VCM（Voice Coil Motor）音圈马达

1、VCM概述：全称Voice Coil Montor，电子学里面的音圈电机，是马达的一种。因为原理和扬声器类似，所以叫音圈电机，具有高频响、高精度的特点。其主要原理是在一个永久磁场内，通过改变马达内线圈的直流电流大小，来控制弹簧片的拉伸位置，从而带动上下运动。手机摄像头广泛的使用VCM实现自动对焦功能，通过VCM可以调节镜头的位置，呈现清晰的图像。

2、VCM主要构件：

不同厂商的VCM结构略有差异，大致分几大部件如下： Shield Case：外壳 ；Frame：支架 ；F.Spacer：前垫片，用于绝缘； F.Spring：前簧片，用于承载载体，平衡力矩 ；Yoke：用于固定其他组件，导磁； Magnet：磁石，产生永久磁场 ；Coil：线圈，通电产生驱动力矩； Carrier：载体，用于承载镜头； B.Spacer：后垫片，用于绝缘； B.Spring：后弹簧，用于承载载体，平衡力矩 ；Base：底座，用于固定部件。

3、VCM作用：通过电感线圈产生不同方向和强度的磁场(弗莱明左手定则)，

利用引力或斥力来推动镜头移动它靠簧片方式支持镜头伸缩，给Coil不同的电流，使Lens停在不同的点上面！手机摄像头的VCM需要Driver IC配合完成对焦，通过Driver IC控制VCM供电电流的大小，来确定VCM搭载的镜头移动的距离，从而调节到适当的位置拍摄清晰图像。镜头移动动作如下：

AF运行方式：进入自动调焦模式后，Driver从0到最大值，使得镜头从原地移动到最大位移处，此时sensor成像面自动拍摄图片并保存到DSP内，DSP通过这些图片，计算每一副图片的MTF（Modulation transfer function）值，从而在这条MTF曲线中找到最大值，并通过演算法，得到这个点对应的电流大小，再一次指示Driver提供给音圈这个电流，而使镜头稳定在这个成像面，使得达到自动变焦。

4、VCM工作原理：弗莱明左手法则。空中有一个磁场B，对横穿磁场的电线上通电，则电线上会产生力F。该力的强度公式为，F ＝BLI. 其中F：力[N];B:磁束密度[T];L：磁场中的电线长度[m];I：电流[A]。

电线制成线圈，按图示方向通入电流I，则线圈的左侧、右侧会分别产生朝上、朝下的力，线圈开始旋转。这就是直流马达的旋转原理。

T ＝2RF ＝ 2RNBLI; 其中T：扭矩[Nm]；R：旋转半径[m]；N：线圈圈数；L：磁通宽[m]。

直线型或是摆动型，他门基本原理相同。通点的导体穿过磁场的时候，会产生一个垂直于磁场线的力，这个力的大小取决于通过场的导体的长度，磁场及电流的强度。音圈马达产生的推力的大小取决于设计结构以及电流强度：F = B*L*I， 电流与产生的力的关系，在直线型音圈电机中体现为力敏感度Kf，在旋转型音圈马达中体现为扭力敏感度Kt。我们的设计中把Kf的单位定义为N/A，Kt的单位为N·M/A。音圈马达是一个简单的装置，将电流转化为机械力。所以其定位以及力的控制通过位置反馈装置以及控制器达成，其精度由控制器决定，与音圈马达本身毫无关系。

通过改变马达内线圈的直流电流大小，来控制弹簧片的拉伸位置，从而带动上下运动

5、VCM的性能指标：VCM的性能主要是看电流和行程距离的比值。从启动电流开始，电流上升要和所能驱动的行程距离成比例，所需要上升电流越小，精度越高，同时还看最大耗电量，最大功率，尺寸大小。

6、VCM分类：

从结构上大致可分三类： （1）弹片式结构 ；（2）滚珠式结构； （3）摩擦式结构。

从功能上大致分为五类： （1）Open loop开马达; （2）Close loop闭环马达 ；（3）Alternate中置马达 ；（4）OIS光学防抖马达（分平移式、移轴式、记忆金属式等）；（5） OIS+Close loop六轴马达 。

7、实现对焦的方法：

A:实现光学变焦采用变焦马达（ZOOM）

通过移动镜头内部的镜片来改变焦点的位置，改变镜头焦距的长短，并改变镜头的视角大小，从而实现影响的放大与缩小。

B:实现自动对焦采用对焦马达（AF）

过微距离移动整个镜头(而不是镜头内的镜片)的位置,控制镜头焦距的长短,而实现影像 的清晰.手机中常用的方法。

光学对焦和光学变焦是不同的概念:

光学变焦是通过移动镜头内部镜片的相对位置来改变焦点的位置，改变镜头焦距的长短，并改变镜头的视角大小，从而实现影像的放大与缩小；

光学对焦是实际上是调整整个镜头的位置(而不是镜头内的镜片)的位置，来控制像距，从而使成像最清晰。

（1）音圈马达；（2）超声波马达；（3）步进马达；（4）记忆合金马达；（5）液体镜头对焦；（6）液晶镜头对焦；（7）MEMS镜头对焦；（8）软体对焦（阵列式摄像头）。

实现摄像头对焦有很多方法，其中音圈马达使用最广泛。

8，VCM中微距和无穷远的关系。

由于1/f=(1/dobj)+(1/dimg)，微距时，dobj很小，所以dimg比较大；而无穷远时，dobj很大，所以dimg就需要比较小。


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