JP6676430B2 - ボイスコイルモータの駆動回路、駆動方法、ならびにそれらを用いたレンズモジュールおよび電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、ボイスコイルモータの制御技術に関する。

デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、あるいは撮像機能付きの電子機器（たとえばスマートホンやタブレット端末）には、フォーカシングレンズを位置決めするためのアクチュエータが設けられる。アクチュエータとしてはステッピングモータ方式、ピエゾ方式、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）方式等が採用される。

ＶＣＭは、そのコイルに流れる電流の向きに応じた推進力を発生させることができる。ＶＣＭの駆動方式としては、スプリングリターン方式と、双方向駆動方式が知られている。スプリングリターン機構付きＶＣＭは、第１の方向への推進力をコイルに駆動電流を供給することで発生し、それと反対の第２の方向への推進力を可動子に取り付けられたばね（スプリング）の力を利用して発生させる構造となっている。つまり電気的な駆動と力学的な駆動が併用されている。スプリングリターン機構付きＶＣＭを駆動する場合、そのコイルの一方向にのみ駆動電流を供給すればよく、駆動回路が簡素化できる。一方、双方向駆動方式では、Ｈブリッジ回路のように、ＶＣＭの両端それぞれから、駆動電流をソースおよびシンク可能な駆動回路が利用される。双方向駆動方式では、コイル電流の向きを切りかえることができ、正方向と負方向に推進力を得ることができる。

特開２０１４−１３１４１６号公報

本発明者は、電子機器に搭載されるボイスコイルモータについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。図１（ａ）、（ｂ）は、電子機器の使用形態を示す図である。電子機器５００はたとえばスマートホンであり、筐体のディスプレイと反対の面Ｓ１には、カメラ（レンズ）５３０が設けられる。図１（ａ）では、面Ｓ１が鉛直である。図１（ｂ）では、面Ｓ１が水平面となっている。図１（ａ）、（ｂ）の右図は、フォーカシングレンズ５２０の状態を示す。フォーカシングレンズ５２０は、リターンスプリング５２２と機械的に接続される。ボイスコイルモータ（不図示）は、矢印（ストローク方向）５２４に沿ってフォーカシングレンズ５２０を駆動する。

図１（ａ）の状態では、レンズ５２０は、ストローク方向５２４と垂直方向に重力（矢印ｇ）を受ける。したがって重力がボイスコイルモータの駆動に与える影響は無視しうる。一方、図１（ｂ）の状態では、レンズ５２０は、ストローク方向５２４と同じ方向に重力（矢印ｇ）を受ける。つまり重力がレンズ５２０を変位させる方向に作用する。

図２は、電子機器５００のフォーカシングシステムを示すブロック図である。システムは、レンズモジュール５０２、撮像素子５０４、画像処理プロセッサ５０６、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５０８、を備える。

レンズモジュール５０２は、オートフォーカス機能を実現するために設けられ、フォーカシングレンズ５１２およびアクチュエータ５１０を含む。レンズ５１２は、光軸方向に移動可能に支持される。アクチュエータ５１０は、ＣＰＵ５０８からの指令値Ｓ１にもとづいて、レンズ５１２の位置を制御する。

撮像素子５０４には、レンズ５１２を通過した光（画像）が入射する。画像処理プロセッサ５０６は、撮像素子５０４から画像データを読み出す。ＣＰＵ５０８は、画像処理プロセッサ５０６により読み出された画像にもとづき、フォーカシングレンズ５１２を通過した像が、撮像素子５０４上で結像するように、フォーカシングレンズ５１２の目標位置を決定し、その目標位置に応じた指令値Ｓ１をアクチュエータ５１０に出力する。オートフォーカスの方式は、コントラスト方式、位相差検出方式を問わない。

図２のシステムでは、電子機器５００の姿勢にかかわらず、言い換えれば重力の影響にかかわらず、同じ処理が行われる。たとえばコントラスト方式では、重力の影響を受けた（あるいは受けない）フォーカシングレンズ５１２を介して撮像された画像のコントラストが高まるように、レンズ５１２の位置を指示する指令値Ｓ１がフィードバックにより調節される。アクチュエータ５１０のドライバ回路（不図示）も、電子機器５００の姿勢にかかわらず、指令値Ｓ１に応じた駆動電流をＶＣＭに供給する。

このような制御では、電子機器５００の姿勢によっては、フィードバックによりフォーカシングレンズ５１２が最適な位置に安定化されるまでの時間が長くなるという問題がある。このことは、ＣＰＵ５０８からアクチュエータ５１０の駆動回路に対して、位置指令信号が何度も繰り返し送信されることを意味し、消費電力が増加するという別の問題も引き起こす。なおここではスプリングリターン方式について説明したが、双方向駆動方式においても同様の問題が生じうる。またオートフォーカスに限らず、電子機器の姿勢の影響を受けるさまざまなアクチュエータにおいて同様の問題が生じうる。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、姿勢にかかわらずに短時間で目標位置に収束可能なＶＣＭの駆動回路の提供にある。

本発明のある態様は、ボイスコイルモータを有する電子機器に搭載され、ボイスコイルモータを駆動する駆動回路に関する。駆動回路は、ボイスコイルモータの可動子の目標位置を示す第１信号と電子機器の姿勢に関する第２信号と、を受けるインタフェース回路と、第１信号および第２信号に応じた駆動電流の電流指令値を生成する制御回路と、電流指令値に応じた駆動電流を生成し、ボイスコイルモータに供給する電流ドライバと、を備える。

この態様によると、姿勢に関する第２信号にもとづいて、重力の影響を考慮して電流指令値を生成することで、ホストプロセッサから見たボイスコイルモータは、あたかも重力の影響が存在しないものとして振る舞う。これにより、ホストプロセッサにおけるフィードバック制御の時間を短縮できる。

制御回路は、第１信号と電流指令値の関係を、第２信号に応じてオフセットしてもよい。本発明者が検討したところ、重力の影響によって、電流指令値とボイスコイルモータの変位量（ストローク量）の関係は線形性を保ったままシフトすることを見いだした。したがって第２信号に応じて第１信号と電流指令値の関係を補正することで、第１信号と変位量の関係を、姿勢にかかわらず保つことができる。

ボイスコイルモータが位置制御する対象物は、リターンスプリングと接続されてもよい。対象物およびリターンスプリングを含む系の共振周波数がｆ_０であり、対象物に加わる重力のうちそのストローク方向の成分がＧｘであるとき、オフセット量を、Ｇｘ／（２πｆ_０）^２に応じて規定してもよい。

本発明の別の態様も、ボイスコイルモータを駆動する駆動回路に関する。駆動回路は、ボイスコイルモータの目標位置を示す第１信号と、電子機器の姿勢に関する第２信号と、を受けるインタフェース回路と、第１信号に比例した成分と、第２信号に応じたオフセット成分とを含む駆動電流を生成する電流ドライバと、を備える。

この態様によると、姿勢に関する第２信号にもとづいて、駆動電流をオフセットすることにより、ホストプロセッサから見たボイスコイルモータは、あたかも重力の影響が存在しないものとして振る舞う。これにより、ホストプロセッサにおけるフィードバック制御の時間を短縮できる。

ボイスコイルモータが位置制御する対象物は、リターンスプリングと接続されてもよい。対象物およびリターンスプリングを含む系の共振周波数がｆ_０であり、対象物に加わる重力のうちそのストローク方向の成分がＧｘであるとき、オフセット成分は、
Ｇｘ／（２πｆ_０）^２
に応じて規定されてもよい。

電子機器は加速度センサを備えてもよい。第２信号は、加速度センサの出力を含んでもよい。加速度センサは３軸であってもよい。

インタフェース回路は、共通のデータバスを介して、第１信号および第２信号を受信してもよい。データバスは、Ｉ^２Ｃ（Inter Integrated Circuit）バスであってもよい。

駆動回路は、一つの半導体基板上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。

本発明の別の態様は、レンズモジュールに関する。レンズモジュールは、フォーカシングレンズと、フォーカシングレンズに連結された可動子を有するボイスコイルモータと、ボイスコイルモータを駆動する上述のいずれかの態様の駆動回路と、を備える。

本発明の別の態様は、レンズモジュールに関する。レンズモジュールは、手ぶれ補正用レンズと、手ぶれ補正用レンズに連結された可動子を有するボイスコイルモータと、ボイスコイルモータを駆動する上述のいずれかの態様の駆動回路と、を備える。

本発明の別の態様は電子機器に関する。電子機器は、上述のいずれかのレンズモジュールと、レンズモジュールを通った光を撮像する撮像素子と、を備える。

本発明のある態様によれば、姿勢にかかわらずに対象物を短時間で目標位置に収束させることができる。

図１（ａ）、（ｂ）は、電子機器の使用形態を示す図である。 電子機器のフォーカシングシステムを示すブロック図である。 実施の形態に係る駆動回路を備えるアクチュエータシステムのブロック図である。 図４（ａ）〜（ｅ）は、フォーカシングレンズにかかる力を示す図である。 図５（ａ）〜（ｃ）は、駆動回路の動作を説明する図である。 電子機器の一例である携帯電話端末を示す斜視図である。 第１変形例に係る駆動回路を備えるアクチュエータシステムのブロック図である。 第２変形例に係る駆動回路の回路図である。 第６変形例に係る駆動回路の回路図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに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、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の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３は、実施の形態に係る駆動回路１００を備えるアクチュエータシステム２００のブロック図である。アクチュエータシステム２００は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２０２、ホストプロセッサ２０４、センサ２０６およびＶＣＭ２０２の駆動回路１００を備え、電子機器に搭載される。電子機器は、使用において姿勢が変化するデバイスであり、典型的には、スマートホン、タブレット端末、デジタルカメラ、ポータブルオーディオプレイヤなどの、ポータブルデバイスでありうる。

ＶＣＭ２０２の可動子は、位置制御の対象物と機械的に接続される。本実施の形態では、理解の容易化と説明の簡潔化のために、図２に示すようにオートフォーカス用レンズ（フォーカシングレンズ）の位置決めのためのアクチュエータシステム２００を説明する。この場合、対象物はフォーカシングレンズである。

ホストプロセッサ２０４は、対象物、言い換えればボイスコイルモータの可動子の目標値位置を示す第１信号Ｓ１を生成する。センサ２０６は、電子機器５００の姿勢に関する情報を取得する。たとえばセンサ２０６は３軸加速度センサであってもよい。ホストプロセッサ２０４は、センサ２０６により検出される３軸の加速度の情報、あるいはそれから得られる情報にもとづく第２信号Ｓ２を生成する。ホストプロセッサ２０４は、第１信号Ｓ１および第２信号Ｓ２を、バス２０８を介して駆動回路１００に送信する。たとえばバス２０８は、シリアルバス、たとえばＩ^２Ｃバスであってもよい。

駆動回路１００は、インタフェース回路１０２、制御回路１０４、電流ドライバ１０６を備え、ひとつの半導体基板に一体集積化された機能ＩＣである。駆動回路１００は、ＶＣＭ２０２の可動子の位置検出手段を有しておらず、ホストプロセッサ２０４からの指令値にもとづいて駆動電流Ｉ_ＤＲＶをＶＣＭ２０２に供給し、オープンループで可動子の位置を制御する（フィードフォワード制御）。インタフェース回路１０２は、第１信号Ｓ１および第２信号Ｓ２を受信する。なお第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２の送信の頻度は、異なっていてよい。第１信号Ｓ１は、高速なフィードバック制御のために、高い頻度で送信される一方、第２信号Ｓ２は、電子機器の姿勢の変化の速度に追従できる頻度で送信すればよいため、第１信号Ｓ１より低い頻度で送信してもよい。

制御回路１０４は、インタフェース回路１０２が受信した第１信号Ｓ１および第２信号Ｓ２にもとづいて、駆動電流Ｉ_ＤＲＶの電流指令値Ｓ３を生成する。すなわち制御回路１０４は、電流指令値Ｓ３に、第２信号Ｓ２が示す電子機器の姿勢を反映させる。たとえば制御回路１０４は、第１信号Ｓ１と電流指令値Ｓ３の関係を、第２信号Ｓ２に応じて、すなわち電子機器の姿勢に応じてオフセットする。

電流ドライバ１０６は、電流指令値Ｓ３に応じた駆動電流Ｉ_ＤＲＶを生成し、ＶＣＭ２０２に供給する。駆動電流Ｉ_ＤＲＶは、電流指令値Ｓ３に比例してもよい。電流ドライバ１０６の構成は特に限定されず、たとえば電流指令値Ｓ３をアナログ電圧に変換するＤ／Ａコンバータと、アナログ電圧に応じた駆動電流を生成する電流源（Ｖ／Ｉ変換回路）の組み合わせで構成することができる。あるいは電流ドライバ１０６は、電流ＤＡＣ（Ｄ／Ａコンバータ）で構成することができる。図３では電流シンク型のドライバを示すが、電流ソース型としてもよい。

以上が駆動回路１００の構成である。続いてその動作を説明する。
図４（ａ）〜（ｅ）は、フォーカシングレンズ５２０にかかる力を示す図である。図４（ａ）は基準状態を示しており、重力ｇは、ＶＣＭの可動子のストローク方向５２４には作用しない。電子機器が基準状態から傾くと、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、ストローク方向５２４と反対方向の重力成分Ｇｘが大きくなる。このことは、ＶＣＭに同じ駆動電流Ｉ_ＤＲＶを流したときの変位量が、基準状態より小さくなることを意味する。

図４（ｄ）、（ｅ）に示すように、電子機器が基準状態から反対側に傾くと、ストローク方向５２４の重力成分Ｇｘが大きくなる。このことは、ＶＣＭに同じ駆動電流Ｉ_ＤＲＶを流したときの変位量が、基準状態より大きくなることを意味する。

図５（ａ）〜（ｃ）は、駆動回路１００の動作を説明する図である。図１（ａ）あるいは図４（ａ）のように重力の影響が無視できる基準状態においては、図５（ａ）の（i）に示すようにＶＣＭ２０２の可動子の変位量（位置）は、駆動電流Ｉ_ＤＲＶ（すなわち電流指令値Ｓ３）に対して線形に変化し、駆動電流Ｉ_ＤＲＶがゼロの状態で、可動子の位置は基準位置（たとえばゼロ）である。

電子機器５００の姿勢が変化すると、図４（ａ）〜（ｅ）に示したように、対象物（すなわちフォーカシングレンズ５２０）にかかる重力の向きおよび大きさに応じて、駆動電流Ｉ_ＤＲＶと変位量の関係がシフトする。たとえば図１（ｂ）のように、レンズが下向きの姿勢であり、重力が可動子のストローク方向に加わる場合、（ii）に示すように変位量は増加する。図１（ｂ）とは逆に、カメラ５３０が上向きの姿勢であり、重力が可動子の反ストローク方向（リターンスプリングの力の向き）に加わる場合、（iii）に示すように変位量は減少する。変位量Ｘは、式（１）で表される。
Ｘ＝α×Ｓ３＋ΔＸ …（１）
ΔＸは、駆動電流Ｉ_ＤＲＶがゼロのときの変位量（初期変位量）であり、電子機器の姿勢（すなわち第２信号Ｓ２）の関数ｆ（）で表される。
ΔＸ＝ｆ（Ｓ２）

図５（ｂ）には、第１信号Ｓ１と電流指令値Ｓ３の関係が示される。重力の影響を無視できる状態（たとえば図１（ａ））では、電流指令値Ｓ３は第１信号Ｓ１に比例する。一方、重力の影響が無視できない状態（ii）、（iii）では、制御回路１０４は、（i）の比例関係から電流指令値Ｓ３をオフセットする。
Ｓ３＝β×Ｓ１＋ＯＦＳ …（２）
オフセットＯＦＳの向きおよび量は、重力の影響度、言い換えれば第２信号Ｓ２に応じており、Ｓ２の関数ｇ（）で表される。
ＯＦＳ＝ｇ（Ｓ２）

式（２）のＳ３を、式（１）に代入すると、式（３）を得る。
Ｘ＝α×（β×Ｓ１＋ＯＦＳ）＋ΔＸ …（３）
したがって、
α×ＯＦＳ＝−ΔＸ …（４）
を満たすとき、電子機器の姿勢に依存しない変位量Ｘを得ることができる。つまりオフセット量の関数ｇ（Ｓ２）は、式（５）とすればよい。
ＯＦＳ＝ｇ（Ｓ２）＝−ΔＸ／α＝−ｆ（Ｓ２）／α …（５）

電流ドライバ１０６が生成する駆動電流Ｉ_ＤＲＶは、第１信号Ｓ１に比例する成分と、第２信号Ｓ２に応じたオフセット成分を有することとなる。図５（ｃ）には、第１信号Ｓ１と可動子の変位量の関係が示される。第２信号Ｓ２にもとづいて電流指令値Ｓ３と第１信号Ｓ１の関係を補正することにより、第１信号Ｓ１と変異量の関係は、重力の影響にかかわらず一定となる。

このように実施の形態に係る駆動回路１００によれば、姿勢に関する第２信号Ｓ２にもとづいて、重力の影響を考慮して電流指令値Ｓ３を生成することで、ホストプロセッサ２０４から見たＶＣＭ２０２は、あたかも重力の影響が存在しないものとして振る舞う。これにより、ホストプロセッサ２０４における位置決めのための演算処理時間、つまりフィードバック制御の時間を短縮でき、可動子を短時間で目標位置に収束させることができる。これにより、短時間で撮影可能な状態となるため、シャッターチャンスに強くなる。

フィードバック制御を行う間、ホストプロセッサ２０４から駆動回路１００には、更新された第１信号Ｓ１が送信され続ける。フィードバック制御の時間を短縮できることは、データの送信回数を低減できることを意味し、データ送信に要する消費電力を低減できる。多くの電子機器は電池駆動されるところ、消費電力の低減は、電池の持続時間の長期化というメリットをもたらす。

本発明は、図２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、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な制御の実例あるいは構成例を説明する。

たとえば３軸加速度センサの３軸（ｘ，ｙ，ｚ）のうち、ひとつの軸（たとえばｘ軸）がストローク方向と一致する場合、ｘ軸の加速度データが、ストローク方向の重力成分を表す。この場合、ｘ軸の加速度データＧｘを第２信号Ｓ２として送信すればよい。

あるいは第２信号Ｓ２は、３軸加速度センサの３軸のうち、複数の加速度データを含んでもよい。制御回路１０４は、複数軸の加速度データを演算処理することにより、ＶＣＭのストローク方向の重力の成分Ｇｘを計算し、ストローク方向の成分Ｇｘに応じて、電流指令値Ｓ３を補正してもよい。

オフセット量ＯＦＳと第２信号Ｓ２の関係は実測にもとづいて規定してもよい。たとえば電子機器の傾き角を変化させながら、第２信号Ｓ２と駆動電流Ｉ_ＤＲＶ＝０のときの変位量（すなわち図４（ａ）のＹ切片）の関係、すなわち上述の関数ΔＸ＝ｆ（Ｓ２）を測定する。そして得られた関数ｆ（Ｓ２）と式（５）にもとづいて、オフセット量ＯＦＳを決定する。

オフセット量ＯＦＳと第２信号Ｓ２の関係は、テーブル形式で駆動回路１００に内蔵され、あるいは外付けされる不揮発メモリに格納しておいてもよい。あるいは、式（５）の演算式を制御回路１０４の内部の演算器に定義しておき、演算処理によりオフセット量ＯＦＳを演算してもよい。

オフセット量ＯＦＳと第２信号Ｓ２の関係は、理論的な計算にもとづいて規定してもよい。スプリングリターン機構のフォーカシングモジュールにおいては、初期変位量ΔＸは、式（６）で表される。
ΔＸ＝Ｇｘ／（２πｆ_０）^２ …（６）
Ｇｘはフォーカシングレンズ５２０に加わる重力のうち、ストローク方向の成分（加速度）である。ｆ_０は、フォーカシングレンズ５２０およびリターンスプリング５２２を含む系の共振周波数である。したがって制御回路１０４は、第２信号Ｓ２にもとづいて重力による加速度成分Ｇｘを演算し、式（６）および（５）にもとづいて、オフセット量ＯＦＳを演算してもよい。

続いて、電子機器５００の具体例を説明する。図６は、電子機器５００の一例である携帯電話端末を示す斜視図である。電子機器５００は、筐体５０１、レンズモジュール５０２、撮像素子５０４を備える。撮像素子５０４は、筐体５０１に内蔵される。筐体５０１には、撮像素子５０４とオーバーラップする箇所に開口部が設けられ、レンズモジュール５０２は開口部に設けられる。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

（第１変形例）
図７は、第１変形例に係る駆動回路１００ａを備えるアクチュエータシステム２００ａのブロック図である。駆動回路１００ａは、インタフェース回路１０２、制御回路１０４ａ、電流ドライバ１０６ａを含む。電流ドライバ１０６ａは、２つの制御入力、すなわち電流指令値Ｓ３とオフセット指令値Ｓ４とを受ける。電流ドライバ１０６ａは、電流指令値Ｓ３に実質的に比例する成分と、オフセット指令値Ｓ４に比例するオフセット成分と、を含む駆動電流Ｉ_ＤＲＶを生成する。

制御回路１０４ａは、第１信号Ｓ１および第２信号Ｓ２にもとづいて電流指令値Ｓ３およびオフセット指令値Ｓ４を生成する。電流指令値Ｓ３は、第１信号Ｓ１そのものであってもよいし、それに比例した値であってもよい。オフセット指令値Ｓ４は、第２信号Ｓ２、すなわち電子機器の姿勢に応じた値を有する。

第１変形例によれば、姿勢に関する第２信号Ｓ２にもとづいて、駆動電流をオフセットすることにより、ホストプロセッサ２０４から見たＶＣＭ２０２は、あたかも重力の影響が存在しないものとして振る舞う。これにより、ホストプロセッサ２０４におけるフィードバック制御の時間を短縮でき、実施の形態と同様の効果を得ることができる。

（第２変形例）
実施の形態では、スプリングリターン方式のＶＣＭ２０２の駆動回路について説明したが、本発明は双方向駆動方式にも適用可能である。図８は、第２変形例に係る駆動回路１００ｂの回路図である。これまで説明した駆動回路１００が、単方向の駆動電流Ｉ_ＤＲＶを生成したのに対して、図８の駆動回路１００ａは、双方向の駆動電流Ｉ_ＤＲＶを生成可能であり、したがって、スプリングリターン機構を有しないＶＣＭ２０２を駆動可能となっている。

ロジック回路１０１は、図３のインタフェース回路１０２および制御回路１０４を含む。電流ドライバ１０６ｂは、Ｄ／Ａコンバータ１６、電流検出回路２０、エラーアンプ３０、第１ドライバ４０ｐ、第２ドライバ４０ｎを備える。Ｄ／Ａコンバータ１６は、電流指令値Ｓ３をアナログの制御電圧Ｖ_ＣＮＴに変換する。

電流検出回路２０は、ＶＣＭ２０２のコイルＬ１に流れる駆動電流Ｉ_ＤＲＶを検出し、駆動電流Ｉ_ＤＲＶに応じた検出電圧Ｖｓを生成する。検出電圧Ｖｓは、利得ｋおよび基準電圧Ｖ_ＲＥＦを用いて、以下の式（７）で与えられる。
Ｖｓ＝Ｖ_ＲＥＦ＋ｋ×Ｉ_ＤＲＶ …（７）

たとえば電流検出回路２０は、第１演算増幅器２２、検出抵抗Ｒ_ＮＦ、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３、第４抵抗Ｒ４、を備える。検出抵抗Ｒ_ＮＦは、駆動電流Ｉ_ＤＲＶの経路上に設けられる。たとえば検出抵抗Ｒ_ＮＦは、コイルＬ１の第２端と第２ドライバ４０ｎの出力端の間に設けられる。あるいは検出抵抗Ｒ_ＮＦは、コイルＬ１の第１端と第１ドライバ４０ｐの出力端の間に設けてもよい。検出抵抗Ｒ_ＦＮには、駆動電流Ｉ_ＤＲＶに比例した電圧降下Ｖ_ＮＦが発生する。

第１抵抗Ｒ１は、第１演算増幅器２２の第１入力端子（反転入力端子）と検出抵抗Ｒ_ＮＦの第１端Ｅ１の間に設けられる。第２抵抗Ｒ２は、第１演算増幅器２２の第２入力端子（非反転入力端子）と検出抵抗Ｒ_ＮＦの第２端Ｅ２の間に設けられる。第３抵抗Ｒ３は、第１演算増幅器２２の出力端子と第１入力端子（反転入力端子）の間に設けられる。第４抵抗Ｒ４は、その一端が第１演算増幅器２２の第２入力端子（非反転入力端子）と接続され、その他端に基準電圧Ｖ_ＲＥＦが印加される。

検出抵抗Ｒ_ＮＦの第１端Ｅ１、第２端Ｅ２それぞれの電位をＶ１、Ｖ２とする。Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒａ、Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒｂが成り立つとき、検出電圧Ｖｓは、式（８）で与えられる。
Ｖｓ＝Ｖ_ＲＥＦ＋Ｒｂ／Ｒａ×（Ｖ２−Ｖ１） …（８）
式（８）に、式（９）を代入すると式（１０）を得る。
Ｖ_ＮＦ＝Ｖ２−Ｖ１＝Ｒ_ＮＦ×Ｉ_ＤＲＶ …（９）
Ｖｓ＝Ｖ_ＲＥＦ＋Ｒｂ／Ｒａ×Ｒ_ＮＦ×Ｉ_ＤＲＶ …（１０）
したがって、電流検出回路２０の利得ｋは、Ｒｂ／Ｒａ×Ｒ_ＮＦとなる。なお、電流検出回路２０の構成は図８のそれには限定されず、その他の構成であってもよい。

エラーアンプ３０は、ボイスコイルモータの変位量を指示する制御電圧Ｖ_ＣＮＴと、検出電圧Ｖｓとの誤差を増幅することにより誤差電圧Ｖ_ＥＲＲを生成する。たとえばエラーアンプ３０は、積分アンプであってもよい。

たとえばエラーアンプ３０は、第２演算増幅器３２、第１キャパシタＣ１、第５抵抗Ｒ５を含む。第２演算増幅器３２の第１入力端子（非反転入力端子）には、制御電圧Ｖ_ＣＮＴが入力される。第１キャパシタＣ１は、第２演算増幅器３２の第２入力端子（反転入力端子）とその出力端子の間に設けられる。第５抵抗Ｒ５の第１端は、第２演算増幅器３２の第２入力端子（反転入力端子）と接続され、その第２端には検出電圧Ｖｓが印加される。なお、エラーアンプ３０の構成も図８のそれには限定されない。

第１ドライバ４０ｐは、ＶＣＭ２０２のコイルＬ１の一端と接続され、誤差電圧Ｖ_ＥＲＲに応じて、駆動電流Ｉ_ＤＲＶをソースまたはシンクする。第２ドライバ４０ｎは、第１ドライバ４０ｐとは逆相で動作し、ＶＣＭ２０２のコイルＬ１の他端と接続され、誤差電圧Ｖ_ＥＲＲに応じて、駆動電流Ｉ_ＤＲＶをシンクまたはソースする。

バッファ４６は、所定のコモン電圧Ｖ_ＣＯＭを出力する。第１ドライバ４０ｐは、コモン電圧Ｖ_ＣＯＭを基準として誤差電圧Ｖ_ＥＲＲを非反転増幅し、コイルＬ１の第１端に第１駆動電圧Ｖ_Ｏ＋を印加する非反転アンプを含む。また第２ドライバ４０ｎは、コモン電圧Ｖ_ＣＯＭを基準として誤差電圧Ｖ_ＥＲＲを反転増幅し、コイルＬ１の第２端子に、第１駆動電圧Ｖ_Ｏ＋と逆相の第２駆動電圧Ｖ_Ｏ−を印加する反転アンプを含む。

より具体的には、第１ドライバ４０ｐは、第１分圧回路４２ｐ、第１アンプ３４を含む。第１分圧回路４２ｐは、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２を含み、コイルＬ１の第１端に生ずる第１出力電圧Ｖ_Ｏ＋と所定のコモン電圧Ｖ_ＣＯＭを所定の分圧比で分圧する。第１アンプ３４は、ハイサイドトランジスタＭＨとローサイドトランジスタＭＬからなるプッシュプル出力段を有する。第１アンプ３４は、第１分圧回路４２ｐにより分圧された電圧Ｖ_ＦＢ＋が誤差電圧Ｖ_ＥＲＲと等しくなるように、そのプッシュプル出力段のハイサイドトランジスタＭＨおよびローサイドトランジスタＭＬを制御する。

第２ドライバ４０ｎは、第２分圧回路４２、第２アンプ４４を含む。第２アンプ４４は、抵抗Ｒ２１、Ｒ２２を含み、コイルＬ１の第２端に生ずる第２出力電圧Ｖ_Ｏ−と誤差電圧Ｖ_ＥＲＲを所定の分圧比で分圧する。第２アンプ４４は、ハイサイドトランジスタＭＨとローサイドトランジスタＭＬからなるプッシュプル出力段を有する。第２アンプ４４は、第２分圧回路４２により分圧された電圧Ｖ_ＦＢ−がコモン電圧Ｖ_ＣＯＭと等しくなるように、そのプッシュプル出力段のハイサイドトランジスタＭＨおよびローサイドトランジスタＭＬを制御する。

この駆動回路１００ａは、エラーアンプ３０を含むフィードバックループによって、検出電圧Ｖｓが、制御電圧Ｖ_ＣＮＴと一致するように、駆動電圧Ｖ_Ｏ＋、Ｖ_Ｏ−を生成する。
上述のように、検出電圧Ｖｓは式（８）で与えられるため、駆動電流Ｉ_ＤＲＶは、以下の式（１１）で与えられる目標値に近づくようにフィードバック制御される。
Ｉ_ＤＲＶ＝（Ｖ_ＣＮＴ−Ｖ_ＲＥＦ）／ｋ …（１１）

制御電圧Ｖ_ＣＮＴの電圧範囲は０〜Ｖ_Ｈであり、駆動電流Ｉ_ＤＲＶの最大値Ｉ_ＭＡＸは、Ｉ_ＤＲＶ＝（Ｖ_Ｈ−Ｖ_ＲＥＦ）／ｋとなり、駆動電流Ｉ_ＤＲＶの最小値Ｉ_ＭＡＸは、Ｉ_ＤＲＶ＝−Ｖ_ＲＥＦ／ｋとなる。駆動電流Ｉ_ＤＲＶの変化幅ΔＩ＝Ｉ_ＭＡＸ−Ｉ_ＭＩＮは、Ｖ_Ｈ／ｋとなり、基準電圧Ｖ_ＲＥＦの値によらずに一定である。

すなわち、この駆動回路１００ａによれば、基準電圧Ｖ_ＲＥＦのレベルに応じて、駆動電流Ｉ_ＤＲＶの範囲を任意に設定することができる。たとえば、基準電圧Ｖ_ＲＥＦが制御電圧Ｖ_ＣＮＴの電圧範囲０〜Ｖ_Ｈのセンター値Ｖ_Ｈ／２であるとき、Ｉ_ＭＡＸ＝−Ｉ_ＭＩＮとなり、正負方向に流せる電流の最大値が等しくなる。基準電圧Ｖ_ＲＥＦが、センター値Ｖ_Ｈ／２より高いとき、負方向に流せる電流量の方が大きくなり、反対に基準電圧Ｖ_ＲＥＦが、センター値Ｖ_Ｈ／２より小さいとき、正方向に流せる電流量の方が大きくなる。

なお、図８の電流ドライバ１０６ｂを用いて、スプリングリターン機構を有するＶＣＭ２０２を駆動してもよい。

（第３変形例）
図８の駆動回路１００ａにおいて、駆動電流Ｉ_ＤＲＶは、式（１１）で与えられ、したがって基準電圧Ｖ_ＲＥＦに応じた−Ｖ_ＲＥＦ／ｋは、駆動電流Ｉ_ＤＲＶのオフセット成分に相当する。したがって、図８の電流ドライバ１０６ｂを、第２変形例（図７）の電流ドライバ１０６ａとして用いることができる。すなわち、図７の制御回路１０４ａは、電流指令値Ｓ３に応じた制御電圧Ｖ_ＣＮＴと、オフセット指令値Ｓ４に応じた基準電圧Ｖ_ＲＥＦと、を図８の電流ドライバ１０６ｂに与えればよい。

（第４変形例）
図８の駆動回路１００ｂにおいて、第１ドライバ４０ｐおよび第２ドライバ４０ｎは、ＶＣＭ２０２をリニア駆動する場合を説明したが、ＰＷＭ駆動を行ってもよい。すなわち、第１ドライバ４０ｐおよび第２ドライバ４０ｎはそれぞれ、パルス状の駆動電圧Ｖ_Ｏ＋、Ｖ_Ｏ−を生成し、誤差電圧Ｖ_ＥＲＲに応じて、駆動電圧のデューティ比Ｖ_Ｏ＋、Ｖ_Ｏ−を変化させてもよい。

（第５変形例）
図８の駆動回路１００ｂにおいて、検出抵抗Ｒ_ＮＦを第２ドライバ４０ｎ（第１ドライバ４０ｐ）とコイルＬ１の間に設ける場合を説明したが、検出抵抗Ｒ_ＮＦの位置はそれには限定されない。検出抵抗Ｒ_ＮＦは、出力端子ＯＵＴ＋（ＯＵＴ−）と電源ラインの間にハイサイドトランジスタＭＨと直列に設けてもよいし、出力端子ＯＵＴ＋（ＯＵＴ−）と接地ラインの間にローサイドトランジスタＭＬと直列に設けてもよい。あるいは検出抵抗Ｒ_ＮＦとして、第１ドライバ４０ｐの出力段を構成するトランジスタ（ＭＨ、ＭＬ）のオン抵抗、および／または、第２ドライバ４０ｎの出力段を構成するトランジスタ（ＭＨ、ＭＬ）のオン抵抗を利用してもよい。

あるいは、ＶＣＭ２０２の直流抵抗成分（寄生抵抗）が既知であるとき、その抵抗値を、検出抵抗Ｒ_ＮＦとして利用してもよい。ＶＣＭ２０２の両端間の電圧は、抵抗成分に生ずる電圧降下と、インダクタンスＬ１に生ずる逆起電力の和となる。そこで電流検出回路２０は、ＶＣＭ２０２の両端間の電圧から、コイルＬ１に生ずる逆起電力を除去し、抵抗成分の電圧降下を検出してもよい。このような電流検出回路は、公知技術を用いることができる。

（第６変形例）
図９は、第６変形例に係る駆動回路１００ｃの回路図である。この駆動回路１００ｃにおいてインタフェース回路１０２ｃは、ホストプロセッサ２０４を経由せずに、センサ２０６から直接、信号ライン２１０を経由して第２信号Ｓ２を受信する。第２信号Ｓ２は、デジタルデータであってもよいし、アナログ信号であってもよい。後者の場合、インタフェース回路１０２ｃは、アナログ信号Ｓ２をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを含む。この変形例によっても、実施の形態と同様の効果を得ることができる。図７や図８においても、センサ２０６から直接、駆動回路１００に第２信号Ｓ２を入力してもよい。

（そのほか）
実施の形態では、フォーカシング用のレンズモジュールを説明したが、駆動回路１００の用途はそれには限定されない。たとえばＶＣＭ２０２は、手ぶれ補正用のレンズを駆動してもよい。そのほか、駆動回路は、電子機器の姿勢に応じてストローク量が変化しうるさまざまな用途に用いることができる。

（第７変形例）
第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２は、異なるデータバス、あるいは異なる信号線を介して送信されてもよい。たとえばインタフェース回路１０２は、第１信号Ｓ１をアナログ信号として受信し、第２信号Ｓ２をデジタルデータとして受信してもよい。

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。

５００…電子機器、５０１…筐体、５０２…レンズモジュール、５０４…撮像素子、５０６…画像処理プロセッサ、５０８…ＣＰＵ、５１０…アクチュエータ、５１２…レンズ、５２２…リターンスプリング、５２０…フォーカシングレンズ、５３０…カメラ、１００…駆動回路、１０２…インタフェース回路、１０４…制御回路、１０６…電流ドライバ、２００…アクチュエータシステム、２０２…ＶＣＭ、２０４…ホストプロセッサ、２０６…センサ、２０８…バス、Ｓ１…第１信号、Ｓ２…第２信号、Ｓ３…電流指令値、Ｓ４…オフセット指令値、Ｉ_ＤＲＶ…駆動電流。

Claims (16)

1. ボイスコイルモータを有する電子機器に搭載され、前記ボイスコイルモータを駆動する駆動回路であって、
   前記ボイスコイルモータの目標位置を示す第１信号と、前記電子機器の姿勢に関する第２信号と、を受けるインタフェース回路と、
   前記第１信号および前記第２信号に応じた駆動電流の電流指令値を生成する制御回路と、
   前記電流指令値に応じた前記駆動電流を生成し、前記ボイスコイルモータに供給する電流ドライバと、
   を備え、前記インタフェース回路における前記第２信号の受信の頻度は、前記第１信号の受信の頻度よりも低いことを特徴とする駆動回路。
2. 前記制御回路は、前記第１信号にもとづく補正前の電流指令値と、前記第２信号にもとづくオフセット指令値と、を生成し、前記補正前の電流指令値を前記オフセット指令値によってオフセットした前記電流指令値を、前記電流ドライバに出力することを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
3. 前記ボイスコイルモータが位置制御する対象物は、リターンスプリングと接続され、前記対象物および前記リターンスプリングを含む系の共振周波数がｆ_０であり、前記対象物に加わる重力のうちそのストローク方向の成分がＧｘであるとき、オフセット量を、
   Ｇｘ／（２πｆ_０）^２
   に応じて規定することを特徴とする請求項２に記載の駆動回路。
4. ボイスコイルモータを有する電子機器に搭載され、前記ボイスコイルモータを駆動する駆動回路であって、
   前記ボイスコイルモータの目標位置を示す第１信号と、前記電子機器の姿勢に関する第２信号と、を受けるインタフェース回路と、
   前記第１信号に比例した成分と、前記第２信号に応じたオフセット成分とを含む駆動電流を生成する電流ドライバと、
   を備え、前記インタフェース回路における前記第２信号の受信の頻度は、前記第１信号の受信の頻度よりも低いことを特徴とする駆動回路。
5. 前記ボイスコイルモータが位置制御する対象物は、リターンスプリングと接続され、前記対象物および前記リターンスプリングを含む系の共振周波数がｆ_０であり、前記対象物に加わる重力のうちそのストローク方向の成分がＧｘであるとき、前記オフセット成分は、
   Ｇｘ／（２πｆ_０）^２
   に応じて規定されることを特徴とする請求項４に記載の駆動回路。
6. 前記電子機器は加速度センサを備え、前記第２信号は、前記加速度センサの出力を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の駆動回路。
7. 前記インタフェース回路は、共通のデータバスを介して、前記第１信号および前記第２信号を受信することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の駆動回路。
8. 前記データバスは、Ｉ^２Ｃ（Inter Integrated Circuit）バスであることを特徴とする請求項７に記載の駆動回路。
9. 一つの半導体基板上に一体集積化されたことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の駆動回路。
10. 前記ボイスコイルモータが位置制御する対象物は、フォーカシングレンズであることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の駆動回路。
11. フォーカシングレンズまたは手ぶれ補正用レンズと、
    前記フォーカシングレンズまたは手ぶれ補正用レンズに連結された可動子を有するボイスコイルモータと、
    前記ボイスコイルモータを駆動する請求項１から９のいずれかに記載の駆動回路と、
    を備えることを特徴とするレンズモジュール。
12. 請求項１１に記載のレンズモジュールと、
    前記レンズモジュールを通った光を撮像する撮像素子と、
    を備えることを特徴とする電子機器。
13. ボイスコイルモータの駆動方法であって、
    前記ボイスコイルモータの目標位置を示す第１信号と、前記ボイスコイルモータが搭載される電子機器の姿勢に関する第２信号と、を生成するステップと、
    前記第１信号および前記第２信号に応じた駆動電流の電流指令値を生成するステップと、
    前記電流指令値に応じた前記駆動電流を生成し、前記ボイスコイルモータに供給するステップと、
    を備え、
    前記第２信号の生成の頻度は、前記第１信号の生成の頻度よりも低いことを特徴とする駆動方法。
14. 前記電流指令値を生成するステップは、
    前記第１信号にもとづいて補正前の電流指令値を生成するステップと、
    前記第２信号にもとづいてオフセット指令値を生成するステップと、
    前記補正前の電流指令値を前記オフセット指令値によってオフセットして、前記電流指令値を生成するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１３に記載の駆動方法。
15. ボイスコイルモータの駆動方法であって、
    前記ボイスコイルモータの目標位置を示す第１信号と、前記ボイスコイルモータが搭載される電子機器の姿勢に関する第２信号と、を生成するステップと、
    前記第１信号に比例した成分と、前記第２信号に応じたオフセット成分とを含む駆動電流を生成し、前記ボイスコイルモータに供給するステップと、
    を備え、
    前記第２信号の生成の頻度は、前記第１信号の生成の頻度よりも低いことを特徴とする駆動方法。
16. 前記第２信号は、加速度センサの出力にもとづいて生成されることを特徴とする請求項１３から１５のいずれかに記載の駆動方法。

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