KR102059821B1 - 카메라 모듈의 액츄에이터 및 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 액츄에이터는 마그네트, 상기 마그네트와 대향 배치되는 구동 코일, 상기 구동 코일에 구동 신호를 인가하여 상기 마그네트를 이동시키는 구동 회로를 포함하는 구동 장치, 및 상기 마그네트의 현재 위치를 산출하여 피드백 신호를 생성하는 위치 산출부를 포함하고, 상기 구동 장치는 외부로부터 입력되는 입력 신호와 상기 피드백 신호를 비교하여 오차값을 산출하고, 상기 오차값에 따라 구동 회로에 제공되는 제어 신호의 제어 이득을 결정하고, 상기 구동 장치는 상기 오차값이 증가하는 경우, 상기 제어 이득을 감소시키고, 상기 오차값이 감소하는 경우, 상기 제어 이득을 증가시킬 수 있다.

Description

카메라 모듈의 액츄에이터 및 구동 장치{ACTUATOR AND DRIVNG APPARATUS OF CAMERA MODULE}
본 발명은 카메라 모듈의 액츄에이터 및 구동 장치에 관한 것이다.
일반적으로 휴대폰, PDA, 휴대용 PC 등과 같은 휴대 통신단말기는 최근 문자 또는 음성 데이터를 전송하는 것뿐만 아니라 화상 데이터 전송까지 수행하는 것이 일반화되어 가고 있다. 이러한 추세에 부응하여 화상 데이터 전송이나 화상 채팅 등을 할 수 있기 위해서 최근에 휴대 통신단말기에 카메라 모듈이 기본적으로 설치되고 있다.
일반적으로, 카메라 모듈은 내부에 렌즈를 구비하는 렌즈 배럴과 렌즈 배럴을 내부에 수용하는 하우징을 구비하며, 피사체의 영상을 전기신호로 변환하는 이미지 센서를 포함한다. 카메라 모듈은 고정된 초점에 의해 사물을 촬영하는 단초점 방식의 카메라 모듈을 채용할 수 있으나, 최근에는 기술 개발에 따라 자동초점(Autofocus) 조정이 가능한 액츄에이터를 포함한 카메라 모듈이 채용되고 있다. 아울러, 카메라 모듈은 손떨림에 따른 해상도 저하현상을 경감시키기 위해 손떨림 보정기능(OIS: Optical Image Stabilization)을 위한 액츄에이터를 채용하기도 한다.
최근 모바일 기기의 슬림화 추세에 따라 카메라 모듈의 렌즈 배럴의 광축 방향의 이동 범위가 제한되고 있다. 이동 범위가 제한된 카메라 모듈에서 제어 이득을 일정하게 유지하는 경우, 마찰력에 의해 상승 시간이 증가하거나, 가속에 의해 오버 슈트가 발생하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제2013-0077216호
본 발명의 과제는, 이동 거리에 따라 제어 이득을 결정할 수 있는 카메라 모듈의 액츄에이터 및 구동 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 액츄에이터는 마그네트, 상기 마그네트와 대향 배치되는 구동 코일, 상기 구동 코일에 구동 신호를 인가하여 상기 마그네트를 이동시키는 구동 회로를 포함하는 구동 장치, 및 상기 마그네트의 현재 위치를 산출하여 피드백 신호를 생성하는 위치 산출부를 포함하고, 상기 구동 장치는 외부로부터 입력되는 입력 신호와 상기 피드백 신호를 비교하여 오차값을 산출하고, 상기 오차값에 따라 구동 회로에 제공되는 제어 신호의 제어 이득을 결정하고, 상기 구동 장치는 상기 오차값이 증가하는 경우, 상기 제어 이득을 감소시키고, 상기 오차값이 감소하는 경우, 상기 제어 이득을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 마그네트의 이동 거리가 감소하는 경우 제어 이득을 증가시키고, 이동 거리가 증가하는 경우 제어 이득을 감소시켜, 상승 시간(Rise time)을 감소시키면서 오버 슈트(Over shoot)를 제거할 수 있다. 나아가, 홀 센서를 채용함 없이, 센싱 코일의 인덕턴스의 변화에 따라 마그네트의 위치를 정밀하게 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈에 채용되는 액츄에이터의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터에 채용되는 구동 장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 거리와 제어 이득의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 제어 이득에 따른 PID 제어 방식의 그래프이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 거리와 제어 이득의 관계를 나타낸 그래프이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈은 렌즈 배럴(100), 하우징(200), 액츄에이터(300) 및 케이스(400)를 포함할 수 있다.
렌즈 배럴(100)은 피사체를 촬상하는 적어도 하나의 렌즈가 내부에 수용될 수 있도록 중공의 원통 형상일 수 있으며, 렌즈는 광축을 따라 상기 렌즈 배럴(100)에 구비된다. 여기서, 광축 방향은 상기 렌즈 배럴(100)을 기준으로 상하 방향을 의미한다. 적어도 하나의 렌즈는 렌즈 배럴(100)의 설계에 따른 수만큼 적층되고, 각각 동일하거나 상이한 굴절률 등의 광학 특성을 가질 수 있다. 렌즈 배럴(100)은 하우징(200)의 내부에 배치되어 하우징(200)과 결합할 수 있다. 렌즈 배럴(100)은 하우징(200) 내에서 오토 포커싱을 위하여 일 방향, 구체적으로 광축 방향으로 이동할 수 있다.
하우징(200)은 렌즈 배럴(100)이 광축 방향으로 이동 가능하도록 렌즈 배럴(100)을 내부에 수용할 수 있다. 따라서, 하우징(200)에는 렌즈 배럴(100)을 수용할 수 있도록 내부 공간이 형성될 수 있다. 렌즈 배럴(100)이 하우징(200) 내에서 광축 방향으로 이동할 때, 렌즈 배럴(100)의 이동을 안내하는 가이드 수단으로서, 렌즈 배럴(100)에는 광축 방향을 따라 적어도 하나의 볼 베어링(110)이 구비될 수 있다.
적어도 하나의 볼 베어링(110)은 렌즈 배럴(100)과 하우징(200) 사이에 배치되어, 구름 운동을 통해 상기 렌즈 배럴(100)의 광축 방향으로의 이동을 안내할 수 있다. 적어도 하나의 볼 베어링(110)은 렌즈 배럴(100)의 광축 방향으로의 이동을 안내하기 위하여, 렌즈 배럴(100)의 외부면 및 하우징(200)의 내부면과 접촉할 수 있다. 렌즈 배럴(100)이 하우징(200) 내에서 광축 방향으로 이동할 때, 적어도 하나의 볼 베어링(110)이 렌즈 배럴(100)을 지지하므로, 렌즈 배럴(100)이 광축에 대하여 평행하게 이동할 수 있다.
케이스(400)는 하우징(200)과 결합하여 카메라 모듈의 외관을 형성할 수 있다. 케이스(400)는 하우징(200)의 외부면을 감싸도록 하우징(200)과 결합할 수 있다. 케이스(400)는 카메라 모듈의 구동 중에 발생되는 전자파를 차폐할 수 있다. 카메라 모듈은 구동시에 전자파가 발생되고, 전자파가 외부로 방출되는 경우에는 다른 전자부품에 영향을 미쳐 통신 장애나 오작동을 유발시킬 수 있다. 이를 방지하기 위해, 케이스(400)는 금속재질로 제공되어 하우징(200)의 하부에 장착되는 기판의 접지패드에 접지될 수 있으며, 이에 따라 전자파를 차폐할 수 있다. 한편, 케이스(400)가 플라스틱 사출물로 형성되는 경우에는 케이스(400)의 내부면에 전도성 도료가 도포되거나, 전도성 필름 또는 전도성 테이프가 케이스(400)의 내부면에 부착되어, 전자파를 차폐할 수 있다. 이 때, 전도성 도료로는 전도성 에폭시가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 전도성을 가진 다양한 재료가 사용될 수 있다.
한편, 도 1에 도시되지 않았으나, 케이스(400)와 렌즈 배럴(100)의 사이에는 스토퍼가 추가적으로 배치되어 렌즈 배럴(100)의 이동 거리를 제한할 수 있다. 일 예로, 케이스(400)의 하부에 배치되는 스토퍼는, 구동 코일(320)에 전원이 인가되지 않은 경우에, 렌즈 배럴(100)과 광축 방향으로 이격되게 배치될 수 있다. 따라서, 구동 코일(320)에 전원이 인가되어 렌즈 배럴(100)이 광축 방향으로 이동될 때, 스토퍼에 의하여 렌즈 배럴(100)의 이동 거리가 제한되므로, 렌즈 배럴(100)은 스토퍼와의 간격 범위 내에서 이동될 수 있다. 스토퍼와 렌즈 배럴(100)이 서로 충돌할 경우 충격을 완화시키도록 스토퍼는 탄성력을 가진 재질로 형성될 수 있다.
액츄에이터(300)는 렌즈 배럴(100)을 광축 방향으로 구동할 수 있다. 액츄에이터(300)는 마그네트(310), 구동 코일(320), 구동 장치(330) 및 위치 산출부(340)를 포함할 수 있고, 추가적으로 기판(350)을 더 포함할 수 있다.
마그네트(310)는 렌즈 배럴(100)의 일 측면에 배치되고, 구동 코일(320)은 하우징(200)에 장착되는 기판(350)의 일면에 배치되어 마그네트(310)와 대향할 수 있다. 도 1에 도시되지 않았으나, 액츄에이터(300)는 기판(350)의 타면에 장착되는 요크를 더 포함하여, 마그네트(310)와 구동 코일(320) 간에 발생하는 자속의 누설을 방지할 수 있으며, 마그네트(310)는 렌즈 배럴(100)을 용이하게 이동하기 위하여 서로 분극되는 두 개의 자성체를 포함할 수 있다.
구동 장치(330)는 구동 코일(320)에 구동 신호를 인가하여 마그네트(310)에 구동력을 제공할 수 있다. 구동 장치(330)는 구동 코일(320)에 구동 신호를 제공하는 드라이버 IC(Driver IC: Driver Integrated Circuit)를 포함할 수 있다. 구동 장치(330)로부터의 구동 신호가 구동 코일(320)에 제공되는 경우, 구동 코일(320)에서 자속이 발생하고, 구동 코일(320)에서 발생되는 자속은 마그네트(310)의 자기장과 상호 작용하게 되어, 플레밍의 왼손 법칙에 따라 렌즈 배럴(100)을 광축 방향으로 이동시키는 구동력을 발생시킬 수 있다. 구동 장치(330)는 양방향 구동이 가능한 H 브리지(Bridge) 회로를 내부에 구비하여 보이스 코일 모터(Voice coil motor) 방식으로 구동 코일(320)에 구동 신호를 인가할 수 있다.
위치 산출부(340)는 구동 장치(330)의 구동에 의해 이동하는 렌즈 배럴(100), 구체적으로, 렌즈 배럴(100)의 일 측면에 마련되는 마그네트(310)의 위치를 검출할 수 있다. 위치 산출부(340)는 검출된 마그네트(310)의 위치를 구동 장치(330)에 피드백 신호로 제공할 수 있고, 구동 장치(330)는 위치 산출부(340)로부터 제공되는 피드백 신호를 이용하여 마그네트(310)의 위치를 세밀하게 조정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 산출부(340)는 마그네트(310)의 이동에 따라 주파수가 변동하는 발진 신호를 생성하고, 생성된 발진 신호의 주파수를 검출하여 마그네트(310)의 위치를 산출할 수 있다.
구동 장치(330)와 위치 산출부(340)는 마그네트(310)에 대향하여 기판(350)에 장착될 수 있고, 기판(350)은 하우징(200)에 고정될 수 있다. 도 1에서 구동 장치(330)와 위치 산출부(340)가 구동 코일(320)의 외측에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 구동 장치(330)와 위치 산출부(340)는 구동 코일(320)의 내측에 마련되는 중공부에 배치될 수 있다. 또한, 도 1에서 구동 장치(330)와 위치 산출부(340)가 하나의 기판(350)에 장착되는 것으로 도시되어 있으나, 구동 장치(330)와 위치 산출부(340)는 서로 다른 두 개의 기판에 분리되어 형성될 수 있고, 서로 다른 두 개의 기판은 렌즈 배럴(100)을 기준으로 반대면에 배치될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈에 채용되는 액츄에이터의 블록도이다.
구동 장치(330)는 외부로부터 입력되는 입력 신호(Sin)와 위치 산출부(340)로부터 생성되는 피드백 신호(Sf)에 따라 구동 신호(Sdr)를 생성하고, 생성된 구동 신호(Sdr)를 구동 코일(320)에 제공할 수 있다. 일 예로, 입력 신호(Sin)는 이미지 센서로부터 입력되는 영상 신호의 이미지 처리를 수행하는 이미지 프로세서로부터 제공될 수 있다. 이미지 프로세서에는 렌즈 배럴의 오토 포커스 알고리즘이 내장될 수 있다.
이미지 프로세서는 오토 포커스 수행시, 렌즈 배럴(100)의 위치를 이동시켜, 렌즈 배럴(100)과 이미지 센서 사이의 거리를 변동시키면서 이미지 센서로부터 복수의 영상 프레임을 획득한다. 이미지 프로세서는 복수의 영상 프레임 각각의 선명도를 분석하여 선명도가 최대인 프레임의 렌즈 배럴(100)의 위치를 오토 포커스를 위한 렌즈 배럴(100)의 목표 위치로 결정할 수 있다.
구동 코일(320)에 구동 장치(330)으로부터 제공되는 구동 신호(Sdr)가 인가되는 경우, 구동 코일(320)과 마그네트(310)간의 전자기적 상호작용에 의해 렌즈 배럴(100)은 광축 방향으로 이동할 수 있다. 위치 산출부(340)는 마그네트(310)와 구동 코일(320)의 전자기적 상호 작용에 의해 이동하는 마그네트(310)의 현재 위치를 검출하여 피드백 신호(Sf)를 생성하고, 피드백 신호(Sf)를 구동 장치(330)에 제공할 수 있다.
위치 산출부(340)는 적어도 하나의 센싱 코일을 구비하고, 마그네트(310)의 이동에 따라 변화하는 센싱 코일의 인덕턴스를 주파수로 변환하여 마그네트(310)의 위치를 산출할 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 산출부를 나타내는 블록도이다.
이하, 도 2 및 3 4를 참조하여, 위치 산출부(340)의 마그네트(310)의 위치 산출 동작에 대하여 설명하도록 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 산출부(340)는 발진부(341), 연산부(342), 및 위치 판단부(343)를 포함할 수 있다.
발진부(341)는 발진 회로를 구비하여 발진 신호(Sosc)를 생성할 수 있다. 발진 회로는 적어도 하나의 센싱 코일을 포함할 수 있고, 추가적으로 적어도 하나의 커패시터, 및 적어도 하나의 저항 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 발진 회로는 적어도 하나의 센싱 코일과 적어도 하나의 커패시터로 구성되는 LC 발진기를 포함할 수 있고, 이와 달리, 발진 회로는 널리 알려진 콜피츠 발진기를 포함할 수 있다. 발진 회로에서 생성되는 발진 신호(Sosc)의 주파수는 적어도 하나의 센싱 코일의 인덕턴스에 의해 결정될 수 있다.
발진 회로가 센싱 코일과 커패시터로 구성되는 LC 발진기로 구현되는 경우, 발진 신호(Sosc)의 주파수(f)는 하기의 수학식 1으로 나타낼 수 있다. 수학식 1에서 l은 센싱 코일의 인덕턴스를 나타내고, c는 커패시터의 커패시턴스를 나타낸다.
Figure 112017029845640-pat00001
마그네트(310)가 구동 장치(330)으로부터 제공되는 구동력에 의해 이동하는 경우, 발진 회로의 적어도 하나의 센싱 코일의 인덕턴스에 영향을 미치는 마그네트(310)의 자기장의 세기가 변화하므로, 센싱 코일(L)의 인덕턴스가 변경될 수 있다. 따라서, 발진부(341)에서 출력되는 발진 신호(Sosc)의 주파수는 마그네트(310)의 이동에 따라 변동될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 마그네트(310)의 위치 이동에 따른 발진부(341)의 센싱 코일의 인덕턴스의 변화율을 높이기 위하여, 마그네트(310)와 발진부(341) 사이에 투자율이 높은 자성체 및 자성 물질로 이루어진 도료를 형성할 수 있다.
연산부(342)는 발진부(341)로부터 생성되는 발진 신호(Sosc)의 주파수(f_Sosc)를 연산할 수 있다. 일 예로, 연산부(342)는 기준 클럭(CLK)을 이용하여 발진 신호(Sosc)의 주파수(f_Sosc)를 연산할 수 있다. 구체적으로, 연산부(342)는 발진 신호(Sosc)를 기준 클럭(CLK)으로 카운트하고, 카운트된 기준 클럭(CLK)의 수와 기준 클럭(CLK)의 주파수를 이용하여, 발진 신호(Sosc)의 주파수(f_Sosc)를 연산할 수 있다. 일 예로, 연산부(342)는 기준 구간 동안의 발진 신호(Sosc)를 기준 클럭(CLK)으로 카운트 할 수 있다.
위치 판단부(343)는 연산부(342)로부터 발진 신호(Sosc)의 주파수(f_Sosc)를 전달받고, 발진 신호(Sosc)의 주파수(f_Sosc)에 따라 마그네트(310)의 위치를 판단할 수 있다. 위치 판단부(343)는 메모리를 구비할 수 있고, 메모리에는 발진 신호(Sosc)의 주파수(f_Sosc)에 대응하는 마그네트(310)의 위치 정보가 저장될 수 있다. 메모리는 플래쉬 메모리(Flash Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) 및 FeRAM(Ferroelectric RAM) 중 하나를 포함하는 비휘발성 메모리로 구현될 수 있다. 위치 판단부(343)는 연산부(342)로부터 발진 신호(Sosc)의 주파수(f_Sosc)가 전달되는 경우, 메모리에 기 저장된 마그네트(310)의 위치 정보에 따라 마그네트(310)의 위치를 판단하고, 판단된 위치에 대응하는 피드백 신호(Sf)를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 액츄에이터는 홀 센서를 채용함 없이, 센싱 코일의 인덕턴스의 변화에 따라 마그네트의 위치를 정밀하게 검출할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 피드백 신호(Sf)가 구동 장치(330)로 제공되는 경우, 구동 장치(330)는 입력 신호(Sin)와 피드백 신호(Sf)를 비교하여 구동 신호(Sdr)를 다시 생성할 수 있다. 즉, 구동 장치(330)는 입력 신호(Sin)와 피드백 신호(Sf)를 비교하는 클로즈 루프(Close Loop) 타입으로 구동될 수 있다. 클로즈 루프 타입의 구동 장치(330)는 입력 신호(Sin)에 포함되는 목표 위치와 피드백 신호(Sf)에 포함되는 현재 위치의 오차를 감소시키는 방향으로 구동될 수 있다. 클로즈 루프 방식의 구동은 오픈 루프(Open Loop) 방식과 비교하여, 선형성(Linearity), 정확도(Accuracy), 및 반복성(Repeatability)이 향상되는 장점이 있다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터에 채용되는 구동 장치의 블록도이다.
구동 장치(330)는 비교부(331), 제어 이득 결정부(333), 제어부(332) 및 구동 회로부(334)를 포함할 수 있다.
비교부(331)는 입력 신호(Sin)와 피드백 신호(Sf)를 비교할 수 있다. 비교부(331)는 입력 신호(Sin)에 포함되는 렌즈 배럴(100)의 목표 위치와 피드백 신호(Sf)에 포함되는 렌즈 배럴(100)의 현재 위치를 비교하여, 오차값을 산출할 수 있다. 비교부(331)에서 산출되는 오차값에 의해 렌즈 배럴(100)의 이동 거리 및 이동 방향이 결정될 수 있다.
제어부(332)는 비교부(331)로부터 제공되는 오차값에 제어 이득을 적용하여 제어 신호를 생성할 수 있다. 일 예로, 제어부(332)는 PID(Proportional-Integral-Derivative, 비례-적분-미분) 제어기를 구비하여, PID 방식의 제어를 수행할 수 있다. 제어부(332)는 비례 제어에 따라 현재 상태에서의 오차값의 크기에 비례한 제어를 수행하고, 적분 제어에 따라 정상 상태(Steady-State)에서 오차를 감소시키는 제어를 수행하고, 미분 제어에 따라 급격한 변화를 방지하여 오버 슈트(Overshoot)를 감소시키는 제어를 수행할 수 있다.
PID 방식의 제어는 하기의 수학식 2에 따라 표현될 수 있다. KP는 비례 제어 이득을 나타내고, KI는 적분 제어 이득을 나타내고, KD는 미분 제어 이득을 나타낸다.
Figure 112017029845640-pat00002
제어부(332)는 PID 방식의 제어 수행시, 렌즈 배럴(100)의 목표 위치와 렌즈 배럴(100)의 현재 위치의 차이에 해당하는 오차값에 비례 제어 이득 KP, 적분 제어 이득 KI, 및 미분 제어 이득 KD 각각을 적용하여 제어 신호를 생성할 수 있다.
구동 회로부(334)는 제어부(332)로부터 제공되는 제어 신호에 따라 구동 신호를 생성할 수 있다. 구동 회로부(334)에서 생성되는 구동 신호에 의해 렌즈 배럴(100)은 목표 위치로 이동할 수 있다. 구동 회로부(334)는 양방향 구동이 가능한 H 브리지(Bridge) 회로를 내부에 구비하여 보이스 코일 모터(Voice coil motor) 방식으로 구동 코일(320)에 구동 신호를 인가할 수 있다. 구동 회로부(334)가 보이스 코일 모터(Voice coil motor) 방식으로 구동되는 경우, 제어부(332)로부터 제공되는 제어 신호는 H 브리지 회로를 구성하는 스위칭 소자의 게이트에 인가될 수 있다.
도 5는 제어 이득에 따른 PID 제어 방식의 그래프이다.
도 5에서 제1 그래프(Graph 1)는 목표 위치에 도달하는 이상적인 형태의 PID 제어 방식을 도시한 그래프이고, 제2 그래프(Graph 2)는 임계 레벨 미만의 제어 이득을 가지는 과제동(Over Damping)의 PID 제어 방식을 도시한 그래프이고, 제3 그래프(Graph 3)는 임계 레벨 이상의 제어 이득을 가지는 부족 제동(Under Damping)의 PID 제어 방식을 도시한 그래프이다.
제2 그래프(Graph 2)를 참조하면, 제어 이득을 임계 레벨 미만으로 설정하는 경우, 오버 슈트(Over shoot)를 제거할 수 있으나, 현재 위치가 목표 위치 10%에서 90%가 될 때까지 소요되는 시간에 해당하는 상승 시간(Rise time)이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 제3 그래프(Graph 3)를 참조하면, 제어 이득을 임계 레벨 이상으로 설정하는 경우, 상승 시간(Rise time)은 감소시킬 수 있으나, 오버 슈트(Over shoot)가 발생하는 문제점이 있다. 오버 슈트(Over shoot)가 발생하는 경우, 세틀링 시간(Settling Time)이 길어지게 되고, 카메라 모듈에서 발진이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 구동 장치는 오차값에 따라 제어 이득을 결정하는 제어 이득 결정부(333)를 채용하여, 상술한 문제점을 해결할 수 있다. 이하, 제어 이득 결정부(333)의 제어 이득 결정 방식에 대하여 상술하도록 한다.
제어 이득 결정부(333)는 비교부(331)로부터 제공되는 오차값으로부터 제어 이득을 결정할 수 있고, 제어 이득 결정부(333)는 결정된 제어 이득을 제어부(332)로 제공할 수 있다. 제어부(332)는 비교부(331)로부터 제공되는 오차값 및 제어 이득 결정부(333)에서 결정되는 제어 이득에 따라 제어 신호를 생성할 수 있다.
제어 이득 결정부(333)는 오차값으로부터 결정되는 이동 거리에 따라 제어 이득을 결정할 수 있다. 일 예로, 제어 이득 결정부(333)는 제어부(332)가 PID 방식의 제어를 수행하는 경우, 비례 제어 이득 KP, 적분 제어 이득 KI, 및 미분 제어 이득 KD 각각을 결정할 수 있다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 거리와 제어 이득의 관계를 나타낸 그래프이다.
제어 이득 결정부(333)는 오차값으로부터 결정되는 이동 거리에 따라 제어 이득을 결정할 수 있다.
제어 이득 결정부(333)는 이동 거리가 감소하는 경우, 제어 이득을 증가시킬 수 있다. 도 5의 제2 그래프(Graph 2)와 과제동 현상은 카메라 모듈의 초기 구동시의 마찰력에 의해 나타나는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 이득 결정부(333)는 이동 거리가 감소하는 경우, 제어 이득을 증가시켜 초기 구동시의 마찰력을 극복할 수 있다. 이로써, 이동 거리가 작은 경우의 과제동 현상을 제거할 수 있다.
또한, 제어 이득 결정부(333)는 이동 거리가 증가하는 경우, 제어 이득을 감소시킬 수 있다. 도 5의 제3 그래프(Graph 3)와 같은 부족 제동 현상은 카메라 모듈의 구동시 발생하는 가속에 의해 나타나는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 이득 결정부(333)는 이동 거리가 증가하는 경우, 제어 이득을 감소시켜 카메라 모듈의 구동시 발생하는 가속을 억제할 수 있다. 이로써, 이동 거리가 큰 경우의 부족 제동 현상을 제거할 수 있다.
즉, 제어 이득 결정부(333)에서 결정되는 제어 이득은 이동 거리와 대략 반비례 관계일 수 있다. 상술한 대략 반비례 관계는 도 6에 도시된 이동 거리에 대한 제어 이득의 기울기가 지수 함수적으로 오목 형태로 감소하는 것뿐만 아니라, 직선 형태 및 볼록한 형태로 감소하는 것을 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, 이동 거리 A에서부터 이동 거리 D로 이동 거리가 증가하는 경우, 이동 거리 A 내지 D에 대응되는 제어 이득 A 내지 D(Gain A - D)는 감소함을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어 이득 결정부(333)는 이동 거리가 감소하는 경우 제어 이득을 증가시키고, 이동 거리가 증가하는 경우 제어 이득을 감소시켜, 상승 시간(Rise time)을 감소시키면서 오버 슈트(Over shoot)를 제거할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 렌즈 배럴
200: 하우징
250: 홀더
300: 액츄에이터
310: 마그네트
320: 구동 코일
330: 구동 장치
331: 비교부
332: 제어부
333: 제어 이득 결정부
334: 구동 회로부
340: 위치 산출부
341: 발진부
342: 연산부
343: 위치 판단부
350: 기판
400: 케이스

Claims (18)

  1. 마그네트;
    상기 마그네트와 대향 배치되는 구동 코일;
    상기 구동 코일에 구동 신호를 인가하여 상기 마그네트를 이동시키는 구동 회로를 포함하는 구동 장치; 및
    상기 마그네트의 현재 위치를 산출하여 피드백 신호를 생성하는 위치 산출부; 를 포함하고,
    상기 구동 장치는, 외부로부터 입력되는 입력 신호와 상기 피드백 신호를 비교하여 오차값을 산출하고, 상기 오차값에 따라 구동 회로에 제공되는 제어 신호의 제어 이득을 결정하고,
    상기 구동 장치는, 상기 오차값이 증가하는 경우, 상기 제어 이득을 감소시키고, 상기 오차값이 감소하는 경우, 상기 제어 이득을 증가시키는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오차값과 상기 제어 이득은 반비례 관계인 카메라 모듈의 액츄에이터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 오차값이 증가하는 경우 상기 제어 이득은 지수 함수적으로 감소하는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 구동 장치는,
    상기 제어 신호를 생성하는 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어기를 포함하는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 구동 장치는,
    상기 PID 제어기의 비례 제어 이득, 적분 제어 이득, 및 미분 제어 이득 각각을 결정하는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 구동 장치는,
    상기 입력 신호와 상기 피드백 신호의 차이에 해당하는 오차값을 감소시키는 클로즈 루프 방식으로 구동되는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 입력 신호는 상기 마그네트의 목표 위치를 포함하는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 입력 신호는 오토 포커스 알고리즘이 내장되는 이미지 프로세서로부터 제공되는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  9. 제1항에 있어서, 상기 구동 장치는,
    상기 구동 코일에 보이스 코일 모터 방식으로 상기 구동 신호를 제공하는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  10. 제1항에 있어서, 상기 위치 산출부는,
    상기 마그네트의 이동에 따라 주파수가 변동하는 발진 신호를 생성하고, 상기 발진 신호의 주파수에 따라 상기 마그네트의 현재 위치를 산출하는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  11. 제10항에 있어서, 상기 위치 산출부는,
    상기 발진 신호의 주파수를 결정하는 센싱 코일; 을 포함하는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  12. 제11항에 있어서, 상기 위치 산출부는,
    상기 센싱 코일과 발진 회로를 형성하는 적어도 하나의 커패시터; 를 더 포함하는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  13. 마그네트의 현재 위치와 목표 위치를 비교하여 오차값을 산출하는 비교부;
    상기 오차값에 따라 제어 신호를 생성하는 제어부;
    상기 오차값에 따라 상기 제어 신호의 제어 이득을 결정하는 제어 이득 결정부; 및
    상기 제어 신호로부터 구동 코일에 구동 신호를 제공하는 구동 회로부; 를 포함하고,
    상기 제어 이득 결정부는 상기 오차값이 증가하는 경우, 상기 제어 이득을 감소시키고, 상기 오차값이 감소하는 경우, 상기 제어 이득을 증가시키는 카메라 모듈의 구동 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 오차값과 상기 제어 이득은 반비례 관계인 카메라 모듈의 구동 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 오차값이 증가하는 경우 상기 제어 이득은 지수 함수적으로 감소하는 카메라 모듈의 구동 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어기를 포함하고,
    상기 제어 이득 결정부는 상기 PID 제어기의 비례 제어 이득, 적분 제어 이득, 및 미분 제어 이득 각각을 결정하는 카메라 모듈의 구동 장치.
  17. 제5항에 있어서,
    상기 구동 장치는, 상기 오차값이 증가하는 경우, 상기 비례 제어 이득, 상기 적분 제어 이득, 및 상기 미분 제어 이득을 감소시키고, 상기 오차값이 감소하는 경우, 상기 비례 제어 이득, 상기 적분 제어 이득, 및 상기 미분 제어 이득을 증가시키는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제어 이득 결정부는, 상기 오차값이 증가하는 경우, 상기 비례 제어 이득, 상기 적분 제어 이득, 및 상기 미분 제어 이득을 감소시키고, 상기 오차값이 감소하는 경우, 상기 비례 제어 이득, 상기 적분 제어 이득, 및 상기 미분 제어 이득을 증가시키는 카메라 모듈의 구동 장치.
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