對(duì)焦、防抖......一文帶你了解攝像頭馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的業(yè)內(nèi)知識(shí)

隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)在手機(jī)中的攝像頭內(nèi)部都會(huì)有帶動(dòng)鏡頭實(shí)現(xiàn)快速并穩(wěn)定對(duì)焦的馬達(dá)。這些馬達(dá)，根據(jù)是否具有防抖效果，分為只具有自動(dòng)對(duì)焦功能的AF（Auto Focus）馬達(dá)，和同時(shí)兼具防抖效果的OIS（Optical Image Stabilization）馬達(dá)。

其中AF馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)原理如下圖，馬達(dá)只帶動(dòng)鏡頭在光軸方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)拍攝物的準(zhǔn)確對(duì)焦。

AF馬達(dá)運(yùn)動(dòng)原理

AF馬達(dá)拍攝效果

OIS馬達(dá)則是除了帶動(dòng)鏡頭在光軸方向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)焦外，同時(shí)讓鏡頭在光軸垂直平面上運(yùn)動(dòng)，盡可能大的抵消拍攝時(shí)候外部振動(dòng)（例如手的抖動(dòng)）對(duì)畫(huà)面清晰度的影響。其運(yùn)動(dòng)原理和拍攝效果如下圖。

OIS馬達(dá)運(yùn)動(dòng)原理

OIS馬達(dá)拍攝效果

常規(guī)的OIS是帶動(dòng)鏡頭在光軸垂直平面上運(yùn)動(dòng)，但是為了實(shí)現(xiàn)更大的防抖角度，目前也有帶動(dòng)CIS（CMOS Image Sensor）在光軸垂直平面上運(yùn)動(dòng)的方案，如下圖。但是從原理上講是一樣的，都是通過(guò)鏡頭和CIS在光軸垂直平面上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)抵消外部的振動(dòng)。

CIS原理

更進(jìn)一步的，為了提升對(duì)焦的能力，技術(shù)人員又構(gòu)造出了潛望式OIS馬達(dá)。顧名思義，之所以稱(chēng)為潛望式，就是因?yàn)槠涔獾穆窂胶蜐撏У臐撏R相似。通過(guò)對(duì)三角棱鏡的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行控制，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)防抖的功能。

潛望OIS攝像頭

在了解馬達(dá)功能的分類(lèi)之后，接下來(lái)則要具體講述馬達(dá)是如何實(shí)現(xiàn)這些功能。根據(jù)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)力的不同，攝像頭馬達(dá)可以分為：線(xiàn)圈馬達(dá)（VCM），記憶金屬馬達(dá)（SMA）和超聲波馬達(dá)（PZT）。

其中，因工藝成熟，VCM成為最常見(jiàn)的一種馬達(dá)。其原理就是利用通電的線(xiàn)圈和磁石之間的洛倫茲力，帶動(dòng)鏡頭運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)需要的AF或OIS功能。如下圖是一個(gè)懸絲的VCM-OIS馬達(dá)。其控制原理就是，控制線(xiàn)圈中電流的大小，實(shí)現(xiàn)洛倫茲力和彈片變形的反作用力之間的平衡，讓鏡頭穩(wěn)定在需要的位置。例如，正向電流加大，那么正向的洛倫茲力就會(huì)大于初始彈片的反作用力，那么鏡頭就會(huì)向正向運(yùn)動(dòng)。但是隨著運(yùn)動(dòng)距離增加，彈片變形越大反作用力也會(huì)越大，直到兩個(gè)力重新實(shí)現(xiàn)平衡，鏡頭也就穩(wěn)定在新的位置。OIS方向的懸絲（金屬絲的作用和彈片相同）則是構(gòu)成另外兩個(gè)方向的彈性結(jié)構(gòu)。

當(dāng)然，在VCM馬達(dá)中，除了使用彈片方式外，也有使用滾珠的方案。滾珠式VCM馬達(dá)，就是利用滾珠的滾動(dòng)摩擦，讓鏡頭沿著固定軌道運(yùn)動(dòng)。因?yàn)槟Σ亮苄?，所以不能起到?lèi)似彈片結(jié)構(gòu)的彈片變形反作用，因此鏡頭不能使用某個(gè)大小的固定電流讓鏡頭穩(wěn)定在需要的位置。需要在鏡頭到達(dá)穩(wěn)定位置后，使用交流的方式讓鏡頭在穩(wěn)定位置以極小的振幅在這個(gè)位置振動(dòng)。當(dāng)然，這個(gè)振幅很小很小，不會(huì)對(duì)圖像的清晰度產(chǎn)生影響。

懸絲VCM-OIS馬達(dá)

記憶金屬馬達(dá)（SMA），則是利用記憶金屬特有的變形能力拉動(dòng)鏡頭運(yùn)動(dòng)。這種金屬，在特定的電流方式驅(qū)動(dòng)下，金屬本體會(huì)收縮延伸，帶動(dòng)鏡頭所在的動(dòng)子在特定方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)焦和防抖功能。

SMA部件結(jié)構(gòu)示意圖

超聲波馬達(dá)，也因其使用的是壓電陶瓷，又稱(chēng)為壓電馬達(dá)，通常習(xí)慣寫(xiě)作英文縮寫(xiě)PZT。PZT其實(shí)是一種常用的壓電陶瓷材料縮寫(xiě)，但不是所有的壓電陶瓷材料都可以使用PZT這個(gè)縮寫(xiě)。這種馬達(dá)因?yàn)槭褂玫慕涣麟妷涸?0KHz以上，所以被稱(chēng)為超聲波馬達(dá)。常見(jiàn)的超聲波馬達(dá)為：在特定頻率交流電壓下，控制兩個(gè)交流電壓的相位差，使壓電陶瓷片達(dá)到預(yù)設(shè)的諧振狀態(tài)，并通過(guò)結(jié)構(gòu)件將這種諧振運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（例如直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)），帶動(dòng)鏡頭實(shí)現(xiàn)對(duì)焦或防抖功能。當(dāng)然，除了相位差的控制方式外，還有通過(guò)改變頻率的方式去控制鏡頭運(yùn)動(dòng)的方案。目前，在手機(jī)攝像頭領(lǐng)域，只有超聲波馬達(dá)還沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

在了解這些結(jié)構(gòu)相關(guān)的信息后，剩下的就是如何控制馬達(dá)實(shí)現(xiàn)這些功能。在控制上，分為open-loop（開(kāi)環(huán)）和close-loop（閉環(huán)）兩個(gè)大類(lèi)。

開(kāi)環(huán)控制就是，只根據(jù)主機(jī)的信息，輸入控制信號(hào)，因?yàn)闆](méi)有反饋信息，所以總是存在誤差。例如，讓一個(gè)人走10米的距離，卻不給他測(cè)量工具，那么最終他只能停在10米附近，不能保證精確度。

閉環(huán)控制，會(huì)接收反饋信息，然后實(shí)現(xiàn)自我調(diào)整，達(dá)到更高的精度。同上一個(gè)例子，這個(gè)人要是有測(cè)距的工具，那么他就可以停止在相對(duì)準(zhǔn)確的10米位置。這里主要是看測(cè)距工具的精度。目前攝像頭馬達(dá)中的閉環(huán)控制，主要通過(guò)磁感的方式去檢測(cè)鏡頭的位置。這里的磁感元器件主要是hall（或者帶hall功能的驅(qū)動(dòng)芯片），GMR和TMR。ChipSemi基合半導(dǎo)體根據(jù)自身的技術(shù)積累，提出了電容式檢測(cè)方案。就閉環(huán)控制，最終都需要一個(gè)能夠提供鏡頭位置的信號(hào)，才能讓整個(gè)系統(tǒng)信號(hào)行程閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)更高的控制精度，從而提升對(duì)焦速度和防抖功能。

所以，對(duì)于一個(gè)好的攝像頭方案，除了馬達(dá)之外，另一個(gè)重要的元器件就是控制馬達(dá)運(yùn)動(dòng)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)芯片。一個(gè)好的驅(qū)動(dòng)芯片，除了具有基本的電流、電壓輸出能力外，更需要一個(gè)好的解決方案，外加一個(gè)好的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)一個(gè)好的算法，使馬達(dá)能夠更快更穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)對(duì)焦和防抖。宜昌博遠(yuǎn)電子,宜昌微電機(jī)廠家,宜昌鐵芯碳刷馬達(dá)廠家,空心杯永磁直流微電機(jī)。

眾所周知，目前手機(jī)攝像頭愈來(lái)愈多，功能也越來(lái)越豐富，但是歸根結(jié)底，都是上述技術(shù)方案的演變和結(jié)合。就整個(gè)市場(chǎng)而言，每年10多億部手機(jī)上，總共就會(huì)有將近30-40億個(gè)攝像頭，這是一個(gè)極其龐大且更新速度很快的市場(chǎng)。并且隨著攝像體驗(yàn)感的需求上升，潛望、OIS等高端攝像頭比例也正在逐步攀升。因此，在高端市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也會(huì)進(jìn)一步加大。另外，除了手機(jī)領(lǐng)域，在無(wú)人機(jī)、安防、各類(lèi)視頻記錄儀等鄰域，也越發(fā)的開(kāi)始重視拍攝效果。也正因此，攝像頭馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)得到更多的重視。