2013年底,DigitalOptics Corporation与大陆智能手机制造商OPPO签下了业界首笔MEMS摄像头量产订单,成为全球首个引入MEMS相机模块的手机厂商。而近期美国专利商标局也公布了苹果获得一项新专利,指出苹果未来的 iOS 设备可能会使用基于 MEMS 自动聚焦执行器的摄像头,以缩短摄像头聚焦响应时间,提高摄像头的成像稳定。苹果此项MEMS自动聚焦执行器专利的发明人来自Cambridge Mechatronics,专门研究自动聚焦执行器技术。
DigitalOptics Corporation是目前仅有的一家MEMS摄像头生产厂家,在2014年3月份被大陆触摸屏行业巨头欧菲光所收购。看来欧菲光瞄准苹果供应商位置不是空穴来风,至少两个行业巨头在MEMS摄像头的动作上保持了一致。
使用MEMS自动聚焦执行器技术的摄像头响应速度快,聚焦时间短,更容易实现“先拍照后对焦”的光场摄影模式,这对手机而言是一个十分让人期待的新兴技术。
MEMS摄像头的器件非常微小,生产时利用传统的半导体工艺和材料,在芯片上制造微型机械,并将其与对应电路集成为一个整体,主要靠静电力驱动,可以做到非常快的机械动作速度。同时MEMS摄像头器件本身的小巧的硬硅结构刚性非常大,整个系统的稳定性要比传统VCM摄像头高得多。MEMS摄像头推动镜头组运动80微米只需要不到300毫秒的时间,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,机械共振变得更高,就能提高响应速度,缩短聚焦时间。
传统的VCM摄像头推动镜头组运动耗时耗时要比300毫秒长得多,同时也需要差不多50毫秒,才可以吸收掉零件的震动进入稳定状态。按照欧菲光此前收购的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,数字十分惊人。
MEMS摄像头另一个优势就是准。MEMS摄像头的MEMS 自动聚焦执行器,是和电子系统紧密结合在一起,使用半导体工艺制造的,MEMS 自动聚焦执行器可以让镜头中心偏移量做到惊人的0.1微米,对画质影响非常重大的镜头组光轴偏斜只有0.05度,分辨率和重复定位精度上,可以实现小于1微米,非常容易的实现超高精度的闭环控制。而传统的VCM摄像头的镜头中心偏移量一般只能控制在50微米左右,镜头组光轴偏斜平均误差是0.26度左右,分辨率和重复定位精度通常只能做到10~20微米。所以不管是在分辨率、重复定位精度,还是边缘成像效果上,MEMS摄像头都比VCM摄像头好。
苹果指出使用这种 MEMS 技术的重要好处之一在于功耗低,这是移动设备中一个非常重要的因素。功耗会影响传感器的温度,温度的不均匀会直接影响传感器成像质量。MEMS自动聚焦执行器工作时的典型功耗只有VCM技术的1%左右,可以让摄像头组件降温10度。
另外因为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,能给系统其它部分挪出更多的空间。
所以 MEMS 技术对于越来越追求轻薄的苹果未来iOS 设备来说,可以节省更多的功耗和尺寸。
MEMS摄像头的缺点是画质和耐用性。MEMS技术无法让镜头组做到大幅度的位移,只能实现80微米左右,而传统的VCM技术可以轻松做到500微米甚至1毫米级别的行程范围。所以MEMS技术一般要使用景深极浅的特殊镜头,这类镜头的偏光角度很大,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。
由于MEMS技术采用的硅材料很脆,摄像头镜头的重量也不小,因此MEMS机构很容易在剧烈震动,比如跌落中损坏。相对于普通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。
而苹果此次的新专利中,已经完善MEMS技术的抗震性,解决了移动设备的跌落测试中,MEMS自动聚焦执行器无法达到测试标准的问题,可以让 MEMS 技术商用化了。
欧菲光在完善触摸显示屏产业链后,又意图进入蓝宝石加工领域,并积极收购拥有MEMS摄像头技术的DigitalOptics Corporation,高度契合苹果的一些技术动向。但欧菲光能不能成为苹果未来的 iOS 设备的供应商,或许还要看在硬件上越来越封闭的苹果,愿不愿意授权许可它的专利技术,出现在竞对手的产品上,因为在蓝宝石领域,苹果要求合作伙伴极特先进,不经自身允许,禁止向任何客户提供此类蓝宝石产品,甚至不允许提供相关技术支持或许可证。而欧菲光收购的DigitalOptics Corporation,已经把高级影像算法,比如人脸识别和红外手势识别等,授权给了苹果最大的竞争对手三星。