TWI400593B - Voice coil motor - Google Patents

Description

音圈馬達

本發明係關於一種音圈馬達，尤指音圈馬達的出廠測試與應用方法。

為了對鏡頭組或硬碟的磁頭臂做精密的定位控制，通常都會採用音圈馬達(Voice Coil Motor,VCM)來移動鏡頭組或硬碟的磁頭臂。音圈馬達的機構，主要是將線圈置放於含有永久磁鐵之磁路內。

在光學系統中，當電流通過線圈時就會與永久磁鐵構成之磁場根據弗萊明左手定則產生交互作用之推進力，使得剛性連接永久磁鐵的承座被移動，同時帶動固定在承座上的鏡頭組，而達到光學變焦、對焦的目的。由於，承座的移動是由流過線圈的電流來控制，因此音圈馬達能做到非常精密的控制。

一般來說，為了精確控制音圈馬達，必須清楚掌握到可動磁路部件所處的位置，而須使用霍爾感測器來進行偵測。

簡單來說，習知音圈馬達應用與測試系統中，如第1圖所示主要由一數據運算平台10，一音圈馬達11，一音圈馬達控制IC 12與一霍爾感測器13所組成。音圈馬達控制IC 12與霍爾感測器13是被整合到音圈馬達11內。霍爾感測器13偵測音圈馬達11的可動部件上的磁鐵所形成的磁場強度，並隨著可動部件位置不同時，霍爾感測器13可偵測到不同的磁場強度，而輸出位置電氣值，以偵測出可動部件的所在位置。

然而，在大量生產時，幾乎不可能提供具有完全相同特性的磁鐵，以及音圈馬達11所擁有的多數個零組件組裝在一起後的相對位置的絕對一致性，這導致個別音圈馬達11均擁有略不相同的控制特性。也就是說，當不同音圈馬達11的可動部件在相同位置時，霍爾感測器13偵測到的磁場強度並不一致。

當音圈馬達11中的磁鐵強度比較小，或是該磁鐵與霍爾感測器13之間的間隙比較大，這均會使霍爾感測器13偵測到的訊號比理論值更小。當音圈馬達11中的磁鐵強度比較大，或是該磁鐵與霍爾感測器13之間的間隙比較小，這均會使霍爾感測器13偵測到的訊號比理論值更大。

為此，音圈馬達控制IC 12通常會額外設計補償機制，即提供可調整的訊號放大器增益值與偏移量補償值，而讓個別的音圈馬達11具有相同模式的可控制性。若霍爾感測器13偵測到的訊號比理論值更小時，就調大霍爾感測器13之後的訊號放大器增益值，而補償此變異。若霍爾感測器13偵測到的訊號比理論值更大時，就調小霍爾感測器13之後的訊號放大器增益值，而補償此變異。

然而，關於訊號放大器增益值與偏移量補償值的運用，習知技術有兩種實施方式且分別有其缺點。第一種方式，用一個批量的音圈馬達萃取出最適中之放大器增益值與偏移量補償值，並用此放大器增益值與偏移量補償值當標準值來測試量產的全部的音圈馬達。但是，音圈馬達量產的變異變大時，不良品會增加，使得生產良率變低。第二種方式，逐一針對所生產的音圈馬達，萃取出最適中之放大器增益值與偏移量補償值，並用此放大器增益值與偏移量補償值來測試個別音圈馬達。此方式可增加音圈馬達的量產良率，但因個別音圈馬達的設定值沒有一致，這表示後續的使用者，如照相模組廠、手機廠與手機使用者，在使用時都需花時間萃取最適中之放大器增益值與偏移量補償值，而有額外的時間成本。

傳統上使用者必須逐一針對不同音圈馬達萃取最適中之放大器增益值與偏移量補償值，而導致測試成本高居不下，同時應用時的初始化時間也過久。為此，本發明之主要目的在提供一種音圈馬達，其主要特別設置的儲存媒體至少儲存有訊號放大器之增益值與偏移量補償值(事先完成測試並儲存)。如此，控制器從儲存媒體讀出增益值與偏移量補償值後，即可依據增益值與偏移量補償值對訊號放大器作校正，使得訊號放大器輸出的位置電氣值具有最大解析度，而能更精確地控制音圈馬達，但是使用者卻不再需要自行透過複雜的偵測與演算逐一校正，也可快速地完成初始化。

基於上述目的，本發明音圈馬達包含可動磁路部件、固定電路部件、位置回授感測器、儲存媒體以及控制器。這其中，儲存媒體可被整合進控制器中。可動磁路部件具有永久磁鐵且剛性連接有負載安裝滑座。固定電路部件主要由線圈所構成。位置回授感測器可偵測可動磁路部件所在位置，並經由訊號放大器輸出位置電氣值。當控制器從儲存媒體讀出增益值與偏移量補償值，並依據增益值與偏移量補償值所校正後的位置電氣值，使固定電路部件的組線圈獲得電力後，在固定電路部件與可動磁路部件所提供的磁力互相作用下，使負載安裝滑座在可移動範圍內的上端點與下端點之間移動。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

請參閱第2A~2B圖，第2A~2B圖為本發明音圈馬達之示意圖。如第2A~2B圖所示，在本發明實施案例中，本發明音圈馬達41包含可動磁路部件43、固定電路部件44、位置回授感測器420、儲存媒體421以及控制器42。這其中，儲存媒體421(一般採用非揮發性記憶體)可被整合進控制器42中。可動磁路部件43具有永久磁鐵且剛性連接有負載安裝滑座(未描繪)。固定電路部件44主要由線圈所構成。位置回授感測器420可偵測可動磁路部件43所在位置，並經由訊號放大器(未描繪)輸出位置電氣值。須特別注意的是，訊號放大器在其最大工作能力時的位置電氣值被定義成最大可工作位置電氣值。

簡單來說，在本發明音圈馬達41中的儲存媒體421至少儲存有訊號放大器之增益值與偏移量補償值。如此，控制器42從儲存媒體421讀出增益值與偏移量補償值後，即可依據增益值與偏移量補償值對訊號放大器作校正，使得訊號放大器輸出的位置電氣值具有最大解析度(稍後會更詳細說明何謂最大解析度)，而能更精確地控制音圈馬達41，但是使用者卻不再需要自行透過複雜的偵測與演算逐一校正(主要是數據運算平台40的工作)。換言之，控制器42依據增益值與偏移量補償值所校正後的位置電氣值，使固定電路部件44的組線圈獲得電力後，在固定電路部件44與可動磁路部件43所提供的磁力互相作用下，使可動磁路部件43的負載安裝滑座精確地在可移動範圍內的上端點與下端點之間移動。若負載安裝滑座承載有鏡頭時，上述手段則可達到光學變焦或對焦目的。

儲存媒體421所儲存的訊號放大器之增益值與偏移量補償值是需要利用數據運算平台40以智慧型的篩選機制從多數組數值中挑選出來，且須符合底下描述中的要求。儲存媒體421至少儲存有訊號放大器之增益值與偏移量補償值可讓訊號放大器所輸出的位置電氣值具有最大解析度。也就是說，依據增益值與偏移量補償值所校正後的位置電氣值，控制器對可動磁路部件43下達移動命令時，其可下達命令具最大移動步數時，則稱訊號放大器所輸出的位置電氣值具最大解析度。或著是，可動磁路部件43在上端點與下端點時個別的位置電氣值之間的絕對值為相對大時，訊號放大器所輸出的位置電氣值具較大解析度。

請參閱第3A~3B圖，第3A~3B圖為本發明對照表之示意圖。為了獲得恰當的增益值與偏移量補償值並儲存至儲存媒體421，本發明主要是利用智慧型的篩選機制，而從如第3A~3B圖所示之數組數值(即增益值與偏移量補償值)中挑選出來的。

在篩選上，數據運算平台40從數組數值中暫時挑選出一組數值，設定控制器42相對應之暫存器，並以此組數值暫時校正訊號放大器，然後將可動磁路部件43分別移動至上端點與下端點後，若可動磁路部件43在上端點與下端點時的位置電氣值均為上端點與下端點的有效位置電氣值時，先前暫時選擇的該組數值之暫存器設定值即被儲存至儲存媒體421，而完成本發明的測試工作。須特別注意的是，位置回授感測器420經由訊號放大器輸出位置電氣值時，假令訊號放大器本身工作能力下可輸出的位置電氣值為0至511，但是並非實際上能夠獲得如此小與大的輸出，僅能利用增益值與偏移量補償值校正後，盡量使其輸出能夠符合或貼近這個最小與最大數值。

舉例來說，假令增益值暫存器的初始值是0，由如第3A圖所示之對照表可知訊號放大器增益值是10倍，數據運算平台40以此獲得可動磁路部件43在上端點與下端點時的位置電氣值分別為100與200，那麼上端點與下端點的位置電氣值之間的絕對值則為100(200-100)。為了量測增益值，假設目標值為306(511 X 60%)，那麼訊號放大器增益值應該再增大3.06倍，並由如第3A圖所示之對照表可知恰當的訊號放大器增益值是35倍，亦即增益值暫存器應設定為5。另外，假令偏移量補償暫存器的初始值是7，由如第3B圖所示之對照表可知偏移量補償值為0，並以此獲得可動磁路部件43在上端點與下端點時的位置電氣值分別為100與200，那麼上端點與下端點的位置電氣值之間的中間值為150((100+200)/2)。為了量測偏移量補償值，假設目標值為256(511/2)，那麼就比目標值256少了106，並由如第3B圖所示之對照表可知恰當的偏移量補償值是100，亦即偏移量補償暫存器應設定為12。如此，依據上述方式所找出的增益值與偏移量補償值後，可動磁路部件43在上端點與下端點時個別的位置電氣值即可稱之為有效位置電氣值。

不論如何，依據經驗法則，可動磁路部件43在上端點時的有效位置電氣值為訊號放大器本身最大可工作位置電氣值的70%至100%，而可動磁路部件43在下端點時的有效位置電氣值為最大可工作位置電氣值的0%至30%。舉例來說，訊號放大器的最大可工作位置電氣值為511(換言之，可輸出的位置電氣值為0至511)時，可動磁路部件43在上端點時的有效位置電氣值則為357.7~511，而可動磁路部件43在下端點時的有效位置電氣值則為0~153.3。在上述的範圍中，可動磁路部件43在上端點時的有效最佳的位置電氣值為最大可工作位置電氣值的90%至100%，而可動磁路部件在下端點時的有效最佳的位置電氣值為最大可工作位置電氣值的0%至10%。

為了提高音圈馬達41的步距絕對精度，在儲存媒體421還可額外儲存有全行程距離，以便讓使用者能夠自行算出或讓控制器42動態算出每單位電氣值時該可動磁路部件43的移動距離。上述可動磁路部件43的全行程距離是由外部手段(例如距離量測儀)所量測出的可動磁路部件43在音圈馬達41中的上端點與下端點之間的可移動最大距離。

為了獲取可命令電氣值範圍，數據運算平台40先使可動磁路部件43移動至上端點與下端點，並將可動磁路部件43在上端點與下端點時個別的位置電氣值之間的絕對值定義成可命令電氣值範圍。如此，數據運算平台40從儲存媒體421讀出該全行程距離，並依據全行程距離與可命令電氣值範圍之間的比例關係，讓可動磁路部件43移動相對距離。舉例來說，全行程距離與可命令電氣值範圍之間的比例關係為0.3mm/200單位時，每100個單位使可動磁路部件43移動0.15mm。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

10‧‧‧數據運算平台

11‧‧‧音圈馬達

12‧‧‧音圈馬達控制IC

13‧‧‧霍爾感測器

40‧‧‧數據運算平台

41‧‧‧音圈馬達

42‧‧‧控制器

420‧‧‧位置回授感測器

421‧‧‧儲存媒體

43‧‧‧可動磁路部件

44‧‧‧固定電路部件

第1圖為習知音圈馬達之示意圖

第2A~2B圖為本發明音圈馬達之示意圖

第3A~3B圖為本發明對照表之示意圖

40．．．數據運算平台

41．．．音圈馬達

42．．．控制器

420．．．位置回授感測器

421．．．儲存媒體

Claims (9)

1. 一種音圈馬達，包含：一可動磁路部件，具有永久磁鐵且剛性連接有一負載安裝滑座；一固定電路部件，主要由線圈所構成；一位置回授感測器，偵測該可動磁路部件所在位置，並經由一訊號放大器輸出一位置電氣值；一儲存媒體，該儲存媒體至少儲存有該訊號放大器之一增益值與一偏移量補償值；一控制器，該控制器從該儲存媒體讀出該增益值與該偏移量補償值，並依據該增益值與該偏移量補償值所校正後的該位置電氣值，使該固定電路部件的組線圈獲得電力後，在該固定電路部件與可動磁路部件所提供的磁力互相作用下，依據一全行程距離與一可命令電氣值範圍之間的比例關係，使該負載安裝滑座在可移動範圍內的一上端點與一下端點之間移動；其中，該全行程距離是該可動磁路部件在該音 圈馬達中的該上端點與該下端點之間的可移動最大距離；其中，該可命令電氣值範圍是該可動磁路部件在該上端點與該下端點時個別的該位置電氣值之間的絕對值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之音圈馬達，其中該儲存媒體所儲存的該增益值與該偏移量補償值可讓該訊號放大器所輸出的該位置電氣值具有最大解析度。
3. 如申請專利範圍第2項所述之音圈馬達，其中依據該增益值與該偏移量補償值所校正後的該位置電氣值，該控制器接受命令，並移動該可動磁路部件時，其可接受命令具最大移動步數時，則稱該訊號放大器所輸出的該位置電氣值具最大解析度。
4. 如申請專利範圍第2項所述之音圈馬達，其中該可動磁路部件在該上端點與該下端點時個別的該位置電氣值之間的絕對值為最大時，該訊號放大器所輸出的該位置電氣值具最大解析度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之音圈馬達，其中該訊號放大器在其最大工作能力時為一最大可工作位置電氣值，該可動磁路部件在該上端點時的有效該位置電氣值為該最大可工作位置電氣值的70%至100%，該可動磁路部件在該下端點時的有效該位置電氣值為該最大可工作位置電氣值的0%至30%。
6. 如申請專利範圍第5項所述之音圈馬達，其中該可動磁路部件在該上端點時的有效最佳的該位置電氣值為該最大可工作位置電氣值的90%至100%，該可動磁路部件在該下端點時的有效最佳的該位置電氣值為該最大可工作位置電氣值的0%至10%。
7. 如申請專利範圍第1項所述之音圈馬達，其中該全行程距離與該可命令電氣值範圍之間的比例關係等於在每單位電氣值時該可動磁路部件的移動距離。
8. 如申請專利範圍第1項所述之音圈馬達，其中該儲存媒體可被整合進該控制器中。
9. 如申請專利範圍第1項所述之音圈馬達，其中該位置回授感測器可被整合進該控制器中。