解读智能手机光学防抖技术以及镜头驱动方案

作者：刘洪

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。

防抖的策略有哪些

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较严重。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

关本芳宏在较后表示，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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