手機(jī)相機(jī)的光學(xué)變焦功能避免了數(shù)碼變焦引起的質(zhì)量下降，但目前的實(shí)施方式往往是嘈雜，笨重和耗電。 Avago的AEDR-8400編碼器采用獨(dú)特的方法解決了上述每個(gè)問題。

簡(jiǎn)介

廣泛的商業(yè)應(yīng)用使用具有縮放機(jī)制的攝像機(jī)。也許最普遍的應(yīng)用是相機(jī)手機(jī)。相機(jī)變焦的關(guān)鍵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)包括低功耗，當(dāng)然還有空間限制。本文介紹了一種光學(xué)編碼器技術(shù)，它為相機(jī)變焦設(shè)計(jì)提供了一種新方法來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

光學(xué)和數(shù)字變焦

相機(jī)手機(jī)可能具有光學(xué)變焦，數(shù)碼變焦或兩者兼而有之。光學(xué)變焦改變了相機(jī)鏡頭的有效焦距，使得原始圖像被放大并且可以由CCD或CMOS圖像傳感器捕獲。通過(guò)更大的放大率，光在整個(gè)圖像傳感器上散布，并且可以使用所有像素。光學(xué)變焦可以被解釋為真正的變焦，可以提高拍攝圖像的質(zhì)量。另一方面，數(shù)碼變焦有點(diǎn)不同。在這種情況下，應(yīng)用軟件算法而不是硬件移動(dòng)（即，鏡頭定位的改變）以放大圖像。這種放大僅涉及捕獲圖像的特定部分。這被稱為插值技術(shù)。使用這種技術(shù)或算法需要添加信息以便放大相應(yīng)的圖像部分。看起來(lái)捕獲的圖像可能會(huì)被放大。然而，僅使用了實(shí)際圖像信息的某一部分，而圖像的其余部分來(lái)自插值輸出。有一點(diǎn)值得一提的是，數(shù)字變焦越高，真實(shí)信息的部分就越小。被采取。因此，許多最初捕獲的圖像傳感器信息將被丟棄，更多插值的圖像數(shù)據(jù)將被合并到合成圖像中。因此，光學(xué)變焦是確定相機(jī)真實(shí)變焦能力的重要機(jī)制。手機(jī)不丟失任何圖像數(shù)據(jù)。光學(xué)變焦中精確的鏡頭定位控制對(duì)于確保放大圖像的質(zhì)量至關(guān)重要。圖1示出了來(lái)自相機(jī)電話內(nèi)部的相機(jī)模塊的縮放機(jī)制的典型示例。對(duì)準(zhǔn)透鏡使得圖像可以聚焦到圖像傳感器上。變焦機(jī)構(gòu)涉及兩個(gè)或更多個(gè)鏡頭的同步移動(dòng)。通過(guò)改變透鏡之間的距離，相機(jī)鏡頭的實(shí)際有效焦距相應(yīng)地改變。因此，圖像傳感器將捕獲放大的圖像。

圖1：使用AEDR-8400編碼器的相機(jī)手機(jī)中的典型縮放機(jī)制。

簡(jiǎn)化了接線過(guò)程，編碼器安裝在攝像頭模塊外殼上并保持固定位置。移動(dòng)部分是代碼條，它充當(dāng)鏡頭線性移動(dòng)的轉(zhuǎn)換器。將窗口和條形圖像投射回編碼器可提供所有必要信息的反饋，以便快速準(zhǔn)確地定位鏡頭。對(duì)于傳統(tǒng)的變焦機(jī)構(gòu)，機(jī)械凸輪和齒輪傳動(dòng)的組合是鏡頭位置控制的常用方法。然而，這種方法將遭受不可避免的磨損問題，并且鏡頭定位的準(zhǔn)確性會(huì)隨著時(shí)間的推移而降低并直接影響縮放圖像的質(zhì)量。

Avago Technologies的AEDR-8400編碼器可以幫助解決這些縮放問題的問題。當(dāng)齒輪和機(jī)械凸輪出現(xiàn)任何反向綁定時(shí)，編碼器的反饋為實(shí)時(shí)校準(zhǔn)提供必要的信息。這有助于確保精確和準(zhǔn)確的鏡頭定位。此外，在一些定制的相機(jī)模塊設(shè)計(jì)中，可以移除機(jī)械凸輪（參見圖2）。

圖2：帶編碼器反饋的縮放機(jī)制例如，將AEDR-8400編碼器集成到壓電執(zhí)行器相機(jī)模塊中，可以基本上消除機(jī)械凸輪的使用。并且，由于沒有機(jī)械凸輪參與，因此沒有固定的變焦位置，新的相機(jī)模塊系統(tǒng)可以使用連續(xù)變焦功能（參見圖3）。

在功耗方面，壓電執(zhí)行器系統(tǒng)傾向于消耗與音圈和伺服解決方案相比功耗更低。此外，壓電執(zhí)行器解決方案可以幫助將噪聲和振動(dòng)水平保持在最低水平，這是步進(jìn)電機(jī)或音圈解決方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

圖3：AEDR-8400編碼器，用于照相手機(jī)中的變焦機(jī)構(gòu)。

編碼器工作原理

微型增量編碼器AEDR-8400采用表面貼裝無(wú)引腳封裝，尺寸為3.00 x 3.28 x 1.26 mm，使其成為具有數(shù)字輸出的最小光學(xué)編碼器。它在單個(gè)SO-6（小外形，6針）封裝中集成了LED光源和光電探測(cè)器IC，采用反射技術(shù)來(lái)感應(yīng)旋轉(zhuǎn)或線性運(yùn)動(dòng)。小尺寸和反射技術(shù)使編碼器可用于廣泛的商業(yè)應(yīng)用，特別是在空間和重量是主要考慮因素的情況下，例如照相手機(jī)中的變焦機(jī)制。該編碼器提供每英寸254行的分辨率，相當(dāng)于每毫米10行，具有兩個(gè)通道數(shù)字輸出。編碼器可在-20°C至85°C的溫度范圍內(nèi)工作。照相手機(jī)的相機(jī)模塊中的一個(gè)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)是能夠在較低的電壓水平下操作。 AEDR-8400編碼器的典型工作電壓為2.8 V，可以輕松滿足此應(yīng)用的需求。圖4顯示了AEDR-8400編碼器的光學(xué)布置，與反射式編碼條一起使用，其中鏡頭聚焦光線從LED到編碼條的窗口和條形圖。

圖4：反射編碼器的光學(xué)排列。

窗口和條形圖的反射圖像是專注于光電二極管。當(dāng)編碼條移動(dòng)時(shí)，由窗口和條形投射的光和陰影的交替圖案分別落在光電二極管上。檢測(cè)器IC將此模式轉(zhuǎn)換為數(shù)字，TTL兼容輸出，表示碼帶線性運(yùn)動(dòng)，從而表示鏡頭的運(yùn)動(dòng)。一個(gè)重要的參數(shù)是分辨率，它被定義為單位距離中窗口/條的密度，通常定義為每英寸線數(shù)或每毫米線數(shù)。更高的分辨率意味著更精細(xì)地控制線性運(yùn)動(dòng)。

AEDR-8400編碼器的設(shè)計(jì)使得編碼器的LED和檢測(cè)器IC應(yīng)平行于窗口/條的方向放置。因此，編碼器對(duì)徑向游隙很穩(wěn)健。這個(gè)概念如圖5所示。與步進(jìn)電機(jī)解決方案或音圈解決方案相比，整體相機(jī)模塊設(shè)計(jì)可以縮小。電機(jī)尺寸與壓電執(zhí)行器相當(dāng)。然而，機(jī)械凸輪和齒輪傳動(dòng)的移除使得整個(gè)相機(jī)模塊的尺寸能夠進(jìn)一步降低，以滿足現(xiàn)有的市場(chǎng)需求。

圖5：從頂部看，發(fā)射器/探測(cè)器相對(duì)于窗口/條的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。

AEDR-8400編碼器有助于在兩個(gè)鏡頭之間提供精確的定位控制，從而獲得更高質(zhì)量的圖像。此外，可以快速準(zhǔn)確地執(zhí)行鏡頭移動(dòng)的同步。

編碼器輸出，即通道A和通道B，以其正交關(guān)系為特征，通道之間的相移為90電角度。另外，信道的特征還在于它們的四個(gè)狀態(tài)（例如狀態(tài)1到狀態(tài)4），每個(gè)狀態(tài)跨越標(biāo)稱的90電角度。關(guān)于線性運(yùn)動(dòng)的信息，例如移動(dòng)速度和行進(jìn)的距離，可以從輸出的參數(shù)中導(dǎo)出，例如脈沖周期和脈沖數(shù)。同時(shí)，線性運(yùn)動(dòng)的方向由兩個(gè)輸出之間的相位關(guān)系確定。當(dāng)代碼帶在一個(gè)方向上移動(dòng)時(shí)，通道A將通道B引導(dǎo)90電角度。當(dāng)代碼條沿另一個(gè)方向移動(dòng)時(shí)，通道B將引導(dǎo)通道A相同的量。通過(guò)編碼器輸出的正交解碼可以實(shí)現(xiàn)高于碼帶的分辨率，其中存在不同的解碼級(jí)別。計(jì)算一個(gè)信道（例如信道A）的每個(gè)上升沿被稱為1X解碼。通過(guò)計(jì)算一個(gè)通道的每個(gè)上升沿和下降沿可以使代碼帶分辨率加倍，從而進(jìn)一步提高分辨率。這稱為2X解碼。當(dāng)使用通道A和通道B的每個(gè)轉(zhuǎn)換（或每個(gè)邏輯狀態(tài)）時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)4X解碼。

代碼條

代碼條表面必須是反射的和鏡面的（鏡像的）以便圖像圖案反射回AEDR-8400編碼器的光電二極管。潛在的材料包括金屬和反射膜。確定編碼條是否適用于反射光學(xué)編碼器的一種方法是使用散射儀。

通過(guò)設(shè)備測(cè)量的鏡面反射率為60％或更高的反射表面與反射編碼器兼容。非反射區(qū)域的反射率應(yīng)小于百分之十。

當(dāng)測(cè)試鏡面反射時(shí)，反射表面應(yīng)與非反射表面分開測(cè)試。建議單獨(dú)測(cè)試反射表面。然后測(cè)試非反射表面。避免在圖案化表面上進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)檫@只會(huì)在圖案上提供平均反射率。

未來(lái)的編碼器技術(shù)

Avago Technology正在開發(fā)新的編碼器技術(shù)，它將索引通道與現(xiàn)有的兩個(gè)數(shù)字輸出通道集成在一起。該索引通道將有助于消除對(duì)光電斷路器的需要，以指示鏡頭的行程范圍的限制或結(jié)束。此外，下一代編碼器還具有內(nèi)置插補(bǔ)器，允許用戶將插值因子設(shè)置為304LPI基本分辨率的一倍，兩倍或四倍。