MEMS變革光學圖像穩定技術,讓手機擁有清澈的「眼眸」

微訪談:MEMS Drive創始人兼首席執行官Colin Kwan

隨著智能手機市場的持續增長,對出色的成像解決方案的需求與日俱增。近期,Elektor雜誌的C.J. Abate 先生採訪了MEMS Drive創始人兼首席執行官Colin Kwan,交流了MEMS執行器技術和下一代光學圖像穩定解決方案。麥姆斯諮詢對採訪內容進行翻譯和整理,呈現給MEMS讀者們。

MEMS變革光學圖像穩定技術,讓手機擁有清澈的“眼眸”

MEMS Drive創始人兼首席執行官Colin Kwan

C.J. Abate:在創立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?什麼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務開發,涉及鏡頭設計、成像算法、MEMS執行器、應用軟件和晶圓級光學元件。我精心整合了內部資源,將這些技術組合並實現商業化應用。我喜歡各種先進的技術,具有工程師基因(DNA),再加上豐富的業務經驗,使得我能夠把創業團隊聚集在一起,將MEMS光學圖像穩定(OIS)技術變成現實!

MEMS變革光學圖像穩定技術,讓手機擁有清澈的“眼眸”

C.J. Abate:您什麼時候成立MEMS Drive?主要使命是什麼?

Colin Kwan:MEMS Drive成立於2014年,總部位於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,致力於研發、製造和銷售基於MEMS技術的驅動馬達。我們團隊在MEMS執行器設計和批量製造方面擁有超過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變革光學圖像穩定技術,讓手機擁有清澈的“眼眸”

MEMS Drive的MEMS光學圖像穩定(OIS)執行器

C.J. Abate:MEMS Drive是否專注於手機攝像頭市場?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光學圖像穩定(OIS)執行器與圖像傳感器結合,可以應用於很多領域,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布合作細節。

MEMS變革光學圖像穩定技術,讓手機擁有清澈的“眼眸”

基於MEMS光學圖像穩定(OIS)執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定解決方案吧。過去五年市場有何變化?

Colin Kwan:近年來,圖像穩定技術在提高智能手機成像質量方面發揮了關鍵作用。當前市場上主要有兩種圖像穩定解決方案:(1)光學圖像穩定(OIS),在拍攝一幀圖像時對攝像頭抖動進行“硬件”補償;(2)電子圖像穩定(EIS),在拍攝多幀圖像後通過“軟件(算法)”進行補償。這兩種解決方案都被高端智能手機採用。雖然,它們都有自己的優勢,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”弱光環境下的運動物體。

目前,OIS技術主要應用於高端智能手機,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執行器,這是全球第一款應用於智能手機的五軸(Pitch、Yaw、Roll、X和Y方向平移)光學圖像穩定執行器。

MEMS變革光學圖像穩定技術,讓手機擁有清澈的“眼眸”

與蘋果iPhone X和三星Note 8等旗艦手機的光學圖像穩定技術相比,MEMS OIS顯現出巨大優勢,有望取代VCM。我們堅信MEMS OIS擁有美好的未來!

C.J. Abate:MEMS OIS有哪些優勢?

Colin Kwan:MEMS OIS位於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,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實現了根本性改變,突破了傳統VCM通過移動鏡頭實現OIS的侷限性。我們從智能手機用戶那裡發現,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執行器的功耗很低,相比傳統VCM節省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執行器與所有自動對焦(AF)系統和鏡頭設計完全兼容,適合高度自動化的大規模生產。最後,MEMS OIS在雙攝像頭和三攝像頭應用中也極具競爭優勢,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徵/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。基於MEMS技術的圖像傳感器運動讓我們發現越來越多的應用,為攝像和機器視覺開闢了新的機遇!

MEMS變革光學圖像穩定技術,讓手機擁有清澈的“眼眸”

MEMS OIS執行器系統原理

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,請問你們收到了什麼樣的參觀者反饋?

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優於VCM OIS。我們非常高興MEMS OIS贏得了客戶和行業合作伙伴的高度讚賞。

C.J. Abate:您認為OIS技術未來五年至十年將如何發展?

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,由於更大尺寸的CMOS圖像傳感器需要更大更重的鏡頭,這將為VCM OIS帶來挑戰。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,移動拍照媲美專業級單反相機的時代正在來臨!

關於MEMS Drive

MEMS Drive是一家無晶圓廠半導體公司,致力於研發、製造和銷售以微機電(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。得益於智能手機產業鏈的投資和支持,MEMS Drive一直處於這個嶄新行業的領先地位。據麥姆斯諮詢此前報道,MEMS Drive曾在2016年10月完成了B輪1100萬美元融資,旨在利用其基於MEMS光學圖像穩定芯片的馬達來取代目前主流的音圈馬達。

關於MEMS OIS

MEMS 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的根本優勢源於工作原理上的創新。傳統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, 優勢盡顯:相較傳統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)超低能耗節省:相較傳統VCM防抖技術,節省100倍以上功耗;無熱量產生,圖片更優質

(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

延伸閱讀:

《MEMS產業現狀-2018版》

《攝像頭模組產業市場和技術趨勢-2017版》

《CMOS圖像傳感器產業現狀-2017版》

《磁傳感器市場與技術-2017版》


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