디지털 스틸 카메라 자동 초점 기능용
LED 애플리케이션
지속적인 개선을 통해 자동 초점(AF) 기능은 사진 촬영에서 중요해지고 있다. 카메라에 내장된 AF LED는 이미지 품질을 향상시키는 것은 물론 이미지에 초점을 보다 효율적으로 맞출 수 있다. LED를 사용한 AF는 카메라 업계에서 널리 채택되어 사용되고 있다. 이 글에서는 디지털 스틸 카메라에서 AF 애플리케이션에 아바고 LED를 적용하는 방법을 설명한다.
글│쉐린 림(Shereen Lim), 아바고테크놀로지스
지난 몇 년간 카메라 기술은 아날로그에서 디지털로, 352 x 288 픽셀 CIF에서 640 x 480 픽셀 VGA로 그리고 메가픽셀 해상도로 크게 향상 되었다. 자동 초점 기능은 초음파에서 적외선으로, 적외선에서 LED로 발전했다. 그 외에도 디지털 스틸 카메라(DSC) 크기는 갈수록 소형화 되고 있다.
지속적인 개선을 통해 자동 초점(AF) 기능은 사진 촬영에서 중요해지고 있다. 카메라에 내장된 AF LED는 이미지 품질을 향상시키는 것은 물론 이미지에 초점을 보다 효율적으로 맞출 수 있다. LED를 사용한 AF는 카메라 업계에서 널리 채택되어 사용되고 있다. 이 글에서는 디지털 스틸 카메라에서 AF 애플리케이션에 아바고 LED를 적용하는 방법을 설명한다.
AF LED가 디지털 카메라에서
작동하는 방식
오늘날 대부분의 DSC는 자동 초점 기능으로 명암대비 검출 방법을 사용한다. 저조도에서 명암비를 검출하기 위해서는 AF 지원 LED를 사용해야 한다. 평균 22cd의 높은 휘도와 8도의 시야각으로 먼 거리까지 일정하게 빛을 전달함으로써 아바고 AF LED ASM-TFJ10는 필요한 사양을 충족한다.
이 방법에서 렌즈 위치는 최상의 초점을 찾을 때까지 "무한 초점 위치"에서 "매크로 초점 제한 위치"로 짧은 시간내에 단 번에 움직이게 된다. 각 프레임의 명암 대비가 계산되고 가장 높은 명암 대비가 초점이 되며 마지막으로 렌즈는 이 초점을 고정한다. 그림 1에서는 일반 디지털 카메라의 자동 초점 방식을 보여준다. 그림 2는 자동 초점 기능으로 피사체의 중심에 빛을 비추는 것을 보여준다. 그림 3은 디지털 카메라의 자동 초점 방식을 보여준다
AF LED의 전기 설계 고려사항
AF LED 구동은 일반적인 LED를 구동하는 것만큼 간단하다. LED는 전류에 의해 구동되는 부품이므로 일관된 광학 성능을 달성하려면 반드시 정전류원과 함께 사용할 것을 적극적으로 권장한다. 그러나 디지털 카메라에 들어있는 리튬 이온 배터리는 전압원이며, 전압은 배터리에 저장된 에너지에 따라 변한다(일반적으로 2.8V~ 4.2V). 따라서 LED의 광학 성능(밝기)은 변화하는 전압에 따라 같이 변화하기 때문에 예측할 수 없다. 따라서 카메라 배터리를 직접 LED의 구동원으로 사용하는 것을 권장하지 않는다.
이에 대한 해결책으로 제시되는 방법은 배터리와 LED 사이에 강압/승압 컨버터를 설치하는 것이다. 그림 4에서는 어떻게 AF LED를 구성할 수 있는지 그 방법을 보여준다. 그림 5에는 강압/승압 컨버터의 한 예로 레귤레이터 REG710을 사용한 AF LED 드라이브 회로를 보여준다. REG710은 비안정화된 입력 전압을 안정화된 낮은 리플 출력 전압으로 생성하는 스위칭 캐패시터 전압 컨버터다. 1.8V~5.5V의 광범위한 입력 전압을 받아드릴 수 있는 REG710은 단일 셀 리튬 이온 배터리 또는 2셀 및 3셀 니켈, 알카라인 기반 배터리와 같이 다양한 배터리 소스에 이상적이다.
입력 전압은 출력 전압 보다 높거나 낮을 수 있지만 출력은 항상 일정하게 유지된다. REG710은 인덕터 없이도 스텝업 또는 스텝다운 애플리케이션에서 동일하게 잘 작동하여 인덕터 없이도 낮은 EMI DC/DC 변환을 제공한다. 높은 스위칭 주파수로 인해 소형 표면 실장 캐패시터 사용이 가능하여, 보드 공간을 절약하고 비용을 절감한다. REG710은 방열구조이고 전류는 제한됨으로써 장애 상태 동안 부하 및 레귤레이터를 보호한다. 일반 접지 핀 전류(대기 전류)는 무부하시 65μA이고 종료 모드에서는 1μA 미만이다. 이 REG710은 슬림형 TSOT23-6 패키지 또는 소형 SOT23-6 패키지로 제공된다.
REG710 전기 특성
표 1에 따르면 REG710-5와 REG-71050은 최대 60mA까지 구동할 수 있는 아바고 ASMT-FJ10-ADH00 AF LED에 가장 적합하다.
계산식 예:
필수 IOUT = 50mA인 경우
VLED = 2.3V @ 50mA
VOUT = IOUT ¶ R + VLED
5V = 50mA ¶ R + 2.3V
R = 54Ω
필수 IOUT = 20mA인 경우
VLED = 2V @ 20mA
VOUT = IOUT ¶ R + VLED
5V = 20mA ¶ R + 2.0V
R = 150Ω
아바고 테크놀로지스의 AF LED는 DC 상태에서 최대 50mA까지 구동할 수 있는데, 1m 거리에서 72.6lux를 비춘다. 그림 6에서는 최대 순방향 전류와 주변 온도의 관계를 보여준다. 이 AF LED는 55℃ 이상에서 최대 순방향 전류가 감소하기 시작한다. 그림 7에서는 다양한 전류와 거리에서 달성할 수 있는 휘도를 보여준다. 그림 8은 0lux 조건에서 50mA의 구동 전류로 3m 떨어진 거리에서 아바고 AF LED로 피사체를 비추고 있는 경우의 예이다.
눈 보호
이 오렌지색 빛을 내는 SMT AF 램프는 카메라 애플리케이션용이다. LED에는 빔이 상대적으로 느리게 갈라져 나오는 렌즈가 있는데, 이 렌즈로 인해 렌즈 바로 앞 약 10mm 떨어진 지점에서 빔에 초점을 모아주게 된다. LED가 제품에 실장될 경우 광 경로에 콜리메이팅 광학(Collimating Optics)이 추가되지 않는 한 모든 동작 조건에서는 물론 단일 장애에서도 IEC/EN 60825-1(2001)을 준수하는 클래스 1 LED가 생성된다. 만일 고 개구율 기술을 적용한 광학이 추가된다면, 위 클래스 1은 무의미하게 된다.
초점으로부터 지름 44mm 지점에서 7mm 개구면을 통해 액세스 가능한 빔을 측정했다. 빔은 충분히 갈라져 조건 1 테스트를 하지 않아도 된다.
클래스 1에 대한 AEL은 다음과 같이 계산된다.
AEL = 7x10-4C6/T20.25W,
여기서 C6 = 12.9, T20.25 = 1.97
AEL = 4.58mW.
이 AF LED는 20mA에서 약 0.54 mW, 50mA에서 1.32mW를 방출한다. 따라서 AEL 클래스 1을 통과한다.
권장되는 아바고 AF LED 홀더 설계
LED 홀더 설계는 이미지에 초점을 맞추도록 LED 위치를 지정하는데 매우 중요하다. LED가 기울어질 경우 센서는 잘못된 정보를 감지하기 때문에 초점 정확도에 영향을 미치게 된다. 그림 9에서 보는 것처럼 아바고 ASMT-FJ10 LED에 적합한 두 가지 유형의 홀더 설계가 권장된다.
그림 10에서는 AF LED를 "U"자형 홀더에 어떻게 위치시키는지를 보여준다. "U"자형 홀더 밑 부분이 푸셔의 스프링 힘을 적용해야 하며, 이런 스프링 힘은 AF LED가 기울어지지 못하게 한다. 그림 11에서는 AF LED를 잘못된 방향으로 밀어 AF LED가 아래쪽으로 기울어지는 것을 보여준다. 그림 12는 아바고 AF LED에 권장되는 폐쇄형 모양 홀더를 보여준다.
자동 실장 장비
고려사항
아바고는 ASMT -Fx10 시리즈 SMT LED 픽업에 내부 직경 3.2mm의 노즐을 권장한다(그림 13). ASMT-Fx10 시리즈 LED에서 수행한 픽 앤드 플레이스(Pick -and-Place) 평가는 표 3을 참조한다. 수율 손실을 최소화하려면 적합한 장비 셋업과 최적화가 수행되어야 한다. 표면 실장 LED 램프에 대한 추가 일반 정보는 아바고 애플리케이션 노트 1060 "표면 실장 SMT LED 표시기 컴포넌트"를 참조한다(www.ava-gotech.com).
취급 주의사항
포장을 열었을 경우 공장 출하 조건인 ≤ 30℃/60%에서 168시간 이내에 부품을 실장하여야 하며 <10% RH에서 저장해야 한다. 23 ±5℃일 때 습도 표시기 카드가 > 10%인 경우, 168시간 이상 동안 포장이 열려있는 경우, 권장되는 베이킹 조건: 20시간 동안 60 ±5℃와 같은 경우 실장하기 전에 AF LED를 베이킹 해야 한다.
<자료제공: 월간 반도체네트워크 2006년 10월호>