作者：劉洪

日前，全球知名半導(dǎo)體制造商ROHM在北京舉辦智能手機(jī)的光學(xué)防抖（OIS）技術(shù)以及鏡頭驅(qū)動(dòng)方案發(fā)布會(huì)，ROHM株式會(huì)社LSI商品開發(fā)本部馬達(dá)控制LSI商品開發(fā)部控制開發(fā)科顧問(wèn)關(guān)本芳宏先生、ROHM半導(dǎo)體（上海）有限公司設(shè)計(jì)中心副所長(zhǎng)金東輝先生出席，介紹了ROHM擅長(zhǎng)的應(yīng)用于攝像頭模塊的鏡頭驅(qū)動(dòng)器反饋控制技術(shù)，并承諾不斷研發(fā)推陳出新，共同為中國(guó)電子行業(yè)的蓬勃發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

 

 

防抖的策略有哪些

金東輝表示，以智能手機(jī)為首，攝像頭不斷向高精度化，市場(chǎng)需求也不斷提高，所以防抖技術(shù)今后也會(huì)繼續(xù)發(fā)展。他希望通過(guò)這樣的機(jī)會(huì)，能夠讓更多人知道ROHM的技術(shù)。

他首先介紹了智能手機(jī)的光學(xué)防抖（OIS）技術(shù)以及鏡頭驅(qū)動(dòng)方案。常見防抖對(duì)策包括：大像素，會(huì)降低分辨率；大鏡頭，使光學(xué)結(jié)構(gòu)尺寸大；電子防抖，使像素減少，僅適用低頻抖動(dòng)；光學(xué)防抖，適用范圍廣、實(shí)用。如圖1所示，相機(jī)抖動(dòng)一個(gè)角度時(shí)，遠(yuǎn)處的物體偏移的量非常大，所以扭動(dòng)的動(dòng)作對(duì)圖像造成的破壞較嚴(yán)重。如果物體稍微近一點(diǎn)，這個(gè)扭動(dòng)就沒(méi)有那么嚴(yán)重了。如果抖動(dòng)成分主要是平移的成分，反過(guò)來(lái)，物體距離越小，畫面影響就越嚴(yán)重，尤其是在拍微距的時(shí)候，屏動(dòng)是不能忽略的。只要集中解決pitch為和Yaw，就解決了扭動(dòng)的問(wèn)題。

 

圖1：相機(jī)的抖動(dòng)對(duì)畫面的影響

 

圖2是OIS的工作原理，即光軸補(bǔ)償。

 

圖2：OIS的工作原理

 

OIS的效果怎么評(píng)估呢？金東輝說(shuō)，它有一個(gè)量化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。假設(shè)沒(méi)有抖動(dòng)，圖形是一個(gè)圓形；有抖動(dòng)，沒(méi)有開補(bǔ)償時(shí)會(huì)晃動(dòng)一個(gè)幅度，中間會(huì)糊掉；補(bǔ)償開了以后，這個(gè)畫面仍然不可能是完美的，但是抖動(dòng)的幅度會(huì)有明顯的下降。把這兩個(gè)抖動(dòng)的值做一個(gè)除法，經(jīng)過(guò)運(yùn)算得到壓制比的一個(gè)參數(shù)。如果一般消費(fèi)者看，有沒(méi)有光學(xué)防抖的效果，就是一個(gè)定性的評(píng)價(jià)，很多都是主觀評(píng)價(jià)。另外簡(jiǎn)單比較表明，開OIS的效果就相當(dāng)于快門速度提了三級(jí)，大概是8到10倍的樣子。比如開校正的時(shí)候，可以用1/15秒的曝光，就相當(dāng)于光校正以后的125/1秒，這兩個(gè)圖像基本上是等價(jià)的，見圖3。

 

圖3：OIS的效果評(píng)估

 

還有一種電子防抖（EIS）的方法，見圖4，金東輝對(duì)兩者進(jìn)行了比較，見圖5。

 

圖4：電子防抖（EIS）

 

圖5：光學(xué)防抖和電子防抖的區(qū)別

 

應(yīng)用于攝像頭模塊的鏡頭驅(qū)動(dòng)器反饋控制技術(shù)

談到ROHM擅長(zhǎng)的應(yīng)用于攝像頭模塊的鏡頭驅(qū)動(dòng)器反饋控制技術(shù)，金東輝先介紹了攝像頭結(jié)構(gòu)以及鏡頭驅(qū)動(dòng)相關(guān)部件。如圖6，中間部分是攝像頭模組的主要部分，灰色的是外殼，下面是PCV以及傳感器，中間白色的部分是鏡頭組，鏡頭組需要上下延Z方向移動(dòng)，即AF方向的移動(dòng)，主要用途是聚焦，現(xiàn)在所有手機(jī)的前置攝像頭都帶AF。后置的也有人搭載AF。另外OIS必須讓馬達(dá)在XY平面移動(dòng)，追蹤整個(gè)圖像。另外都要有一個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，給它多少電流就移動(dòng)多少位置。

 

圖6：攝像頭結(jié)構(gòu)以及鏡頭驅(qū)動(dòng)相關(guān)部件

 

ROHM鏡頭驅(qū)動(dòng)芯片產(chǎn)品系列很多，如圖7所示。

 

圖7：ROHM鏡頭驅(qū)動(dòng)芯片產(chǎn)品系列

 

金東輝還對(duì)前饋型和反饋型AF/OIS進(jìn)行了比較，并介紹了反饋性AF控制的優(yōu)勢(shì)，見圖8和圖9。他指出，前饋型是系統(tǒng)檢測(cè)到失焦信號(hào)，通過(guò)圖像的比較知道是否失焦，如失焦就直接讓VCM馬達(dá)推動(dòng)鏡頭到一定的位置，這一輪的控制就結(jié)束了。反饋型不一樣，用Servo DSP控制，首先也是檢測(cè)抖動(dòng)或失焦信號(hào)，經(jīng)過(guò)各種運(yùn)算，把VCM推到一定的位置。這個(gè)位置迅速由hall檢測(cè)，反饋到DSP，知道鏡頭不是已經(jīng)推到了要的位置。如果有一定誤差，會(huì)迅速不停循環(huán)，只要CPU給系統(tǒng)下了一個(gè)指令，把鏡頭推到某個(gè)位置后，就可以完全以4軸DSP來(lái)控制。

反饋型的優(yōu)勢(shì)有幾方面，一是抗沖擊。鏡頭一般用VCM驅(qū)動(dòng)，有一個(gè)彈簧，外面如果有一個(gè)撞擊，鏡頭就會(huì)晃，偏離原來(lái)的位置，如果不加任何的控制的話，晃動(dòng)慢慢衰減，時(shí)間很長(zhǎng)，這段時(shí)間內(nèi)一直得不到清晰的圖像。如果加一個(gè)反饋控制，只要偏離一點(diǎn)位置，馬上就拉到中心位置，這樣可以使大部分時(shí)間內(nèi)得到清晰的圖像。第二是抗振動(dòng)，原理跟抗沖擊差不多，比如把手機(jī)放在三腳架上，會(huì)有外部振動(dòng)，這樣鏡頭會(huì)偏離該有的位置，這時(shí)候用close loop，也可以迅速拉回正常位置。close loop控制非常快，比如拍照的時(shí)候，好不容易找到一個(gè)物體，推拉對(duì)焦時(shí)間很長(zhǎng)。別小看這個(gè)時(shí)間，看起來(lái)只有100毫秒，但迅速回到目標(biāo)位置很重要。

 

圖8：前饋型和反饋型AF/OIS的比較

 

 

圖9：反饋性AF控制的優(yōu)勢(shì)

 

總之，ROHM鏡頭驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)在于，它是一個(gè)高性能的伺服系統(tǒng)控制，是經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的仿真和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試做出來(lái)的芯片，同時(shí)也加了新的PWM驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。PWM可以省掉很多功耗，推拉鏡頭都是耗電的工作，如果能夠在這里面省下20、30%的電，也是非常大的效果。另外就是ROHM整個(gè)開發(fā)和支持體系非常完整，包括對(duì)模組廠、手機(jī)廠的支持。到目前為止，ROHM公司OIS/AFDriver累計(jì)出貨量已突破100億個(gè)。

金東輝還向記者展示了ROHM OIS的優(yōu)異拍攝效果，見圖10。

 

圖10：ROHM OIS的優(yōu)異拍攝效果

 

關(guān)本芳宏在較后表示，近年來(lái)，智能手機(jī)攝像頭有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，不用說(shuō)自動(dòng)對(duì)焦功能了、防抖功能，變焦功能也都陸續(xù)普及了，開始出現(xiàn)覆蓋小型數(shù)碼相機(jī)功能的趨勢(shì)。以前，手機(jī)帶有防抖功能可以說(shuō)是身份的象征，現(xiàn)在漸漸發(fā)展到更加實(shí)用，為了在光線不能暗的地方，或者拍遠(yuǎn)處的物體的時(shí)候也能拍的清楚，防抖作為照相機(jī)的功能也開始漸漸使用了。因此，人們對(duì)光學(xué)今后的期待也越來(lái)越高。ROHM是從2008年開始鏡頭驅(qū)動(dòng)器，2012年與日本和歐洲和一些手機(jī)巨頭合作，第一次推出了搭載光學(xué)防抖功能的手機(jī)，這些手機(jī)上用的就是ROHM的鏡頭驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品，從那以后，有更多的手機(jī)廠商搭載帶光學(xué)的防抖功能的鏡頭處理器。

ROHM充分利用光學(xué)防抖控制領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)——反饋控制技術(shù)。現(xiàn)在很多客戶都在采用ROHM的搭載自動(dòng)對(duì)焦反饋控制功能的鏡頭驅(qū)動(dòng)器。ROHM今后也會(huì)繼續(xù)面向中國(guó)市場(chǎng)，推廣鏡頭驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品，為中國(guó)的手機(jī)，包括智能手機(jī)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

www.rohm.com.cn