KR102495683B1 - 보이스 코일 모터 액추에이터의 안정성 평가를 위한 주파수 응답 특성 측정방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

보이스 코일 모터 액추에이터의 안정성 평가를 위한 주파수 응답 특성 측정방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

렌즈의 위치를 제어하기 위한 코일에 구동 신호를 제공하는 AF구동부, 상기 렌즈의 위치를 검출하여 상기 위치에 관한 피드백 신호를 생성하는 홀센서 ADC 피드백부, 제2입력단자 및 렌즈 목표위치를 입력받는 제1입력단자를 구비하여, 상기 제1입력단자에 입력된 제1신호와 상기 제2입력단자에 입력된 제2신호 간의 차이값을 산출하는 오차 계산부, 상기 오차 계산부(15)가 출력한 차이값을 입력받아 상기 AF구동부를 제어하기 위한 구동전류제어값을 출력하는 PID 제어부, 일단자는 상기 오차 계산부의 상기 제2입력단자에 연결되어 있고, 타단자는 상기 홀센서 ADC 피드백부의 출력단에 연결되어 있는 스위치, 및 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 스위치가 오프인 상태에서 상기 오차 계산부의 상기 제2입력단자에 소정의 규칙에 의해 정의된 주파수를 갖는 입력 정현파 신호를 인가하여, 상기 입력 정현파 신호와 상기 홀센서 ADC 피드백부위 출력 신호 간의 주파수 응답 특성을 특정하는 측정단계를 수행하도록 되어 있고, 상기 제어부는, 상기 측정단계 도중에 미리 결정된 스케쥴에 따라 상기 스위치를 온 상태로 변환하도록 되어 있는, 주파수 응답 특성 측정 장치를 공개한다.

Description

보이스 코일 모터 액추에이터의 안정성 평가를 위한 주파수 응답 특성 측정방법 및 이를 위한 장치{A method for measuring frequency response characteristic to evaluate the stability of a voice coil motor actuator and a device therefor}
본 발명은 오픈루프에서의 보이스 코일 모터 액추에이터의 안정성 확인을 위한 주파수 응답 특성 측정방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 카메라 모듈의 자동 초점용(AF) 액추에이터로서, 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor, VCM) 액추에이터가 사용된다.
대한민국 등록특허(10-1588951)(이하, 선행기술 1)에는 보이스 코일 모터 액추에이터에 관한 기술이 공개되어 있다. 선행기술 1의 보이스 코일 모터 액추에이터 구동 장치는, 마그네트가 장착된 렌즈 배럴의 위치를 제어하기 위한 코일에 구동 신호를 제공하는 것으로서, 상기 마그네트가 장착된 렌즈 배럴의 위치를 검출하기 위한 복수 개의 홀 센서, 상기 복수 개의 홀 센서의 출력과 수신되는 타겟 위치에 기반하여 상기 코일에 구동 신호를 제공하는 보이스 코일 모터 구동 집적 회로, 및 상기 복수 개의 홀 센서에서 출력되는 출력 신호들의 차신호와 상기 복수 개의 홀 센서로 입력되는 바이어스 신호들의 차신호를 이용하여 상기 렌즈 배럴의 위치 데이터를 출력하는 홀 신호 처리부를 포함한다.
관련 기술로서, 일본 공개특허(JP 2010-057212)에는 진동형 액추에이터 제어장치에 대한 내용이 공개되어 있다.
보이스 코일 모터 액추에이터의 안정성을 확인하기 위해서는 오픈루프 주파수 응답특성에 대한 분석이 필요하다. 그러나 오픈루프 상태에서 보이스 코일 모터 액추에이터는 액추에이터 렌즈의 위치를 피드백 받지 못하기 때문에, 오픈루프 상태에서의 액추에이터 렌즈는 내부 시스템 및 외부 요인(예컨대, 중력)에 의해 안정된 위치를 유지하지 못하고 한쪽 방향으로 치우치는 현상이 발생하며, 이로 인하여 계획된 오픈루프 주파수 응답특성에 대한 분석을 수행할 수 없다. 또한 상기 외부 요인은 예측하기 어렵거나 적절한 통제가 이루어지기 어려운 요인일 수 있다.
본 발명에서는, 보이스 코일 모터 액추에이터의 안정성을 확인하기 위한 오픈루프 주파수 응답 특성 분석(FRA) 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 관점에 따라 제공되는 주파수 응답 특성 측정 장치는, 렌즈의 위치를 제어하기 위한 코일에 구동 신호를 제공하는 AF구동부(30); 상기 렌즈의 위치를 검출하여 상기 위치에 관한 피드백 신호를 생성하는 홀센서 ADC 피드백부(50); 제2입력단자 및 렌즈 목표위치를 입력받는 제1입력단자를 구비하여, 상기 제1입력단자에 입력된 제1신호와 상기 제2입력단자에 입력된 제2신호 간의 차이값을 산출하는 오차 계산부(15); 상기 오차 계산부가 출력한 차이값을 입력받아 상기 AF구동부를 제어하기 위한 구동전류제어값을 출력하는 PID 제어부(20); 일단자(61)는 상기 오차 계산부의 상기 제2입력단자에 연결되어 있고, 타단자(62)는 상기 홀센서 ADC 피드백부의 출력단에 연결되어 있는 스위치(60); 및 제어부(70);를 포함한다. 이때, 상기 제어부는 주파수 응답 특성 측정단계에서는 상기 스위치를 오프 상태로 제어하고, 상기 주파수 응답 특성 측정단계가 아닐 때에는 상기 스위치를 온 상태로 제어하도록 되어 있다.
이때, 상기 주파수 응답 특성 측정단계는, 상기 제어부가, 상기 스위치를 오프시키는 단계; 상기 오차 계산부가 상기 사용자로부터 렌즈 목표위치를 입력받으면, 상기 스위치의 일단자에 정현파 신호(Sine signal)를 제공하는 단계; 및 상기 홀센서 ADC 피드백부의 출력신호를 상기 정현파 신호와 비교하여 상기 액추에이터의 안정성 분석을 위한 주파수 응답 특성을 측정하는 단계;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 주파수 응답 특성 측정단계는, 상기 주파수 응답 특성을 측정하는 단계 이후에, 상기 제어부가 상기 스위치를 온시키는 단계를 더 포함할수 있다.
이때, 상기 주파수 응답 특성을 측정하는 단계는 주파수 스윕을 이용하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 따라 주파수 응답 특성 측정 장치를 이용한 주파수 응답 특성 측정방법이 제공될 수 있다. 이때 상기 주파수 응답 특성 측정 장치는, 렌즈의 위치를 제어하기 위한 코일에 구동 신호를 제공하는 AF구동부(30); 상기 렌즈의 위치를 검출하여 상기 위치에 관한 피드백 신호를 생성하는 홀센서 ADC 피드백부(50); 제2입력단자 및 렌즈 목표위치를 입력받는 제1입력단자를 구비하여, 상기 제1입력단자에 입력된 제1신호와 상기 제2입력단자에 입력된 제2신호 간의 차이값을 산출하는 오차 계산부(15); 상기 오차 계산부가 출력한 차이값을 입력받아 상기 AF구동부를 제어하기 위한 구동전류제어값을 출력하는 PID 제어부(20); 일단자(61)는 상기 오차 계산부(15)의 상기 제2입력단자에 연결되어 있고, 타단자(62)는 상기 홀센서 ADC 피드백부의 출력단에 연결되어 있는 스위치(60); 및 제어부(70)를 포함한다. 그리고 상기 주파수 응답 특성 측정방법은, 상기 제어부가, 스위치를 오프시키는 단계; 상기 제어부가, 상기 오차 계산부가 사용자로부터 렌즈 목표위치를 입력받으면, 상기 스위치의 일단자에 정현파 신호를 입력하는 단계; 상기 제어부가, 상기 홀센서 ADC 피드백부의 출력신호를 상기 정현파 신호와 비교하여 주파수 응답 특성을 측정하는 단계; 및 상기 제어부가, 상기 측정하는 단계 이후에 상기 제어부가 상기 스위치를 온시키는 단계;를 포함한다.
이때, 상기 주파수 응답 특성을 측정하는 단계에서, 상기 안정성을 분석하기 위해 주파수 스윕을 이용할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따라 제공되는 주파수 응답 특성 측정 장치는, 렌즈의 위치를 제어하기 위한 코일에 구동 신호를 제공하는 AF구동부(30); 상기 렌즈의 위치를 검출하여 상기 위치에 관한 피드백 신호를 생성하는 홀센서 ADC 피드백부(50); 제2입력단자 및 렌즈 목표위치를 입력받는 제1입력단자를 구비하여, 상기 제1입력단자에 입력된 제1신호와 상기 제2입력단자에 입력된 제2신호 간의 차이값을 산출하는 오차 계산부(15); 상기 오차 계산부(15)가 출력한 차이값을 입력받아 상기 AF구동부를 제어하기 위한 구동전류제어값을 출력하는 PID 제어부(20); 일단자(61)는 상기 오차 계산부(15)의 상기 제2입력단자에 연결되어 있고, 타단자(62)는 상기 홀센서 ADC 피드백부의 출력단에 연결되어 있는 스위치(60); 및 제어부(70);를 포함한다. 이때, 상기 제어부는 상기 스위치가 오프인 상태에서 상기 오차 계산부의 상기 제2입력단자에 소정의 규칙에 의해 정의된 주파수를 갖는 입력 정현파 신호를 인가하여, 상기 입력 정현파 신호(Vi)와 상기 홀센서 ADC 피드백부위 출력 신호(Vo) 간의 주파수 응답 특성을 측정하는 측정단계를 수행하도록 되어 있다. 그리고 상기 제어부는, 상기 측정단계 도중에 미리 결정된 스케쥴에 따라 상기 스위치를 온 상태로 변환하도록 되어 있다.
이때, 상기 제어부는, 제1시구간, 상기 제1시구간 직후의 제2시구간, 및 상기 제2시구간 직후의 제3시구간 동안 상기 스위치를 각각 오프 상태, 온 상태, 및 오프 상태로 제어하도록 되어 있고, 상기 제어부는, 상기 제1시구간에서 상기 제1입력단자에 제1렌즈 목표위치를 인가하고, 상기 제3시구간에서 상기 제1입력단자에 상기 제1렌즈 목표위치와는 다른 제2렌즈 목표위치를 인가하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 제어부는, 제1시구간, 상기 제1시구간 직후의 제2시구간, 및 상기 제2시구간 직후의 제3시구간 동안 상기 스위치를 각각 오프 상태, 온 상태, 및 오프 상태로 제어하도록 되어 있고, 상기 제어부는, 상기 제1시구간에서 상기 제2입력단자에 제1주파수를 갖는 입력 정현파 신호를 인가하고, 상기 제3시구간에서 상기 제2입력단자에 상기 제1주파수와는 다른 제2주파수를 갖는 입력 정현파 신호를 인가하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 제어부는, 상기 제1시구간, 상기 제2시구간, 및 상기 제3시구간 모두에서, 상기 제1입력단자에 동일한 렌즈 목표위치를 인가하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 제어부는, 상기 제2시구간에서 상기 제2입력단자에 상기 홀센서 ADC 피드백부의 출력단이 제공하는 전위가 인가되도록, 상기 제2시구간에서 상기 스위치를 온 상태로 제어하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 제어부는, 제1시구간, 상기 제1시구간 직후의 제2시구간, 및 상기 제2시구간 직후의 제3시구간 동안 상기 스위치를 각각 오프 상태, 온 상태, 및 오프 상태로 제어하도록 되어 있고, 상기 제어부는, 상기 제2시구간에서 상기 제2입력단자에 상기 홀센서 ADC 피드백부의 출력단이 제공하는 전위가 인가되도록, 상기 제2시구간에서 상기 스위치를 온 상태로 제어하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 제어부는, 상기 측정단계 도중에 상기 스위치가 온 상태를 유지하는 동안, 상기 제1입력단자에 특정 렌즈 목표위치를 입력하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 제어부는, 제1시구간, 상기 제1시구간 직후의 제2시구간, 및 상기 제2시구간 직후의 제3시구간 동안 상기 스위치를 각각 오프 상태, 온 상태, 및 오프 상태로 제어하도록 되어 있고, 상기 제어부는, 상기 제1시구간 및 상기 제3시구간에서 상기 제2입력단자에 시간에 따라 변화하는 주파수를 갖는 입력 정현파 신호를 인가하도록 되어 있으며, 상기 제어부는, 상기 제1시구간, 상기 제2시구간, 및 상기 제3시구간 모두에서, 상기 제1입력단자에 동일한 렌즈 목표위치를 인가하도록 되어 있고, 그리고 상기 제어부는, 상기 제2시구간에서 상기 제2입력단자에 상기 홀센서 ADC 피드백부의 출력단이 제공하는 전위가 인가되도록, 상기 제2시구간에서 상기 스위치를 온 상태로 제어하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 제어부는, 상기 측정단계 도중에 상기 스위치를 주기적 또는 간헐적으로 온 상태로 변환하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 제2시구간에서 상기 스위치가 온 상태로 되어 있고, 상기 제2시구간의 직후의 제3시구간에 상기 스위치가 오프 상태가 된다고 가정하였을 때에, 상기 제어부는 상기 제3시구간 동안 상기 제1입력단자에 인가할 렌즈 목표위치와 동일한 렌즈 목표위치를 상기 제2시구간 동안에도 상기 제1입력단자에게 인가할 수 있다.
이때, 상기 제어부는, 제1시구간 동안 상기 스위치가 오프 상태를 갖도록 제어하고, 상기 제1시구간 직후의 제2시구간 동안 상기 스위치가 온 상태를 갖도록 제어하며, 상기 제2시구간 직후의 제3시구간 동안 상기 스위치가 오프 상태를 갖도록 제어하고, 그리고 상기 제2시구간 및 상기 제3시구간 동안 상기 제1입력단자에 동일한 특정 렌즈 목표위치를 입력하도록 되어 있을 수 있다.
본 발명에 따르면, 보이스 코일 모터 액추에이터의 안정성을 확인하기 위한 오픈루프 주파수 응답 특성 분석(FRA) 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 자동초점렌즈 구동 장치를 나타낸 것이다.
도 2는 종래의 폐루프에서의 자동 초점 액추에이터(AF Actuator)의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래의 일 실시예에 따른 폐루프와 오픈루프에서의 렌즈구동특성에 대한 그래프를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 응답 특성 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 응답 특성 측정단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 6a는 종래의 일 실시예에 따른 오픈 상태에서의 주파수 응답 특성 분석시의 구동 변위 그래프를 나타낸 것이고, 도 6b는 종래의 일 실시예에 따른 오픈 상태에서의 주파수 응답 특성 분석 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 오픈 상태에서의 주파수 응답 특성 분석시의 구동 변위 그래프를 나타낸 것이고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 오픈 상태에서의 주파수 응답 특성 분석 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다. 그러나 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 자동초점렌즈 구동 장치를 나타낸 것이다.
하우징(100)은 렌즈(111) 및 자석(112)을 포함하는 경통(lens barrel)(110), 렌즈(111)의 이동을 원활하도록 하는 볼(ball)(120), 및 코일(130)을 포함할 수 있다. 렌즈(111)는 렌즈가 상하로 움직임에 따라 자동초점을 맞추도록 되어 있다.
렌즈(111)를 '목표위치'에 이동시키고자 할 때에, 보이스 코일 모터(VCM)를 피드백 제어하는 방식을 이용하여 렌즈를 상기 '목표위치'로 이동시킬 수 있다. 이때, 상기 피드백 제어를 위하여 홀센서(140)는 렌즈(111)의 현재 위치에 관한 '현재 위치값'을 감지하여 출력할 수 있다. 그리고 상기 검출된 '현재 위치값'이 상기 '목표위치'와 동일해질 때까지 보이스 코일 모터를 피드백 제어하게 된다.
상기 '목표위치'는 렌즈(111)의 광축인 y축 상에서 정의될 수 있으며, 매크로 위치(y=0)에서 무한대 위치(y=1023) 사이의 값을 가질 수 있다.
도 2는 종래의 폐루프에서의 자동 초점 액추에이터(AF Actuator)의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 사용자 인터페이스(10)를 통해 사용자로부터 렌즈의 원하는 초점거리를 설정하기 위한 세트 위치(Set Position)를 입력받을 수 있다. 상기 세트 위치는 상기 원하는 초점거리를 얻기 위해 요구되는 렌즈의 위치이다. 이때, 상기 세트 위치는 상술한 목표 위치로 지칭될 수도 있다. 예컨대, 목표위치는 렌즈의 광축인 y축 상에서 정의될 수 있다.
오차 계산부(15)는 홀센서 ADC 피드백부(50)로부터 홀센서에 의한 구동 위치정보(즉, 렌즈의 현재 위치에 대한 정보)와 상기 사용자 인터페이스(10)를 통해 입력받은 세트 위치의 차이값(error)을 계산하여 출력할 수 있다.
PID 제어부(PID Controller)(20)는 오차 계산부(15)로부터 입력받은 상기 차이값을 기초로 생성한 AF 구동 제어신호(구동전류제어값)를 AF 구동부(30)에 디지털 값으로 제공할 수 있다.
AF 구동부(30)는 상기 구동전류제어값에 따라 AF 액추에이터(40)에 구동전류를 제공할 수 있다.
AF 액추에이터(40)는 상기 구동전류에 의해 구동될 수 있다. AF 액추에이터(40)는 도 1의 렌즈(111) 및 코일(130)을 포함할 수 있다.
홀센서 ADC 피드백부(50)는 상술한 바와 같이, 홀센서에 의한 구동 위치정보를 디지털 값으로 출력할 수 있다. 그리고 출력된 디지털 값(code)은 다시 PID 제어부(20) 전단의 오차 계산부(15)에게 제공될 수 있다. 상기 오차 계산부(15)는, 상기 출력된 디지털 값과 사용자가 입력한 위치에 대한 명령(즉, 세트 위치)에 따른 상기 세트 위치 값 간의 차이값을 생성할 수 있다.
이렇게, PID 제어부(20), 오차 계산부(15), AF 구동부(30), AF 액추에이터(40), 및 홀센서 ADC 피드백부(50)는 폐루프를 형성할 수 있다. 폐루프의 구성들을 통해 AF 액추에이터(40)가 실시간으로 제어될 수 있다.
도 3은 종래의 일 실시예에 따른 폐루프와 오픈루프에서의 렌즈구동특성에 대한 그래프를 나타낸 것이다.
도 3의 (a)는 폐루프에서의 렌즈구동특성에 대한 그래프를 나타낸 것이고, 도 3의 (b)는 오픈루프에서의 렌즈구동특성에 대한 그래프를 나타낸 것이다.
도 3의 각 그래프에서 가로축은 사용자 인터페이스(10)로부터 제공되는 코드(code)를 나타내고 세로축은 렌즈의 기준점으로부터 이격된 거리(distance, um)를 나타낸다. 예컨대 상기 기준점은 무한대 초점거리를 갖도록 하는 렌즈의 위치일 수 있다.
본 발명에서 언급하는 '오픈루프' 상태는 홀센서 ADC 피드백부(50)의 출력값(출력신호)이 PID 제어부(20)의 전단에 있는 오차 계산부(15)에게 제공되지 않는 상태룰 의미할 수 있다. 다시 말하면, 상기 오픈루프 상태란, 홀센서 ADC 피드백부(50)의 출력단자와 PID 제어부(20)의 전단에 있는 오차 계산부(15) 간의 연결이 끊어진 상태를 의미할 수 있다.
이와 비교하여 폐루프 상태에서는 PID 제어부(20)가 홀센서 ADC 피드백부(50)의 피드백신호를 받아 렌즈의 목표위치와 현재위치를 비교함으로써, 렌즈가 정확한 위치로 이동할 수 있다. 따라서 도 3의 (a)와 같이 그래프가 선형적인 구동 특성을 나타낼 수 있다.
그러나 상기 오픈루프 상태에서는 홀센서 ADC 피드백부(50)의 피드백신호를 오차 계산부(15)가 받지 못하기 때문에 내부 시스템 및 외부 요인 예컨대, 중력에 의해 도 3의 (b)에 예시한 그래프와 같이 비선형적인 구동 특성을 나타낼 수 있다.
오픈루프 상태에서 주파수 응답 특성을 측정하기 위해서는 광축 상의 지정한 위치(즉, 목표위치)에 렌즈(111)를 유지시켜야 한다. 그러나 도 3의 (b)와 같이 비선형적인 특성으로 인해 렌즈(111)가 기구벽(110, 경통) 위나 아래로 치우치게 되어 주파수 응답 특성 분석이 어렵다. 오픈루프 상태의 비선형적인 특징은 볼(ball) 타입 액추에이터에서 크게 나타난다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 응답 특성 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
주파수 응답 특성 측정 장치(1)는 상술한 오차 계산부(15), PID 제어부(20), AF 구동부(30), AF 액추에이터(40), 및 홀센서 ADC 피드백부(50)에 스위치(60), 및 제어부(70)를 더 포함할 수 있다.
스위치(60)는 일단자(61)가 오차 계산부(15)의 제2입력단자에 연결되어 있고, 타단자(62)가 홀센서 ADC 피드백부(50)의 출력단에 연결되어 있을 수 있다.
제어부(70)는 스위치부(60)의 온오프를 제어할 수 있다.
제어부(70)는 주파수 응답 특성 측정단계에서는 스위치(60)를 오프 상태로 제어하고, 상기 주파수 응답 특성 측정단계가 아닐 때에는 스위치(60)를 잠깐 동안 온 상태로 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 응답 특성 측정단계를 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 도 4 및 도 5를 함께 참조하여 설명한다.
상기 주파수 응답 특성 측정단계는 아래의 단계(S10) 내지 단계(S40)를 포함할 수 있다.
단계(S10)에서, 제어부(70)가, 스위치(60)를 오프(OFF)시킬 수 있다. 즉 주파수 응답 특성 측정 장치(1)를 오픈루프 상태로 만들 수 있다.
단계(S20)에서, 제어부(70)가, 오차 계산부(15)가 사용자로부터 렌즈 목표위치를 입력받으면, 스위치(60)의 일단자(61)에 입력 정현파 신호(Sine signal)(Vi)를 입력(제공)할 수 있다. 이렇게 하면 오차 계산부(15)는 상기 렌즈 목표위치와 상기 입력 정현파 신호 간의 차이값을 출력하여 상기 PID 제어부(20)에게 제공하게 된다.
상기 입력 정현파 신호(Vi)는 예컨대 제어부(70)가 제공하는 것일 수 있다.
단계(S30)에서, 제어부(70)가, 홀센서 ADC 피드백부(50)의 출력신호(Vo)를 상기 입력 정현파 신호(Vi)와 비교하여 액추에이터(40)의 안정성을 분석을 위한 주파수 응답 특성을 측정할 수 있다.
단계(S30)가 수행되는 과정에서 상기 입력 정현파 신호(Vi)의 주파수가 변화될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.
단계(S30)에서 액추에이터(40)의 안정성을 분석을 위한 주파수 응답 특성을 측정을 수행한 다음에 단계(S40)로 진행할 수 있다.
단계(S40)에서, 제어부(70)가, 스위치(60)를 온(ON)시킬 수 있다. 즉 주파수 응답 특성 측정 장치(1)를 폐루프 상태로 만들 수 있다. 이때, 상기 제어부(70)는 상기 입력 정현파 신호(Vi)와 상기 스위치(60)의 일단자(61) 간을 플로팅시킬 수 있다. 이렇게 하면, 상기 오차 계산부(15)의 입력단자에는 상기 입력 정현파 신호(Vi)가 제공되는 것이 아니라 상기 홀센서 ADC 피드백부(50)의 출력신호(Vo)가 제공될 수 있다. 상기 오차 계산부(15)의 입력단자에 상기 홀센서 ADC 피드백부(50)의 출력신호(Vo)가 제공되면, AF 액추에이터(40)에 의해 구동되는 렌즈는 상기 사용자 인터페이스(10)로부터 입력된 상기 렌즈 목표위치에 도달하게 된다. 그 결과, 단계(S30) 동안 상기 렌즈의 위치가 예컨대 중력과 같은 외부요인에 의해, 상기 렌즈 목표위치로부터 벗어났다고 하더라도 단계(S40)를 통해 다시 상기 렌즈 목표위치로 원상복귀하게 될 수 있다. 스위치(60)를 온(ON) 상태로 전환하는 시간 간격이 짧을수록 상기 렌즈의 위치가 외부요인에 의해 상기 렌즈 목표위치로부터 벗어나는 정도는 감소할 수 있다.
도 6a는 종래의 일 실시예에 따른 오픈루프 상태에서의 주파수 응답 특성 분석시의 구동 변위 그래프를 나타낸 것이고, 도 6b는 종래의 일 실시예에 따른 오픈루프 상태에서의 주파수 응답 특성 분석 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 6a의 가로축은 시간을 나타내고 세로축은 구동변위를 나타낸다. 도 6a에 나타낸 그래프(210)는 입력 정현파 신호(Vi)가 특정 주파수를 갖도록 고정한 상태에서 시간에 따른 렌즈의 실제 위치, 즉 구동변위를 나타낸 것이다. 상기 구동변위는 상기 홀센서 ADC 피드백부의 출력값을 획득함으로써 관찰할 수 있다. 도 6a를 살펴보면, PID 제어부(20)에 입력되는 값이 정현파 형태임에도 불구하고, 홀센서로부터 측정되는 렌즈의 시간에 따른 변위는 정현파로부터 상당히 왜곡된 형태로 변화되었음을 알 수 있다. 이는 렌즈의 움직임이 통제되지 않고 경통의 기구벽에 부딪힘으로써 발생한 예일 수 있다.
도 6a를 살펴보면, 위아래의 점선은 기구벽을 나타낼 수 있다. 이때, 오픈루프 상태에서 렌즈가 한쪽 방향으로 치우치게 되고 렌즈가 기구벽에 가까이 있음을 알 수 있다.
도 6a의 하측에 제시된 기구벽은 예컨대 렌즈가 무한대 초점 위치에 있을 때에 상기 렌즈의 촬상소자 방향으로의 이동을 제한하는 렌즈 경통 구조물일 수 있다. 또는 상기 도 6a의 하측에 제시된 기구벽은 예컨대 렌즈가 구동되지 않을 때에 렌즈가 안착하는 위치에 배치되어 있는 렌즈 경통 구조물로서, 상기 렌즈의 촬상소자 방향으로의 이동을 제한하는 렌즈 경통 구조물일 수 있다.
도 6a의 상측에 제시된 기구벽은 예컨대 렌즈가 최대 매크로 위치에 있을 때에 상기 렌즈의 촬상소자 반대 방향으로의 이동을 제한하는 렌즈 경통 구조물일 수 있다.
도 6b의 그래프(221)의 가로축은 입력 정현파 신호의 주파수(hz)를 나타내고, 좌측 세로축은 입력 정현파 신호(Vi)에 대한 출력 정현파 신호(Vo)의 이득(gain, db)을 나타낸다. 그래프(222)의 가로축은 입력 정현파 신호의 주파수(hz)를 나타내고, 우측 세로축은 입력 정현파 신호에 대한 출력 정현파 신호의 위상(phase, deg)을 나타낸다.
도 6b를 살펴보면, 루프 게인(loop gain)이 큰 저주파수 쪽에서(참조부호 A) 렌즈가 기구벽에 부딪히게 됨을 알 수 있다. 그 결과 저주파수 쪽 결과 그래프들(221, 222)에 이상 변형이 생기고 정확한 안정성 분석을 할 수 없게 된다는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 도 4와 같은 주파수 응답 특성 측정 장치를 제공할 수 있다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 오픈 상태에서의 주파수 응답 특성 분석시의 구동 변위 그래프를 나타낸 것이고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 오픈 상태에서의 주파수 응답 특성 분석 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 7a의 그래프(230)의 가로축은 시간을 나타내고 세로축은 구동변위를 나타낸다.
도 7b의 그래프(241)의 가로축은 입력 정현파 신호의 주파수(hz)를 나타내고, 좌측 세로축은 입력 정현파 신호(Vi)에 대한 출력 정현파 신호(Vo)의 이득(gain, db)을 나타낸다. 그래프(242)의 가로축은 입력 정현파 신호의 주파수(hz)를 나타내고, 우측 세로축은 입력 정현파 신호에 대한 출력 정현파 신호의 위상(phase, deg)을 나타낸다.
도 7a를 살펴보면, 위아래의 점선은 기구벽을 나타낼 수 있다. 이때, 오픈루프 상태를 유지하는 중간 중간에 폐루프 상태를 간헐적으로 만들어 줌으로써, 렌즈가 렌즈 목표위치로부터 벗어나는 현상을 최소화할 수 있다. 예컨대, 도 7a에서 상기 목표위치는 경통의 중간위치일 수 있다.
만일 본 발명과 달리 간헐적인 폐루프 상태를 만들어 렌즈가 상기 렌즈 목표위치로 복귀하도록 제어 해주지 않는다면, 도 7에 제시된 정현파 형태의 변위그래프는 시간이 지날수록 아래쪽 또는 위쪽으로 그 중심점이 이동하는 현상을 보일 수도 있다.
이때, 참조부호 Step1 내지 Step3은 각각 주파수 응답 특성 측정단계를 의미하며, 각 스텝은 상술한 단계(S10) 내지 단계(S40)를 포함하는 프로세스를 나타낸다. 즉, 도 7a에서는, 상기 프로세스가 3번 수행되고 있는 과정을 도시한 것이다.
도 7b를 살펴보면, 루프 게인(loop gain)이 큰 저주파수 쪽에서(참조부호 B) 렌즈가 기구벽에 부딪히지 않고, 목표 위치를 유지하고 있음을 알 수 있다. 그 결과 저주파수 쪽 결과 그래프들(241, 242)에 이상 변형이 발생하지 않음을 알 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본 명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에 결합될 수 있다.

Claims (14)

  1. 렌즈의 위치를 제어하기 위한 코일에 구동 신호를 제공하는 AF구동부(30);
    상기 렌즈의 위치를 검출하여 상기 위치에 관한 피드백 신호를 생성하는 홀센서 ADC 피드백부(50);
    제2입력단자 및 렌즈 목표위치를 입력받는 제1입력단자를 구비하여, 상기 제1입력단자에 입력된 제1신호와 상기 제2입력단자에 입력된 제2신호 간의 차이값을 산출하는 오차 계산부(15);
    상기 오차 계산부(15)가 출력한 차이값을 입력받아 상기 AF구동부를 제어하기 위한 구동전류제어값을 출력하는 PID 제어부(20);
    일단자(61)는 상기 오차 계산부(15)의 상기 제2입력단자에 연결되어 있고, 타단자(62)는 상기 홀센서 ADC 피드백부의 출력단에 연결되어 있는 스위치(60); 및
    제어부(70);
    를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 스위치가 오프인 상태에서 상기 오차 계산부의 상기 제2입력단자에 소정의 규칙에 의해 정의된 주파수를 갖는 입력 정현파 신호(Vi)를 인가하여, 상기 입력 정현파 신호(Vi)와 상기 홀센서 ADC 피드백부의 출력 신호(Vo) 간의 주파수 응답 특성을 측정하는 측정단계를 수행하도록 되어 있고,
    상기 제어부는, 상기 측정단계 도중에 미리 결정된 스케쥴에 따라 상기 스위치를 온 상태로 변환하도록 되어 있는,
    주파수 응답 특성 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 제1시구간, 상기 제1시구간 직후의 제2시구간, 및 상기 제2시구간 직후의 제3시구간 동안 상기 스위치를 각각 오프 상태, 온 상태, 및 오프 상태로 제어하도록 되어 있고,
    상기 제어부는, 상기 제1시구간에서 상기 제1입력단자에 제1렌즈 목표위치를 인가하고, 상기 제3시구간에서 상기 제1입력단자에 상기 제1렌즈 목표위치와는 다른 제2렌즈 목표위치를 인가하도록 되어 있는,
    주파수 응답 특성 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 제1시구간, 상기 제1시구간 직후의 제2시구간, 및 상기 제2시구간 직후의 제3시구간 동안 상기 스위치를 각각 오프 상태, 온 상태, 및 오프 상태로 제어하도록 되어 있고,
    상기 제어부는, 상기 제1시구간에서 상기 제2입력단자에 제1주파수를 갖는 입력 정현파 신호를 인가하고, 상기 제3시구간에서 상기 제2입력단자에 상기 제1주파수와는 다른 제2주파수를 갖는 입력 정현파 신호를 인가하도록 되어 있는,
    주파수 응답 특성 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1시구간, 상기 제2시구간, 및 상기 제3시구간 모두에서, 상기 제1입력단자에 동일한 렌즈 목표위치를 인가하도록 되어 있는, 주파수 응답 특성 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2시구간에서 상기 제2입력단자에 상기 홀센서 ADC 피드백부의 출력단이 제공하는 전위가 인가되도록, 상기 제2시구간에서 상기 스위치를 온 상태로 제어하도록 되어 있는,
    주파수 응답 특성 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 제1시구간, 상기 제1시구간 직후의 제2시구간, 및 상기 제2시구간 직후의 제3시구간 동안 상기 스위치를 각각 오프 상태, 온 상태, 및 오프 상태로 제어하도록 되어 있고,
    상기 제어부는, 상기 제2시구간에서 상기 제2입력단자에 상기 홀센서 ADC 피드백부의 출력단이 제공하는 전위가 인가되도록, 상기 제2시구간에서 상기 스위치를 온 상태로 제어하도록 되어 있는,
    주파수 응답 특성 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 측정단계 도중에 상기 스위치가 온 상태를 유지하는 동안, 상기 제1입력단자에 특정 렌즈 목표위치를 입력하도록 되어 있는, 주파수 응답 특성 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 제1시구간, 상기 제1시구간 직후의 제2시구간, 및 상기 제2시구간 직후의 제3시구간 동안 상기 스위치를 각각 오프 상태, 온 상태, 및 오프 상태로 제어하도록 되어 있고,
    상기 제어부는, 상기 제1시구간 및 상기 제3시구간에서 상기 제2입력단자에 시간에 따라 변화하는 주파수를 갖는 입력 정현파 신호를 인가하도록 되어 있으며,
    상기 제어부는, 상기 제1시구간, 상기 제2시구간, 및 상기 제3시구간 모두에서, 상기 제1입력단자에 동일한 렌즈 목표위치를 인가하도록 되어 있고, 그리고
    상기 제어부는, 상기 제2시구간에서 상기 제2입력단자에 상기 홀센서 ADC 피드백부의 출력단이 제공하는 전위가 인가되도록, 상기 제2시구간에서 상기 스위치를 온 상태로 제어하도록 되어 있는,
    주파수 응답 특성 측정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제2시구간 동안 상기 스위치가 온 상태를 갖도록 제어하며,
    상기 제2시구간 직후의 제3시구간 동안 상기 스위치가 오프 상태를 갖도록 제어하고,
    상기 제2시구간 및 상기 제3시구간 동안 상기 제1입력단자에 동일한 특정 렌즈 목표위치를 입력하도록 되어 있는,
    주파수 응답 특성 측정 장치.
  10. 주파수 응답 특성 측정 장치로서.
    렌즈의 위치를 제어하기 위한 코일에 구동 신호를 제공하는 AF구동부(30);
    상기 렌즈의 위치를 검출하여 상기 위치에 관한 피드백 신호를 생성하는 홀센서 ADC 피드백부(50);
    제2입력단자 및 렌즈 목표위치를 입력받는 제1입력단자를 구비하여, 상기 제1입력단자에 입력된 제1신호와 상기 제2입력단자에 입력된 제2신호 간의 차이값을 산출하는 오차 계산부(15);
    상기 오차 계산부가 출력한 차이값을 입력받아 상기 AF구동부를 제어하기 위한 구동전류제어값을 출력하는 PID 제어부(20);
    일단자(61)는 상기 오차 계산부의 상기 제2입력단자에 연결되어 있고, 타단자(62)는 상기 홀센서 ADC 피드백부의 출력단에 연결되어 있는 스위치(60); 및
    제어부(70);
    를 포함하며,
    상기 제어부는 주파수 응답 특성 측정단계에서는 상기 스위치를 오프 상태로 제어하고, 상기 주파수 응답 특성 측정단계가 아닐 때에는 상기 스위치를 온 상태로 제어하도록 되어 있으며,
    상기 주파수 응답 특성 측정단계는,
    상기 제어부가,
    상기 스위치를 오프시키는 단계;
    상기 오차 계산부가 사용자로부터 렌즈 목표위치를 입력받으면, 상기 스위치의 일단자에 입력 정현파 신호(Sine signal)를 제공하는 단계; 및
    상기 홀센서 ADC 피드백부의 출력신호를 상기 입력 정현파 신호와 비교하여, 상기 AF구동부로부터 구동전류를 제공받는 액추에이터의 안정성 분석을 위한 주파수 응답 특성을 측정하는 단계;
    를 포함하는,
    주파수 응답 특성 측정 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 주파수 응답 특성을 측정하는 단계 이후에, 상기 제어부가 상기 스위치를 온시키는 단계를 더 포함하는, 주파수 응답 특성 측정 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 주파수 응답 특성을 측정하는 단계는 주파수 스윕을 이용하는 단계를 포함하는, 주파수 응답 특성 측정 장치.
  13. 주파수 응답 특성 측정 장치를 이용한 주파수 응답 특성 측정방법으로서,
    상기 장치는,
    렌즈의 위치를 제어하기 위한 코일에 구동 신호를 제공하는 AF구동부(30);
    상기 렌즈의 위치를 검출하여 상기 위치에 관한 피드백 신호를 생성하는 홀센서 ADC 피드백부(50);
    제2입력단자 및 렌즈 목표위치를 입력받는 제1입력단자를 구비하여, 상기 제1입력단자에 입력된 제1신호와 상기 제2입력단자에 입력된 제2신호 간의 차이값을 산출하는 오차 계산부(15);
    상기 오차 계산부가 출력한 차이값을 입력받아 상기 AF구동부를 제어하기 위한 구동전류제어값을 출력하는 PID 제어부(20);
    일단자(61)는 상기 오차 계산부(15)의 상기 제2입력단자에 연결되어 있고, 타단자(62)는 상기 홀센서 ADC 피드백부의 출력단에 연결되어 있는 스위치(60); 및
    제어부(70)
    를 포함하며,
    상기 제어부가, 상기 스위치를 오프시키는 단계;
    상기 제어부가, 상기 오차 계산부가 사용자로부터 렌즈 목표위치를 입력받으면, 상기 스위치의 일단자에 입력 정현파 신호를 입력하는 단계;
    상기 제어부가, 상기 홀센서 ADC 피드백부의 출력신호를 상기 입력 정현파 신호와 비교하여 주파수 응답 특성을 측정하는 단계; 및
    상기 제어부가, 상기 측정하는 단계 이후에 상기 제어부가 상기 스위치를 온시키는 단계;
    를 포함하는,
    주파수 응답 특성 측정방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 주파수 응답 특성을 측정하는 단계에서, 상기 AF구동부로부터 구동전류를 제공받는 액추에이터의 안정성을 분석하기 위해 주파수 스윕을 이용하는, 주파수 응답 특성 측정방법.
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