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）與yu光guang學xue防fang抖dou技ji術shu。其qi中zhong
，電dian子zi防fang手shou抖dou技ji術shu利li用yong圖tu像xiang處chu理li的de方fang式shi來lai防fang止zhi影ying像xiang模mo糊hu
，電dian子zi防fang手shou抖dou效xiao果guo取qu決jue於yu算suan法fa的de設she計ji與yu效xiao率lv，係xi統tong不bu須xu增zeng加jia額e外wai的de硬ying件jian，適shi合he微wei型xing化hua設she計ji
，但dan通tong常chang必bi須xu犧xi牲sheng影ying像xiang的de分fen辨bian率lv（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。

　　

shoudoudongxinhaoguceqiliyongtuoluoyizujiangancedaoshoudoudongxinhaohou，jingyoushuzixinhaochulijijifenyunsuanhoukededaochandoujiaoduxinhao，jingshiyanliangcefenxihou，yibanshoubuzhendongpinlvtexingzhuyaopindaizai2~12Hz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(tu)4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、使shi用yong者zhe習xi慣guan的de改gai變bian，以yi及ji市shi場chang調tiao查zha分fen析xi結jie果guo左zuo證zheng，智zhi能neng手shou機ji已yi逐zhu漸jian取qu代dai數shu碼ma相xiang機ji。市shi麵mian上shang高gao端duan智zhi能neng手shou機ji已yi開kai始shi結jie合he微wei型xing相xiang機ji模mo塊kuai與yu動dong作zuo感gan應ying技ji術shu，實shi現xian光guang學xue防fang手shou抖dou（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