CN109416496A

CN109416496A - 照相机中的pwm屏蔽

Info

Publication number: CN109416496A
Application number: CN201780040397.9A
Authority: CN
Inventors: 詹姆斯·豪沃思; 安德鲁·本杰明·大卫·布朗; 伊戈尔·戈特里博维什; 罗宾·爱丁顿; 尼古拉斯·亨利·雷达尔; 伊恩·爱德华·查尔斯·罗杰斯
Original assignee: Cambridge Mechatronics Ltd
Current assignee: Cambridge Mechatronics Ltd
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2019-03-01
Anticipated expiration: 2037-07-20
Also published as: WO2018015762A1; US10866382B2; CN109416496B; EP3472665B1; US20190250366A1; EP3472665A1

Abstract

一种小型照相机，包括：图像传感器；致动器，其包括传导部件，该传导部件能够传导用于驱动致动器的脉宽调制驱动信号；以及位于(a)致动器的传导部件和(b)图像传感器之间的屏蔽部件，该屏蔽部件与致动器电绝缘。

Description

照相机中的PWM屏蔽

本发明涉及一种照相机，其包括由脉宽调制(PWM)驱动信号驱动的致动器。

如智能手机、平板电脑等消费类电子设备中提供的照相机通常包括机电致动器。这种致动器可以驱动镜头相对于图像传感器的运动，例如，来调节通常作为自动聚焦(AF)系统的一部分的镜头的焦点位置，和/或执行光学图像稳定(OIS)。为了实现可移动镜头的准确定位，通常用线性电流馈送来驱动这种致动器。然而，这种驱动的使用效率很低，而如果使用PWM驱动，可以降低功耗。然而，已知的是，使用PWM驱动电路来驱动机电致动器会干扰照相机的图像传感器，通常使得最终的数字图像中出现伪影，例如微弱但可以察觉的水平线或斑点。

对于包括形状记忆合金(SMA)材料(例如SMA线)的致动器来说，这是一个特定的问题。在照相机中使用SMA作为致动器有特别的优点，例如用来驱动镜头相对于图像传感器的运动。与其他致动技术相比，SMA在紧凑的物理配置中提供高致动力，这可以，例如，提供形成在图像传感器上的图像的聚焦和/或OIS。在SMA致动器的情况下，希望使用PWM驱动信号。

已经使用各种方法来降低或消除这种噪声，同时保持使用由PWM驱动信号驱动的致动器。US-9,654,689公开了一个这样的示例，其中两个电气驱动电路(PWM驱动电路和线性驱动电路)连接到音圈电机(VCM)机电致动器。线性电路在图像传感器操作的读出阶段使用，PWM驱动电路在图像传感器操作的积分阶段使用。这种方法是不希望的，因为它增加了机电致动器驱动电路的成本和复杂性，同时降低了设备在使用时的功效。

因此，希望产生一种设计，其限制图像传感器拾取的图像噪声，但是不给致动器的电子驱动电路增加额外的成本和复杂性。

根据本发明，提供了一种照相机，包括：图像传感器；致动器，其包括传导部件，该传导部件能够传导用于驱动致动器的脉宽调制驱动信号；以及屏蔽部件，其位于(a)致动器的传导部件和(b)图像传感器之间，该屏蔽部件与致动器电绝缘。

由于屏蔽部件位于(a)致动器的传导部件和(b)图像传感器之间，屏蔽部件减少了PWM驱动信号对图像传感器的干扰，从而减少了显示图像中伪影的出现。

本发明可应用于包括SMA材料(例如SMA线)的致动器。

照相机可包括被布置成在图像传感器上形成图像的镜头，在这种情况下，致动器可以被布置成驱动镜头相对于图像传感器的运动，例如，以提供形成在图像传感器上的图像的聚焦和/或OIS。

屏蔽部件可以不连接到电气接地。因此，屏蔽部件电气浮动。这为图像传感器提供了如同接地一样好的屏蔽，甚至可以有助于减少干扰。这是令人惊讶的，因为在其他应用中，电磁屏蔽经常连接到电气接地，例如法拉第笼(Farady cage)。没有连接到电气接地是有利的，因为在实现紧凑设计的同时，针对高频噪声的充分接地是困难的。

屏蔽部件可以包括导磁材料，例如，具有高的相对导磁率的导磁材料。导磁材料可具有大于2，优选大于100，最优选大于500的相对导磁率。

屏蔽部件可以包括导电材料，例如，具有高电导率的导电材料。导电材料的电导率可高于2MS/m，优选高于10MS/m，甚至更优选高于50MS/m。

屏蔽部件可以包括具有不同电磁特性的多个金属层，例如包括包含导磁材料的第一层和包含导电材料的第二层。在金属层之间可以有至少一个绝缘材料层，例如用于将这些层粘合在一起的粘合剂。可替换地，这些层可以以任何其他方式粘合，例如一个或更多个层是另一层上的涂层。

在有利的实施方式中，包含导磁材料的第一层在第一层的一侧上具有包含导电材料的第二层，以及可选地，在第一层的另一侧上具有包含导电材料的第三层，第三层可以电连接到第二层。

在另一个有利的实施方式中，包含导磁材料的第一层由导电材料封装，导电材料可以作为涂层施加，从而在第一层的任一侧上形成包含导电材料的第二层和第三层，在第一层的各侧上具有另外的导电材料。

现在将通过非限制性示例的方式参考附图描述本发明的实施方式，其中：

图1显示了照相机的分解透视图；

图2是连接到照相机中的SMA线的控制电路的示意图；

图3是照相机基板的平面图，该基板用作屏蔽部件；

图4至图6是基板的示例的截面图，为了清楚起见，放大了厚度；

图7示出了具有层压结构的基板的示例的分解图；

图8是图7所示的基板的示例的截面图；以及

图9是可替换配置中基板的平面图。

图1显示了被如下布置的照相机1。

照相机1包括传感器组件2，传感器组件2包括柔性电路板3和图像传感器4，图像传感器4在集成电路芯片中实现并且可选地被红外滤光器(未示出)覆盖。

照相机1还包括保持镜头6的镜头支架5，镜头6被布置成在图像传感器4上形成图像。图1中示出了单个镜头6，但是可以提供一个以上的镜头6。

照相机1还包括SMA致动组件7，SMA致动组件7包括连接在静态层9(图1中最下面)和可移动层10(图1中最上面)之间的多根SMA线8。在图1的示例中，提供了四根SMA线8，但是通常可以使用任意数量的SMA线8。

可移动层10可相对于静态层9运动。在图1所示的示例中，可移动层10可以相对于静态层9在镜头6的光轴的横向上运动，但是通常相对运动可以具有任何自由度，例如，沿着任何轴的平移运动和/或围绕任何轴的旋转运动。

在图1所示的示例中，SMA致动组件7包括悬挂系统，该悬挂系统由连接在静态层9和可移动层20之间的弯曲部12形成，悬挂系统以允许可移动层10相对于静态层9的期望运动的方式将可移动层10支撑在静态层9上。作为替代方案，悬挂系统可以以其他方式形成，例如，由球轴承或滑动轴承形成。作为另一种替代方案，可以省略悬挂系统，在这种情况下，可移动层10仅由SMA线8支撑在静态层9上。

静态层9被安装到传感器组件2上(通过下面描述的屏蔽板20)，并且可移动层10连接到镜头支架5上，使得可移动层10相对于静态层9的运动引起镜头6相对于图像传感器4的运动。类似地，SMA线8被布置成驱动可移动层10相对于静态层9的运动，并且因此驱动镜头6相对于图像传感器4的运动。

SMA致动组件7可以具有各种不同的结构，包括各种配置中的各种数量的SMA线8，以及各种形式的悬挂系统，这使得SMA线8以各种不同的自由度驱动镜头6相对于图像传感器4的运动，以提供例如如以下所述的不同的光学功能。

在一种类型的结构中，SMA致动组件7驱动镜头6相对于图像传感器4的运动，以提供形成在图像传感器上的图像的聚焦，即，沿着镜头6的光轴的运动。在这种情况下，SMA致动组件7可以具有，例如在WO-2007/001050、WO-2008/099156或WO-2009/056822中更详细公开的结构。

在另一种类型的结构中，SMA致动组件7驱动镜头6相对于图像传感器4的运动，以提供光学图像稳定，即，在镜头6的光轴的横向上运动。在这种情况下，SMA致动组件7可以具有例如在WO-2013/175197、WO-2014/083318或WO-2017/055788中更详细公开的结构。

在另一种类型的结构中，SMA致动组件7驱动镜头6相对于图像传感器4的运动，以提供形成在图像传感器上的图像的聚焦和光学图像稳定。在这种情况下，SMA致动组件7可以具有例如在WO-2011/104518或WO-2012/066285中更详细公开的结构。

尽管图1中所示的照相机1使用SMA致动组件7中的SMA线8作为致动器，但是也可以替代地使用任何其他形式的致动器，例如音圈电机(voice coil motor)。

照相机1还包括罩11，罩11包裹照相机1的其他部件，提供机械保护并减少灰尘的进入。

照相机1包括如图2所示的控制电路15，在非限制性示例中，控制电路15包括在可移动层10处连接在一起的四根SMA线8。控制电路15可以在附接到传感器组件2的集成电路芯片中实现。控制电路15连接到SMA线8，并向其提供PWM驱动信号。驱动信号由SMA致动组件7的传导部件传导，SMA致动组件7包括SMA线8本身和电连接到SMA线8的其他传导部件。

驱动信号提供对SMA线8的电阻加热，以选择性地改变它们的温度，从而改变它们的收缩程度。通过驱动信号直接提供加热。通过降低驱动信号的功率来提供冷却，以允许SMA线8通过向其周围环境传导、对流和辐射来冷却。

总的来说，除了驱动信号是PWM驱动信号之外，控制电路150可以被配置成生成如在WO-2007/113478、WO-2008/099156、WO-2008/129291、WO-2009/071898或WO-2010/089529的任意一个中所公开的驱动信号。

PWM驱动信号的使用提高了驱动电路的效率。PWM驱动信号是脉冲信号，其被接通和断开以调制驱动信号的功率。它们可以来自任何类型的电流源，例如恒定电流源或恒定电压源，并且通常可以是任何类型的开关信号。占空比描述了驱动信号接通的时间与信号的整个周期之间的比率。占空比被改变以调制驱动信号的功率。在此可以应用的一种常见方法是PWM驱动信号具有恒定的周期，在这种情况下，通过改变驱动信号接通的时间来改变占空比。然而，也可替代地应用其他方法，例如具有恒定的驱动信号接通时间，在这种情况下，占空比通过改变信号的整个周期而改变。典型地，致动器由频率在30-100kHz范围内的方波脉冲驱动。

当PWM驱动信号通过SMA线8和其他传导部件加以脉冲时，这个电流导致根据安培定律形成的电磁场。脉冲场干扰图像传感器4和与其相连的轨道，引起噪声，在某些情况下，噪声会在显示的图像上形成伪像。

为了减少这个问题，如图1所示，基板20附接在SMA致动组件7的静态层9和传感器组件2之间。基板20在图3中被单独示出，并且具有中心孔21，该中心孔21具有矩形形状以匹配图像传感器4的光敏区域的形状。因此，基板20位于：(a)SMA线8和传导PWM驱动信号的其他传导部件与(b)图像传感器4和与其连接的轨道之间。基板20形成屏蔽部件，该屏蔽部件使图像传感器4屏蔽PWM驱动信号，从而减少显示图像上伪影的出现。因此，基板20与SMA致动组件7电绝缘，特别是与SMA线8和传导PWM驱动信号的其他传导部件电绝缘。基板20也与图像传感器4电绝缘。

基板20没有连接到电气接地。有利的是，已经发现，让基板20浮动为图像传感器4提供了如同基板20接地一样好的屏蔽。在实现紧凑设计的同时，针对高频噪声的充分接地是困难的。

基板20可以采取各种形式，现在将描述其一些非限制性示例。

在第一示例中，基板20由具有高电导率的导电材料制成，并且可以是单层材料。导电材料的电导率可高于2MS/m，优选高于10MS/m，甚至更优选高于50MS/m。例如，导电材料可以是铜。当SMA线8由PWM驱动信号驱动时，产生的动态电磁场在导电材料中感应出涡电流。涡电流被形成以对抗磁场，并且传感器和连接轨道被屏蔽。虽然导电材料对较高频率有效，其对较低频率不太有效。

在第二示例中，基板20由具有高相对导磁率的导磁材料制成，并且可以是单层材料。导磁材料可具有大于2，优选大于100，最优选大于500的相对导磁率。例如，导磁材料可以具有不锈钢的磁性等级，例如420。基板20的高相对导磁率导致由流过SMA线8的电流生成的磁场被吸入基板20的材料内部。这将大部分磁场限制在基板20的材料内，因此减小了穿过图像传感器4和与其连接的电路的磁场的大小，并因此减少了显示图像上出现的噪声。

为了进一步减少整个频率范围的图像噪声，需要一种屏蔽方法，这种方法既能解决磁场的缓慢变化，也能解决更快的变化。这可以通过形成基板20来实现，该基板20从特性被适当选择的单层材料形成，但是材料的选择受到限制，因为虽然一些材料具有一种期望的特性，但是它们可能缺少另一种。通常关注的特性是导磁率(permeability)、导电性、材料强度(杨氏模量和屈服应力)、与系统其余部分的兼容性(例如焊接能力、耐腐蚀性、热膨胀系数)和成本。

为了在这些特性之间找到良好的折衷，可能希望基板20包括具有不同电磁特性的不同材料(通常是金属)的多个导电层。这些层可以包括具有高电导率的导电材料的一层或更多层和具有高相对导磁率的导磁材料的一层或更多层。现在将描述这种情况的一些示例，其中导电材料和导磁材料可以具有如上关于第一示例和第二示例所描述的特性。

在图4所示的第三示例中，基板20包括导磁材料的第一层22和放置在第一层22的一侧上的导电材料的第二层23。在该示例中，第二层23位于SMA线8和第一层22之间。可替换地，第二层23可以位于图像传感器4和第一层22之间，尽管这不是优选的。在这个示例中，实现了进一步减少干扰的改进的屏蔽。

在图5所示的第四示例中，如在第三示例中一样，基板20包括导磁材料的第一层22和导电材料的第二层23，但是在第一层22的另一侧上还包括导电材料的第三层24。令人惊讶的是，已经发现将导电材料的层23和24放置在导磁材料的第一层22的致动器侧和传感器侧更进一步改善了屏蔽。

可选地，第二层23和第三层24通过连接件25电连接。还发现导电材料的层23和24之间的这种电连接进一步改善了屏蔽。

在图6所示的第五示例中，导磁材料的第一层22由导电材料封装，导电材料可以作为涂层或镀层施加，使得第一层22任一侧上的导电材料形成第二层23和第三层24，类似于第四示例，并且第一层22的各侧上的另外的导电材料26在其间进行电连接。已经发现，这比第四示例提供了更有效的屏蔽。

在另一变化中，基板20可以包括更多数量的导电材料和导磁材料的交替层。

在基板20包括不同材料的多个传导层的任何示例中，这些层可以通过本领域技术人员已知的任何涂覆或施加层的方法连接在一起，例如溅射、金属气相沉积、轧制等。可以将另外的掩模施加到材料上，以便暴露用于连接罩11或用于根据需要进行其他连接的点。

在另一种类型的示例中，如上所述，基板20包括不同材料的多个传导层，并且还包括一些或全部金属层之间的绝缘材料，绝缘层可以包括用于连接这些层的粘合剂，使得基板为叠层。

图7和图8示出了这种类型的第五个示例，其中基板20包括由绝缘的粘合材料层28附接在一起的三个部件层27。部件层26可以是单个材料层，例如类似于上述第四示例，在这种情况下，在每个金属层之间有粘合材料层28。可选地，部件层27本身可以各自包括不同材料的多个传导层。例如，部件层27可以各自具有与在上述第三至第五示例的任一示例中的基板20相同的结构。

在这种类型的示例中，涡电流分别在每个部件层27中形成，从而增加表面区域并更有效地抵消磁场。已经发现，这种组合提供了比单个部件层更好的抵消，该单个部件层更厚以适配在非常紧凑的空间内。

在另一种类型的示例中，基板20的表面区域可以通过如图9所示改变其配置来增加，通过将基板20的中心孔21的形状改变为圆形，同时确保其不会剪掉由镜头收集的任何光，这些光另外会被图像传感器4检测到。基板20增加的表面区域也增加了可形成的涡电流量，进一步增加了对从SMA线8发出的磁场的屏蔽。

Claims

1.一种照相机，所述照相机包括：

图像传感器；

致动器，其包括传导部件，所述传导部件能够传导用于驱动所述致动器的脉宽调制驱动信号；以及

屏蔽部件，其位于(a)所述致动器的所述传导部件和(b)所述图像传感器之间，所述屏蔽部件与所述致动器电绝缘。

2.根据权利要求1所述的照相机，其中，所述致动器包括形状记忆合金材料。

3.根据权利要求2所述的照相机，其中，所述形状记忆合金致动器包括形状记忆合金线。

4.根据前述权利要求中任一项所述的照相机，还包括镜头，所述镜头被布置成在所述图像传感器上形成图像，所述致动器被布置成驱动所述镜头相对于所述图像传感器的运动。

5.根据权利要求4所述的照相机，其中，所述致动器被配置成驱动所述镜头相对于所述图像传感器的运动，以提供形成在所述图像传感器上的图像的聚焦。

6.根据权利要求4或5所述的照相机，其中，所述致动器被配置成驱动所述镜头相对于所述图像传感器的运动，以提供光学图像稳定。

7.根据前述权利要求中任一项所述的照相机，其中，所述屏蔽部件不连接到电气接地。

8.根据前述权利要求中任一项所述的照相机，其中，所述屏蔽部件包含相对导磁率大于2的导磁材料。

9.根据权利要求8所述的照相机，其中，所述导磁材料具有大于100的相对导磁率。

10.根据权利要求8所述的照相机，其中，所述导磁材料具有大于500的相对导磁率。

11.根据前述权利要求中任一项所述的照相机，其中，所述屏蔽部件包含电导率大于2MS/m的导电材料。

12.根据权利要求11所述的照相机，其中，所述导电材料具有大于10MS/m的电导率。

13.根据权利要求11所述的照相机，其中，所述导电材料具有大于50MS/m的电导率。

14.根据前述权利要求中任一项所述的照相机，其中，所述屏蔽部件包括具有不同电磁特性的多个层。

15.根据权利要求14所述的照相机，其中，所述多个层包括具有不同电磁特性的多个金属层。

16.根据权利要求15所述的照相机，其中，所述多个金属层包括第一层和第二层，所述第一层包含导磁材料，所述第二层包含导电材料。

17.根据权利要求16所述的照相机，其中，所述第二层位于所述致动器和所述第一层之间。

18.根据权利要求17所述的照相机，其中，所述多个层包括位于所述第一层和所述图像传感器之间的第三层，所述第三层包含导电材料。

19.根据权利要求18所述的照相机，其中，所述第二层和所述第三层电连接。

20.根据权利要求18所述的照相机，其中，所述第一层被所述第二层和所述第三层以及被所述第一层的各侧上的另外的导电材料封装。

21.根据权利要求16所述的照相机，其中，所述多个金属层包括与包含导磁材料的多个层交替的包含导电材料的多个层。

22.根据权利要求16至19中任一项或21所述的照相机，其中，所述多个层还包括所述金属层之间的至少一个绝缘材料层。

23.根据权利要求22所述的照相机，其中，所述绝缘材料包括粘合剂。

24.根据前述权利要求中任一项所述的照相机，还包括控制电路，所述控制电路被布置为向所述致动器的传导部件提供所述脉宽调制驱动信号。