CN111212207B - 摄像模块电气架构 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及摄像模块电气架构。一种摄像模块包括容纳透镜的透镜支架，放置在所述透镜支架上的光路修改器的电气部件，图像传感器，以及控制器，所述控制器将生成用于操作光路修改器的命令。放置在所述透镜支架上的印刷电路组件与悬吊线电耦合。所述印刷电路组件包括印刷电路，在所述印刷电路上安装有串行总线通信接口电路和变换电路，所述串行总线通信接口电路通过悬吊线中的一个悬吊线接收来自所述控制器的命令，所述变换电路将该命令分别变换成控制信号，所述控制信号将分别经由电气部件并且根据该命令操作或驱动光路修改器。还描述了其他的实施例。

Description

摄像模块电气架构
本申请是申请号为201610851896.3、申请日为2016年8月17日、发明名称为“摄像模块电气架构”的发明专利申请的分案申请。
本非临时申请要求申请日为2015年8月18日、申请号为62/206,766的临时申请的较早申请日的优先权。
技术领域
本发明的实施例涉及摄像模块，更具体地涉及用于与放置在摄像模块的透镜支架上的电气部件通信的技术。还描述了其他实施例。
背景技术
摄像模块被结合到多种消费电子设备中，包括智能手机，移动音频播放器，个人数字助理，膝上型电脑与台式电脑。对于在保持紧凑尺寸的同时将附加的特征添加到这些摄像模块上具有持久的推动力。例如，在摄像模块中所期望的一个特征是自动聚焦(AF)特征，该特征自动地调节焦距，使得由该摄像模块捕获的图像处于锐聚焦(sharp focus)。在摄像模块中所期望的另一特征是光学图像稳定(OIS)特征，该特征补偿在捕获图像/视频时摄像模块的非故意的移动(例如，由于用户的手的颤动或其他的振动导致的)。
OIS通过下述操作执行：检测摄像模块的移动，然后例如通过使摄像模块的透镜支架在该移动的相反方向上移动来抵消该移动。这可以通过使用柔性悬吊线悬吊透镜支架来实现，该柔性悬吊线摆动以便允许该透镜支架在与摄像模块的透镜的光轴正交的方向上移动。该透镜支架可以通过使用由磁体和承载电流的线圈生成的力(例如，洛伦兹力)被移动。该柔性悬吊线也可以用于承载电线圈电流，以便执行AF。
发明内容
除了AF和OIS外，还将诸如光圈控制和光学变焦的特征添加到摄像模块可能要求添加更多线到OIS悬吊机构，或基本上重新设计和重构OIS悬吊机构，使得附加的电流/信号可以被发送给透镜支架以便操作或驱动该附加的特征。但是，由于机械的约束，对于可以添加到OIS悬吊机构的线的数目具有限制。另外，每次新的特征将被添加到透镜支架上时就重新设计和重建OIS悬吊机构是不切实际的，在期望快速地添加新的特征时尤其如此。
本发明的实施例是摄像模块，该摄像模块实现用于与光路修改器的多个电气部件电气通信的结构，其中，该电气部件放置在透镜支架上。该摄像模块包括图像传感器和透镜支架，该透镜支架容纳成像透镜。多个光路修改器放置在该透镜支架上。多个OIS悬吊线悬吊该透镜支架。控制器生成用于操作光路修改器的命令，其中，该控制器放置在该透镜支架外部。该摄像模块还包括印刷电路组件，该印刷电路组件放置在透镜支架上，该印刷电路组件与该悬吊线电耦合。该印刷电路组件包括印刷电路，在该印刷电路上安装有串行总线通信接口(SBCI)电路，该串行总线通信接口(SBCI)电路接收通过悬吊线中的一个或多个来自控制器的命令。在印刷电路上还安装有变换电路，该变换电路将该命令变换成多个控制信号，其中后者(根据相应的命令)操作或驱动光路修改器的电气部件。换言之，SBCI电路分别对电气部件发出信号使其根据命令工作。因而该OIS悬吊线具有双重目的：悬吊用于OIS的透镜支架以及进行串行总线通信，而该透镜支架还用作用于SBCI和电控制信号变换电路的平台，从而使得能够实现可通过附加的特征更加容易地缩放(scaled)的摄像模块结构。
在另一实施例中，光路修改器中的一个为自动聚焦(AF)机构，该机构包括AF音圈马达和数个导电弹簧，该弹簧设置该透镜支架的默认z轴位置(同时OIS悬吊线允许该透镜支架在x-y平面中移动)。该印刷电路组件通过AF导电弹簧中的一个或多个耦合到该OIS悬吊线，使得命令或(用于驱动光路修改器的)电功率通过一个或多个AF弹簧在印刷电路组件中被接收。
在另一实施例中，一个或多个传感器以及可选地一个或多个光路修改器放置在摄像模块的磁体保持架上，该摄像模块还包括透镜支架。该OIS悬吊线被固定到该磁体保持架，设置透镜支架的默认位置(用于透镜支架的竖直移位)的两个或多个自动聚焦(AF)弹簧也是。控制器接收来自该传感器的传感器数据，并且还可以生成用于操作该光路修改器的命令。该控制器放置在该透镜支架的外部以及该磁体保持架的外部。该摄像模块包括放置在该磁体保持架上的印刷电路组件，该印刷电路组件与OIS悬吊线电耦合。该印刷电路组件包括印刷电路，在该印刷电路上安装有串行总线通信接口(SBCI)电路，该电路用于将传感器数据(通过一个或多个OIS悬吊线)发送给该控制器。它还可以通过一个或多个OIS悬吊线接收来自该控制器的命令。可以具有与上面描述的变换电路180类似的功能特性的变换电路(未示出)也可以安装在印刷电路270上；该变换电路可以使用所需要的模拟和数字电路的任何组合将(从该控制器接收的)命令变换成控制信号，使得该控制信号可以(根据该命令)操作或驱动光路修改器中的一个。为了这个目的，该变换电路还可以包括电源转换电路，例如dc-dc转换器(converter)，以便产生具有光路修改器所需要的电压水平的控制信号。因而，该OIS悬吊线具有双重目的：用于悬吊用于OIS的透镜支架和该磁体保持架，以及用于串行总线通信连接，同时该磁体保持架还用作用于该传感器和SBCI(以及可选地用于光路修改器和它的控制信号变换电路)的平台，使得能够实现可通过附加特征而更加容易地缩放(scaled)的摄像模块结构。
在一个实施例中，可以具有一对位移传感器，该对传感器安装在(位于磁体保持架上的)该印刷电路上，以便感测该磁体保持架的水平位移；在这种情况下，该SBCI电路可以收集或接收来自该对位移传感器的传感器数据，并通过OIS悬吊线中的一个或多个将传感器数据发送给该控制器，以便将光路位置反馈给可以在该控制器中运行的OIS控制算法。在另一实施例中，该光路修改器的部件(位于磁体保持架上)可以是安装于印刷电路上的自动聚焦驱动电路，该印刷电路位于磁体保持件上。一个示例为音圈马达(VCM)驱动电路，该驱动电路与VCM致动器(也称为AF致动器)的AF线圈电耦合，其中，AF线圈设置于该透镜支架上；AF弹簧中的两个或更多个是导电的，且在这种情况下用于在位于磁体保持架上的VCM驱动电路和位于透镜支架上的AF线圈之间承载AF线圈电流。在这种情况下该SBCI还用于(通过OIS悬吊线)接收来自该控制器的AF命令，该命令可指示自动聚焦透镜的期望的位置。该命令可以被发送给VCM驱动电路，该VCM驱动电路也位于该印刷电路上，该VCM驱动电路进而通过AF弹簧中的一个或多个来对AF线圈提供适合的电驱动(例如，AF线圈电流)，以便例如，使该透镜支架(其承载成像透镜)移动到期望的聚焦位置。
上面的概述不包括本发明的所有方面的穷举的清单。可以想到，本发明包括可以根据上面概述的各个方面的所有适当的组合而实施的所有系统和方法，以及在下面的具体实施方式中公开的，以及在随本申请所提交的权利要求书中特别指出的系统和方法。这样的组合具有在上面的概述中没有特别叙述的特殊的优点。
附图说明：
本发明的实施例在附图中以举例的方式示出，而不是以限制的方式示出，在该附图中，同样的标号表示相似的部件。应该注意到，在本公开中的本发明的“一”或“一个”实施例不必为相同的实施例，它们意味着至少一个。另外，为了减少附图的总数，给定的图可以用于示出本发明的多于一个实施例的特征，其结果是，对于给定的实施例，可能并非图中所有的部件都是需要的。
图1为示出根据一些实施例的摄像模块的侧视截面图的示图；
图2为示出根据一些实施例的摄像模块的顶视截面图的示图；
图3为示出根据一些实施例的摄像模块的组成部件和这些部件之间的通信路径的框图；
图4为示出根据另一实施例的摄像模块的侧视截面图的示图；
图5为图4的实施例的顶视截面图的示图；
图6为示出根据本发明的一些实施例的其中可实现有摄像模块的便携手持计算设备的示图。
具体实施方式
现在对参照附图的几个实施例进行解释。每当在这里描述的实施例的方面没有被清楚地定义时，本公开的范围并不是只限定于示出的部分，该示出的部分仅仅用于示例的目的。另外，虽然提出了许多细节，但是，应理解到，一些实施例可以在没有这些细节的情况下实施。在其他例子中，没有详细地示出公知的电路，结构和技术，以便不使得本发明难以理解。
实施例提供了与多个光路修改器通信的架构，该多个光路修改器放置在使用OIS悬吊机构的摄像模块的透镜支架上。例如，实施例允许与诸如自动聚焦(AF)控制机构、可调节光阑(diaphragm)或光圈(aperture)控制机构和光学变焦控制机构的各种光路修改器通信。实施例通过提供放置在该透镜支架上的印刷电路组件而实现这一点。在该印刷电路组件上安装有接口电路和变换电路。该接口电路具有如下这样的电路：该电路接收用于操作一个或多个光路修改器的控制消息或命令。该变换电路具有如下这样的电路：该电路将该命令变换或转换为用于根据相应的命令来操作或驱动光路修改器的控制信号。从理论上说，在本文中描述的架构的实施例允许在保持现有的OIS悬吊机构的情况下与安置在透镜支架上的任何数量的光路修改器进行通信(实际上，该数量可以仅仅受限于在透镜支架上可用的空间的量以及该印刷电路组件和光路修改器所生成的热)。因此，附加的光路修改器(因而附加特征)可以在不对OIS悬吊机构添加更多的线、并且在基本不对OIS悬吊机构进行重新设计/重构的情况下添加到该透镜支架。在本文中通过下面的更详细的方式对实施例进行描述。
图1为示出根据一些实施例的摄像模块的侧视截面图的示图。该摄像模块100包括透镜支架105和磁体保持架110，该透镜支架105和磁体保持架110被光学图像稳定(OIS)悬吊线115悬吊于静止板120上方。该OIS悬吊线115是与摄像模块100或透镜支架105的光轴130平行地延伸的柔性线。OIS悬吊线115中的每个可以固定接合于静止板120和磁体保持架110，并且可以摆动，使得它相对光轴130倾斜地延伸(如虚线所示)。这允许该透镜支架105(以及磁体保持架110)在与该光轴130正交的方向上移动以执行OIS(即，在X方向和Y方向上，或x-y平面上)。该透镜支架105可以具有塑料主体，该塑料主体定义了如下光路：通过该光路，来自将被拍摄的场景的光进入该摄像模块100以到达图像传感器155。
该透镜支架105(包括它的塑料主体)可以在其上容纳或支撑一个或多个光路修改器的一个或多个部件。光路修改器可以是在电气控制下修改进入摄像模块100、然后入射到图像传感器155上(以便形成所捕获的场景的光学图像)的光所采取的光路的任何机构。光路修改器具有电气部件，通过该电气部件，可以实现光路的修改。光路修改器的示例包括：i)自动聚焦AF机构，其具有可移动的聚焦透镜、AF驱动电路135和AF线圈140以执行自动聚焦；ii)可变光阑/光圈控制机构145，其具有电致变色设备或机械式可变光阑(irisdiaphragm)；iii)执行光学变焦的光学变焦控制机构(例如，变焦透镜150和它的相关的变焦透镜驱动电路)。应该注意到，光路修改器可以使它的部件中的一个与透镜支架105分离。例如，在下面描述的AF机构具有电磁马达，该电磁马达的磁体是磁体160的一部分，该磁体160位于磁体保持架110内，而AF线圈140附接到该透镜支架105或由该透镜支架105保持，参照图1。
该透镜支架105还可以容纳或承载静态光学元件153(例如，一个或多个成像透镜，滤光片，和/或反射镜)，以便对进入该摄像模块100中的光进行滤光，将光重新定向到或进一步聚焦到图像传感器155上。如图所示，该图像传感器155可被以平坦(水平)布置放置在静止板120处或其下方。该静止板120可以包括切除部分或透明部分(未示出)，通过该部分，来自该场景的光通过该透镜支架105并传播到该图像传感器155上。该图像传感器155将该光转换成电信号以生成数字图像。
该磁体保持架110可由塑料主体形成，且包括由该主体保持的磁体160，该磁体160是光路修改器的电磁马达的一部分。例如，该马达可以是还包括AF线圈140(自动聚焦音圈马达的一部分)的AF马达，该马达用于控制支架105在与光轴130基本平行的方向(例如，Z方向)上的移动，以便执行AF。磁体160还可以是另一电磁马达的一部分，该另一电磁马达包括OIS线圈125，用于控制保持架110和支架105在与光轴130基本正交的方向(例如，X方向和Y方向)上的移动，以便执行OIS，如在下面更具体地描述的那样。在图1所示的例子中，OIS线圈125被固定到静止板120(在磁体160的下方)，AF线圈140被固定到透镜支架(例如，与透镜支架105集成)。
透镜支架105的OIS移动通过使用电流驱动OIS线圈125(放置在静止板120上)生成电场而被致动。由流过OIS线圈125的电流生成的电场与由磁体160产生的磁场之间的相互作用生成洛伦兹力。该洛伦兹力的方向可以是与光轴130正交的，因而使透镜支架105在X方向和Y方向上移动。因此，该透镜支架105和其内部的光路修改器可以在X方向和Y方向上移动以执行OIS。
AF控制机构用于执行AF。在一个实施例中，该AF控制机构包括AF线圈140(其可卷绕于透镜支架105上)和放置在透镜支架105上的AF驱动电路135。该透镜支架105由AF弹簧205悬吊，使得该透镜支架105可以在与光轴130平行的方向上(即在Z方向上)移动。下面结合图2，更详细地对AF弹簧205进行描述。AF驱动电路135可以使用电流驱动AF线圈140以生成电场。由流过AF线圈的电流生成的电场与由磁体160产生的磁场之间的相互作用生成洛伦兹力。该洛伦兹力的方向可以与光轴130平行，因而可以使透镜支架105在Z方向上移动。因此，该AF控制机构可以使透镜支架105和其内部的光路修改器在Z方向上移动，以调节图像传感器155上的光的聚焦。
在一个实施例中，可变光阑/光圈控制机构145包括电致变色设备。该电致变色设备可以从透明状态(大光圈)电切换到非透明状态(被阻挡，或小光圈)。在一个实施例中，可对该电致变色设备进行电气控制，以便调节光通过其进入摄像模块100的开口的尺寸。在另一实施例中，设置机械光阑(例如可变光阑机构(iris mechanism))代替电致变色设备以便实现可变光圈。光阑/光圈控制机构145可以包括导电材料，例如导电连接件165，其提供用于使得电信号被传送给电致变色设备或传送给机械光阑的马达(未示出)的接触点。
光学变焦控制机构用于执行光学变焦。在一个实施例中，该光学变焦控制机构包括变焦透镜150，该变焦透镜150由透镜支架105保持。在一个实施例中，变焦透镜150为压电透镜，其可被电气控制以便在与光轴130平行的方向上移动，借此增大或减小放大倍率。在另一实施例中，该变焦透镜150是液体透镜。可以将电驱动信号施加给该液体透镜以便改变该液体透镜的光学特性，借此增大或减小放大倍率。该光学变焦控制机构可以包括诸如导电连接件157的导电材料，该导电材料提供了用于使得电信号被传送以控制(驱动)光学变焦控制机构的接触点。
具有将更多特征添加到透镜支架105上的日益增长的要求。但是，可以添加到透镜支架105的特征的数目是有限的，因为典型的OIS悬吊机构只有4个悬吊线115，因而只允许驱动/控制位于透镜支架105上的有限数目的被电气控制(或驱动)的特征。例如，支撑AF特征的、现有技术中的摄像模块通常包括AF驱动电路，该AF驱动电路放置在透镜支架外部。该AF驱动电路通过驱动电流穿过一对OIS悬吊线进入位于透镜支架上的AF线圈内来控制该透镜支架的移动。驱动到AF线圈内的电流使得生成洛伦兹力，该洛伦兹力使该透镜支架在Z方向上移动。因为该OIS悬吊线用于承载操作AF的线圈电流，所以这意味着诸如光圈控制特征和光学变焦特征的其他特征不能添加到透镜支架，这是因为没有可以用于承载用于操作这些特征的电流的足够的OIS悬吊线。由于机械和/或功率的限制，简单地将更多OIS悬吊线添加到OIS悬吊机构可能是不可行的。
因而，实施例使用OIS悬吊线115将数字控制消息或命令传送到透镜支架105，而不是使用OIS悬吊线115承载直接驱动透镜支架上的线圈或其他特征的电驱动电流。控制消息或命令可以是用于操作一个或多个光路修改器的高电平指令(例如，数字字段)。控制消息可以包括致动任何数目的光路修改器的一个或多个命令。例如，控制消息可以包括使透镜支架105在Z方向上移动某一指定的量(例如，用于AF的位移或聚焦透镜位置)的命令，以一定的量改变光圈尺寸的另一命令(例如，用于可变光圈)，以一定的量缩小的还另一命令(例如，用于光学变焦)。
印刷电路组件放置在透镜支架105上，该组件处理控制消息或命令。为了这个目的，该印刷电路组件包括印刷电路170(例如，平坦电路，柔性电路)，以及安装在印刷电路170上的各种电子电路，例如串行总线通信接口(SBCI)电路175和变换电路180。该SBCI电路175包括用于经由串行总线(例如，集成电路间通信(I2C)总线(Inter-Integrated CircuitCommunications(I2C)bus))接收和发送数据的电路。因而，SBCI电路175能够经由串行总线连接件来接收控制消息，该串行总线连接件是一对OIS悬吊线115。在一个实施例中，该SBCI电路175能够使用I2C通信协议接收控制消息或命令。在其他实施例中，该SBCI电路175可以使用不同种类的串行数据(serial data)通信协议进行通信。
变换电路180包括如下这样的电路，该电路将命令变换或转换成控制信号，该控制信号用于(根据相应的命令)操作或驱动光路修改器。控制信号可以是数字或模拟信号，该信号用于控制光路修改器的电气部件。在一个实施例中，控制信号可以是模拟或连续时间信号，该信号驱动(可能包括供电给)特定的光路修改器的电气部件；一个示例是马达的线圈电流，或压电元件的输入电流。可替代地，控制信号可以是数字信号，该数字信号向特定的光路修改器的电气部件指示(传送)驱动电平；一个示例是二进制的值，该二进制的值指定用于音圈马达驱动电路的期望的电流水平(例如，该电路随后通过马达的线圈产生期望的电流水平)，或要由电致变色设备的驱动电路产生的电压电平。可替代地，控制信号可以是可双稳态(bi-stable)或多稳态(multi-stable)数字或模拟信号，该信号指示光路修改器的电气部件要采用的两个或多个操作状态或条件中的任何一个；一个示例是向驱动电路指示机械可变光圈的光圈阻挡的信号。变换电路180可以包括逻辑电路、数字模拟转换电路、模拟调节(conditioning)电路、以及功率转换电路(例如dc-dc转换器)，这些电路是产生如下这样的控制信号所需要的，该控制信号具有适合于与它们的相应的光路修改器的电气部件进行接口(interfacing)的格式。例如，变换电路180可以将接收到的用于使透镜支架105在Z方向上移动一定的量的自动聚焦(AF)命令变换或转换成数字通信信号，该信号由AF驱动电路135的数字控制接口接收。后者随后做出响应，并产生通过AF线圈140的正确的驱动电流，以便使该透镜支架105在Z方向上移动该一定的量。变换电路180还可以将用于以一定的量改变光圈尺寸的命令变换或转换成驱动信号，该驱动信号直接操作或驱动作为可变光圈控制机构145的一部分的电致变色设备，以便以该一定的量而改变光进入摄像模块100中所穿过的开口的尺寸。变换电路180还可以将用于以一定的量缩小的命令变换或转换成数字通信信号，该通信信号由光学变焦控制机构(例如，用于移动变焦透镜150)的透镜驱动电路接收，以便以该一定的量缩小或减小放大倍率。在一个实施例中，变换电路180和SBCI电路175一起用作解复用器(DEMUX)电路，以便从单一输入馈送扩展出各种控制信号。
在一个实施例中，透镜支架105包括激光直接成型(LDS)导电迹线，该导电迹线将该印刷电路组件的一个或多个导电迹线与放置在透镜支架105上的一个或多个光路修改器电耦合。该LDS迹线可以用于将控制信号路由到适合的光路修改器的电气部件。例如，该透镜支架105可以包括LDS迹线，该LDS迹线将该印刷电路组件分别与光学变焦控制机构的导电连接件157和可变光圈控制机构的导电连接件165电耦合。这样，透镜支架105能够通过单个OIS悬吊线115接收用于操作一个或多个光路修改器的控制消息或命令，且印刷电路组件提供如下这样的电路，该电路将高电平的命令变换或转换成低电平控制信号，该低电平控制信号中的每个被单独地路由给适合的光路修改器，以便根据相应的命令操作或驱动该光路修改器。
在一个实施例中，放置在透镜支架105外部(例如，在图像传感器155附近)的控制器(未示出)生成控制消息或命令，并通过一个或多个OIS悬吊线115将它们发送给透镜支架105上的印刷电路组件(更具体地，发送给SBCI电路175)。该控制消息可以作为数字信号(通过OIS悬吊线115中的一个或多个)发送给该印刷电路组件。该控制器和印刷电路组件可以使用任何适合的总线通信协议进行通信。在一个实施例中，该控制器和印刷电路组件使用I2C通信协议进行通信。在一个实施例中，该控制器和印刷电路组件可以使用I2C通信协议和所有的四根OIS悬吊线115A，115B，115C，115D进行通信。第一OIS悬吊线115D用于向透镜支架105供电。第二OIS悬吊线115C用于使电力返回(例如，接地或到负电源，V－)。该电源可以用于对印刷电路组件和光路修改器供电。在一个实施例中，该印刷电路组件将通过一个OIS悬吊线115接收的电力路由给全部的光路修改器。该第三OIS悬吊线115B和第四OIS悬吊线115A用于承载总线数据发送和总线数据接收信号。例如，第三和第四OIS悬吊线115B，115A可以用于承载去往和来自印刷电路组件的数据，例如控制消息，该数据包括指示连续接收数据的确认消息(例如根据I2C通信协议)。
在一个实施例中，电容式传感器(未示出)安装在透镜支架105上，该传感器可以检测和/或测量放置在透镜支架105上的一个或多个光路修改器的状态。例如，该电容式传感器能够检测透镜支架105在Z方向上的当前位置。印刷电路组件的SBCI电路175或其他电路可以将这样的传感器数据(由电容式传感器捕获的)作为控制消息的一部分发送，该控制消息通过一个或多个OIS悬吊线115(例如，使用I2C通信协议或其他适合的通信协议)被发送给控制器。该控制器可以使用该信息作为反馈，以确定用于操作光路修改器的参数。例如，该控制器可以接收透镜支架105在Z轴方向上的当前位置，并使用该信息来确定透镜支架105需要在哪个方向上移动并且移动多少以便实现期望的聚焦。
这样，实施例提供了如下这样的结构，在该结构中，具有4个OIS悬吊线115的OIS悬吊机构可以用于与放置在透镜支架105上的任何数目的光路修改器通信。这允许任何数目的光路修改器添加到透镜支架105(例如，添加附加特征到透镜支架105)。实际上，可以添加到透镜支架105的光路修改器的数目只由在透镜支架105上的可用的空间、以及印刷电路组件和光路修改器所生成的热限定，这是因为该热可以影响透镜支架105所容纳的光学元件(例如，透镜)的光学特性。
图2是示出根据一些实施例的摄像模块100的顶视截面图的图。应该注意到，为了示例的目的，顶视截面图将摄像模块100的一些部件隐藏，而使摄像模块100的其他部件高亮显示。
摄像模块100的顶部截面图示出了透镜支架105，该透镜支架105在这个示例中由4个AF弹簧205悬吊。AF弹簧205为柔性弹簧，该弹簧允许该透镜支架105相对于磁体保持架110在与光轴130平行的方向(即Z方向)上移动。该AF弹簧205为导电性弹簧，该弹簧还用于将OIS悬吊线115与透镜支架105上的印刷电路170电耦合。如图2所示，每个AF弹簧205的一端可以被固定到(位于磁体保持架110上的)相应的OIS线115，其另一端被固定到(透镜支架105上的)印刷电路170的电路迹线。该电路迹线可以是与SBCI电路175或变换电路180的控制输入或电压源输入连接的电路迹线。在一个实施例中，每个悬吊线115可以具有对应的AF弹簧205，该AF弹簧205将该OIS悬吊线115与透镜支架105电耦合。但是，在另一实施例中，AF弹簧205的数量可少于OIS悬吊线115的数量。
在一个实施例中，摄像模块100包括四根悬吊线115，这四根悬吊线115用于实现I2C通信协议(例如，用于在控制器和透镜支架105上的部件之间的双向数字通信的目的)。在一个实施例中，第一OIS悬吊线115D用于提供电力(V+)，第二OIS悬吊线115C用于返回电力(V－)，第三OIS悬吊线115B用于承载发送器信号(Tx)，第四OIS悬吊线115A用于承载接收器信号(Rx)。通过OIS悬吊线115进行的其他的信令和电力传送布置是可能的，例如，使用线115B，115A将控制消息或命令从控制器单向地信号发送给SBCI电路175。
在一个实施例中，如图2所示，印刷电路170具有圆形开口，该圆形开口允许印刷电路170围绕可变光圈控制机构145或在Z方向上堆叠在透镜支架105上的其他光学元件进行装配。如上所述，印刷电路170可以在其上安装有SBCI电路175和变换电路180。SBCI电路175包括通过一个或多个OIS悬吊线115接收来自控制器(在图2中没有示出)的命令或控制消息的电路。变换电路180包括如下这样的电路，该电路将该命令变换或转换成根据相应的命令操作或驱动两个或多个光路修改器的电气部件的控制信号。
图3是示出根据一些实施例的摄像模块的一些组成部件和这些部件之间的通信路径的框图。摄像模块100包括控制器305，印刷电路组件360，以及3个光路修改器(AF控制机构310，可变光圈控制机构320和光学变焦控制机构330)。印刷电路组件360包括安装于印刷电路170上的变换电路180和SBCI电路175。
控制器305可以通过将控制消息340A发送给透镜支架105上的印刷电路组件360来发起一个或多个光路修改器的操作或致动。控制消息340A可以包括用于操作该光路修改器的一个或多个命令。例如，控制消息340A可以包括用于操作AF控制机构310的命令350A，用于操作可变光圈控制机构320的命令350B、和用于操作光学变焦控制机构330的命令350C。虽然控制消息340A包括3个命令，但是其他控制消息可以包括任何数量的命令。例如，控制消息340B只包括一个命令。在一个实施例中，控制器305放置在透镜支架105的外部，并使用I2C通信协议将控制消息340发送给该印刷电路组件。控制消息340通过OIS悬吊线115中的一个以及通过AF弹簧205中连接的一个弹簧发送给印刷电路组件360(参见图2的实施例)。SBCI电路175接收控制消息，而变换电路180将该控制消息中包括的命令变换或转换为控制信号，以便根据相应命令操作光路修改器。该印刷电路组件(以及LDS导电迹线--未示出)将该控制信号分配或路由到光路修改器的适合的电气部件，以便根据命令操作该光路修改器。
例如，控制器305可以将控制消息340A发送给印刷电路组件360中的SBCI电路175。该控制消息340A包括使透镜支架105在Z方向上移动一定的量的命令350A(例如，用于AF)，以一定的量改变光圈尺寸的命令350B(例如，用于可变光圈)，以及以一定的量缩小的命令350C(例如，用于光学变焦)。该SBCI电路175在其中接收命令350和控制消息340A(例如，使用I2C通信协议)。变换电路180将命令350A(使透镜在Z方向上移动一定的量的命令)变换或转换为控制信号，该控制信号将对AF控制机构310进行操作或驱动，以便使透镜支架105在Z方向上移动一定的量。变换电路180还将命令350B(以一定的量改变光圈尺寸的命令)变换或转换为控制信号，该控制信号将操作或驱动可变光圈控制机构320，从而以一定的量改变光圈尺寸。该变换电路180同样地该命令350C(以一定的量缩小的命令)变换或转换为控制信号，该控制信号将操作或驱动光学变焦控制机构330以便以该一定的量缩小。该印刷电路组件360将这些控制信号中的每个转发到适合的光路修改器，以便实施控制消息340A中所包括的相应的命令350。每当控制器305确定需要对于光路修改器更新时，该控制器305可以发送新控制消息340，并且该新控制消息340可以在其中只包括进行更新所需要的一个或多个命令350。
现在转到图4和图5，这些是其他实施例的截面图，这些实施例也可以使得能够实现与摄像模块的多个电气部件的通信。在这些实施例中，光学系统具有透镜支架105，该透镜支架105容纳成像透镜系统，例如，静态光学元件153(例如一个或多个成像透镜，滤光片，和/或反射镜)，以便将从场景进入摄像模块的光聚焦(以便在图像传感器155上形成光学图像)。该成像透镜系统还可以包括变焦透镜150(和可选地，与上文针对其他实施例描述的类似的可变光阑/光圈控制机构145)。该透镜支架105由磁体保持架110的结构包围(这也与针对其它实施例描述的类似)，并且通过数个自动聚焦(AF)弹簧(在这种情况下，四个弹簧205a，205b，205c和205d)附接到磁体保持架，该数个自动聚焦弹簧被固定到磁体保持架110，在这个方面也与上述实施例类似。磁体保持架110在其中支撑一个或多个磁体160，该一个或多个磁体160是OIS致动器和AF的电动马达的一部分。数个OIS悬吊线115a，115b被固定到磁体保持架。悬吊线115可以满足与上面描述的用途相同的用途中的一些，即相对于图像传感器155悬吊磁体保持架110和附接的透镜支架105，以便为了光学图像稳定(OIS)而允许磁体保持架110和透镜支架105横向移动(即，在X-Y平面上)。与上面的实施例类似，悬吊线115的一端可以被固定到静止板120，其另一端(或另一部分)被固定到磁体保持架110，借此根据被驱动通过OIS线圈125的致动信号(或电流)而允许该磁体保持架和透镜支架侧向(sideway)摆动。
但是，与上述的实施例形成对比，在图4和图5的情况下，具有印刷电路270，该印刷电路270放置在磁体保持架110上(例如，如描绘的，在磁体保持架的模制塑料主体的顶部平坦表面上)。该印刷电路270在其中具有导电迹线或线路(未示出)，该导电迹线或线路用于将安装于印刷电路270上的一个或多个电路电耦合或者路由到悬吊线115a，115b(当然要注意的是，可以具有多于两个的悬吊线，例如在上述实施例中，其中具有第三和第四悬吊线115c和115d)。例如，该印刷电路270在其上安装有串行总线通信接口(SBCI)电路175，该电路175用于经由OIS悬吊线发送由位移传感器272产生的传感器数据。如果需要执行任何信号格式转换，也可以在传感器272和SBCI电路175之间在印刷电路270上包括变换电路(未示出)。因而，导电迹线被设置在印刷电路270中，该导电迹线将传感器272与SBCI电路175电耦合，还将SBCI电路175与悬吊线115电耦合。在一个实施例中，悬吊线115a为电源或V总线，115c为电力返回(return)(例如，接地)线路，115b为串行总线通信时钟线，115d为串行总线通信数据线(例如，根据I2C协议或其他适合的串行总线通信技术)。
位移传感器272用于感测磁体保持架110和透镜支架105的水平位移(例如在X或Y方向上，或这两者上)，而透镜支架105具有默认位置，该默认位置由AF弹簧205在竖直位移方向上设置。然后使用图中所示的坐标系统，通过传感器272感测在X-Y平面上的位移，而AF弹簧205被附接到透镜支架105和磁体保持架110，以便设置关于透镜支架105的竖直位移的(即在图中所示的Z轴线的方向上的)透镜支架105的默认位置。位移传感器272可以安装在该印刷电路270上(例如，直接焊接到印刷电路270中的导电迹线)，或它可以直接安装在磁体保持架110的塑料主体上(例如，通过形成于磁体保持架的塑料主体上的LDS导电迹线与印刷电路270上的导电迹线电耦合)。
仍然参照图4和图5，在本示例中，位移传感器272安装在该印刷电路270上，并具有两个部件(一对传感器)，即X分量传感器272a和Y分量传感器272b，它们一起用于分别测量X和Y方向上(水平面或方向上)的位移。这些传感器272a，272b中的每个可以是电容式传感器，该电容式传感器感测其的可移动电容板与互补的固定电容板之间的空隙的距离或者其的可移动电容板相对于互补的固定电容板的位移，该固定电容板作为导电外壳274而形成，该导电外壳274围绕该磁体保持架110并且该导电外壳274的底端可以被固定到它下面的静止板120。导电外壳274(从而每个传感器272a，27b的互补的固定电容板)可以直接连接到电源回路，例如如图所示的接地(ground)。导电外壳274也可以以其他方式用于保护摄像模块100的透镜支架105和磁体保持架110的电子和机械特征。
在另一实施例中，该印刷电路270还在其中安装有自动聚焦驱动电路135，该电路135被认为是光路修改器(自动聚焦机构)的电气部件；因而，与图2的实施例形成对比，AF驱动电路135现在位于磁体保持架110上，而不位于透镜支架105上。该AF驱动电路135的示例为音圈马达(VCM)驱动电路。AF驱动电路135与VCM致动器(AF致动器)的AF线圈140电耦合，其中AF线圈140通过形成于印刷电路中的导电迹线被安装在该透镜支架105上，该导电迹线分别与AF弹簧205中的两个或多个耦合。后者是导电性的，且在这种情况下，用于将可变的，AF线圈电流从磁体保持架110上的AF驱动电路135(AF+)传送给该透镜支架105上的AF线圈140，并且传送回来(AF－)。因而，与图2形成对比，在本实施例中该AF弹簧205中的至少两个被以不同的方式使用，在该图2中，AF弹簧205分别与OIS悬吊线115直接连接，所以承载电源供给和返回(例如，V+，V－)电流以及通信信号(例如，Tx，Rx)。
仍然参照图5，在这种情况下，该SBCI 175也用于(通过OIS悬吊线中的一个或多个)接收来自控制器305的AF命令350a，参照图1，该命令350a可以指示透镜支架105中的成像透镜的期望的聚焦位置。然后，该命令350a用于发信号通知AF驱动电路135，该AF驱动电路135也位于印刷电路270上，其中，该AF驱动电路135作出响应对于AF线圈140生成适合的控制或驱动信号(例如，线圈电流)，通过AF弹簧205并传到AF线圈140中，以便例如使透镜支架105(承载成像透镜)在竖直方向上移动到期望的聚焦位置。因而，命令350a可视为发送到或传递到AF驱动电路135。
图6为示出根据一些实施例的在其中可以实现摄像模块的便携手持计算设备的示图。如图所示，正如在本文中公开的，摄像模块100可以集成于便携手持计算设备400的外壳的内部，该便携手持计算设备400例如是智能手机，用户通过该智能手机可以经由无线通信网络与通信设备的远端用户实行呼叫。该便携手持计算设备400可以包括触摸屏幕410，该触摸屏幕410显示虚拟快门按钮420，该虚拟快门按钮420允许用户发起图像/视频捕获。当用户致动虚拟快门按钮420时，该摄像模块100捕获场景的图像/视频。便携手持计算设备400还可以包括闪光元件430，该闪光元件430在摄像模块100捕获图像/视频时提供照明。在另一实施例中，摄像模块100可以集成到平板电脑的外壳的内部。这些只是在其中可使用本文中描述的摄像模块100的两个例子。但是，可以想到，摄像模块100可以与在其中期望摄像模块100的任何种类的电子设备一起使用，该电子设备为例如智能手机，平板电脑，摄录相机(camcorder)，膝上型计算设备，台式计算设备或监视器。在一个实施例中，摄像模块100具有如下这样的能力：使用在本文中描述的、用于与放置在摄像模块100的透镜支架105上的光路修改器进行通信的架构和技术，来执行AF，OIS，光圈控制和光学变焦(光路修改)。应该注意到，在本文中提到的各种光路修改器是以举例方式提供的，而不是作为限制。在其他实施例中，摄像模块100可以包括不同数量的光路修改器，并可以包括不同于在本文中描述的那些的光路修改器。可以使用在本文中描述的架构和技术来控制或操作这些光路修改器中的一些或全部。
虽然已对一些实施例进行了描述，并且在附图中示出，但是应该理解，这样的实施例只是本广义的发明的示例，而不是对本广义的发明的限制，且本发明不限于示出的和描述的特定结构和布置，这是因为本领域的技术人员可以想到各种其他修改方式。

Claims (19)

1.一种光学系统，包括：
磁体保持架，包括磁体、位移传感器、自动聚焦驱动电路、以及串行总线通信接口SBCI电路；
透镜支架，所述透镜支架包括自动聚焦线圈，所述透镜支架经由多个自动聚焦弹簧相对于所述磁体保持架被悬吊，其中，所述自动聚焦驱动电路经由所述多个自动聚焦弹簧向所述自动聚焦线圈提供驱动信号；以及
多个悬吊线，相对于图像传感器可移动地悬吊所述磁体保持架，
其中，所述SBCI电路电气耦合到所述多个悬吊线、所述自动聚焦驱动电路、以及所述位移传感器，以i)响应于通过所述多个悬吊线中的至少一个悬吊线接收到自动聚焦命令，向所述自动聚焦驱动电路发送控制信号，以及ii)通过所述多个悬吊线中的至少一个悬吊线发送来自所述位移传感器的传感器数据。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述磁体保持架上的所述SBCI电路和所述自动聚焦驱动电路通过所述多个悬吊线中的第一两个悬吊线接收电力。
3.根据权利要求2所述的光学系统，其中，所述SBCI电路通过所述多个悬吊线中的另两个悬吊线发送来自所述位移传感器的传感器数据。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述透镜支架响应于被发送到所述自动聚焦驱动电路的控制信号而在平行于所述透镜支架的光轴的方向上移动。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述磁体保持架包括印刷电路，所述印刷电路电气耦合到所述多个悬吊线以及所述多个自动聚焦弹簧，并且其中所述自动聚焦驱动电路和所述SBCI电路位于所述印刷电路上。
6.根据权利要求1所述的光学系统，进一步包括：
静止板；以及
光学图像稳定(OIS)线圈，所述线圈被固定到所述静止板，该线圈在由电流驱动时使所述透镜支架在被所述多个悬吊线约束的情况下在与所述透镜支架的光轴正交的方向上移动。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其中，
所述多个悬吊线中的第一两个悬吊线包括用于供给电力的第一悬吊线，和用于返回电力的第二悬吊线，以及
所述多个悬吊线中的第二两个悬吊线包括用于传送总线数据发送信号和总线数据接收信号、或者总线时钟信号和总线数据信号的第三悬吊线和第四悬吊线。
8.根据权利要求1所述的光学系统，其中，来自所述位移传感器的传感器数据表示所述磁体保持架在水平方向上的位移，并且所述自动聚焦弹簧设置所述透镜支架在垂直方向上的默认位置。
9.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述位移传感器通过在所述磁体保持架的塑料主体中形成的激光直接成型(LDS)导电迹线电气耦合到所述SBCI电路。
10.一种摄像模块，包括：
图像传感器；
磁体保持架，包括磁体、位移传感器、自动聚焦驱动电路、以及串行总线通信接口SBCI电路；
透镜支架，所述透镜支架包括自动聚焦线圈，所述透镜支架通过多个自动聚焦弹簧被悬吊在所述磁体保持架上，其中，所述自动聚焦驱动电路经由所述多个自动聚焦弹簧向所述自动聚焦线圈提供驱动信号；以及
多个悬吊线，被固定到静止板并且将所述磁体保持架可移动地悬吊于所述图像传感器上方，
其中，所述SBCI电路电气耦合到所述多个悬吊线、所述自动聚焦驱动电路、以及所述位移传感器，并且被配置为i)响应于通过所述多个悬吊线中的至少一个悬吊线接收到自动聚焦命令，发信号通知所述自动聚焦驱动电路，以及ii)通过所述多个悬吊线中的至少一个悬吊线发送来自所述位移传感器的传感器数据。
11.根据权利要求10所述的摄像模块，其中，所述磁体保持架上的所述SBCI电路和所述自动聚焦驱动电路通过所述多个悬吊线中的第一两个悬吊线接收电力。
12.根据权利要求11所述的摄像模块，其中，所述SBCI电路通过所述多个悬吊线中的另两个悬吊线发送来自所述位移传感器的传感器数据。
13.根据权利要求11所述的摄像模块，其中，所述透镜支架响应于所述自动聚焦驱动电路响应于所述自动聚焦命令被发信号通知而在平行于所述透镜支架的光轴的方向上移动。
14.一种便携手持计算设备，包括：
外壳；
控制器电路，所述控制器电路集成在所述外壳中；
摄像模块，所述摄像模块集成于所述外壳中，所述摄像模块包括：
图像传感器；
磁体保持架，包括磁体、位移传感器、自动聚焦驱动电路、以及串行总线通信接口SBCI电路；
透镜支架，所述透镜支架包括自动聚焦线圈，所述透镜支架通过多个自动聚焦弹簧可移动地悬吊在所述磁体保持架上，其中，所述自动聚焦驱动电路经由所述多个自动聚焦弹簧向所述自动聚焦线圈提供驱动信号；以及
多个悬吊线，被固定到静止板并且将所述磁体保持架可移动地悬吊于所述图像传感器上方，
其中，所述SBCI电路电气耦合到所述多个悬吊线、所述自动聚焦驱动电路、以及所述位移传感器，并且被配置为i)响应于通过所述多个悬吊线中的至少一个悬吊线接收到自动聚焦命令，发信号通知所述自动聚焦驱动电路，以及ii)通过所述多个悬吊线中的至少一个悬吊线发送来自所述位移传感器的传感器数据到所述控制器电路。
15.根据权利要求14所述的便携手持计算设备，其中，所述磁体保持架包括印刷电路，所述印刷电路电气耦合到所述多个悬吊线以及所述多个自动聚焦弹簧，并且其中所述自动聚焦驱动电路和所述SBCI电路位于所述印刷电路上。
16.根据权利要求14所述的便携手持计算设备，其中，所述摄像模块进一步包括：
静止板；以及
光学图像稳定(OIS)线圈，所述线圈被固定到所述静止板，该线圈在由电流驱动时使所述透镜支架在被所述多个悬吊线约束的情况下在与所述透镜支架的光轴正交的方向上移动。
17.根据权利要求14所述的便携手持计算设备，其中，
所述多个悬吊线中的第一两个悬吊线包括用于供给电力的第一悬吊线，和用于返回电力的第二悬吊线，以及
所述多个悬吊线中的第二两个悬吊线包括用于传送i)总线数据发送信号和总线数据接收信号、或者ii)总线时钟信号和总线数据信号的第三悬吊线和第四悬吊线。
18.根据权利要求14所述的便携手持计算设备，其中，来自所述位移传感器的传感器数据表示所述磁体保持架在水平方向上的位移，并且所述自动聚焦弹簧设置所述透镜支架在垂直方向上的默认位置。
19.根据权利要求14所述的便携手持计算设备，其中，所述位移传感器通过在所述磁体保持架的塑料主体中形成的激光直接成型(LDS)导电迹线电气耦合到所述SBCI电路。
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