KR102345119B1 - 카메라 모듈의 액츄에이터 및 구동 장치 - Google Patents

카메라 모듈의 액츄에이터 및 구동 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 액츄에이터는 자성체, 상기 자성체와 대향 배치되는 구동 코일, 및 상기 구동 코일과 연결되는 구동 회로를 구비하여, 구동 방식에 따라 상기 구동 회로에 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호 중 하나를 선택적으로 제공하는 구동 장치를 포함하고, 상기 구동 장치는 상기 구동 방식의 전환시, 이전 구동 방식의 제어 신호의 레벨과 다음 구동 방식의 제어 신호의 레벨을 비교할 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 광학식 흔들림 보정(OIS: Optical Image Stabilization) 기능을 위한 액츄에이터를 채용하기도 한다. 광학식 흔들림 보정 기능은 셔터를 누르는 순간의 흔들림에 의한 이미지에 대한 영향뿐만 아니라, 저조도의 환경에서 촬영시, 이미지 센서가 보다 많은 광량의 확보를 위해 셔터 스피드를 늦춤으로써, 촬영된 이미지가 흐릿한 경우에도 적용될 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제2013-0077216호
본 발명의 과제는 저조도의 환경에서 광학식 흔들림 보정을 수행하는 경우, 이미지 신호에 노이즈가 유입되는 것을 방지할 수 있는 카메라 모듈의 액츄에이터 및 구동 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 액츄에이터는 자성체, 상기 자성체와 대향 배치되는 구동 코일, 및 상기 구동 코일과 연결되는 구동 회로를 구비하여, 구동 방식에 따라 상기 구동 회로에 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호 중 하나를 선택적으로 제공하는 구동 장치를 포함하고, 상기 구동 장치는 상기 구동 방식의 전환시, 이전 구동 방식의 제어 신호의 레벨과 다음 구동 방식의 제어 신호의 레벨을 비교할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 외부 조도에 따라 선형 구동 방식 및 PWM 구동 방식 중 하나의 방식으로 동작하되, 구동 방식의 전환시 구동 방식의 불연속을 제거하여, 이미지 신호가 왜곡되는 것을 방지할 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 자성체의 위치에 따른 제어 신호의 레벨을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 신호 간의 관계를 나타내는 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. 일 예로, 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 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈(100)은 하우징 유닛(110), 액츄에이터(120), 및 렌즈 모듈(130)을 포함한다.
하우징 유닛(110)은 하우징(111)과 쉴드 케이스(112)를 포함한다. 하우징(111)은 성형이 용이한 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 하우징(111)은 플라스틱 재질로 제작될 수 있다. 하우징(111)에는 적어도 하나의 액츄에이터(120)가 장착될 수 있다. 일 예로, 하우징(111)의 제1 측면에는 제1 액츄에이터(121)의 일부가 장착되고, 하우징(111)의 제2 내지 제4 측면에는 제2 액츄에이터(122)의 일부가 장착될 수 있다. 하우징(111)은 내부에 렌즈 모듈(130)을 수용하도록 구성된다. 일 예로, 하우징(111)의 내부에는 렌즈 모듈(130)이 완전히 또는 부분적으로 수용될 수 있는 공간이 형성된다.
하우징(111)은 6면이 개방된 형태일 수 있다. 일 예로, 하우징(111)의 저면은 이미지 센서를 위한 사각형의 구멍이 형성되고, 하우징(111)의 상면은 렌즈 모듈(130)의 장착을 위한 사각형의 구멍이 형성될 수 있다. 아울러, 하우징(111)의 제1 측면에는 제1 액츄에이터(121)의 제1 구동 코일(121a)이 삽입될 수 있도록 개방되고, 하우징(111)의 제2 내지 제4 측면에는 제2 액츄에이터(122)의 제2 구동 코일(122a)이 삽입될 수 있도록 개방될 수 있다.
쉴드 케이스(112)는 하우징(111)의 일 부분을 덮도록 구성된다. 일 예로, 쉴드 케이스(112)는 하우징(111)의 상면 및 4개 측면을 덮도록 구성될 수 있다. 또한, 이와 달리, 쉴드 케이스(112)는 하우징(111)의 4개 측면만을 덮도록 구성되거나, 쉴드 케이스(112)는 하우징(111)의 상면 및 4개 측면을 부분적으로 덮도록 구성될 수 있다. 쉴드 케이스(112)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, 쉴드 케이스(112)는 금속재질로 제공되어 하우징(111)의 하부에 장착되는 기판의 접지패드에 접지되어 전자파를 차폐할 수 있다. 한편, 쉴드 케이스(112)가 플라스틱 사출물로 형성되는 경우에는 쉴드 케이스(112)의 내부면에 전도성 도료가 도포되거나, 전도성 필름 또는 전도성 테이프가 쉴드 케이스(112)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.
액츄에이터(120)는 복수 개 구비될 수 있다. 일 예로, 액츄에이터(120)는 렌즈 모듈(130)을 Z축 방향으로 이동시키도록 구성되는 제1 액츄에이터(121), 및 렌즈 모듈(130)을 X축 방향과 Y축 방향으로 이동시키도록 구성되는 제2 액츄에이터(122)를 포함할 수 있다.
제1 액츄에이터(121)는 하우징(111) 및 렌즈 모듈(130)의 제1 프레임(131)에 장착될 수 있다. 일 예로, 제1 액츄에이터(121)의 일부는 하우징(111)의 제1 측면에 장착되고, 제1 액츄에이터(121)의 나머지 부분은 제1 프레임(131)의 제1 측면에 장착될 수 있다. 제1 액츄에이터(121)는 렌즈 모듈(130)을 광축 방향 - Z축 방향 - 으로 이동시키기 위한 구성을 포함한다. 일 예로, 제1 액츄에이터(121)는 제1 구동 코일(121a), 제1 자성체(121b), 제1 기판(121c), 제1 위치 검출부(121d)를 포함할 수 있다. 제1 구동 코일(121a) 및 제1 위치 검출부(121d)는 제1 기판(121c)에 형성된다. 제1 기판(121c)은 하우징(111)의 제1 측면에 장착되고, 제1 자성체(121b)는 제1 기판(121c)과 마주하는 제1 프레임(131)의 제1 측면에 장착된다.
제1 기판(121c)에는 제1 구동 코일(121a)에 구동 신호를 제공하는 제1 구동 장치(미도시)가 마련될 수 있다. 제1 구동 장치는 제1 구동 코일(121a)에 구동 신호를 인가하여 제1 자성체(121b)에 구동력을 제공할 수 있다. 제1 구동 장치는 제1 구동 코일(121a)에 구동 신호를 제공하는 드라이버 IC(Driver IC: Driver Integrated Circuit)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 구동 장치로부터의 구동 신호가 제1 구동 코일(121a)에 제공되는 경우, 제1 구동 코일(121a)에서 자속이 발생하고, 제1 구동 코일(121a)에서 발생되는 자속은 제1 자성체(121b)의 자기장과 상호 작용하게 되어, 플레밍의 왼손 법칙에 따라 하우징(111)에 대하여 제1 프레임(131) 및 렌즈 배럴(134)의 상대적인 이동을 가능케 하는 구동력을 발생시킬 수 있다. 제1 구동 장치는 양방향 구동이 가능한 H 브리지(Bridge) 회로를 내부에 구비하여 보이스 구동 코일 모터(Voice coil motor) 방식으로 제1 구동 코일(121a)에 구동 신호를 인가할 수 있다.
제1 액츄에이터(121)는 제1 위치 검출부(121d)에 의해 제1 자성체(121b)에 의한 자기장의 세기를 감지하여 제1 프레임(131) 및 렌즈 배럴(134)의 위치를 검출할 수 있다. 일 예로, 제1 위치 검출부(121d)는 홀 센서를 포함할 수 있다. 제1 자성체(121b)는 도시된 바와 같이, 제1 프레임(131)의 일 면(131c)에 배치될 수 있으며, 제1 프레임(131)의 모서리(131d)들 중 하나에 배치될 수도 있다.
제2 액츄에이터(122)는 하우징(111) 및 렌즈 모듈(130)의 제3 프레임(133)에 장착될 수 있다. 일 예로, 제2 액츄에이터(122)의 일 부분은 하우징(111)의 제2 내지 제4 측면에 장착되고, 제2 액츄에이터(122)의 나머지 부분은 제3 프레임(133)의 제2 내지 제4 측면에 장착될 수 있다. 한편, 제2 액츄에이터(122)는 하우징(111) 및 제3 프레임(133)의 제1 내지 제4 측면 중 일부의 면에 장착될 수도 있고, 제2 내지 제4 측면이 접하는 제2 내지 제4 모서리에 장착될 수도 있다. 제2 액츄에이터(122)는 렌즈 모듈(130)을 광축의 수직 방향으로 이동시키기 위한 구성을 포함한다. 일 예로, 제2 액츄에이터(122)는 복수의 제2 구동 코일(122a), 복수의 제2 자성체(122b), 제2 기판(122c), 하나 이상의 제2 위치 검출부(122d)를 포함할 수 있다. 복수의 제2 구동 코일(122a) 및 하나 이상의 제2 위치 검출부(122d)는 제2 기판(122c)에 형성된다. 제2 기판(122c)은 대체로 사격형 중 일 변이 개방된 형태로 형성되며, 하우징(111)의 제2 내지 제4측면을 둘러싸는 형태로 장착된다. 복수의 제2 자성체(122b)는 제2기판(122c)과 마주하도록 제3 프레임(133)의 제2 내지 제4 측면에 각각 장착된다.
제2 기판(122c)에는 제2 구동 코일(122a)에 구동 신호를 제공하는 제2 구동 장치(미도시)가 마련될 수 있다. 제2 구동 장치는 제2 구동 코일(122a)에 구동 신호를 인가하여 제2 자성체(122b)에 구동력을 제공할 수 있다. 제2 구동 장치는 제2 구동 코일(122a)에 구동 신호를 제공하는 드라이버 IC(Driver IC: Driver Integrated Circuit)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 구동 장치로부터의 구동 신호가 제2 구동 코일(122a)에 제공되는 경우, 제2 구동 코일(122a)에서 자속이 발생하고, 제2 구동 코일(122a)에서 발생되는 자속은 제2 자성체(122b)의 자기장과 상호 작용한다. 제2 구동 장치는 복수의 제2 구동 코일(122a)과 복수의 제2 자성체(122b) 사이에서 생성되는 자기력의 크기 및 방향을 변화시켜, 제1 프레임(131)에 대한 제2 프레임(132) 또는 제3 프레임(133)의 상대적인 이동을 가능케 할 수 있다. 제2 구동 장치는 양방향 구동이 가능한 H 브리지(Bridge) 회로를 내부에 구비하여 보이스 구동 코일 모터(Voice coil motor) 방식으로 제2 구동 코일(122a)에 구동 신호를 인가할 수 있다.
렌즈 배럴(134)은 제2 프레임(132) 또는 제3 프레임(133)의 이동에 의해 제2 프레임(132) 또는 제3 프레임(133)과 동일 방향으로 이동할 수 있다. 이와 같이 구성된 제2 액츄에이터(122)는 제2 위치 검출부(122d)에 의해 제2 자성체(122b)에 의한 자기장의 세기를 감지하여 렌즈 배럴(134) 및 제2, 3 프레임(132, 133)의 위치를 검출할 수 있다.
렌즈 모듈(130)은 하우징 유닛(110)에 장착된다. 일 예로, 렌즈 모듈(130)은 하우징(111)과 쉴드 케이스(112)에 의해 형성되는 수납 공간에 적어도 3축 방향으로 이동할 수 있도록 수용된다. 렌즈 모듈(130)은 복수의 프레임으로 구성된다. 일 예로, 렌즈 모듈(130)은 제1 프레임(131), 제2 프레임(132), 제3 프레임(133)을 포함한다.
제1 프레임(131)은 하우징(111)에 대한 이동이 가능하도록 구성된다. 일 예로, 제1 프레임(131)은 전술된 제1 액츄에이터(121)에 의해 하우징(111)의 광축 방향(Z축 방향)으로 이동할 수 있다. 제1 프레임(131)에는 복수의 안내 홈(131a, 131b)이 형성된다. 일 예로, 제1 프레임(131)의 제1 측면에는 광축 방향(Z축 방향)으로 길게 연장되는 제1 안내 홈(131a)이 형성되고, 제1 프레임(131)의 안쪽 바닥면의 4개 모서리에는 광축의 제1 수직 방향(Y축 방향)으로 길게 연장되는 제2 안내 홈(131b)이 각각 형성된다. 제1 프레임(131)은 적어도 3개의 측면이 개방된 형태로 제작된다. 일 예로, 제1 프레임(131)의 제2 내지 제4 측면은 제3 프레임(133)의 제2 자성체(122b)와 하우징(111)의 제2 구동 코일(122a)이 마주할 수 있도록 개방되어 있다.
제2 프레임(132)은 제1 프레임(131)에 장착될 수 있다. 일 예로, 제2 프레임(132)은 제1 프레임(131)의 내부 공간에 장착될 수 있다. 제2 프레임(132)은 제1 프레임(131)에 대해 광축의 제1 수직 방향(Y축 방향)으로 이동하도록 구성된다. 일 예로, 제2 프레임(132)은 제1 프레임(131)의 제2 안내 홈(131b)을 따라 광축의 제1 수직 방향(Y축 방향)으로 이동할 수 있다. 제2 프레임(132)에는 복수의 안내 홈(132a)이 형성된다. 일 예로, 제2 프레임(132)의 모서리에는 광축의 제2 수직 방향(X축 방향)으로 길게 연장되는 4개의 제3 안내 홈(132a)이 형성된다.
제3 프레임(133)은 제2 프레임(132)에 장착된다. 일 예로, 제3 프레임(133)은 제2 프레임(132)의 상면에 장착될 수 있다. 제3 프레임(133)은 제2 프레임(132)에 대해 광축의 제2 수직 방향(X축 방향)으로 이동하도록 구성된다. 일 예로, 제3 프레임(133)은 제2 프레임(132)의 제3 안내 홈(132a)을 따라 광축의 제2 수직 방향(X축 방향)으로 이동할 수 있다. 제3 프레임(133)에는 복수의 제2 자성체(122b)가 장착된다. 일 예로, 제3 프레임(133)의 제2 내지 제4 측면에는 적어도 2개의 제2 자성체(122b)가 각각 장착될 수 있고, 또한 일 예로, 제3 프레임(133)의 제2 내지 제4 측면에는 3개의 제2 자성체(122b)가 각각 장착될 수 있다. 한편, 상술한 제3 프레임(133)은 제2 프레임(132)과 일체로 형성될 수 있다. 이러한 경우 제3 프레임(133)은 생략될 수 있고, 제2 프레임(132)은 광축의 제1 수직 방향(Y축 방향) 및 제2 수직 방향(X축 방향)으로 이동할 수 있다
렌즈 모듈(130)은 렌즈 배럴(134)을 포함한다. 일 예로, 렌즈 모듈(130)은 하나 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈 배럴(134)을 포함할 수 있다. 렌즈 배럴(134)은 피사체를 촬상하는 적어도 하나의 렌즈가 내부에 수용될 수 있도록 중공의 원통 형상일 수 있으며, 렌즈는 광축을 따라 상기 렌즈 배럴(134)에 구비된다. 적어도 하나의 렌즈는 렌즈 배럴(134)의 설계에 따른 수만큼 적층되고, 각각 동일하거나 상이한 굴절률 등의 광학 특성을 가질 수 있다.
렌즈 배럴(134)은 제3 프레임(133)에 장착된다. 일 예로, 렌즈 배럴(134)은 제3 프레임(133)에 끼워져 제3 프레임(133)과 일체로 움직일 수 있다. 렌즈 배럴(134)은 광축 방향(Z축 방향) 및 광축의 수직 방향(X축 및 Y축 방향)으로 이동하도록 구성된다. 일 예로, 렌즈 배럴(134)은 제1 액츄에이터(121)에 의해 광축 방향(Z축 방향)으로 이동하고, 제2 액츄에이터(122)에 의해 광축의 수직 방향(X축 및 Y축 방향)으로 이동할 수 있다.
상술한 바에 따라, 제1 액츄에이터(121)는 카메라 모듈(100)의 자동 초점 조절(AF: Auto Focusing) 기능을 수행하기 위해 동작할 수 있고, 제2 액츄에이터(122)는 카메라 모듈(100)의 광학식 흔들림 보정(OIS: Optical Image Stabilization) 기능을 수행하기 위해 동작할 수 있다.
한편, 렌즈 모듈(130)은 덮개 부재(135), 볼 스토퍼(136), 자성체(137)를 더 포함할 수 있다. 덮개 부재(135)는 제1 프레임(131)의 내부 공간으로부터 제2 프레임(132) 및 제3 프레임(133)의 이탈을 방지하도록 구성된다. 일 예로, 덮개 부재(135)는 제1 프레임(131)과 결합하여, 제2 프레임(132) 및 제3 프레임(133)이 제1 프레임(131)의 상방으로 빠져나오는 것을 차단할 수 있다.
볼 스토퍼(136)는 제1 프레임(131)에 장착된다. 일 예로, 볼 스토퍼(136)는 제1 프레임(131)의 제1 안내 홈(131a)을 가리도록 배치되어, 제1 안내 홈(131a)에 장착되는 제1 볼 베어링(141)의 이탈을 차단할 수 있다.
자성체(137)는 제1 프레임(131)에 장착된다. 일 예로, 자성체(137)는 제1 프레임(131)의 제2 내지 제4측면 중 적어도 하나 이상의 측면에 장착되어, 제2 액츄에이터(122)의 제2 구동 코일(122a) 및 제2 자성체(122b)와 인력을 발생시킬 수 있다. 이와 같이 구성된 자성체(137)는 액츄에이터(120)의 비활성 상태에서 제1 프레임(131)에 대한 제2 프레임(132) 및 제3 프레임(133)의 위치를 고정시킬 수 있다. 일 예로, 렌즈 모듈(130)은 자성체(137)와 제2 구동 코일(122a) 간의 인력에 의해 하우징(111)의 내부에서 일정한 위치로 유지될 수 있다.
볼 베어링부(140)는 렌즈 모듈(130)의 이동을 원활케 하도록 구성된다. 일 예로, 볼 베어링부(140)는 렌즈 모듈(130)이 광축 방향 및 광축의 수직 방향으로 원활하게 이동하도록 구성된다. 볼 베어링부(140)는 배치 위치에 따라 제1 볼 베어링(141), 제2 볼 베어링(142), 제3 볼 베어링(143)으로 구별될 수 있다. 일 예로, 제1 볼 베어링(141)은 제1 프레임(131)의 제1 안내 홈(131a)에 배치되어, 제1 프레임(131)이 광축 방향으로 원활하게 움직이게 할 수 있다. 다른 예로, 제2 볼 베어링(142)은 제1 프레임(131)의 제2 안내 홈(131b)에 배치되어, 제2 프레임(132)이 광축의 제1 수직 방향으로 원활하게 움직이게 할 수 있다. 또 다른 예로, 제3 볼 베어링(143)은 제2 프레임(132)의 제3 안내 홈(132a)에 배치되어, 제3 프레임(133)이 광축의 제2 수직 방향으로 원활하게 움직이게 할 수 있다.
일 예로, 제1 및 제2 볼 베어링(141, 142) 각각은 적어도 3개의 볼을 구비할 수 있으며, 각 볼 베어링의 상기 적어도 3개의 볼은 제1 또는 제2 안내 홈(131a, 131b)에 각각 배치될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 볼 베어링(141, 142) 각각은 4개의 볼을 구비할 수 있으며, 각 볼 베어링의 상기 4개의 볼은 제1 또는 제2 안내 홈(131a, 131b)에 각각 배치될 수 있다. 볼 베어링부(140)가 배치되는 모든 부위에는 마찰 및 소음저감을 위한 윤활물질이 충전될 수 있다. 일 예로, 각각의 안내 홈(131a, 131b, 132a)에는 점성 유체가 주입될 수 있다. 점성 유체로는 점성 및 윤활 특성이 우수한 그리스(grease)가 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈에 채용되는 액츄에이터의 블록도이다. 도 2의 실시예에 따른 액츄에이터(200)는 도 1의 제2 액츄에이터(122)에 대응되는 것으로서, 액츄에이터(200)는 카메라 모듈의 광학식 흔들림 보정 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터(200)는 자성체(210), 구동 코일(220), 구동 장치(230), 및 위치 검출부(240)를 포함할 수 있다.
구동 장치(230)는 외부로부터 입력되는 자이로 신호(Sgy)와 위치 검출부(240)로부터 생성되는 피드백 신호(Sf)에 따라 구동 신호(Sdr)를 생성하고, 생성된 구동 신호(Sdr)를 구동 코일(220)에 제공할 수 있다. 자이로 신호(Sgy)는 카메라 모듈 또는 카메라 모듈을 채용하는 모바일 기기의 자이로 센서로부터 제공될 수 있다. 자이로 신호(Sgy)에 의해 렌즈 배럴의 목표 위치가 결정될 수 있다. 자이로 신호(Sgy)는 자이로 센서에서 감지되는 카메라 모듈 또는 모바일 기기의 흔들림으로부터 생성될 수 있다. 일 예로, 구동 장치(230)가 수신하는 자이로 신호(Sgy)는, 자이로 센서에서 출력되는 각속도 정보가 적분기(Integrator)를 통해 각도 정보로 변환되고, 적분기(Integrator)에서 출력되는 각도 정보가 하이 패스 필터 및 로우 패스 필터 등의 필터를 통해 직류 오프셋(DC offset)과 고주파 노이즈가 제거되어 생성될 수 있다.
구동 코일(220)에 구동 장치(230)로부터 제공되는 구동 신호(Sdr)가 인가되는 경우, 구동 코일(220)과 자성체(210)간의 전자기적 상호작용에 의해 렌즈 배럴은 광축에 수직한 방향으로 이동할 수 있다. 위치 검출부(240)는 자성체(210)와 구동 코일(220)의 전자기적 상호 작용에 의해 이동하는 자성체(210)의 현재 위치를 검출하여 피드백 신호(Sf)를 생성하고, 피드백 신호(Sf)를 구동 장치(230)에 제공할 수 있다.
피드백 신호(Sf)가 구동 장치(230)로 제공되면, 구동 장치(230)는 자이로 신호(Sgy)와 피드백 신호(Sf)를 비교하여 구동 신호(Sdr)를 다시 생성할 수 있다. 즉, 구동 장치(230)는 자이로 신호(Sgy)와 피드백 신호(Sf)를 비교하는 클로즈 루프(Close Loop) 타입으로 구동될 수 있다. 클로즈 루트 타입의 구동 장치(230)는 자이로 신호(Sgy)에 포함되는 목표 위치와 피드백 신호(Sf)에서 판단되는 현재 위치의 오차를 감소시키는 방향으로 구동될 수 있다. 클로즈 루프 방식의 구동은 오픈 루프(Open Loop System) 방식과 비교하여, 선형성(Linearity), 정확도(Accuracy), 및 반복성(Repeatability)이 향상되는 장점이 있다.
구동 장치(230)는 양방향 구동이 가능한 H 브리지(Bridge) 회로를 내부에 구비하여 보이스 코일 모터(Voice coil motor) 방식으로 구동 코일(220)에 구동 신호를 인가할 수 있다. H 브리지 회로는 구동 코일(220)과 H 브리지 형태로 연결되는 복수의 트랜지스터를 구비할 수 있고, 복수의 트랜지스터 각각은 구동 코일과 연결될 수 있다.
구동 장치(230)는 선형 구동(Linear driving) 및 PWM 구동(PWM driving) 중 하나의 방식으로 구동 코일(220)을 구동할 수 있다. 구동 장치(230)는 선형 구동시 H 브리지 회로의 트랜지스터에 직류 신호 형태의 제1 제어 신호를 인가할 수 있고, PWM 구동시 PWM 신호 형태의 제2 제어 신호를 인가할 수 있다.
구동 장치(230)가 선형 구동 방식으로 구동 코일(220)을 구동하는 경우, 지속적으로 직류 신호 형태의 제1 제어 신호를 H 브리지 회로에 구비되는 트랜지스터에 인가하므로, H 브리지 회로에 흐르는 전류량이 선형적으로 조절될 수 있으나, 전력 소모가 높아질 수 있다.
한편, 구동 장치(230)가 PWM 구동 방식으로 구동 코일(220)을 구동하는 경우, H 브리지 회로에 구비되는 트랜지스터에 제공되는 PWM 신호 형태의 제2 제어 신호의 펄스 폭을 조절하므로, 상대적으로 전력 소모를 줄일 수 있으나, 트랜지스터의 반복적인 온/오프 동작에 의해 이미지 센서에서 획득되는 이미지 신호에 노이즈가 유입될 수 있다. PWM 구동시, 일반적인 조도 환경이나 높은 조도 환경에서는 노이즈에 의한 영향이 미비하나, 저조도 환경에서는 노이즈에 의해 이미지가 왜곡되는 문제점 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 구동 장치(230)는 광학식 흔들림 보정의 수행시, 조도 신호(Sill)에 포함되는 외부 조도에 따라 구동 코일(220)의 구동 방식을 결정할 수 있다. 일 예로, 구동 장치(230)는 외부 조도의 레벨이 기준 조도의 레벨 보다 높은 경우, 구동 코일(220)을 PWM 구동하도록 결정할 수 있고, 외부 조도의 레벨이 기준 조도의 레벨 보다 낮은 경우, 구동 코일(220)을 선형 구동하도록 결정할 수 있다. 이 때, 조도 신호(Sill)는 이미지 신호의 이미지 처리를 수행하는 이미지 프로세서로부터 제공될 수 있다. 또한, 조도 신호(Sill)는 카메라 모듈 또는 모바일 기기에 채용되는 조도 센서로부터 제공될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터에 채용되는 구동 장치의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구동 장치(230)는 비교부(231), 구동 방식 결정부(232), 제어부(233), 및 구동 회로부(234)를 포함할 수 있다.
비교부(231)는 자이로 신호(Sgy)와 위치 검출부(240)로부터 생성되는 피드백 신호(Sf)를 비교할 수 있다. 비교부(231)는 자이로 신호(Sgy)에 포함되는 렌즈 배럴의 목표 위치와 피드백 신호(Sf)에 포함되는 렌즈 배럴의 현재 위치를 비교하여, 오차값을 산출할 수 있다. 비교부(231)에서 산출되는 오차값에 의해 렌즈 배럴의 광축에 수직한 방향으로의 이동 거리 및 이동 방향이 결정될 수 있다.
구동 방식 결정부(232)는 조도 신호(Sill)의 외부 조도의 레벨과 기준 조도의 레벨을 비교하여 구동 코일(220)의 구동 방식을 결정할 수 있다. 일 예로, 구동 방식 결정부(232)는 조도 신호(Sill)의 외부 조도의 레벨이 기준 조도의 레벨 보다 높은 경우, 구동 코일(220)을 PWM 구동하도록 결정할 수 있고, 조도 신호(Sill)의 외부 조도의 레벨이 기준 조도의 레벨 보다 낮은 경우, 구동 코일(220)을 선형 구동하도록 결정할 수 있다.
제어부(233)는 비교부(231)로부터 제공되는 오차값 및 구동 방식 결정부(232)에서 결정된 구동 방식에 따라 제어 신호를 생성할 수 있다.
제어부(233)는 제1 제어 신호 생성부(233a) 및 제2 제어 신호 생성부(233b)를 포함할 수 있다. 제1 제어 신호 생성부(233a) 및 제2 제어 신호 생성부(233b)는 구동 방식 결정부(232)에서 결정된 구동 방식에 따라 선택적으로 동작할 수 있다.
구동 방식 결정부(232)에서 구동 코일(220)을 선형 구동하도록 결정한 경우, 제1 제어 신호 생성부(233a)는 직류 신호 형태의 제1 제어 신호를 생성할 수 있고, 구동 방식 결정부(232)에서 구동 코일(220)을 PWM 구동하도록 결정한 경우, 제2 제어 신호 생성부(233b)는 PWM 신호 형태의 제2 제어 신호를 생성할 수 있다.
제1 제어 신호 생성부(233a) 및 제2 제어 신호 생성부(233b) 각각은 PID(Proportional Integral Derivative, 비례-적분-미분) 제어기를 구비하여, PID 방식으로 제어 신호를 생성할 수 있다. 제1 제어 신호 생성부(233a) 및 제2 제어 신호 생성부(233b)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 1에 따라 표현될 수 있다. KP는 비례 제어 이득을 나타내고, KI는 적분 제어 이득을 나타내고, KD는 미분 제어 이득을 나타낸다. 제1 제어 신호 생성부(233a) 및 제2 제어 신호 생성부(233b)는 PID 방식의 제어 수행시, 렌즈 배럴의 목표 위치와 렌즈 배럴의 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. 따라서, 제어 신호의 레벨은 오차값에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112017029845314-pat00001
구동 회로부(234)는 제어부(233)로부터 제공되는 제어 신호에 따라 구동 신호를 생성할 수 있다. 구동 신호는 전류 및 전압 및 적어도 하나의 형태로 구동 코일(220)의 양단으로 제공될 수 있다. 구동 회로부(234)에서 생성되는 구동 신호에 의해 렌즈 배럴은 목표 위치로 이동할 수 있다.
구동 회로부(234)는 양방향 구동이 가능한 H 브리지(Bridge) 회로를 내부에 구비하여 보이스 코일 모터(Voice coil motor) 방식으로 구동 코일(220)에 구동 신호를 인가할 수 있다. H 브리지(Bridge) 회로는 구동 코일의 양 단과 H 브리지 형태로 연결되는 복수의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 구동 회로부(234)가 보이스 코일 모터(Voice coil motor) 방식으로 구동되는 경우, 제어부(233)로부터 제공되는 제어 신호는 H 브리지 회로에 구비되는 트랜지스터의 게이트에 인가될 수 있다.
제1 제어 신호 생성부(233a)로부터 직류 신호 형태의 제1 제어 신호가 제공된 경우, 구동 회로부(234)는 구동 코일(220)에 직류 신호 형태의 구동 신호를 인가할 수 있고, 제2 제어 신호 생성부(233b)로부터 PWM 신호 형태의 제2 제어 신호가 제공된 경우, 구동 회로부(234)는 구동 코일(220)에 PWM 신호 형태의 구동 신호를 인가할 수 있다.
제어부(233)는 렌즈 배럴을 목표 위치까지 이동시키기 위한 초기 동작시, H 브리지(Bridge) 회로의 트랜지스터의 스위칭 손실을 저감하고, 돌입 전류를 방지하기 위하여, 제어 신호의 레벨을 점진적으로 상승시킨다. 예를 들면, 제1 제어 신호 생성부(233a)는 선형 구동 방식의 초기 동작시, 직류 신호 형태의 제1 제어 신호를 점진적으로 상승시키고, 제2 신호 생성부(233b)는 PWM 구동 방식의 초기 동작시, PWM 신호 형태의 제2 제어 신호의 듀티를 점진적으로 상승시킨다. 즉, 초기 동작시, 제어 신호의 레벨이 특정 레벨까지 도달하기 위하여는 특정 시간이 필요하다.
따라서, 외부 조도의 레벨이 변경되어, 구동 방식이 급격히 전환되는 경우, 구동 방식의 불연속에 의해 이미지 신호에 왜곡이 발생할 수 있다. 구체적으로, 선형 구동 방식에서 PWM 구동 방식으로 전환되는 경우, PWM 구동 방식의 제2 제어 신호의 레벨이 선형 구동 방식의 제1 제어 신호의 레벨에 도달하지 못하여, 구동 방식 간에 불연속이 발생할 수 있다. 또한, 마찬가지로, PWM 구동 방식에서 선형 구동 방식으로 전환되는 경우, 선형 구동 방식의 제1 제어 신호의 레벨이 PWM 구동 방식의 제2 제어 신호의 레벨에 도달하지 못하여, 구동 방식 간에 불연속이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구동 방식 결정부(232)는 외부 조도의 레벨이 변경되어, 구동 방식이 전환될 필요가 있는 경우, 이전 구동 방식의 제어 신호의 레벨과 다음 구동 방식의 제어 신호의 레벨의 편차를 비교할 수 있다. 비교 결과, 이전 구동 방식의 제어 신호의 레벨과 다음 구동 방식의 제어 신호의 레벨의 편차가 기준 편차 범위 외에 존재하는 경우, 이전 구동 방식을 유지한다. 이 후, 이전 구동 방식의 유지 결과, 다음 구동 방식의 제어 신호의 레벨이 이전 구동 방식의 제어 신호의 레벨까지 도달하여, 양 제어 신호의 레벨의 편차가 기준 편차 범위 내에 존재하는 경우, 다음 구동 방식으로 전환된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구동 방식 결정부(232)는 자성체(210)의 위치를 이용하여, 직류 신호 형태의 제1 제어 신호의 레벨 및 PWM 신호 형태의 제2 제어 신호의 레벨을 상대 비교함으로써, 직류 신호 형태의 제1 제어 신호 및 PWM 신호 형태의 제2 제어 신호의 레벨 간 편차를 판단할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성체의 위치에 따른 제어 신호의 레벨을 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 자성체의 위치에 따른 직류 신호 형태의 제1 제어 신호의 그래프(graph 1) 및 자성체의 위치에 따른 PWM 신호 형태의 제2 제어 신호의 그래프(graph 2)가 도시되어 있다.
자성체가 1~5㎛의 범위에서 이동하는 것으로 가정하면, 자성체의 위치를 제어하기 위하여, 직류 신호 형태의 제1 제어 신호의 경우 720~900의 제어 레벨이 요구되고, PWM 신호 형태의 제2 제어 신호의 경우 150~200의 제어 레벨이 요구된다. 즉, 자성체의 위치에 따라, 제1 제어 신호의 레벨과 제2 제어 신호의 레벨은 동일한 방향으로 증가하거나 감소하므로, 자성체의 위치를 통해 제1 제어 신호와 제2 제어 신호는 상대 비교될 수 있고, 상대 비교 결과에 따라 제1 제어 신호의 레벨과 제2 제어 신호의 레벨의 관계가 산출될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 신호 간의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5를 참조하면, 직류 신호 형태의 제1 제어 신호에 대한 PWM 신호 형태의 제2 제어 신호의 그래프가 도시되어 있다. 도 5의 그래프는 도 4의 자성체의 위치에 따른 직류 신호 형태의 제1 제어 신호의 그래프(graph 1) 및 자성체의 위치에 따른 PWM 신호 형태의 제2 제어 신호의 그래프(graph 2)로부터 산출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구동 방식 결정부(232)는 자성체(210)의 위치에 따른 직류 신호 형태의 제1 제어 신호 및 PWM 신호 형태의 제2 제어 신호 간의 관계 정보를 산출한 후, 산출된 관계 정보에 따른 판단 결과, 이전 구동 방식의 제어 신호의 레벨과 다음 구동 방식의 제어 신호의 레벨의 편차가 기준 편차 내에 존재하는 경우, 다음 구동 방식으로 전환할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 액츄에이터는 외부 조도에 따라 선형 구동 방식 및 PWM 구동 방식 중 하나의 방식으로 동작하되, 구동 방식의 전환시, 불연속을 제거하여, 이미지 신호가 왜곡되는 것을 방지할 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.
210: 마그네트
220: 구동 코일
230: 구동 장치
231: 비교부
232: 구동 방식 결정부
233: 제어부
233a: 제1 제어 신호 생성부
233b: 제2 제어 신호 생성부
234: 구동 회로부
240: 위치 검출부

Claims (16)

  1. 자성체;
    상기 자성체와 대향 배치되는 구동 코일; 및
    상기 구동 코일과 연결되는 구동 회로를 구비하여, 구동 방식에 따라 상기 구동 회로에 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호 중 하나를 선택적으로 제공하는 구동 장치; 를 포함하고,
    상기 구동 장치는, 상기 구동 방식의 전환시, 상기 자성체의 위치를 이용하여, 이전 구동 방식의 제어 신호의 레벨과 다음 구동 방식의 제어 신호의 레벨을 비교하는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 구동 장치는,
    상기 비교 결과, 상기 이전 구동 방식의 제어 신호의 레벨과 상기 다음 구동 방식의 제어 신호의 레벨의 편차가 기준 편차 범위 외에 존재하는 경우, 이전 구동 방식을 유지하는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 구동 장치는,
    상기 비교 결과, 상기 이전 구동 방식의 제어 신호의 레벨과 상기 다음 구동 방식의 제어 신호의 레벨의 편차가 기준 편차 범위 내에 존재하는 경우, 다음 구동 방식으로 전환하는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구동 방식은 외부 조도에 따라 결정되는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 제어 신호에 의해 상기 구동 회로는 선형 구동 방식으로 구동되고, 상기 제2 제어 신호에 의해 상기 구동 회로는 PWM 구동 방식으로 구동되는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 구동 장치는,
    상기 외부 조도의 레벨이 기준 조도의 레벨 보다 낮은 경우, 상기 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 외부 조도의 레벨이 기준 조도의 레벨 보다 높은 경우, 상기 제2 제어 신호를 생성하는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 제어 신호에 의해 상기 구동 코일에는 직류 신호 형태의 구동 신호가 인가되고, 상기 제2 제어 신호에 의해 상기 구동 코일에는 PWM 신호 형태의 구동 신호가 인가되는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  9. 제1항에 있어서, 상기 구동 장치는,
    상기 자성체가 부착되는 렌즈 배럴을 광축에 수직한 방향으로 이동하여, 광학식 흔들림 보정 기능을 수행하는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 구동 회로는 상기 구동 코일과 H 브리지 형태로 연결되는 복수의 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호는 상기 복수의 트랜지스터의 게이트에 제공되는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 외부 조도는 이미지 신호의 이미지 처리를 수행하는 이미지 프로세서로부터 제공되는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 외부 조도는 조도 센서로부터 제공되는 카메라 모듈의 액츄에이터.
  13. 외부 조도에 따라 구동 코일의 구동 방식을 결정하는 구동 방식 결정부; 및
    상기 구동 방식에 따라 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호 중 하나를 선택적으로 생성하는 제어부; 및
    상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호에 따라 상기 구동 코일을 구동하는 구동 회로부; 를 포함하고,
    상기 구동 방식 결정부는, 상기 외부 조도에 따라 상기 구동 방식의 전환시, 렌즈 배럴의 위치를 이용하여, 이전 구동 방식의 제어 신호의 레벨과 다음 구동 방식의 제어 신호의 레벨을 비교하는 카메라 모듈의 구동 장치.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 비교 결과, 상기 이전 구동 방식의 제어 신호의 레벨과 상기 다음 구동 방식의 제어 신호의 레벨의 편차가 기준 편차 범위 외에 존재하는 경우, 이전 구동 방식을 유지하고, 상기 비교 결과, 상기 이전 구동 방식의 제어 신호의 레벨과 상기 다음 구동 방식의 제어 신호의 레벨의 편차가 기준 편차 범위 내에 존재하는 경우, 다음 구동 방식으로 전환하는 카메라 모듈의 구동 장치.
  16. 제13항에 있어서, 상기 구동 회로부는,
    상기 제1 제어 신호에 따라 상기 구동 코일을 선형 구동 방식으로 구동하고, 상기 제2 제어 신호에 따라 상기 구동 코일을 PWM 구동 방식으로 구동하는 카메라 모듈의 구동 장치.
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