一种提取误差法修正闭环音圈马达磁场两端非线性的方法与流程

1.本发明涉及音圈马达控制技术领域，具体为一种提取误差法修正闭环音圈马达磁场两端非线性的方法。


背景技术：

2.随着手机摄像质量要求的不断提高，近年来，采用闭环控制音圈马达作为手机摄像头镜头驱动马达的产品越来越多。
3.在闭环控制音圈马达中，马达的位置通过处在磁场中的霍尔器件(hall sensor)感应磁场的大小来确定。马达会带动霍尔和磁铁中的一个器件运动，霍尔和磁铁中的另一个器件会固定在支架上；当马达移动时，霍尔和磁铁的相对位置会发生改变，从而使得霍尔感应到的磁场大小发生变化；闭环控制音圈马达根据霍尔感应到磁场的不同确定马达所处的不同位置。
4.由于闭环控制音圈马达通过霍尔器件感应磁场的大小来确定马达的位置，所以当磁场大小与位置之间存在非线性时，马达位置移动的行程也会存在非线性。非线性的存在会影响音圈马达位置的精度，从而影响聚焦精度，进一步影响拍照图像的质量。
5.磁铁由磁南极和磁北极构成，从磁南极到磁北极移动过程中，磁铁周围的磁场变化趋势近似一个正弦曲线。根据正弦曲线的形状可知，从中间往两边移动，曲线的非线性会越来越明显。为了保证闭环控制音圈马达移动具有较好的线性度，通常会取磁场强度对应的正弦曲线中间一部分作为马达行程。
6.该选择方式在线性度和最大行程之间需要有个折中，最大行程越大，线性度就会越差，相反，线性度越好，最大行程就会越短。同时，由于正弦曲线的特性，无论取多小的行程，都会不可避免地引入非线性。


技术实现要素：

7.为了改善闭环控制音圈马达行程两端的非线性问题，本发明给出了一种可以修正磁场两端非线性的方式，该方法通过提取磁场与位置之间的非线性误差补偿霍尔感应到的磁场的非线性；该方法可以有效修正马达两端行程的非线性，提高马达行程线性度，从而提高闭环音圈马达拍照效果。
8.为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
9.一种提取误差法修正闭环音圈马达磁场两端非线性的装置，包含：
10.磁铁，包括磁南极和磁北极；
11.音圈马达，具有输出端；以及
12.霍尔组件，位于所述磁铁产生的磁场中，包括：
13.第一霍尔器件，用于感应其所处位置的磁场强度；以及
14.与所述第一霍尔器件间距设置的第二霍尔器件，用于感应其所处位置的磁场强度；
15.其中，所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件位于所述磁铁的同一侧，所述音圈马达的输出端可带动所述磁铁或所述霍尔组件移动，且在移动的过程中，所述第一霍尔器件与所述第二霍尔器件的间距始终保持不变。
16.可选地，所述音圈马达的输出端可带动所述磁铁或所述霍尔组件沿第一方向移动；所述第一方向平行于所述第一霍尔器件至所述第二霍尔器件的方向。
17.可选地，所述音圈马达的输出端可带动所述磁铁或所述霍尔组件沿第一方向在第一区段内移动；在音圈马达未启动的初始位置时，所述第一区段的两个端点关于所述磁铁的中间位置对称设置。
18.可选地，所述第一区段的长度为400μm。
19.另一方面，本发明还公开了一种应用上述的提取误差法修正闭环音圈马达磁场两端非线性的装置的方法，包含：
20.提取所述霍尔组件在所述磁铁所产生的磁场中感应到的磁场强度的非线性误差；
21.根据提取的非线性误差对所述霍尔组件在所述磁铁所产生的磁场中感应到的磁场强度进行修正。
22.可选地，提取所述霍尔组件在所述磁铁所产生的磁场中感应到的磁场强度的非线性误差，包括：
23.获取所述霍尔组件在线性磁场中的磁场强度的相加值的特性曲线；
24.获取所述霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中的磁场强度的相加值的特性曲线；
25.根据所述霍尔组件在线性磁场中的磁场强度的相加值的特性曲线和所述霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中的磁场强度的相加值的特性曲线，计算得到所述霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中感应到的磁场强度的非线性误差。
26.可选地，获取所述霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中的磁场强度的相加值的特性曲线，包括：
27.通过所述音圈马达控制所述霍尔组件的位置，以获取所述霍尔组件在不同位置时所述第一霍尔组件和所述第二霍尔组件所感应到的磁场强度；
28.将所述霍尔组件在不同位置时所述第一霍尔组件和所述第二霍尔组件所感应到的磁场强度相加，得到所述霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中的磁场强度的相加值的特性曲线。
29.可选地，提取所述霍尔组件在所述磁铁所产生的磁场中感应到的磁场强度的非线性误差，包括：
30.获取所述霍尔组件在线性磁场中的磁场强度的相减值的特性曲线；
31.获取所述霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中的磁场强度的相减值的特性曲线；
32.根据所述霍尔组件在线性磁场中的磁场强度的相减值的特性曲线和所述霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中的磁场强度的相减值的特性曲线，计算得到所述霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中感应到的磁场强度的非线性误差。
33.可选地，获取所述霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中的磁场强度的相减值的特性曲线，包括：
34.通过所述音圈马达控制所述霍尔组件的位置，以获取所述霍尔组件在不同位置时所述第一霍尔组件和所述第二霍尔组件所感应到的磁场强度；
35.将所述霍尔组件在不同位置时所述第一霍尔组件和所述第二霍尔组件所感应到的磁场强度相减，得到所述霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中的磁场强度的相减值的特性曲线。
36.可选地，根据提取的非线性误差对所述霍尔组件在所述磁铁所产生的磁场中感应到的磁场强度进行修正，包括：
37.所述音圈马达在非线性磁场中时，设定初始位置处所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应到的磁场强度相减值为线性磁场两霍尔感应到的磁场相减值；
38.当所述音圈马达移动时，将所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应到的磁场强度相减值的变化量作为非线性误差；
39.当所述音圈马达移动时，从所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应到的磁场强度相加值中减去该非线性误差，完成对所述霍尔组件在所述磁铁所产生的磁场中感应到的磁场强度的修正。
40.可选地，根据提取的非线性误差对所述霍尔组件在所述磁铁所产生的磁场中感应到的磁场强度进行修正，包括：
41.所述音圈马达在非线性磁场中时，设定初始位置处所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应到的磁场强度相加值为线性磁场中两霍尔器件感应到的磁场相加值；
42.当所述音圈马达移动时，以线性磁场中两霍尔器件感应到的磁场相加值为基准，获取所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应到的磁场强度相加值的变化量，并将其作为非线性误差；
43.当所述音圈马达移动时，从所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应到的磁场强度相减值中减去该非线性误差，完成对所述霍尔组件在所述磁铁所产生的非线性磁场中感应到的磁场强度的修正，得到一个线性度较好的磁场与位置之间的关系。
44.本发明与现有技术相比具有以下优点：
45.本发明提供了霍尔器件磁场非线性修正的方法，能很好地修正磁场两端的非线性度，从使马达具有很好的线性行程，进而可以提高手机相机的拍照质量。
附图说明
46.为了更清楚地说明本发明专利实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明专利的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
47.图1a为本发明一实施例中磁铁和霍尔组件的结构示意图；
48.图1b为本发明一实施例中磁铁周围的磁场强度与位置之间的关系图；
49.图2为图1b中选取的一段区域的磁场强度与位置之间的关系图；
50.图3为本发明一实施例中第一霍尔器件和第二霍尔器件的位置关系图；
51.图4为一个理想的线性磁场的磁场强度与位置之间的关系图；
52.图5a为本发明一实施例中霍尔组件在理想的线性磁场中的磁场强度的相加值的
特性曲线；
53.图5b为本发明一实施例中霍尔组件在理想的线性磁场中的磁场强度的相减值的特性曲线；
54.图6a为本发明一实施例中霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中的磁场强度的相加值的特性曲线；
55.图6b为本发明一实施例中霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中的磁场强度的相减值的特性曲线；
56.图7为本发明一实施例中相加的、相减的非线性误差与位置的关系图；
57.图8a为单个霍尔器件感应的磁场强度与位置的关系图；
58.图8b为单个霍尔器件感应到的磁场强度的非线性误差与位置的关系图；
59.图9a为本发明一实施例中霍尔组件感应到的相加修正后的磁场强度与位置之间的关系图；
60.图9b为本发明一实施例中霍尔组件的非线性误差与位置之间的关系图。
具体实施方式
61.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
62.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
63.请参阅图1b，图1b为本实施例中磁铁周围的磁场强度与位置之间的关系图。其中，横坐标表示位置(position)，单位为μm，纵坐标表示磁场强度(magnetic)，单位为mt。
64.需要指出的是，“磁铁周围”指的是磁铁的磁南极到磁铁的磁北极这一区段。
65.由图1b可以看出，在理想情况下，磁铁周围的磁场强度与位置之间关系近似为正弦曲线，从正弦曲线的中间位置(该正弦曲线的中间位置对应磁铁的中间位置)向两端走，曲线的线性特性越来越差。
66.通常情况下，音圈马达会选取该正弦曲线在中间位置的、线性度较好的区段作为马达移动的行程，例如图1b中两条垂直于横坐标的虚线所确定的区段。图2为图1b中选取的一段区域的磁场强度与位置之间的关系图，由图2可以看出，由于正弦曲线的固有特性，无论选择多小的马达行程，都会引入一定的非线性误差。
67.本实施例提供了一种提取误差法修正闭环音圈马达磁场两端非线性的装置，其包含磁铁和霍尔组件。霍尔组件设置于所述磁铁产生的非线性磁场中，磁铁和霍尔组件的位置关系如图1a所示。
68.所述磁铁和所述霍尔组件中的一个安装在所述音圈马达的输出端上，另一个固定在任一支架(附图中未示出)上。在启动所述音圈马达后，所述音圈马达的输出端能够带动所述磁铁或所述霍尔组件移动，使所述磁铁与所述霍尔组件的相对位置发生改变。
69.本实施例中，对于上述的支架不作具体限定，只要该支架能够起到固定磁铁或霍尔组件的作用即可。
70.请参阅图1a所示，本实施例中的磁铁水平设置，磁铁上的“s”和“n”分别表示该磁铁的磁南极和磁北极，磁铁的中间位置位于磁南极和磁北极的正中间。
71.请参阅图1a所示，霍尔组件包括间隔设置的第一霍尔器件(hall l)和第二霍尔组件(hall r)，第一霍尔器件和第二霍尔器件位于磁铁的同一侧，第一霍尔器件和第二霍尔器件分别用于感应其各自所处位置的磁场强度。基于音圈马达的驱动，第一霍尔器件和第二霍尔器件相对于磁铁沿着第一方向(该第一方向指的是磁铁的磁南极到磁北极的方向)往返运动，且在移动过程中，所述第一霍尔器件与所述第二霍尔器件之间的间距保持不变。为了简化描述，下文用霍尔组件来指代第一霍尔器件和第二霍尔器件，当霍尔组件移动到任一位置时，第一霍尔组件和第二霍尔组件均关于该位置对称设置。
72.本实施例中，对于霍尔组件中霍尔器件的数量以及各霍尔器件之间的相对位置不作具体限定，仅以霍尔组件的霍尔器件的数量为两个以及图示的各霍尔器件之间的相对位置进行举例说明。
73.请参阅图3所示，图3中“0μm”处表示磁场的中间位置，也即第一霍尔器件和第二霍尔器件在初始位置时二者的中间位置。
74.本实施例中，所述音圈马达的输出端可带动所述磁铁或所述霍尔组件沿第一方向在第一区段内移动；所述第一区段的两个端点关于所述磁铁的中间位置对称设置。
75.本实施例中，所述第一区段的长度为400μm。对于第一区段的长度不作具体限定，仅以第一区段的长度为400μm进行举例说明。
76.基于同一发明构思，本实施例还提供了一种应用上述的提取误差法修正闭环音圈马达磁场两端非线性的装置的方法，该方法包含：
77.s1、提取所述霍尔组件在所述磁铁所产生的磁场中感应到的磁场强度的非线性误差；
78.s2、根据提取的非线性误差对所述霍尔组件在所述磁铁所产生的磁场中感应到的磁场强度进行修正。
79.本实施例中，提取所述霍尔组件在所述磁铁所产生的磁场中感应到的磁场强度的非线性误差，包括：
80.s101、获取所述霍尔组件在理想的线性磁场中的磁场强度的相加值的特性曲线；
81.理想的线性磁场的磁场强度与位置的关系图如图4所示，横坐标表示位置，单位是μm，纵坐标表示磁场强度，单位是mt；
82.霍尔组件在理想的线性磁场中的磁场强度的相加值的特性曲线请参阅图5a所示，由该图可以看出，当磁场是线性时，第一霍尔器件和第二霍尔器件感应到的磁场强度的相加值与位置的特性曲线也是线性的。
83.s102、获取所述霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中的磁场强度的相加值的特性曲线；
84.霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中的磁场强度的相加值的特性曲线请参阅图6a，由该图可以看出，当磁场是非线性时，第一霍尔器件和第二霍尔器件感应到的磁场强度的相加值与位置的特性曲线也存在非线性。
85.s103、将图6a中的霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中的磁场强度的相加值与位置的特性曲线减去图5a中的霍尔组件在理想的线性磁场中的磁场强度的相加值与位置的特性曲线，计算得到所述霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中感应到的磁场强度的相加值的非线性误差。
86.其中，获取所述霍尔组件在非线性磁场中的磁场强度的相加值的特性曲线，包括：
87.s1011、通过所述音圈马达控制所述霍尔组件的位置，以获取所述霍尔组件在不同位置时所述第一霍尔组件和所述第二霍尔组件所感应到的磁场强度；
88.s1012、将所述霍尔组件在不同位置时所述第一霍尔组件和所述第二霍尔组件所感应到的磁场强度相加，得到所述霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中的磁场强度的相加值与位置的特性曲线。
89.本实施例中，提取所述霍尔组件在所述磁铁所产生的磁场中感应到的磁场强度的非线性误差，还包括：
90.s111、获取所述霍尔组件在理想的线性磁场中的磁场强度的相减值的特性曲线；
91.理想的线性磁场的磁场强度与位置的关系图如图4所示，横坐标的单位是μm，纵坐标的单位是mt；
92.该处的“相减值”可以指的是，第一霍尔器件所感应的磁场强度减去第二霍尔器件所感应的磁场强度，也可以指的是，第二霍尔器件所感应的磁场强度减去第一霍尔器件所感应的磁场强度，本实施例对此不作具体限定。
93.霍尔组件在理想的线性磁场中的磁场强度的相减值的特性曲线请参阅图5b所示，由该图可以看出，当磁场是线性时，第一霍尔器件和第二霍尔器件感应到的磁场强度的相减值保持不变，这是线性磁场中两个固定间距的霍尔器件感应到的磁场强度相减值的特性。
94.s112、获取所述霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中的磁场强度的相减值的特性曲线；
95.霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中的磁场强度的相减值与位置的特性曲线请参阅图6b，由该图可以看出，当磁场是非线性时，第一霍尔器件和第二霍尔器件感应到的磁场强度的相减值会随着磁场的非线性而变化。
96.s113、将图6b中的霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中的磁场强度的相减值的特性曲线减去图5b中的霍尔组件在理想的线性磁场中的磁场强度的相减值与位置的特性曲线，计算得到所述霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中感应到的磁场强度的相减值的非线性误差。
97.其中，获取所述霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中的磁场强度的相减值的特性曲线，包括：
98.s1111、通过所述音圈马达控制所述霍尔组件的位置，以获取所述霍尔组件在不同位置时所述第一霍尔组件和所述第二霍尔组件所感应到的磁场强度；
99.s1112、将所述霍尔组件在不同位置时所述第一霍尔组件和所述第二霍尔组件所
感应到的磁场强度相减，得到所述霍尔组件在所述磁铁产生的非线性磁场中的磁场强度的相减值与位置的特性曲线。
100.本实施例中，计算得到的两个非线性误差(相加值、相减值的非线性误差)如图7所示，图7中的两条曲线分别代表两个霍尔器件感应到的磁场强度相加值的非线性误差与两个霍尔器件感应到的磁场强度相减值的非线性误差，两条曲线非常接近。由于两条曲线的重合度较高，所以在音圈马达驱动后，可以利用其中的一个非线性误差(相加值或相减值的变化量)修正对应的另一个磁场强度值(相减值或相加值)，即可得到一个较好的线性关系。也就是说，可以利用相加值的变化量修正相减值的磁场强度，或者利用相减值的变化量修正相加值的磁场强度。
101.本实施例中，根据提取的非线性误差对所述霍尔组件在所述磁铁所产生的磁场中感应到的磁场强度进行修正，包括：
102.s201、所述音圈马达在非线性磁场中时，设定初始位置处所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应到的磁场强度相减值为线性磁场中两霍尔器件感应到的磁场相减值；
103.s202、当所述音圈马达移动时，以线性磁场中两霍尔器件感应到的磁场相减值为基准，获取所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应到的磁场强度相减值的变化量，并将其作为非线性误差；
104.s203、当所述音圈马达移动时，从所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应到的磁场强度相加值中减去该非线性误差，完成对所述霍尔组件在所述磁铁所产生的非线性磁场中感应到的磁场强度的修正，得到一个线性度较好的磁场与位置之间的关系。
105.在另一实施例中，根据提取的非线性误差对所述霍尔组件在所述磁铁所产生的磁场中感应到的磁场强度进行修正，包括：
106.s201、所述音圈马达在非线性磁场中时，设定初始位置处所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应到的磁场强度相加值为线性磁场中两霍尔器件感应到的磁场相加值；
107.s202、当所述音圈马达移动时，以线性磁场中两霍尔器件感应到的磁场相加值为基准，获取所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应到的磁场强度相加值的变化量，并将其作为非线性误差；
108.s203、当所述音圈马达移动时，从所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应到的磁场强度相减值中减去该非线性误差，完成对所述霍尔组件在所述磁铁所产生的非线性磁场中感应到的磁场强度的修正，得到一个线性度较好的磁场与位置之间的关系。
109.采用上述的修正方法得到霍尔感应磁场与位置之间的关系如图9a所示，横坐标表示位置单位μm，纵坐标表示两个霍尔感应的磁场相加并修正后的磁场强度，单位mt。
110.图9a中的两条曲线分别表示理想的线性曲线和实际感应到的曲线，两条曲线基本上重合。请参阅图9b所示，图9b中的横坐标表示位置，单位为μm，纵坐标表示两个霍尔器件感应到的相加值并修正后的非线性误差，单位为％。
111.由图9b可以看出，在磁场的两端，最大的非线性误差为
±
0.7％左右。
112.不采用上述的方式进行修正的话，得到的磁场与位置的关系图如图8a，图8a给出了采用单个霍尔器件感应磁场强度时，给出了霍尔器件感应到的磁场强度与位置之间的关系。
113.从图8b可以看出，在磁场的两端，非线性误差较大，达到
±
3％以上。
114.结合图8a、8b、9a和9b可以看出，本实施例给出的霍尔器件磁场非线性修正的方法能够很好地修正磁场两端的非线性度，使音圈骂道具有很好的线性行程，进而可以提高手机相机的拍照质量。
115.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。