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创新永不停步,MEMS OIS静电马达升级双摄防抖技术
时间:2017-10-21 浏览:7933
在移动消费电子设备日益趋于“同款”的当下,能够实现差异化的新技术,是移动消费电子产品迅速占领市场的主要手段。概括地说,“日新月异”是移动消费电子行业的基本标志,也是手机品牌企业在激烈的市场竞争中需要实现的目标追求。在消费者更青睐于高颜值高像素的产品需求驱动下,摄像头方面如像素、防抖技术、算法等方面的“新”与“异”仍会主导手机创新。
 
如三星Note 8、iPhoneX在手机摄像头拍摄时防抖技术的升级,二者均为两个摄像头同时配备了VCM&OIS光学防抖功能,是智能手机双摄像头技术的又一创新,对手机用户拍照体验的提升又迈出了重大的一步。
 
音圈马达(VCM),其工作原理是在一个永久磁场内,通过改变马达内线圈的直流电流大小,来控制弹簧片的拉伸位置,从而带动上下运动。其功能是使手机摄像头实现自动对焦,调节镜头位置,呈现更加清晰的图像。不同厂商的 VCM 结构均有所差异,不过大致可以分为外壳、支架、前垫片、前簧片、导磁、线圈、载体、后垫片、后弹簧和底座几个部分。目前VCM 以其结构简单、体积小等特点较好的契合了手机市场对于外观的需求,从而得到广泛应用。 
OIS光学防抖技术,其工作原理主要是通过陀螺仪传感器来侦测手机拍摄时抖动的倾斜角度,再把信号传至微处理器,计算倾斜导致的图像偏移量,接着通过控制镜片相对于图像传感器做方向相反但偏移量相等的平移,以补偿手抖引起的偏移图像,从而保证拍照时即使手抖也能做到成像稳定的效果。
 
而VCM&OIS光学防抖技术,是目前业内公认的提高微型摄像头拍照稳定性的先进技术。拍照时通过移动镜头光学防抖的马达能进行物理性修复,从而起到稳定拍摄、提升暗光拍摄品质和增强画面亮度的效果,一些高端机型如iPhone7就是应用VCM&OIS光学防抖技术来增大拍摄成功的概率,其运作原理是将镜头组件固定在一个用电磁场悬挂起来的平面稳定架上,平面上4根等长的悬丝在电磁场的控制下移动镜组,由于悬丝是不会接触任何地方,所以在磁场里面宛如被丝线悬挂的样子,让镜头组在平行于图像传感器的平面上沿任意方向做微小平移(一般在正负100微米以内),以补偿手机拍照时的倾斜抖动。
 
然而,在双摄加速渗透的现实下,VCM&OIS光学防抖技术也暴露了一定的缺陷。就比如,iPhone7支持OIS光学防抖技术,但是iPhone 7 Plus并没有OIS光学防抖技术,只应用双自动对焦技术。其原因在于OIS光学防抖是要加上一个陀螺仪传感器,且两颗摄像头距离太近,不能很好的解决磁干扰问题,那么要实现双OIS光学防抖技术的话,双摄像头在考虑磁干扰等问题上还会额外增加一定的体积,会影响外观,所以iPhone 7 plus双摄没法采用双OIS光学防抖技术。而没有光学防抖技术的拍摄情况下,成像效果以及稳定性在一定程度上减分不少。
 
如若要在双摄像头基础上再配备双VCM&OIS,一是需要加大模组体积,但这会影响手机整个外观的美感;二是需要考虑磁干扰问题,解决磁干扰的方式可以选择导磁片或在VCM前期的设计优化磁路以解决双OIS的磁性,这对目前现有的技术提出了更高的要求。市场上能做到的厂商为数不多。
 
但是实际上,因磁干扰以及体积等问题,一些手机品牌厂商为了双摄像头而舍去了OIS光学防抖技术,使得大光圈下先拍照后对焦,模糊深景。这其实应用的是模糊扣图算法,而这种算法存在致命问题是不能有效的识别相近颜色物体的边界,在夜景模式下合成图像速度长达15~20秒,且只适合在三脚架下拍摄,而消费者手持手机不可能这么长时间不抖动。最终结果是,只要手稍微抖动就会造成物体模糊甚至变形。这和消费者追求高颜值高像素且稳定的图像效果是相悖的。
 
为了能够更好的解决手机双摄成像的磁干扰以及稳定性等问题,实现成像效果更接近专业相机的水平,在光学防抖技术领域,继VCM&OIS光学防抖技术之后,MEMS( 微机电系统)OIS静电马达或将为解决双摄像头的磁干扰、成像稳定性以及体积等问题提供可行方案。
 
为了深入行业了解MEMS 光学防抖技术,旭日大数据走访了MEMS Drive Inc.,MEMS Drive Inc. 是一家创新型半导体公司,致力于研发、制造和营销前沿的微机电驱动马达。目前产品主要应用在便携式电子移动设备如手机、AR、VR等摄像头。其核心团队在微机电马达领域均有着10年以上的设计以及量产经验。
 
由MEMS Drive Inc.创新研发的MEMS OIS是一款微机电静电驱动马达, 能够将全幅单反相机通过移动图像传感器达到X,Y,Pitch,Yaw,Roll 5 轴空间维度防抖的方式实现在手机摄像头上,可以非常快速、精确地使图像传感器在平面上进行X, Y平移以及旋转移动,从而补偿在不同空间维度上因为手抖产生的光轴倾斜位置。
 
简单说来,MEMS OIS静电马达体积仅比图像传感器稍大一点点,一般贴附于CMOS后面,可利用电压产生吸附效果移动物件,具有结构简单,空载转速高等优点。据旭日大数据对MEMS drive Inc.的调研,于VCM&OIS而言,MEMS OIS的防抖能力更胜一筹。经现场测试,其他参数条件相同的基础上,将两台手机同时置于振动台上,即可见MEMS OIS静电马达的惊人光学稳定性能。装有MEMS OIS静电马达的手机在同样的抖动情况下比目前业内装有最新一代VCM&OIS马达的手机成像更稳定,前者抓拍时比后者更清晰,后者的图像会模糊甚至出现拖尾。另外,在低光环境下,MEMS OIS静电马达可以实现超长曝光时间,这一点在夜拍情况中尤为重要和明显。
 
 
二者的成像稳定性不同,其根本原因在于二者的工作原理不同。VCM&OIS马达工作时移动的是镜头,而MEMS OIS静电马达利用半导体的静电吸附能力,物理移动图像传感器,而非移动镜头。这一点对手机厂商而言尤为重要,因能够任意选用最适合的镜头与AF马达与其搭配,且不会产生镜头倾侧导致图像画质降低,从而省去很多麻烦。
 
此外,因二者的工作原理不同,MEMS OIS静电马达的优点还包括:由于MEMS OIS静电马达不带磁铁线圈,因此不存在电磁干扰,可以直接采用标准8.5 x 8.5 AF 马达,相比VCM&OIS光学防抖技术马达,可以使整个摄像头模组的尺寸大大变小;几乎不耗电,功耗比VCM&OIS马达少100倍;几乎不发热;兼容所有AF和镜头设计以及全自动测试和组装。
 
而在双摄层面,若两颗VCM马达搭配双OIS光学防抖技术,在对焦的时候需要足够的空间来回移动镜头,整个模组体积所以会大很多。而静电马达的长宽和AF一样,相比VCM&OIS的体积要小一点,且与图像传感器紧贴一起,工作时可以说不需要额外的移动空间。另因不产生磁性,没有电磁干扰,在双摄像头模组上,两颗摄像头理论上还可以放得更近点,切实解决手机双摄像头模组的磁干扰以及体积大的问题。
 
虽然说,摄像头模组的体积主要是由镜头中镜片的数量决定的,但是MEMS OIS静电马达解决了VCM&OIS马达的电磁干扰问题,理论上还是可以减少整个双摄像头模组的体积。而最主要的是,MEMS OIS静电马达的成像稳定性是经得起考验的,其在双摄的应用中,或属异军。在追求创新,实现产品差异化的大环境下,其“异”大有可为。
 
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