KR20190049373A

KR20190049373A - 전압/주파수 변환 기법을 이용한 vcm의 위치 제어 장치

Info

Publication number: KR20190049373A
Application number: KR1020180039058A
Authority: KR
Inventors: 박정의; 최우영; 이주형; 고주열
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2017-11-01
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2019-05-09
Also published as: KR102516770B1

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 VCM의 위치 제어 장치는, 렌즈 캐리어의 일 측면에 마련되는 자성체와 대향 배치되는 코일; 상기 코일에 구동 전류 및 위치 검출용 전류를 포함하는 중첩 전류를 인가하는 구동 회로; 상기 코일의 양단 전압에서 제1 교류 전압을 추출하는 필터회로; 상기 필터회로에서 추출된 제1 교류 전압을 제1 주파수 신호로 변환하는 전압/주파수 변환회로; 및 상기 제1 주파수 신호의 주파수 성분에 기초해서 위치 정보를 검출하는 디지털 제어회로; 를 포함한다.

Description

전압/주파수 변환 기법을 이용한 VCM의 위치 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING POSITION OF VCM USING VOLTAGE/FREQUENCY CONVERSION TECHNIQUES}

본 발명은 전압/주파수 변환 기법을 이용한 VCM의 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(Auto-focus) 및 OIS (Optical Image Stabilizer) 등의 기능이 필요하다. 그런데, 자동 초점 또는 OIS를 수행하기 위해서는 현재 위치 값을 정확하게 검출하는 것과 정확한 위치를 판별하는 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, 보다 정확한 위치 검출을 할 수 있는 기술이 필요하다.

대한민국 공개특허공보 제2013-0077216호

본 발명의 과제는, 홀 센서나 센싱용 코일 등 별도의 센싱 수단을 사용하지 않고, 하나의 구동용 코일을 검출 겸용으로 이용하는 시스템에서, 노이즈 배제 특성을 개선할 수 있는 전압/주파수 변환 기법을 이용한 VCM의 위치 제어 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 렌즈 캐리어의 일 측면에 마련되는 자성체와 대향 배치되는 코일; 상기 코일에 구동 전류 및 위치 검출용 전류를 포함하는 중첩 전류를 인가하는 구동 회로; 상기 코일의 양단 전압에서 제1 교류 전압을 추출하는 필터회로; 상기 필터회로에서 추출된 제1 교류 전압을 제1 주파수 신호로 변환하는 전압/주파수 변환회로; 및 상기 제1 주파수 신호의 주파수 성분에 기초해서 위치 정보를 검출하는 디지털 제어회로; 를 포함하는 VCM의 위치 제어 장치가 제안된다.

상기 위치 검출용 전류는, 특정 주파수 성분을 포함할 수 있고, 상기 특정 주파수 성분은 상기 렌즈 캐리어의 구동에 영향을 주지 않고, 상기 코일의 임피던스의 변화 측정이 가능한 주파수 성분이 될 수 있다.

상기 위치 검출용 전류는, 정현파(Sinusoidal wave), 삼각파(triangle wave), 톱니파(sawtooth wave) 및 구형파(square wave)중 하나의 형태를 갖도록 이루어질 수 있다.

상기 전압/주파수 변환회로는, 상기 필터회로에서 추출된 제1 교류 전압의 크기에 기초한 주파수를 갖는 제1 주파수 신호를 생성하는 전압 제어 발진기가 될 수 있다.

상기 디지털 제어회로는, 상기 위치 정보에 기초해서 상기 구동 회로를 통해서 위치 제어 또는 위치 보정 제어를 수행하도록 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 렌즈 캐리어의 일 측면에 마련되는 자성체와 대향 배치된 코일; 상기 코일에 구동 전류 및 위치 검출용 전류를 포함하는 중첩 전류를 인가하는 구동 회로; 상기 코일의 중간탭과 상기 코일의 일단 사이의 전압에서 제1 교류 전압을 추출하고, 상기 코일의 중간탭과 상기 코일의 타단 사이의 전압에서 제2 교류 전압을 추출하는 필터회로; 상기 필터회로에서 추출된 제1 교류 전압 및 제2 교류 전압을 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호로 변환하는 전압/주파수 변환회로; 및 상기 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호 각각의 주파수 성분에 기초해서 위치 정보를 검출하는 디지털 제어회로; 를 포함하는 VCM의 위치 제어 장치가 제안된다.

상기 위치 검출용 전류는, 특정 주파수 성분을 포함할 수 있고, 상기 특정 주파수 성분은 렌즈 캐리어의 구동에 영향을 주지 않고, 상기 코일의 임피던스의 변화량측정이 가능한 주파수 성분일 수 있다.

상기 코일은, 상기 중간탭과 일단 사이의 제1 코일과, 상기 중간탭과 타단 사이의 제2 코일을 포함하고, 상기 제1 코일은, 상기 자성체의 위치 변화에 의한 임피던스 변화에 기초해 상기 제1 교류 전압을 제공하고, 상기 제2 코일은, 상기 자성체의 위치 변화에도 변화가 없는 임피던스에 기초해 상기 제2 교류 전압을 제공하도록 이루어질 수 있다.

상기 디지털 제어회로는, 상기 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호를 감산 연산 또는 나누기 연산을 수행하여, 노이즈 및 온도 변화에 따른 신호 변화를 제거하도록 이루어질 수 있다.

상기 코일은, 상기 중간탭과 일단 사이의 제1 코일과, 상기 중간탭과 타단 사이의 제2 코일을 포함하고, 상기 제2 코일은 상기 자성체와의 사이에 차폐부재에 의해서, 상기 자성체의 위치 변화에 의한 영향이 차단된 임피던스를 갖도록 이루어질 수 있다.

상기 전압/주파수 변환회로는, 상기 필터회로에서 추출된 제1 교류 전압 및 제2 교류 전압 각각의 크기에 기초한 주파수를 갖는 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호를 생성하는 전압 제어 발진기일 수 있다.

상기 디지털 제어회로는, 상기 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호를 이용하여 기설정된 신호처리를 수행하여, 상기 위치 정보를 산출하기 이전에, 상기 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호에 포함된 노이즈를 제거하도록 이루어질 수 있다.

상기 코일의 중간탭과 상기 코일의 일단 사이의 제1 인덕턴스는, 상기 코일의 중간탭과 상기 코일의 타단 사이의 제2 인덕턴스 보다 크게 설정되도록 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 홀 센서 등과 같이 별도의 센싱 수단을 포함하지 않으므로, 전력 소모를 줄일 수 있고, 제조 비용을 절감할 수 있으며, 소형화에 유리하다는 장점이 있으며, 이에 따라 자동 초점 모듈(Auto focus Module) 또는 OIS 모듈의 경쟁력을 확보할 수 있다.

또한, 제조상 발생 가능한 불량 요소와 공정 과정이 간소화되기 때문에 직접적인 효과 외에 부가적인 효과도 달성 가능하게 되며, 센서가 없는 구조이므로 자동 초점(AF) 액추에이터뿐만 아니라 OIS (Optical Image Stabilizer) 액추에이터에도 적용할 수도 있다.

뿐만 아니라, 전압/주파수 변환 기능을 이용하여, ADC를 사용하지 않을 수 있어서, 값비싸고 사이즈가 큰 고성능의 ADC를 이용함에 따른 문제점을 개선할 수 있다.

즉, 노이즈 배제 특성을 개선할 수 있고, 온도 변화 보상 기능을 추가함으로써, 렌즈의 위치에 대한 보다 정밀한 검출 및 제어를 수행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 VCM의 위치 제어 장치의 일 블록 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 VCM의 위치 제어 장치의 다른 일 블록 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압/주파수 변환회로의 제1 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압/주파수 변환회로의 제2 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차폐부재 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 주요 전압 및 주파수 신호의 파형도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

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

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(10)은, 케이스(11), 하우징(12), 렌즈 캐리어(13), 기판(101), 코일(100) 및 자성체(16)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 카메라 모듈(10)은 볼 베어링(13-B)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 카메라 모듈은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 구동 회로(150), 필터회로(200), 전압/주파수 변환회로(300) 및 디지털 제어회로(400)를 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 캐리어(13)는 피사체를 촬상하는 적어도 하나의 렌즈가 내부에 수용될 수 있도록 중공을 갖는 형상일 수 있으며, 상기 렌즈 캐리어(13)의 내부에 렌즈가 광축을 따라 구비될 수 있다. 여기서, 광축 방향은 도 1에 도시된 렌즈 캐리어(13)를 기준으로 Z축 방향을 의미한다.

렌즈 캐리어(13)는 하우징(12)의 내부에 배치되고 하우징(12)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. 일 예로, 상기 렌즈 캐리어는 렌즈가 내장된 렌즈 배럴을 포함하는 렌즈 모듈이 될 수 있다.

하우징(12)은 내부 공간을 포함하고, 렌즈 캐리어(13)가 광축 방향 또는 광축에 수직인 방향으로 이동 가능하도록 상기 하우징(12)의 내부 공간에 렌즈 캐리어(13)를 수용할 수 있다.

렌즈 캐리어(13)가 하우징(12) 내에서 광축 방향으로 이동할 때, 렌즈 캐리어(13)의 이동을 안내하는 가이드 수단으로서, 렌즈 캐리어(13)에는 광축 방향을 따라 적어도 하나의 볼 베어링(13-B)이 구비될 수 있다.

적어도 하나의 볼 베어링(13-B)은 렌즈 캐리어(13)와 하우징(12) 사이에, 렌즈 캐리어(13)의 일면과 하우징(12)의 일면이 접촉되도록 배치되어, 구름 운동을 통해 렌즈 캐리어(13)를 지지하면서 광축 방향으로 상기 렌즈 캐리어(13)의 이동을 안내할 수 있다.

케이스(11)는 하우징(12)과 결합하여 카메라 모듈의 외관을 형성할 수 있다. 케이스(11)는 하우징(12)의 외부면 일부를 감싸도록 하우징(12)과 결합할 수 있다. 케이스(11)는 금속재질을 포함하거나 금속재질로 구성되어 하우징(12)의 하부에 장착되는 기판의 접지패드에 접지될 수 있으며, 이에 따라, 카메라 모듈의 구동 중에 발생되는 전자파를 차폐할 수 있다.

자성체(16)는 렌즈 캐리어(13)의 일 측면에 배치될 수 있고, 코일(100)은 하우징(12)에 장착되는 기판(101)의 일면에 배치되어 자성체(16)와 대향할 수 있다. 일 예로, 자성체(16)는 마그네트 성질을 띠는 자성 물질을 포함하는 마그네트(magnet)가 될 수 있고, 또는 도체 또는 유전체가 될 수 있다.

일 예로, VCM의 위치 제어 장치는, 코일의 검출 성능 향상을 위해, 기판(140)의 타면에 장착되는 요크(미도시됨)를 더 포함하여, 자성체(160)와 코일(150) 간에 발생하는 자속의 누설을 방지할 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 VCM의 위치 제어 장치의 일 블록 예시도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 VCM의 위치 제어 장치는, 코일(100), 구동 회로(150), 필터회로(200), 전압/주파수 변환회로(300) 및 디지털 제어회로(400)를 포함할 수 있다.

상기 코일(100)은, 전술한 바와 같이, 렌즈 캐리어(13)의 일 측면에 마련되는 자성체(16)와 대향 배치될 수 있다.

상기 구동 회로(150)는, 제어 전압(VREF)에 기초해 상기 코일(100)에 구동 전류(Idrv) 및 위치 검출용 전류(idet)를 포함하는 중첩 전류(IDRV)를 인가할 수 있다. 이에 따라, 구동 전류(Idrv) 및 위치 검출용 전류(idet)를 포함하는 중첩 전류(IDRV)가 상기 코일(100)에는 흐르게 될 수 있고, 상기 전류(Idrv)에 의해 상기 코일(100)은 전자기력에 의한 구동력을 상기 자성체(16)에 전달할 수 있다. 이에 따라 자성체(16)는 상기 코일(100)에 의한 구동력에 의해 광축 방향 또는 광축에 수직인 방향으로 구동될 수 있다.

예를 들면, 상기 코일(100)의 양단에는 구동 전류(Idrv)에 의한 직류 전압과 위치 검출용 전류(idet)에 의한 제1 교류 전압(Vac1)이 생성될 수 있다. 이에 따라, 상기 필터회로(200)는, 상기 제1 교류 전압(Vac1)에 해당되는 제1 교류 전압(V1)을 제공할 수 있다.

상기 필터회로(200)는, 상기 코일(100)의 양단 전압에서 제1 교류 전압(V1)을 추출할 수 있다.

상기 전압/주파수 변환회로(300)는, 상기 필터회로(200)에서 추출된 제1 교류 전압(V1)의 크기에 기초한 주파수를 갖는 제1 주파수 신호(F1)를 생성할 수 있다.

그리고, 상기 디지털 제어회로(400)는, 상기 제1 주파수 신호(F1)의 주파수 성분에 기초해서 위치 정보를 검출할 수 있다.

전술한 바에 따르면, 상기 전압/주파수 변환회로(300)에 의해, 아날로그/디지탈 변환기(ADC)가 불필요하다는 장점이 있다, 또한 상기 디지털 제어회로(400)는, 전압/주파수 변환회로(300)로부터의 제1 주파수 신호(F1)를 이용하여 평균화 등의 기설정된 신호처리를 수행함으로써, 노이즈를 제거할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 VCM의 위치 제어 장치의 다른 일 블록 예시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 VCM의 위치 제어 장치는, 코일(100), 구동 회로(150), 필터회로(200), 전압/주파수 변환회로(300) 및 디지털 제어회로(400)를 포함할 수 있다.

상기 코일(100)은, 렌즈 캐리어(13)의 일 측면에 마련되는 자성체(16)와 대향 배치될 수 있다.

상기 구동 회로(150)는, 도 2의 설명에 언급한 바와 같이, 상기 코일(100)에 구동 전류(Idrv) 및 위치 검출용 전류(idet)를 포함하는 중첩 전류(IDRV)를 인가할 수 있다.

이에 따라, 상기 코일(100)은 일단과 타단 사이에 중간탭이 접속되어, 상기 코일(100)의 일단과 중간탭 사이의 제1 교류 전압이 생성될 수 있고, 상기 코일(100)의 중간탭과 타단 사이에는 제2 교류 전압이 생성될 수 있다.

상기 필터회로(200)는, 상기 코일(100)의 중간탭(MT)과 상기 코일(100)의 일단 사이의 전압(Vac1)에서 제1 교류 전압(V1)을 추출하고, 상기 코일(100)의 중간탭(MT)과 상기 코일(100)의 타단 사이의 전압(Vac2)에서 제2 교류 전압(V2)을 추출할 수 있다.

상기 필터회로(200)는, 상기 코일(100)의 양단 및 중간탭(MT)중, 상기 코일(100)의 중간탭(MT)과 일단 사이의 전압(Vac1)에서 제1 교류 전압(V1)을 추출하여 전압/주파수 변환회로(300)에 제공하고, 상기 코일(100)의 중간탭(MT)과 타단 사이의 전압(Vac2)에서 제2 교류 전압(V2)을 추출하여 전압/주파수 변환회로(300)에 제공할 수 있다.

상기 전압/주파수 변환회로(300)는, 상기 필터회로(200)에서 추출된 제1 교류 전압(V1) 및 제2 교류 전압(V2) 각각의 크기에 기초한 주파수를 갖는 제1 주파수 신호(F1) 및 제2 주파수 신호(F2)를 생성하여 상기 디지털 제어회로(400)에 제공할 수 있다.

상기 디지털 제어회로(400)는, 상기 제1 주파수 신호(F1) 및 제2 주파수 신호(F2) 각각의 주파수 성분에 기초해서 위치 정보를 검출할 수 있다.

전술한 바에 따르면, 상기 전압/주파수 변환회로(300)에 의해, 아날로그/디지탈 변환기(ADC)가 불필요하다는 장점이 있다, 또한 상기 디지털 제어회로(400)는, 전압/주파수 변환회로(300)로부터의 제1 및 제2 주파수 신호(F1,F2)를 이용하여 감산 또는 나누기 등의 기설정된 신호처리를 수행함으로써, 노이즈 또는 온도변화에 의한 영향을 제거할 수 있다.

또한, 상기 디지털 제어회로(400) 및 구동 회로(150)에 의해, 카메라 모듈(10)의 액추에이터가 구동되는 동안에, 전술한 바와 같이, 상기 코일(100)에는 DC의 구동 전류(Idrv)와 AC의 위치검출용 전류(idet)가 중첩된 중첩 전류(IDRV)가 흐를 수 있다.

또한, 상기 디지털 제어회로(400)는, 상기 위치 정보에 기초해서 상기 구동 회로(150)를 통해서 위치 제어 또는 위치 보정 제어를 수행할 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 하나의 코일(100)은 등가적으로 인덕턴스 성분(Lx) 및 저항 성분(Rs)으로 모델링 될 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 하나의 코일(100)중 중간탭(MT)에서 일측까지의 제1 코일(110)은 등가적으로 제1 인덕턴스 성분(Lx1) 및 제1 저항 성분(Rs1)으로 모델링될 수 있다. 상기 코일(100)중 중간탭(MT)에서 타측까지의 제2 코일(120)은 제2 인덕턴스 성분(Lx2) 및 제2 저항 성분(Rs2)으로 모델링될 수 있다.

여기서, 중간탭(MT)은 상기 코일(100)의 양단 사이의 임의의 지점이 될 수 있으며, 일 예로, 상기 코일(100)은, 상기 중간탭(MT)과 일단 사이의 제1 코일(110)과, 상기 중간탭(MT)과 타단 사이의 제2 코일(120)을 포함할 수 있다.

상기 제2 코일(120)은 상기 자성체와의 사이에 차폐부재에 의해서, 상기 자성체(16)의 위치 변화에 의한 영향이 차단된 임피던스를 포함할 수 있다.

일 예로, 상기 코일(100)의 중간탭(MT)과 상기 코일(100)의 일단 사이의 제1 인덕턴스(Lx1)는, 상기 코일(100)의 중간탭(MT)과 상기 코일(100)의 타단 사이의 제2 인덕턴스(Lx2) 보다 크게 설정될 수 있다.

일 예로, 상기 제1 코일(110)은, 상기 자성체(16)의 위치 변화에 의한 임피던스 변화에 기초해 상기 제1 교류 전압(V1)을 제공할 수 있고, 상기 제2 코일(120)은, 상기 자성체(16)의 위치 변화에도 변화가 없는 임피던스에 기초해 상기 제2 교류 전압(V1)을 제공할 수 있다.

일 예로, 상기 코일(100)에는 자성체(16)가 부탁된 렌즈 캐리어(13)를 구동시키기 위한 DC의 구동 전류(Idrv)와 상기 렌즈 캐리어(13)의 위치 검출을 위한 AC의 위치검출용 전류(idet)가 흐리고, 이에 따라 상기 코일(100)의 양단에는 DC의 구동 전류(Idrv)에 기인한 DC 전압과 AC의 위치검출용 전류(idet)에 기인한 교류 전압이 중첩된 중첩 전압이 나타날 수 있다.

한편, 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 구동 회로(150)는, 브리지 회로(MH,ML)와 브리지 구동 회로(A11,R11)를 포함할 수 있다.

일 예로, 상기 브리지 회로(MH,ML)는, 상기 코일(100)의 양단중 일단에는 접속된 하이측 트랜지스터(MH)와, 상기 코일(100)의 양단중 타단에 접속된 로우측 트랜지스터(ML)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 브리지(Bridge) 회로는 코일에 구동 전류를 공급할 수 있는 회로로서, 하프 브리지 또는 풀 브리지 회로가 적용될 수 있으며, 본 서류에서 예시한 회로에 한정되지 않는다.

상기 브리지 구동 회로(A11,R11)는, 제어 전압(VREF)에 응답하여 DC의 구동 전류(Idrv)와 AC의 위치 검출용 전류(idet)가 중첩된 중첩 전류(IDRV)를 상기 코일(100)에 공급할 수 있다.

예를 들어, 상기 브리지 구동 회로(A11,R11)는, 상기 로우측 트랜지스터(ML)를 통해 상기 중첩 전류가 흐르도록 상기 로우측 트랜지스터(ML)를 제어하는 연산증폭기(A11) 및 저항(R11)을 포함할 수 있다.

일 예로, 상기 연산증폭기(A11)는 DC 제어전압과 AC 위치검출용 전압이 중첩된 제어 전압(VREF)을 공급받아 상기 제어 전압(VREF)에 기초하여 로우측 트랜지스터(ML)를 제어하여, 상기 저항(R11) 및 로우측 트랜지스터(ML)를 통해 상기 중첩 전류(IDRV=Idrv(DC)+idet(AC))가 흐르게 된다.

일 예로, 상기 위치 검출용 전류(idet)는, 특정 주파수 성분(Fmod)을 포함할 수 있고, 상기 특정 주파수 성분(Fmod)은 상기 렌즈 캐리어(13)의 구동에 영향을 주지 않고, 상기 코일(100)의 임피던스의 변화 측정이 가능한 주파수 성분이며, 일 예로, 가청 주파수(예, 100kHz)보다 높은 주파수가 될 수 있다.

일 예로, 상기 위치 검출용 전류(idet)는, 정현파(sinusoidal wave), 삼각파(triangle wave), 톱니파(sawtooth wave) 및 구형파(square wave)중 하나의 형태를 가질 수 있다.

본 발명 각 실시 예에서, AC의 위치검출용 전류는 상기 예시한 신호에 한정되지 않고, 특정 주파수 성분을 포함하는 교류 신호이면 모두 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 중첩 전류(IDRV)가는 하기 수학식 1에 따라 표현될 수 있다.

상기 수학식 1에서, Idrv는 구동 전류에 대응되는 직류의 전류이고, idet는 위치검출용 AC의 위치검출용 전류로서, 상기 k*sin(2*π*Fmod*t)으로 정의될 수 있다. 그리고, k는 AC의 위치검출용 전류의 진폭이다.

예를 들어, 연산증폭기(A11)에 의해서 상기 코일(100)에 DC의 구동 전류(Idrv)를 흐르면, 상기 코일(100)에 DC의 구동 전류(Idrv)가 흐르면서 전자기력이 발생되고, 이 전자기력에 의해 자성체(16)에 구동력이 제공될 수 있다. 즉, 구동 회로(150)는 코일(100)에 구동 전류(Idrv)를 인가하여 자성체(16)에 구동력을 제공할 있다. 일 예로, 구동 회로(150)가 DC의 구동 전류(Idrv)를 코일(100)에 인가하면 코일(100)에서 자기장이 발생하고, 코일(100)에서 발생되는 자기장은 자성체(16)의 자기장과 상호 작용하여, 플레밍의 왼손 법칙에 따라 렌즈 캐리어(13)를 광축 방향(또는 광축에 수직 방향)으로 이동시키는 구동력을 발생시킬 수 있다.

이에 따라, 상기 구동력에 의해 렌즈 캐리어(13)는 광축 방향 또는 광축에 수직한 방향으로 이동할 수 있다. 일 예로, 구동 회로(150)는 자성체(16)에 DC의 구동 전류(Idrv)를 제공하는 드라이버 IC(Driver IC: Driver Integrated Circuit)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 중첩 전류(IDRV)의 AC의 위치검출용 전류(idet)는 렌즈 캐리어(13)의 위치 검출을 위해 상기 연산증폭기(A11)에 의해 생성되며, 상기 언급한 바와 같이, 상기 AC의 위치검출용 전류(idet)는 특정 주파수 성분(Fmod)을 갖는 전류이다.

한편, 본 발명은, 자성체(16,도 1)와 코일(100) 사이에 일정 이상의 갭(gap)을 유지한 상태에서, 자성체(16)의 위치 변화에 따라 자성체(16)와 코일(100) 간의 오버랩(overlap) 면적이 변화되고, 이 오버랩되는 면적 변화에 따라 코일의 인덕턴스값의 변화가 발생될 수 있다.

이때 변화하는 코일(100)의 임피던스의 크기｜ZL｜를 센싱하여 현재 렌즈 캐리어(13)(또는 렌즈)의 위치를 추적할 수 있다. 상기 코일(100)을 구동 및 센싱 겸용으로 사용하기 위해, DC의 구동 전류(Idrv)에 AC의 위치검출용 전류(idet)를 섞는 모듈레이션 기법이 이용한다.

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

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

상기 수학식 2를 참조하면, 코일(100)의 임피던스 크기가 변화되면, 코일(100) 양단 전압이 변경됨을 알 수 있으며, 이에 따라 코일(100)의 양단 전압을 측정하면 임피던스 크기를 검출할 수 있다.

또한, 상기 코일(100)의 임피던스의 크기(｜ZL｜)는 하기 수학식 3에 따라 표현될 수 있다.

상기 수학식 3에서, Rs는 코일(100)의 저항 성분에 해당하고, Lx는 코일(100)의 인덕턴스 성분이고, Fmod는 특정 주파수 성분으로 이 Fmod는 가청 주파수 이상일수 있다.

상기 AC의 위치검출용 전류의 크기(k)와 주파수(Fmod)는 렌즈 캐리어(13)의 구동에 영향을 주지 않고, 코일(100)의 인덕턴스의 변화량을 측정할 수 있는 범위일 수 있다. 일 예로, AC의 위치검출용 전류의 크기(k)는 렌즈 캐리어(13)의 구동에 영향을 주지 않을 정도로 구동 신호의 크기에 비해 작고, AC의 위치검출용 전류의 주파수(Fmod)는 렌즈 캐리어(13)의 구동에 영향을 주지 않아야 하는데, 여기서, 구동에 영향을 주지 않는다는 것은 렌즈 캐리어의 움직임 또는 공진을 일으키지 않는 주파수이어야 한다는 것이다.

예를 들면, AC의 위치검출용 전류의 크기(k)는 상기 구동 신호의 크기보다 작고, AC의 위치검출용 전류의 주파수(Fmod)는 가청 주파수보다 높다. 일 예로 구동 전류의 크기가 100mA일 경우, 상기 AC의 위치검출용 전류의 크기(k)는 5mA일 수 있고, AC의 위치검출용 전류의 주파수(Fmod)는 100kHz일 수 있다.

특히 인덕턴스의 변화량이 작은 경우에도 검출할 수 있도록, 본 발명의 각 실시 예에서는, 전술한 전압/주파수 변환 기법을 채용한다. 이에 대해서는 후술한다.

도 2 및 도 3은, 전압/주파수 변환 기법을 이용하여 VCM(Voice Coil Motor)의 리니어 구동에서 렌즈의 위치 변화에 따른 임피던스의 크기 변화를 측정할 수 있는 회로 예를 보이고 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 렌즈 캐리어의 위치 변화에 따라 코일(100)의 인덕턴스의 값이 변화하고, 코일(100)에 중첩 전류(IDRV=Idrv(DC)+idet(AC))가 흐르는 상황에서 코일의 양단에 나타나는 중첩 전압중에서 교류 전압은 임피던스 크기 변화에 따라 변화한다. 상기 교류 전압은 필터회로(200)에서 추출될 수 있다.

예를 들어, 상기 디지털 제어회로(400)는, 상기 제1 주파수 신호(F1) 및 제2 주파수 신호(F2)를 이용하여 기설정된 신호처리를 수행하여, 상기 위치 정보를 산출하기 이전에, 상기 제1 주파수 신호(F1) 및 제2 주파수 신호(F2)에 포함된 노이즈를 제거할 수 있다. 일 예로, 상기 디지털 제어회로(400)에 의한 기설정된 신호처리는, 상기 제1 주파수 신호(F1) 및 제2 주파수 신호(F2)에 대한 감산 연산 또는 나누기 연산이 될 수 있으며, 이러한 신호처리를 통해서, 노이즈 및 온도 변화에 따른 신호 변화가 제거될 수 있다. 이에 따라, 상기 디지털 제어회로(400)는, 노이즈 및 온도에 따른 변화를 보상할 수 있다.

전술한 바와같이, 도 3은, 하나의 코일(100)에 중간탭(MT)을 이용하여 하나의 코일이 2개 코일(110,120)로 작용하는 구조를 보이고 있다.

도 3에서, 하나의 코일(100)에서 중간탭(MT)(tap)에서 신호 라인을 연결하여 물리적으로 1개의 코일에서 2개의 제1 및 제2 교류 전압(Vac1,Vac2)이 필터회로(200)에 입력될 수 있다. 이 경우, 상기 필터회로(200)는 제1 및 제2 교류 전압(V1,V2)을 추출할 수 있는 구조를 포함할 수 있다.

이와 같이, 하나의 코일(100)로 2개의 코일(110,120)을 사용하는 효과가 있으며, 이는 중간탭(MT)을 기준으로 제1 및 제2 코일(110,120)중 제2 코일(120)을 위치 변화에 따른 임피던스 변화가 없도록 하고, 제1 및 제2 코일(110,120)에서 입력되는 2개의 신호(F1,F2)를 신호처리하여 노이즈 및 온도 변화에 따른 효과를 상쇄시킬 수 있다.

이에 대해 자세히 설명하면, 위에서 설명한 바와 같이, 렌즈의 위치 변화에 따라 임피던스가 변화하고 이를 감지하는 방법을 이용하는데, 온도가 변화하게 되면 또한 임피던스가 변화하게 된다. 이렇게 되면 온도 변화에 의한 임피던스 변화인지 위치변화에 의한 임피던스 변화인지를 알 수 없게 된다. 휴대폰에 적용되는 제품의 경우 -20~80까지 동작이 보장되어야 하기 때문에 온도 변화에 대한 보정이 필요하다.

예를 들어, 물리적으로 하나의 코일(110)이 중간탭(MT)에 의해 기능적으로 2개의 제1 및 제2 코일(110,120)을 포함하는 경우, 제1 및 제2 코일(110,120) 각각의 임피던스를 L1,L2하고 하면, L1은 위치에 따른 변화가 있는 제1 코일(110)의 임피던스이다. L2는 제2 코일(120)은 위치에 따른 변화가 없는 제2 코일(120)의 임피던스이다.

예를 들어, 감산 연산(L1-L2)을 하면, 온도 변화에 대한 임피던스 변화 부분은 상쇄 시킬 수 있고, 위치에 따른 임피던스 변화만을 얻을 수 있다. 또한 노이즈 성분도 2개의 코일(110,120)에 공통으로 적용되기 때문에 같은 방식으로 상쇄 가능하다.

(1) 위치에 따른 변화가 있는 임피던스 L1

: L(기본 inductance) + △L_t(온도변화) + 노이즈+ △L_p(위치변화)

(2) 위치에 따른 변화가 없는 임피던스 L2

: L(기본 inductance) + △L_t(온도변화) + 노이즈

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압/주파수 변환회로의 제1 예시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압/주파수 변환회로의 제2 예시도이다.

도 4를 참조하면, 일 예로, 상기 전압/주파수 변환회로(300)는 샘플/홀드회로(320) 및 VCO 회로(330)를 포함할 수 있다.

또한, 도 5를 참조하면, 상기 전압/주파수 변환회로(300)는 작은 신호를 증폭하기 위한 증폭회로(310)를 더 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 증폭회로(310)는 상기 샘플/홀드회로(320)의 입력단에 배치될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 전압/주파수 변환회로(300)의 증폭회로(310)는 입력되는 교류 전압이 매우 작기 때문에 증폭하여 샘플/홀드회로(320)에 제공하고, 상기 샘플/홀드회로(320)는 상기 교류 전압에서 임피던스의 크기를 클럭신호에 따라 샘플링하여 유지시켜 샘플링된 샘플 신호(V1)를 상기 VCO(Voltage controlled oscillator)회로(330)에 제공한다. 이후, 상기 VCO 회로(330)는 입력받은 샘플 신호(V1)를 클럭(clock) 형태의 디지털(Digital) 형태의 주파수 신호(F1)로 변환할 수 있다.

이에 따라, 상기 코일(100)로부터 추출한 교류 전압에 기초해서, 임피던스 크기에 의해 주파수 값이 획득할 수 있으며, 결국 임피던스 크기에 해당하는 전압 크기를 주파수 신호로 변환할 수 있다.

일 예로, 상기 VCO 회로(330)는 전압 크기에 따라 변화되는 발진 주파수를 갖는 신호를 제공할 수 있는 회로가 될 수 있다.

이에 따라, 전압/주파수 변환회로를 이용함에 따라, ADC를 사용하지 않을 수 있어서, 값비싸고 사이즈가 큰 고성능의 ADC를 이용함에 따른 문제점을 개선할 수 있다. 부연하면, ADC로 회로 구성 시 높은 분해능(수 uV)을 요구하기 때문에 고성능의 ADC가 필요하며, 이를 대량양산 수준으로 구현하기 어렵고 구현하더라도 IC내부의 많은 면적을 사용하기 때문에 경제적으로도 불리하다. 이를 전압/주파수 변환회로로 대체하고 이후 디지털 제어회로를 통해 디지털 처리하면 보다 간단한 회로 구성을 통해 보다 개선된 양산성을 갖고 상대적으로 소형의 사이즈 및 면적의 구현이 가능하여 보다 경제적이다.

다음, 상기 디지털 제어회로(400)는 상기 전압/주파수 변환회로(300)로부터의 디지털 신호인 주파수 신호(F1 또는 F1 및 F2)에서 주파수 성분에 기초해서 위치 정보를 검출할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차폐부재 예시도이다.

도 6을 참조하면, 상기 코일(100)중 제2 코일(120)에서, 자성체와 코일간의 위치 변화에 따른 임피던스 변화가 없도록 하기 위해, 상기 제2 코일(120)은 상기 자성체와의 사이에 차폐부재에 의해서, 상기 자성체(16)의 위치 변화에 의한 영향이 차단된 임피던스를 포함할 수 있다.

일 예로, 제2 코일(120)이, 자성체와 코일간의 위치 변화에 따른 임피던스 변화가 없도록 하기 위한 상기 차폐부재는, 상기 코일(100)이 다층 코일로 제작되는 경우, 1층에 자성체(16)와 반응하지 않도록 하는 재질의 차폐부재가 배치될 수 있다. 다른 일예로, 제2 코일(120)이 자성체(16)와 직접 오버랩되지 않도록 배치될 수 있다. 이외에도 다른 방식으로 구현될 수 있으며, 상기 언급한 방식에 한정되지 않는다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 주요 전압 및 주파수 신호의 파형도이다.

도 7에서, Vac1은 코일(100)의 양단에 나타나는 중첩 전압중에서 위치검출용 교류 전류(idet)에 의해 생성되는 교류 전압이고, VSH는 전압/주파수 변환회로(300)의 샘플/홀드회로(320)에서 출력되는 샘플 신호이고, SPL_CLK는 샘플/홀드회로(320)에서 이용되는 샘플 클럭이고, F1은 전압/주파수 변환회로(300)의 VCO 회로(330)에서 출력되는 제1 주파수 신호이다.

이상에서 본 발명이 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.

10: 카메라 모듈
11: 케이스
12: 하우징
13: 렌즈 캐리어
13-B: 볼 베어링
16: 자성체
100: 코일
101: 기판
200: 필터회로
300: 전압/주파수 변환회로
400: 디지털 제어회로

Claims

렌즈 캐리어의 일 측면에 마련되는 자성체와 대향 배치되는 코일;
상기 코일에 구동 전류 및 위치 검출용 전류를 포함하는 중첩 전류를 인가하는 구동 회로;
상기 코일의 양단 전압에서 제1 교류 전압을 추출하는 필터회로;
상기 필터회로에서 추출된 제1 교류 전압을 제1 주파수 신호로 변환하는 전압/주파수 변환회로; 및
상기 제1 주파수 신호의 주파수 성분에 기초해서 위치 정보를 검출하는 디지털 제어회로;
를 포함하는 VCM의 위치 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 위치 검출용 전류는
특정 주파수 성분을 포함할 수 있고, 상기 특정 주파수 성분은 상기 렌즈 캐리어의 구동에 영향을 주지 않고, 상기 코일의 임피던스의 변화 측정이 가능한 주파수 성분인 VCM의 위치 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 위치 검출용 전류는
정현파(Sinusoidal wave), 삼각파(triangle wave), 톱니파(sawtooth wave) 및 구형파(square wave)중 하나의 형태를 갖는 VCM의 위치 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 전압/주파수 변환회로는,
상기 필터회로에서 추출된 제1 교류 전압의 크기에 기초한 주파수를 갖는 제1 주파수 신호를 생성하는 전압 제어 발진기인 VCM의 위치 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 디지털 제어회로는
상기 위치 정보에 기초해서 상기 구동 회로를 통해서 위치 제어 또는 위치 보정 제어를 수행하는 VCM의 위치 제어 장치.
렌즈 캐리어의 일 측면에 마련되는 자성체와 대향 배치된 코일;
상기 코일에 구동 전류 및 위치 검출용 전류를 포함하는 중첩 전류를 인가하는 구동 회로;
상기 코일의 중간탭과 상기 코일의 일단 사이의 전압에서 제1 교류 전압을 추출하고, 상기 코일의 중간탭과 상기 코일의 타단 사이의 전압에서 제2 교류 전압을 추출하는 필터회로;
상기 필터회로에서 추출된 제1 교류 전압 및 제2 교류 전압을 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호로 변환하는 전압/주파수 변환회로; 및
상기 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호 각각의 주파수 성분에 기초해서 위치 정보를 검출하는 디지털 제어회로;
를 포함하는 VCM의 위치 제어 장치.
제6항에 있어서, 상기 위치 검출용 전류는
특정 주파수 성분을 포함할 수 있고, 상기 특정 주파수 성분은 렌즈 캐리어의 구동에 영향을 주지 않고, 상기 코일의 임피던스의 변화량측정이 가능한 주파수 성분인 VCM의 위치 제어 장치.
제6항에 있어서, 상기 위치 검출용 전류는
정현파(sinusoidal wave), 삼각파(triangle wave), 톱니파(sawtooth wave) 및 구형파(square wave)중 하나의 형태를 갖는 VCM의 위치 제어 장치.
제6항에 있어서, 상기 코일은,
상기 중간탭과 일단 사이의 제1 코일과, 상기 중간탭과 타단 사이의 제2 코일을 포함하고,
상기 제1 코일은, 상기 자성체의 위치 변화에 의한 임피던스 변화에 기초해 상기 제1 교류 전압을 제공하고,
상기 제2 코일은, 상기 자성체의 위치 변화에도 변화가 없는 임피던스에 기초해 상기 제2 교류 전압을 제공하는
VCM의 위치 제어 장치.
제9항에 있어서, 상기 디지털 제어회로는,
상기 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호를 감산 연산 또는 나누기 연산을 수행하여, 노이즈 및 온도 변화에 따른 신호 변화를 제거하는
VCM의 위치 제어 장치.
제6항에 있어서, 상기 코일은,
상기 중간탭과 일단 사이의 제1 코일과, 상기 중간탭과 타단 사이의 제2 코일을 포함하고,
상기 제2 코일은 상기 자성체와의 사이에 차폐부재에 의해서, 상기 자성체의 위치 변화에 의한 영향이 차단된 임피던스를 갖는
VCM의 위치 제어 장치.
제6항에 있어서, 상기 전압/주파수 변환회로는,
상기 필터회로에서 추출된 제1 교류 전압 및 제2 교류 전압 각각의 크기에 기초한 주파수를 갖는 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호를 생성하는 전압 제어 발진기인 VCM의 위치 제어 장치.
제6항에 있어서, 상기 디지털 제어회로는
상기 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호를 이용하여 기설정된 신호처리를 수행하여, 상기 위치 정보를 산출하기 이전에, 상기 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호에 포함된 노이즈를 제거하는 VCM의 위치 제어 장치.
제6항에 있어서, 상기 디지털 제어회로는
상기 위치 정보에 기초해서 상기 구동 회로를 통해서 위치 제어 또는 위치 보정 제어를 수행하는 VCM의 위치 제어 장치.
제6항에 있어서, 상기 코일의 중간탭과 상기 코일의 일단 사이의 제1 인덕턴스는,
상기 코일의 중간탭과 상기 코일의 타단 사이의 제2 인덕턴스 보다 크게 설정된 VCM의 위치 제어 장치.