KR20150061399A

KR20150061399A - 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치, 방법 및 이를 이용한 광학식 손떨림 보정 장치

Info

Publication number: KR20150061399A
Application number: KR1020130145487A
Authority: KR
Inventors: 강순석
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2015-06-04
Also published as: KR101598255B1

Abstract

본 발명에 의한 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치는, 손떨림을 감지하는 모션 센서의 출력에 기반하여 거리를 계산하는 거리 계산부; 상기 거리 계산부에서 출력되는 거리 데이터에 기반하여 상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인지를 판단하는 손떨림 주파수 판단부; 및 상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인 경우, 비례-적분-미분(PID) 제어부의 출력의 크기를 복수개의 부분으로 분할하여 하나씩 액추에이터 구동부에 제공하는 제어 패턴 생성부를 포함하여, 저주파수의 손떨림 발생시 액추에이터 구동부의 급격한 제어 값의 변화를 방지하고 액추에이터에 발진 신호가 출력되는 것을 방지함으로써 저주파수의 손떨림으로 인한 영상의 블러를 방지할 수 있다.

Description

광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치, 방법 및 이를 이용한 광학식 손떨림 보정 장치{Apparatus and method for controlling actuator in optical image stabilizer and optical image stabilizer using the same}

본 발명은 저주파수의 손떨림 발생시 액추에이터 구동부의 제어 값의 급격한 변화를 방지하여 액추에이터에서 발진 신호가 출력되는 것을 최소화함으로써 영상의 안정화를 이룰 수 있는 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.

광학식 손떨림 보정 장치(OIS: Optical Image Stabilizer, 이하 OIS라 함)의 기능은 액추에이터를 제어하여 렌즈 모듈을 손떨림의 방향과 반대 방향으로 이동시킴으로써, 항상 영상의 중심이 카메라의 광축과 일치하도록 조정하는 것이다. 이 기능에서 가장 중요한 부분은 모션 센서인 자이로 센서에서 출력되는 데이터의 값이다. 왜냐하면, 자이로 센서에서 출력되는 데이터의 값에 기반하여 현재 렌즈 모듈을 얼마만큼 X 축 또는 Y 축으로 위치 이동시켜야 하는지가 결정되기 때문이다.

하지만, 자이로 센서에서 출력되는 데이터의 값에 의해 렌즈 모듈이 이동되어야 할 위치가 결정되더라도 목표 위치에 렌즈 모듈을 정확하게 위치시키는 것은 힘들다. 가장 큰 이유는 비례-적분-미분(PID: Proportional-Integral-Derivative, 이하 PID라 함) 제어부의 제어 성능에 있다.

PID 제어부는 렌즈 모듈의 실제 이동 거리를 감지하는 홀 센서의 출력과 자이로 센서의 출력에 기반하여, 렌즈 모듈이 이동해야 할 최종 위치 이동 값을 산출한다.

PID 제어부는 산출한 최종 위치 이동 값을 펄스 폭(PWM: Pulse Width Modulation) 제어부 또는 리니어(Linear) 제어부 등을 포함하는 액추에이터 구동부에 전달하고, 액추에이터 구동부는 액추에이터에 구동 신호를 출력한다. 보이스 코일 모터(VCM: Voice Coil Motor, 이하 VCM이라 함)와 같은 액추에이터는 구동 신호에 따라 동작하여 렌즈 모듈을 위치 이동 값만큼 이동시킨다.

PID 제어부는 비례 계수(Kp), 적분 계수(Ki), 미분 계수(Kd)의 세 가지 계수의 비율이 주어진 환경에서 얼마나 최적화되어 있느냐에 따라 성능의 변화가 발생한다. 비례 계수(Kp)는 현재의 제어 값, 적분 계수(Ki)는 과거의 제어 값, 그리고 미분 계수(Kd)는 미래의 제어 값과 관련이 있다.

비례 계수(Kp)는 현재 에러에 몇 배의 가중치를 둘 것인가와 관련이 있고, 적분 계수(Ki)는 현재 기준으로 과거의 몇 번째 에러까지 통합하여 제어할 것인가와 연관이 있으며, 미분 계수(Kd)는 미래의 어느 정도의 값과 방향을 가지고 에러를 제어할 것인가와 관련이 있다.

PID 제어부의 특성상, 한 번 설정이 끝나면, 현재 값의 가중치는 얼마로 할지, 과거의 값을 얼마나 누적할 것인지, 그리고 미래에는 어느 방향으로 이동할 것인지 등을 결정하는 것이 상기한 PID 계수(Kp, Ki, Kd)에만 의존하기 때문에 문제가 발생한다. 이러한 문제로 인하여 어느 특정 환경에 최적화된 PID 계수들이 다른 특정 환경에서는 최악의 경우가 될 수도 있다.

일반적으로 손떨림 방지를 위해 PID 제어부를 설계할 때, 저주파수 영역에서 고주파수 영역까지(1Hz 내지 15Hz) 하나의 PID 계수를 결정하여 PID 제어를 수행하므로, 저주파수의 손떨림이 발생하는 경우 액추에이터에서 과도한 강제적인 발진 신호가 출력될 수도 있다.

액추에이터 구동부에 포함되는 PWM 제어부와 리니어 제어부의 제어 값은 PID 제어부에서 계산되어 제공된다. 따라서, PID 제어부가 출력하는 값에 따라서 액추에이터 동작이 안정되지 못하고, 강제적으로 발진 신호를 출력하는 경우가 발생한다. 이러한 현상은 PID 제어부의 PID 계수(Kp, Ki, Kd) 값이 현재의 주파수 상황과 맞지 않아 액추에이터의 출력 신호가 기준 위치의 주변에서 +/-로 발진함으로써 발생한다.

OIS는 모든 주파수 대역의 손떨림에서 모두 잘 동작해야 하므로, 제어하기가 힘들고, 자주 발생하지 않는 저주파수의 손떨림만을 위해 최적화 환경을 구축하는 것은 어렵다. 즉, 전반적으로 잘 동작하는 OIS를 위하여 저주파수 영역의 정확한 제어를 트레이드-오프할 수 밖에 없었고 이러한 이유로 OIS가 저주파수의 특성을 가지는 천천히 움직이는 손떨림에서는 동작을 하지 않는 것처럼 보이거나 영상이 과도하게 떠는 현상이 발생하였다. 일반적인 OIS 제어용 PID 제어 방식으로는 이러한 문제를 해결하기 힘든 상황이다.

하기의 선행기술문헌에 기재된 특허문헌은, 모바일 기기용 카메라 모듈의 손떨림 보정 방법 및 장치에 관한 것으로, 최대한의 제어 분해능을 갖게 되는 PID 계수를 이용하여, 이미지 센서가 움직여야 하는 기준 제어값을 따라 기준값이 갱신되는 기본 샘플링 주기 동안 종래의 PID 제어에 비해 상대적으로 작은 제어 주기를 사용하여 여러 번 제어를 하여 원하는 기준값에 도달하도록 하는 멀티레이트 PID 제어기를 사용하는 것을 개시하고 있다. 하기의 특허문헌은, 구동부를 제어하는 제어 신호의 정해진 구간 동안 지속적으로 구동부를 동작시켜 일정한 운동 마찰력 내에서 구동부를 제어하도록, 멀티레이트 PID 제어를 수행한다. 하지만, 하기의 특허문헌은 이미지 센서 구동부가 한쪽 방향으로 치우쳐 움직임이 둔화되는 현상을 방지하고 제어기가 외부의 강한 충격으로부터 회복되는 성능은 높여줄 수 있을지라도, 모든 손떨림 주파수에 대해 동일한 PID 제어를 수행하므로, 저주파수의 손떨림 발생시 액추에이터 구동부의 제어 값의 급격한 변화를 방지할 수 없다.

KR

10-0819301

B1

본 발명의 일 실시예는 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 일 실시예가 해결하고자 하는 과제는, 저주파수의 손떨림 발생시 액추에이터 구동부의 급격한 제어 값의 변화를 방지하고 액추에이터에서 발진 신호가 출력되는 것을 방지함으로써 저주파수의 손떨림으로 인한 영상의 블러를 방지할 수 있는 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예가 해결하고자 하는 다른 과제는, 본 발명의 일 실시예가 해결하고자 하는 과제는, 저주파수의 손떨림 발생시 액추에이터 구동부의 급격한 제어 값의 변화를 방지하고 액추에이터에서 발진 신호가 출력되는 것을 방지함으로써 저주파수의 손떨림으로 인한 영상의 블러를 방지할 수 있는 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예가 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 저주파수의 손떨림 발생시 액추에이터 구동부의 급격한 제어 값의 변화를 방지하고 액추에이터에서 발진 신호가 출력되는 것을 방지함으로써 저주파수의 손떨림으로 인한 영상의 블러를 방지할 수 있는 광학식 손떨림 보정 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치는,

손떨림을 감지하는 모션 센서의 출력에 기반하여 거리를 계산하는 거리 계산부;

상기 거리 계산부에서 출력되는 거리 데이터에 기반하여 상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인지를 판단하는 손떨림 주파수 판단부; 및

상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인 경우, 비례-적분-미분(PID: Proportional-Integral-Derivative) 제어부의 출력의 크기를 복수개의 부분으로 분할하여 하나씩 액추에이터 구동부에 제공하는 제어 패턴 생성부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치에 있어서, 상기 액추에이터는 보이스 코일 모터(VCM: Voice Coil Motor)를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치에 있어서, 상기 제어 패턴 생성부는 상기 PID 제어부의 출력을 선형적으로 분할하거나 역 지수함수적으로 분할하여, 분할된 출력들을 상기 액추에이터 구동부에 하나씩 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치에 있어서, 상기 PID 제어부의 출력을 역 지수함수적으로 나누는 경우 그리고 상기 제어 패턴 생성부가 상기 액추에이터 구동부에 상기 PID 제어부의 출력 중 80 퍼센트를 제공한 경우, 상기 제어 패턴 생성부는 상기 액추에이터 구동부에 나머지 20 퍼센트의 출력을 점진적으로 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치에 있어서, 상기 액추에이터 구동부는, 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation) 제어부 및 리니어(Linear) 제어부 중 적어도 하나 및 H-브릿지를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치에 있어서, 상기 손떨림 주파수 판단부는, 상기 거리 계산부의 출력을 이동평균 필터링하고 미분하여 소정의 주기 동안 발생된 피크의 수를 검출함으로써, 손떨림 주파수를 결정하고, 상기 결정된 손떨림 주파수가 기준값 이하인 경우, 상기 손떨림을 저주파수의 손떨림으로 판단할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치에 있어서, 상기 기준값은 3Hz를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치는, 상기 액추에이터 구동부에 의해 구동되는 액추에이터에 의해 이동되는 이미지 센서 또는 렌즈부의 이동 거리를 감지하기 위한 홀 센서의 출력을 상기 PID 제어부에 제공하거나 제공하지 않는 스위칭부를 더 포함하고, 상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인 경우, 상기 제어 패턴 생성부는 상기 스위칭부에 제어 신호를 인가하여 상기 홀 센서의 출력이 상기 PID 제어부에 제공되지 않도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치에 있어서, 상기 광학식 손떨림 보정 장치는 스마트폰에 포함되는 광학식 손떨림 보정 장치를 포함하고, 상기 모션 센서는 상기 광학식 손떨림 보정 장치 내에 포함된 자이로 센서를 포함할 수 있다.

상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치는,

손떨림을 감지하는 모션 센서;

상기 손떨림에 대응하여 카메라 모듈의 이미지 센서 또는 렌즈부를 손떨림 방향과 반대로 이동시키기 위한 액추에이터;

상기 액추에이터를 구동시키기 위한 액추에이터 구동부;

상기 액추에이터에 의해 이동되는 상기 이미지 센서 또는 렌즈부의 이동 거리를 감지하기 위한 홀 센서;

상기 모션 센서의 출력에 기반하여 계산된 이동 거리와 상기 홀 센서를 통해 획득되는 상기 이미지 센서 또는 렌즈부의 이동 거리와의 차에 기반하여 액추에이터 제어 신호를 출력하는 PID 제어부;

상기 모션 센서의 출력에 기반하여 거리를 계산하는 거리 계산부;

상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인 경우, 비례-적분-미분(PID: Proportional-Integral-Derivative) 제어부의 출력을 복수개의 부분으로 분할하여 하나씩 상기 액추에이터 구동부에 제공하는 제어 패턴 생성부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치에 있어서, 상기 액추에이터는 보이스 코일 모터(VCM: Voice Coil Motor)를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치에 있어서, 상기 제어 패턴 생성부는 상기 PID 제어부의 출력을 선형적으로 분할하거나 역 지수함수적으로 분할하여, 분할된 출력들을 상기 액추에이터 구동부에 하나씩 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치에 있어서, 상기 PID 제어부의 출력을 역 지수함수적으로 나누는 경우 그리고 상기 제어 패턴 생성부가 상기 액추에이터 구동부에 상기 PID 제어부의 출력 중 80 퍼센트를 제공한 경우, 상기 제어 패턴 생성부는 상기 액추에이터 구동부에 나머지 20 퍼센트의 출력을 점진적으로 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치에 있어서, 상기 액추에이터 구동부는, 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation) 제어부 및 리니어(Linear) 제어부 중 적어도 하나 및 H-브릿지를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치에 있어서, 상기 손떨림 주파수 판단부는, 상기 거리 계산부의 출력을 이동평균 필터링하고 미분하여 소정의 주기 동안 발생된 피크의 수를 검출함으로써, 손떨림 주파수를 결정하고, 상기 결정된 손떨림 주파수가 기준값 이하인 경우, 상기 손떨림을 저주파수의 손떨림으로 판단할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치에 있어서, 상기 기준값은 3Hz를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치에 있어서, 상기 액추에이터 구동부에 의해 구동되는 액추에이터에 의해 이동되는 이미지 센서 또는 렌즈부의 이동 거리를 감지하기 위한 홀 센서의 출력을 상기 PID 제어부에 제공하거나 제공하지 않는 스위칭부를 더 포함하고, 상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인 경우, 상기 제어 패턴 생성부는 상기 스위칭부에 제어 신호를 인가하여 상기 홀 센서의 출력이 상기 PID 제어부에 제공되지 않도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치에 있어서, 상기 광학식 손떨림 보정 장치는 스마트폰에 포함되는 광학식 손떨림 보정 장치를 포함하고, 상기 모션 센서는 상기 광학식 손떨림 보정 장치 내에 포함된 자이로 센서를 포함할 수 있다.

상기 또 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 방법은,

(A) 손떨림을 감지하는 모션 센서의 출력에 기반하여 거리를 계산하는 단계;

(B) 상기 거리 계산부에서 출력되는 거리 데이터에 기반하여 손떨림 주파수를 결정하는 단계;

(C) 상기 결정된 손떨림 주파수에 기반하여 상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인지를 판단하는 단계; 및

(D) 상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인 경우, PID 제어부의 출력을 복수개의 부분으로 분할하여 하나씩 액추에이터 구동부에 제공하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 방법에 있어서, 상기 단계 (D)는, 상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인 경우, 홀 센서의 출력을 상기 PID 제어부에 제공되지 않도록 한 후, 상기 PID 제어부의 출력을 복수개의 부분으로 분할하여 하나씩 상기 액추에이터 구동부에 제공하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 저주파수 및 고주파수의 손떨림 주파수 모두에 대해 OIS의 액추에이터를 최적으로 제어할 수 있어 손떨림 주파수에 상관없이 영상의 블러를 방지할 수 있으며, 특히 저주파수의 손떨림 발생시 액추에이터 구동부의 급격한 제어 값의 변화를 방지하고 액추에이터에서 발진 신호가 출력되는 것을 방지함으로써 저주파수의 손떨림으로 인한 영상의 블러를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치를 포함하는 광학식 손떨림 보정 장치를 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 방법을 도시한 흐름도.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

또한, "제1", "제2", "일 면". "타 면" 등의 용어는, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치(100)를 포함하는 광학식 손떨림 보정 장치를 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 방법을 도시한 흐름도이다.

하기에, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치 및 방법에 대해 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예서는 자이로 센서부의 출력 신호에 기반하여 현재의 손떨림 주파수를 판단하고, 저주파수의 손떨림이 발생한 경우, PID 제어부로부터 수신한 이동 거리를 나누어 천천히 이동하도록 액추에이터를 제어한다. 전체 액추에이터의 이동 거리를 누적하여 원래의 PID 제어부가 지시한 이동 거리와 같게 함으로써, 저주파수의 손떨림 발생시 액추에이터에서 발진 신호가 출력되는 것을 방지한다.

본 발명의 일 실시예에서는 손떨림을 고주파수의 손떨림과 저주파수의 손떨림으로 나누어서 저주파수의 손떨림시에는 고주파수의 손떨림과는 다르게 액추에이터 구동부에 제어 신호를 출력하여, 저주파수의 손떨림 발생시 액추에이터에서 발진 신호가 출력되는 것을 방지한다.

OIS에서는 항상 저주파수의 손떨림이 문제이고, 저주파수의 손떨림을 보상하기 위하여 PID 제어부가 설정하는 값이 저주파수의 손떨림의 변화보다 변화 단위가 클 경우 액추에이터에서 발진 신호가 발생하는 것이 문제의 원인이므로, 저주파수의 손떨림 발생시 PID 제어부로부터 수신한 액추에이터 구동부의 제어 값을 분할하여 점진적으로 액추에이터 구동부에 제공함으로써 액추에이터에서 발진 신호가 출력되는 것을 방지하여 저주파수의 손떨림으로 인한 영상의 번짐을 최소화할 수 있다. 또한, 고주파수의 손떨림 발생시에는 PID 제어부로부터 액추에이터 구동부의 제어 값에 아무런 조작도 하지 않고 그대로 액추에이터 구동부에 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서는 OIS의 액추에이터로서 보이스 코일 모터(VCM: Voice Coil Motor, 이하 VCM이라 함)를 제어하는 것을 설명하고 있지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치는, 이에 한정되지 않고, OIS에서 렌즈 모듈의 이동을 제어하는 어떠한 유형의 액추에이터도 제어할 수 있다.

도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치(100)를 포함하는 광학식 손떨림 보정 장치는, 손떨림을 감지하는 자이로 센서부(102), 상기 손떨림에 대응하여 카메라 모듈(미도시)의 렌즈부(122)를 손떨림 방향과 반대로 이동시키기 위한 VCM(120), 상기 VCM(120)의 실제 이동 거리를 감지하기 위한 홀 센서(124), 상기 자이로 센서부(102)의 출력에 기반하여 계산된 이동 거리와 상기 홀 센서(124)를 통해 획득되는 상기 VCM(120)의 이동 거리와의 차에 기반하여 액추에이터 제어 신호를 출력하는 PID 제어부(104), 상기 자이로 센서부(102)의 출력에 기반하여 거리를 계산하고 상기 계산된 거리에 기반하여 손떨림이 저주파수의 손떨림인지를 판단하며 상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인 경우, 상기 홀 센서(124)의 출력이 상기 PID 제어부(104)에 제공되지 않도록 한 후, 상기 PID 제어부(104)에서 출력되는 액추에이터 제어 신호의 크기를 복수개의 부분으로 분할하여 하나씩 순차적으로 출력하는 액추에이터 제어 장치(100), 및 상기 액추에이터 제어 장치(100)의 출력에 기반하여 VCM(120)을 구동시키는 액추에이터 구동부(130)를 포함한다.

상기 액추에이터 제어 장치(100)는, 상기 자이로 센서부(102)의 출력에 기반하여 거리를 계산하는 거리 계산부(106), 상기 거리 계산부(106)에서 출력되는 거리 데이터를 이동평균 필터링하고 이에 기반하여 상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인지를 판단하는 손떨림 주파수 판단부(108), 상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인 경우, 비례-적분-미분(PID: Proportional-Integral-Derivative) 제어부의 출력을 복수개의 부분으로 분할하여 하나씩 순차적으로 액추에이터 구동부(130)에 제공하는 제어 패턴 생성부(110), 및 상기 제어 패턴 생성부(110)의 제어 신호(CS)에 따라 상기 홀 센서(124)의 출력을 상기 PID 제어부(104)에 제공하거나 제공하지 않는 스위칭부(112)를 포함한다.

상기 액추에이터 구동부(130)는, 상기 제어 패턴 생성부(100)의 출력을 수신하는 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation)(114) 제어부와 리니어(Linear) 제어부(116) 및 상기 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation)(114) 제어부와 리니어(Linear) 제어부(116)의 출력을 수신하여 VCM(120)을 구동시키는 H-브릿지(118)를 포함한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치(100)의 동작을 하기에 설명하기로 한다.

거리 계산부(106)는 손떨림을 감지하는 자이로 센서부(102)에서 출력되는 자이로 데이터에 기반하여 거리를 계산한다. 손떨림 주파수 판단부(108)는 상기 거리 계산부(106)에서 출력되는 거리 데이터에 기반하여 상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인지를 판단한다.

상기 손떨림 주파수 판단부(108)에서는 거리 계산부(106)에서 출력되는 거리 데이터를 이동평균 필터링한 후 이동평균 필터링된 데이터의 미분 값에서 몇 개의 극성 변화가 있는지를 판단한다. 예를 들어 33ms를 기준으로 본다면, 이 기준 동안 몇 개의 부분 피크가 발생하는지를 검출하여 "피크 개수/시간"으로 손떨림 주파수를 계산한다.

상기 손떨림 주파수 판단부(108)는, 계산된 손떨림 주파수가 기준값, 예를 들어 3Hz 이하인 경우, 손떨림을 저주파수의 손떨림으로 판단한다.

상기 제어 패턴 생성부(110)는 상기 손떨림 주파수 판단부(108)의 출력에 기반하여 상기 손떨림이 저주파수의 손떨림이라고 인식되는 경우에, 우선 제어 신호(CS)를 스위칭부(112)에 인가하여, 스위칭부(112)를 개방 상태로 만들어, 홀 센서(124)의 출력이 상기 PID 제어부(104)에 제공되지 않도록 한다.

홀 센서(124)는 자체적으로 에러를 가지고 있기 때문에 특히 저주파수의 손떨림 발생시 PID 제어부(104)가 홀 센서(124)의 피드백을 계속 받을 경우 PID 제어부(104)에 의해 에러가 증폭된다. 따라서, 제어 패턴 생성부(110)는 저주파수의 손떨림 발생시, 스위칭부(112)를 제어하여 홀 센서(124)의 출력이 PID 제어부(104)에 인가되지 않도록 하여, 에러가 증폭되는 것을 방지한다. 그 다음, 제어 패턴 생성부(110)는 PID 제어부(104)의 출력을 수신하여 PID 제어부(104)의 출력의 크기를 복수개의 부분으로 분할하여 하나씩 순차적으로 액추에이터 구동부(130)에 제공한다.

제어 패턴 생성부(110)의 동작을 하기에 상세히 설명하기로 한다.

제어 패턴 생성부(110)는 주파수 및 주기 정보를 수신하여 하나의 PWM 제어 또는 리니어 제어의 시작점마다 제어 값을 계산한다. 예를 들어, 현재 저주파수의 손떨림이 발생하였고, PID 제어부(104)로부터 수신한 출력의 크기가 50이며, 카메라 모듈(미도시)에서 렌즈부(122)가 이동하여야 할 전체 이동 거리가 +/- 100㎛이고 PID 제어의 리니어한 제어 범위는 400이라고 가정하자.

200/400은 0.5㎛/1PWM이므로, PWM이 한 단위 변할 때 렌즈부(122)는 0.5㎛ 이동한다. 50이라는 PWM 값은 기존보다 + 방향으로 25㎛만큼 렌즈부(122)를 움직이라는 의미인데, 이때 PID 제어가 20KHz의 주기를 가지고 PWM 제어는 200KHz의 주기를 가진다고 가정하면, PWM 제어시 각각 10번의 다른 제어값을 적용한다. 이 적용하는 값은 현재의 주파수 및 제어값의 크기에 따라서 선형적으로 1/10이 될 수도 있고, 역 지수함수적으로 커질 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 제어 패턴 생성부(110)는 PID 제어부(104)의 출력의 크기가 10 미만의 작은 값의 변화에서는 PID 제어부(104)의 출력의 크기를 선형적으로 1/10씩 분할하여 총 10개의 출력을 하나씩 순차적으로 PWM 제어부(114)에 제공한다. PID 제어부(104)의 출력의 크기가 10 이상인 경우에는 PID 제어부(104)의 출력의 크기를 역 지수함수의 형태로 분할하여 하나씩 순차적으로 PWM 제어부(114)에 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서는 PID 제어부(104)의 출력의 크기를 기준값인 10과 비교하여 PID 제어부(104)의 출력의 크기를 선형적으로 분할할지 또는 역 지수함수적으로 분할할지를 정하였지만, 상기에서 10이라는 기준값은 이에 한정되지 않고, VCM 및 이와 관련된 VCM 구동 소자의 특성에 따라 변경될 수 있다.

단, 상기 PID 제어부(104)의 출력을 역 지수함수의 형태로 분할하는 경우에는 VCM(120)에서 발진 신호가 출력되는 것을 방지하기 위하여, 제어 패턴 생성부(110)가 상기 PWM 제어부(114)에 목표치 중 약 80 퍼센트를 제공한 경우, 상기 제어 패턴 생성부(110)는 렌즈부(122)가 천천히 목표로 하는 위치로 이동하도록 나머지 20 퍼센트의 출력에 감쇄 지수를 적용한다. 상기 80 퍼센트라는 기준값은 상황에 따라 변경될 수 있다.

OIS에서 실제 VCM(120)의 제어는, 자이로 센서부(102)의 자이로 데이터를 한 번 획득하고, 그 자이로 데이터의 변화에 맞는 X, Y 위치를 계산하여 PWM 제어부(114)를 구동시키며, VCM(120)이 렌즈부(122)를 이동시킨 실제 거리를 홀 센서(124)로 획득하여 주기적으로 확인하면서, 계산 위치와 실제 위치의 에러를 줄이는 것을 목적으로 한다.

예를 들어, 자이로 데이터를 한 번 읽는 동안 홀 센서(124)의 출력을 5번 읽으며, 이러한 이유로 실제로는 한 번의 자이로 데이터의 변화에 따라 5번의 홀 센서(124)의 출력 값의 변화가 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 저주파수의 손떨림 발생시 홀 센서(124)의 5번의 출력 값이 점진적으로 변화하도록 하는 것이다.

홀 센서(124)의 값이 한 번 변화할 때, PWM은 10번 변화할 수 있으므로, 제어 패턴 생성부(110)는 저주파수의 손떨림 발생시, PWM 제어부(114)에 전달되는 값을 1/10씩 분할하여 PWM 제어 값을 단계적으로 세분하여, 렌즈부(122)를 한 번에 이동시키지 않고, 나누어서 단계적으로 이동시키는 것이다. 이때 렌즈부(122)의 이동 거리를 계산하는데 필요한 값들은 계산 주기, 자이로 데이터의 업데이트 시점 및 값, PID 값의 변화 시점, 변화된 PID의 제어값 등이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 방법을 도시한 흐름도이다.

도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 방법에 대해 설명하기로 한다.

단계 S200에서, 거리 계산부(106)는 손떨림을 감지하는 자이로 센서부(102)의 출력인 각속도에 기반하여 거리를 계산한다.

자이로 센서부(102)의 출력은 각속도로 표현된다. 이를 컷오프, 위상, 크기 등을 고려한 로우패스 필터를 통과시키면 리플 및 드리프트가 감쇄된 각도 정보를 얻을 수 있고, 이로부터 렌즈가 이동해야 할 거리를 계산할 수 있다. 거리 계산부(106)는 자이로 센서부(102)로부터 출력되는 각속도에 기반하여 손떨림으로 인하여 렌즈가 이동해야 할 거리를 계산한다.

단계 S202에서, 손떨림 주파수 판단부(108)는 거리 계산부(106)에서 출력되는 거리 데이터에 기반하여 손떨림 주파수를 결정한다.

단계 S204에서, 상기 손떨림 주파수 판단부(108)는, 계산된 손떨림 주파수가 기준값, 예를 들어 3Hz 이하인 경우, 손떨림을 저주파수의 손떨림으로 판단한다.

단계 S206에서 제어 패턴 생성부(110)는 손떨림 주파수 판단부(108)의 출력을 수신하여 손떨림이 저주파수의 손떨림인 경우에, 우선 제어 신호(CS)를 스위칭부(112)에 인가하여, 스위칭부(112)를 개방 상태로 만들어, 홀 센서(124)의 출력이 PID 제어부(104)에 제공되지 않도록 한다.

홀 센서(124)는 자체적으로 에러를 가지고 있기 때문에 특히 저주파수의 손떨림 발생시 PID 제어부(104)가 홀 센서(124)의 피드백을 계속 받을 경우 PID 제어부(104)에 의해 에러가 증폭된다. 따라서, 제어 패턴 생성부(110)는 저주파수의 손떨림 발생시, 스위칭부(112)를 제어하여 홀 센서(124)의 출력이 PID 제어부(104)에 인가되지 않도록 한다. 그 다음, 제어 패턴 생성부(110)는 PID 제어부(104)의 출력의 크기를 복수개의 부분으로 분할하여 하나씩 순차적으로 액추에이터 구동부(130)에 제공한다.

단계 S208에서, 제어 패턴 생성부(110)는, PID 제어부(104)의 출력의 크기를 복수개의 부분으로 분할하여 하나씩 순차적으로 액추에이터 구동부(130)의 PWM 제어부(114) 또는 리니어 제어부(116)에 제공한다.

예를 들어, 제어 패턴 생성부(110)는, PID 제어부(104)의 출력의 크기가 10 미만의 작은 값의 변화에서는 PID 제어부(104)의 출력의 크기를 선형적으로 1/10씩 분할하여 총 10개의 출력을 하나씩 순차적으로 PWM 제어부(114)에 제공한다. PID 제어부(104)의 출력의 크기가 10 이상인 경우에는 PID 제어부(104)의 출력의 크기를 역 지수함수의 형태로 분할하여 하나씩 순차적으로 PWM 제어부(114)에 제공한다.

단계 S210에서, 상기 제어 패턴 생성부(110)는 상기 손떨림 주파수 판단부(108)의 출력에 기반하여 상기 손떨림이 저주파수의 손떨림이 아니라고 인식되는 경우에, PID 제어부(104)의 출력을 그대로 액추에이터 구동부(130)의 PWM 제어부(114) 또는 리니어 제어부(116)에 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서는, 카메라 모듈에 최적화된 PID 제어는 그대로 두고 PID 제어부(104)에서 출력되는 값을 하드웨어적으로 제어하는 방식이다. VCM에 흘린 전류의 총량은 카메라 렌즈부의 이동 거리와 비례하기 때문에, 본 발명의 실시예에 의하면, 저주파수의 손떨림 발생시 이를 보상하는 효과가 매우 크다.

저주파수의 손떨림에서는 목적 위치까지 진행하는 시간이 중요한 것이 아니라 VCM에서 발진 신호가 출력되어 카메라 렌즈부가 발진되는 것을 방지하는 것이 일차 목표이다. 따라서, 기존 PID 제어를 사용하면서 기존의 PID가 제어하기 어려운 저주파 제어 부분을 별도로 하드웨어적으로 제어함으로써, 기준 위치를 중심으로 카메라 렌즈부가 +/- 방향으로 발진하여 링잉하는 것을 방지할 수 있으므로, 저주파수의 손떨림 발생시에도 영상의 블러를 방지하여 선명한 영상을 획득할 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로, 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100 : 액추에이터 제어 장치 102 : 자이로 센서부
104 : PID 제어부 106 : 거리 계산부
108 : 손떨림 주파수 판단부 110 : 제어 패턴 생성부
112 : 스위칭부 114 : PWM 제어부
116 : 리니어 제어부 118 : H-브릿지
120 : VCM 122 : 렌즈부
124 : 홀 센서 130 : 액추에이터 구동부

Claims

손떨림을 감지하는 모션 센서의 출력에 기반하여 거리를 계산하는 거리 계산부;
상기 거리 계산부에서 출력되는 거리 데이터에 기반하여 상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인지를 판단하는 손떨림 주파수 판단부; 및
상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인 경우, 비례-적분-미분(PID: Proportional-Integral-Derivative) 제어부의 출력의 크기를 복수개의 부분으로 분할하여 하나씩 액추에이터 구동부에 제공하는 제어 패턴 생성부를 포함하는 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 액추에이터는 보이스 코일 모터(VCM: Voice Coil Motor)를 포함하는 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어 패턴 생성부는 상기 PID 제어부의 출력을 선형적으로 분할하거나 역 지수함수적으로 분할하여, 분할된 출력들을 상기 액추에이터 구동부에 하나씩 제공하는 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 PID 제어부의 출력을 역 지수함수적으로 나누는 경우 그리고 상기 제어 패턴 생성부가 상기 액추에이터 구동부에 상기 PID 제어부의 출력 중 80 퍼센트를 제공한 경우, 상기 제어 패턴 생성부는 상기 액추에이터 구동부에 나머지 20 퍼센트의 출력을 점진적으로 제공하는 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 액추에이터 구동부는, 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation) 제어부 및 리니어(Linear) 제어부 중 적어도 하나 및 H-브릿지를 포함하는 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 손떨림 주파수 판단부는, 상기 거리 계산부의 출력을 이동평균 필터링하고 미분하여 소정의 주기 동안 발생된 피크의 수를 검출함으로써, 손떨림 주파수를 결정하고,
상기 결정된 손떨림 주파수가 기준값 이하인 경우, 상기 손떨림을 저주파수의 손떨림으로 판단하는 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 기준값은 3Hz를 포함하는 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 액추에이터 구동부에 의해 구동되는 액추에이터에 의해 이동되는 이미지 센서 또는 렌즈부의 이동 거리를 감지하기 위한 홀 센서의 출력을 상기 PID 제어부에 제공하거나 제공하지 않는 스위칭부를 더 포함하고,
상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인 경우, 상기 제어 패턴 생성부는 상기 스위칭부에 제어 신호를 인가하여 상기 홀 센서의 출력이 상기 PID 제어부에 제공되지 않도록 하는 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 광학식 손떨림 보정 장치는 스마트폰에 포함되는 광학식 손떨림 보정 장치를 포함하고, 상기 모션 센서는 상기 광학식 손떨림 보정 장치 내에 포함된 자이로 센서를 포함하는 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 장치.
손떨림을 감지하는 모션 센서;
상기 손떨림에 대응하여 카메라 모듈의 이미지 센서 또는 렌즈부를 손떨림 방향과 반대로 이동시키기 위한 액추에이터;
상기 액추에이터를 구동시키기 위한 액추에이터 구동부;
상기 액추에이터에 의해 이동되는 상기 이미지 센서 또는 렌즈부의 이동 거리를 감지하기 위한 홀 센서;
상기 모션 센서의 출력에 기반하여 계산된 이동 거리와 상기 홀 센서를 통해 획득되는 상기 이미지 센서 또는 렌즈부의 이동 거리와의 차에 기반하여 액추에이터 제어 신호를 출력하는 PID 제어부;
상기 모션 센서의 출력에 기반하여 거리를 계산하는 거리 계산부;
상기 거리 계산부에서 출력되는 거리 데이터에 기반하여 상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인지를 판단하는 손떨림 주파수 판단부; 및
상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인 경우, 비례-적분-미분(PID: Proportional-Integral-Derivative) 제어부의 출력을 복수개의 부분으로 분할하여 하나씩 상기 액추에이터 구동부에 제공하는 제어 패턴 생성부를 포함하는 광학식 손떨림 보정 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 액추에이터는 보이스 코일 모터(VCM: Voice Coil Motor)를 포함하는 광학식 손떨림 보정 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 제어 패턴 생성부는 상기 PID 제어부의 출력을 선형적으로 분할하거나 역 지수함수적으로 분할하여, 분할된 출력들을 상기 액추에이터 구동부에 하나씩 제공하는 광학식 손떨림 보정 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 PID 제어부의 출력을 역 지수함수적으로 나누는 경우 그리고 상기 제어 패턴 생성부가 상기 액추에이터 구동부에 상기 PID 제어부의 출력 중 80 퍼센트를 제공한 경우, 상기 제어 패턴 생성부는 상기 액추에이터 구동부에 나머지 20 퍼센트의 출력을 점진적으로 제공하는 광학식 손떨림 보정 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 액추에이터 구동부는, 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation) 제어부 및 리니어(Linear) 제어부 중 적어도 하나 및 H-브릿지를 포함하는 광학식 손떨림 보정 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 손떨림 주파수 판단부는, 상기 거리 계산부의 출력을 이동평균 필터링하고 미분하여 소정의 주기 동안 발생된 피크의 수를 검출함으로써, 손떨림 주파수를 결정하고,
상기 결정된 손떨림 주파수가 기준값 이하인 경우, 상기 손떨림을 저주파수의 손떨림으로 판단하는 광학식 손떨림 보정 장치.
청구항 15에 있어서,
상기 기준값은 3Hz를 포함하는 광학식 손떨림 보정 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 액추에이터 구동부에 의해 구동되는 액추에이터에 의해 이동되는 이미지 센서 또는 렌즈부의 이동 거리를 감지하기 위한 홀 센서의 출력을 상기 PID 제어부에 제공하거나 제공하지 않는 스위칭부를 더 포함하고,
상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인 경우, 상기 제어 패턴 생성부는 상기 스위칭부에 제어 신호를 인가하여 상기 홀 센서의 출력이 상기 PID 제어부에 제공되지 않도록 하는 광학식 손떨림 보정 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 광학식 손떨림 보정 장치는 스마트폰에 포함되는 광학식 손떨림 보정 장치를 포함하고, 상기 모션 센서는 상기 광학식 손떨림 보정 장치 내에 포함된 자이로 센서를 포함하는 광학식 손떨림 보정 장치.
(A) 손떨림을 감지하는 모션 센서의 출력에 기반하여 거리를 계산하는 단계;
(B) 상기 거리 계산부에서 출력되는 거리 데이터에 기반하여 손떨림 주파수를 결정하는 단계;
(C) 상기 결정된 손떨림 주파수에 기반하여 상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인지를 판단하는 단계; 및
(D) 상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인 경우, PID 제어부의 출력을 복수개의 부분으로 분할하여 하나씩 액추에이터 구동부에 제공하는 단계를 포함하는 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 방법.
청구항 19에 있어서,
상기 단계 (D)는, 상기 손떨림이 저주파수의 손떨림인 경우, 홀 센서의 출력을 상기 PID 제어부에 제공되지 않도록 한 후, 상기 PID 제어부의 출력을 복수개의 부분으로 분할하여 하나씩 상기 액추에이터 구동부에 제공하는 단계를 포함하는 광학식 손떨림 보정 장치의 액추에이터 제어 방법.