用户需求推动摄像头发展

智能手机和便携式设备将每个人都变为摄影师,而互联网就是他们发布图像的地方。在线渠道如社交媒体、拍卖网站和所有基于互联网的业务,对数字静态图像和视频都有巨大的需求。

手机能够简单地捕捉、编辑和即时分享图像和视频,使得智能手机摄像头成为广泛用户选择的工具。这些用户包括捕捉“精彩瞬间”的Instagram用户、想要出名的博主或Vine用户,展示自身天赋的艺术家或销售商品的销售人员。现在,质量好的一个(或两个)摄像头已经成为决定任何新的智能手机、平板电脑、笔记本电脑和可穿戴产品之成功的基本特性。

随着人们对智能手机和便携式设备摄像头的依赖性日益增加,用户越来越要求更好的拍照体验。他们很容易将其图像质量与同侪相比,若被发现任何缺陷,都将使得他们在下一次升级时选择不同的品牌。

捕捉优质图像并不仅仅取决于带有百万像素的传感器,目前,摄影新秀正在寻求有助于准确自动对焦、在事件发生的精确时间(而不是在摄像头已对焦并计算出准备好拍摄的设置的半秒之后) 捕捉勾边、无抖动图像的特征。

提升用户体验和性能

快速自动对焦(AF)和光学图像稳定(OIS)是支持更简单地捕捉更好图像应具备的关键特征实例,预计它们在未来几年都将取得显著增长。

另一个重要趋势是采用能够记录景深信息以支持3D摄影的双摄像头或双摄像头模块。双摄像头可以实现众多增强的性能,如高速电动变焦、快速重新对焦及提高图像质量。预期双摄像头手机的受欢迎程度,将会是助力CL-AF实现预期增长的因素之一。

这些新机会的出现,给智能手机设计人员提出了熟悉的挑战:挤压额外的高价值特性到熟悉的外形中。由于手机的其它功能以及电池也将竞争手机内的有限空间,因此,创新性芯片的集成是提供高性能内置摄像头的关键,它们具有丰富的功能,但使用比以前产品更少的部件,占据更少的板空间。

图1展示了OIS和AF摄像头模块的关键功能框图,重点显示未来功能集成的机会。

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图1 OIS/AF摄像头模块的功能框图。集成AF驱动器、霍尔元件和EEPROM对 削减元件数量非常重要。

OIS的当前状况

目前OIS系统的开发方向是追求性能增强及增加集成度和缩小IC封装尺寸。安森美半导体的LC898123 OIS / AF驱动器集成了DSP内核及多个模拟外设用于图像稳定、自动对焦控制、H桥和恒流驱动器。片上闪存的增加,提供了用于DSP程序和校正参数的存储,从而将启动时从传统存储器载入所需的开销时间节省了90%。这种高度集成的方案能够在摄像头模块内更快执行OIS和AF功能,同时与广泛的图像传感器兼容。此外,高度功能集成还为极薄摄像头模块的需求提供支持。

这具有几个优点,例如,通过实现“OIS启动”等指令来简化软件。此外,由于不需要大量定制,使得集成不同生产商的致动器变得更简单。参数调节也更容易,系统唤醒加快。

利用LC898123芯片集成的程序和数据闪存,能够实现更快的唤醒,因为节省了摄像头打开时下载固件到OIS通常所需的时间,通常此时间大约是100毫秒。LC898123完全消除了摄像头通电顺序的这种延迟。所有程序,包括许多OIS控制的原始指令,都在制造时一次写入到片上闪存内,并在手机使用寿命期间一直储存在近端的OIS中。

闭环自动对焦

采用闭环自动对焦(CL-AF) 替代之前摄像头采用的基本的开环自动对焦(OP-AF),使得对焦更迅速更准确。图2是闭环自动对焦机制功能框图。

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图2 摄像头CL-AF功能框图。

CL-AF需要的特点是平稳移动、快速稳定时间及可靠的获取无限位置。安森美半导体在自动对焦(CL-AF) IC如LC898212中优先考虑了这些属性。如图3所示,其性能明显优于市场上现有的AF控制器。图3对LC898212和更老的AF驱动器实现理想的阻尼运动情况进行了对比,对比参数是典型的过冲和延长稳定时间。

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图3 最新一代AF驱动器的快速平稳运动。

目前正批量生产的LC898217在单芯片中集成了CL-AF + EEPROM。这赋予了设计人员选择外部霍尔传感器以实现AF功能的自由。其它器件(如LC898214)采用了在单芯片中结合AF控制器、EEPROM和霍尔传感器的替代方法。根据手机的市场定位,这两种类型的器件目前都有可行的发展路线图。

未来

未来二至三年内,OIS、CL-AF和GIS功能在智能手机摄像头中的实施将继续快速发展。安森美半导体已经宣布了更紧凑的OIS路线图,而且正在开发多轴稳定增强算法,以及双摄像头OIS和更简单的集成先进致动器的技术。

双摄像头市场预期将迅速增长,从2015年高端手机市场的大约6%,到2018年的50%以上。根据应用,双摄像头手机提供采用各种组合的OIS和AF功能的机会。这些组合包括两个摄像头都采用闭环AF(CL-AF+CL-AF),或采用闭环和开环组合(OP-AF+CL-AF)、及一个或两个摄像头采用OIS的组合(CL-AF+OIS、OP-AF+OIS、OIS+OIS)。

结论

有如任何现代电子设备,更高的芯片集成度是未来智能手机和便携式设备摄像头开发的关键基础。但是,这并非人们关注的唯一重点。确保更平稳和更快速自动对焦的创新、先进的双摄像头功能,对用户体验都具有重大影响,因此,在不久的将来,它们都是为智能手机提供差异化特征的关键。

作者:安森美半导体新产品营销Kazuhiko Kondo