拥有大推力的SMA位移式马达，非常适用于高端智能手机的OIS摄像头

形状记忆合金（SMA）位移式马达由4根SMA线组成，通过提供光学防抖（OIS）功能，在智能手机摄像头中发挥着重要作用。SMA马达技术具有大推力、设计灵活性和无电磁干扰等特点，与音圈马达(VCM)等其他OIS技术相比，具有多种优势。

图像稳定的必要性

图像稳定（IS）是高端智能手机摄像头的一个重要功能，可以解决照片或视频拍摄过程中的自然手抖和运动引起的图像模糊问题。通过机械运动调整镜头相对于图像传感器的位置（反之亦然），始终确保图像与光线稳定对准传感器，从而保持图像的锐利度和清晰度。在弱光条件下，较长的曝光时间会导致图像模糊，所以稳定的光线尤为重要。这为智能手机用户提供了更锐利、更清晰的图像和更可靠的摄影体验，使OIS成为不断增长的细分市场中必备的功能。

康郡机电有限公司（CML）是SMA线精确控制领域的世界领导者，并为SMA的马达设计提供完整的系统解决方案，例如智能手机行业的OIS马达。

图1：OIS开启 vs OIS关闭

光学防抖（OIS）和电子防抖（EIS）

光学防抖（OIS）和电子防抖（EIS）是智能手机摄像头中用于补偿摄像头抖动的两种不同方法，每种方法都有其独特的方式和优点。

• OIS是一种机械系统，通常通过马达的物理运动从而实时补偿镜头或传感器来达到稳定图像的目的。调整光学元件来补偿手部运动的方式，直接解决了图像模糊的根本原因，使其在静态摄影中非常有效。因为在静态摄影时，尤其是在弱光条件下，保留图像细节至关重要。
• 另一方面，EIS是一种数字技术，通过后期处理裁剪画面和帧之间的移动来稳定视频。虽然EIS可以稳定视频中帧与帧之间的抖动，但它会导致视野缩小，并且无法消除静态照片或视频中单个帧的运动模糊，从而导致分辨率降低。EIS的效果在弱光条件下是有限的。在弱光条件下，由于较慢的快门速度和/或帧速率，每帧上的模糊变得更加明显。

最全面的摄像头系统结合了OIS和EIS，利用OIS的物理校正来获得清晰、高质量的图像，并利用EIS的数字能力来增强视频稳定性。这种组合确保了静态照片和视频的最大稳定性和图像清晰度。

用于OIS的SMA位移式马达

采用CML的SMA专利技术，4线马达设计实现了传感器位移式和镜头位移式OIS功能。在其基本架构中，马达包括基板、固定板、移动板和四根SMA线。

图2：SMA镜头位移式马达的爆炸图（SMA线未显示）

SMA位移系统采用简单的设计，在摄像头镜头或图像传感器周围有四根直径为25微米的SMA线，呈方形配置。SMA线在加热时收缩，在冷却时延伸，从而调节传感器的位置。通过CML独特的驱动IC和软件实现快速精确的控制，提供顶级OIS性能。

图3：SMA线加热时收缩，冷却时延伸

在四线马达设计中，两根SMA线负责控制沿x轴的运动，另外两根负责沿y轴的运动，所有四根SMA线一起工作以控制旋转运动。这种SMA线的排列允许对每个轴进行精确和独立的控制，这对于有效的图像稳定至关重要。

图4：SMA传感器位移式OIS的工作原理

SMA设计不仅克服了VCM系统的局限性，而且提供了更紧凑的尺寸面积（减小25-35%）和更低的高度。与需要位置传感技术的VCM不同，CML的解决方案能够同时使用SMA线作为马达和位置传感器（通过测量SMA线的电阻），因此不需要霍尔传感器。SMA线所产生的大推力也适用于通过各种互连材料做信号通信的传感器位移设计，为手机制造商提供更大的设计和组装灵活性。此外，SMA技术中没有电磁铁，消除了磁干扰，使其成为装有磁敏元件的现代手机的理想选择。

CML全面的系统集成支持包括马达、驱动芯片（CM824）和专利固件。马达的精确运动是对智能手机中的惯性测量单元（IMU——包括陀螺仪和加速器）的响应，IMU直接与驱动IC通信。阅读更多关于OIS的SMA控制系统架构信息。

SMA镜头位移式OIS

当为镜头位移式OIS配置时，相对于静止的图像传感器马达专注于稳定镜头。通过移动调整镜头位置来补偿摄像头抖动，以确保投射到传感器上的图像保持稳定，从而减少X和Y方向（上/下和侧向）上的运动带来的图像模糊。

图5：镜头位移式OIS马达中SMA线的放大图

SMA传感器位移式OIS

传感器位移式OIS的设计带来了与移动镜头截然不同的设计。不是移动镜头，而是移动图像传感器。这种调整不仅能补偿X轴和Y轴的移动，而且引入了补偿Z轴旋转的能力。由于SMA线的独特排列，使其成为可能；通过操控相对应的SMA线，马达可以进行旋转运动，如图4所示。

由于SMA具有大推力，CML的位移式马达设计对于移动图像传感器或较重的镜头同样有效。

SMA传感器位移式OIS的运动视频

设计简单且成熟

自2019年开始量产以来，CML的SMA Shift OIS马达技术就取得了重大成功。迄今为止，CML的OIS（和自动对焦）马达系统已在多个顶尖的智能手机品牌中出货超过7500万台，其中许多摄像头在DXOMARK的测试中获得了很高的分数。

SMA Shift OIS技术在以下几个关键方面简化了OIS马达的设计：

紧凑性：SMA Shift OIS设计采用最少数量的组件，可安装在镜头外部和自动对焦（AF）马达下方。SMA线本身起到位置传感器的作用，因此不需要额外的部件或笨重的电磁铁。这使得它的外形更加紧凑，非常适用于纤薄的设备和折叠手机中。

大推力：这一特性使SMA马达能够移动较重的镜头组件，例如那些集成可变光圈的镜头，同时维持性能的水准。SMA技术在移动以克重为单位的组件的能力是特别有优势的。这种大驱动力是在不需要笨重的磁铁和线圈的情况下实现的，从而简化了设计。与VCM不同，功率和性能与摄像头形态和晃动幅度无关。

消除磁干扰：CML的SMA技术解决了智能手机中的磁干扰问题。SMA马达不再依赖磁铁，这允许更大的设计灵活性，包括放置在其他EMI敏感部件附近。

可扩展性：马达设计可扩展到所有图像传感器格式，最大可支持1英寸的图像传感器（在撰写本文时），使其能够适应不同的摄像头规格，而无需重新进行重大的设计修改。

结论

用于OIS的四线SMA位移式马达技术的集成提供了许多好处，包括紧凑的设计、无磁干扰、大推力、旋转控制以及增加OIS补偿角的潜力。随着智能手机摄像头的不断发展，SMA马达有望在增强图像稳定性和整体摄影性能方面发挥重要作用，使其成为未来移动摄影不可或缺的组成部分。

SMA shift OIS技术提供的马达系统，可降低复杂性、减小尺寸和减少组件数量，同时提供高性能和灵活性，为智能手机和其他紧凑型设备实现OIS提供了一个精简高效的方案。

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关于CML：康郡机电有限公司（CML）是一家世界领先的研发公司，利用其形状记忆合金（SMA）平台整合技术，提供从机械、光学、电气、半导体到软件设计方面的系统级解决方案。采用SMA线（大小细如发丝）的马达解决方案，可以控制到亚微米级的精度。这些马达特别适用于生产快速和结构紧凑的轻便设计，并同时提供需要高精度和高强度的应用。

有关SMA技术和康郡机电有限公司的更多详细信息，请联系我们。

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