ROHM解读智能手机光学防抖技术以及镜头驱动方案

日期:2016-11-11

 
日前,全球知名半导体制造商ROHM在北京举办智能手机的光学防抖(OIS)技术以及镜头驱动方案发布会,ROHM株式会社LSI商品开发本部马达控制LSI商品开发部控制开发科顾问关本芳宏先生、ROHM半导体(上海)有限公司设计中心副所长金东辉先生出席,介绍了ROHM擅长的应用于摄像头模块的镜头驱动器反馈控制技术,并承诺不断研发推陈出新,共同为中国电子行业的蓬勃发展做出贡献。
 
防抖有哪些策略
金东辉表示,以智能手机为首,摄像头不断向高精度化,市场需求也不断提高,所以防抖技术今后也会继续发展。他希望通过这样的机会,能够让更多人知道ROHM的技术。
他首先介绍了智能手机的光学防抖(OIS)技术以及镜头驱动方案。常见防抖对策包括:大像素,会降低分辨率;大镜头,使光学结构尺寸大;电子防抖,使像素减少,仅适用低频抖动;光学防抖,适用范围广、实用。
如图1所示,相机抖动一个角度时,远处的物体偏移的量非常大,所以扭动的动作对图像造成的破坏最严重。如果物体稍微近一点,这个扭动就没有那么严重了。如果抖动成分主要是平移的成分,反过来,物体距离越小,画面影响就越严重,尤其是在拍微距的时候,屏动是不能忽略的。只要集中解决pitch为和Yaw,就解决了扭动的问题。
 

图1:相机的抖动对画面的影响
 
图2是OIS的工作原理,即光轴补偿。
 

图2:OIS的工作原理
 
OIS的效果怎么评估呢?金东辉说,它有一个量化评价标准。假设没有抖动,图形是一个圆形;有抖动,没有开补偿时会晃动一个幅度,中间会糊掉;补偿开了以后,这个画面仍然不可能是完美的,但是抖动的幅度会有明显的下降。把这两个抖动的值做一个除法,经过运算得到压制比的一个参数。如果一般消费者看,有没有光学防抖的效果,就是一个定性的评价,很多都是主观评价。另外简单比较表明,开OIS的效果就相当于快门速度提了三级,大概是8到10倍的样子。比如开校正的时候,可以用1/15秒的曝光,就相当于光校正以后的125/1秒,这两个图像基本上是等价的,见图3。
 

图3:OIS的效果评估
 
还有一种电子防抖(EIS)的方法,见图4,金东辉对两者进行了比较,见图5。
 
图4:电子防抖(EIS)
 

图5:光学防抖和电子防抖的区别
 
应用于摄像头模块的镜头驱动器反馈控制技术
谈到ROHM擅长的应用于摄像头模块的镜头驱动器反馈控制技术,金东辉先介绍了摄像头结构以及镜头驱动相关部件。如图6,中间部分是摄像头模组的主要部分,灰色的是外壳,下面是PCV以及传感器,中间白色的部分是镜头组,镜头组需要上下延Z方向移动,即AF方向的移动,主要用途是聚焦,现在所有手机的前置摄像头都带AF。后置的也有人搭载AF。另外OIS必须让马达在XY平面移动,追踪整个图像。另外都要有一个马达驱动,给它多少电流就移动多少位置。
 

图6:摄像头结构以及镜头驱动相关部件
 
ROHM镜头驱动芯片产品系列很多,如图7所示。
 

图7:ROHM镜头驱动芯片产品系列
 
金东辉还对前馈型和反馈型AF/OIS进行了比较,并介绍了反馈性AF控制的优势,见图8和图9。他指出,前馈型是系统检测到失焦信号,通过图像的比较知道是否失焦,如失焦就直接让VCM马达推动镜头到一定的位置,这一轮的控制就结束了。反馈型不一样,用Servo DSP控制,首先也是检测抖动或失焦信号,经过各种运算,把VCM推到一定的位置。这个位置迅速由hall检测,反馈到DSP,知道镜头不是已经推到了要的位置。如果有一定误差,会迅速不停循环,只要CPU给系统下了一个指令,把镜头推到某个位置后,就可以完全以4轴DSP来控制。
反馈型的优势有几方面,一是抗冲击。镜头一般用VCM驱动,有一个弹簧,外面如果有一个撞击,镜头就会晃,偏离原来的位置,如果不加任何的控制的话,晃动慢慢衰减,时间很长,这段时间内一直得不到清晰的图像。如果加一个反馈控制,只要偏离一点位置,马上就拉到中心位置,这样可以使大部分时间内得到清晰的图像。第二是抗振动,原理跟抗冲击差不多,比如把手机放在三脚架上,会有外部振动,这样镜头会偏离该有的位置,这时候用close loop,也可以迅速拉回正常位置。close loop控制非常快,比如拍照的时候,好不容易找到一个物体,推拉对焦时间很长。别小看这个时间,看起来只有100毫秒,但迅速回到目标位置很重要。
 

图8:前馈型和反馈型AF/OIS的比较
 
 

图9:反馈性AF控制的优势
 
总之,ROHM镜头驱动的特点在于,它是一个高性能的伺服系统控制,是经过严密的仿真和现场调试做出来的芯片,同时也加了新的PWM驱动马达。PWM可以省掉很多功耗,推拉镜头都是耗电的工作,如果能够在这里面省下20、30%的电,也是非常大的效果。另外就是ROHM整个开发和支持体系非常完整,包括对模组厂、手机厂的支持。到目前为止,ROHM公司OIS/AFDriver累计出货量已突破100亿个。
金东辉还向记者展示了ROHM OIS的优异拍摄效果,见图10。
 

图10:ROHM OIS的优异拍摄效果
 
关本芳宏在最后表示,近年来,智能手机摄像头有了长足的进步,不用说自动对焦功能了、防抖功能,变焦功能也都陆续普及了,开始出现覆盖小型数码相机功能的趋势。以前,手机带有防抖功能可以说是身份的象征,现在渐渐发展到更加实用,为了在光线不能暗的地方,或者拍远处的物体的时候也能拍的清楚,防抖作为照相机的功能也开始渐渐使用了。因此,人们对光学今后的期待也越来越高。ROHM是从2008年开始镜头驱动器,2012年与日本和欧洲和一些手机巨头合作,第一次推出了搭载光学防抖功能的手机,这些手机上用的就是ROHM的镜头驱动器产品,从那以后,有更多的手机厂商搭载带光学的防抖功能的镜头处理器。
ROHM充分利用光学防抖控制领域的关键技术——反馈控制技术。现在很多客户都在采用ROHM的搭载自动对焦反馈控制功能的镜头驱动器。ROHM今后也会继续面向中国市场,推广镜头驱动器产品,为中国的手机,包括智能手机经济的发展做出贡献。
www.rohm.com.cn

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