對焦、防抖......一文帶你了解攝像頭馬達驅(qū)動的業(yè)內(nèi)知識

隨著科技的進步，現(xiàn)在手機中的攝像頭內(nèi)部都會有帶動鏡頭實現(xiàn)快速并穩(wěn)定對焦的馬達。這些馬達，根據(jù)是否具有防抖效果，分為只具有自動對焦功能的AF（Auto Focus）馬達，和同時兼具防抖效果的OIS（Optical Image Stabilization）馬達。

其中AF馬達的運動原理如下圖，馬達只帶動鏡頭在光軸方向運動，實現(xiàn)對拍攝物的準確對焦。

AF馬達運動原理

AF馬達拍攝效果

OIS馬達則是除了帶動鏡頭在光軸方向運動實現(xiàn)對焦外，同時讓鏡頭在光軸垂直平面上運動，盡可能大的抵消拍攝時候外部振動（例如手的抖動）對畫面清晰度的影響。其運動原理和拍攝效果如下圖。

OIS馬達運動原理

OIS馬達拍攝效果

常規(guī)的OIS是帶動鏡頭在光軸垂直平面上運動，但是為了實現(xiàn)更大的防抖角度，目前也有帶動CIS（CMOS Image Sensor）在光軸垂直平面上運動的方案，如下圖。但是從原理上講是一樣的，都是通過鏡頭和CIS在光軸垂直平面上的相對運動來抵消外部的振動。

CIS原理

更進一步的，為了提升對焦的能力，技術人員又構造出了潛望式OIS馬達。顧名思義，之所以稱為潛望式，就是因為其光的路徑和潛艇的潛望鏡相似。通過對三角棱鏡的旋轉(zhuǎn)角度進行控制，從而來實現(xiàn)防抖的功能。

潛望OIS攝像頭

在了解馬達功能的分類之后，接下來則要具體講述馬達是如何實現(xiàn)這些功能。根據(jù)馬達驅(qū)動力的不同，攝像頭馬達可以分為：線圈馬達（VCM），記憶金屬馬達（SMA）和超聲波馬達（PZT）。

其中，因工藝成熟，VCM成為最常見的一種馬達。其原理就是利用通電的線圈和磁石之間的洛倫茲力，帶動鏡頭運動實現(xiàn)需要的AF或OIS功能。如下圖是一個懸絲的VCM-OIS馬達。其控制原理就是，控制線圈中電流的大小，實現(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大于初始彈片的反作用力，那么鏡頭就會向正向運動。但是隨著運動距離增加，彈片變形越大反作用力也會越大，直到兩個力重新實現(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）則是構成另外兩個方向的彈性結(jié)構。

當然，在VCM馬達中，除了使用彈片方式外，也有使用滾珠的方案。滾珠式VCM馬達，就是利用滾珠的滾動摩擦，讓鏡頭沿著固定軌道運動。因為摩擦力很小，所以不能起到類似彈片結(jié)構的彈片變形反作用，因此鏡頭不能使用某個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位置振動。當然，這個振幅很小很小，不會對圖像的清晰度產(chǎn)生影響。

懸絲VCM-OIS馬達

記憶金屬馬達（SMA），則是利用記憶金屬特有的變形能力拉動鏡頭運動。這種金屬，在特定的電流方式驅(qū)動下，金屬本體會收縮延伸，帶動鏡頭所在的動子在特定方向運動，實現(xiàn)對焦和防抖功能。

SMA部件結(jié)構示意圖

超聲波馬達，也因其使用的是壓電陶瓷，又稱為壓電馬達，通常習慣寫作英文縮寫PZT。PZT其實是一種常用的壓電陶瓷材料縮寫，但不是所有的壓電陶瓷材料都可以使用PZT這個縮寫。這種馬達因為使用的交流電壓在20KHz以上，所以被稱為超聲波馬達。常見的超聲波馬達為：在特定頻率交流電壓下，控制兩個交流電壓的相位差，使壓電陶瓷片達到預設的諧振狀態(tài)，并通過結(jié)構件將這種諧振運動轉(zhuǎn)化為設計的運動狀態(tài)（例如直線運動），帶動鏡頭實現(xiàn)對焦或防抖功能。當然，除了相位差的控制方式外，還有通過改變頻率的方式去控制鏡頭運動的方案。目前，在手機攝像頭領域，只有超聲波馬達還沒有真正實現(xiàn)量產(chǎn)。

在了解這些結(jié)構相關的信息后，剩下的就是如何控制馬達實現(xiàn)這些功能。在控制上，分為open-loop（開環(huán)）和close-loop（閉環(huán)）兩個大類。

開環(huán)控制就是，只根據(jù)主機的信息，輸入控制信號，因為沒有反饋信息，所以總是存在誤差。例如，讓一個人走10米的距離，卻不給他測量工具，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，會接收反饋信息，然后實現(xiàn)自我調(diào)整，達到更高的精度。同上一個例子，這個人要是有測距的工具，那么他就可以停止在相對準確的10米位置。這里主要是看測距工具的精度。目前攝像頭馬達中的閉環(huán)控制，主要通過磁感的方式去檢測鏡頭的位置。這里的磁感元器件主要是hall（或者帶hall功能的驅(qū)動芯片），GMR和TMR。ChipSemi基合半導體根據(jù)自身的技術積累，提出了電容式檢測方案。就閉環(huán)控制，最終都需要一個能夠提供鏡頭位置的信號，才能讓整個系統(tǒng)信號行程閉環(huán)，實現(xiàn)更高的控制精度，從而提升對焦速度和防抖功能。

所以，對于一個好的攝像頭方案，除了馬達之外，另一個重要的元器件就是控制馬達運動的馬達驅(qū)動芯片。一個好的驅(qū)動芯片，除了具有基本的電流、電壓輸出能力外，更需要一個好的解決方案，外加一個好的團隊開發(fā)一個好的算法，使馬達能夠更快更穩(wěn)地實現(xiàn)對焦和防抖。宜昌博遠電子,宜昌微電機廠家,宜昌鐵芯碳刷馬達廠家,空心杯永磁直流微電機。

眾所周知，目前手機攝像頭愈來愈多，功能也越來越豐富，但是歸根結(jié)底，都是上述技術方案的演變和結(jié)合。就整個市場而言，每年10多億部手機上，總共就會有將近30-40億個攝像頭，這是一個極其龐大且更新速度很快的市場。并且隨著攝像體驗感的需求上升，潛望、OIS等高端攝像頭比例也正在逐步攀升。因此，在高端市場的競爭也會進一步加大。另外，除了手機領域，在無人機、安防、各類視頻記錄儀等鄰域，也越發(fā)的開始重視拍攝效果。也正因此，攝像頭馬達和驅(qū)動得到更多的重視。