CN107949983A - 音圈电动机驱动控制装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及使相机模块的镜头移动的音圈电动机(Voice Coil Motor，下面简称VCM)的驱动控制，尤其涉及在镜头的初始驱动或着地(landing)时能够降低噪音并缩短移动时间的VCM驱动控制方法，该VCM驱动控制方法包括以下步骤：响应于相机操作命令而对所述VCM施加以第一斜率线性增加到预先设定的第一拐点的电流；及对所述VCM施加从所述拐点起以小于所述第一斜率的第二斜率线性增加到无限位置的电流，以使镜头移动到无限位置。

Description

音圈电动机驱动控制装置及其方法
技术领域
本发明涉及使相机模块的镜头移动的音圈电动机(Voice Coil Motor，下面简称VCM)的驱动控制，尤其涉及在镜头的初始驱动或着地(landing)时能够降低噪音并缩短移动时间的VCM驱动控制装置及VCM驱动控制方法。
背景技术
如智能手机、数码相机等便携式IT设备内装有用于拍摄视频或拍照的相机模块。上述相机模块包括VCM，该VCM用作为对焦被摄体而使镜头移动的手段。
图1为示意性示出适用VCM的一般相机模块的截面的附图。如图1所示，与镜头110的侧面结合的VCM致动器120位于外壳130的线筒支撑部131的上部。VCM致动器120由永磁体122和线筒121构成。
当具有上述结构的相机模块100从操作模式转换成相机停止模式时，相机的电源关闭。在这种情况下，线筒121借助弹簧160的力量而使镜头110移动到底面133。如上所述，在镜头110移动到底面133时，线筒121的下端部123和外壳130的线筒支撑部131碰撞，从而产生噪音。这种噪音又称作VCM异音。
为了抑制上述噪音的产生，在从操作模式转换成相机停止模式时，不是通过关闭对VCM施加的电流而是通过线性减少对VCM施加的电流来最小化在线筒121的下端部123与外壳130的线筒支撑部131碰撞时产生的噪音的技术也被提出。然而，虽然上述技术也是一种可以最小化VCM异音的方法，但因线性减少VCM施加电流而镜头移动到底面所需的时间延长。
并且，如图2所示，在为使镜头移动的驱动初始阶段也对VCM施加线性增加的电流，因启动电流弹簧的弹性模量、静摩擦力等而在镜头开始移动或停止时弹簧发生变形，从而产生噪音。如上所述，还需要能够除去或最小化由于在镜头的驱动初始阶段对VCM施加的电流而产生的噪音的方法。
作为参考，图2示出为使镜头进行初始驱动而对VCM施加的电流和镜头的变位，而图3示出为镜头恢复到着地位置而对VCM施加的电流和镜头的变位。尤其，图3中示出根据相机模块的姿势(朝上(face up)、水平(Horizontal)、朝下(face down))而不同的镜头的变位。由图3可见，镜头根据相机模块的姿势在相互不同的电流值恢复到着地位置。而且，图2中的“启动电流(Start Current)”是指在镜头启动时对VCM施加的电流，因此下文中将对VCM施加直到镜头启动为止的电流称作“启动电流”。
【现有技术文献】
【专利文献】
美国专利公开号US2012/0200763A1
韩国专利公开号10-2006-0080821
发明内容
发明要解决的问题
本发明是根据上述缺点的解决和必要性所研制的，本发明的目的在于提供在相机模块的镜头的初始驱动和着地时能够降低VCM异音的产生的VCM驱动控制装置及VCM驱动控制方法。
进一步地，本发明的另一个目的在于提供能够控制驱动VCM以使VCM异音最小化，并缩短其控制时间的VCM驱动控制装置及其控制方法。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的根据本发明的实施例的音圈电动机(VCM)驱动控制方法是用于控制驱动使相机模块的镜头移动的VCM的方法，其包括以下步骤：响应于相机操作命令而对所述VCM施加以第一斜率线性增加到预先设定的第一拐点的电流；及对所述VCM施加从所述拐点起以小于所述第一斜率的第二斜率线性增加到无限位置的电流，以使镜头移动到无限位置；其中，所述第一拐点被设定为在镜头从停放位置启动时对VCM施加的镜头启动电流之前的值。
进一步地，所述VCM驱动控制方法还包括以下步骤：响应于关闭相机操作命令而对所述VCM施加以第三斜率线性减少到预先设定的第二拐点的电流，以使在镜头着地时降低VCM异音；及对所述VCM施加从所述第二拐点起以大于所述第三斜率的第四斜率线性减少到停放位置的电流，以使镜头停放；其中，所述第二拐点被设定为所述镜头启动电流之后的值。
并且，所述第一拐点或所述第二拐点被设定为为使镜头位于无限位置而对VCM施加的电流值的25％以上且50％以下的电流值。
所述第一拐点或第二拐点与根据相机模块的姿势(朝上(face up)、水平(Horizontal)、朝下(face down))而可变的镜头启动电流值相应地被变更设定，且变更设定的各个所述第一拐点或所述第二拐点被设定为为使镜头位于无限位置而对VCM施加的电流值的25％以上且50％以下的电流值。
另外，根据本发明的另一个实施例的VCM驱动控制装置包括：控制单元，根据用户的相机操作控制命令产生并输出用于使相机模块的镜头移动到无限位置或停放位置的VCM驱动控制信号；数模转换器(DAC)，用于将所述VCM驱动控制信号转换为模拟信号；及电动机驱动单元，产生与转换成模拟信号的所述VCM驱动控制信号对应的电流，并施加给VCM；其中，所述控制单元响应于相机操作命令而产生并输出用于对所述VCM施加以第一斜率线性增加到预先设定的第一拐点的电流的VCM驱动控制信号和用于对所述VCM施加从所述第一拐点起以小于所述第一斜率的第二斜率线性增加到无限位置的电流的VCM驱动控制信号。
进一步地，所述控制单元响应于关闭相机操作命令而产生并输出用于对所述VCM施加以第三斜率线性减少到预先设定的第二拐点的电流的VCM驱动控制信号和用于对所述VCM施加从所述第二拐点起以大于所述第三斜率的第四斜率线性减少到停放位置的电流的VCM驱动控制信号。
所述第一拐点及所述第二拐点分别被设定为在相机模块的镜头从停放位置启动时对VCM施加的镜头启动电流之前后的值并在所述控制单元的内部存储器中储存使用。
所述第一拐点或所述第二拐点被设定为为使镜头位于无限位置而对VCM施加的电流值的25％以上且50％以下的电流值。
发明的效果
根据上述技术方案，本发明具有如下效果：当将镜头从停放位置移动到无限位置时，控制对VCM施加以相对大的第一斜率线性增加到与镜头启动电流值接近的电流值(拐点)的电流，而控制对VCM施加从所述拐点以小于所述第一斜率的第二斜率线性增加到无限位置的电流，从而可以缩短使镜头移动到无限位置所需的时间，并降低VCM异音。
在用相同的方法将镜头移动到停放位置的情况下也通过施加以缓慢的斜率线性减少到第二拐点的电流来使镜头进行移动，从而可以降低在镜头启动电流值附近产生的VCM异音，且通过施加在所述第二拐点之后以急剧的斜率线性减少到停放位置的电流来可以缩短向停放位置的移动时间。
附图说明
图1为适用VCM的一般相机模块的截面示意图。
图2为为使镜头进行初始驱动而对VCM施加的电流和镜头的变位图表的示意图。
图3为为使镜头恢复到着地位置而对VCM施加的电流和镜头的变位图表的示意图。
图4为示意性示出根据本发明的实施例的VCM驱动控制装置的框图。
图5为根据本发明的实施例的VCM驱动控制流程示意图。
图6a和图6b为根据本发明的实施例的VCM施加电流和镜头的变位图表的示意图。
图7为响应于相机操作命令直接对VCM施加电流的现有技术的电流施加定时的示意图。
图8为基于图7的噪音测量试验结果示意图。
图9为根据本发明的实施例的电流施加定时的示意图。
图10为基于图9的噪音测量试验结果示意图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的优选实施例进行详细的说明。在对本发明的说明中，针对与本发明相关的公知功能或构成，例如相机模块的机构组成等公知构成省略详细说明。
作为参考，下文中所用的术语无限位置(infinite position)被定义为在向相机模块供应操作电源时镜头从停放位置(parking position)移动而到达的初始驱动位置。在相关领域中通常将在使物体放在相机前方1米处后对焦的位置设定为无限位置。与此相反，停放位置被定义为在相机操作关闭时镜头存在的位置。另外，相机操作控制命令被定义为包括用于驱动相机的相机操作命令和用于停止相机驱动的关闭相机操作命令。当然，自动聚焦、放大、缩小命令也可以是相机操作控制命令之一。并且，镜头启动电流值被定义为在镜头从停放位置启动时对VCM施加的电流值。
首先，图4为示意性示出根据本发明的实施例的VCM驱动控制装置的框图。
参照图4，用于控制驱动使相机模块的镜头移动的VCM 165的装置包括：控制单元110，根据用户的相机操作控制命令产生并输出用于使相机模块的镜头移动到无限位置或停放位置的VCM驱动控制信号；数模转换器(DAC)140，用于将所述VCM驱动控制信号转换为模拟信号；及电动机驱动单元150，产生与转换成模拟信号的所述VCM驱动控制信号对应的电流i(t)，并施加给VCM 165。
所述控制单元110根据通过用户界面单元100所输入的用户命令而控制安装在如手机、数码相机等装置的相机模块的整体操作。用于控制相机模块的整体操作的控制程序数据存储于可访问的存储器120。
作为上述控制单元110的控制操作，举一例，为了最小化VCM异音的产生，控制单元110响应于相机操作命令而产生并输出用于对所述VCM 165施加以第一斜率线性增加到预先设定的第一拐点(图6a的P1)的电流的VCM驱动控制信号和用于对所述VCM 165施加从所述拐点(图6a的P1)起以小于所述第一斜率的第二斜率线性增加到无限位置的电流的VCM驱动控制信号。
并且，控制单元110响应于关闭相机操作命令而产生并输出用于对所述VCM 165施加以第三斜率线性减少到预先设定的第二拐点(图6b的P2)的电流的VCM驱动控制信号和用于对所述VCM 165施加从所述第二拐点P2以大于所述第三斜率的第四斜率线性减少到停放位置的电流的VCM驱动控制信号。
作为参考，所述第一拐点P1和第二拐点P2可以分别被设定为在相机模块的镜头从停放位置启动时对VCM 165施加的电流值(通过实验可以获得)之前的值(在镜头着地时为上述电流值之后的值)(优选设定为为使镜头位于无限位置而对VCM施加的电流值的25％以上且50％以下的电流值)，并在存储器120或控制单元110的内部存储器或寄存器中储存使用。所述第一拐点P1及第二拐点P2可以被设定为相同的电流值，但也可以根据各个相机模块的机构特性和操作特性而具有相互不同的电流值。尤其重要的是，由于重力、静摩擦力等，根据相机模块的姿势(朝上(face up)、水平(Horizontal)、朝下(face down))而镜头启动电流也可变。从而，所述第一拐点及第二拐点可以与根据相机模块的姿势而可变的镜头启动电流值相应地被变更设定，且变更设定的各个所述第一拐点及所述第二拐点可以被设定为为使镜头位于无限位置而对VCM施加的电流值的25％以上且50％以下的电流值。
在图4中未说明的用户界面单元100根据设备包括用于输入用户命令的操作按钮，且根据情况，还可包括用于显示拍摄的图像、设备操作状态的显示部。
在存储器120中存储有用于控制驱动相机模块的控制程序数据，且还存储有通过实验获得的所述拐点(P1、P2)的信息。
视频信号处理单元130对从构成相机模块的图像传感器获得的视频信号进行处理。图像传感器通常被布置在相机模块的镜头下部。
参照图1对相机模块的机构构成进行补充说明。图1示出镜头移动到底面(停放位置)的VCA(Voice Coil Actuator)120的状态。在图1中，镜头驱动单元104包括VCA 120、弹簧160及外壳130。VCA 120用来使镜头110沿着光轴直线移动以便调集，并由线筒121和永磁体122构成。线筒121结合到镜头110的侧面且缠绕有线圈(图中未示出)。线筒121根据对线圈施加的电流量调节镜头110的位置。永磁体122被布置在线筒121的外侧。当相机模块100进行拍摄操作时，线筒121的下端部123与外壳130的线筒支撑部131隔开间隔h。线筒121的下端部123与外壳130的线筒支撑部131之间的间隔h相同于镜头110的下面与底面133之间的间隔。弹簧160用来当相机电源关闭时使镜头110移动到底面133，并由布置在VCA 120上部的上弹簧161和布置在VCA 120下部的下弹簧162构成。外壳130用来通过包围相机模块100内部的组件而保护和支撑所述组件，且包括线筒支撑部131及镜头下端支撑部132。镜头下端支撑部132的上面形成当相机电源关闭时与镜头110接触的底面133。在上述相机模块构成中，为了便于说明，将使镜头110移动的VCA 120统一称为VCM 165，且将底面133称为停放位置。
下面，参照附图对具有上述构成的VCM驱动控制装置的操作进行更详细的说明。
图5示意性示出根据本发明的实施例的VCM驱动控制流程图，图6a和图6b分别示出根据本发明的实施例的VCM施加电流和镜头的变位图表。下面，为了便于说明，假设相机模块的姿势处于水平(Horizontal)状态说明本发明的实施例，且对通过利用在水平状态获得的镜头启动电流值和映射到在水平状态获得的镜头启动电流值的第一拐点P1和第二拐点P2来控制驱动VCM 165的方法进行说明。
参照图5，首先在相机的操作电源关闭的状态下相机模块的镜头110位于底面133，即，停放位置。如果通过用户界面单元100接收相机操作命令(步骤S10)，控制单元110就将镜头110移动到初始驱动位置即无限位置。
为此，如图6a所示，控制单元110对VCM 165施加以第一斜率线性增加到预先设定的第一拐点P1(步骤S20)。所述第一拐点P1被设定为在镜头110通过施加电流从停放位置启动时的电流值(镜头启动电流值，通过实验可以获得)之前的值(优选设定为为使镜头位于无限位置而对VCM施加的电流值的25％以上且50％以下的电流值)。作为参考，所述第一拐点P1具有与对VCM 165施加的电流值对应的数字码值，下面为了便于说明将其称为电流值(current)。
将所述第一拐点P1设定为镜头启动电流值之前的值的理由是为了缩短使镜头初始驱动并移动到无限位置所需的时间，且最小化VCM异音。即，如图6a所示，当像现有线性控制方式的斜率(线性斜率控制，Linear Slope Control；LSC)一样以1代码步骤单位线性增加VCM施加电流时，虽然VCM异音降低，但使镜头移动到无限位置所需的时间延长。对此，在本发明中，采用将施加电流急剧线性增加到水平状态的镜头启动电流之前的第一拐点P1(例如，5代码步骤单位)(LSC1)的方式缩短镜头的初始驱动时间。
如上所述，在控制对VCM 165施加以第一斜率线性增加到第一拐点P1的电流之后，控制单元110对VCM 165施加从所述拐点P1以小于所述第一斜率的第二斜率线性增加到无限位置的电流(步骤S30)，以便使镜头移动到初始驱动位置即无限位置。以所述第二斜率线性增加的电流i(t)应被设定为包括镜头启动电流值，并应被设定为具有线性增加以使VCM异音最小化的斜率。
如上所述，若控制对VCM 165施加以相对大的第一斜率线性增加到与镜头启动电流值接近的在镜头启动电流值之前的电流值(拐点P1)的电流，且控制对VCM 165施加从所述拐点P1以小于所述第一斜率的第二斜率线性增加到无限位置的电流，则如图6a所示可以将使镜头移动到无限位置所需的时间从以往的T2缩短到T1，且通过施加缓慢地线性增加的电流而能够最小化VCM异音。
另外，在相机操作中通过用户接收关闭相机操作命令(步骤S40)时，控制单元110响应于关闭相机操作命令而如图6b所示控制对VCM165施加以第三斜率线性减少(以1代码步骤单位)到预先设定的第二拐点P2的电流(步骤S50)。所述第二拐点P2可以具有相同于所述第一拐点P1的电流值，也可以具有不同于所述第一拐点P1的电流值，并具有小于镜头启动电流值的电流值即在镜头启动电流值之前的电流值。这也是通过试验可以获得的值。尤其重要的是，所述第一拐点P1和第二拐点P2为了最小化由于镜头启动电流值产生的VCM异音，应被设定为小于镜头启动电流值的电流值即在镜头启动电流值之前的电流值(优选设定为为使镜头位于无限位置而对VCM施加的电流值的25％以上且50％以下的电流值)。
如上所述，在控制对VCM 165施加以第三斜率缓慢线性减少到第二拐点P2的电流之后，如图6b所示，控制单元110控制对VCM 165施加从所述第二拐点P2以大于所述第三斜率的第四斜率线性减少(以5代码步骤单位)到停放位置的电流(步骤S60)，以使镜头停放。
如上所述，通过控制对VCM 165施加以相对小的斜率线性减少到与镜头启动电流值接近的电流值(拐点P3)的电流来最小化VCM异音，且通过控制对VCM 165施加从所述拐点P2以大于所述第三斜率的第四斜率线性减少到停放位置的电流来可以将使镜头移动到停放位置所需的时间从以往LSC的T4缩短到T3。
另外，若控制对VCM 165施加从拐点P2线性减少到停放位置的电流，则可以降低由于在不是通过逐渐减少施加电流而是直接关闭电源时会发生的镜头和底面的碰撞造成的噪音。
图7示出响应于相机操作命令而直接对VCM施加电流的现有技术的电流施加定时，而图8示意性示出基于图7的噪音测量试验结果。另外，图9示出根据本发明的实施例的电流施加定时，而图10示意性示出基于图9的噪音测量试验结果。
图9与图7相比，图9示出以如下方式控制的电流施加定时图：响应于相机操作命令而不是像图7那样采用直接对VCM施加电流的方式，而是采用电流以第一斜率急剧线性增加到通过试验获得的第一拐点的方式对VCM施加电流，且采用电流从所述第一拐点以第二斜率线性增加到无限位置的方式对VCM施加电流，且所述第二斜率小于第一斜率。
图8和图10示意性示出当以如图7和图9所示的方式对VCM施加电流时测量VCM异音的结果。在对比图8和图10的表时，可见在根据本发明的实施例控制驱动VCM时的VCM异音与在以直接方式控制时的VCM异音相比相对降低。
因此，根据本发明，与以直接方式对VCM施加电流的方法相比能够降低VCM异音，且与响应于相机操作命令而对VCM施加逐渐线性增加的电流的现有方法相比，可以缩短使镜头移动到无限位置所需的时间，因而是一个非常有用的发明。
本发明参考附图中图示的一实施例进行了说明，但这仅仅是作为例示，只要是所属领域技术人员，都能理解通过这些来进行多种变形及均等的其他实施例。因此，本发明的真正的保护范围应通过权利要求来确定。

Claims (10)

1.一种音圈电动机(VCM)驱动控制方法，用于控制驱动使相机模块的镜头移动的VCM，包括以下步骤：
响应于相机操作命令而对所述VCM施加以第一斜率线性增加到预先设定的第一拐点的电流；及
对所述VCM施加从所述拐点起以小于所述第一斜率的第二斜率线性增加到无限位置的电流，以使镜头移动到无限位置；
其中，所述第一拐点被设定为在镜头从停放位置启动时对VCM施加的镜头启动电流之前的值。
2.根据权利要求1所述的VCM驱动控制方法，还包括以下步骤：
响应于关闭相机操作命令而对所述VCM施加以第三斜率线性减少到预先设定的第二拐点的电流，以使在镜头着地时降低VCM异音；及
对所述VCM施加从所述第二拐点起以大于所述第三斜率的第四斜率线性减少到停放位置的电流，以使镜头停放；
其中，所述第二拐点被设定为所述镜头启动电流之后的值。
3.根据权利要求1或2所述的VCM驱动控制方法，其中，所述第一拐点或所述第二拐点被设定为为使镜头位于无限位置而对VCM施加的电流值的25％以上且50％以下的电流值。
4.根据权利要求1或2所述的VCM驱动控制方法，其中，所述第一拐点或第二拐点与根据包括朝上、水平、朝下的相机模块的姿势而可变的镜头启动电流值相应地被变更设定，且变更设定的各个所述第一拐点或所述第二拐点被设定为为使镜头位于无限位置而对VCM施加的电流值的25％以上且50％以下的电流值。
5.一种VCM驱动控制装置，包括：
控制单元，根据用户的相机操作控制命令产生并输出用于使相机模块的镜头移动到无限位置或停放位置的VCM驱动控制信号；
数模转换器(DAC)，用于将所述VCM驱动控制信号转换为模拟信号；及
电动机驱动单元，产生与转换成模拟信号的所述VCM驱动控制信号对应的电流，并施加给VCM；
其中，所述控制单元响应于相机操作命令而产生并输出用于对所述VCM施加以第一斜率线性增加到预先设定的第一拐点的电流的VCM驱动控制信号和用于对所述VCM施加从所述第一拐点起以小于所述第一斜率的第二斜率线性增加到无限位置的电流的VCM驱动控制信号。
6.根据权利要求5所述的VCM驱动控制装置，其中，所述控制单元响应于关闭相机操作命令而产生并输出用于对所述VCM施加以第三斜率线性减少到预先设定的第二拐点的电流的VCM驱动控制信号和用于对所述VCM施加从所述第二拐点起以大于所述第三斜率的第四斜率线性减少到停放位置的电流的VCM驱动控制信号。
7.根据权利要求5所述的VCM驱动控制装置，其中，所述第一拐点被设定为在相机模块的镜头从停放位置启动时对VCM施加的镜头启动电流之前的值，并在所述控制单元的内部存储器中储存使用。
8.根据权利要求6所述的VCM驱动控制装置，其中，所述第二拐点被设定为在相机模块的镜头从停放位置启动时对VCM施加的镜头启动电流之后的值，并在所述控制单元的内部存储器中储存使用。
9.根据权利要求7或8所述的VCM驱动控制装置，其中，所述第一拐点或所述第二拐点被设定为为使镜头位于无限位置而对VCM施加的电流值的25％以上且50％以下的电流值。
10.根据权利要求5或6所述的VCM驱动控制装置，其中，所述第一拐点或第二拐点与根据包括朝上、水平、朝下的相机模块的姿势而可变的镜头启动电流值相应地被变更设定，且变更设定的各个所述第一拐点或所述第二拐点被设定为为使镜头位于无限位置而对VCM施加的电流值的25％以上且50％以下的电流值。
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Assignee: Xidi Microelectronics (Hong Kong) Co.,Ltd.

Assignor: Dongyun Technology Co.,Ltd.

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Denomination of invention: Voice coil motor drive control device and method thereof

Granted publication date: 20200908

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