TW201426082A - 鏡頭對焦系統及鏡頭對焦控制方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種鏡頭對焦系統，運行於相機模組中，該相機模組包括輸入裝置、音圈馬達、鏡頭、控制裝置及存儲裝置。該鏡頭對焦系統包括：獲取模組，用於依據該輸入裝置輸入的鏡頭放大倍率自該存儲器獲取對應的線圈電流變動總量□Iin;計算模組，用於依據該線圈電流總變動量□Iin計算得到第一變動量、第二變動量及第三變動量；及控制模組，用於將線圈電流依次改變第一、第二及第三變動量。

Description

鏡頭對焦系統及鏡頭對焦控制方法

本發明涉及一種音圈馬達控制方法及一種使用該音圈馬達控制方法的鏡頭對焦系統。

音圈馬達（Voice Coil Motor），是一種將電能轉化為機械能的裝置，並實現直線型及有限擺角的運動。利用來自永久磁鐵的磁場與通電線圈導體產生的磁場中磁極間的相互作用產生有規律的運動的裝置。由於音圈馬達的控制精度很高，故廣泛應用於鏡頭對焦等需精確定位的系統中，在音圈馬達中通常由磁鐵帶動彈簧做規律運動進而帶動鏡頭運動。因為彈簧的諧振特性，彈簧要經過一段時間才能穩定下來使鏡頭對焦，從而延長了鏡頭對焦時間。

有鑒於此，提供一種加快音圈馬達穩定的鏡頭對焦系統及鏡頭對焦方法實爲必要。

本發明提供一種鏡頭對焦系統，運行於相機模組中，該相機模組包括輸入裝置、音圈馬達、鏡頭、控制裝置及存儲裝置，該輸入裝置用於輸入一鏡頭放大倍率，該音圈馬達用於依據該輸入的鏡頭放大倍率，調整鏡頭的移動位置從而調整該相機模組的變焦，該音圈馬達包括一彈簧、電磁鐵及纏繞該彈簧電磁鐵的線圈；該控制裝置用於控制流過該線圈的電流，從而使得該電磁鐵產生磁力與該彈簧的彈力達到平衡來改變該鏡頭的移動位置，該存儲裝置預存有該線圈的電流變動總量Iin的參考值範圍及鏡頭放大倍率之間對應關系；該鏡頭對焦系統包括：

獲取模組，用於依據該輸入裝置輸入的鏡頭放大倍率自該存儲器獲取對應的線圈電流變動總量Iin;

計算模組，用於依據該線圈電流總變動量Iin計算得到第一變動量、第二變動量及第三變動量，且該第一、第二及第三變動量之和為該總變動量Iin；及

控制模組，用於控制該控制裝置將線圈電流依次改變第一變動量、第二變動量及第三變動量。

本發明提供一種鏡頭對焦控制方法，應用於相機模組中，該相機模組包括輸入裝置、音圈馬達、鏡頭、控制裝置及存儲裝置，該輸入裝置用於輸入一鏡頭放大倍率，該音圈馬達用於依據該輸入的鏡頭放大倍率，調整鏡頭的移動位置從而調整該相機模組的變焦，該音圈馬達包括一彈簧、電磁鐵及纏繞該彈簧電磁鐵的線圈；該控制裝置用於控制流過該線圈的電流，從而使得該電磁鐵產生磁力與該彈簧的彈力達到平衡來改變該鏡頭的移動位置，該存儲裝置預存有該線圈的電流變動總量Iin的參考值範圍及鏡頭放大倍率之間對應關系；該鏡頭對焦控制方法包括：

獲取步驟，依據該輸入裝置輸入的鏡頭放大倍率自該存儲器獲取對應的線圈電流變動總量Iin;

計算步驟，依據該線圈電流總變動量Iin計算得到第一變動量、第二變動量及第三變動量，且該第一、第二及第三變動量之和為該總變動量Iin；及

控制步驟，將線圈電流依次改變第一變動量、第二變動量及第三變動量。

本發明提供一種鏡頭對焦系統，運行於相機模組中，該相機模組包括音圈馬達、鏡頭、控制裝置，該音圈馬達包括一彈簧，且該彈簧振幅每間隔諧振週期的二分之一衰減r(0<r<1)倍，該控制裝置用於控制該音圈馬達的線圈電流；該鏡頭對焦系統包括：

獲取模組，用於獲取該鏡頭移動所需的線圈電流變動總量Iin；

計算模組，用於依據該線圈電流總變動量Iin及彈簧衰減參數r計算得到第一變動量Iin/[2*(1+r)]、第二變動量Iin/2及第三變動量r*Iin/[2*(1+r)]，且該第一、第二及第三變動量之和為該總變動量Iin；及

控制模組，用於控制該控制裝置將線圈電流依次改變第一、第二及第三變動量，且每兩次變動的間隔時間為彈簧諧振週期的二分之一。

本發明提供一種鏡頭對焦控制方法，應用於相機模組中，該相機模組包括音圈馬達、鏡頭、控制裝置，該音圈馬達包括一彈簧，且該彈簧振幅每間隔諧振週期的二分之一衰減r(0<r<1)倍，該控制裝置用於控制該音圈馬達的線圈電流；該鏡頭對焦系統包括：

獲取步驟，獲取該鏡頭移動所需的線圈電流變動總量Iin；

計算步驟，依據該線圈電流總變動量Iin及彈簧衰減參數r計算得到第一變動量Iin/[2*(1+r)]、第二變動量Iin/2及第三變動量r*Iin/[2*(1+r)]，且該第一、第二及第三變動量之和為該總變動量Iin；及

控制步驟，控制該控制裝置將線圈電流依次改變第一、第二及第三變動量，且每兩次變動的間隔時間為彈簧諧振週期的二分之一。

相較於先前技術，使用本發明的鏡頭對焦系統及鏡頭對焦控制方法將電流變動總量分割為三次變動，從而可以有效抑制彈簧諧振，提高了音圈馬達的穩定性。

請參閱圖1，其為一典型的鏡頭對焦系統示意圖。在相機模組1中，控制電路10控制音圈馬達12的線圈電流IL，以控制鏡頭14的位置。在音圈馬達12中，彈簧16的一端固定，另一端連接可移動的電磁鐵18，在電磁鐵18的另一側有磁鐵20，線圈電流IL經過電磁鐵18的線圈22產生磁力與磁鐵20交互作用，因此可藉控制線圈電流IL的大小前後移動電磁鐵18。鏡頭14與電磁鐵18連動，因此可藉移動電磁鐵18而調整鏡頭14的位置。當要前後移動鏡頭14時，控制電路10改變線圈電流IL的大小，進而改變電磁鐵18的磁力大小，造成彈簧16瞬間受力，藉由磁力和彈簧力量的平衡來決定鏡頭14的位移d，其中當鏡頭14移動d不同時，線圈電流IL的變動量亦不同。

然而，經實驗發現，參照圖2，圖2為圖1所示鏡頭對焦控制方法電流變動及其產生的彈簧諧振示意圖。當線圈電流IL瞬間變動大小Iin時，彈簧16會產生大振幅的諧振，此諧振的振幅隨時間逐漸變小，因而造成鏡頭14前後擺動，直到經過一段時間後，彈簧16的諧振力量消逝，鏡頭14才穩定下來。因此，每次移動鏡頭14，都需要等待一段很長的對焦時間。

同時實驗發現，若通過減緩線圈電流IL的變動斜率來減少彈簧16瞬間受力的能量，達到縮減彈簧16諧振的振幅的話，由於線圈電流IL的變動斜率固定，當鏡頭14需要的位移d較大時，線圈電流IL的變動時間也會相對較長。近來鏡頭14的體積越來越小，重量也越來越輕，使得彈簧16受到少量的作用力便會有較大振幅的諧振現象產生，因此需要更緩和的線圈電流IL的變動斜率以減少彈簧16的瞬間受力，導致音圈馬達12仍然需要更久的時間才能達到穩態。

而就一個既定的音圈馬達12而言，其彈簧16的諧振具有特定的諧振週期T，且在每間隔T/2彈簧諧振波長的衰減參數為r(0<r<1)，本發明將利用前述特性抑制音圈馬達12的彈簧諧振。

請一併參閱圖3、圖4，圖3為本發明的鏡頭對焦控制方法的電流變動示意圖；圖4為應用圖3所示鏡頭對焦控制方法的彈簧諧振效果示意圖。當鏡頭14移動距離為d時，控制電路10獲取所需要的線圈電流IL的總變動量為Iin。當鏡頭移動距離不同時，該線圈電流IL的總變動量亦不同。在本實施方式中，該控制電路10將Iin分成三次變動，其中每次的變量記為I1、I2、I3，且每兩次變動的間隔時間為T/2。

具體地，在時間t1時，線圈電流IL第一次變動，電流變動量為I1，此次變動將使彈簧16產生振幅為x的諧振；在時間t2時，經第一次變動後的線圈電流IL發生第二次變動，電流變動量為I2，此次變動將使彈簧16產生振幅為y的諧振；在時間t3時，經第三次變動的線圈電流IL發生第三次變動，電流變動量為I3，此次變動將使彈簧16產生振幅為z的諧振。其中I1+I2+I3=Iin；I1:I2:I3=x:y:z。

考慮到彈簧諧振在T/2內相較於前一T/2的衰減參數為r倍。為加快音圈馬達的穩定，在T2時間內，第一次變動使彈簧16產生振幅為x‧r，第二變動使彈簧16產生振幅為y，可得到x +x‧r=y；在T3時間內，第一次變動使彈簧16產生振幅為x‧r²，第二次變動使彈簧16產生振幅為y‧r，第三次變動使彈簧16產生振幅為z，為使所有波形基本抵消可得x‧r²+z=y‧r。可得出以下公式：

故，可得出在時間t1時，線圈電流IL 第一次變動的電流變動量為I1=Iin/[2*(1+r)]；在時間t2時，線圈電流IL第二變動的電流變動量為I2=Iin/2；在時間t3時，線圈電流IL第三次變動的電流變動量為I3=r*Iin/[2*(1+r)]。

也就是說，在初始線圈電流的基礎上每間隔T/2依次按照上述推算得到的線圈變動量I1、I2及I3逐漸增大或減小線圈電流，實驗證明可有效消除線圈12的諧振,如圖5為利用HSPICE對前述之鏡頭對焦控制方法的模擬示意圖。如圖5所示，本發明的控制方法使線圈電流變動量分為3次變動至目標值，在變動完成後彈簧幾乎沒有任何波動。

依據上述分析，請參閱圖6，揭示本發明鏡頭對焦系統一較佳實施方式的運行環境示意圖。該鏡頭對焦系統35應用於一相機模組3中。該相機模組3包括控制裝置30、輸入裝置31、音圈馬達32、存儲裝置33、鏡頭34及鏡頭對焦系統35。該輸入裝置31用於提供一操作介面輸入一鏡頭放大倍率。該音圈馬達32依據該輸入的鏡頭放大倍率調整鏡頭14的移動位置從而調整該相機模組1的變焦。該音圈馬達32與圖1所示之音圈馬達12之結構相同包括一彈簧、電磁鐵、磁鐵及纏繞該電磁鐵的線圈。該彈簧的一端固定，另一端連接可移動的電磁鐵，該電磁鐵的另一則放置該磁鐵。該鏡頭34與電磁鐵連動。該存儲裝置33預存有該線圈的電流變動總量Iin的參考值範圍及鏡頭放大倍率之間的對應關係，且鏡頭14通過前後移動實現放大。當要改變放大倍率時，該鏡頭對焦系統30依據輸入的鏡頭放大倍率自該存儲裝置13中獲取線圈的電流變動總量Iin，並進一步地依據Iin獲取三次的電流變動量I1、I2及I3。該控制裝置30根據鏡頭對焦系統35得到的電流變動量I1、I2及I3，改變流過該線圈22的線圈電流IL的大小，進而改變電磁鐵18的磁力大小，造成彈簧16瞬間受力，藉由磁力和彈簧力量的平衡來決定鏡頭14的位移d使該相機模組3的對焦。

該鏡頭對焦系統35可儲存在該相機模組3的存儲裝置33中，並由該控制裝置30執行，以控制該鏡頭34實現相機對焦。該鏡頭對焦系統35包括獲取模組351、計算模組353及控制模組355。

該獲取模組351用於依據輸入的鏡頭放大倍率獲取線圈電流的總變量Iin。具體地，該獲取模組351由該存儲裝置33查找該輸入裝置31輸入的鏡頭放大倍率對應的線圈電流總變動量Iin。其中該獲取模組351還根據當前的鏡頭放大倍率與需調整後之放大倍率決定線圈電流變動為增大或減小Iin。在其他實施方式中，該獲取模組351可根據鏡頭34移動距離d直接確定線圈電流總變動量Iin。

該計算模組353用於依據該線圈電流總變動量Iin計算得到第一變動量I1、第二變動量I2及第三變動量I3。其中，該第一變動量I1、第二變動量I2及第三變動量I3之和為該總變量Iin。具體地，該第一變動量I1=Iin/[2*(1+r)]；第二變動量I2=Iin/2，第三變動量I3= r*Iin/[2*(1+r)]。在一實施例中，當該衰減參數r=0.8，線圈電流總變動量為40mA時，得到I1=11.11mA；I2=20mA；I3=8.89mA。

該控制模組355用於控制線圈電流依次改變第一、第二及第三變動量。具體地，該控制模組355控制該控制裝置30每間隔T/2將線圈電流依次改變第一變動量I1、第二變動量I2及第三變動量I3。

請一併參閱圖7，其為本發明鏡頭對焦控制方法流程圖。

步驟S501，該獲取模組351用於獲取線圈電流的總變量Iin。具體地，該獲取模組351由該存儲裝置33查找該輸入裝置31輸入的鏡頭放大倍率對應的線圈電流總變動量Iin。在其他實施方式中，該獲取模組351可根據鏡頭34移動距離d直接確定線圈電流總變動量Iin。

步驟S503，該計算模組353用於依據該線圈電流總變動量Iin計算得到第一變動量I1、第二變動量I2及第三變動量I3。其中，該第一變動量I1、第二變動量I2及第三變動量I3之和為該總變量Iin。具體地，該第一變動量I1=Iin/[2*(1+r)]；第二變動量I2=Iin/2，第三變動量I3= r*Iin/[2*(1+r)]。在一實施例中，當該衰減參數r=0.8，線圈電流總變動量為40mA時，得到I1=11.11mA；I2=20mA；I3=8.89mA。

步驟S505，該控制模組355用於控制線圈電流依次改變第一、第二及第三變動量。具體地，該控制模組355控制該控制裝置30每間隔T/2將線圈電流依次改變第一變動量I1、第二變動量I2及第三變動量I3。

相較於先前技術，使用前述的音圈馬達控制方法將移動距離對應的線圈電流總變量Iin分割為三次變動，從而可以有效抑制彈簧諧振，提高了音圈馬達的穩定性。

雖然本發明以優選實施例揭示如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可做各種的變化，這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求的保護範圍之內。

10．．．控制電路

3．．．相機模組

30．．．控制裝置

31．．．輸入裝置

12、32．．．音圈馬達

33．．．存儲裝置

14、34．．．鏡頭

16．．．彈簧

18．．．電磁鐵

IL．．．線圈電流

22．．．線圈

35．．．鏡頭對焦系統

351．．．獲取模組

353．．．計算模組

355．．．控制模組

S501~S505．．．步驟

圖1是一典型鏡頭對焦系統運行環境示意圖。

圖2是圖1所示的鏡頭對焦系統之鏡頭對焦控制方法電流變動及其產生的彈簧諧振示意圖。

圖3是本發明的鏡頭對焦控制方法的電流變動示意圖

圖4是圖3所示的鏡頭對焦控制方法之彈簧諧振示意圖。

圖5為利用HSPICE對前述之鏡頭對焦控制方法的模擬示意圖。

圖6是本發明的鏡頭對焦系統運行環境結構示意圖。

圖7是本發明鏡頭對焦控制方法流程圖。

S501~S505．．．步驟

Claims (12)

1. 一種鏡頭對焦系統，運行於相機模組中，該相機模組包括輸入裝置、音圈馬達、鏡頭、控制裝置及存儲裝置，該輸入裝置用於輸入一鏡頭放大倍率，該音圈馬達用於依據該輸入的鏡頭放大倍率，調整鏡頭的移動位置從而調整該相機模組的變焦，該音圈馬達包括一彈簧、電磁鐵及纏繞該彈簧電磁鐵的線圈；該控制裝置用於控制流過該線圈的電流，從而使得該電磁鐵產生磁力與該彈簧的彈力達到平衡來改變該鏡頭的移動位置，該存儲裝置預存有該線圈的電流變動總量Iin的參考值範圍及鏡頭放大倍率之間對應關系；該鏡頭對焦系統包括：
   獲取模組，用於依據該輸入裝置輸入的鏡頭放大倍率自該存儲器獲取對應的線圈電流變動總量Iin;
   計算模組，用於依據該線圈電流總變動量Iin計算得到第一變動量、第二變動量及第三變動量，且該第一、第二及第三變動量之和為該總變動量Iin；及
   控制模組，用於控制該控制裝置將線圈電流依次改變第一變動量、第二變動量及第三變動量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭對焦系統，其中，該獲取模組根據當前的鏡頭放大倍率與需調整後之放大倍率決定線圈電流變動為增大或減小Iin。
3. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭對焦系統，其中，該音圈馬達的彈簧的諧振週期為T。
4. 如申請專利範圍第3項所述之鏡頭對焦系統，其中，該控制模組將第一變動量、第二變動量及第三變動量每間隔T/2施加至該線圈。
5. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭對焦系統，其中，該彈簧振幅每間隔諧振週期的二分之一衰減r(0<r<1)倍，該第一變動量為Iin/[2*(1+r)]，第二變動量為Iin/2，第三變動量為r*Iin/[2*(1+r)]。
6. 一種鏡頭對焦控制方法，應用於相機模組中，該相機模組包括輸入裝置、音圈馬達、鏡頭、控制裝置及存儲裝置，該輸入裝置用於輸入一鏡頭放大倍率，該音圈馬達用於依據該輸入的鏡頭放大倍率，調整鏡頭的移動位置從而調整該相機模組的變焦，該音圈馬達包括一彈簧、電磁鐵及纏繞該彈簧電磁鐵的線圈；該控制裝置用於控制流過該線圈的電流，從而使得該電磁鐵產生磁力與該彈簧的彈力達到平衡來改變該鏡頭的移動位置，該存儲裝置預存有該線圈的電流變動總量Iin的參考值範圍及鏡頭放大倍率之間對應關系；該鏡頭對焦控制方法包括：
   獲取步驟，依據該輸入裝置輸入的鏡頭放大倍率自該存儲器獲取對應的線圈電流變動總量Iin;
   計算步驟，依據該線圈電流總變動量Iin計算得到第一變動量、第二變動量及第三變動量，且該第一、第二及第三變動量之和為該總變動量Iin；及
   控制步驟，將線圈電流依次改變第一變動量、第二變動量及第三變動量。
7. 如申請專利範圍第6項所述之鏡頭對焦控制方法，其中，該獲取步驟還包括根據當前的鏡頭放大倍率與需調整後之放大倍率決定線圈電流變動為增大或減小Iin。
8. 如申請專利範圍第6項所述之鏡頭對焦控制方法，其中，該音圈馬達的彈簧的諧振週期為T。
9. 如申請專利範圍第8項所述之鏡頭對焦控制方法，其中，該控制步驟中將第一變動量、第二變動量及第三變動量每間隔T/2施加至該線圈。
10. 如申請專利範圍第6項所述之鏡頭對焦控制方法，其中，該彈簧振幅每間隔諧振週期的二分之一衰減r(0<r<1)倍，該第一變動量為Iin/[2*(1+r)]，第二變動量為Iin/2，第三變動量為r*Iin/[2*(1+r)]。
11. 一種鏡頭對焦系統，運行於相機模組中，該相機模組包括音圈馬達、鏡頭、控制裝置，該音圈馬達包括一彈簧，且該彈簧振幅每間隔諧振週期的二分之一衰減r(0<r<1)倍，該控制裝置用於控制該音圈馬達的線圈電流；該鏡頭對焦系統包括：
    獲取模組，用於獲取該鏡頭移動所需的線圈電流變動總量Iin；
    計算模組，用於依據該線圈電流總變動量Iin及彈簧衰減參數r計算得到第一變動量Iin/[2*(1+r)]、第二變動量Iin/2及第三變動量r*Iin/[2*(1+r)]，且該第一、第二及第三變動量之和為該總變動量Iin；及
    控制模組，用於控制該控制裝置將線圈電流依次改變第一、第二及第三變動量，且每兩次變動的間隔時間為彈簧諧振週期的二分之一。
12. 一種鏡頭對焦控制方法，應用於相機模組中，該相機模組包括音圈馬達、鏡頭、控制裝置，該音圈馬達包括一彈簧，且該彈簧振幅每間隔諧振週期的二分之一衰減r(0<r<1)倍，該控制裝置用於控制該音圈馬達的線圈電流；該鏡頭對焦系統包括：
    獲取步驟，獲取該鏡頭移動所需的線圈電流變動總量Iin；
    計算步驟，依據該線圈電流總變動量Iin及彈簧衰減參數r計算得到第一變動量Iin/[2*(1+r)]、第二變動量Iin/2及第三變動量r*Iin/[2*(1+r)]，且該第一、第二及第三變動量之和為該總變動量Iin；及
    控制步驟，控制該控制裝置將線圈電流依次改變第一、第二及第三變動量，且每兩次變動的間隔時間為彈簧諧振週期的二分之一。