KR20130059811A - 손떨림 보정 카메라에서의 게인 조정방법 - Google Patents

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Abstract

손떨림 보정 카메라에서의 게인 조정방법이 개시된다. 본 발명에 따른 게인 조정방법은 자이로의 직류 오프셋(DC offset)을 제거하는 단계, 가진기(vibrator)를 작동하여 가진기 신호를 인가하고, 상기 인가된 가진기 신호를 이용하여 상기 자이로의 실측값을 획득하는 단계, 가진기의 신호 및 상기 자이로의 실측값을 이용하여 상기 자이로의 감도를 보상하기 위한 제1 게인값을 계산하는 단계, 액츄에이터를 작동시키는 단계, 상기 액츄에이터의 작동에 의하여 이미지 상에서 실제 움직인 픽셀 이동량을 측정하는 단계 및 상기 실제 움직인 픽셀 이동량을 기초로 상기 액츄에이터의 감도 편차 조절을 위한 제2 게인값을 계산하는 단계를 포함한다. 이에 의하여 공정시간을 단축하면서 고성능을 보장할 수 있게 된다.

Description

손떨림 보정 카메라에서의 게인 조정방법{AUTO CALIBRATION METHOD OF OIS CAMERA}
본 발명은 손떨림 보정 카메라에서의 게인 조정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자이로와 액츄에이터의 제조 상태에서 오는 편차 수준을 극복하면서 성능을 신뢰할 수 있는 손떨림 보정 카메라에서의 게인 조정방법에 관한 것이다.
손떨림 보정(Optical Image Stabilizer, OIS) 카메라는 기존 AF(auto focusing) 카메라에 3가지 부품이 추가된다. 첫째는 손떨림(tremor)을 감지하는 자이로 센서(Gyroscope sensor)를 포함한다. 자이로 센서는 통상 2축(pitch, yaw)에 대한 회전(tilting) 정도를 감지하는 기능을 갖는다. 둘째는 손떨림 발생시에 카메라의 틸팅을 보상하기 위한 액츄에이터(actuator)를 포함한다. 셋째는 이를 제어하기 위하여 OIS 컨트롤 LSI칩을 사용한다.
이 세 가지 구성 중 자이로 센서와 액츄에이터는 제조 상태에서의 제품 간 편차 때문에 OIS 컨트롤 LSI칩에서 이를 보정하지 않는 경우 정상적인 성능을 기대할 수 없다. 통상적으로 OIS 컨트롤 LSI칩에는 입력 대비 출력비를 조정하기 위해 반드시 게인(gain) 증폭 회로를 포함하며 모듈 제조 회사는 게인 증폭 회로 조정을 통한 부품별 개별 캘리브레이션(calibration) 방법을 시행하고 있다.
이를 위한 기존의 방법은 크게 두 가지가 있다. 첫번째로 수동으로 게인을 찾아 모든 모듈에 동일한 값을 주는 방법이다. 이 경우 공정시간을 단축할 수는 있지만 부품간의 산포가 큰 경우에는 정확한 OIS 성능을 보장하기 어렵다. 두번째로 이미지 테스트에 의해 자동으로 게인값을 찾아주는 방법이다. 이 방법은 부품간의 산포가 크더라도 어느 정도 정확한 OIS의 성능을 기대할 수는 있지만 게인 조절 레졸루션(resolution)에 따라 공정시간이 크게 증가하며 평가방법이 복잡할 뿐만 아니라 공정비용이 증가한다는 단점이 있다.
따라서 기존의 방법으로는 공정시간을 단축함과 동시에 정확한 OIS 성능을 보장하기 어렵기 때문에 이를 보완할 수 있는 방안이 모색되어야 한다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은 공정시간을 단축하면서 성능을 고성능을 보장할 수 있는 손떨림 보정 카메라에서의 게인 조정방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 게인 조정방법은 손떨림을 감지하는 자이로(gyro) 및 손떨림 발생시 카메라의 틸팅(tilting)을 보상하는 액츄에이터(actuator)를 포함하는 손떨림 보정 카메라에서의 게인 조정방법에 있어서, 상기 자이로의 직류 오프셋(DC offset)을 제거하는 단계; 가진기(vibrator)를 작동하여 가진기 신호를 인가하고, 상기 인가된 가진기 신호를 이용하여 상기 자이로의 실측값을 획득하는 단계; 상기 가진기의 신호 및 상기 자이로의 실측값을 이용하여 상기 자이로의 감도를 보상하기 위한 제1 게인값을 계산하는 단계; 상기 액츄에이터를 작동시키는 단계; 상기 액츄에이터의 작동에 의하여 이미지 상에서 실제 움직인 픽셀 이동량을 측정하는 단계; 및 상기 실제 움직인 픽셀 이동량을 기초로 상기 액츄에이터의 감도 편차 조절을 위한 제2 게인값을 계산하는 단계;를 포함한다.
그리고 상기 제1 게인값 및 상기 제2 게인값을 저장하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 가진기의 신호는 삼각파형 신호이고, 제1 게인값을 계산하는 단계는, 상기 삼각파형 신호의 기울기 값을 상기 자이로의 실측값으로 나눈 값을 상기 제1 게인값으로 결정할 수 있다.
그리고 상기 제1 게인값을 계산하는 단계는, 상기 가진기의 신호가 동일한 기울기를 내지 못하는 경우 일정 시점에서 취한 각속도 값의 평균값을 상기 자이로의 실측값으로 나눈 값을 상기 제1 게인값으로 결정할 수 있다.
또한 상기 제1 게인값을 계산하는 단계는, 상기 가진기의 신호가 사인파인 경우, 상기 사인파에 대한 각속도값을 계산하여 분자의 기준값으로 두고 상기 자이로의 실측값으로 나눈 값을 상기 제1 게인값으로 결정할 수 있다.
또한 상기 제2 게인값을 계산하는 단계는, 기준 좌표 이동량을 상기 실제 움직인 픽셀 이동량으로 나눈 값을 상기 제2 게인값으로 결정할 수 있다.
그리고 상기 직류 오프셋(DC offset)을 제거하여 조정된 신호를 저장하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 직류 오프셋을 제거하는 단계는, 상기 가진기가 정지된 상태에서 이루어질 수 있다.
상기 구성에 따른 손떨림 보정 카메라에서의 게인 조정방법에 의하면 공정시간과 비용을 단축하면서 고성능을 보장할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 손떨림 보정 카메라에서의 게인 조정방법의 흐름을 나타내는 흐름도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 손떨림 보정 카메라에서의 게인 조정방법에 있어서, 자이로의 DC 오프셋 제거 과정을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 손떨림 보정 카메라에서의 게인 조정방법에 있어서, 자이로의 신호획득 과정을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 손떨림 보정 카메라에서의 게인 조정방법에 있어서, 픽셀의 좌표 이동량을 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면, 그리고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 손떨림 보정 카메라에서의 게인 조정방법이 적용되어 동작하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 손떨림 보정 카메라에서의 게인 조정방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
우선 카메라의 정지상태에서 시작한다(S100). 즉 가진기(vibrator)가 정지상태이어야 한다. 첫번째 단계는 오프셋(offset)을 제거하여 제로(zero) 수준으로 캘리브레이션(calibration)한다(S110).
단계 S110을 도 2에 도시하였다. 도 2a는 사인파 가진시 자이로가 취득한 신호(사인파)를 나타내는 것이고 도 2b는 제조상태에 따라 오프셋이 발생한 신호를 나타낸다. 즉 사인파 형태의 신호로 가정하면 자이로는 도 2b에서와 같이 제조 상태에 따라 C0의 오프셋을 가진다. 이 상태 그대로 OIS 컨트롤러의 적분기를 통과하게 되면 자이로 신호값은 시간에 비례하여 오차값으로 누적된다. 따라서 첫번째 단계에서는 오프셋 제거를 위한 과정을 포함한다. 이 값은 저장모듈, 예를 들어 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)에 저장될 수 있다.
다음은 자이로 신호를 획득한다(S120).
단계 S120 과정을 도 3에 도시하였다. 우선 자이로 신호의 실측값을 알기 위하여 가진기를 작동시킨다. 가진기는 액츄에이터가 조절가능한 하나의 각도 중 최고 값만 알면 된다. 따라서 동일한 기울기를 가지는 삼각파형을 입력시킨다. 다만 삼각파형 구현에 문제가 있는 경우에는 일반적인 사인파형의 신호도 무방하다. 여기서 동일한 기울기의 미분값은 자이로에서 각속도(단위:dps(degree per second))로 수신된다.
도 3a에서는 가진기 신호를 나타낸다. 즉 동일한 기울기를 가진 가진기 신호를 인가한다. 도 3b는 입력된 가진기 신호를 기초로 자이로를 통해 획득한 각속도를 나타낸다. 동일한 기울기의 삼각파형 신호를 인가하였기 때문에 자이로에서 수신된 각속도 값 a는 일정하다. 따라서 현재 자이로를 포함하고 있는 카메라는 실측값 a의 특성을 가진다. 만일 가진기가 재현성 문제로 동일 기울기를 내지 못하는 경우에는 일정시점 T에서 취한 각속도 값의 평균을 취하여 실측값에 반영하여도 무방하다.
다음 제1 게인값을 계산한다. 제1 게인값은 현재 자이로의 감도 공차에 대한 편차 수준을 보상하기 위한 증폭회로의 게인(dB) 수준을 결정하는 값이다. 제1 게인값은 아래의 수학식 1에 의하여 계산가능하다.
Figure pat00001
상기 수학식 1에서 분자는 가진기의 삼각파형 기울기값을 나타내며, 이는 기준값을 나타낸다. 분모는 위의 과정에 의하여 획득된 자이로에서의 실측값을 나타낸다. 기울기에 대한 기준값은 기울기에 대한 실측값으로 나누어져 제1 게인값으로 결정된다.
가진기의 사인파를 가정하는 경우, 분자의 기준값은 삼각파형의 기울기가 아닌 가진기의 최대 각속도가 된다. 가진기의 각속도는 통상적으로 가진기 각도와 주파수에 의거해 아래의 수학식 2로 표현된다.
Figure pat00002
만일 가진기의 각도가 0을 기준으로 ±0.5/5hz의 사인파형을 갖는다면 분자에 해당하는 사인파형의 최고 각속도(dps)는 2*π*5hz*1도가 된다. 이때 실제 자이로의 실측값도 각속도(dps)이므로 제1 게인값은 사인파형의 최고각속도/자이로의 실측값으로 결정된다.
제1 게인값은 저장모듈, 예를 들어 EEPROM 등에 저장된다(S180). 이는 현재 모듈의 자이로 감도를 보상하는데 이용된다.
다음 단계는 제2 게인값을 계산하는 과정을 나타낸다.
우선 액츄에이터를 작동시킨다(S150). 액츄에이터를 작동시키기 위한 전류값은 후술할 S170 단계에서 기준값에서 결정된 전류값과 동일하다.
액츄에이터가 작동되면 픽셀(pixel)의 좌표 이동량을 측정한다(S160). 단계 S160을 도 4에 도시하였다. 즉 액츄에이터 작동에 의하여 이미지 상에서 실제 움직인 픽셀의 Y축 이동량과 X축 이동량을 측정한다. 이때 픽셀의 이동량은 현재 모듈의 EFL(유효초점거리)의 공차를 포함한 움직임 거리이다.
액츄에이터의 이동량을 픽셀 이동량으로 보는 이유는 카메라의 EFL 공차에 의해 발생할 수 있는 편차까지 포함하여 보정하기 위함이다. 또한 센서 픽셀 피치(pitch)는 일정하기 때문에, 픽셀 이동량은 실제 스트로크(stroke)의 이동량을 반영하는 모순된 점이 없다.
이러한 픽셀 이동량은 아래 수학식 3에 의하여 계산될 수 있다.
Figure pat00003
여기서 액츄에이터의 스트로크는 EFL(유효초점거리)와 TAN(보정각도)를 곱한 값이다.
이렇게 계산된 픽셀이동량을 기초로 제2 게인값을 계산한다(170). 상기 픽셀 이동량은 x,y좌표에 대하여 각각 측정된다. 각 값들은 아래 수학식 4에 의하여 실제 측정된 이동값으로 활용된다.
Figure pat00004
여기서 기준좌표이동값은 임의의 값이다. 액츄에이터가 가지고 있는 전류인가 대비 실제 스트로크 수준을 보고 보정 가능한 보정각도만큼의 임의 전류값을 정하면 된다.
마지막으로 상기 계산된 제2 게인값은 저장모듈에 저장된다(S180). 즉 제2 게인값은 EEPROM과 같은 저장수단에 저장되어 액츄에이터의 감도편차조절에 이용된다.
이렇게 본 발명의 일 실시예에 따른 손떨림 보정 카메라에서의 게인 조정방법은 자이로 감도 조정 단계와 액츄에이터 감도 조정 단계의 두 단계로 구분되며 Pitch축과 Yaw축 모두에 각각 동일하게 수행된다. 이에 의하여 자이로와 액츄에이터의 제조 상태에서 오는 편차 수준을 극복하여 카메라의 성능을 최대한 보장할 수 있고 편차 수준을 정확하게 반영할 수 있으며, 공정시간이 짧고 저비용으로 공정을 가능하게 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 손떨림 보정 카메라에서의 게인 조정방법이 적용되어 동작하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 손떨림 보정 카메라는 자이로(200)와 액츄에이터(230), 컨트롤러(210) 및 저장부(240)를 포함한다.
제1 게인값(202)과 제2 게인값(220)은 상술한 방법과 같이 구해진다. 따라서 이에 대한 동일한 설명은 반복하지 않기로 한다. 제1 게인값(202)은 컨트롤러(210)를 거치며 제2 게인값(220)을 도출하며, 제2 게인값(220)은 액츄에이터(230)의 감도를 조절하는데 이용된다. 구체적으로 제1 게인값(202)은 컨트롤러(210) 내의 제1 하이패스 필터(212), 적분기(214), 제2 하이패스 필터(216), 페이즈 필터(218)을 거치게 된다.
한편 제1 게인값(202)과 제2 게인값(220)은 저장부(240)에 저장될 수 있다.
종래 기술에서는 이미지 처리를 통한 조정 또는 수동 캘리브레이션 방법에 의하여 제2 게인값만 조정한다. 즉, 자이로 신호가 적분기를 통과하여 각도로 변경된 이후에 액츄에이터 전달값을 판단하기 전에 보정하게 되지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 손떨림 보정 카메라에서는 자이로와 액츄에이터의 감도 보상이 구분되어 제1 게인값(202)과 제2 게인값(220)과 같은 두 가지 형태로 저장부(240)에 저장된다.
이에 의하여 기존 방법과 달리 공정시간을 확연히 단축할 수 있고 각 모듈 내의 개별 진동을 정확하게 반영하여 보정할 수 있으므로 손떨림 보정 카메라의 성능을 보장할 수 있게 된다. 또한 이러한 방법대로 공정을 통하게 되면 자동화가 가능하여 대량생산이 가능하게 되어 생산비용이 절감되는 기술적 효과를 도모할 수 있다.
상기한 바에서, 다양한 실시예에서 설명한 각 구성요소 및/또는 기능은 서로 복합적으로 결합하여 구현될 수 있으며, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 손떨림을 감지하는 자이로(gyro) 및 손떨림 발생시 카메라의 틸팅(tilting)을 보상하는 액츄에이터(actuator)를 포함하는 손떨림 보정 카메라에서의 게인 조정방법에 있어서,
    상기 자이로의 직류 오프셋(DC offset)을 제거하는 단계;
    가진기(vibrator)를 작동하여 가진기 신호를 인가하고, 상기 인가된 가진기 신호를 이용하여 상기 자이로의 실측값을 획득하는 단계;
    상기 가진기의 신호 및 상기 자이로의 실측값을 이용하여 상기 자이로의 감도를 보상하기 위한 제1 게인값을 계산하는 단계;
    상기 액츄에이터를 작동시키는 단계;
    상기 액츄에이터의 작동에 의하여 이미지 상에서 실제 움직인 픽셀 이동량을 측정하는 단계; 및
    상기 실제 움직인 픽셀 이동량을 기초로 상기 액츄에이터의 감도 편차 조절을 위한 제2 게인값을 계산하는 단계;를 포함하는 게인 조정방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 게인값 및 상기 제2 게인값을 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 게인 조정방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가진기의 신호는 삼각파형 신호이고,
    제1 게인값을 계산하는 단계는,
    상기 삼각파형 신호의 기울기 값을 상기 자이로의 실측값으로 나눈 값을 상기 제1 게인값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 게인 조정방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 게인값을 계산하는 단계는,
    상기 가진기의 신호가 동일한 기울기를 내지 못하는 경우 일정 시점에서 취한 각속도 값의 평균값을 상기 자이로의 실측값으로 나눈 값을 상기 제1 게인값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 게인 조정방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 게인값을 계산하는 단계는,
    상기 가진기의 신호가 사인파인 경우, 상기 사인파에 대한 각속도값을 계산하여 분자의 기준값으로 두고 상기 자이로의 실측값으로 나눈 값을 상기 제1 게인값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 게인 조정방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 게인값을 계산하는 단계는,
    기준 좌표 이동량을 상기 실제 움직인 픽셀 이동량으로 나눈 값을 상기 제2 게인값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 게인 조정방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 직류 오프셋(DC offset)을 제거하여 조정된 신호를 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 게인 조정방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 직류 오프셋을 제거하는 단계는, 상기 가진기가 정지된 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 게인 조정방법.
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