KR20150117800A

KR20150117800A - 카메라모듈용 엑츄에이터를 위한 카메라모드 수행방법

Info

Publication number: KR20150117800A
Application number: KR1020140043328A
Authority: KR
Inventors: 김경욱
Original assignee: (주) 엠디펄스
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2015-10-21

Abstract

본 발명은, 제어부(2)의 제어 하에 구동회로부(4)에서 인가되는 구동출력(DRV)에 의해 코일(26)에서 여자되는 전자력과 영구자석(24)의 영구자력을 이용하는 엑츄에이터(6)의 작동으로 렌즈(12)를 탑재한 캐리어(14)의 광축(XL) 상에서의 변위 이동이나 영구자석(24)과 자계 인력을 형성하는 자성 스토퍼(30)를 이용해 캐리어(14)의 광축(XL)상 정지를 수행하여서 피사체 위치에 따른 렌즈(12)와 이미지 센서(IS) 사이의 초점거리를 조절하는 카메라 모듈용 엑츄에이터(6)를 위한 카메라모드 수행방법으로서, 카메라모드 진입 제어에 따라 구동회로부(4)에서 엑츄에이터(6)로 인가하는 구동출력(DRV)을 풀업 구형파형과 풀다운 구형파형으로 된 에이징 파형을 형성하여서 엑츄에이터(6) 작동에 따른 렌즈변위가 렌즈 극점위치와 렌즈 초기원점 위치 간을 왕래케 하여서 자성 스토퍼(30)에 영구자석(24)으로 인해 생긴 잔류 자화성분을 제거하는 엑츄에이터 에이징과정과, 카메라 초기화 후 피사체의 위치에 따른 렌즈 오토포커싱을 수행하는 오토포커싱 과정으로 이루어지는 것이다.

Description

카메라모듈용 엑츄에이터를 위한 카메라모드 수행방법{CAMERA MODE PERFORMING METHOD FOR ACTUATOR OF CAMERA MODULE}

본 발명은 화상독취용 광학장치에 관한 것으로, 특히 렌즈를 탑재한 캐리어의 광축 상에서의 변위 이동이나 정지로 피사체 위치에 따른 렌즈와 이미지 센서 사이의 초점거리를 조절하는 자동초점(auto focus)기능이나 렌즈와 렌즈 사이의 간격 조절로 줌 배율을 조절하는 광학 줌(optical zoom)기능을 수행하는 카메라 모듈용 엑츄에이터를 구현함에 있어 보다 신속하고 정확하며 아울러 정밀하게 제어하기할 수 있는 카메라모듈용 엑츄에이터를 위한 카메라모드 수행방법에 관한 것이다.

요즈음 디지털 카메라, 광학 보안 감시장치, 휴대폰, 스마트폰, 태블릿PC 등과 같은 기기에 거의 필수적으로 포함되는 카메라 모듈은 동영상 녹화, 사진촬영, 이미지 인식 등의 기능을 수행한다. 카메라모듈은 피사체의 입사광을 센싱하고 이미지 데이터로 변환하되, 그 변환된 이미지 데이터가 화상처리부에서 처리될 수 있도록 하기 위해 이미지 데이터 변환시 규격화된 화상 이미지 데이터로 변환한다.

이러한 카메라 모듈은, 크게 렌즈와, 렌즈의 위치이동을 위한 엑츄에이터와, 피사체의 이미지를 독취하기 위한 이미지센서부를 포함한다.

렌즈에서는 피사체의 입사광을 초점광으로 수렴하며, 엑츄에이터는 제어부의 제어 하에 렌즈를 탑재한 캐리어(carrier)를 광축방향으로 변위 이동시키거나 광축 상의 임의 위치에 정지되게 함으로써 피사체의 거리에 따른 최적의 초점광이 이미지센서에 맺히도록 하는 기능을 수행한다.

엑츄에이터는 모듈본체의 수용공간 내에서 렌즈를 탑재한 캐리어가 작동 가능케 구비하되, 모듈본체 내벽과 캐리어 사이에는 영구자석과 아울러 전류흐름에 따른 N극이나 S극의 전자력을 발생하는 여자코일을 배치하여서 캐리어에 작동력을 부여한다. 즉 제어부의 제어 하에 구동전류가 여자코일에 흐름에 따라 여자(勵磁)된 전자력이 영구자석으로부터 발산되는 영구자력과 상호 작용하면서 생기는 힘을 적절히 이용함으로써 캐리어의 변위이동이나 정지가 성취되는 것이다.

이러한 카메라 모듈용 엑츄에이터는 구동회로부의 출력방식을 펄스폭 변조(Pulse Width Modullation: PWM)방식 등으로 변조하여서 코일에 인가해 줌으로써 렌즈를 탑재한 캐리어의 변위 이동이 단계적으로 이루어지게 하며, 이러한 단계적 변위이동량이나 방향 조절에 의해서 카메라모듈에서의 자동초점 기능이나 광학 줌기능이 가능케 된다.

카메라 모듈용 엑츄에이터의 렌즈 초점거리 조절에 대한 선행기술 특허문헌의 일 예로는, 본원 출원인이 특허권자인 등록특허 제10-1173110호 "렌즈 초점거리 조절용 엑츄에이터"와 등록특허 제10-1173111호 "내구성이 향상된 렌즈의 초점거리 조절모듈"이 있다.

이러한 카메라 모듈용 엑츄에이터를 구현함에 있어, 전력소모의 최소화, 캐리어의 신속한 이동이나 방향전환, 정밀한 위치조정, 정확한 위치정지, 캐리어의 위치이동 중 생길 수 있는 소음의 최소화 및 작동불량 방지가 제대로 보장되게 하는 것이 상당히 중요한데, 이러한 보장이 최대로 이루어지게 하는 것이 요망된다.

따라서 본 발명의 목적은 카메라 모듈용 엑츄에이터를 보다 신속하고 정확하며 아울러 정밀하게 제어하고 엑츄에이터 동작중 소음방지나 작동불량 방지가 도모될 수 있도록 하는 카메라모듈용 엑츄에이터를 위한 카메라모드 수행방법을 제공함에 있다.

상기한 목적에 따른 본 발명은, 제어부의 제어 하에 구동회로부에서 인가되는 구동출력에 의해 코일에서 여자되는 전자력과 영구자석의 영구자력을 이용하는 엑츄에이터의 작동으로 렌즈를 탑재한 캐리어의 광축 상에서의 변위 이동이나 상기 영구자석과 자계 인력을 형성하는 자성 스토퍼를 이용해 상기 캐리어의 광축상 정지를 수행하여서 피사체 위치에 따른 렌즈와 이미지 센서 사이의 초점거리를 조절하는 카메라 모듈용 엑츄에이터를 위한 카메라모드 수행방법에 있어서,

카메라모드 진입 제어에 따라 구동회로부에서 상기 엑츄에이터로 인가하는 구동출력을 풀업 구형파형과 풀다운 구형파형으로 된 에이징 파형을 형성하여서 엑츄에이터 작동에 따른 렌즈변위가 렌즈 극점위치와 렌즈 초기원점 위치 간을 왕래케 하여서 자성 스토퍼에 영구자석으로 인해 생긴 잔류 자화성분을 제거하는 엑츄에이터 에이징과정과, 카메라 초기화 후 피사체의 위치에 따른 렌즈 오토포커싱을 수행하는 오토포커싱 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

상기의 엑츄에이터 에이징과정은 카메라 초기화하는 카메라 프로세스 셋팅완료 이전에 완수되게 함을 특징으로 하며, 또 상기 엑츄에이터 에이징 과정은 1초 이내에 완료됨을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 에이징 파형 구동출력을 위해 제어부와 구동회로부 간에 이루어지는 제어신호의 인터페이스는 I²C통신을 통해서 수행한다.

그리고 본 발명의 오토포커싱 과정은, 렌즈를 탑재한 캐리어의 변위이동중 발생되는 접촉성 충돌소음을 방지 내지 저감하기 위해 상기 구동출력부의 구동출력중 펄스 상승에지 및 하강에지 중 하나 이상에 슬로프 곡선이 부가되게 구동출력 파형 프로파일을 형성함을 특징으로 하며,

상기 구동출력에 슬로프 곡선이 있는 슬로프 듀레이션 구간내에서 여자코일에 의해 생성되는 전자력은 점진적 증가나 감소하되 캐리어 이동구간에서 여자코일에 의해 생성되는 전자력보다 낮음을 특징으로 한다.

또 상기 구동출력에 슬로프곡선이 부가될 수 있도록 하기 위해 제어부는 슬로프 듀레이션 선택용 제어파라미터를 포함한 제어신호를 생성하여 구동회로부로 전송함을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 카메라모드를 규정하되 엑츄에이터 에이징구간과 오토포커싱구간으로 된 카메라모드를 규정하여 수행하여서 카메라 미사용에 따라 엑츄에이터에 생길 수 있는 자화성분을 풀어주어 엑츄에이터의 작동 불량을 방지할 수 있고 카메라 모듈용 엑츄에이터를 보다 신속하고 정확하며 아울러 정밀하게 제어할 수 있다. 이와 동시에 구동회로부로부터 엑츄에이터로 인가되는 구동출력의 파형 프로파일을 변경하여서 자동초점 조절기능이나 광학 줌 기능을 수행하는 도중에 카메라 모듈용 엑츄에이터에서 발생되는 소음도 방지 내지 최소화할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카메라모듈용 엑츄에이터의 작동을 위한 제어장치의 개략 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 카메라모듈용 엑츄에이터의 분해 사시구성도,
도 3은 도 2의 평단면 구성도,
도 4는 도 2의 정단면 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 구동회로부의 구동출력값에 대응되는 렌즈 이동거리와의 관계를 보여주는 특성 곡성도,
도 6은 본 발명 구동회로부의 구동출력 파형의 확대 구성, 및 그 구동출력과 렌즈 이동거리 간의 관계를 설명하는 확대 구성도,
도 7은 본 발명의 카메라모듈용 엑츄에이터를 제어하기 위한 제어부내 메모리의 레지스터 맵도,
도 8은 본 발명의 카메라모듈용 엑츄에이터를 제어하기 위한 제어신호의 실제데이터에서 페이로드구간의 신호 포맷 구성도,
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 구동출력의 다양한 신호형태 예시도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 카메라모듈용 엑츄에이터를 위한 카메라모드 규정 및 제어부에서의 제어신호, 구동회로부의 구동출력, 엑츄에이터의 렌즈 변위를 설명하는 도면,
도 11은 본 발명의 카메라모드에 따른 제어부의 제어 흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카메라모듈용 엑츄에이터의 작동을 위한 제어장치의 개략 블록 구성도로서, 카메라모듈용 엑츄에이터(6)를 구성하는 렌즈(12)를 탑재한 캐리어(14)의 신속, 정확, 정밀 및 소음방지가 가능하도록 하기 위해 본 발명에 따라 정의된 각종 제어파라미터들을 갖는 레지스터(도 7의 50)가 맵핑된 메모리(10)를 가지며 피사체 거리에 대한 자동초점 조절을 위해 제어를 수행하는 제어부(2)를 구비한다. 또 본 발명의 제어부(2)는 카메라 미사용에 따라 엑츄에이터(6) 내에 생길 수 있는 자화성분을 풀어주어 엑츄에이터(6)에서의 렌즈(12) 이동시 작동 불량을 해소할 수 있도록 카메라 초기화시 엑츄에이터 에이징(aging)도 수행한다.

또한 본 발명에서 카메라모듈용 엑츄에이터의 작동을 위한 제어장치는, 엑츄에이터 에이징을 위하거나 오토포커싱 시 렌즈(12)의 초점거리 조절을 위한 제어부(2)에서의 제어신호(Control Signal)(CS)에 응답하여 카메라모듈용 엑츄에이터(6)를 구동시키는 구동회로부(4)와, 구동회로부(4)의 구동출력(DRV)에 응답하여 렌즈(12)를 탑재한 캐리어(14)를 광축방향으로 변위 이동시키거나 광축 상의 임의 위치에 정지되게 하는 엑츄에이터(6)와, 변위 조절되어진 렌즈(12)를 통해서 초점광 수렴된 피사체의 이미지를 센싱하여서 이미지처리부(9)로 출력하는 이미지 센서(8)를 포함한다.

오토포커싱 수행중 현 렌즈위치에서 독취된 이미지데이터가 이미지처리부(9)로부터 제어부(2)에 인가되면, 제어부(2)에서는 그 이미지 데이터에서 렌즈 초점거리 조절용 데이터값을 추출한다. 예컨대 제어부(2)는 휘도(Y)데이터값을 추출하여서 렌즈(12)의 초점거리 조절에 이용한다. 그에 따라 엑츄에이터(6)는 제어부(2)의 렌즈 초점거리 조절 제어에 응답하여 렌즈(12)를 탑재한 캐리어(14)를 광축 상에서 진퇴시킴으로써 피사체의 거리에 따른 최적의 초점광이 이미지센서(8)에 맺히게 해준다.

본 발명의 바람직한 예시로서 구동회로부(4)는 IC칩으로 구현한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 적용되는 카메라모듈용 엑츄에이터(6)의 분해 사시구성도이고, 도 3은 도 2의 평단면 구성도이며, 도 4는 도 2의 정단면 구성도이다.

도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 적용된 엑츄에이터(6)는, 크게 모듈본체(20)와, 렌즈(12)를 갖는 캐리어(14)와, 상방에 광입사 개구(32a)가 형성된 커버(32)를 포함한다.

모듈본체(20)의 작동공간부(22) 내에는 렌즈(12)를 탑재한 캐리어(14)가 광축방향(XL)으로 작동 가능케 구성하되, 모듈본체(20) 일측 내벽과 캐리어(14)의 일측벽면에는 영구자력을 발생하는 영구자석(24)과 아울러 구동회로부(4)의 구동출력(DRV)에 따른 전류흐름에 의거하여 전자력을 발생하는 여자코일(26)이 서로 대향 배치되게 구성하여서 캐리어(14)에 작동력을 부여한다.

도 2 내지 도 4에서는 영구자석(24)이 모듈본체(20)의 일측내벽에 장착되고 캐리어(14)의 일측벽면에는 여자코일(26)이 장치된 구성을 예시하고 있으나, 그 반대의 배치도 이 기술분야의 당업자에게 당연히 가능함을 이해하여야 한다.

또 본원 발명자가 제품개발 과정을 통해 확인한 바로서, 카메라모듈용 엑츄에이터(6)를 구성하는 영구자석(24)와 여자코일(26)을 대향시키는 배치구조를 구현함에 있어 도 2 내지 도 4의 일예와 같이 일측 벽면에만 한쌍 형성하는 것이 렌즈(12)의 변위이동 및 정지를 위한 제어에 효과적이라는 것이다.

영구자석(24)과 여자코일(26) 간의 상호 자기 작용력에 의해 캐리어(14)의 변위 이동은 접촉저항이 최소화되게 이루어져야 하는바, 모듈본체(20)의 작동공간부(22)의 일측면 좌우 모서리 부근에 슬라이딩레일면(16)을 돌출 형성하되 마모율이 적고 마찰저항이 낮은 금속편을 이용해서 형성한다. 그리고 모듈본체(20)에 구비된 슬라이딩레일면(16)에 대응 접촉되는 캐리어(14)의 모서리 좌우단부에는 슬라이더부(18)를 형성한다. 그러므로 렌즈(12)를 탑재한 캐리어(14)는 캐리어(14)의 슬라이더부(18)가 모듈본체(20)의 슬라이딩레일면(16)을 타고 슬라이딩하는 국부 접촉으로 인해 매끄럽게 광축방향으로의 변위이동을 할 수 있다. 즉 캐리어(14)는 국부 접촉부위 이외의 부분에서는 모듈본체(20)의 작동공간부(22)의 내벽부에서 이격된 상태이다.

영구자석(24)과 여자코일(26)이 배치된 모듈본체(20)의 작동공간부(22)의 벽부에는 외부 자계의 유입을 차단하고 내부에서 발생된 자계가 외부로 누설되지 않도록 자성재질 차폐판(28)이 설치되며, 여자코일(26)이 배치된 몸체 내접부에는 자성 스토퍼(30)가 장치된다. 자성 스토퍼(30)는 철편이나 자성분말이 다량 함유된 수지를 사용할 수 있다. 구동전류 비인가로 여자코일(26)에서의 N극 자계나 S극 자계의 전자력이 사라지는 캐리어(14)의 현 지점에서 영구자석(24)의 영구자력이 캐리어(14)의 자성 스토퍼(30)를 당기므로 캐리어(14)에 탑재된 렌즈(12)의 현 위치 정지가 도모되는 것이다.

영구자석(24)은 광축방향(XL)으로 N극과 S극이 배치되므로, 여자코일(26)에 인가되는 구동전류의 흐름방향에 따라서 여자코일(26)에서 N극이나 S극의 전자력을 발생한다. 그러므로 영구자석(24)으로부터 발산되는 영구자력과 여자코일(26)에서 발산하는 N극 자계나 S극 자계중 하나의 전자력이 상호 작용하면서 생기는 작용력이 렌즈(12)를 탑재한 캐리어(14)를 광축방향(XL)으로 진퇴되게 한다.

도 5는 본 발명에서 오토포커싱 수행시 구동회로부(4)의 구동출력(DRV)에 대응되는 렌즈(12) 이동거리와의 관계를 보여주는 특성 곡성도이고, 도 6은 본 발명 구동회로부(4)의 구동출력(DRV) 파형의 확대 구성, 및 그 구동출력(DRV)과 렌즈(12)의 이동거리 간의 관계를 설명하는 확대 구성도이다.

본 발명에서는 카메라 모듈용 엑츄에이터(6)를 구동함에 있어, 구동회로부(4)의 구동출력(DRV)의 출력방식을 펄스폭 변조(Pulse Width Modullation: PWM)방식으로 한다. 그래서 도 5의 (b)에서와 같이, 여자코일(26)에 램프파형(ramp wave)의 구동출력(DRV)을 인가해 줌으로써 렌즈(12)가 탑재된 캐리어(14)의 변위 이동 즉 렌즈(12)의 이동이 도 5의 (a)에서와 같이 단계적(step by step)으로 이루어진다.

구동회로부(4)의 구동출력(DRV)에서, 구동출력(DRV)의 전류흐름 방향 즉 구동출력(DRV)의 (+)/(-) 레벨상태는 렌즈(12)의 진퇴 방향을 결정하고, 구동회로부(4)의 구동출력(DRV)의 펄스 듀티폭(duty width)(W)은 렌즈(12)의 변위이동량을 결정하며, 상기 구동출력(DRV)인 펄스의 로우레벨(low level) "L"과 하이레벨(high level) "H"는 렌즈(12)의 변위이동 여부를 결정한다.

구동출력(DRV)의 펄스가 로우레벨 "L"에서는 영구자석(24)과 자성 스토퍼(30)간의 영구자계 인력에 기인한 정지력이 캐리어(14)에 작용하여 렌즈(12)가 멈춤상태에 있고, 구동출력(DRV)의 펄스가 액티브 하이레벨 "H"가 되면 상기 정지력을 이기는 이동력이 캐리어(14)에 작용하여 렌즈(12)를 변위이동시키게 된다.

본 발명에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 구동출력(DRV)에서 펄스 하이레벨 "H"의 듀티폭(W)이 예컨대 200㎲단위로 된 단위스텝시간(t)들의 합으로 형성되어서 렌즈(12)의 이동량을 결정한다. 본 발명의 일 예시로서, 구동출력(DRV)의 펄스 하이레벨 "H"은 ±3V이고 로우레벨 "L"은 0V이다.

상기와 같이 본 발명의 구동출력(DRV)은 펄스의 로우레벨 "L"상태에서는 렌즈(12)의 정지구간이 되고 펄스의 액티브 하이레벨 "H"상태에서는 렌즈(12)의 이동구간이 되는 것이다. 즉 펄스의 로우레벨 "L"상태에서는 영구자석(24)의 영구자력이 자성 스토퍼(30)를 당기는 정지 작용력에 의해서 렌즈(12)가 그 위치에 정지되어 있는 것이다. 또 펄스의 액티브 하이레벨 "H"상태는 여자코일(26)에서 생기는 전자력에 의한 작용력이 영구자석(24)과 자성스토퍼(30) 간에 작용하는 정지 작용력을 이기게 하는 상태로서 렌즈(12)가 그 위치를 벗어나 움직이게 하는 것이다.

그리고 구동출력(DRV)의 펄스 양(+)과 음(-)의 상태에 따라서 렌즈(12)의 진퇴방향이 결정되고, 구동출력(DRV)의 펄스의 액티브 하이레벨 "H"상태 듀티폭(W)에 따라서 렌즈(12)의 이동거리(변위 이동량)가 정해진다.

이러한 본 발명의 구동출력(DRV)의 프로파일을 이용해서 카메라모듈에서의 자동초점 기능이나 광학 줌기능을 가능케 한다.

그런데 본원 발명자가 실제 카메라모듈 제품을 제작하여 펄스폭 변조(PWM)방식의 구동출력으로 렌즈(12)의 자동 초점 기능이나 광학줌 기능을 시험한 결과, 렌즈(12)가 탑재된 캐리어(14)의 반복적인 변위 이동동작 수행중 미세소음이 지속 발생됨을 인식했다.

이러한 소음 발생원인을 관찰 및 분석한 결과, 엑츄에이터(6)를 구성하는 여자코일(26)의 여자 유무, 영구자석(24)의 영구자력과 자성 스토퍼(30) 등에 기인한 상호 자기 작용력의 생성과 소멸시에 관련된 것이며 더욱이 캐리어(14)의 중력 하중에도 관련해서 캐리어(14)가 광축(XL)의 법선으로부터 기울어지는 틸팅(tilting)현상이 야기되었다. 이렇게 야기된 틸팅현상은 캐리어(14)의 슬라이더부(18)가 모듈본체(20)의 슬라이딩레일면(16)에 미약하게 충돌되게 하였고 그 충돌은 미세한 소음과 진동을 불가피하게 발생시켰다. 물론 상기 틸팅현상과 그에 따른 미세한 충돌 소음은 캐리어(14)의 이동동작 기능 구현에는 문제될 것이 없지만, 본 발명의 엑츄에이터(6)를 채용한 제품 사용자의 청감을 거슬리게 할 소지가 있는 것이다.

특히 펄스폭 변조방식으로 여자코일(26)에 인가되는 구동출력(DRV)의 펄스 상승에지(rising edge) 부근과 하강에지(falling edge) 부근에서 틸팅현상에 의한 미세한 충돌소음이 발생되는바, 본 발명에서는 구동회로부(4)의 구동출력(DRV)의 파형 프로파일(profile)을 변형함으로써 상기 상호 자기 작용력 생성과 소멸시의 순간적인 틸팅 충돌현상을 방지 내지 최소화시켜서 그로 인한 소음발생을 억제한다.

본 발명에서는 여자코일(26)로 펄스폭 변조방식의 구동출력(DRV)을 인가하는 구동회로부(4)는 캐리어(14)의 변위이동중 슬라이딩레일면(16)에서 발생되는 접촉성 충돌소음을 방지 내지 저감하기 위해 상기 구동출력(DRV)의 펄스 상승에지 및 하강에지 중 하나 이상에 슬로프 곡선(40)(42)을 부가하여 슬로프 듀레이션(X) 구간을 갖도록 하는 펄스에지 슬로프 부가부(4a)를 구동회로부(4)에 구비한다.

펄스에지 슬로프 부가부(4a)는 ADC(Analog to Digital Converter)나 시정수를 갖는 RC회로 등으로 구현할 수 있다.

본 발명에서는 카메라 모듈용 엑츄에이터(6)에 인가되는 구동출력(DRV)의 파형 프로파일은, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 구동출력(DRV)의 액티브 하이레벨을 구성하는 펄스(P)의 상승에지 시에는 상향슬로프 곡선(40)이 나타나는 상향 슬로프 듀레이션(X) 구간을 가지며, 액티브 하이레벨의 펄스(P)의 하강에지 시에는 하향슬로프 곡선(42)이 나타나는 하향 슬로프 듀레이션(X) 구간을 갖는다.

상기 상향슬로프 곡선(40)은 로우레벨의 구동출력(DRV)의 값이 점진적으로 증가하는 것이고 이는 여자코일(26)에서 생성되는 전자력이 점진적으로 증가한다는 의미이고, 또 상기 하향슬로프 곡선(42)은 액티브 하이레벨이 있던 구동출력(DRV)의 값이 점차적으로 감소하는 것이고 이는 여자코일(26)에서 생성되는 전자력이 점차적으로 감쇄한다는 의미이다.

슬로프 듀레이션(X) 구간에서의 이러한 상향슬로프 곡선(40) 및 하향슬로프 곡선(42)은 모듈본체(20)의 슬라이딩레일면(16)에 캐리어(14)의 슬라이더부(18)가 서서히 틸팅되게 하거나 서서히 틸팅 해제되게 해준다. 또 상기 상향슬로프 곡선(40) 및 하향슬로프 곡선(42)은 구동출력(DRV)의 액티브 하이상태(렌즈에 이동력을 주는 상태)에 미치지 않으므로 위치 정지되어 있던 캐리어(14)의 렌즈(12)의 변위 이동에 대해서는 어떠한 영향도 미치지 않는다. 즉 구동출력(DRV)의 슬로프 곡선(40)(42)이 있는 슬로프 듀레이션(X) 구간중 여자코일(26)에서 생성되는 전자력은 점진적 증가나 감소하되 캐리어 이동구간에서의 여자코일(26)의 전자력보다 낮은 값이다.

상기와 같은 구동출력(DRV)의 파형 프로파일 구성은 엑츄에이터(6)에서의 미세한 충격소음 발생을 방지 내지 최소화한다.

본 발명에서는, 상기와 같은 카메라모듈용 엑츄에이터(6)를 구동하기 위한 구동회로부(4)에서 도 5나 도 6과 같은 구동출력(DRV)이 제대로 발현되도록 하기 위해서 제어부(2)가 그에 부합되는 제어신호(CS)를 생성하고 그 생성된 제어신호(CS)를 구동회로부(4)로 전송할 수 있도록 구현한다.

본 발명에서는 카메라모듈용 엑츄에이터(6)를 제어하기 위해 제어부(2)와 구동회로부(4)간에는 I²C통신 인터페이스를 수행한다. I²C통신은 간단하고 편리하여서 디자인 설계가 신속하게 이뤄질 수 있고 버스인터페이스가 필요 없으며 또 소프트웨어 개발이 용이하고 기존의 소프트웨어의 재사용이 가능한 장점이 있다.

I²C통신은 직렬통신방식으로서 도 1에 도시된 바와 같이, 클록(clock) SCL과 데이터(data) SDA 두개 신호선으로 구성되며, 고속모드에서는 3.4Mbps속도까지 낼 수 있다.

본 발명에서는 카메라모듈용 엑츄에이터(6)의 제어를 위해 제어부(2)와 구동회로부(4)간 인터페이스를 수행함에 있어 제어부(2)내 메모리(10)에는 오토포커싱 수행시 도 5나 도 6에 도시된 바와 같은 구동회로부(4)의 구동출력(DRV)이 생성될 수 있도록 도 7과 같은 레지스터(50) 구조를 정의하여 맵핑한다. 상기 레지스터(50)에는 도 5나 도 6에 도시된 바와 같은 구동출력(DRV)을 생성할 수 있도록 하는 제어부(2)에서의 각종 제어파라미터들이 설정된다.

제어부(2)의 레지스터(50)에 설정되는 각종 제어파라미터들은 제어부(2)내 제어파라미터 설정 프로세스에 의해서 설정된다.

제어부(2)의 제어파라미터 설정 프로세스는, 렌즈(12)의 진퇴 이동방향을 결정하는 렌즈 정/역방향 선택용 제어파라미터를 설정하는 단계와, 렌즈(12)를 탑재한 캐리어(14)의 변위이동중 발생되는 접촉성 충돌소음을 방지 내지 저감하기 위해서 구동회로부(4)의 구동출력 펄스(P)의 상승 및 하강에지에 슬로프 듀레이션(X)을 부가하기 위한 상승 및 하강에지 슬로프듀레이션 선택용 제어파라미터를 설정하는 단계와, 제어파라미터들을 실제데이터 SDA의 페이로드(도 8의 60)에 싣기 전에 구동출력의 DC오프셋의 레벨값을 결정하는 DC오프셋 선택용 제어파라미터를 설정하는 단계와, 렌즈(12)의 변위 이동구간을 결정하기 위해 펄스 듀티폭 선택용 제어파라미터를 설정하는 단계를 수행한다.

도 7은 본 발명의 카메라모듈용 엑츄에이터(6)를 제어하기 위한 제어부(2)내 메모리(10)의 레지스터 맵도이고, 도 8은 본 발명의 카메라모듈용 엑츄에이터(6)를 제어하기 위한 제어신호(CS)의 실제데이터 SDA내 페이로드구간(60)의 신호 포맷 구성도이다.

본 발명에 따라 레지스터(50)는, 렌즈 정/역방향 선택영역(52)과, 구동출력 DC오프셋 선택영역(54)와, 펄스 상승 및 하강에지 슬로프 듀레이션(slope duration) 선택영역(56)과, 및 펄스 듀티폭 선택영역(58)을 포함하며, 8비트(bit)나 16비트로 구성할 수 있다.

레지스터(50)가 8비트로 구성된다면, 도 8에 도시된 실제데이터 SDA의 페이로드구간(60)도 8비트로 구성되며, 레지스터(50)가 16비트로 구성된다면 실제데이터 SDA의 페이로드구간(60)도 16비트로 구성된다.

레지스터(50)의 메모리맵이 8비트로 구성되었을 경우에는, 레지스터(50)의 메모리맵 구조는 렌즈 정/역방향 선택영역(52) 1비트, 구동출력 DC오프셋 선택영역(54) 1비트, 펄스 상승 및 하강에지 슬로프 듀레이션 선택영역(56) 1비트, 펄스 듀티폭 선택영역(58) 5비트로 구성된다.

본 발명에서 제어신호(CS) 생성을 위해 정의한 제어파라미터를 가진 레지스터(50)의 바람직한 예시로서, 1비트의 렌즈 정/역방향 선택영역(52)에 기록되는 비트데이터 D7은 렌즈(12)의 진행방향을 결정하는 파라미터정보로서 논리(logic) "1"은 렌즈(12)의 이동방향이 순방향(즉 구동출력(DRV)이 (+)전압 상태임)임을, "0"은 렌즈(12)의 이동방향이 역방향(즉 구동출력(DRV)이 (-)전압 상태임)임을 의미한다. 순방향은 구동출력(DRV)의 전류흐름 방향이 도 1의 구동회로부(4)의 출력단 Out_A로부터 엑츄에이터(6)로 흐르는 방향이고, 역방향은 구동출력(DRV)의 전류흐름 방향이 도 1의 구동회로부(4)의 출력단 Out_B로부터 엑츄에이터(6)로 흐르는 방향이다.

레지스터(50)에서 1비트의 구동출력 DC오프셋 선택영역(54)에 기록되는 비트데이터 D6는 구동회로부(4)에서의 구동출력시 DC오프셋의 파라미터 정보로서, 논리(logic) "1"은 구동출력(DRV)의 DC오프셋이 액티브 하이상태 "H"이며 그 레벨값이 예컨대 ±3V임을 의미하고, "0"은 구동출력(DRV)의 DC오프셋이 로우상태 "L"이며 그 레벨값이 0V임을 의미한다.

또 레지스터(50)에서 1비트의 펄스 상승 및 하강에지 슬로프 듀레이션 선택영역(56)에 기록되는 비트데이터 D5는 미약한 소음의 방지를 위해 슬로프 듀레이션(slope duration)(X)의 값을 선택하는 파라미터 정보로서, 논리(logic) "1"은 상승 및 하강에지 시의 슬로프 듀레이션(X)이 긴 값 예컨대 1.0ms이고 논리 "0"은 상승 및 하강에지 시의 슬로프 듀레이션(X)이 짧은 값 예컨대 0.5ms임을 의미한다.

마지막으로, 레지스터(50)에서 5비트의 펄스 듀티폭 선택영역(58)에 기록된 비트데이터 D4~D0은 구동출력(DRV)의 펄스 듀티폭(W)을 결정하는 파라미터 정보로서, 단위스텝시간(t)이 200㎲로 가정하면 그 펄스 듀티폭(W) 범위는 0 ~ 6200㎲(즉 32스텝)가 된다.

오토포커싱을 위해 제어부(2)에서는 현 렌즈(12)의 위치에서 독취된 이미지데이터에서 렌즈 초점거리 조절용 데이터값을 추출한다. 예컨대 제어부(2)는 독취된 이미지데이터에서 휘도(Y)데이터값을 추출하여서 피사체의 거리에 따른 최적의 초점광이 이미지센서(8)에 맺힐 수 있도록 렌즈(12)를 변위 이동시키기 위한 제어값을 메모리(10)의 레지스터(50)의 각 선택영역(52)~(58)에 기록한다.

그에 따라 제어부(2)내 제어신호 생성프로세스는 레지스터(50)의 각 선택영역(52)~(58)을 읽어서 실제데이터 SDA내 페이로드(60)에 각종 제어파라미터의 제어값인 도 8과 같은 비트데이터 D0~D7 값을 실음과 아울러 목적지 어드레스 및 리드/라이트정보 등도 실제데이터 SDA에 함께 실음으로써 제어신호(CS)를 생성한다. 그후 제어부(2)는 제어신호(CS)를 전송하되 페이로드에 비트데이터 D0~D7이 포함된 실제데이터 SDA를 클록신호 SCL에 동기를 맞춰서 구동회로부(4)로 전송한다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 구동회로부(4)의 구동출력(DRV)의 다양한 신호형태 예시도로서, 제어신호(CS)를 구성하는 실제데이터 SDA의 페이로드에 실린 비트데이터 D0~D7에 근거하여 나타내어지는 다양한 신호형태이다.

도 9a의 (a)에서는 제어신호(CS)의 비트데이터 D0~D7이 순방향(D7=1), DC오프셋이 0V(D6=0), 슬로프 듀레이션(X)이 1.0ms(D5=1), 펄스 듀티폭(W) ≠ 0(D4~D0의 값)일 경우 구동출력(DRV)의 신호파형을 보여주고 있고, 도 9a의 (b)에서는 제어신호(CS)의 비트데이터 D0~D7이 역방향(D7=0), DC오프셋이 0V(D6=0), 슬로프 듀레이션(X)이 1.0ms(D5=1), 펄스 듀티폭(W) ≠ 0(D4~D0의 값)일 경우 구동출력(DRV)의 신호파형을 보여주고 있다.

도 9b의 (c)에서는 제어신호(CS)의 비트데이터 D0~D7이 순방향(D7=1), DC오프셋이 3V(D6=1), 슬로프 듀레이션(X)이 don't care상태(D5=x), 펄스 듀티폭(W) = 0(D4~D0의 값)일 경우 구동출력(DRV)의 신호파형을 보여주고 있고, 도 9b의 (d)에서는 제어신호(CS)의 비트데이터 D0~D7이 역방향(D7=0), DC오프셋이 0V(D6=0), 슬로프 듀레이션(X)이 don't care상태(D5=x), 펄스 듀티폭(W) = 0(D4~D0의 값)일 경우 구동출력(DRV)의 신호파형을 보여주고 있다.

또, 도 9b의 (e)에서는 제어신호(CS)의 비트데이터 D0~D7이 순방향(D7=1), DC오프셋이 3V(D6=1), 슬로프 듀레이션(X)이 don't care상태(D5=x), 펄스 듀티폭(W) = 하이임피던스 상태(D4~D0의 값)일 경우 구동출력(DRV)의 신호파형을 보여주고 있고, 도 9b의 (d)에서는 제어신호(CS)의 비트데이터 D0~D7이 역방향(D7=0), DC오프셋이 0V(D6=0), 슬로프 듀레이션(X)이 don't care상태(D5=x), 펄스 듀티폭(W) = 하이임피던스 상태(D4~D0의 값)일 경우 구동출력(DRV)의 신호파형을 보여주고 있다.

본 발명에서는 오토포커싱시 상기와 같은 방식으로 제어부(2)에서 원하는 다양한 제어신호(CS)를 생성하며 그 생성된 제어신호(CS)를 구동회로부(4)로 전송하고, 구동회로부(4)에서는 제어신호(CS)에 응답하는 파형 프로파일을 갖는 구동출력(DRV)을 이용해서 카메라모듈용 엑츄에이터(6)를 정확하게 정밀하게 그리고 신속하게 변위 이동시킨다. 그렇게 함으로써 렌즈(12)를 탑재한 캐리어(14)를 광축 상에서 진퇴시켜 피사체의 거리에 따른 최적의 초점광이 이미지센서(8)에 맺히게 되며, 변위 이동중의 소음 발생도 야기되지 않는다.

그런데 본 발명의 카메라모듈용 엑츄에이터(6)는 장시간의 카메라 오프상태나 대기(stand-by)상태에 있게 되면 자성체인 자성 스토퍼(30)가 근접 위치된 영구자석(24)에 의해 자화되는 자석화 현상이 야기되고, 이는 엑츄에이터(6)의 오작동을 야기시키게 된다.

그러므로 본 발명에서는 카메라모듈용 엑츄에이터(6)를 구동함에 있어 자성 스토퍼(30)의 자석화에 의한 엑츄에이터(6)의 오작동을 사전에 방지하기 위해 자성 스토퍼(30)를 비자석화시키는 처리를 수행한다.

자성 스토퍼(30)에 대한 비자석화 방법에는 자석 히스테리시스 특성을 와해하는 열, 충격, 강한 자기장을 가하는 등의 방식이 있는데, 본 발명에서는 열과 자기장을 가하는 방식을 이용한다.

본 발명에서는 자성 스토퍼(30)를 비자석화시키는 전처리 과정을 엑츄에이터 에이징과정으로 정의하며, 엑츄에이터(6)의 오토포커싱 수행에 앞서 엑츄에이터 에이징과정을 수행한다.

즉 사용자의 카메라 사용요구에 따라 수행되는 본 발명의 카메라 모드는, 엑츄에이터 에이징 과정과 그에 이은 오토포커싱 과정을 포함한다.

그런데 자성 스토퍼(30)의 비자석화를 위해 수행하는 본 발명의 엑츄에이터 에이징 과정은 에이징을 실행하는 시간만큼 렌즈의 오토포커싱 시작시각을 지연시키는 불리한 점으로 작용할 수 있다.

이에 본 발명에서는 엑츄에이터 에이징과정을 수행하되, 카메라모듈에서 오토포커싱을 수행하기 이전에 항시 행하는 카메라초기화 기간동안에 상기 엑츄에이터 에이징과정이 함께 행해지도록 하여서 오토포커싱 시작시각의 지연이 없도록 구현한다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 카메라모듈용 엑츄에이터(6)를 위한 카메라모드의 규정 및 제어부(2)에서의 제어신호(CS), 구동회로부(4)의 구동출력(DRV), 엑츄에이터(6)의 렌즈 변위를 함께 보여주는 도면이다.

그리고 도 11은 본 발명의 카메라모드에 따른 제어부(2)에서의 제어 흐름도이다.

본 발명의 카메라 모드는, 카메라 파워온이나 사용자의 카메라 사용선택에 따라 활성화되는 것으로 도 10에서와 같이, 엑츄에이터 에이징 과정을 수행하는 에이징구간과, 그에 이은 오토포커싱 과정을 수행하는 오토포커싱(AF: Auto Focusing) 구간을 포함한다.

본 발명의 에이징 구간은 1초 이내에 이뤄지는 카메라초기화 구간내에서 수행는 것이다. 카메라 초기화는 카메라 구동에 필요한 프로세스의 셋팅을 이루어지는 동작이다.

본 발명의 제어부(2)는 카메라모드에 진입하면 도 11의 100단계에서 이를 판단하고, 카메라 초기화시 엑츄에이터 에이징을 위해 카메라 초기화 타스크를 생성함(도 11의 102단계)과 동시에 엑츄에이터 에이징 타스크도 생성한다(도 11의 102a단계).

그러므로 제어부(2)의 프로세스인 카메라 초기화 타스크에 의해서 카메라 프로세스 셋팅이 이루어짐(도 11의 104단계)과 동시에 엑츄에이터 에이징타스크에 의해서 엑츄에이터 에이징의 실행이 이루어지는 것이다(도 11의 104a단계). 본 발명에 따른 상기 엑츄에이터 에이징의 실행은 초기화구간인 카메라 프로세스 셋팅기간(즉 1초 이내) 이전에 완수된다.

본 발명에 따른 엑츄에이터 에이징은 열과 자기장을 가하는 방식으로 자성 스토퍼(30)를 비자석화시키는 것으로, 이를 위해 구동회로부(4)에서 엑츄에이터(6)로 인가하는 구동출력(DRV)의 에이징 파형을 도 10에 도시된 바와 같이, 풀업 구형파형(Out_A)과 풀다운 구형파형(Out_A)으로 형성한다.

상기 구동출력(DRV)의 에이징 파형을 형성하기 위해 제어부(2)와 구동회로부(4) 간에는 제어신호(CS)의 인터페이스가 I²C통신을 통해서 수행되며, 제어신호(CS)내 실제 데이터 SDA의 데이터페이로드구간(60) 값이 헥사(hex)값으로 "C0" 및 "40"으로 할 수 있다.

이러한 에이징 구간에 가해지는 구동출력(DRV)의 에이징 파형은 오토포커싱구간의 상향 및 하향 슬로프곡선(40)(42)을 갖는 파형과는 구별되는 것이다. 이러한 에이징 파형의 풀업 및 풀다운의 구동출력(DRV)은 엑츄에이터(6) 작동에 따른 렌즈변위가 도 10의 렌즈변위 그래프에 도시된 바와 같이, 렌즈 극점위치(TOP)와 렌즈 초기원점 위치(Bottom) 간을 왕래케 한다.

이렇게 함으로써 엑츄에이터(6)의 여자코일(26)에 강한 자장을 형성시킴과 동시에 여자코일(26)이 갖는 저항에 따른 열을 발생시키는 것이다. 여자코일(26)에 생긴 강한 자장과 저항 열은 자성 스토퍼(30)에 영구자석(24)으로 인해 생겼던 잔류 자화성분을 제거한다.

한편 제어부(2)는 도 11의 106단계에서 카메라 초기화 즉 카메라 프로세스 셋팅이 완료되었는지 판단하고, 완료되었으면 피사체(도 10의 S)의 위치에 따른 렌즈 오토포커싱을 수행한다(도 11의 108단계).

렌즈 오토포커싱(AF)구간에서는 피시체(S)의 위치를 신속하게 추적할 수 있도록 구동출력(DRV)의 펄스듀티폭(W)을 예컨대 1.4㎳나 0.2㎳와 같은 값 등으로 적응적 가변되게 하며, 엑츄에이터(6)의 캐리어(14) 이동중 발생되는 미세 소음을 최소화하기 위해서 구동출력(DRV)의 펄스에지에 상향 및 하향 슬로프곡선(40)(42)도 갖는다.

렌즈(12)가 피사체(S)의 위치를 신속하게 추적하는 오포포커싱을 수행하여 카메라 촬영 등을 완료하고, 사용자의 요구나 대기모드 절체로 인해 카메라모드 오프가 감지되면 제어부(2)는 도 11의 110에서 이를 판단하고 도 11의 112단계로 진행하여서 카메라 아웃제어를 수행한다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

(2)-- 제어부 (4)-- 구동회로부
(6)-- 엑츄에이터 (8)-- 이미지 센서
(9)-- 이미지프로세서 (10)-- 메모리
(12)-- 렌즈 (14)-- 캐리어
(16)-- 슬라이딩레일면 (18)-- 슬라이더부
(20)-- 모듈본체 (22)-- 작동공간부
(24)-- 영구자석 (26)-- 여자코일
(28)-- 차폐판 (30)-- 자성 스토퍼
(32)-- 커버 (32a)-- 광입사 개구
(40)-- 상향 슬로프곡선 (42)-- 하향 슬로프곡선
(50)-- 레지스터 (52)-- 렌즈 정/역 방향 선택영역
(54)-- 구동출력 DC오프셋 선택영역
(56)-- 펄스 상승/하강에지 슬로프 듀레이션 선택영역
(58)-- 펄스 듀티폭 선택영역 (60)-- 데이터 페이로드구간
(t)-- 단위스텝시간 (X)-- 슬로프 듀레이션
(W)-- 펄스 듀티폭 (CS)-- 제어신호
(DRV)-- 구동출력 (XL)-- 광축
(S)-- 피사체

Claims

제어부의 제어 하에 구동회로부에서 인가되는 구동출력에 의해 코일에서 여자되는 전자력과 영구자석의 영구자력을 이용하는 엑츄에이터의 작동으로 렌즈를 탑재한 캐리어의 광축 상에서의 변위 이동이나 상기 영구자석과 자계 인력을 형성하는 자성 스토퍼를 이용해 상기 캐리어의 광축상 정지를 수행하여서 피사체 위치에 따른 렌즈와 이미지 센서 사이의 초점거리를 조절하는 카메라 모듈용 엑츄에이터를 위한 카메라모드 수행방법에 있어서,
카메라모드 진입 제어에 따라 구동회로부에서 상기 엑츄에이터로 인가하는 구동출력을 풀업 구형파형과 풀다운 구형파형으로 된 에이징 파형을 형성하여서 엑츄에이터 작동에 따른 렌즈변위가 렌즈 극점위치와 렌즈 초기원점 위치 간을 왕래케 하여서 자성 스토퍼에 영구자석으로 인해 생긴 잔류 자화성분을 제거하는 엑츄에이터 에이징과정과,
카메라 초기화 후 피사체의 위치에 따른 렌즈 오토포커싱을 수행하는 오토포커싱 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 카메라 모듈용 엑츄에이터를 위한 카메라모드 수행방법.
제1항에 있어서, 상기 엑츄에이터 에이징과정은 카메라 초기화하는 카메라 프로세스 셋팅완료 이전에 완수되게 함을 특징으로 하는 카메라 모듈용 엑츄에이터를 위한 카메라모드 수행방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 엑츄에이터 에이징 과정은 1초 이내에 완료됨을 특징으로 하는 카메라 모듈용 엑츄에이터를 위한 카메라모드 수행방법.
제1항에 있어서, 상기 에이징 파형 구동출력을 위해 제어부와 구동회로부 간에 이루어지는 제어신호의 인터페이스는 I²C통신을 통해서 수행됨을 특징으로 하는 카메라 모듈용 엑츄에이터를 위한 카메라모드 수행방법.
제1항에 있어서, 상기 오토포커싱 과정은, 렌즈를 탑재한 캐리어의 변위이동중 발생되는 접촉성 충돌소음을 방지 내지 저감하기 위해 상기 구동출력부의 구동출력중 펄스 상승에지 및 하강에지 중 하나 이상에 슬로프 곡선이 부가되게 구동출력 파형 프로파일을 형성함을 특징으로 하는 카메라 모듈용 엑츄에이터를 위한 카메라모드 수행방법.
제5항에 있어서, 상기 구동출력에 슬로프 곡선이 있는 슬로프 듀레이션 구간내에서 여자코일에 의해 생성되는 전자력은 점진적 증가나 감소하되 캐리어 이동구간에서 여자코일에 의해 생성되는 전자력보다 낮음을 특징으로 하는 카메라 모듈용 엑츄에이터를 위한 카메라모드 수행방법.
제5항에 있어서, 상기 구동출력에 슬로프곡선이 부가될 수 있도록 하기 위해 제어부는 슬로프 듀레이션 선택용 제어파라미터를 포함한 제어신호를 생성하여 구동회로부로 전송함을 특징으로 하는 카메라 모듈용 엑츄에이터를 위한 카메라모드 수행방법.