KR20220056536A

KR20220056536A - 차동 센싱 구조를 갖는 위치 센싱 회로 및 위치 제어 장치

Info

Publication number: KR20220056536A
Application number: KR1020200141217A
Authority: KR
Inventors: 임준형; 이창석
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2022-05-06
Also published as: CN114500783A; KR102425750B1; US20220128834A1; US11828955B2; CN114500783B

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 센싱 회로는, 렌즈배럴의 일측에 배치된 도체에 대향하여 이격 배치된 제1 센싱 코일 및 제2 센싱 코일을 갖는 차동 센싱 코일부를 포함하는 위치 제어 장치에 적용될 수 있는 위치 센싱 회로에 있어서, 상기 도체의 위치 이동에 따라 가변되는, 상기 제1 센싱 코일의 제1 인덕턴스에 기초한 제1 진폭을 갖는 제1 발진 신호와, 상기 도체의 위치 이동에 따라 가변되는, 상기 제2 센싱 코일의 제2 인덕턴스에 기초한 제2 진폭을 갖는 제2 발진 신호를 생성하는 차동 발진 회로; 상기 제1 발진 신호의 제1 진폭 및 상기 제2 발진 신호의 제2 진폭을 검출하는 진폭 검출 회로; 및 상기 제1 진폭과 상기 제2 진폭을 연산하여 위치값을 산출하는 신호 처리 회로; 를 포함한다.

Description

차동 센싱 구조를 갖는 위치 센싱 회로 및 위치 제어 장치{POSITION SENSING CIRCUIT AND POSITION CONTROL DEVICE WITH DIFFERENTIAL SENSING STRUCTURE}

본 발명은 차동 센싱 구조를 갖는 위치 센싱 회로 및 위치 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 카메라 모듈은 다수의 렌즈를 포함하는 렌즈배럴과, 상기 렌즈배럴을 광축 방향(통상 Z축 방향)으로 구동하는 자동초점(AF: Auto Focus) 디바이스와, 상기 렌즈배럴을 상기 광축(Z축)에 직교하는 두 방향(통상 X축 및 Y축 방향, 이하 'XY 수직축'이라 함)으로 구동하여, 손떨림을 보정하는 손떨림 보정(Optical Image Stabilizer: 아하 OIS라 함) 디바이스를 포함할 수 있다.

상기 OIS 디바이스에 대한 구동 정밀도를 높이기 위하여, 통상적으로 렌즈배럴의 위치를 측정하기 위해, 광축(예, Z축) 및 수직축(예, X축 및/또는 Y축) 각각에 대한 위치 측정 센서가 필요하다.

일 예로, 위치 측정 센서는 홀 센서, 또는 PR(Photo Reflector) 센서가 이용될 수 있으며, 최근에는 홀 센서 및 PR(Photo Reflector) 센서를 대신하여, 코일 인덕턴스를 이용하는 센싱 방식이 채용되는 경우도 있다.

기존의 코일 인덕턴스 센싱 방법은, 코일의 인덕턴스의 변화에 따른 발진기의 주파수 변화를 카운트 하여 렌즈배럴의 위치를 감지 하는 방식이다.

그러나, 기존의 코일 인덕턴스 센싱 방식의 센싱 능력을 개선하기 위해, 2개의 센싱 코일을 이용하는 경우, 2개의 센싱 코일 각각의 인덕턴스를 서로의 발진 주파수 간섭없이 처리하기 위해 2개의 발진 회로가 필요하므로, 그 만큼 디바이스가 복잡해지는 문제점이 있다.

또한, 기존의 위치 센싱 장치에서, 2개의 발진 회로를 이용하는 경우에는, 2개의 발진회로에서 발생되는 발진 신호에 대한 주파수 차이가 존재하고, 2개의 발진 신호가 서로 분리되어 있어서, 온도 보상시에 오차가 발생하는 문제점이 있다.

한편, 하나의 싱글 코일 및 하나의 발진회로를 이용하는 위치 센싱 장치에서는, 도체의 위치 이동에 대해 싱글 코일의 인덕턴스(L)가 변하면, 발진 주파수 수식(

)에서, 발진주파수가 변하게 되므로, 변하는 발진주파수를 측정하면 변동되는 위치값을 확인할 수 있다.

그러나, 이와 같은 기존의 싱글 코일 센싱 방식은, 전술한 바와같이, 2개의 발진회로, 2개의 주파수 카운터, 2개의 연산회로 등을 필요로 하므로, 그 만큼 회로가 복잡하고, 이에 따라 제작비 및 차지 면적이 증가되는 문제점이 있다.

또한, 2개의 코일 및 2개의 발진기 구조를 이용하는 기존의 위치 센싱 장치에서는, 2개의 발진기에서 생성되는 차동 신호의 상호간 간섭을 피하기 위해, 두 발진 신호의 발진 주파수를 서로 다르게 하는데, 이 경우에는 잡음 및 온도 특성이 두 코일간 같지 않게 되는 문제점이 있어서, 온도 보상시에 오차가 발생하는 문제점이 있다.

(선행기술문헌)

(특허문헌 1) JP 특허번호 4367966 B2 (2009.09.04)

(특허문헌 2) JP 특허공개공보　1997-304352 A (1997.11.28)

본 발명의 일 실시 예는, 차동 센싱 구조를 이용하여, 렌즈배럴에 배치된 도체의 위치 이동에 따른 인덕턴스 변화를 감지하여 렌즈배럴의 위치를 감지할 수 있고, 이에 따라 공통잡음을 제거할 수 있고, 온도보상을 수행할 수 있는 차동 센싱 구조를 갖는 위치 센싱 회로 및 위치 제어 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 의해, 렌즈배럴의 일측에 배치된 도체에 대향하여 이격 배치된 제1 센싱 코일 및 제2 센싱 코일을 갖는 차동 센싱 코일부를 포함하는 위치 제어 장치에 적용될 수 있는 위치 센싱 회로에 있어서, 상기 도체의 위치 이동에 따라 가변되는, 상기 제1 센싱 코일의 제1 인덕턴스에 기초한 제1 진폭을 갖는 제1 발진 신호와, 상기 도체의 위치 이동에 따라 가변되는, 상기 제2 센싱 코일의 제2 인덕턴스에 기초한 제2 진폭을 갖는 제2 발진 신호를 생성하는 차동 발진 회로; 상기 제1 발진 신호의 제1 진폭 및 상기 제2 발진 신호의 제2 진폭을 검출하는 진폭 검출 회로; 및 상기 제1 진폭과 상기 제2 진폭을 연산하여 위치값을 산출하는 신호 처리 회로; 를 포함하는 위치 센싱 회로가 제안된다.

또한, 본 발명의 다른 일 실시 예에 의해, 렌즈배럴의 일측에 배치된 도체의 위치 이동에 따라, 서로 반대로 가변(증가 또는 감소)되는 제1 인덕턴스 및 제2 인덕턴스를 갖는 차동 센싱 코일부; 상기 차동 센싱 코일부에 연결되고, 상기 제1 인덕턴스에 기초한 제1 진폭을 갖는 제1 발진 신호와, 상기 제2 인덕턴스에 기초한 제2 진폭을 갖는 제2 발진 신호를 생성하는 차동 발진 회로; 상기 제1 발진 신호의 제1 진폭 및 상기 제2 발진 신호의 제2 진폭을 검출하는 진폭 검출 회로; 및 상기 제1 진폭과 상기 제2 진폭을 연산하여 위치값을 산출하는 신호 처리 회로; 를 포함하는 위치 제어 장치가 제안된다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 차동 센싱 구조를 포함하고, 렌즈배럴에 배치된 도체의 위치 이동에 따라 상기 차동 센싱 구조에서 생성된 차동 발진 신호의 진폭을 이용하여, 렌즈배럴의 위치를 감지할 수 있고, 이에 따라 주파수 간섭이 없으며, 공통잡음을 제거할 수 있고, 온도보상을 수행할 수 있다.

또한, 하나의 차동 발진 회로가 2개의 코일을 공유하므로 차동 발진 신호를 연산하여 주파수 간섭을 줄일 수 있고, 공통 잡음을 제거할 수 있으며, 공통잡음을 효과적으로 제거할 수 있다.

특히, 2개의 코일 및 차동 발진 회로를 이용하여, 도체의 위치 이동시 두 코일의 인덕턴스가 변하더라도 발진 주파수는 변하지 않아서 두 코일간의 주파수 간섭은 없고, 두 코일의 인덕턴스 변화 량이 차동 발진 신호의 진폭의 변화에 반영되어, 차동 발진 신호의 진폭의 변화를 감지하여 도체의 위치 이동을 감지 할 수 있다.

또한, 두 코일에 대한 발진기를 하나의 차동 발진 회로로 구현함에 따라, 두 코일의 발진 주파수가 동일하여 공통왜란 보상에 유리하고, 차동 발진 신호의 진폭을 이용함에 따라 공통잡음과 온도 변동량을 상쇄시킬 수 있어서, 왜란에 정밀한 위치값을 검출할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 구성 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 제어 장치의 일 예시도이다.
도 3은 도 2의 차동 센싱 코일부 및 차동 발진 회로의 일 예시도이다.
도 4는 도 2의 차동 센싱 코일부 및 차동 발진 회로의 일 구조 예시도이다.
도 5는 도 2의 차동 센싱 코일부 및 차동 발진 회로의 일 구조 예시도이다.
도 6은 도 2의 진폭 검출 회로 및 신호 처리 회로의 일 예시도이다.
도 7은 도 6의 진폭 검출 회로의 일 예시도이다.
도 8은 도 2의 진폭 검출 회로 및 신호 처리 회로의 일 예시도이다.
도 9는 도 8의 진폭 검출 회로의 일 예시도이다.
도 10의 그래프 (a),(b),(c)는 제1 발진신호와 제2 발진신호에 대한 진폭의 예시도이다.
도 11은 제1 코일의 델타 인덕턴스(ΔL)-제1 진폭과, 제2 코일의 델타 인덕턴스(ΔL)-제2 진폭 관계 그래프 도이다.
도 12는 차동 발진 신호에 대한 캘리브레이션 회로에 대한 일 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 구성 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(10)은, 케이스(11), 하우징(12), 렌즈배럴(13), 도체(18), 구동코일(40), 차동 센싱 코일부(50)를 포함할 수 있다.

상기 케이스(11)는 상기 하우징(12)과 결합될 수 있고, 상기 하우징(12)은, 상기 케이스(11)와 결합하고, 내부의 수용공간을 포함할 수 있다.

일 예로, 케이스(11)는 금속재질을 포함하거나 금속재질로 구성되어 하우징(12)의 하부에 장착되는 기판의 접지패드에 접지될 수 있으며, 이에 따라, 카메라 장치의 구동 중에 발생되는 전자파를 차폐할 수 있다.

상기 렌즈배럴(13)은, 상기 하우징(12)의 수용공간에 배치되고, 광축에 따라 배치되어 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈모듈(14)을 내장할 수 있다.

상기 도체(18)는, 상기 렌즈배럴(13)의 일부 외측에 배치될 수 있다. 일 예로, 도체(18)는 자성 물질을 포함하는 부재일 수 있고, 또는 유전체 또는 마그네트가 될 수 있다.

상기 구동코일(40)은, 상기 도체(18)에 대향하여 상기 하우징(12)에 배치된 기판(30)에 장착될 수 있다. 여기서, 상기 구동코일(15)은, 구동을 위한 코일이다. 일 예로, 상기 구동코일(40)에 구동전류가 흐르면, 상기 구동코일(40)에서 발생되는 전자기력에 의해서 도체(18)에 구동력이 전달되어, 도체(18)가 위치 이동될 수 있고, 이에 따라 도체(18)가 부착된 렌즈배럴(13) 내의 렌즈모듈(14)이 광축(예, Z축) 또는 수직축(예, X축, Y축) 방향으로 위치 이동될 수 있다.

상기 차동 센싱 코일부(50)는 상기 구동코일(40)에 인접하여 상기 기판(30)에 장착될 수 있고, 서로 인접 배치된 제1 센싱코일(COL1) 및 제2 센싱 코일(COL2)을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 센싱코일(COL1) 및 제2 센싱 코일(COL2)은 상기 도체(18)와 일정간격 이격되고, 예를 들어, 도체(18)의 위치가 이동되면, 상기 차동 센싱 코일부(50)와 도체(18)간의 전자기력 작용으로, 상기 차동 센싱 코일부(50)에 포함된 제1 센싱 코일(COL1) 및 제2 센싱 코일(COL2) 각각의 인덕턴스가 가변될 수 있다.

이러한 인덕턴스의 가변에 기초하여 차동 발진 회로(도 2, 100)가 제1 및 제2 차동 신호(S1,S2)를 생성하고, 이 후 회로들(도 2, 200,300,400)에서 상기 제1 및 제2 차동 신호(S1,S2)에 기초해 상기 도체(18)의 위치를 검출할 수 있다.

상기 도체(18)의 위치 검출 동작에 대해서는 도 2 내지 도 12를 참조하여 설명한다.

본 발명의 각 도면에 대해, 동일한 부호 및 동일한 기능의 구성요소에 대해서는 가능한 불필요한 중복 설명은 생략될 수 있고, 각 도면에 대해 가능한 차이점에 대한 사항이 설명될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 제어 장치의 일 예시도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 제어 장치는, 차동 센싱 코일부(50) 및 위치 센싱 회로(100,200,300,400)를 포함할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 차동 센싱 코일부(50)는, 렌즈배럴(13)의 일측에 배치된 도체(18)에 대향하여 이격 배치된 제1 센싱 코일(COL1) 및 제2 센싱 코일(COL2)을 포함할 수 있다.

이에 따라, 상기 제1 센싱 코일(COL1) 및 제2 센싱 코일(COL2)은, 도체(18)의 위치 이동에 따라, 서로 반대로 가변(증가 또는 감소)되는 제1 인덕턴스(L1) 및 제2 인덕턴스(L2)를 포함할 수 있다.

일 예로, 상기 제1 인덕턴스(L1)가 증가하면 제2 인덕턴스(L2)는 감소될 수 있다. 다른 일 예로, 상기 제1 인덕턴스(L1)가 감소하면 제2 인덕턴스(L2)는 증가될 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 위치 센싱 회로(100,200,300,400)는, 차동 발진 회로(100)와, 진폭 검출 회로(200)와, 신호 처리 회로(300)와, 위치 제어기(400)를 포함할 수 있다.

차동 발진 회로(100)는, 상기 차동 센싱 코일부(50)에 연결되어, 상기 도체(18)의 위치 이동에 따라 가변되는, 상기 제1 센싱 코일(COL1)의 제1 인덕턴스(L1)에 기초해, 제1 진폭(VOP)을 갖는 제1 발진 신호(S1)와, 상기 도체(18)의 위치 이동에 따라 가변되는, 상기 제2 센싱 코일(COL2)의 제2 인덕턴스(L2)에 기초해, 제2 진폭(VON)을 갖는 제2 발진 신호(S2)를 생성할 수 있다.

진폭 검출 회로(200)는, 상기 제1 발진 신호(S1)의 제1 진폭(VOP) 및 상기 제2 발진 신호(S2)의 제2 진폭(VON)을 검출할 수 있다.

예를 들어, 제1 진폭(VOP) 및 제2 진폭(VON)은, 정류(rectification) 방식 또는 주파수 컨버젼(frequency conversion) 방식에 의해, 상기 제1 발진 신호(S1) 및 상기 제2 발진 신호(S2)에서 검출될 수 있다.

신호 처리 회로(300)는, 상기 제1 진폭(VOP)과 상기 제2 진폭(VON)을 연산하여 위치값(PV)을 산출할 수 있다.

일 예로, 위치값(PV)은 제1 진폭(VOP)과 제2 진폭(VON)의 차(VOP-VON)가 될 수 있다. 다른 일 예로, 위치값(PV)은 제1 진폭(VOP)과 제2 진폭(VON)의 차(VOP-VON)와 합(VOP+VON)의 연산에 의해 구해질 수 있다.

위치 제어기(400)는, 상기 위치값(PV)에 기초하여 상기 도체(18)의 위치를 제어할 수 있다. 예를 들어, 미리 정해지는 목표값과 상기 위치값(PV)과의 차이값에 기초해서 제어신호를 생성할 수 있다.

도 3은 도 2의 차동 센싱 코일부 및 차동 발진 회로의 일 예시도이다.

도 3을 참조하면, 상기 차동 센싱 코일부(50)는, 제1 센싱 코일(COL1), 제2 센싱 코일(COL2), 및 중간 접속 노드(Nm)를 포함할 수 있다.

상기 제1 센싱 코일(COL1)은, 일단이 상기 차동 발진 회로(100)의 일단에 접속되고, 타단이 중간 접속 노드(Nm)를 통해 접지단(GND)에 접속되며, 상기 도체(18)의 위치 이동에 따라 가변되는 상기 제1 인덕턴스(L1)를 제공할 수 있다.

상기 제2 센싱 코일(COL2)은, 일단이 상기 차동 발진 회로(100)의 타단에 접속되고, 타단이 중간 접속 노드(Nm)를 통해 상기 접지단(GND)에 접속되며, 상기 도체(18)의 위치 이동에 따라 상기 제1 인덕턴스(L1)의 가변과 반대로 가변되는 상기 제2 인덕턴스(L2)를 제공할 수 있다.

예를 들어, 상기 도체(18)가 어느 한 방향으로 위치 이동함에 따라, 상기 제1 인덕턴스(L1)가 증가하면 상기 제2 인덕턴스(L2)가 감소할 수 있다. 반대로 상기 도체(18)가 다른 한 방향으로 이동함에 따라, 상기 제1 인덕턴스(L1)가 감소하면 상기 제2 인덕턴스(L2)가 증가할 수 있다.

이에 따라, 상기 제1 인덕턴스(L1)와 상기 제2 인덕턴스(L2)의 합산 인덕턴스(L1+L2)는, 상기 도체(18)의 위치 이동에 관계없이, 일정한 값을 유지할 수 있다. 이와 같이 합산 인덕턴스(L1+L2)에 기초해 결정된 차동 발진 회로(100)의 발진 주파수는 일정할 수 있다.

상기 중간 접속 노드(Nm)는, 상기 제1 센싱 코일(COL1)과 상기 제2 센싱 코일(COL2)의 중간에 위치하는 접속노드로, 상기 접지단(GND)에 접속될 수 있다.

상기 차동 발진 회로(100)는, 커패시터 회로(110)와 발진회로(120)를 포함할 수 있다.

상기 커패시터 회로(110)는, 상기 제1 센싱 코일(COL1)의 일단과 상기 제2 센싱 코일(COL2)의 일단 사이에 접속된 커패시터(C1)를 포함할 수 있다. 상기 커패시터(C1)는, 상기 제1 센싱 코일(COL1) 및 상기 제2 센싱 코일(COL2)과 함께 공진회로(105)를 형성할 수 있다.

일 예로, 상기 공진회로(105)의 공진 주파수(f)는 하기 수학식 1과 같이 결정될 수 있다.

[수학식 1]

발진회로(120)는, 상기 공진회로(105)에서 생성된 공진주파수를 포함하는 신호를 발진시키기 위해, 드레인-게이트 교차 결합된(cross-coupled) 트랜지스터(M1,M2)와, 상기 트랜지스터(M1,M2)의 공통 소스 노드와 접지 사이에 접속된 전류원(IS1)을 포함할 수 있다.

상기 커패시터 회로(110)에 접속되어, 서로 반대 위상을 갖는 상기 제1 발진 신호(S1) 및 상기 제2 발진 신호(S2)를 생성할 수 있다.

상기 제1 발진 신호(S1)는 상기 제1 센싱 코일(COL1)의 제1 인덕턴스(L1)에 기초한 제1 진폭(VOP)을 포함할 수 있다. 상기 제2 발진 신호(S2)는 상기 제2 센싱 코일(COL2)의 제2 인덕턴스(L2)에 기초한 제2 진폭(VON)을 포함할 수 있다.

일 예로, 제1 진폭 및 제2 진폭은 하기 수학식2 및 3에 도시한 바와 같이, 제1 제1 인덕턴스(L1) 및 제2 인덕턴스(L2)와 관련될 수 있다.

[수학식 2]

VOP = Ip x R1 = Ip x (L1)/[(r1+r2) x C]

[수학식 3]

VON = In x R2 = In x (L2)/[(r1+r2) x C]

상기 수학식 2 및 수학식 3에서, Ip는 트랜지스터(M1)를 통해 흐르는 전류이고, In은 트랜지스터(M2)를 통해 흐르는 전류이다. R1은 상기 제1 센싱 코일(COL1)의 직렬 저항(r1)의 크기와, 제1 인덕턴스(L1), 그리고 발진 회로(120)의 커패시턴스에 의해 결정되는 저항성분이고, R2는 상기 제2 센싱 코일(COL2)의 직렬 저항(r2)의 크기와, 제2 인덕턴스(L2), 그리고 발진 회로(120)의 커패시턴스에 의해 결정되는 저항성분이다. 그리고, C는 커패시터(C1)의 커패시턴스이다.

또한, 도체(18)의 위치 이동에 따라 인덕턴스(L1,L2) 및 저항(r1,r2)의 크기가 차동으로 변하게 되고, 이러한 변동값에 의해, 상기 수학식 2,3에서의 R1,R2의 크기가 도체의 위치에 따라 변경되는 진폭이 변하게 된다.

일 예로, 상기 도체(18)의 위치 이동에 따라, 상기 도체(18)와 제1 센싱 코일(COL1)과의 전자기력이 커지고 상기 도체(18)와 제2 센싱 코일(COL2)과의 전자기력이 작아짐에 따라, 이들간의 전자기력 및 에디 커런트(Eddy current)의 작용에 의해, 제1 센싱 코일(COL1)의 제1 인덕턴스(L1)는 감소(L1-ΔL)하고, 제2 센싱 코일(COL2)의 제2 인덕턴스(L2)는 증가(L1+ΔL)할 수 있다.

한편, 도 3에는 드레인-게이트 교차 결합된 트랜지스터(M1,M2), 전류원(IS1)을 포함하는 차동 발진 회로에 대해 예를 들어 설명하였지만, 차동 발진 회로는 차동 발진 신호를 생성할 수 있는 구조이면 되므로, 도 3에 도시한 예시에 한정되는 것은 아니다.

도 4는 도 2의 차동 센싱 코일부 및 차동 발진 회로의 일 구조 예시도이다.

도 4를 참조하면, 상기 차동 센싱 코일부(50)의 제1 센싱 코일(COL1) 및 제2 센싱 코일(COL2)은, 상기 도체(18)의 위치 이동에 따라, 도체(18)와의 중첩면적이 가변(증가 또는 감소)될 수 있도록 배치될 수 있다.

일 예로, 상기 도체(18)의 위치 이동에 따라, 상기 도체(18)와 제1 센싱 코일(COL1)과의 중첩면적이 커지고 상기 도체(18)와 제2 센싱 코일(COL2)과의 중첩면적이 작아짐에 따라, 이들간의 전자기력 및 에디 커런트(Eddy current)의 작용에 의해, 제1 센싱 코일(COL1)의 제1 인덕턴스(L1)는 감소(L1-ΔL)하고, 제2 센싱 코일(COL2)의 제2 인덕턴스(L2)는 증가(L1+ΔL)할 수 있다.

도 5는 도 2의 차동 센싱 코일부 및 차동 발진 회로의 일 구조 예시도이다.

도 5를 참조하면, 상기 차동 센싱 코일부(50)의 제1 센싱 코일(COL1) 및 제2 센싱 코일(COL2)은, 상기 도체(18)의 위치 이동에 따라, 도체(18)와의 거리(에어갭)가 가변(증가 또는 감소)될 수 있도록 배치될 수 있다.

일 예로, 상기 도체(18)의 위치 이동에 따라, 상기 도체(18)와 제1 센싱 코일(COL1)과의 사이의 거리가 커지고 상기 도체(18)와 제2 센싱 코일(COL2)과의 사이의 거리(에어갭)가 작아짐에 따라, 이들간의 전자기력 및 에디 커런트(Eddy current)의 작용에 의해, 제1 센싱 코일(COL1)의 제1 인덕턴스(L1)는 감소(L1-ΔL)하고, 제2 센싱 코일(COL2)의 제2 인덕턴스(L2)는 증가(L1+ΔL)할 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하여, 도체(18)의 위치 이동에 따라 인덕턴스가 가변되는 구조에 대해 예를 들어 설명하였지만, 실제 인덕턴스 가변은 도체(18)와 센싱 코일간의 중첩 면적 및 거리에 의한 변화에 초래될 수 있으며, 도 4 및 도 5에 도시된 구조 및 동작은 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하므로 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 진폭 검출 회로(200)는, 진폭 변조기(Amplitude demodulator)(210) 및 주파수 다운 컨버젼 믹서(Frequency Down Conversion Mixer)(220)중 하나를 포함할 수 있다. 이에 대해서는 도 6 내지 도 9를 참조하여 설명한다.

도 6은 도 2의 진폭 검출 회로 및 신호 처리 회로의 일 예시도이고, 도 7은 도 6의 진폭 검출 회로의 일 예시도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 진폭 검출 회로(200)는, 진폭 변조기(Amplitude demodulator)(210)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 진폭 변조기(210)는, 정류 소자(D20), 수동 소자인 커패시터(C20) 및 저항(R20)을 포함할 수 있고, 정류 소자(D20)의 정류 기능, 커패시터(C20)의 평활 기능을 이용하여, 상기 제1 발진 신호(S1)의 제1 진폭(VOP) 및 상기 제2 발진 신호(S2)의 제2 진폭(VON)을 검출할 수 있다.

상기 신호 처리 회로(300)는, A/D 컨버터(310)와 연산 회로(320)를 포함할 수 있다.

상기 A/D 컨버터(310)는, 상기 제1 진폭(VOP)을 디지털의 제1 진폭(VOP)으로 변환할 수 있고, 상기 제2 진폭(VON)을 디지털의 제2 진폭(VON)으로 변환할 수 있다.

상기 연산 회로(320)는, 상기 A/D 컨버터(310)로부터 입력되는 상기 디지털의 제1 진폭(VOP)과 제2 진폭(VON)을 연산함에 따라, 공통 왜란을 보상하고 위치값(PV)을 산출할 수 있다.

예를 들어, 연산 회로(320)는, 디지털의 제1 진폭(VOP)과 제2 진폭(VON)을 하기 수학식 2와 같이 연산하여 위치값(PV)을 산출할 수 있다.

[수학식 2]

PV = (VOP-VON)/(VOP+VON)

상기 수학식 2와 같이, 연산 회로(320)는, 디지털의 제1 진폭(VOP)과 제2 진폭(VON)을 연산하여 위치값(PV)을 산출하는 경우에는, 공통왜란이 제거된 위치값을 산출할 수 있다.

도 8은 도 2의 진폭 검출 회로 및 신호 처리 회로의 일 예시도이고, 도 9는 도 8의 진폭 검출 회로의 일 예시도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 진폭 검출 회로(200)는, 주파수 다운 컨버젼 믹서(Frequency Down Conversion Mixer)(220)를 포함할 수 있다.

상기 주파수 다운 컨버젼 믹서(220)는, 상기 제1 발진 신호(S1)와 상기 제2 발진 신호(S2) 각각에 대해, 로컬 믹서 클럭(LO)에 따라 스위칭 동작하는 스위치 소자(SW)와 수동 소자(RL)를 포함할 수 있고, 로컬 믹서 클럭(LO)에 따라 스위치 소자(SW)가 스위칭 동작을 수행함에 따라, 상기 제1 발진 신호(S1)의 제1 진폭(VOP) 및 상기 제2 발진 신호(S2)의 제2 진폭(VON)을 검출할 수 있다.

도 10의 그래프 (a),(b),(c)는 제1 발진신호와 제2 발진신호에 대한 진폭의 예시도이다.

도 10의 그래프 (a)는, 도체(18)가 중간 위치(P0)에 위치하는 경우에 대한 제1 발진신호(S1)와 제2 발진신호(S2)의 파형 예시도이다. 중간 위치(P0)에서는 제1 발진신호(S1)와 제2 발진신호(S2)의 진폭이 동일하고 공진 주파수(freq=fo)도 동일한다.

도 10의 그래프 (b)는, 도체(18)가 제1 위치(P1)에 위치하는 경우에 대한 제1 발진신호(S1)와 제2 발진신호(S2)의 파형 예시도이다. 제1 위치(P1)에서는 제1 발진신호(S1)의 진폭(VOP)이 제2 발진신호(S2)의 진폭(VON)보다 크고, 두 신호의 공진 주파수(freq=fo)는 동일한다.

도 10의 그래프 (c)는, 도체(18)가 제2 위치(P2)에 위치하는 경우에 대한 제1 발진신호(S1)와 제2 발진신호(S2)의 파형 예시도이다. 제1 위치(P1)에서는 제1 발진신호(S1)의 진폭(VOP)이 제2 발진신호(S2)의 진폭(VON)보다 작고, 두 신호의 공진 주파수(freq=fo)는 동일하다.

이와 같이, 도체(18)의 위치에 따라 제1 위치(P1)에서는 제1 발진신호(S1)의 진폭(VOP)이 제2 발진신호(S2)의 진폭(VON)이 가변되므로, 제1 발진신호(S1)의 진폭(VOP)과 제2 발진신호(S2)의 진폭(VON)을 이용하여 도체(18)의 위치를 검출할 수 있다.

도 11은 제1 코일의 델타 인덕턴스(ΔL)-제1 진폭과, 제1 코일의 델타 인덕턴스(ΔL)-제2 진폭 관계 그래프 도이다.

도 11에서, G1은 도체(18)의 위치(예, 제1 위치(P1), 중간 위치(P0), 제2 위치(P2))에 따른 제1 코일의 델타 인덕턴스(ΔL)와 제1 진폭(VOP)과의 관계 그래프이다. G2는 도체(18)의 위치(예, 제1 위치(P1), 중간 위치(P0), 제2 위치(P2))에 따른 제1 코일의 델타 인덕턴스(ΔL)와 제2 진폭(VON)과의 관계 그래프이다.

일 예로, 델타 인덕턴스(ΔL)는 제1 코일(COL1)에서, 도체(18)의 위치(예, 제1 위치(P1), 중간 위치(P0), 제2 위치(P2))에 따른 가변되는 인덕턴스일 수 있다. 또한, 중간 위치(P0)를 중첩면적의 크기를 중간정도라고 하면, 제1 위치(P1)는 제1 코일(COL1)과 도체(18)와의 중첩면적이 중간 위치(P0)의 중첩면적보다 크고, 제2 코일(COL1)과 도체(18)와의 중첩면적이 중간 위치(P0)의 중첩면적보다 작은 경우일 수 있다. 그리고, 제2 위치(P2)는 제1 코일(COL1)과 도체(18)와의 중첩면적은 중간 위치(P0)의 중첩면적보다 작고, 제2 코일(COL2)과 도체(18)와의 중첩면적은 중간 위치(P0)의 중첩면적보다 큰 경우라고 가정할 수 있다.

도 11에 도시된 G1를 참조하면, 제1 코일(COL1)과 도체(18)와의 중첩면적의 변화에 따라, 델타 인덕턴스(ΔL)는 커지면 제1 진폭(VOP)은 작아질 수 있다.

G2를 참조하면, 제2 코일(COL2)과 도체(18)와의 중첩면적의 변화에 따라, 델타 인덕턴스(ΔL)는 커지면 제2 진폭(VOP)은 커질 수 있다.

부연하면, 차동 센싱 코일(COL1,COL2)에 대향하는 도체(18)의 위치 이동에 따라 인덕턴스 변동량(델타 인덕턴스)이 제1,제2 인덕턴스(L1,2)에 차동 변동량으로 가산 또는 감산될 수 있고, 이에 의해서 제1,제2 진폭(VOP, VON)이 증가, 감소될 수 있고, 그 반대 위치 이동에서는 제1,제2 진폭(VOP, VON)이 감소, 증가될 수 있다.

도 12는 차동 발진 신호에 대한 캘리브레이션 회로에 대한 일 예시도이다.

도 12를 참조하면, 위치 제어 장치는 캘리브레이션 회로(500)를 더 포함할 수 있다.

상기 캘리브레이션 회로(500)는, 차동 센싱 코일부(50)의 인덕턴스(Ls), 커패시턴스(Cs), 레지스턴스(Rs)중 적어도 하나의 변동을 모니터링하여 해당 값의 변동을 보정할 수 있다.

예를 들어, 상기 캘리브레이션 회로(500)는, 주파수 카운터(510), 메모리부(520), 비교부(530), 캘리브레이션 계산기(540)를 포함할 수 있다.

주파수 카운터(510)는, 제1 및 제2 발진신호(S1,S2)의 각 발진 주파수를 카운트 하여 제1,제2 주파수 카운트값을 제공할 수 있다.

상기 메모리부(520)는, 구동초기에, 정해진 기준 위치에서 구해진 상기 제1,제2 주파수 카운트값과, 상기 제1 및 제2 진폭(VOP,VON)을 기준값으로 저장할 수 있다.

비교부(530)는, 주기적 또는 센싱 체크 모드 기간에, 정해진 기준 위치에서 구해진 주파수 제1,제2 카운트값과, 제1 ,제2 진폭값을 입력받고, 상기 메모리부(520)에 저장된 해당 기준값과 비교하여, 변동 여부를 확인할 수 있다.

캘리브레이션 계산기(540)는, 상기 비교부(530)에서 비교결과, 일정한 값 이상의 변동이 발생했을 때는, 상기 위치 제어기(400)에서 검출된 위치값(PV)을 캘리브레이션(Calibration)할 수 있다.

이에 따라, 제1 및 제2 센싱 코일부(50)의 장기 사용으로 제1 및 제2 코일의 초기 모델값들이 일정량 변동 되더라도, 위치제어기의 제어 동작에 문제가 없도록 모니터링 하여, 위치 제어기에 보정값을 제공하여 위치값의 변동을 보정할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 제어 장치의 위치 제어기는, 프로세서(예: 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등), 메모리(예: 휘발성 메모리(예를 들어, RAM 등), 비휘발성 메모리(예를 들어, ROM, 플래시 메모리 등), 입력 디바이스(예: 키보드, 마우스, 펜, 음성 입력 디바이스, 터치 입력 디바이스, 적외선 카메라, 비디오 입력 디바이스 등), 출력 디바이스(예: 디스플레이, 스피커, 프린터 등) 및 통신접속장치(예: 모뎀, 네트워크 인터페이스 카드(NIC), 통합 네트워크 인터페이스, 무선 주파수 송신기/수신기, 적외선 포트, USB 접속장치 등)이 서로 상호접속(예: 주변 구성요소 상호접속(PCI), USB, 펌웨어(IEEE 1394), 광학적 버스 구조, 네트워크 등)된 컴퓨팅 환경으로 구현될 수 있다.

상기 컴퓨팅 환경은 개인 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 핸드헬드 또는 랩탑 디바이스, 모바일 디바이스(모바일폰, PDA, 미디어 플레이어 등), 멀티프로세서 시스템, 소비자 전자기기, 미니 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터, 임의의 전술된 시스템 또는 디바이스를 포함하는 분산 컴퓨팅 환경 등으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

13: 렌즈배럴
18: 도체
50: 차동 센싱 코일부
100: 차동 발진 회로
110: 커패시터 회로
120: 발진회로
200: 진폭 검출 회로
210: 진폭 변조기(Amplitude demodulator)
220: 주파수 다운 컨버젼 믹서(Frequency Down Conversion Mixer)
300: 신호 처리 회로
310: A/D 컨버터
320: 연산 회로
400: 위치 제어기
L1: 제1 인덕턴스
L2: 제2 인덕턴스
S1: 제1 발진 신호
S2: 제2 발진 신호
VOP: 제1 진폭
VON: 제2 진폭
COLl: 제1 센싱 코일
COL2: 제2 인덕턴스
Nm: 중간 접속 노드

Claims

렌즈배럴의 일측에 배치된 도체에 대향하여 이격 배치된 제1 센싱 코일 및 제2 센싱 코일을 갖는 차동 센싱 코일부를 포함하는 위치 제어 장치에, 적용될 수 있는 위치 센싱 회로에 있어서,
상기 도체의 위치 이동에 따라 가변되는, 상기 제1 센싱 코일의 제1 인덕턴스에 기초한 제1 진폭을 갖는 제1 발진 신호와, 상기 도체의 위치 이동에 따라 가변되는, 상기 제2 센싱 코일의 제2 인덕턴스에 기초한 제2 진폭을 갖는 제2 발진 신호를 생성하는 차동 발진 회로;
상기 제1 발진 신호의 제1 진폭 및 상기 제2 발진 신호의 제2 진폭을 검출하는 진폭 검출 회로; 및
상기 제1 진폭과 상기 제2 진폭을 연산하여 위치값을 산출하는 신호 처리 회로;
를 포함하는 위치 센싱 회로.
제1항에 있어서,
상기 위치값에 기초하여 상기 도체의 위치를 제어하는 위치 제어기; 를 더 포함하는 위치 센싱 회로.
제1항에 있어서, 상기 제1 인덕턴스는,
상기 차동 발진 회로의 일단에 접속된 일단과 접지단에 접속된 타단을 갖는 상기 제1 센싱 코일의 인덕턴스로, 상기 도체의 위치 이동에 따라 가변되고,
상기 제2 인덕턴스는,
상기 차동 발진 회로의 타단에 접속된 일단과 상기 접지단에 접속된 타단을 갖는 상기 제2 센싱 코일의 인덕턴스로, 상기 도체의 위치 이동에 따라 상기 제1 인덕턴스의 가변과 반대로 가변되며,
상기 제1 인덕턴스와 상기 제2 인덕턴스의 합산 인덕턴스는,
상기 도체의 위치 이동에 관계없이, 일정한 값을 유지하는
를 포함하는 위치 센싱 회로.
제3항에 있어서, 상기 차동 발진 회로는,
상기 제1 센싱 코일의 일단 및 상기 제2 센싱 코일의 일단에 연결되어, 상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일과 함께 공진회로를 형성하는 커패시터 회로; 및
상기 커패시터 회로에 접속되어, 서로 반대 위상을 갖는 상기 제1 발진 신호 및 상기 제2 발진 신호를 생성하고, 상기 제1 발진 신호는 상기 제1 센싱 코일의 제1 인덕턴스에 기초한 제1 진폭을 포함하고, 상기 제2 발진 신호는 상기 제2 센싱 코일의 제2 인덕턴스에 기초한 제2 진폭을 갖는 발진회로;
를 포함하는 위치 센싱 회로.
제1항에 있어서, 상기 진폭 검출 회로는,
진폭 변조기(Amplitude demodulator) 및 주파수 다운 컨버젼 믹서(Frequency Down Conversion Mixer)중 하나를 포함하는
위치 센싱 회로.
제1항에 있어서, 상기 신호 처리 회로는,
상기 제1 진폭과 상기 제2 진폭을 디지털의 제1 진폭과 제2 진폭으로 변환하는 A/D 컨버터; 및
상기 A/D 컨버터로부터 입력되는 상기 디지털의 제1 진폭과 제2 진폭을 연산함에 따라, 공통 왜란을 보상하고 위치값을 산출하는 연산 회로;
을 포함하는 위치 센싱 회로.
제6항에 있어서, 상기 연산 회로는,
상기 디지털의 제1 진폭과 상기 제2 진폭을 이용하여 하기 수학식에 따라 연산하여,
[수학식]
PV = (VOP-VON)/(VOP+VON), 여기서, PV: 위치값, VOP: 제1 진폭, VON: 제2 진폭
상기 위치값을 산출하는
위치 센싱 회로.
제1항에 있어서,
상기 차동 센싱 코일부의 인덕턴스, 커패시턴스, 레지스턴스중 적어도 하나의 변동을 모니터링하여 해당 값의 변동을 보정하는 캘리브레이션 회로;
를 더 포함하는 위치 센싱 회로.
렌즈배럴의 일측에 배치된 도체의 위치 이동에 따라, 서로 반대로 가변(증가 또는 감소)되는 제1 인덕턴스 및 제2 인덕턴스를 갖는 차동 센싱 코일부;
상기 차동 센싱 코일부에 연결되고, 상기 제1 인덕턴스에 기초한 제1 진폭을 갖는 제1 발진 신호와, 상기 제2 인덕턴스에 기초한 제2 진폭을 갖는 제2 발진 신호를 생성하는 차동 발진 회로;
상기 제1 발진 신호의 제1 진폭 및 상기 제2 발진 신호의 제2 진폭을 검출하는 진폭 검출 회로; 및
상기 제1 진폭과 상기 제2 진폭을 연산하여 위치값을 산출하는 신호 처리 회로;
를 포함하는 위치 제어 장치.
제9항에 있어서,
상기 위치값에 기초하여 상기 도체의 위치를 제어하는 위치 제어기; 를 더 포함하는 위치 제어 장치.
제9항에 있어서, 상기 차동 센싱 코일부는,
상기 차동 발진 회로의 일단에 접속된 일단과 접지단에 접속된 타단을 포함하고, 상기 도체의 위치 이동에 따라 가변되는 상기 제1 인덕턴스를 갖는 제1 센싱 코일;
상기 차동 발진 회로의 타단에 접속된 일단과 상기 접지단에 접속된 타단을 포함하고, 상기 도체의 위치 이동에 따라 상기 제1 인덕턴스의 가변과 반대로 가변되는 상기 제2 인덕턴스를 갖는 제2 센싱 코일; 및
상기 제1 센싱 코일과 상기 제2 센싱 코일의 중간 접속 위치에서 접지단에 접속된 중간 접속 노드;
를 포함하는 위치 제어 장치.
제11항에 있어서, 상기 차동 발진 회로는,
상기 제1 센싱 코일의 일단 및 상기 제2 센싱 코일의 일단에 연결되어, 상기 제1 센싱 코일 및 상기 제2 센싱 코일과 함께 공진회로를 형성하는 커패시터 회로; 및
상기 커패시터 회로에 접속되어, 서로 반대 위상을 갖는 상기 제1 발진 신호 및 상기 제2 발진 신호를 생성하고, 상기 제1 발진 신호는 상기 제1 센싱 코일의 제1 인덕턴스에 기초한 제1 진폭을 포함하고, 상기 제2 발진 신호는 상기 제2 센싱 코일의 제2 인덕턴스에 기초한 제2 진폭을 갖는 발진회로;
를 포함하는 위치 제어 장치.
제9항에 있어서, 상기 진폭 검출 회로는,
진폭 변조기(Amplitude demodulator) 및 주파수 다운 컨버젼 믹서(Frequency Down Conversion Mixer)중 하나를 포함하는
위치 제어 장치.
제9항에 있어서, 상기 신호 처리 회로는,
상기 제1 진폭과 상기 제2 진폭을 디지털의 제1 진폭과 제2 진폭으로 변환하는 A/D 컨버터; 및
상기 A/D 컨버터로부터 입력되는 상기 디지털의 제1 진폭과 제2 진폭을 연산함에 따라, 공통 왜란을 보상하고 위치값을 산출하는 연산 회로;
을 포함하는 위치 제어 장치.
제14항에 있어서, 상기 연산 회로는,
상기 디지털의 제1 진폭과 상기 제2 진폭을 이용하여 하기 수학식에 따라 연산하여,
[수학식]
PV = (VOP-VON)/(VOP+VON), 여기서, PV: 위치값, VOP: 제1 진폭, VON: 제2 진폭
상기 위치값을 산출하는
위치 제어 장치.
제9항에 있어서,
상기 차동 센싱 코일부의 인덕턴스, 커패시턴스, 레지스턴스중 적어도 하나의 변동을 모니터링하여 해당 값의 변동을 보정하는 캘리브레이션 회로;
를 더 포함하는 위치 제어 장치.