KR100677229B1 - 카메라의 자동 초점 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라의 자동 초점 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 종래에는 카메라 모듈 보드에서 디지털 아날로그 컨버터와 OP 앰프의 크기가 큰 부품을 이용하여 구동회로를 구성하므로 저전력 소모와 소형화에 실패하여 휴대용 전자 기기에 적용하기 어려운 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 감안한 본 발명은 영상으로부터 자동 초점 제어 값을 계산하고, 상기 계산된 자동 초점 제어 값을 근거로 렌즈의 위치 제어 신호를 생성하는 자동 초점 제어 블록과; 자동 초점 제어 블록의 업 신호 또는 다운 신호에 의해 렌즈 위치를 제어하는 차지 펌프 구동부와; 자동 초점 제어 블록의 자동 초점 제어 신호에 의해 렌즈 위치를 제어하는 디지털 모드 제어부와; 차지 펌프 구동부의 출력 신호 또는 디지털 모드 제어부의 출력 신호를 다중화하여 드라이브 앰프로 전달하는 다중화부와; 렌즈 모듈의 보이스 코일 모터를 구동하여 렌즈 위치를 이동시키는 드라이브 앰프를 하나의 이미지 시그널 프로세서로 구성되어 보이스 코일 모터의 렌즈 모듈의 구동 회로를 원칩화함으로써 전력 소모를 줄이고 구동 회로의 크기를 소형화하는 효과가 있다.

Description

카메라의 자동 초점 제어 장치 및 방법{AUTO-FOCUS APPARATUS AND METHOD FOR CAMERA}

도 1은 종래 카메라의 자동 초점 제어 장치의 구성을 보인 블록도.

도 2는 종래 자동 초점 구동 회로의 구성을 보인 회로도.

도 3은 종래 DAC와 OPAMP를 이용하여 보드에서 구동회로를 구성하기 어려움을 설명하는 예시도.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 카메라의 자동 초점 제어 장치의 구성을 보인 블록도.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 카메라의 자동 초점 제어 방법의 동작 흐름도.

도 6은 도 5의 자동 초점 제어 방법에서 자동 초점을 위한 각 프레임에서의 타이밍을 보인 파형도.

도 7은 도 5의 자동 초점 제어 동작과 구동 동작을 보인 동작 흐름도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

41 : 자동 초점 제어 블록 42 : 차지 펌프 구동부

43 : 디지털 모드 제어부 45 : 드라이브 앰프

본 발명은 카메라의 자동 초점 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 보이스 코일 모터의 렌즈 모듈의 구동 회로를 원칩화하여 전력 소모를 줄이고 크기를 작게 제작할 수 있게 한 카메라의 자동 초점 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

휴대용 전자 기기는 통신, 정보 처리 등 다양한 기능을 사용자에게 제공하고 카메라 모듈도 내장하여 사진 촬영 기능을 제공한다. 휴대용 전자 기기의 카메라 모듈은 단순히 화소수를 증가시켜 해상도를 높이는 데서 나아가 자동 초점, 줌 등의 부가 기능을 내장하고 있다.

휴대용 전자 기기를 위한 카메라 개발에서 저전력 구동, 소형화 기술의 어려움으로 인해 자동 초점, 줌과 같은 부가 기능 개발에 어려움이 있으므로 도 1에 도시된 바와 같이, 자동 초점을 위해 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor) 방식의 렌즈 모듈(11)을 이용하고 모듈 제어를 위한 구동회로를 이미지 시그널 프로세서(Image Signal Processor)에 내장하여 저전력 구동과 소형화를 추구하고 있다.

영구 자석 모터를 사용하는 보이스 코일 모터 방식의 위치 제어는 하드디스크 또는 광학디스크 분야에서 사용되었다. 예를 들어, 일본공개특허 2000-510677과 2003-79188에서 보이스 코일 모터 방식의 위치 제어는 디스크 드라이브 시스템에 적용되어 모터 구동 장치의 제어 신호에 의해 위치를 제어한다. 그러나 디스크 드라이브 시스템의 구동 회로는 도 2에 도시된 바와 같이, 고속으로 동작하고 매우 미세하게 이동하는데 초점을 맞추고 있어 전력소모가 많고 크기가 큰 단점이 있으므로 휴대용 전자 기기의 카메라 모듈에서 자동 초점을 위한 구동 회로로는 부적당하다.

또한, 휴대용 전자 기기에서 화소수 증가와 함께 자동 초점 기능을 내장한 카메라가 개발되고 있으나 대부분 스테핑 모터를 사용하거나 보이스 코일 모터를 사용하더라도 도 3에 도시된 바와 같이 DAC(디지털 아날로그 컨버터)(32)와 OPAMP(OP 앰프)(33)를 이용하여 카메라 모듈 보드에서 구동회로를 구성하므로 저전력 소모와 소형화에 실패하여 휴대용 전자 기기에 적용하기 어려운 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 보이스 코일 모터의 렌즈 모듈의 구동 회로를 원칩화하고 차지 펌프 모드와 디지털 모드를 응용 범위에 맞게 선택 적용하여 전력 소모를 줄이고 크기를 작게 제작할 수 있도록 한 카메라의 자동 초점 제어 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 영상으로부터 자동 초점 제어 값을 계산하고, 상기 계산된 자동 초점 제어 값을 근거로 렌즈의 위치 제어 신호를 생성하는 자동 초점 제어 블록과; 자동 초점 제어 블록의 업 신호 또는 다운 신호에 의해 렌즈 위치를 제어하는 차지 펌프 구동부와; 자동 초점 제어 블록의 자동 초점 제어 신호에 의해 렌즈 위치를 제어하는 디지털 모드 제어부와; 차지 펌프 구동부의 출력 신호 또는 디지털 모드 제어부의 출력 신호를 다중화하여 드라이브 앰프로 전달하는 다중화부와; 렌즈 모듈의 보이스 코일 모터를 구동하여 렌즈 위치를 이동시키는 드라이브 앰프를 하나의 이미지 시그널 프로세서로 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 카메라 촬영 시작에 의해 현재 렌즈의 위치를 인식하고 자동 초점 제어 값을 계산하여 렌즈의 이동 방향을 결정하는 단계와; 상기 결정된 이동 방향으로 자동 초점 제어 신호를 구동회로에 인가하여 자동 초점 제어 값의 최대점에 도달하는 단계와; 자동 초점 제어 값이 최대점에 도달하면 구동회로의 동작을 멈추고 영상을 촬상하여 초점이 맞는 영상을 얻는 단계와; 디지털 모드에서 자동 초점 제어 값의 최대점에 해당되는 변위 스텝을 유지하는 단계와; 차지 펌프 모드에서 초점이 맞는 영상을 얻은 후 바로 처음 상태로 복귀하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 카메라의 자동 초점 제어 장치의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 이미지 시그널 프로세서(40)는 영상으로부터 자동 초점 제어 값을 계산하고, 상기 계산된 자동 초점 제어 값을 근거로 렌즈의 위치 제어 신호를 생성하는 자동 초점 제어 블록(41)과; 자동 초점 제어 블록(41)의 업 신호 또는 다운 신호에 의해 렌즈 위치를 제어하는 차지 펌프 구동부(42)와; 자동 초점 제어 블록(41)의 자동 초점 제어 신호에 의해 렌즈 위치를 제어하는 디지털 모드 제어부(43)와; 차지 펌프 구동부(42)의 출력 신호 또는 디지털 모드 제어부(43)의 출력 신호를 다중화하여 드라이브 앰프(45)로 전달하는 다중화부(44)와; 렌즈 모듈(46)의 보이스 코일 모터를 구동하여 렌즈 위치를 이동시키는 드라이브 앰프(45)로 구성된다.

이미지 시그널 프로세서(40)에서 자동 초점 제어 블록(41)은 영상으로부터 자동 초점 제어 값을 계산하고 렌즈의 위치 제어를 위해 차지 펌프 모드의 업 신호 또는 다운 신호를 생성하거나 디지털 모드를 위한 비트열의 자동 초점 제어 신호를 생성한다.

차지 펌프 구동부(42)는 업 신호 또는 다운 신호에 의해 렌즈 위치를 제어하고 초점이 맞는 영상을 얻은 후 바로 처음 상태로 복귀한다. 디지털 모드 제어부(43)는 자동 초점 제어 신호에 의해 렌즈 위치를 제어하고 한 번 초점을 맞추면 그 상태를 계속 유지한다.

다중화부(44)는 차지 펌프 모드와 디지털 모드 중 하나를 선택하고 차지 펌프 구동부(42)의 출력 신호 또는 디지털 모드 제어부(43)의 출력 신호를 렌즈 모듈(46)의 보이스 코일 모터를 구동하는 드라이브 앰프(45)에 출력한다.

드라이브 앰프(45)는 렌즈 모듈(46)의 보이스 코일 모터를 구동하여 렌즈 위치를 이동시킨다.

이미지 시그널 프로세서(40)는 차지 펌프 커패시터, 디지털 모드 커패시터를 외부에 배치하고 차지 펌프 구동부(42)와 디지털 모드 제어부(43)의 출력단에 연결하여 소형 구현과 응용 개발에 편의성을 제공한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 카메라의 자동 초점 제어 방법의 동작 흐름도로서, 이에 도시된 바와 같이 카메라 촬영 시작에 의해 현재 렌즈의 위치를 인식하고 자동 초점 제어 값을 계산하여 렌즈의 이동 방향을 결정하는 단계와; 상기 결정된 이동 방향으로 자동 초점 제어 신호를 구동회로에 인가하여 자동 초점 제어 값의 최대점에 도달하는 단계와; 자동 초점 제어 값이 최대점에 도달하면 구동회로의 동작을 멈추고 영상을 촬상하여 초점이 맞는 영상을 얻는 단계와; 디지털 모드에서 자동 초점 제어 값의 최대점에 해당되는 변위 스텝을 유지하는 단계와; 차지 펌프 모드에서 초점이 맞는 영상을 얻은 후 바로 처음 상태로 복귀하는 단계로 이루어진다.

사용자가 카메라 촬영 버튼을 누르면 이미지 시그널 프로세서는 자동 초점 제어 동작을 시작하고 현재 렌즈의 위치를 인식한 후 자동 초점 제어 값을 계산한다.

이미지 시그널 프로세서는 렌즈를 한쪽으로 일정한 변위만큼 이동시키기 위한 자동 초점 제어 신호를 구동회로에 인가하고 자동 초점 제어 값을 계산하여 렌즈의 이동 방향을 결정한다.

이동 방향이 결정되면 이미지 시그널 프로세서는 결정된 이동 방향으로 렌즈를 이동시키도록 자동 초점 제어 신호를 구동회로에 인가하고 자동 초점 제어 값을 계산하여 자동 초점 제어 값의 최대점을 찾아간다.

자동 초점 제어 값이 최대점에 도달하면 이미지 시그널 프로세서는 구동회로의 동작을 멈추고 그 때의 영상을 촬상하여 초점이 맞는 영상을 얻는다.

초점이 맞는 영상을 얻은 후 이미지 시그널 프로세서는 디지털 모드에서 자동 초점 제어 값의 최대점에 해당되는 변위 스텝을 유지하여 다음 영상 촬영을 위한 미리 보기에서 초점이 맞는 영상을 화면에 출력한다. 디지털 모드는 수동 동작이 가능하고 한 번 초점이 맞춰지면 그 상태를 계속 유지하지만 전력 소모가 차지 펌프 모드에 비해 많다는 단점이 있다.

차지 펌프 모드에서 이미지 시그널 프로세서는 초점이 맞는 영상을 얻은 후 바로 처음 상태로 복귀하여 대기한다.

도 6은 도 5의 자동 초점 제어 방법에서 자동 초점을 위한 각 프레임에서의 타이밍을 보인 파형도이다.

제1영역은 이미지 센서를 통해 1프레임의 영상을 만드는 시간이고, 제2영역은 만들어진 영상에서 자동 초점 제어 값을 계산하는 시간이고, 제3영역은 자동 초점 제어 값을 이용하여 렌즈의 위치를 제어하는 시간이고, 제4영역은 얻어진 자동 초점 제어 값으로 구동회로를 동작시키는 시간이다.

제5영역은 구동 회로를 동작하여 렌즈 모듈의 보이스 코일 모터를 동작시켜 원하는 위치로 렌즈를 움직이는 시간이다. 마지막으로 제6영역은 한 프레임이 끝나고 다음 프레임에서 제1영역부터 다시 시작하기 위해 렌즈의 위치를 고정하기 위해 필요한 시간이다.

일반적으로 이미지 캡처가 온되어 자동 초점 제어가 시작되고 이미지 캡처가 되기까지 약 10~15프레임 정도의 자동 초점 제어 동작이 필요하다.

도 7은 도 5의 자동 초점 제어 동작과 구동 동작을 보인 동작 흐름도로서, 이에 도시된 바와 같이 영상을 처리하여 필터를 통해 자동 초점 제어 값을 추출하고 자동 초점 제어 값과 이전 영상의 자동 초점 제어 값을 비교하여 렌즈의 위치를 추출된 자동 초점 제어 값의 최대점에 도달하는 방향으로 얼마만큼 움직일 것인가를 결정하고 자동 초점 제어 신호를 생성하는 단계와; 차지 펌프 모드에서 자동 초점 제어 블록의 업 신호 또는 다운 신호에 의해 렌즈 위치를 제어하는 차지 펌프 출력을 생성하고, 디지털 모드에서 자동 초점 제어 신호에 의해 렌즈 위치를 제어하는 디지털 출력을 생성하는 단계와; 사용자 선택에 의해 차지 펌프 출력과 디지털 출력 중 하나를 선택하고 최종 출력 신호를 드라이브 앰프로 출력하는 단계로 이루어진다.

자동 초점 제어 블록은 입력되는 영상을 처리하여 필터를 통해 자동 초점 제어 값을 추출하고 추출된 자동 초점 제어 값의 최대점에 도달하고자 자동 초점 제어 값과 이전 영상의 자동 초점 제어 값을 비교하여 렌즈의 위치를 어느 방향으로 얼마만큼 움직일 것인가를 결정하고 자동 초점 구동회로의 제어를 위한 입력 신호를 생성한다.

차지 펌프 구동부는 자동 초점 제어 블록의 업 신호 또는 다운 신호에 의해 렌즈 위치를 제어하는 차지 펌프 출력을 생성하고, 디지털 모드 제어부는 자동 초점 제어 신호에 의해 렌즈 위치를 제어하는 디지털 출력을 생성한다.

다중화부는 사용자 선택에 의해 차지 펌프 구동부의 차지 펌프 출력과 디지털 모드 제어부의 디지털 출력 중 하나를 선택하고 자동 초점 구동회로의 최종 출력 신호를 드라이브 앰프로 출력하여 보이스 코일 모터로 구성된 자동 초점용 렌즈를 원하는 위치로 이동시킨다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 보이스 코일 모터의 렌즈 모듈의 구동 회로를 원칩화함으로써 전력 소모를 줄이고 구동 회로의 크기를 소형화하는 효과가 있다.

또한, 차지 펌프 모드와 디지털 모드를 응용 범위에 맞게 선택 적용함으로써 차지 펌프 모드에서 회로 구성을 간단하게 하고 초저전력으로 카메라를 구동하고, 디지털 모드에서 회로 구성을 다양하게 하고 수동으로 카메라 렌즈 초점을 제어하여 카메라 개발 분야에서 다양하게 적용하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 영상으로부터 자동 초점 제어 값을 계산하고, 상기 계산된 자동 초점 제어 값을 근거로 렌즈의 위치 제어 신호를 생성하는 자동 초점 제어 블록과;

   자동 초점 제어 블록의 업 신호 또는 다운 신호에 의해 렌즈 위치를 제어하는 차지 펌프 구동부와;

   자동 초점 제어 블록의 자동 초점 제어 신호에 의해 렌즈 위치를 제어하는 디지털 모드 제어부와;

   차지 펌프 구동부의 출력 신호 또는 디지털 모드 제어부의 출력 신호를 다중화하여 드라이브 앰프로 전달하는 다중화부와;

   렌즈 모듈의 보이스 코일 모터를 구동하여 렌즈 위치를 이동시키는 드라이브 앰프를 하나의 이미지 시그널 프로세서로 구성된 것을 특징으로 하는 카메라의 자동 초점 제어 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 차지 펌프 구동부와 디지털 모드 제어부의 출력단은 외부에 배치된 차지 펌프 커패시터와 디지털 모드 커패시터를 각각 연결하게 구성된 것을 특징으로 하는 카메라의 자동 초점 제어 장치.
3. 카메라 촬영 시작에 의해 현재 렌즈의 위치를 인식하고 자동 초점 제어 값을 계산하여 렌즈의 이동 방향을 결정하는 단계와;

   상기 결정된 이동 방향으로 자동 초점 제어 신호를 구동회로에 인가하여 자동 초점 제어 값의 최대점에 도달하는 단계와;

   자동 초점 제어 값이 최대점에 도달하면 구동회로의 동작을 멈추고 영상을 촬상하여 초점이 맞는 영상을 얻는 단계와;

   디지털 모드에서 자동 초점 제어 값의 최대점에 해당되는 변위 스텝을 유지하는 단계와;

   차지 펌프 모드에서 초점이 맞는 영상을 얻은 후 바로 처음 상태로 복귀하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 카메라의 자동 초점 제어 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 카메라의 자동 초점 동작 단계는

   영상을 처리하여 필터를 통해 자동 초점 제어 값을 추출하고 상기 추출된 자동 초점 제어 값과 이전 영상의 자동 초점 제어 값을 비교하고 상기 비교 결과를 근거로 렌즈의 위치를 추출된 자동 초점 제어 값의 최대점에 도달하는 방향으로 얼마만큼 움직일 것인가를 결정하고 상기 결정된 방향과 거리를 근거로 자동 초점 제어 신호를 생성하는 단계와;

   차지 펌프 모드에서 자동 초점 제어 블록의 업 신호 또는 다운 신호에 의해 렌즈 위치를 제어하는 차지 펌프 출력 신호를 생성하고, 디지털 모드에서 자동 초점 제어 신호에 의해 렌즈 위치를 제어하는 디지털 출력 신호를 생성하는 단계와;

   사용자 선택에 의해 차지 펌프 출력과 디지털 출력 중 하나를 선택하고 상기 선택된 출력을 근거로 최종 출력 신호를 드라이브 앰프로 출력하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 카메라의 자동 초점 제어 방법.

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