KR101709840B1 - 홀 센서 모듈 및 광학 이미지 안정화 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 홀 센서의 출력 신호에 포함된 DC 옵셋을 제거할 수 있는 홀 센서 모듈 및 광학 이미지 안정화 모듈이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 홀 센서 모듈은 홀 센서의 검출 신호를 증폭시키는 증폭부; 및 상기 검출 신호의 옵셋에 따라 상기 증폭부의 피드백 라인에 보상 전류를 제공하여 상기 옵셋을 제거하는 전류 제공부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 이미지 안정화 모듈은 홀 센서로부터의 검출 신호에 포함된 옵셋을 증폭기의 피드백 라인에 보상 전류를 제공하여 제거하는 제1 신호 처리부; 및 상기 제1 신호 처리부의 신호 처리 결과에 따라 촬상부의 위치를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

홀 센서 모듈 및 광학 이미지 안정화 모듈{HALL SENSOR MODULE AND OPTICAL IMAGE STABILIZATION MODULE}
본 발명은 DC 옵셋을 제거할 수 있는 홀 센서 모듈 및 광학 이미지 안정화 모듈에 관한 것이다.
최근 출시되고 있는 모바일 기기에서 카메라는 필수적인 기능 중 하나이며, 그 성능 또한 높아짐에 따라서 수백만 화소에서 천만 화소 이상까지의 고성능의 카메라가 장착되어 출시되고 있다.
그러나, 이러한 고화소의 카메라에 비하여 모바일 기기라는 제약사항에 의해 카메라 모듈이 적용되는 공간은 한정적일 수밖에 없다.
이에 따라 작은 렌즈의 구경 및 작은 이미지 픽셀 사이즈 등으로 인해 이미지 촬영시 외부의 진동이나 손떨림 등과 같은 미세한 움직임에도 이미지 열화가 발생할 수 있다.
상술한 미세한 떨림에 의한 이미지의 열화를 억제하고, 보다 선명한 이미지를 얻기 위하여 다양한 이미지 보정 방법들이 개발되고 있으며, 이러한 방법들 중 하나가 광학식 손떨림 보정 기능을 제공하는 광학 이미지 안정화 (Optical Image Stabilizaion;OIS) 모듈을 채용하는 방법이다.
이러한 OIS 모듈은 홀(Hall) 센서를 적용하여 X축과 Y축상의 렌즈의 위치 성분을 검출할 수 있고, 자이로(Gyro) 센서에 검출된 손떨림 성분과 X축과 Y축상의 렌즈의 위치 정보를 계산하여 렌즈의 위치를 구동시킨다.
일반적으로 사람의 손떨림은 1Hz 미만의 주파수에서 수십 Hz의 주파수에 형성되어 발생되며, 이에 따라 하기의 선행 기술 문헌에 기재된 바와 같이, 자이로 센서로부터의 검출 신호는 양자화된 후 하이패스필터(High Pass Filter;HPF)를 거쳐 검출 신호에 포함된 DC 옵셋, 드리프트 성분 등이 제거될 수 있다.
그러나, 상술한 1Hz 미만에서 수십Hz의 손떨림 주파수는 홀 센서의 출력 신호에 포함될 수 있고, 홀 센서의 출력 신호의 주파수나 레벨이 낮기 때문에 출력 신호를 증폭하게 되면 DC 옵셋이 발생되어 OIS 모듈이 오동작하는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, DC 옵셋 제거시 저잡음으로 동작하여야 올바른 손떨림 보정 기능을 수행할 수 있다.
일본공개특허공보 제2007-88829호
본 발명의 일 실시예에 따르면, 홀 센서의 출력 신호에 포함된 DC 옵셋을 제거할 수 있는 홀 센서 모듈 및 광학 이미지 안정화 모듈이 제공된다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 센서 모듈은 홀 센서의 검출 신호를 증폭시키는 증폭부; 및 상기 검출 신호의 옵셋에 따라 상기 증폭부의 피드백 라인에 보상 전류를 제공하여 상기 옵셋을 제거하는 전류 제공부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 이미지 안정화 모듈은 홀 센서로부터의 검출 신호에 포함된 옵셋을 증폭기의 피드백 라인에 보상 전류를 제공하여 제거하는 제1 신호 처리부; 및 상기 제1 신호 처리부의 신호 처리 결과에 따라 촬상부의 위치를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 홀 센서의 출력 신호에 포함된 DC 옵셋을 제거할 수 있으며, 넓은 주파수 레인지의 DC 옵셋을 저잡음으로 제거할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 센서 모듈의 개략적인 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 이미지 안정화 모듈의 개략적인 블럭도이다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 센서 모듈의 보다 상세한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 센서 모듈에 채용된 전류 제공부의 개략적인 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 센서 모듈에 채용된 전류 제공부의 출력 전류 그래프이다.
도 6은 종래 기술과 본 발명의 홀 센서 모듈의 전기적 특성을 대비하여 나타내는 표이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 센서 모듈의 개략적인 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 센서 모듈(100)은 홀 센서(110)로부터의 검출 신호를 신호 처리하는 제1 신호 처리부(120)를 포함할 수 있다.
제1 신호 처리부(120)는 증폭부(121), 전류 제공부(122) 및 변환부(123)를 포함할 수 있다.
증폭부(121)는 홀 센서(110)로부터의 검출 신호의 레벨을 증폭시킬 수 있다.
홀 센서(110)는 촬상부의 X축과 Y축상의 위치 성분을 검출할 수 있으며, 홀 센서(110)로부터의 검출 신호는 레벨이 낮기 때문에 이를 신호 처리가 가능할 정도로 레벨을 증폭시킬 필요가 있다.
그러나, 검출 신호에는 홀 센서 모듈 또는 광학 이미지 안정화 모듈이 채용된 기기에서 발생되거나, 자이로 센서에서 발생된 옵셋이 포함될 수 있다. 상기 옵셋은 DC 옵셋일 수 있다.
전류 제공부(122)는 홀 센서(110)로부터의 검출 신호에 포함된 옵셋을 제거하기 위한 보상 전류를 증폭부(121)에 제공할 수 있다. 상기 보상 전류는 옵셋에 따라 가변될 수 있으며, 증폭부(121)의 피드백 라인에 제공할 수 있다.
변환부(123)는 증폭부(121)에 의해 증폭된 검출 신호를 아날로그-디지털 변환하여 출력할 수 있다.
출력된 디지털 신호는 촬상부의 위치 제어에 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 이미지 안정화 모듈의 개략적인 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 이미지 안정화 모듈(2000)은 제1 신호 처리부(220), 제2 신호 처리부(250) 및 제어부(230)를 포함할 수 있다.
제1 신호 처리부(220)는 홀 센서(210)로부터의 검출 신호를 사용 가능한 디지털 신호로 처리하여 제어부(230)에 전달할 수 있다.
제어부(230)는 제1 신호 처리부(220)로부터의 디지털 신호에 기초하여 촬상부(260)의 위치를 제어할 수 있다.
제2 신호 처리부(250)는 자이로 센서(240)로부터의 검출 신호를 사용 가능한 디지털 신호로 처리하여 제어부(230)에 전달할 수 있다.
자이로 센서(240)는 광학 이미지 안정화 모듈(200)을 채용한 기기의 움직임을 검출할 수 있으며, 마찬가지로, 제어부(230)는 제2 신호 처리부(250)의 디지털 신호에 따라 촬상부(260)의 광학 경로를 제어할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 센서 모듈의 보다 상세한 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 센서 모듈(300)의 증폭부(321)는 차동 증폭부(321a) 및 버퍼(321b)를 포함할 수 있다.
홀 센서(310)의 등가 회로는 브리지 저항으로 표시될 수 있다.
차동 증폭부(321a)는 제1 및 제2 증폭기(OP1,OP2)를 포함할 수 있다.
버퍼(321b)는 제3 증폭기(OP3)를 포함할 수 있으며, 차동 증폭부(321a)의 차동 증폭된 신호를 버퍼링하여 변환부(323)에 전달할 수 있다.
제1 증폭기(OP1)의 플러스 단자(+)는 홀 센서(310)로부터의 제1 검출 신호(VIN1)를 입력받고, 마이너스 단자(-)는 피드백 라인을 따라 증폭된 검출 신호(VOUT1)를 입력받을 수 있다.
피드백 라인의 저항(R1,R2)의 저항비에 따라 제1 증폭기(OP1)의 증폭율이 설정될 수 있다.
제2 증폭기(OP2)의 플러스 단자(+)는 홀 센서(310)로부터의 제2 검출 신호(VIN2)를 입력받고, 마이너스 단자(-)는 피드백 라인을 따라 증폭된 검출 신호(VOUT2)를 입력받을 수 있다.
마찬가지로, 피드백 라인의 저항(R1,R2)의 저항비에 따라 제2 증폭기(OP2)의 증폭율이 설정될 수 있다.
전류 제공부(322)는 제1 검출 신호(VIN1)과 제2 검출 신호(VIN2)의 전압차(옵셋)에 따라 제1 증폭기(OP1)과 제2 증폭기(OP2)의 피드백 라인에 각각 제1 보상 전류(IOP)와 제2 보상 전류(ION)을 제공할 수 있다.
이에 따른 제1 증폭기(OP1)의 출력 신호(VOUT1)는 다음의 수식1과 같을 수 있다.
(수식1)
VOUT1=VIN1-R2(((V1-V2)/R1)+IDAC)
여기서, IDAC는 전류 제공부(322)의 제1 보상 전류(IOP)일 수 있다.
마찬가지로, 제2 증폭기(OP2)의 출력 신호(VOUT2)는 다음의 수식2와 같을 수 있다.
(수식2)
VOUT2=VIN2-R2(((V2-V1)/R1)+IDAC)
여기서, IDAC는 전류 제공부(322)의 제2 보상 전류(ION)일 수 있다.
상술한 수식1 및 수식2와 같이, 제1 검출 신호(VIN1)과 제2 검출 신호(VIN2)의 전압차(옵셋)은 제1 및 제2 보상 전류(IOP,ION)에 의해 상쇄될 수 있다.
상술한 옵셋은 각 증폭기의 피드백 라인의 저항과 보상 전류의 선택비에 따라 옵셋 제거 범위(offset cancellation range)가 정의될 수 있어, 넓은 제거 범위를 보장할 수 있다.
또한, 옵셋의 레벨이 '0'이거나 매우 작을 경우, 전류 제공부(322)에서 제공하는 보상 전류의 레벨도 매우 작기 때문에 전류 제공부(322)에 의해 발생될 수 있는 노이즈 영향 또한 줄일 수 있다.
예를 들어, 제1 검출 신호(VIN1)과 제2 검출 신호(VIN2)의 전압차(옵셋)가 60mV일 경우, 제1 및 제2 증폭기(OP1,OP2)의 증폭율을 100배로 설정하기 위해 R1은 2kohm, R2는 100kohm으로 설정되면, 옵셋을 제거하기 위한 보상 전류는 하기의 수식3에 의해 ±30uA로 설정되어 옵셋을 제거할 수 있다.
(수식3)
Figure 112014124932897-pat00001
여기서, IDAC는 제1 및 제2 보상 전류(IOP,ION)일 수 있다. 즉, +IDAC는 제1 보상 전류(IOP)일 수 있고, -IDAC는 제2 보상 전류(ION)일 수 있다. 반대로, +IDAC는 제2 보상 전류(ION)일 수 있고, -IDAC는 제1 보상 전류(IOP)일 수 있다.
상술한 +,- 부호는 보상 전류가 싱킹(sinking) 전류 또는 소싱(sourcing) 전류임을 나타낼 수 있으며, 이에 따라 보상 전류는 해당 증폭기의 피드백 라인에 전류를 가감할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 센서 모듈에 채용된 전류 제공부의 개략적인 회로도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 센서 모듈에 채용된 전류 제공부(422)는 전류원(422a), 제1 및 제2 스위치 그룹(422b,422c), 제1 및 제2 트랜지스터 그룹(422d,422e) 및 전류 미러(422f)를 포함할 수 있다.
전류 제공부(422)는 제1 보상 전류(IOP)와 제2 보상 전류(ION)을 제공할 수 있으며, 제1 보상 전류(IOP)와 제2 보상 전류(ION)는 서로 보상 관계에 있을 수 있다.
예를 들어, 제1 보상 전류(IOP)가 증가하면, 제2 보상 전류(ION)은 감소할 수 있고, 반대로, 제1 보상 전류(IOP)가 감소하면, 제2 보상 전류(ION)은 증가할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 센서 모듈에 채용된 전류 제공부의 출력 전류 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 보상 전류(IOP)와 제2 보상 전류(ION)는 서로 보상 관계에 있을 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 전류원(422a)은 도시된 바와 같이 화살표 방향이 서로 반대로 설정된 싱킹 전류(sinking current)와 소싱 전류(sourcing current)를 제공할 수 있다.
제1 스위치 그룹(422b)와 제2 스위치 그룹(422c) 각각은 복수의 스위치를 구비할 수 있으며, 제1 스위치 그룹(422b)와 제2 스위치 그룹(422c) 각각의 복수의 스위치는 전류원(422a)으로부터의 싱킹 전류 또는 소싱 전류의 전달 경로를 제공할 수 있다.
예를 들어, 전류 제공부(422)는 제1 검출 신호(VIN1)과 제2 검출 신호(VIN2)의 전압차(옵셋)에 따라 디지털 방식으로 보상 전류를 설정할 수 있다.
도시된 바와 같이, 8비트의 분해능을 갖도록 보상 전류를 설정하는 경우, 제1 스위치 그룹(422b)와 제2 스위치 그룹(422c) 각각은 보상 전류의 전류 방향을 결정하는 제1 스위치(MSB)를 포함할 수 있고, 나머지 복수의 스위치(LSB)는 보상 전류의 레벨을 결정할 수 있다.
예를 들어, 전류원(422a)의 소싱 전류가 공급되고, 싱킹 전류가 차단되기 위해, 제1 스위치 그룹(422b)의 제1 스위치(MSB)는 턴 온되고, 제2 스위치 그룹(422c)의 제1 스위치(MSB)는 턴 오프되는 경우, 제1 스위치 그룹(422b)의 나머지 복수의 스위치(LSB)에 의해 전류의 레벨이 결정되고, 제1 트랜지스터 그룹(422d)의 트랜지스터는 스위칭 온된 스위치에 연결된 해당 트랜지스터에 의해 전류를 미러링 및 증폭시킬 수 있으며, 전류 미러(422f)에 의해 제1 보상 전류(IOP)는 싱킹 전류로 설정되고, 제2 보상 전류(ION)은 소싱 전류로 설정될 수 있다.
마찬가지로, 전류원(422a)의 싱킹 전류가 공급되고, 소싱 전류가 차단되기 위한 경우, 상술한 동작이 반대로 설정되어 제2 트랜지스터 그룹(422e)의 트랜지스터는 스위칭 온된 스위치에 연결된 해당 트랜지스터에 의해 전류를 미러링 및 증폭시킬 수 있으며, 전류 미러(422f)에 의해 제1 보상 전류(IOP)는 소싱 전류로 설정되고, 제2 보상 전류(ION)은 싱킹 전류로 설정될 수 있다.
도 6은 종래 기술과 본 발명의 홀 센서 모듈의 전기적 특성을 대비하여 나타내는 표이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 증폭기의 증폭율에 따라 옵셋을 제거하는 종래의 경우 옵셋 제거 범위가 좁고, 별도의 제어 전압이 필요하여 옵셋 제거시 노이즈의 영향이 높은 반면, 본 발명의 경우는 보상 전류의 크기 및 증폭기의 저항 크기에 따라 옵셋을 제거하여 옵셋 제거 범위가 넓고, 옵셋이 낮거나 '0'일 경우 보상 전류가 낮거나 '0'일 수 있으므로 옵셋 제거시 노이즈의 영향이 낮을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 홀 센서의 출력 신호에 포함된 DC 옵셋을 제거할 수 있으며, 넓은 주파수 레인지의 DC 옵셋을 저잡음으로 제거할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100: 홀 센서 모듈
110,210,310: 홀 센서
120,220: 제1 신호 처리부
121,321: 증폭부
122,322,422: 전류 제공부
123,323: 변환부
2000: 광학 이미지 안정화 모듈
230: 제어부
240: 자이로 센서
250: 제2 신호 처리부
260: 촬상부
321a: 차동 증폭부
321b: 버퍼
422a: 전류원
422b: 제1 스위치 그룹
422c: 제2 스위치 그룹
422d: 제1 트랜지스터 그룹
422e: 제2 트랜지스터 그룹
422f: 전류미러
OP1: 제1 증폭기
OP2: 제2 증폭기
OP3: 제3 증폭기

Claims (11)

  1. 홀 센서의 검출 신호를 증폭시키는 증폭부; 및
    상기 검출 신호의 옵셋에 따라 상기 증폭부의 피드백 라인에 보상 전류를 제공하여 상기 옵셋을 제거하는 전류 제공부를 포함하고,
    상기 증폭부는
    상기 홀 센서로부터 제1 검출 신호를 증폭하는 제1 증폭기 및 상기 홀 센서로부터 제2 검출 신호를 증폭하는 제2 증폭기를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 증폭기 각각은 상기 전류 제공부로부터의 제1 보상 전류 또는 제2 보상 전류를 피드백 라인을 통해 제공받으며,
    상기 제1 보상 전류와 상기 제2 보상 전류는 서로 보상 관계에 있는 홀 센서 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 증폭기의 출력 신호를 버퍼링하는 버퍼를 더 포함하는 홀 센서 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전류 제공부는 상기 제1 검출 신호와 상기 제2 검출 신호의 전압차에 따른 보상 전류를 상기 제1 및 제2 증폭기의 피드백 라인에 각각 제공하는 홀 센서 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전류 제공부는
    전류원;
    상기 전류원으로부터의 제1 전류 전달 경로를 제공하는 복수의 스위치를 갖는 제1 스위치 그룹;
    상기 제1 스위치 그룹의 복수의 스위치 각각에 연결된 복수의 트랜지스터를 가지며, 상기 복수의 트랜지스터는 해당 스위치로부터의 전류를 증폭시키는 제1 트랜지스터 그룹;
    상기 전류원으로부터의 제2 전류 전달 경로를 제공하는 복수의 스위치를 갖는 제2 스위치 그룹;
    상기 제2 스위치 그룹의 복수의 스위치 각각에 연결된 복수의 트랜지스터를 가지며, 상기 복수의 트랜지스터는 해당 스위치로부터의 전류를 증폭시키는 제2 트랜지스터 그룹; 및
    상기 제1 트랜지스터 그룹 및 상기 제2 트랜지스터 그룹으로부터의 증폭된 전류를 미러링하여 상기 제1 보상 전류 및 상기 제2 보상 전류를 출력하는 전류 미러
    를 포함하는 홀 센서 모듈.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보상 전류는 상기 제1 증폭기의 피드백 라인에 인가되고,
    상기 제2 보상 전류는 상기 제2 증폭기의 피드백 라인에 인가되는 홀 센서 모듈.
  8. 홀 센서로부터의 검출 신호에 포함된 옵셋을 증폭기의 피드백 라인에 보상 전류를 제공하여 제거하는 제1 신호 처리부;
    상기 제1 신호 처리부의 신호 처리 결과에 따라 촬상부의 위치를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제1 신호 처리부는
    상기 홀 센서로부터 제1 검출 신호를 증폭하는 제1 증폭기 및 상기 홀 센서로부터 제2 검출 신호를 증폭하는 제2 증폭기를 가지며, 상기 제1 및 제2 증폭기 각각은 상기 제1 검출 신호와 상기 제2 검출 신호의 전압차에 따른 보상 전류를 피드백 라인을 통해 제공받는 차동 증폭부와, 상기 제1 및 제2 증폭기의 출력 신호를 버퍼링하는 버퍼를 갖는 증폭부; 및
    상기 제1 증폭기의 피드백 라인에 제1 보상 전류를 인가하고, 상기 제2 증폭기의 피드백 라인에 제2 보상 전류를 인가하는 전류 제공부를 포함하며,
    상기 제1 보상 전류와 상기 제2 보상 전류는 서로 보상 관계에 있는 광학 이미지 안정화 모듈.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 전류 제공부는
    전류원;
    상기 전류원으로부터의 제1 전류 전달 경로를 제공하는 복수의 스위치를 갖는 제1 스위치 그룹;
    상기 제1 스위치 그룹의 복수의 스위치 각각에 연결된 복수의 트랜지스터를 가지며, 상기 복수의 트랜지스터는 해당 스위치로부터의 전류를 증폭시키는 제1 트랜지스터 그룹;
    상기 전류원으로부터의 제2 전류 전달 경로를 제공하는 복수의 스위치를 갖는 제2 스위치 그룹;
    상기 제2 스위치 그룹의 복수의 스위치 각각에 연결된 복수의 트랜지스터를 가지며, 상기 복수의 트랜지스터는 해당 스위치로부터의 전류를 증폭시키는 제2 트랜지스터 그룹; 및
    상기 제1 트랜지스터 그룹 및 상기 제2 트랜지스터 그룹으로부터의 증폭된 전류를 미러링하여 상기 제1 보상 전류 및 상기 제2 보상 전류를 출력하는 전류 미러
    를 포함하는 광학 이미지 안정화 모듈.
  11. 삭제
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