如何讓MEMS光學(xué)圖像穩(wěn)定技術(shù)變成現(xiàn)實(shí)？

隨著智能手機(jī)市場的持續(xù)增長，對出色的成像解決方案的需求與日俱增。近期，Elektor雜志的C.J. Abate 先生采訪了MEMS Drive創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Colin Kwan，交流了MEMS執(zhí)行器技術(shù)和下一代光學(xué)圖像穩(wěn)定解決方案。麥姆斯咨詢對采訪內(nèi)容進(jìn)行翻譯和整理，呈現(xiàn)給MEMS讀者們。

C.J. Abate：在創(chuàng)立MEMS Drive之前，您曾在DigitalOptics、Freescale、Sigmatel & Rogers等公司擔(dān)任過各種職務(wù)，請問您是訓(xùn)練有素的工程師出身嗎？什么原因促使您進(jìn)入數(shù)字光學(xué)領(lǐng)域？Colin Kwan：我擁有電氣工程學(xué)位和MBA學(xué)位，在過去25年中擔(dān)任的角色主要是為各種消費(fèi)和工業(yè)領(lǐng)域推廣先進(jìn)的半導(dǎo)體及材料解決方案。在智能手機(jī)蓬勃發(fā)展之前，我就與領(lǐng)先的手機(jī)OEM廠商進(jìn)行密切的合作，將無與倫比的用戶體驗(yàn)技術(shù)帶給他們。2010年，我加入了DigitalOptics，負(fù)責(zé)光學(xué)技術(shù)相關(guān)業(yè)務(wù)開發(fā)，涉及鏡頭設(shè)計(jì)、成像算法、MEMS執(zhí)行器、應(yīng)用軟件和晶圓級光學(xué)元件。我精心整合了內(nèi)部資源，將這些技術(shù)組合并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。我喜歡各種先進(jìn)的技術(shù)，具有工程師基因（DNA），再加上豐富的業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)，使得我能夠把創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)聚集在一起，將MEMS光學(xué)圖像穩(wěn)定（OIS）技術(shù)變成現(xiàn)實(shí)！

C.J. Abate：您什么時(shí)候成立MEMS Drive？主要使命是什么？Colin Kwan：MEMS Drive成立于2014年，總部位于美國加利福尼亞州帕薩迪納市，是一家無晶圓廠半導(dǎo)體公司，致力于研發(fā)、制造和銷售基于MEMS技術(shù)的驅(qū)動馬達(dá)。我們團(tuán)隊(duì)在MEMS執(zhí)行器設(shè)計(jì)和批量制造方面擁有超過10年的經(jīng)驗(yàn)。我們已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了MEMS領(lǐng)域的一些突破性技術(shù)。MEMS Drive使命是通過創(chuàng)新和奉獻(xiàn)精神為移動設(shè)備提供卓越的成像解決方案。我們的目標(biāo)是改變成像技術(shù)的未來！

MEMS Drive的MEMS光學(xué)圖像穩(wěn)定（OIS）執(zhí)行器

C.J. Abate：MEMS Drive是否專注于手機(jī)攝像頭市場？目前有哪些客戶？Colin Kwan：否。手機(jī)攝像頭是我們目前主要市場，但不是唯一。MEMS Drive第一代MEMS光學(xué)圖像穩(wěn)定（OIS）執(zhí)行器與圖像傳感器結(jié)合，可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域，如無人機(jī)、運(yùn)動相機(jī)、可穿戴設(shè)備、汽車、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、監(jiān)控、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、頭戴式顯示器、便攜式攝像機(jī)等。我們正在與眾多一級（Tier one）OEM廠商合作，可是我不能透露具體的合作內(nèi)容和廠商名稱。MEMS Drive將在合適的時(shí)間對外發(fā)布合作細(xì)節(jié)。

基于MEMS光學(xué)圖像穩(wěn)定（OIS）執(zhí)行器的手機(jī)攝像頭分解圖

C.J. Abate：請您和我們談?wù)劗?dāng)前智能手機(jī)中的圖像穩(wěn)定解決方案吧。過去五年市場有何變化？

Colin Kwan：近年來，圖像穩(wěn)定技術(shù)在提高智能手機(jī)成像質(zhì)量方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。當(dāng)前市場上主要有兩種圖像穩(wěn)定解決方案：

（1）光學(xué)圖像穩(wěn)定（OIS），在拍攝一幀圖像時(shí)對攝像頭抖動進(jìn)行“硬件”補(bǔ)償；

（2）電子圖像穩(wěn)定（EIS），在拍攝多幀圖像后通過“軟件（算法）”進(jìn)行補(bǔ)償。這兩種解決方案都被高端智能手機(jī)采用。

雖然，它們都有自己的優(yōu)勢，但是OIS允許智能手機(jī)攝像頭具有更長的曝光時(shí)間，從而從根本上解決了防抖問題，讓手機(jī)擁有清澈的“眼眸”，可以“看清”弱光環(huán)境下的運(yùn)動物體。目前，OIS技術(shù)主要應(yīng)用于高端智能手機(jī)，不到手機(jī)市場份額的20%。然而，隨著人們對拍照的要求越來越高，OIS技術(shù)正在滲透至中低端手機(jī)市場。因此，智能手機(jī)的OIS市場非常廣闊。智能手機(jī)中的OIS執(zhí)行器主要由少數(shù)幾家音圈馬達(dá)（VCM）供應(yīng)商主導(dǎo)。但是，沒有一家能夠提供完美的抖動補(bǔ)償功能。無論是利用VCM平移鏡頭還是傾斜鏡頭，攝像頭的Roll軸都無法通過鏡頭的運(yùn)動進(jìn)行補(bǔ)償。MEMS Drive將此作為契機(jī)，推出了MEMS OIS執(zhí)行器，這是全球第一款應(yīng)用于智能手機(jī)的五軸（Pitch、Yaw、Roll、X和Y方向平移）光學(xué)圖像穩(wěn)定執(zhí)行器。

與蘋果iPhone X和三星Note 8等旗艦手機(jī)的光學(xué)圖像穩(wěn)定技術(shù)相比，MEMS OIS顯現(xiàn)出巨大優(yōu)勢，有望取代VCM。我們堅(jiān)信MEMS OIS擁有美好的未來！

C.J. Abate：MEMS OIS有哪些優(yōu)勢？

Colin Kwan：MEMS OIS位于CMOS圖像傳感器底部，能夠在X/Y方向上非常快速地、精確地移動圖像傳感器。這使用戶能夠在拍照時(shí)，補(bǔ)償各種造成圖像模糊的振動。MEMS OIS對攝像頭模組的機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了根本性改變，突破了傳統(tǒng)VCM通過移動鏡頭實(shí)現(xiàn)OIS的局限性。我們從智能手機(jī)用戶那里發(fā)現(xiàn)，所有五軸（Pitch、Yaw、Roll、X和Y方向平移）都會在拍攝照片時(shí)產(chǎn)生變化。因此，如果沒有合理補(bǔ)償這五軸中的任何一個(gè)，圖像都會變得模糊。同時(shí)，MEMS OIS執(zhí)行器的功耗很低，相比傳統(tǒng)VCM節(jié)省100倍以上功耗，這對智能手機(jī)及其它便攜式設(shè)備非常有益。我們的MEMS執(zhí)行器與所有自動對焦（AF）系統(tǒng)和鏡頭設(shè)計(jì)完全兼容，適合高度自動化的大規(guī)模生產(chǎn)。最后，MEMS OIS在雙攝像頭和三攝像頭應(yīng)用中也極具競爭優(yōu)勢，因?yàn)樗粫a(chǎn)生磁干擾。

C.J. Abate：MEMS Drive產(chǎn)品主要是提供防抖解決方案嗎？

Colin Kwan：MEMS OIS不僅僅提供攝像頭防抖功能，當(dāng)與軟件（算法）結(jié)合時(shí)，圖像傳感器的精確且快速運(yùn)動還可以實(shí)現(xiàn)許多新的成像特征/功能，例如超級分辨率、3D成像、背景虛化、超清視頻直播、VR/AR成像、AI體驗(yàn)等。基于MEMS技術(shù)的圖像傳感器運(yùn)動讓我們發(fā)現(xiàn)越來越多的應(yīng)用，為攝像和機(jī)器視覺開辟了新的機(jī)遇！

MEMS OIS執(zhí)行器系統(tǒng)原理

C.J. Abate：MEMS Drive在今年國際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會（CES）上展示了智能手機(jī)中的五軸OIS技術(shù)，請問你們收到了什么樣的參觀者反饋？

Colin Kwan：此次亮相CES 2018，MEMS Drive將最新取得突破成果帶到了現(xiàn)場，首次向大家展示了MEMS OIS技術(shù)應(yīng)用到手機(jī)的全方位五軸防抖效果。參觀者通過現(xiàn)場演示，充分體會到了MEMS OIS優(yōu)于VCM OIS。我們非常高興MEMS OIS贏得了客戶和行業(yè)合作伙伴的高度贊賞。

C.J. Abate：您認(rèn)為OIS技術(shù)未來五年至十年將如何發(fā)展？

Colin Kwan：未來五年至十年，OIS市場前景非常好。MEMS OIS解決方案具有高性能、小尺寸、低功耗等特點(diǎn)，因此具有巨大的市場潛力。我們還應(yīng)該注意到，由于更大尺寸的CMOS圖像傳感器需要更大更重的鏡頭，這將為VCM OIS帶來挑戰(zhàn)。而MEMS OIS移動圖像傳感器，而非鏡頭，因此是一個(gè)更好的選擇。隨著更好的OIS技術(shù)應(yīng)用，移動拍照媲美專業(yè)級單反相機(jī)的時(shí)代正在來臨！關(guān)于MEMS DriveMEMS Drive是一家無晶圓廠半導(dǎo)體公司，致力于研發(fā)、制造和銷售以微機(jī)電（MEMS）技術(shù)為基礎(chǔ)的驅(qū)動馬達(dá)。目前產(chǎn)品主要應(yīng)用在便攜式電子移動設(shè)備攝像頭。

得益于智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈的投資和支持，MEMS Drive一直處于這個(gè)嶄新行業(yè)的領(lǐng)先地位。據(jù)麥姆斯咨詢此前報(bào)道，MEMS Drive曾在2016年10月完成了B輪1100萬美元融資，旨在利用其基于MEMS光學(xué)圖像穩(wěn)定芯片的馬達(dá)來取代目前主流的音圈馬達(dá)。關(guān)于MEMS OISMEMS OIS是MEMS Drive推出的移動CMOS圖像傳感器方式的光學(xué)防抖馬達(dá)，通過精準(zhǔn)且快速地移動圖像傳感器，可以對攝像頭的抖動進(jìn)行位移補(bǔ)償從而達(dá)到防抖效果。MEMS OIS的根本優(yōu)勢源于工作原理上的創(chuàng)新。

傳統(tǒng)VCM光學(xué)防抖技術(shù)通過移動鏡頭進(jìn)行抖動補(bǔ)償，MEMS OIS則是通過移動圖像傳感器，這從根本上決定了MEMS OIS的卓越防抖性能，可實(shí)現(xiàn)全方位的五軸防抖。而結(jié)構(gòu)上VCM光學(xué)防抖受移動鏡頭所限，則無法實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸（roll軸）的防抖。MEMS OIS主要優(yōu)勢包括：

（1）單反相機(jī)級全方位5軸防抖：Pitch、Yaw、Roll、X和Y方向平移

（2）次像素級精確度防抖：10毫秒內(nèi)快速實(shí)現(xiàn)次微米級精準(zhǔn)補(bǔ)償

（3）弱光環(huán)境，超低噪點(diǎn)：更長曝光時(shí)間，更低感光數(shù)值，捕獲更多清晰

（4）成像計(jì)算更容易：超級分辨率帶來近似光學(xué)變焦效果

（5）雙攝應(yīng)用, 優(yōu)勢盡顯：相較傳統(tǒng)VCM防抖技術(shù)無磁干擾產(chǎn)生，能進(jìn)一步縮小雙光學(xué)防抖攝像頭模組尺寸

（6）超低能耗節(jié)?。合噍^傳統(tǒng)VCM防抖技術(shù)，節(jié)省100倍以上功耗；無熱量產(chǎn)生，圖片更優(yōu)質(zhì)

（7）生產(chǎn)良率高：可與任意AF VCM以及鏡頭搭配使用；半導(dǎo)體工藝，全自動化量產(chǎn)