WO2023128678A1 - 카메라 모듈의 컨트롤러, 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 장치 및 방법 - Google Patents

카메라 모듈의 컨트롤러, 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 장치 및 방법 Download PDF

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WO2023128678A1
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signal
actuator
position value
value signal
camera module
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PCT/KR2022/021670
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김규호
최승준
윤진국
문영섭
김은미
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엘지이노텍 주식회사
주식회사 엘엑스세미콘
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • H04N23/685—Vibration or motion blur correction performed by mechanical compensation
    • H04N23/687—Vibration or motion blur correction performed by mechanical compensation by shifting the lens or sensor position

Definitions

  • the present invention relates to a controller of a camera module and a device and method for measuring a frequency response of a camera module capable of simplifying a measurement system and reducing costs by having a frequency response measurement function.
  • a camera module installed in a mobile electronic device such as a smartphone or tablet has a hand-shake prevention function to prevent an image from being shaken by a user's hand-shake during shooting.
  • the camera module uses Optical Image Stabilization (OIS) technology that senses and corrects the movement of the camera module caused by the user's hand shake.
  • OIS Optical Image Stabilization
  • the camera module may include a gyro sensor and an OIS controller to offset movement of the camera module.
  • the camera module needs a tuning process of measuring the frequency response characteristics of the camera module in the inspection step, setting control coefficients of the OIS controller using the measurement results, and storing the set control coefficients in the internal memory.
  • the frequency response measurement system of the camera module according to the related art must have an external frequency response analysis (FRA) measurement board between the measurement equipment and the OIS controller, and the OIS controller has an interface for communication with the FRA measurement board circuit must be provided.
  • FRA frequency response analysis
  • the related art has a problem in that the configuration and measurement method of the measurement system for measuring the frequency response characteristics of the camera module are complicated and cost increases.
  • the present invention provides a camera module controller, a camera module frequency response measurement device, and a method capable of simplifying a measurement system and reducing costs by having a frequency response measurement function.
  • the controller of the camera module generates a driving signal compensating for a difference between a target position using an angle change of the camera module sensed by a gyro sensor and an actuator position sensed by a Hall sensor in a driving mode,
  • the actuator can be driven based on the generated driving signal, and in the frequency response measurement mode of the camera module, the actuator position value signal sensed by the hall sensor is preprocessed and output to the measurement equipment, and the target position value and the actuator position value signal and processing the disturbance signal supplied from the measurement equipment to output an error value signal to the measurement equipment, generate an actuator driving signal that compensates for the error value signal, and drive the actuator based on the generated actuator driving signal.
  • the controller of the camera module amplifies the first actuator position value signal supplied from the Hall sensor in the frequency response measurement mode of the camera module to output a second actuator position value signal, and the second actuator position value signal
  • An amplification unit for outputting to the measuring device, a selection unit for selectively outputting the second actuator position value signal output from the amplification unit and the first disturbance signal supplied from the measurement equipment, and a second actuator position value signal output from the selection unit.
  • the analog-to-digital converter subtracts the third actuator position value signal and the second disturbance signal from the first target position value to output a first error value signal, and generates a first control signal for compensating for the first error value signal.
  • a signal processor for outputting, a digital-to-analog converter for converting the first error value signal output from the signal processor into a second error value signal, which is an analog signal, and outputting the signal to a measuring device, and a first control signal output from the signal processor. 1 may include a driver that generates an actuator driving signal and outputs it to the actuator.
  • the amplification unit amplifies the third actuator position value signal supplied from the Hall sensor and outputs the fourth actuator position value signal, and the analog-to-digital converter through the selection unit Converts the supplied fourth actuator position value signal into a fifth actuator position value signal that is a digital signal and outputs the converted fifth actuator position value signal, and the signal processor converts the fifth actuator position value signal from the second target position value
  • a second error value signal is calculated by subtraction, a second control signal for compensating for the calculated second error value signal is generated and outputted, and the driver generates a second actuator driving signal according to the second control signal to the actuator can be printed out.
  • An apparatus for measuring a frequency response of a camera module includes an actuator coupled to a lens module or an image sensor module to move the lens module or the image sensor module, a hall sensor for sensing a position of the actuator within the actuator, and an angle change of the camera module.
  • a driving signal is generated that compensates for the difference between the target position using the angle change of the camera module sensed by the gyro sensor and the actuator position sensed by the hall sensor, and based on the generated driving signal It may be provided with an OIS controller that drives the actuator, and measurement equipment connected to the OIS controller in a frequency response measurement mode of the camera module.
  • the OIS controller pre-processes the actuator position value signal sensed by the hall sensor and outputs it to the measuring device, and calculates and processes the target position value, the actuator position value signal, and the disturbance signal supplied from the measuring device.
  • An error value signal may be output to a measuring device, an actuator driving signal that compensates for the error value signal may be generated, and the actuator may be driven based on the generated actuator driving signal.
  • a method for measuring a frequency response of a camera module includes, in a frequency response measurement mode of the camera module, an OIS controller of the camera module and a measuring device are connected, and the OIS controller targets an actuator coupled to a lens module or an image sensor module.
  • the second step may include outputting a second actuator position value signal by amplifying the first actuator position value signal supplied from the hall sensor in the OIS controller, and outputting the second actuator position value signal to the measuring equipment.
  • the OIS controller selects the second actuator position value signal, converts the second actuator position value signal into a third actuator position value signal that is a digital signal, and outputs the converted third actuator position value signal , Selecting a first disturbance signal supplied from a measurement device in an OIS controller, converting the first disturbance signal into a second disturbance signal that is a digital signal, and outputting the converted second disturbance signal, in the OIS controller, a first target Outputting a first error value signal by subtracting the third actuator position value signal and a second disturbance signal from the position value, and converting the first error value signal into a second error value signal that is an analog signal in an OIS controller for measurement It may include outputting to a device.
  • the fourth step includes generating and outputting a first control signal by performing PID control on the first error value signal in the OIS controller; and generating a first actuator driving signal according to the first control signal in the OIS controller and outputting the first actuator driving signal to the actuator.
  • the measurement equipment calculates a frequency response characteristic using the first disturbance signal, the second actuator position value signal, and the second error value signal measured for each frequency through an OIS controller, and uses the calculated frequency response characteristic You can set the optimal control coefficient for PID control of the OIS controller.
  • the OIS controller since the OIS controller has a frequency response measurement function, an external FRA measurement board of the related art is unnecessary, thereby simplifying the configuration and measurement method of the measurement system and reducing costs.
  • An embodiment can suppress an increase in the size of the OIS controller by time-divisionally using some internal configurations of the OIS controller when measuring the frequency response of the camera module.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a camera module according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of the MCU shown in FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of an apparatus for measuring a frequency response of a camera module according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for measuring a frequency response of a camera module according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing input/output signal waveforms between the FRA equipment and the OIS controller shown in FIG. 3 by way of example.
  • FIG. 6 is a graph exemplarily illustrating a relationship between a frequency and a gain/phase of a disturbance signal measured by an apparatus for measuring a frequency response of a camera module according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a camera module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram showing the functional internal configuration of the MCU shown in FIG.
  • a camera module includes an actuator 100, an OIS controller 200, and a gyro sensor 300.
  • the camera module further includes an image sensor module and a lens module (not shown).
  • the image sensor module or lens module may be coupled to the actuator 100 and moved by driving the actuator 100 .
  • the lens module may include a plurality of lenses, condensing incident light and radiating it to the sensor surface of the image sensor.
  • the image sensor separates the incident light reflected from the object and collected through the lens module by R/G/B (Red, Green, Blue) color, and senses the optical signal of each color incident from each pixel, An image may be sensed by converting a color optical signal into an electrical signal.
  • the actuator 100 may be driven according to an actuator driving signal supplied from the OIS controller 200 to move the lens module or the image sensor module.
  • the actuator 100 may generate electromagnetic force between a coil and a magnet to move a lens module or an image sensor module.
  • the actuator driving signal may be a current signal applied to the coil of the actuator 100 .
  • the actuator 100 may be any one of various types of actuators such as a voice coil motor (VCM) type, a shape memory alloy (SMA) type, and a ball type.
  • the actuator 100 may perform an auto focusing (AF) function for focusing by moving a lens module or an image sensor module.
  • AF auto focusing
  • the actuator 100 may perform an OIS function of offsetting an angle change of the camera module caused by hand shaking by moving a lens module or an image sensor module.
  • the OIS function may be expressed as an image stabilization function, an image stabilization function, or a motion compensation function.
  • the actuator 100 is driven (or moved) according to the actuator driving signal supplied from the OIS controller 200 to move the lens module or the image sensor module in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, respectively. ) may be included.
  • the plurality of actuators 100 may be individually supplied with a plurality of actuator driving signals from the OIS controller 200 .
  • the Z-axis direction means the optical axis direction of the lens module and the image sensor.
  • the X-axis direction and the Y-axis direction may be defined as first and second directions among horizontal directions orthogonal to the optical axis direction.
  • the actuator 100 may include a Hall sensor 120 that senses the position of the actuator 100 .
  • a position of the actuator 100 may represent a position of a lens module or an image sensor module coupled with the actuator 100 .
  • the hall sensor 120 may sense the position of the actuator 100 and output the sensed position to the OIS controller 200 .
  • the hall sensor 120 may sense the position of the actuator 100 by sensing the strength of the magnetic field of the actuator 100 .
  • Hall sensor 120 may be defined as a position sensor.
  • the hall sensor 120 may include a plurality of hall sensors 120 that individually sense positions of the plurality of actuators 100 moving in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, respectively.
  • the gyro sensor 300 may sense an angular change of the camera module due to hand shaking, convert the angular velocity information into angular velocity information, and output the angular velocity information to the OIS controller 200 .
  • the gyro sensor 300 may be defined as a motion sensor or an angular velocity sensor.
  • the OIS controller 200 moves the lens module or the image sensor module in reverse by driving the actuator 100 to offset the change in angle of the camera module due to the hand shake sensed through the gyro sensor 300, thereby correcting the hand shake.
  • the OIS controller 200 may be integrated with the driver 250 of the actuator 200 and implemented as an integrated circuit (IC).
  • the OIS controller 200 may be defined as a stabilization controller, an OIS controller and driver, or an OIS driver.
  • the OIS controller 200 includes a programmable gain amplifier (hereinafter referred to as PGA) 260, a multiplexer (hereinafter referred to as MUX) 270, and an analog-to-digital converter (hereinafter referred to as ADC) 280 , Microcontroller Unit (MCU) 210, Digital-to-Analog Converter (DAC) 290 and a driver 250.
  • PGA programmable gain amplifier
  • MUX multiplexer
  • ADC analog-to-digital converter
  • MCU Microcontroller Unit
  • DAC Digital-to-Analog Converter
  • the OIS controller 200 may have an OIS function and/or a frequency response measurement function.
  • the PGA 260 may amplify the position value signal of the actuator 100 sensed by the Hall sensor 120 and output the amplified position value signal y.
  • the PGA 260 may amplify the fine position value signal sensed by the Hall sensor 120 to enable digital signal processing, and output the amplified signal.
  • the PGA 260 may be defined as an amplification unit, a pre-processing unit, or an analog front-end (AFE).
  • the MUX (270) selects one of the position value signal (y) of the actuator 100 supplied from the PGA (260) and the disturbance signal (x) supplied from the outside, and outputs the selected signal to the ADC (280) can do.
  • MUX 270 may be defined as a selection unit.
  • the MUX 270 may select the position value signal y of the actuator 100 amplified through the PGA 260 and output the selected signal to the ADC 280.
  • the MUX 210 may sequentially select the disturbance signal x and the position value signal y and output the selected signal to the ADC 280.
  • the disturbance signal x may be an oscillation signal (OSC) supplied from a frequency response analysis (FRA) equipment.
  • the OIS controller 200 may output the position value signal y of the actuator 100 amplified through the PGA 260 to the FRA device.
  • the ADC 280 converts the analog position value signal y supplied from the MUX 270 into digital position value data Y(n), and converts the digital position value data Y(n) into the MCU 210. can be printed out.
  • the ADC 280 converts the analog disturbance signal (x) supplied from the MUX 270 into digital disturbance value data (X(n)), and outputs the digital disturbance value data (X(n)) to the MCU 210. can do.
  • the digital position value data Y(n) may be expressed as a position value Y(n)
  • the digital disturbance value data X(n) may be expressed as a disturbance value X(n).
  • the MCU 210 calculates the target position value using the angular velocity information from the gyro sensor 300, and the error value ( E(n)) may be calculated, a control signal for correcting the calculated error value E(n) may be generated, and the generated control signal may be output to the driver 250 .
  • a signal processor such as a central processing unit (CPU) or a digital signal processor (DSP) may be used.
  • the MCU 210 may integrate the angular velocity information supplied from the gyro sensor 300 to calculate the target position value T(n) ( FIG. 2 ).
  • the MCU 210 may calculate an error value E(n), which is a difference between the calculated target position value T(n) and the position value Y(n) supplied from the ADC 280.
  • the MCU 210 may generate a control signal for correcting the calculated error value E(n), that is, cancel it with zero (0), and output the generated control signal to the driver 250.
  • the target position value T(n) may be expressed as target position value data T(n)
  • the error value E(n) may be expressed as error value data E(n).
  • the driver 250 may generate an actuator driving signal according to a control signal supplied from the MCU 210 and drive the actuator 100 using the generated actuator driving signal.
  • the actuator drive signal may be generated as a constant current signal or a Pulse Width Modulation (PWM) signal.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the driver 250 may correct hand shake by moving a lens module or an image sensor module coupled to the actuator 100 by driving the actuator 100 according to the actuator driving signal.
  • the MCU 210 may sequentially receive the disturbance value X(n) and the position value Y(n) through the ADC 200 .
  • the MCU 210 subtracts the disturbance value X(n) and the position value Y(n) from the target position value T(0) to calculate the error value E(n), and calculates the error value.
  • the value E(n) may be output to the DAC 290.
  • the DAC 290 may convert the digital error value E(n) supplied from the MCU 210 into an analog error value signal e to output to the FRA equipment.
  • the MCU 210 may include an integral filter 220, an arithmetic unit 230, and a proportional-integral-differential controller (hereinafter referred to as a PID controller) 240.
  • a PID controller proportional-integral-differential controller
  • the integral filter 220, the arithmetic unit 230, and the PID controller shown in FIG. 2 may be implemented as firmware on the MCU 210 or as hardware of a signal processor.
  • the integration filter 220 may calculate an angle by integrating angular velocity information from the gyro sensor 300 and output the calculated angle as a target position value T(n).
  • the calculator 230 calculates an error value E(n) between the target position value T(n) and the position value Y(n) from the ADC 280, and calculates the error value E( n)) can be output.
  • the PID controller 240 may generate a control signal for compensating the error value E(n) by controlling the PID.
  • the PID control is performed by amplifying the error value E(n), integrating the amplified error value E(n) to reduce the deviation from the normal state, and reducing the amplified error value E(n). )) to suppress sudden changes such as overshoot/undershoot.
  • the PID controller 240 may perform PID control by applying the proportional control coefficient, integral control coefficient, and differential control coefficient set in the internal memory to the error value E(n).
  • the calculator 230 subtracts the disturbance value X(n) and the position value Y(n) from the target position value T(0) to obtain an error value ( E(n)) may be calculated, and the calculated error value E(n) may be output to the PID controller 240 and the DAC 290.
  • the camera module may connect the FRA device to the OIS controller 200 in the inspection step to measure the frequency response characteristics of the camera module, and the FRA device may use the frequency response analysis result to determine the PID controller 240.
  • the optimal control coefficient (proportional control coefficient, integral control coefficient, differential control coefficient) of can be set.
  • the OIS controller 200 may simplify a measurement system and a measurement method by having a frequency response measurement function.
  • the OIS controller 200 can suppress an increase in size of the OIS controller 200 by using internal components (MUX, ADC, MCU) in a time-division manner when measuring a frequency response.
  • internal components MUX, ADC, MCU
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a device for measuring a frequency response of a camera module according to an exemplary embodiment
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for measuring a frequency response of a camera module according to an exemplary embodiment.
  • a system for measuring a frequency response of a camera module may include a camera module and an FRA device 400 .
  • the camera module may include an actuator 100 and an OIS controller 200.
  • the FRA device 400 may be connected to the controller 200.
  • the FRA device 400 and the OIS controller 200 are connected, and the FRA device 400 and the OIS controller 200 are initially set to measure the frequency response of the camera module. Yes (S402).
  • the FRA device 400 may set the sampling number (Tn) per frequency of the disturbance signal (x) of the OIS controller 200 to a specific value (REF), and may set the disturbance signal (x) of the FRA device 400 to a specific value (REF). ) can set the step-by-step frequency increment.
  • the FRA device 400 may generate an oscillation signal (OSC) of a specific frequency and apply it to the OIS controller 200 as a disturbance signal (x).
  • the OIS controller 200 may drive the actuator 100 to move it to the target position T(0).
  • the OIS controller 200 may move the actuator 100 by driving the actuator 100 according to the disturbance signal x.
  • the OIS controller 200 may amplify the position value signal (y) of the actuator 100 output from the Hall sensor 120 of the actuator 100 and output it to the channel (CH2) of the FRA device 400, and the FRA The equipment 400 may convert the position value signal y of the actuator 100 into a digital position value Y(n) (S406).
  • step S406 the OIS controller 200 amplifies the position value signal y of the actuator 100 output from the hall sensor 120 through the PGA 260, and transmits the signal to the channel CH2 of the FRA device 400. can be printed out. Accordingly, the FRA device 400 may measure the position value signal y of the actuator 100 through the PGA 260 of the OIS controller 200.
  • step S406 the OIS controller 200 outputs the position value signal y of the actuator 100 amplified through the PGA 260 to the ADC 280 through the MUX 270, and through the ADC 280
  • the position value signal y of the actuator 100 may be converted into a digital position value Y(n) and the converted position value signal y of the actuator 100 may be output to the MCU 210 .
  • the OIS controller 200 outputs the disturbance signal (x) output from the FRA equipment 400 to the ADC 280 through the MUX 270, and outputs the disturbance signal (x) through the ADC 280 as a digital disturbance value ( X(n)), and the converted disturbance signal (x) may be output to the MCU 210 (S408).
  • the OIS controller 200 subtracts the position value Y(n) and the disturbance value X(n) from the target position value T(0) through the arithmetic unit 230 of the MCU 210 to obtain an error value ( E(n)) can be calculated (S410).
  • the OIS controller 200 converts the calculated error value E(n) into an analog error value signal e through the DAC 290, and converts the converted analog error value signal e into the FRA equipment 400. It can be output to the channel (CH1) (S412). Accordingly, the FRA equipment 400 generates an error value signal (e) through signal processing of the PGA 260, the MUX 270, the ADC 280, the arithmetic unit 230, and the DAC 290 of the OIS controller 200. can measure
  • the OIS controller 200 generates a control signal corresponding to the error value E(n) through the PID controller 240 of the MCU 210, and drives the actuator according to the control signal through a driver (DRV) 250 A signal may be generated and the actuator 100 may be driven using the generated actuator driving signal (S414).
  • DUV driver
  • FIG. 5 is a diagram showing input/output signal waveforms between the FRA equipment and the OIS controller shown in FIG. 3 by way of example.
  • a disturbance signal (x) of a specific frequency and a position value signal (y) of the actuator 100 may have a sine wave shape.
  • An error value signal (e) obtained by subtracting the disturbance signal (x) and the position value signal (y) from the target position value may have a variable shape according to the disturbance signal (x) and the position value signal (y).
  • the FRA device 400 increases the frequency of the disturbance signal (x) to generate the increased disturbance signal (x).
  • the frequency of may be output to the OIS controller 200 (S404).
  • the OIS controller 200 may receive the frequency-increased disturbance signal (x) and repeat steps S406, S408, S410, S414, S416, and S418 described above. Accordingly, the OIS controller 200 measures the position value signal (y) and the error value signal (e) of the actuator 100 at each sampling point of the disturbance signal (x) for each frequency while increasing the frequency of the disturbance signal (x). The measured position value signal (y) and error value signal (e) of the actuator 100 may be output to the FRA equipment 400.
  • the FRA equipment 400 uses the disturbance signal (x), the position value signal (y) of the actuator 100, and the error value signal (e) to determine the frequency response characteristics of the camera module, such as gain and phase ( Phase) can be measured and analyzed.
  • the disturbance signal (x) may be an input signal of the OIS controller 200.
  • the position value signal y of the actuator 100 may be supplied through the OIS controller 200 as an output of the hall sensor 120 of the actuator 100 .
  • the error value signal (e) may be an output signal of the OIS controller 200.
  • the FRA device 400 may measure and analyze the frequency response characteristics of the camera module for each frequency while increasing the frequency of the OSC signal.
  • FIG. 6 is a graph exemplarily illustrating a relationship between a frequency and a gain/phase of a disturbance signal measured by an apparatus for measuring a frequency response of a camera module according to an exemplary embodiment.
  • the FRA device 400 increases the frequency of the disturbance signal (x) and obtains the position value signal (y) and error value signal (e) of the actuator 100 measured through the OIS controller 200. It is possible to measure gain change according to frequency and phase change according to frequency representing the frequency response characteristics of the camera module.
  • the FRA equipment 400 measures the frequency response characteristics of the camera module and uses self-oscillation of at least one of the actuator 100 and the OIS controller 200 to control the frequency bands 602 and 604 in which the gain or phase changes rapidly. can be detected.
  • the FRA device 400 may set the optimal control coefficient (proportional control coefficient, integral control coefficient, differential control coefficient) of the PID controller 240 so that a portion where the gain or phase changes rapidly is reduced or offset.
  • the OIS controller 200 since the OIS controller 200 has a frequency response measurement function, an external FRA measurement board of the related art is unnecessary, thereby simplifying the configuration and measurement method of the measurement system and reducing costs. can do.
  • the camera module according to an embodiment can suppress an increase in the size of the OIS controller by time-dividing and using the internal configuration (MUX, ADC, MCU) of the OIS controller when measuring the frequency response.
  • MUX, ADC, MCU internal configuration

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Abstract

본 발명은 주파수 응답 측정 기능을 구비하여 측정 시스템을 단순화하고 비용을 절감할 수 있는 카메라 모듈의 컨트롤러에 관한 것으로, 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 컨트롤러는, 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 모드에서, 홀 센서에서 센싱된 액츄에이터 위치값 신호를 전처리하여 측정 장비로 출력하고, 타겟 위치값과 액츄에이터 위치값 신호 및 측정 장비로부터 공급받은 외란 신호를 연산 처리하여 오차값 신호를 상기 측정 장비로 출력하고, 오차값 신호를 보상하는 액츄에이터 구동 신호를 생성하여 액츄에이터를 구동할 수 있다.

Description

카메라 모듈의 컨트롤러, 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 장치 및 방법
본 발명은 주파수 응답 측정 기능을 구비함으로써, 측정 시스템을 단순화하고 비용을 절감할 수 있는 카메라 모듈의 컨트롤러, 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
스마트폰, 태블릿 등과 같은 모바일 전자 장치에 장착된 카메라 모듈은, 촬영시 사용자의 손떨림에 의해 영상이 흔들리는 현상을 방지하기 위하여 손떨림 방지 기능을 갖고 있다.
손떨림 방지를 위하여, 카메라 모듈은 사용자의 손떨림에 의한 카메라 모듈의 움직임을 센싱 및 보정하는 광학적 이미지 안정화(Optical Image Stabilization; 이하 OIS) 기술을 이용하고 있다. 카메라 모듈은 자이로 센서 및 OIS 컨트롤러를 구비하여, 카메라 모듈의 움직임을 상쇄시킬 수 있다.
카메라 모듈은 검사 단계에서 카메라 모듈의 주파수 응답 특성을 측정하고, 측정 결과를 이용하여 OIS 컨트롤러의 제어 계수를 설정하여, 그 설정된 제어 계수를 내부 메모리에 저장하는 튜닝 과정이 필요하다.
관련 기술에 따른 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 시스템은, 측정 장비와 OIS 컨트롤러 사이에 외부 주파수 응답 분석(Frequency Response Analysis; 이하 FRA) 측정 보드를 구비해야 하고, OIS 컨트롤러는 FRA 측정 보드와 통신을 위한 인터페이스 회로를 구비해야 한다.
이로 인하여, 관련 기술은 카메라 모듈의 주파수 응답 특성을 측정하기 위한 측정 시스템의 구성과 측정 방법이 복잡하고 비용이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 주파수 응답 측정 기능을 구비함으로써, 측정 시스템을 단순화하고 비용을 절감할 수 있는 카메라 모듈의 컨트롤러, 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 장치 및 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 카메라 모듈의 컨트롤러는, 구동 모드에서, 자이로 센서에서 센싱된 카메라 모듈의 각도 변화를 이용한 타겟 위치와, 홀 센서에서 센싱된 액츄에이터 위치와의 차이를 보상하는 구동 신호를 생성하여 상기 생성된 구동 신호를 바탕으로 상기 액츄에이터를 구동할 수 있고, 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 모드에서, 홀 센서에서 센싱된 액츄에이터 위치값 신호를 전처리하여 측정 장비로 출력하고, 타겟 위치값과 액츄에이터 위치값 신호 및 측정 장비로부터 공급받은 외란 신호를 연산 처리하여 오차값 신호를 상기 측정 장비로 출력하고, 오차값 신호를 보상하는 액츄에이터 구동 신호를 생성하여 상기 생성된 액츄에이터 구동 신호를 바탕으로 액츄에이터를 구동할 수 있다.
일 실시예에 따른 카메라 모듈의 컨트롤러는, 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 모드에서, 홀 센서로부터 공급된 제1 액츄에이터 위치값 신호를 증폭하여 제2 액츄에이터 위치값 신호를 출력하고, 제2 액츄에이터 위치값 신호를 측정 장비로 출력하는 증폭부, 증폭부로부터 출력되는 제2 액츄에이터 위치값 신호와 측정 장비로부터 공급받은 제1 외란 신호를 선택적으로 출력하는 선택부, 선택부로부터 출력되는 제2 액츄에이터 위치값 신호를 디지털 신호인 제3 액츄에이터 위치값 신호로 변환하여 상기 변환된 제3 액츄에이터 위치값 신호를 출력하고, 제1 외란 신호를 디지털 신호인 제2 외란 신호로 변환하여 상기 변환된 제2 외란 신호를 출력하는 아날로그-디지털 컨버터, 제1 타겟 위치값으로부터 제3 액츄에이터 위치값 신호 및 제2 외란 신호를 차감하여 제1 오차값 신호를 출력하고, 제1 오차값 신호를 보상하기 위한 제1 제어 신호를 생성하여 출력하는 신호 처리기, 신호 처리기로부터 출력되는 제1 오차값 신호를 아날로그 신호인 제2 오차값 신호로 변환하여 측정 장비로 출력하는 디지털-아날로그 컨버터, 및 신호 처리기로부터 출력되는 제1 제어 신호에 따라 제1 액츄에이터 구동 신호를 생성하여 상기 액츄에이터로 출력하는 드라이버를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 카메라 모듈의 컨트롤러에 있어서, 구동 모드에서, 증폭부는 홀 센서로부터 공급된 제3 액츄에이터 위치값 신호를 증폭하여 제4 액츄에이터 위치값 신호를 출력하고, 아날로그-디지털 컨버터는 선택부를 통해 공급되는 제4 액츄에이터 위치값 신호를 디지털 신호인 제5 액츄에이터 위치값 신호로 변환하여 상기 변환된 제5 액츄에이터 위치값 신호를 출력하고, 신호 처리기는 제2 타겟 위치값에서 제5 액츄에이터 위치값 신호를 차감하여 제2 오차값 신호를 산출하고, 산출된 제2 오차값 신호를 보상하기 위한 제2 제어 신호를 생성하여 출력하고, 드라이버는 제2 제어 신호에 따라 제2 액츄에이터 구동 신호를 생성하여 액츄에이터로 출력할 수 있다.
일 실시예에 따른 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 장치는, 렌즈 모듈 또는 이미지 센서 모듈와 결합되어 렌즈 모듈 또는 이미지 센서 모듈을 이동시키는 액츄에이터, 액츄에이터 내에서 액츄에이터 위치를 센싱하는 홀 센서, 카메라 모듈의 각도 변화를 센싱하는 자이로 센서, 구동 모드에서, 자이로 센서에서 센싱된 카메라 모듈의 각도 변화를 이용한 타겟 위치와, 홀 센서에서 센싱된 액츄에이터 위치와의 차이를 보상하는 구동 신호를 생성하여 상기 생성된 구동 신호를 바탕으로 액츄에이터를 구동하는 OIS 컨트롤러, 및 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 모드에서 OIS 컨트롤러와 연결되는 측정 장비를 구비할 수 있다. 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 모드에서, OIS 컨트롤러는 홀 센서에서 센싱된 액츄에이터 위치값 신호를 전처리하여 측정 장비로 출력하고, 타겟 위치값과 액츄에이터 위치값 신호 및 측정 장비로부터 공급받은 외란 신호를 연산 처리하여 오차값 신호를 측정 장비로 출력하고, 오차값 신호를 보상하는 액츄에이터 구동 신호를 생성하여 상기 생성된 액츄에이터 구동 신호를 바탕으로 액츄에이터를 구동할 수 있다.
일 실시예에 따른 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 방법은, 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 모드에서, 카메라 모듈의 OIS 컨트롤러와 측정 장비를 연결하고, OIS 컨트롤러가 렌즈 모듈 또는 이미지 센서 모듈과 결합된 액츄에이터를 타겟 위치로 이동시키는 제1 단계, OIS 컨트롤러에서 액츄에이터의 홀 센서에서 센싱된 액츄에이터 위치값 신호를 전처리하여 측정 장비로 출력하는 제2 단계, 타겟 위치값과 액츄에이터 위치값 신호 및 측정 장비로부터 공급받은 외란 신호를 연산 처리하여 오차값 신호를 측정 장비로 출력하는 제3 단계, 및 오차값 신호를 보상하는 액츄에이터 구동 신호를 생성하여 상기 생성된 액츄에이터 구동 신호를 바탕으로 액츄에이터를 구동하는 제4 단계를 포함할 수 있다.
제2 단계는, OIS 컨트롤러에서 홀 센서로부터 공급된 제1 액츄에이터 위치값 신호를 증폭하여 제2 액츄에이터 위치값 신호를 출력하고, 제2 액츄에이터 위치값 신호를 상기 측정 장비로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
제3 단계는, OIS 컨트롤러에서 제2 액츄에이터 위치값 신호를 선택하고, 제2 액츄에이터 위치값 신호를 디지털 신호인 제3 액츄에이터 위치값 신호로 변환하여 상기 변환된 제3 액츄에이터 위치값 신호를 출력하는 단계, OIS 컨트롤러에서 측정 장비로부터 공급받은 제1 외란 신호를 선택하고, 제1 외란 신호를 디지털 신호인 제2 외란 신호로 변환하여 상기 변환된 제2 외란 신호를 출력하는 단계, OIS 컨트롤러에서 제1 타겟 위치값으로부터 상기 제3 액츄에이터 위치값 신호 및 제2 외란 신호를 차감하여 제1 오차값 신호를 출력하는 단계, 및 OIS 컨트롤러에서 제1 오차값 신호를 아날로그 신호인 제2 오차값 신호로 변환하여 측정 장비로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
제4 단계는 OIS 컨트롤러에서 제1 오차값 신호를 PID 제어하여 제1 제어 신호를 생성하여 출력하는 단계; 및 OIS 컨트롤러에서 제1 제어 신호에 따라 제1 액츄에이터 구동 신호를 생성하여 액츄에이터로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
측정 장비는, OIS 컨트롤러를 통해 주파수별로 측정된 상기 제1 외란 신호, 상기 제2 액츄에이터 위치값 신호 및 상기 제2 오차값 신호를 이용하여 주파수 응답 특성을 산출하고, 산출된 주파수 응답 특성을 이용하여 OIS 컨트롤러의 PID 제어를 위한 최적 제어 계수를 설정할 수 있다.
일 실시예는 OIS 컨트롤러가 주파수 응답 측정 기능을 구비함으로써, 관련 기술의 외부 FRA 측정 보드가 불필요하므로 측정 시스템의 구성 및 측정 방법을 단순화고 비용을 절감할 수 있다.
일 실시예는 카메라 모듈의 주파수 응답을 측정할 때 OIS 컨트롤러의 일부 내부 구성을 시분할하여 사용함으로써, OIS 컨트롤러의 크기 증가를 억제할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 MCU의 내부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 도 3에 도시된 FRA 장비와 OIS 컨트롤러 사이의 입출력 신호 파형을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 장치에서 측정된 외란 신호의 주파수와 게인/위상의 관계를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 MCU의 기능적 내부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 카메라 모듈은 액츄에이터 (100), OIS 컨트롤러(200), 자이로 센서(300)를 포함한다.
카메라 모듈은 도시하지 않은 이미지 센서 모듈과 렌즈 모듈을 더 포함한다. 이미지 센서 모듈 또는 렌즈 모듈은 액츄에이터(100)와 결합되고, 액츄에이터(100)의 구동에 의해 이동될 수 있다.
렌즈 모듈은 복수의 렌즈를 포함하고, 입사되는 빛을 집광하여 이미지 센서의 센서면에 조사할 수 있다. 이미지 센서는 물체에서 반사되고 렌즈 모듈을 통해 집광되어 입사된 빛을 R/G/B(Red, Green, Blue) 컬러별로 분리하고, 각 픽셀에서 입사된 각 컬러의 광학 신호를 센싱하여, 상기 각 컬러의 광학 신호를 전기 신호로 변환함으로써, 이미지를 센싱할 수 있다.
액츄에이터(100)는 OIS 컨트롤러(200)로부터 공급되는 액츄에이터 구동 신호에 따라 구동되어, 렌즈 모듈 또는 이미지 센서 모듈을 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 액츄에이터(100)는 코일과 마그네트 간의 전자기력을 발생시켜, 렌즈 모듈 또는 이미지 센서 모듈을 이동시킬 수 있다. 액츄에이터 구동 신호는 액츄에이터(100)의 코일에 인가되는 전류 신호일 수 있다. 액츄에이터(100)는 VCM(Voice Coil Motor) 타입, SMA(Shape Memory Alloy) 타입, 볼(Ball) 타입 등과 같은 다양한 타입의 액츄에이터 중 어느 하나일 수 있다.
액츄에이터(100)는 렌즈 모듈 또는 이미지 센서 모듈을 이동시켜 초점을 맞추는 오토 포커싱(Auto Focusing; AF) 기능을 수행할 수 있다.
액츄에이터(100)는 OIS 컨트롤러(200)의 제어에 따라 손떨림에 의해 발생한 카메라 모듈의 각도 변화를 렌즈 모듈 또는 이미지 센서 모듈을 이동시켜 상쇄시키는 OIS 기능을 수행할 수 있다. OIS 기능은 손떨림 방지 기능, 손떨림 보정 기능, 또는 움직임 보정 기능으로 표현될 수 있다.
액츄에이터(100)는 OIS 컨트롤러(200)로부터 공급되는 액츄에이터 구동 신호에 따라 구동(또는 이동)되어, 렌즈 모듈 또는 이미지 센서 모듈을 X축, Y축, Z축 방향으로 각각 이동시키는 복수의 액츄에이터(100)를 포함할 수 있다. 복수의 액츄에이터(100)는 OIS 컨트롤러(200)로부터 복수의 액츄에이터 구동 신호를 개별적으로 공급받을 수 있다. Z축 방향은 렌즈 모듈 및 이미지 센서의 광축 방향을 의미한다. X축 방향 및 Y축 방향은 광축 방향과 직교하는 수평 방향 중 제1 방향 및 제2 방향으로 정의될 수 있다.
액츄에이터(100)는 액츄에이터(100)의 위치를 센싱하는 홀 센서(Hall Sensor)(120)를 포함할 수 있다. 액츄에이터(100)의 위치는 액츄에이터(100)와 결합된 렌즈 모듈 또는 이미지 센서 모듈의 위치를 대표할 수 있다. 홀 센서(120)는 액츄에이터(100)의 위치를 센싱하고, 센싱된 위치를 OIS 컨트롤러(200)로 출력할 수 있다. 예를 들면, 홀 센서(120)는 액츄에이터(100)의 자기장 세기를 센싱하여, 액츄에이터(100)의 위치를 센싱할 수 있다. 홀 센서(120)는 위치 센서로 정의될 수 있다.
홀 센서(120)는 X축, Y축, Z축 방향으로 각각 움직이는 복수의 액츄에이터(100)의 위치를 개별적으로 센싱하는 복수의 홀 센서(120)를 포함할 수 있다.
자이로 센서(300)는 손떨림에 의한 카메라 모듈의 각도 변화를 센싱하여 각속도 정보로 변환하고, 각속도 정보를 OIS 컨트롤러(200)로 출력할 수 있다. 자이로 센서(300)는 모션 센서 또는 각속도 센서로 정의될 수 있다.
OIS 컨트롤러(200)는 액츄에이터(100) 구동을 통해 렌즈 모듈 또는 이미지 센서 모듈을 반대로 이동시켜 자이로 센서(300)를 통해 센싱된 손떨림에 의한 카메라 모듈의 각도 변화를 상쇄시킴으로써, 손떨림을 보정할 수 있다. OIS 컨트롤러(200)는 액츄에이터(200)의 드라이버(250)와 함께 집적화되어, IC(Integrated Circuit)로 구현될 수 있다. OIS 컨트롤러(200)는 안정화 컨트롤러, OIS 컨트롤러 및 드라이버, 또는 OIS 드라이버로 정의될 수 있다.
OIS 컨트롤러(200)는 프로그래머블 게인 증폭기(Programmable Gain Amplifier; 이하 PGA)(260), 멀티플렉서(Multiplexer; 이하 MUX)(270), 아날로그-디지털 컨버터(Analog-to-Digital Converter; 이하 ADC)(280), 마이크로컨트롤러 유닛(MicroController Unit; 이하 MCU)(210), 디지털-아날로그 컨버터(Digital-to-Analog Converter; 이하 DAC)(290) 및 드라이버(250)를 포함하여 구성될 수 있다.
OIS 컨트롤러(200)는 OIS 기능 및/또는 주파수 응답 측정 기능을 구비할 수 있다.
PGA(260)는 홀 센서(120)에서 센싱된 액츄에이터(100)의 위치값 신호를 증폭하여, 증폭된 위치값 신호(y)를 출력할 수 있다. PGA(260)는 홀 센서(120)에서 센싱된 미세한 위치값 신호를 디지털 신호 처리가 가능하도록 증폭하여, 그 증폭된 신호를 출력할 수 있다. PGA(260)는 증폭부, 전처리부, 또는 아날로그 프론트-엔드(Analog Front-End; AFE)로 정의될 수 있다.
MUX(270)는 PGA(260)로부터 공급받은 액츄에이터(100)의 위치값 신호(y)와 외부로부터 공급받은 외란 신호(x) 중 어느 하나를 선택하여, 그 선택된 신호를 ADC(280)로 출력할 수 있다. MUX(270)는 선택부로 정의될 수 있다.
구동시, MUX(270)는 PGA(260)를 통해 증폭된 액츄에이터(100)의 위치값 신호(y)를 선택하여, 그 선택된 신호를 ADC(280)로 출력할 수 있다.
한편, 카메라 모듈의 주파수 응답 측정시, MUX(210)는 외란 신호(x)와 위치값 신호(y)를 순차적으로 선택하여, 그 선택된 신호를 ADC(280)로 출력할 수 있다. 외란 신호(x)는 주파수 응답 분석(Frequency Response Analysis; 이하 FRA) 장비로부터 공급받은 발진 신호(OSC)일 수 있다. OIS 컨트롤러(200)는 PGA(260)를 통해 증폭된 액츄에이터(100)의 위치값 신호(y)를 FRA 장비로 출력할 수 있다.
ADC(280)는 MUX(270)로부터 공급받은 아날로그 위치값 신호(y)를 디지털 위치값 데이터(Y(n))로 변환하여, 디지털 위치값 데이터(Y(n))를 MCU(210)로 출력할 수 있다. ADC(280)는 MUX(270)로부터 공급받은 아날로그 외란 신호(x)를 디지털 외란값 데이터(X(n))로 변환하여, 디지털 외란값 데이터(X(n))를 MCU(210)로 출력할 수 있다. 이하에서 디지털 위치값 데이터(Y(n))는 위치값(Y(n))으로 표현되고, 디지털 외란값 데이터(X(n))는 외란값(X(n))으로 표현될 수 있다.
MCU(210)는 자이로 센서(300)로부터의 각속도 정보를 이용하여 타겟 위치값을 산출하고, 산출된 타겟 위치값과 ADC(280)로부터 공급받은 위치값 (Y(n)) 사이의 오차값(E(n))을 산출하고, 산출된 오차값(E(n))을 보정하기 위한 제어 신호를 생성하여, 생성된 제어 신호를 드라이버(250)로 출력할 수 있다. MCU(210) 대신에 중앙 처리 장치(Central Processing Unit, CPU), 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor; DSP)와 같은 신호 처리기가 이용될 수 있다.
MCU(210)는 자이로 센서(300)로부터 공급받은 각속도 정보를 적분하여, 타겟 위치값(T(n), 도 2)을 산출할 수 있다. MCU(210)는 산출된 타겟 위치값(T(n))과 ADC(280)로부터 공급받은 위치값(Y(n))과의 차이인 오차값(E(n))을 산출할 수 있다. MCU(210)는 산출된 오차값(E(n))을 보정하기 위한, 즉 제로(0)로 상쇄시키기 위한 제어 신호를 생성하여, 생성된 제어 신호를 드라이버(250)로 출력할 수 있다. 타겟 위치값(T(n))은 타겟 위치값 데이터(T(n))로 표현되고, 오차값(E(n))은 오차값 데이터(E(n))로 표현될 수 있다.
드라이버(Driver)(250)는 MCU(210)로부터 공급받은 제어 신호에 따라 액츄에이터 구동 신호를 생성하여, 생성된 액츄에이터 구동 신호를 이용하여액츄에이터(100)를 구동할 수 있다. 액츄에이터 구동 신호는 정전류 신호 또는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 신호로서 생성될 수 있다. 드라이버(250)는 액츄에이터 구동 신호에 따라 액츄에이터(100)를 구동하여 액츄에이터(100)와 결합된 렌즈 모듈 또는 이미지 센서 모듈을 이동시킴으로써, 손떨림을 보정할 수 있다.
한편, 카메라 모듈의 주파수 응답 측정시, MCU(210)는 ADC(200)를 통해 외란값(X(n))과 위치값(Y(n))을 순차적으로 공급받을 수 있다. MCU(210)는 타겟 위치값(T(0))에서 외란값(X(n))과 위치값(Y(n))을 차감하여 오차값(E(n))을 산출하고, 산출된 오차값(E(n))을 DAC(290)로 출력할 수 있다.
DAC(290)는 MCU(210)로부터 공급받은 디지털 오차값(E(n))을 아날로그 오차값 신호(e)로 변환하여 FRA 장비로 출력할 수 있다.
도 2를 참조하면, MCU(210)는 적분 필터(Integral Filter)(220), 연산부(230) 및 비례-적분-미분 컨트롤러(Proportional-Integral-Differential Controller; 이하 PID 컨트롤러)(240)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 적분 필터(220), 연산부(230) 및 PID 컨트롤러는 MCU(210) 상의 펌웨어(Firmware)로 구현되거나, 신호 처리기의 하드웨어로 구현될 수 있다.
적분 필터(220)는 자이로 센서(300)로부터의 각속도 정보를 적분하여 각도를 산출하고, 산출된 각도를 타겟 위치값(T(n))으로 출력할 수 있다.
연산부(230)는 타겟 위치값(T(n))과 ADC(280)로부터의 위치값(Y(n)) 사이의 오차값(E(n))을 산출하여, 산출된 오차값(E(n))을 출력할 수 있다.
PID 컨트롤러(240)는 PID의 제어를 수행하여, 오차값(E(n))을 보상하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 여기서, PID의 제어의 수행은 오차값(E(n))을 증폭하고, 증폭된 오차값(E(n))을 적분하여 정상 상태와의 편차를 감소시키고, 증폭된 오차값(E(n))을 미분하여 오버슈트/언더슈트와 같은 급격한 변화를 억제하는 것일 수 있다. PID 컨트롤러(240)는 내부 메모리에 설정된 비례 제어 계수, 적분 제어 계수 및 미분 제어 계수를 오차값(E(n))에 적용하여, PID 제어를 수행할 수 있다.
한편, 카메라 모듈의 주파수 응답을 측정하는 경우, 연산부(230)는 타겟 위치값(T(0))에서 외란값(X(n))과 위치값(Y(n))을 차감하여 오차값(E(n))을 산출하고, 산출된 오차값(E(n))을 PID 컨트롤러(240) 및 DAC(290)로 출력할 수 있다.
일 실시예에 따른 카메라 모듈은, 검사 단계에서 FRA 장비를 OIS 컨트롤러(200)와 연결하여 카메라 모듈의 주파수 응답 특성을 측정할 수 있고, FRA 장비는 주파수 응답 분석 결과를 이용하여 PID 컨트롤러(240)의 최적 제어 계수(비례 제어 계수, 적분 제어 계수, 미분 제어 계수)를 설정할 수 있다.
일 실시예에 따른 OIS 컨트롤러(200)는 주파수 응답 측정 기능을 구비함으로써, 측정 시스템 및 측정 방법을 간소화할 수 있다.
일 실시예에 따른 OIS 컨트롤러(200)는 주파수 응답 측정시 내부 구성(MUX, ADC, MCU)을 시분할하여 사용함으로써, OIS 컨트롤러(200)의 크기 증가를 억제할 수 있다.
이하. 도 3 내지 도 6을 참조하여 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 시스템 및 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 4는 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 시스템은 카메라 모듈 및 FRA 장비(400)를 포함할 수 있다. 카메라 모듈은 액츄에이터(100)와 OIS 컨트롤러(200)를 포함할 수 있다. FRA 장비(400)는 컨트롤러(200)와 연결될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, FRA 장비(400)와 OIS 컨트롤러(200)를 연결하고, 카메라 모듈의 주파수 응답 측정을 위하여 FRA 장비(400)와 OIS 컨트롤러(200)의 초기 설정을 수행할 수 있다(S402).
S402 단계에서, FRA 장비(400)는 OIS 컨트롤러(200)의 외란 신호(x)의 주파수별 샘플링 수(Tn)를 특정값(REF)으로 설정할 수 있고, FRA 장비(400)의 외란 신호(x)의 단계별 주파수 증가량을 설정할 수 있다. FRA 장비(400)는 특정 주파수의 발진 신호(OSC)를 생성하여, OIS 컨트롤러(200)에 외란 신호(x)로 인가할 수 있다. OIS 컨트롤러(200)는 액츄에이터(100)를 구동하여, 타겟 위치(T(0))로 이동시킬 수 있다. OIS 컨트롤러(200)는 외란 신호(x)에 따라 액츄에이터(100)를 구동하여, 액츄에이터(100)를 이동시킬 수 있다.
OIS 컨트롤러(200)는 액츄에이터(100)의 홀 센서(120)로부터 출력된 액츄에이터(100)의 위치값 신호(y)를 증폭하여 FRA 장비(400)의 채널(CH2)로 출력할 수 있고, FRA 장비(400)는 액츄에이터(100)의 위치값 신호(y)를 디지털 위치값(Y(n))으로 변환할 수 있다(S406).
S406 단계에서, OIS 컨트롤러(200)는 홀 센서(120)로부터 출력된 액츄에이터(100)의 위치값 신호(y)를 PGA(260)를 통해 증폭하여, FRA 장비(400)의 채널(CH2)로 출력할 수 있다. 이에 따라, FRA 장비(400)는 OIS 컨트롤러(200)의 PGA(260)를 통해 액츄에이터(100)의 위치값 신호(y)를 측정할 수 있다.
S406 단계에서, OIS 컨트롤러(200)는 PGA(260)를 통해 증폭된 액츄에이터(100)의 위치값 신호(y)를 MUX(270)를 통해 ADC(280)로 출력하고, ADC(280)을 통해 액츄에이터(100)의 위치값 신호(y)를 디지털 위치값(Y(n))으로 변환하여 변환된 액츄에이터(100)의 위치값 신호(y)를 MCU(210)로 출력할 수 있다.
OIS 컨트롤러(200)는 FRA 장비(400)로부터 출력된 외란 신호(x)를 MUX(270)를 통해 ADC(280)로 출력하고, ADC(280)를 통해 외란 신호(x)를 디지털 외란값(X(n))으로 변환하여 변환된 외란 신호(x)를 MCU(210)로 출력할 수 있다(S408).
OIS 컨트롤러(200)는 MCU(210)의 연산부(230)를 통해 타겟 위치값(T(0))에서 위치값(Y(n)) 및 외란값(X(n))을 차감하여 오차값(E(n))을 산출할 수 있다(S410).
OIS 컨트롤러(200)는 산출된 오차값(E(n))을 DAC(290)를 통해 아날로그 오차값 신호(e)로 변환하여, 변환된 아날로그 오차값 신호(e)를 FRA 장비(400)의 채널(CH1)로 출력할 수 있다(S412). 이에 따라, FRA 장비(400)는 OIS 컨트롤러(200)의 PGA(260), MUX(270), ADC(280), 연산부(230) 및 DAC(290)의 신호 처리를 통해 오차값 신호(e)를 측정할 수 있다.
OIS 컨트롤러(200)는 MCU(210)의 PID 컨트롤러(240)를 통해 오차값(E(n))에 대응하는 제어 신호를 생성하고, 드라이버(DRV)(250)을 통해 제어 신호에 따른 액츄에이터 구동 신호를 생성하여, 생성된 액츄에이터 구동 신호를 이용하여 액츄에이터(100)를 구동할 수 있다(S414)
OIS 컨트롤러(200)는 ADC(280)의 샘플링 수(Tn)가 특정값(REF)이 될 때까지 샘플링 수(Tn)를 점진적으로 증가(n=n+1)시키면서(S416, S418), 앞서 설명한 S406, S408, S410, S414, S416, S418 단계를 반복할 수 있다. 이에 따라, OIS 컨트롤러(200)는 특정 주파수를 갖는 외란 신호(x)의 샘플링 포인트마다 액츄에이터(100)의 위치값 신호(y) 및 오차값 신호(e)를 측정하여, 측정된 액츄에이터(100)의 위치값 신호(y) 및 오차값 신호(e)를 FRA 장비(400)로 출력할 수 있다.
도 5는 도 3에 도시된 FRA 장비와 OIS 컨트롤러 사이의 입출력 신호 파형을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 특정 주파수의 외란 신호(x)와 액츄에이터(100)의 위치값 신호(y)는 사인파 형태를 가질 수 있다. 타겟 위치값에서 외란 신호(x) 및 위치값 신호(y)를 차감한 오차값 신호(e)는 외란 신호(x) 및 위치값 신호(y)에 따라 가변하는 형태를 가질 수 있다.
OIS 컨트롤러(200)의 샘플링 수(Tn)가 설정된 특정값(REF)까지 완료되면(S416, Yes), FRA 장비(400)는 외란 신호(x)의 주파수를 증가시켜 증가된 외란 신호(x)의 주파수를 OIS 컨트롤러(200)로 출력할 수 있다(S404).
OIS 컨트롤러(200)는 주파수가 증가된 외란 신호(x)를 공급받고, 앞서 설명한 S406, S408, S410, S414, S416, S418 단계를 반복할 수 있다. 이에 따라, OIS 컨트롤러(200)는 외란 신호(x)의 주파수를 증가시키면서 주파수별 외란 신호(x)의 샘플링 포인트마다 액츄에이터(100)의 위치값 신호(y) 및 오차값 신호(e)를 측정하여 측정된 액츄에이터(100)의 위치값 신호(y) 및 오차값 신호(e)를 FRA 장비(400)로 출력할 수 있다.
FRA 장비(400)는 외란 신호(x)와, 액츄에이터(100)의 위치값 신호(y)와, 오차값 신호(e)를 이용하여, 카메라 모듈의 주파수 응답 특성인 게인(Gain) 및 위상(Phase)을 측정 및 분석할 수 있다. 외란 신호(x)는 OIS 컨트롤러(200)의 입력 신호일 수 있다. 액츄에이터(100)의 위치값 신호(y)는 액츄에이터(100)의 홀 센서(120)의 출력으로 OIS 컨트롤러(200)를 통해 공급될 수 있다. 오차값 신호(e)는 OIS 컨트롤러(200)의 출력 신호일 수 있다. FRA 장비(400)는 OSC 신호의 주파수를 증가시키면서 주파수별로 카메라 모듈의 주파수 응답 특성을 측정 및 분석할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 장치에서 측정된 외란 신호의 주파수와 게인/위상의 관계를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, FRA 장비(400)는 외란 신호(x)의 주파수를 증가시키면서 OIS 컨트롤러(200)를 통해 측정된 액츄에이터(100)의 위치값 신호(y) 및 오차값 신호(e)를 이용하여, 카메라 모듈의 주파수 응답 특성을 나타내는 주파수에 따른 게인 변화, 주파수에 따른 위상 변화 등을 측정할 수 있다.
FRA 장비(400)는 카메라 모듈의 주파수 응답 특성을 측정하여, 액츄에이터(100) 및 OIS 컨트롤러(200) 중 적어도 어느 하나의 자가 발진을 이용하여 게인 또는 위상이 급변하는 주파수 대역(602, 604)을 검출할 수 있다. FRA 장비(400)는 게인 또는 위상이 급변하는 부분이 감소하거나 상쇄하도록 PID 컨트롤러(240)의 최적 제어 계수(비례 제어 계수, 적분 제어 계수, 미분 제어 계수)를 설정할 수 있다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 카메라 모듈은 OIS 컨트롤러(200)가 주파수 응답 측정 기능을 구비함으로써, 관련 기술의 외부 FRA 측정 보드가 불필요하므로 측정 시스템의 구성 및 측정 방법을 단순화할 수 있고 비용을 절감할 수 있다.
일 실시예에 따른 카메라 모듈은 주파수 응답 측정시 OIS 컨트롤러의 내부구성(MUX, ADC, MCU)을 시분할하여 사용함으로써, OIS 컨트롤러의 크기 증가를 억제할 수 있다
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (17)

  1. 구동 모드에서, 자이로 센서에서 센싱된 카메라 모듈의 각도 변화를 이용한 타겟 위치와, 홀 센서에서 센싱된 액츄에이터 위치와의 차이를 보상하는 구동 신호를 생성하여 상기 생성된 구동 신호를 바탕으로 상기 액츄에이터를 구동하고,
    상기 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 모드에서,
    상기 홀 센서에서 센싱된 액츄에이터 위치값 신호를 전처리하여 측정 장비로 출력하고,
    타겟 위치값, 상기 액츄에이터 위치값 신호 및 상기 측정 장비로부터 공급받은 외란 신호를 연산 처리하여, 오차값 신호를 상기 측정 장비로 출력하고,
    상기 오차값 신호를 보상하는 액츄에이터 구동 신호를 생성하여 상기 생성된 액츄에이터 구동 신호를 바탕으로 상기 액츄에이터를 구동하는 카메라 모듈의 컨트롤러.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 모드에서,
    상기 홀 센서로부터 공급된 제1 액츄에이터 위치값 신호를 증폭하여 제2 액츄에이터 위치값 신호를 출력하고, 상기 제2 액츄에이터 위치값 신호를 상기 측정 장비로 출력하는 증폭부;
    상기 증폭부로부터 출력되는 상기 제2 액츄에이터 위치값 신호와 상기 측정 장비로부터 공급받은 제1 외란 신호를 선택적으로 출력하는 선택부;
    상기 선택부로부터 출력되는 상기 제2 액츄에이터 위치값 신호를 디지털 신호인 제3 액츄에이터 위치값 신호로 변환하여 상기 변환된 3 액츄에이터 위치값 신호를 출력하고, 상기 제1 외란 신호를 디지털 신호인 제2 외란 신호로 변환하여 상기 변환된 제2 외란 신호를 출력하는 아날로그-디지털 컨버터;
    제1 타겟 위치값으로부터 상기 제3 액츄에이터 위치값 신호 및 상기 제2 외란 신호를 차감하여 제1 오차값 신호를 출력하고, 상기 제1 오차값 신호를 보상하기 위한 제1 제어 신호를 생성하여 상기 생성된 제1 제어 신호를 출력하는 신호 처리기;
    상기 신호 처리기로부터 출력되는 상기 제1 오차값 신호를 아날로그 신호인 제2 오차값 신호로 변환하여 상기 변환된 제2 오차값 신호를 상기 측정 장비로 출력하는 디지털-아날로그 컨버터; 및
    상기 신호 처리기로부터 출력되는 제1 제어 신호에 따라 제1 액츄에이터 구동 신호를 생성하여 상기 생성된 제1 액츄에이터 구동 신호를 상기 액츄에이터로 출력하는 드라이버를 포함하는 카메라 모듈의 컨트롤러.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 구동 모드에서,
    상기 증폭부는 상기 홀 센서로부터 공급된 제3 액츄에이터 위치값 신호를 증폭하여 제4 액츄에이터 위치값 신호를 출력하고,
    상기 아날로그-디지털 컨버터는 상기 선택부를 통해 공급되는 상기 제4 액츄에이터 위치값 신호를 디지털 신호인 제5 액츄에이터 위치값 신호로 변환하여 상기 변환된 제5 액츄에이터 위치값 신호를 출력하고,
    상기 신호 처리기는 제2 타겟 위치값에서 상기 제5 액츄에이터 위치값 신호를 차감하여 제2 오차값 신호를 산출하고, 산출된 제2 오차값 신호를 보상하기 위한 제2 제어 신호를 생성하여 상기 생성된 제2 제어 신호를 출력하고,
    상기 드라이버는 상기 제2 제어 신호에 따라 제2 액츄에이터 구동 신호를 생성하여 상기 생성된 제2 액츄에이터 구동 신호를 상기 액츄에이터로 출력하는 카메라 모듈의 컨트롤러.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 신호 처리기는, 상기 구동 모드에서,
    상기 자이로 센서에서 상기 카메라 모듈의 각도 변화를 센싱하여 출력한 각속도 정보를 적분하여 상기 적분된 각속도 정보를 상기 제2 타겟 위치값을 출력하는 적분 필터;
    상기 제2 타겟 위치값과 상기 제5 액츄에이터 위치값 신호를 차감하여 상기 제2 오차값 신호를 산출하는 연산부; 및
    상기 연산부로부터 출력되는 상기 제2 오차값 신호를 비례-적분-미분(이하 PID) 제어하여 상기 제2 제어 신호를 생성하는 PID 컨트롤러를 구비하는 카메라 모듈의 컨트롤러.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 카메라 모듈의 주파수 측정 모드에서,
    상기 연산부는 상기 제1 타겟 위치값으로부터 상기 제3 액츄에이터 위치값 신호 및 상기 제2 외란 신호를 차감하여 상기 제1 오차값 신호를 출력하고,
    상기 PID 컨트롤러는 상기 연산부로부터 출력되는 상기 제1 오차값 신호를 PID 제어하는 카메라 모듈의 컨트롤러.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 측정 장치로부터 공급받은 상기 제1 외란 신호의 주파수가 가변하는 카메라 모듈의 컨트롤러.
  7. 렌즈 모듈 또는 이미지 센서 모듈과 결합되어 상기 렌즈 모듈 또는 상기 이미지 센서 모듈을 이동시키는 액츄에이터;
    상기 액츄에이터 내에서 액츄에이터 위치를 센싱하는 홀 센서;
    카메라 모듈의 각도 변화를 센싱하는 자이로 센서;
    구동 모드에서, 상기 자이로 센서에서 센싱된 상기 카메라 모듈의 각도 변화를 이용한 타겟 위치와, 상기 홀 센서에서 센싱된 상기 액츄에이터 위치와의 차이를 보상하는 구동 신호를 생성하여 상기 생성된 구동 신호를 바탕으로 상기 액츄에이터를 구동하는 광학적 이미지 안정화(이하 OIS) 컨트롤러; 및
    상기 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 모드에서 상기 OIS 컨트롤러와 연결되는 측정 장비를 구비하고,
    상기 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 모드에서,
    상기 OIS 컨트롤러는 상기 홀 센서에서 센싱된 액츄에이터 위치값 신호를 전처리하여 상기 측정 장비로 출력하고,
    타겟 위치값, 상기 액츄에이터 위치값 신호 및 상기 측정 장비로부터 공급받은 외란 신호를 연산 처리하여 오차값 신호를 상기 측정 장비로 출력하고,
    상기 오차값 신호를 보상하는 액츄에이터 구동 신호를 생성하여 상기 생성된 액츄에이터 구동 신호를 바탕으로 상기 액츄에이터를 구동하는 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 OIS 컨트롤러는, 상기 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 모드에서,
    상기 홀 센서로부터 공급된 제1 액츄에이터 위치값 신호를 증폭하여 제2 액츄에이터 위치값 신호를 출력하고, 상기 제2 액츄에이터 위치값 신호를 상기 측정 장비로 출력하는 증폭부;
    상기 증폭부로부터 출력되는 상기 제2 액츄에이터 위치값 신호와 상기 측정 장비로부터 공급받은 제1 외란 신호를 선택적으로 출력하는 선택부;
    상기 선택부로부터 출력되는 상기 제2 액츄에이터 위치값 신호를 디지털 신호인 제3 액츄에이터 위치값 신호로 변환하여 상기 변환된 제3 액츄에이터 위치값 신호를 출력하고, 상기 제1 외란 신호를 디지털 신호인 제2 외란 신호로 변환하여 상기 변환된 제2 외란 신호를 출력하는 아날로그-디지털 컨버터;
    제1 타겟 위치값으로부터 상기 제3 액츄에이터 위치값 신호 및 상기 제2 외란 신호를 차감하여 제1 오차값 신호를 출력하고, 상기 제1 오차값 신호를 보상하기 위한 제1 제어 신호를 생성하여 출력하는 신호 처리기;
    상기 신호 처리기로부터 출력되는 상기 제1 오차값 신호를 아날로그 신호인 제2 오차값 신호로 변환하여 상기 변환된 제2 오차값 신호를 상기 측정 장비로 출력하는 디지털-아날로그 컨버터; 및
    상기 신호 처리기로부터 출력되는 제1 제어 신호에 따라 제1 액츄에이터 구동 신호를 생성하여 상기 생성된 제1 액츄에이터 구동 신호를 상기 액츄에이터로 출력하는 드라이버를 포함하는 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 신호 처리기는, 상기 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 모드에서,
    상기 제1 타겟 위치값으로부터 상기 제3 액츄에이터 위치값 신호 및 상기 제2 외란 신호를 차감하여 상기 제1 오차값 신호를 산출하는 연산부; 및
    산출된 상기 제1 오차값 신호를 PID 제어하여 상기 제1 제어 신호를 생성하는 PID 제어기를 포함하는 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 측정 장비는
    상기 제1 외란 신호의 주파수를 가변하면서, 상기 OIS 컨트롤러를 통해 주파수별로 측정된 상기 제1 외란 신호, 상기 제2 액츄에이터 위치값 신호 및 상기 제2 오차값 신호를 이용하여 주파수 응답 특성을 산출하고,
    산출된 주파수 응답 특성을 이용하여 상기 PID 제어기의 최적 제어 계수를 설정하는 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 장치.
  11. 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 모드에서, 상기 카메라 모듈의 OIS 컨트롤러와 측정 장비를 연결하고, 상기 OIS 컨트롤러가 렌즈 모듈 또는 이미지 센서 모듈과 결합된 액츄에이터를 타겟 위치로 이동시키는 제1 단계;
    상기 OIS 컨트롤러에서 상기 액츄에이터의 홀 센서에서 센싱된 액츄에이터 위치값 신호를 전처리하여 상기 측정 장비로 출력하는 제2 단계;
    타겟 위치값, 상기 액츄에이터 위치값 신호 및 상기 측정 장비로부터 공급받은 외란 신호를 연산 처리하여 오차값 신호를 상기 측정 장비로 출력하는 제3 단계; 및
    상기 오차값 신호를 보상하는 액츄에이터 구동 신호를 생성하여 상기 액츄에이터를 구동하는 제4 단계를 포함하는 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 단계는
    상기 OIS 컨트롤러에서 상기 홀 센서로부터 공급된 제1 액츄에이터 위치값 신호를 증폭하여 제2 액츄에이터 위치값 신호를 출력하고, 상기 제2 액츄에이터 위치값 신호를 상기 측정 장비로 출력하는 단계를 포함하는 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제3 단계는
    상기 OIS 컨트롤러에서 상기 제2 액츄에이터 위치값 신호를 선택하고, 상기 제2 액츄에이터 위치값 신호를 디지털 신호인 제3 액츄에이터 위치값 신호로 변환하여 상기 변환된 제3 액츄에이터 위치값 신호를 출력하는 단계;
    상기 OIS 컨트롤러에서 상기 측정 장비로부터 공급받은 제1 외란 신호를 선택하고, 상기 제1 외란 신호를 디지털 신호인 제2 외란 신호로 변환하여 상기 변환된 제2 외란 신호를 출력하는 단계;
    상기 OIS 컨트롤러에서 제1 타겟 위치값으로부터 상기 제3 액츄에이터 위치값 신호 및 상기 제2 외란 신호를 차감하여 제1 오차값 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 OIS 컨트롤러에서 상기 제1 오차값 신호를 아날로그 신호인 제2 오차값 신호로 변환하여 상기 변환된 제2 오차값 신호를 상기 측정 장비로 출력하는 단계를 포함하는 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제4 단계는
    상기 OIS 컨트롤러에서 상기 제1 오차값 신호를 PID 제어하여 제1 제어 신호를 생성하여 출력하는 단계; 및
    상기 OIS 컨트롤러에서 상기 제1 제어 신호에 따라 제1 액츄에이터 구동 신호를 생성하여 상기 생성된 제1 액츄에이터 구동 신호를 상기 액츄에이터로 출력하는 단계를 포함하는 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 방법.
  15. 청구항 11에서 있어서,
    상기 OIS 컨트롤러는 상기 제1 외란 신호의 샘플링 수가 설정값이 될 때까지, 상기 샘플링 수를 증가시키면서 상기 제2 내지 제4 단계를 반복하는 제5 단계를 추가로 포함하는 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 OIS 컨트롤러에서 상기 제1 외란 신호의 샘플링 수가 상기 설정값이 되면, 상기 측정 장비에서 상기 제1 외란 신호의 주파수를 가변시기는 제6 단계; 및
    상기 OIS 컨트롤러에서 상기 제1 내지 제5 단계를 반복하는 제7 단계를 포함하는 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 측정 장비는
    상기 OIS 컨트롤러를 통해 주파수별로 측정된 상기 제1 외란 신호, 상기 제2 액츄에이터 위치값 신호 및 상기 제2 오차값 신호를 이용하여 주파수 응답 특성을 산출하고,
    산출된 주파수 응답 특성을 이용하여 상기 OIS 컨트롤러의 PID 제어를 위한 최적 제어 계수를 설정하는 카메라 모듈의 주파수 응답 측정 방법.
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