KR20180057481A

KR20180057481A - 카메라 모듈의 위치 제어 장치

Info

Publication number: KR20180057481A
Application number: KR1020170043151A
Authority: KR
Inventors: 최우영; 김상훈; 고주열; 이주형
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2017-04-03
Publication date: 2018-05-30
Also published as: KR20180057488A; KR102218898B1

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 위치 제어 장치는, 카메라 모듈의 렌즈 배럴에 배치된 자성체; 상기 자성체에 대향 배치되는 코일; 특정 주파수 성분을 포함하는 위치 확인용 신호를 상기 코일에 제공하는 구동기; 상기 코일의 신호중 상기 특정 주파수 성분을 포함하는 검출 신호를 추출하는 신호 추출기; 상기 검출 신호에 기초해서 상기 자성체의 위치에 해당되는 위치 신호를 제공하는 위치 검출기; 및 상기 위치 검출기로부터의 상기 위치 신호와 위치 기준 신호에 기초한 위치 오차를 제어하기 위한 피드백 신호를 상기 구동기에 제공하는 제어기; 를 포함한다.

Description

카메라 모듈의 위치 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING POSITION OF CAMERA MODULE}

본 발명은 카메라 모듈의 위치 제어 장치에 관한 것이다.

최근 휴대폰용 카메라 모듈의 경우 보다 슬림하면서 고성능의 이미지가 요구되고 있다. 이러한 요구를 만족하기 위해서 카메라의 개구율이 높은 렌즈의 장착, 자동 초점(Autofocus) 및 OIS (Optical Image Stabilizer) 등의 기능이 필요하다. 그런데, 자동 초점 또는 OIS를 수행하기 위해서는 정확한 위치를 판별하는 것과 현재 위치 값을 정확하게 검출하는 것이 필요하다.

기존 기술로는, 홀(Hall) 센서와 위치 센싱용 마그네트(Magnet)를 이용해서 위치 제어를 수행하는 방법이 이용될 수 있다.

기존 홀(Hall) 센서를 사용하는 경우, 별도의 마그네트(magnet)가 필요할 수 있고, 이 경우 홀(Hall) 센서의 위치에 대한 기준값이 온도나 기타 외부 사항에 따라 변화될 수 있어서, 이를 보정하기 위해, 로우패스필터(Low Pass filter), 자동 이득 제어 증폭기(Auto Gain Control AMP), 차동-싱글 증폭기(Differential to single Amplifier) 또는 아날로그/디지탈 컨버터(Analog to Digital Converter) 등의 추가 회로가 필요하게 되는 단점이 있다.

또한, 외부 홀(Hall) 센서를 사용하는 경우, 홀 센서 구동을 위해 바이어스(Bias) 전류(예, 수mA)가 소모될 수 있고, 또한 각종 증폭기(AMP) 등에 의한 전류가 추가로 소모될 수 있는 단점이 있다.

이와 같이 카메라 모듈의 기구적인 설계 제약, 추가적인 소모 전류, 그리고 재료비 상승 등의 문제점을 해결하기 위해서는, 홀(Hall) 센서를 채용하지 않고, 위치 검출 및 위치 제어를 할 수 있는 방법이 필요하다.

대한민국 공개특허공보 제2014-0088308호

본 발명의 과제는 홀 센서 등과 같은 별도의 센싱 수단을 채용하지 않고, 하나의 코일을 통해 렌즈 배럴의 구동 및 센싱을 수행하는 카메라 모듈의 위치 제어 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 의해, 카메라 모듈의 렌즈 배럴에 배치된 자성체; 상기 자성체에 대향 배치되는 코일; 특정 주파수 성분을 포함하는 위치 확인용 신호를 상기 코일에 제공하는 구동기; 상기 코일의 신호중 상기 특정 주파수 성분을 포함하는 검출 신호를 추출하는 신호 추출기; 및 상기 검출 신호에 기초해서 상기 자성체의 위치에 해당되는 위치 신호를 제공하는 위치 검출기; 를 포함하는 카메라 모듈의 위치 제어 장치가 제안된다.

본 발명의 다른 일 실시 예에 의해, 카메라 모듈의 렌즈 배럴에 배치된 자성체; 상기 자성체에 대향 배치되는 코일; 특정 주파수 성분을 포함하는 위치 확인용 신호를 상기 코일에 제공하는 구동기; 상기 코일의 신호중 상기 특정 주파수 성분을 포함하는 검출 신호를 추출하는 신호 추출기; 및 상기 검출 신호와 상기 위치 확인용 신호를 이용하여 상기 코일의 임피던스의 크기를 검출하고, 상기 코일의 임피던스의 크기에 기초해 상기 자성체의 위치에 해당되는 위치 신호를 제공하는 위치 검출기; 를 포함하는 카메라 모듈의 위치 제어 장치가 제안된다.

또한, 본 발명의 다른 일 실시 예에 의해, 카메라 모듈의 렌즈 배럴에 배치된 자성체; 상기 자성체에 대향 배치되는 코일; 특정 주파수 성분을 포함하는 위치 확인용 신호를 상기 코일에 제공하는 구동기; 상기 코일의 신호중 상기 특정 주파수 성분을 포함하는 검출 신호를 추출하는 신호 추출기; 및 상기 검출 신호와 상기 위치 확인용 신호를 이용하여 상기 코일의 임피던스의 각도를 검출하고, 상기 코일의 임피던스의 각도에 기초해 상기 자성체의 위치에 해당되는 위치 신호를 제공하는 위치 검출기; 를 포함하는 카메라 모듈의 위치 제어 장치가 제안된다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 홀 센서 등과 같은 별도의 센싱 수단을 채용하지 않으므로, 제조 비용을 절감할 수 있고 공간 효율성을 개선할 수 있고 전력 소모를 줄일 수 있으며 소형화에 유리하다는 장점이 있다.

또한, 하나의 코일을 통해 구동뿐만 아니라 센싱을 수행할 수 있고, 하나의 코일을 통해 구동에 영향을 미치지 않는 센싱 방식을 이용하여 폐루프 위치 제어를 수행함으로써, 보다 안정적이면서 정밀한 위치 제어를 수행할 수 있다.

게다가, 제조상 발생 가능한 불량 요소와 공정 과정이 간소화되기 때문에 직접적인 효과 외에 부가적인 효과도 달성 가능하게 되며, 별도의 센싱 수단이 없는 구조이므로 자동 초점(AF) 액추에이터뿐만 아니라 OIS (Optical Image Stabilizer) 액추에이터 또는 광학식 줌(zoom) 기능에도 간편하게 적용할 수도 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 위치 제어 장치의 일 예시도 이다.
도 3은 도 2의 카메라 모듈의 위치 제어 장치의 회로 블럭 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동기의 일 예시도이다.
도 5의 (a), (b), (c) 및 (d)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일에 대한 자성체의 상대적 위치 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 검출기의 일 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 검출기의 다른 일 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 중첩 신호, 위치 확인용 신호, 구동 신호, 제1 검출신호 및 제2 검출신호에 대한 예시도이다.

이하에서는, 본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 각 실시 예에 있어서, 하나의 예로써 설명되는 구조, 형상 및 수치는 본 발명의 기술적 사항의 이해를 돕기 위한 예에 불과하므로, 이에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명의 실시 예들은 서로 조합되어 여러 가지 새로운 실시 예가 이루어질 수 있다.

그리고, 본 발명에 참조된 도면에서 본 발명의 전반적인 내용에 비추어 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위해서, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 분해 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(100)은, 케이스(110), 하우징(120), 렌즈 배럴(130), 기판(140), 코일(150) 및 자성체(160)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 카메라 모듈(100)은 볼 베어링(135)을 더 포함할 수 있다.

도 1에는 볼 베어링을 채용한 볼 베어링 타입의 카메라 모듈이 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 일 예로 스프링 타입의 카메라 모듈에도 적용될 수 있다.

렌즈 배럴(130)은 피사체를 촬상하는 적어도 하나의 렌즈가 내부에 수용될 수 있도록 중공의 원통 형상일 수 있으며, 상기 렌즈 배럴(130)의 내부에 렌즈가 광축을 따라 구비된다. 여기서, 광축 방향은 도 1에 도시된 렌즈 배럴(130)을 기준으로 Z축 방향을 의미한다.

렌즈 배럴(130)은 하우징(120)의 내부에 배치되고 하우징(120)과 결합되어, 오토 포커싱을 위하여 광축 방향으로 이동할 수 있고, OIS (Optical Image Stabilizer)를 위하여 광축에 수직인 방향(도 1의 X축 방향 또는 Y축 방향)으로 이동할 수 있다.

하우징(120)은 내부 공간을 포함하고, 렌즈 배럴(130)이 광축 방향 또는 광축에 수직인 방향으로 이동 가능하도록 상기 하우징(120)의 내부 공간에 렌즈 배럴(130)을 수용할 수 있다.

렌즈 배럴(130)이 하우징(120) 내에서 광축 방향으로 이동할 때, 렌즈 배럴(130)의 이동을 안내하는 가이드 수단으로서, 렌즈 배럴(130)에는 광축 방향을 따라 적어도 하나의 볼 베어링(135)이 구비될 수 있다.

적어도 하나의 볼 베어링(135)은 렌즈 배럴(130)과 하우징(120) 사이에, 렌즈 배럴(130)의 일면과 하우징(120)의 일면이 접촉되도록 배치되어, 구름 운동을 통해 렌즈 배럴(130)을 지지하면서 광축 방향으로 상기 렌즈 배럴(130)의 이동을 안내할 수 있다.

케이스(110)는 하우징(120)과 결합하여 카메라 모듈의 외관을 형성할 수 있다. 케이스(110)는 하우징(120)의 외부면 일부를 감싸도록 하우징(120)과 결합할 수 있다. 케이스(110)는 금속재질을 포함하거나 금속재질로 구성되어 하우징(120)의 하부에 장착되는 기판의 접지패드에 접지될 수 있으며, 이에 따라, 카메라 모듈의 구동 중에 발생되는 전자파를 차폐할 수 있다.

자성체(160)는 렌즈 배럴(130)의 일 측면에 배치될 수 있고, 코일(150)은 하우징(120)에 장착되는 기판(140)의 일면에 배치되어 자성체(160)와 대향할 수 있다. 일 예로, 자성체(160)는 마그네트 성질을 띠는 자성 물질을 포함하는 마그네트가 될 수 있고, 또는 도체가 될 수 있다.

도 1에 도시되지 않았으나, 케이스(110)와 렌즈 배럴(130)의 사이에는 스토퍼가 추가적으로 배치되어 렌즈 배럴(130)의 이동 거리를 제한할 수 있다. 또한, 카메라 모듈(100)은 기판(140)의 타면에 장착되는 요크를 더 포함하여, 자성체(160)와 코일(150) 간에 발생하는 자속의 누설을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서는, 위치 확인용 신호로서 교류의 전류를 이용하고 검출 신호로서 검출 전압을 이용하는 구조에 대해 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 위치 확인용 신호로서 교류의 전압을 이용하고 검출 신호로서 교류의 전류를 이용하는 구조가 될 수 있다.

본 서류의 각 도면에서는, 동일한 부호 및 동일한 기능의 구성요소에 대해서는 가능한 불필요한 중복 설명은 생략될 수 있고, 각 도면에서는 가능한 차이점에 대한 사항을 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 위치 제어 장치의 일 예시도이고, 도 3은 도 2의 카메라 모듈의 위치 제어 장치의 회로 블럭 예시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 위치 제어 장치에 대해 설명한다.

상기 카메라 모듈의 위치 제어 장치는, 코일(150), 자성체(160), 구동기(200), 신호 추출기(300) 및 위치 검출기(400)를 포함할 수 있다. 또한, 카메라 모듈의 위치 제어 장치는, 제어기(500)를 더 포함할 수 있다.

코일(150)은 하우징(120, 도 1)에 장착되는 기판(140, 도 1)의 일면에 배치되어 자성체(160)와 대향할 수 있고, 자성체(160)에 전자기력에 의한 구동력을 제공할 수 있도록 자성체(160)와 이격되어 있다.

자성체(160)는 렌즈 배럴(130)의 일 측면에 배치될 수 있고, 코일(150)에 의한 구동력에 따라 이동될 수 있다.

구동기(200)는 상기 코일(150)에 위치 확인용 신호(Sm)를 제공할 수 있다. 상기 위치 확인용 신호(Sm)는 특정 주파수 성분(Fmod)을 포함할 수 있다. 상기 특정 주파수 성분(Fmod)은 렌즈 배럴(130)의 구동에 영향을 주지 않고, 코일(150)의 임피던스의 변화량을 측정할 수 있는 주파수로서, 일 예로, 가청 주파수보다 높은 주파수가 될 수 있다.

일 예로, 구동기(200)는 구동 신호(Sdrv)와 독립적으로 위치 확인용 신호(Sm)를 상기 코일(150)에 제공할 수 있다. 다른 일 예로, 보다 정확하고 신속한 폐루프 위치 제어를 위해서는, 구동기(200)는 상기 위치 확인용 신호(Sm)와 구동 신호(Sdrv)가 중첩된 중첩 신호(SDRV)를 상기 코일(150)에 제공할 수 있다.

일 예로, 상기 위치 확인용 신호(Sm)는 적어도 하나의 특정 주파수 성분(Fmod)을 포함하는 교류 신호로서, 예를 들어, 정현파(sinusoidal wave) 신호, 삼각파(triangle wave) 신호, 톱니파(sawtooth wave) 신호 또는 구형파(square wave) 신호 등이 될 수 있다.

본 발명 각 실시 예에서, 위치 확인용 신호(Sm)는 상기 예시한 신호에 한정되지 않고, 특정 주파수 성분을 포함하는 교류 신호이면 모두 포함할 수 있다.

예를 들어, 구동기(200)가 코일(150)에 구동 신호(Sdrv)를 인가하면, 상기 코일(150)에 전류가 흐르면서 전자기력이 발생되고, 이 전자기력에 의해 자성체(160)에 구동력이 제공될 수 있다.

즉, 구동기(200)는 코일(150)에 구동 신호를 인가하여 자성체(160)에 구동력을 제공할 있다. 일 예로, 구동기(200)가 구동 신호(Sdrv)를 코일(150)에 인가하면 코일(150)에서 자기장이 발생하고, 코일(150)에서 발생되는 자기장은 자성체(160)의 자기장과 상호 작용하여, 플레밍의 왼손 법칙에 따라 렌즈 배럴(130)을 광축 방향(또는 광축에 수직 방향)으로 이동시키는 구동력을 발생시킬 수 있다.

이에 따라, 상기 구동력에 의해 렌즈 배럴(130)은 광축 방향 또는 광축에 수직한 방향으로 이동할 수 있다.

일 예로, 구동기(200)는 자성체(160)에 구동 신호를 제공하는 드라이버 IC(Driver IC: Driver Integrated Circuit)를 포함할 수 있다.

일 예로, 상기 중첩 신호(SDRV)가 중첩 전류(IDRV)인 경우, 상기 구동 신호(Sdrv)는 렌즈 배럴(130)의 구동을 위해 구동기(200)에 의해 생성되는 직류(DC) 전류일 수 있다. 상기 위치 확인용 신호(Sm)는 렌즈 배럴(130)의 위치 확인을 위해 상기 구동기(200)에 의해 생성되며, 상기 특정 주파수 성분(Fmod)을 갖는 교류(AC) 전류일 수 있다. 상기 검출 신호(Sd)는 상기 코일(150)의 신호(SD)중에서 추출되는 신호로서 상기 특정 주파수 성분(Fmod)을 갖는 교류(AC) 전압일 수 있다.

예를 들어, 상기 중첩 신호(SDRV)가 중첩 전류(IDRV)인 경우 하기 수학식 1에 따라 표현될 수 있다.

[수학식 1]

상기 수학식 1에서, Idrv는 구동 신호(Sdrv)에 대응되는 직류의 구동 전류이고, im은 위치 확인용 신호(Sm)에 대응되는 교류의 위치 확인용 전류로서, 상기 k*sin(2*π*Fmod*t)으로 정의될 수 있다. 그리고, k는 위치 확인용 전류의 진폭이다.

위치 확인용 신호(Sm)의 크기(k)와 주파수(Fmod)는 렌즈 배럴(130)의 구동에 영향을 주지 않고, 코일(150)의 인덕턴스의 변화량을 측정할 수 있는 범위일 수 있다. 일 예로, 위치 확인용 신호(Sm)의 크기(k)는 렌즈 배럴(130)의 구동에 영향을 주지 않을 정도로 구동 신호의 크기에 비해 작고, 위치 확인용 신호(Sm)의 주파수(Fmod)는 렌즈 배럴(130)의 구동에 영향을 주지 않아야 하는데, 여기서, 구동에 영향을 주지 않는다는 것은 렌즈 배럴의 움직임 또는 공진을 일으키지 않는 주파수이어야 한다는 것이다.

예를 들면, 상기 위치 확인용 신호(Sm)의 크기(k)는 상기 구동 신호의 크기보다 작고, 위치 확인용 신호(Sm)의 주파수(Fmod)는 가청 주파수보다 높다. 일 예로 구동 신호의 크기가 100mA일 경우, 상기 위치 확인용 신호(Sm)의 크기(k)는 5mA일 수 있고, 위치 확인용 신호(Sm)의 주파수(Fmod)는 100kHz일 수 있다.

신호 추출기(300)는 상기 코일(150)의 신호(SD)중 상기 특정 주파수 성분(Fmod)을 포함하는 검출 신호(Sd)를 추출할 수 있다.

일 예로, 신호 추출기(300)는 특정 주파수 성분(Fmod)을 포함하는 교류의 검출 신호(Sd)를 추출할 수 있는 필터를 포함할 수 있다.

상기 중첩 신호(SDRV)는 중첩 전류 또는 중첩 전압일 수 있으며, 일 예로, 상기 중첩 신호(SDRV)가 중첩 전류(IDRV)인 경우, 중첩 전류(IDRV)가 코일(150)에 흐르면, 신호 추출기(300)는 코일(150)의 양단 전압(하기 수학식 2의 VL)중에서 교류의 검출 전압(Vd)을 추출할 수 있다.

위치 검출기(400)는 상기 검출 신호(Sd)에 기초해서 상기 자성체(160)의 위치에 해당되는 위치 신호(Sp)를 제공할 수 있다.

위치 검출기(400)는, 상기 검출 신호(Sd)와 상기 위치 확인용 신호(Sm)를 이용하여 상기 코일(150)의 임피던스(ZL)를 검출하고, 상기 코일(150)의 임피던스에 기초해 상기 자성체(160)의 위치에 해당되는 위치 신호(Sp)를 제공할 수 있다. 즉, 위치 검출기(400)는 자성체(160)의 이동에 따라 변동하는 코일(150)의 임피던스에 따라 자성체(160)의 위치를 검출할 수 있다.

일 예로, 상기 검출 신호(Sd)가 검출 전압(Vd)이고, 위치 확인용 신호(Sm)가 위치 확인용 전류(im)인 경우, 검출 전압(Vd)과 위치 확인용 전류(im)의 비율로 코일(150)의 임피던스를 계산할 수 있다.

전술한 바와 같이, 위치 검출기(400)는 구동기(200)의 구동에 의해 이동하는 렌즈 배럴(130), 구체적으로, 렌즈 배럴(130)의 일 측면에 마련되는 자성체(160)의 위치를 검출할 수 있다. 위치 검출기(400)는 검출된 자성체(160)의 위치에 해당되는 위치 신호(Sp)를 제어기(500)에 제공할 수 있다.

이 때, 위치 검출기(400)는 코일(150)의 임피던스의 크기와 각도를 산출하여 렌즈 배럴(130)의 위치를 검출할 수 있으며, 이에 대해서는 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.

제어기(500)는, 상기 위치 검출기(400)로부터의 상기 위치 신호(Sp)와 위치 기준 신호(Sref)에 기초한 위치 오차를 제어하기 위한 피드백 신호(Sf)를 상기 구동기(200)에 제공할 수 있다.

일 예로, 제어기(500)는 위치 검출기(400)로부터 제공되는 위치 신호(Sp)와 위치 기준 신호(Sref)를 비교하여, 위치 신호(Sp)와 위치 기준 신호(Sref) 간의 차이에 대응되는 위치 오차를 보상하기 위한 피드백 신호(Sf)를 상기 구동기(200)에 제공하여, 자성체(160)의 위치를 세밀하게 제어할 수 있다.

일 예로, 구동기(200), 신호 추출기(300), 위치 검출기(400) 및 제어기(500)는 기판(140)에 장착될 수 있고, 기판(140)과 별도의 특정 기판에 장착될 수 있으며, 상기 기판(140) 또는 특정 기판은 FPCB(Flexible Printed Circuit Board))가 될 수 있고, 기판(140)은 도 1에 도시된 바와 같이 하우징(120)에 배치될 수도 있고, 이와 달리, 렌즈 배럴(130)의 내측 중공에 배치될 수 있다.

여기서, 특정 기판은 특별히 배치되는 위치가 한정될 필요는 없으며, 카메라 모듈 내부에 배치될 수 있다.

또한, 구동기(200), 신호 추출기(300), 위치 검출기(400) 및 제어기(500)는 제작자의 필요에 따라 하나의 집적회로(IC)로 구현되어 하나의 기판에 배치될 수 있고, 2개 이상의 집적회로로 구현되어 하나 기판 또는 2개 이상의 기판에 배치될 수 있다. 이와 같은 집적회로는 특정위치에 한정되지 않고 배치될 수 있다.

도 3을 참조하면, 코일(150)은 저항 성분(Rs) 및 인덕턴스 성분(Lx)으로 도시되어 있으며, 코일(150)은 복수의 스위칭 소자(도 3 및 도 4 참조)와 연결되어, 보이스 구동 코일 모터(Voice coil motor) 방식으로 중첩 신호(SDRV=Sdrv(DC)+Sm(AC))가 인가될 수 있다.

이후, 구동기(200)는 제어기(500)로부터 제공받은 피드백 신호(Sf)에 따라 제어신호(VDRV)를 조정하여, 구동 신호(Sdrv)를 보정할 수 있고, 이에 따라 코일(150)에 제공하여 렌즈 배럴(130)의 위치를 정확하게 조절할 수 있다.

일 예로, 상기 구동기(200)는 연산증폭기(OP1), 제1 로우측 스위치(SL1)(예, MOS 트랜지스터) 및 저항(Rsen)을 포함할 수 있고, 이득 조절부(G)를 더 포함할 수 있다.

상기 연산증폭기로 입력되는 제어 신호(VDRV)가 제어 전압이고, 중첩 신호(SDRV)가 중첩 전류(IDRV)인 경우, 제어 전압에 따라 저항(Rsen)에 흐르는 중첩 전류(IDRV)가 결정되고, 이 중첩 전류(IDRV)에 의해 저항(Rsen)의 양단 전압이 결정될 수 있다. 여기서, 상기 제어 전압(VDRV)은 중첩 전류(IDRV), 저항(Rsen) 및 이득의 곱과 같을 수 있다. 일 예로, 상기 이득 조절부(G)의 이득이 1인 경우 저항(Rsen)의 양단 전압은 제어 전압(VDRV)과 동일할 수 있다.여기서, 저항(Rsen)은 실제 저항 성분일 수도 있고, 등가 회로일 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 구동기는, 저항(Rsen)을 사용하여 전류 신호를 전압의 형태의 신호로 바꾸어 피드백 구조에 대한 하나의 예시에 불과하며, 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동기는 도 3에 도시된 구조에 한정되지 않으며, 저항(Rsen) 없이 전류 신호를 복사하는 구조가 이용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동기의 일 예시도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 구동기(200)는 양방향 구동이 가능한 풀 브리지(Full Bridge) 회로를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예로 풀 브리지(Full Bridge) 회로를 예를 들어 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 풀 브리지(Bridge) 회로는, 전원단(VDD)과 접지 사이에 직렬로 접속된 제1 하이측 스위치(SH1) 및 제1 로우측 스위치(SL1)를 포함하는 제1 레그(LG1)와, 상기 전원단(VDD)과 접지 사이에 직렬로 접속된 제2 하이측 스위치(SH2) 및 제2 로우측 스위치(SL2)를 포함하는 제2 레그(LG2)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 로우측 스위치(SL1)는 도 3에 도시한 바와 같이 구동기(200)에 포함될 수 있고, 도 4에 도시한 바와 같이 포함되지 않을 수 있다.

이때, 제1 하이측 스위치(SH1) 및 제1 로우측 스위치(SL1)간의 접속노드(N)와 제2 하이측 스위치(SH2) 및 제2 로우측 스위치(SL2)간의 접속노드(P) 사이에 코일(150)이 접속된다.

이 경우, 상기 제1 하이측 스위치(SH1) 및 제2 로우측 스위치(SL2)가 오프 상태이고, 상기 제2 하이측 스위치(SH2) 및 제1 로우측 스위치(SL1)가 온상태인 경우에는, 상기 코일(150)에 구동 신호가 상기 제2 하이측 스위치(SH2)에서 제1 로우측 스위치(SL1)로 흐를 수 있다. 이때, 제1 로우측 스위치(SL1)에 접속된 구동기(200)가 코일(150)에 흐르는 구동 신호를 조절할 수 있다. 또는 도면에서는 도시되어 있지 않으나 상기 구동기(200)는 제2 하이측 스위치에 접속될 수 있다.

이와 달리, 상기 제1 하이측 스위치(SH1) 및 제2 로우측 스위치(SL2)가 온 상태이고, 상기 제2 하이측 스위치(SH2) 및 제1 로우측 스위치(SL1)가 오프상태인 경우에는, 상기 코일(150)에 구동 신호가 상기 제1 하이측 스위치(SH1)에서 제2 로우측 스위치(SL2)로 흐를 수 있다. 이때, 제2 로우측 스위치(SL2)에 접속된 구동기(미도시)가 코일(150)에 흐르는 구동 신호를 조절할 수 있다. 또는 도면에서는 도시되어 있지 않으나 상기 구동기는 제1 하이측 스위치에 접속될 수 있다.

전술한 바와 같이, 코일(150)에는 양방향으로 구동 신호가 인가될 수 있고, 상기 양방향의 구동 신호에 따라 코일(150)에 의한 구동력도 양방향으로 발생될 수 있으며, 이에 따라, 코일(150)에 의한 양방향 구동력에 따라 렌즈 배럴이 광축 방향을 따라 이동되거나 광축의 수직 방향을 따라 이동될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 위치 확인용 신호(Sm)가 교류의 위치 확인용 전류(im)이고, 상기 검출 신호(Sd)가 교류의 검출 전압(Vd)인 경우, 구동기(200)가 교류의 위치 확인용 전류(AC current)를 코일(150)에 인가하면, 코일(150) 양단의 교류의 검출 전압(Vd)을 측정함으로써 코일(150)의 임피던스를 측정할 수 있다.

이에 따라, 렌즈 배럴(130)의 제1 위치에서, 교류의 위치 확인용 전류(im)를 코일에 인가했을 때의 코일(150) 양단의 교류의 제1 검출 전압(Vd1, 도 8)과, 이후 제1 위치에서 이동된 렌즈 배럴(130)의 제2 위치에서, 교류의 위치 확인용 전류(im)를 코일(150)에 인가했을 때의 코일(150) 양단의 교류의 제2 검출 전압(Vd2, 도 8)은 서로 다르게 되고, 이에 따라 코일(150) 양단의 교류의 검출 전압을 검출함으로써 렌즈 배럴의 위치를 인식해 낼 수 있다.

여기서, 코일(150)과 자성체(160)의 간격 및 오버랩(overlap) 면적 등의 변화로 인한 자기장 변화 및 와전류 변화에 의해 코일의 임피던스 변화량이 발생되고, 이는 검출 신호의 진폭, 최대값, 위상, 또는 제곱평균 제곱근(RMS : Root mean square) 등의 차이로 발생하게 된다.

이에 따라 위치 검출기(400)는 신호 추출기(300)에 의해 추출된 검출 신호에 기초해 위치 인식을 위한 상기 코일(150)의 임피던스 변화를 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 검출 원리를 설명하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈에서, 구동시 구본적으로 코일(150) 및 자성체(160)는 정적(static) 자기장이 형성될 수 있다. 이때, 교류의 위치 확인용 신호(Sm)를 코일에 인가하게 되면 자기장이 동적(dynamic) 자기장으로 변화되며, 위와 같이 동적 자기장에 의해 자성체(160)에 와전류(eddy current)가 발생된다.

여기서, 와전류(Eddy current)(또는 맴돌이 전류)는 시간에 대해 변화하는 자기장이 도체를 관통 할 때 생기고, 자기장이 변화할 때 도체 안에서 전자의 순환 전류가 발생하는데 이 순환 전류를 와전류(eddy current)라고 한다. 이러한 와전류(Eddy current)는 자성체에 통과되는 자기장의 변화를 방해하는 방향을 가진다. 와전류(Eddy current)는 자기장 내에서 자성체(또는 도체)가 움직이거나 정적인 도체 위에 변하는 자기장이 관통할 때 생긴다. 또한, 변하는 자기장에서 자성체(또는 도체)가 움직일 때도 나타난다. 즉, 자기장의 세기나 방향의 변화가 있을 때 자기장 내 자성체(또는 도체)의 경계점을 제외한 어느 부분에서도 와전류(eddy current)가 생길 수 있다.

이어서, 코일(150)과 자성체(160) 사이의 간격 또는 오버랩 되는 면적 등에 차이가 발생하게 되면 자성체(160)에서의 와전류(eddy current)가 변화하고, 이 와전류(eddy current)의 변화에 따른 자기장의 변화가 코일에 영향을 미치게 되어, 코일의 임피던스에 변화가 생긴다.

일 예로, 교류의 위치 확인용 신호로 인해 생기는 자성체의 와전류(eddy current) 및 그 자기장의 변화가 코일과 자성체와의 상대적 위치(예, 간격 또는 면적 등)에 따라 변화하게 되는데, 이 변화는 코일의 임피던스에 반영이 된다.

전술한 바에 따르면, 코일(150)과 자성체(160)의 간격 및 오버랩(overlap) 면적 등의 변화로 자기장 변화 또는 와전류 변화가 발생되고, 이에 따라 코일의 임피던스 변화량이 발생된다.

상기 코일(150)과 자성체(160)간의 오버랩(overlap) 면적에 대한 예를 도 5의 (a), (b), (c) 및 (d)를 참조하여 설명한다.

도 5의 (a), (b), (c) 및 (d)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일 및 자성체에 대한 축 방향 예시도 및 위치 예시도이다.

도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일과 자성체에 대한 X축, Y축 및 Z축 예시도이고, 도 5의 (b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일에 대한 자성체가 정 위치 예시도이고, 도 5의 (c)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일에 대하여 자성체가 Z축 방향으로 상승 이동한 위치에 대한 예시도이고, 도 5의 (d)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일에 대하여 자성체가 Z축 방향으로 하강 이동한 위치에 대한 예시도이다.

도 5의 (a)를 참조하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 코일(150)과 자성체(160)가 서로 대향 배치되어 있으며, Z축은 광축 방향이고, X축 및 Y축은 광축에 수식하는 방향으로 정의될 수 있다.

도 5의 (b)에 도시된 자성체(160)는 사전에 설정된 디폴트 값(default value)에 해당되는 정 위치에 위치될 수 있고, 이 경우에는 구동력을 결정하는 상기 코일과 자성체간의 오버랩 면적은 면적 A1이 될 수 있다.

도 5의 (c)에 도시된 자성체(160)는 코일(150)의 제1 방향의 구동신호에 의해 Z축 방향으로 상승 이동된 위치에 위치될 수 있고, 이 경우에는 코일(150)과 자성체(160) 간의 전자기장 세기를 결정하는 상기 코일과 자성체간의 오버랩 면적은 변경되어 상기 면적 A1보다 좁은 면적 A2가 될 수 있다.

도 5의 (d)에 도시된 자성체(160)는 코일(150)의 제2 방향의 구동신호에 의해 Z축 방향으로 하강 이동된 위치에 위치될 수 있고, 이 경우에는 코일(150)과 자성체(160) 간의 전자기장 세기를 결정하는 상기 코일과 자성체간의 오버랩 면적은 변경되어 상기 면적 A1보다 좁은 면적 A3이 될 수 있다.

전술한 바와 같이, 자성체(160)가 Z축 방향으로 이동하는 경우, 코일(150)과의 오버랩되는 면적이 A1, A2 또는 A3 등으로 변하므로 코일(150)과 자성체(160) 간의 전자기장 세기가 변경되고, 이에 따라 코일(150)의 인덕턴스가 변경될 수 있다.

이와 같이, 코일(150)에 구동 신호로서 교류의 위치 확인용 전류를 공급하는 동안에, 코일(150)의 임피던스가 변경되는 경우, 코일(150)의 양단의 교류 전압은 코일(150)의 임피던스 변화에 따라 변경될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 자성체(160)의 위치 이동에 따른 코일(150)의 인덕턴스의 변화율을 높이기 위하여, 자성체(160)와 코일(150) 사이에 투자율이 높은 자성체 및 자성 물질로 이루어진 도료를 형성할 수 있다.

일 예로, 구동 신호(SDRV)가 구동 전류(IDRV)인 경우, 신호 추출기(300)는 상기 코일(150)의 신호로부터 특정 주파수 성분(Fmod)을 포함하는 검출 전압(Vd)을 추출하여 위치 검출기(400)에 제공할 수 있다.

위치 검출기(400)는 구동 전류(IDRV)에 포함된 위치 확인용 전류(im) 및 상기 검출 전압(Vd)을 이용하여 코일(150)의 임피던스(ZL) 크기(｜ZL｜) 또는 임피던스 각도(θ)를 검출할 수 있고, 코일(150)의 임피던스(ZL)의 크기(｜ZL｜) 및 임피던스 각도(θ)를 이용하여 자성체(160)의 위치, 즉 렌즈 배럴(130)의 위치를 검출할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 검출기의 일 예시도이다.

도 6을 참조하면, 위치 검출기(400)는 진폭 검출기(410)를 포함할 수 있다.

일 예로, 진폭 검출기(410)는 상기 신호 추출기(300)로부터의 상기 검출 신호(Sd)와 상기 위치 확인용 신호(Sm)를 이용하여 상기 코일(150)의 임피던스(ZL)의 크기(｜ZL｜)를 검출할 수 있고, 상기 코일(150)의 임피던스의 크기(｜ZL｜)에 기초해 상기 자성체(160)의 위치에 해당되는 위치 신호(Sp)를 제공할 수 있다.

이때, 임피던스 크기(｜ZL｜)는 하기의 수학식 2에 따라 표현될 수 있다.

[수학식 2]

상기 수학식 2에서, VL은 코일 양단 전압이고, IDRV는 코일에 흐르는 중첩 전류이고, ｜ZL｜은 코일의 임피던스 크기이다.

또한, 상기 코일(150)의 임피던스의 크기(｜ZL｜)는 하기 수학식 3에 따라 표현될 수 있다.

[수학식 3]

상기 수학식 3에서, Rs는 코일(150)의 저항 성분에 해당하고, Lx는 코일(150)의 인덕턴스 성분이고, Fmod는 특정 주파수 성분으로 이 Fmod는 가청 주파수 이상일수 있다.

일 예로, 상기 진폭 검출기(410)는 코일(150)의 인덕턴스의 변화량이 극히 미세하므로, 인덕턴스의 변화량을 증폭하는 증폭 회로를 포함할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 검출기의 다른 일 예시도이다.

도 7을 참조하면, 위치 검출기(400)는 위상 검출기(420)를 포함할 수 있다.

상기 위상 검출기(420)는 상기 신호 추출기(300)로부터의 상기 검출 신호(Sd)와 상기 위치 확인용 신호(Sm)를 이용하여 상기 코일(150)의 임피던스(ZL)의 각도(θ)를 검출할 수 있고, 상기 코일(150)의 임피던스의 각도(θ)에 기초해 상기 자성체(160)의 위치에 해당되는 위치 신호(Sp)를 제공할 수 있다.

위상 검출기(420)는 코일(150)의 임피던스의 각도(θ)의 변화로부터 자성체(160)의 위치를 검출할 수 있다.

여기서, 임피던스 각도(θ)는 하기 수학식 4에 따라 표현될 수 있다.

[수학식 4]

일 예로, 상기 위치 확인용 신호(Sm)가 교류 전류(im)이고, 상기 검출 신호(Sd)가 교류 전압(Vd)인 경우, 위상 검출기(420)는 상기 신호 추출기(300)로부터의 검출 전압(Vd)과 상기 위치 확인용 전류(im)의 위상차를 검출할 수 있다.

일 예로, 상기 위상 검출기(420)는 상기 위상차에 해당되는 펄스폭을 갖는 펄스 신호를 출력할 수 있다.

예를 들어, 검출 전압(Vd)과 상기 위치 확인용 전류(im)의 위상차에 따라 펄스의 진폭이 결정될 수 있다. 일 예로, 위상 검출기(420)는 검출 전압(Vd)과 상기 위치 확인용 전류(im)의 위상을 측정하기 위해 제로-크로싱(Zero-Crossing) 회로를 포함할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 중첩 신호, 위치 확인용 신호, 구동 신호, 제1 검출신호 및 제2 검출신호에 대한 예시도이다.

도 8에서, IDRV는 중첩신호(SDRV)에 대응되는 중첩 전류이고, im은 위치 확인용 신호(Sm)에 대응되는 위치 확인용 전류이고, Idrv는 구동 신호(Sdrv)에 대응되는 구동 전류이고, Vd1 및 Vd2는 신호 추출기(300)에서 추출되는 검출 신호(Sd)에 대응되는 서로 다른 제1 검출 전압 및 제2 검출 전압이다.

전술한 바에 따르면, 본 발명의 각 실시 예에서는, 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시 예들에 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 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 카메라 모듈
130; 렌즈 배럴
150: 코일
160: 자성체
200: 구동기
300: 신호 추출기
400: 위치 검출기
Sm: 위치 확인용 신호
Fmod: 특정 주파수 성분
Sd: 검출 신호
Sp: 위치 신호
Sdrv: 구동 신호
SDRV: 중첩 신호

Claims

카메라 모듈의 렌즈 배럴에 배치된 자성체;
상기 자성체에 대향 배치되는 코일;
특정 주파수 성분을 포함하는 위치 확인용 신호를 상기 코일에 제공하는 구동기;
상기 코일의 신호중 상기 특정 주파수 성분을 포함하는 검출 신호를 추출하는 신호 추출기; 및
상기 검출 신호에 기초해서 상기 자성체의 위치에 해당되는 위치 신호를 제공하는 위치 검출기;
를 포함하는 카메라 모듈의 위치 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 구동기는
상기 위치 확인용 신호와 구동 신호가 중첩된 중첩 신호를 상기 코일에 제공하는 카메라 모듈의 위치 제어 장치.
제2항에 있어서, 상기 위치 검출기는,
상기 검출 신호와 상기 위치 확인용 신호를 이용하여 상기 코일의 임피던스를 검출하고, 상기 코일의 임피던스에 기초해 상기 자성체의 위치에 해당되는 위치 신호를 제공하는
카메라 모듈의 위치 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 구동 신호는 직류 전류이고,
상기 위치 확인용 신호는 상기 특정 주파수 성분을 갖는 교류 전류이고,
상기 검출 신호는 상기 특정 주파수 성분을 갖는 교류 전압인 카메라 모듈의 위치 제어 장치.
제2항에 있어서, 상기 카메라 모듈의 위치 제어 장치는
상기 위치 검출기로부터의 상기 위치 신호와 위치 기준 신호에 기초한 위치 오차를 제어하기 위한 피드백 신호를 상기 구동기에 제공하는 제어기;
를 더 포함하는 카메라 모듈의 위치 제어 장치.
카메라 모듈의 렌즈 배럴에 배치된 자성체;
상기 자성체에 대향 배치되는 코일;
특정 주파수 성분을 포함하는 위치 확인용 신호를 상기 코일에 제공하는 구동기;
상기 코일의 신호중 상기 특정 주파수 성분을 포함하는 검출 신호를 추출하는 신호 추출기; 및
상기 검출 신호와 상기 위치 확인용 신호를 이용하여 상기 코일의 임피던스의 크기를 검출하고, 상기 코일의 임피던스의 크기에 기초해 상기 자성체의 위치에 해당되는 위치 신호를 제공하는 위치 검출기;
를 포함하는 카메라 모듈의 위치 제어 장치.
제6항에 있어서, 상기 구동기는
상기 위치 확인용 신호와 구동 신호가 중첩된 중첩 신호를 상기 코일에 제공하는 카메라 모듈의 위치 제어 장치.
제7항에 있어서,
상기 구동 신호는 직류 전류이고,
상기 위치 확인용 신호는 상기 특정 주파수 성분을 갖는 교류 전류이고,
상기 검출 신호는 상기 특정 주파수 성분을 갖는 교류 전압인 카메라 모듈의 위치 제어 장치.
제7항에 있어서, 상기 카메라 모듈의 위치 제어 장치는
상기 위치 검출기로부터의 상기 위치 신호와 위치 기준 신호에 기초한 위치 오차를 제어하기 위한 피드백 신호를 상기 구동기에 제공하는 제어기;
를 더 포함하는 카메라 모듈의 위치 제어 장치.
카메라 모듈의 렌즈 배럴에 배치된 자성체;
상기 자성체에 대향 배치되는 코일;
특정 주파수 성분을 포함하는 위치 확인용 신호를 상기 코일에 제공하는 구동기;
상기 코일의 신호중 상기 특정 주파수 성분을 포함하는 검출 신호를 추출하는 신호 추출기; 및
상기 검출 신호와 상기 위치 확인용 신호를 이용하여 상기 코일의 임피던스의 각도를 검출하고, 상기 코일의 임피던스의 각도에 기초해 상기 자성체의 위치에 해당되는 위치 신호를 제공하는 위치 검출기;
를 포함하는 카메라 모듈의 위치 제어 장치.
제10항에 있어서, 상기 구동기는
상기 위치 확인용 신호와 구동 신호가 중첩된 중첩 신호를 상기 코일에 제공하는 카메라 모듈의 위치 제어 장치.
제11항에 있어서,
상기 구동 신호는 직류 전류이고,
상기 위치 확인용 신호는 상기 특정 주파수 성분을 갖는 교류 전류이고,
상기 검출 신호는 상기 특정 주파수 성분을 갖는 교류 전압인 카메라 모듈의 위치 제어 장치.
제11항에 있어서, 상기 카메라 모듈의 위치 제어 장치는
상기 위치 검출기로부터의 상기 위치 신호와 위치 기준 신호에 기초한 위치 오차를 제어하기 위한 피드백 신호를 상기 구동기에 제공하는 제어기;
를 더 포함하는 카메라 모듈의 위치 제어 장치.