KR100820811B1 - 휴대 단말기에 장착된 카메라의 렌즈 구동 장치 - Google Patents

휴대 단말기에 장착된 카메라의 렌즈 구동 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 휴대 단말기에 장착된 카메라에 있어서, 특히 자동초점 및 줌을 지원하는 카메라의 렌즈 구동 장치에 관한 것으로, 압전 소자(piezoelectric element)를 사용하여 자동초점/줌 기능을 지원하며, 특히 가격이나 전력 소모 및 장치 부피에 있어서 보다 유리하면서도 자동초점/줌 기능을 지원하는 휴대 단말기에 장착된 카메라의 렌즈 구동 장치에 관한 발명이다.
피에조(piezo), 자동초점(auto focusing), 줌(zoom), H-브리지 회로,

Description

휴대 단말기에 장착된 카메라의 렌즈 구동 장치{apparatus for driving lens of camera established in a mobile terminal}
도 1은 종래 기술에 따른 카메라 렌즈 구동 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 렌즈 구동 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 피에조 렌즈 구동을 위한 H-브리지 회로의 상세 구성을 나타낸 도면.
도 4는 도 3의 회로 구성에 따른 포워드 방향의 피에조 렌즈 구동에 대한 타이밍도.
도 5는 도 3의 회로 구성에 따른 리버스 방향의 피에조 렌즈 구동에 대한 타이밍도.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예들에 따른 카메라 렌즈 구동 장치의 일부 구성을 나타낸 도면으로, a)는 레벨 쉬프터를 사용하는 경우의 예이고, b)는 풀-업 저항을 사용하는 경우의 예이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 피에조 렌즈 구동을 위한 H-브리지 회로의 구성을 나타낸 도면.
본 발명은 카메라에 관한 것으로, 특히 자동초점 및 줌을 지원하는 카메라의 렌즈 구동 장치에 관한 것이다.
휴대 단말기에 장착된 디지털 카메라나 일반적인 디지털 카메라와 같이 최근에 개발된 디지털 카메라들은 자동초점(auto focusing)이나 줌(zooming) 기능을 구비한다.
종래의 자동초점이나 줌 기능은 스텝 모터(step motor) 구동 방식이나 보이스 코일 모터(voice coil motor) 구동 방식 등 다양한 방식들로 구현되었다.
도 1은 종래 기술에 따른 카메라 렌즈 구동 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 렌즈 구동 장치는 디지털 신호 처리부(1)와 렌즈 구동부(3)를 포함하여 구성되며, 렌즈(lens)(4a)와 카메라 센서(4b)를 구비한 카메라 모듈(4)을 더 포함하여 구성된다.
디지털 신호 처리부(1)는 카메라 모듈(4)로부터 입력되는 영상 신호를 기본으로 하여 렌즈 구동을 위한 제어신호를 출력한다.
또한 디지털 신호 처리부(1)는 제어신호를 사용하여 렌즈 구동부(3)의 구동을 제어한다. 또한 디지털 신호 처리부(1)는 사용자의 카메라 조작에 따라 렌즈 구동부(3)의 구동을 제어한다.
렌즈 구동부(3)는 디지털 신호 처리부(1)의 제어에 따라 카메라 모듈(4)의 렌즈(4a)를 움직인다.
상기한 렌즈 구동부(3)에 적용되는 구동 방식으로는 일반적으로 전술된 스텝 모터(step motor) 구동 방식이나 보이스 코일 모터(voice coil motor) 구동 방식을 사용한다.
스텝 모터 구동 방식은 제어가 쉽고 자동초점/줌 기능을 수행하는데 있어서 미세 조정이 가능하다. 그러나 자동초점/줌 기능을 수행하기 위해서는 일반적으로 2개 이상의 모터가 사용된다. 그에 따라 가격 상승이 필연적이며, 전체적인 장치적 부피가 커지고 전력 소모 또한 많다는 단점이 있다.
또한 보이스 코일 모터 구동 방식은 다른 구동 방식에 비해 상대적으로 저가이기는 하나 자동초점 기능의 구현만 용이하고 광학 줌(optical zooming) 기능의 구현은 어렵다는 단점이 있다.
따라서 종래 기술에서는 자동초점/줌 기능을 수행하기 위한 보다 발전된 장치 구현이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 압전 소자(piezoelectric element)를 사용하여 자동초점/줌 기능을 지원하는 휴대 단말기에 장착된 카메라의 렌즈 구동 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 가격, 전력 소모 및 장치 부피에 있어서 보다 유리하면서도 자동초점/줌 기능을 지원하는 휴대 단말기에 장착된 카메라의 렌즈 구동 장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 카메라의 렌즈 구동 장치의 특징은, 렌즈; 상기 렌즈를 구동시키는 압전 소자(piezoelectric element)를 구비하여, 상기 압전 소자의 양단에 인가되는 전압의 방향에 따라 상기 렌즈가 움직이도록 구동시키는 피에조 렌즈 구동부(piezo actuator); 미리 구비된 자동초점(Auto Focusing) 알고리즘을 사용하여 상기 렌즈를 통해 입력된 영상 신호에 대한 자동초점을 위한 조정 값을 출력하는 디지털 신호 처리부(Digital Signaling Processor); 상기 디지털 신호 처리부(DSP)로부터 제공되는 조정 값을 사용하여 상기 압전 소자의 구동을 위한 일정 전압을 생성하는 제어부; 상기 제어부에서 출력되는 신호에 따라 상기 압전 소자의 양단에 인가되는 전압의 방향을 조절하기 위해 복수 개의 전계 효과 트랜지스터로 이루어지는 H-브리지 회로부(H-bridge circuit); 상기 제어부와 상기 H-브리지 회로부의 사이에 구비되어, 상기 제어부에서 생성된 전압을 상기 압전 소자가 상기 렌즈를 구동시키는데 요구되는 동작 전압으로 변경시켜 출력하기 위해 레벨 쉬프터(level shiter)로 구성된 인터페이스부를 포함하여 구성되는 것이다.
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바람직하게, 상기 H-브리지 회로부는 복수 개의 전계 효과 트랜지스터들을 구비한다. 여기서 상기 전계 효과 트랜지스터들은, 게이트(Gate)는 상기 제어부의 제1 출력단에 대응되는 상기 인터페이스부의 제1출력단과 연결되고, 소스(Source)는 공급 전압과 연결되고, 드레인(Drain)은 상기 압전 소자의 제1 단에 연결되는 제1 전계 효과 트랜지스터; 게이트는 상기 제어부의 제2 출력단에 대응되는 상기 인터페이스부의 제2출력단과 연결되고, 소스는 상기 공급 전압과 연결되고, 드레인은 상기 압전 소자의 제2 단에 연결되는 제2 전계 효과 트랜지스터; 게이트는 상기 제어부의 제3 출력단에 대응되는 상기 인터페이스부의 제3출력단과 연결되고, 소스는 접지(GND)와 연결되고, 드레인은 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 드레인 및 상기 압전 소자의 제1 단에 연결되는 제3 전계 효과 트랜지스터; 그리고, 게이트는 상기 제어부의 제4 출력단에 대응되는 상기 인터페이스부의 제4출력단과 연결되고, 소스는 접지(GND)와 연결되고, 드레인은 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 드레인 및 상기 압전 소자의 제2 단에 연결되는 제4 전계 효과 트랜지스터를 포함한다.
그리고 상기 H-브리지 회로부는, 상기 압전 소자의 제1 단과 상기 접지간에 연결되는 제1 충전용 캐패시터와, 상기 압전 소자의 제2 단과 상기 접지간에 연결되는 제2 충전용 캐패시터를 더 구비한다. 그리고 상기 전계 효과 트랜지스터들은, 게이트가 상기 제어부의 제1 출력단에 대응되는 상기 인터페이스부의 제1출력단에 연결되고, 소스가 상기 접지와 연결되고, 드레인은 상기 제1 충전용 캐패시터의 접지측 일단과 연결되는 제5 전계 효과 트랜지스터; 그리고, 게이트가 상기 제어부의 제2 출력단에 대응되는 상기 인터페이스부의 제2출력단에 연결되고, 소스가 상기 접지와 연결되고, 드레인은 상기 제2충전용 캐패시터의 접지측 일단과 연결되는 제6 전계 효과 트랜지스터를 더 포함한다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라의 렌즈 구동 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 휴대 단말기에 장착된 카메라의 렌즈 구동 장치는 디지털 신호 처리부(DSP : Digital Signaling Processor)(10)와 제어부(20)와 H-브리지 회로부(H-bridge circuit)(30)와 피에조 렌즈 구동부(piezo actuator)(40)를 포함하여 구성되며, 렌즈(lens)(51)와 카메라 센서(52)를 구비한 카메라 모듈(50)을 더 포함하여 구성된다.
디지털 신호 처리부(10)는 카메라 모듈(50)로부터 입력되는 영상 신호를 기본으로 하여 미리 구비되어 있던 자동초점 알고리즘을 수행한다. 그리고 그 수행 결과 즉, 자동초점 구동을 위한 제어신호를 제어부(20)로 출력한다. 다시 말하자면, 디지털 신호 처리부(10)는 입력된 영상 신호를 자동초점 알고리즘에 사용하여, 고정된 촬상면에 초점을 자동으로 맞추기 위한 조정 값을 산출한 후에 제어부(20)로 출력한다.
카메라 모듈(50)에서 카메라 센서(52)로는 CCD(Charge Coupled Device) 센서나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서를 사용한다. 또한 렌즈(51)는 자동초점(AF : Auto Focusing)과 광학 줌(optical zooming)을 모두 지원하며, 디지털 줌(digital zoom)은 디지털 신호 처리부(10)가 지원한다.
제어부(20)는 마이크로컨트롤러(micro controller)가 사용되며, 디지털 신호 처리부(10)의 제어신호(조정 값)를 사용하여 자동초점 및 줌 구동을 위한 제어신호(피에조 렌즈 구동을 위한 구동 전압 펄스)를 생성하고 그를 H-브리지 회로부(30)로 출력한다. 또한 제어부(20)는 사용자가 셔터 또는 기능 버튼(예를 들어, 줌인(zoom in) 또는 줌아웃(zoom out)을 위한 버튼)을 조작에 따라 자동초점(auto focusing) 및 줌(zooming) 구동을 위한 제어신호를 H-브리지 회로부(30)에 출력한다.
H-브리지 회로부(30)는 상기 제어부(20)의 제어신호에 따라 피에조 렌즈 구동부(piezo actuator)(40)에 공급될 전압을 스위칭(switching)한다. 여기서, 상기 전압의 스위칭은 전류 방향의 스위칭과 동일한 의미이다. 따라서 이하에서 양단에 걸리는 전압의 극(+ 또는 -)을 스위칭하는 것을 중심으로 설명하되, 전류 방향을 스위칭하는 것에 대해서도 기재한다. 요약하면, H-브리지 회로부(30)는 전압 및/또는 전류를 변화시킨다. 특히 H-브리지 회로부(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 4개의 전계 효과 트랜지스터(FET : Field Effect Transistor)를 사용한다. 또다른 예로써, H-브리지 회로부(30)는 도 7에 도시된 바와 같이 6개의 전계 효과 트랜지스터(FET)를 사용한다. 도 7은 도 3의 구성에 비해 전력 소모를 줄이기 위한 구성이다.
한편, 도 3 또는 도 7과 달리 H-브리지 회로부(30)에 전계 효과 트랜지스터(FET) 대신 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT : Bipolar Junction Transistor)를 사용하는 것도 바람직하다.
상기에서 H-브리지 회로부(30)에 전계 효과 트랜지스터(FET)들을 사용하면, 제어부(20)는 전계 효과 트랜지스터(FET)들의 게이트(Gate) 전압 또는 전류를 조절한다. 반면에 H-브리지 회로부(30)에 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)들을 사용하면, 제어부(20)는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)들의 베이스(Base) 전압 또는 전류를 조절한다. 그러나 이하에서는 H-브리지 회로부(30)에 전계 효과 트랜지스터(FET)들을 사용하는 예로써 설명한다.
피에조 렌즈 구동부(40)는 H-브리지 회로부(30)의 스위칭에 따라 카메라 모듈(50)의 렌즈(51)를 움직인다. 피에조 렌즈 구동부(40)는 압전 소자(piezoelectric element)를 구비한다. 그 압전 소자의 양단(A와 B)에 걸리는 전압 극상(또는 전류의 방향)에 따라 렌즈(51)가 포워드(forward) 방향으로 또는 리버스(reverse) 방향으로 움직인다. 다시 말하자면, 압전 소자의 양단에 흐르는 전류의 방향이 포워드 방향이면 렌즈(51)가 전방으로 움직이고, 그 전류의 방향이 리버스 방향이면 렌즈(51)가 후방으로 움직인다는 것과 의미가 통한다. 압전 소자의 양단(A와 B)은 H-브리지 회로부(30)에 구비된 전계 효과 트랜지스터(FET)들의 드레인(drain)과 연결된다. 그 연결 관계는 도 3 또는 도 7에 자세히 도시된다.
결국 제어부(20)가 H-브리지 회로부(30)에 구비된 전계 효과 트랜지스터(FET)들의 게이트 전압 또는 전류를 조절하는 제어신호들을 출력한다. 상기 제어부(20)의 제어신호 출력으로부터 전계 효과 트랜지스터(FET)들의 드레인 전압 또는 전류가 달라지며, 그에 따라 압전 소자(piezoelectric element)의 양단(A와 B)에 걸리는 전압이 달라진다.
다음은 본 발명에 따른 H-브리지 회로부(30)에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 피에조 렌즈 구동을 위한 H-브리지 회로의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, H-브리지 회로부(30)는 4개의 전계 효과 트랜지스터 (FET)(31~34)로 구성된다. 그리고 압전 소자(piezoelectric element)(41)의 양단(A와 B)에 걸리는 전압을 일정 레벨로 유지하기 위한 충전용 캐패시터(capacitor)(C1과 C2)(35,36)를 더 구비한다.
전계 효과 트랜지스터들(FETs)(31~34)의 게이트(Gate)들는 제어부(20)의 출력들과 일대일 대응하여 연결된다.
그에 따라 제어부(20)의 출력들 즉, 전계 효과 트랜지스터들(FETs)(31~34)의 게이트(Gate)들에 걸리는 전압(G0,G1,G2,G3) 상태에 따라 압전 소자(piezoelectric element)(41)의 양단(A와 B)에 걸리는 전압이 달라진다.
4개의 전계 효과 트랜지스터(FET)(31~34) 중에서, 제1 전계 효과 트랜지스터(31)와 제2 전계 효과 트랜지스터(32)는 P채널이며, 제3 전계 효과 트랜지스터(33)와 제4 전계 효과 트랜지스터(34)는 N채널이다.
P채널인 제1 전계 효과 트랜지스터(31)의 게이트(G0)는 제어부(20)의 하나의 출력단과 연결되며, 소스(S : Source)는 공급 전압(Vcc)과 연결된다. 또한 드레인(D : Drain)은 N채널인 제3 전계 효과 트랜지스터(33)의 드레인(D)과 연결되며, 압전 소자(41)의 일단에 연결된다.
또다른 P채널인 제2 전계 효과 트랜지스터(32)의 게이트(G1)는 제어부(20)의 다른 하나의 출력단과 연결되며, 소스(S)는 제1 전계 효과 트랜지스터(31)의 소스와 함께 공급 전압(Vcc)과 연결된다. 또한 드레인(D)은 N채널인 제4 전계 효과 트랜지스터(34)의 드레인(D)과 연결된다.
N채널인 제3 전계 효과 트랜지스터(33)의 게이트(G2)는 제어부(20)의 또다른 하나의 출력단과 연결되며, 소스(S)는 접지(GND)와 연결된다. 또한 드레인(D)은 전술했듯이 P채널인 제1 전계 효과 트랜지스터(31)의 드레인(D)과 연결되며, 또한 제1 전계 효과 트랜지스터(31)의 드레인(D)과 연결된 압전 소자(41)의 일단에 연결 된다.
또다른 N채널인 제4 전계 효과 트랜지스터(34)의 게이트(G3)는 제어부(20)의 또다른 하나의 출력단과 연결되며, 소스(S)는 제3 전계 효과 트랜지스터(33)의 소스와 함께 접지(GND)와 연결된다. 또한 드레인(D)은 전술했듯이 P채널인 제2 전계 효과 트랜지스터(32)의 드레인(D)과 연결된다.
한편 압전 소자(piezoelectric element)(41)의 일단(A)은 제1 전계 효과 트랜지스터(31)와 제3 전계 효과 트랜지스터(33)간의 드레인 연결에 대해 병렬로 연결되며, 압전 소자(piezoelectric element)(41)의 타단(B)은 제2 전계 효과 트랜지스터(32)와 제4 전계 효과 트랜지스터(34)간의 드레인 연결에 대해 병렬로 연결된다.
또한 하나의 충전용 캐패시터(C1)(35)는 압전 소자(piezoelectric element)(41)의 일단(A)과 접지(GND)간에 연결되며, 다른 충전용 캐패시터(C2)(36)는 압전 소자(piezoelectric element)(41)의 타단(B)과 접지(GND)간에 연결된다. 그리고 접지(GND)에는 접지 저항(R1)이 연결된다.
한편 도 4는 도 3의 회로 구성에 따른 포워드 방향의 렌즈 구동에 대한 타이밍도로써, 압전 소자(41)의 양단(A와 B)에 걸리는 전압에 의해 렌즈(51)가 포워드(Forward) 방향으로 구동할 때의 타이밍도이다.
제어부(20)는 전계 효과 트랜지스터들(31~34)의 각 게이트(G0,G1,G2,G3)에 렌즈(51)의 구동을 위한 제어신호(구동 전압 펄스)를 도 4와 같이 인가한다. 압전소자(41)의 양단(A-B)에 걸리는 전압은 A단에서 서로 쌍을 이루는 전계 효과 트랜지스터들(31,33)의 게이트에 인가되는 구동 전압 펄스와 B단에서 서로 쌍을 이루는 전계 효과 트랜지스터들(32,34)의 게이트에 인가되는 구동 전압 펄스 간의 차에 의해 도 4에 보인 바와 같이 변화되어, 양단의 전압 변화가 상승하면 A단에서 B단으로 전류가 흐른다.
또한 도 5는 도 3의 회로 구성에 따른 리버스 방향의 렌즈 구동에 대한 타이밍도로써, 압전 소자(41)의 양단(A와 B)에 걸리는 전압에 의해 렌즈(51)가 리버스(Reverse) 방향으로 구동할 때의 타이밍도이다.
제어부(20)는 전계 효과 트랜지스터들(31~34)의 각 게이트(G0,G1,G2,G3)에 렌즈(51)의 구동을 위한 제어신호(구동 전압 펄스)를 도 5와 같이 인가한다. 압전소자(41)의 양단(A-B)에 걸리는 전압은 A단에서 서로 쌍을 이루는 전계 효과 트랜지스터들(31,33)의 게이트에 인가되는 구동 전압 펄스와 B단에서 서로 쌍을 이루는 전계 효과 트랜지스터들(32,34)의 게이트에 인가되는 구동 전압 펄스 간의 차이에 의해 도 5에 보인 바와 같이 변화되어, 양단의 전압 변화가 하강하면 B단에서 A단으로 전류가 흐른다.
도 4 또는 도 5에 도시된 타이밍은 피에조 특성과 렌즈(51)에 따라 달라진다. 또한 압전 소자(41)의 양단(A와 B)에 걸리는 전압의 레벨도 사용하는 어플리케이션(application)에 따라 2.8~30볼트 이상까지 다양해진다.
그런데 만약 제어부(20)의 출력 전압과 피에조 렌즈 구동을 위한 압전 소자(41)의 동작 전압이 차이가 있을 경우에 대비하여, 도 6과 같이 제어부(20)와 H-브리지 회로부(30)간의 인터페이스에 레벨 쉬프터(level shifter)(60)나 풀-업 저항(pull-up resistant)(70)을 더 구비한다. 즉, 레벨 쉬프터(level shifter)(60)나 풀-업 저항(pull-up resistant)(70)는 제어부(20)의 출력 전압과 피에조 렌즈 구동을 위한 압전 소자(41)의 동작 전압간의 차이를 보상하기 위한 것이다. 그에 따라 레벨 쉬프터(level shifter)(60)나 풀-업 저항(pull-up resistant)(70)는 제어부(20)가 상기 압전 소자(41)의 구동을 위해 생성하는 전압과 상기 압전 소자가 상기 렌즈를 구동시키는데 요구되는 동작 전압 간의 차이를 보상한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예들에 따른 휴대 단말기에 장착된 카메라의 렌즈 구동 장치의 일부 구성을 나타낸 도면으로, a)는 레벨 쉬프터를 사용하는 경우의 예이고, b)는 풀-업 저항을 사용하는 경우의 예이다.
한편 도 6b와 같이 풀-업 저항들을 사용하는 경우는 제어부(20)의 입출력 핀이 오픈 드레인 타입이다.
도 6a에서 레벨 쉬프터는 제어부(20)가 3.0볼트 또는 2.8볼트의 출력 전압일 때, 그를 피에조 렌즈 구동을 위한 동작 전압(e.g. 5 내지 40볼트)으로 변경하여 출력한다.
또한 도 6b의 풀-업 저항에 의해 피에조 렌즈 구동을 위한 동작 전압이 H-브리지 회로부(30)에 공급된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 피에조 렌즈 구동을 위한 H-브리지 회로의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, H-브리지 회로부(30)는 피에조 렌즈 구동을 위한 4개의 전계 효과 트랜지스터(FET)(31~34)와, 그 피에조 렌즈 구동 시에 전력 감소를 위한 2개의 전계 효과 트랜지스터(FET)(37~38)로 구성된다. 그리고 압전 소자(piezoelectric element)(41)의 양단(A와 B)에 걸리는 전압을 일정 레벨로 유지하기 위한 충전용 캐패시터(C1과 C2)(35,36)를 더 구비한다.
전계 효과 트랜지스터들(FETs)(31~34)의 게이트(Gate)들은 제어부(20)의 출력들과 일대일 대응하여 연결된다. 그리고 피에조 렌즈 구동 시에 전력 감소를 위한 2개의 전계 효과 트랜지스터(FET)(37~38) 중에서 제5 전계 효과 트랜지스터(37)의 게이트는 제1 전계 효과 트랜지스터(31)의 게이트와 연결되는 제어부(20)의 출력단에 같이 연결되며, 다른 하나인 제6 전계 효과 트랜지스터(38)의 게이트는 제2 전계 효과 트랜지스터(32)의 게이트와 연결되는 제어부(20)의 출력단에 같이 연결 된다.
한편 제1 전계 효과 트랜지스터(31)의 게이트(G0)는 제어부(20)의 하나의 출력단과 연결되며, 소스는 공급 전압(Vcc)과 연결된다. 또한 드레인(D)은 제3 전계 효과 트랜지스터(33)의 드레인과 연결된다.
제2 전계 효과 트랜지스터(32)의 게이트(G1)는 제어부(20)의 다른 하나의 출력단과 연결되며, 소스는 제1 전계 효과 트랜지스터(31)의 소스와 함께 공급 전압(Vcc)과 연결된다. 또한 드레인은 제4 전계 효과 트랜지스터(34)의 드레인과 연결된다.
제3 전계 효과 트랜지스터(33)의 게이트(G2)는 제어부(20)의 또다른 하나의 출력단과 연결되며, 소스는 접지(GND)와 연결된다. 또한 드레인은 전술했듯이 제1 전계 효과 트랜지스터(31)의 드레인과 연결된다.
제4 전계 효과 트랜지스터(34)의 게이트(G3)는 제어부(20)의 또다른 하나의 출력단과 연결되며, 소스는 제4 전계 효과 트랜지스터(34)의 소스와 함께 접지(GND)와 연결된다. 또한 드레인은 전술했듯이 제2 전계 효과 트랜지스터(32)의 드레인과 연결된다.
제5 전계 효과 트랜지스터(37)의 게이트는 제1 전계 효과 트랜지스터(31)의 게이트(G0)와 연결되는 제어부(20)의 출력단과 연결된다. 그리고 제5 전계 효과 트랜지스터(37)의 소스는 제3 전계 효과 트랜지스터(33)의 소스와 함께 접지와 연결된다. 그리고 제5 전계 효과 트랜지스터(37)의 드레인은 충전용 캐패시터(C1)(35)의 일단(접지측)과 연결된다.
제6 전계 효과 트랜지스터(38)의 게이트는 제2 전계 효과 트랜지스터(32)의 게이트(G1)와 연결되는 제어부(20)의 출력단과 연결된다. 그리고 제6 전계 효과 트랜지스터(38)의 소스는 제4 전계 효과 트랜지스터(34)의 소스와 함께 접지와 연결된다. 그리고 제6 전계 효과 트랜지스터(38)의 드레인은 충전용 캐패시터(C2)(36)의 일단(접지측)과 연결된다.
압전 소자(41)의 구동 시에 충전용 캐패시터(C1,C2)(35,36)의 전류 충전은 다음과 같다.
먼저 포워드 방향의 피에조 렌즈 구동일 때, 제5 전계 효과 트랜지스터(37)가 오프(off)됨에 따라 충전용 캐패시터(C1)(35)에는 전류가 충전되지 않는다.
반면에 리버스 방향의 피에조 렌즈 구동일 때, 제6 전계 효과 트랜지스터(38)가 오프(off)됨에 따라 충전용 캐패시터(C2)(36)에는 전류가 충전되지 않는다.
따라서 포워드 방향의 피에조 렌즈 구동시 또는 리버스 방향의 피에조 렌즈 구동시에 쓸데없는 전류 충전을 방지한다.
한편 압전 소자(piezoelectric element)의 일단(A)은 제1 전계 효과 트랜지스터(31)와 제3 전계 효과 트랜지스터(33)간의 드레인 연결에 대해 병렬로 연결되며, 압전 소자(piezoelectric element)의 타단(B)은 제2 전계 효과 트랜지스터(32)와 제4 전계 효과 트랜지스터(34)간의 드레인 연결에 대해 병렬로 연결된다.
또한 하나의 충전용 캐패시터(C1)(35)는 압전 소자(piezoelectric element)의 일단(A)과 제5 전계 효과 트랜지스터(37)의 드레인간에 연결되며, 다른 충전용 캐패시터(C2)(36)는 압전 소자(piezoelectric element)의 타단(B)과 제6 전계 효과 트랜지스터(38)의 드레인간에 연결된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
이상에서 설명된 본 발명에서와 같이 압전 소자를 사용하는 카메라의 렌즈 구동 장치를 휴대 단말기에 장착된 디지털 카메라에 적용함으로써, 가격은 물론 전력 소모 및 장치 부피에 있어서 보다 유리하다. 또한 압전 소자와 더불어 H-브리지 회로를 사용하여 자동초점 및 줌을 위한 렌즈를 구동하기 때문에, 렌즈 구동에 요구되는 전력 소모가 적고 또한 전체적인 장치적 부피가 최소화될 수 있다.
또한 H-브리지 회로에 인가될 게이트 전압을 마이크로컨트롤러를 이용하여 생성함으로써 압전 소자를 쉽게 제어할 수 있으며, 사용하는 어플리케이션(application)에 따라 다른 조건을 가지는 피에조 특성에 따라 렌즈 구동을 위한 주파수 조정이나 전압의 레벨 조정이 용이하다.
또한 압전소자를 사용함으로써 피에조 특성에 따라 렌즈 구동을 위한 주파수 조정이나 전압 레벨 조정(전류방향 조정)이 용이하다. 또한 본 발명에서는 렌즈 구동의 제어 부분을 담당하는 마이크로프로세서를 입력 영상을 사용하여 자동초점 알고리즘을 수행하는 디지털 신호 처리(DSP)와 서로 분리하여 구현함으로서, 디지털 신호 처리(DSP) 부분에서는 다양한 자동초점 알고리즘을 적용한 자동초점 기능이 가능해진다. 또한 디지털 신호 처리 부분이 렌즈 구동을 위한 제어를 직접적으로 수행하지 않기 때문에, 그 디지털 신호 처리 부분에 가해지던 렌즈 구동을 위한 부하가 줄어든다.
또한 본 발명에서는 렌즈 구동을 위한 제어를 직접적으로 수행하는 제어부는 일정한 전압만을 생성한다. 그리고 본 발명에서는 그 제어부에서 생성된 전압을 변경하여 렌즈 구동에 사용할 수 있다. 따라서, 이미 다른 디바이스의 구동 전압을 생성하던 제어부를 본 발명의 렌즈 구동에도 다양하게 사용가능하다. 예를 들자면, 전술된 바와 같이 제어부는 다른 디바이스의 구동 전압으로써 3.0볼트 또는 2.8볼트의 출력 전압을 생성한다. 따라서, 피에조 렌즈 구동을 위한 동작 전압이 5 내지 40볼트라면 별도로 해당 전압을 생성하는 제어부를 구비해야 된다. 그러나 본 발명에서는 쉬프트가 생성된 출력 전압을 피에조 렌즈 구동을 위한 동작 전압(e.g. 5 내지 40볼트)으로 변경하여 출력할 수 있기 때문에, 추가적인 구성이 요구되지 않는다.
이상의 본 발명에 따른 카메라의 렌즈 구동 장치는 휴대 단말기에 다양하게 응용되어 자동초점(auto focusing)은 물론 광학 줌(optical zooming)을 모두 용이하게 지원할 수 있다.

Claims (11)

  1. 렌즈;
    상기 렌즈를 구동시키는 압전 소자(piezoelectric element)를 구비하여, 상기 압전 소자의 양단에 인가되는 전압의 방향에 따라 상기 렌즈가 움직이도록 구동시키는 피에조 렌즈 구동부(piezo actuator);
    미리 구비된 자동초점(Auto Focusing) 알고리즘을 사용하여 상기 렌즈를 통해 입력된 영상 신호에 대한 자동초점을 위한 조정 값을 출력하는 디지털 신호 처리부(Digital Signaling Processor);
    상기 디지털 신호 처리부(DSP)로부터 제공되는 조정 값을 사용하여 상기 압전 소자의 구동을 위한 일정 전압을 생성하는 제어부;
    상기 제어부에서 출력되는 신호에 따라 상기 압전 소자의 양단에 인가되는 전압의 방향을 조절하기 위해 복수 개의 전계 효과 트랜지스터로 이루어지는 H-브리지 회로부(H-bridge circuit);
    상기 제어부와 상기 H-브리지 회로부의 사이에 구비되어, 상기 제어부에서 생성된 전압을 상기 압전 소자가 상기 렌즈를 구동시키는데 요구되는 동작 전압으로 변경시켜 출력하기 위해 레벨 쉬프터(level shiter)로 구성된 인터페이스부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기에 장착된 카메라 렌즈 구동 장치.
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  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전계 효과 트랜지스터들은,
    게이트(Gate)는 상기 제어부의 제1 출력단에 대응되는 상기 인터페이스부의 제1출력단과 연결되고, 소스(Source)는 공급 전압과 연결되고, 드레인(Drain)은 상기 압전 소자의 제1 단에 연결되는 제1 전계 효과 트랜지스터,
    게이트는 상기 제어부의 제2 출력단에 대응되는 상기 인터페이스부의 제2출력단과 연결되고, 소스는 상기 공급 전압과 연결되고, 드레인은 상기 압전 소자의 제2 단에 연결되는 제2 전계 효과 트랜지스터,
    게이트는 상기 제어부의 제3 출력단에 대응되는 상기 인터페이스부의 제3출력단과 연결되고, 소스는 접지(GND)와 연결되고, 드레인은 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 드레인 및 상기 압전 소자의 제1 단에 연결되는 제3 전계 효과 트랜지스터,
    게이트는 상기 제어부의 제4 출력단에 대응되는 상기 인터페이스부의 제4출력단과 연결되고, 소스는 접지(GND)와 연결되고, 드레인은 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 드레인 및 상기 압전 소자의 제2 단에 연결되는 제4 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 것임을 특징으로 하는 휴대 단말기에 장착된 카메라의 렌즈 구동 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 H-브리지 회로부는,
    상기 압전 소자의 제1 단과 상기 접지간에 연결되는 제1 충전용 캐패시터(capacitor)와, 상기 압전 소자의 제2 단과 상기 접지간에 연결되는 제2 충전용 캐패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기에 장착된 카메라의 렌즈 구동 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 전계 효과 트랜지스터들은,
    게이트가 상기 제어부의 제1 출력단에 대응되는 상기 인터페이스부의 제1출력단에 연결되고, 소스가 상기 접지와 연결되고, 드레인은 상기 제1 충전용 캐패시터의 접지측 일단과 연결되는 제5 전계 효과 트랜지스터,
    게이트가 상기 제어부의 제2 출력단에 대응되는 상기 인터페이스부의 제2출력단에 연결되고, 소스가 상기 접지와 연결되고, 드레인은 상기 제2충전용 캐패시터의 접지측 일단과 연결되는 제6 전계 효과 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기에 장착된 카메라의 렌즈 구동 장치.
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