WO2024034404A1 - アクチュエータドライバおよびこれを用いたカメラモジュール、電子機器、可動部の位置検出方法 - Google Patents

アクチュエータドライバおよびこれを用いたカメラモジュール、電子機器、可動部の位置検出方法 Download PDF

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P25/034—Voice coil motors
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/54—Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/68—Control of cameras or camera modules for stable pick-up of the scene, e.g. compensating for camera body vibrations

Definitions

  • the present disclosure relates to an actuator driver and a camera module using the same.
  • a camera module with optical image stabilization includes an image sensor, a lens movable in an XY plane parallel to the imaging surface of the image sensor (referred to as an image stabilization lens), an actuator that positions the lens, and an actuator driver that controls the actuator. Equipped with.
  • a shake detection means such as a gyro sensor
  • the actuator driver drives the actuator to shift the lens so that the shake is canceled out.
  • the output of the Hall element (Hall signal) is expected to change monotonically with respect to the position of the movable part, and more ideally, it is expected to change linearly.
  • the Hall signal has a maximum point and a minimum point with respect to the position. For this reason, in a module in which the movable part has a wide movable range, one Hall element cannot cover the entire movable range.
  • the present disclosure has been made in such a situation, and one of its exemplary purposes is to provide an actuator driver and a camera module that can detect the position of a movable part in combination with an actuator having a long stroke length.
  • An aspect of the present disclosure relates to an actuator driver that drives an actuator that positions a movable part.
  • the actuator driver receives n Hall signals from a plurality of n Hall elements (n ⁇ 2), converts the n Hall signals into n digital signals, and operates based on the n digital signals.
  • a position detection unit that generates a feedback signal indicating the position of the motor
  • a servo controller that generates a control signal so that the feedback signal approaches a target value
  • a drive unit that applies a drive signal according to the control signal to the voice coil motor.
  • the position detection section folds back each of the n digital signals at a local maximum value and a local minimum value, synthesizes the folded digital signals, and generates a feedback signal.
  • Another aspect of the present disclosure relates to a method for detecting the position of a movable part positioned by an actuator.
  • This method includes the steps of arranging a plurality of n Hall elements (n ⁇ 2) along the stroke direction of the movable part, and converting the n Hall signals generated by the n Hall elements into n digital signals.
  • the method includes a step of converting, and a step of folding back each of the n digital signals at a maximum value and a minimum value, and synthesizing the folded digital signals to generate a position detection signal.
  • the position of the movable part can be detected in combination with an actuator having a long stroke length.
  • FIG. 1 is a block diagram of a camera module equipped with an image stabilization function.
  • FIG. 2 is a block diagram of the actuator driver.
  • FIG. 3 is a block diagram of the actuator driver according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the loopback process of the position detection unit in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the compositing process of the position detection section of FIG. 3.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating loopback processing regarding local maximum values performed by the arithmetic processing unit.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating loopback processing regarding local minimum values performed by the arithmetic processing unit.
  • FIG. 8 is a block diagram showing an example of the configuration of the arithmetic processing section.
  • FIG. 9 is a block diagram of a folding processing section according to a modified example.
  • An actuator driver drives an actuator that positions a movable part.
  • the actuator driver receives n Hall signals from a plurality of n Hall elements (n ⁇ 2), converts the n Hall signals into n digital signals, and operates based on the n digital signals.
  • a position detection unit that generates a feedback signal indicating the position of the motor
  • a servo controller that generates a control signal so that the feedback signal approaches a target value
  • a drive unit that applies a drive signal according to the control signal to the voice coil motor.
  • the position detection section folds back each of the n digital signals at a local maximum value and a local minimum value, synthesizes the folded digital signals, and generates a feedback signal.
  • the position of the movable element can be detected over a long stroke length by arranging a plurality of Hall elements side by side in the stroke direction of the movable part and synthesizing the plurality of Hall signals.
  • the Hall signals have local maximum values and local minimum values, if multiple Hall signals are simply added and synthesized, there will be a region where the slope of the combined signal is very small, resulting in a decrease in sensitivity. becomes.
  • by folding back the digital signal corresponding to the Hall signal at its maximum value and minimum value it is possible to prevent the slope of the synthesized digital signal from becoming too small, and it is possible to increase the position detection sensitivity.
  • the position detection unit detects the local maximum value pmax i of the i-th (1 ⁇ i ⁇ n-1) digital signal and the (i+1)-th maximum value pmax i when the i-th digital signal takes the local maximum value pmax i.
  • a maximum threshold value THmax i+1 which is the value p i+1 of the digital signal, is held, and when the value p i+1 of the (i+1)th digital signal is larger than the maximum threshold value THmax i+1 , the i-th digital signal
  • the position detection unit detects the minimum value pmin j of the jth ((2 ⁇ j ⁇ n) digital signal and the (j-1)th minimum value pmin j when the jth digital signal takes the minimum value pmin j.
  • the value p j-1 of the (j-1)th digital signal is the minimum threshold THmin j-1 , which is the value p j -1 of the digital signal.
  • the value p j of the j-th digital signal may be converted to 2 ⁇ pmin j ⁇ p j .
  • the servo controller may include an error detector that generates an error between the target value and the feedback signal, and a proportional-integral controller that receives the error.
  • the actuator driver may be monolithically integrated on one semiconductor substrate.
  • “Integration” includes cases where all of the circuit components are formed on a semiconductor substrate, cases where the main components of the circuit are integrated, and some of the components are integrated to adjust the circuit constants.
  • a resistor, a capacitor, etc. may be provided outside the semiconductor substrate.
  • a camera module includes an image sensor, an image stabilization mechanism provided on an incident optical path to the image sensor, an actuator that positions a movable part of the image stabilization mechanism, and an actuator driver. Good too.
  • a camera module includes an image sensor, an image stabilization lens provided on an incident optical path to the image sensor, an actuator that positions a movable part including the image stabilization lens, and any of the above-mentioned actuators.
  • a driver is provided on an image sensor, an image stabilization lens provided on an incident optical path to the image sensor, an actuator that positions a movable part including the image stabilization lens, and any of the above-mentioned actuators.
  • a state in which member A is connected to member B refers to not only a case where member A and member B are physically directly connected, but also a state in which member A and member B are electrically connected. This also includes cases in which they are indirectly connected via other members that do not substantially affect the connection state or impair the functions and effects achieved by their combination.
  • a state in which member C is provided between member A and member B refers to the case where member A and member C or member B and member C are directly connected, This also includes cases in which they are indirectly connected via other members that do not substantially affect the connection state or impair the functions and effects achieved by their combination.
  • FIG. 1 is a block diagram of a camera module equipped with an image stabilization function.
  • the camera module 100 includes an image sensor 102, an image stabilization lens 104, a first actuator 106_1, a second actuator 106_2, an actuator driver 200, position detection elements 110_1, 110_2, a shake detection means 112, and a CPU (Central Processing Unit) 114. .
  • the camera module 100 also includes an autofocus lens, an actuator, etc., but these are omitted in FIG.
  • the optical axis direction of the camera shake correction lens 104 is assumed to be the Z-axis. Further, when the camera module 100 is in the attitude shown in FIG. 1, the horizontal direction is assumed to be the X axis, and the vertical direction is assumed to be the Y axis.
  • the X axis is also referred to as the first axis, and the Y axis is also referred to as the second axis.
  • the camera shake correction lens 104 is placed on the optical path of light incident on the image sensor 102.
  • the image sensor 102 is a CMOS sensor or CCD, and captures an image transmitted through the camera shake correction lens 104.
  • the camera shake correction lens 104 is supported so as to be movable in the X direction and the Y direction in a plane parallel to the imaging surface of the image sensor 102 (XY plane).
  • the first actuator 106_1 positions the movable part 105 including the camera shake correction lens 104 in the first axis (X-axis) direction
  • the second actuator 106_2 positions the movable part 105 in the second axis (Y-axis) direction.
  • the first actuator 106_1 and the second actuator 106_2 are linear actuators, and for example, voice coil motors are used.
  • the movable portion 105 including the camera shake correction lens 104 has a movable range mechanically restricted in each of the first axis direction and the second axis direction. The end of the movable range is called the mechanical end. Mechanical ends exist in the positive direction and negative direction in the first axis direction, and mechanical ends exist in the positive direction and the negative direction in the second axis direction as well.
  • the shake detection means 112 detects shake of the camera module 100 and generates a shake detection signal S1 indicating the shake.
  • the shake detection means 112 is, for example, a gyro sensor, and detects the angular velocity ⁇ X around the X axis, the angular velocity ⁇ Y around the Y axis, and the angular velocity ⁇ Z around the Z axis of the camera module 100.
  • rotation (shake) around the Y-axis can be corrected
  • the shake detection signal S1 includes angular velocities ⁇ X and ⁇ Y of at least two axes.
  • the actuator driver 200 Based on the shake detection signal S1 detected by the shake detection means 112, the actuator driver 200 generates a target code (position command) indicating a target value of the displacement of the camera shake correction lens 104 so that the shake is canceled out.
  • the actuator driver 200 generates drive signals S2_1 and S2_2 for the first actuator 106_1 and the second actuator 106_2, respectively, based on internally generated target codes.
  • the position detection elements 110_1 and 110_2 respectively generate position detection signals S3_1 and S3_2 indicating the position (displacement amount) PX in the first axis direction and the position (displacement amount) PY in the second axis direction of the camera shake correction lens 104. do.
  • a Hall sensor or the like can be used as the position detection element 110.
  • the actuator driver 200 drives the first actuator 106_1 and the second actuator 106_2 so that camera shake is corrected. Specifically, in the first mode, the actuator driver 200 operates so that the position PX of the camera shake correction lens 104 indicated by the first position detection signal S3_1 matches the target position PX (REF) indicated by the target code.
  • the drive signal S2_1 is feedback-controlled.
  • the actuator driver 200 performs feedback control on the drive signal S2_2 so that the position P Y of the camera shake correction lens 104 indicated by the second position detection signal S3_2 matches the target position P Y (REF) indicated by the target code. do.
  • the above is the overall configuration of the camera module 100. Next, the actuator driver 200 will be explained.
  • FIG. 2 is a block diagram of the actuator driver 200.
  • the actuator driver 200 includes a control section 210, a first drive section 220_1, and a second drive section 220_2.
  • the gyro sensor 112A is the shake detection means 112 in FIG. 1 and detects the angular velocity of the camera module 100.
  • the control unit 210 includes a position command generation unit 212, a first servo controller 230_1, a second servo controller 230_2, a first position detection unit 240_1, and a second position detection unit 240_2.
  • the position command generation unit 212 receives the shake detection signal S1 generated by the gyro sensor 112A, and generates a position indicating the position of the camera shake correction lens 104 that can offset the shake for each of the X-axis and Y-axis. Generate commands X REF and Y REF .
  • the position command generation unit 212 generates the position command X REF by integrating the angular velocity ⁇ X around the X-axis and multiplying it by a predetermined gain.
  • the position command generation unit 212 generates the position command Y REF by integrating the angular velocity ⁇ Y around the Y-axis and multiplying it by a predetermined gain.
  • the position detection signal S3_1 generated by the position detection element 110_1 is input to the first position detection section 240_1.
  • the first position detection unit 240_1 generates a feedback signal XFB indicating the position of the movable element of the actuator 106_1 based on the position detection signal S3_1.
  • the position detection signal S3_2 generated by the position detection element 110_2 is input to the second position detection section 240_2.
  • the second position detection unit 240_2 generates a feedback signal YFB indicating the position of the movable element of the actuator 106_2 based on the position detection signal S3_2.
  • Feedback signals X FB and Y FB indicate the positions of the movable portion 105 in the X direction and Y direction (X coordinate, Y coordinate), respectively.
  • the first servo controller 230_1 generates the control signal S4_1 so that the error between the feedback signal X FB and the position command X REF approaches zero.
  • the first drive unit 220_1 generates a drive signal S2_1 according to the control signal S4_1.
  • the control signal S4_1 is, for example, a current command, and the first drive unit 220_1 supplies the first actuator 106_1 with a drive current having an amount of current according to the control signal S4_1.
  • the control signal S4_1 is a voltage command, and the first drive unit 220_1 supplies the first actuator 106_1 with a drive voltage at a voltage level corresponding to the control signal S4_1.
  • the second servo controller 230_2 receives the position detection signal S3_2 generated by the position detection element 110_2 as a feedback signal YFB indicating the Y coordinate of the movable part 105.
  • the second servo controller 230_2 generates the control signal S4_2 so that the error between the feedback signal Y FB and the position command Y REF approaches zero.
  • the second drive unit 220_2 generates a drive signal S2_2 according to the control signal S4_2.
  • the configuration of the actuator driver 200 (220_1, 230_1, 240_1) corresponding to the actuator 106_1 is the same as the configuration (220_2, 230_2, 240_2) of the actuator driver 200 corresponding to the actuator 106_2.
  • FIG. 3 is a block diagram of the actuator driver 200 according to the embodiment.
  • the servo controller 230 in FIG. 3 corresponds to the first servo controller 230_1 or the second servo controller 230_2 in FIG. 2.
  • P in FIG. 3 is X or Y in FIG.
  • the driving unit 220 in FIG. 3 corresponds to the first driving unit 220_1 or the second driving unit 220_2 in FIG. 2.
  • the position detection unit 240 in FIG. 3 corresponds to the first position detection unit 240_1 or the second position detection unit 240_2 in FIG. 2.
  • the servo controller 230 includes an error detector 232 and a compensator 234.
  • the error detector 232 generates an error err between the position command P REF and the feedback signal P FB indicating the position of the movable part 105 .
  • Error detector 232 can be configured with a subtracter.
  • the compensator 234 generates a control signal ctrl according to the error err.
  • Compensator 234 is also referred to as a servo filter.
  • the compensator 234 is, for example, a PI (proportional/integral) controller, and adds the value obtained by multiplying the error err by a proportional gain kp and the value obtained by multiplying the integral value of the error err by an integral gain ki, and generates a control signal.
  • ctrl may be generated.
  • Compensator 234 may be a PID (proportional-integral-derivative controller).
  • the drive unit 220 applies a drive signal S2 according to the control signal S4 (ctrl) to the voice coil of the actuator 106.
  • the n Hall elements H1 to Hn are arranged along the stroke direction of the actuator 106.
  • Each Hall element Hi (1 ⁇ i ⁇ n) generates a Hall signal HSi according to the position of the movable part of the actuator 106.
  • the plurality of Hall signals SH1 to SH3 are input to pins ADC1 to ADC3 of the actuator driver 200.
  • the position detection unit 240 receives n Hall signals HS1 to HS3 and converts the n Hall signals into n digital signals D1 to Dn. Then, based on the digital signals D1 to Dn, a feedback signal PFB indicating the position of the movable part is generated.
  • the position detection unit 240 includes, for example, n A/D converters 242_1 to 242_n and an arithmetic processing unit 250.
  • the i-th A/D converter 242_i converts the corresponding Hall signal HSi into a digital signal Di. Note that one A/D converter 242 may time-divisionally convert a plurality of Hall signals HS1 to HSn into digital signals D1 to Dn.
  • the position detection unit 240 may further include a Hall amplifier that amplifies the Hall signal HS.
  • the arithmetic processing unit 250 generates a feedback signal PFB based on the n digital signals D1 to Dn.
  • the arithmetic processing unit 250 returns each of the n digital signals D1 to Dn at a maximum value and a minimum value. Then, the folded digital signals D1' to Dn' are combined to generate a feedback signal PFB .
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the loopback process of the position detection unit 240 in FIG. 3.
  • the horizontal axis represents the position P of the movable part of the actuator 106, and the vertical axis represents the value of the digital signal.
  • FIG. 4 shows the digital signals D1 to D3 and the folded digital signals D1' to D3'.
  • a portion of the digital signal D1 is folded back using its maximum value pmax1 as a reference.
  • a portion of the digital signal D2 is folded back using the minimum value pmin 2 as a reference, and another portion is folded back using the maximum value pmax 2 as a reference.
  • a portion of the digital signal D3 is folded back based on its minimum value pmin3 . It is guaranteed that the folded digital signals D1' to D3' all increase monotonically with respect to the position P within the stroke range.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the compositing process of the position detection unit 240 of FIG. 3.
  • the horizontal axis represents the position P of the movable part of the actuator 106, and the vertical axis represents the value of the digital signal.
  • the upper part of FIG. 5 shows the digital signals D1' to D3' after the folding process, and the lower part of FIG. 5 shows the feedback signal PFB obtained by combining the digital signals D1' to D3'.
  • the feedback signal PFB obtained by adding the plurality of monotonically increasing digital signals D1' to D3' increases monotonically with respect to the position P, as a matter of course.
  • the position of the movable part can be accurately detected in combination with an actuator having a long stroke length.
  • the local maximum value or local minimum value in the digital signal Di becomes an inflection point in the digital signal Di' after folding.
  • the digital signal Di' has a small slope near the inflection point, another digital signal Di ⁇ 1' corresponding thereto has a large slope. Therefore, the synthesized feedback signal PFB has a sufficiently large slope even in the portions corresponding to the maximum and minimum values of the digital signals D1 to D3, and has sufficient position detection sensitivity. Therefore, accurate position detection and, in turn, accurate position control are possible over the entire stroke range.
  • the present disclosure covers various devices and methods that can be understood as the block diagram and circuit diagram in FIG. 3 or derived from the above description, and is not limited to a specific configuration. More specific configuration examples and examples will be described below, not to narrow the scope of the present disclosure, but to help understand and clarify the essence and operation of the present disclosure and the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating loopback processing regarding local maximum values performed by the arithmetic processing unit 250.
  • FIG. 6 shows folding regarding the maximum value of the i-th (1 ⁇ i ⁇ n-1) digital signal Di.
  • p i represents the value of the digital signal Di.
  • the arithmetic processing unit 250 holds a value pmax i and a maximum threshold value THmax i+1 .
  • pmax i is the maximum value of the i-th (1 ⁇ i ⁇ n ⁇ 1) digital signal Di.
  • the maximum threshold value THmax i+1 is the value p i+1 of the (i+1)th digital signal Di+ 1 when the i-th digital signal Di takes the maximum value pmax i .
  • the arithmetic processing unit 250 performs folding processing when the value p i+1 of the (i+1)th digital signal is larger than the local maximum threshold THmax i+1 .
  • FIG. 7 is a diagram illustrating loopback processing regarding the minimum value by the arithmetic processing unit 250.
  • FIG. 7 shows folding around the maximum value of the j-th (2 ⁇ i ⁇ n) digital signal Dj.
  • the arithmetic processing unit 250 holds a value pmin j and a minimal threshold THmin j ⁇ 1 .
  • pmin j is the minimum value of the j-th digital signal Dj.
  • the minimum threshold THmin j-1 is the value p j-1 of the (j-1)th digital signal Dj- 1 when the j-th digital signal Dj takes the minimum value pmin j .
  • the arithmetic processing unit 250 performs folding processing when the value p j-1 of the (j-1)th digital signal is smaller than the maximum threshold THmin j-1 .
  • FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of the arithmetic processing section 250.
  • the arithmetic processing section 250 includes a plurality of return processing sections 252_1 to 252_3 and a combining section 260.
  • the folding processing unit 252_i folds back the corresponding digital signal Di with respect to the local maximum value and the local minimum value. Note that the digital signal D1 does not need to be folded back at the minimum value, and the digital signal Dn (D3) does not need to be folded back at the maximum value.
  • the foldback processing section 252 includes a maximum side calculation section 253, a minimum side calculation section 254, a minimum side determination section 255, a maximum side determination section 256, and a multiplexer 257.
  • the minimum side determination unit 255 compares the value p i-1 of the digital signal Di-1 with the minimum threshold value THmin i-1 , and outputs the comparison result.
  • the maximum side determination unit 256 compares the value p i+1 of the digital signal Di+1 with the maximum threshold value THmax i+1 , and outputs the comparison result.
  • Multiplexer 257 selects p'' when p i-1 ⁇ THmin i-1 . Multiplexer 257 selects p' when p i+1 >THmax i+1 . Multiplexer 257 selects p i when p i-1 >THmin i-1 and p i+1 >THmax i+1 .
  • the combining section 260 adds the outputs of the plurality of return processing sections 252_1 to 252_3 to generate a feedback signal PFB .
  • the combining unit 260 may perform simple addition or weighted addition.
  • FIG. 9 is a block diagram of a folding processing unit 252a according to a modified example.
  • the loopback processing unit 252a stops the loopback process when both the servo control position command PREF (target value) and the position detection signal are included in the loopback target area.
  • the folding processing section 252a includes a target value determining section 258 and a window determining section 259 in addition to the folding processing section 252 of FIG.
  • the target value determining unit 258 determines whether the target value PREF is included in a predetermined range near the turning point.
  • the window determination unit 259 determines whether the value p i of the digital signal Di is included in a predetermined range near the maximum value pmax i or within a predetermined range near the minimum value pmin i .
  • the output of the AND gate A1 becomes high, and the multiplexer 257 selects the value of the digital signal Di. Select and output p i .
  • the window determination unit 259 may determine whether the value p i +1 of the digital signal Di+ 1 is included in a predetermined range instead of the value p i of the digital signal Di. Similarly, the window determination unit 259 may determine whether the value p i -1 of the digital signal Di-1 is included in a predetermined range instead of the value p i of the digital signal Di.
  • the camera module 100 has a camera shake correction mechanism using the camera shake correction lens 104, but the camera shake correction mechanism is not limited to one based on lens shift. Further, in the embodiment, a position control system for an image stabilization mechanism has been described, but the present disclosure is not limited thereto, and can also be applied to a position control system for autofocus.
  • An actuator driver that drives an actuator that positions a movable part, Receives n Hall signals from a plurality of n Hall elements (n ⁇ 2), converts the n Hall signals into n digital signals, and converts the movable part based on the n digital signals.
  • a position detection unit that generates a feedback signal indicating the position of the a servo controller that generates a control signal so that the feedback signal approaches a target value;
  • a drive unit that applies a drive signal to the voice coil motor in accordance with the control signal; Equipped with
  • the position detection section is an actuator driver that folds back each of the n digital signals at a local maximum value and a local minimum value, and synthesizes the folded digital signals to generate the feedback signal.
  • the position detection section is The maximum value pmax i of the i-th (1 ⁇ i ⁇ n-1) digital signal, and the value p i+ 1 of the (i+1)-th digital signal when the i-th digital signal takes the maximum value pmax i .
  • the actuator driver according to 2.
  • the position detection section is The minimum value pmin j of the j-th ((2 ⁇ j ⁇ n) digital signal, and the value p j- of the (j-1)th digital signal when the j-th digital signal takes the minimum value pmin j.
  • the minimum threshold value THmin j ⁇ 1 which is 1 , is maintained.
  • the value p j-1 of the (j-1)th digital signal is smaller than the minimum threshold THmin j-1
  • the servo controller is an error detector that generates an error between the target value and the feedback signal; a proportional-integral controller subject to the error;
  • the actuator driver according to any one of items 1 to 4, comprising:
  • a method for detecting the position of a movable part positioned by an actuator comprising: arranging a plurality of n (n ⁇ 2) Hall elements along the stroke direction of the movable part; Converting n Hall signals generated by the n Hall elements into n digital signals; folding each of the n digital signals at a local maximum value and a local minimum value, and synthesizing the folded digital signals to generate a position detection signal; A method of providing.
  • the method according to item 12 comprising:
  • the step of generating the position detection signal includes: The minimum value pmin j of the j-th ((2 ⁇ j ⁇ n) digital signal, and the value p j- of the (j-1)th digital signal when the j-th digital signal takes the minimum value pmin j. maintaining a minimum threshold THmin j-1 equal to 1 ;
  • the value p j-1 of the (j-1)th digital signal is smaller than the minimum threshold THmin j-1 , the value p j of the j-th digital signal is set to 2 ⁇ pmin j ⁇ p j. the step of converting;
  • the present disclosure relates to an actuator driver and a camera module using the same.

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Abstract

アクチュエータドライバ２００は、可動部１０５を位置決めするアクチュエータ１０６を駆動する。位置検出部２４０は、複数ｎ個（ｎ≧２）のホール素子Ｈ１～Ｈ３からのｎ個のホール信号ＨＳ１～ＨＳ３を受け、ｎ個のホール信号ＨＳ１～ＨＳ３をｎ個のデジタル信号Ｄ１～Ｄ３に変換し、ｎ個のデジタル信号Ｄ１～Ｄ３にもとづいて、可動部１０５の位置を示すフィードバック信号ＰＦＢを生成する。位置検出部２４０は、ｎ個のデジタル信号Ｄ１～Ｄ３それぞれを、極大値および極小値で折り返し、折り返した後のデジタル信号を合成して、フィードバック信号ＰＦＢを生成する。

Description

アクチュエータドライバおよびこれを用いたカメラモジュール、電子機器、可動部の位置検出方法
　本開示は、アクチュエータドライバおよびこれを用いたカメラモジュールに関する。
　近年、スマートフォンなどの電子機器に搭載されるカメラモジュールに、光学手ぶれ補正（ＯＩＳ：Optical Image Stabilizer）の採用が進められている。光学手ぶれ補正付きのカメラモジュールは、イメージセンサ、イメージセンサの撮像面と平行なＸＹ平面内で移動可能なレンズ（手ブレ補正用レンズと称する）、レンズを位置決めするアクチュエータ、アクチュエータを制御するアクチュエータドライバを備える。ジャイロセンサなどのブレ検出手段によってブレが検出されると、アクチュエータドライバは、ブレが相殺されるようにアクチュエータを駆動し、レンズをシフトさせる。
特開２０１８－１３８９８４号公報
　ホール素子の出力（ホール信号）は、理想的には可動部の位置に対して単調に変化し、より理想的には、線形に変化することが期待される。ところが、可動部のストローク長が長くなると、ホール信号は、位置に対して極大点、極小点を有する。このため、可動部の可動範囲が広いモジュールでは、可動範囲全体を、１個のホール素子でカバーすることができない。
　本開示は係る状況においてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、長いストローク長を有するアクチュエータとの組み合わせにおいて、可動部の位置を検出可能なアクチュエータドライバおよびカメラモジュールの提供にある。
　本開示のある態様は、可動部を位置決めするアクチュエータを駆動するアクチュエータドライバに関する。アクチュエータドライバは、複数ｎ個（ｎ≧２）のホール素子からのｎ個のホール信号を受け、ｎ個のホール信号をｎ個のデジタル信号に変換し、ｎ個のデジタル信号にもとづいて、可動部の位置を示すフィードバック信号を生成する位置検出部と、フィードバック信号が目標値に近づくように、制御信号を生成するサーボコントローラと、制御信号に応じた駆動信号をボイスコイルモータに印加する駆動部と、を備える。位置検出部は、ｎ個のデジタル信号それぞれを極大値および極小値で折り返し、折り返した後のデジタル信号を合成して、フィードバック信号を生成する。
　本開示の別の態様は、アクチュエータによって位置決めされる可動部の位置検出方法に関する。この方法は、可動部のストローク方向に沿って、複数ｎ個（ｎ≧２）のホール素子を配置するステップと、ｎ個のホール素子が生成するｎ個のホール信号をｎ個のデジタル信号に変換するステップと、ｎ個のデジタル信号それぞれを極大値および極小値で折り返し、折り返した後のデジタル信号を合成して、位置検出信号を生成するステップと、を備える。
　なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明あるいは本開示の態様として有効である。さらに、この項目（課題を解決するための手段）の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。
　本開示によれば、長いストローク長を有するアクチュエータとの組み合わせにおいて、可動部の位置を検出できる。
図１は、手振れ補正機能を備えるカメラモジュールのブロック図である。 図２は、アクチュエータドライバのブロック図である。 図３は、実施形態に係るアクチュエータドライバのブロック図である。 図４は、図３の位置検出部の折り返し処理を説明する図である。 図５は、図３の位置検出部の合成処理を説明する図である。 図６は、演算処理部による極大値に関する折り返し処理を説明する図である。 図７は、演算処理部による極小値に関する折り返し処理を説明する図である。 図８は、演算処理部の構成例を示すブロック図である。 図９は、変形例に係る折り返し処理部のブロック図である。
（実施形態の概要）
　本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。この概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。
　一実施形態に係るアクチュエータドライバは、可動部を位置決めするアクチュエータを駆動する。アクチュエータドライバは、複数ｎ個（ｎ≧２）のホール素子からのｎ個のホール信号を受け、ｎ個のホール信号をｎ個のデジタル信号に変換し、ｎ個のデジタル信号にもとづいて、可動部の位置を示すフィードバック信号を生成する位置検出部と、フィードバック信号が目標値に近づくように、制御信号を生成するサーボコントローラと、制御信号に応じた駆動信号をボイスコイルモータに印加する駆動部と、を備える。位置検出部は、ｎ個のデジタル信号それぞれを極大値および極小値で折り返し、折り返した後のデジタル信号を合成して、フィードバック信号を生成する。
　この構成によれば、可動部のストローク方向に、複数のホール素子を並べて配置し、複数のホール信号を合成することで、長いストローク長にわたり、可動子の位置を検出できるようになる。ここで、ホール信号が極大値や極小値を持つ場合に、複数のホール信号を単純加算して合成すると、合成後の信号の傾きが非常に小さい領域が存在することとなり、感度の低下が問題となる。上記構成では、ホール信号に応じたデジタル信号を、その極大値および極小値で折り返すことにより、合成後のデジタル信号の傾きが小さくなりすぎるのを防止でき、位置検出感度を高めることができる。
　一実施形態において、位置検出部は、ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ－１）のデジタル信号の極大値ｐｍａｘｉと、ｉ番目のデジタル信号が極大値ｐｍａｘｉをとるときの（ｉ＋１）番目のデジタル信号の値ｐｉ＋１である極大しきい値ＴＨｍａｘｉ＋１と、を保持しており、（ｉ＋１）番目のデジタル信号の値ｐｉ＋１が、極大しきい値ＴＨｍａｘｉ＋１より大きいとき、ｉ番目のデジタル信号の値ｐｉを、ｐｉ’＝２×ｐｍａｘｉ－ｐｉに変換して折り返す。
　一実施形態において、位置検出部は、目標値が所定の範囲に含まれており、かつデジタル信号の値ｐｉが極大値ｐｍａｘｉを含む所定の範囲に含まれるとき、ｐｉ’＝ｐｉとして出力してもよい。
　一実施形態において、位置検出部は、目標値が所定の範囲に含まれており、かつデジタル信号の値ｐｉ＋１が、極大しきい値ＴＨｍａｘｉ＋１を含む所定範囲に含まれるとき、ｐｉ’＝ｐｉとして出力してもよい。
　一実施形態において、位置検出部は、ｊ番目（（２≦ｊ≦ｎ）のデジタル信号の極小値ｐｍｉｎｊと、ｊ番目のデジタル信号が極小値ｐｍｉｎｊをとるときの（ｊ－１）番目のデジタル信号の値ｐｊ－１である極小しきい値ＴＨｍｉｎｊ－１と、を保持しており、（ｊ－１）番目のデジタル信号の値ｐｊ－１が、極小しきい値ＴＨｍｉｎｊ－１より小さいとき、ｊ番目のデジタル信号の値ｐｊを、２×ｐｍｉｎｊ－ｐｊに変換してもよい。
　ホール信号にもとづくデジタル信号と目標値の両方が、折り返し点の近傍の値を有する状況では、デジタル信号が折り返し点を跨ぐように変化すると、フィードバック制御が不安定になるおそれがある。そこでこのような状況では、折り返し処理をキャンセルすることで、安定なフィードバック制御が可能となる。
　一実施形態において、位置検出部は、目標値が所定の範囲に含まれており、かつデジタル信号の値ｐｊが極小値ｐｍｉｎｊを含む所定範囲に含まれるとき、ｐｊ’＝ｐｊとして出力してもよい。
　一実施形態において、位置検出部は、目標値が所定の範囲に含まれており、かつデジタル信号の値ｐｊ－１が、極小しきい値ＴＨｍｉｎｊ－１を含む所定範囲に含まれるとき、ｐｊ’＝ｐｊとして出力してもよい。
　一実施形態において、サーボコントローラは、目標値とフィードバック信号の誤差を生成する誤差検出器と、誤差を受ける比例積分制御器と、を含んでもよい。
　一実施形態において、アクチュエータドライバは、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を１つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。
　一実施形態に係るカメラモジュールは、イメージセンサと、イメージセンサへの入射光路上に設けられた手ブレ補正機構と、手ブレ補正機構の可動部を位置決めするアクチュエータと、アクチュエータドライバと、を備えてもよい。
　一実施形態に係るカメラモジュールは、イメージセンサと、イメージセンサへの入射光路上に設けられた手ブレ補正レンズと、手ブレ補正レンズを含む可動部を位置決めするアクチュエータと、上述のいずれかのアクチュエータドライバと、を備える。
（実施形態）
　以下、好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施形態は、開示および発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示および発明の本質的なものであるとは限らない。
　本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
　同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
　図１は、手振れ補正機能を備えるカメラモジュールのブロック図である。カメラモジュール１００は、イメージセンサ１０２、手ブレ補正レンズ１０４、第１アクチュエータ１０６＿１、第２アクチュエータ１０６＿２、アクチュエータドライバ２００、位置検出素子１１０＿１，１１０＿２、ブレ検出手段１１２、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１４を備える。カメラモジュール１００はその他、オートフォーカス用のレンズ、アクチュエータなどを備えるが、図１では省略している。
　理解の容易化のため、手ブレ補正レンズ１０４の光軸方向をＺ軸にとるものとする。また、カメラモジュール１００が、図１の姿勢にあるときの、左右方向をＸ軸、上下方向をＹ軸にとるものとする。Ｘ軸を第１軸、Ｙ軸を第２軸とも表記する。
　手ブレ補正レンズ１０４は、イメージセンサ１０２に入射する光の光路上に配置される。イメージセンサ１０２は、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤであり、手ブレ補正レンズ１０４を透過した像を撮影する。
　手ブレ補正レンズ１０４は、イメージセンサ１０２の撮像面と平行な面内（ＸＹ平面）において、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能な状態で支持されている。第１アクチュエータ１０６＿１は、手ブレ補正レンズ１０４を含む可動部１０５を第１軸（Ｘ軸）方向に位置決めし、第２アクチュエータ１０６＿２は、可動部１０５を第２軸（Ｙ軸）方向に位置決めする。第１アクチュエータ１０６＿１および第２アクチュエータ１０６＿２は、リニアアクチュエータであり、たとえばボイスコイルモータが用いられる。手ブレ補正レンズ１０４を含む可動部１０５は、第１軸方向、第２軸方向それぞれについて、可動範囲が機械的に制約されている。可動範囲の端部を、メカ端と称する。第１軸方向について、正方向と負方向それぞれに、メカ端が存在し、第２軸方向についても正方向と負方向それぞれに、メカ端が存在する。
　ブレ検出手段１１２は、カメラモジュール１００のブレを検出し、ブレを示すブレ検出信号Ｓ１を生成する。ブレ検出手段１１２はたとえばジャイロセンサであり、カメラモジュール１００のＸ軸周りの角速度ωＸ、Ｙ軸周りの角速度ωＹ、Ｚ軸周りの角速度ωＺを検出する。手ブレ補正レンズ１０４のＸ軸方向の位置が制御することにより、Ｙ軸周りの回転（ブレ）を補正することができ、手ブレ補正レンズ１０４のＹ軸方向の位置が制御することにより、Ｘ軸周りの回転（ブレ）を補正することができる。ブレ検出信号Ｓ１は、少なくとも２軸の角速度ωＸ，ωＹを含む。
　アクチュエータドライバ２００は、ブレ検出手段１１２が検出したブレ検出信号Ｓ１にもとづいて、ブレが相殺されるように、手ブレ補正レンズ１０４の変位の目標値を示すターゲットコード（位置指令）を生成する。アクチュエータドライバ２００は、内部で生成したターゲットコードにもとづいて、第１アクチュエータ１０６＿１および第２アクチュエータ１０６＿２それぞれに対する駆動信号Ｓ２＿１，Ｓ２＿２を生成する。アクチュエータ１０６＿ｉ（ｉ＝１，２）は、対応する駆動信号Ｓ２＿ｉに応じて手ブレ補正レンズ１０４を位置決めする。
　手振れ補正では、手ブレ補正レンズ１０４を正確に位置決めする必要があるため、フィードバック制御（クローズドループ制御）が採用される。位置検出素子１１０＿１，１１０＿２はそれぞれ、手ブレ補正レンズ１０４の第１軸方向の位置（変位量）ＰＸおよび第２軸方向の位置（変位量）ＰＹを示す位置検出信号Ｓ３＿１，Ｓ３＿２を生成する。位置検出素子１１０はたとえばホールセンサなどを用いることができる。
　アクチュエータドライバ２００は、手ブレが補正されるように、第１アクチュエータ１０６＿１および第２アクチュエータ１０６＿２を駆動する。具体的には第１モードにおいて、アクチュエータドライバ２００は、第１位置検出信号Ｓ３＿１の示す手ブレ補正レンズ１０４の位置ＰＸが、ターゲットコードが示す目標位置ＰＸ（ＲＥＦ）と一致するように、駆動信号Ｓ２＿１をフィードバック制御する。同様に、アクチュエータドライバ２００は、第２位置検出信号Ｓ３＿２の示す手ブレ補正レンズ１０４の位置ＰＹが、ターゲットコードが示す目標位置ＰＹ（ＲＥＦ）と一致するように、駆動信号Ｓ２＿２をフィードバック制御する。
　以上がカメラモジュール１００の全体の構成である。続いて、アクチュエータドライバ２００について説明する。
　図２は、アクチュエータドライバ２００のブロック図である。アクチュエータドライバ２００は、制御部２１０、第１駆動部２２０＿１および第２駆動部２２０＿２を備える。ジャイロセンサ１１２Ａは、図１のブレ検出手段１１２であり、カメラモジュール１００の角速度を検出する。
　制御部２１０は、位置指令生成部２１２、第１サーボコントローラ２３０＿１、第２サーボコントローラ２３０＿２、第１位置検出部２４０＿１、第２位置検出部２４０＿２を備える。
　位置指令生成部２１２は、第１モードにおいて、ジャイロセンサ１１２Ａが生成するブレ検出信号Ｓ１を受け、Ｘ軸およびＹ軸それぞれについて、ブレを相殺することができる手ブレ補正レンズ１０４の位置を示す位置指令ＸＲＥＦ，ＹＲＥＦを生成する。たとえば位置指令生成部２１２は、Ｘ軸周りの角速度ωＸを積分して所定のゲインを乗算することにより、位置指令ＸＲＥＦを生成する。同様に、位置指令生成部２１２は、Ｙ軸周りの角速度ωＹを積分して所定のゲインを乗算することにより、位置指令ＹＲＥＦを生成する。
　位置検出素子１１０＿１が生成する位置検出信号Ｓ３＿１は、第１位置検出部２４０＿１に入力される。第１位置検出部２４０＿１は、位置検出信号Ｓ３＿１にもとづいて、アクチュエータ１０６＿１の可動子の位置を示すフィードバック信号ＸＦＢを生成する。
　同様に、位置検出素子１１０＿２が生成する位置検出信号Ｓ３＿２は、第２位置検出部２４０＿２に入力される。第２位置検出部２４０＿２は、位置検出信号Ｓ３＿２にもとづいて、アクチュエータ１０６＿２の可動子の位置を示すフィードバック信号ＹＦＢを生成する。フィードバック信号ＸＦＢ，ＹＦＢはそれぞれ、可動部１０５のＸ方向、Ｙ方向の位置（Ｘ座標，Ｙ座標）を示す。
　第１サーボコントローラ２３０＿１は、フィードバック信号ＸＦＢと位置指令ＸＲＥＦの誤差がゼロに近づくように、制御信号Ｓ４＿１を生成する。第１駆動部２２０＿１は、制御信号Ｓ４＿１に応じた駆動信号Ｓ２＿１を生成する。制御信号Ｓ４＿１はたとえば電流指令であり、第１駆動部２２０＿１は、制御信号Ｓ４＿１に応じた電流量の駆動電流を、第１アクチュエータ１０６＿１に供給する。あるいは制御信号Ｓ４＿１は電圧指令であり、第１駆動部２２０＿１は、制御信号Ｓ４＿１に応じた電圧レベルの駆動電圧を、第１アクチュエータ１０６＿１に供給する。
　同様に、第２サーボコントローラ２３０＿２は、位置検出素子１１０＿２が生成する位置検出信号Ｓ３＿２を、可動部１０５のＹ座標を示すフィードバック信号ＹＦＢとして受ける。第２サーボコントローラ２３０＿２は、フィードバック信号ＹＦＢと位置指令ＹＲＥＦの誤差がゼロに近づくように、制御信号Ｓ４＿２を生成する。第２駆動部２２０＿２は、制御信号Ｓ４＿２に応じた駆動信号Ｓ２＿２を生成する。
　図２において、アクチュエータ１０６＿１に対応するアクチュエータドライバ２００の構成（２２０＿１，２３０＿１，２４０＿１）と、アクチュエータ１０６＿２に対応するアクチュエータドライバ２００の構成（２２０＿２，２３０＿２，２４０＿２）は同様である。
　図３は、実施形態に係るアクチュエータドライバ２００のブロック図である。図３におけるサーボコントローラ２３０は、図２の第１サーボコントローラ２３０＿１または第２サーボコントローラ２３０＿２に対応する。図３におけるＰは、図２のＸまたはＹである。図３における駆動部２２０は、図２の第１駆動部２２０＿１または第２駆動部２２０＿２に対応する。図３における位置検出部２４０は、図２の第１位置検出部２４０＿１または第２位置検出部２４０＿２に対応する。
　サーボコントローラ２３０は、誤差検出器２３２、補償器２３４を備える。誤差検出器２３２は、位置指令ＰＲＥＦと、可動部１０５の位置を示すフィードバック信号ＰＦＢとの誤差ｅｒｒを生成する。誤差検出器２３２は、減算器で構成できる。
　補償器２３４は、誤差ｅｒｒに応じて、制御信号ｃｔｒｌを生成する。補償器２３４をサーボフィルタとも称する。補償器２３４は、たとえばＰＩ（比例・積分）制御器であり、誤差ｅｒｒに比例ゲインｋｐを乗算した値と、誤差ｅｒｒの積分値に積分ゲインｋｉを乗算した値と、を加算し、制御信号ｃｔｒｌを生成してもよい。補償器２３４は、ＰＩＤ（比例・積分・微分制御器）であってもよい。
　駆動部２２０は、制御信号Ｓ４（ｃｔｒｌ）に応じた駆動信号Ｓ２を、アクチュエータ１０６のボイスコイルに印加する。
　本実施形態において、位置検出素子１１０は、複数ｎ個（ｎ≧２）のホール素子Ｈ１～Ｈｎを含む。この例ではｎ＝３としている。ｎ個のホール素子Ｈ１～Ｈｎは、アクチュエータ１０６のストローク方向に沿って配置される。
　各ホール素子Ｈｉ（１≦ｉ≦ｎ）は、アクチュエータ１０６の可動部の位置に応じたホール信号ＨＳｉを生成する。複数のホール信号ＳＨ１～ＳＨ３は、アクチュエータドライバ２００のピンＡＤＣ１～ＡＤＣ３に入力される。
　位置検出部２４０は、ｎ個のホール信号ＨＳ１～ＨＳ３を受け、ｎ個のホール信号をｎ個のデジタル信号Ｄ１～Ｄｎに変換する。そして、デジタル信号Ｄ１～Ｄｎにもとづいて、可動部の位置を示すフィードバック信号ＰＦＢを生成する。
　位置検出部２４０は、たとえばｎ個のＡ／Ｄコンバータ２４２＿１～２４２＿ｎと、演算処理部２５０を備える。ｉ番目のＡ／Ｄコンバータ２４２＿ｉは、対応するホール信号ＨＳｉをデジタル信号Ｄｉに変換する。なお１個のＡ／Ｄコンバータ２４２によって、時分割で複数のホール信号ＨＳ１～ＨＳｎをデジタル信号Ｄ１～Ｄｎに変換してもよい。位置検出部２４０は、ホール信号ＨＳを増幅するホールアンプをさらに含んでもよい。
　演算処理部２５０は、ｎ個のデジタル信号Ｄ１～Ｄｎにもとづいて、フィードバック信号ＰＦＢを生成する。
　具体的には演算処理部２５０は、ｎ個のデジタル信号Ｄ１～Ｄｎそれぞれを、極大値および極小値で折り返す。そして折り返した後のデジタル信号Ｄ１’～Ｄｎ’を合成して、フィードバック信号ＰＦＢを生成する。
　以上がアクチュエータドライバ２００の構成である。続いてその動作を説明する。
　図４は、図３の位置検出部２４０の折り返し処理を説明する図である。横軸は、アクチュエータ１０６の可動部の位置Ｐを表し、縦軸はデジタル信号の値を示す。図４には、デジタル信号Ｄ１～Ｄ３と、折り返し後のデジタル信号Ｄ１’～Ｄ３’が示される。
　デジタル信号Ｄ１の一部分は、その極大値ｐｍａｘ１を基準として折り返される。デジタル信号Ｄ２は、その一部分が極小値ｐｍｉｎ２を基準として折り返され、別の一部分が極大値ｐｍａｘ２を基準として折り返される。デジタル信号Ｄ３の一部分は、その極小値ｐｍｉｎ３を基準として折り返される。折り返し後のデジタル信号Ｄ１’～Ｄ３’はいずれも、ストローク範囲内で、位置Ｐに対して単調増加することが保証される。
　図５は、図３の位置検出部２４０の合成処理を説明する図である。横軸は、アクチュエータ１０６の可動部の位置Ｐを表し、縦軸はデジタル信号の値を示す。図５の上段は、折り返し処理後のデジタル信号Ｄ１’～Ｄ３’を示し、図５の下段は、デジタル信号Ｄ１’～Ｄ３’を合成して得られるフィードバック信号ＰＦＢを示す。単調増加する複数のデジタル信号Ｄ１’～Ｄ３’を加算して得られるフィードバック信号ＰＦＢは、当然ながら、位置Ｐに対して単調増加する。
　実施形態に係るアクチュエータドライバ２００によれば、長いストローク長を有するアクチュエータとの組み合わせにおいて、可動部の位置を正確に検出できる。
　ここで、デジタル信号Ｄｉにおける極大値または極小値は、折り返し後のデジタル信号Ｄｉ’では変曲点となる。デジタル信号Ｄｉ’は、変曲点の近傍で傾きが小さくなるが、それに対応する別のデジタル信号Ｄｉ±１’は、大きな傾きを有している。したがって、合成後のフィードバック信号ＰＦＢは、デジタル信号Ｄ１～Ｄ３の極大値、極小値に対応する部分においても、十分に大きな傾きを有しており、十分な位置検出感度を有している。したがって、ストローク範囲全体にわたって、正確な位置検出、ひいては正確な位置制御が可能となる。
　本開示は、図３のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、方法に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本開示の範囲を狭めるためではなく、本開示や本発明の本質や動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。
　続いて、演算処理部２５０の具体的な構成例および処理を説明する。
　図６は、演算処理部２５０による極大値に関する折り返し処理を説明する図である。図６には、ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ－１）のデジタル信号Ｄｉの極大値に関する折り返しを示している。ｐｉは、デジタル信号Ｄｉの値を表す。演算処理部２５０は、値ｐｍａｘｉと、極大しきい値ＴＨｍａｘｉ＋１を保持している。ｐｍａｘｉは、ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ－１）のデジタル信号Ｄｉの極大値である。極大しきい値ＴＨｍａｘｉ＋１は、ｉ番目のデジタル信号Ｄｉが極大値ｐｍａｘｉをとるときの（ｉ＋１）番目のデジタル信号Ｄｉ＋１の値ｐｉ＋１である。
　演算処理部２５０は、（ｉ＋１）番目のデジタル信号の値ｐｉ＋１が、極大しきい値ＴＨｍａｘｉ＋１より大きいとき、折り返し処理を行う。折り返し後のデジタル信号Ｄｉ’の値ｐｉ’は、以下の式で表すことができる。
　ｐｉ’＝２×ｐｍａｘｉ－ｐｉ
　図７は、演算処理部２５０による極小値に関する折り返し処理を説明する図である。図７には、ｊ番目（２≦ｉ≦ｎ）のデジタル信号Ｄｊの極大値に関する折り返しを示している。演算処理部２５０は、値ｐｍｉｎｊと、極小しきい値ＴＨｍｉｎｊ－１を保持している。ｐｍｉｎｊは、ｊ番目のデジタル信号Ｄｊの極小値である。極小しきい値ＴＨｍｉｎｊ－１は、ｊ番目のデジタル信号Ｄｊが極小値ｐｍｉｎｊをとるときの、（ｊ－１）番目のデジタル信号Ｄｊ－１の値ｐｊ－１である。
　演算処理部２５０は、（ｊ－１）番目のデジタル信号の値ｐｊ－１が、極大しきい値ＴＨｍｉｎｊ－１より小さいとき、折り返し処理を行う。折り返し後のデジタル信号Ｄｊ’の値ｐｊ’は、以下の式で表すことができる。
　ｐｊ’＝２×ｐｍｉｎｊ－ｐｊ
　図８は、演算処理部２５０の構成例を示すブロック図である。演算処理部２５０は、複数の折り返し処理部２５２＿１～２５２＿３および合成部２６０を含む。折り返し処理部２５２＿ｉは、対応するデジタル信号Ｄｉを極大値、極小値それぞれに関して折り返す。なお、デジタル信号Ｄ１に関しては、極小値における折り返しは不要であり、デジタル信号Ｄｎ（Ｄ３）に関しては、極大値における折り返しは不要である。
　極大値に関する折り返しと、極小値に関する折り返しの両方を行う折り返し処理部２５２＿ｉ（２≦ｉ≦ｎ－１）に着目する。折り返し処理部２５２は、極大側演算部２５３、極小側演算部２５４、極小側判定部２５５、極大側判定部２５６、マルチプレクサ２５７を含む。
　極大側演算部２５３および極小側演算部２５４はそれぞれ、以下の値を計算する。
　ｐ’＝２×ｐｍａｘｉ－ｐｉ
　ｐ''＝２×ｐｍｉｎｊ－ｐｊ
　２つの値ｐ’、ｐ''は、デジタル信号Ｄｉの値ｐｉとともに、マルチプレクサ２５７に入力される。
　極小側判定部２５５は、デジタル信号Ｄｉ－１の値ｐｉ－１を、極小しきい値ＴＨｍｉｎｉ－１と比較し、比較結果を出力する。極大側判定部２５６は、デジタル信号Ｄｉ＋１の値ｐｉ＋１を、極大しきい値ＴＨｍａｘｉ＋１と比較し、比較結果を出力する。
　マルチプレクサ２５７は、ｐｉ－１＜ＴＨｍｉｎｉ－１であるとき、ｐ''を選択する。マルチプレクサ２５７は、ｐｉ＋１＞ＴＨｍａｘｉ＋１であるとき、ｐ'を選択する。マルチプレクサ２５７は、ｐｉ－１＞ＴＨｍｉｎｉ－１かつｐｉ＋１＞ＴＨｍａｘｉ＋１であるとき、ｐｉを選択する。
　合成部２６０は、複数の折り返し処理部２５２＿１～２５２＿３の出力を加算し、フィードバック信号ＰＦＢを生成する。合成部２６０は、単純加算を行ってもよいし、重み付け加算を行ってもよい。
　図９は、変形例に係る折り返し処理部２５２ａのブロック図である。この折り返し処理部２５２ａは、サーボ制御の位置指令ＰＲＥＦ（目標値）と、位置検出信号の両方が、折り返し対象の領域に含まれる場合に、折り返し処理を停止する。
　折り返し処理部２５２ａは、図８の折り返し処理部２５２に加えて、目標値判定部２５８およびウィンドウ判定部２５９を含む。目標値判定部２５８は、目標値ＰＲＥＦが折り返し点の近傍の所定範囲に含まれるか否かを判定する。ウィンドウ判定部２５９は、デジタル信号Ｄｉの値ｐｉが、極大値ｐｍａｘｉの近傍の所定範囲、または極小値ｐｍｉｎｉの近傍の所定範囲に含まれるか否かを判定する。目標値ＰＲＥＦが所定範囲に含まれており、かつ、デジタル信号Ｄｉの値ｐｉが所定範囲に含まれている場合、ＡＮＤゲートＡ１の出力がハイとなり、マルチプレクサ２５７は、デジタル信号Ｄｉの値ｐｉを選択して出力する。
　ホール信号ＳＨｉにもとづくデジタル信号Ｄｉと、目標値ＰＲＥＦの両方が、折り返し点の近傍の値を有する状況では、デジタル信号Ｄｉが折り返し点を跨ぐように変化すると、フィードバック制御が不安定になるおそれがある。そこでこのような状況では、折り返し処理をキャンセルすることで、安定なフィードバック制御が可能となる。
　図９において、ウィンドウ判定部２５９は、デジタル信号Ｄｉの値ｐｉに代えて、デジタル信号Ｄｉ＋１の値ｐｉ＋１が所定範囲に含まれているかを判定してもよい。同様にウィンドウ判定部２５９は、デジタル信号Ｄｉの値ｐｉに代えて、デジタル信号Ｄｉ－１の値ｐｉ－１が所定範囲に含まれているかを判定してもよい。
　実施形態では、手ブレ補正レンズ１０４による手ブレ補正機構を有するカメラモジュール１００について説明したが、手ブレ補正機構はレンズシフトによるものに限定されない。また実施形態では、手ブレ補正機構の位置制御システムを説明したが、本開示はそれに限定されず、オートフォーカス用の位置制御システムにも適用可能である。
　本開示に係る実施形態について、具体的な用語を用いて説明したが、この説明は、理解を助けるための例示に過ぎず、本開示あるいは請求の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって規定されるものであり、したがって、ここでは説明しない実施形態、実施例、変形例も、本発明の範囲に含まれる。
（付記）
　本明細書に開示される技術は、一側面において以下のように把握できる。
（項目１）
　可動部を位置決めするアクチュエータを駆動するアクチュエータドライバであって、
　複数ｎ個（ｎ≧２）のホール素子からのｎ個のホール信号を受け、前記ｎ個のホール信号をｎ個のデジタル信号に変換し、前記ｎ個のデジタル信号にもとづいて、前記可動部の位置を示すフィードバック信号を生成する位置検出部と、
　前記フィードバック信号が目標値に近づくように、制御信号を生成するサーボコントローラと、
　前記制御信号に応じた駆動信号をボイスコイルモータに印加する駆動部と、
　を備え、
　前記位置検出部は、前記ｎ個のデジタル信号それぞれを極大値および極小値で折り返し、折り返した後のデジタル信号を合成して、前記フィードバック信号を生成する、アクチュエータドライバ。
（項目２）
　前記位置検出部は、
　ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ－１）のデジタル信号の極大値ｐｍａｘｉと、前記ｉ番目のデジタル信号が前記極大値ｐｍａｘｉをとるときの（ｉ＋１）番目のデジタル信号の値ｐｉ＋１である極大しきい値ＴＨｍａｘｉ＋１と、を保持しており、
　（ｉ＋１）番目のデジタル信号の値ｐｉ＋１が、前記極大しきい値ＴＨｍａｘｉ＋１より大きいとき、前記ｉ番目のデジタル信号の値ｐｉを、ｐｉ’＝２×ｐｍａｘｉ－ｐｉに変換して折り返す、項目１に記載のアクチュエータドライバ。
（項目３）
　前記位置検出部は、
　前記目標値が所定の範囲に含まれており、かつ前記デジタル信号の値ｐｉが前記極大値ｐｍａｘｉを含む所定の範囲に含まれるとき、ｐｉ’＝ｐｉとして出力する、項目２に記載のアクチュエータドライバ。
（項目４）
　前記位置検出部は、
　前記目標値が所定の範囲に含まれており、かつ前記デジタル信号の値ｐｉ＋１が、前記極大しきい値ＴＨｍａｘｉ＋１を含む所定範囲に含まれるとき、ｐｉ’＝ｐｉとして出力する、項目２に記載のアクチュエータドライバ。
（項目５）
　前記位置検出部は、
　ｊ番目（（２≦ｊ≦ｎ）のデジタル信号の極小値ｐｍｉｎｊと、前記ｊ番目のデジタル信号が前記極小値ｐｍｉｎｊをとるときの（ｊ－１）番目のデジタル信号の値ｐｊ－１である極小しきい値ＴＨｍｉｎｊ－１と、を保持しており、
　（ｊ－１）番目のデジタル信号の値ｐｊ－１が、前記極小しきい値ＴＨｍｉｎｊ－１より小さいとき、前記ｊ番目のデジタル信号の値ｐｊを、ｐｊ’＝２×ｐｍｉｎｊ－ｐｊに変換する、項目１から４のいずれかに記載のアクチュエータドライバ。
（項目６）
　前記位置検出部は、
　前記目標値が所定の範囲に含まれており、かつ前記デジタル信号の値ｐｊが前記極小値ｐｍｉｎｊを含む所定範囲に含まれるとき、ｐｊ’＝ｐｊとして出力する、項目５に記載のアクチュエータドライバ。
（項目７）
　前記位置検出部は、
　前記目標値が所定の範囲に含まれており、かつ前記デジタル信号の値ｐｊ－１が、前記極小しきい値ＴＨｍｉｎｊ－１を含む所定範囲に含まれるとき、ｐｊ’＝ｐｊとして出力する、項目５に記載のアクチュエータドライバ。
（項目８）
　前記サーボコントローラは、
　前記目標値と前記フィードバック信号の誤差を生成する誤差検出器と、
　前記誤差を受ける比例積分制御器と、
　を含む、項目１から４のいずれかに記載のアクチュエータドライバ。
（項目９）
　ひとつの半導体基板に一体集積化される、項目１から４のいずれかに記載のアクチュエータドライバ。
（項目１０）
　イメージセンサと、
　前記イメージセンサへの入射光路上に設けられた手ブレ補正機構と、
　前記手ブレ補正機構の可動部を位置決めするアクチュエータと、
　項目１から４のいずれかに記載のアクチュエータドライバと、
　を備える、カメラモジュール。
（項目１１）
　項目１０に記載のカメラモジュールを備える、電子機器。
（項目１２）
　アクチュエータによって位置決めされる可動部の位置検出方法であって、
　前記可動部のストローク方向に沿って、複数ｎ個（ｎ≧２）のホール素子を配置するステップと、
　前記ｎ個のホール素子が生成するｎ個のホール信号をｎ個のデジタル信号に変換するステップと、
　前記ｎ個のデジタル信号それぞれを極大値および極小値で折り返し、折り返した後のデジタル信号を合成して、位置検出信号を生成するステップと、
　を備える、方法。
（項目１３）
　前記位置検出信号を生成するステップは、
　ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ－１）のデジタル信号ｐｉの極大値ｐｍａｘｉと、前記ｉ番目のデジタル信号が前記極大値ｐｍａｘｉをとるときの（ｉ＋１）番目のデジタル信号の値ｐｉ＋１である極大しきい値ＴＨｍａｘｉ＋１と、を保持するステップと、
　（ｉ＋１）番目のデジタル信号の値ｐｉ＋１が、前記極大しきい値ＴＨｍａｘｉ＋１より大きいとき、前記ｉ番目のデジタル信号の値ｐｉを、ｐｉ’＝２×ｐｍａｘｉ－ｐｉに変換して折り返すステップと、
　を含む、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
　前記位置検出信号を生成するステップは、
　ｊ番目（（２≦ｊ≦ｎ）のデジタル信号の極小値ｐｍｉｎｊと、前記ｊ番目のデジタル信号が前記極小値ｐｍｉｎｊをとるときの（ｊ－１）番目のデジタル信号の値ｐｊ－１である極小しきい値ＴＨｍｉｎｊ－１と、を保持するステップと、
　（ｊ－１）番目のデジタル信号の値ｐｊ－１が、前記極小しきい値ＴＨｍｉｎｊ－１より小さいとき、前記ｊ番目のデジタル信号の値ｐｊを、２×ｐｍｉｎｊ－ｐｊに変換するステップと、
　を含む、項目１２または１３に記載のアクチュエータドライバ。
　本開示は、アクチュエータドライバおよびこれを用いたカメラモジュールに関する。
　１００　カメラモジュール
　１０２　イメージセンサ
　１０４　手ブレ補正レンズ
　１０５　可動部
　１０６　アクチュエータ
　１１０　位置検出素子
　１１２　ブレ検出手段
　１１２Ａ　ジャイロセンサ
　１１４　ＣＰＵ
　２００　アクチュエータドライバ
　２１０　制御部
　２１２　位置指令生成部
　２３０＿１　第１サーボコントローラ
　２３０＿２　第２サーボコントローラ
　２２０　駆動部
　２２０＿１　第１駆動部
　２２０＿２　第２駆動部
　２３０　サーボコントローラ
　２３２　誤差検出器
　２３４　補償器
　２４０　位置検出部
　２４２　Ａ／Ｄコンバータ
　２４０＿１　第１位置検出部
　２４０＿２　第２位置検出部
　２５０　演算処理部

Claims (14)

  1. 　可動部を位置決めするアクチュエータを駆動するアクチュエータドライバであって、
    　複数ｎ個（ｎ≧２）のホール素子からのｎ個のホール信号を受け、前記ｎ個のホール信号をｎ個のデジタル信号に変換し、前記ｎ個のデジタル信号にもとづいて、前記可動部の位置を示すフィードバック信号を生成する位置検出部と、
    　前記フィードバック信号が目標値に近づくように、制御信号を生成するサーボコントローラと、
    　前記制御信号に応じた駆動信号をボイスコイルモータに印加する駆動部と、
    　を備え、
    　前記位置検出部は、前記ｎ個のデジタル信号それぞれを極大値および極小値で折り返し、折り返した後のデジタル信号を合成して、前記フィードバック信号を生成する、アクチュエータドライバ。
  2. 　前記位置検出部は、
    　ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ－１）のデジタル信号の極大値ｐｍａｘｉと、前記ｉ番目のデジタル信号が前記極大値ｐｍａｘｉをとるときの（ｉ＋１）番目のデジタル信号の値ｐｉ＋１である極大しきい値ＴＨｍａｘｉ＋１と、を保持しており、
    　（ｉ＋１）番目のデジタル信号の値ｐｉ＋１が、前記極大しきい値ＴＨｍａｘｉ＋１より大きいとき、前記ｉ番目のデジタル信号の値ｐｉを、ｐｉ’＝２×ｐｍａｘｉ－ｐｉに変換して折り返す、請求項１に記載のアクチュエータドライバ。
  3. 　前記位置検出部は、
    　前記目標値が所定の範囲に含まれており、かつ前記デジタル信号の値ｐｉが前記極大値ｐｍａｘｉを含む所定の範囲に含まれるとき、ｐｉ’＝ｐｉとして出力する、請求項２に記載のアクチュエータドライバ。
  4. 　前記位置検出部は、
    　前記目標値が所定の範囲に含まれており、かつ前記デジタル信号の値ｐｉ＋１が、前記極大しきい値ＴＨｍａｘｉ＋１を含む所定範囲に含まれるとき、ｐｉ’＝ｐｉとして出力する、請求項２に記載のアクチュエータドライバ。
  5. 　前記位置検出部は、
    　ｊ番目（（２≦ｊ≦ｎ）のデジタル信号の極小値ｐｍｉｎｊと、前記ｊ番目のデジタル信号が前記極小値ｐｍｉｎｊをとるときの（ｊ－１）番目のデジタル信号の値ｐｊ－１である極小しきい値ＴＨｍｉｎｊ－１と、を保持しており、
    　（ｊ－１）番目のデジタル信号の値ｐｊ－１が、前記極小しきい値ＴＨｍｉｎｊ－１より小さいとき、前記ｊ番目のデジタル信号の値ｐｊを、ｐｊ’＝２×ｐｍｉｎｊ－ｐｊに変換する、請求項１から４のいずれかに記載のアクチュエータドライバ。
  6. 　前記位置検出部は、
    　前記目標値が所定の範囲に含まれており、かつ前記デジタル信号の値ｐｊが前記極小値ｐｍｉｎｊを含む所定範囲に含まれるとき、ｐｊ’＝ｐｊとして出力する、請求項５に記載のアクチュエータドライバ。
  7. 　前記位置検出部は、
    　前記目標値が所定の範囲に含まれており、かつ前記デジタル信号の値ｐｊ－１が、前記極小しきい値ＴＨｍｉｎｊ－１を含む所定範囲に含まれるとき、ｐｊ’＝ｐｊとして出力する、請求項５に記載のアクチュエータドライバ。
  8. 　前記サーボコントローラは、
    　前記目標値と前記フィードバック信号の誤差を生成する誤差検出器と、
    　前記誤差を受ける比例積分制御器と、
    　を含む、請求項１から４のいずれかに記載のアクチュエータドライバ。
  9. 　ひとつの半導体基板に一体集積化される、請求項１から４のいずれかに記載のアクチュエータドライバ。
  10. 　イメージセンサと、
    　前記イメージセンサへの入射光路上に設けられた手ブレ補正機構と、
    　前記手ブレ補正機構の可動部を位置決めするアクチュエータと、
    　請求項１から４のいずれかに記載のアクチュエータドライバと、
    　を備える、カメラモジュール。
  11. 　請求項１０に記載のカメラモジュールを備える、電子機器。
  12. 　アクチュエータによって位置決めされる可動部の位置検出方法であって、
    　前記可動部のストローク方向に沿って、複数ｎ個（ｎ≧２）のホール素子を配置するステップと、
    　前記ｎ個のホール素子が生成するｎ個のホール信号をｎ個のデジタル信号に変換するステップと、
    　前記ｎ個のデジタル信号それぞれを極大値および極小値で折り返し、折り返した後のデジタル信号を合成して、位置検出信号を生成するステップと、
    　を備える、方法。
  13. 　前記位置検出信号を生成するステップは、
    　ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ－１）のデジタル信号ｐｉの極大値ｐｍａｘｉと、前記ｉ番目のデジタル信号が前記極大値ｐｍａｘｉをとるときの（ｉ＋１）番目のデジタル信号の値ｐｉ＋１である極大しきい値ＴＨｍａｘｉ＋１と、を保持するステップと、
    　（ｉ＋１）番目のデジタル信号の値ｐｉ＋１が、前記極大しきい値ＴＨｍａｘｉ＋１より大きいとき、前記ｉ番目のデジタル信号の値ｐｉを、ｐｉ’＝２×ｐｍａｘｉ－ｐｉに変換して折り返すステップと、
    　を含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 　前記位置検出信号を生成するステップは、
    　ｊ番目（（２≦ｊ≦ｎ）のデジタル信号の極小値ｐｍｉｎｊと、前記ｊ番目のデジタル信号が前記極小値ｐｍｉｎｊをとるときの（ｊ－１）番目のデジタル信号の値ｐｊ－１である極小しきい値ＴＨｍｉｎｊ－１と、を保持するステップと、
    　（ｊ－１）番目のデジタル信号の値ｐｊ－１が、前記極小しきい値ＴＨｍｉｎｊ－１より小さいとき、前記ｊ番目のデジタル信号の値ｐｊを、２×ｐｍｉｎｊ－ｐｊに変換するステップと、
    　を含む、請求項１２または１３に記載のアクチュエータドライバ。
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