如何讓MEMS光學圖像穩(wěn)定技術變成現實？

隨著智能手機市場的持續(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)行器技術和下一代光學圖像穩(wěn)定解決方案。麥姆斯咨詢對采訪內容進行翻譯和整理，呈現給MEMS讀者們。

C.J. Abate：在創(chuàng)立MEMS Drive之前，您曾在DigitalOptics、Freescale、Sigmatel & Rogers等公司擔任過各種職務，請問您是訓練有素的工程師出身嗎？什么原因促使您進入數字光學領域？Colin Kwan：我擁有電氣工程學位和MBA學位，在過去25年中擔任的角色主要是為各種消費和工業(yè)領域推廣先進的半導體及材料解決方案。在智能手機蓬勃發(fā)展之前，我就與領先的手機OEM廠商進行密切的合作，將無與倫比的用戶體驗技術帶給他們。2010年，我加入了DigitalOptics，負責光學技術相關業(yè)務開發(fā)，涉及鏡頭設計、成像算法、MEMS執(zhí)行器、應用軟件和晶圓級光學元件。我精心整合了內部資源，將這些技術組合并實現商業(yè)化應用。我喜歡各種先進的技術，具有工程師基因（DNA），再加上豐富的業(yè)務經驗，使得我能夠把創(chuàng)業(yè)團隊聚集在一起，將MEMS光學圖像穩(wěn)定（OIS）技術變成現實！

C.J. Abate：您什么時候成立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體公司，致力于研發(fā)、制造和銷售基于MEMS技術的驅動馬達。我們團隊在MEMS執(zhí)行器設計和批量制造方面擁有超過10年的經驗。我們已經成功實現了MEMS領域的一些突破性技術。MEMS Drive使命是通過創(chuàng)新和奉獻精神為移動設備提供卓越的成像解決方案。我們的目標是改變成像技術的未來！

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

C.J. Abate：MEMS Drive是否專注于手機攝像頭市場？目前有哪些客戶？Colin Kwan：否。手機攝像頭是我們目前主要市場，但不是唯一。MEMS Drive第一代MEMS光學圖像穩(wěn)定（OIS）執(zhí)行器與圖像傳感器結合，可以應用于很多領域，如無人機、運動相機、可穿戴設備、汽車、網絡攝像頭、監(jiān)控、虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、頭戴式顯示器、便攜式攝像機等。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容和廠商名稱。MEMS Drive將在合適的時間對外發(fā)布合作細節(jié)。

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

C.J. Abate：請您和我們談談當前智能手機中的圖像穩(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)定技術在提高智能手機成像質量方面發(fā)揮了關鍵作用。當前市場上主要有兩種圖像穩(wěn)定解決方案：

（1）光學圖像穩(wěn)定（OIS），在拍攝一幀圖像時對攝像頭抖動進行“硬件”補償；

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

雖然，它們都有自己的優(yōu)勢，但是OIS允許智能手機攝像頭具有更長的曝光時間，從而從根本上解決了防抖問題，讓手機擁有清澈的“眼眸”，可以“看清”弱光環(huán)境下的運動物體。目前，OIS技術主要應用于高端智能手機，不到手機市場份額的20%。然而，隨著人們對拍照的要求越來越高，OIS技術正在滲透至中低端手機市場。因此，智能手機的OIS市場非常廣闊。智能手機中的OIS執(zhí)行器主要由少數幾家音圈馬達（VCM）供應商主導。但是，沒有一家能夠提供完美的抖動補償功能。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動進行補償。MEMS Drive將此作為契機，推出了MEMS OIS執(zhí)行器，這是全球第一款應用于智能手機的五軸（Pitch、Yaw、Roll、X和Y方向平移）光學圖像穩(wěn)定執(zhí)行器。

與蘋果iPhone X和三星Note 8等旗艦手機的光學圖像穩(wěn)定技術相比，MEMS OIS顯現出巨大優(yōu)勢，有望取代VCM。我們堅信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?？焖俚?、精確地移動圖像傳感器。這使用戶能夠在拍照時，補償各種造成圖像模糊的振動。MEMS OIS對攝像頭模組的機械系統(tǒng)實現了根本性改變，突破了傳統(tǒng)VCM通過移動鏡頭實現OIS的局限性。我們從智能手機用戶那里發(fā)現，所有五軸（Pitch、Yaw、Roll、X和Y方向平移）都會在拍攝照片時產生變化。因此，如果沒有合理補償這五軸中的任何一個，圖像都會變得模糊。同時，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，這對智能手機及其它便攜式設備非常有益。我們的MEMS執(zhí)行器與所有自動對焦（AF）系統(tǒng)和鏡頭設計完全兼容，適合高度自動化的大規(guī)模生產。最后，MEMS OIS在雙攝像頭和三攝像頭應用中也極具競爭優(yōu)勢，因為它不會產生磁干擾。

C.J. Abate：MEMS Drive產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，當與軟件（算法）結合時，圖像傳感器的精確且快速運動還可以實現許多新的成像特征/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體驗等。基于MEMS技術的圖像傳感器運動讓我們發(fā)現越來越多的應用，為攝像和機器視覺開辟了新的機遇！

MEMS OIS執(zhí)行器系統(tǒng)原理

C.J. Abate：MEMS Drive在今年國際消費類電子產品展覽會（CES）上展示了智能手機中的五軸OIS技術，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場，首次向大家展示了MEMS OIS技術應用到手機的全方位五軸防抖效果。參觀者通過現場演示，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：您認為OIS技術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，因此具有巨大的市場潛力。我們還應該注意到，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，因此是一個更好的選擇。隨著更好的OIS技術應用，移動拍照媲美專業(yè)級單反相機的時代正在來臨！關于MEMS DriveMEMS Drive是一家無晶圓廠半導體公司，致力于研發(fā)、制造和銷售以微機電（MEMS）技術為基礎的驅動馬達。目前產品主要應用在便攜式電子移動設備攝像頭。

得益于智能手機產業(yè)鏈的投資和支持，MEMS Drive一直處于這個嶄新行業(yè)的領先地位。據麥姆斯咨詢此前報道，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光學圖像穩(wěn)定芯片的馬達來取代目前主流的音圈馬達。關于MEMS OISMEMS OIS是MEMS Drive推出的移動CMOS圖像傳感器方式的光學防抖馬達，通過精準且快速地移動圖像傳感器，可以對攝像頭的抖動進行位移補償從而達到防抖效果。MEMS OIS的根本優(yōu)勢源于工作原理上的創(chuàng)新。

傳統(tǒng)VCM光學防抖技術通過移動鏡頭進行抖動補償，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，可實現全方位的五軸防抖。而結構上VCM光學防抖受移動鏡頭所限，則無法實現旋轉軸（roll軸）的防抖。MEMS OIS主要優(yōu)勢包括：

（1）單反相機級全方位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毫秒內快速實現次微米級精準補償

（3）弱光環(huán)境，超低噪點：更長曝光時間，更低感光數值，捕獲更多清晰

（4）成像計算更容易：超級分辨率帶來近似光學變焦效果

（5）雙攝應用, 優(yōu)勢盡顯：相較傳統(tǒng)VCM防抖技術無磁干擾產生，能進一步縮小雙光學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，節(jié)省100倍以上功耗；無熱量產生，圖片更優(yōu)質

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