CN104852643A - 音圈电机传感器和控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种音圈电机位移传感器和使用该音圈电机位移传感器的音圈电机控制器，所述传感器被配置为将预定频率下的交替的测量信号施加于音圈电机，该传感器被配置为用音圈电机两端的电压和流经音圈电机的电流的测量值来确定预定频率下该音圈电机的阻抗，以及用该阻抗和预定的位移-阻抗函数来估算该音圈电机的位移。

Description

音圈电机传感器和控制器

技术领域

本发明涉及一种音圈电机位移传感器。本发明也涉及一种音圈电机控制器。本发明也涉及一种用于相机的镜头聚焦音圈电机控制器。更进一步地，本发明涉及一种确定音圈电机的位移的方法。

背景技术

许多消费电子产品，如移动电话，包括照相功能。一般的，该种相机包括自动聚焦(AF)功能。自动聚焦要求对镜头组精确的目标控制，以使得照相机能聚焦在目标对象上并提供清晰的影象。对于AF系统，使用音圈电机(Voice Coil Motors(VCM))来控制镜头组的位置是非常常见的。音圈电机由于其小尺寸、低成本和易实现的优点被广泛的使用。应当理解的是，音圈电机也广泛应用于其他电子设备中的定位或启动元件。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供一种音圈电机位移传感器，所述传感器被配置为将预定频率下的交替的测量信号施加于音圈电机，该传感器被配置为用音圈电机两端的电压和流经音圈电机的电流的测量来确定预定频率下该音圈电机的阻抗，以及用该阻抗和预定的位移-阻抗函数来估算该音圈电机的位移。

用交替的测量信号和音圈电机的电压和电流参数的测量值可以确定音圈电机的位移，是有益的。音圈电机通常是由直流电输入信号驱动的，已经发现应用交替的测量信号能够更精确的确定电机的位移，而不会对电机的操作带来不利的影响。传感器因此能使用测量信号和预定函数来确定音圈电机的阻抗和电感，从而确定电机的位移的估计值。

该测量信号可能包含低振幅(也许与施加到电机的输入信号相比)和高频率(超过2kHz)信号，除输入信号之外，该测量信号被施加到音圈电机或者驱动电路。该测量信号提供交替的信号，用于传感器的测量，目的是确定音圈电机在特定位移的阻抗。

该测量信号可能包含预定频率的声调。该测量信号可能具有可听范围之外的频率。该测量信号可能具有大于2kHz的频率。该测量信号可能具有大于音圈电机谐振频率四倍频程的频率。该频率的测量信号可能对于避免不需要的VCM运动是有利的。例如，VCM的谐振频率通常是在50到150Hz之间的范围内。应当理解的是，阻抗-位移关系必须在为测量信号选择的频率范围内被可靠测量。

该测量信号可能包含多个音调，每个音调具有不同的频率。测量信号可以包含噪音，该噪音在预定频率范围内被引入到输入信号。

根据本发明的第二个方面，提供一种用于控制相机的音圈电机的音圈电机控制器，所述控制器包括本发明的第一个方面所述的音圈电机位移传感器，该控制器被配置为用该传感器确定的估计的位移来控制音圈电机的位移。

电机控制器可以使用闭环反馈技术来控制音圈电机，是有利的。它改进了操作的准确度和速度。电机控制器仅仅要求传感器的使用，该传感器测量音圈电机两端的电压和流过音圈电机的电流，以确定估计的位移，这样的成本效益是好的。电机控制器不需要其他传感器的输入，例如霍尔传感器或者位置传感器，能够通过传感器测量的电压和电流的值得到估计的位置。已经发现，通过使用音圈电机的电感对于用交替测量信号得到的位移的依赖性，可以改进音圈电机位置的控制。操作中，音圈电机基本由直流电或者低频驱动电流驱动，因此用于各个音圈电机的位移-阻抗函数的特性可以预先被执行和存储。位移-阻抗函数可能包含位移和音圈阻抗的查找表，当控制器确定阻抗时，它可能参考此查找表。可以理解的是，音圈电机可能被用于控制相机的音圈电机，它也可能同样的被用于其他电子设备中用于安置元件的其他VCM。

音圈电机控制器可能被配置为施加输入信号到音圈电机，以驱动它到目标位移。该输入信号可能包含直流电输入信号。因而，该电机控制器可能初步确定例如距离自动聚焦控制器的目标位移，其包括把与音圈电机相关联的镜头组移动到特别的位置的指令。这可能把图像带入到焦点或者用于寻找能使图片进入焦点的镜头组的位置。

音圈电机控制器可能被配置为结合输入信号和传感器的交替的测量信号，用于提供到音圈电机。因此，由传感器确定的估计位移可能发生在VCM的正常操作中。

电机控制器被配置为接收所需要的位置，例如透镜组距离自动焦点控制器所需要的距离，该电机控制器被配置为确定所述输入信号的值，以驱动所述音圈电机达到与所需要的位置相应的目标位移。

电机控制器可能被配置为被配置为基于目标位移和估计位移的差值修改输入信号。音圈电机控制器可以使用传感器基于最初的输入信号来确定音圈电机的位移的准确性，是有利的。如果与目标位移有偏差，输入信号可以基于反馈修改输入信号，来移动音圈电机，以便更精确的采用目标位置。

电机控制器可能被配置为被配置为存储对输入信号所做的修改，用于后续确定输入信号，该输入信号包括所存储的修改。因而，该电机控制器可能包括表格或函数，该表格或函数关联了目标位移与施加到音圈电机或它的驱动电路的输入信号。基于来自估计位移的反馈，该表格或函数可能被修改。当自动聚焦控制器接下来要求电机控制器移动音圈电机到特定的目标位移时，可能产生更精确的输入信号。

电机控制器可能构成自动聚焦控制器的一部分。因而，电机控制器包括相机的自动调焦控制器，该自动调焦控制器被配置为控制用于聚焦相机的镜头组的位置。

根据本发明的第三个方面，提供一种确定音圈电机的位移的方法，该方法包括步骤：将预定频率下的交替的测量信号施加于音圈电机；

测量音圈电机两端的电压和流经音圈电机的电流；

用所述电压和电流的测量值来确定音圈电机的阻抗；

用所述阻抗和预定的位移-阻抗函数来确定所述音圈电机的位移。

通过该方法确定的位移是音圈电机位移的估计值，它可以被用于错误识别、电机控制、诊断或其他的目的。该方法可能包括步骤：向音圈电机施加直流电输入信号，以将它驱动到目标位置。该方法可能包括步骤：结合直流电输入信号和交替的测量信号。该方法可能包括控制音圈电机的方法，如被配置为定位相机的镜头组的音圈电机，该方法包括步骤：基于确定的位移来控制音圈电机的位移。

根据本发明的第四个方面，提供一种集成电路，包括本发明第一个方面所述的音圈电机位移传感器或版本发明第二个方面所述的音圈电机控制器，或者被配置为本发明第三个方面所述的方法。

根据本发明的第五个方面，提供一种电子设备，包括本发明第二个方面所述的音圈电机控制器，该电机控制器被配置为控制与所述电子设备的相机的镜头组有关联的音圈电机。

根据本发明的第六个方面，提供一种确定用于音圈电机的阻抗-位移函数的方法，该方法包括步骤：

i.施加输入信号以驱动音圈电机到特定的位移；

ii.出输入信号外，将交替的测量信号施加于音圈电机；

iii.测量音圈电机两端的电压和流经音圈电机的电流；

iv.用所述电压和电流的测量值来确定音圈电机的阻抗；

v.测量音圈电机的实际位移；

vi.关联确定的阻抗与实际位移；

用不同的信号重复步骤ii到vi。

附图说明

图1显示了一种具有连接到音圈电机的镜头组的相机元件；

图2显示了一种与自动焦点聚焦控制器有关的电机控制器；

图3显示了电机控制器的一个例子；和

图4显示了确定指示镜头组的位移的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了具有多个镜头的镜头组2的相机元件1。镜头组2相对于图像传感器3的位置是由音圈电机控制4的。特别是，镜头组2是设置在转台5内的，转台5是设置在镜筒6内的。镜筒6从外壳7延伸，镜筒6包括图像传感器。音圈电机4包括动力部件8，本例中动力部件8包括电磁体，以及静止部件9，在本例中静止部件9包括永久磁铁，按照传统的样子。对电磁体施加输入信号，产生了磁场。电流流过音圈电机，在磁场下产生反作用，音圈电机以此向转台提供动力。转台5由弹簧组10约束在默认位置。音圈电机4因而提供克服弹簧阻力的动力，以使透镜组2从其默认位置转移。

图2显示了音圈电机控制器20，它包括音圈电机位移传感器和自动聚焦控制器21，自动聚焦控制器21为照相机元件1的音圈电机4提供控制。应该理解的是，当传感器和控制器集中到本实施例，它们可能是作为分离元件提供的。电机控制器20的更多细节在图3中显示，自动聚焦控制器21收到图象处理元件22的图像数据。该图象处理元件22收到来自图像传感器3的输入，来构建由图像传感器3用透镜组其当前位置捕捉的图像。图象处理元件22可能实行中连接到图像增强元件23，用于提供增强的图像。自动聚焦控制器21解释图像数据，以决定是否在焦点上，因而决定是否需要移动镜头组2。自动聚焦控制器21可以使用任何已知算法来执行此操作。如果镜头组2的移动是需要的，自动聚焦控制器21向电机控制器20提供目标位移。

电机控制器20具体的可以是微控制器，其与存储器24a和24b相关联。电机控制器20向音圈驱动器提供电机位置信号25，音圈驱动器25使用该电机位置信号向音圈电机4提供合适的驱动信号，以使镜头组2转移到所需要的位置(例如从默认位置位移)。

参考图3，控制器20从自动聚焦控制器接收目标位移，标记为“X目标”(图3未显示)。控制器20提供合适的电机位置信号，它可能是预定的，引起音圈电机将镜头组移动到所需要的目标位移。电机位置信号是由混合器30接收的，电机位置信号结合了电机位置信号和测量信号。控制器使用测量信号来确定音圈电机4的位置。在这例子中，测量信号包括具有可听范围之外的频率的信号，例如25kHz。测量信号不干绕位置，该位置指的是电机位置信号打算把音圈电机4移动到的位置。测量信号可能是由控制器或者构成控制器的一部分的传感器产生的。结合的电机位置信号和测量信号是由音圈电机驱动器25接收的，它提供了合适电压/电流的驱动信号以驱动音圈电机4。由于制造公差及其他及其他因素，响应于电机位置信号的音圈电机被驱动的实际位置可能偏离目标位置。

控制器20的位移传感器被配置为从电压传感器31接收施加到音圈电机4两端的电压的测量值。应该理解的是，可以通过测量驱动器25的输出来确定该电压。更进一步地，控制器20的位移传感器被配置为从电流传感器32接收流过音圈电机4的电流的测量值。

控制器20的位移传感器被配置为使用从敏感元件31、32接收的电压和电流来确定音圈电机4在测量信号的频率下的阻抗。因而，该测量信号在一个频率范围内提供电压和电流，在该频率范围内，阻抗-位移关系被敏感元件31，32用于测量。应该理解的是，敏感元件31，32可能被配置为在测量信号频率下测量电压和电流。

控制器20的位移传感器使用了音圈的阻抗(特别是电感)和音圈电机4的位置之间的预定的关系。因而，控制器20从存储器24b接收阻抗-位移函数33。控制器20从阻抗Z函数确定实际位移的位移估计X，在测量信号频率HF下，显示在图3中，X＝f(Z_HF)。控制器20被配置为比较实际位移X估计和目标位移X目标。响应于估计位移和目标位移之间的偏差，控制器可以校准电机位置信号以便使估计该电机控制器可能被配置接收所需要的位置，例如透镜组距离自动聚焦控制器所需要的位置，该电机控制器被配置为确定所述输入信号的值，以驱动所述音圈电机达到与所需要的位置相应的目标位移。更接近于自动聚焦控制器21所需要的目标位置。该偏差的大小可能决定电机位置信号的校准的量。相应地，控制器20利用闭环反馈布置和仅仅的音圈电机4的电压和电流的电性能的测量，快速和精确的控制音圈电机和用于自动聚焦功能的镜头组的位置。

控制器20可以记录为了各个目标位移对电机位置信号进行的调节，来改善使用过程中镜头位置的准确度。该修改可能是存储于存储器24a中。

图4显示了电机控制器20提供的改善定位的自动聚焦功能的流程图。步骤40显示了自动聚焦控制器21确定镜头组的目标位置。步骤41显示了该控制器20使用该目标位置来确定合适的用于音圈驱动器的电机位置信号。步骤42显示了控制器20测量指示音圈电机阻抗的音圈电机的电性能，例如音圈电机两端的电压和流过音圈电机的电流。步骤43显示了控制器20使用该测量值和预定的位移-阻抗函数33来确定音圈电机的位移。步骤44显示了控制器在需要的时候，基于目标位置和步骤43所确定的估计位移之间的偏差来修改电机位置信号。

在其他的实施例中，测量信号可以包含预定频率的正弦信号或者多个信号。测量信号可以包含以一个预定频率为中心的在预定频率范围内的噪声信号。可以理解的是，我们揭露了将电机控制器应用于相机聚焦系统，电机控制器也可被用于任何其他利用音圈电机的系统。更进一步地，虽然实施例显示了音圈电机控制器与位移传感器结合，应当理解的是，位移传感器可能与控制器是有区别的，它可以提供估计位移，其目的可能是除了控制电机目的之外的目的。例如，位移传感器可能被用于遵循输入信号的应用来确定位移，以识别音圈电机或者它的控制器中的错误。

Claims (15)

1.一种音圈电机位移传感器，其特征在于，所述传感器被配置为将预定频率下的交替的测量信号施加于音圈电机，该传感器被配置为用音圈电机两端的电压和流经音圈电机的电流的测量值来确定预定频率下该音圈电机的阻抗，以及用该阻抗和预定的位移-阻抗函数来估算该音圈电机的位移。

2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述交替的测量信号具有可听范围之外的预定频率。

3.如权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述测量信号具有大于2kHz的预定频率。

4.如前述任何一项权利要求所述的传感器，其特征在于，所述测量信号包括多个音调，每个音调具有不同的频率。

5.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述测量信号包括特定频率范围内的噪音。

6.一种用于控制相机的音圈电机的音圈电机控制器，其特征在于，所述控制器包括前述任一项权利要求所述的音圈电机位移传感器，该控制器被配置为用该传感器确定的估计的位移来控制音圈电机的位移。

7.如权利要求6所述音圈电机控制器，其特征在于，所述控制器被配置为将输入信号施加到音圈电机，以把它驱动到目标位移。

8.如权利要求7所述音圈电机控制器，其特征在于，所述控制器被配置结合输入信号和传感器的交替的测量信号，以提供到该音圈电机。

9.如权利要求7或8所述音圈电机控制器，其特征在于，所述电机控制器被配置为接收所需要的位置，所述电机控制器被配置为确定所述输入信号的值，以驱动所述音圈电机达到与所需要的位置相应的目标位移。

10.如权利要求9所述音圈电机控制器，其特征在于，所述电机控制器被配置为基于目标位移位置和估计的位移之间的偏差来修改所述输入信号。

11.如权利要求10所述的音圈电机控制器，其特征在于，所述电机控制器被配置为存储对输入信号做的修改，用于随后确定输入信号，该输入信号来自包括所存储的修改的所需要的目标位移。

12.如权利要求6-10中任一项所述的音圈电机控制器，其特征在于，所述电机控制器包括相机的自动调焦控制器，该自动调焦控制器被配置为控制用于聚焦相机的镜头组的位置。

13.一种确定音圈电机的位移的方法，其特征在于，该方法包括步骤：

将预定频率下的交替的测量信号施加于音圈电机；

测量音圈电机两端的电压和流经音圈电机的电流；

用所述电压和电流的测量值来确定音圈电机的阻抗；

用所述阻抗和预定的位移-阻抗函数来确定所述音圈电机的位移。

14.一种集成电路包括权利要求1-12中任一项所述的音圈电机位移传感器或音圈电机控制器，或者被配置为执行权利要求13所述的方法。

15.一种电子设备包括权利要求6-12中任一项所述的音圈电机控制器，该电机控制器被配置为控制与所述电子设备的相机的镜头组有关联的音圈电机。