KR102117462B1 - Actuator and position control apparatus of voice coil moto with temperature compensation function - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 예에 따른 VCM 방식의 액추에이터는, 렌즈 캐리어의 일 측면에 마련되는 자성체와 대향하여 이격 배치되는 코일; 입력되는 중첩전압에 기초하여 상기 코일에 구동 전류 및 위치 검출용 전류를 포함하는 중첩 전류를 인가하는 구동 회로; 및 상기 코일의 양단에서 획득된 특정 주파수 성분을 포함하는 교류 전압 신호를 디모듈레이션 기법으로 변환하여 상기 코일의 인덕턴스 성분을 갖는 저주파 신호를 추출하고, 상기 저주파 신호에 기초하여 위치 신호를 검출하는 임피던스/디지털 변환회로; 를 포함할 수 있다.An actuator of the VCM method according to an embodiment of the present invention, the coil is spaced apart from the magnetic body provided on one side of the lens carrier; A driving circuit for applying an overlapping current including a driving current and a position detecting current to the coil based on the input overlapping voltage; And a low-frequency signal having an inductance component of the coil by converting an AC voltage signal including a specific frequency component obtained at both ends of the coil to a demodulation technique, and detecting a position signal based on the low-frequency signal/ Digital conversion circuit; It may include.
Description
본 발명은 온도보상 기능을 갖는 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor) 방식의 액추에이터 및 위치 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a voice coil motor type actuator and a position control device having a temperature compensation function.
최근 휴대폰용 카메라 모듈의 경우 보다 슬림하면서 고성능의 이미지가 요구되고 있다. 이러한 요구를 만족하기 위해서 카메라의 개구율이 높은 렌즈의 장착, 자동 초점(Autofocus) 및 OIS (Optical Image Stabilizer) 등의 기능이 필요하다. 그런데, 자동 초점 또는 OIS를 수행하기 위해서는 현재 위치 값을 정확하게 검출하는 것이 필요하다.Recently, a camera module for a mobile phone requires a slimmer and higher-performance image. In order to satisfy these needs, it is necessary to install a lens with a high aperture ratio of the camera, functions such as autofocus and optical image stabilizer (OIS). However, in order to perform autofocus or OIS, it is necessary to accurately detect the current position value.
기존 기술로는, 홀(Hall) 센서와 위치 센싱용 마그네트(Magnet)를 이용해서 위치 검출 및 위치 제어를 수행하는 방법이 이용될 수 있다.As a conventional technique, a method of performing position detection and position control using a Hall sensor and a magnet for position sensing may be used.
기존 홀(Hall) 센서를 사용하는 경우, 별도의 마그네트(magnet)가 필요할 수 있고, 이 경우 홀(Hall) 센서의 위치에 대한 기준값이 온도나 기타 외부 사항에 따라 변화될 수 있어서, 이를 보정하기 위해, 로우패스필터(Low Pass filter), 자동 이득 제어 증폭기(Auto Gain Control AMP), 차동-싱글 증폭기(Differential to single Amplifier) 또는 아날로그/디지탈 컨버터(Analog to Digital Converter) 등의 추가 회로가 필요하게 되는 단점이 있다.When using the existing Hall sensor, a separate magnet may be required, and in this case, the reference value for the position of the Hall sensor may be changed depending on temperature or other external factors, to correct it For this, additional circuits such as a low pass filter, an auto gain control amplifier, a differential to single amplifier or an analog/digital converter are required. There are disadvantages.
또한, 외부 홀(Hall) 센서를 사용하는 경우, 홀 센서 구동을 위해 바이어스(Bias) 전류(예, 수mA)가 소모될 수 있고, 또한 각종 증폭기(AMP) 등에 의한 전류가 추가로 소모될 수 있는 단점이 있다.In addition, when an external Hall sensor is used, bias current (eg, several mA) may be consumed to drive the Hall sensor, and current by various amplifiers AMP may be additionally consumed. There are disadvantages.
이와 같이 카메라 모듈의 기구적인 설계 제약, 추가적인 소모 전류, 그리고 재료비 상승 등의 문제점을 해결하기 위해서는, 홀(Hall) 센서 등과 같은 별도의 센서를 채용하지 않고, 위치 검출 및 위치 제어를 할 수 있는 방법이 필요하다.In order to solve the problems such as mechanical design constraints of the camera module, additional current consumption, and material cost increase, a method capable of position detection and position control without employing a separate sensor such as a Hall sensor This is necessary.
(선행기술문헌)(Advanced technical literature)
(특허문헌) KR 2014-0088308 A(Patent Document) KR 2014-0088308 A
본 발명의 일 실시 예는, I/Q 디모듈레이션 기법을 이용하여 온도 변화에 민감한 코일의 기생 저항 성분을 신호처리 과정에서 배제시킴으로써, 보다 정확한 VCM 카메라의 렌즈 위치를 보다 정확하게 검출할 수 있는 VCM 방식의 액추에이터 및 위치 제어 장치를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, by using the I/Q demodulation technique to exclude parasitic resistance components of a coil sensitive to temperature change from signal processing, a VCM method capable of more accurately detecting the lens position of a more accurate VCM camera Provides actuators and position control devices.
본 발명의 일 실시 예에 의해, 렌즈 캐리어의 일 측면에 마련되는 자성체와 대향하여 이격 배치되는 코일; 입력되는 중첩전압에 기초하여 상기 코일에 구동 전류 및 위치 검출용 전류를 포함하는 중첩 전류를 인가하는 구동 회로; 및 상기 코일의 양단에서 획득된 특정 주파수 성분을 포함하는 교류 전압 신호를 디모듈레이션 기법으로 변환하여 상기 코일의 인덕턴스 성분을 갖는 저주파 신호를 추출하고, 상기 저주파 신호에 기초하여 위치 신호를 검출하는 임피던스/디지털 변환회로; 를 포함하는 VCM 방식의 액추에이터가 제안된다.According to an embodiment of the present invention, the coil is spaced apart from the magnetic body provided on one side of the lens carrier; A driving circuit for applying an overlapping current including a driving current and a position detecting current to the coil based on the input overlapping voltage; And a low-frequency signal having an inductance component of the coil by converting an AC voltage signal including a specific frequency component obtained at both ends of the coil to a demodulation technique, and detecting a position signal based on the low-frequency signal/ Digital conversion circuit; An actuator of the VCM method including a is proposed.
상기 임피던스/디지털 변환회로는, 상기 디모듈레이션 기법으로 변환된 상기 코일의 저항 성분을 갖는 고주파 신호를 제거하여, 상기 저항 성분에 의한 온도 변동을 보상하도록 이루어질 수 있다.The impedance/digital conversion circuit may be configured to compensate for temperature fluctuations caused by the resistance component by removing a high frequency signal having a resistance component of the coil converted by the demodulation technique.
상기 임피던스/디지털 변환회로는, 상기 코일의 양단에서 상기 교류 전압 신호를 추출하는 제1 필터; 상기 제1 필터에서 추출된 교류 전압 신호를 디모듈레이션 하여 상기 코일의 저항 성분을 갖는 고주파 신호와 상기 코일의 인덕턴스 성분을 갖는 저주파 신호를 포함하는 디모듈레이션 신호를 제공하는 디모듈레이터; 상기 디모듈레이션 신호에 포함된 상기 고주파 신호를 차단하고, 상기 저주파 신호를 추출하는 제2 필터; 상기 제2 필터에서 추출된 상기 저주파 신호를 그 크기에 기초하여 주파수 신호로 변환하는 전압제어발진기; 및 상기 주파수 신호의 주파수 성분을 추출하여 그 주파수 성분에 기초하여 위치 정보를 포함하는 상기 위치 신호를 검출하는 디지털 필터; 를 포함할 수 있다.The impedance/digital conversion circuit includes: a first filter for extracting the AC voltage signal from both ends of the coil; A demodulator that demodulates the AC voltage signal extracted from the first filter to provide a demodulation signal including a high frequency signal having a resistance component of the coil and a low frequency signal having an inductance component of the coil; A second filter for blocking the high frequency signal included in the demodulation signal and extracting the low frequency signal; A voltage control oscillator for converting the low frequency signal extracted from the second filter into a frequency signal based on its magnitude; And a digital filter for extracting a frequency component of the frequency signal and detecting the location signal including location information based on the frequency component. It may include.
상기 디모듈레이터는, 상기 교류 전압 신호의 특정 주파수 성분과 동일한 주파수를 포함하고, 상기 교류 전압 신호와 90도 위상차를 갖는 국부 발진 신호를 생성하는 국부발진기; 및 상기 교류 전압 신호와 상기 국부 발진 신호를 믹싱하여, 상기 디모듈레이션 신호를 제공하는 믹서; 를 포함할 수 있다.The demodulator includes a local oscillator including a frequency equal to a specific frequency component of the AC voltage signal and generating a local oscillation signal having a phase difference of 90 degrees from the AC voltage signal; And a mixer that mixes the AC voltage signal and the local oscillation signal to provide the demodulation signal. It may include.
상기 국부발진기는, 상기 교류 전압 신호가 'k*|ZL|*cos (ω*t+θ)'인 경우, 상기 국부 발진 신호로 상기 교류 전압 신호와 90도 위상차를 갖는 사인파 신호 'sin(ω*t)'를 생성하도록 이루어질 수 있다.The local oscillator, when the AC voltage signal is'k*|ZL|*cos (ω*t+θ)', the local oscillation signal is a sine wave signal'sin(ω) having a 90 degree phase difference from the AC voltage signal. *t)'.
상기 국부발진기는, 상기 교류 전압 신호가 'k*|ZL|*cos (ω*t+θ)'인 경우, 상기 국부 발진 신호로 상기 교류 전압 신호와 180도 위상차를 갖는 코사인파 신호 'cos(ω*t)'를 생성하도록 이루어질 수 있다.The local oscillator, when the AC voltage signal is'k*|ZL|*cos (ω*t+θ)', is the cosine wave signal'cos(180) having a phase difference of 180 degrees from the AC voltage signal as the local oscillation signal. ω*t)'.
또한, 본 발명의 다른 일 실시 예는, 렌즈 캐리어의 일 측면에 마련되는 자성체와 대향하여 이격 배치되는 코일에, 입력되는 중첩전압에 기초하여 구동 전류 및 위치 검출용 전류를 포함하는 중첩 전류를 인가하는 구동 회로; 상기 코일의 양단에서 획득된 특정 주파수 성분을 포함하는 교류 전압 신호를 디모듈레이션 기법으로 변환하여 생성되는 상기 코일의 저항 성분을 갖는 고주파 신호를 차단하고, 상기 코일의 인덕턴스 성분을 갖는 저주파 신호를 추출하며, 상기 코일의 기생 저항에 의한 온도 변동을 보상하고, 상기 추출된 저주파 신호에 기초하여 위치 신호를 검출하는 임피던스/디지털 변환회로; 및 상기 임피던스/디지털 변환회로로부터의 위치 정보를 포함하는 위치 신호 및 목표 위치로의 제어를 위한 제어신호에 기초하여 상기 구동 회로를 제어하는 제어 회로; 를 포함하는 VCM 방식의 위치 제어 장치가 제안된다.In addition, according to another embodiment of the present invention, a superimposed current including a driving current and a current for position detection is applied to a coil that is spaced apart from a magnetic material provided on one side of a lens carrier, based on an input superimposed voltage. Driving circuit; The AC voltage signal including a specific frequency component obtained at both ends of the coil is converted to a demodulation technique to block a high frequency signal having a resistance component of the coil, extract a low frequency signal having an inductance component of the coil, , An impedance/digital conversion circuit that compensates for temperature fluctuations caused by parasitic resistance of the coil and detects a position signal based on the extracted low frequency signal; And a control circuit for controlling the driving circuit based on a position signal including position information from the impedance/digital conversion circuit and a control signal for control to a target position. A VCM type position control device is proposed.
상기 제어 회로는, 상기 위치 신호 및 제어신호에 기초하여 구동용 구동전압 및 위치확인용 전압을 포함하는 상기 중첩전압을 상기 구동 회로에 제공하도록 이루어질 수 있다.The control circuit may be configured to provide the driving circuit with the superimposed voltage including a driving voltage for driving and a voltage for positioning based on the position signal and the control signal.
상기 임피던스/디지털 변환회로는, 상기 코일의 양단에서 상기 교류 전압 신호를 추출하는 제1 필터; 상기 제1 필터에서 추출된 교류 전압 신호를 디모듈레이션 하여 상기 코일의 저항 성분을 갖는 고주파 신호와 상기 코일의 인덕턴스 성분을 갖는 저주파 신호를 포함하는 디모듈레이션 신호를 제공하는 디모듈레이터; 상기 디모듈레이션 신호에 포함된 상기 고주파 신호를 차단하고, 상기 저주파 신호를 추출하는 제2 필터; 상기 제2 필터에서 추출된 상기 저주파 신호를 그 크기에 기초하여 주파수 신호로 변환하는 전압제어발진기; 및 상기 주파수 신호의 주파수 성분을 추출하여 그 주파수 성분에 기초하여 위치 정보를 포함하는 상기 위치 신호를 검출하는 디지털 필터; 를 포함할 수 있다.The impedance/digital conversion circuit includes: a first filter for extracting the AC voltage signal from both ends of the coil; A demodulator that demodulates the AC voltage signal extracted from the first filter to provide a demodulation signal including a high frequency signal having a resistance component of the coil and a low frequency signal having an inductance component of the coil; A second filter for blocking the high frequency signal included in the demodulation signal and extracting the low frequency signal; A voltage control oscillator for converting the low frequency signal extracted from the second filter into a frequency signal based on its magnitude; And a digital filter for extracting a frequency component of the frequency signal and detecting the location signal including location information based on the frequency component. It may include.
상기 디모듈레이터는, 상기 교류 전압 신호의 특정 주파수 성분과 동일한 주파수를 포함하고, 상기 교류 전압 신호와 90도 위상차를 갖는 국부 발진 신호를 생성하는 국부발진기; 및 상기 교류 전압 신호와 상기 국부 발진 신호를 믹싱하여, 상기 디모듈레이션 신호를 제공하는 믹서; 를 포함할 수 있다.The demodulator includes a local oscillator including a frequency equal to a specific frequency component of the AC voltage signal and generating a local oscillation signal having a phase difference of 90 degrees from the AC voltage signal; And a mixer that mixes the AC voltage signal and the local oscillation signal to provide the demodulation signal. It may include.
상기 국부발진기는, 상기 교류 전압 신호가 'k*|ZL|*cos (ω*t+θ)'인 경우, 상기 국부 발진 신호로 상기 교류 전압 신호와 90도 위상차를 갖는 사인파 신호 'sin(ω*t)'를 생성하도록 이루어질 수 있다.The local oscillator, when the AC voltage signal is'k*|ZL|*cos (ω*t+θ)', the local oscillation signal is a sine wave signal'sin(ω) having a 90 degree phase difference from the AC voltage signal. *t)'.
상기 국부발진기는, 상기 교류 전압 신호가 'k*|ZL|*cos (ω*t+θ)'인 경우, 상기 국부 발진 신호로 상기 교류 전압) 신호와 180도 위상차를 갖는 코사인파 신호 'cos(ω*t)'를 생성하도록 이루어질 수 있다.The local oscillator, when the AC voltage signal is'k*|ZL|*cos (ω*t+θ)', the cosine wave signal'cos having a 180 degree phase difference from the AC voltage) signal as the local oscillation signal (ω*t)'.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 구동용 코일 이외 별도의 기구물이나 회로가 없는 상태에서, Hall 센서와 같은 별도의 센서가 불필요하므로, 코스트 다운(Cost Down), 모듈 사이즈 축소(Module Size Reduction), 불량 감소, 공정 감소 등의 효과가 나타나게 된다.According to an embodiment of the present invention, in the absence of a separate mechanism or circuit other than a driving coil, a separate sensor such as a Hall sensor is unnecessary, so that cost down, module size reduction, Effects such as reduction of defects and reduction of processes appear.
또한, 기존에 IC에서 온도센서를 사용하여 온도를 측정하는 경우에는 IC의 온도로 코일의 온도를 간접적으로 측정하였지만, 본 발명의 일 실시 예를 적용할 시 코일을 온도센서로 사용하고, 코일에서의 온도 영향에 대한 보상을 통해서, 보다 정확한 위치 검출이 가능하다는 장점이 있다.In addition, when the temperature is measured using a temperature sensor in the conventional IC, the coil temperature is indirectly measured as the temperature of the IC, but when applying an embodiment of the present invention, the coil is used as a temperature sensor, and the coil Through the compensation for the effect of the temperature, it has the advantage that more accurate position detection is possible.
게다가, 추가적인 센서가 필요 없으므로 기존의 AF 제어 시스템을 수정하지 않고 그대로 사용할 수 있다는 장점도 있다.In addition, there is an advantage that an existing AF control system can be used without modification since no additional sensor is required.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor: VCM)방식의 카메라 모듈의 일부 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor: VCM)방식의 액추에이터 및 위치 제어 회로의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 임피던스/디지털 변환회로의 일 예시도이다.
도 4는 도 3의 디모듈레이터의 일 예시도이다.
도 5는 도 3의 디모듈레이터의 다른 일 예시도이다.
도 6은 도 3의 디모듈레이터의 또 다른 일 예시도이다.1 is a partially exploded perspective view of a voice coil motor (VCM) type camera module according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary view of a voice coil motor (VCM) type actuator and a position control circuit according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary diagram of an impedance/digital conversion circuit according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary view of the demodulator of FIG. 3.
5 is another exemplary view of the demodulator of FIG. 3.
6 is another exemplary view of the demodulator of FIG. 3.
이하에서는, 본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.In the following, it should be understood that the present invention is not limited to the described embodiments, and can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention.
또한, 본 발명의 각 실시 예에 있어서, 하나의 예로써 설명되는 구조, 형상 및 수치는 본 발명의 기술적 사항의 이해를 돕기 위한 예에 불과하므로, 이에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명의 실시 예들은 서로 조합되어 여러 가지 새로운 실시 예가 이루어질 수 있다.In addition, in each embodiment of the present invention, the structures, shapes, and numerical values described as one example are only examples to help understanding the technical matters of the present invention, and are not limited thereto, but the spirit and scope of the present invention are not limited thereto. It should be understood that various changes can be made without departing. Embodiments of the present invention can be combined with each other to form a number of new embodiments.
그리고, 본 발명에 참조된 도면에서 본 발명의 전반적인 내용에 비추어 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.In addition, in the drawings referred to the present invention, in view of the overall contents of the present invention, components having substantially the same configuration and function will use the same reference numerals.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위해서, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to enable those skilled in the art to easily implement the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor: VCM)방식의 카메라 모듈의 일부 분해 사시도이다. 1 is a partially exploded perspective view of a voice coil motor (VCM) type camera module according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(100)은, 상부 케이스(110), 하우징(120), 렌즈 캐리어(130), 기판(140), 코일(150) 및 자성체(160)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 카메라 모듈(100)은 볼 베어링(135)을 더 포함할 수 있다.1, the
도 1에는 볼 베어링을 채용한 볼 베어링 타입의 카메라 모듈이 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 일 예로 스프링 타입의 카메라 모듈에도 적용될 수 있다.Although a ball bearing type camera module employing a ball bearing is shown in FIG. 1, the present invention is not limited thereto, and may be applied to a spring type camera module as an example.
렌즈 캐리어(130)는 피사체를 촬상하는 적어도 하나의 렌즈가 내부에 수용될 수 있도록 중공의 형상일 수 있으며, 상기 렌즈 캐리어(130)의 내부에 렌즈가 광축을 따라 구비될 수 있다. 여기서, 광축 방향은 도 1에 도시된 렌즈 캐리어(130)를 기준으로 Z축 방향을 의미한다.The
렌즈 캐리어(130)는 하우징(120)의 내부에 배치되고 하우징(120)과 결합되어, 오토 포커싱을 위하여 광축 방향으로 이동할 수 있고, OIS (Optical Image Stabilizer)를 위하여 광축에 수직인 방향(도 1의 X축 방향 또는 Y축 방향)으로 이동할 수 있다.The
하우징(120)은 내부 공간을 포함하고, 렌즈 캐리어(130)가 광축 방향 또는 광축에 수직인 방향으로 이동 가능하도록 상기 하우징(120)의 내부 공간에 렌즈 캐리어(130)를 수용할 수 있다.The
렌즈 캐리어(130)가 하우징(120) 내에서 광축 방향으로 이동할 때, 렌즈 캐리어(130)의 이동을 안내하는 가이드 수단으로서, 렌즈 캐리어(130)에는 광축 방향을 따라 적어도 하나의 볼 베어링(135)이 구비될 수 있다.When the
적어도 하나의 볼 베어링(135)은 렌즈 캐리어(130)와 하우징(120) 사이에, 렌즈 캐리어(130)의 일면과 하우징(120)의 일면이 접촉되도록 배치되어, 구름 운동을 통해 렌즈 캐리어(130)를 지지하면서 광축 방향으로 상기 렌즈 캐리어(130)의 이동을 안내할 수 있다.The at least one ball bearing 135 is disposed between the
상부 케이스(110)는 하우징(120)과 결합하여 카메라 모듈의 외관을 형성할 수 있다. 상부 케이스(110)는 하우징(120)의 외부면 일부를 감싸도록 하우징(120)과 결합할 수 있다. 상부 케이스(110)는 금속재질을 포함하거나 금속재질로 구성되어 하우징(120)의 하부에 장착되는 기판의 접지패드에 접지될 수 있으며, 이에 따라, 카메라 모듈의 구동 중에 발생되는 전자파를 차폐할 수 있다.The
자성체(160)는 렌즈 캐리어(130)의 일 측면에 배치될 수 있고, 코일(150)은 하우징(120)에 장착되는 기판(140)의 일면에 배치되어 자성체(160)와 대향하여 이격 배치될 수 있다. 일 예로, 자성체(160)는 마그네트 성질을 띠는 자성 물질을 포함하는 마그네트가 될 수 있고, 또는 도체가 될 수 있다.The
본 서류의 각 도면에서는, 동일한 부호 및 동일한 기능의 구성요소에 대해서는 가능한 불필요한 중복 설명은 생략될 수 있고, 각 도면에서는 가능한 차이점에 대한 사항을 설명한다.In each drawing of this document, unnecessary overlapping descriptions of elements having the same reference numerals and identical functions may be omitted, and details of possible differences are described in each drawing.
또한, 본 발명은 VCM을 사용하는 OIS (Optical Image Stabilizer)나 Zoom 드라이버 IC에 적용될 수 있다.Further, the present invention can be applied to an OIS (Optical Image Stabilizer) or Zoom driver IC using VCM.
본 발명의 기본 원리를 설명하면 다음과 같다. 예를 들어, 자석 (혹은 유전체)등의 자성체(160)와 교류(AC)가 흐르는 코일(150) 사이에 일정 이상의 갭(gap)을 유지한 상태에서 오버랩(overlap)되는 면적이 변경 되면, 코일(150)의 인덕턴스 자체가 변화 한다. 이때 변화 하는 코일의 임피던스(하기 수학식1 참조)의 크기(하기 수학식 2 참조)와 각도를 센싱하여 현재 렌즈의 위치를 추적할 수 있다.The basic principle of the present invention is as follows. For example, when an overlapping area is changed while maintaining a gap greater than or equal to a certain distance between a
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor: VCM)방식의 액추에이터 및 위치 제어 회로의 예시도이다.2 is an exemplary view of a voice coil motor (VCM) type actuator and a position control circuit according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 VCM방식의 액추에이터는, 코일(150), 구동 회로(200) 및 임피던스/디지털 변환회로(300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the actuator of the VCM method according to an embodiment of the present invention may include a
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 VCM방식의 위치 제어 회로는, 구동 회로(200), 임피던스/디지털 변환회로(300) 및 제어 회로(400)를 포함할 수 있다.In addition, the position control circuit of the VCM method according to an embodiment of the present invention, may include a
코일(150)은, 상기 렌즈 캐리어(130)의 일 측면에 마련되는 자성체(160)와 대향하여 이격 배치될 수 있다. 일 예로, 코일(150)은 하우징(120, 도 1)에 장착되는 기판(140, 도 1)의 일면에 형성되어 자성체(160)와 대향하여 배치될 수 있고, 자성체(160)에 전자기력에 의한 구동력을 제공할 수 있도록 자성체(160)와 이격되어 있다. 이에 따라, 상기 코일(150)은 상기 자성체(160)에 구동력을 전달할 수 있고, 상기 자성체(160)의 위치 정보에 대응되는 인덕턴스 정보를 포함하는 위치 검출용 전압(Vac)을 임피던스/디지털 변환회로(300)에 제공할 수 있다. The
상기 자성체(160)는 렌즈 캐리어(130)의 일 측면에 배치될 수 있고, 상기 코일(150)에 의한 구동력에 따라 이동될 수 있다.The
구동 회로(200)는, 상기 제어 회로(400)로부터 입력되는 중첩전압(VDRV)에 기초하여 상기 코일(150)에 구동 전류(Idrv) 및 위치 검출용 전류(idet)를 포함하는 중첩 전류(IDRV)를 인가할 수 있다.The driving
예를 들어, 구동 회로(200)는 상기 코일(150)에 위치 검출용 전류(idet)를 제공할 수 있다. 상기 위치 검출용 전류(idet)는 특정 주파수 성분(Fmod)을 포함할 수 있다. 상기 특정 주파수 성분(Fmod)은 렌즈 캐리어(130)의 구동에 영향을 주지 않고, 코일(150)의 임피던스의 변화량을 측정할 수 있는 주파수로서, 일 예로, 가청 주파수보다 높은 주파수가 될 수 있다.For example, the driving
일 예로, 구동 회로(200)는 구동 전류(Idrv)와 독립적으로 위치 검출용 전류(idet)를 상기 코일(150)에 제공할 수 있다. 다른 일 예로, 보다 정확하고 신속한 폐루프 위치 제어를 위해서는, 구동 회로(200)는 상기 위치 검출용 전류(idet)와 구동 전류(Idrv)가 중첩된 중첩 전류(IDRV)를 상기 코일(150)에 제공할 수 있다.For example, the driving
일 예로, 상기 위치 검출용 전류(idet)는 적어도 하나의 특정 주파수 성분(Fmod)을 포함하는 교류 전류로서, 예를 들어, 정현파(sinusoidal wave) 전류, 삼각파(triangle wave) 전류, 톱니파(sawtooth wave) 전류 또는 구형파(square wave) 전류 등이 될 수 있다. For example, the position detecting current (idet) is an alternating current including at least one specific frequency component (Fmod), for example, sinusoidal (sinusoidal wave) current, triangular wave (triangle wave) current, sawtooth wave (sawtooth wave) ) Current or square wave current.
본 발명 각 실시 예에서, 위치 검출용 전류(idet)는 상기 예시한 전류에 한정되지 않고, 특정 주파수 성분을 포함하는 교류 전류이면 모두 포함할 수 있다. In each embodiment of the present invention, the current for detecting the position (idet) is not limited to the current exemplified above, but may include any AC current including a specific frequency component.
예를 들어, 구동 회로(200)가 코일(150)에 구동 전류(Idrv)를 인가하면, 상기 코일(150)에 전류가 흐르면서 전자기력이 발생되고, 이 전자기력에 의해 자성체(160)에 구동력이 제공될 수 있다. 일 예로, 구동 회로(200)가 구동 전류(Idrv)를 코일(150)에 인가하면 코일(150)에서 자기장이 발생하고, 코일(150)에서 발생되는 자기장은 자성체(160)의 자기장과 상호 작용하여, 플레밍의 왼손 법칙에 따라 렌즈 캐리어(130)를 광축 방향 또는 광축에 수직 방향으로 이동시키는 구동력을 발생시킬 수 있다. 상기 구동력에 의해 렌즈 캐리어(130)는 광축 방향 또는 광축에 수직한 방향으로 이동할 수 있다.For example, when the driving
예를 들어, 상기 구동 회로(200)는, 브리지 회로(SH1,SL1)와 브리지 구동 회로(OP1,Rsen,G)를 포함할 수 있다.For example, the driving
일 예로, 상기 브리지 회로(SH1,SL1)는, 상기 코일(150)의 양단중 일단에는 접속된 하이측 트랜지스터(SH1)와, 상기 코일(150)의 양단중 타단에 접속된 로우측 트랜지스터(SL1)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 브리지(Bridge) 회로는 코일(150)에 구동 전류를 공급할 수 있는 회로로서, 하프 브리지 또는 풀 브리지 회로가 적용될 수 있으며, 본 서류에서 예시한 회로에 한정되지 않는다.For example, the bridge circuits SH1 and SL1 include a high-side transistor SH1 connected to one end of both ends of the
상기 브리지 구동 회로(OP1,Rsen,G)는, 중첩 전압(VDRV)에 응답하여 DC의 구동 전류(Idrv)와 AC의 위치 검출용 전류(idet)가 중첩된 중첩 전류(IDRV)를 상기 코일(150)에 공급할 수 있다.The bridge driving circuits OP1, Rsen, and G coils the overlapping current IDRV in which the DC driving current Idrv and the AC position detecting current IDTV overlapping in response to the overlapping voltage VDRV. 150).
예를 들어, 상기 브리지 구동 회로(OP1,Rsen,G)는, 상기 로우측 트랜지스터(SL1)를 통해 상기 중첩 전류가 흐르도록 상기 로우측 트랜지스터(SL1)를 제어하는 연산증폭기(OP1), 전압 검출을 위한 저항(Rsen) 및 검출된 전압을 증폭하기 위한 이득 증폭기(G)를 포함할 수 있다.For example, the bridge driving circuits OP1, Rsen, and G include an operational amplifier OP1 that controls the low-side transistor SL1 so that the overlapping current flows through the low-side transistor SL1, and voltage detection. It may include a resistor (Rsen) for and a gain amplifier (G) for amplifying the detected voltage.
일 예로, 상기 연산증폭기(OP1)는 DC의 구동 전압(Vdrv)과 AC의 위치 검출용 전압(Vdet)이 중첩된 중첩 전압(VDRV)을 공급받아 상기 중첩 전압(VDRV)에 기초하여 로우측 트랜지스터(SL1)를 제어하여, 상기 저항(Rsen) 및 로우측 트랜지스터(SL1를 통해 상기 중첩 전류(IDRV=Idrv(DC)+idet(AC))가 흐르게 된다.For example, the operational amplifier OP1 receives a superimposed voltage VDRV in which a DC driving voltage Vdrv and an AC position detecting voltage Vdet are superimposed, and a low-side transistor based on the superimposed voltage VDRV. By controlling (SL1), the overlapping current (IDRV=Idrv(DC)+idet(AC)) flows through the resistor Rsen and the low-side transistor SL1.
일 예로, 구동 회로(200)는 코일(150)에 구동 전류를 제공하는 드라이버 IC(Driver IC: Driver Integrated Circuit)를 포함할 수 있다.For example, the driving
일 예로, 상기 구동 전류(Idrv)는 렌즈 캐리어(130)의 구동을 위해 구동 회로(200)에 의해 생성되는 직류(DC) 전류일 수 있고, 상기 위치 검출용 전류(idet)는 렌즈 캐리어(130)의 위치 검출을 위해 상기 구동 회로(200)에 의해 생성되며, 전술한 바와 같이, 상기 특정 주파수 성분(Fmod)을 갖는 교류(AC) 전류일 수 있다. For example, the driving current (Idrv) may be a direct current (DC) current generated by the driving
상기 위치 검출용 전압(Vac)은 상기 코일(150)의 양단 전압중에서 위치 검출을 위한 교류 전압으로서 상기 특정 주파수 성분(Fmod)을 포함할 수 있다.The position detection voltage Vac may include the specific frequency component Fmod as an alternating voltage for position detection among voltages at both ends of the
예를 들어, 상기 중첩 전류(IDRV)는 하기 수학식 3에 따라 표현될 수 있다.For example, the overlapping current IDRV may be expressed according to Equation 3 below.
상기 수학식 3에서, Idrv는 구동 전류(Idrv)이고, idet는 위치 검출용 전류로서, 상기 k*cos(2*π*Fmod*t)로 정의될 수 있다. 그리고, k는 위치 검출용 전류의 진폭이다.In Equation 3, Idrv is a driving current (Idrv), idet is a current for position detection, and may be defined as k*cos(2*π*Fmod*t). And, k is the amplitude of the current for position detection.
위치 검출용 전류(idet)의 진폭(k)과 주파수(Fmod)는 렌즈 캐리어(130)의 구동에 영향을 주지 않고, 코일(150)의 인덕턴스의 변화량을 측정할 수 있는 범위일 수 있다. 일 예로, 위치 검출용 전류(idet)의 진폭(k)은 렌즈 캐리어(130)의 구동에 영향을 주지 않을 정도로 직류의 구동 전류의 크기에 비해 작고, 위치 검출용 전류(idet)의 주파수(Fmod)는 렌즈 캐리어(130)의 구동에 영향을 주지 않아야 하는데, 여기서, 구동에 영향을 주지 않는다는 것은 렌즈 캐리어의 움직임 또는 공진을 일으키지 않는 주파수이어야 한다는 것이다.The amplitude (k) and the frequency (Fmod) of the current (idet) for position detection may be a range capable of measuring the amount of change in the inductance of the
예를 들면, 상기 위치 검출용 전류(idet)의 진폭(k)은 상기 직류의 구동 전류의 크기보다 작고, 위치 검출용 전류(idet)의 주파수(Fmod)는 가청 주파수보다 높다. 일 예로 구동 전류의 크기가 100mA일 경우, 상기 위치 검출용 전류(idet)의 진폭(k)은 5mA일 수 있고, 위치 검출용 전류(idet)의 주파수(Fmod)는 100kHz일 수 있다.For example, the amplitude k of the current for detecting the position (idet) is smaller than the magnitude of the driving current of the direct current, and the frequency (Fmod) of the current for detecting the position (idet) is higher than the audible frequency. For example, when the magnitude of the driving current is 100 mA, the amplitude k of the current for detecting the position may be 5 mA, and the frequency Fmod of the current for detecting the position may be 100 kHz.
예를 들어, 직류(DC)에 가까운 구동 전류를 사용하는 경우, 구동용 코일을 센싱 겸용으로 사용하기 위해, 도 3에 도시한 바와 같이, 직류(DC)인 구동 전류 위에 교류(AC) 전류를 섞는 모듈레이션 기법이 필요하다. 여기서 교류(AC) 전류의 진폭과 주파수는 전술한 바와 같은 내용을 정리하면, 다음과 같은 조건으로 설정되어야 한다. 1) 구동에 영향을 안주는 범위여야 하고, 2) 측정 가능한 만큼의 인덕턴스 변화량을 유도해 낼 수 있을 정도여야 한다.For example, when using a driving current close to direct current (DC), in order to use the driving coil as a sensing combination, as shown in FIG. 3, an alternating current (AC) current is applied over the driving current that is direct current (DC). A mixing modulation technique is needed. Here, the amplitude and frequency of the alternating current (AC) current should be set under the following conditions. 1) It should be a range that does not affect the driving, and 2) it should be enough to derive a change in inductance as much as measurable.
특히, 인덕턴스의 변화량이 작기 때문에 이를 변환하는 회로가 추가로 필요로 하는데, 본 발명에서는 코일(150)의 임피던스 크기 변화를 위치값으로 변환하는 임피던스/디지털 변환회로(300)에서 그 정확성을 높이는 방법을 제안한다. In particular, since the amount of change of the inductance is small, a circuit for converting it is additionally required. In the present invention, a method of increasing its accuracy in the impedance/
한편, 상기 코일(150)의 임피던스 크기 변화(인턱턴스 정보)를 포함하는 위치 검출용 전압(Vac)의 피크(Vac_peak)는 하기 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.On the other hand, the peak (Vac_peak) of the position detection voltage (Vac) including the impedance size change (inductance information) of the
상기 수학식 4에서, Vac_peak는 상기 코일(150)의 양단에서 추출될 교류 전압의 피크치로, 임피던스의 크기 정보를 포함하는 위치 검출용 전압의 피크치이다. Iac_peak는 상기 추출될 임피던스 크기 정보를 포함하는 교류 전류의 피크치이다.In Equation 4, Vac_peak is a peak value of an AC voltage to be extracted from both ends of the
본 발명의 센서리스 구조에서, 교류(AC)의 위치 검출용 전류를 직류(DC)의 구동 전류에 실어서 구동코일에 인가하여 코일(150)의 양단에 걸리는 교류 전압의 크기를 측정함으로써 렌즈 캐리어의 위치 변화에 따른 임피던스 변화량을 측정하여 렌즈의 위치를 보다 정확하게 알아낼 수 있는 발명에 대해, 좀 더 구체화하여 설명한다.In the sensorless structure of the present invention, by applying the current for detecting the position of the alternating current (AC) to the driving current of the direct current (DC), and applying it to the driving coil, the magnitude of the alternating voltage across both ends of the
상기 코일(150)의 임피던스의 크기 정보에서 불필요한 정보로 코일(150)의 기생 저항 성분(Rs)에 의한 효과, 특히 이 저항 성분은 온도에 민감한 특성을 가지는데, 구동 전류로 인한 주변 온도 상승시 임피던스의 전체 변화량에 큰 오차를 발생시킬 수 있기 때문에, 이러한 저항 성분에 의한 온도 변화 효과를 제거하여 임피던스 변화(정확히는 인덕턴스의 변화)에 의한 렌즈의 위치 정보를 추출함에 있어서 그 정확성을 높이는 기술을 제안하며, 이러한 기술은 임피던스/디지털 변환회로(300)에 포함되어 있다.The effect of parasitic resistance component Rs of
임피던스/디지털 변환회로(300)는, 상기 코일(150)의 양단에서 획득된 특정 주파수 성분(Fmod)을 포함하는 교류 전압(Vac) 신호를 디모듈레이션(Demodulation) 기법으로 변환하여 생성되는 상기 코일(150)의 저항 성분을 갖는 고주파 신호를 차단(배제)하고, 리액턴스 성분에 대응되는 상기 코일(150)의 인덕턴스 성분을 갖는 저주파 신호를 추출하며, 상기 추출된 저주파 신호에 기초하여 위치 정보를 포함하는 위치 신호(SP)를 검출할 수 있다. The impedance/
그리고, 제어 회로(400)는, 상기 임피던스/디지털 변환회로(300)로부터의 위치 정보를 포함하는 위치 신호(SP) 및 목표 위치로의 제어를 위한 제어신호(SC)에 기초하여 상기 구동 회로(200)를 제어할 수 있다.Then, the
일 예로, 상기 제어 회로(400)는, 상기 위치 정보를 포함하는 위치 신호(SP) 및 목표 위치 정보를 포함하는 제어신호(SC)에 기초하여, 구동용 구동전압(Vdrv) 및 위치확인용 전압(Vac)을 포함하는 상기 중첩전압(VDRV)을 상기 구동 회로(200)에 제공할 수 있다. 일 예로, 상기 제어 회로(500)는, 상기 위치 신호(Sp)와 제어 신호(SC)에 기초하여 위치 제어 또는 위치 오차 제어를 위한 중첩 신호(SDRV)를 상기 구동 회로(200)에 제공하여, 자성체(160)의 위치를 세밀하게 제어할 수 있다. 여기서, 상기 중첩 신호(SDRV)는 중첩 전압(VDRV)이 될 수 있으며, 본 발명의 각 실시 예에서는 중첩 전압(VDRV)에 대해 설명하지만, 이에 한정되지는 않는다. For example, the
전술한 바와 같이, 상기 임피던스/디지털 변환회로(300)는, I/Q 디모듈레이션 기법을 이용하여, 상기 특정 주파수 성분(Fmod)과 동일한 주파수 및 90도 위상차를 갖는 국부 발진 신호(SLo, 도 4)를 교류 전압(Vac) 신호와 믹싱하여 생성되는 디모듈레이션 신호(Sdmod, 도 4)에서 저주파 성분인 저항성분을 배제시키고 리액턴스 성분만을 추출해 낼 수 있다.As described above, the impedance/
이와 같은 I/Q 디모듈레이션 기법을 이용하여 저항성분을 배제시키고 리액턴스 성분에 기초하여, 온도 변화를 배제시킬 수 있어서, 보다 정확한 위치 신호를 검출하는 동작을 수행할 수 있으며, 도 3을 참조하여 상기 임피던스/디지털 변환회로(300)에 대해 설명한다.Using such an I/Q demodulation technique, a resistance component can be excluded and a temperature change can be excluded based on a reactance component, so that an operation for detecting a more accurate position signal can be performed. The impedance/
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 임피던스/디지털 변환회로의 일 예시도이다. 3 is an exemplary diagram of an impedance/digital conversion circuit according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 상기 임피던스/디지털 변환회로(300)는, 제1 필터(311), 디모듈레이터(Demodulator)(321), 제2 필터(331), 전압제어발진기(341), 및 디지털 필터(351)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the impedance/
상기 제1 필터(311)는, 상기 코일(150)의 양단에서 상기 교류 전압(Vac) 신호를 추출할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 필터(311)는 하이패스필터 또는 밴드패스필터가 될 수 있고, 상기 코일(150)의 양단에서 특정 주파수 성분(Fmod)을 포함하는 교류 전압(Vac) 신호를 통과시킬 수 있다.The
상기 디모듈레이터(Demodulator)(321)는, 상기 제1 필터(311)에서 추출된 교류 전압(Vac) 신호를 디모듈레이션 하여 상기 코일(150)의 저항 성분을 갖는 고주파 신호와 상기 코일(150)의 인덕턴스 성분을 갖는 저주파 신호를 포함하는 디모듈레이션 신호(Sdmod)를 제공할 수 있다. 일 예로, 상기 디모듈레이터(Demodulator)(321)는 아날로그 블록인 길버트 셀(Gilbert cell)을 사용하여 아날로그 디모듈레이터가 이용될 수 있다.The
상기 제2 필터(331)는, 상기 디모듈레이터(Demodulator)(321)로부터의 디모듈레이션 신호(Sdmod)에 포함된 상기 고주파 신호를 차단하고, 상기 저주파 신호를 통과시켜 상기 저주파 신호만 추출할 수 있다. 여기서 상기 제2 필터(331)에 의해 통과되는 저주파 신호는 코일(150)의 임피던스중 리액턴스 성분을 갖는 신호이다.The
상기 전압제어발진기(341)는, 상기 제2 필터(331)에서 추출된 상기 저주파 신호를 그 크기에 기초하여 주파수 신호(Sfreq)로 변환할 수 있다. 일 예로, 상기 전압제어발진기(341)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있으므로, 동일한 기능을 수행하는 아날로그/디지탈 변환기(ADC)로 대체될 수 있다.The voltage-controlled
그리고, 상기 디지털 필터(351)는, 상기 전압제어발진기(341)로부터의 주파수 신호(Sfreq)의 주파수 성분을 추출하여 그 주파수 성분에 기초하여 위치 정보를 포함하는 위치 신호(SP)를 검출하여 상기 제어 회로(500)에 제공할 수 있다. 여기서, 상기 위치 신호(SP)는 자성체(160)의 위치 또는 렌즈의 위치에 대응되는 위치 신호가 될 수 있다.The
한편, 본 발명에서의 온도 보상 기능에 대해 설명하면, 상기 수학식 1 및 2에서 코일(150)의 기생 저항(Rs)은 온도의 함수로써 다음과 같이 간략화한 온도의 1차 함수의 수식인 하기 수학식5와 같이 표현할 수 있다. On the other hand, when describing the temperature compensation function in the present invention, in the equations 1 and 2, the parasitic resistance Rs of the
코일(150)의 구동 전류의 크기에 따라 코일(150)의 온도에 변화가 생길 수 있고, 이는 코일(150)의 임피던스 값에 영향을 줄 수 있다. 전체 임피던스의 위치에 따른 변화량 부분중에서 위치에 따른 변화량에 비해 기생 저항의 변화량이 차지하는 부분이 무시할 수 없을 정도로 크다면, 위치 예측 정확도가 떨어지게 되는 문제가 발생될 수 있다.Depending on the magnitude of the driving current of the
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 기생 저항에 의한 변화량을 제거 내지는 상쇄시킬 방안을 제안하고 있으며, 이에 대해 설명한다.In order to solve this problem, the present invention proposes a method of removing or canceling the amount of change due to parasitic resistance, and this will be described.
상기 수학식 5에서, Rs는 코일(150)의 기생 저항 성분이고, Rs0은 고유 저항 성분이고, TCR은 기생 저항의 온도계수이고, Temp는 주위 온도이다.In Equation 5, Rs is a parasitic resistance component of the
상기 코일(150)의 양단에 걸리는 전압중 교류 전압(Vac)은 코일의 임피던스를 크기(절대값)와 위상각으로 바꾸어 하기 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.Among the voltages applied to both ends of the
한편, 상기 디모듈레이터(Demodulator)(321)는 디모듈레이션 기법을 이용하여, 제1 필터(311)로부터의 교류 전압(Vac, 도 4) 신호에, 동일 주파수 및 90도 위상차(또는 270도)를 갖는 국부 발진 신호(SLo, 도 4)를 믹싱하여 상기 디모듈레이션 신호(Sdmod)를 제공할 수 있으며, 이에 대 도 4, 도 5 및 도 6에 대해 설명한다.On the other hand, the demodulator (Demodulator) 321, using the demodulation technique, the AC voltage from the first filter 311 (Vac, FIG. 4) signal, having the same frequency and 90 degree phase difference (or 270 degrees) The local oscillation signal SLo (FIG. 4) may be mixed to provide the demodulation signal Sdmod, and FIGS. 4, 5, and 6 will be described.
도 4는 도 3의 디모듈레이터의 일 예시도이다. 4 is an exemplary view of the demodulator of FIG. 3.
도 4를 참조하면, 상기 디모듈레이터(Demodulator)(321)는, 국부발진기(321-1)와 믹서(321-2)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the
상기 국부발진기(321-1)는, 상기 교류 전압(Vac) 신호의 특정 주파수 성분(Fmod)과 동일한 주파수를 포함하고, 상기 교류 전압(Vac) 신호와 90도 위상차를 갖는 국부 발진 신호(SLo)를 생성하여 상기 믹서(321-2)에 제공할 수 있다.The local oscillator 321-1 includes a frequency equal to a specific frequency component Fmod of the AC voltage Vac signal, and a local oscillation signal SLo having a phase difference of 90 degrees from the AC voltage Vac signal. It can be generated and provided to the mixer 321-2.
상기 믹서(321-2)는, 상기 교류 전압(Vac) 신호와 상기 국부 발진 신호(SLo)를 믹싱하여, 상기 디모듈레이션 신호(Sdmod)를 제공할 수 있다.The mixer 321-2 may mix the AC voltage (Vac) signal and the local oscillation signal (SLo) to provide the demodulation signal (Sdmod).
도 5는 도 3의 디모듈레이터의 다른 일 예시도이다. 5 is another exemplary view of the demodulator of FIG. 3.
도 5를 참조하면, 상기 국부발진기(321-1)는, 상기 교류 전압(Vac) 신호가 'k*|ZL|*cos (ω*t+θ)'인 경우, 상기 국부 발진 신호(SLo)로 상기 교류 전압(Vac) 신호와 90도 위상차를 갖는 사인파 신호(sin(ω*t))를 생성할 수 있다.5, the local oscillator 321-1, when the AC voltage (Vac) signal is'k*|ZL|*cos (ω*t+θ)', the local oscillation signal SLo As a result, a sine wave signal (sin(ω*t)) having a phase difference of 90 degrees from the AC voltage (Vac) signal may be generated.
도 5를 참조하여 부연하면, I/Q 디모듈레이션 기법을 이용하여, 상기 디모듈레이터(Demodulator)(321)는, 국부 발진 신호(SLo), 즉 상기 수학식 6의 교류 전압(Vac) 신호의 특정 주파수 성분(Fmod)과 같은 주파수 및 90도(또는 270도) 위상차를 갖는 사인파 신호(sin(ω*t))(또는 -sin(ω*t))와, 상기 제1 필터(311)로부터의 교류 전압(Vac) 신호, 즉 'k*|ZL|*cos (ω*t+θ))'와 믹싱하여 하기 수학식7에 같이 표현되는 상기 디모듈레이션 신호(Sdmod)를 제공할 수 있다.Referring to FIG. 5, using the I/Q demodulation technique, the
상기 수학식 7에서, 상기 디모듈레이션 신호(Sdmod)(k*|ZL|*cos (ω*t+θ)*sin(ω*t))를 고주파 성분과 저주파 성분으로 정리하면 상기 수학식 7의 마지막 수식과 같이 정리할 수 있다.In Equation 7, if the demodulation signal Sdmod (k*|ZL|*cos (ω*t+θ)*sin(ω*t)) is summarized as a high-frequency component and a low-frequency component, You can organize it like the last formula.
다음, 상기 디모듈레이터(321)에서 생성된 디모듈레이션 신호(Sdmod) (상기 수학식 7 참조)는 상기 제2 필터(331)를 거쳐서 임피던스 성분중 하기 수학식 8에 보인 바와 같은 리액턴스 성분(-k*ω*Lx/2)을 갖는 저주파 신호가 추출될 수 있다. 여기서 추출된 리액턴스 성분(-k*ω*Lx/2)을 갖는 저주파 신호는 상기 전압제어발진기(341)에 입력되어 최종적으로 그 크기에 기초하여 주파수 성분을 갖는 주파수 신호(또는 디지털 신호)로 변환될 수 있다. Next, the demodulation signal (Sdmod) generated by the demodulator 321 (refer to Equation 7) is a reactance component (-k*) as shown in
상기 수학식 7에서, 상기 디모듈레이션 신호(Sdmod)(k*|ZL|*cos (ω*t+θ)*sin(ω*t))를, I/Q 디모듈레이션 기법의 I성분에 대응되는 고주파 성분과 Q성분에 대응되는 저주파 성분중에서, 제2 필터(331)를 통해 Q 성분에 대응되는 저주파 성분을 추출할 수 있다.In Equation 7, the demodulation signal Sdmod(k*|ZL|*cos (ω*t+θ)*sin(ω*t)) corresponds to the I component of the I/Q demodulation technique. Among the high frequency components and the low frequency components corresponding to the Q components, a low frequency component corresponding to the Q components may be extracted through the
이러한 추출 과정에 의해서 상기 수학식 8에 도시한 바와 같이, 코일(150)의 임피던스 성분중에서 인덕턴스 성분(또는 리액턴스 성분)을 갖는 저주파 신호가 추출될 수 있고, 상기 수학식 8에 의해 구해지는 값의 절대치에 해당되는 인덕턴스 성분에 기초한 위치 신호(SP)가 상기 제어 회로(500)에 제공될 수 있다.As shown in Equation (8) by this extraction process, a low frequency signal having an inductance component (or reactance component) among impedance components of the
도 6은 도 3의 디모듈레이터의 또 다른 일 예시도이다. 6 is another exemplary view of the demodulator of FIG. 3.
도 6을 참조하면, 상기 국부발진기(321-1)는, 상기 교류 전압(Vac) 신호가 'k*|ZL|*cos (ω*t+θ)'인 경우, 상기 국부 발진 신호(SLo)로 상기 교류 전압(Vac) 신호와 180도 위상차를 갖는 코사인파 신호(cos(ω*t))를 생성할 수 있다.6, the local oscillator 321-1, when the AC voltage (Vac) signal is'k*|ZL|*cos (ω*t+θ)', the local oscillation signal SLo As a result, a cosine wave signal cos(ω*t) having a phase difference of 180 degrees from the AC voltage (Vac) signal may be generated.
도 6을 참조하여 부연하면, 전술한 수학식 7 및 8과 마찬가지로, 디모듈레이터(Demodulator)(321)는, 국부 발진 신호(SLo), 즉 상기 수학식 6의 교류 전압(Vac) 신호의 특정 주파수 성분(Fmod)과 같은 주파수 및 360도(또는 180도) 위상차를 갖는 코사인 신호(cos(ω*t))(또는 -cos(ω*t))와, 상기 제1 필터(311)로부터의 교류 전압(Vac) 신호, 즉 'k*|ZL|*cos (ω*t+θ))'와 믹싱하여 상기 수학식 9에 같이 표현되는 상기 디모듈레이션 신호(Sdmod)를 제공할 수 있다.6, the
상기 수학식 9에서, 디모듈레이션 신호(Sdmod)(k*|ZL|*cos (ω*t+θ)*cos(ω*t))를 고주파 성분과 저주파 성분으로 정리하면 상기 수학식 9의 마지막 수식과 같이 정리할 수 있다.In Equation 9, if the demodulation signal Sdmod (k*|ZL|*cos (ω*t+θ)*cos(ω*t)) is arranged as a high-frequency component and a low-frequency component, the end of Equation 9 It can be arranged as a formula.
다음, 상기 디모듈레이터(321)에서 생성된 디모듈레이션 신호(Sdmod)(상기 수학식 9 참조)는 제2 필터(331)를 거쳐서 임피던스 성분중 하기 수학식 10에 보인 바와 같은 저항 성분(k*Rs/2)을 갖는 저주파 신호가 추출될 수 있다. 여기서 추출된 저주파 성분은 상기 전압제어발진기(341)에 입력되어 최종적으로 그 크기에 기초하여 주파수 성분을 갖는 주파수 신호(또는 디지털 신호)로 변환될 수 있다.Next, the demodulation signal Sdmod (see Equation 9 above) generated by the
상기 수학식 9에서, 상기 디모듈레이션 신호(Sdmod)((k*|ZL|*cos (ω*t+θ)*cos(ω*t))를, I/Q 디모듈레이션 기법의 I 성분에 대응되는 고주파 성분과 Q성분에 대응되는 저주파 성분중에서, 제2 필터(331)를 통해 Q 성분을 추출할 수 있다.In Equation 9, the demodulation signal Sdmod ((k*|ZL|*cos (ω*t+θ)*cos(ω*t))) corresponds to the I component of the I/Q demodulation technique Among the high frequency components and the low frequency components corresponding to the Q components, the Q components may be extracted through the
이러한 추출 과정에 의해서, 상기 수학식 10에 도시한 바와 같이, 코일의 임피던스 성분에서 저항 성분이 추출될 수 있고, 상기 수학식 10을 통해 구해지는 값의 절대치에 해당되는 저항 성분에 기초한 신호가 상기 제어 회로(500)에 제공될 수 있다.Through this extraction process, as shown in Equation 10, a resistance component can be extracted from the impedance component of the coil, and a signal based on the resistance component corresponding to the absolute value of the value obtained through Equation 10 is It may be provided to the control circuit 500.
한편, 기생 저항 성분은 코일 재질의 일정한 온도계수를 가지게 되므로 이 신호 디지털로 변환하여 코일의 온도를 예측 할 수 있다. 위 식에서 인덕턴스의 온도계수에 관해서는 기술하지 않았지만 실제로 존재하고 기생 저항의 온도계수에 비해 영향은 작지만 전체 위치에 따른 인덕턴스의 총 변화량에 비해서는 무시할 수 없이 큰 수준이 될 수도 있다. 그러므로 여기서 측정된 코일의 온도를 사용하여 보상해준다면 렌즈의 위치의 정확도를 더 높일 수 있다.On the other hand, since the parasitic resistance component has a constant temperature coefficient of the coil material, the temperature of the coil can be predicted by converting this signal to digital. Although the temperature coefficient of inductance is not described in the above equation, it actually exists and has a small effect compared to the temperature coefficient of parasitic resistance, but it can be negligibly large compared to the total amount of change of inductance according to the overall position. Therefore, if the compensation is performed using the temperature of the coil measured here, the accuracy of the position of the lens can be further increased.
또한, 상기 수학식 8과 수학식 10의 절대값의 비율(sin/cos)은 탄젠트(tan)로 저항과 인덕턴스 비(*Lx/Rs)로 위상각을 구할 수도 있다.In addition, the ratio (sin/cos) of the absolute values of
다른 한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치감지 회로의 제어 회로(500)는, 프로세서(예: 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등), 메모리(예: 휘발성 메모리(예를 들어, RAM 등), 비휘발성 메모리(예를 들어, ROM, 플래시 메모리 등), 입력 디바이스(예: 키보드, 마우스, 펜, 음성 입력 디바이스, 터치 입력 디바이스, 적외선 카메라, 비디오 입력 디바이스 등), 출력 디바이스(예: 디스플레이, 스피커, 프린터 등) 및 통신접속장치(예: 모뎀, 네트워크 인터페이스 카드(NIC), 통합 네트워크 인터페이스, 무선 주파수 송신기/수신기, 적외선 포트, USB 접속장치 등)가 서로 상호접속(예: 주변 구성요소 상호접속(PCI), USB, 펌웨어(IEEE 1394), 광학적 버스 구조, 네트워크 등)된 컴퓨팅 환경으로 구현될 수 있다.On the other hand, the control circuit 500 of the position detection circuit according to an embodiment of the present invention, a processor (for example, a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), a microprocessor, an application specific integrated circuit (Application Specific Integrated Circuit) , ASIC), Field Programmable Gate Arrays (FPGA), etc., memory (e.g. volatile memory (e.g. RAM, etc.), non-volatile memory (e.g. ROM, flash memory, etc.), input devices (e.g. keyboard , Mouse, pen, voice input device, touch input device, infrared camera, video input device, etc., output device (e.g. display, speaker, printer, etc.) and communication connection devices (e.g. modem, network interface card (NIC), Integrated network interface, radio frequency transmitter/receiver, infrared port, USB interface, etc. are interconnected with each other (e.g. peripheral component interconnect (PCI), USB, firmware (IEEE 1394), optical bus structure, network, etc.) It can be implemented as a computing environment.
상기 컴퓨팅 환경은 개인 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 핸드헬드 또는 랩탑 디바이스, 모바일 디바이스(모바일폰, PDA, 미디어 플레이어 등), 멀티프로세서 시스템, 소비자 전자기기, 미니 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터, 임의의 전술된 시스템 또는 디바이스를 포함하는 분산 컴퓨팅 환경 등으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The computing environment may be a personal computer, server computer, handheld or laptop device, mobile device (mobile phone, PDA, media player, etc.), multiprocessor system, consumer electronics, mini computer, mainframe computer, any of the aforementioned systems, or It may be implemented as a distributed computing environment including a device, but is not limited thereto.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.In the above, the present invention has been described by way of example, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those skilled in the art to which the invention pertains without departing from the gist of the invention claimed in the claims. Anyone can make various modifications.
100: 카메라 모듈
130; 렌즈 배럴
150: 코일
160: 자성체
200: 구동 회로
300: 임피던스/디지털 변환회로
311: 제1 필터
321: 디모듈레이터(Demodulator)
331: 제2 필터
341: 전압제어발진기
351: 디지털 필터
500: 제어 회로100: camera module
130; Lens barrel
150: coil
160: magnetic material
200: driving circuit
300: impedance/digital conversion circuit
311: first filter
321: Demodulator
331 second filter
341: voltage control oscillator
351: digital filter
500: control circuit
Claims (12)
입력되는 중첩전압에 기초하여 상기 코일에 구동 전류 및 위치 검출용 전류를 포함하는 중첩 전류를 인가하는 구동 회로; 및
상기 코일의 양단에서 획득된 특정 주파수 성분을 포함하는 교류 전압 신호를 디모듈레이션 기법으로 변환하여 상기 코일의 인덕턴스 성분을 갖는 저주파 신호를 추출하고, 상기 저주파 신호에 기초하여 위치 신호를 검출하는 임피던스/디지털 변환회로;
를 포함하는 VCM 방식의 액추에이터.
A coil spaced apart from the magnetic body provided on one side of the lens carrier;
A driving circuit for applying an overlapping current including a driving current and a position detecting current to the coil based on the input overlapping voltage; And
Impedance/digital that extracts a low-frequency signal having an inductance component of the coil by converting an AC voltage signal including a specific frequency component obtained at both ends of the coil to a demodulation technique, and detects a position signal based on the low-frequency signal Conversion circuit;
Actuator of the VCM method comprising a.
상기 디모듈레이션 기법으로 변환된 상기 코일의 저항 성분을 갖는 고주파 신호를 제거하여, 상기 저항 성분에 의한 온도 변동을 보상하는
VCM 방식의 액추에이터.
According to claim 1, The impedance / digital conversion circuit,
The high frequency signal having the resistance component of the coil converted by the demodulation technique is removed to compensate for temperature fluctuation caused by the resistance component.
VCM type actuator.
상기 코일의 양단에서 상기 교류 전압 신호를 추출하는 제1 필터;
상기 제1 필터에서 추출된 교류 전압 신호를 디모듈레이션 하여 상기 코일의 저항 성분을 갖는 고주파 신호와 상기 코일의 인덕턴스 성분을 갖는 저주파 신호를 포함하는 디모듈레이션 신호를 제공하는 디모듈레이터;
상기 디모듈레이션 신호에 포함된 상기 고주파 신호를 차단하고, 상기 저주파 신호를 추출하는 제2 필터;
상기 제2 필터에서 추출된 상기 저주파 신호를 그 크기에 기초하여 주파수 신호로 변환하는 전압제어발진기; 및
상기 주파수 신호의 주파수 성분을 추출하여 그 주파수 성분에 기초하여 위치 정보를 포함하는 상기 위치 신호를 검출하는 디지털 필터;
를 포함하는 VCM 방식의 액추에이터.
According to claim 1, The impedance / digital conversion circuit,
A first filter for extracting the AC voltage signal from both ends of the coil;
A demodulator demodulating the AC voltage signal extracted from the first filter to provide a demodulation signal including a high frequency signal having a resistance component of the coil and a low frequency signal having an inductance component of the coil;
A second filter for blocking the high frequency signal included in the demodulation signal and extracting the low frequency signal;
A voltage control oscillator for converting the low frequency signal extracted from the second filter into a frequency signal based on its magnitude; And
A digital filter that extracts a frequency component of the frequency signal and detects the location signal including location information based on the frequency component;
Actuator of the VCM method comprising a.
상기 교류 전압 신호의 특정 주파수 성분과 동일한 주파수를 포함하고, 상기 교류 전압 신호와 90도 위상차를 갖는 국부 발진 신호를 생성하는 국부발진기; 및
상기 교류 전압 신호와 상기 국부 발진 신호를 믹싱하여, 상기 디모듈레이션 신호를 제공하는 믹서;
를 포함하는 VCM 방식의 액추에이터.
The method of claim 3, wherein the demodulator,
A local oscillator including a frequency equal to a specific frequency component of the AC voltage signal and generating a local oscillation signal having a phase difference of 90 degrees from the AC voltage signal; And
A mixer that mixes the AC voltage signal and the local oscillation signal to provide the demodulation signal;
Actuator of the VCM method comprising a.
상기 교류 전압 신호가 'k*|ZL|*cos (ω*t+θ)'인 경우, 상기 국부 발진 신호로 상기 교류 전압 신호와 90도 위상차를 갖는 사인파 신호 'sin(ω*t)'를 생성하는
VCM 방식의 액추에이터.
According to claim 4, The local oscillator,
When the AC voltage signal is'k*|ZL|*cos (ω*t+θ)', a sine wave signal'sin(ω*t)' having a 90 degree phase difference from the AC voltage signal is used as the local oscillation signal. Produced
VCM type actuator.
상기 교류 전압 신호가 'k*|ZL|*cos (ω*t+θ)'인 경우, 상기 국부 발진 신호로 상기 교류 전압 신호와 180도 위상차를 갖는 코사인파 신호 'cos(ω*t)'를 생성하는
VCM 방식의 액추에이터.
According to claim 4, The local oscillator,
When the AC voltage signal is'k*|ZL|*cos (ω*t+θ)', the local oscillation signal is a cosine wave signal'cos(ω*t)' having a 180 degree phase difference from the AC voltage signal. To generate
VCM type actuator.
상기 코일의 양단에서 획득된 특정 주파수 성분을 포함하는 교류 전압 신호를 디모듈레이션 기법으로 변환하여 생성되는 상기 코일의 저항 성분을 갖는 고주파 신호를 차단하고, 상기 코일의 인덕턴스 성분을 갖는 저주파 신호를 추출하며, 상기 코일의 기생 저항에 의한 온도 변동을 보상하고, 상기 추출된 저주파 신호에 기초하여 위치 신호를 검출하는 임피던스/디지털 변환회로; 및
상기 임피던스/디지털 변환회로로부터의 위치 정보를 포함하는 위치 신호 및 목표 위치로의 제어를 위한 제어신호에 기초하여 상기 구동 회로를 제어하는 제어 회로;
를 포함하는 VCM 방식의 위치 제어 장치.
A driving circuit for applying an overlapping current including a driving current and a current for position detection based on the input overlapping voltage to a coil spaced apart from the magnetic body provided on one side of the lens carrier;
The AC voltage signal including a specific frequency component obtained at both ends of the coil is converted to a demodulation technique to block a high frequency signal having a resistance component of the coil, extract a low frequency signal having an inductance component of the coil, , An impedance/digital conversion circuit that compensates for temperature fluctuations caused by parasitic resistance of the coil and detects a position signal based on the extracted low frequency signal; And
A control circuit for controlling the driving circuit based on a position signal including position information from the impedance/digital conversion circuit and a control signal for control to a target position;
Position control device of the VCM method comprising a.
상기 위치 신호 및 제어신호에 기초하여 구동용 구동전압 및 위치확인용 전압을 포함하는 상기 중첩전압을 상기 구동 회로에 제공하는
VCM 방식의 위치 제어 장치.
The control circuit according to claim 7,
Providing the superimposed voltage including the driving voltage for driving and the voltage for positioning based on the position signal and the control signal to the driving circuit
VCM type position control device.
상기 코일의 양단에서 상기 교류 전압 신호를 추출하는 제1 필터;
상기 제1 필터에서 추출된 교류 전압 신호를 디모듈레이션 하여 상기 코일의 저항 성분을 갖는 고주파 신호와 상기 코일의 인덕턴스 성분을 갖는 저주파 신호를 포함하는 디모듈레이션 신호를 제공하는 디모듈레이터;
상기 디모듈레이션 신호에 포함된 상기 고주파 신호를 차단하고, 상기 저주파 신호를 추출하는 제2 필터;
상기 제2 필터에서 추출된 상기 저주파 신호를 그 크기에 기초하여 주파수 신호로 변환하는 전압제어발진기; 및
상기 주파수 신호의 주파수 성분을 추출하여 그 주파수 성분에 기초하여 위치 정보를 포함하는 상기 위치 신호를 검출하는 디지털 필터;
를 포함하는 VCM 방식의 위치 제어 장치.
The impedance/digital conversion circuit of claim 7,
A first filter for extracting the AC voltage signal from both ends of the coil;
A demodulator demodulating the AC voltage signal extracted from the first filter to provide a demodulation signal including a high frequency signal having a resistance component of the coil and a low frequency signal having an inductance component of the coil;
A second filter for blocking the high frequency signal included in the demodulation signal and extracting the low frequency signal;
A voltage control oscillator for converting the low frequency signal extracted from the second filter into a frequency signal based on its magnitude; And
A digital filter that extracts a frequency component of the frequency signal and detects the location signal including location information based on the frequency component;
Position control device of the VCM method comprising a.
상기 교류 전압 신호의 특정 주파수 성분과 동일한 주파수를 포함하고, 상기 교류 전압 신호와 90도 위상차를 갖는 국부 발진 신호를 생성하는 국부발진기; 및
상기 교류 전압 신호와 상기 국부 발진 신호를 믹싱하여, 상기 디모듈레이션 신호를 제공하는 믹서;
를 포함하는 VCM 방식의 위치 제어 장치.
The method of claim 9, wherein the demodulator,
A local oscillator including a frequency equal to a specific frequency component of the AC voltage signal and generating a local oscillation signal having a phase difference of 90 degrees from the AC voltage signal; And
A mixer that mixes the AC voltage signal and the local oscillation signal to provide the demodulation signal;
Position control device of the VCM method comprising a.
상기 교류 전압 신호가 'k*|ZL|*cos (ω*t+θ)'인 경우, 상기 국부 발진 신호로 상기 교류 전압 신호와 90도 위상차를 갖는 사인파 신호 'sin(ω*t)'를 생성하는
VCM 방식의 위치 제어 장치.
11. The method of claim 10, The local oscillator,
When the AC voltage signal is'k*|ZL|*cos (ω*t+θ)', a sine wave signal'sin(ω*t)' having a 90 degree phase difference from the AC voltage signal is used as the local oscillation signal. Produced
VCM type position control device.
상기 교류 전압 신호가 'k*|ZL|*cos (ω*t+θ)'인 경우, 상기 국부 발진 신호로 상기 교류 전압 신호와 180도 위상차를 갖는 코사인파 신호 'cos(ω*t)'를 생성하는
VCM 방식의 위치 제어 장치. 11. The method of claim 10, The local oscillator,
When the AC voltage signal is'k*|ZL|*cos (ω*t+θ)', the local oscillation signal is a cosine wave signal'cos(ω*t)' having a 180 degree phase difference from the AC voltage signal. To generate
VCM type position control device.
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