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【新技研】唯快不破:浅析MEMS摄像头的来龙去脉

MEMS的优势

MEMS的优势,首先是一个字:快。由于MEMS器件非常微小,因此主要靠静电力驱动的MEMS机械可以做到非常快的动作速度。同时由于器件本身的刚性非常大,导致整个系统的稳定性要比VCM高得多。MEMS推动镜头组运动80微米只需要不到300毫秒,但是传统的VCM耗时就可能要长得多。另外,当镜头组到位后,MEMS器件只需要不到10毫秒即可进入稳定状态,VCM则需要最多50毫秒,才可以吸收掉零件的震动。

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对焦速度,单位是毫秒,耗时越少越好(数据来源DigitalOptics Corporation)

按照DigitalOptics Corporation官方给出的数据,MEMS摄像头对焦速度要比普通的VCM摄像头快足足7倍,即使这里面有一定水分,也是一个非常惊人的数字。

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MEMS摄像头对焦部件示意图,它基本上就是一个电路,不存在复杂的机械结构...

其次是准。由于和电子系统紧密结合在一起,MEMS可以非常容易的实现超高精度的闭环控制,因此MEMS的准确性会明显高于VCM,不论是在分辨率还是重复定位上,MEMS都可以实现小于1微米的精度,而VCM则通常只能做到10~20微米。

除此以外,由于是使用半导体工艺制造的,MEMS机构本身的一致性也要远高于VCM,具体来说,镜头中心偏移量方面,VCM一般只能控制在50微米左右,MEMS却可以做到惊人的0.1微米;而对画质影响非常重大的镜头组光轴偏斜,VCM的平均误差是0.26度,MEMS则只有0.05度,这个优势可以极大的提升边缘成像效果。

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传感器温度也是MEMS摄像头的一大优势,可不要小看发热,温度的不均匀会影响传感器成像质量

最后是省。MEMS工作时的典型功耗只有VCM的1%左右,由此导致的低发热也可以让摄像头组件降温10度。由于硅机械对于空间利用率的进步,MEMS摄像头可以实现比传统VCM摄像头更薄的最终模组尺寸,差距可以到1毫米——这对于现代手机设计而言是非常重要的一个优势。

 

MEMS摄像头有缺点吗?

但是……没错,但是,有优点就必然有缺点。MEMS摄像头若是这么无懈可击,那么也不可能任由VCM统治微型摄像头自动对焦领域。而且放到MEMS的微型机械结构上,可以说它的每一个优点都伴随着缺点,这的确挺让人纠结的。

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MEMS摄像头模组

MEMS摄像头的第一个缺点是画质。这是一个比较复杂的问题,由于MEMS器件无法做到大幅度的位移,因此对于镜头组的设计有着特殊的要求。传统的VCM可以轻松做到500微米甚至1毫米级别的行程范围,而MEMS则只能实现80微米。这就意味着,传统摄像头可以把整个对焦范围安排在这1毫米的镜头行程中,MEMS却只能利用这小小的80微米。虽然MEMS的绝对精度远高于VCM,但是考虑到行程,相对精度方面VCM也并不落下风。

反过来,对于小行程下大对焦范围的需求,MEMS必须使用景深极浅的特殊镜头,这类镜头的偏光角度更大,画质也不如主流的VCM镜头,这导致MEMS摄像头目前在成像素质上达不到顶级VCM镜头的高度,这对于希望在旗舰级产品上引入MEMS摄像头的厂家而言并不算是一个好消息。

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MEMS摄像头的第二个缺点是耐用性。硅是一种很脆的材料,因此由MEMS制造的机械本身也是比较脆弱的。虽然手机里的加速度计也是由MEMS弹簧提供支撑,但是其工作重量非常非常小,因此并不会在一般震动中损坏,但摄像头不一样。镜头是有重量的,而且镜头的重量还很不小,因此MEMS机构很容易在剧烈震动——比如跌落——中损坏。

目前的情况是,对于普通VCM镜头而言稀松平常的1.5米跌落测试,放在MEMS上就成了灭顶之灾,MEMS摄像头只能保证在1.2米以下的跌落高度上幸存——这意味着你假设不小心摔了一下手机,除了要换屏以外,很可能还得换摄像头,开销再增一笔。

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MEMS摄像头里面的结构是很脆弱的

最后的缺点可能不算大问题:MEMS摄像头的可选择性很少。不像成熟的VCM摄像头领域,从镜头到电机到封装到CMOS,每一个你都可以在至少几十种产品中挑选组合,MEMS摄像头目前仅DigitalOptics Corporation一家,别无分店。这意味着厂家对于产品的控制力会变弱,虽然这对于消费者而言并没有什么明显的影响,但是制造商们显然不会喜欢由单一供应商提供的技术,这也是MEMS摄像头普及的一个障碍。

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