TWI595739B

TWI595739B - 音圈馬達驅動控制裝置及音圈馬達驅動控制方法

Info

Publication number: TWI595739B
Application number: TW105134754A
Authority: TW
Inventors: 李承權; 李先杓; 李虎俊; 趙信苑
Original assignee: 動運科學技術有限公司
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2017-08-11
Also published as: TW201817154A

Description

音圈馬達驅動控制裝置及音圈馬達驅動控制方法

本發明關於一種使相機模組的鏡頭移動的音圈馬達(Voice Coil Motor；以下簡稱VCM)的驅動控制，尤其關於一種在鏡頭的初始驅動或著地(landing)時能夠降低噪音並縮短移動時間的VCM驅動控制裝置及VCM驅動控制方法。

如智慧型手機、數位相機等攜帶式IT(Information Technology；資訊科技)設備內建有用於拍攝視頻或拍照的相機模組。上述相機模組包括VCM，該VCM用作為對焦被攝體而使鏡頭移動的手段。

圖1為示意性顯示適用VCM的一般相機模組的剖視圖。如圖1所示，與鏡頭11的側面結合的音圈驅動器(VCA；Voice Coil Actuator)12位於外殼13的線筒支撐部14的上部。音圈驅動器12由永磁體12B和線筒12A構成。

當具有上述結構的相機模組10從操作模式轉換成相機停止模式時，相機的電源關閉。在這種情況下，線筒12A藉助彈簧19的力量而使鏡頭11移動到底面16。如上前述，在鏡頭11移動到底面16時，線筒12A的下端部12C和外殼13的線筒支撐部 14碰撞，從而產生噪音。這種噪音又稱作VCM異音。

為了抑制上述噪音的產生，在從操作模式轉換成相機停止模式時，不是通過關閉對VCM施加的電流而是通過線性減少對VCM施加的電流來最小化在線筒12A的下端部12C與外殼13的線筒支撐部14碰撞時產生的噪音的技術也被提出。然而，雖然上述技術也是一種可以最小化VCM異音的方法，但因線性減少VCM施加電流而鏡頭移動到底面所需的時間延長。

並且，如圖2所示，在為使鏡頭移動的驅動初始階段也對VCM施加線性增加的電流，因啟動電流彈簧的彈性模量、靜摩擦力等而在鏡頭開始移動或停止時彈簧發生變形，從而產生噪音。如上前述，還需要能夠除去或最小化由於在鏡頭的驅動初始階段對VCM施加的電流而產生的噪音的方法。

作為參考，圖2顯示為使鏡頭進行初始驅動而對VCM施加的電流和鏡頭的變位，而圖3顯示為鏡頭恢復到著地位置而對VCM施加的電流和鏡頭的變位。尤其，圖3中顯示根據相機模組的姿勢(朝上(face up)、水平(Horizontal)、朝下(face down))而不同的鏡頭的變位。由圖3可見，鏡頭根據相機模組的姿勢在相互不同的電流值恢復到著地位置。而且，圖2中的“啟動電流(Start Current)”是指在鏡頭啟動時對VCM施加的電流，因此下文中將對VCM施加直到鏡頭啟動為止的電流稱作“啟動電流”。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

專利文獻1：美國專利公開號US2012/0200763A1。

專利文獻2：韓國專利公開號10-2006-0080821。

本發明是根據上述缺點的解決和必要性所研製的，本發明的目的在於提供在相機模組的鏡頭的初始驅動和著地時能夠降低VCM異音的產生的VCM驅動控制裝置及VCM驅動控制方法。

進一步地，本發明的另一個目的在於提供能夠控制驅動VCM以使VCM異音最小化，並縮短其控制時間的VCM驅動控制裝置及其控制方法。

為了達到上述目的根據本發明的實施例的音圈馬達(VCM)驅動控制方法是用於控制驅動使相機模組的鏡頭移動的VCM的方法，其包括以下步驟：響應於相機操作命令而對前述VCM施加以第一斜率線性增加到預先設定的第一拐點的電流；及對前述VCM施加從前述拐點起以小於前述第一斜率的第二斜率線性增加到無限位置的電流，以使鏡頭移動到無限位置；其中，前述第一拐點被設定為在鏡頭從停放位置啟動時對VCM施加的鏡頭啟動電流之前的值。

進一步地，前述VCM驅動控制方法還包括以下步驟：響應於關閉相機操作命令而對前述VCM施加以第三斜率線性減少到預先設定的第二拐點的電流，以使在鏡頭著地時降低VCM異音；及對前述VCM施加從前述第二拐點起以大於前述第三斜率的第四斜率線性減少到停放位置的電流，以使鏡頭停放；其中，前述第二拐點被設定為前述鏡頭啟動電流之後的值。

並且，前述第一拐點或前述第二拐點被設定為用以使鏡頭位於無限位置而對VCM施加的電流值的25%以上且50%以下的電流值。

前述第一拐點或第二拐點與根據相機模組的姿勢(朝上(face up)、水平(Horizontal)、朝下(face down))而可變的鏡頭啟動電流值相應地被變更設定，且變更設定的各個前述第一拐點或前述第二拐點被設定為用以使鏡頭位於無限位置而對VCM施加的電流值的25%以上且50%以下的電流值。

另外，根據本發明的另一個實施例的VCM驅動控制裝置包括：控制單元，根據使用者的相機操作控制命令產生並輸出用於使相機模組的鏡頭移動到無限位置或停放位置的VCM驅動控制信號；數位類比轉換器(DAC；Digital to Analog Converter)，用於將前述VCM驅動控制信號轉換為模擬信號；及馬達驅動單元，產生與轉換成模擬信號的前述VCM驅動控制信號對應的電流，並施加給VCM；其中，前述控制單元響應於相機操作命令而產生並輸出用於對前述VCM施加以第一斜率線性增加到預先設定的第一拐點的電流的VCM驅動控制信號和用於對前述VCM施加從前述第一拐點起以小於前述第一斜率的第二斜率線性增加到無限位置的電流的VCM驅動控制信號。

進一步地，前述控制單元響應於關閉相機操作命令而產生並輸出用於對前述VCM施加以第三斜率線性減少到預先設定的第二拐點的電流的VCM驅動控制信號和用於對前述VCM施加從前述第二拐點起以大於前述第三斜率的第四斜率線性減少到停放位置的電流的VCM驅動控制信號。

前述第一拐點及前述第二拐點分別被設定為在相機模組的鏡頭從停放位置啟動時對VCM施加的鏡頭啟動電流之前後的值並在前述控制單元的內部存儲器中儲存使用。

前述第一拐點或前述第二拐點被設定為用以使鏡頭位於無限位置而對VCM施加的電流值的25%以上且50%以下的電流值。

根據上述實施形態，本發明具有如下功效：當將鏡頭從停放位置移動到無限位置時，控制對VCM施加以相對大的第一斜率線性增加到與鏡頭啟動電流值接近的電流值(拐點)的電流，而控制對VCM施加從前述拐點以小於前述第一斜率的第二斜率線性增加到無限位置的電流，從而可以縮短使鏡頭移動到無限位置所需的時間，並降低VCM異音。

在用相同的方法將鏡頭移動到停放位置的情況下也通過施加以緩慢的斜率線性減少到第二拐點的電流來使鏡頭進行移動，從而可以降低在鏡頭啟動電流值附近產生的VCM異音，且通過施加在前述第二拐點之後以急劇的斜率線性減少到停放位置的電流來可以縮短向停放位置的移動時間。

10‧‧‧相機模組

11‧‧‧鏡頭

12‧‧‧音圈驅動器(VCA)

12A‧‧‧線筒

12B‧‧‧永磁體

12C‧‧‧下端部

13‧‧‧外殼

14‧‧‧線筒支撐部

15‧‧‧鏡頭下端支撐部

16‧‧‧底面

19‧‧‧彈簧

19A‧‧‧上彈簧

19B‧‧‧下彈簧

100‧‧‧使用者界面單元

110‧‧‧控制單元

120‧‧‧存儲器

130‧‧‧視頻信號處理單元

140‧‧‧數位類比轉換器(DAC)

150‧‧‧馬達驅動單元

165‧‧‧音圈馬達(VCM)

圖1為適用VCM的一般相機模組的剖面示意圖。

圖2為用以使鏡頭進行初始驅動而對VCM施加的電流和鏡頭的變位圖表的示意圖。

圖3為用以使鏡頭恢復到著地位置而對VCM施加的電流和鏡頭的變位圖表的示意圖。

圖4為示意性顯示根據本發明的實施例的VCM驅動控制裝置的方塊圖。

圖5為根據本發明的實施例的VCM驅動控制流程示意圖。

圖6a和圖6b為根據本發明的實施例的VCM施加電流和鏡頭的變位圖表的示意圖。

圖7為響應於相機操作命令直接對VCM施加電流的先前技術的電流施加定時的示意圖。

圖8為根據本發明的實施例的電流施加定時的示意圖。

以下，參照圖式對本發明的較佳實施例進行詳細的說明。在對本發明的說明中，針對與本發明相關的公知功能或構成，例如相機模組的機構組成等公知構成省略詳細說明。

作為參考，下文中所用的術語無限位置(infinite position)被定義為在向相機模組供應操作電源時鏡頭從停放位置(parking position)移動而到達的初始驅動位置。在相關領域中通常將在使物體放在相機前方1米處後對焦的位置設定為無限位置。與此相反，停放位置被定義為在相機操作關閉時鏡頭存在的位置。另外，相機操作控制命令被定義為包括用於驅動相機的相機操作命令和用於停止相機驅動的關閉相機操作命令。當然，自動聚焦、放大、縮小命令也可以是相機操作控制命令之一。並且，鏡頭啟動電流值被定義為在鏡頭從停放位置啟動時對VCM施加的電流值。

首先，圖4為示意性顯示根據本發明的實施例的VCM驅動控制裝置的方塊圖。

參照圖4，用於控制驅動使相機模組的鏡頭移動的VCM165的裝置包括：控制單元110，根據使用者的相機操作控制命令產生並輸出用於使相機模組的鏡頭移動到無限位置或停放位置的VCM驅動控制信號；數位類比轉換器(DAC)140，用於將前述VCM驅動控制信號轉換為模擬信號；及馬達驅動單元150，產生與轉換成模擬信號的前述VCM驅動控制信號對應的電流i(t)，並施加給VCM165。

前述控制單元110根據通過使用者界面單元100所輸入的使用者命令而控制安裝在如手機、數位相機等裝置的相機模組的整體操作。用於控制相機模組的整體操作的控制程式資料存儲於可存取的存儲器120。

作為上述控制單元110的控制操作，舉一例，為了最小化VCM異音的產生，控制單元110響應於相機操作命令而產生並輸出用於對前述VCM165施加以第一斜率線性增加到預先設定的第一拐點(圖6a的P1)的電流的VCM驅動控制信號和用於對前述VCM165施加從前述第一拐點(圖6a的P1)起以小於前述第一斜率的第二斜率線性增加到無限位置的電流的VCM驅動控制信號。

並且，控制單元110響應於關閉相機操作命令而產生並輸出用於對前述VCM165施加以第三斜率線性減少到預先設定的第二拐點(圖6b的P2)的電流的VCM驅動控制信號和用於對前述VCM165施加從前述第二拐點P2以大於前述第三斜率的第四斜率線性減少到停放位置的電流的VCM驅動控制信號。

作為參考，前述第一拐點P1和第二拐點P2可以分別被設定為在相機模組的鏡頭從停放位置啟動時對VCM165施加的電流值(通過實驗可以獲得)之前的值(在鏡頭著地時為上述電流值之後的值)(較佳設定為用以使鏡頭位於無限位置而對VCM施加的電流值的25%以上且50%以下的電流值)，並在存儲器120或控制單元110的內部存儲器或暫存器中儲存使用。前述第一拐點P1及第二拐點P2 可以被設定為相同的電流值，但也可以根據各個相機模組的機構特性和操作特性而具有相互不同的電流值。尤其重要的是，由於重力、靜摩擦力等，根據相機模組的姿勢(朝上(face up)、水平(Horizontal)、朝下(face down))而鏡頭啟動電流也可變。從而，前述第一拐點P1及第二拐點P2可以與根據相機模組的姿勢而可變的鏡頭啟動電流值相應地被變更設定，且變更設定的各個前述第一拐點P1及前述第二拐點P2可以被設定為用以使鏡頭位於無限位置而對VCM施加的電流值的25%以上且50%以下的電流值。

在圖4中未說明的使用者界面單元100根據設備包括用於輸入使用者命令的操作按鈕，且根據情況，還可包括用於顯示拍攝的圖像、設備操作狀態的顯示部。

在存儲器120中存儲有用於控制驅動相機模組的控制程式資料，且還存儲有通過實驗獲得的前述第一拐點P1及第二拐點P2的資訊。

視頻信號處理單元130對從構成相機模組的圖像感測器獲得的視頻信號進行處理。圖像感測器通常被配置在相機模組的鏡頭下部。

參照圖1對相機模組的機構構成進行補充說明。圖1顯示鏡頭移動到底面(停放位置)的VCA(Voice Coil Actuator；音圈驅動器)12的狀態。在圖1中，鏡頭驅動單元包括VCA12、彈簧19及外殼13。VCA12用來使鏡頭11沿著光軸直線移動以便調集，並由線筒12A和永磁體12B構成。線筒12A結合到鏡頭11的側面且纏繞有線圈(未圖示)。線筒12A根據對線圈施加的電流量調節鏡頭11的位置。永磁體12B被配置在線筒12A的外側。當相機模組10進行拍攝操作時，線筒12A的下端部12C與外殼13的線筒支撐部14隔開間隔h。線筒12A的下端部12C與外殼13的線筒支撐部14之間的間隔h相同於鏡頭11的以下與底面16之間的間隔。彈簧19用來當相機電源關閉時使鏡頭11移動到底面16，並由配置在VCA12上部的上彈簧19A和配置在VCA12下部的下彈簧19B構成。外殼13用來通過包圍相機模組10內部的組件而保護和支撐前述組件，且包括線筒支撐部14及鏡頭下端支撐部15。鏡頭下端支撐部15的上面形成當相機電源關閉時與鏡頭11接觸的底面16。在上述相機模組構成中，為了便於說明，將使鏡頭11移動的VCA12統一稱為VCM165，且將底面16稱為停放位置。

以下，參照圖式對具有上述構成的VCM驅動控制裝置的操作進行更詳細的說明。

圖5示意性顯示根據本發明的實施例的VCM驅動控制流程圖，圖6a和圖6b分別顯示根據本發明的實施例的VCM施加電流和鏡頭的變位圖表。以下，為了便於說明，假設相機模組的姿勢處於水平(Horizontal)狀態說明本發明的實施例，且對通過利用在水平狀態獲得的鏡頭啟動電流值和映射到在水平狀態獲得的鏡頭啟動電流值的第一拐點P1和第二拐點P2來控制驅動VCM165的方法進行說明。

參照圖5，首先在相機的操作電源關閉的狀態下相機模組的鏡頭11位於底面16，亦即停放位置。如果通過使用者界面單元100接收相機操作命令(步驟S10)，控制單元110就將鏡頭11移動到初始驅動位置即無限位置。

為此，如圖6a所示，控制單元110對VCM165施加以第一斜率線性增加到預先設定的第一拐點P1(步驟S20)。前述第一拐點P1被設定為在鏡頭11通過施加電流從停放位置啟動時的電流值(鏡頭啟動電流值，通過實驗可以獲得)之前的值(較佳設定為用以使鏡頭位於無限位置而對VCM施加的電流值的25%以上且50%以下的電流值)。作為參考，前述第一拐點P1具有與對VCM165施加的電流值對應的數位值，以下為了便於說明將其稱為電流值(current)。

將前述第一拐點P1設定為鏡頭啟動電流值之前的值的理由是為了縮短使鏡頭初始驅動並移動到無限位置所需的時間，且最小化VCM異音。即，如圖6a所示，當像現有線性控制方式的斜率(亦即LSC(Linear Slope Control)；線性斜率控制)一樣以1代碼步驟單位線性增加VCM施加電流時，雖然VCM異音降低，但使鏡頭移動到無限位置所需的時間延長。對此，在本發明中，採用將施加電流急劇線性增加到水平狀態的鏡頭啟動電流之前的第一拐點P1(例如，5代碼步驟單位)(LSC1)的方式縮短鏡頭的初始驅動時間。

如上前述，在控制對VCM165施加以第一斜率線性增加到第一拐點P1的電流之後，控制單元110對VCM165施加從前述第一拐點P1以小於前述第一斜率的第二斜率線性增加到無限位置的電流(步驟S30)，以便使鏡頭移動到初始驅動位置即無限位置。以前述第二斜率線性增加的電流i(t)應被設定為包括鏡頭啟動電流值，並應被設定為具有線性增加以使VCM異音最小化的斜率。

如上前述，若控制對VCM165施加以相對大的第一斜率線性增加到與鏡頭啟動電流值接近的在鏡頭啟動電流值之前的電流值(第一拐點P1)的電流，且控制對VCM165施加從前述第一拐點P1以小於前述第一斜率的第二斜率線性增加到無限位置的電流，則如圖6a所示可以將使鏡頭移動到無限位置所需的時間從以往的T2縮短到T1，且通過施加緩慢地線性增加的電流而能夠最小化VCM異音。

另外，在相機操作中通過使用者接收關閉相機操作命令(步驟S40)時，控制單元110響應於關閉相機操作命令而如圖6b所示控制對VCM165施加以第三斜率線性減少(以1代碼步驟單位)到預先設定的第二拐點P2的電流(步驟S50)。前述第二拐點P2可以具有相同於前述第一拐點P1的電流值，也可以具有不同於前述第一拐點P1的電流值，並具有小於鏡頭啟動電流值的電流值即在鏡頭啟動電流值之前的電流值。這也是通過試驗可以獲得的值。尤其重要的是，前述第一拐點P1和第二拐點P2為了最小化由於鏡頭啟動電流值產生的VCM異音，應被設定為小於鏡頭啟動電流值的電流值即在鏡頭啟動電流值之前的電流值(較佳設定為用以使鏡頭位於無限位置而對VCM施加的電流值的25%以上且50%以下的電流值)。

如上前述，在控制對VCM165施加以第三斜率緩慢線性減少到第二拐點P2的電流之後，如圖6b所示，控制單元110控制對VCM165施加從前述第二拐點P2以大於前述第三斜率的第四斜率線性減少(以5代碼步驟單位)到停放位置的電流(步驟S60)，以使鏡頭停放。

如上前述，通過控制對VCM165施加以相對小的斜率線性減少到與鏡頭啟動電流值接近的電流值(第三拐點P3)的電流來最小化VCM異音，且通過控制對VCM165施加從前述第二拐點P2以大於前述第三斜率的第四斜率線性減少到停放位置的電流來可以將使鏡頭移動到停放位置所需的時間從以往LSC的T4縮短到T3。

另外，若控制對VCM165施加從第二拐點P2線性減少到停放位置的電流，則可以降低由於在不是通過逐漸減少施加電流而是直接關閉電源時會發生的鏡頭和底面的碰撞造成的噪音。

圖7顯示響應於相機操作命令而直接對VCM施加電流的先前技術的電流施加定時，而表1示意性顯示基於圖7的噪音測量試驗結果。另外，圖8顯示根據本發明的實施例的電流施加定時，而表2示意性顯示基於圖8的噪音測量試驗結果。

圖8與圖7相比，圖8顯示以如下方式控制的電流施加定時圖：響應於相機操作命令而不是像圖7那樣採用直接對VCM施加電流的方式，而是採用電流以第一斜率急劇線性增加到通過試驗獲得的第一拐點P1的方式對VCM施加電流，且採用電流從前述第一拐點P1以第二斜率線性增加到無限位置的方式對VCM施加電流，且前述第二斜率小於第一斜率。

表1和表2示意性顯示當以如圖7和圖8所示的方式對VCM施加電流時測量VCM異音的結果。在對比表1和表2時，可見在根據本發明的實施例控制驅動VCM時的VCM異音與在以直接方式控制時的VCM異音相比相對降低。

因此，根據本發明，與以直接方式對VCM施加電流的方法相比能夠降低VCM異音，且與響應於相機操作命令而對VCM施加逐漸線性增加的電流的現有方法相比，可以縮短使鏡頭移動到無限位置所需的時間，因而是一個非常有用的發明。

以上已對本發明圖式中顯示的一實施例進行了說明，但這僅僅是作為例示，只要是所屬技術領域中具有通常知識者，都能理解通過這些來進行多種變形及均等的其他實施例。因此，本發明的真正的保護範圍應通過申請專利範圍來確定。

Claims

一種音圈馬達驅動控制方法，用於控制驅動使相機模組的鏡頭移動的音圈馬達，包括以下步驟：響應於相機操作命令而對前述音圈馬達施加以第一斜率線性增加到預先設定的第一拐點的電流；及對前述音圈馬達施加從前述第一拐點起以小於前述第一斜率的第二斜率線性增加到無限位置的電流，以使鏡頭移動到無限位置；其中，前述第一拐點被設定為在鏡頭從停放位置啟動時對音圈馬達施加的鏡頭啟動電流之前的值。
如請求項1所述的音圈馬達驅動控制方法，其中還包括以下步驟：響應於關閉相機操作命令而對前述音圈馬達施加以第三斜率線性減少到預先設定的第二拐點的電流，以使在鏡頭著地時降低音圈馬達異音；及對前述音圈馬達施加從前述第二拐點起以大於前述第三斜率的第四斜率線性減少到停放位置的電流，以使鏡頭停放；前述第二拐點被設定為前述鏡頭啟動電流之後的值。
如請求項1或2所述的音圈馬達驅動控制方法，其中前述第一拐點或前述第二拐點被設定為用以使鏡頭位於無限位置而對音圈馬達施加的電流值的25%以上且50%以下的電流值。
如請求項1或2所述的音圈馬達驅動控制方法，其中前述第一拐點或第二拐點與根據包括朝上、水平、朝下的相機模組的姿勢而可變的鏡頭啟動電流值相應地被變更設定，且變更設定的各個前述第一拐點或前述第二拐點被設定為用以使鏡頭位於無限位置而對音圈馬達施加的電流值的25%以上且50%以下的電流值。
一種音圈馬達驅動控制裝置，包括：控制單元，根據使用者的相機操作控制命令產生並輸出用於使相機模組的鏡頭移動到無限位置或停放位置的音圈馬達驅動控制信號；數位類比轉換器，用於將前述音圈馬達驅動控制信號轉換為模擬信號；及馬達驅動單元，產生與轉換成模擬信號的前述音圈馬達驅動控制信號對應的電流，並施加給音圈馬達；前述控制單元響應於相機操作命令而產生並輸出用於對前述音圈馬達施加以第一斜率線性增加到預先設定的第一拐點的電流的音圈馬達驅動控制信號和用於對前述音圈馬達施加從前述第一拐點起以小於前述第一斜率的第二斜率線性增加到無限位置的電流的音圈馬達驅動控制信號。
如請求項5所述的音圈馬達驅動控制裝置，其中前述控制單元響應於關閉相機操作命令而產生並輸出用於對前述音圈馬達施加以第三斜率線性減少到預先設定的第二拐點的電流的音圈馬達驅動控制信號和用於對前述音圈馬達施加從前述第二拐點起以大於前述第三斜率的第四斜率線性減少到停放位置的電流的音圈馬達驅動控制信號。
如請求項5所述的音圈馬達驅動控制裝置，其中前述第一拐點被設定為在相機模組的鏡頭從停放位置啟動時對音圈馬達施加的鏡頭啟動電流之前的值，並在前述控制單元的內部存儲器中儲存使用。
如請求項6前述的音圈馬達驅動控制裝置，其中前述第二拐點被設定為在相機模組的鏡頭從停放位置啟動時對音圈馬達施加的鏡頭啟動電流之後的值，並在前述控制單元的內部存儲器中儲存使用。
如請求項7或8所述的音圈馬達驅動控制裝置，其中前述第一拐點或前述第二拐點被設定為用以使鏡頭位於無限位置而對音圈馬達施加的電流值的25%以上且50%以下的電流值。
如請求項5或6所述的音圈馬達驅動控制裝置，其中前述第一拐點或第二拐點與根據包括朝上、水平、朝下的相機模組的姿勢而可變的鏡頭啟動電流值相應地被變更設定，且變更設定的各個前述第一拐點或前述第二拐點被設定為用以使鏡頭位於無限位置而對音圈馬達施加的電流值的25%以上且50%以下的電流值。