專利名稱：基于霍爾效應(yīng)的線性電機(jī)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及線性運(yùn)動(dòng)控制。
背景技術(shù)：
無論變化的條件如何，為了實(shí)現(xiàn)期望的輸出(或者維持恒定輸出)，線性運(yùn)動(dòng)控制 系統(tǒng)中的閉環(huán)控制不需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。典型地，通過執(zhí)行固件的微控制器執(zhí)行閉環(huán)控制，該固 件將系統(tǒng)的輸出信號(hào)與期望的命令進(jìn)行比較以確定對(duì)于該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)。因而，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)輸 入，直到輸出信號(hào)與期望的命令相匹配為止。在一些線性定位應(yīng)用中，微控制器使用來自包括位置傳感器的多個(gè)不同部件的輸 出信號(hào)數(shù)據(jù)。例如，在小型線性電機(jī)應(yīng)用中，可以使用諸如霍爾效應(yīng)傳感器的磁場(chǎng)傳感器來 感測(cè)電機(jī)位置，然后微控制器使用該電機(jī)位置向該電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)電流。在沒有位置傳感器 反饋的線性運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用中，可以使用協(xié)處理器(例如數(shù)字信號(hào)處理器)例如通過根據(jù)驅(qū) 動(dòng)電流特征化線性位移來推導(dǎo)位置信息。然而，這種類型的閉環(huán)控制不是沒有問題。為了確保環(huán)路穩(wěn)定性，經(jīng)常需要很慢地 操作系統(tǒng)。這樣的操作導(dǎo)致對(duì)電機(jī)位置變化的長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間。而且，由于電機(jī)機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的 滯后，難以實(shí)現(xiàn)精確的線性運(yùn)動(dòng)控制。

發(fā)明內(nèi)容
通常，按照一個(gè)方面，本發(fā)明涉及線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備(“設(shè)備”)。所述設(shè)備包括線 圈驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)線圈，所述線圈在被驅(qū)動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)具有磁體的運(yùn)動(dòng)設(shè)備的線性運(yùn)動(dòng)。所述 設(shè)備還包括磁場(chǎng)傳感器，用于檢測(cè)與所述線性運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)并且響應(yīng)于所述磁場(chǎng)而產(chǎn) 生輸出信號(hào)。所述設(shè)備還包括接口，用于將所述磁場(chǎng)傳感器的輸出以及所述線圈驅(qū)動(dòng)器的 輸入連接到控制器。所述接口包括反饋回路以使所述磁場(chǎng)傳感器輸出信號(hào)與所述線圈驅(qū)動(dòng) 器輸入相關(guān)。本發(fā)明的實(shí)施例包括下面特征中的一個(gè)或者多個(gè)。所述接口可以包括差分放大器，所述差分放大器用于接收所述磁場(chǎng)傳感器輸出信 號(hào)以及由所述控制器提供的輸入信號(hào)作為輸入，并且從這些輸入產(chǎn)生輸出信號(hào)。由所述差 分放大器產(chǎn)生的所述輸出信號(hào)在所述線圈驅(qū)動(dòng)器輸入端被接收作為輸入信號(hào)。所述磁場(chǎng)傳 感器可以包括霍爾傳感器或者磁阻傳感器。所述線圈驅(qū)動(dòng)器可以連接到所述線圈以沿一個(gè) 方向或多于一個(gè)方向驅(qū)動(dòng)經(jīng)過所述線圈的電流。所述線圈驅(qū)動(dòng)器可以是音圈驅(qū)動(dòng)器或者利 用H橋電路實(shí)現(xiàn)的線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。所述線圈驅(qū)動(dòng)器、磁場(chǎng)傳感器以及接口可以集成為半 導(dǎo)體集成電路。在另一方面，本發(fā)明涉及對(duì)照相機(jī)模塊中的透鏡進(jìn)行調(diào)焦的方法。確定對(duì)于所述 透鏡的位移范圍并且使用所述位移范圍請(qǐng)求所述透鏡的期望位移。通過使用內(nèi)部控制環(huán)路 調(diào)節(jié)施加到音圈致動(dòng)器的線圈的驅(qū)動(dòng)電流，向通過所述音圈致動(dòng)器使所述透鏡發(fā)生位移的 設(shè)備提供所述請(qǐng)求。
本發(fā)明的特定實(shí)施例可以提供下列優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)或者多個(gè)。所述內(nèi)部傳感器到驅(qū) 動(dòng)器反饋可以補(bǔ)償線性運(yùn)動(dòng)設(shè)備(例如，音圈致動(dòng)器、線性電機(jī)、揚(yáng)聲器)非線性以及機(jī)械 滯后。在照相機(jī)透鏡調(diào)焦應(yīng)用中，透鏡位移范圍的確定連同傳感器到驅(qū)動(dòng)器反饋能夠校準(zhǔn) 對(duì)于特定透鏡組件的控制。


通過下面對(duì)附圖的詳細(xì)描述，能夠更加充分地理解本發(fā)明的前述特征以及本發(fā)明 本身，在附圖中圖1是采用線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備的示例性控制系統(tǒng)的方框圖，所述線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè) 備包括磁場(chǎng)傳感器、線圈驅(qū)動(dòng)器以及提供傳感器到驅(qū)動(dòng)器反饋的接口 ；圖2是(來自圖1)所述接口的示意圖；圖3是利用霍爾傳感器以及用于驅(qū)動(dòng)外部線性電機(jī)的H橋線圈驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)的(來 自圖1)所述線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備的局部框圖和局部示意圖；圖4是可以用于圖3的所述線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備的霍爾傳感器的方框圖；圖5示出了示例性磁體和線圈/磁體組件；圖6示出了所述磁體相對(duì)于所述線圈和所述線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備的定位(實(shí)現(xiàn)為半 導(dǎo)體集成電路)；圖7是可以利用諸如圖1所示的線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備的示例性照相機(jī)透鏡調(diào)焦系統(tǒng) 的方框圖；圖8是利用霍爾傳感器以及用于驅(qū)動(dòng)諸如圖7所示的外部音圈致動(dòng)器的下側(cè)驅(qū)動(dòng) 器實(shí)現(xiàn)的(來自圖1)所述線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備的局部框圖和局部示意圖；圖9是說明示例性照相機(jī)透鏡調(diào)焦處理的流程圖；以及圖10示出了位置輸入請(qǐng)求對(duì)輸出響應(yīng)以及圖7-8中系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)的曲線圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了向定位應(yīng)用提供閉環(huán)線性運(yùn)動(dòng)控制的控制系統(tǒng)10?？刂葡到y(tǒng)10包括 連接到線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備(或者“設(shè)備”)14的控制器12。控制系統(tǒng)10還包括運(yùn)動(dòng)設(shè)備16， 該運(yùn)動(dòng)設(shè)備16包括磁體18和線圈20。在所描述的實(shí)施例中，磁體18相對(duì)于線圈20可移 動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)10控制磁體18與線圈20的運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)設(shè)備16可以是任何類型的線性運(yùn)動(dòng) 設(shè)備，例如線性電機(jī)或者線性音圈致動(dòng)器。該定位應(yīng)用可以是涉及或者利用這樣的運(yùn)動(dòng)設(shè) 備的磁體的線性位移的任何應(yīng)用。線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備14包括磁場(chǎng)傳感器22、線圈驅(qū)動(dòng)器24以及接口 26。磁場(chǎng)傳感 器22可以是任何磁場(chǎng)感測(cè)設(shè)備，例如霍爾效應(yīng)傳感器(霍爾傳感器)或者一些類型的磁阻 (MR)傳感器。設(shè)備14向線圈20提供與從控制器12接收的電輸入信號(hào)30相關(guān)的電流信號(hào) 28。設(shè)備14使用磁場(chǎng)傳感器22檢測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度32并且基于該檢測(cè)向控制器12返回電信號(hào) (示出為輸出信號(hào)34)。仍然參照?qǐng)D1，接口 26用于分別經(jīng)由輸出信號(hào)34和輸入信號(hào)30將磁場(chǎng)傳感器22 接口到控制器12并且將線圈驅(qū)動(dòng)器24接口到控制器12。接口 26還將磁場(chǎng)傳感器22耦合 到線圈驅(qū)動(dòng)器24。接口 26接收磁場(chǎng)傳感器22的輸出作為輸入電壓信號(hào)36并且向線圈驅(qū)動(dòng)器24提供輸出電壓信號(hào)，線圈驅(qū)動(dòng)器24將該電壓輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為要施加到線圈20的驅(qū) 動(dòng)電流(電流信號(hào)28)。接口 26因而提供從磁場(chǎng)傳感器22到線圈驅(qū)動(dòng)器24的反饋環(huán)路， 這將在下面參照?qǐng)D2進(jìn)行描述。接口 26的傳感器到驅(qū)動(dòng)器反饋允許用戶請(qǐng)求(經(jīng)由控制 器12)單個(gè)值并且使系統(tǒng)自穩(wěn)定。換句話說，傳感器到驅(qū)動(dòng)器反饋環(huán)路允許系統(tǒng)基于傳感 器反饋來校正位置以提供位置反饋信息，而沒有控制器12 (和/或用戶)的干預(yù)或者不需 要諸如線性定位編碼器的其它部件。參照?qǐng)D2，接口 26包括將磁場(chǎng)傳感器輸出36作為輸出信號(hào)34傳送到控制器12的 緩沖器40。此外，接口 26包括第一放大器44和第二放大器46。第一放大器44是按照比 較器操作的高增益差分放大器。第一放大器44接收來自控制器12的輸入信號(hào)30以及磁 場(chǎng)傳感器輸出信號(hào)36作為輸入。第一放大器44基于信號(hào)30和36生成輸出信號(hào)48，并且 提供該輸出信號(hào)48作為到第二放大器46的輸入信號(hào)之一。另一放大器輸入(對(duì)于第二放 大器46)，輸入信號(hào)50，耦合到線圈驅(qū)動(dòng)器24并且通過感測(cè)電阻器54連接到地52。第二放 大器的輸出信號(hào)表示為線圈驅(qū)動(dòng)器輸入56。盡管表示為接口 26的一部分，但是部件46和 54(以及相關(guān)聯(lián)的連接)可以代替地包括作為線圈驅(qū)動(dòng)器24的一部分。在這樣的劃分中， 比較器的輸入(輸出信號(hào)48)將是線圈驅(qū)動(dòng)器24的輸入。圖2中還示出了將線圈驅(qū)動(dòng)器 24連接到外部電源(“VDD”)的電源線56。包括作為反饋元件的比較器44允許實(shí)現(xiàn)內(nèi)部 (到設(shè)備14)閉環(huán)控制。應(yīng)該意識(shí)到，根據(jù)特定設(shè)計(jì)的需要，可以包括例如微控制器接口、信 號(hào)整形或者濾波部件的其它電路。由控制器向設(shè)備14的接口 26提供的信號(hào)30可以是脈寬調(diào)制(PWM)輸入信號(hào)或 者模擬信號(hào)，但是也可以容易地實(shí)現(xiàn)串行接口。如果使用PWM輸入，則其被轉(zhuǎn)換為模擬基準(zhǔn) 電壓。參照?qǐng)D1-2，線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備14按照下面進(jìn)行操作。接口 26的反饋電路驅(qū)動(dòng)通過 線圈20的電流。線圈20中的電流發(fā)生變化，直到運(yùn)動(dòng)設(shè)備16的位置產(chǎn)生相對(duì)于輸入30 具有預(yù)定關(guān)系，例如與輸入30相匹配(或者如果使用PWM輸入，則將該P(yáng)WM轉(zhuǎn)換為內(nèi)部模 擬信號(hào)，或者串行基準(zhǔn))的磁場(chǎng)傳感器輸出電壓(輸出36)。參照?qǐng)D3，將尤其適合于線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制的設(shè)備14的示例性實(shí)施例表示為設(shè) 備60?？梢杂蛇@樣的設(shè)備控制/驅(qū)動(dòng)的線性電機(jī)的類型包括小型線性電機(jī)，例如僅給出一 些示例振動(dòng)電機(jī)、快門觸發(fā)器、極化濾波器、揚(yáng)聲器控制。在該實(shí)施例中，將磁場(chǎng)傳感器22 和線圈驅(qū)動(dòng)器24(來自圖1)分別實(shí)現(xiàn)為霍爾效應(yīng)傳感器(或者霍爾傳感器)62以及H橋 驅(qū)動(dòng)器64。H橋驅(qū)動(dòng)器提供雙向電流流動(dòng)，因而能夠使線性電機(jī)在前向和反向方向上運(yùn)行。 驅(qū)動(dòng)電流輸出28(來自圖1)這里表示為包括連接到外部線圈(圖1中的線圈20) —端的 第一輸出28a以及連接到該外部線圈的另一端的第二輸出28b。在所說明的實(shí)施例中，利 用四個(gè)固態(tài)開關(guān)(圖中以S1、S2、S3、S4表示)構(gòu)建H橋。在S1和S4閉合(并且S2和S3 打開)時(shí)，電流沿一個(gè)方向流經(jīng)線圈20。打開S1和S4并且閉合S2和S3使電流沿相反方 向流經(jīng)線圈20。圖4示出了能夠用于(來自圖3)霍爾傳感器62的霍爾傳感器的一個(gè)簡(jiǎn)化示例。 也可以使用其它霍爾傳感器設(shè)計(jì)。霍爾傳感器62包括霍爾元件70以及各種信號(hào)調(diào)整部件， 例如動(dòng)態(tài)偏移消除電路72(使用斷路器穩(wěn)定)、放大器74，采樣和保持(以及平均)電路76 以及低通濾波器78。如所說明的，時(shí)鐘電路80向動(dòng)態(tài)偏移消除電路72、放大器74以及采 樣和保持(以及平均)電路76提供時(shí)序信號(hào)。在與其它類型應(yīng)用相比絕對(duì)偏移不太重要的揚(yáng)聲器應(yīng)用中，從帶寬方面考慮，非斷路元件可能是有用的。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，如圖5-6所示，將線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備14實(shí)現(xiàn)為半導(dǎo)體集 成電路(IC)。即，磁場(chǎng)傳感器與線圈驅(qū)動(dòng)器和接口的電路集成在單個(gè)半導(dǎo)體襯底上。因而， 可以作為用于模塊設(shè)計(jì)中的IC制造和銷售設(shè)備14。圖5-6示出了示例性磁體和設(shè)備/線圈組件90。在圖5-6所示的機(jī)械系統(tǒng)中，磁 體18相對(duì)于靜止線圈移動(dòng)。組件90是電機(jī)的一部分(未示出其整體)，其可以連接到對(duì)于 給定應(yīng)用要移動(dòng)的設(shè)備或者結(jié)構(gòu)。因而，圖5和圖6描述了將集成設(shè)備60安裝或者嵌入在 電機(jī)中的實(shí)現(xiàn)。參照?qǐng)D5和圖6，集成設(shè)備60(包括霍爾元件70)連接到線圈20(表示為驅(qū) 動(dòng)線圈20)并且線圈20安裝到設(shè)備/線圈結(jié)構(gòu)94中的偏置板92。磁體18通過允許磁體 18沿著運(yùn)動(dòng)的期望路徑(由箭頭96表示)移動(dòng)的機(jī)械懸掛系統(tǒng)(未示出)懸掛在設(shè)備/ 線圈結(jié)構(gòu)94上方。將圖中所示的磁體18配置為具有相反取向的一對(duì)磁體。S卩，一個(gè)磁體 的南磁極和另一磁體(位于磁體對(duì)中)的北磁極分別面對(duì)霍爾元件70。磁體18按照被稱 為“雙極并排”(bipolar slide-by)的操作模式沿著位于霍爾元件70的感測(cè)表面上方的水 平面中移動(dòng)?？梢允褂闷渌朋w配置和模式。所說明的配置/模式允許對(duì)于較小型磁體行 程的改善感測(cè)精確度。參照?qǐng)D6，在線圈20中不存在電流時(shí)，偏置板92使磁體18集中到線圈/設(shè)備結(jié) 構(gòu)94上方(“中央位置”，由附圖標(biāo)記98a表示)。在通過線圈驅(qū)動(dòng)器向線圈20施通電流 時(shí)，由通電的線圈20產(chǎn)生的通量與由磁體18產(chǎn)生的通量相互作用。該相互作用使磁體18 取決于線圈通量的極性而與沿著一個(gè)方向或者沿著相反方向的力發(fā)生反應(yīng)。即，或者吸引 或者排斥磁體18的適當(dāng)極以產(chǎn)生該力。電流越強(qiáng)，產(chǎn)生的力就越強(qiáng)。在圖6的說明中，向 線圈20施加正100mA的驅(qū)動(dòng)電流導(dǎo)致磁體18向左側(cè)位置移動(dòng)(“左側(cè)位置”，由附圖標(biāo)記 98b表示)，并且向線圈20施加負(fù)100mA驅(qū)動(dòng)電流(即，100mA驅(qū)動(dòng)電流沿著相反方向流經(jīng) 該線圈)導(dǎo)致磁體18向右側(cè)位置移動(dòng)(“右側(cè)位置”，由附圖標(biāo)記98c表示)。因此，在圖 3-6的實(shí)施例中，設(shè)備60在磁體18的兩個(gè)磁極上操作并且沿著兩個(gè)方向驅(qū)動(dòng)通過線圈20 的電流以實(shí)現(xiàn)圖5-6中所描述的磁體運(yùn)動(dòng)。如上所述，利用接口 26的反饋機(jī)制，設(shè)備14(圖1)可以用于例如使用音圈致動(dòng)器 的應(yīng)用的各種其它應(yīng)用中。如圖7所示，一個(gè)示例是可以用于具有照相機(jī)的手機(jī)(也被稱 為拍照手機(jī))中的照相機(jī)透鏡調(diào)焦模塊(或者“模塊”)100。傳統(tǒng)上，數(shù)字靜止照相機(jī)使用 步進(jìn)電機(jī)作為致動(dòng)器。由于步進(jìn)電機(jī)的尺寸、復(fù)雜性以及功率需求，步進(jìn)電機(jī)不能很好地適 合拍照手機(jī)中的照相機(jī)模塊。對(duì)于手機(jī)照相機(jī)的一個(gè)致動(dòng)器選擇是音圈致動(dòng)器。音圈致動(dòng) 器作為驅(qū)動(dòng)器在有限運(yùn)動(dòng)、高頻激活應(yīng)用中是有用的，例如在模塊100的透鏡驅(qū)動(dòng)設(shè)備以 及其它精密儀器應(yīng)用中。模塊100包括執(zhí)行透鏡調(diào)焦處理104并且向該模塊的其它塊提供控制信號(hào)的控制 器102?？刂破?02可以控制拍照手機(jī)的全部操作并且因而在電話和照相機(jī)功能之間切換， 或者控制器102可以是專用于照相機(jī)操作模式(具有單獨(dú)的控制器用于處理電話模式)。 控制器102連接到設(shè)備14，設(shè)備14驅(qū)動(dòng)音圈致動(dòng)器106。如早前參照?qǐng)D3-6中所示的線性 電機(jī)控制應(yīng)用所說明的，設(shè)備14可以構(gòu)建為集成在單個(gè)襯底上的具有音圈驅(qū)動(dòng)器和磁場(chǎng) 傳感器的半導(dǎo)體集成電路。而且，該磁體以及設(shè)備/線圈組件可以與上面參照?qǐng)D5-6所描 述的類似，但是具有用于單向驅(qū)動(dòng)的不同線圈和線圈驅(qū)動(dòng)器。可選地，可以使用具有簡(jiǎn)單彈簧偏置機(jī)制的磁體。音圈致動(dòng)器106控制光學(xué)組件110的透鏡108的線性移動(dòng)以調(diào)節(jié)透鏡焦距。設(shè) 備14的線圈驅(qū)動(dòng)器24控制音圈致動(dòng)器106。模塊100還包括圖像傳感器112、信號(hào)處理器 (SP) 114以及幀存儲(chǔ)器116?，F(xiàn)在將描述該模塊的操作。假設(shè)控制器102已經(jīng)切換到照相機(jī)功能或者處于照相機(jī)模式，激活圖像傳感器 112，并且控制器102經(jīng)由控制線118向圖像傳感器112發(fā)送控制信號(hào)(時(shí)序信號(hào))以開始 圖像捕獲處理。掃描由透鏡108投射到圖像傳感器112上的圖像并且將其施加到SP 114。 控制器102激活信號(hào)處理器114以開始自動(dòng)調(diào)焦處理。SP 114對(duì)從圖像傳感器112輸出 的圖像信號(hào)執(zhí)行采樣、放大和A/D轉(zhuǎn)換并且輸出數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。幀存儲(chǔ)器116臨時(shí)存儲(chǔ)從 SP114順序輸出的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。SP 114根據(jù)存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器116中的圖像數(shù)據(jù)確定該圖 像的對(duì)比度值。每次通過圖像傳感器112捕獲圖像并且將該圖像存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器116中， SP 114就讀取該圖像數(shù)據(jù)并且計(jì)算對(duì)比度值?？刂破?02向線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備14輸出控制信號(hào)30以開始調(diào)焦調(diào)節(jié)。設(shè)備14的 驅(qū)動(dòng)器部分根據(jù)來自控制器的輸入信號(hào)30以及來自磁場(chǎng)傳感器22的反饋信號(hào)36生成驅(qū) 動(dòng)信號(hào)28。通過音圈致動(dòng)器106的透鏡位置調(diào)節(jié)使圖像銳度發(fā)生變化。SP 114確定由圖 像傳感器112順序捕獲的圖像數(shù)據(jù)的對(duì)比度值并且在透鏡移動(dòng)之前和之后捕獲的圖像之 間對(duì)該值進(jìn)行比較。SP 114檢測(cè)到在檢測(cè)到峰值對(duì)比度值時(shí)獲得具有最佳銳度的圖像并且 向控制器102發(fā)送檢測(cè)信號(hào)?？刂破?02發(fā)送適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)(向設(shè)備14)以將透鏡108 移動(dòng)回到獲得峰值對(duì)比度值的位置，即，實(shí)現(xiàn)最佳銳度的精確位置以完成調(diào)焦調(diào)節(jié)。盡管所 描述的SP 114確定對(duì)比度值，但是可以通過SP 144計(jì)算表示最優(yōu)焦點(diǎn)位置的其它參數(shù)。由控制器提供到設(shè)備14的接口 26的信號(hào)30可以是PWM輸入信號(hào)。如果使用PWM 輸入，則將其轉(zhuǎn)換為模擬電壓。如早前描述的，接口 26的反饋電路用于通過外部音圈驅(qū)動(dòng) 電流。線圈中的電流發(fā)生變化，直到透鏡組件的位置導(dǎo)致相對(duì)于輸入具有預(yù)定關(guān)系，例如與 輸入相匹配(或者如果使用PWM輸入，則將該P(yáng)WM轉(zhuǎn)換為內(nèi)部模擬信號(hào))的霍爾傳感器輸 出?；魻杺鞲衅鬏敵鲆部山?jīng)由接口 26的輸出34用于控制器102。在一個(gè)實(shí)施例中，如將參 照?qǐng)D9所描述的，控制器102使用該輸出電壓經(jīng)由PWM輸入實(shí)現(xiàn)調(diào)焦控制方案。這樣的調(diào) 焦控制能夠利用反饋回路的閉環(huán)控制以消除機(jī)械滯后并且使照相機(jī)調(diào)焦模塊中的致動(dòng)器 轉(zhuǎn)換功能非線性線性化。參照?qǐng)D8，將能夠用于驅(qū)動(dòng)音圈致動(dòng)器106(來自圖7)的設(shè)備14的示例性實(shí)施例 表示為設(shè)備120。在該實(shí)施例中，磁場(chǎng)傳感器22和線圈驅(qū)動(dòng)器24 (來自圖1和圖7)分別實(shí) 現(xiàn)為霍爾傳感器62和下側(cè)音圈驅(qū)動(dòng)器122。圖中示出的音圈驅(qū)動(dòng)器122包括作為輸出驅(qū)動(dòng) 器的M0SFET 126 (除了部件46和54之外)。音圈驅(qū)動(dòng)器122僅提供單向電流流動(dòng)。表示 為輸出28b的音圈驅(qū)動(dòng)器電流輸出連接到外部線圈的下側(cè)(圖1中的線圈20)。設(shè)備120還包括用戶控制的睡眠輸入124，其在設(shè)備120處于睡眠模式時(shí)降低電流 消耗。終端用戶能夠通過向睡眠輸入施加邏輯電平信號(hào)來控制設(shè)備120的電流消耗。該低 功率特征使得設(shè)備對(duì)于諸如蜂窩電話和數(shù)字照相機(jī)的電池操作應(yīng)用很理想。制造公差以及透鏡取向(相對(duì)于重力下拉和類似加速度的施加負(fù)載等等的方向) 不考慮響應(yīng)于施加到線圈的電流的透鏡移動(dòng)?？刂破?02(圖7)采用的透鏡調(diào)焦處理104 不僅移除機(jī)械滯后(通過使用傳感器到驅(qū)動(dòng)器反饋)，而且允許將控制系統(tǒng)精確校準(zhǔn)到具體的透鏡調(diào)焦模塊，這將參照?qǐng)D9進(jìn)行描述。參照?qǐng)D9，示出了由控制器102執(zhí)行的透鏡調(diào)焦處理(“處理”)104。一旦初始化 了該處理(方框130)，在沒有電流施加到線圈(0電流驅(qū)動(dòng))時(shí)讀取該設(shè)備的輸出值(即， 按照霍爾傳感器提供到控制器的形式由該霍爾傳感器產(chǎn)生的輸出)并且將該值作為第一 值“0IV”進(jìn)行存儲(chǔ)(方框132)。處理104在輸入30處發(fā)送請(qǐng)求以向線圈提供電流來實(shí)現(xiàn) 透鏡的最大位移(或者“行程”)(最大電流驅(qū)動(dòng))(方框134)。處理104再次讀取與最大 透鏡行程相對(duì)應(yīng)的輸出值(從霍爾傳感器)并且將該值作為第二值“MIV”進(jìn)行存儲(chǔ)(方框 136)。處理104使用所述第一值和第二值確定與占空比中每一幀的行程相對(duì)應(yīng)的行程值， 具體地說，確定這兩個(gè)值之間的差(即，MIV-0IV)并且將該差值除以幀的數(shù)量(方框138)。 將透鏡行程范圍除以期望的幀數(shù)量定義了對(duì)于運(yùn)動(dòng)的固定步長(zhǎng)大小。將每一幀值保存作為 第三值“T”。因而，通過在沒有電流施加到線圈時(shí)測(cè)量基線磁場(chǎng)并且然后在最大行程/位移 處再次測(cè)量，處理104能夠確定透鏡的行程范圍。因而可以將目前由方框132、134、136和 138代表的處理104的處理行為看作校準(zhǔn)處理。校準(zhǔn)處理將線性運(yùn)動(dòng)控制校準(zhǔn)到單獨(dú)的透 鏡調(diào)焦模塊，用于獨(dú)立于組件的制造變化的精確調(diào)焦。因而校準(zhǔn)模式有利地降低了自動(dòng)調(diào) 焦應(yīng)用期間的調(diào)焦時(shí)間。仍然參照?qǐng)D9，一旦確定了行程范圍，處理104在設(shè)備14的輸入處請(qǐng)求期望行程 (值“D”)(方框140)。通過使值“0IV+T”乘以“幀號(hào)”確定值“D”，其中“幀號(hào)”與當(dāng)前幀號(hào) 碼相對(duì)應(yīng)。用戶可以請(qǐng)求位于兩個(gè)極限之間的任何值并且系統(tǒng)將基于該系統(tǒng)中的反饋?zhàn)哉{(diào) 節(jié)到該位置。處理104捕捉當(dāng)前幀的圖像(方框142)。處理104確定當(dāng)前幀是否是最大幀 (方框144)。如果確定當(dāng)前幀不是最大幀，則處理104進(jìn)行到下一幀(通過增加幀號(hào))(方 框146)并且對(duì)應(yīng)于新的透鏡位置，返回到方框140以請(qǐng)求新的期望行程。如果當(dāng)前幀是最 大幀，則處理104選擇該“最佳”巾貞(即，具有最佳銳度的幀，如由SP 114確定)位于焦點(diǎn)上 并且移動(dòng)到該幀(方框148)。移動(dòng)到所選擇的幀涉及將透鏡移動(dòng)到合適位置并且因而對(duì)于 所選擇的幀(以及幀號(hào))請(qǐng)求到設(shè)備14的“D”輸入。處理104使得對(duì)于所選擇的“最佳” 幀能夠拍取圖片(以完整分辨率)(方框150)，使透鏡移動(dòng)到終點(diǎn)位置(home position) (方框152)并且在方框154處終止。如果睡眠模式可用(經(jīng)由睡眠輸入，如先前參照?qǐng)D8 描述的)，則在方框130處被禁止并且在方框154處被使能。在諸如參照?qǐng)D7-9描述的數(shù)字照相機(jī)應(yīng)用中，線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備14的閉環(huán)控制電 路簡(jiǎn)化了透鏡調(diào)焦處理。其提供了透鏡的精確移動(dòng)(與由于透鏡行程中的滯后導(dǎo)致的磁變 化無關(guān))，具有更少的調(diào)焦步驟。結(jié)果，模塊100可以在較短的時(shí)段中操作，這降低了照相機(jī) 系統(tǒng)中的功率消耗。其還允許先前調(diào)焦位置的精確再創(chuàng)建。圖10說明了在活動(dòng)范圍期間位置輸入請(qǐng)求(標(biāo)記為“PWM”，伏特)、輸出響應(yīng)(標(biāo) 記為“FBout”，伏特)以及就位置變化而言的實(shí)際移動(dòng)(標(biāo)記為“德耳塔位置”，微米)之間 的關(guān)系?；顒?dòng)范圍以0微米的初始位置(等同于“0高斯”)和220微米處的完全位置變化 為基礎(chǔ)。從圖中可以看出，具有內(nèi)部反饋的線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備的使用能夠產(chǎn)生高線性的響應(yīng)。將這里引述的全部文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容結(jié)合進(jìn)來作為參考。已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說很明顯可 以使用結(jié)合其概念的其它實(shí)施例。因而，這些實(shí)施例不應(yīng)該局限于所公開的實(shí)施例，而是應(yīng)
9該僅由所附權(quán)利要求的精神和范圍限定。
權(quán)利要求
一種設(shè)備，包括線圈驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)線圈，所述線圈在被驅(qū)動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)具有磁體的運(yùn)動(dòng)設(shè)備的線性運(yùn)動(dòng)；磁場(chǎng)傳感器，用于檢測(cè)與所述線性運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)并且響應(yīng)于所述磁場(chǎng)而產(chǎn)生輸出信號(hào)；接口，用于將所述磁場(chǎng)傳感器的輸出以及所述線圈驅(qū)動(dòng)器的輸入連接到控制器；并且其中，所述接口包括反饋回路以使所述磁場(chǎng)傳感器輸出信號(hào)與所述線圈驅(qū)動(dòng)器輸入相關(guān)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述接口包括差分放大器，所述差分放大器用于接 收所述磁場(chǎng)傳感器輸出信號(hào)以及由所述控制器提供的輸入信號(hào)作為輸入，并且由其產(chǎn)生輸 出信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，由所述差分放大器產(chǎn)生的所述輸出信號(hào)在所述線 圈驅(qū)動(dòng)器處被接收作為輸入信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述磁場(chǎng)傳感器包括霍爾傳感器。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述磁場(chǎng)傳感器包括一種磁阻傳感器。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述線圈驅(qū)動(dòng)器連接到所述線圈以沿一個(gè)方向驅(qū) 動(dòng)經(jīng)過所述線圈的電流。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述線圈驅(qū)動(dòng)器包括音圈驅(qū)動(dòng)器。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述線圈驅(qū)動(dòng)器連接到所述線圈以沿多于一個(gè)方 向驅(qū)動(dòng)經(jīng)過所述線圈的電流。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述線圈驅(qū)動(dòng)器包括線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述線性電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括H橋電路。
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述線圈驅(qū)動(dòng)器、所述磁場(chǎng)傳感器以及所述接口 被集成為半導(dǎo)體集成電路。
11.一種系統(tǒng)，包括 控制器；以及耦合到所述控制器的線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備，所述線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備包括線圈驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)線圈，所述線圈在被驅(qū)動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)具有磁體的致動(dòng)器的線性運(yùn)動(dòng)；磁場(chǎng)傳感器，用于檢測(cè)與所述線性運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)并且響應(yīng)于所述磁場(chǎng)而產(chǎn)生輸出 信號(hào)；接口，用于將所述磁場(chǎng)傳感器的輸出以及所述線圈驅(qū)動(dòng)器的輸入連接到控制器；并且 其中，所述接口包括反饋回路以使所述磁場(chǎng)傳感器輸出信號(hào)與所述線圈驅(qū)動(dòng)器輸入相關(guān)。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器配置成使用所述線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備 對(duì)照相機(jī)的透鏡進(jìn)行調(diào)焦。
13.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述線圈驅(qū)動(dòng)器、所述磁場(chǎng)傳感器以及所述接口 被集成為半導(dǎo)體集成電路。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述半導(dǎo)體集成電路以及所述控制器設(shè)置在照相機(jī)透鏡調(diào)焦模塊上。
15.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述磁場(chǎng)傳感器是霍爾傳感器并且所述線圈驅(qū) 動(dòng)器是音圈驅(qū)動(dòng)器。
16.一種控制運(yùn)動(dòng)設(shè)備的方法，包括向線圈施施加電流以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)設(shè)備的線性運(yùn)動(dòng)，所述運(yùn)動(dòng)設(shè)備具有相對(duì)于所述線圈可 移動(dòng)的磁體；感測(cè)與所述磁體相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)以檢測(cè)所述線性運(yùn)動(dòng)并且響應(yīng)于所述磁場(chǎng)而產(chǎn)生輸出 信號(hào)；以及根據(jù)所述輸出信號(hào)以及由微控制器提供的信號(hào)調(diào)節(jié)施加到所述線圈的所述電流。
17.—種對(duì)照相機(jī)模塊中的透鏡進(jìn)行調(diào)焦的方法，包括 確定所述透鏡的位移范圍；使用所述位移范圍請(qǐng)求所述透鏡的期望位移；以及通過使用內(nèi)部控制環(huán)路以調(diào)節(jié)供應(yīng)到音圈致動(dòng)器的線圈的驅(qū)動(dòng)電流，向通過所述音圈 致動(dòng)器使所述透鏡發(fā)生位移的設(shè)備提供所述請(qǐng)求。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括 在幀中捕獲通過所述透鏡投射的圖像； 確定所述幀是否是最大幀；如果確定所述幀不是最大幀，則進(jìn)行到下一幀并且返回到使用所述位移范圍請(qǐng)求所述 透鏡的期望位移的所述步驟。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括如果確定所述幀是所述最大幀，則確定哪一個(gè)幀位于焦點(diǎn)上； 選擇被確定位于焦點(diǎn)上的幀；以及 對(duì)所選擇的幀拍取照片。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于線性控制系統(tǒng)中的線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備。該線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備包括用于驅(qū)動(dòng)線圈的線圈驅(qū)動(dòng)器，所述線圈在被驅(qū)動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)具有磁體的運(yùn)動(dòng)設(shè)備的線性運(yùn)動(dòng)。所述線性運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備還包括用于檢測(cè)與所述線性運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)傳感器以及用于將所述磁場(chǎng)傳感器的輸出以及所述線圈驅(qū)動(dòng)器的輸入連接到外部控制器的接口。所述接口包括反饋回路以使所述磁場(chǎng)傳感器輸出信號(hào)與所述線圈驅(qū)動(dòng)器輸入相關(guān)。
文檔編號(hào)H04N5/232GK101884166SQ200880118769
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2008年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月1日
發(fā)明者P·大衛(wèi), S·D.·米拉諾 申請(qǐng)人:阿萊戈微系統(tǒng)公司