MEMS对焦摄像头与VCM对焦摄像头那个更好？

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     MEMS对焦摄像头与VCM对焦摄像头那个更好？在手机中速度传感器、麦克风和陀螺仪等配件都已经MEMS化了，那么MEMS这次与手机摄像头扯到一起，又将有什么新意呢？



VCM，智能手机摄像头之困
　　自动对焦是数码相机中的常见功能，可以保证相机能精准地对拍摄物体对焦，拍出清晰锐利的照片。随着基于音圈马达技术的VCM摄像头出现，近年来拥有自动对焦功能的手机也是层出不穷。不过，在“以薄唯美”的手机市场，VCM摄像头却成为了智能手机变薄的一大障碍。


VCM工作原理优缺点
　　目前普遍采用的VCM摄像头是靠磁力来实现镜头组件运动的：摄像头中所用到的机械组件一般为VCM弹片式音圈马达，通过将电能转换磁力再转化为机械能，带动摄像头当中的透镜前后移动。这个VCM弹片式音圈马达在摄像头组件中可是算是个大块头了，占据了不少空间。所以智能手机中最厚的部分往往就是摄像头的区域，这已经与产品轻薄设计的理念格格不入了。

　　VCM摄像头的另一个缺点就是对焦速度较慢，手机摄像头中机械组件通过对镜头组的微小位移，来实现对焦的目的。用手机拍照的时候，不得不要求大家保持姿势数秒，否则拍出来的照片就会模糊。同时相机对于移动控制的要求相当高，如果VCM音圈马达位移不够精准则会降低影像质量。因此手机设备制造商正在积极寻找VCM摄像头的替代方案。 MEMS摄像头的出现，让大家看到了希望。


什么是MEMS摄像头
　　MEMS的全称是微型电子机械系统（Micro-ElectroMechanicalSystem），微电路和微机械按功能要求在芯片上的集成，尺寸通常在毫米或微米级。我们熟悉的SoC芯片内部主要是由各种晶体管组成，但是MEMS不同，其内部除了晶体管之外，还集成有机械部件。从本质上看， MEMS摄像头仍是一个自动对焦镜头，不过就是用MEMS模块来取代VCM音圈马达来驱动镜头组移动从而实现自动对焦功能。与VCM镜头相比，唯一的区别就是驱动镜头组移动的动力来源不同了。


MEMS进化摄像头的三板斧
　　在智能手机中有不少元件早就采用了MEMS技术，如加速度传感器、麦克风（部分）和陀螺仪等，手机越来越轻巧就与MEMS技术的广泛使用有密切的关系。那么MEMS摄像头有哪些独门绝技来挑战在当下已经非常成熟的VCM摄像头呢？


MEMS模块中微小的机械部件
　
　尺寸更小
     MEMS摄像头最明显的优势就是尺寸更小。MEMS技术采用硅晶圆的光学微影蚀刻制程，可制作出尺寸误差范围不到1微米的微小可动机械结构，可轻易将机械与电子组件整合至单一芯片，缩减驱动器的尺寸。 DigitalOptics公司推出的mems镜头模块（800万像素，1/3.2英寸摄像头）中的Z轴高度仅为5.1mm，比常规模块减少了33%的空间占用，这珍贵的33%空间对于目前以毫米为单位的手机厚度而言，重要性不言而喻。
　　以摩托罗拉之前的XT910刀锋手机为例，摄像头模块所在的机身顶部是最厚的，摄像头模块明显比其他元件占据了更多的空间。如果使用了最新的MEMS摄像头，相信手机的厚度控制上会好很多。而诺基亚Lumia 1020也由于使用了高质量以及大尺寸的拍照组件，导致手机身材胖了不少。


VCM音圈马达（左）和MEMS（右）模块体积比较



对焦速度更快
　　相对于VCM摄像头，MEMS摄像头另一个强大之处在于，对焦速度大幅提升。由于MEMS器件体积非常小，因此主要靠静电力驱动的MEMS元件可以实现非常快的移动速度。MEMS模块推动镜头组运动80微米只需要不到300毫秒，而传统的VCM摄像头耗时就就要长得多。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则需要多达50毫秒才可以进入到稳定状态。
　　按照DigitalOptics Corporation官方给出的数据，MEMS摄像头的对焦速度要比普通的VCM摄像头快足足7倍，这样的速度在抓拍、连拍方面无疑更有优势。同时MEMS镜头在摄像头对焦的功率和精度方面也有很大优势。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摄像头的准确性会明显高于VCM摄像头，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。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。

更加省电
     在功耗上MEMS的优势很好理解，手机摄像头的工作原理是机械组件通过对镜头组的微小位移，来实现对焦的目的。由于使用MEMS微机电系统的感光器体积微小，精度以微米级计算，而镜头组件的驱动器所需要的能量极小，因此MEMS镜头的功耗相当低，可以有效提高电池的使用寿命。MEMS摄像头工作时的典型功耗只有VCM的1%左右，由此带来的低发热也可以让摄像头组件降温10℃。


                                              MEMS摄像头工作时温度明显更低



MEMS摄像头会真的革了VCM的“命”吗？
    MEMS摄像头的优秀特性，无疑为正苦于如何将机身设计得更薄、拍照速度更快的手机厂商带来了希望。实际上，OPPO也正是看到了这一点，才签下了业界首笔MEMS摄像头量产订单。然而，MEMS摄像头是一门全新技术，要真正走向普及仍需面临不小的挑战。例如MEMS摄像头的一大优势是对焦速度极快，但是对焦速度并不单纯取决于驱动机构的速度，VCM摄像头通过优化闭环控制，也可以做到0.3秒以下的动作速度，最终决定对焦速度的依然是整套系统：从硬件到软件，从驱动到控制，优化在这里面起到的作用要高于硬件。
　 至于其他方面，MEMS也有所是不足，如画质也是它需要面对的一个问题。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摄像头可以轻松做到500微米甚至1毫米的行程范围，而MEMS则只能实现80微米。由于小行程下加大大对焦范围的需求，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。而目前已经正式推出的MEMS镜头还只有DigitalOptics公司的一款而已，其快速、低能耗等技术方面的优势只在于理论上，尚无商用产品接受过专业测试。

　　此外，MEMS摄像头由于采用硅晶圆的光学微影蚀刻制程，它“身子骨”要比皮粗肉厚的VCM摄像头要脆弱得多——MEMS模块很容易在剧烈震动中损坏。目前的情况是，对于普通VCM摄像头而言稀松平常的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，所以期待更好的技术解决弊端。


　

liuhanqing

曲线表只说明了耗散功耗。对应的位移量应该不同，实际效率无法看到。
对焦速度同样受限于显示帧速，不仅是镜头移动速度。
高端机是否回到单反的多传感器模式，除了主传感拍照，辅助用于AWB,对焦？