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deCCM,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max位wei置zhi處chu的de磁ci場chang強qiang度du,保bao存cun在zai驅qu動dong之zhi中zhong,對dui焦jiao鏡jing組zu運yun動dong中zhong我wo們men能neng繼ji續xu測ce量liang到dao移yi動dong位wei置zhi處chu的de磁ci場chang強qiang度du,將jiang這zhe個ge強qiang度du返fan回hui給gei驅qu動dong,驅qu動dong根gen據ju返fan回hui值zhi得de到dao正zheng負fu誤wu差cha,之zhi後hou我wo們men再zai去qu利li用yong正zheng負fu誤wu差cha控kong製zhi線xian圈quan(實際上是對焦鏡組)deyidongfangxianghesudu,jiukeyijiaoweijingqueqiekuaisudehejiao。ruguojiangduijiaojingzufangzhizaizhongjianweizhizhijianpanduanyidongfangxiangyouyuyundongjulibianduan,yekeyidedaojiaogaodexiaolv。
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。
zhiyuduijiaosudunengtigaoduoshao,hennanshuo。bijingmeizhezhongjishuzhiqian,henduogaoduanxiangjihejiaoyetingkuaide,tongyangdejixiejiagouxia,zaiyuchengxiangshebeibenshendejijiagongjingmidu,zheshizhuyaoyinsu。shoujijingtou,chengbendeyuanyin,jingtoutuojiadengdejingmiduxiangbiyejiunamehuishi。
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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