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先拍照后对焦 浅析MEMS技术手机摄像头

MEMS的优势,首先是一个字:快。由于MEMS器件非常微小,因此主要靠静电力驱动的MEMS机械可以做到非常快的动作速度。同时由于器件本身的刚性非常大,导致整个系统的稳定性要比VCM高得多。MEMS推动镜头组运动80微米只需要不到300毫秒,但是传统的VCM耗时就可能要长得多。另外,当镜头组到位后,MEMS器件只需要不到10毫秒即可进入稳定状态,VCM则需要最多50毫秒,才可以吸收掉零件的震动。

敢于第一个吃螃蟹的人需要非凡勇气,在智能手机行业,包袱小担子轻的国内厂商往往更热衷于尝试最新的技术。DigitalOptics Corporation公司日前宣布,中国智能手机制造商OPPO与其签下了业界首笔MEMS摄像头量产订单。未来OPPO将成为全球首个引入MEMS相机模块的手机厂商。

对于大多数人来说,MEMS还是一个很新鲜的词汇,把它与手机摄像头扯到一起,就更让人摸不着头脑了。何谓MEMS?MEMS摄像头模组有何优势?OPPO敢为天下先的背后包含着哪些诱惑?

什么是MEMS?

要搞清楚MEMS摄像头,首先必须了解什么是MEMS。MEMS的全称是微型电子机械系统(Micro-ElectroMechanicalSystem),你可以把它理解为利用传统的半导体工艺和材料,在芯片上制造微型机械,并将其与对应电路集成为一个整体的技术。

一般来说,我们谈及CPU、内存颗粒之类的芯片,其内部集成的无非是电阻电容二极管三极管之类的半导体结构,但MEMS不同,它不但有晶体管,还要把机械部件集成进去。如果你有一支机器猫的放大手电筒,对着一块MEMS芯片照照,你会发现里面还有诸如轴承、弹簧之类的机械部件。国外甚至还有疯子做出了硅片上的内燃机,能以10万RPM的转速工作20分钟!

听起来很高深,但实际上MEMS已经深入到了你我的生活之中。手机是目前MEMS部件最集中的电子产品之一,其中的加速度传感器、麦克风(部分)和陀螺仪 都使用了MEMS技术。其他类似遥控直升机、笔记本电脑甚至鼠标,也使用了MEMS技术制造的芯片。可以说,MEMS已经无所不在,只是你并没有注意到它。

那么,MEMS摄像头是怎么回事呢?长话短说,MEMS摄像头就是用MEMS机构来驱动镜头组移动从而实现自动对焦功能的自动对焦摄像头。这么一看,这个神秘兮兮的东西好像也就没什么吓人的地方了,因为本质上它就是一个自动对焦摄像头,和普通摄像头唯一的区别就是驱动镜头组移动的动力来源。

把一个线圈放在磁场里通电,那么这个线圈就会受到力的驱动,正是靠这个原理,人们发明了扬声器。目前驱动镜头组的,也是这样一个放置在磁场中的线圈,靠加上不同大小的电流,将镜头“抬”到不同的高度,实现自动对焦。一般意义上的摄像头就是靠电磁力来实现镜头组运动的,因为它的工作方式和扬声器很像,因此这类机构被命名为音圈电机,简称VCM。这样一来,自动对焦摄像头就分成了两类——由VCM驱动的,和由MEMS驱动的。目前全世界接近于所有的自动对焦摄像头都是由VCM提供动力,这正是MEMS摄像头所要挑战的东西。

既然要挑战,自然就会有优缺点。作为挑战者,MEMS必然有着自己的独门绝技,我们先来看一下它到底有哪些武器。

MEMS的优势

MEMS的优势,首先是一个字:快。由于MEMS器件非常微小,因此主要靠静电力驱动的MEMS机械可以做到非常快的动作速度。同时由于器件本身的刚性非常大,导致整个系统的稳定性要比VCM高得多。MEMS推动镜头组运动80微米只需要不到300毫秒,但是传统的VCM耗时就可能要长得多。另外,当镜头组到位后,MEMS器件只需要不到10毫秒即可进入稳定状态,VCM则需要最多50毫秒,才可以吸收掉零件的震动。

按照DigitalOptics Corporation官方给出的数据,MEMS摄像头对焦速度要比普通的VCM摄像头快足足7倍,即使这里面有一定水分,也是一个非常惊人的数字。

其次是准。由于和电子系统紧密结合在一起,MEMS可以非常容易的实现超高精度的闭环控制,因此MEMS的准确性会明显高于VCM,不论是在分辨率还是重复定位上,MEMS都可以实现小于1微米的精度,而VCM则通常只能做到10~20微米。

除此以外,由于是使用半导体工艺制造的,MEMS机构本身的一致性也要远高于VCM,具体来说,镜头中心偏移量方面,VCM一般只能控制在50微米左右,MEMS却可以做到惊人的0.1微米;而对画质影响非常重大的镜头组光轴偏斜,VCM的平均误差是0.26度,MEMS则只有0.05度,这个优势可以极大的提升边缘成像效果。

最后是省。MEMS工作时的典型功耗只有VCM的1%左右,由此导致的低发热也可以让摄像头组件降温10度。由于硅机械对于空间利用率的进步,MEMS摄像头可以实现比传统VCM摄像头更薄的最终模组尺寸,差距可以到1毫米——这对于现代手机设计而言是非常重要的一个优势。

来源:驱动之家

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