今天，所謂的‘解析度演化論’(Evolution of Resolution)正在帶動相機模組的發展。今天，所谓的‘解析度演化论’(Evolution of Resolution)正在带动相机模组的发展。 為能善加利用不斷提升的解析度，有效且快速的自動對焦能力也就必須要能夠一併的提升。为能善加利用不断提升的解析度，有效且快速的自动对焦能力也就必须要能够一并的提升。 隨著自動對焦成為標準功能，持續成長的解析度將帶來更多的相機功能要求，如光學變焦、快門控制及影像穩定功能(圖1)。随着自动对焦成为标准功能，持续成长的解析度将带来更多的相机功能要求，如光学变焦、快门控制及影像稳定功能(图1)。

要實現許多特點的一個共同關鍵要素，乃是在於快速移動鏡頭以獲得最適當對焦效果的能力。要实现许多特点的一个共同关键要素，乃是在于快速移动镜头以获得最适当对焦效果的能力。 鏡頭驅動器具有能夠對應數位控制訊號做出回應，並讓鏡頭進行適當動作的能力。 镜头驱动器具有能够对应数位控制讯号做出回应，并让镜头进行适当动作的能力。 我們將會討論鏡頭驅動器的角色，同時也介紹兩個很實用的新產品，並探討鏡頭驅動器在市場的未來性。我们将会讨论镜头驱动器的角色，同时也介绍两个很实用的新产品，并探讨镜头驱动器在市场的未来性。

圖2所示為數位相機的結構圖。图2所示为数位相机的结构图。 藉由鏡頭投射到一組互補金屬氧化半導體(CMOS)或是電荷耦合元件(CCD)感測器上的影像，經過掃瞄之後被送到一組類比前端(AFE)處理器中，以便對此原始的視訊訊號加以放大和調節，並將其轉換成數位形式。藉由镜头投射到一组互补金属氧化半导体(CMOS)或是电荷耦合元件(CCD)感测器上的影像，经过扫瞄之后被送到一组类比前端(AFE)处理器中，以便对此原始的视讯讯号加以放大和调节，并将其转换成数位形式。 舉例來說，AD9822是一顆應用於CCD影像應用裝置的全14位元類比訊號處理器，其三通道架構的特點，是特別設計用來對三次線性彩色CCD陣列的輸出進行取樣與調節。举例来说，AD9822是一颗应用于CCD影像应用装置的全14位元类比讯号处理器，其三通道架构的特点，是特别设计用来对三次线性彩色CCD阵列的输出进行取样与调节。

當影像轉換成數位型態之後，他就可以被編輯、下載或是儲存，以及供相機做更進一步處理，像是迦瑪校正(gamma-correction)、閃光燈的光線敏感度調整、以及對焦用的鏡頭驅動等。当影像转换成数位型态之后，他就可以被编辑、下载或是储存，以及供相机做更进一步处理，像是迦玛校正(gamma-correction)、闪光灯的光线敏感度调整、以及对焦用的镜头驱动等。 除了這些基本要素，額外的感測器可用來量測鏡頭位置、光線、溫度、加速度、以及角運動，另外馬達/致動器則可以控制快門、中性濾鏡(NDF)、光圈以及鏡頭蓋。除了这些基本要素，额外的感测器可用来量测镜头位置、光线、温度、加速度、以及角运动，另外马达/致动器则可以控制快门、中性滤镜(NDF)、光圈以及镜头盖。

圖1：照相手機以及鏡頭驅動器的2008年市場預測。 图1：照相手机以及镜头驱动器的2008年市场预测。

圖2：數位相機中的各個主要功能與週邊結構圖。 图2：数位相机中的各个主要功能与周边结构图。

照相手機vs.數位相機 照相手机vs.数位相机

照相手機是現今世界上成長最快速的消費性市場，而且在未來的數年中也仍將持續成長。照相手机是现今世界上成长最快速的消费性市场，而且在未来的数年中也仍将持续成长。 這些模組的大小以及成本都是考量重點，但伴隨而來的則是使用者對於真正相機性能的要求。这些模组的大小以及成本都是考量重点，但伴随而来的则是使用者对于真正相机性能的要求。 事實上，與過去一兩年的數位相機機種相比，新推出的照相手機已出現在性能上的融合趨勢。事实上，与过去一两年的数位相机机种相比，新推出的照相手机已出现在性能上的融合趋势。

高解析度數位相機已經可用低廉的成本取得，但它們的技術還無法馬上轉移到手機上。高解析度数位相机已经可用低廉的成本取得，但它们的技术还无法马上转移到手机上。 這是為什麼呢？这是为什么呢？ 因為它們的需求大不相同。因为它们的需求大不相同。 首先且最重要的，數位相機是一台照相機，而手機的主要功能則是打電話與某人交談。首先且最重要的，数位相机是一台照相机，而手机的主要功能则是打电话与某人交谈。 內建的相機模組只是額外特性，但它不可以使成本大幅提昇，或加大手機體積。内建的相机模组只是额外特性，但它不可以使成本大幅提升，或加大手机体积。 此外，在相機模組上還有很嚴格的功耗限制：會明顯消耗掉通話時間的相機模組，絕對不會是一件成功的產品。此外，在相机模组上还有很严格的功耗限制：会明显消耗掉通话时间的相机模组，绝对不会是一件成功的产品。

鏡頭驅動器 镜头驱动器

一般而言，在解析度高於200萬畫素的照相手機中，會採用鏡頭驅動器來控制負責將鏡片組前後來回移動的致動器，以便調整焦距亦或是放大倍數。一般而言，在解析度高于200万画素的照相手机中，会采用镜头驱动器来控制负责将镜片组前后来回移动的致动器，以便调整焦距亦或是放大倍数。

具有低解析度的照相機一般大多不需要自動對焦，所以它們也不需要鏡頭驅動器。具有低解析度的照相机一般大多不需要自动对焦，所以它们也不需要镜头驱动器。 除了對焦能力，某些較高解析度的照相機還會為了影像穩定而使用鏡頭驅動器來對鏡頭作定位。除了对焦能力，某些较高解析度的照相机还会为了影像稳定而使用镜头驱动器来对镜头作定位。 圖3所示為一組鏡頭驅動器以及其多種可能的輸入與輸出。图3所示为一组镜头驱动器以及其多种可能的输入与输出。

圖3：具有多種可能輸入與輸出的鏡頭驅動器。 图3：具有多种可能输入与输出的镜头驱动器。

傳統上，數位相機都是使用數位步進馬達作為致動器；步進馬達的耐用度已經過證實，而且也易於驅動，因此可用來驅動自動對焦以及變焦鏡頭的致動器。传统上，数位相机都是使用数位步进马达作为致动器；步进马达的耐用度已经过证实，而且也易于驱动，因此可用来驱动自动对焦以及变焦镜头的致动器。 步進馬達的另一個優點是，當鏡頭的動作完成，且已到達所需的焦距或放大倍數時，就不再需要為了將鏡頭保持在定位而消耗任何電源。步进马达的另一个优点是，当镜头的动作完成，且已到达所需的焦距或放大倍数时，就不再需要为了将镜头保持在定位而消耗任何电源。 但目前用於數位相機上的步進器體積都很大，相對也較貴，且機構複雜、聲音吵雜、速度慢、耗電大。但目前用于数位相机上的步进器体积都很大，相对也较贵，且机构复杂、声音吵杂、速度慢、耗电大。 這些因素都使得現今的步進馬達不適合用在手機相機模組中。这些因素都使得现今的步进马达不适合用在手机相机模组中。 此外，隨著各種功能持續導入照相手機，在空間有限的情況下，對於高度整合性之需求會變得更為明顯，而這也正是目前步進馬達技術的嚴重缺點。此外，随着各种功能持续导入照相手机，在空间有限的情况下，对于高度整合性之需求会变得更为明显，而这也正是目前步进马达技术的严重缺点。

目前有一種正在興起的致動器技術，是以具有多樣優點的壓電材料(piezoelectric material)為基礎。目前有一种正在兴起的致动器技术，是以具有多样优点的压电材料(piezoelectric material)为基础。 壓電致動器具有簡單的機構，可實現快速移動，在耗電方面也極具效益。压电致动器具有简单的机构，可实现快速移动，在耗电方面也极具效益。 它可以使用在具有自動對焦以及變焦能力等的應用上，而且在鏡頭完成移動後，不需要為了將鏡頭維持在定位而耗電。它可以使用在具有自动对焦以及变焦能力等的应用上，而且在镜头完成移动后，不需要为了将镜头维持在定位而耗电。 不幸的是，壓電元件的驅動架構相當複雜，而且也在改變中。不幸的是，压电元件的驱动架构相当复杂，而且也在改变中。 此外，壓電材料具有較高的溫度係數，必須要對驅動訊號的頻率、相位差異、以及工作週期作溫度補償。此外，压电材料具有较高的温度系数，必须要对驱动讯号的频率、相位差异、以及工作周期作温度补偿。

在致動器技術上的第三個選項：具有彈簧回返裝置的音圈馬達(voice-coil motor，VCM)，這是現今市場上在自動對焦方面尺寸最小、成本最低的解決方案；它同時也是最易於實現的方案。在致动器技术上的第三个选项：具有弹簧回返装置的音圈马达(voice-coil motor，VCM)，这是现今市场上在自动对焦方面尺寸最小、成本最低的解决方案；它同时也是最易于实现的方案。 由於具有自動對焦功能的相機模組是目前市場上最大量的產品，因此這些條件都很重要。由于具有自动对焦功能的相机模组是目前市场上最大量的产品，因此这些条件都很重要。

使用VCMs所完成的動作，是可重複且不須使用到齒輪的，它透過平衡馬達與彈簧兩者的力量以固定鏡頭位置。使用VCMs所完成的动作，是可重复且不须使用到齿轮的，它透过平衡马达与弹簧两者的力量以固定镜头位置。 彈簧會將鏡頭推回到無限聚焦(infinite-focus)的位置上，不會浪費任何電源，除非有需要作對焦。弹簧会将镜头推回到无限聚焦(infinite-focus)的位置上，不会浪费任何电源，除非有需要作对焦。 它的機構相當的耐用、抗震、以及低成本。它的机构相当的耐用、抗震、以及低成本。 這些馬達沒有磁滯現象，具有很直接的電流vs.位置關係，也因此無需經常進行鏡頭位置回授。这些马达没有磁滞现象，具有很直接的电流vs.位置关系，也因此无需经常进行镜头位置回授。

圖4所示為一組應用於自動對焦上的典型彈簧預載線性馬達(spring-preloaded linear motor)的轉換曲線，以及要使用在照相手機上的典型VCM之尺寸。图4所示为一组应用于自动对焦上的典型弹簧预载线性马达(spring-preloaded linear motor)的转换曲线，以及要使用在照相手机上的典型VCM之尺寸。 轉換函數顯示了位移或是行程(stroke)，亦即鏡頭移動的實際距離(mm)相對於流經馬達的電流(mA)。转换函数显示了位移或是行程(stroke)，亦即镜头移动的实际距离(mm)相对于流经马达的电流(mA)。

圖4：彈簧預載式音圈行程vs.汲入電流。 图4：弹簧预载式音圈行程vs.汲入电流。

要讓彈簧預載式線性馬達產生任何的位移量，都必須要先有超過起始電流，或稱為閾值電流的電流，通常該值是設定為20mA或者更大。要让弹簧预载式线性马达产生任何的位移量，都必须要先有超过起始电流，或称为阈值电流的电流，通常该值是设定为20mA或者更大。 這類的額定行程或是位移通常是介於250um到400um之間，而轉換曲線的斜率則是在10mm/mA之譜。这类的额定行程或是位移通常是介于250um到400um之间，而转换曲线的斜率则是在10mm/mA之谱。 當鏡頭在做自動對焦時的最大位移是介於300um到400um之間，因此VCM相當適合於應用在這種等級的功能。当镜头在做自动对焦时的最大位移是介于300um到400um之间，因此VCM相当适合于应用在这种等级的功能。 然而，不同於壓電致動器以及步進馬達，VCM在將鏡頭維持於對焦位置時是需要消耗電力的。然而，不同于压电致动器以及步进马达，VCM在将镜头维持于对焦位置时是需要消耗电力的。 表1對於目前業界幾種致動器技術進行了比較。表1对于目前业界几种致动器技术进行了比较。

表1：目前市面上幾種主要的致動器性能比較表。 表1：目前市面上几种主要的致动器性能比较表。

驅動VCM實現自動對焦 驱动VCM实现自动对焦

ADI目前生產的整合式產品是特別針對照相手機工程師所設計。 ADI目前生产的整合式产品是特别针对照相手机工程师所设计。 AD5398是一個VCM驅動器解決方案，包含一個具有120毫安輸出電流汲入能力的10位元數位類比轉換器(DAC)，可驅動鏡頭自動對焦及影像穩定等功能應用上的音圈致動器。 AD5398是一个VCM驱动器解决方案，包含一个具有120毫安输出电流汲入能力的10位元数位类比转换器(DAC)，可驱动镜头自动对焦及影像稳定等功能应用上的音圈致动器。 AD5398採用I2C 雙線串聯通訊協議進行控制。 AD5398采用I2C双线串联通讯协议进行控制。 另一種VCM驅動器是AD5821，具有與AD5398相同的特點，但還包括了一個1.8V的相容介面，此外，其硬體關機接腳XSHUTDOWN設計為active low(AD5398接腳為active high)。另一种VCM驱动器是AD5821，具有与AD5398相同的特点，但还包括了一个1.8V的相容介面，此外，其硬体关机接脚XSHUTDOWN设计为active low(AD5398接脚为active high)。 圖5為AD5821結構圖，其中，以電阻R做為負載的10位元電流輸出DAC，會產生出用以驅動運算放大器的非反相輸入端之電壓。图5为AD5821结构图，其中，以电阻R做为负载的10位元电流输出DAC，会产生出用以驱动运算放大器的非反相输入端之电压。 回授會使得該電壓通過RSENSE，進而產生驅動音圈馬達所需要的汲入電流。回授会使得该电压通过RSENSE，进而产生驱动音圈马达所需要的汲入电流。

圖5：AD5821連結至音圈馬達示意圖。 图5：AD5821连结至音圈马达示意图。

電阻R和RSENSE是以交插並匹配的方式內建於晶片中，其溫度係數與任何溫度方面的非線性特性均能匹配，並使溫度上的輸出漂移得以最小化。电阻R和RSENSE是以交插并匹配的方式内建于晶片中，其温度系数与任何温度方面的非线性特性均能匹配，并使温度上的输出漂移得以最小化。 二極體D1提供了輸出上的保護，當元件的電源關閉時，此二極體會去消耗儲存在音圈中的電能。二极体D1提供了输出上的保护，当元件的电源关闭时，此二极体会去消耗储存在音圈中的电能。

本文小結 本文小结

步進馬達生產廠商將被迫縮小尺寸並降低成本，這將使驅動器需要具有更高度的整合性、更有效益的驅動架構、鏡頭位置回授、更小尺寸及更低的成本。步进马达生产厂商将被迫缩小尺寸并降低成本，这将使驱动器需要具有更高度的整合性、更有效益的驱动架构、镜头位置回授、更小尺寸及更低的成本。 許多相機模組生產廠商都在採用壓電致動器進行實驗，而這對於鏡頭驅動器的生產廠商而言帶來了許多的挑戰。许多相机模组生产厂商都在采用压电致动器进行实验，而这对于镜头驱动器的生产厂商而言带来了许多的挑战。 同時在不遠的將來，還會有電子對焦液態鏡頭的出現。同时在不远的将来，还会有电子对焦液态镜头的出现。

圖6為使用壓電技術做為鏡頭驅動的解決方案。图6为使用压电技术做为镜头驱动的解决方案。 該圖也可以套用在步進馬達上，但所需的驅動器數量必須要增加一倍。该图也可以套用在步进马达上，但所需的驱动器数量必须要增加一倍。

圖6：可能採行的壓電解決方案結構圖。 图6：可能采行的压电解决方案结构图。

壓電致動器所需的驅動器必須能結合類比驅動器、數位化彈性、訊號調節與轉換等特性，在某些情況下還需要電源管理。压电致动器所需的驱动器必须能结合类比驱动器、数位化弹性、讯号调节与转换等特性，在某些情况下还需要电源管理。 使用在手機上的相機模組市場是相當複雜的；在影像感測器供應商、光學模組機構生產商、鏡頭生產商及鏡頭驅動器業者間存在著一種相互依存的特性。使用在手机上的相机模组市场是相当复杂的；在影像感测器供应商、光学模组机构生产商、镜头生产商及镜头驱动器业者间存在着一种相互依存的特性。 數位相機是透過專屬化設計達到極佳成果的證明；但在減少尺寸、成本及耗電方面的最主要挑戰之一，則是要在鏡頭驅動器內進一步整合額外功能。数位相机是透过专属化设计达到极佳成果的证明；但在减少尺寸、成本及耗电方面的最主要挑战之一，则是要在镜头驱动器内进一步整合额外功能。