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公開番号2020005492
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200109
出願番号2019080060
出願日20190419
発明の名称アクチュエータを制御するためのアクチュエータ制御回路及び方法
出願人セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー
代理人園田・小林特許業務法人
主分類H02P 29/00 20160101AFI20191206BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】アクチュエータにおける誘導EMFを効果的に補償し、それによってアクチュエータの整定時間を短縮することができるアクチュエータ制御回路及び方法を提供する。
【解決手段】この方法及び装置は、誘導電圧に従ってフィードバック信号を生成し、フィードバック信号のゲインを選択的に調整するための様々な信号処理機能を更に生成するための様々な回路及び/又はシステムを含む。所定の周波数範囲外にあるフィードバック信号の一部を減衰させるように、かつフィードバック信号のゲインを調整するように、構成されたフィードバック制御回路220を含む。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項1】
アクチュエータ制御回路であって、
前記アクチュエータに連結され、前記アクチュエータに駆動信号を供給するように構成された駆動回路と、
前記駆動回路に接続され、フィードバック信号を生成するように構成されたフィードバックネットワークであって、前記フィードバックネットワークは、
前記駆動回路の出力端子に接続された誘導電圧検出回路と、
フィードバック制御回路であって、
所定の周波数範囲外にある前記フィードバック信号の一部を減衰させるように、かつ
前記フィードバック信号のゲインを調整するように、構成されたフィードバック制御回路と、を含む、フィードバックネットワークと、を含むことを特徴とする、アクチュエータ制御回路。
続きを表示(約 1,100 文字)【請求項2】
前記フィードバック制御回路が、
バンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタの出力端子に接続されたゲイン制御回路であって、
カウンタ値に従って前記フィードバック信号の前記ゲインを調整するように構成された増幅器と、
前記バンドパスフィルタと前記増幅器の入力端子との間に接続された第1のスイッチであって、前記第1のスイッチは、前記カウンタ値に従って動作される、第1のスイッチと、
前記増幅器の出力端子に接続された第2のスイッチであって、前記第2のスイッチは、前記カウンタ値に従って動作される、第2のスイッチと、を含む、ゲイン制御回路と、を含むことを特徴とする、請求項1に記載のアクチュエータ制御回路。
【請求項3】
前記フィードバック制御回路が、
第1のカウント期間の前記フィードバック信号の前記ゲインを減少させるように、かつ
第2のカウント期間の前記フィードバック信号の前記ゲインを増加させるように、更に構成されていることを特徴とする、請求項1に記載のアクチュエータ制御回路。
【請求項4】
前記アクチュエータ制御回路が、前記第1のカウント期間と前記第2のカウント期間との間の期間に、前記フィードバック制御回路を無効化するように、更に構成されていることを特徴とする、請求項3に記載のアクチュエータ制御回路。
【請求項5】
アクチュエータを制御するための方法であって、
駆動信号を前記アクチュエータに供給することと、
前記アクチュエータによって生成された誘導電圧を検出することと、
前記検出された誘導電圧に従ってフィードバック信号を生成することと、
前記フィードバック信号の一部分を減衰させることと、
前記フィードバック信号のゲインを調整することと、
前記フィードバック信号に従って前記アクチュエータを動作させることと、を含むことを特徴とする、アクチュエータを制御するための方法。
【請求項6】
前記ゲインを調整することが、
第1のカウント期間中に前記ゲインを減少させることと、
第2のカウント期間中に前記ゲインを増加させることと、を含むことを特徴とする、請求項5に記載のアクチュエータを制御するための方法。
【請求項7】
前記第1のカウント期間と前記第2のカウント期間との間の期間に、前記フィードバック信号を無効化することを含むことを更に特徴とする、請求項6に記載のアクチュエータを制御するための方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、アクチュエータを制御するためのアクチュエータ制御回路及び方法に関する。
続きを表示(約 9,400 文字)【背景技術】
【0002】
携帯電話、カメラ及びコンピュータなどの電子デバイスは、一般に、レンズモジュールを画像センサと共に使用して画像をキャプチャする。多くの撮像システムは、画像センサに対するレンズの位置を調整することによって画像品質を改善するために、様々な制御及び/又はオートフォーカス方法並びに様々な信号処理技術を採用している。
【0003】
位置制御及び/又はオートフォーカスシステムは、概して、レンズを最適な位置又は他の所望の位置に移動させて画像品質を高めるよう、アクチュエータと共に動作する。リニアアクチュエータなど、多くの電子デバイスは、オートフォーカスを容易にするため、かつ/又はレンズを位置付けるために低ノイズの直線運動を利用する。しかしながら、リニアアクチュエータの機械的特性により、アクチュエータの整定時間は、アクチュエータによって誘導される電圧(誘導起電力(EMF))に起因して、所望よりも大きくなり得る。
【発明の概要】
【0004】
本発明は、アクチュエータを制御するためのアクチュエータ制御回路及び方法に関する。
【0005】
本発明によって解決される技術的問題は、従来のアクチュエータ制御回路が、アクチュエータにおける誘導EMFを効果的に補償することができず、結果としてアクチュエータの望ましくない整定時間がもたらされることである。
【0006】
一態様では、アクチュエータ制御回路は、アクチュエータに連結され、駆動信号をアクチュエータに供給するように構成された駆動回路と、駆動回路に接続され、フィードバック信号を生成するように構成されたフィードバックネットワークと、を含み、フィードバックネットワークは、駆動回路の出力端子に接続された誘導電圧検出回路と、所定の周波数範囲外にあるフィードバック信号の一部を減衰させ、かつフィードバック信号のゲインを調整するように構成されたフィードバック制御回路と、を含む。
【0007】
一実施形態では、フィードバック制御回路は、バンドパスフィルタと、ゲイン制御回路であって、バンドパスフィルタの出力端子に接続され、かつカウンタ値に従ってフィードバック信号のゲインを調整するように構成された増幅器と、バンドパスフィルタと増幅器の入力端子との間に接続された第1のスイッチであって、カウンタ値に従って動作される第1のスイッチと、増幅器の出力端子に接続された第2のスイッチであって、カウンタ値に従って動作される第2のスイッチと、を含む、ゲイン制御回路と、を含む。
【0008】
一実施形態では、フィードバック制御回路は、第1のカウント期間のフィードバック信号のゲインを減少させ、かつ第2のカウント期間のフィードバック信号のゲインを増加させるように更に構成される。
【0009】
一実施形態では、アクチュエータ制御回路は、第1のカウント期間と第2のカウント期間との間の期間に、フィードバック制御回路を無効化するように更に構成される。
【0010】
別の態様では、アクチュエータを制御するための方法は、駆動信号をアクチュエータに供給することと、アクチュエータによって生成された誘導電圧を検出することと、検出された誘導電圧に従ってフィードバック信号を生成することと、フィードバック信号の一部分を減衰させることと、フィードバック信号のゲインを調整することと、フィードバック信号に従ってアクチュエータを動作させることと、を含む。
【0011】
一動作では、ゲインを調整することは、第1のカウント期間中にゲインを減少させることと、第2のカウント期間中にゲインを増加させることと、を含む。
【0012】
一動作では、この方法は、第1のカウント期間と第2のカウント期間との間の期間に、フィードバック信号を無効化することを更に含む。
【0013】
本発明によって成し遂げられる技術的効果は、アクチュエータにおける誘導EMFを効果的に補償することができる制御回路を提供し、それによってアクチュエータの整定時間を軽減している。
【図面の簡単な説明】
【0014】
本技術のより完全な理解は、以下の例示的な図と関連して考慮される場合、詳細な説明を参照することによって導出され得る。
【0015】
本技術の例示的な実施形態による撮像システムのブロック図である。
【0016】
本技術の第1の実施形態によるアクチュエータ制御システムのブロック図である。
【0017】
本技術の第1の実施形態による誘導電圧検出回路のブロック図である。
【0018】
本技術の第2の実施形態によるアクチュエータ制御システムのブロック図である。
【0019】
本技術の第2の実施形態による誘導電圧検出回路のブロック図である。
【0020】
本技術の例示的な実施形態によるフィードバック制御回路のブロック図である。
【0021】
従来のアクチュエータ制御システムの電流波形及びレンズ変位波形を示すグラフである。
【0022】
本技術の例示的な実施形態による電流波形及びレンズ変位波形を示すグラフである。
【0023】
本技術の一実施形態によるアクチュエータ制御システムを操作するためのフローチャートである。
【0024】
本技術の例示的な実施形態によるフィードバック制御回路を操作するためのフローチャートである。
【0025】
本技術の例示的な実施形態によるフィードバック制御回路を操作するための制御シーケンスチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0026】
本技術は、機能ブロック構成要素及び様々な処理工程に関して説明され得る。このような機能ブロックは、特定の機能を実行し、様々な結果を達成するように構成された任意の数の構成要素によって実現され得る。例えば、本技術は、様々な機能を実行し得る、様々なアクチュエータ、センサ、レンズ、トランジスタ及びコンデンサのような半導体デバイスなどを採用することができる。加えて、本技術は、自動車、航空宇宙、医療、科学、監視、及び家電などの任意の数のシステムと共に実施することができ、説明されるシステムは、この技術のための例示的な用途に過ぎない。更に、本技術は、画像データのキャプチャ、画像データのサンプリング、画像データの処理などの任意の数の従来技術を採用することができる。
【0027】
本技術の様々な態様によるアクチュエータ制御のための方法及び装置は、撮像システム、「スマートデバイス」、ウェアラブル、家電などの任意の好適な電子システムと共に動作し得る。図1を参照すると、例示的な撮像システム100は、デジタルカメラ、スマートフォン又はポータブルコンピューティングデバイスなどの電子デバイスに組み込まれていてもよい。例えば、様々な実施形態では、撮像システム100は、カメラモジュール105及び画像信号プロセッサ(ISP)130を含んでもよい。
【0028】
カメラモジュール105は、画像データをキャプチャし、オートフォーカス及び/又は光学画像安定化などの様々な動作機能を実行し得る。例えば、カメラモジュール105は、画像センサ125と、画像センサ125に隣接して位置付けられたレンズモジュール115と、制御回路120と、を含んでもよい。制御回路120及びレンズモジュール115は、互いに通信し、一緒に動作して、レンズモジュール115の位置を調製するよう、かつ/又は物体若しくはシーンを画像センサ125の焦点に自動的に合わせるように構成されてもよい。
【0029】
画像センサ125は、画像データをキャプチャするように好適に構成されてもよい。例えば、画像センサ125は、光を検出し、(物体を通過又は反射するときの)光波の可変減衰を電気信号に変換することによって、光を検出し、画像を構成する情報を伝達するための画素アレイ(図示せず)を含み得る。画素アレイは、行及び列に配置された複数の画素を含んでもよく、画素アレイは、任意の数の行及び列、例えば数百又は数千の行及び列を含んでもよい。それぞれの画素は、光を検出し、検出された光を電荷に変換するために、フォトゲート、フォトダイオードなどの任意の好適なフォトセンサを含んでもよい。画像センサ125は、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)及び電荷結合素子内のアクティブ画素センサなどの任意の適切な技術と組み合わせて実装されてもよい。
【0030】
レンズモジュール115は、画像センサ125の感知面上で集光するように構成されてもよい。例えば、レンズモジュール115は、画像センサ125の感知面に隣接して配置された固定直径を有するレンズ135を含んでもよい。レンズモジュール115は、アクチュエータ110、例えば、制御回路120に応答して、x軸、y軸及びz軸のうちのいずれか1つに沿ってレンズ135を移動させるように構成されたボイスコイルモータ(VCM)などのリニア共振アクチュエータを更に含んでもよい。
【0031】
様々な実施形態では、撮像システム100は、レンズ135を再配置するため、かつ/又はオートフォーカス機能を実行するため、レンズ135を固定するレンズモジュール115の部分を移動させるように構成される。例えば、レンズモジュール115は、静止部分(図示せず)に対して移動する入れ子式部分(図示せず)を含んでもよい。様々な実施形態では、入れ子式部分は、レンズ135を固定してもよい。そういうものとして、アクチュエータ110は、入れ子式部分を移動させることで、レンズ135を画像センサ125から遠ざけるか又はそれに近づけて、物体又はシーンを画像センサ125の焦点に合わせすることができる。様々な実施形態では、画像センサ125は、静止部分に固定されてもよく、又は静止部分から一定の距離で配置されてもよい。
【0032】
様々な実施形態では、ISP130は、色補間、色補正、オートフォーカスの促進、露光調整、ノイズ低減、ホワイトバランス調整、圧縮などの様々なデジタル信号処理機能を実行して、出力画像を生成し得る。ISP130は、計算を実行し、画像画素データを送受信するためのトランジスタ、コンデンサなどの任意の数の半導体デバイスと、画素データを記憶するためのランダムアクセスメモリ、不揮発性メモリ又は特定の用途に好適な任意の他のメモリデバイスなどの記憶ユニットと、を含んでもよい。様々な実施形態では、ISP130は、プログラム可能な論理デバイス、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、又は再構成可能なデジタル回路を有する任意の他のデバイスなどのプログラム可能な論理デバイスを用いて実装され得る。他の実施形態では、ISP130は、非プログラマブルデバイスを使用してハードウェアに実装されてもよい。ISP130は、任意の好適な相補型金属酸化物半導体(CMOS)技術又は製造プロセスを使用して、ASIC(特定用途向け集積回路)では、プロセッサ及びメモリシステムを使用して、又は別の好適な実装を使用して、シリコン内の集積回路内に部分的又は全体的に形成され得る。
【0033】
様々な実施形態によれば、ISP130は、画像センサ125から受信した画素データに従って初期位置信号T

を生成するように更に構成される。例えば、ISP130は、画素データに基づいて、レンズモジュール115の焦点の程度を決定するように装備されてもよい。次いで、ISP130は、最も高い焦点度を提供する位置を決定し得る。初期位置信号T

は、最も高い焦点度を提供する位置を表す。ISP130は、初期位置信号T

を制御回路120に送信するように構成されてもよい。
【0034】
ISP130は、画像データを記憶及び/又は閲覧するために、表示画面又はメモリ構成要素などの出力デバイスに出力画像を送信し得る。出力デバイスは、ISP130からビデオデータ、画像データ、フレームデータ及び/又はゲイン情報などのデジタル画像データを受信し得る。様々な実施形態では、出力デバイスは、コンピュータディスプレイ、メモリカード又は何らかの他の外部ユニットなどの外部デバイスを含んでもよい。
【0035】
制御回路120は、システム内の様々なデバイスに対する電力を制御し、供給する。例えば、制御回路120は、アクチュエータ110を所望の位置に移動させるために、レンズモジュール115に対する電力を制御し、供給し得る。制御回路120は、ISP130、画像センサ125、及び/又は他のシステムと共に動作して、アクチュエータ110に供給する適切な量の電力及び/又は電流を決定し得る。制御回路120は、特定の大きさ及び方向を有する電流I
DR
を生成し、アクチュエータ110に供給してもよく、次いで、レンズ135を移動させる。制御回路120は、アクチュエータ110にエネルギーを供給することができる任意の好適なデバイス及び/又はシステムを含んでもよい。
【0036】
概して、アクチュエータ110は、制御回路120によって供給される電流I
DR
に比例する量でレンズ135を移動させることによって、電流I
DR
に応答する。例示的な実施形態によれば、アクチュエータ110は、ボイスコイルモータを含んでもよい。動作中、アクチュエータ110は、起因する変化に対抗する自己誘導電圧(逆EMF)を生成し得、電流I
DR
の変化率が速いほど、逆EMFは大きくなる。結果として、アクチュエータ110は、所望の時間内にターゲット位置に到達し得ない。
【0037】
制御回路120は、フィードバック信号を生成するように適合された様々な回路及び/又はシステムを含んでもよく、最終位置信号C’を生成し、最終位置信号C’に従って電流I
DR
を生成することによって応答し、電流I
DR
をアクチュエータ110に供給し、次いで、アクチュエータ110(及びレンズ135)を対応する位置に移動させる。例えば、制御回路120は、ドライバ250、フィードバックネットワーク及び加算回路265を含んでもよい。
【0038】
例示的な実施形態によれば、ドライバ250(すなわち、駆動回路)は、アクチュエータ110を駆動し、レンズ135の所望の位置への移動を容易にする。例えば、ドライバ250は、駆動信号(すなわち、電流I
DR
)を生成することによって、DAC出力信号Cを受信して応答し得る。ドライバ250は、アクチュエータ110への電流I
DR
を制御することによって、最終位置信号C’に対応する所望の位置を達成するためにレンズ135の移動を容易にし得、次いで、レンズ135の移動の大きさ及び方向を制御する(図1)。例えば、ドライバ250は、駆動信号をアクチュエータ110に印加してもよく、駆動信号は最終位置信号C’に対応する。ドライバ250は、入力信号に応答して所望の電流出力を維持するために、回路全体にわたる電圧を変化させるための任意の好適な回路を含んでもよい。
【0039】
一実施形態では、図2を参照すると、ドライバ250は、アクチュエータ110を第1の方向又は反対の第2の方向のいずれかに動作させるように、アクチュエータ110に連結されてもよい。例えば、ドライバ250は、第1の出力端子OUT1及び第2の出力端子OUT2の両方を介して電流I
DR
を生成してもよく、電流I
DR
は、第1の出力端子OUT1から第2の出力端子OUT2(すなわち、順方向)に流れてもよく、又は電流I
DR
は、第2の出力端子OUT2から第1の出力端子OUT1(すなわち、逆方向)に流れてもよい。電流I
DR
の方向は、最終ターゲット位置信号C’の符号及び大きさに基づいてもよい。
【0040】
動作中、誘導電圧は、第1の出力端子OUT1又は第2の出力端子OUT2のいずれかに現れる。例えば、図2を参照すると、電流I
DR
が第2の出力端子OUT2から第1の出力端子OUT1に流れているとき、誘導電圧は第1の出力端子OUT1に現れる。あるいは、電流I
DR
が第1の出力端子OUT1から第2の出力端子OUT2に流れているとき(図示せず)、誘導電圧は、第2の出力端子OUT2に現れる。
【0041】
代替的な実施形態では、図4を参照すると、電流I
DR
は一方向のみに流れる。本実施形態では、ドライバ250は、1つの出力端子OUTのみを含み得る。
【0042】
制御回路120は、所望のアクチュエータ位置に対応する最終位置信号C’を生成するために、ISP130からのデータを利用するための様々な回路及び/又はシステムを更に含んでもよい。例えば、制御回路120は、ISP130と通信し、初期位置信号T

などの位置情報を記憶するように構成された、ターゲットレジスタ240を含んでもよい。ターゲットレジスタ240は、任意の所与の時間に複数の変数を記憶することができる任意の好適なメモリ又は記憶装置を含んでもよい。
【0043】
制御回路120は、レンズ135のターゲット位置に対応する更新位置信号T

を生成するように構成されたターゲット発生器を更に含んでもよい。ターゲット発生器235は、ターゲットレジスタ240内に記憶されたデータにアクセスして、比較を実行する、かつ/又は更新された位置信号T

を生成するように構成されてもよい。例えば、ターゲット発生器235は、ターゲットレジスタ240に接続されてもよい。様々な実施形態によれば、ターゲット発生器235は、米国特許第9,520,823号に記載されている信号発生器を含んでもよい。
【0044】
図2〜6を参照すると、制御回路120は、アクチュエータ110(及びレンズ135)が所望の位置に到達する時間の長さを減少させるために、様々なフィードバック回路及び/又はネットワークを含んでもよい。一般に、制御回路120が所望の位置を決定し、アクチュエータ110に電流I
DR
を印加すると、アクチュエータ110(及びレンズ135)は、所望の位置に整定する前に一定時間振動する。この時間は、整定時間と称されてもよい。制御回路120は、フィードバック制御システム及び/又は信号を利用して、整定時間を減少させ得る。例えば、フィードバックネットワークは、誘導電圧検出回路205(A/B)と、フィードバック信号を生成するために一緒に動作するフィードバック制御回路220と、を含んでもよい。
【0045】
図2〜図5を参照すると、誘導電圧検出回路205(A/B)は、アクチュエータ110によって生成された誘導電圧を検出し、誘導電圧信号Dを生成するように構成されてもよい。一実施形態では、図2及び図3を参照すると、誘導電圧検出回路205(A)は、双方向アクチュエータシステム内の第1及び第2の出力端子OUT1、OUT2の両方に接続され得る。
【0046】
一方向アクチュエータシステムでは、図4及び図5を参照すると、誘導電圧検出回路205(B)は、単一の出力端子OUTに連結され得る。様々な実施形態では、誘導電圧検出回路205(A/B)は、DAC出力信号C及び/又は加算器出力C’(最終位置信号C’とも称される)を受信するように更に通信可能に連結されてもよい。様々な実施形態では、誘導電圧検出回路205(A/B)は、出力電圧レプリカ回路305及び差動増幅器310を含んでもよい。
【0047】
一実施形態では、図3を参照すると、誘導電圧検出回路205(A)は、スイッチ300を更に含んでもよい。スイッチ300は、アクチュエータ110を通る電流I
DR
の方向を表す制御信号に従って、2つの入力のうちの1つを差動増幅器310に選択的に接続するように構成されてもよい。
【0048】
スイッチ300は、第1及び第2の出力端子OUT1、OUT2に接続されてもよく、第1の出力端子OUT1における信号は、第1の信号Aと称されてもよく、第2の出力端子OUT2における信号は、第2の信号Bと称されてもよい。スイッチ300は、制御信号に従って第1の信号A又は第2の信号Bのうちの1つを差動増幅器310に選択的に連結するように構成されてもよい。例えば、図3を参照すると、スイッチ300が正の符号(+)を有する制御信号を受信した場合、スイッチ300は、第2の出力端子OUT2(第2の信号B)を差動増幅器310に連結することができ、スイッチ300が負の符号(−)を有する制御信号を受信した場合、スイッチ300は、第1の出力端子OUT1(第1の信号A)を差動増幅器310に結合し得る。スイッチ300は、従来のアナログスイッチ、マルチプレクサ、トランジスタ、ゲーテッドラッチ回路など、制御信号に従って様々な入力のうちの1つを選択する任意の好適な回路及び/又はシステムを含んでもよい。
【0049】
別の実施形態では、図5を参照すると、第1の信号Aは差動増幅器310に直接送信されてもよい。
【0050】
出力電圧レプリカ回路305は、DAC出力信号C及び/又は加算器出力(例えば、最終位置信号C’)などの信号を受信し、受信した信号を利用して、ドライバ250に印加された電圧を複製する電圧V
REP
(レプリカ電圧)を生成するように構成される。
(【0051】以降は省略されています)

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