ROHM的光学防抖技术和镜头驱动方案让智能手机拍照不再怕

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在几年前，人们出门游玩都是用卡片机和单反拍照留念，而近两年，在景点人们都是举着自拍杆用手机拍照。随着智能手机的高速发展，不仅功能越来越智能化，摄像头也不断高精度化，现在智能手机的摄像头已然赶上一个数码相机，某些地方已经超过了以前的数码相机，而且手机拍照比数码相机更人性化。例如日前VIVO所发布手机中的前置双摄像头再次掀起一阵热潮，像素和摄像头已然成为智能手机的一大卖点。
ROHM日本总部LSI商品开发部数字控制开发课顾问的关本芳宏表示：“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，开始渐渐覆盖小型数码相机功能的趋势。特别是防抖功能，以前有一段时间，手机上带有防抖功能可以说是高端手机的标志。现在渐渐发展到更加实用的考虑，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，作为照相机的功能也开始渐渐使用了，正因为如此，对光学今后的期待也是越来越高的。ROHM是从2008年开始镜头驱动器，2012年的时候在日本和欧洲和一些手机巨头合作，当时是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了。
ROHM充分发挥着光学防抖控制领域的关键技术，就是反馈控制技术，现在很多客户都是在采用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。”


ROHM Co., Ltd. LSI商品开发本部马达控制LSI商品开发部数字控制开发课顾问关本芳宏
对于智能手机的拍照功能，各大厂商可以说是不惜血本，都想将专业相机直接装到智能手机上。例如专业相机的标志：广角镜头和长焦镜头的切换。在最新的手机里面，已将广角和长焦的镜头集成到手机里面，是一个非常小型化的双摄像头，这样一个技术移植的过程并不是一帆风顺的，有很多实际的工作要做，很多的问题要解决。其中如何拍到远景的清晰图像就是一个问题，解决这些问题的一个关键就在于防抖技术。在防抖技术中有电子防抖和光学防抖，在手机中最常使用并且最有前景的就是光学防抖。
日前，ROHM在北京举办发布会，向媒体朋友介绍了ROHM擅长的应用于智能手机的光学防抖和镜头驱动方案。ROHM上海设计中心副所长金东辉详细介绍了光学防抖的原理和效果，以及ROHM在摄像头模块的镜头驱动器反馈控制技术。

光学防抖的原理和效果
光学防抖即是OIS，它通过可移动式的部件，对发生手震的光路进行补偿，从而实现减轻照片模糊的效果。


图1光学防抖的原理：光轴补偿

OIS的效果怎么评估？ROHM上海设计中心副所长金东辉说：“对于OIS效果，工程上有一个量化参数叫SR，即抖动压制比。它是这么定义的：如图，假设画面没有抖动时像是一个完美的圆形。如果图像抖动，它会有一个范围，在这个抖动范围内的像素会变模糊，我们先记录这个模糊像素的数量。开启OIS功能后这个抖动的范围会有缩小，模糊的像素也相应的减少。我们把这两种情况下模糊像素的数量比值用dB单位表示，就得到SR参数。从一般消费者角度看，可能更关心的是主观的感受，所以手机装配好以后也要做主观的评价。另外根据经验，开启OIS后图像的清晰度大致相当于相机的快门速度提高了三级，也就是曝光时间缩短至原来的1/8～1/10。比如，没有OIS时为了获得清晰的图像需要1/125秒的曝光，那么开启OIS的情况下可以用1/15秒的曝光。可见，OIS可以在获得更多的曝光时间的同时保持相同的清晰度。”



图2  OIS的效果评估

如图3所示，中间部分是一个摄像头模组主要的部分，灰色的是外壳，下面是PCB及传感器，中间白色的部分是镜头组，镜头组是需要移动，上下沿着方向是移动，叫AF方向的移动，主要的用途就是对焦，现在所有手机的前置摄像头都带有AF。OIS必须是让马达要在XY平面移动，要追踪整个图像。每个摄像头都要有一个马达驱动，马达需要电流，给他多少电流就移动到多少位置。这个驱动电流就是由AF和OIS的驱动给出的。


图3摄像头结构以及镜头驱动相关部件

ROHM的镜头驱动芯片产品有很多，具体的镜头驱动产品，大致分两种。一个是AF，型号是BU64开头的，五位数的型号。OIS有两个系列，有24开头和63开头的。24开头的主要注重性能，性能是非常优越的，但是相对来说尺寸比较大。63系列更注重小型化，所以扩展功能相对少一些，但从光学防抖性能来说也是很好的。AF是从2008年开始开发，到现在已经8年的时间了，后面也是加了一些振铃补偿，主要是为了聚焦更快，还有是BDAF，是中置马达，可以更省电，这三类都属于前馈型的马达控制。AF发展到现在，因为手机相机的要求越来越高，希望能够快速对焦，快速对焦的话，一般是要用到反馈型的，OIS刚才讲了是绕线型，滚珠型，还有4轴的OIS。到现在为止，OIS主要是补偿Pitch和Yaw，现在大家是想在拍微距时候，也防抖的话，就需要一个4轴的OIS，要检测平动加速度，这些都属于反馈型的。



ROHM半导体（上海）有限公司设计中心副所长 金东辉

反馈型AF反馈的是马达的位置。前馈型是系统检测到失焦信号，是通过图像的比较知道有没有失焦，失焦的话直接让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，有一个Servo DSP控制的，首先也是检测抖动或者是失焦的信号，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里面，告诉用户镜头不是已经推到了要的位置。如果有一定的误差的话，会迅速不停的循环，只要CPU给这个系统下了一个指令，把镜头推到某个位置以后，它就可以完全以这个伺服SP来控制。
反馈型AF控制可以迅速降低外部的冲击影响和抗外部振动，并且可以在镜头偏离位置后，迅速拉到正确位置。


图4  ROHM镜头驱动芯片产品系列

ROHM上海设计中心副所长金东辉表示：“OIS驱动是一个高性能的伺服系统控制的，是经过严密的仿真和现场调试做出来的芯片，我们也加了一些新的，比如我们用PWM驱动马达。大家可能听到线性驱动和PWM驱动的区别，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，也是一个非常大的效果。另外我们经过这几年的努力，也建立了一个非常好的全球支持体系，使得我们的客户能够最大限度的开发芯片的潜在功能。手机的镜头模组都是由专业模组厂提供的，而这些模组厂有中国大陆的，有台湾的，也有韩国的。因为OIS的前期调试，主要工作量集中在模组厂，后期调试集中在终端厂，所以合理的支持体系是非常关键的。”