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对焦速度快7倍 MEMS技术手机摄像头解析
  • 2013-10-27 14:36:03
  • 类型:原创
  • 来源:电脑报
  • 报纸编辑:杨澍
  • 作者:
【电脑报在线】继率先使用堆栈式摄像头之后,OPPO再次吃起了螃蟹,抢下了业界首笔MEMS摄像头量产订单,直接导致即将发布的Nexus5无缘呼声很高MEMS摄像头。在手机中速度传感器、麦克风和陀螺仪等配件都已经MEMS化了,那么MEMS这次与手机摄像头扯到一起,又将有什么新意呢?

尺寸更小

     MEMS摄像头最明显的优势就是尺寸更小。MEMS技术采用硅晶圆的光学微影蚀刻制程,可制作出尺寸误差范围不到1微米的微小可动机械结构,可轻易将机械与电子组件整合至单一芯片,缩减驱动器的尺寸。 DigitalOptics公司推出的mems镜头模块(800万像素,1/3.2英寸摄像头)中的Z轴高度仅为5.1mm,比常规模块减少了33%的空间占用,这珍贵的33%空间对于目前以毫米为单位的手机厚度而言,重要性不言而喻。
  以摩托罗拉之前的XT910刀锋手机为例,摄像头模块所在的机身顶部是最厚的,摄像头模块明显比其他元件占据了更多的空间。如果使用了最新的MEMS摄像头,相信手机的厚度控制上会好很多。而诺基亚Lumia 1020也由于使用了高质量以及大尺寸的拍照组件,导致手机身材胖了不少。


VCM音圈马达(左)和MEMS(右)模块体积比较


对焦速度更快
  相对于VCM摄像头,MEMS摄像头另一个强大之处在于,对焦速度大幅提升。由于MEMS器件体积非常小,因此主要靠静电力驱动的MEMS元件可以实现非常快的移动速度。MEMS模块推动镜头组运动80微米只需要不到300毫秒,而传统的VCM摄像头耗时就就要长得多。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则需要多达50毫秒才可以进入到稳定状态。
  按照DigitalOptics Corporation官方给出的数据,MEMS摄像头的对焦速度要比普通的VCM摄像头快足足7倍,这样的速度在抓拍、连拍方面无疑更有优势。同时MEMS镜头在摄像头对焦的功率和精度方面也有很大优势。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摄像头的准确性会明显高于VCM摄像头,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。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。
更加省电
     在功耗上MEMS的优势很好理解,手机摄像头的工作原理是机械组件通过对镜头组的微小位移,来实现对焦的目的。由于使用MEMS微机电系统的感光器体积微小,精度以微米级计算,而镜头组件的驱动器所需要的能量极小,因此MEMS镜头的功耗相当低,可以有效提高电池的使用寿命。MEMS摄像头工作时的典型功耗只有VCM的1%左右,由此带来的低发热也可以让摄像头组件降温10℃。


MEMS摄像头工作时温度明显更低


MEMS摄像头会真的革了VCM的“命”吗?
    MEMS摄像头的优秀特性,无疑为正苦于如何将机身设计得更薄、拍照速度更快的手机厂商带来了希望。实际上,OPPO也正是看到了这一点,才签下了业界首笔MEMS摄像头量产订单。然而,MEMS摄像头是一门全新技术,要真正走向普及仍需面临不小的挑战。例如MEMS摄像头的一大优势是对焦速度极快,但是对焦速度并不单纯取决于驱动机构的速度,VCM摄像头通过优化闭环控制,也可以做到0.3秒以下的动作速度,最终决定对焦速度的依然是整套系统:从硬件到软件,从驱动到控制,优化在这里面起到的作用要高于硬件。
  至于其他方面,MEMS也有所是不足,如画质也是它需要面对的一个问题。由于MEMS器件无法做到大幅度的位移,因此对于镜头组的设计有着特殊的要求。传统的VCM摄像头可以轻松做到500微米甚至1毫米的行程范围,而MEMS则只能实现80微米。由于小行程下加大大对焦范围的需求,MEMS必须使用景深极浅的特殊镜头,这类镜头的偏光角度更大,画质也不如主流的VCM镜头,这导致MEMS摄像头目前在成像素质上达不到顶级VCM镜头的高度。而目前已经正式推出的MEMS镜头还只有DigitalOptics公司的一款而已,其快速、低能耗等技术方面的优势只在于理论上,尚无商用产品接受过专业测试。
  此外,MEMS摄像头由于采用硅晶圆的光学微影蚀刻制程,它“身子骨”要比皮粗肉厚的VCM摄像头要脆弱得多——MEMS模块很容易在剧烈震动中损坏。目前的情况是,对于普通VCM摄像头而言稀松平常的1.5米跌落测试,放在MEMS上就成了灭顶之灾,MEMS摄像头只能保证在1.2米以下的跌落高度上幸存——这意味着你假设不小心摔了一下手机,除了要换屏以外,很可能还得换摄像头,开销再增一笔。


  后记:虽然OPPO未来手机上所内置的MEMS镜头能否让OPPO在智能手机行业一夜成名还要由时间来验证,但对于现在的MEMS摄像头,我们需要给予的更多是一份期待。无论事实如何,摄像头将是下一个手机功能应用的下一个改革趋势。这款全新的摄像头究竟怎样,所有谜团将在产品上市之后就将解开。
本文出自2013-10-28出版的《电脑报》2013年第42期 D.智能手机
(网站编辑:pcw2013)


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