CN101930150A - 聚焦控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种聚焦控制电路(100)，其搭载在具备透镜(10)、用于调整该透镜(10)的位置的驱动元件(12)、用于检测该透镜(10)的位置的位置检测元件(14)的摄像装置(500)中。聚焦控制电路(100)中所包括的反馈均衡器(35)根据由位置检测元件(14)的输出信号所确定的透镜(10)的位置与从外部设定的透镜(10)的目标位置的差分，生成用于使透镜(10)的位置与目标位置一致的驱动信号，并控制驱动元件(12)。据此，在实际使透镜移动来决定焦点位置的自动聚焦控制中，可提高对焦精度。

Description

聚焦控制电路
技术领域
本发明涉及实际使透镜移动来决定焦点位置的聚焦控制电路。
背景技术
一般的数码照相机以及便携电话机中所搭载的照相机模块中，大多搭载有自动聚焦功能。在这样的小型照相机中所搭载的自动聚焦功能中，大多采用对比度检测方式。对比度检测方式是实际使透镜移动，从而检测摄像图像内的被摄体的对比度成为最大的透镜位置，并使透镜向该位置移动的方式(例如，参照专利文献1)。
【专利文献1】：特开2006-166403号公报
对比度检测方式与向被摄体照射红外线或超声波从而根据其反射波测定到被摄体的距离的主动方式相比较，能够以低成本实现。但是，具有一直到探测被摄体的对比度被最大化的透镜位置为止需要花费时间的问题。希望在用户半按下快门按钮之后，在1秒以内完成一直到聚焦在被摄体上为止的处理。
但是，一般的数码照相机、以及便携电话机中所搭载的照相机模块的像素数逐年增加，即使这些小型照相机也能够拍摄高清晰的图像。在高清晰的图像中，焦点偏差容易显现，需要更高精度的自动聚焦控制。
发明内容
本发明鉴于这种情况而作，其目的在于提供一种在实际使透镜移动来决定焦点位置的自动聚焦控制中使对焦精度提高的技术。
本发明的某形态的聚焦控制电路是在具备透镜、用于调整该透镜的位置的驱动元件、用于检测该透镜的位置的位置检测元件的摄像装置中所搭载的聚焦控制电路，具备：反馈均衡器，该反馈均衡器根据由位置检测元件的输出信号所确定透镜的位置、与从外部设定的透镜的目标位置的差分，生成用于使透镜的位置与目标位置一致的驱动信号，并控制驱动元件。
本发明的另一形态是摄像装置。该装置具备：透镜；将透过透镜的光转换为电信号的摄像元件；用于调整透镜的位置的驱动元件；用于检测透镜的位置的位置检测元件；根据摄像元件的输出信号决定透镜的目标位置的图像信号处理部；和聚焦控制电路，该聚焦控制电路包括反馈均衡器，该反馈均衡器根据由位置检测元件的输出信号所确定的透镜的位置、与由图像信号处理部所设定的透镜的目标位置的差分，生成用于使透镜的位置与目标位置一致的驱动信号，并控制驱动元件。
(发明效果)
根据本发明，在实际使透镜移动来决定焦点位置的自动聚焦控制中，能够提高对焦精度。
附图说明
图1是表示搭载了实施方式1的聚焦控制电路的摄像装置的构成的图。
图2是用于说明图像信号处理部进行的透镜的目标位置的决定处理的图。
图3是表示搭载了实施方式2的聚焦控制电路的摄像装置的构成的图。
图4是表示位置检测元件、差动放大电路、低通滤波器以及调整电路的构成例的图。
符号说明：10-透镜；12-驱动元件；14-位置检测元件；16-摄像元件；22-低通滤波器；30-均衡器；31-前馈均衡器；32-高通滤波器；35-反馈均衡器；50-图像信号处理部；100-聚焦控制电路；500-摄像装置。
具体实施方式
图1是表示搭载了实施方式1的聚焦控制电路100的摄像装置500的构成的图。摄像装置500具备透镜10、驱动元件12、位置检测元件14、摄像元件16、图像信号处理部(ISP：Image Signal Processor)50以及聚焦控制电路100。这里，省略了图像编码引擎或记录介质等，与自动聚焦控制没有关联的构成要素。
摄像元件16将透过作为光学部件的透镜10的光信号转换为电信号，并输出给图像信号处理部50。摄像元件16可以采用CCD传感器或者CMOS图像传感器。
驱动元件12是调整透镜10的位置的元件，根据从聚焦控制电路100提供的驱动信号，使透镜10向光轴方向移动。由此，调整透镜10和摄像元件16的焦点距离。驱动元件12可以采用音圈电机(VCM)。
位置检测元件14是用于检测透镜10的位置的元件。位置检测元件14可以采用霍尔(Hall)元件。以下，说明利用包括音圈电机和霍尔元件的致动器(actuator)构成驱动元件12以及位置检测元件14的例。
图像信号处理部50处理从摄像元件16输出是图像信号。在本实施方式中，主要根据从摄像元件16输出的图像信号，决定透镜10的目标位置。
图2是用于说明图像信号处理部50进行的透镜10的目标位置的决定处理的图。半按下快门按钮等使自动聚焦功能有效时，图像信号处理部50向聚焦控制电路100发送用于使透镜10以规定步长移动的控制信号。此时，图像信号处理部50计算出在透镜10的各位置所拍摄的各图像信号的清晰度(sharpness)。例如，清晰度可以通过对各图像信号实施高通滤波，提取各图像信号的边缘(edge)成分，并对各图像信号的边缘成分进行累计来求得。图像信号处理部50将清晰度成为最大值的透镜10的位置决定为对焦位置。
返回图1，聚焦控制电路100具备差动放大电路20、低通滤波器22、模拟/数字转换电路(ADC)24、均衡器30、PWM调制电路40以及H桥式驱动器42。另外，在聚焦控制电路100由单片LSI构成的情况下，低通滤波器22也可以设置在芯片外。
差动放大电路20对位置检测元件14(这里是霍尔元件)的输出端子间的电位差进行放大，并作为位置信号来输出。该霍尔元件输出与由固定在透镜10上的磁铁所生成的磁场的磁通密度相应的电压。因为磁铁的移动而导致磁通密度变化时，该霍尔元件的输出电压也与其变化成比例地发生变化。因此，可以根据该霍尔元件的输出电压，推测透镜10的位置。
低通滤波器22去除从差动放大电路20输出的位置信号的高频成分。模拟/数字转换电路24将从低通滤波器22输出的位置信号从模拟值转换为数字值。
均衡器30包括前馈均衡器31和反馈均衡器35。前馈均衡器31在由图像信号处理部50所设定的透镜10的目标位置改变时，生成用于使透镜10从旧目标位置向新目标位置移动且具有高通滤波特性的驱动信号，并控制驱动元件12。
以下，更具体地进行说明。前馈均衡器31包括高通滤波器32。在高通滤波器32中，经由I2C接口等接口，由图像信号处理部50设定目标位置信号。使自动聚焦功能有效时，图像信号处理部50向前馈均衡器31输出用于使透镜10的位置依次变化的目标位置信号。该目标位置信号是数值以规定步长逐渐增加或减小的信号。高通滤波器32向PWM调制电路40输出该目标位置信号的值的变化量。
该高通滤波器32的输出信号是表示上述音圈电机的移动量的信号。该高通滤波器32的输出信号因为具有微分特性，所以是具有陡峭的上升沿的信号，可以使透镜10从当前位置向新的目标位置高速地移动。
反馈均衡器35根据由位置检测元件14的输出信号所确定的透镜10的位置、与由图像信号处理部50所设定的透镜10的目标位置的差分，生成用于使透镜10的位置与目标位置一致的驱动信号，并控制驱动元件12。如上所述，在反馈均衡器35中，输入经过低通滤波器22以及模拟/数字转换电路24之后的从位置检测元件14输出的位置信号。此外，在反馈均衡器35中，从图像信号处理部50输入透镜10的目标位置信号。
以下，更具体地进行说明。反馈均衡器35包括减法电路36和伺服电路37。减法电路36计算出从位置检测元件14输出的位置信号与从图像信号处理部50输入的目标位置信号的差分，并作为误差信号来输出。在透镜10的位置位于目标位置时，该差分成为零。伺服电路37生成用于抵消从减法电路36输出的误差信号的信号，并输出给PWM调制电路40。
PWM调制电路40将从前馈均衡器31以及反馈均衡器35输入的信号转换为具有与其数字值相应的占空比的脉冲信号。H桥式驱动器42至少包括四个晶体管，通过对角线上的两个晶体管导通，可以使电流流过上述音圈电机。此外，通过另一对角线上的其他两个晶体管导通，可以使流过上述音圈电机的电流的方向反向。
H桥式驱动器42以与从PWM调制电路40输入的脉冲信号相应的电流的方向以及电流量使电流流过上述音圈电机，从而使上述音圈电机向规定方向移动规定距离。据此，可以使透镜10向目标位置移动以及到达。
根据以上说明的实施方式1，在实际使透镜移动来决定焦点位置的自动聚焦控制中，能够提高对焦精度。即，通过设置位置检测元件14来检测透镜10的当前位置从而进行反馈控制，能够使透镜10高精度地到达目标位置。此外，在利用专用硬件实现该反馈控制时，与利用图像信号处理部50的固件(firmware)实现的情况相比，可以进行高速处理，并且可以缩短到达目标位置的时间。此外，可以抑制图像信号处理部50的负荷增加。
此外，通过与反馈控制***分开设置前馈控制***，能够使透镜10高速地到达目标位置。反馈控制***的驱动信号因为具有低通滤波特性，所以使驱动元件12的动作更稳定，但与前馈控制***相比，驱动元件12的动作会变慢。另一方面，前馈控制***的驱动信号因为具有高通滤波特性，所以驱动元件12的动作会突变，但与反馈控制***相比，精度会降低。这样，通过并用反馈控制***和前馈控制***，互补二者的弱点，能够使透镜10高精度且高速地到达目标位置。
此外，在采用音圈电机作为驱动元件12的情况下，在保持透镜的目标位置时，无需使电流流过，仅在移动时使电流流过即可，所以能够降低消耗功率。这点，在采用弹簧式致动器的情况下，在抵抗弹簧的弹力而保持目标位置时，也需要使电流流过。
此外，图像信号处理部50不需要干预反馈控制以及前馈控制，只要将透镜10的目标位置输出给聚焦控制电路100即可。因此，能够在不使图像信号处理部50的负荷增大的情况下，即，不使图像信号处理部50的消耗功率增大的情况下，高精度且高速地使透镜10到达目标位置。
图3是表示搭载了实施方式2的聚焦控制电路100的摄像装置500的构成的图。实施方式2的聚焦控制电路100是在实施方式1的聚焦控制电路100中增加了调整电路60的结构。调整电路60对位置检测元件14的增益以及偏移量的至少一个进行调整。更具体地说，调整电路60对位置检测元件14的增益以及偏移量的至少一个进行调整，使得位置检测元件14的输出信号的电压范围在模拟/数字转换电路24的输入容许电压范围内。
图4是表示位置检测元件14、差动放大电路20、低通滤波器22以及调整电路60的结构例的图。在图4中，采用霍尔元件14a作为位置检测元件14。调整电路60包括数字/模拟转换电路(DAC)61、差动放大电路62、缓冲器63。
霍尔元件14a的第1输入端子连接在构成差动放大电路62的运算放大器的输出端子上，霍尔元件14a的第2输入端子经由第1电阻R1而被接地。霍尔元件14a的第1输出端子经由第2a电阻R2a连接在构成差动放大电路20的运算放大器20a的正相输入端子上，霍尔元件14a的第2输出端子经由第2b电阻R2b连接在该运算放大器20a的反相输入端子上。
霍尔元件14a的输出电压V由下式(1)来定义。
V＝α·I·B…(式1)
其中，α表示元件参数，I表示偏置电流，B表示磁通密度。
在本实施方式中，霍尔元件14a被恒电流驱动。即，构成差动放大电路62的运算放大器将施加在霍尔元件14a的输入端子间的电压保持恒定，由此控制为使恒电流的偏置电流流过霍尔元件14a。
构成差动放大电路62的运算放大器的正相输入端子连接在数字/模拟转换电路61上，该运算放大器的反相输入端子连接在霍尔元件14a的第2输入端子上。该运算放大器的输出端子连接在霍尔元件14a的第1输入端子上。该运算放大器的正相输入端子从数字/模拟转换电路61接收增益调整值。该运算放大器对该增益调整值和霍尔元件14a的第2输入端子的电压值进行差动放大，之后提供给霍尔元件14a的第1输入端子。
构成缓冲器63的运算放大器的正相输入端子连接在数字/模拟转换电路61上，该运算放大器的输出端子经由第4电阻R4连接在构成差动放大电路20的运算放大器20a的正相输入端子上。构成缓冲器63的运算放大器的输出端子连接在其反相输入端子上。该运算放大器的正相输入端子从数字/模拟转换电路61接收偏移量调整值，该运算放大器将该偏移量调整值加到霍尔元件14a的输出值上。
构成差动放大电路20的运算放大器20a的正相输入端子经由第2a电阻R2a与霍尔元件14a的第1输出端子、经由第4电阻R4与构成缓冲器63的运算放大器的输出端子连接。构成差动放大电路20的运算放大器20a的反相输入端子经由第2b电阻R2b与霍尔元件14a的第2输出端子连接。该运算放大器20a的输出端子经由构成低通滤波器22的第5电阻，连接在模拟/数字转换电路24上。该运算放大器20a的输出端子与其反相输入端子经由第3电阻R3而连接。
该运算放大器20a对霍尔元件14a的输出端子间的电位差进行放大，之后输出给模拟/数字转换电路24。此时，该运算放大器20a在输出给模拟/数字转换电路24的输出电压上相加上述偏移量调整值。
低通滤波器22由第5电阻R5和电容C1构成，并对构成差动放大电路20的运算放大器20a的输出电压进行积分，之后输出给模拟/数字转换电路24。
图像信号处理部50向数字/模拟转换电路61提供霍尔元件14a的增益调整值以及偏移量调整值。数字/模拟转换电路61将由图像信号处理部50提供的增益调整值从数字值转换为模拟值，之后提供给差动放大电路62。此外，数字/模拟转换电路61将由图像信号处理部50提供的偏移量调整值从数字值转换为模拟值，之后提供给缓冲器63。
这里，所谓霍尔元件14a的偏移量，是指无磁场时在输出端子间产生的电压，也称为不平衡电压。在霍尔元件中，因为制造偏差或温度特性，在其灵敏度中会发生偏差。该偏差成为模拟/数字转换电路24中的比特误差的原因，并成为使反馈控制的精度降低的原因。
因此，在本实施方式中，通过调整电路60对霍尔元件14a的增益以及偏移量进行调整，从而进行校准，使得霍尔元件14a的输出电压范围与模拟/数字转换电路24的输入容许电压范围一致。调整电路60通过调整流过霍尔元件14a的偏置电流，从而调整霍尔元件14a的输出电压范围。更具体而言，通过使该偏置电流增大，能够使该输出电压范围变宽，通过使该偏置电流减小，能够使该输出电压范围变窄。
此外，调整电路60通过对输入到差动放大电路20的一个输入端子上的电压值进行调整，从而调整霍尔元件14a的偏移量。更具体而言，通过使流过第4电阻R4的电流增大，能够使霍尔元件14a的输出电压范围向高电位侧移动，通过使该电流减小，能够使该输出电压范围向低电位侧移动。
上述增益调整值以及上述偏移量调整值能够在出厂时算出。更具体而言，在出厂时，根据透镜10离摄像元件16最近时的霍尔元件14a的输出值、和最远时的输出值，检查霍尔元件14a的输出电压范围。
并且，计算出用于使霍尔元件14a的输出电压范围的宽度与模拟/数字转换电路24的输入容许电压范围的宽度相对应的增益调整值。另外，若霍尔元件14a的输出电压范围的宽度在模拟/数字转换电路24的输入容许电压范围的宽度内，则误操作的可能性变小，但从模拟/数字转换电路24的有效利用的观点出发，优选使其实质上一致。此外，计算出用于使所检查到的霍尔元件14a的偏移的位置与模拟/数字转换电路24的偏移的位置实质上一致的偏移量调整值。
这样计算出的增益调整值以及偏移量调整值被保持在图像信号处理部50中，每当启动聚焦控制电路100时，从图像信号处理部50向调整电路60进行设定。另外，若聚焦控制电路100中搭载有非易失性存储器，则也可以在该非易失性存储器中保持该增益调整值以及该偏移量调整值。此外，也可以每当启动聚焦控制电路100时，利用上述的方法，计算出该增益调整值以及该偏移量调整值并设定在调整电路60中。
根据以上说明的本实施方式，通过对位置检测元件14的增益以及偏移量的至少一个进行调整，能够提高位置检测元件14的输出信号的精度，并能够提高上述反馈控制的精度。因此，能够提高上述自动聚焦控制中的对焦精度。
此外，通过用硬件实现调整电路60，能够高速地进行位置检测元件14的校准。此外，在每当启动聚焦控制电路100时计算出该增益调整值以及该偏移量调整值的情况下，除了灵敏度偏差之外，还能够校准温度或湿度等环境特性。
以上，根据几个实施方式说明了本发明。该实施方式是例示，本领域普通技术人员能够理解：对这些各构成要素以及各处理工序的组合，可以进行各种变形例；并且那样的变形例也在本发明的范围内。
在以上的实施方式中，使驱动元件12为音圈电机，但也可以利用压电元件或步进电机等。此外，位置检测元件14为霍尔元件，但也可以利用MR元件或光屏二极管(photo screen diode)等。此外，作为用于驱动驱动元件12的驱动电路，采用了PWM调制电路40以及H桥式驱动器42，但在采用由模拟信号而非脉冲信号进行驱动的驱动元件时，作为其驱动电路，采用数字/模拟转换电路以及放大电路。

Claims (7)

1.一种聚焦控制电路，其搭载在具备透镜、用于调整该透镜的位置的驱动元件、用于检测该透镜的位置的位置检测元件的摄像装置中，该聚焦控制电路的特征在于，具备：
反馈均衡器，其根据由所述位置检测元件的输出信号所确定的所述透镜的位置、与从外部设定的所述透镜的目标位置的差分，生成用于使所述透镜的位置与所述目标位置一致的驱动信号，并控制所述驱动元件。
2.根据权利要求1所述的聚焦控制电路，其特征在于，还具备：
前馈均衡器，其在从外部设定的所述透镜的目标位置发生变化时，生成用于使所述透镜从旧目标位置向新目标位置移动且具有高通滤波特性的驱动信号，并控制所述驱动元件。
3.根据权利要求1或2所述的聚焦控制电路，其特征在于，
在所述反馈均衡器中输入经过了低通滤波器之后的所述位置检测元件的输出信号。
4.一种聚焦控制电路，其搭载在具备透镜、用于调整该透镜的位置的驱动元件、用于检测该透镜的位置的位置检测元件的摄像装置中，该聚焦控制电路的特征在于，具备：
均衡器，其根据由所述位置检测元件的输出信号所确定所述透镜的位置、与从外部设定的所述透镜的目标位置的差分，生成用于使所述透镜的位置与所述目标位置一致的驱动信号，并输出给所述驱动元件；和
调整电路，其用于对所述位置检测元件的增益以及偏移量的至少一个进行调整。
5.根据权利要求4所述的聚焦控制电路，其特征在于，还具备：
模拟/数字转换电路，其将所述位置检测元件的输出信号从模拟值转换为数字值，之后输出给所述均衡器，
所述调整电路按照使所述位置检测元件的输出信号的电压范围收缩在所述模拟/数字转换电路的输入容许电压范围内的方式，对所述位置检测元件的增益以及偏移量的至少一个进行调整。
6.根据权利要求5所述的聚焦控制电路，其特征在于，
所述位置检测元件是霍尔元件，
所述聚焦控制电路还具备：差动放大电路，其将所述霍尔元件的输出端子间的电位差进行放大之后，输出给所述模拟/数字转换电路，
所述调整电路通过对输入到所述差动放大电路的一个输入端子中的电压值进行调整，从而调整所述霍尔元件的输出信号的偏移量。
7.根据权利要求5所述的聚焦控制电路，其特征在于，
所述位置检测元件是霍尔元件，
所述调整电路通过对施加在所述霍尔元件的输入端子间的电压进行调整，从而调整所述霍尔元件的增益。
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