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如何让MEMS光学图像稳定技术变成现实?

·2018-08-30 00:16·电子发烧友
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随着智能手机市场的持续增长,对出色的成像解决方案的需求与日俱增。近期,Elektor杂志的C.J. Aba te 先生采访了MEMS Drive创始人兼首席执行官Colin Kwan,交流了MEMS执行器技术和下一代光学图像稳定解决方案。麦姆斯咨询对采访内容进行翻译和整理,呈现给MEMS读者们。

C.J. Abate:在创立MEMS Drive之前,您曾在DigitalOp ti cs、Freescale、Sigmatel & Roge rs 等公司担任过各种职务,请问您是训练有素的工程师出身吗?什么原因促使您进入数字光学领域?Colin Kwan:我拥有电气工程学位和MBA学位,在过去25年中担任的角色主要是为各种消费和工业领域推广先进的半导体及材料解决方案。在智能手机蓬勃发展之前,我就与领先的手机OEM厂商进行密切的合作,将无与伦比的用户体验技术带给他们。2010年,我加入了DigitalOptics,负责光学技术相关业务开发,涉及镜头设计、成像算法、MEMS执行器、应用软件和晶圆级光学元件。我精心整合了内部资源,将这些技术组合并实现商业化应用。我喜欢各种先进的技术,具有工程师基因(DNA),再加上丰富的业务经验,使得我能够把创业团队聚集在一起,将MEMS光学图像稳定(OIS)技术变成现实!

C.J. Abate:您什么时候成立MEMS Drive?主要使命是什么?Colin Kwan:MEMS Drive成立于2014年,总部位于美国加利福尼亚州帕萨迪纳市,是一家无晶圆厂半导体公司,致力于研发、制造和销售基于MEMS技术的驱动马达。我们团队在MEMS执行器设计和批量制造方面拥有超过10年的经验。我们已经成功实现了MEMS领域的一些突破性技术。MEMS Drive使命是通过创新和奉献精神为移动设备提供卓越的成像解决方案。我们的目标是改变成像技术的未来!

MEMS Drive的MEMS光学图像稳定(OIS)执行器

C.J. Abate:MEMS Drive是否专注于手机摄像头市场?目前有哪些客户?Colin Kwan:否。手机摄像头是我们目前主要市场,但不是唯一。MEMS Drive第一代MEMS光学图像稳定(OIS)执行器与 图像传感器 结合,可以应用于很多领域,如 无人机 、运动相机、可穿戴设备、汽车、网络摄像头、监控、虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、头戴式显示器、便携式摄像机等。我们正在与众多一级(Tier one)OEM厂商合作,可是我不能透露具体的合作内容和厂商名称。MEMS Drive将在合适的时间对外发布合作细节。

基于MEMS光学图像稳定(OIS)执行器的手机摄像头分解图

C.J. Abate:请您和我们谈谈当前智能手机中的图像稳定解决方案吧。过去五年市场有何变化?

Colin Kwan:近年来,图像稳定技术在提高智能手机成像质量方面发挥了关键作用。当前市场上主要有两种图像稳定解决方案:

(1)光学图像稳定(OIS),在拍摄一帧图像时对摄像头抖动进行“硬件”补偿;

(2)电子图像稳定(EIS),在拍摄多帧图像后通过“软件(算法)”进行补偿。这两种解决方案都被高端智能手机采用。

虽然,它们都有自己的优势,但是OIS允许智能手机摄像头具有更长的曝光时间,从而从根本上解决了防抖问题,让手机拥有清澈的“眼眸”,可以“看清”弱光环境下的运动物体。目前,OIS技术主要应用于高端智能手机,不到手机市场份额的20%。然而,随着人们对拍照的要求越来越高,OIS技术正在渗透至中低端手机市场。因此,智能手机的OIS市场非常广阔。智能手机中的OIS执行器主要由少数几家音圈马达(VCM)供应商主导。但是,没有一家能够提供完美的抖动补偿功能。无论是利用VCM平移镜头还是倾斜镜头,摄像头的Roll轴都无法通过镜头的运动进行补偿。MEMS Drive将此作为契机,推出了MEMS OIS执行器,这是全球第一款应用于智能手机的五轴( Pi tch、Yaw、Roll、X和Y方向平移)光学图像稳定执行器。

与苹果iPhone X和 三星 Note 8等旗舰手机的光学图像稳定技术相比,MEMS OIS显现出巨大优势,有望取代VCM。我们坚信MEMS OIS拥有美好的未来!

C.J. Abate:MEMS OIS有哪些优势?

Colin Kwan:MEMS OIS位于CMOS图像 传感器 底部,能够在X/Y方向上非常快速地、精确地移动图像传感器。这使用户能够在拍照时,补偿各种造成图像模糊的振动。MEMS OIS对摄像头模组的机械系统实现了根本性改变,突破了传统VCM通过移动镜头实现OIS的局限性。我们从智能手机用户那里发现,所有五轴(Pitch、Yaw、Roll、X和Y方向平移)都会在拍摄照片时产生变化。因此,如果没有合理补偿这五轴中的任何一个,图像都会变得模糊。同时,MEMS OIS执行器的功耗很低,相比传统VCM节省100倍以上功耗,这对智能手机及其它便携式设备非常有益。我们的MEMS执行器与所有自动对焦(AF)系统和镜头设计完全兼容,适合高度自动化的大规模生产。最后,MEMS OIS在双摄像头和三摄像头应用中也极具竞争优势,因为它不会产生磁干扰。

C.J. Abate:MEMS Drive产品主要是提供防抖解决方案吗?

Colin Kwan:MEMS OIS不仅仅提供摄像头防抖功能,当与软件(算法)结合时,图像传感器的精确且快速运动还可以实现许多新的成像特征/功能,例如超级分辨率、3D成像、背景虚化、超清视频直播、VR/AR成像、 AI 体验等。基于MEMS技术的图像传感器运动让我们发现越来越多的应用,为摄像和 机器视觉 开辟了新的机遇!

MEMS OIS执行器系统原理

C.J. Abate:MEMS Drive在今年国际消费类电子产品展览会(CES)上展示了智能手机中的五轴OIS技术,请问你们收到了什么样的参观者反馈?

Colin Kwan:此次亮相CES 2018,MEMS Drive将最新取得突破成果带到了现场,首次向大家展示了MEMS OIS技术应用到手机的全方位五轴防抖效果。参观者通过现场演示,充分体会到了MEMS OIS优于VCM OIS。我们非常高兴MEMS OIS赢得了客户和行业合作伙伴的高度赞赏。

C.J. Abate:您认为OIS技术未来五年至十年将如何发展?

Colin Kwan:未来五年至十年,OIS市场前景非常好。MEMS OIS解决方案具有高性能、小尺寸、低功耗等特点,因此具有巨大的市场潜力。我们还应该注意到,由于更大尺寸的CMOS图像传感器需要更大更重的镜头,这将为VCM OIS带来挑战。而MEMS OIS移动图像传感器,而非镜头,因此是一个更好的选择。随着更好的OIS技术应用,移动拍照媲美专业级单反相机的时代正在来临!关于MEMS DriveMEMS Drive是一家无晶圆厂半导体公司,致力于研发、制造和销售以微机电(MEMS)技术为基础的驱动马达。目前产品主要应用在便携式电子移动设备摄像头。

得益于智能手机产业链的投资和支持,MEMS Drive一直处于这个崭新行业的领先地位。据麦姆斯咨询此前报道,MEMS Drive曾在2016年10月完成了B轮1100万美元融资,旨在利用其基于MEMS光学图像稳定芯片的马达来取代目前主流的音圈马达。关于MEMS OISMEMS OIS是MEMS Drive推出的移动CMOS图像传感器方式的光学防抖马达,通过精准且快速地移动图像传感器,可以对摄像头的抖动进行位移补偿从而达到防抖效果。MEMS OIS的根本优势源于工作原理上的创新。

传统VCM光学防抖技术通过移动镜头进行抖动补偿,MEMS OIS则是通过移动图像传感器,这从根本上决定了MEMS OIS的卓越防抖性能,可实现全方位的五轴防抖。而结构上VCM光学防抖受移动镜头所限,则无法实现旋转轴(roll轴)的防抖。MEMS OIS主要优势包括:

(1)单反相机级全方位5轴防抖:Pitch、Yaw、Roll、X和Y方向平移

(2)次像素级精确度防抖:10毫秒内快速实现次微米级精准补偿

(3)弱光环境,超低噪点:更长曝光时间,更低感光数值,捕获更多清晰

(4)成像计算更容易:超级分辨率带来近似光学变焦效果

(5)双摄应用, 优势尽显:相较传统VCM防抖技术无磁干扰产生,能进一步缩小双光学防抖摄像头模组尺寸

(6)超低能耗节省:相较传统VCM防抖技术,节省100倍以上功耗;无热量产生,图片更优质

(7)生产良率高:可与任意AF VCM以及镜头搭配使用;半导体工艺,全自动化量产

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