你可能已经意识到你的手机里有一个摄像头模块;但是，如果相机的使用时间超过几个月，或者不是特别贵，那么很有可能，如果你拍下了犯罪的人，所产生的模糊图像——无论是由于分辨率不足、对焦不佳，还是由于曝光时的运动——都不会在法庭上被采信。但摄像头模块的分辨率和总体性能正在迅速提高。2000年，三星发布了SCH-V200，这是一款30万像素(MP)的拍照手机，2003年，NTT DoCoMo推出了首款自动对焦手机相机，130万像素的P505iS。去年，索爱推出了被许多人认为是第一款真正具有拍照功能的手机——200万像素的K750i自动对焦。2006年3月，三星发布了SCH-B600，一款10万像素的照相手机!

现在所谓的“分辨率进化”正在推动相机模块的发展。为了充分利用增加的分辨率，有效和快速的自动对焦(AF)必须伴随着像素的增加。随着自动对焦成为标准功能，不断提高的分辨率将需要更多的相机功能，如光学变焦、快门控制和图像稳定(图1)。

许多功能的一个关键因素是能够快速移动镜头，以达到最佳的焦点。的镜头驱动程序根据数字控制信号提供适当移动镜头的动力。我们将讨论镜头驱动器的作用，描述两个有用的新产品，并考虑镜头驱动器在市场上的未来。

图2是数码相机的一般框图或信号链。镜头投射到CMOS或CCD(电荷耦合器件)传感器上的图像被扫描并应用到前端处理器(AFE)，该处理器放大和调节原始视频信号，并将其转换为数字信号。例如，AD9822是一个完整的14位信号处理器，用于CCD成像应用，具有3通道架构，旨在对三线彩色CCD阵列的输出进行采样和调节。一旦图像变成数字形式，它就可以被编辑、下载或存储，并进一步处理用于相机操作，如伽马校正、闪光灯的光敏度调整和镜头聚焦驱动。除了这些基本元素之外，附加的传感器可以测量镜头位置、光线、温度、加速度和角运动(这些最后用于图像稳定)，电机/执行器可以控制快门、中性密度滤镜(NDF)、光圈和镜头盖。

手机相机vs.数码相机

照相手机是当今世界上增长最快的消费市场，并将在未来几年继续增长。这些模块的尺寸和成本是最重要的，但与此同时，用户要求真正的相机性能。事实上，新的照相手机和几年前的数码相机(dsc)之间的性能趋同已经发生了。

高分辨率的数码相机很容易以低成本获得，但它们的技术不能立即转移到手机上。为什么不呢?他们的要求相当不同。dsc首先是照相机，而手机的主要功能是打电话和说话。内置的摄像头模块是那些有用的附加功能之一，有时可能会派上用场，但它不会大幅增加成本，也不会让手机变得更笨重。此外，相机模块有严格的功耗限制:严重消耗通话时间的相机模块永远不会成功。

镜头驱动程序

镜头驱动器控制执行器，使镜头组件前后移动，以调整分辨率通常大于200万像素的照相手机的焦距和/或放大倍率。分辨率较低的相机通常不需要自动对焦，因此不需要镜头驱动程序。除了对焦，一些高分辨率的相机可能会使用镜头驱动器来定位镜头以实现图像稳定。图3显示了一个透镜驱动器及其许多可能的输入和输出。

传统上，dsc使用数字步进电机作为执行器;该步进已被证明是坚固的，易于驱动，它可以用来驱动自动对焦(AF)和变焦镜头致动器。步进器的另一个优点是，在镜头运动完成后，达到所需的焦距或放大倍数，不需要保持镜头在适当的位置。但是目前用于dsc的步进器体积大，相对昂贵，机械复杂，噪音大，速度慢，耗电大。这些因素都倾向于使当前的步进器不适合手机的摄像头模块。此外，随着照相手机功能的增加，空间限制将要求高度集成，这是目前步进技术的一个严重缺点。

基于压电材料的致动器技术是一种新兴的致动器技术。压电致动器机械结构简单，动作迅速，节能。它可以用于自动对焦和变焦应用，并且在镜头运动完成后不需要保持镜头位置。不幸的是，压电元件的驱动方案是复杂的，仍然在不断变化。此外，压电材料具有较高的温度系数，要求对驱动信号的频率、相位差和占空比进行温度补偿。

执行器技术的第三种选择是带弹簧复位的音圈电机(VCM)，它是目前市场上最小、成本最低的自动对焦解决方案;它也是最容易实现的。这些因素很重要，因为具有自动对焦功能的相机模块目前是该市场上销量最高的产品。

使用vcm的运动是可重复的和无齿轮的，镜头位置通过平衡电机和弹簧力固定。弹簧使镜头回到无限聚焦位置，除非需要聚焦，否则不会耗散功率。它在机械上坚固，抗冲击，并且具有低成本的机械。这些电动机没有迟滞，因此具有直流电-vs。-位置关系，因此通常不需要透镜位置反馈。

图4显示了用于自动对焦的典型弹簧预加载线性电机的传递曲线，以及用于照相手机的典型VCM的尺寸。传递函数显示位移或行程，即镜头移动的实际距离(mm)与通过电机的电流(mA)。

启动电流，或阈值电流，必须超过任何位移弹簧预加载的直线电机发生，通常是20毫安或更大。额定行程或位移通常为250mm ~ 400mm，传递曲线的斜率在10mm /mA数量级。自动对焦的最大镜头位移约为300毫米至400毫米，因此VCM非常适合此级别的功能。然而，与压电致动器和步进电机不同，VCM在保持镜头对焦时确实消耗功率。

表1比较了同类最佳执行器技术。

表1 .执行器比较

驱动VCM自动对焦

AD5398是一款完整的vcm驱动解决方案，包含一个具有120毫安输出电流吸收能力的10位数模转换器(DAC)，用于在镜头自动对焦和图像稳定等应用中驱动音圈致动器。AD5398采用工业标准I(2)C 2线串行协议进行控制。第二个VCM驱动，AD5821，计划在2006年12月发布。AD5821具有与AD5398相同的功能集，但包括1.8 v兼容接口，其硬件关闭引脚XSHUTDOWN为低电平(在AD5398上为高电平)。AD5821的原理框图如图5所示。一个由电阻R负载的10位电流输出DAC产生一个电压，驱动运算放大器的非反相输入。反馈导致这个电压出现在R(SENSE)上，产生驱动音圈所需的吸收电流。

电阻R和R(SENSE)在片上交错匹配。因此，它们的温度系数和温度上的任何非线性都是匹配的，最大限度地减少了温度上的输出漂移。二极管D1提供输出保护，并在设备断电时耗散存储在音圈中的能量。

未来

步进电机制造商将被迫缩小尺寸和成本。这将要求驱动器具有更高的集成度、更高效的驱动方案、镜头位置反馈、更小的尺寸和更低的成本。许多相机模组制造商正在试验压电致动器，这本身就给镜头驱动器制造商带来了许多挑战。不远的地方还有电聚焦液体透镜。

图6显示了用于透镜驱动的压电解决方案的概念框图。这也适用于步进驱动器，只是所需的驱动器数量将增加一倍。

压电致动器需要混合驱动器、数字灵活性、信号调理和转换，在某些情况下还需要电源管理。Devices拥有所有这些领域的专业知识。手机市场的摄像头模块是复杂的、多层次的;在制造图像传感器的公司、为光学模块生产机械的公司、镜头制造商和镜头驱动器制造商之间存在相互依赖关系。数码相机证明了专用设计可以实现什么，但在减小尺寸，成本和功率方面的主要挑战之一是在镜头驱动器中进一步集成额外的功能。随着相机模组的不断发展，将继续引领新的镜头驱动和其他组件的发展。