KR100799832B1 - 압전 액츄에이터 구동주파수 설정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예에 따른 압전 액츄에이터 구동주파수 설정 방법은, 기설정된 가변 주파수 범위중에서 최저 주파수의 생성을 제어하는 초기 발진 단계; 현재 발진 주파수를 갖는 구동신호를 이용하여 압전 액츄에이터를 구동시키는 구동 단계; 상기 압전 액츄에이터의 변위를 검출하여 발진 주파수별 변위를 저장하는 검출 단계; 현재 구동신호의 발진 주파수가 상기 구동 주파수 범위중에서 최고 발진 주파수인지를 판단하는 판단 단계; 현재 구동신호의 발진 주파수가 최고 주파수가 아닌 경우에는 현재 발진 주파수보다 기설정된 1스텝 만큼 높은 발진 주파수의 생성을 제어한 후 상기 구동단계로 진행하는 반복 발진 단계; 및 현재 구동신호의 발진 주파수가 최고 주파수인 경우, 상기 각 주파수별 변위중 최고의 변위에 해당되는 주파수를 최적의 구동 주파수로 선택하여, 구동 주파수로 설정하는 설정 단계를 포함한다.
압전, 액츄에이터, 구동주파수, 설정
Description
도 1은 본 발명을 수행하기 위한 카메라 장치의 구성도.
도 2는 도 1의 압전 액츄에이터의 구동 신호의 파형도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 압전 액츄에이터 구동 주파수 설정 방법을 보이는 플로우챠트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 배터리 200 : 크리스탈 발진기
300 : 액츄에이터 구동IC 400 : 압전 액츄에이터 소자부
410 : 제1 압전 액츄에이터 420 : 제2 압전 액츄에이터
500 : 이미지 센서 600 : 이미지신호처리기
본 발명은 이동통신 단말기에 적용가능한 디지탈 카메라 장치의 압전 액츄에 이터의 구동주파수를 설정하는 방법에 관한 것으로, 특히 디지탈 카메라 장치에서, 포커스(focus) 또는 줌(zoom) 조절용으로 이용되는 액츄에이터의 최적 구동 주파수를 탐색하여 설정하는 압전 액츄에이터 구동주파수 설정 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 카메라 탑재형 휴대 전화기에서, 정지 화상 및 동영상의 고해상도화 및 고화질화 요구가 점점 높아지고 있으며, 이에 따라 자동초점 조절장치, 접사 장치 및 광학 줌 장치의 필요성이 점점 높아지고 있다.
휴대 전화기용 카메라 모듈에서, 접사와 자동 초점 조절기능을 구현하기 위한 방법으로, 현재까지 다양한 방법이 시도되고 있다.
이와 같은 다양한 기존 방식중에서 DC 모토를 구동원으로 하는 경우, 여러 개의 감속기어를 연결하여야 하므로 부피증가 및 소음 발생, 응답속독의 저하 및 회전속도 편자로 인한 정밀한 위치제어의 어려움이 있는 단점이 있다.
또한, 종래 방식중 기존의 솔레노이드 방식을 채택 할 경우, 마그네트 및 권선에 따른 편차로 인하여 분해능이 떨어지고 구조상 충격에 약한 단점이 있다.
이러한 단점들을 해결하기 위해서 압전 액츄에이터를 이용하는 방식이 채택되고 있다.
종래 압전 액츄에이터(Piezo Actuator)를 이용하는 카메라 모듈에서는, 구동시에 변위를 크게 하기 위하여 높은 전압의 교류 신호를 인가하여 사용하고, 또한, 압전 액츄에이터 및 압전 액츄에이터의 조립 상태에 따라 동일한 조건에서도 일정한 변위가 발생하게 되므로 양산에 어려움이 많았다는 문제점이 있다.
또한, 액츄에이터의 구동 IC에서 일정한 구동 신호만 인가하게 되므로, 실제 압전 액츄에이터의 변위를 알 수 없으므로, 압전 액츄에이터의 안전된 구동을 보장하기 어렵고, 이에 따라 안정된 화면을 얻기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은, 디지탈 카메라 장치에서, 포커스(focus) 또는 줌(zoom) 조절용으로 이용되는 액츄에이터의 최적 구동 주파수를 탐색하여 설정하도록 함으로써, 액츄에이터 제품간의 산포나 온도에 의한 특성변화에 관계없이 액츄에이터의 최적 구동이 가능하게 하는 압전 액츄에이터 구동주파수 설정 방법을 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일실시예에 따른 압전 액츄에이터 구동주파수 설정 방법은, 기설정된 가변 주파수 범위중에서 최저 발진 주파수의 생성을 제어하는 초기 발진 단계; 현재 발진 주파수를 갖는 구동신호를 이용하여 압전 액츄에이터를 구동시키는 구동 단계; 상기 압전 액츄에이터의 변위를 검출하여 발진 주파수별 변위를 저장하는 검출 단계; 현재 구동신호의 발진 주파수가 상기 구동 주파수 범위중에서 최고 발진 주파수인지를 판단하는 판단 단계; 현재 구동신호의 발진 주파수가 최고 주파수가 아닌 경우에는 현재 발진 주파수보다 기설정된 1스텝 만큼 높은 발진 주파수의 생성을 제어한 후 상기 구동단계로 진행하는 반복 발진 단계; 및 현재 구동신호의 발진 주파수가 최고 주파수인 경우, 상기 각 주파수별 변위중 최고의 변위에 해당되는 주파수를 최적의 구동 주파수로 선택하여, 구동 주파수로 설정하는 설정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 검출단계는, 상기 압전 액츄에이터의 움직임에 해당되는 변위를 검출하는 단계; 상기 변위를 전압으로 변환하는 단계; 및 상기 변위에 해당되는 전압을 각 주파수별로 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 검출단계는, 상기 압전 액츄에이터의 움직임에 해당되는 변위를, 상기 압전 액츄에이터의 움직임에 따라 출력되는 펄스의 폭과 주파수에 기초해서 검출하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 설명되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상에 대한 이해를 돕기 위해서 사용된다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
도 1은 본 발명을 수행하기 위한 카메라 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명을 수행하기 위한 카메라 장치는, 대략 3.0V 내지 4.5V의 동작 전원을 공급하는 배터리(100)와, 대략 19.2MHz의 기준주파수를 발진시키는 크리스탈 발진기(200)와, 상기 배터리(100)로부터 동작전원을 공급받고, 상기 크리스탈 발진기(200)로부터의 기준 발진 주파수를 기설정 구동 주파수를 변환하고, 상기 구동 주파수를 갖는 구동 신호를 출력하는 액츄에이터 구동IC(300)와, 상기 액츄에이터 구동IC(300)의 구동신호에 따라 포커스 또는/ 및 줌을 조절하는 압전 액츄에이터 소자부(400)와, 이미지를 획득하는 이미지 센서(500)와, 상기 이미지 센서(500)로부터의이미지 신호를 처리하는 이미지신호처리기(600)를 포함한다.
상기 압전 액츄에이터 소자부(400)는, 상기 액츄에이터 구동IC(300)의 구동신호에 따라 포커스를 조절하기 위한 제1 압전 액츄에이터(410)와, 상기 액츄에이터 구동IC(300)의 구동신호에 따라 줌을 조절하기 위한 제2 압전 액츄에이터(420)를 포함한다.
이와 같은 상기 제1 및 제2 압전 액츄에이터(410,420)를 사용하면, 종래 모터 방식이나 솔레노이드 방식에 비해 소형화에 유리하다.
도 2는 도 1의 압전 액츄에이터의 구동 신호의 파형도이다.
도 2에 예시된 바와 같이, 상기 구동 신호는 대략 30V±3V 정도의 피크-피크 전압(Vp-p)을 갖고, 대략 37.5K±500Hz 정도의 주파수를 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 압전 액츄에이터 구동 주파수 설정 방법을 보이는 플로우챠트이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 압전 액츄에이터 구동 주파수 설정 방법은, 기설정된 가변 주파수 범위중에서 최저 발진 주파수의 생성을 제어하는 초기 발진 단계(S100)와, 현재 발진 주파수를 갖는 구동신호를 이용하여 압전 액츄에이터를 구동시키는 구동 단계(S200)와, 상기 압전 액츄에이터의 변위를 검출하여 발진 주파수별 변위를 저장하는 검출 단계(S300)와, 현재 구동신호의 발진 주파수가 상기 구동 주파수 범위중에서 최고 발진 주파수인지를 판단하는 판단 단계(S400)와, 현재 구동신호의 발진 주파수가 최고 주파수가 아닌 경우에는 현재 발진 주파수보다 기설정된 1스텝 만큼 높은 발진 주파수의 생성을 제어한 후 상기 구동단계로 진행하는 반복 발진 단계(S500)와, 현재 구동신호의 발진 주파수가 최고 주파수인 경우, 상기 각 주파수별 변위중 최고의 변위에 해당되는 주파수를 최적의 구동 주파수로 선택하여, 구동 주파수로 설정하는 설정 단계(S600)를 포함한다.
상기 검출단계(S300)는, 상기 압전 액츄에이터의 움직임에 해당되는 변위를 검출하는 단계(S310)와, 상기 변위를 전압으로 변환하는 단계(S320)와, 상기 변위에 해당되는 전압을 각 주파수별로 저장하는 단계(S330)를 포함한다.
상기 검출단계(S300)는, 상기 압전 액츄에이터의 움직임에 해당되는 변위를, 상기 압전 액츄에이터의 움직임에 따라 출력되는 펄스의 폭과 주파수에 기초해서 검출한다.
이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명을 수행하기 위한 카메라 장치에서 최적의 구동주파수를 탐색하여 설정하는 과정을 수행하며, 이에 대해서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 압전 액츄에이터 구동주파수 설정 방법을 설명하면, 먼저 도 3을 참조하면, 초기 발진 단계에서는 기설정된 가변 주파수 범위중에서 최저 발진 주파수를 생성한다(S100).
즉, 도 1을 참조하면, 상기 액츄에이터 구동 IC(300)는, 3.0V 내지 4.5V 범위중에 포함되는 배터리(100)로부터 동작전원을 공급받고, 상기 크리스탈 발진기(200)로부터의 발진 주파수(대략 19.2MHz)를 이용하여 기설정된 가변 주파수 범위중에서 최저 발진 주파수를 생성한다.
다음, 구동 단계는, 현재 발진 주파수를 갖는 구동신호를 이용하여 압전 액츄에이터를 구동시킨다(S200).
즉, 도 1을 참조하면, 상기 액츄에이터 구동 IC(300)는, 상기 최저 발진 주파수를 갖는 구동신호를 생성하여 압전 액츄에이터 소자부(400)에 출력하며, 구체적으로는, 상기 최저 발진 주파수를 갖는 구동신호를 생성하여 압전 액츄에이터 소자부(400)의 제1 압전 액츄에이터(410) 또는 제2 압전 액츄에이터(420)에 각각 출력한다. 여기서, 상기 제1 압전 액츄에이터(410)는 포커스(focus)용이고, 상기 제2 압전 액츄에이터(420)는 줌(zoom)용이다.
다음, 검출 단계에서는, 상기 압전 액츄에이터의 변위를 검출하여 발진 주파수별 변위를 저장한다(S300).
구체적으로 설명하면, 상기 검출단계(S300)는, 상기 액츄에이터 구동 IC(300)는, 상기 압전 액츄에이터의 움직임에 해당되는 변위를 변위 센서(미도시)를 통해 검출하고(S310), 상기 검출된 변위를 전압으로 변환(S320)한 후, 상기 변위에 해당되는 전압을 각 주파수별로 매칭시켜 내부 메모리(미도시)에 저장한다(S330).
또한, 상기 검출단계(S300)에서는, 상기 압전 액츄에이터의 움직임에 해당되는 변위를, 상기 압전 액츄에이터의 움직임에 따라 출력되는 펄스의 폭과 주파수에 기초해서 검출한다.
예를 들어, 상기 액츄에이터의 변위를 측정하기 위한 변위 센서는, 액츄에이터의 움직임 속도에 따라 펄스를 검출하는 센서로 이용될 수 있다. 이때, 변위 센서는 움직임 속도가 빠르면 좁은 펄스폭과 높은 펄스 주파수를 갖는 펄스신호를 출력하고, 반대로 움직임 속도가 느리면 넓은 펄스폭과 높은 펄스 주파수를 갖는 펄스신호를 출력한다.
다음, 판단 단계에서는, 현재 구동신호의 발진 주파수가 상기 구동 주파수 범위중에서 최고 발진 주파수인지를 판단한다(S400).
도 1을 참조하면, 상기 액츄에이터 구동 IC(300)는, 현재 구동신호의 발진 주파수가 사전에 설정되어 있는 구동 주파수 범위내에서 가장 높은 발진 주파수인지를 판단한다. 이에 대해서는 후술한다.
다음, 반복 발진 단계에서는, 현재 구동신호의 발진 주파수가 최고 주파수가 아닌 경우에는 현재 발진 주파수보다 기설정된 1스텝 만큼 높은 발진 주파수의 생성을 제어한 후 상기 구동단계로 진행한다(S500).
도 1을 참조하면, 상기 액츄에이터 구동 IC(300)는, 현재 구동신호의 발진 주파수가 상기 구동 주파수 범위중에서 최고 주파수가 아닌 경우에는 현재 발진 주파수보다 기설정된 주파수 간격에 해당되는 1스텝 높은 발진 주파수의 생성을 제어한 후 상기 구동단계로 진행한다
여기서, 상기 1스텝은 적용되는 시스템의 환경에 따라 정해질 수 있으며, 예를 들어, 상기 구동 주파수 범위가 1MHz ~ 10MHz이고, 상기 1스텝은 1MHz인 경우, 상기 최저 발진 주파수는 1MHz이고, 최고 발진 주파수는 10MHz가 된다.
그리고, 설정 단계에서는, 현재 구동신호의 발진 주파수가 최고 주파수인 경우, 상기 각 주파수별 변위중 최고의 변위에 해당되는 주파수를 최적의 구동 주파수로 선택하여, 구동 주파수로 설정한다(S600).
도 1을 참조하면, 상기 액츄에이터 구동 IC(300)는, 상기 각 주파수별로 매칭된 복수의 전압들을 서로 비교하여 가장 큰 전압을 찾고, 상기 가장 큰 전압에 매칭된 주파수를 상기 액츄에이터의 최적의 구동 주파수로 선택하여 설정한다.
예를 들어, 상기 구동신호는 도 2에 도시한 바와 같이, 대략 30V±3V 정도의 피크-피크 전압(Vp-p)을 갖고, 대략 37.5K±500Hz 정도의 주파수를 가질 수 있다.
전술한 바와 같이 최적의 구동주파수가 설정된 후에는, 도 1에 도시된 카메라는 최적의 구동 주파수를 갖는 구동신호를 이용하여 액츄에이터를 구동시킬 수 있게 되며, 또한, 디지탈 카메라의 접사 및 자동 초점 조절 기능을 수행하기 위하여 이미지센서와 렌즈와의 상대적 거리를 조절하는 장치에서, 구동원으로서는 저전압의 간단한 제어회로로 구동 가능한 압전 액츄에이터(Piezo Actuator)를 사용하면서도 휴대 전화기에 탑재가 가능하도록 소형, 박형화 및 정밀한 위치제어가 가능하도록 하였다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 이동통신 단말기에 적용가능한 디지탈 카메라 장치의 압전 액츄에이터의 구동주파수를 설정하는 방법에서, 디지탈 카메라 장치에서, 포커스(focus) 또는 줌(zoom) 조절용으로 이용되는 액츄에이터의 최적 구동 주파수를 탐색하여 설정하도록 함으로써, 액츄에이터 제품간의 산포나 온도에 의한 특성변화에 관계없이 액츄에이터의 최적 구동이 가능하고, 또한 조립상태에 관계없이 최적 구동주파로 구동시킬 수 있으므로 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 장치는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다.
Claims (3)
- 기설정된 가변 주파수 범위중에서 최저 발진 주파수의 생성을 제어하는 초기 발진 단계;현재 발진 주파수를 갖는 구동신호를 이용하여 압전 액츄에이터를 구동시키는 구동 단계;상기 압전 액츄에이터의 변위를 검출하여 발진 주파수별 변위를 저장하는 검출 단계;현재 구동신호의 발진 주파수가 상기 구동 주파수 범위중에서 최고 발진 주파수인지를 판단하는 판단 단계;현재 구동신호의 발진 주파수가 최고 주파수가 아닌 경우에는 현재 발진 주파수보다 기설정된 1스텝 만큼 높은 발진 주파수의 생성을 제어한 후 상기 구동단계로 진행하는 반복 발진 단계; 및현재 구동신호의 발진 주파수가 최고 주파수인 경우, 상기 각 주파수별 변위중 최고의 변위에 해당되는 주파수를 최적의 구동 주파수로 선택하여, 구동 주파수로 설정하는 설정 단계를 포함하는 압전 액츄에이터 구동주파수 설정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 검출단계는,상기 압전 액츄에이터의 움직임에 해당되는 변위를 검출하는 단계;상기 변위를 전압으로 변환하는 단계; 및상기 변위에 해당되는 전압을 각 주파수별로 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 구동주파수 설정 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 검출단계는,상기 압전 액츄에이터의 움직임에 해당되는 변위를, 상기 압전 액츄에이터의 움직임에 따라 출력되는 펄스의 폭과 주파수에 기초해서 검출하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 구동주파수 설정 방법.
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