至該第一加總電路之一輸出且經組態以調整一控制變數及調整該控制變數之一增益；其中：該驅動器電路根據該控制變數而輸出一恆定驅動器信號至該致動器；及該致動器係回應於該恆定驅動器信號。在一實施例中，該信號控制電路進一步經組態以產生一反衝脈衝信號，其中該反衝脈衝信號調整該控制變數之量值及方向。在一實施例中，若該偏差值小於一最小臨限值．則產生該反衝脈衝信號。在一實施例中，該信號控制電路包含一增益控制電路，該增益控制電路耦合至該第一加總電路之該輸出且經組態以接收該偏差值及基於該偏差值調整該增益。在一實施例中，該增益控制電路包含：一第一增益控制元件；一第二增益控制元件；一第三增益控制元件；及一第四增益控制元件；其中該第二增益控制元件、該第三增益控制元件及該第四增益控制元件經並聯耦合，且該第一增益控制元件與該第二增益控制元件、該第三增益控制元件及該第四增益控制元件經串聯耦合。在一實施例中，該信號控制電路進一步包含耦合至該增益控制電路之一PID控制器；其中該PID控制器包含：一P控制器，其耦合至該第二增益控制元件之一輸出；一I控制器，其耦合至該第三增益控制元件之一輸出；及一D控制器，其耦合至該第四增益控制元件之一輸出。在一實施例中，該自動對焦設備進一步包含一PID控制器，該PID控制器耦合至該增益控制電路之一輸出，其中該PID控制器輸出該控制變數。在一實施例中，該信號控制電路進一步包含一反衝脈衝電路，該反衝脈衝電路耦合至該第一加總電路之一輸出且經組態以輸出具有一量值及一方向之一反衝脈衝信號。在一實施例中，該信號控制電路進一步包含一第二加總電路，該第二加總電路耦合至該反衝脈衝電路之一輸出及該PID控制器之一輸出，且經組態以：根據該反衝脈衝信號而改變該控制變數之一量值及一方向；及輸出一新位置信號。根據另一態樣，一種用於以一鏡頭執行自動對焦之方法，其包含：偵測該鏡頭之一位置；輸出表示該鏡頭之該位置的一位置信號；產生該鏡頭之一目標位置；根據該所產生之目標位置計算該鏡頭之一中間目標值；加總該位置信號及該中間目標值以產生一偏差值；根據該偏差值產生一控制變數；基於該控制變數產生一驅動器信號；及根據該驅動器信號移動該鏡頭。在一操作中，該方法進一步包含：若該偏差值小於一最小臨限值，則產生一反衝脈衝信號。在一操作中，該方法進一步包含：根據該反衝脈衝信號來調整該控制變數之一量值及一方向。在一操作中，該方法進一步包含施加一增益至該偏差值，其中施加該增益至該偏差值包含根據一增益計數器而施加一預定第一增益及一預定第二增益之一者。在一操作中，產生該中間目標值包含：基於一步進寬度及一步進數來運算一步進值；及加總該步進值與一先前中間目標值。根據另一態樣，一種用於以一鏡頭執行自動對焦之方法，其包含：擷取影像資料；產生表示該鏡頭之一位置的一位置信號；根據該影像資料產生一目標位置；根據該所產生之目標位置產生一中間目標值；根據該所產生之中間目標值及該所產生之位置信號運算一偏差值；施加一增益至該所運算偏差值；基於該所運算偏差值運算一反衝脈衝信號；基於該所運算反衝脈衝信號及一控制信號運算一新位置值；及根據該新位置值重新定位該鏡頭。在一操作中，施加該增益至該偏差值包含：根據一增益計數器而施加一預定第一增益及一預定第二增益之一者。在一操作中，運算該反衝脈衝信號進一步基於該偏差值是否大於一臨限值。在一操作中，該用於執行自動對焦之方法進一步包含：基於該所運算偏差值運算該反衝脈衝信號。在一操作中，產生該中間目標值包含：基於一步進寬度及一步進數來運算一步進值。在一操作中，產生該中間目標值進一步包含：加總該步進值與一先前中間目標值。在另一態樣中，一種具有一自動對焦特徵之成像系統，其包含：一影像感測器，其經組態以擷取影像資料；一影像信號處理器，其耦合至該影像感測器且經組態以處理該影像資料；一鏡頭模組，其經定位成相鄰於該影像感測器，該鏡頭模組包含：一鏡頭；一致動器，其耦合至該鏡頭且經組態以移動該鏡頭；一位置感測器，其回應於該鏡頭之一位置，其中該位置感測器輸出一位置信號；及一驅動器電路，其耦合至該影像信號處理器及該致動器，該驅動器電路包含：一可變步進電路，其耦合至該影像信號處理器且經組態以計算一中間目標值；一第一加總電路，其耦合至該位置感測器及該可變步進電路之一輸出，且經組態以加總該位置信號及該中間目標值以產生一偏差值；一信號控制電路，其包含：一增益控制電路，其耦合至該第一加總電路之一輸出，且經組態以接收該偏差值及基於該中間目標值施加一增益；一PID控制器，其耦合至該增益控制電路之一輸出，其中該PID控制器輸出一PID信號；及一反衝脈衝電路，其耦合至該第一加總電路之一輸出且經組態以輸出具有一量值及一方向之一反衝脈衝信號；及一第二加總電路，其耦合至該反衝脈衝電路之一輸出及該PID控制器之一輸出，且經組態以根據該反衝脈衝信號而改變該PID信號之一量值及一方向及輸出一新位置信號；其中該致動器係回應於該新位置信號。在該成像系統之一實施例中，該增益控制電路包含：一第一增益控制元件；一第二增益控制元件；一第三增益控制元件；及一第四增益控制元件；其中該第二增益控制元件、該第三增益控制元件及該第四增益控制元件經並聯耦合，且該第一增益控制元件與該第二增益控制元件、該第三增益控制元件及該第四增益控制元件經串聯耦合。在該成像系統之一實施例中，該PID控制器包含：一P控制器，其耦合至該第二增益控制元件之一輸出；一I控制器，其耦合至該第三增益控制元件之一輸出；及一D控制器，其耦合至該第四增益控制元件之一輸出。在該成像系統之一實施例中，該可變步進電路進一步：基於一步進寬度及一步進數來運算一步進值；及藉由加總該步進值與一先前中間值來計算該中間目標值。在該成像系統之一實施例中，該反衝脈衝電路基於該偏差值而產生該反衝脈衝信號。本技術已參照特定例示性實施例描述。然而，在不背離本技術的範圍的情況下，可作出各種修改與改變。描述與圖式係視為說明性的方式，而不是限制性的，且所有此類修改係旨在包括在本技術的範圍之內。因此，該技術的範圍應由所描述的一般實施例與其法律均等物來判定，而不是僅由上述的具體實例來判定。例如，任何方法或程序實施例中述及的步驟可用任何順序執行（除非另有明確說明），且不限於具體實例中所呈現的明顯順序。另外，任何設備實施例中述及的組件及/或元件可用各種排列方式組裝或以其他方式操作性組態以產生實質上相同於本技術的結果，且因此不限於具體實例中述及的具體組態。上文已描述關於具體實施例之效益、其他優點及問題解決方案。然而，任何效益、優點、問題解決方案或可引起任何特定效益、優點或解決方案發生或變得更顯著的任何元件不應視為關鍵、必要、或基本的特徵或組件。用語「包含(comprises, comprising)」、或其任何變化型，係旨在提及非排他性的包括，使得包含一系列元素的程序、方法、物品、組成物、或設備不僅包括述及的彼等元素，但是也可包括未明確列出或這種程序、方法、物品、組成物、或設備固有的其他元素。在本技術之實踐中使用之上述結構、配置、應用、比例、元件、材料、或組件之其他組合及/或修改（除了彼等未明確述及的以外）可改變或以其他方式特別調適於特定環境、製造規格、設計參數或其他操作需求，而未悖離本技術之一般原理。本技術已參照例示性實施例於上文描述。然而，可對例示性實施例做出變化與修改而不脫離本技術的範圍。此等與其他改變或修改係旨在包括在如下列申請專利範圍所表達的本技術的範圍內。

100‧‧‧成像系統105‧‧‧鏡頭模組110‧‧‧影像感測器120‧‧‧影像信號處理器125‧‧‧驅動器電路130‧‧‧鏡頭200‧‧‧位置感測器205‧‧‧反衝脈衝電路210‧‧‧增益控制電路215‧‧‧PID控制器220‧‧‧暫存器225‧‧‧恆定電流驅動器230‧‧‧第一加總電路235‧‧‧第二加總電路240‧‧‧第一增益元件245‧‧‧放大器250‧‧‧P控制器255‧‧‧I控制器260‧‧‧D控制器265‧‧‧類比數位轉換器(ADC)270‧‧‧數位類比轉換器(DAC)275‧‧‧可變步進電路；邏輯電路280‧‧‧第二增益元件281‧‧‧致動器285‧‧‧第三增益元件290‧‧‧第四增益元件295‧‧‧信號控制電路300‧‧‧步驟305‧‧‧步驟310‧‧‧步驟315‧‧‧步驟320‧‧‧步驟325‧‧‧步驟330‧‧‧步驟335‧‧‧步驟340‧‧‧步驟350‧‧‧步驟400‧‧‧步驟405‧‧‧步驟410‧‧‧步驟415‧‧‧步驟420‧‧‧步驟425‧‧‧步驟430‧‧‧步驟435‧‧‧步驟440‧‧‧步驟500‧‧‧步驟505‧‧‧步驟510‧‧‧步驟515‧‧‧步驟520‧‧‧步驟525‧‧‧步驟530‧‧‧步驟535‧‧‧步驟540‧‧‧步驟545‧‧‧步驟550‧‧‧步驟555‧‧‧步驟560‧‧‧步驟565‧‧‧步驟600‧‧‧步驟605‧‧‧步驟610‧‧‧步驟615‧‧‧步驟620‧‧‧步驟625‧‧‧步驟630‧‧‧步驟635‧‧‧步驟640‧‧‧步驟645‧‧‧步驟700‧‧‧步驟705‧‧‧步驟710‧‧‧步驟715‧‧‧步驟720‧‧‧步驟725‧‧‧步驟730‧‧‧步驟735‧‧‧步驟740‧‧‧步驟Fdir‧‧‧方向旗標Ftarget‧‧‧目標值操作旗標Ga‧‧‧可變增益Gd‧‧‧可變增益Gd_nom‧‧‧正常D增益值Gd_up‧‧‧上調D增益值Gi‧‧‧可變增益Gi_nom‧‧‧正常I增益值Gi_up‧‧‧上調I增益值Gp‧‧‧可變增益Gp_nom‧‧‧正常P增益值Gp_up‧‧‧調P增益值Idr‧‧‧驅動器電流N‧‧‧步進變化數PIDout‧‧‧控制變數；P控制器輸出Pnew‧‧‧新位置值Step_N‧‧‧步進寬度數；步進寬度StepValue‧‧‧步進值THkick‧‧‧反衝脈衝操作臨限THmax‧‧‧最大臨限值THmin‧‧‧最小臨限值THstep‧‧‧步進變化臨限THstep_N‧‧‧步進變化臨限Treg‧‧‧中間目標位置Treg_new‧‧‧新中間目標位置Treg_pre‧‧‧先前中間目標位置Tset‧‧‧目標值設定Tset_pre‧‧‧先前目標值設定Vdev‧‧‧偏差值Vkick‧‧‧反衝脈衝信號

本技術的更完整理解可藉由參考詳細說明且同時結合下列說明性圖式來考慮而得到。在下列圖式中，相似的元件符號在整個圖式中係指類似的元件及步驟。圖1代表性地繪示根據本技術一例示性實施例之一成像系統；圖2係根據本技術一例示性實施例之自動對焦系統的方塊圖；圖3係根據本技術一例示性實施例之一自動對焦系統的流程圖；圖4係根據本技術一例示性實施例之用於在一自動對焦系統中更新一目標值的流程圖；圖5係根據本技術一例示性實施例之用於在一自動對焦系統中計算一目標值的流程圖；圖6係根據本技術一例示性實施例之用於在一自動對焦系統中設定增益的流程圖；圖7係根據本技術一例示性實施例之用於在一自動對焦系統中計算一反衝脈衝的流程圖；圖8代表性地繪示使用一習知方法之輸入目標值及對應信號及信號安定時間；圖9代表性地繪示使用一習知方法之輸入目標值及對應信號及信號安定時間；圖10代表性地繪示根據本技術一例示性實施例之輸入目標值及對應信號及信號安定時間；圖11代表性地繪示根據本技術一例示性實施例之計算一中間目標位置；圖12係一習知自動對焦系統之一輸出波形；及圖13係根據本技術一例示性實施例之一輸出波形。

100‧‧‧成像系統

300‧‧‧步驟

305‧‧‧步驟

310‧‧‧步驟

315‧‧‧步驟

320‧‧‧步驟

325‧‧‧步驟

330‧‧‧步驟

335‧‧‧步驟

340‧‧‧步驟

350‧‧‧步驟

Claims

一種用於以一鏡頭執行自動對焦之方法，其特徵在於包含：偵測該鏡頭之一位置；輸出表示該鏡頭之該位置的一位置信號；產生該鏡頭之一目標位置；根據所產生之該目標位置計算該鏡頭之一中間目標值；加總該位置信號及該中間目標值以產生一偏差值；根據該偏差值產生一控制變數；基於該控制變數產生一驅動器信號；及根據該驅動器信號移動該鏡頭。
如請求項1之用於執行自動對焦之方法，其中其進一步包含：若該偏差值小於一最小臨限值，則產生一反衝脈衝信號。
如請求項2之用於執行自動對焦之方法，其中其進一步包含：根據該反衝脈衝信號來調整該控制變數之一量值及一方向。
如請求項1之用於執行自動對焦之方法，其中其進一步包含施加一增益至該偏差值，其中施加該增益至該偏差值包含根據一增益計數器而施加一預定第一增益及一預定第二增益之一者。
如請求項1之用於執行自動對焦之方法，其中產生該中間目標值包含：基於一步進寬度及一步進數來運算一步進值；及加總該步進值與一先前中間目標值。
一種用於以一鏡頭執行自動對焦之方法，其特徵在於包含：擷取影像資料；產生表示該鏡頭之一位置的一位置信號；根據該影像資料產生一目標位置；根據所產生之該目標位置產生一中間目標值；根據所產生之該中間目標值及所產生之該位置信號運算一偏差值；施加一增益至所運算之該偏差值；基於所運算之該偏差值運算一反衝脈衝信號；基於所運算之該反衝脈衝信號及一控制信號運算一新位置值；及根據該新位置值重新定位該鏡頭。
如請求項6之用於執行自動對焦之方法，其中施加該增益至該偏差值包含：根據一增益計數器而施加一預定第一增益及一預定第二增益之一者。
如請求項7之用於執行自動對焦之方法，其中運算該反衝脈衝信號進一步基於該偏差值是否大於一臨限值。
如請求項6之用於執行自動對焦之方法，其中產生該中間目標值包含：基於一步進寬度及一步進數來運算一步進值。
如請求項9之用於執行自動對焦之方法，其中產生該中間目標值進一步包含：加總該步進值與一先前中間目標值。