引言
您可能知道您的照相手機內(nèi)有照相模塊；但是它可能已經(jīng)過時或者它并不是很昂貴，但它能夠拍照。如果您拍攝某位正在犯罪的人，但最終獲得的是模糊的圖像——不論是由于分辨率不夠、聚焦差或者曝光過程中的抖動——這種照片無法被法庭采用。但通常來說這種照相模塊的分辨率和性能改進很快。在2000年三星公司發(fā)布了SCH-V200，這是一款30萬像素的照相手機。在2003年NTT DoCoMo公司發(fā)布了1.3-MP P505iS，這是首款自動聚焦130萬像素照相手機。去年索尼愛立信公司發(fā)布了2-MP K750i，這是多數(shù)人認可的首款自動聚焦的200萬像素真正照相手機。在2006年三星公司發(fā)布了SCH-B600，這是一款1000萬像素的照相手機!

圖1. 到2008年照相手機和透鏡驅(qū)動器市場預(yù)測

上述許多功能中的一個關(guān)鍵要素是能夠迅速地移動透鏡以達到最佳聚焦。透鏡驅(qū)動器能夠響應(yīng)數(shù)字控制信號提供適當移動透鏡的功率驅(qū)動能力。下面我們將討論透鏡驅(qū)動器的作用，介紹兩種有用的新產(chǎn)品，以及對市場中未來透鏡驅(qū)動器的考慮。

圖2示出數(shù)碼相機（DSC）¹的通用框圖或信號鏈。經(jīng)過透鏡投射到CMOS或CCD（電源耦合器件）傳感器的圖像經(jīng)過掃描并且施加到模擬前端（AFE）²處理器³，AFE放大和調(diào)理原始視頻信號并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。例如，AD9822⁴是一款適合CCD圖像處理應(yīng)用的完整的14 bit模擬信號處理器，它的三通道體系結(jié)構(gòu)適合對彩色CCD陣列三路輸出進行采樣和調(diào)理。一旦圖像被轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，就可對它編輯、下載或存儲和進一步處理以便適合照相機操作，例如γ校正、對閃光燈的靈敏度調(diào)整以及用于聚焦的透鏡驅(qū)動。除了這些基本的功能單元，其它的傳感器可測量透鏡位置、光強、溫度、加速度和角速度（這些最終會影響圖像的穩(wěn)定性）——并且電機和執(zhí)行機構(gòu)能夠控制快門、中性濾光片（NDF）、光圈和透鏡蓋。

照相手機與DSC
照相手機是當今世界增長最快的消費類市場并且在今后幾年仍會持續(xù)增長。這些模塊的尺寸和成本非常重要，但此外，用戶對真正照相機的性能要求越來越嚴格。事實上，新的照相手機和DSC之間的性能會聚幾年前就已經(jīng)出現(xiàn)。

高分辨率DSC很容易以低成本提供，但是它的技術(shù)不能直接移植到手機上。為什么？它們的要求相當不同。DSC的首要和最重要的功能是照相——而手機的主要功能是打電話。內(nèi)部包含的照相模塊是附加功能之一，但它不能大幅度地增加成本——或增大手機的體積。此外，對照相模塊有幾項功耗限制：大幅度減少通話時間的照相模塊從來都不會成功。

透鏡驅(qū)動器
透鏡驅(qū)動器控制執(zhí)行機構(gòu)，它可前后移動透鏡組以調(diào)整分辨率通常大于兩百萬象素的照相手機的聚焦和（或）放大倍率。

圖2. DSC信號鏈

較低分辨率的相機通常不需要自動聚焦，因此它們不需要透鏡驅(qū)動器。除了自動聚焦外，一些較高分辨率的相機會使用透鏡驅(qū)動器定位透鏡用于使圖像穩(wěn)定性。圖3示出透鏡驅(qū)動器和其大部分可能的輸入和輸出。

圖3. 透鏡驅(qū)動器大部分可能的輸入輸出

通常，DSC使用數(shù)字步進電機作為執(zhí)行機構(gòu)；步進電機具有魯棒性，容易驅(qū)動的特性，所以可用來驅(qū)動自動聚焦（AF）和縮放透鏡執(zhí)行機構(gòu)。步進電機的另一個優(yōu)點是在完成透鏡移動之后便能達到所要求的聚焦或放大倍率，所以無需再提供功率保持透鏡位置。但是當前DSC中采用的步進電機體積較大，成本很高，機構(gòu)復(fù)雜，噪音大，速度慢以及功耗大，這些問題都趨向于使得當前的一些步進電機不適合用于手機中的照相模塊。此外，隨著照相手機增加的功能越來越多，要求高集成度的空間限制問題越來越明顯——這是當前步進電機技術(shù)的一個嚴重缺點。

新興的執(zhí)行機構(gòu)技術(shù)基于壓電材料，壓電材料種類繁多。壓電執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單、它能夠使機構(gòu)快速移動并且功耗很低。該機構(gòu)可用于AF和縮放應(yīng)用，并且不需要保持力在透鏡移動完成后保持透鏡的位置。在完成透鏡移動之后無需再提供功率保持透鏡位置。不幸的是，壓電執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動方案非常復(fù)雜并且還處于不斷變化之中。另外，壓電材料具有一種很高的溫度系數(shù)，從而對驅(qū)動信號的頻率、相位差和占空比的溫度補償要求很嚴格。

執(zhí)行機構(gòu)技術(shù)的第三種選擇方案是具有彈力恢復(fù)的音圈電機（VCM），它是用于當今市場自動聚焦的最小體積最低成本的解決方案，它也是最易于實現(xiàn)的解決方案。這些優(yōu)點很重要，因為帶自動聚集的照相模塊通常是當前市場銷量最大的產(chǎn)品。

使用VCM移動可重復(fù)并且無齒輪，透鏡位置由平衡電機和彈力固定。彈力可將透鏡恢復(fù)到無限聚焦的位置，除非需要聚焦否則不消耗功耗。它具有機構(gòu)魯棒性、抗沖擊并且成本很低。這些電機無磁滯，因此具有一種直接的電流位置關(guān)系，所以通常不需要透鏡位置反饋。

圖4示出用于自動聚焦的典型彈力預(yù)載線性電機的轉(zhuǎn)移曲線——這是專用于照相手機的典型VCM轉(zhuǎn)移圖。轉(zhuǎn)移函數(shù)表示位移或行程（透鏡移動的實際距離）（mm）與通過電機的電流（mA）的關(guān)系。

圖4. 彈力預(yù)載音圈行程與灌電流之間的關(guān)系曲線

啟動電流或閾值電流（為了產(chǎn)生彈力預(yù)載線性電機任何位移必須超過這個電流值）通常要求大于或等于20 mA。額定行程或位移通常是250 μm～400 μm。關(guān)系曲線的斜率是10 μm/mA。自動聚焦的最大透鏡位移是300 μm～400 μm，因此VCM非常適合這種功能水平。然而與壓電執(zhí)行機構(gòu)和步進電機不同，VCM在保持透鏡焦點位置時要消耗功率。

表I比較了可采用的幾種一流的執(zhí)行機構(gòu)。

表I. 幾種執(zhí)行機構(gòu)比較

用于自動聚焦的VCM驅(qū)動器解決方案
ADI公司目前唯一提供完全集成產(chǎn)品制造商特別關(guān)注能使相機設(shè)計工程師充分利用的AF新興市場。AD5398⁵是一款完整的VCM驅(qū)動器解決方案，由于它包含一個120 mA輸出灌電流能力的10 bit數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），所以適合用于驅(qū)動音圈執(zhí)行機構(gòu)，例如用作透鏡自動聚焦和圖像穩(wěn)定性。AD5398使用工業(yè)標準I2C?兩線串行協(xié)議控制。第二款VCM驅(qū)動器AD5821預(yù)計在2006年10月發(fā)布。AD5821具有與AD5398相同的功能設(shè)備，但它包含一個1.8 V兼容接口——并且硬件待機引腳XSHUTDOWN規(guī)定低電平有效（對于AD5398為高電平有效）。圖5示出AD5821的框圖。10 bit的電流輸出DAC連接負載電阻R后可產(chǎn)生一個驅(qū)動運算放大器同相輸入端的電壓。反饋使得這個電壓出現(xiàn)在R_SENSE兩端，從而產(chǎn)生驅(qū)動音圈所需要的灌電流。

圖5.示出音圈連接的AD5821框圖

電阻器R和R_SENSE在片內(nèi)關(guān)聯(lián)并且匹配。因此它們的隨溫度變化的溫度系數(shù)和非線性誤差相匹配，從而使輸出溫度漂移最小。二極管D1提供輸出保護，并且當器件待機時消耗存儲在音圈中的能量。

未來透鏡驅(qū)動器
今后要求步進電機生產(chǎn)廠商減小尺寸并且降低成本。這就要求驅(qū)動器提高集成度、提高透鏡位置反饋驅(qū)動方案的效率、減小尺寸并且降低成本。許多照相模塊生產(chǎn)廠商正在試驗壓電執(zhí)行機構(gòu)，其本身為透鏡驅(qū)動器制造廠商提出了許多挑戰(zhàn)。電聚焦液體透鏡也將在不久面世。

圖6示出透鏡驅(qū)動器的壓電解決方案原理性框圖。這種解決方案也能夠應(yīng)用到步進驅(qū)動器，但需要兩倍數(shù)量的驅(qū)動器。

圖6. 可能的壓電解決方案框圖

壓電執(zhí)行機構(gòu)需要一個包含模擬驅(qū)動器、數(shù)字靈活性、信號調(diào)理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器以及某些情況下還需要電源管理多種功能組合的驅(qū)動器。ADI公司在所有這些方面都具有專家經(jīng)驗。用于手機市場的照相模塊非常復(fù)雜并且是多層面；在生產(chǎn)圖像傳感器（生產(chǎn)光模塊機構(gòu)）的公司、透鏡制造商和透鏡驅(qū)動器制造商之間都具有相互依賴性。DSC證明雖然靠專用設(shè)計可以完成，但是減小尺寸，降低成本和功耗的主要挑戰(zhàn)之一是在透鏡驅(qū)動器內(nèi)部進一步集成附加功能。隨著照相模塊的不斷發(fā)展，ADI公司將在開發(fā)新透鏡驅(qū)動器和其它芯片方面繼續(xù)保持領(lǐng)先地位。