解讀智能手機(jī)光學(xué)防抖技術(shù)以及鏡頭驅(qū)動(dòng)方案
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)。
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