用于压电致动器的驱动信号的前馈确定制造技术

本发明专利技术涉及一种用于确定压电致动器系统的设定点电压以实现压电致动器系统的期望光学响应(诸如光焦度)的方法。该方法基于描述所施加的电压和光学响应之间的关系的数学模型OP(V,T,n)。模型的校准和使用包括确定转变时间计数值。例如，在使用期间，以给定的间隔，基于温度的实际值和转变时间计数值来更新模型。基于所更新的模型来确定实现期望的光学响应所需的设定点电压，并将设定点电压施加到压电致动器。致动器。致动器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于压电致动器的驱动信号的前馈确定


[0001]本专利技术涉及压电致动器系统，特别地涉及光学成像系统(诸如紧凑型相机和智能电话)中使用的这种系统，并且涉及用于这种系统的驱动信号的确定。

技术介绍

[0002]压电致动器提供了几个优点，这些优点可以用在需要高精度的系统(诸如光学系统，诸如光学成像系统)中，在这些系统中，压电致动器可以用于光学系统的聚焦调节。
[0003]迟滞和压电蠕变是压电致动器的众所周知的问题。压电蠕变是在恒定输入电压下晶体畴随时间缓慢重新排列的表现。如果压电致动器的操作电压改变，在电压改变完成之后，剩余极化继续改变，从而使其自己表现为缓慢的蠕变。在基于所期望的致动器响应值与实际致动器响应值的比较来重复调节输出的反馈设置中，可以消除可能的偏差，从而补偿迟滞和蠕变效应。然而，为了实现反馈设置，反馈系统需要致动器响应的精确且优选的高带宽测量。这可能增加复杂性、制造成本，并且可能增加功耗和系统响应时间。
[0004]因此，需要一种解决这些问题中的一个或多个的压电致动器系统。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是改善压电致动器(特别是在光学组件(诸如光学成像系统)中使用的光学组件)的控制。因此，目的还在于提高压电致动器的响应的精度，特别是在前馈配置中，在该前馈配置中在没有致动器响应的实时测量的情况下实现控制。
[0006]在本专利技术的第一方面，提供了一种用于确定压电致动器系统的设定点电压以实现压电致动器系统的期望光学响应(诸如光焦度)的方法，其中压电致动器系统包括具有可调光学响应的光学构件(诸如光学透镜)和压电致动器，该方法包括：
[0007]‑
提供描述了施加到压电致动器的作为变量的电压、作为变量的温度和转变时间计数值与光学响应之间的关系的数学模型OP(V,T,n)，其中数学模型包括曲线拟合多项式，并且其中转变时间计数值与压电致动器的用于从第一状态改变到第二状态的至少一个转变时间值有关，
[0008]‑
通过以下来校准数学模型：
[0009]‑
基于确定压电致动器的第一和第二状态之间的至少一个转变时间值来确定校准转变时间计数值，
[0010]‑
获得压电致动器的校准温度，
[0011]‑
基于一个或多个校准电压以及与施加到压电致动器的一个或多个校准电压相关联的一个或多个光学响应，确定数学模型OP(V,T,n)的一个或多个校准参数，
[0012]‑
在一段时间或使用压电致动器之后，通过以下更新数学模型OP(V,T,n)
[0013]‑
获得压电致动器的温度，
[0014]‑
基于确定压电致动器的第一和第二状态之间的至少一个实际转变时间值来确定转变时间计数值，
[0015]‑
基于经更新的数学模型OP(V,T,n)确定设定点电压，并将设定点电压施加到压电致动器。
[0016]压电致动器具有电容，并且压电响应取决于电容量。因此，与电容有关的转变时间计数值的确定可以提高模型的精度。
[0017]另外，压电致动器响应和电容之间的关系并不显著取决于压电材料的时间相关极化，即压电致动器的蠕变效应。因此，在模型中包括与压电致动器的电容有关的信息可以提高对于给定输入电压所确定的光学响应的精度，因为考虑了实际的蠕变水平。
[0018]另外，在模型中包括温度使得能够确定对温度的变化进行补偿的致动器或光学响应。
[0019]有利的是，通过确定压电致动器的设定点电压以实现期望的光学响应，可以消除对施加到压电致动器的电压的闭环控制的需要，从而消除对光学响应的实时测量的需要。
[0020]尽管与控制光学构件相关地使用压电致动器以控制光学响应，但是压电致动器也可以与可由压电致动器控制的其他设备相关地使用以控制其他致动器响应。
[0021]设定点电压或施加到压电致动器的电压与压电元件的电极上的电场(即压电材料中的内部电压)有关。所施加的电压可以是用于给压电致动器供电的电路中的电压，诸如用于放大器的模拟或数字电压参考、放大器的输出电压、压电致动器的端子处的电压或者其他。因此，该方法也可以被视为一种用于基于确定设定点电压来确定压电致动器上的电场的方法。
[0022]根据实施例，该关系描述了对电压的下降和/或上升值的光学响应。有利的是，由于压电响应表现出迟滞，该模型可以有利地包括对电压的下降和上升值两者的响应，尽管该模型可以基于下降或上升曲线。
[0023]根据实施例，该关系仅描述了对电压的下降或上升值的光学响应。有利的是，通过仅包括下降或上升曲线中的一个，使得模型更简单。通过仅包括曲线中的至少一条，迟滞效应可以通过在施加设定点电压之前最初施加最大或最小电压来解决。
[0024]根据实施例，确定转变时间计数值和校准转变时间计数值包括确定压电致动器的第一和第二状态之间的第一转变时间值，以及确定压电致动器的第三和第四状态之间的第二转变时间值，其中转变时间计数值和校准转变时间计数值基于第一和第二转变时间值的比率来确定。有利地，基于第一和第二转变时间值的比率来确定转变计数值可以降低转变时间计数值的温度相关性。本文中，转变时间值可以是以时间测量的时间值、计数或与时间有关的其他量。
[0025]根据实施例，第一和第二状态包括基于向压电致动器施加第一和第二电压而产生的第一和第二稳态电压。
[0026]根据实施例，第一稳态电压高于第二稳态电压，并且基于从第一稳态电压到第二稳态电压的转变来获得转变时间值。有利地，通过从高稳态电压到较低稳态电压，可以产生较少取决于实际温度的转变时间值，并且从而提供更准确的转变时间计数值。然而，也观察到相反的行为，使得在其他情况下，从较低的稳态电压到较高的稳态电压是有利的。
[0027]根据实施例，曲线拟合多项式是至少电压的预定非线性函数。
[0028]根据实施例，数学模型包括第一项a(T)xL(V)和第二项b(T,C)的和，其中a(T)是至少取决于温度参数、第一校准参数和实际温度的多项式，其中L(V)是至少取决于电压的至
少三阶多项式，并且其中b(T,C)是取决于温度参数、电压、第二校准参数、实际温度和实际电容参数的多项式。
[0029]确定数学模型可以包括基于数学模型OP(V,T,n)、至少第一和第二校准电压以及基于施加到压电致动器的至少第一和第二校准电压确定的至少第一和第二光学响应来确定第一和第二校准参数。也就是说，第一和第二光学响应可以是来自施加第一和第二校准电压的响应，或者相反，第一和第二校准电压可以是导致期望的或预定的第一和第二光学响应的电压。作为替代性方案，单对单个校准电压和单个光学响应可以用于校准，或者三个或更多个校准电压和相对应的三个或更多个光学响应。
[0030]根据实施例，数学模型还包括项OPtherm(T)，该项描述了由于光学透镜系统中的温度相关部件(诸如透镜)而导致的作为温度的函数的光学响应变化，其中光学透镜系统与压电致动器系统光学连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定压电致动器系统(100)的设定点电压(Vx)以实现所述压电致动器系统的期望光学响应的方法，其中所述压电致动器系统包括具有可调光学响应(OP)的光学构件(130，120)和压电致动器(101)，所述方法包括：
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提供描述了施加到所述压电致动器的作为变量的电压(V)、作为变量的温度(T)和转变时间计数值(n)与所述光学响应(OP)之间的关系的数学模型OP(V,T,n)，其中所述数学模型包括曲线拟合多项式(L)，并且其中所述转变时间计数值(n)与所述压电致动器的用于从第一状态(X1)改变到第二状态(X2)的至少一个转变时间值(x)有关，
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通过以下来校准所述数学模型：
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基于确定所述压电致动器的第一状态和第二状态(X1，X2)之间的至少一个转变时间值(x)来确定校准转变时间计数值(nCAL)，
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获得所述压电致动器的校准温度(TCAL)，
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基于一个或多个校准电压(V1，V2)以及与施加到所述压电致动器的一个或多个校准电压(V1，V2)相关联的一个或多个光学响应(OP1，OP2)，确定所述数学模型OP(V,T,n)的一个或多个校准参数(αCAL，bCAL)，
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在一段时间或使用所述压电致动器之后，通过以下来更新所述数学模型OP(V,T,n)：
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获得所述压电致动器的温度(T)，
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基于确定所述压电致动器的第一状态和第二状态之间的至少一个实际转变时间值(x)来确定所述转变时间计数值(n)，
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基于经更新的数学模型OP(V,T,n)来确定所述设定点电压(Vx)，并将所述设定点电压(Vx)施加到所述压电致动器。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述关系描述了对所述电压(V)的下降值和/或上升值的光学响应。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述关系仅描述了对所述电压(V)的下降值或上升值的光学响应。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定所述转变时间计数值(n)和所述校准转变时间计数值(nCAL)包括确定所述压电致动器的第一状态和第二状态(X1，X2)之间的第一转变时间值(x1)，以及确定所述压电致动器的第三状态和第四状态(X3，X4)之间的第二转变时间值(x2)，并且其中所述转变时间计数值(n)和所述校准转变时间计数值(nCAL)基于所述第一转变时间值和第二转变时间值(x1，x2)的比率来确定。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一状态和第二状态(X1，X2)包括基于向所述压电致动器施加第一电压和第二电压(V1，V2)而产生的第一稳态电压和第二稳态电压(V1，V2)。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一稳态...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔斯，
申请(专利权)人：珀莱特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：