研究機構開發出具有最佳補償效果的手抖動信號估測算法，以及運算負載低且易實作的模糊邏輯（Fuzzy Logic）控製器，可大幅提高手機鏡頭模塊穩定度，並改善音圈馬達的磁滯效應，將有助光學防抖技術擴大滲透手機市場。

　　

　　

圖1為具光學防抖功能之微型相機模塊。防手抖係統最具代表的技術為電子防手抖（Electronic Image Stabilizer， EIS）yuguangxuefangdoujishu。qizhong，dianzifangshoudoujishuliyongtuxiangchulidefangshilaifangzhiyingxiangmohu，dianzifangshoudouxiaoguoqujueyusuanfadeshejiyuxiaolv，xitongbuxuzengjiaewaideyingjian，shiheweixinghuasheji，dantongchangbixuxishengyingxiangdefenbianlv（或影像大小）
，此為其

主要缺點。

 

圖1 影像傳感器與光學防抖模塊

　　

光學防抖技術又區分為傳感器防手抖（Sensor-shift Optical Image Stabilization）與鏡頭防手抖（Lens-shift Optical Image Stabilization）兩種（圖2），光學防抖係統利用光學鏡組（Lens）或影像傳感器（Image Sensor）的移動來補償使用者的手抖動
，故不會犧牲影像的分辨率，大幅提升產品附加價值。

圖2 光學式防手抖係統示意圖;（A）影像傳感器移動之光學防抖係統;（B）鏡頭移動之光學防抖係統。

　　

光(guang)學(xue)防(fang)抖(dou)技(ji)術(shu)需(xu)要(yao)額(e)外(wai)致(zhi)動(dong)器(qi)設(she)計(ji)，因(yin)此(ci)主(zhu)要(yao)關(guan)鍵(jian)技(ji)術(shu)包(bao)括(kuo)控(kong)製(zhi)器(qi)設(she)計(ji)與(yu)用(yong)戶(hu)手(shou)部(bu)振(zhen)動(dong)信(xin)號(hao)估(gu)測(ce)器(qi)設(she)計(ji)。手(shou)抖(dou)動(dong)信(xin)號(hao)估(gu)測(ce)器(qi)算(suan)法(fa)，是(shi)利(li)用(yong)智(zhi)能(neng)手(shou)機(ji)搭(da)載(zai)的(de)MEMS慣guan性xing傳chuan感gan器qi感gan測ce使shi用yong者zhe拍pai攝she時shi手shou部bu產chan生sheng的de晃huang動dong信xin號hao，經jing由you閉bi回hui路lu控kong製zhi係xi統tong驅qu動dong微wei型xing相xiang機ji模mo塊kuai內nei部bu精jing密mi音yin圈quan馬ma達da驅qu動dong，以yi補bu償chang使shi用yong者zhe手shou部bu產chan生sheng的de晃huang動dong，避bi免mian拍pai攝she影ying像xiang產chan生sheng模mo糊hu。手shou抖dou動dong信xin號hao估gu測ce器qi包bao括kuo慣guan性xing傳chuan感gan器qi（多軸陀螺儀及加速度計）與慣性傳感信號處理算法設計。工研院南分院已投入慣性信號估測技術開發多年，並成功運用於行人/行車慣性導航

、光學防抖係統中，有相當豐碩的成果。

　　

手(shou)抖(dou)動(dong)信(xin)號(hao)估(gu)測(ce)器(qi)利(li)用(yong)陀(tuo)螺(luo)儀(yi)組(zu)件(jian)感(gan)測(ce)到(dao)手(shou)抖(dou)動(dong)信(xin)號(hao)後(hou)
，經(jing)由(you)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)及(ji)積(ji)分(fen)運(yun)算(suan)後(hou)可(ke)得(de)到(dao)顫(chan)抖(dou)角(jiao)度(du)信(xin)號(hao)，經(jing)實(shi)驗(yan)量(liang)測(ce)分(fen)析(xi)後(hou)，一(yi)般(ban)手(shou)部(bu)振(zhen)動(dong)頻(pin)率(lv)特(te)性(xing)主(zhu)要(yao)頻(pin)帶(dai)在(zai)2~12Hz之zhi間jian
，故gu信xin號hao處chu理li算suan法fa亦yi針zhen對dui該gai頻pin帶dai信xin號hao特te性xing做zuo濾lv波bo器qi設she計ji，開kai發fa的de算suan法fa係xi將jiang慣guan性xing信xin號hao處chu理li使shi用yong一yi階jie低di通tong濾lv波bo器qi與yu高gao通tong濾lv波bo器qi濾lv除chu高gao頻pin噪zao聲sheng信xin號hao及ji低di頻pin的de主zhu動dong式shi信xin號hao（用戶操作相機所產生的信號）。

　　

低di通tong與yu高gao通tong濾lv波bo器qi除chu可ke針zhen對dui特te定ding帶dai寬kuan的de手shou抖dou信xin號hao做zuo補bu償chang外wai，並bing可ke避bi免mian濾lv波bo器qi對dui信xin號hao所suo造zao成cheng的de相xiang位wei延yan遲chi，讓rang信xin號hao處chu理li算suan法fa與yu控kong製zhi係xi統tong整zheng合he獲huo得de最zui佳jia補bu償chang效xiao果guo，使shi得de防fang抖dou模mo塊kuai能neng達da到dao預yu期qi效xiao能neng。算suan法fa因yin考kao慮lv濾lv波bo器qi造zao成cheng手shou抖dou動dong信xin號hao相xiang位wei的de變bian化hua，故gu以yi此ci所suo開kai發fa的de適shi應ying性xing手shou抖dou動dong估gu測ce器qi，在zai寬kuan帶dai域yu範fan圍wei可ke以yi獲huo得de精jing準zhun的de手shou抖dou動dong估gu測ce信xin號hao。圖tu6為手抖動信號估測器方塊圖。

圖3 手抖動信號估測器方塊圖

　　

　　

另一光學防抖係統關鍵技術為控製器設計
，微型相機模塊致動器大多采用音圈馬達，但其具有磁滯效應
、磨擦和參數時變等非線性特性，因此在控製器設計上必須考慮到非線性特性與實現時的運算負載。模糊邏輯控製器（Fuzzy Logic Controller）由於有運算負載低、不需要精確的受控係統數學模型、架jia構gou易yi實shi現xian並bing能neng有you效xiao的de補bu償chang微wei型xing致zhi動dong器qi非fei線xian性xing等deng優you點dian
，近jin年nian來lai
，工gong研yan院yuan南nan分fen院yuan所suo開kai發fa的de光guang學xue防fang抖dou係xi統tong
，成cheng功gong地di利li用yong模mo糊hu控kong製zhi器qi驅qu動dong音yin圈quan馬ma達da
，藉ji以yi補bu償chang經jing由you手shou抖dou動dong信xin號hao估gu測ce器qi算suan法fa計ji算suan出chu來lai的de位wei移yi補bu償chang信xin號hao
，達da到dao防fang手shou抖dou效xiao果guo。光guang學xue防fang抖dou係xi統tong如ru圖tu4所示。

圖4 光學防抖係統方塊圖

　　

目前市麵上的防手抖效能主要分為1~4級(ji)。一(yi)般(ban)而(er)言(yan)，防(fang)手(shou)抖(dou)效(xiao)能(neng)級(ji)數(shu)是(shi)以(yi)安(an)全(quan)快(kuai)門(men)速(su)度(du)的(de)倍(bei)率(lv)來(lai)估(gu)算(suan)，安(an)全(quan)快(kuai)門(men)速(su)度(du)等(deng)於(yu)焦(jiao)距(ju)長(chang)度(du)分(fen)之(zhi)一(yi)秒(miao)的(de)快(kuai)門(men)時(shi)間(jian)，舉(ju)例(li)來(lai)說(shuo)，如(ru)果(guo)鏡(jing)頭(tou)的(de)焦(jiao)距(ju)是(shi)40毫米（mm）

，那麼安全快門的速度就是1/40秒，使用低於安全快門速度拍出清晰的影像，防手抖級數就是安全快門速度的倍率;如果以安全快門速度是1/40秒為例
，防手抖效能四級即代表相機在（1/40）×2^4=1/2.5秒快門速度下仍然能拍下清晰的影像
，而影像的清晰程度則可以藉由穩定率（Stabilization Rate
， SR）小於-15dB或ISO-12233
，來鑒別影像銳利度（Image Sharpness）。

　　

其(qi)中(zhong)，穩(wen)定(ding)率(lv)實(shi)驗(yan)主(zhu)要(yao)是(shi)光(guang)學(xue)防(fang)抖(dou)係(xi)統(tong)在(zai)振(zhen)動(dong)補(bu)償(chang)與(yu)無(wu)振(zhen)動(dong)補(bu)償(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)
，由(you)固(gu)定(ding)快(kuai)門(men)時(shi)間(jian)條(tiao)件(jian)決(jue)定(ding)拍(pai)攝(she)測(ce)試(shi)目(mu)標(biao)
，由(you)拍(pai)攝(she)照(zhao)片(pian)上(shang)影(ying)像(xiang)振(zhen)動(dong)像(xiang)素(su)（高度）的比值來評定防手抖效能，穩定率圖示說明請參考圖5所示。

圖5 防手抖穩定率定義圖

　　

OISOFF_S代表當光學防抖係統關閉且使用相機時
，手產生抖動時所拍攝的影像像素（垂直高度）;OISON_S代表當光學防抖係統開啟，且手抖動產生時所拍攝的影像像素（垂直高度）;OISOFF_NS代表當光學防抖係統關閉，且無手抖動產生時
，即為OIS係統靜止時拍攝的影像像素（垂直高度）。工研院南分院開發的適應性光學防抖係統已可達市售四級防手抖效能。

　　

隨著MEMSguanxingchuanganqiyushoujixiangjimokuaixinshejiweixingxiangjimokuaidefazhan，zhinengshoujidedongzuoganyingyufangshoudoujishuyiriyizhongyao。muqianshimianshangweixingxiangjimokuaiduoyiyinquanmadaweizhuyaozhidongqi，suizhezhinengshoujiyuguanxingchuanganqidejishufazhan，weilaiguangxuefangdoujishujiangzhujianshoudaozhongshi，jiangshishishougaojiezhinengshoujidegongnengzhiyi。

　　

慣性傳感/防手抖成標準配備 手機附加價值可望大幅提升

　　

工(gong)研(yan)院(yuan)南(nan)分(fen)院(yuan)多(duo)年(nian)來(lai)投(tou)入(ru)慣(guan)性(xing)導(dao)航(hang)與(yu)光(guang)學(xue)防(fang)抖(dou)相(xiang)機(ji)的(de)技(ji)術(shu)開(kai)發(fa)，在(zai)手(shou)機(ji)慣(guan)性(xing)傳(chuan)感(gan)與(yu)光(guang)學(xue)防(fang)抖(dou)係(xi)統(tong)皆(jie)有(you)豐(feng)富(fu)的(de)經(jing)驗(yan)，文(wen)中(zhong)介(jie)紹(shao)之(zhi)光(guang)學(xue)防(fang)抖(dou)係(xi)統(tong)便(bian)是(shi)研(yan)發(fa)成(cheng)果(guo)，該(gai)成(cheng)果(guo)已(yi)成(cheng)功(gong)技(ji)轉(zhuan)多(duo)家(jia)廠(chang)商(shang)。市(shi)場(chang)也(ye)預(yu)估(gu)手(shou)機(ji)相(xiang)機(ji)模(mo)塊(kuai)新(xin)設(she)計(ji)與(yu)MEMS慣性組件在消費性電子應用市場的刺激下
，將帶動整合型MEMS慣性傳感器出貨量巨幅增長，促進光學防抖技術的發展;未來，6軸慣性傳感組件（包括加速度計與陀螺儀）與yu光guang學xue防fang抖dou功gong能neng將jiang成cheng為wei高gao階jie智zhi能neng手shou機ji的de標biao準zhun配pei備bei，大da幅fu提ti高gao智zhi能neng手shou機ji的de附fu加jia價jia值zhi
，也ye是shi未wei來lai主zhu導dao市shi場chang產chan品pin的de重zhong要yao因yin素su
，對dui慣guan性xing組zu件jian與yu微wei型xing相xiang機ji模mo塊kuai廠chang商shang而er言yan是shi相xiang當dang重zhong要yao的de產chan品pin發fa展zhan方fang向xiang。

　　

近年來，智能手機市場因蘋果（Apple）

、三星（Samsung）、宏達電（HTC）等品牌產品的熱銷，相關應用也愈加成熟與多元化。據市調機構國際數據信息（IDC）的報告指出，智能手機市場在2010年開始呈現爆炸性增長
，預測在2017年可達到十五億支以上（圖1）。與此同時，智能手機搭載的微機電係統（MEMS）慣性傳感組件，以及高像素微型相機模塊（Compact Camera Module， CCM）
，也已成為目前高端手機標準配備，未來動作感應與光學防抖技術，將可大幅提升產品的功能與附加價值。

圖6 2012~2017年智能手機出貨量分析

　　

市麵上智能手機多數已搭載MEMS動作感應組件
，包括加速度計、陀螺儀（慣性組件）及磁力計等，因其符合移動設備追求的低耗電、重量輕、體積小等設計趨勢，目前已被廣泛使用於消費電子產品中

，其中包括計步器、智能手機與平板計算機等3C產品。根據市調機構IHS iSuppli所做的市場調查
，智能手持設備（包括智能手機、平板計算機）的MEMS動作感應組件市場
，2013年實際收益約15億美元，比起2012年增長了12%，預期2016年可達到22億1
，000萬美元（圖2）。市場調查結果說明智能手機配置MEMS慣性組件已是必然的趨勢。

圖7 2011~2016年智能手持設備MEMS動作感應組件收益分析

　　

智能手機除了搭載MEMS慣性傳感組件外，也搭載微型相機模塊，根據IC Insights調查與統計
，全球相機模塊總出貨量預估將從2011年的二十五億套
，增加至2016年的六十億套。2012年全球數字相機與影像係統市場規模為555億美元，預測在2016年其總產值將達到778億美元
，其中
，手機相機模塊的部分占據30%（圖3），其比例逐漸攀升
，且有取代一般數碼相機產品的趨勢;IC Insights同時也預測
，智能手持設備搭載的微型相機模塊在2013~2019年間，將以21.9%的速度增長。從智能手機多媒體功能的需求增長、shiyongzhexiguandegaibian

，yijishichangtiaozhafenxijieguozuozheng，zhinengshoujiyizhujianqudaishumaxiangji。shimianshanggaoduanzhinengshoujiyikaishijieheweixingxiangjimokuaiyudongzuoganyingjishu

，shixianguangxuefangshoudou（Optical Image Stabilization， OIS）

，用以改善手機照相質量。可預期未來智能手機市占率將由手機照相模塊新設計與光學防抖技術所影響。

圖8 2016年數字相機係統銷售額預測