編者注：愛佩儀光電技術(shù)有限公司（APPhotonics,Inc.）作為國(guó)內(nèi)重要的手機(jī)OIS產(chǎn)品提供商，這是其通過此微信公眾平臺(tái)獨(dú)家向業(yè)界介紹APP微型光學(xué)防抖攝像頭模組的自動(dòng)化生產(chǎn)調(diào)試相關(guān)技術(shù)。

現(xiàn)今拍照手機(jī)相機(jī)模組像素越來越高，越來越多的旗艦級(jí)的手機(jī)機(jī)型配備有緊湊型光學(xué)圖像穩(wěn)定系統(tǒng)(ImageOpticalStabilization,OIS)與自動(dòng)對(duì)焦(AutoFocus,AF)數(shù)碼相機(jī)模塊（CompactCameraModule,CCM），所以在手機(jī)上配置光學(xué)防抖攝像頭也已經(jīng)是大勢(shì)所趨。但是這些高分辨率且集成有光學(xué)防抖及自動(dòng)對(duì)焦的攝像頭模塊的對(duì)眾攝像頭廠家在設(shè)計(jì)與制造方面提出了越來越高的難度。

為順應(yīng)這一趨勢(shì)及解答該難題，本文介紹了一套最新最先進(jìn)的由愛佩儀光電技術(shù)有限公司（APPhotonics,Inc.）研發(fā)生產(chǎn)的具有OIS和AF技術(shù)的結(jié)構(gòu)緊湊型高級(jí)手機(jī)攝像頭致動(dòng)馬達(dá)模塊及光學(xué)防抖攝像頭的生產(chǎn)調(diào)試技術(shù)。該生產(chǎn)調(diào)試技術(shù)能讓普通的攝像頭生產(chǎn)廠家在現(xiàn)有的普通攝像頭模組的生產(chǎn)線上就能生產(chǎn)出具備有高性能光學(xué)防抖功能的微型手機(jī)攝像頭，大大降低光學(xué)防抖攝像頭模組的技術(shù)門檻和生產(chǎn)成本，及保障攝像頭模組生產(chǎn)廠家現(xiàn)有生產(chǎn)線的柔性兼容能力。

高像素手機(jī)攝像頭制程簡(jiǎn)介

采用大鏡頭光圈（F/2.0或者以上）再搭配超過一千萬像素的圖像傳感器的手機(jī)攝像頭已經(jīng)十分普遍，在此光學(xué)配置之下，最大容許鏡頭傾斜角度則越來越小。如圖1所示，當(dāng)鏡頭傾斜角度超出最大允許鏡頭傾斜角度時(shí)，可能導(dǎo)致圖像邊緣過分模糊，因而圖像品質(zhì)下降，或整個(gè)模組不合格，從而造成浪費(fèi)。因此，通常對(duì)具有高分辨率圖像傳感器的普通自動(dòng)對(duì)焦攝像頭或者鏡頭平移式的光學(xué)防抖攝像頭的制作過程中一定要采用光學(xué)主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)設(shè)備(Activealignmentmachine,AAMachine或簡(jiǎn)稱AA機(jī))來調(diào)校鏡頭與圖像傳感器之間的姿態(tài)與相對(duì)位置等關(guān)系。

圖1鏡頭及圖像傳感器裝配誤差示意圖傾斜角度

自動(dòng)對(duì)焦相機(jī)模組鏡頭傾斜角度，主要分成靜態(tài)及動(dòng)態(tài)兩種。靜態(tài)鏡頭傾斜角度指的是在鏡頭致動(dòng)器沒有作用時(shí)（例如：致動(dòng)器沒有通電），鏡頭光軸和圖像傳感器表面法線軸之間的夾角。動(dòng)態(tài)鏡頭傾斜角度指的是在鏡頭致動(dòng)器有作用時(shí)（例如：致動(dòng)器有通電），鏡頭光軸和沒有作用時(shí)的變化。

如圖2所示，傳統(tǒng)的攝像頭制程中僅只是利用機(jī)械裝配的精度來實(shí)現(xiàn)鏡頭大致正對(duì)圖像傳感器。在較低的圖像傳感器的時(shí)代，這樣的裝配制造方法能足夠滿足一般的攝像頭應(yīng)用需求。但是隨著圖像傳感器像素值的提高，為了獲得較高的成像品質(zhì)，必須采用主動(dòng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)設(shè)備(AA機(jī))來進(jìn)行生產(chǎn)。采用AA機(jī)制程的設(shè)備在組裝每一個(gè)零配件時(shí)，設(shè)備將檢測(cè)被組裝的半成品，并根據(jù)被組裝半成品的實(shí)際情況主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，然后將下一個(gè)零配件組裝到位。這種主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)可有效的減小整個(gè)模組的裝配公差，有效的提升攝像頭產(chǎn)品一致性，也為更高階的攝像頭產(chǎn)品封裝創(chuàng)造可能性。

光學(xué)主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)設(shè)備通常也分為三軸式AA機(jī)或者六軸式AA機(jī)兩種。其中三軸式AA機(jī)其設(shè)備成本較低，半自動(dòng)化易操作，轉(zhuǎn)機(jī)時(shí)間短，校正較容易。雖然三軸式AA機(jī)已經(jīng)能有效的提高高像素?cái)z像頭的成像品質(zhì)。但是，如圖2所示，三軸式AA機(jī)的加工工業(yè)針對(duì)鏡頭與鏡頭座或者圖像傳感器之間的光軸歪斜卻無法補(bǔ)正。而六軸式AA機(jī)可以針對(duì)鏡頭全部的六個(gè)自由度進(jìn)行調(diào)整，所得的影像品質(zhì)一定超越三軸調(diào)校，并且可以全自動(dòng)完成對(duì)準(zhǔn)功能。有些高端的六軸AA機(jī)還能同時(shí)點(diǎn)亮圖像傳感器和鏡頭調(diào)焦馬達(dá)以折中改善鏡頭在調(diào)校運(yùn)動(dòng)后的姿態(tài)及位置關(guān)系等如圖3所示。但是六軸式AA機(jī)的設(shè)備造價(jià)高昂，操作復(fù)雜，生產(chǎn)效率有限，使得高像素?cái)z像頭制造成本高企，且需要特別的產(chǎn)線才能滿足鏡頭平移式光學(xué)防抖攝像頭制造的特殊需求。

總體說來，若果單靠生產(chǎn)品質(zhì)控制及機(jī)械設(shè)計(jì)去減少靜態(tài)及動(dòng)態(tài)傾斜角度，是十分困難，可能導(dǎo)致良率過低及生產(chǎn)成本上升。使用專門主動(dòng)光學(xué)校準(zhǔn)鏡頭裝置（AAMachine）則可以有效減少靜態(tài)鏡頭傾斜。但是，這方法有兩個(gè)問題：1）對(duì)動(dòng)態(tài)鏡頭傾斜的補(bǔ)償有限，2）由于裝置所需精度及自由度高，所以裝置成本高企。

愛佩儀先進(jìn)的光學(xué)防抖攝像頭馬達(dá)自動(dòng)調(diào)校技術(shù)

針對(duì)以上的技術(shù)難點(diǎn)，愛佩儀光電技術(shù)有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的混合鏡頭傾斜與平移式光學(xué)防抖馬達(dá)及其自動(dòng)調(diào)校生產(chǎn)技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱AT系統(tǒng)），則不僅僅是為了順應(yīng)高像素高分辨率拍照手機(jī)所需要的自動(dòng)對(duì)焦的趨勢(shì)，而是能使高像素拍照手機(jī)的圖像品質(zhì)更上一個(gè)新臺(tái)階，而同時(shí)大大降低生產(chǎn)成本的產(chǎn)品和技術(shù)。此模組生產(chǎn)校正技術(shù)已經(jīng)獲得很多國(guó)家的技術(shù)專利。

隨著拍照手機(jī)攝像頭模組的像素越來越高，應(yīng)用范圍也越來越廣泛，特別是低光環(huán)境下的高品質(zhì)拍照需求使得光學(xué)防抖技術(shù)的需求也越來越迫切。通常的光學(xué)防抖攝像頭馬達(dá)分為混合鏡頭偏轉(zhuǎn)與平移式馬達(dá)和純鏡頭平移式馬達(dá)兩種。純鏡頭平移式馬達(dá)的生產(chǎn)工藝必須借助AA機(jī)才有可能進(jìn)行生產(chǎn)，而且即便是采用了AA機(jī)平移式光學(xué)防抖攝像頭的良率依然十分有限。

為了解決拍照手機(jī)光學(xué)防抖攝像頭的迫切需要及高昂的制造成本與復(fù)雜的制作工藝之間的矛盾，愛佩儀光電技術(shù)有限公司研發(fā)的AT系統(tǒng)能在普通自動(dòng)對(duì)焦馬達(dá)的基礎(chǔ)上無需添加AA機(jī)等復(fù)雜工藝和設(shè)備就可以生產(chǎn)出高品質(zhì)高良率的光學(xué)防抖攝像頭。裝有愛佩儀光電技術(shù)有限公司研發(fā)生產(chǎn)的混合鏡頭傾斜與平移式光學(xué)防抖馬達(dá)的拍照手機(jī)攝像頭模組在生產(chǎn)過程中，采用類似普通自動(dòng)對(duì)焦馬達(dá)的生產(chǎn)工藝，只需要對(duì)該光學(xué)防抖馬達(dá)采用機(jī)械定位的方式進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)安裝即可。然后，針對(duì)自動(dòng)對(duì)焦所需要的靜態(tài)鏡頭傾斜補(bǔ)償補(bǔ)償，對(duì)焦過程中的動(dòng)態(tài)鏡頭傾斜的補(bǔ)償以及光學(xué)防抖控制參數(shù)的校正等均可以在AT系統(tǒng)上解決。另外此AT系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高而系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提供了一個(gè)低成本高效率的生產(chǎn)環(huán)境。

圖4光學(xué)防抖攝像頭模組的調(diào)試流程軟硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

如圖4所示，為AT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。電腦或主控制器會(huì)按一定的規(guī)則向馬達(dá)致動(dòng)控制器發(fā)送命令，安裝好鏡頭的馬達(dá)則會(huì)根據(jù)相應(yīng)的控制命令移動(dòng)鏡頭。

如圖5所示，目標(biāo)模板的特定圖案(如圖6)將會(huì)經(jīng)過鏡頭而投射在圖像傳感器上。電腦或者主控制器會(huì)根據(jù)圖像傳感器獲得的影像分析各部分的清晰度，根據(jù)愛佩儀光電技術(shù)有限公司研發(fā)的特定的算法計(jì)算出需要偏斜補(bǔ)償?shù)慕嵌?，進(jìn)而將該角度分解到各個(gè)驅(qū)動(dòng)器去校正執(zhí)行。然后根據(jù)校正執(zhí)行后的圖像進(jìn)行進(jìn)一步分析是否校正到位。多次校正迭代后的一系列相關(guān)參數(shù)經(jīng)過驗(yàn)證能達(dá)到馬達(dá)傾斜校正標(biāo)準(zhǔn)的情況下會(huì)被存儲(chǔ)到馬達(dá)控制器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域供馬達(dá)在自動(dòng)對(duì)焦等動(dòng)作時(shí)進(jìn)行校正使用,整個(gè)算法流程框圖如圖7所示。該校正算法可以針對(duì)鏡頭在不同的對(duì)焦移動(dòng)的位置時(shí)由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的加工或者安裝產(chǎn)生的誤差進(jìn)行校正保證在整個(gè)自動(dòng)對(duì)焦行程范圍內(nèi)對(duì)光軸的偏斜的補(bǔ)償都是可以進(jìn)行的。同時(shí)，馬達(dá)安裝固定后仍然是可以進(jìn)行調(diào)校的。該自動(dòng)調(diào)校過程針對(duì)靜態(tài)的光軸偏斜以及對(duì)焦運(yùn)動(dòng)過程中的動(dòng)態(tài)光軸偏斜都是可以進(jìn)行補(bǔ)償?shù)摹?/p>

該動(dòng)靜態(tài)綜合補(bǔ)償?shù)乃惴肮δ苓h(yuǎn)優(yōu)于AA機(jī)制程僅只能對(duì)鏡頭初始位置或者馬達(dá)驅(qū)動(dòng)到最大行程后的靜態(tài)位置的光軸偏斜進(jìn)行補(bǔ)償?shù)墓δ?如圖8所示的調(diào)試傳遞函數(shù)（MTF）解析度實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)中心點(diǎn)準(zhǔn)確對(duì)焦后其MTF解析清晰度在982左右.在自動(dòng)對(duì)焦補(bǔ)償前，圖8（a）所示右下角邊緣處的MTF解析清晰度在343左右，而自動(dòng)對(duì)焦補(bǔ)償后，圖8（b）所示右下角邊緣處同一位置的MTF解析清晰度為468。

愛佩儀光電技術(shù)有限公司研發(fā)的攝像頭自動(dòng)對(duì)焦補(bǔ)償技術(shù)可以使得圖像邊緣MTF解析度上升36%。同時(shí)，將光軸自動(dòng)校準(zhǔn)后的攝像頭模組在進(jìn)行光學(xué)防抖的過程中也能保證防抖補(bǔ)償控制的控制角度的準(zhǔn)確性與及時(shí)性，確保光學(xué)防抖的防抖效果。因此，AT系統(tǒng)能在普通的自動(dòng)對(duì)焦攝像頭的制造工藝下充分保證光學(xué)防抖與自動(dòng)對(duì)焦攝像頭的成像品質(zhì)與光學(xué)防抖效果，而無需AA機(jī)制造工藝的參與，極大的降低了光學(xué)防抖攝像頭的生產(chǎn)成本及研發(fā)難度。

圖5（“AT”）光學(xué)防抖攝像頭自動(dòng)調(diào)校系統(tǒng)

圖6目標(biāo)模板

圖7自動(dòng)調(diào)校流程圖

（a）自動(dòng)對(duì)焦鏡頭傾斜補(bǔ)償前(MTF解析度為343)

（b）自動(dòng)對(duì)焦傾斜鏡頭補(bǔ)償后(MTF解析度為468)

圖8.具有OIS及鏡頭傾斜補(bǔ)償?shù)?300萬像素?cái)z像頭MTF解析度實(shí)驗(yàn)

光學(xué)防抖角速率傳感器（GyroscopeSensor）自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)

光學(xué)防抖攝像頭模組的防抖效果除了取決于具有光學(xué)防抖馬達(dá)的性能，更與感知抖動(dòng)運(yùn)動(dòng)的角速率傳感器（GyroscopeSensor）分不開。這是因?yàn)榉蓝恶R達(dá)驅(qū)動(dòng)鏡頭來進(jìn)行光學(xué)防抖動(dòng)工作的執(zhí)行動(dòng)作要靠角角速率傳感器來進(jìn)行指導(dǎo)。原則上，各大廠家的角角速率傳感器的精度和一致性都已經(jīng)相當(dāng)高。但是作為一套完整的微型機(jī)電控制系統(tǒng)，角速率傳感器和其它部件的配合則需要進(jìn)行標(biāo)定以獲得最優(yōu)的效果。AT系統(tǒng)同時(shí)具備了能夠校正角速傳感器的能

力。如圖5所示，當(dāng)目標(biāo)模板固定下來，而連接攝像頭模組的調(diào)試平臺(tái)是可以在兩個(gè)方向模擬人手的振動(dòng)。當(dāng)關(guān)停攝像頭模組的光學(xué)防抖功能時(shí)，攝像頭獲得的景物將會(huì)不斷抖動(dòng)，于是，可以通過圖像分析技術(shù)獲取特定的目標(biāo)景物模板上的標(biāo)記的移動(dòng)幅度（L0）。當(dāng)開啟光學(xué)防抖功能后，該目標(biāo)景物模板上的標(biāo)記的移動(dòng)幅度會(huì)因?yàn)楣鈱W(xué)防抖的作用下減小為L(zhǎng)1。然后不斷調(diào)整與角速率傳感器相關(guān)的參數(shù)使得補(bǔ)償系數(shù)（CompensationRatio，CR，CR=‐20Lg(L1/L0）為最大。通過這樣的整體的調(diào)校，則可以使得防抖效果進(jìn)一步提升。

小結(jié)

本文介紹了一套最新最先進(jìn)的由愛佩儀光電技術(shù)有限公司（APPhotonics,Inc.）研發(fā)生產(chǎn)的具有OIS和AF技術(shù)的結(jié)構(gòu)緊湊型高級(jí)手機(jī)攝像頭致動(dòng)馬達(dá)模塊及光學(xué)防抖攝像頭的自動(dòng)化生產(chǎn)調(diào)試技術(shù)。該自動(dòng)化生產(chǎn)調(diào)試技術(shù)針對(duì)自動(dòng)對(duì)焦所需要的靜態(tài)鏡頭傾斜補(bǔ)償補(bǔ)償，對(duì)焦過程中的動(dòng)態(tài)鏡頭傾斜的補(bǔ)償以及光學(xué)防抖控制參數(shù)的校正等均可以全自動(dòng)識(shí)別校正，該調(diào)試硬件設(shè)備上與普通自動(dòng)對(duì)焦馬達(dá)所需的燈箱等工作環(huán)境基本一致。因此，愛佩儀光電技術(shù)有限公司的全套光學(xué)防抖制造調(diào)試方案能讓普通的攝像頭生產(chǎn)廠家在現(xiàn)有的普通攝像頭模組的生產(chǎn)線上就能生產(chǎn)出具備有高性能光學(xué)防抖功能的微型手機(jī)攝像頭，大大降低光學(xué)防抖攝像頭模組的技術(shù)門檻和生產(chǎn)成本，及保障攝像頭模組生產(chǎn)廠家現(xiàn)有生產(chǎn)線的柔性兼容能力。