KR101862505B1

KR101862505B1 - 광학식 이미지 안정화 모듈 및 이를 포함하는 카메라 모듈

Info

Publication number: KR101862505B1
Application number: KR1020170010955A
Authority: KR
Inventors: 장남홍; 양완철; 홍복영
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2018-05-29

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 이미지 안정화 모듈은 렌즈 배럴의 위치를 검출한 홀 센서로부터 제1 신호를 입력 받고, 상기 제1 신호에 기초하여 산출한 보상치를 상기 제1 신호에 반영하여 제2 신호를 생성하는 보상기; 위치 설정 신호에 상기 제2 신호를 감산한 에러 신호를 출력하는 에러 산출기; 및 상기 에러 신호에 따라 상기 렌즈 배럴을 구동하는 액추에이터에 구동 신호를 출력하는 구동기를 포함한다.

Description

광학식 이미지 안정화 모듈 및 이를 포함하는 카메라 모듈{OPTICAL IMAGE STABILIZATION MODULE AND CAMERA MODULE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 광학식 이미지 안정화 모듈 및 이를 포함하는 카메라 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 움직임에 의한 이미지의 열화를 억제하고, 보다 선명한 이미지를 얻기 위하여 광학식으로 손떨림 보정 기능을 제공하는 광학식 이미지 안정화(Optical Image Stabilization; OIS) 모듈이 사용된다. 이러한 광학식 이미지 안정화 모듈은 렌즈 배럴을 구동하여 손떨림을 보정할 수 있다. 또한, 상기 렌즈 배럴의 위치를 검출하기 위해 위치 검출 센서를 구비하고 있다.

일본 공개특허공보 제2016-85261호

본 발명의 일 실시예에 따르면, 렌즈 배럴의 위치를 검출한 위치 검출 신호를 선형화하여 정확한 이미지 안정화 동작을 수행할 수 있는 광학식 이미지 안정화 모듈 및 이를 포함하는 카메라 모듈이 제공된다.

상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 이미지 안정화 모듈은 렌즈 배럴의 위치를 검출한 홀 센서로부터 제1 신호를 입력 받고, 상기 제1 신호에 기초하여 산출한 보상치를 상기 제1 신호에 반영하여 제2 신호를 생성하는 보상기; 위치 설정 신호에 상기 제2 신호를 감산한 에러 신호를 출력하는 에러 산출기; 및 상기 에러 신호에 따라 상기 렌즈 배럴을 구동하는 액추에이터에 구동 신호를 출력하는 구동기를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈은 렌즈 배럴; 상기 렌즈 배럴의 위치를 검출하고 제1 신호를 출력하는 홀 센서; 위치 설정 신호를 입력 받고, 상기 제1 신호에 기초하여 산출한 보상치를 상기 제1 신호에 반영하여 선형화한 제2 신호를 생성하며, 상기 위치 설정 신호에 상기 제2 신호를 감산한 에러 신호에 따라 구동 신호를 출력하는 광학식 이미지 안정화 모듈을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 이미지 안정화 모듈 및 이를 포함하는 카메라 모듈은 비선형성(nonlinearity)을 가지는 위치 검출 신호를 선형화하여 정확한 이미지 안정화 동작을 가능하도록 하는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 안정화 모듈 및 이를 포함하는 카메라 모듈을 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동기을 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 3a는 일반적인 광학식 이미지 안정화 모듈에서 위치 설정 신호에 따른 렌즈 배럴의 변위를 나타내는 그래프이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 이미지 안정화 모듈에서 위치 설정 신호에 따른 렌즈 배럴의 변위를 나타내는 그래프이다.
도 4a는 도 3a의 리사주 도형이고, 도 4b는 도 3b의 리사주 도형이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.

그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다.

또한, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 안정화 모듈 및 이를 포함하는 카메라 모듈을 나타내는 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈은 광학식 이미지 안정화 모듈(100), 액추에이터(200), 렌즈 배럴(300)을 포함한다. 또한, 위치 검출 센서의 일 예로 홀 센서(400)를 포함한다.

광학식 이미지 안정화 모듈(100)은 홀 센서(400)에 의해 검출된 렌즈 배럴(300)의 위치와 자이로 센서(500)에 의해 검출된 흔들림값 간의 차이에 기초하여 에러값을 계산한다. 이를 위해 광학식 이미지 안정화 모듈(100)은 홀 센서(400)로부터 제1 신호(S_H1)를 입력 받을 수 있고, 기기의 흔들림을 검출하는 자이로 센서(500)로부터 자이로 신호(S_G)를 입력 받을 수 있다. 또한, 상기 에러값에 따라 구동 신호(S_A)를 출력하여 액추에이터(200)를 제어할 수 있다.

액추에이터(200)는 광학식 이미지 안정화 모듈(100)로부터 구동 신호(S_A)를 입력 받고 렌즈 배럴(300)을 구동할 수 있다. 예를 들어, 액추에이터(200)는 코일 및 상기 코일에 대향하여 렌즈 배럴(300)에 배치되는 자성체(250)를 포함할 수 있다. 상기 코일에는 구동 신호(S_A)에 의한 전류가 공급되어 전기장을 형성할 수 있으며, 이는 상기 자성체(250)의 자기장과 상호 작용하여, 플레밍의 왼손 법칙에 따라 렌즈 배럴(300)을 이동시키는 구동력을 발생시킬 수 있다.

홀 센서(400)는 렌즈 배럴(300)의 위치를 검출한다. 예를 들어, 홀 센서(400)는 렌즈 배럴(300)에 배치된 자성체(250), 또는 부가적으로 배치된 위치 검출용 자성체에 의한 자기장의 세기를 감지하여 렌즈 배럴(300)의 위치를 검출할 수 있다. 또한, 홀 센서(400)는 상기 자기장의 세기에 대응하는 제1 신호(S_H1)를 출력한다.

여기서, 홀 센서(400)가 검출하는 자기장의 세기에 대응하는 제1 신호(S_H1)는 렌즈 배럴(300)의 변위에 대하여 비선형성을 가질 수 있다. 예를 들어, 액추에이터에 의한 누설 자속, 자성체에 의한 자기장의 히스테리시스(hysteresis) 특성 등에 의해 제1 신호(S_H1)는 렌즈 배럴(300)의 변위를 정확하게 반영하지 못하고 왜곡될 수 있다. 이러한 왜곡은 렌즈 배럴(300)을 설정된 위치로 구동하는데 있어 장애가 될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 광학식 이미지 안정화 모듈(100)은 제1 신호(S_H1)를 보상하여 렌즈 배럴(300)의 변위에 대하여 선형성을 가지는 제2 신호(S_H2)를 생성하므로, 정확한 이미지 안정화 동작을 수행할 수 있다.

구체적으로, 광학식 이미지 안정화 모듈(100)은 보상기(110), 에러 산출기(120), 및 구동기(130)를 포함한다.

보상기(110)는 렌즈 배럴(300)의 위치를 검출한 홀 센서(400)로부터 제1 신호(S_H1)를 입력 받고, 상기 제1 신호(S_H1)에 기초하여 보상치를 산출한다. 또한, 상기 보상치를 상기 제1 신호(S_H1)에 반영하여 제2 신호(S_H2)를 생성한다.

예를 들어, 홀 센서(400)로부터 입력된 제1 신호(S_H1)는 증폭기(111)에 의해 증폭되고, 로우패스필터(112)를 통과한 후, AD 컨버터(113)에 의해 아날로그-디지털 신호 변환될 수 있다. 상기 변환된 신호는 스케일링(scaling)되어 보상치로 산출될 수 있다. 또한, 보상기(110)는 상기 보상치를 상기 제1 신호(S_H1)에 감산하여 제2 신호(S_H2)를 생성할 수 있다. 이때, 제1 신호(S_H1)에서 오프셋값을 더 감산할 수 있다.

또한, 에러 산출기(120)는 위치 설정 신호(S_P)에 상기 제2 신호(S_H2)를 감산한 에러 신호(err)를 출력한다.

상기 에러 신호(err)는 아래의 수식 1과 같이 표현될 수 있다.

(수식 1)

err = set - (hall_value - compensation_value - hall_middle[axis])

여기서, set은 위치 설정 신호(S_P)의 값을 의미하고, hall_value는 제1 신호(S_H1)의 값을 의미하며, compensation_value는 보상치를 의미한다. 또한, hall_middle[axis]는 홀 센서(180)의 특정한 축(예를 들어, 렌즈의 광축인 Z축에 수직한 X축 또는 Y축)에서 제1 신호(S_H1)의 오프셋값을 의미한다.

일 예로, 보상기(110)는 곱셈기(114), 스케일러(115), 및 감산기(116)를 포함할 수 있다. 곱셈기(114)는 상기 제1 신호(S_H1)를 제곱할 수 있고, 스케일러(115)는 제1 신호(S_H1)를 제곱값을 축소상수(K)로 나누어 상기 보상치를 산출할 수 있다. 또한, 상기 제1 신호(S_H1)를 제곱하기 전에 오프셋값을 감산할 수 있다. 이후, 상술한 바와 같이 감산기(116)는 상기 보상치를 상기 제1 신호(S_H1)에 감산할 수 있다.

상기 보상치는 아래의 수식 2와 같이 표현될 수 있다.

(수식 2)

compensation_value = (hall_value - hall_middle[axis])² × 1/K

여기서, all_value는 제1 신호(S_H1)의 값을 의미하고, hall_middle[axis]는 홀 센서(180)의 특정한 축에서 제1 신호(S_H1)의 오프셋값을 의미하며, K는 스케일링(scaling)을 위한 축소상수를 의미한다.

한편, 상기 위치 설정 신호(S_P)는 위치 설정기(140)에 의해 산출될 수 있다. 예를 들어, 위치 설정기(140)는 적분기 및 필터를 포함하고, 각속도에 대응하는 자이로 신호(S_G)를 적분하여 위치 설정 신호(S_P)를 산출한 후 이를 출력할 수 있다. 다만, 위치 설정 신호(S_P)는 광학식 이미지 안정화 모듈(100)의 외부로부터 입력 받을 수도 있다.

또한, 구동기(130)는 상기 에러 신호(err)에 따라 상기 렌즈 배럴(300)을 구동하는 액추에이터(200)에 구동 신호(S_A)를 출력한다.

한편, 광학식 이미지 안정화 모듈(100)은 하나의 집적 회로(Integrated circuit)로 이루어 질 수 있고, 예를 들어, 마이크로프로세서 등의 하드웨어와 이에 탑재되어 기 정해진 동작을 수행하도록 프로그래밍된 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동기을 나타내는 개략적인 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동기는 PID 제어기(131), 로우패스필터(132), 및 드라이버(133)를 포함한다.

PID 제어기(131)는 에러 신호(err)를 입력 받아 비례, 미분, 및 적분 제어를 수행한다. 또한, 상기 PID 제어기(131)에서 출력된 신호는 로우패스필터(132)에 의해 필터링될 수 있다. 또한, 드라이버(133)는 상기 PID 제어기(131)의 출력 신호에 따라 액추에이터(200)를 구동시키는 구동 신호(S_A)를 출력할 수 있다.

예를 들어, 상기 드라이버(133)가 출력하는 구동 신호(S_A)는 전류 신호일 수 있고, 드라이버(133)는 양방향 구동이 가능한 H 브리지(Bridge) 드라이버일 수 있다.

도 3a는 일반적인 광학식 이미지 안정화 모듈에서 위치 설정 신호에 따른 렌즈 배럴의 변위를 나타내는 그래프이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 이미지 안정화 모듈에서 위치 설정 신호에 따른 렌즈 배럴의 변위를 나타내는 그래프이다.

도 3a를 참조하면, 홀 센서가 검출한 신호가 왜곡된 상태로 피드백되어 렌즈 배럴의 변위(L_P)가 위치 설정 신호(S_P)를 정확히 추종하지 못하고 오차를 가짐을 알 수 있다. 한편, 렌즈 배럴의 변위(L_P)는 실측 값이 될 수 있고, 레이저 센서 측정 방법으로 측정하여 획득될 수 있다.

반면에, 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 이미지 안정화 모듈은 보상치를 반영한 신호를 PID 제어기(131, 도 2)로 피드백하므로 렌즈 배럴의 변위(L_P)가 위치 설정 신호(S_P)를 정확히 추종하는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 도 3b의 실시예에서는 축소상수를 2¹³으로 제1 신호를 스케일링(scaling)하여 보상치를 산출하였다.

도 4a는 도 3a의 리사주 도형이고, 도 4b는 도 3b의 리사주 도형이다.

도 4a 및 4b의 가로축은 렌즈 배럴의 변위(L_P)이고, 세로축은 위치 설정 신호(S_P)이다. 도 4a를 참조하면, 렌즈 배럴의 변위(L_P)와 위치 설정 신호(S_P)의 오차에 의해 리사주 도형이 휘어진 형태를 가짐을 알 수 있다.

반면에, 도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 이미지 안정화 모듈은 렌즈 배럴의 변위(L_P)가 위치 설정 신호(S_P)를 보다 정확히 추종하므로, 리사주 도형이 직선에 가까운 형태를 가짐을 확인할 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: 광학식 이미지 안정화 모듈
110: 보상기
120: 에러 산출기
130: 구동기
140: 위치 설정기
200: 액추에이터
300: 렌즈 배럴
400: 홀 센서
500: 자이로 센서

Claims

렌즈 배럴의 위치를 검출하는 홀 센서로부터 제1 신호를 입력 받고, 상기 제1 신호에 기초하여 산출한 보상치를 상기 제1 신호에 반영하여 제2 신호를 생성하는 보상기;
위치 설정 신호에 상기 제2 신호를 감산한 에러 신호를 출력하는 에러 산출기; 및
상기 에러 신호에 따라 상기 렌즈 배럴을 구동하는 액추에이터에 구동 신호를 출력하는 구동기
를 포함하는 광학식 이미지 안정화 모듈.
제1항에 있어서,
상기 보상기는 상기 제1 신호를 스케일링(scaling)하여 상기 보상치를 산출하는 광학식 이미지 안정화 모듈.
제1항에 있어서,
자이로 센서의 출력을 입력 받아 상기 위치 설정 신호를 산출하는 위치 설정기를 더 포함하는 광학식 이미지 안정화 모듈.
제1항에 있어서,
상기 보상기는 상기 제1 신호에 상기 보상치 및 오프셋값을 감산하여 상기 제2 신호를 생성하는 광학식 이미지 안정화 모듈.
제1항에 있어서,
상기 보상기는 상기 제1 신호의 제곱값을 축소상수로 나누어 상기 보상치를 산출하는 광학식 이미지 안정화 모듈.
제5항에 있어서,
상기 보상기는 상기 제1 신호에 오프셋값을 감산하여 제곱한 후, 상기 축소상수로 나누어 상기 보상치를 산출하는 광학식 이미지 안정화 모듈.
제1항에 있어서, 상기 구동기는,
상기 에러 신호를 입력 받아 비례, 미분, 및 적분 제어를 수행하는 PID(proportional-integral-derivative) 제어기; 및
상기 PID 제어기의 출력에 따라 액추에이터에 구동 신호를 공급하는 드라이버를 포함하는 광학식 이미지 안정화 모듈.
렌즈 배럴;
상기 렌즈 배럴의 위치를 검출하고 제1 신호를 출력하는 홀 센서;
위치 설정 신호를 입력 받고, 상기 제1 신호에 기초하여 산출한 보상치를 상기 제1 신호에 반영하여 선형화한 제2 신호를 생성하며, 상기 위치 설정 신호에 상기 제2 신호를 감산한 에러 신호에 따라 구동 신호를 출력하는 광학식 이미지 안정화 모듈; 및
상기 구동 신호에 따라 상기 렌즈 배럴을 구동하는 액추에이터
를 포함하는 카메라 모듈.
제8항에 있어서,
상기 광학식 이미지 안정화 모듈은 상기 제1 신호를 스케일링(scaling)하여 상기 보상치를 산출하는 카메라 모듈.
제8항에 있어서,
상기 위치 설정 신호는 자이로 센서의 출력에 따라 산출되는 카메라 모듈.
제8항에 있어서,
상기 광학식 이미지 안정화 모듈은 상기 제1 신호에 상기 보상치 및 오프셋값을 감산하여 상기 제2 신호를 생성하는 카메라 모듈.
제8항에 있어서,
상기 광학식 이미지 안정화 모듈은 상기 제1 신호의 제곱값을 축소상수로 나누어 상기 보상치를 산출하는 카메라 모듈.
제12항에 있어서,
상기 광학식 이미지 안정화 모듈은 상기 제1 신호에 오프셋값을 감산하여 제곱한 후, 상기 축소상수로 나누어 상기 보상치를 산출하는 카메라 모듈.