手机Camera 模组及VCM 与VCM Driver 介绍

手機Camera模組及VCM與VCMDriver介紹,尚立高級工程師AladdinE-mail:aladdin_lin,前言,在協助客戶調整AF時,常發現Camera內的對焦鏡片完全不動,根本無法調AF,會造成對焦鏡便完全不動的原因有三,一是Camera模組內的VCM故障,二是外掛的VCMDriverIC故障,三是VCMDriver程式有問題,前兩問題屬於H/W,第三個問題屬於F/W,針對這三個問題,所以分三個部分介紹,分別是Camera模組,VCM模組,VCMDriver。,Camera模組,首先先介紹Camera模組,Camera模組,Camera模組實體圖,Camera模組,其中包括Lens,VCM,底座之架,Sensor,DriverIC(有些模組內建),PCB及FPC輸出接口,Lens模組,接著討論Lens的光學規格LensElements表示Lens的對焦鏡片由幾層組成,越多片則對焦越精確,但厚度及製程也使考慮的因素ViewingAngle:表示鏡頭的可視角度,可視較度越大越好,但一般都低於90FNumber:表示光圈值,在手機Lens使用固定光圈BlueGlass:因藍色有較高的穿透率,所以濾光片(IR-Cut),多使用BlueglassTVDistortion:鏡頭扭曲度,越小越好,Lens模組,Lens光學規格,濾光片(IR-CUT),紅外吸收濾光片,主要功能為吸收紅外線波長,可修正Sensor色偏現象,避免紅外線的干擾,最好使用藍玻璃,因為藍色波長有較高的穿透率,如果波長穿透率低,會因光線某些顏色無法穿透而產生色斑,雖然後端可以做Colorshading的補償,但是補償還是有一定的極限,所謂一分錢一分貨,建議最好使用藍玻璃的IR-Cut。,FPC(FlexCable),一般Camera模組有32pins,其中包括MIPI,Power,VCMcurrent,I2C.等,但這些腳位要如何跟手機主板上的Connector做聯接,就需透過FPC,有時因Sensor電壓的問題,會在FPC上幾個LDO做為電壓轉換,所以FPC又稱為軟板,另外Camera模組的pin腳編排跟跟主板不一定完全一樣,所以一般FPC需個別Layout,Camera模組應注意事項,1.FPC排線一定要Layout對,Camera傳輸Data使用MIPI模式,所以Layout決定信號傳輸的好壞2.Camera模組有3組電壓分別為1.2V,1.8V,2.8V,這三組電壓一定要穩定,這決定Sensor動作,並影響Camera模組的使用壽命3.Camera模組有其PowerOn/Off的PowerSequence,在程式一定要設對,不然會出現不可避免的誤動作PS:手機相機模組又稱為CCM(Cell-phoneCameraModule),PowerSequence,Powersequence範例:,VCM(VoiceCoilMotor),原理:根據弗萊明左手定律,通過線圈導電後橫切磁場的磁力線,從而產生一帶動鏡頭向上的力,通過這種值限運動的方式來達成區動透鏡進行自動調焦的一個目的,VCM(VoiceCoilMotor),VCM主要構成為一環狀永久磁鐵,線圈及上下兩片彈簧,當通電後產生的力,使用虎克定律,讓彈簧做規律的移動,來達到微距移動整個鏡片,進而改變焦距,以達到對焦的目的,VCM(VoiceCoilMotor),VCM組成架構,VCM(VoiceCoilMotor),VCM實體,VCM(VoiceCoilMotor),既然VCM是通過電流來讓透鏡移動,但通過多少電流透鏡移動多少呢?Camera模組廠會提供一VCMPerformance,讓VCMDriver控制,VCM(VoiceCoilMotor),Download與Upward為透鏡後退或前進電流與距離的曲線圖在曲線圖都有最低驅動電流及最大移動位置,如Upward最低驅動電流為24mA表示起始電流,而最大移動位置為0.22mm,對照下來電流為74mA所以對照下來線圈通過24mA74mA為VCM工作電流,00.22mm為透鏡移動範圍,VCM(VoiceCoilMotor),公式運算:如果把移動距離分為1024Step,方便計算AF對焦的位置,以下為計算範例移動1Step需多少電流?(74-24)/1024)+24=24.048mA,通常24mA為起始電流,設為固定值,所以1Step的電流變化量為0.048mA為一變數1Step時透鏡移動多少距離?0.22/1024=0.00021mm=0.21um,VCM(VoiceCoilMotor),至於目標物在多遠而透鏡移動到哪個位置最清楚,這就需要Lens廠提供資料及AF程式計算修正,以下是Lens廠提供資料,VCMDriverIC,要如何提供這微小的電流變化來控制VCM來移動透鏡,這就需要VCMDriverIC,VCMDriverIC是使用I2C控制,先不考慮AF程式是如何寫,當AF找到焦點步數時,會利用I2C讓DriverIC輸出電流給VCM,VCM再移動透鏡到達實際的對焦位置。,VCMDriverIC,VCMDriverIC範例,VCMDriverIC,因VCMDriverIC是使用I2C控制,每個I2C的零件都有一個專屬的Address,這是很重要,有很多VCMDriver不會動都是Address設錯,通常VCMDriverWriteAddress為0 x18,而VCMDriverReadAddress為0 x19,目前手機通常有前後鏡頭,但由於前後鏡頭不會同時動作,所以VCMDriverAddress可以一樣,但需使用GPIO切換Camera模組即可,但有些新型手機後鏡頭使用2個以上的Camera模組,並且要同時動作,在VCMDriverAddress設計上就要注意。,VCMDriverIC,範例:I2CAddress,VCMDriverIC,再來就是使用I2C控制VCMDriverIC內的Register動作,以下只是某顆VCMDriverIC的Register範例,VCMDriverIC,除了DATA_M,DATA_L這兩個register讓VCMDriverIC輸出電流來控制VCM推動透鏡移動,屬於動態register,其餘都是InitialRegister,根據VCMDriver廠商對這個Camera模組的VCM而實驗出的Initial值,在程式起始時設進去就好,下面會解釋這些設定的功能。,VCMDriverIC,首先介紹D9:0:DACdatainput,計算公式為(D9:0/1023)X100mA,每個DriverIC不同,要注意程式要如何設計呢?範例:起始電流為24mA,在透鏡21um為最佳對焦點首先先算出起始電流(Ds/1023)x100mA=24mA,所以Ds為245=0 xF5透鏡21um,電流變化量為4.8mA(查VCM表)(Dm/1023)x100mA=4.8mA,Dm為49=0 x31所以程式需先將0 xF5寫到DACregister,然後再將0 x31寫到DACRegister,VCMDriverIC,其他指令說明1.PD(PowerDown)當設為”1”時將這DriverIC“PowerDown”,這是當沒有使用Camera或是使用另外的Camera需將VCMDriverIC做PowerDown動作,VCMDriverIC,2.UVLO_ENB,OCP_ENB這兩個指令是做保護功能,為UnderVoltagedetection與OverCurrentdetection也就是過低的電壓或過高的電流進入,DriverIC要不要動作,最好使用default,將這兩個指令Enable,VCMDriverIC,3.S2:0:SAC(SmartActuatorControl)mode,這是設定電流輸出是否要有智慧性動作,有Directmode(指令),LSC(LineSlopControl,線性),及6種SACmode,VCMDriverIC,關於Direct與LSCscheme,VCMDriverIC,SAC(SmartActuatorControl)Scheme,VCMDriverIC,SAC(SmartActuatorControl)Scheme,VCMDriverIC,為什麼要有SAC(smartactuatorcontrol)?當控制透鏡從100Steps到300Steps,而這200Steps的距離透鏡要如何動作,可以直接Direct(指令),或是Linear(線性)的方式運動,當然也可以SAC(智慧)運動,因為VCM控制透鏡移動是一種物理原理,哪種運動是最好的?這就需Lens廠與VCM廠給資料,如果設得不好可能會影響VCM及Lens的壽命。,VCMDriverIC,4.SW:Switchmode1:Linearmode2.Switchmode(Default)都會設為Switchmode(Default),VCMDriverIC,5.DRV1:0:SoftSwitchOption這個意思可能是做完一次AF後,會關掉VCM固定透鏡的模式,確實用法還在查,VCMDriverIC,6.SWF3:0:SwitchFrequency這有可能是做完AF後到下一次做AF在VCMSwitch所需的時間,需要VCM廠商提供,VCMDriverIC,7.DIV1:0:StepPeriodDivider(Pre-scaler)forLSCmode&SACmode這是當將透鏡移動設為LSC或是SAC模式時,在移動時的時間因素,可設為2倍,1倍,倍,倍,VCMDriverIC,8.SACT5:0:設置LSC或SAC移動時間,VCMDriverIC,9.FLAG:這個VCMDriver有3各唯獨得旗標變數,分別是OCP_M,UVLO_M及FGOCP_M如果變為”1”表式電流Over,UVLO_M如果變為”1”表示電壓Under,當這兩種情形其中一種發生會將FG變為”1”,表示禁止”DATA_M”和”DATA_L”被寫入值,也就示禁止輸出電流變化。,VCMDriverIC,VCMDriverIC與ISP及VCM接法,VCMDriverIC,了解VCMDriverIC的Register就可以寫VCMDriver程式了,因為Register不多,所以控制程式通常幾十行就解決,為什麼有時程式不會動呢?通常是用錯程式,每家廠牌的Register位置功能都不一樣,一套Driver程式是不能通用所有DriverIC,還有在Register有一些Initialvalue,這些必須VCMDriver廠拿各產牌的Lens及VCM做實驗找出一組最佳的值,如果這些InitialValue沒設對,對焦透鏡也是不會動或動起來不準。,VCM控制程式,要如何撰寫控制程式呢?說真的VCMDriverIC廠都會提供F/W,搭配VCMDriverSpec.及Camera模組Spec.有點F/W基礎應該可以看得懂,在Register除了計算電流的設定值外,其他都是initialval