JP2013125048A

JP2013125048A - レンズ位置検出回路

Info

Publication number: JP2013125048A
Application number: JP2011272017A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Tabuchi; 善久田渕; Yasunobu Nagata; 康宜永田
Original assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Current assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2013-06-24
Also published as: US20130194587A1; US20140218752A1; US9074876B2; US9389066B2

Abstract

【課題】レンズ位置を効果的に検出する。
【解決手段】レンズ位置に応じて変化するフォトダイオード１０からの光をフォトトランジスタ１２で検出することでレンズ位置を検出する。制御部６０は、レンズの移動範囲を複数のエリアに分け、エリア毎にレンズ位置と前記フォトトランジスタの電流との関係を近似し、近似して得られた関係を用いて、フォトトランジスタの電流を補正して、レンズ位置と線形の関係を有する補正検出電流とし得られた補正検出電流を用いて、レンズ位置を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ位置に応じて変化するフォトダイオードからの光をフォトトランジスタで検出することでレンズ位置を検出するレンズ位置検出回路に関する。

従来より、各種のカメラの手ぶれ補償機能が搭載されている。この手ぶれ補償では、カメラの動きに応じてレンズを移動させることで手ぶれ補償がなされた画像を得る。この手ぶれ補償を行うためには、レンズを適切に駆動する必要があり、レンズ位置の正確な検出が必要となる。

ここで、各種部材の位置検出には、対象物に磁石などを設置してこれを検出するホール素子が用いられており、レンズに位置検出にもホール素子が用いられている。

特開２００９−１２８４００号公報特開２００９−１５６９４７号公報特開２００６−２２７２７４号公報

しかし、ホール素子は、比較的高価であり、また携帯電話、スマートフォン搭載カメラ用途などのため省スペースや、ユーザ要望の特殊な機構形状が望まれる場合に、十分対応できない場合もあり、他の検出手段も検討することが必要である。他の検出手段としては、例えば光学的な検出手段が考えられ、フォトレフレクタやフォトインタラプタなどの光検出器を利用することが考えられる。フォトレフレクタは、フォトダイオードから射出された光の対象物による反射光を、フォトトランジスタにより検出するものであり、レンズ位置によりフォトトランジスタでの受光量が変化するようにすることで、レンズ位置を検出することができる。

ここで、レンズ位置と、フォトレフレクタにおけるフォトトランジスタの出力の関係が線形であればよいが、非線形の場合もある。例えば、レンズ位置の検出のための検出対象物とフォトレフレクタの位置関係に応じて、非線形となることが確認されており、その場合に適切な位置検出を行う必要がある。

本発明は、レンズ位置に応じて変化するフォトダイオードからの光をフォトトランジスタで検出することでレンズ位置を検出するレンズ位置検出回路であって、レンズの移動範囲を複数のエリアに分け、エリア毎にレンズ位置と前記フォトトランジスタの電流との関係を近似し、近似して得られた関係を用いて、フォトトランジスタの電流を補正して、レンズ位置と線形の関係を有する補正検出電流とする補正手段と、得られた補正検出電流を用いて、レンズ位置を検出する検出手段と、を有することを特徴とする。

また、前記補正手段は、エリア毎にレンズ位置とフォトトランジスタの電流の関係を直線で近似することが好適である。

本発明によれば、検出電流を補正して、線形の出力が得られるため、非線形の出力を利用して、レンズ位置検出を効果的に行える。

実施形態に係るレンズ位置検出回路の構成を示す図である。出力の距離特性を示す図である。出力のエッジ特性を示す図である。補正内容を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、実施形態に係るレンズ位置検出回路の構成を示す図である。光検出器としてのフォトリフレクタは、フォトダイオード１０、フォトトランジスタ１２を有し、これらが半導体集積回路２０の外部に設けられる。フォトダイオード１０から射出された光が、検出対象物で反射され、反射光がフォトトランジスタ１２に入射することで、フォトトランジスタ１２に入射光量に応じた電流が流れる。フォトダイオード１０の発光量が一定であっても、レンズの位置に応じて検出対象物が移動し、フォトトランジスタ１２での受光量が変化するようになっており、フォトトランジスタ１２の電流量を検出することでレンズ位置を検出する。なお、レンズ位置はｘ，ｙ方向の２方向検出するため、フォトレフレクタを２つ設け、ｘ，ｙ両方向のレンズ位置を検出する。また、検出対象物としては、レンズに取り付けた反射板などが利用される。

半導体集積回路２０内において、ＤＡＣ２２は、フォトダイオード１０に流す定電流についての入力データに基づき、対応する定電圧を出力する。ＤＡＣ２２の出力は、アンプ２４において安定化された後、ｎチャネルの出力トランジスタ２６のゲートに供給される。出力トランジスタ２６のドレインは電源に接続されており、ソースは端子２８を介し外部のフォトダイオード１０のアノードに接続されている。フォトダイオード１０のカソードはアースに接続されており、従ってＤＡＣ２２に供給されるデータに応じた定電流ＩＦが電源から出力トランジスタ２６を介し、フォトダイオード１０に供給される。なお、出力トランジスタ２６に流れる電流を検出し、ＤＡＣ２２の入力データをフィードバック制御するなど、定電流ＩＦの制御手段を有しておくことも好適である。

フォトトランジスタ１２のコレクタは電源に接続され、エミッタは電流検出抵抗３０を介しアースに接続されている。従って、上述したように、フォトトランジスタ１２の受光量に応じた電流がフォトトランジスタ１２、電流検出抵抗３０に流れ、電流検出抵抗３０の上側であるＸ点（フォトトランジスタ１２と電流検出抵抗３０の接続点）にフォトトランジスタ１２に流れる電流に応じた検出電圧（Ｘ点電圧）が得られる。

Ｘ点電圧は、端子３２を介し、半導体集積回路２０に取り入れられ、抵抗３４を介し、オペアンプ３６の負入力端に入力される。オペアンプ３６の正入力端は、抵抗３８，端子４０、外付け抵抗４２を介し半導体集積回路２０の外部でアースに接続される。また、オペアンプ３６の正入力端には、抵抗４４の一端も接続されており、この抵抗４４の他端には、ＤＡＣ２２からレンズが基準位置にある場合のフォトトランジスタ１２の電流を示す基準電圧が供給される。従って、オペアンプ３６の正入力端の電圧は、基準電圧を抵抗４４と、抵抗３８および外付け抵抗４２の和、とで分圧された電圧（設定電圧）になる。なお、基準電圧は、ＤＡＣ２２に供給する基準電圧データに応じて設定される。オペアンプ３６の正入力端の設定電圧は、ＤＡＣ２２に入力する基準電圧データを変更したり、外付け抵抗４２の抵抗値を変更することで調整が可能である。

オペアンプ３６の出力端は、抵抗４６を介し負入力端に帰還されている。従って、オペアンプ３６の出力端の電圧は、正負入力端の差を抵抗３４、抵抗４６の抵抗値に応じて増幅した電圧となる。

また、オペアンプ３６の出力端は、抵抗４８、端子５０を介し、半導体集積回路２０の外側で他端がアースに接続されたコンデンサ５２に接続されている。従って、オペアンプ３６の出力を積分（ローパス）した電圧信号が端子５０に得られる。そして、端子５０の電圧信号がＡＤＣ５４に入力される。すなわち、フォトトランジスタ１２に流れる受光量に応じた電流量に対応する検出電圧と、設定電圧との差に応じた電圧がＡＤＣ５４に入力されることになる。このため、ＡＤＣ５４の出力において、レンズの位置に応じたデータを得ることができる。

ＡＤＣ５４の出力は、制御部６０に供給され、制御部６０においてレンズ位置が把握される。制御部６０は、得られたレンズ位置に応じて、レンズ駆動用アクチュエータを制御するなど各種の制御を行う。なお、アクチュエータは、例えばＨ−ＢｒｉｄｇｅドライバをＰＷＭパルスにより駆動することにより制御される。

なお、実施形態の構成では、フォトトランジスタ１２の電流Ｉｏを電圧に変換し、設定電圧と比較してその比較結果からレンズ位置を検出しているが、電流Ｉｏからレンズ位置を検出していることに変わりはない。

ここで、制御部６０では、ＡＤＣ５４から供給される、検出電圧からレンズ位置を検出するが、この際に検出電圧を補正して、レンズ位置と線形の関係にある補正検出電圧とし、補正検出電圧に基づき、レンズ位置検出を行う。

すなわち、レンズ位置検出の際にフォトダイオード１０からの光を反射する検出対象物と、フォトレフレクタ（フォトダイオード１０およびフォトトランジスタ１２）の距離や、検出対象物の移動面内における位置が設定と異なると、レンズ位置に対するフォトレフレクタの出力の関係が非線形になる。

例えば、距離が設定と異なった場合、図２に示すように、レンズ位置の中間付近で特性が変化する。また、検出対象物が移動面内においてずれてしまい、検出対象物のエッジの影響が出た場合には、図３のように、レンズ位置の一方側と、中間部、他方側で出力特性が異なる。なお、このような出力特性は、検出対象物の形状や、設定位置などで異なり、必ずしも図２，３のような特性になるわけではない。

本実施形態では、フォトレフレクタの出力を補正し、得られた補正出力がレンズ位置と線形の関係になるようにする。

ここでは、出力を３エリアに分割し、各エリアにおいてはレンズ位置とフォトレフレクタ出力（フォトトランジスタ１２の検出電流）との関係を線形と仮定し、実際の出力をレンズ位置と線形の関係となる補正出力に補正する。

図４には、一例（最も下のエリア）の補正内容を示してある。まず、検出範囲の全体について、Ｌ０からＬｍａｘまで出力から、そのレンズ位置との関係を示す直線を決定する。この例では、出力について、−１〜＋１の範囲の数値としている。

レンズ位置をｘとすると、補正出力Ｑは、Ｑ＝ａｘとなる。ここで、傾きａは、出力の変化範囲をレンズ位置の変化範囲で除算して得られる傾きである。

図中、太線で示したのは、レンズ位置に対する得られた出力Ｐであり、このＰで示されるレンズ位置に対する出力を、そのレンズ位置におけるＱで示される出力に補正する。出力Ｐと、同一位置における補正出力Ｑとは、各エリアにおいて、傾きを変更し、切片分をシフトするという演算を行うものであり、Ｑ＝ａＰ＋ｂの演算により行える。そして、この係数ａ，ｂが、エリアによって異なることになる。

いずれにしても、レンズ位置ｘに対する出力Ｐは、わかっており、レンズ位置ｘに対応する出力がＱになればよいため、各エリアにおけるレンズ位置と出力Ｐの関係を検出し、出力Ｐを補正出力Ｑに換算する関係式をエリア毎に設定しておけばよい。

ここで、精度の高い位置検出のためには、レンズ移動の中点における出力Ｑを出力における中点に設定する。そこで、各エリアにおける近似直線と出力の中点との交点を求め、この交点を中心として傾きをＱについての傾きに合わせた直線を計算し、これをその切片に応じてシフトしてＱの位置に対する直線に一致するようにすると、すべてのエリアにおける換算式を同様の手法で得ることができる。

なお、分割するエリアは、多ければそれに応じてエリア内の直線近似が正しいものになる。また、エリア内の近似を多項式の近似にすることもできる。

このように、本実施形態によれば、フォトレフレクタにおける出力が、レンズに対応する検出対象物の位置と非線形である場合に、フォトレフレクタの出力を補正して、レンズ位置と線形の関係とする。従って、補正後の出力をそのままレンズ位置についての信号として利用することが可能になる。

ここで、レンズ位置は、ｘ、ｙの２方向で検出する。従って、フォトダイオード１０、フォトトランジスタ１２は、ｘ方向用と、ｙ方向用の２つ設け、それぞれの位置検出値が制御部６０において認識される。この場合、温度検出は１つのフォトダイオード１０の順方向降下電圧のみで行ってもよい。また、ＤＡＣ２２、ＡＤＣ５４は、時分割でｘ、ｙの両方向の処理を行うとよい。

１０フォトダイオード、１２フォトトランジスタ、２０半導体集積回路、２４アンプ、２６出力トランジスタ、２８，３２，４０，５０端子、３０電流検出抵抗、３４，３８，４２，４４，４６，４８抵抗、３６オペアンプ、５２コンデンサ、６０制御部。

Claims

レンズ位置に応じて変化するフォトダイオードからの光をフォトトランジスタで検出することでレンズ位置を検出するレンズ位置検出回路であって、
レンズの移動範囲を複数のエリアに分け、エリア毎にレンズ位置と前記フォトトランジスタの電流との関係を近似し、近似して得られた関係を用いて、フォトトランジスタの電流を補正して、レンズ位置と線形の関係を有する補正検出電流とする補正手段と、
得られた補正検出電流を用いて、レンズ位置を検出する検出手段と、
を有することを特徴とするレンズ位置検出回路。
請求項１に記載のレンズ位置検出回路において、
前記補正手段は、エリア毎にレンズ位置とフォトトランジスタの電流の関係を直線で近似することを特徴とするレンズ位置検出回路。