KR20170069060A

KR20170069060A - 광학식 이미지 안정화 모듈 및 카메라 모듈

Info

Publication number: KR20170069060A
Application number: KR1020150176294A
Authority: KR
Inventors: 김규원; 김경린
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2015-12-10
Publication date: 2017-06-20
Also published as: CN106878609A; CN106878609B

Abstract

본 발명은, 노이즈가 발생되어도 안정적인 이미지 안정화 동작을 수행할 수 있는 광학식 이미지 안정화 모듈 및 카메라 모듈에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 안정화 모듈 및 카메라 모듈은 홀 센서에 의해 검출된 렌즈 이동값과 자이로 센서에 의해 검출된 흔들림값간의 차이에 기초하여 에러값을 계산하고, 상기 에러값이 기준값 이상이면 설정된 계수를 제공하는 전처리부와, 상기 전처리부로부터 제공받은 계수 및 상기 에러값에 따라 렌즈 이동을 제어하여 획득한 이미지를 안정화시키는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

Description

광학식 이미지 안정화 모듈 및 카메라 모듈{OPTICAL IMAGE STABILIZATION MODULE AND CAMERA MODULE}

본 발명은 광학식 이미지 안정화 모듈 및 이를 포함한 카메라 모듈에 관한 것이다.

최근 출시되고 있는 모바일 기기에서 카메라는 필수적인 기능 중 하나이며, 그 성능 또한 높아짐에 따라서 수백만 화소에서 천만 화소 이상까지의 고성능의 카메라가 장착되어 출시되고 있다.

그러나, 이러한 고화소의 카메라에 비하여 모바일 기기라는 제약사항에 의해 카메라 모듈이 적용되는 공간은 한정적일 수밖에 없다.

이에 따라 작은 렌즈의 구경 및 작은 이미지 픽셀 사이즈 등으로 인해 이미지 촬영시 외부의 진동이나 손떨림 등과 같은 미세한 움직임에도 이미지 열화가 발생할 수 있다.

상술한 미세한 떨림에 의한 이미지의 열화를 억제하고, 보다 선명한 이미지를 얻기 위하여 광학식으로 손떨림 보정 기능을 제공하는 광학식 이미지 안정화 (Optical Image Stabilization; OIS) 모듈을 주로 사용하나, 이러한 광학식 이미지 안정화 모듈은 신호 처리하는 과정에서 노이즈가 발생하여, 안정적인 동작을 수행하지 못하게 되는 문제점이 발생할 수 있다.

일본공개특허공보 제2015-154302호 일본공개특허공보 제2012-088596호 일본공개특허공보 제2015-088956호 일본공개특허공보 제2012-038212호

본 발명의 일 실시예에 따르면, 노이즈가 발생되어도 안정적인 이미지 안정화 동작을 수행할 수 있는 광학식 이미지 안정화 모듈 및 카메라 모듈이 제공된다.

상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 안정화 모듈 및 카메라 모듈은 홀 센서에 의해 검출된 렌즈 이동값과 자이로 센서에 의해 검출된 흔들림값간의 차이에 기초하여 에러값을 계산하고, 상기 에러값이 기준값 이상이면 설정된 계수를 제공하는 전처리부와, 상기 전처리부로부터 제공받은 계수 및 상기 에러값에 따라 렌즈 이동을 제어하여 획득한 이미지를 안정화시키는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 노이즈에 의해 잘못된 홀 센서의 검출값이 입력되어도 안정적으로 광학 이미지 안정화 동작을 수행할 수 있으며, 이에 의한 영상의 플리커(flicker) 현상을 억제할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 이미지 안정화 모듈을 포함한 카메라 모듈의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 이미지 안정화 모듈의 동작 흐름도이다.
도 3은 일반적인 광학식 이미지 안정화 모듈에서 노이즈에 의한 홀 센서의 렌즈 이동값의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 안정화 모듈의 홀 센서의 렌즈 이동값을 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 안정화 모듈 및 이를 포함하는 카메라 모듈의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈(100)은 광학식 이미지 안정화 모듈(110)을 포함할 수 있고, 광학식 이미지 안정화 모듈(110)은 홀 센서(180)에 의해 검출된 렌즈 이동값과 자이로 센서(120)에 의해 검출된 흔들림값간의 차이에 기초하여 에러값을 계산하고, 상기 에러값이 기준값 이상이면 설정된 계수에 따라 렌즈 이동을 제어하여 획득한 이미지를 안정화시킬 수 있다.

광학식 이미지 안정화 모듈(110)은 전처리부(111), 컨트롤러(112)를 포함할 수 있다.

전처리부(111)는 홀 센서(180)에 의해 검출된 렌즈 이동값과 자이로 센서(120)에 의해 검출된 흔들림값 간의 차이에 기초하여 에러값을 계산할 수 있다.

자이로 센서(120)는 카메라 모듈(100)을 구비한 기기(미도시)의 흔들림을 검출할 수 있으며, 검출된 흔들림값은 각속도값, 각도값 등으로 표현될 수 있다.

자이로 센서(120)에 의해 검출된 흔들림값은 적분기(130)에 의해 적분되고, 필터(140)에 의해 필터링되어 광학식 이미지 안정화 모듈(110)에 전달될 수 있다.

홀센서(180)에 의해 검출된 렌즈 이동값은 증폭기(113)에 의해 증폭되고, AD 컨버터(114)에 의해 아날로그-디지털 신호 변환되어 전처리부(111)에 입력될 수 있다.

컨트롤러(112)로부터의 렌즈 이동 제어 신호는 DA 컨버터(150)에 의해 디지털-아날로그 신호 변환되어 액츄에이터(160)에 전달되고, 액츄에이터(160)는 렌즈부(170)를 구동시켜 렌즈를 이동시킬 수 있다.

예를 들어, 컨트롤러(112)는 PID(Proportional Integral Differential) 컨트롤러일 수 있고, 전처리부(111)는 상기 에러값이 기준값 이상이면 설정된 PID 계수를 컨트롤러(112)에 제공할 수 있다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 안정화 모듈(110)의 동작에 관하여, 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 안정화 모듈의 동작 흐름도이다.

도 1과 함께, 도 2를 참조하면, 전처리부(111)는 컨트롤러(112)에 전달할 에러값을 아래의 수식1과 같이 계산할 수 있다(S111).

(수식1)

err = set - (hall_value - hall_middle[axis])

여기서, set은 자이로 센서(120)로부터의 흔들림값을 의미하고 hall_value는 홀 센서(180)로부터의 렌즈 이동값이며 hall_middle[axis]는 홀 센서(180)의 X축 및 Y축의 중앙값을 의미한다.

다음으로, 전처리부(111)는 상기 에러값의 절대값과 상기 흔들림값의 절대값을 각각 계산할 수 있다(S112,S113).

이후, 전처리부(111)는 사용자의 손떨림 유무를 파악할 수 있는데, 이는 하기의 수식2에 의해 파악할 수 있다(S114).

(수식2)

if(abs_set<K2 && count_set[axis]<K3) count_set=count_set +1

else if(abs_set >=K2 && count_set[axis]>0) count_set= count_set -1

여기서, abs_set은 상기 흔들림값의 절대값이고, K2는 자이로 센서의 흔들림값이 손떨림에 해당하는지 판단하기 위한 비교값이며, K3는 자이로 센서의 변화가 얼마동안 유지될때 이를 손떨림이 없다고 판단할 것인가에 대한 제한값이고, count_set[axis]는 X축과 Y축에 따라 입력되는 자이로 센서의 손떨림이 없는 횟수의 누적값이다.

손떨림 검출은 일정 시간을 갖는 구간별로 진행될 수 있고, 만약 각 구간별로 손떨림이 없을 경우 count_set[axis] 값은 증가되고, 손떨림이 있을 경우 감소한다. 이에 따라, 구간 누적된 상기 count_set[axis] 값이 K3가 되면 상기 구간은 손떨림이 없다고 판단한다. 한편, 손떨림이 없을 경우, 에러값은 '0'으로 설정될 수 있다.(S116)

다음으로, 전처리부(111)는 노이즈 유무를 판단하기 위해 기준값을 계산할 수 있다(S115).

상기 기준값은 하기의 수식3과 같을 수 있다.

(수식3)

Th_abs_err_limit = abs_set+ K

If (abs_err> Th_abs_err_limit) : 노이즈의 영향을 받은 신호

else 정상 신호

여기서, abs_set은 상기 흔들림값의 절대값이고, Th_abs_err_limit는 상기 기준값이며, K는 오프셋값이다.

이에 따라, 상기 에러값의 절대값(abs_err)이 상기 기준값(Th_abs_err_limit) 보다 크면 홀 센서(180)로부터의 렌즈 이동값이 노이즈에 해당되는 것으로 판단할 수 있다(S117).

만일, 상기 에러값의 절대값(abs_err)이 상기 기준값(Th_abs_err_limit) 보다 작으면 전처리부(111)는 상술한 수식1에 따른 에러값을 컨트롤러(112)에 전달할 수 있다. 이때, 전처리부(111)는 직전의 렌즈 이동값을 현재의 렌즈 이동값으로 갱신할 수 있으며, 컨트롤러(112)는 직전의 PID 계수(K)과 상기 에러값에 따라 렌즈 이동을 제어할 수 있다(S119).

전처리부(111)는 홀 센서(180)로부터의 렌즈 이동값이 노이즈에 해당되면, 계수값을 설정하여 컨트롤러(112)에 전달할 수 있다(S118).

상술한 바와 같이, 컨트롤러(112)는 PID 컨트롤러일 수 있고, PID 컨트롤러의 계수는 다음의 수식4와 같을 수 있다.

(수식4)

비례 계수(Kp)을 증가시키면 정상 상태오차를 줄일 수 있지만 큰 제어량이 요구되고 시스템에 진동을 가져올 수 있다. 적분 계수(Ki)의 경우 시스템 유형(type)을 증가시켜 정상 상태 오차를 없애버리지만 원점에 첨가된 극점이 시스템을 불안정하게 하는 경향이 있으므로 비례 제어 요소와 결합하여 주로 사용한다. 마지막으로 미분 계수(Kd)의 경우 오차의 신호가 커지기 전에 제어가능하므로 시스템의 안정도가 증가하고 시스템 정상 상태 오차가 감소하지만 초기에 큰 제어량이 요구되어진다. 미분제어동작은 과도기간 동안만 효과적으로 작용하기 때문에 단독으로 사용하지 않고 항상 비례제어요소, 또는 비례-적분 제어 요소와 결합하여 사용한다

전처리부(111)는 노이즈가 발생되면 다음의 수식5와 같이 PID 계수를 설정할 수 있다.

(수식5)

Kp'=Kp/G, Ki'=Ki/G, Kd'=Kd/G

여기서, Diff_hall_value는 직전의 렌즈 이동값과 현재의 렌즈 이동값 간의 차의 절대값, Diff_set_value는 직전의 흔들림값과 현재의 흔들림값 간의 차의 절대값이고, Kp, Ki, Kd는 각각 상술한 수식4에서의 각 PID 계수이다,

즉, 전처리부(111)는 직전의 렌즈 이동값과 현재의 렌즈 이동값 간의 차의 절대값인 제1 차이값과 직전의 흔들림값과 현재의 흔들림값 간의 차의 절대값인 제2 차이값의 비에 따라 PID 계수의 비례 계수(Kp'), 적분 계수(Ki'), 미분 계수(Kd')를 설정하여 컨트롤러(112)에 전달하고, 컨트롤러(112)는 에러값 및 전달받은 PID 계수에 따라 렌즈 이동을 제어할 수 있다.

보다 상세하게는, 일반적으로 PID 제어 시스템에서는 상기 에러값에 기초한 목표값을 빠르게 추종하는 것이 목적이지만, 본 발명에서는 노이즈 발생시, PID 계수 값을 작게 설정함으로써 컨트롤러에서 목표값을 천천히 따라가도록 구성한다. 이렇게 함으로써 만약 노이즈에 의해 잘못된 렌즈 이동값이 입력되도 컨트롤러에 의해서 움직이는 범위가 작게 되어 눈에 거슬리는 플리커 현상을 막을 수 있다.

도 3은 일반적인 광학식 이미지 안정화 모듈에서 노이즈에 의한 홀 센서의 렌즈 이동값의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 안정화 모듈의 홀 센서의 렌즈 이동값을 나타내는 그래프이다.

도 3을 참조하면, 노이즈가 발생하는 경우 홀 센서의 렌즈 이동값에 급격한 변화(식별부호 A 참조)가 발생되는 것을 볼 수 있고(여기서, 굵은 실선은 컨트롤러의 제어값일 수 있고, 얇은 실선은 홀 센서에 의해 검출된 렌즈 이동값일 수 있다), 이는 영상에 플리커(fliacker)현상의 발생을 야기할 수 있다.

반면에, 도 4를 참조하면, 노이즈에 의해 홀 센서의 렌즈 이동값에 급격한 변화가 발생하여도 홀 센서의 렌즈 이동값의 변화를 최소화하여(식별부호 B 참조), 영상에 발생될수 있는 플리커 현상을 억제할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 노이즈에 의해 잘못된 홀 센서의 검출값이 입력되어도 안정적으로 광학 이미지 안정화 동작을 수행할 수 있으며, 이에 의한 영상의 플리커(flicker) 현상을 억제할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

100: 카메라 모듈
110: 광학 이미지 안정화 모듈
111: 전처리부
112: 컨트롤러
113: 증폭기
114: AD 컨버터
120: 자이로 센서
130: 적분기
140: 필터
150: DA 컨버터
160: 액츄에이터
170: 렌즈부
180: 홀센서

Claims

홀 센서에 의해 검출된 렌즈 이동값과 자이로 센서에 의해 검출된 흔들림값간의 차이에 기초하여 에러값을 계산하고, 상기 에러값이 기준값 이상이면 설정된 계수를 제공하는 전처리부; 및
상기 전처리부로부터 제공받은 계수 및 상기 에러값에 따라 렌즈 이동을 제어하여 획득한 이미지를 안정화시키는 컨트롤러
를 포함하는 광학식 이미지 안정화 모듈.
제1항에 있어서,
상기 전처리부는 상기 에러값이 상기 기준값 이상이면, 직전 흔들림값과 현재 흔들림값 간의 제1 차이값과, 직전 렌즈 이동값과 현재 렌즈 이동값 간의 제2 차이값 간의 비에 따라 상기 계수를 설정하는 광학식 이미지 안정화 모듈.
제2항에 있어서,
상기 컨트롤러는 PID(Proportional Integral Differential) 컨트롤러이고,
상기 전처리부는 상기 에러값이 기준값 이상이면, 상기 제1 차이값과 상기 제2 차이값 간의 비에 따라 PID 계수를 설정하여 상기 PID 컨트롤러에 제공하는 광학식 이미지 안정화 모듈.
제2항에 있어서,
상기 직전의 렌즈 이동값은 상기 에러값이 상기 기준값 이하인 상태의 렌즈 이동값인 광학식 이미지 안정화 모듈.
제2항에 있어서,
상기 전처리부는 상기 에러값이 상기 기준값 이하이면, 직전의 렌즈 이동값을 현재의 렌즈 이동값으로 갱신하는 광학식 이미지 안정화 모듈.
제2항에 있어서,
상기 전처리부는 상기 흔들림값이 손떨림 상태에 해당되지 않으면 상기 에러값을 '0'으로 설정하는 광학식 이미지 안정화 모듈.
기기의 흔들림을 검출하는 자이로 센서;
렌즈 이동 거리를 검출하는 홀센서;
상기 홀 센서에 의해 검출된 렌즈 이동값과 상기 자이로 센서에 의해 검출된 흔들림값간의 차이에 기초하여 에러값을 계산하고, 상기 에러값이 기준값 이상이면 설정된 계수에 따라 획득한 이미지를 안정화시키는 광학식 이미지 안정화 모듈; 및
상기 이미지 안정화 모듈의 제어에 따라 렌즈를 이동시키는 액츄에이터
를 포함하는 카메라 모듈.
제7항에 있어서,
상기 광학식 이미지 안정화 모듈은
상기 렌즈 이동값과 상기 흔들림값간의 차이에 기초하여 상기 에러값을 계산하고, 상기 에러값이 기준값 이상이면 상기 계수를 제공하는 전처리부; 및
상기 전처리부로부터 제공받은 상기 계수 및 상기 에러값에 따라 렌즈 이동을 제어하여 획득한 이미지를 안정화시키는 컨트롤러
를 포함하는 카메라 모듈.
제8항에 있어서,
상기 전처리부는 상기 에러값이 상기 기준값 이상이면, 직전 흔들림값과 현재 흔들림값 간의 제1 차이값과, 직전 렌즈 이동값과 현재 렌즈 이동값 간의 제2 차이값 간의 비에 따라 상기 계수를 설정하는 카메라 모듈.
제9항에 있어서,
상기 컨트롤러는 PID(Proportional Integral Differential) 컨트롤러이고,
상기 전처리부는 상기 에러값이 기준값 이상이면, 상기 제1 차이값과 상기 제2 차이값 간의 비에 따라 PID 계수를 설정하여 상기 PID 컨트롤러에 제공하는 카메라 모듈.
제8항에 있어서,
상기 직전의 렌즈 이동값은 상기 에러값이 상기 기준값 이하인 상태의 렌즈 이동값인 카메라 모듈.
제9항에 있어서,
상기 전처리부는 상기 에러값이 상기 기준값 이하이면, 직전의 렌즈 이동값을 현재의 렌즈 이동값으로 갱신하는 카메라 모듈.
제10항에 있어서,
상기 전처리부는 상기 흔들림값이 손떨림 상태에 해당되지 않으면 상기 에러값을 '0'으로 설정하는 카메라 모듈.