Apple今日一项全新获批专利显示,品牌研发出一款相机专用特种柔性排线,可实现图像传感器物理位移,以此达成光学防抖、自动对焦等功能。该发明攻克了一项棘手的工程矛盾:排线既要传输传感器输出的超高速信号,又需保有充足柔韧性,不能阻碍、干扰传感器高精度位移。
可移动图像传感器无法用常规硬质电路板和相机固定端相连,必须搭配可反复形变的柔性线路。驱动马达带动传感器相对镜头发生位移时,排线需同步弯折形变;位移类型包括平行于传感器成像平面的防抖平移、垂直于成像平面的对焦伸缩,或是多轴复合运动。
随着相机像素规格、数据传输速率不断提升,这项设计的难度同步加大。仅单层导电层的柔性排线机械阻力更小,但高速传输时信号完整性难以达标;增设第二层导电层可优化电气性能,一层走线、一层接地屏蔽。但Apple指出,双层导电排线的硬度会是同规格单层排线的3至10倍。额外增加的刚性会抵消相机马达的磁力输出,限制传感器的活动行程。
Apple的解决方案并非单纯减薄排线厚度,而是对柔性排线不同分段做差异化结构重构,让同一条排线在不同区域分别满足高电气稳定性、低形变阻力、尺寸不变形三类需求。
这款相机模组包含固定基座、可位移图像传感器,以及连接二者的动态柔性排线。排线一端或多端固定在相机基座,活动端与图像传感器绑定,中间过渡段随传感器运动改变自身形态。
活动端和传感器同步位移,排线持续维持电路连通,负责在运动传感器组件与相机固定电路之间传输图像数据、供电电流、控制指令,或是多类信号复合传输。
中间过渡段由多处柔性活动区、一体成型弯折段拼接而成,各分段沿相机模组不同平面延展,形成三维走线路径,在X、Y、Z三轴运动下呈现差异化形变阻力。
可按需调整各柔性段的长度与排布角度,降低特定方向的弯折阻力。部分分段适配垂直成像平面的对焦运动,其余分段适配平面内平移防抖。专利附图中展示了对称双分支固定端设计,能够均匀分摊走线布局与传感器运动带来的机械应力。
这种几何结构让排线不再只是被动传输线材,而是成为传感器悬浮支撑结构的一部分,排线的外形、走向、硬度都经过校准,适配相机马达产生的驱动力。
该发明电气核心为多层柔性线路结构:一层导电层用于传感器图像信号走线,第二层作为接地屏蔽层;两层导电层之间由绝缘层隔开,底层基材提供结构支撑,表层保护层遮盖走线线路。
增设接地层至关重要,高像素传感器的高速数据流极易受电磁干扰、阻抗波动影响,相比单层裸露走线,紧邻信号线的接地层可以构建更稳定可控的传输链路。
但多层堆叠结构也带来了专利想要解决的机械难题:更多铜箔与基材会提升排线弯折硬度。排线过硬时,马达需要输出更大推力才能移动传感器,还会产生反向回弹应力,拖累防抖精度、响应速度,同时增加功耗。
为此,Apple在排线柔性区域选择性剔除多余材料,形成多条细长柔性悬臂。不再依靠整条宽幅多层排线弯折受力,而是将机械应力分摊至两根及以上长条悬臂,部分实施案例会采用至少三条悬臂。
柔性悬臂通过蚀刻等减材工艺加工成型,悬臂之间剔除导电层、绝缘层与基底基材,剩余条状线路保留完整走线能力,整体形变阻力远低于完整无分割的多层排线。
这正是本专利核心的平衡设计思路:保留保障高速信号传输的多层电气结构,同时通过局部剔除材料,抵消双层导电层带来的硬度上升。专利核心保护方案同时覆盖多层线路结构、可位移传感器模组、柔性悬臂、弯折区局部减薄基材这四项特征。
Apple没有将整条排线统一设计成同等柔韧度。长柔性活动区负责跟随传感器形变,一体成型弯折段则要维持固定的三维转折角度。
弯折段区域会局部剔除基底基材,方便加工时弯折成型;成型后可增设加固层、硬质补强片锁定弯折角度。加固材质可选用聚酰亚胺、铝、不锈钢等适配材料。
整套排线硬度分布呈差异化设计:可活动的柔性区段保持低阻力特性,带加固层的弯折段硬度更高,稳定维持走线造型。加固层还能减少弯折点位的反复形变损耗,避免尖锐折角位置长期使用出现破损。
专利记载结构方案:弯折区域局部削减基底材料,接线区域大面积去除基底;柔性区段保留完整多层走线结构,但分割为多条悬臂降低阻力;弯折点位增设局部补强,整机工作期间折角形态不会改变。
专利设备权利要求明确限定:弯折段在设备运行过程中维持固定弯折形态,基底可选用合金基材;同时覆盖固定接线端、绑定传感器的活动端、包含柔性区与弯折区的中间过渡结构。
Apple同时保护该排线专属生产流程:先加工双层导电层、绝缘层、基底复合多层电气基材;再剔除柔性区多余材料,成型多条平行柔性悬臂;在弯折段进一步削减基材,预留弯折空间;最后增设加固层锁定弯折角度。
这项工艺专利具备很高参考价值,保护范围不仅包含成品相机模组,还包括这套精准调控排线硬度的材料剔除加工方案。
排线复合层可由铜箔、胶层、聚酰亚胺组成,Apple也提及选用超薄基材与导电层来降低整体硬度,权利要求覆盖塑料、合金各类基底材质。
这项设计最关键的突破,是在单一微型零件内实现冲突性能的分区化解。需要高速信号传输的区域采用多层导电结构,需要自由形变的区域分割为细长柔性悬臂,需要弯折成型的点位局部减薄基材,需要固定造型的折角增设加固补强。
该方案远优于整体均匀薄款排线设计:通体柔软的单层排线无法满足高速电气传输需求,完整多层排线又会阻碍传感器位移。Apple这套分层分区架构,在不中断高速稳定电路连接的前提下,让排线不同分段拥有差异化形变特性。
这项技术对传感器位移式光学防抖至关重要,该方案依靠传感器整体移动,而非仅依靠镜头模组位移实现防抖。高像素传感器、高速连拍功能对运动部件的数据传输线路提出更高要求,新一代防抖系统还需要多轴高速、高精度位移控制。
Apple专利覆盖iPhone、iPad、Mac、便携相机、头戴设备等全品类硬件,兼容传统光学镜头、折叠光路两种镜头方案。
这项技术的实用价值隐藏在相机外观参数之下。随着传感器传输速率提升、防抖机械结构愈发精密,连接传感器的柔性排线会成为性能瓶颈。该发明解决了二者的矛盾,不用在高速图像传输与传感器自由多轴位移之间二选一。
