KR100773160B1 - 오토포커스용 렌즈 구동시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오토포커스용 렌즈 구동시스템에 관한 것으로서, 렌즈경통과 캐리어의 나사식 결합에 따른 여러 단점을 없애기 위해 캐리어의 채택 없이도 정밀한 오토포커스 제어의 구현이 가능한 오토포커스용 렌즈 구동시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

이를 위해, 본 발명은, 복수의 포커스 위치로 자동 조절되는 오토포커스용 렌즈 구동시스템을 제공하되, 상기 오토포커스용 렌즈 구동시스템은, 임의의 마이너스 세팅 위치로 초기 위치가 결정되는 렌즈경통과; 상기 렌즈경통을 이동시키는 액츄에이터와; 상기 렌즈경통을 통해 들어온 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서와; 상기 렌즈경통이 마이너스 세팅 위치로부터 임의의 위치로 이동하는 동안, 상기 이미지 센서로부터의 받은 신호를 기초로 상기 복수의 포커스 위치 중 최적의 포커스 위치에 상기 렌즈경통이 위치되도록 상기 액츄에이터를 제어하는 제어부를 포함한다.

오토포커스, 마이너스, 세팅, 초점, 휴대폰, 카메라

Description

오토포커스용 렌즈 구동시스템 및 그 제어방법{LENS DRIVING SYSTEM FOR AUTO-FOCUS AND METHOD FOR CONTROLING THE SAME }

도 1은 본 발명에 따른 오토포커스용 렌즈 구동시스템을 개략적으로 도시한 블록구성도.

도 2는 도 1에 도시된 오토포커스용 렌즈 구동시스템의 오토포커스 제어 원리를 개략적으로 도시한 개념도.

도 3은 도 1에 도시된 오토포커스용 렌즈 구동시스템에 이용되는 렌즈 구동장치의 일예를 개략적으로 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 오토포커스용 렌즈 구동시스템의 제어방법을 설명하기 위한 플로우차트.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

110: 렌즈경통 120: 액츄에이터

140: 이미지 센서 160: 제어부

180: 스위치부

본 발명은 오토포커스용 렌즈 구동시스템에 관한 것으로서, 특히, 휴대폰 카메라 모듈의 오토포커스 제어에 특히 적합한 구조의 오토포커스용 렌즈 구동시스템 관한 것이다.

카메라 모듈은 다수의 렌즈로 구성된 렌즈계를 구비한다. 예컨대, 렌즈계는 카메라와 피사체 사이의 거리를 조정하는 줌렌즈와 입력되는 피사체의 초점을 조절하는 포커스 렌즈 등을 포함하며, 이들은 경통에 의해 둘러싸여 있다.

또한, CMOS 또는 CCD와 같은 이미지 센서는 렌즈계 후방에 위치된 채 렌즈계를 거친 광신호를 전기적인 이미지 데이터 신호로 출력한다. 이미지 센서에 의해 출력된 영상신호는 카메라에 구비된 ISP(Image Signal Processor) 칩 또는 DSP(Digital Signal Processor) 칩이나 카메라의 마이크로프로세서에 탑재된 영상처리 모듈에 의해 소정의 데이터 포맷으로 처리되어 LCD와 같은 표시부를 통해 출력된다. 그리고, 사용자는 위와 같은 과정을 통해 피사체의 이미지를 촬영할 수 있다.

근래에는, 휴대폰 카메라 등에서, 렌즈(특히, 포커스 렌즈)를 변위시키면서 렌즈를 통해 입력되는 피사체의 초점을 자동 조절하는 오토 포커싱 기능을 갖는 카메라 모듈이 개발된 바 있다. 이러한 카메라 모듈은 피사체와 카메라의 렌즈계 거리가 변화할 경우 제어수단이 렌즈계를 통해 유입되는 피사체의 초점을 맞추기 위해 렌즈를 이동시키도록 구성된다. 이 과정에서, 제어수단은 이미지 센서에 의해 출력된 이미지 데이터를 ISP에서 처리하여 피사체와 이미지 데이터의 초점을 조정하고, 피사체의 초점이 맞지 않는 경우 제어신호를 통해 렌즈를 이동시켜 이미지 센서와 렌즈 사이의 거리를 조절하여 초점을 조정한다.

종래의 오토 포커스를 위한 카메라 구동 장치는 그 조립 시점에 렌즈가 고정된 렌즈경통을 소형 모터 또는 보이스 코일 모터에 의해 구동되는 캐리어에 나사식으로 결합하여 이루어진다. 이때, 렌즈경통과 캐리어 사이의 나사식 결합은 조립 시점에 렌즈경통이 오토 포커스의 기준이 되는 제로포커스(무한대 초점) 위치에 일치될 수 있도록 하는 제로세팅 방식으로 이루어진다. 위와 같이 렌즈경통과 캐리어의 나사식 결합에 의해 제로포커스 위치를 미리 정하는 기술은 국내 등록실용신안 370322호 등에 개시되어 있다.

그러나, 렌즈경통과 캐리어의 나사식 결합을 통해 제로세팅을 하는 기술은 매우 복잡하고 정밀한 조립 공정을 요구하며, 또한, 카메라 모듈의 구성을 복잡하게 하는 원인이 된다. 게다가, 위 종래의 기술에 의해 제조된 카메라 모듈은 그 사용 중에 렌즈경통과 캐리어의 위치 변화에 의해 제로포커스 위치가 변화될 수 있으며, 이는 카메라 모듈의 정밀한 오토포커스 제어를 저해하여, 카메라 모듈의 성능 저하 및 불량률을 높이는 원인이 된다.

또한, 위 종래의 기술은, 캐리어와 같은 부품의 추가에 의해 카메라 모듈, 특히, 휴대폰용 카메라 모듈의 경박 단소화를 저해하고, 조립공정을 복잡하게 하며, 캐리어의 존재로 인해 가반 중량이 증가되어, 전력소모가 커지는 등의 문제점을 야기한다. 게다가, 위 종래의 기술은, 캐리어와 렌즈경통의 나사 결합시 생기는 오염물질이 카메라 모듈의 광학계에 악영향을 끼쳐 촬영된 이미지의 질을 크게 떨 어뜨린다.

따라서, 본 발명의 목적은, 렌즈경통과 캐리어의 나사식 결합에 따른 여러 단점을 없애기 위해 캐리어의 채택 없이도 정밀한 오토포커스 제어의 구현이 가능한 오토포커스용 렌즈 구동시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 렌즈경통을 복수의 포커스 위치로 자동 조절하기 위한 오토포커스용 렌즈 구동시스템을 제공한다. 본 발명에 따른 렌즈 구동 시스템은, 마이너스 세팅 위치로 초기 위치가 결정되는 렌즈경통과; 상기 렌즈경통을 이동시키는 액츄에이터와; 상기 렌즈경통을 통해 들어온 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서와; 상기 렌즈경통이 마이너스 세팅 위치로부터 임의의 전방 위치로 이동하는 동안, 상기 이미지 센서로부터의 받은 신호를 기초로 상기 복수의 포커스 위치 중 최적의 포커스 위치에 상기 렌즈경통이 위치되도록 상기 액츄에이터를 제어하는 제어부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 이미지 센서로부터 받은 신호를 처리하는 영상처리부와, 상기 영상처리부로부터 받은 신호를 이용하여 상기 액츄에이터의 구동을 제어하는 초점 조절부를 포함한다.

더욱 바람직하게는, 상기 제어부는, 외부의 메뉴 선택 정보에 기초하여, 상시 오토포커스 모드인지 반셔터 후부터 작동하는 절전모드인지를 판단, 선택하는 오토포커스 모드 선택부를 더 포함한다.

또한, 상기 액츄에이터는, 상기 렌즈경통을 광축 방향으로 탄성 지지하는 스 프링과, 전류인가에 의한 상호 작용에 의해 상기 렌즈경통을 광축방향으로 이동시키는 코일체 및 마그넷을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따라, 렌즈경통의 초기 위치가 마이너스 세팅 위치로 미리 결정된 오토포커스용 렌즈 구동시스템 제어방법이 제공된다. 본 발명에 따른 제어방법은, (a) 상기 렌즈경통을 마이너스 세팅 위치로부터 전방의 임의의 위치로 이동키는 단계와; (b) 상기 렌즈경통을 통해 들어온 광신호를 전기적 신호로 받아 이를 처리하는 단계와; (c) 상기 (b) 단계의 처리 결과에 따라, 상기 이동되던 상기 렌즈경통을 최적의 포커스 위치로 위치시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 제어방법은, 상기 (a) 단계 전에 현재의 모드가 상시 오토포커스 모드인지 절전모드인지를 판단하는 단계를 더 포함한다.

실시예

이하 첨부된 도면들을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 본 실시예의 설명 및 도면에서 카메라의 일반적인 기능 및 그 기능을 구현하기 위한 구성요소 중 본 발명과 직접적인 연관성이 적은 구성요소, 즉, 이미지 또는 영상의 출력부 또는 이미지 저장부 등의 구성요소들은 그 설명 및 도시가 생략될 것이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 시스템은 렌즈경통(110)과, 상기 렌즈경통(110)을 이동시키기 위한 액츄에이터(120)와, 상기 렌즈경통(110)을 통해 받은 광신호를 전기적인 이미지 데이터로 출력하는 이미지 센서(140)와, 시스템을 전반적으로 제어하는 제어부(160) 등을 포함한다. 상기 제어부(160)는 사용자가 버튼 또는 셔터로 이루어질 수 있는 카메라의 스위치부(180)를 스위칭시키는 조작에 의해 초점 조절, 이미지 획득, 이미지 처리, 이미지 출력, 이미지 저장 등 카메라의 전반적인 제어를 수행하도록 구성된다. 이때, 이하 설명될 오토포커싱의 제어는 셔터로 이루어진 스위치부(180)의 반셔터 조작에 의해 이루어질 수 있다.

상기 렌즈경통(110)은 복수의 렌즈를 포함하며 전방에 위치한 피사체로부터 광신호를 받아 이를 이미지 센서(140)에 전달하는 역할을 한다. 그리고, 이미지 센서(140)는 상기 광신호를 전기적인 이미지 데이터로 변환하여 이를 제어부(160)에 제공하며, 제어부(160)는 그 이미지 데이터를 처리하여 그 처리된 이미지를 출력 및 저장하도록 도시되지 않은 별도의 구성요소들을 제어할 수 있다.

그리고, 상기 액츄에이터(120)는 제어부(160)의 구동 명령 및 이에 따른 전류인가에 따라 구동하여 렌즈경통(110)을 전후 직선 이동시키도록 작용한다. 이러한 렌즈경통(110)의 직선 이동은 렌즈 초점거리를 변화시켜 피사체의 오토포커스 제어에 직접 관여한다.

통상, 오토포커스 기능을 갖는 기존의 카메라 모듈에서, 렌즈경통의 초점거리가 제로포커스 위치에 일치하도록 조립되어 초기 제로 세팅이 이루어 이루어진다. 그러나, 본 발명의 실시예에 의하면, 초기 세팅된 렌즈경통(110)의 초점이 촬상면 후방에 있는 임의의 마이너스 세팅 위치(S)에 있다. 그리고, 이러한 마이너스 세팅 위치는 정밀함이 크게 요구되지 않는 위치이므로, 렌즈경통(110)을 초기 조립시 세팅용 캐리어에 나사식으로 조정할 필요성을 없애준다.

본 발명의 실시예에 따르면, 외부 스위치 조작(특히, 반셔터 조작)에 의해 렌즈경통(110)이 이동할 때, 렌즈 초점거리가 복수의 포커스 위치, 즉, 무한대 초점 위치(Z), 유한대 초점 위치(Z') 또는 매크로 초점 위치(Z'')에 선택적으로 일치되어 초점이 자동 조절될 수 있도록 구성되며, 이 때, 렌즈경통(110)의 이동은 전술한 엑츄에이터(120)가 담당한다(도 2참조).

한편, 본 실시예의 시스템은 이동중인 렌즈경통(110)을 통해 얻어진 광신호를 이미지 센서(140)가 받아 이를 전기신호로 출력한다. 그리고, 상기 제어부(160)는 이미지 센서(140)의 신호를 처리하여 그 처리된 결과를 이용하여 렌즈경통(110)의 오토포커스 이동을 제어한다. 이 때, 상기 이미지 센서(140)로부터의 신호는 제어부(160) 내 영상처리부(162)에서 담당하며, 액츄에이터(120)의 제어를 통한 렌즈경통(110)의 이동 및 이에 따른 초점 조절은 제어부(160) 내 초점 조절부(164)에서 담당한다.

위와 같은 구성에 따라, 제어부(160)는 마이너스 세팅 위치(S)로부터 이동하는 렌즈경통(110)을 통해 얻어진 영상을 연속적으로 인식하고, 그 인식된 결과에 따라, 렌즈경통(110)의 초점거리가 최적의 초점위치(Z, Z' 또는 Z"; 도 2 참조)와 일치하도록 상기 렌즈경통(110)의 이동을 제어할 수 있다.

추가로, 본 실시예의 시스템은 절전모드와 상시 오토포커스 모드 중 어느 하나의 모드로 카메라 촬영이 가능하도록 해주는 기능을 갖는다. 이를 위해, 위의 두 모드 중 하나의 모드를 사용자가 선택할 수 있도록 해주는 모드 입력부(182)가 카메라 모듈의 외측, 예를 들면, 휴대폰의 키패드 부근에 제공되거나 카메라 선택메뉴에서 조정될 수 있다. 그리고, 상기 제어부(160)는 상기 모드 입력부(182)의 입 력신호에 따라 절전모드와 상시 오토포커스 모드를 판단, 선택하기 위한 모드 선택부(166)를 추가로 포함한다. 위와 같은 구성에 따라, 사용자는 전력소모가 상대적으로 큰 상시 오토포커스 모드 대신에 절전모드를 선택하여 피사체를 촬영할 수 있다.

도 2는 본 시스템의 오토포커스 제어원리를 개략적으로 도시한 도면이다. 표시되지는 않았지만, 렌즈경통(110)은 오토포커스 제어 초기에 초점이 맞지 않은 상태로 초점거리가 마이너스 세팅 위치(S)와 일치한다. 도 1에 도시된 스위치부(180)의 조작(특히, 반셔터 조작)에 의해 렌즈경통(110)이 도 2에 도시된 바와 같이 이동하며, 그 이동되는 과정에서, 제어부(160)는 무한대 거리 있는 피사체(A), 유한대 거리에 있는 피사체(B) 또는 매크로(macro) 거리에 있는 피사체(C)에 대하여 렌즈경통(110)의 위치를 무한대 초점 위치(Z), 유한대 초점 위치(Z') 또는 매크로 초점 위치(Z") 중 최적의 초점위치로 이동시킨다.

도 3은 전술한 렌즈경통(110) 및 액츄에이터(120)를 포함하는 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 개념도이다.

도 3을 참조하면, 액츄에이터(120) 및 렌즈경통(110)이 프레임(102) 내에 설치된다. 상기 액츄에이터(120)는 상기 렌즈경통(110)을 광축 방향으로 탄성 지지하는 판형 또는 코일형의 스프링(122)과, 광축 방향으로 탄성 지지된 렌즈경통(110)을 전후 이동시키도록 상호 작용하는 코일체(124) 및 마그넷(126)을 포함한다. 이때, 기존 제로 세팅을 위해 렌즈경통(110)과 나사 결합되던 캐리어는 생략될 수 있으며, 이러한 캐리어의 생략에 의해, 카메라 모듈의 경박 단소화가 가능하고, 캐리어 등의 부품 감소를 통한 저렴한 카메라 모듈의 구현이 가능하고, 캐리어 조립에 따른 복잡한 공정의 생략이 가능하며, 캐리어 생략에 의해 가반 중량이 감소되어 전력소모를 크게 줄일뿐만 아니라 관성효과에 의한 렌즈경통의 진동을 감소시킬 수 있다. 게다가, 캐리어와 렌즈경통의 나사식 조립으로 인한 오염물이 발생이 없으므로, 그 오염물에 의한 촬영 이미지의 불량을 없애줄 수 있다. 그러나, 기존 부품과의 호환성을 위해 상기한 캐리어를 그대로 채용하는 것도 가능하며 이 또한 본 발명의 범위 내에 있는 것이다.

도 4는 전술한 오토 포커스용 렌즈 구동시스템의 제어방법을 설명하기 위한 플로우차트이며. 도 1 내지 도 4, 특히, 도 4를 참조하여 본 제어방법을 설명하면 다음과 같다.

렌즈 구동 초기에 렌즈경통(110)은 마이너스 세팅 위치(S)에 있으며, 이 마이너스 세팅 위치(S)는 렌즈경통(110)의 초점 이동범위 내에서 그 렌즈경통이 미소량 후퇴된 위치이다. 위의 마이너스 세팅 위치(S)에서, 스위치부(180)의 조작, 특히, 스위치부(180)의 반셔터 조작이 있으면, 렌즈경통(110)이 전방으로 이동한다(S101). 렌즈경통(110)이동하는 동안 제어부(110)는 이미지 센서(140)에서 출력된 신호를 처리하여 최적의 포커스 위치를 추적한다(S102). 그 다음, 제어부(110)는 이동중인 렌즈경통(110)이 앞 단계에서 찾아진 최적의 포커스 위치에 도달하였는지를 판단한다(S103). 렌즈경통(110)이 최적의 포커스 위치에 도달한 것으로 판단되면, 상기 제어부(110)는 액츄에이터(120)의 구동을 중지시킴으로써 렌즈경통(110)을 최적의 포커스 위치에 고정시킨다(S104) 그 다음, 전술한 반셔터 조작과 연속적으로 이루어지는 셔터 조작에 의해 피사체에 대한 촬영이 이루어진다(S105).

위의 각 단계들은 절전모드 하에서 이루어지는 것이며, 상시 오토포커스 모드가 선택되면, 반셔터부터 작동하는 절전모드와 다르게 촬영모드 선택시 부터 오토포커스 기능이 작동되어 바로 피사체에 대한 촬영이 이루어질 수도 있으며, 이를 위해서는, 단계(S101) 이전에 현재의 모드가 오토포커스 모드인지 절전모드인지를 판단하는 단계가 추가로 제공된다.

이상에서는 본 발명이 특정 실시예를 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서, 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 렌즈경통과 캐리어의 나사식 결합에 따른 복잡하고 정밀이 요구되는 조립공정 및 초기 초점조정을 없애고 정밀한 오토포커스 제어의 구현을 가능케 하는 작용효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 캐리어의 생략이 가능하여, 부품 감소에 의한 경제적인 효과, 카메라 모듈이 포함된 기기의 경박 단소화, 기존의 캐리어와 렌즈경통의 나사결합시 발생하는 오염물을 억제하는 것을 통한 촬영 이미지의 해상도 향상, 위의 캐리어 생략에 따른 가반 중량의 감소와 이를 통한 전력 소모량 감소 등의 효과를 얻을 수 있다.

Claims (6)

1. 렌즈경통을 복수의 포커스 위치로 자동 조절하기 위한 오토포커스용 렌즈 구동시스템에 있어서,

   임의의 마이너스 세팅 위치로 초기 위치가 결정되는 렌즈경통과;

   상기 렌즈경통을 이동시키는 액츄에이터와;

   상기 렌즈경통을 통해 들어온 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서와;

   상기 렌즈경통이 마이너스 세팅 위치로부터 임의의 위치로 이동하는 동안, 상기 이미지 센서로부터의 받은 신호를 기초로 상기 복수의 포커스 위치 중 최적의 포커스 위치에 상기 렌즈경통이 위치되도록 상기 액츄에이터를 제어하는 제어부를;

   포함하는 것을 특징으로 하는 오토포커스용 렌즈 구동시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제어부는, 상기 이미지 센서로부터 받은 신호를 처리하는 영상처리부와, 그 영상처리부의 처리 결과에 따라 상기 액츄에이터의 구동을 제어하는 초점 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오토포커스용 렌즈 구동시스템.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 제어부는 외부의 메뉴 선택 정보에 기초하여 상시 오토포커스 모드 또는 절전모드인지를 판단 선택하는 모드 선택부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오토포커스용 렌즈 구동시스템.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 액츄에이터는, 상기 렌즈경통을 광축 방향으로 탄성 지지하는 적어도 하나의 스프링과, 전류인가에 의한 상호 작용에 의해 상기 렌즈경통을 광축방향으로 이동시키는 코일체 및 마그넷을 포함하는 것을 특징으로 하는 오토포커스용 렌즈 구동시스템.
5. 렌즈경통의 초기 위치가 임의의 마이너스 세팅 위치로 미리 결정된 오토포커스용 렌즈 구동시스템의 제어방법으로서,

   (a) 상기 렌즈경통을 마이너스 세팅 위치로부터 전방의 임의의 초점위치로 이동시키는 단계와;

   (b) 상기 렌즈경통을 통해 들어온 광신호를 전기적 신호로 받아 이를 처리하는 단계와;

   (c) 상기 (b) 단계의 처리 결과에 따라, 상기 이동되던 상기 렌즈경통을 최적의 포커스 위치로 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오토포커스용 렌즈 구동시스템의 제어방법.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 (a) 단계 전에 현재의 모드가 상시 오토포커스 모드인지 절전모드인지를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 구동시스템의 제어방법.

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