KR101296487B1

KR101296487B1 - 홀 소자 제어 회로

Info

Publication number: KR101296487B1
Application number: KR1020110053301A
Authority: KR
Inventors: 다께시 구라; 히로유끼 쯔다; 도모노리 가미야; 히로끼 나가이
Original assignee: 세미컨덕터 콤포넨츠 인더스트리즈 엘엘씨
Priority date: 2010-06-03
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2013-08-13
Also published as: TW201217821A; KR20110132997A; US20110298453A1; CN102355551A; JP5626967B2; CN102355551B; US8773122B2; JP2011252818A

Abstract

카메라 모듈 및 그 입출력 배선을 간소화한다.
제1 단자(T1a)는, 홀 소자(14)의 고전위측 입력 단자(T1b)에 바이어스 전압을 공급하기 위한 것이다. 제2 단자(T2b)는, 홀 소자(14)의 저전위측 입력 단자(T2b)에 접지 전위를 공급하기 위한 것이다. P 채널형 트랜지스터(Mp1)는, 소스 단자가 전원 전위에 접속되고, 드레인 단자가 제1 단자에 접속된다. 연산 증폭기(OP2)는, 소정의 설정 전압과, 제1 단자(T1a)의 전압을 차동 증폭하고, P 채널형 트랜지스터(Mp1)의 게이트 전압을 제어한다.

Description

홀 소자 제어 회로{HALL ELEMENT CONTROL CIRCUIT}

본 발명은, 홀 소자에 정전류의 바이어스 전류를 공급하기 위한 홀 소자 제어 회로에 관한 것이다.

홀 소자는 대상물의 위치를 검출하기 위한 소자로서, 예를 들어, 카메라의 오토 포커스 제어에 있어서의 렌즈 위치의 검출 등에 사용된다. 홀 소자는 소자 편차나 환경 변화의 영향을 배제하기 위해서 정전류 구동되는 것이 일반적이다(예를 들어, 특허문헌1, 2 참조).

일본 특허 공개 제2009-156642호 공보 일본 특허 공개 제2006-79471호 공보

휴대 전화기나 스마트 폰 안에는 카메라가 탑재되어 있는 것이 많으며, 오토 포커스 기능을 탑재한 카메라도 실용화되어 있다. 이와 같은 휴대 단말기에 탑재되는 카메라 모듈 및 그 입출력 배선은, 점점 소형화 및 간소화가 요구되고 있다.

본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 카메라 모듈 및 그 입출력 배선을 간소화하는 기술을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 형태의 홀 소자 제어 회로는, 배선재를 통해서 홀 소자에 접속되고, 홀 소자를 제어하는 홀 소자 제어 회로로서, 홀 소자의 고전위측 입력 단자에 바이어스 전압을 공급하기 위한 제1 단자와, 홀 소자의 저전위측 입력 단자에 접지 전위를 공급하기 위한 제2 단자와, 소스 단자가 전원 전위에 접속되고, 드레인 단자가 제1 단자에 접속된 트랜지스터와, 소정의 설정 전압과, 제1 단자의 전압을 차동 증폭하고, 트랜지스터의 게이트 전압을 제어하는 연산 증폭기를 구비한다.

본 발명의 다른 형태는, 포커스 제어 회로이다. 이 포커스 제어 회로는, 렌즈와, 당해 렌즈의 위치를 조정하기 위한 구동 소자와, 당해 렌즈의 위치를 검출하기 위한 위치 검출 소자를 구비하는 촬상 장치에 탑재되는 포커스 제어 회로로서, 홀 소자의 출력 신호에 의해 특정되는 렌즈의 위치와, 외부로부터 설정되는 렌즈의 목표 위치의 차분을 기초로, 렌즈의 위치를 목표 위치에 맞추기 위한 제어 신호를 생성하는 이퀄라이저와, 이퀄라이저에 의해 생성되는 제어 신호에 따른 PWM 신호를 생성하는 PWM 변조부와, PWM 변조부에 의해 생성된 PWM 신호에 따라, 구동 소자를 구동하기 위한 구동 전류를 생성하는 구동부와, 상술한 홀 소자 제어 회로를 구비한다.

본 발명의 다른 형태는, 촬상 장치이다. 이 장치는, 렌즈와, 렌즈를 투과한 광을 전기 신호로 변환하는 촬상 소자와, 렌즈의 위치를 조정하기 위한 구동 소자와, 렌즈의 위치를 검출하기 위한 홀 소자와, 촬상 소자의 출력 신호를 기초로, 렌즈의 목표 위치를 결정하는 화상 신호 처리부와, 구동 소자를 구동하기 위한 상술한 포커스 제어 회로를 구비한다.

본 발명에 따르면, 카메라 모듈 및 그 입출력 배선을 간소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 홀 소자 제어 회로를 포함하는, 포커스 제어 회로를 탑재한 촬상 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 2는 화상 신호 처리부에 의한, 렌즈의 목표 위치의 결정 처리에 대해 설명하기 위한 도면.
도 3은 비교예에 관한, 카메라 모듈, 포커스 제어 회로 및 배선재의 실장예를 설명하기 위한 도면.
도 4는 비교예에 관한, 홀 소자 및 정전류 구동 회로의 구성예를 도시하는 회로도.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한, 카메라 모듈, 포커스 제어 회로 및 배선재의 실장예를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 관한, 홀 소자 및 정전류 구동 회로의 구성예 1을 도시하는 회로도.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 관한, 홀 소자 및 정전류 구동 회로의 구성예 2를 도시하는 회로도.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 홀 소자 제어 회로(30)를 포함하는, 포커스 제어 회로(100)를 탑재한 촬상 장치(500)의 구성을 도시하는 도면이다. 촬상 장치(500)는, 렌즈(5), 보이스 코일 모터(VCM)(12), 홀 소자(14), 촬상 소자(20), 화상 신호 처리부(ISP;Image Signal Processor)(80) 및 포커스 제어 회로(100)를 구비한다. 여기에서는, 화상 부호화 엔진이나 기록 매체 등, 오토 포커스 제어와 관련되지 않은 구성 요소는 생략하여 도시하고 있다.

촬상 소자(20)는, 광학 부품인 렌즈(5)를 투과한 광신호를 전기 신호로 변환하여, 화상 신호 처리부(80)에 출력한다. 촬상 소자(20)에는, CCD 센서 또는 CMOS 이미지 센서를 채용할 수 있다.

보이스 코일 모터(12)는, 렌즈(5)의 위치를 조정하는 소자로서, 포커스 제어 회로(100)로부터 공급되는 구동 신호에 따라, 렌즈(5)를 광축 방향으로 이동시킨다. 이에 의해, 렌즈(5)와 촬상 소자(20)의 초점 거리가 조정된다.

홀 소자(14)는, 렌즈(5)의 위치를 검출하기 위한 소자이다. 보이스 코일 모터(12) 및 홀 소자(14)는, 하나의 액추에이터(이하, 본 명세서에서는 카메라 모듈(10)이라고 함(도 3, 5 참조))에 설치된다.

화상 신호 처리부(80)는, 촬상 소자(20)로부터 출력되는 화상 신호를 처리한다. 본 실시 형태에서는, 주로, 촬상 소자(20)로부터 출력되는 화상 신호를 기초로, 렌즈(5)의 목표 위치를 결정한다.

도 2는, 화상 신호 처리부(80)에 의한, 렌즈(5)의 목표 위치의 결정 처리에 대해 설명하기 위한 도면이다. 셔터 버튼이 절반 누름되는 등, 오토 포커스 기능이 유효화되면, 화상 신호 처리부(80)는, 렌즈(5)를 소정의 스텝 폭으로 이동시키기 위한 제어 신호를 포커스 제어 회로(100)에 송신한다. 그 때, 화상 신호 처리부(80)는, 렌즈(5)의 각 위치에서 촬상된 각 화상 신호의 샤프니스를 산출한다. 예를 들어, 샤프니스는 각 화상 신호에 고역 통과 필터를 걸어, 각 화상 신호의 에지 성분을 추출하고, 각 화상 신호의 에지 성분을 적산함으로써, 구할 수 있다. 화상 신호 처리부(80)는, 샤프니스가 최대값이 되는 렌즈(5)의 위치를, 합초 위치로 결정한다.

도 1로 되돌아가, 포커스 제어 회로(100)는, 홀 소자 제어 회로(30), 저역 통과 필터(42), 아날로그/디지털 변환 회로(44), 이퀄라이저(50), PWM 변조부(60) 및 H 브리지 구동부(70)를 구비한다. 또한, 포커스 제어 회로(100)가 원 칩 LSI로 구성되는 경우, 저역 통과 필터(42)는 칩 밖에 설치되어도 좋다.

홀 소자 제어 회로(30)는, 홀 소자(14)를 제어하는 회로로서, 차동 증폭 회로(32) 및 정전류 구동 회로(34)를 포함한다. 차동 증폭 회로(32)는, 홀 소자(14)의 출력 단자간의 전위차를 증폭하고, 위치 신호로서 출력한다. 홀 소자(14)는 포커스 제어 기구를 구성하는 하우징에 고정되어, 렌즈(5)에 고정된 마그네트에 의해 만들어지는 자계의 자속 밀도에 따른 전압을 출력한다. 렌즈(5)의 이동에 의해 자속 밀도가 변화하면, 홀 소자(14)의 출력 전압도 그 변화에 비례해서 변화한다. 따라서, 홀 소자(14)의 출력 전압으로부터, 렌즈(5)의 위치를 추측할 수 있다. 또한, 홀 소자(14)를 렌즈(5)에 고정하고, 마그네트를 하우징에 고정하는 구성으로 해도, 홀 소자(14)의 출력 전압으로부터, 렌즈(5)의 위치를 추측할 수 있다. 정전류 구동 회로(34)에 대해서는 후술한다.

저역 통과 필터(42)는, 차동 증폭 회로(32)로부터 출력되는 위치 신호의 고주파수 성분을 제거한다. 아날로그/디지털 변환 회로(44)는, 저역 통과 필터(42)로부터 출력되는 위치 신호를, 아날로그 값으로부터 디지털 값으로 변환한다.

이퀄라이저(50)는, 홀 소자(14)의 출력 신호에 의해 특정되는 렌즈(5)의 위치와, 외부(여기에서는 화상 신호 처리부(80))로부터 설정되는 렌즈(5)의 목표 위치의 차분을 기초로, 렌즈(5)의 위치를 목표 위치에 맞추기 위한 제어 신호를 생성한다.

이하, 보다 구체적으로 설명한다. 이퀄라이저(50)는, 감산 회로(52) 및 서보 회로(54)를 포함한다. 감산 회로(52)는, 홀 소자(14)로부터 출력되는 위치 신호와, 화상 신호 처리부(80)로부터 입력되는 목표 위치 신호의 차분을 산출하여, 오차 신호로서 출력한다. 렌즈(5)의 위치가 목표 위치에 존재하는 경우, 이 차분은 제로가 된다. 서보 회로(54)는, 감산 회로(52)로부터 출력되는 오차 신호를 상쇄하기 위한 신호를 생성하여, PWM 변조부(60)에 출력한다.

PWM 변조부(60)는, 이퀄라이저(50)에 의해 생성되는 제어 신호에 따른 PWM 신호를 생성한다. 보다 구체적으로는, 이퀄라이저(50)로부터 입력되는 제어 신호를, 그 디지털 값에 따른 듀티비를 갖는 펄스 신호로 변환한다. H 브리지 구동부(70)는, PWM 변조부(60)에 의해 생성된 PWM 신호에 따라, 렌즈(5)의 위치를 변화시키는 보이스 코일 모터(12)를 구동하기 위한 구동 전류를 생성한다. 보다 구체적으로는, PWM 변조부(60)로부터 입력되는 PWM 신호에 따른, 전류의 방향 및 전류량을 갖는 구동 전류를 생성하여, 보이스 코일 모터(12)에 공급한다. 이에 의해, 렌즈(5)를 목표 위치로 이동 및 수렴시킬 수 있다.

도 3은, 비교예에 관한, 카메라 모듈(10), 포커스 제어 회로(100) 및 배선재(200)의 실장예를 설명하기 위한 도면이다. 포커스 제어 회로(100)는 배선재(200)를 통해서 카메라 모듈(10)(보다 구체적으로는 홀 소자(14) 및 보이스 코일 모터(12))에 접속된다.

당해 비교예에서, 포커스 제어 회로(100)에는, 제1 단자(T1a), 제2 단자(T2a), 제3 단자(T3a), 제4 단자(T4a), 제5 단자(T5a), 제6 단자(T6a) 및 제7 단자(T7a)가 포함된다. 그에 대응하여, 카메라 모듈(10)에는, 제1 단자(T1b), 제2 단자(T2b), 제3 단자(T3b), 제4 단자(T4b), 제5 단자(T5b), 제6 단자(T6b) 및 제7 단자(T7b)가 포함된다. 각각 대응하는 단자 사이는, 배선에 의해 전기적으로 접속된다.

여기에서는, 배선재(200)는 필름 형상의 플렉시블 배선으로 형성된다. 또한, 도 3에서는 7개의 배선을 동일한 굵기로 도시하고 있으나, 실제로는 접지 배선은 플렉시블 배선의 이면 전체에 접지층으로서 설치된다. 당해 접지층은 실드 효과를 발휘한다.

제1 단자(T1a, b)간의 배선은, 포커스 제어 회로(100)로부터 홀 소자(14)에 고전위측 바이어스 전압을 전달하기 위한 배선이다. 도 3에서는 전원 전압이 전달된다. 제5 단자(T5a, b)간의 배선은, 포커스 제어 회로(100)로부터 홀 소자(14)에 저전위측 바이어스 전압을 전달하기 위한 배선이다. 제3 단자(T3a, b)간의 배선은, 홀 소자(14)로부터 포커스 제어 회로(100)에 정전위측 출력 전압을 전달하기 위한 배선이다. 제4 단자(T4a, b)간의 배선은, 홀 소자(14)로부터 포커스 제어 회로(100)에 부전위측 출력 전압을 전달하기 위한 배선이다. 제2 단자(T2a, b)간의 배선은, 접지 배선이다.

제6 단자(T6a, b)간의 배선은, 포커스 제어 회로(100)로부터 보이스 코일 모터(12)에 플러스측의 구동 신호를 전달하기 위한 배선이다. 제7 단자(T7a, b)간의 배선은, 포커스 제어 회로(100)로부터 보이스 코일 모터(12)에 마이너스측의 구동 신호를 전달하기 위한 배선이다. 본 명세서에서는 보이스 코일 모터(12)의 구동에는 주목하지 않기 때문에, 이하의 설명에서는, 제6 단자(T6a, b)간의 배선 및 제7 단자(T7a, b)간의 배선은 무시하고 생각한다.

도 4는, 비교예에 관한, 홀 소자(14) 및 정전류 구동 회로(34)의 구성예를 도시하는 회로도이다. 포커스 제어 회로(100)측의 정전류 구동 회로(34)에서, 전원 전위(Vdd)와 접지 전위 사이에 N 채널형 트랜지스터(Mn1)와 저항(R1)이 직렬로 접속된다. 연산 증폭기(OP1)의 비반전 입력 단자에는 소정의 설정 전압(Vt)이 입력되고, 연산 증폭기(OP1)의 반전 입력 단자에는, N 채널형 트랜지스터(Mn1)와 저항(R1)과의 접속점 전압이 입력된다. 연산 증폭기(OP1)의 출력 단자는 N 채널 트랜지스터(Mn1)의 게이트 단자에 접속된다.

홀 소자(14)의 제1 단자(T1b)에는, 고전위측 바이어스 전압으로서 전원 전위(Vdd)가 입력된다. 홀 소자(14)의 제5 단자(T5b)에는, 저전위측 바이어스 전압으로서, N 채널형 트랜지스터(Mn1)와 저항(R1)과의 접속점 전압이 입력된다.

홀 소자(14)의 출력 전압(V)은, 하기 수학식 1에 의해 정의된다.

α는 소자 파라미터, I는 바이어스 전류 및 B는 자속 밀도를 각각 나타낸다.

도 4에서는, 홀 소자(14)는 정전류 구동된다. 즉, 연산 증폭기(OP1)는, N 채널형 트랜지스터(Mn1)의 게이트 전압을 제어함으로써, N 채널형 트랜지스터(Mn1)와 저항(R1)과의 접속점 전압이 일정해지도록 제어하고, 홀 소자(14)에 정전류의 바이어스 전류가 흐르도록 제어한다. 또한, 도 4에서는 홀 소자(14)의 출력 전압 경로에 대해서는 생략하여 도시하고 있으나, 제3 단자(T3a, b)간의 배선 및 제4 단자(T4a, b)간의 배선을 통해서, 차동 증폭 회로(32)의 양쪽 입력 단자에 입력된다.

도 5는, 본 발명의 실시 형태에 관한, 카메라 모듈(10), 포커스 제어 회로(100) 및 배선재(200)의 실장예를 설명하기 위한 도면이다. 도 3과 비교하여, 포커스 제어 회로(100)의 제5 단자(T5a), 카메라 모듈(10)의 제5 단자(5b) 및 양쪽 단자간의 배선이 생략된 구성이다.

도 6은, 본 발명의 실시 형태에 관한, 홀 소자(14) 및 정전류 구동 회로(34)의 구성예 1을 도시하는 회로도이다. 포커스 제어 회로(100)측의 정전류 구동 회로(34)에서, 전원 전위(Vdd)와 제1 단자(T1a) 사이에, P 채널형 트랜지스터(Mp1)가 접속된다. 보다 상세하게는 그 소스 단자가 전원 전위(Vdd)에 접속되고, 그 드레인 단자가 제1 단자(T1a)에 접속된다.

연산 증폭기(OP2)의 반전 입력 단자에는 소정의 설정 전압(Vt)이 입력되고, 그 비반전 입력 단자에는 제1 단자(T1a)의 전압이 입력되고, 그 출력 단자는 P 채널형 트랜지스터(Mp1)의 게이트 단자에 접속된다. 연산 증폭기(OP2)는, 소정의 설정 전압(Vt)과, 제1 단자(T1a)의 전압을 차동 증폭하고, P 채널형 트랜지스터(Mp1)의 게이트 전압을 제어한다. 이 제어에 의해, 홀 소자(14)의 제1 단자(T1b)에, 제1 단자(1a)를 통해서 공급되는 바이어스 전압이 정전압으로 유지된다. 홀 소자(14)의 제2 단자(T2b)에는, 제2 단자(T2a)를 통해서 접지 전위가 공급된다.

도 7은, 본 발명의 실시 형태에 관한, 홀 소자(14) 및 정전류 구동 회로(34)의 구성예 2를 도시하는 회로도이다. 구성예 2는 커런트 미러 구성을 채용하는 예이다. P 채널형 트랜지스터(Mp1)와 홀 소자(14)가 직렬로 접속된 제1 직렬 회로에 대한 커런트 미러 회로를 구성하는, P 채널형 트랜지스터(Mp2)와 저항(R12)이 직렬로 접속된 제2 직렬 회로를 구비한다.

연산 증폭기(OP2)는, 홀 소자(14)의 고전위측 입력 단자 전압의 미러 전압으로서, P 채널형 트랜지스터(Mp2)와 저항(R12)과의 접속점 전압을 사용한다. 즉, 연산 증폭기(OP2)는, 소정의 설정 전압(Vt)과, 당해 접속점 전압을 차동 증폭하고, P 채널형 트랜지스터(Mp1) 및 P 채널형 트랜지스터(Mp1)의 게이트 전압을 제어한다.

도 3, 5를 비교하면, 도 5에서는 배선재(200)는, 홀 소자(14)의 입출력 전압의 전달을 담당하는 배선으로서, 홀 소자 제어 회로(30)로부터 홀 소자(14)에 바이어스 전압을 전달하는 배선, 홀 소자(14)로부터 홀 소자 제어 회로(30)에 정전위측 출력 전압을 전달하는 배선, 홀 소자(14)로부터 홀 소자 제어 회로(30)에 부전위측 출력 전압을 전달하는 배선, 및 접지 배선의 4개의 배선에 의해 구성된다. 이에 반하여, 도 3에서는 5개의 배선에 의해 구성된다.

이상 설명한 바와 같이 본 실시 형태에 의하면, 홀 소자(14)의 고전위측 입력 단자에 정전압을 공급하여 정전류 구동함으로써, 카메라 모듈 및 그 입출력 배선을 간소화할 수 있다. 일반적으로, 정전류 구동하는 경우, 그 대상 소자의 저전위측 입력 단자와, 접지 사이에 N 채널형 트랜지스터를 설치하는 경우가 많다. N 채널형 트랜지스터 쪽이 P 채널형 트랜지스터와 비교하여, 온 저항이 낮고, 전류 효율이 높기 때문이다.

이에 반하여 본 실시 형태에서는, 홀 소자(14)의 고전위측 입력 단자와 전원 전위 사이에 P 채널형 트랜지스터를 설치함으로써, 카메라 모듈(10) 및 포커스 제어 회로(100)의 각각의 단자 수를 1개 삭감할 수 있다. 홀 소자(14)의 저전위측 입력 단자를 접지 단자로 전용할 수 있기 때문이다. 또한, 배선재(200)의 배선수도 1개 삭감할 수 있다.

이상, 본 발명을 몇 가지의 실시 형태를 기초로 설명하였다. 이 실시 형태는 예시로서, 그들의 각 구성 요소나 각 처리 프로세스의 조합에 여러가지 변형예가 가능한 것, 또한 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은 당업자에게 이해되는 부분이다.

이상의 실시 형태에서는, 구동 소자로서 보이스 코일 모터를 사용하는 예를 설명하였지만, 피에조 소자를 사용해도 좋다. 본 실시 형태는, 피에조 소자 등의 이동 대상의 위치 신호를 피드백 제어하여, 당해 이동 대상을 이동시킬 때에도 사용할 수 있다.

5: 렌즈
10: 카메라 모듈
12: 보이스 코일 모터
14: 홀 소자
20: 촬상 소자
30: 홀 소자 제어 회로
32: 차동 증폭 회로
34: 정전류 구동 회로
OP2: 연산 증폭기
MP1: P 채널형 트랜지스터
MP2: P 채널형 트랜지스터
R12: 저항
42: 저역 통과 필터
44: 아날로그/디지털 변환 회로
50: 이퀄라이저
52: 감산 회로
54: 서보 회로
60: PWM 변조부
70: H 브리지 구동부
80: 화상 신호 처리부
100: 포커스 제어 회로
200: 배선재
500: 촬상 장치

Claims

배선재를 통해서 홀 소자에 접속되고, 상기 홀 소자를 제어하는 홀 소자 제어 회로로서,
상기 홀 소자의 고전위측 입력 단자에 바이어스 전압을 공급하기 위한 제1 단자와,
상기 홀 소자의 저전위측 입력 단자에 접지 전위를 공급하기 위한 제2 단자와,
소스 단자가 전원 전위에 접속되고, 드레인 단자가 상기 제1 단자에 접속된 트랜지스터와,
소정의 설정 전압과, 상기 제1 단자의 전압을 차동 증폭하고, 상기 트랜지스터의 게이트 전압을 제어하는 연산 증폭기
를 구비하는 것을 특징으로 하는 홀 소자 제어 회로.
삭제
제1항에 있어서,
상기 홀 소자의 고전위측 출력 전압의 공급을 받는 제3 단자와,
상기 홀 소자의 저전위측 출력 전압의 공급을 받는 제4 단자
를 더 구비하는 홀 소자 제어 회로.
제1항에 있어서,
상기 배선재는, 상기 홀 소자의 입출력 전압의 전달을 담당하는 배선으로서,
상기 홀 소자 제어 회로로부터 상기 홀 소자에 바이어스 전압을 전달하는 배선,
상기 홀 소자로부터 상기 홀 소자 제어 회로에 플러스 전위측 출력 전압을 전달하는 배선,
상기 홀 소자로부터 상기 홀 소자 제어 회로에 마이너스 전위측 출력 전압을 전달하는 배선 및, 접지 배선
의 4개의 배선에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 홀 소자 제어 회로.