技术领域

[0001] 本发明涉及到微型摄像机模组技术领域， 尤其是涉及到智能手机中使用的高像 素高度集成的摄像模组的结构和控制方法。

背景技术

[0002] 高像素高度集成的摄像头在智能手机中的日益 普及使得手机拍照的质素越来越 接近甚至超越普通数码相机。 对于普通数码相机， 由于其体积尺寸空间较大可 以允许较复杂的光路及传感器与驱动机构， 从而能够设置光学防抖结构以及相 位检测传感器以实现光学防抖以及相位检测快 速自动对焦的功能。 但是高像素 的手机摄像头却不含有普通数码相机的一些光 学和机械部件。 这种硬件上的缺 失， 无疑会让拍照手机的拍照效果比数码相机差， 同吋对焦速度也不如普通数 码相机快速。 具体的说， 目前的拍照手机大多只有一个自动对焦马达来 实现近 焦远焦转换功能， 对镜头的控制至多是单维度的令镜头靠近或远 离图象传感器 。 虽然现今自动对焦相机模组的技术已相当成熟 并获得广泛应用。 但是， 现在 的智能手机摄像头的图像传感器的解像度越来 越高， 在一些高档的手机中， 超 过一千万像素的图像传感器已经十分普遍。 当图像传感器的解像度越高吋， 由 于人手等的抖动使得拍照图像过分模糊而造成 画面品质下降， 特别是低光等环 境下人手的抖动影响更加明显。

[0003] 针对以上诸多问题， 为了使拍照手机的摄像效果进一步向数码相机 靠拢， 不少 国际知名的手机对焦马达厂商都幵始研发三轴 光学防抖与自动对焦马达， 以及 研发智能手机摄像头模组中的相位检测自动对 焦技术。

[0004] 智能手机摄像头模组中的相位检测自动对焦 （Phase Detection Auto

Focus , PDAF) 是一种通过内嵌于图像传感器的检测相位单元 ， 快速准确确定镜 头移动的方向和位置， 从而沿镜头轴向方向移动镜头实现快速对焦的 一种新技 术 (参看申请号 201280048151.3的发明专利申请)。 智能手机摄像头模组具有经特 定的内嵌于图像传感器的检测相位单元检出相 位信号由上位处理器计算处理后 即可迅速找到合适的对焦点位置达到快速对焦 的功能。 相位检测自动对焦 (PDAF )作为一种智能手机摄像头的新技术仍迟迟未� �迅速占领市场的原因在于， PDAF摄像头在生产制造环节仍有不小的难关， 一般的模组厂还是会遇到很大的 生产良率、 自动化后端设备和新的制程能力等问题。 一方面， 在智能手机摄像 头的装配的制造过程中， 对于图像传感器， 对焦马达及镜头等的平行度与中心 同轴度等装配参数要求极高。 因此， PDAF摄像头必定需要采用高精度的主动光 学校准 (Active Alignment, AA)设备来参与生产， 而该设备价格昂贵也就意味着对 模组厂家的自动化生产的设备要求极高， 否则会极大的影响良率及生产效率。 另外一方面， 普通的 AF马达只有一个控制镜头沿光轴方向前后移动� ��对焦线圈 ， 在过程中镜头会存有难以避免的寄生倾斜运动 从而造成相位检出单元的检出 信号紊乱而无法用于对焦计算， 因而对 AF马达的质量与性能等各方面要求也极 高。 同吋， 作为快速对焦的摄像头方案也需要 AF马达能够快速响应。 由此可见 ， 应用在 PDAF摄像头模组上的驱动马达非普通的对焦马� �就可以完成的。 究其 这几方面的难关， 在 PDAF摄像头的生产良率， 生产自动化设备要求 （也就是生 产成本） 及后端调试校正技术与手段 （即新的制程能力与生产效率） 等方面挑 战极高， 使得很难普及应用。

[0005] 由于镜头的偏转等会影响相位检测图像传感器 的相位检测信号， 所以光学防抖 也很难与相位检测传感器同吋应用于智能手机 摄像头模组。

技术问题

[0006] 综上所述， 本发明的目的是为了解决： 1、 由于人手抖动引起的图像质量模糊 的问题； 2、 镜头初始安装位置误差或者由于自动对焦所需 要的镜头移动过程中 及移动完成后所产生的额外寄生偏转带来的图 像传感器相位检出单元的检出信 号紊乱的问题； 3、 自动对焦吋镜头移动过程中或者镜头移动完成 后产生额外的 寄生偏转而引起的图像质量模糊的问题； 4、 生产工艺复杂良率低的问题， 而提 出一种基于镜头倾斜可控马达和快速对焦传感 器的摄像模组及控制方法。 问题的解决方案

技术解决方案 [0007] 为解决本发明所提出的技术问题， 采用的技术方案为：

[0008] 基于镜头倾斜可控马达和快速对焦传感器的摄 像模组， 包括有对焦马达和设于 对焦马达底部的相位自动对焦图像传感器； 所述的对焦马达包括马达定子和设 于马达定子中的马达转子， 其特征在于： 所述的马达转子包括有镜头座， 设于 镜头座中镜头部件， 镜头座外侧壁与马达定子内壁之间设有三组以 上驱动镜头 部件沿垂直于相位自动对焦图像传感器的轴线 平行移动和垂直于该轴线的 X方向 和 Y方向的倾斜偏转运动的电磁驱动器， 镜头座可以进行相对于定子至少三个自 由度的运动。

[0009] 作为对本发明进一步限定的技术方案包括有：

[0010] 所述的每个电磁驱动器包括有设于镜头座外侧 壁上的线圈和设于马达定子内壁 与线圈对应的一组磁铁， 所述磁铁与线圈对应的侧面包含极性相异上下 分布的 上磁极面和下磁极面。

[0011] 所述的马达定子上设有金属端子， 三组以上电磁驱动器马的线圈通过柔性连接 电路与马达定子上的金属端子电性连接。

[0012] 每组磁铁设于相邻两组线圈之间的位置， 且四组电磁驱动器的四组磁铁分别设 于马达定子的内壁四角位置。

[0013] 所述的每组磁铁为一块包含单面双极磁铁。

[0014] 或者， 所述的每组磁铁由两块磁铁并排组合构成， 两块磁铁的磁极方向是相反 的。

[0015] 所述的镜头部件为单片镜头或镜头组； 镜头座的上端和下端分别通过上弹片和 下弹片与马达定子弹性连接。

[0016] 所述的马达定子包括有底座、 金属罩和外罩； 底座与金属罩配合扣合， 下弹片 被夹持固定在底座与金属罩之间， 底座上固定有金属端子， 底座上端面设有电 性连接四组电磁驱动器与金属端子的柔性连接 电路； 金属罩设于外罩内， 上弹 片被夹持固定在金属罩顶端面与外罩顶部内壁 之间。

[0017] 所述的上弹片与金属罩顶端面之间设有上垫片 。

[0018] 所述的摄像模组的控制方法， 其特征在于所述控制方法包括有：

[0019] 对焦控制方法， 通过控制各组电磁驱动器驱动镜头部件沿垂直 于相位自动对焦 图像传感器的轴线平行移动实现；

[0020] 光学防抖控制方法， 通过控制各组电磁驱动器， 使各组电磁驱动器固产生磁力 差， 从而驱动镜头部件沿垂直于所述轴线的 X方向和 \或¥方向的倾斜偏转运动实 现；

[0021] 寄生偏转控制方法， 根据相位自动对焦图像传感器的相位检出单元 检测出的相 位信息， 控制各组电磁驱动器， 使各组电磁驱动器固产生对应的磁力差， 从而 驱动镜头部件沿垂直于所述轴线的 X方向和 \或¥方向的倾斜偏转， 来补偿和消除 初始安装位置及对焦平移过程中和对焦平移后 镜头的寄生偏转运动， 以保证相 位自动对焦图像传感器的相位检出单元检测出 的相位信息符合预设值；

[0022] 防抖快速对焦控制方法， 通过控制各组电磁驱动器， 驱动镜头部件沿垂直于相 位自动对焦图像传感器的轴线平行移动及沿垂 直于所述轴线的 X方向和 \或¥方向 的倾斜偏转运动， 对相位自动对焦图像传感器检出相位信息参数 表来补偿消除 光学防抖对相位自动对焦图像传感器检出相位 信息的影响， 从而实现光学防抖 和快速对焦控制。

发明的有益效果

有益效果

[0023] 本发明的有益效果为： 本发明为基于可控镜头倾斜式光学防抖马达及 相位检测 快速对焦图像传感器的微型摄像机模组， 可配合陀螺仪运动传感器及光学防抖 马达驱动器等部件使用， 通过控制镜头座四个不同方向的外侧壁与马达 定子内 壁之间设有各组电磁驱动器， 从而驱动镜头部件沿垂直于相位自动对焦图像 传 感器的轴线平行移动和垂直于该轴线的 X方向和 Y方向的倾斜偏转运动。 可以降 低 PDAF摄像头的生产自动化设备要求， 简化后端调试校正技术与工艺要求， 从 而提高生产良率及降低生产成本。 本发明控制方法将可以实现 PDAF与光学防抖 功能兼容从而使得智能手机摄像模组同吋拥有 光学防抖与 PDAF的功能， 从而极 大的提高拍照智能手机在快速对焦及防抖拍照 等方面的用户体验。

对附图的简要说明

附图说明

[0024] 图 1为本发明的立体结构示意图； [0025] 图 2为本发明的分解结构示意图；

[0026] 图 3为本发明的对焦马达的结构原理示意图；

[0027] 图 4为本发明的镜头部件初始位置状态一；

[0028] 图 5为本发明的镜头部件初始位置状态二；

[0029] 图 6为本发明的镜头部件自动对焦过程中或自动� �焦完成后镜头出现寄生偏转 状态吋的示意图；

[0030] 图 7为本发明的镜头部件自动对焦过程中或自动� �焦完成后受偏转补偿后的状 态示意图；

[0031] 图 8为本发明的四组电磁驱动器产生磁力差吋的� �理示意图；

[0032] 图 9为本发明应用于智能手机中的原理示意图；

[0033] 图 10为本发明镜头部件倾斜及对焦运动位移吋的� ��作原理示意图；

[0034] 图 11为相位自动对焦图像传感器检出相位信息参� ��表。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0035] 以下结合附图和本发明优选的具体实施例对本 发明的结构和方法作进一步地说 明。

[0036] 参照图 1至图 8中所示， 本发明基于镜头倾斜可控马达和快速对焦传感 器的摄像 模组， 包括有对焦马达 1和设于对焦马达 1底部的相位自动对焦图像传感器 2。 为 了说明方便， 以垂直于相位自动对焦图像传感器的轴线为 Z轴， 垂直于该轴线的 X方向和 Y方向则为 X轴和 Y轴， X轴与 Y轴构成的平面平行于相位自动对焦图像 传感器受光面。 本发明的对焦马达 1用于驱动光学成像的镜头部件沿 Z轴平行移 动， 或绕 X轴倾斜偏轴， 或绕 Y轴倾斜偏轴， 或这三种运动中的两种或三种同吋 进行。 相位自动对焦图像传感器 2为现有的一种内嵌有检测相位单元的图像传� � 器， 能快速准确确定镜头部件移动的方向和位置， 为对焦马达的驱动控制提供 信号依据。

[0037] 对焦马达 1的具体结构包括马达定子 11和设于马达定子 11中的马达转子 12。

[0038] 马达转子 12包括有镜头座 121， 设于镜头座 121中镜头部件 122， 镜头部件 122可 以为单片镜头， 也可以为多片镜头组成的镜头组； 镜头座 121的上端和下端分别 通过上弹片 123和下弹片 124与马达定子 11弹性连接， 镜头座 121三个不同方向的 外侧壁与马达定子 11内壁之间设有三组驱动镜头部件 122沿垂直于相位自动对焦 图像传感器的轴线平行移动和垂直于该轴线的 X方向和 Y方向的倾斜偏转运动的 电磁驱动器 125; 优选为镜头座 121四个不同方向的外侧壁与马达定子 11内壁之 间设有三组驱动镜头部件 122沿垂直于相位自动对焦图像传感器的轴线平 行移动 和垂直于该轴线的 X方向和 Y方向的倾斜偏转运动的电磁驱动器 125。

[0039] 每个电磁驱动器 125包括有设于镜头座 121外侧壁上的线圈 1251和设于马达定子 11内壁与线圈 1251对应的一组磁铁 1252， 所述磁铁 1252与线圈 1251对应的侧面 包含极性相异上下分布的上磁极面和下磁极面 ， 如图 3中所示。 其中每组磁铁 12 52可以是一块包含单面双极磁铁； 也可以是由两块磁铁并排组合构成， 两块磁 铁的磁极方向是相反的。 为了节省本发明的整体体积， 每组磁铁 1252设于相邻 两组线圈 1251之间的位置， 且四组电磁驱动器的四组磁铁 1252分别设于马达定 子 11的内壁四角位置。

[0040] 为了便于为四个电磁驱动器 125的线圈 1251供电， 同吋不影响， 马达转子 12运 动， 可以通过上弹片 123和下弹片 124供电， 也可以在马达定子 11上设有金属端 子 110， 四组电磁驱动器马的线圈 1251通过柔性连接电路 126与马达定子 11上的 金属端子 110电性连接。

[0041] 马达定子 11的具体结构包括有底座 111、 金属罩 112和外罩 113; 底座 111与金属 罩 112配合扣合， 下弹片 124被夹持固定在底座 111与金属罩 112之间， 金属端子 1 10固定在底座 111上， 柔性连接电路 126电性连接底座 111上的金属端子 110和四 组电磁驱动器； 金属罩 112设于外罩 113内， 上弹片 123被夹持固定在金属罩 112 顶端面与外罩 113顶部内壁之间。 根据需要在上弹片 123与金属罩 112顶端面之间 设有上垫片 114， 实现电性隔离。

[0042] 本发明上述摄像模组的控制方法， 包括有： 对焦控制方法、 光学防抖控制方法 、 寄生偏转控制方法和防抖快速对焦控制方法。

[0043] 对焦控制方法， 通过控制四组电磁驱动器驱动镜头部件 122沿垂直于相位自动 对焦图像传感器的轴线平行移动实现；

[0044] 光学防抖控制方法， 通过控制四组电磁驱动器， 使四组电磁驱动器固产生磁力 差， 从而驱动镜头部件沿垂直于所述轴线的 X方向和 \或¥方向的倾斜偏转运动实 现；

[0045] 寄生偏转控制方法， 根据相位自动对焦图像传感器的相位检出单元 检测出的相 位信息， 控制四组电磁驱动器， 使四组电磁驱动器固产生对应的磁力差， 从而 驱动镜头部件沿垂直于所述轴线的 X方向和 \或¥方向的倾斜偏转， 来补偿和消除 初始安装位置及对焦平移过程中和对焦平移后 镜头的寄生偏转运动， 以保证相 位自动对焦图像传感器的相位检出单元检测出 的相位信息符合预设值；

[0046] 防抖快速对焦控制方法， 通过控制四组电磁驱动器， 驱动镜头部件沿垂直于相 位自动对焦图像传感器的轴线平行移动及沿垂 直于所述轴线的 X方向和 \或¥方向 的倾斜偏转运动， 对相位自动对焦图像传感器检出相位信息参数 表来补偿消除 光学防抖对相位自动对焦图像传感器检出相位 信息的影响， 从而实现光学防抖 和快速对焦控制。

[0047] 也即是本发明基于一种可控镜头倾斜的光学防 抖马达， 一种可检测相位自动对 焦图像传感器， 利用四个线圈与四对磁铁构成的四个电磁驱动 器， 配合上弹片 、 下弹片形成一个三维自由度微型摄像机镜头驱 动马达， 通过分别控制四个电 磁驱动器的电磁驱动力， 实现镜头沿垂直于成像传感器的轴线平行移动 和垂直 于该轴线两个方向的倾斜偏转运动。 通过镜头部件的平行移动来实现自动对焦 功能。 通过镜头部件的偏转来实现光学防抖动。 通过镜头部件的偏转来补偿和 消除初始安装位置及对焦平移过程中和对焦平 移后镜头的寄生偏转运动， 以及 保证图像传感器相位检出单元的检出信号符合 相位对焦图像传感器的应用要求 。 通过镜头偏转及对焦运动对 PDAF图像传感器检出相位信息偏移的关系表格� � 补偿消除光学防抖对 PDAF图像传感器检出相位信息的影响从而实现� �学防抖与 PDAF图像传感器快速相位对焦功能的兼容。

[0048] 对焦马达的自动化调试系统来解决生产工艺复 杂良率低的问题， 降低 PDAF摄 像头的生产自动化设备要求， 简化后端调试校正技术与工艺要求， 提高生产良 率， 降低生产成本。

[0049] 通过光学防抖动的算法根据陀螺仪检出运动信 号相应的驱动镜头部件实现光学 防抖动。 [0050] 以往的技术在镜头在初始安装位置的误差的处 理方面往往需要在普通的自动对 焦模组的生产工艺流程的基础上增加昂贵的光 学自动校准设备 (AA机)及其复杂 的工艺流程， 而在镜头移动过程中所难以避免的寄生倾斜偏 转运动则需要靠经 过专门检测筛选高精度的 AF马达来实现， 这几方面涉及到复杂的昂贵的设备及 复杂的工艺流程使得 PDAF智能手机摄像头模组的生产成本高而且良� �极低。 同 吋， 高像素的自动对焦智能手机摄像头常常有因人 手抖动而引起图像模糊的问 题。 这几方面的在 PDAF摄像头的生产自动化设备要求及后端调试� �正技术与手 段要求极高， 导致其生产良率和效率都很低， 使得 PDAF智能手机摄像头很难普 及应用。 相比之下， 本发明摄像模组及控制方法能在普通自动对焦 模组的生产 工艺流程的基础上无需增加特别的设备及工艺 流程， 仅只是通过现有的一套自 动光学防抖校正系统软件 (Auto Turner, AT)就可以完成。

[0051] 本发明能够实现智能手机摄像头模组的柔性兼 容， 无需特别的自动化设备的投 入与增加复杂的工艺流程， 能极大提高摄像头的生产良率与效率， 同吋能具有 结构简单， 集成度高， 所选零件数量较少， 价格经济等特点， 本发明的推出将 能够使得 OIS+PDAF智能手机摄像头能够实现量产极具推广� ��用价值。

[0052] 参下参照图 4至图 11， 对本发明的原理再作更进一步说明。

[0053] 参照图 4和图 5， 由于加工或者装配误差， 在马达转子 12在初始位置就可能会有 相对于相位自动对焦图像传感器 2存在倾斜角度， 可能会使得目标景区因为与相 位自动对焦图像传感器 2的夹角而无法在相位自动对焦图像传感器 2上清晰成像 ； 同样， 如图 6所示， 由于在马达转子 12进行沿 Z轴运动而实现自动对焦的过程 中或者运动完成后， 如果不经补偿， 由于机械系统的加工装配误差及机械零件 的特性的误差等很容易会使得马达转子 12上的镜头部件 122在沿 Z轴移动对焦的 过程中产生寄生倾斜运动， 从而影响成像质量。 如图 8所示， 在本发明的例子中 可以通过调节各个不同位置的电磁驱动器从而 调节镜头部件 122偏转而使图像清 晰成像于相位自动对焦图像传感器 2。

[0054] 附图 9本发明应用于智能手机吋， 本发明的对焦马达 1和相位自动对焦图像传感 器 2配合单片机 4和运动检测的陀螺仪 5来使用， 通过手机连接器 6连接手机主控 电路。 [0055] 附图 10表示一个基于可控镜头倾斜的光学防抖马达� ��相位检测图像传感器的实 现光学防抖工作模式下镜头倾斜吋相位信息移 动的原理。 相位检测图像传感器 2 的工作原理是基于镜头沿光轴方向移动吋检出 相位信息的变化来计算镜头在准 确合焦的位置， 然后驱动镜头迅速到达该点从而形成快速对焦 。 但是， 当镜头 偏转吋也会使得检出的相位信息移动， 例如， 当镜头沿光轴的对焦运动移动位 置为 d， 镜头倾斜的角度为 Θ吋， 相位的检出位置会偏移出 P (pL， pR) 个像素位 置， 并由此编制相位变化信息对镜头倾斜角度及对 焦移动位移的关系表。

[0056] 附图 11表示， 基于可控镜头倾斜的光学防抖马达与相位检测 传感器的实现光学 防抖与自动对焦动作中镜头倾斜及对焦移动吋 相位变化信息对镜头倾斜角度及 对焦移动位移的关系表格。 按一定的规在 y方向重复附图 10的实验， 可以获得 y 方向镜头偏转与镜头光轴轴向移动吋相位检出 信息的偏移像素距离表。 同理， 也可以获得 X方向镜头偏转与镜头光轴轴向移动吋相位检� �信息的偏移像素距离 表。 由于摄像头镜头在相互垂直的 X方向与 y方向是轴旋转对称的结构， 所以镜 头在其他方向上的倾斜角对相位检出信息的偏 移像素距离值可以由相应的相互 垂直的 X方向与 y方向的偏移像素距离表格中的值进行矢量合� �获得。 用所获得 偏移像素距离补偿消除在光学防抖过程镜头的 倾斜对相位检出信息的影响就可 以获得镜头在光轴轴向运动对相位检出信息的 影响。 由该补偿后的相位检出信 息就可以达到快速计算准确合焦吋镜头所在位 置同吋驱动镜头到达该位置从而 实现快速对焦及兼容镜头可控倾斜式光学防抖 功能。

[0057] 调试详细流程和步骤可以更改， 举实例只说明在改变行程后根据当吋的镜头光 学防抖偏转指令进行相位检出信号补偿从而提 高相位检测对焦准确度及对焦速 度。