專家深入解析:手機鏡頭的閉環式馬達內部構造
發布時間:2015-08-07 責任編輯:echolady
【導讀】手shou機ji鏡jing頭tou的de閉bi環huan式shi馬ma達da作zuo為wei新xin興xing技ji術shu,在zai手shou機ji鏡jing頭tou的de速su度du和he對dui焦jiao精jing度du上shang有you了le明ming顯xian的de效xiao果guo。雖sui然ran提ti高gao了le對dui焦jiao精jing度du與yu速su度du能neng夠gou減jian輕qing拍pai攝she過guo程cheng中zhong的de抖dou動dong,增zeng加jia用yong戶hu體ti驗yan,但dan是shi成cheng像xiang質zhi量liang不bu光guang要yao靠kao閉bi環huan式shi馬ma達da來lai實shi現xian。本ben文wen就jiu來lai深shen入ru了le解jie一yi下xia手shou機ji鏡jing頭tou中zhong的de閉bi環huan式shi馬ma達da。
這裏的閉環應當是close(d) loop的意思,也就是close loop VCM,本身不算多新鮮的東西,很早在製造業就有應用。攜帶電話方麵,最早應該是是三星電機的產品,在Galaxy S4之(zhi)中(zhong)應(ying)用(yong)。最(zui)近(jin)似(si)乎(hu)又(you)幾(ji)家(jia)國(guo)產(chan)廠(chang)家(jia)在(zai)炒(chao)作(zuo),又(you)突(tu)然(ran)出(chu)來(lai)了(le)。關(guan)於(yu)裝(zhuang)置(zhi)了(le)閉(bi)環(huan)式(shi)馬(ma)達(da)攝(she)像(xiang)頭(tou)成(cheng)像(xiang)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti),理(li)論(lun)上(shang)閉(bi)環(huan)的(de)合(he)焦(jiao)精(jing)度(du)更(geng)高(gao),速(su)度(du)也(ye)更(geng)快(kuai),會(hui)有(you)一(yi)定(ding) 的優勢,但是一般來說鏡頭的素質由鏡頭本身決定,並不會有什麼改變,隻是出片率更高一些。

一般來說鏡頭馬達使用的是步進馬達,驅動步進馬達時兩端加的電壓通常是這樣

如果負載恒定,電流恒定情況下馬達會按照下圖方式轉動

但是由於各種原因影響(負載變化,電壓變化,慣性原因,總之一般都會發生),電機轉動的位置並不像上圖這麼理想化,我們把這種情況叫做失步
為了降低這種事件的發生我們檢測電流,調整占空比/頻率,為什麼通過檢測電流就可以保證基本準確呢?原因見下圖(因為是收集到的圖片,沒改文字,請忽略下圖中的所有文字)
但是由於各種原因影響(負載變化,電壓變化,慣性原因,總之一般都會發生),電機轉動的位置並不像上圖這麼理想化,我們把這種情況叫做失步
為了降低這種事件的發生我們檢測電流,調整占空比/頻率,為什麼通過檢測電流就可以保證基本準確呢?原因見下圖

這樣我們就可以較為精確的控製電機轉動角度了
keyikandao,ruguojingtouzhongshiyongzheyangdemadakongzhidianlu,duidianjizhuandongjiaodukeyikongzhidegengjingque,congerkeyishixiangengkuaideduijiao,yejiushishuoshiyongbihuanmadakongzhikeyitigaoduijiaosudu,duiyuchengxiangyoumeiyouyingxiangne,you,danyingxiangbuda,yuanyinweiruguoduijiaosudumandehua,ruanjianzaiyidingshijianneiwufajingqueduijiaoshikenenghuixishengduijiaojingdu,gaosuxiangji,jijingduihaojiaole。
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什麼是閉環式馬達鏡頭,有何特點,如何影響對焦速度和成像質量?
一般和音圈馬達匹配的有一個驅動Driver IC,統稱驅動IC。這裏實際上討論的是電機的私服係統,所謂開環和閉環是自動控製中的兩個相當基礎的概念,閉環的意思簡單說就是利用反饋控製。
yinquanmadabenshenshibuzhidaoshenmeshihoukaishi,eryouyundongdaonalijieshude,xuyaoqudonglaichulihekongzhi,suoweidekaibihuanshijishangshizhenduiqudonglaishuode,danyinweiqudonghemadabufenjia,suoyitongchengyewusuowei。

音(yin)圈(quan)電(dian)機(ji)本(ben)質(zhi)上(shang)說(shuo)是(shi)一(yi)種(zhong)直(zhi)線(xian)電(dian)機(ji),和(he)其(qi)他(ta)電(dian)機(ji)相(xiang)比(bi)有(you)一(yi)些(xie)特(te)點(dian),原(yuan)理(li)之(zhi)類(lei)的(de)這(zhe)裏(li)篇(pian)幅(fu)有(you)限(xian)簡(jian)單(dan)敘(xu)述(shu)一(yi)下(xia),簡(jian)單(dan)說(shuo)就(jiu)是(shi)馬(ma)達(da)所(suo)處(chu)的(de)環(huan)境(jing)之(zhi)中(zhong)有(you)一(yi)個(ge)小(xiao)型(xing)強(qiang)磁(ci)場(chang),而(er)馬(ma)達(da)內(nei)部(bu)有(you)線(xian)圈(quan),線(xian)圈(quan)通(tong)電(dian)之(zhi)後(hou)亦(yi)會(hui)產(chan)生(sheng)磁(ci)場(chang),如(ru)此(ci)便(bian)可(ke)以(yi)運(yun)動(dong),至(zhi)於(yu)攜(xie)帶(dai)上(shang)的(de)CCM,VCM AF的時候是把對焦鏡組安置在線圈內部的。
然後傳統AF的時候大致是這樣的,驅動對對焦鏡組的移動距離是不知道的,攜帶上的DSP或者ISP在不同的位置計算對焦評價值(如MTF、對比度等),等到這個評價值滿足條件的時候記錄下線圈內電流,整個行程結束後返回剛才記錄下來剛才的電流,再次供給VCM線圈,就可以穩定合焦了。
閉環AF馬達的基礎和上述基本是一樣的,不太相同的地方在於穩定速度更快。
這點要得益於現在的傳感器,電機的控製或者伺服都離不開傳感器,目前的閉環或者OIS VCM上是用的是霍爾(Hall)傳chuan感gan器qi,原yuan理li來lai自zi霍huo爾er效xiao應ying,這zhe裏li就jiu不bu敘xu述shu了le,隻zhi要yao知zhi道dao這zhe個ge傳chuan感gan器qi可ke以yi測ce定ding磁ci場chang中zhong的de高gao斯si值zhi進jin而er進jin一yi步bu測ce定ding物wu體ti的de位wei置zhi,有you缺que點dian也ye有you優you點dian比bi較jiao可ke靠kao精jing度du還hai行xing就jiu可ke以yi了le。
霍爾傳感器是位置傳感器,可以通過感應磁場強度得到到轉子(一般是包圍對焦鏡組的線圈)的(de)位(wei)置(zhi),也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)利(li)用(yong)位(wei)置(zhi)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)音(yin)圈(quan)馬(ma)達(da)是(shi)知(zhi)道(dao)線(xian)圈(quan)所(suo)處(chu)的(de)位(wei)置(zhi)的(de),而(er)之(zhi)前(qian)的(de)時(shi)候(hou)我(wo)們(men)能(neng)知(zhi)道(dao)隻(zhi)是(shi)電(dian)流(liu),等(deng)到(dao)再(zai)次(ci)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)的(de)時(shi)候(hou)線(xian)圈(quan)是(shi)隻(zhi)管(guan)運(yun)動(dong),運(yun)動(dong)的(de)位(wei)置(zhi)未(wei)必(bi)和(he)上(shang)次(ci)評(ping)價(jia)值(zhi)達(da)標(biao)的(de)時(shi)候(hou)一(yi)模(mo)一(yi)樣(yang)。
有you了le霍huo爾er傳chuan感gan器qi之zhi後hou我wo們men就jiu可ke以yi考kao慮lv控kong製zhi策ce略lve的de問wen題ti,但dan抱bao歉qian這zhe個ge是shi別bie人ren的de事shi情qing,也ye沒mei公gong開kai的de必bi要yao,但dan希xi望wang諸zhu君jun能neng注zhu意yi到dao,即ji使shi同tong樣yang是shi閉bi環huan策ce略lve,但dan不bu同tong的de策ce略lve是shi會hui產chan生sheng不bu同tong的de影ying響xiang的de(比如雙閉環就會比單閉環更精確但開銷也更大)。大體上泛泛而言,是利用霍爾傳感器感知剛才提到的0和maxweizhichudecichangqiangdu,baocunzaiqudongzhizhong,duijiaojingzuyundongzhongwomennengjixuceliangdaoyidongweizhichudecichangqiangdu,jiangzhegeqiangdufanhuigeiqudong,qudonggenjufanhuizhidedaozhengfuwucha,zhihouwomenzaiquliyongzhengfuwuchakongzhixianquan(實際上是對焦鏡組)的(de)移(yi)動(dong)方(fang)向(xiang)和(he)速(su)度(du),就(jiu)可(ke)以(yi)較(jiao)為(wei)精(jing)確(que)且(qie)快(kuai)速(su)的(de)合(he)焦(jiao)。如(ru)果(guo)將(jiang)對(dui)焦(jiao)鏡(jing)組(zu)放(fang)置(zhi)在(zai)中(zhong)間(jian)位(wei)置(zhi)之(zhi)間(jian)判(pan)斷(duan)移(yi)動(dong)方(fang)向(xiang)由(you)於(yu)運(yun)動(dong)距(ju)離(li)變(bian)短(duan),也(ye)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)較(jiao)高(gao)的(de)效(xiao)率(lv)。
霍爾傳感器實際上也可以在支持OIS的CCM之中應用,但這裏關係不大。
在CCM的AF問題上,大體是是開環VCM -》閉環VCM -》 MEMS這個路線下去,以前的開環AFwentishibijiaofeishijian,yinweijingzuzaiyundongdaoweizhideshihoubuhuimashangtingzhi,huiyinweiguanxingdengyinsuzaiyuxiangweizhishanghuangdong,suoyixuyaoyigewendingshijianzhihoucainengweichi(請回憶阻尼震蕩曲線);而理論上閉環VCM由於自帶反饋控製,這個時間要短的多,而且停在預想位置領域上的概率要比開環高得多,也就是一般宣傳的速度快、精度高(雖然大多數情況下他兩是一對矛盾的存在)。
但dan有you陽yang光guang的de地di方fang就jiu一yi定ding會hui有you陰yin影ying,這zhe個ge技ji術shu的de開kai銷xiao比bi較jiao大da,首shou先xian是shi需xu要yao一yi個ge可ke靠kao的de位wei置zhi傳chuan感gan器qi,其qi次ci是shi由you於yu位wei置zhi傳chuan感gan器qi的de出chu現xian,需xu要yao和he驅qu動dong有you信xin息xi交jiao流liu,傳chuan統tong的de兩liang個ge觸chu點dian必bi然ran不bu夠gou用yong,再zai次ci是shi驅qu動dong要yao具ju有you一yi定ding的de存cun儲chu和he即ji使shi數shu據ju處chu理li能neng力li,而er且qie控kong製zhi策ce略lve需xu要yao用yong軟ruan件jian實shi現xian,雖sui然ran編bian寫xie不bu算suan很hen難nan,但dan好hao的de策ce略lve和he程cheng序xu也ye有you難nan度du,何he況kuang CCM是有體積限製的,需要微型化,這就導致閉環VCM目前隻有一些廠家能生產,三星電機使用過WithusVision的驅動,其他廠家比如 Mitsumi和TDK也有能力生產閉環VCM,但這些廠家一般又不生產鏡組,需要自己去聯係鏡組廠家(比如大立光、玉晶光、關東美辰等)。
bihuanshimadayinjinlejiancedianliu,xiangdangyuduolegefufankuidekongzhishouduan,shijingtouneidetoujingtuojiademeiciyiweigengjingzhun,nakendingnengjianshaotoujinglaihuiyidongdecishu,yejiutigaoduijiaosudu。
至zhi於yu對dui焦jiao速su度du能neng提ti高gao多duo少shao,很hen難nan說shuo。畢bi竟jing沒mei這zhe種zhong技ji術shu之zhi前qian,很hen多duo高gao端duan相xiang機ji合he焦jiao也ye挺ting快kuai的de,同tong樣yang的de機ji械xie架jia構gou下xia,在zai於yu成cheng像xiang設she備bei本ben身shen的de機ji加jia工gong精jing密mi度du,這zhe是shi主zhu要yao因yin素su。手shou機ji鏡jing頭tou,成cheng本ben的de原yuan因yin,鏡jing頭tou托tuo架jia等deng的de精jing密mi度du想xiang必bi也ye就jiu那na麼me回hui事shi。
另(ling)外(wai),成(cheng)像(xiang)質(zhi)量(liang)這(zhe)個(ge)說(shuo)法(fa)很(hen)寬(kuan)泛(fan),如(ru)果(guo)改(gai)進(jin)後(hou)的(de)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)使(shi)鏡(jing)頭(tou)內(nei)的(de)透(tou)鏡(jing)托(tuo)架(jia)的(de)每(mei)次(ci)移(yi)位(wei)更(geng)精(jing)準(zhun),那(na)麼(me)合(he)焦(jiao)精(jing)準(zhun)度(du)也(ye)相(xiang)應(ying)提(ti)高(gao)了(le),算(suan)是(shi)提(ti)高(gao)了(le)成(cheng)像(xiang)質(zhi)量(liang)吧(ba)。
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