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KR101640519B1 - 보이스 코일 액츄에이터 제어장치 - Google Patents

보이스 코일 액츄에이터 제어장치 Download PDF

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Publication number
KR101640519B1
KR101640519B1 KR1020140066279A KR20140066279A KR101640519B1 KR 101640519 B1 KR101640519 B1 KR 101640519B1 KR 1020140066279 A KR1020140066279 A KR 1020140066279A KR 20140066279 A KR20140066279 A KR 20140066279A KR 101640519 B1 KR101640519 B1 KR 101640519B1
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KR
South Korea
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vibration
camera
shake
lens
position information
Prior art date
Application number
KR1020140066279A
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English (en)
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Inventor
이승권
정광성
이호준
Original Assignee
주식회사 동운아나텍
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Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 동운아나텍 filed Critical 주식회사 동운아나텍
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Abstract

본 발명은 카메라 제어장치에 관한 것으로, 특히 모바일 기기 카메라의 광학식 손떨림 보정(Optical Image Stabilizer)을 위한 보이스 코일 액츄에이터(Voice Coil Actuator) 제어장치에 관한 것으로, 홀 센서로부터 보이스 코일 액츄에이터의 렌즈위치정보와, 자이로 센서로부터 카메라 손떨림에 의한 회전 각속도 데이터를 입력받아 보이스 코일 액츄에이터를 제어하는 장치에 있어서, 상기 회전 각속도 데이터에서 잡음 성분을 제거하여 손떨림 각도값을 출력하기 위한 각도 추출기와; 상기 렌즈위치정보를 증폭 및 디지털 변환하여 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 추출하고, 추출된 손떨림 진동 이외의 진동 성분과 상기 손떨림 각도값 및 상기 렌즈위치정보를 연산 처리하여 손떨림 진동 및 손떨림 진동 이외의 진동성분을 보정한 렌즈 이동량 제어 데이터를 생성하고, 그 생성된 렌즈 이동량 제어 데이터에 따른 전류신호를 발생하여 상기 보이스 코일 액츄에이터에 인가하기 위한 서보 제어기;를 포함함을 특징으로 한다.

Description

보이스 코일 액츄에이터 제어장치{APPARATUS FOR CONTROL A VOICE COIL ACTUATOR}
본 발명은 카메라 제어장치에 관한 것으로, 특히 모바일 기기 카메라의 광학식 손떨림 보정(Optical Image Stabilizer)을 위한 보이스 코일 액츄에이터(Voice Coil Actuator) 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 모바일용 카메라의 OIS VCA(Voice Coil Actuator) 내부는 기구적으로 X축과 Y축이 동시에 움직일 수 있도록 구성되어 있다. 손떨림이 발생할 경우 자이로 센서로부터 진동에 대한 정보가 입력되고, 각도 변환 필터를 통해서 실제 렌즈가 이동해야 할 거리정보로 변환되어 서보 제어기로 입력된다.
서보 제어기는 입력된 각도 정보를 이용하여 떨림에 반대되는 방향으로 렌즈를 이동시켜 물리적으로 이동시 발생한 영상 블러(blur)를 최소화하도록 한다. 이때 빠르고 정확하게 목표 위치에 렌즈를 이동시킬 수 있도록 하는 제어기가 요구되며, 일반적으로 PID(Proportional Integral Derivative) 제어기가 가장 많이 사용 되고 있다.
PID 제어기는 폐루프(Closed Loop) 기반에서 동작하며 목표 위치에 대한 에러정보는 OIS VCA 내부에 있는 홀(Hall) 센서로부터 실시간 입력된다. 손떨림에 의한 진동 위상과 렌즈가 움직이는 위상 간에 싱크가 최대한 동일하게 유지되어야 최적의 성능을 낼 수 있기 때문에 PID 제어기의 성능이 무엇보다 중요하다.
PID 제어기의 대역폭은 디지털 기반일 경우 연산량이 많아 CPU 성능에 의해 크게 좌우된다. 만약 충분한 제어기의 대역폭이 보장되지 않는 상황에서 모바일용 카메라가 동작한다면 햅틱(Haptics)에 의한 진동, 손떨림 성분 이외의 진동 및 외부 충격에 의한 렌즈 움직임으로 인해 PID 제어기가 제어하지 못하는 대역에 진입할 가능성이 높아진다. 또한 동작 중에 제어기의 제어 위상과 렌즈의 위치를 알려주는 홀 센서 감지신호의 위상이 60도 이상 벗어날 경우에도 제어 발진 발생 확률이 높아진다.
한편, 전술한 문제점을 해결하기 위해 PID 제어기의 성능, 즉 하드웨어 성능을 높이는 방법과 소프트웨어적인 필터 처리 등 다양한 제어기를 추가하여 대응하는 방법이 있으나 모바일용 OIS의 디자인 구조를 고려할 때 가격 및 칩 사이즈(Chip size)에 제한적인 문제가 있을 수 있어 적용하기에 무리가 따른다.
대한민국 공개특허공보 10-2013-0043427
이에 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 스마트폰과 같은 모바일 기기의 OIS 카메라에 적용되어 기구적 구성 형태에 따라 발생되는 링잉(Ringing) 문제와 손떨림 진동 외에 외부 진동 및 충격에 의해 발생되는 2차 발진에 대한 문제를 간단하게 보정할 수 있는 보이스 코일 액츄에이터 제어장치를 제공함에 있다.
더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 범용 PID 제어기를 사용하되, 홀 센서 감지신호의 신호 전달 과정과 ADC(Analog-to-Digital Converter) 변환 과정시 발생되는 노이즈 성분을 필터링하여 노이즈에 의한 PID 제어기의 오동작을 방지함은 물론, 높은 주파수 진동에 대해 PID 제어기가 반응하지 않는 것과 같은 효과를 얻도록 하여 시스템의 구동 안정성을 향상시킬 수 있는 보이스 코일 액츄에이터 제어장치를 제공함에 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 보이스 코일 액츄에이터 제어장치는,
홀 센서로부터 보이스 코일 액츄에이터의 렌즈위치정보와, 자이로 센서로부터 카메라 손떨림에 의한 회전 각속도 데이터를 입력받아 보이스 코일 액츄에이터를 제어하는 장치에 있어서,
상기 회전 각속도 데이터에서 잡음 성분을 제거하여 손떨림 각도값을 출력하기 위한 각도 추출기와;
상기 렌즈위치정보를 증폭 및 디지털 변환하여 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 추출하고, 추출된 손떨림 진동 이외의 진동 성분과 상기 손떨림 각도값 및 상기 렌즈위치정보를 연산 처리하여 손떨림 진동 및 손떨림 진동 이외의 진동성분을 보정한 렌즈 이동량 제어 데이터를 생성하고, 그 생성된 렌즈 이동량 제어 데이터에 따른 전류신호를 발생하여 상기 보이스 코일 액츄에이터에 인가하기 위한 서보 제어기;를 포함함을 특징으로 한다.
이러한 보이스 코일 액츄에이터 제어장치에 있어서 상기 서보 제어기는,
상기 홀 센서의 렌즈위치정보를 증폭하기 위한 증폭기와;
상기 증폭된 렌즈위치정보를 디지털 변환하기 위한 ADC와;
디지털 변환된 상기 렌즈위치정보로부터 손떨림 진동과 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 각각 추출하기 위한 진동 추출기와;
상기 진동 추출기에서 추출된 손떨림 진동 성분이 포함된 렌즈위치정보와 상기 손떨림 각도값을 이용하여 손떨림 보정된 렌즈 이동량 제1제어 데이터를 산출하기 위한 PID 제어기와;
상기 손떨림 보정된 렌즈 이동량 제1제어 데이터에 상기 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 보정하기 위한 렌즈 이동량 제2제어 데이터를 가산 출력하기 위한 스텝 변환기와;
상기 스텝 변환기 출력신호에 따라 상기 보이스 코일 액츄에이터를 구동시키기 위한 전류신호를 발생하기 위한 모터 구동부;를 포함함을 특징으로 하며,
더 나아가 상기 진동 추출기는 손떨림 진동 이외의 노이즈 및 고주파 진동 성분을 추출하기 위한 하이패스필터이되, 하기 수학식의 특성을 가짐을 특징으로 하는 한다.
Figure 112014051662650-pat00001
Figure 112014051662650-pat00002
: 하이패스필터의 게인 결정 파라미터,
Figure 112014051662650-pat00003
: 직전 샘플링되어 처리된 하이패스필터의 출력값,
error: 디지털 변환된 렌즈위치정보,
errort: 이전 에러(error) 데이터
변형 실시예로서 상술한 보이스 코일 액츄에이터 제어장치의 서보 제어기는,
상기 홀 센서의 렌즈위치정보를 증폭하기 위한 증폭기와;
상기 증폭된 렌즈위치정보를 디지털 변환하기 위한 ADC와;
디지털 변환된 상기 렌즈위치정보로부터 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 추출하기 위한 진동 추출기와;
상기 렌즈위치정보와 상기 손떨림 각도값을 이용하여 손떨림 보정된 렌즈 이동량 제1제어 데이터를 산출하기 위한 PID 제어기와;
상기 손떨림 보정된 렌즈 이동량 제1제어 데이터에 상기 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 보정하기 위한 렌즈 이동량 제2제어 데이터를 가산 출력하기 위한 스텝 변환기와;
상기 스텝 변환기 출력신호에 따라 상기 보이스 코일 액츄에이터를 구동시키기 위한 전류신호를 발생하기 위한 모터 구동부;를 포함하도록 변형될 수 있음을 특징으로 한다.
이러한 구성의 서보 제어기에서 상기 진동 추출기는 손떨림 진동 이외의 노이즈 및 고주파 진동 성분을 추출하기 위한 하이패스필터이되, 하기 수학식의 특성을 가짐을 특징으로 한다.
Figure 112014051662650-pat00004
Figure 112014051662650-pat00005
: 하이패스필터의 게인 결정 파라미터,
Figure 112014051662650-pat00006
: 직전 샘플링되어 처리된 하이패스필터의 출력값,
error: 디지털 변환된 렌즈위치정보,
errort: 이전 에러(error) 데이터
상술한 과제 해결 수단에 따르면, 본 발명은 스마트폰과 같은 모바일 기기의 OIS 카메라에 적용되어 기구적 구성 형태에 따라 발생되는 링잉(Ringing) 문제와 손떨림 진동 외에 외부 진동 및 충격에 의해 발생되는 2차 발진에 대한 문제를 간단하게 보정할 수 있는 이점이 있으며,
더 나아가 본 발명은 폐루프 기반의 범용 PID 제어기에 쉽게 결합되어 보이스 코일 액츄에이터의 위치를 정밀하게 추종 제어할 할 수 있음은 물론, 높은 고주파 성분의 노이즈 진동에 대해서 PID 제어기가 반응하지 않는 것과 같은 효과를 얻도록 하여 시스템의 구동 안정성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명은 범용 PID 제어기를 사용하되, 홀 센서 감지신호의 신호 전달 과정과 ADC(Analog-to-Digital Converter) 변환 과정시 발생되는 노이즈 성분을 필터링하여 노이즈에 의한 PID 제어기의 오동작을 방지할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.
아울러 진동 추출기는 HPF의 고유 특성을 이용하기 때문에 알고리즘 구현이 매우 단순하고 감지 주파수 대역폭 조절을 위한 파라메터가 하나뿐이므로 튜닝이 매우 쉽다는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 보이스 코일 액츄에이터 제어장치의 블럭구성 예시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 손떨림 진동 파형과 손떨림 진동 이외의 고주파 진동성분이 제거된 파형 예시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 진동 추출기 적용시 링잉(Ringing) 감소 및 발진 감소 현상을 측정한 파형 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 보이스 코일 액츄에이터를 제어하기 위한 전류 파형과 그에 따른 링잉(Ringing) 감쇠 성능을 측정한 결과 파형 예시도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성과 같은 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 보이스 코일 액츄에이터 제어장치의 블럭구성도를 예시한 것이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 손떨림 진동 파형과 손떨림 진동 이외의 고주파 진동성분이 제거된 파형도를, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 진동 추출기 적용시 링잉(Ringing) 감소 및 발진 감소 현상을 측정한 파형도를 각각 예시한 것이다. 그리고 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 보이스 코일 액츄에이터를 제어하기 위한 전류 파형과 그에 따른 링잉(Ringing) 감쇠 성능을 측정한 결과 파형도를 예시한 것이다.
우선 본 발명의 실시예에 따른 보이스 코일 액츄에이터(VCA) 제어장치는 보이스 코일 액츄에이터(VCA)의 홀 센서로부터 보이스 코일 액츄에이터의 렌즈위치정보와, 자이로 센서(100)로부터 카메라 손떨림에 의한 회전 각속도 데이터를 입력받아 보이스 코일 액츄에이터(VCA)를 제어한다.
이를 위해 보이스 코일 액츄에이터(VCA) 제어장치는 도 1에 도시한 바와 같이 자이로 센서(100)에서 출력되는 회전 각속도 데이터에서 잡음 성분을 제거하여 손떨림 각도값을 출력하는 각도 추출기(200)와,
보이스 코일 액츄에이터(VCA)의 홀 센서에서 감지된 렌즈위치정보를 증폭 및 디지털 변환하여 손떨림 진동 이외의 진동 성분(노이즈 및 고주파 진동 성분)을 추출하고, 추출된 손떨림 진동 이외의 진동 성분과 상기 손떨림 각도값 및 상기 렌즈위치정보를 연산 처리하여 손떨림 진동 및 손떨림 진동 이외의 진동성분을 보정한 렌즈 이동량 제어 데이터를 생성하고, 그 생성된 렌즈 이동량 제어 데이터에 따른 전류신호를 발생하여 보이스 코일 액츄에이터(VCA, 400)에 인가하기 위한 서보 제어기(300)를 포함한다.
서보 제어기(300)는 다시 홀 센서의 렌즈위치정보를 증폭하기 위한 증폭기(Hall Amp:360)와, 상기 증폭된 렌즈위치정보를 디지털 변환하기 위한 ADC(Analog-to-Digital:ADC)(310)와, 디지털 변환된 상기 렌즈위치정보로부터 손떨림 진동과 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 각각 추출하기 위한 진동 추출기(320)와, 상기 진동 추출기(320)에서 추출된 손떨림 진동 성분이 포함된 렌즈위치정보와 상기 손떨림 각도값을 이용하여 손떨림 보정된 렌즈 이동량 제1제어 데이터를 산출하기 위한 PID 제어기(330)와, 상기 손떨림 보정된 렌즈 이동량 제1제어 데이터에 상기 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 보정하기 위한 렌즈 이동량 제2제어 데이터를 가산 출력하기 위한 스텝 변환기(340) 및 스텝 변환기(340) 출력신호에 따라 보이스 코일 액츄에이터(VCA:400)를 구동시키기 위한 전류신호를 발생하기 위한 모터 구동부(350)를 포함한다.
참고적으로 진동 추출기(320)는 손떨림 진동 이외의 노이즈 및 고주파 진동 성분을 추출하기 위한 하이패스필터(HPF)이되, 하기 수학식의 특성을 가진다.
Figure 112014051662650-pat00007
Figure 112014051662650-pat00008
: 하이패스필터의 게인 결정 파라미터,
Figure 112014051662650-pat00009
: 직전 샘플링되어 처리된 하이패스필터의 출력값,
error: 디지털 변환된 렌즈위치정보,
errort: 이전 에러(error) 데이터
상술한 바와 같은 구성을 가지는 보이스 코일 액츄에이터(VCA) 제어장치의 동작을 부연 설명하면,
우선 보이스 코일 액츄에이터(VCA)(400)의 홀 센서로부터 감지된 보이스 코일 액츄에이터의 렌즈위치정보는 홀 앰프(360)를 통해 증폭되어 ADC(310)에서 디지털 변환되어 진동 추출기(320)로 전달된다.
디지털 변환된 렌즈위치정보에는 손떨림 진동 성분 외에 노이즈 및 고주파 성분이 포함되어 있다. 만약 PID 제어기(330)의 성능이 낮다면 손떨림 진동 주파수 2Hz∼15Hz 대역 이외에 외부로부터 전달되는 충격이나 수 KHz 이상의 고주파 성분에 대한 진동을 실시간 추종할 수 없고, 그러한 노이즈로 인해 PID 제어기(330)가 오동작할 수 있다. 이와 같이 사양이 낮은 범용 PID 제어기(330)를 사용하면서도 상술한 고주파 진동에 의한 영향을 최소화하기 위해 본 발명에서는 진동 추출기(320)를 활용한다. 즉, HPF를 이용하여 손떨림 진동 주파수 2Hz~15Hz 외에 고주파 진동 잡음을 제거하여 PID 제어기(330)의 오차 계산을 위한 에러(렌즈위치정보에 해당) 입력으로 재사용한다.
일반적인 비례 제어기는
Figure 112014051662650-pat00010
와 같이 홀 센서에서 출력되는 렌즈위치정보를 증폭한후 디지털 변환된 데이터를 그대로 에러 입력으로 사용한다. 이때 에러에 노이즈 및 고주파 성분의 진동이 있을 경우 비례 제어기는
Figure 112014051662650-pat00011
의 크기만큼 증폭하여 렌즈를 제어한다. 하지만 진동 추출기(320)인 HPF 특성 식에 적용할 경우 에러는 고주파 진동 및 노이즈가 제거된 값으로 이 값을 비례 제어기에 적용할 경우 원치 않는 진동에 대해서 PID 제어기(330)가 반응하지 않게 되어 시스템에 안정성을 향상시킬 수 있다. 참고적으로 도 2에는 진동 추출기(320) 통과 전, 후의 파형이 도시되어 있다.
이러한 이유에 근거하여 다시 도 1을 참조해 보면, HPF로 구현 가능한 진동 추출기(320)는 디지털 변환된 렌즈위치정보로부터 손떨림 진동과 고주파 성분에 해당하는 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 추출한다. 고주파 성분이 제거된, 즉 손떨림 진동 성분만이 포함된 렌즈위치정보는 PID 제어기(330)로 전달되고, 고주파 성분인 손떨림 진동 이외의 진동 성분은 후술하는 스텝 변환기(340)로 전달된다.
이에 PID 제어기(330)에서는 진동 추출기(320)에서 추출된 손떨림 진동 성분이 포함된 렌즈위치정보와 각도 추출기(200)에서 입력된 손떨림 각도값을 이용하여 렌즈 위치를 제어하기 위한, 즉 손떨림 보정된 렌즈 이동량 제1제어 데이터(렌즈를 이동시키기 위한 제어 데이터와 동일 의미로 해석)를 산출한다. 참고적으로 PID 제어기(330)의 내부 특성식은
Figure 112014051662650-pat00012
와 같다. 참고적으로 PID의 값은 현재 렌즈가 위치한 값에 대한 정보를 포함하고 있으므로 정상 상태에서 에러가 없다면 PID값은 변하지 않을 것이다.
PID 제어기(330)에 의해 손떨림 보정된 렌즈 이동량 제1제어 데이터가 스텝 변환기(340)로 전달되면, 스텝 변환기(340)에서는 전달된 상기 손떨림 보정된 렌즈 이동량 제1제어 데이터에 진동 추출기(320)로부터 출력된 고주파 진동 성분을 가산(
Figure 112016002818291-pat00013
)한다. 이때 진동 추출기(320)로부터 출력된 손떨림 진동 이외의 고주파 진동 성분은 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 보정하기 위한 렌즈 이동량 제2제어 데이터로서, 상기 렌즈 이동량 제2제어 데이터는 역위상 성분이므로 결과적으로 고주파 진동이 발생되는 반대 방향으로 힘을 가해 보이스 코일 액체에이터(VCA)의 진동을 억제하게 하는 가상 댐퍼 역할을 한다. 가상 댐퍼가 적용될 경우 PID 제어기(330)의 I 제어기의 누적 오차 값이 계속해서 증가하지 않게 되어 결국 출력 응답에 대한 지연을 방지할 수 있다. 또한 PID 제어기(330)에서 출력되는 위치 적분값에 영향을 주지 않고 독립적으로 동작하게 되므로 충격이 없는 상황에서 PID 제어기(330)의 제어 이득을 간섭하지 않는 장점을 가지게 된다.
한편, 스텝 변환기(340)가 렌즈 이동량 제1제어 데이터와 제2제어 데이터를 가산하여 모터 구동부(350)의 처리비트에 맞게 변환하여 출력하면, 모터 구동부(350)는 보이스 코일 액츄에이터(VCA:400)를 구동시키기 위한 전류신호를 발생하여 출력함으로써, 보이스 코일 액츄에이터(VCA:400)는 손떨림 진동 및 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 각각 보정하기 위한 위치로 이동할 수 있게 되는 것이다.
참고적으로 도 3은 진동 추출기(320)를 사용했을 때와 사용하지 않을 경우의 결과 파형을 도시한 것이다. 도 3에서 왼쪽 첫 번째 그림은 액추에이터 제어 시 발생되는 발진 현상을 측정한 파형이고, 오른쪽은 진동 추출기(320, RRF)의 온(ON), 오프(OFF) 시에 진동 억제에 대한 성능을 측정한 파형이다. 도 3을 참조해 보면, 액츄에이터 고유 진동주기에도 반응하기 때문에 링잉(Ringing)에 대한 억제 효과도 있으며, 외부에서 전달되는 충격에 의한 진동 역시 빠르게 대응 가능하다.
더 나아가 도 4에서는 렌즈가 실제 움직이는 모습을 레이져 변위센서를 통해 측정한 파형을 도시하였고, 홀 피드백 신호는 홀 센서에서 출력되는 신호를 증폭한 것을 측정한 것이며, 제어신호 PID+RRF는 스텝 변환기(340)에서 최종 출력되는 전류 파형을 도시한 것이다. 도 4에서 손떨림이 발생되는 진동 주파수는 대략 5Hz로 이때는 PID 제어기(330)에 의해 정밀하게 렌즈를 제어하고 있으며, 링잉(Ringing)에 의한 진동 발생시 진동 추출기(320,RRF) 출력에 의해 전류가 렌즈 이동 반대 방향으로 빠르게 반응하는 것을 알 수 있다. 이와 같이 정상적인 진동 파형에 대해서 RRF는 PID 제어기(330)에 간섭을 하지 않으며, 그외 발생되는 진동파형에 대해서만 빠르게 응답하여 진동을 감쇠시키는 특징을 가지고 있음을 알 수 있다.
이상의 서보 제어기(300)에서는 홀 앰프(360)에서 증폭된 렌즈위치정보가 ADC(310) 및 진동 추출기(320)를 거쳐 PID 제어기(330)로 전달되어 보이스 코일 액츄에이터(VCA)의 이동을 제어하는 경우를 설명하였지만, 이하에서는 렌즈위치정보가 ADC(310)를 거쳐 PID 제어기(330)로 전달되는 서보 제어기(300)에 대해 설명하기로 한다.
우선 보이스 코일 액츄에이터(VCA)(400)의 홀 센서로부터 감지된 보이스 코일 액츄에이터의 렌즈위치정보는 홀 앰프(360)를 통해 증폭되어 ADC(310)에서 디지털 변환되어 진동 추출기(320) 및 PID 제어기(330)로 전달된다. 진동 추출기(320)에서는 디지털 변환된 렌즈위치정보로부터 손떨림 진동 이외의 고주파 진동 성분을 추출하여 후술할 스텝 변환기(340)로 전달한다.
한편 디지털 변환된 렌즈위치정보에는 손떨림 진동 성분 외에 노이즈 및 고주파 성분이 포함되어 있다. 만약 고주파 진동이 입력될 경우 낮은 성능의 범용 PID 제어기(330)가 사용된다면 빠른 응답에 반응하지 못하고 누적된 오차로 인해 시스템이 점점 과도 응답에 진입할 가능성이 높아진다. 따라서 과도 응답에 진입하기 전에 PID 제어기(330)의 출력에 대해 손떨림 이외의 고주파 진동 성분으로 렌즈 이동량 제어 데이터를 보정하게 되면 과도 응답 진입 가능성이 현저히 낮아질 수 있다. 즉, 보이스 코일 액츄에이터의 제어는 스텝 변환기(340)의 출력인
Figure 112014051662650-pat00014
로 계속해서 이루어지나, 고주파 진동 및 노이즈로 인해 발생하는 문제는
Figure 112014051662650-pat00015
에 의해서 가상 댐퍼와 같은 역할을 하게 되어 진동을 최대한 억제할 수 있다. 따라서 PID 제어기(330)는 급변하는 렌즈 오차에 빠르게 대응하지 않기 때문에 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다.
이를 도 1을 참조하여 부연 설명하면, ADC(310)에서 출력되는 렌즈위치정보는 직접 PID 제어기(330)로 전달되기에, PID 제어기(330)에서는 디지털 변환된 렌즈위치정보와 각도 추출기(200)에서 출력되는 손떨림 각도값을 이용하여 손떨림 진동 및 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 보정하기 위한 렌즈 이동량 제1제어 데이터를 산출한다.
PID 제어기(330)에 의해 렌즈 이동량 제1제어 데이터가 스텝 변환기(340)로 전달되면, 스텝 변환기(340)에서는 전달된 렌즈 이동량 제1제어 데이터에 진동 추출기(320)로부터 출력된 고주파 진동 성분을 가산(
Figure 112014051662650-pat00016
)한다. 이때 진동 추출기(320)로부터 출력된 고주파 진동 성분은 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 보정하기 위한 렌즈 이동량 제2제어 데이터로서, 상기 렌즈 이동량 제2제어 데이터는 역위상 성분이므로 결과적으로 고주파 진동이 발생되는 반대 방향으로 힘을 가해 보이스 코일 액체에이터(VCA)의 진동을 억제하게 하는 가상 댐퍼 역할을 하여 보이스 코일 액츄에이터(VCA)의 진동을 억제한다.
한편, 스텝 변환기(340)가 렌즈 이동량 제1제어 데이터와 제2제어 데이터를 가산하여 모터 구동부(350)의 처리비트에 맞게 변환하여 출력하면, 모터 구동부(350)는 보이스 코일 액츄에이터(VCA:400)를 구동시키기 위한 전류신호를 발생하여 출력함으로써, 보이스 코일 액츄에이터(VCA:400)는 손떨림 진동 및 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 각각 보정하기 위한 위치로 이동할 수 있게 되는 것이다.
따라서 본 발명의 변형 실시예에 따른 서보 제어기(300)의 PID 제어기(330)는 급변하는 렌즈 오차에 빠르게 대응하지 않기 때문에 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있으며, 본 발명은 폐루프 기반의 범용 PID 제어기만을 사용해도 안정되게 렌즈를 정밀하게 추종 제어할 수 있다.
이상 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 홀 센서로부터 보이스 코일 액츄에이터의 렌즈위치정보와, 자이로 센서로부터 카메라 손떨림에 의한 회전 각속도 데이터를 입력받아 보이스 코일 액츄에이터를 제어하는 장치에 있어서,
    상기 회전 각속도 데이터에서 잡음 성분을 제거하여 손떨림 각도값을 출력하기 위한 각도 추출기와;
    상기 렌즈위치정보를 증폭 및 디지털 변환한 후 손떨림 진동과 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 각각 추출하고, 추출된 손떨림 진동 성분이 포함된 렌즈위치정보와 상기 손떨림 각도값을 이용하여 손떨림 보정된 렌즈 이동량 제1제어 데이터를 산출하며, 상기 손떨림 보정된 렌즈 이동량 제1제어 데이터에 상기 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 렌즈 이동량 제2제어 데이터로서 가산하여 손떨림 진동 및 손떨림 진동 이외의 진동성분이 보정된 렌즈 이동량 제어 데이터를 생성하고, 생성된 렌즈 이동량 제어 데이터에 따른 전류신호를 발생하여 상기 보이스 코일 액츄에이터에 인가하기 위한 서보 제어기;를 포함함을 특징으로 하는 보이스 코일 액츄에이터 제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 서보 제어기는,
    상기 홀 센서의 렌즈위치정보를 증폭하기 위한 증폭기와;
    상기 증폭된 렌즈위치정보를 디지털 변환하기 위한 ADC와;
    디지털 변환된 상기 렌즈위치정보로부터 손떨림 진동과 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 각각 추출하기 위한 진동 추출기와;
    상기 진동 추출기에서 추출된 손떨림 진동 성분이 포함된 렌즈위치정보와 상기 손떨림 각도값을 이용하여 손떨림 보정된 렌즈 이동량 제1제어 데이터를 산출하기 위한 PID 제어기와;
    상기 손떨림 보정된 렌즈 이동량 제1제어 데이터에 상기 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 렌즈 이동량 제2제어 데이터로서 가산하여 손떨림 진동 및 손떨림 진동 이외의 진동 성분이 보정된 렌즈 이동량 제어 데이터를 출력하기 위한 스텝 변환기와;
    상기 렌즈 이동량 제어 데이터에 따라 상기 보이스 코일 액츄에이터를 구동시키기 위한 전류신호를 발생하기 위한 모터 구동부;를 포함함을 특징으로 하는 보이스 코일 액츄에이터 제어장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 진동 추출기는 손떨림 진동 이외의 노이즈 및 고주파 진동 성분을 추출하기 위한 하이패스필터이되, 하기 수학식의 특성을 가짐을 특징으로 하는 보이스 코일 액츄에이터 제어장치.
    Figure 112014051662650-pat00017

    Figure 112014051662650-pat00018
    : 하이패스필터의 게인 결정 파라미터,
    Figure 112014051662650-pat00019
    : 직전 샘플링되어 처리된 하이패스필터의 출력값,
    error: 디지털 변환된 렌즈위치정보,
    errort: 이전 에러(error) 데이터
  4. 홀 센서로부터 보이스 코일 액츄에이터의 렌즈위치정보와, 자이로 센서로부터 카메라 손떨림에 의한 회전 각속도 데이터를 입력받아 보이스 코일 액츄에이터를 제어하는 장치에 있어서,
    상기 회전 각속도 데이터에서 잡음 성분을 제거하여 손떨림 각도값을 출력하기 위한 각도 추출기와;
    상기 홀 센서의 렌즈위치정보를 증폭하기 위한 증폭기와;
    상기 증폭된 렌즈위치정보를 디지털 변환하기 위한 ADC와;
    디지털 변환된 상기 렌즈위치정보로부터 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 추출하기 위한 진동 추출기와;
    디지털 변환된 렌즈위치정보와 상기 손떨림 각도값을 이용하여 손떨림 진동 및 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 보정하기 위한 렌즈 이동량 제1제어 데이터를 산출하기 위한 PID 제어기와;
    상기 렌즈 이동량 제1제어 데이터에 상기 추출된 손떨림 진동 이외의 진동 성분을 렌즈 이동량 제2제어 데이터로서 가산 출력하기 위한 스텝 변환기와;
    상기 스텝 변환기 출력신호에 따라 상기 보이스 코일 액츄에이터를 구동시키기 위한 전류신호를 발생하기 위한 모터 구동부;를 포함함을 특징으로 하는 보이스 코일 액츄에이터 제어장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 진동 추출기는 손떨림 진동 이외의 노이즈 및 고주파 진동 성분을 추출하기 위한 하이패스필터이되, 하기 수학식의 특성을 가짐을 특징으로 하는 보이스 코일 액츄에이터 제어장치.
    Figure 112014051662650-pat00020

    Figure 112014051662650-pat00021
    : 하이패스필터의 게인 결정 파라미터,
    Figure 112014051662650-pat00022
    : 직전 샘플링되어 처리된 하이패스필터의 출력값,
    error: 디지털 변환된 렌즈위치정보,
    errort: 이전 에러(error) 데이터
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