VCM（Voice Coil Motor）音圈馬達

1、VCM概述：全稱Voice Coil Montor，電子學裡面的音圈電機，是馬達的一種。因為原理和揚聲器類似，所以叫音圈電機，具有高頻響、高精度的特點。其主要原理是在一個永久磁場內，通過改變馬達內線圈的直流電流大小，來控制彈簧片的拉伸位置，從而帶動上下運動。手機攝像頭廣泛的使用VCM實現自動對焦功能，通過VCM可以調節鏡頭的位置，呈現清晰的圖像。

2、VCM主要構件：

不同廠商的VCM結構略有差異，大致分幾大部件如下： Shield Case：外殼 ；Frame：支架 ；F.Spacer：前墊片，用於絕緣； F.Spring：前簧片，用於承載載體，平衡力矩 ；Yoke：用於固定其他組件，導磁； Magnet：磁石，產生永久磁場 ；Coil：線圈，通電產生驅動力矩； Carrier：載體，用於承載鏡頭； B.Spacer：後墊片，用於絕緣； B.Spring：後彈簧，用於承載載體，平衡力矩 ；Base：底座，用於固定部件。

3、VCM作用：通過電感線圈產生不同方向和強度的磁場(弗萊明左手定則)，

利用引力或斥力來推動鏡頭移動它靠簧片方式支持鏡頭伸縮，給Coil不同的電流，使Lens停在不同的點上面！手機攝像頭的VCM需要Driver IC配合完成對焦，通過Driver IC控制VCM供電電流的大小，來確定VCM搭載的鏡頭移動的距離，從而調節到適當的位置拍攝清晰圖像。鏡頭移動動作如下：

AF運行方式：進入自動調焦模式後，Driver從0到最大值，使得鏡頭從原地移動到最大位移處，此時sensor成像面自動拍攝圖片並保存到DSP內，DSP通過這些圖片，計算每一副圖片的MTF（Modulation transfer function）值，從而在這條MTF曲線中找到最大值，並通過演算法，得到這個點對應的電流大小，再一次指示Driver提供給音圈這個電流，而使鏡頭穩定在這個成像面，使得達到自動變焦。

4、VCM工作原理：弗萊明左手法則。空中有一個磁場B，對橫穿磁場的電線上通電，則電線上會產生力F。該力的強度公式為，F ＝BLI. 其中F：力[N];B:磁束密度[T];L：磁場中的電線長度[m];I：電流[A]。

電線製成線圈，按圖示方向通入電流I，則線圈的左側、右側會分別產生朝上、朝下的力，線圈開始旋轉。這就是直流馬達的旋轉原理。

T ＝2RF ＝ 2RNBLI; 其中T：扭矩[Nm]；R：旋轉半徑[m]；N：線圈圈數；L：磁通寬[m]。

直線型或是擺動型，他門基本原理相同。通點的導體穿過磁場的時候，會產生一個垂直於磁場線的力，這個力的大小取決於通過場的導體的長度，磁場及電流的強度。音圈馬達產生的推力的大小取決於設計結構以及電流強度：F = B*L*I， 電流與產生的力的關係，在直線型音圈電機中體現為力敏感度Kf，在旋轉型音圈馬達中體現為扭力敏感度Kt。我們的設計中把Kf的單位定義為N/A，Kt的單位為N·M/A。音圈馬達是一個簡單的裝置，將電流轉化為機械力。所以其定位以及力的控制通過位置反饋裝置以及控制器達成，其精度由控制器決定，與音圈馬達本身毫無關係。

通過改變馬達內線圈的直流電流大小，來控制彈簧片的拉伸位置，從而帶動上下運動

5、VCM的性能指標：VCM的性能主要是看電流和行程距離的比值。從啟動電流開始，電流上升要和所能驅動的行程距離成比例，所需要上升電流越小，精度越高，同時還看最大耗電量，最大功率，尺寸大小。

6、VCM分類：

從結構上大致可分三類： （1）彈片式結構 ；（2）滾珠式結構； （3）摩擦式結構。

從功能上大致分為五類： （1）Open loop開馬達; （2）Close loop閉環馬達 ；（3）Alternate中置馬達 ；（4）OIS光學防抖馬達（分平移式、移軸式、記憶金屬式等）；（5） OIS+Close loop六軸馬達 。

7、實現對焦的方法：

A:實現光學變焦採用變焦馬達（ZOOM）

通過移動鏡頭內部的鏡片來改變焦點的位置，改變鏡頭焦距的長短，並改變鏡頭的視角大小，從而實現影響的放大與縮小。

B:實現自動對焦採用對焦馬達（AF）

過微距離移動整個鏡頭(而不是鏡頭內的鏡片)的位置,控制鏡頭焦距的長短,而實現影像 的清晰.手機中常用的方法。

光學對焦和光學變焦是不同的概念:

光學變焦是通過移動鏡頭內部鏡片的相對位置來改變焦點的位置，改變鏡頭焦距的長短，並改變鏡頭的視角大小，從而實現影像的放大與縮小；

光學對焦是實際上是調整整個鏡頭的位置(而不是鏡頭內的鏡片)的位置，來控制像距，從而使成像最清晰。

（1）音圈馬達；（2）超聲波馬達；（3）步進馬達；（4）記憶合金馬達；（5）液體鏡頭對焦；（6）液晶鏡頭對焦；（7）MEMS鏡頭對焦；（8）軟體對焦（陣列式攝像頭）。

實現攝像頭對焦有很多方法，其中音圈馬達使用最廣泛。

8，VCM中微距和無窮遠的關係。

由於1/f=(1/dobj)+(1/dimg)，微距時，dobj很小，所以dimg比較大；而無窮遠時，dobj很大，所以dimg就需要比較小。


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