手機規格戰延伸相機模組

CTIMES 2014-09-16 15:17

社群網路興起讓照相功能逐漸受消費者重視，

加上品牌廠為突破日益明顯的同質化現象，

此規格戰戰線遂延伸至消費者愈趨重視的相機模組。

【撰文／柯佩均】

社群網路興起，使用者拍照與自拍需求提升，使得行動電話照相功能逐漸受到重視；此外，行動電話品牌廠為突破日益明顯的同質化現象，不僅持續提升相機模組畫素，畫質改善與照相功能也成為其差異化重點。有鑑於此，相關供應鏈逐漸於近年開發OIS、MEMS與陣列相機模組等新技術。

行動電話用相機模組產業供應鏈發展動向

相機模組主要由鏡頭模組、影像感測器與VCM(Voice Coil Motor，音圈馬達)等零組件組成，其中日本與韓國於相機模組產業供應鏈佈局較為完整，而台廠主要集中於鏡頭模組與相機模組組裝，歐美廠商則以影像感測器為主。此外，中國大陸於近年積極佈局進入門檻相對低的相機模組組裝產業，除了原有的舜宇與信利外，歐菲光、歌爾聲學等廠商也積極切入。

圖說：相機模組主要由鏡頭模組、影像感測器與VCM等零組件組成，其中日本與韓國於相機模組產業供應鏈佈局較為完整。

高畫素與鏡頭模組厚度難兩全

觀察搭載於智慧型行動電話之鏡頭模組規格，2MP畫素以下的前置鏡頭模組，以往皆為2片鏡片，然在近年前置相機模組畫質逐漸受重視，HD功能滲透率提高，前置鏡頭模組搭載4片鏡片比率持續提升。

圖說：高畫素與鏡頭模組厚度難兩全，將提升高階產品進入門檻

此外，過往主相機模組的主流畫素8MP則多搭載5片鏡片的鏡頭模組，然近來由於8MP相機模組亦被中低階機種所採用，遂出現品牌廠為了降低成本而搭載3~4片鏡片的鏡頭模組。然整體來說，由於畫素持續上升，鏡頭模組的平均搭載鏡片仍持續提升。

隨著相機模組畫素持續提升，Pixel Size相對變小，為了避免隨之而來的感光度不足現象以及提高畫質，必須增加鏡頭模組的鏡片數。但是鏡片數增加，則會讓鏡頭模組變厚，無法符合行動電話輕薄化的趨勢。在不影響鏡頭模組高度下增加鏡片數，鏡頭模組廠多以減少單片鏡片厚度達到，然此舉將會降低鏡頭模組生產良率，提高鏡頭模組的生產門檻。整體而言，鏡頭模組產業由於進入門檻以及跨入高階產品的技術門檻較高，不若相機模組組裝產業分散，毛利水準也相對較高。

技術屏障難以突破，影像感測器產業相對穩定

影像感測器為決定相機模組畫素與畫質的關鍵零組件，約占相機模組40%的成本，目前主要廠商有Samsung、Sony、OmniVision、Aptina，其市占率共計約七成，產業集中程度更甚鏡頭模組產業。近年雖有中國大陸廠商如格科微、思比科新進，期待打破影像感測器的寡佔市場，但由於既有龍頭廠商已有多年的技術基礎，加上高昂的設備投資資本，以及技術密集的特性，對於新進廠商構築成較高的進入障礙。

此外，由於Youtube、Facebook等社群網路興起，使得照片與影片分享更為便利，刺激消費者於高畫質錄影的需求。在行動電話業者將照相功能視為新戰場下，除了於畫素的競逐之外，錄影規格也成為另一比較重點。CMOS影像感測器大廠如Sony、OmniVision、Aptina等陸續推出支援4K錄影的產品，提升錄影功能，使消費者也能夠以行動電話拍攝高解析度影片。

為解決畫素持續提升所產生的感光不足問題，影像感測器廠商如Sony與Samsung皆於近兩年開發相關技術以因應。傳統的影像感測器架構為兩個晶片層，上層晶片有感光區與邏輯區，下層晶片則用來強化結構乘載。

圖說：Sony推出的堆疊式(stacked)影像感測器，不僅可擴大感光區，讓Pixel Section有更多的空間可擺放，也可提高運算能力。(Source：Houseofjapan)

而Sony推出的堆疊式(stacked)影像感測器，將原本應位於上層晶片的邏輯區移到下層晶片，不僅可擴大感光區，讓Pixel Section有更多的空間可擺放，不需縮小太多Pixel Size，此外也可提高運算能力。Samsung則是推出ISOCELL技術，在Pixel之間加入物理屏障，降低畫素之間的干擾，可提升色彩飽和度，同時也提升低感光度下的成像表現。

行動電話用相機模組關鍵發展技術

OIS良率不定短期難普及

由於行動電話愈趨輕薄，使用者於拍照時容易有手震現象；此外，行動電話多無搭載光學變焦功能，拍攝遠處風景時必須伸長手臂，也讓行動電話於拍照時更難達到平衡狀態，故近年品牌廠開始於相機功能上加入防手震功能。

圖說：OIS已成為品牌廠考量用於作為產品行銷的差異化功能

然以往行動電話的防手震功能，多半採用電子防手震，利用裁切照片中的晃動部分，以達到影像清晰效果，但此舉將降低照片解析度，且需要使用更多時間以完成運算。而光學防手震(Optical Image Stabilization，以下簡稱OIS)功能主要是透過物理作用，利用陀螺儀偵測手震所移動的角度，再根據此角度計算出圖像的偏移量，之後利用鏡頭模組或影像感測器的移動，將手震所造成的偏移角度抵換，使行動電話在手震下仍可拍攝出清晰的影像。

OIS已成為品牌廠考量用於作為產品行銷的差異化功能，宏達電、Nokia與LG陸續推出搭載OIS的機種，多家品牌廠也計畫於2014年推出相關產品，其中尤以中國大陸品牌廠詢問度最高。

但是目前具量產經驗的OIS馬達廠商僅有AP Photonics 、TDK、Mitsumi與LG Innotek，且受限於良率及產能問題，短期恐無法大量供應；在OIS相機模組組裝方面，Sharp、LG Innotek與光寶均有量產經驗，中國大陸廠商則有舜宇、信利與歐菲光開始供應OIS樣品。在產能有限的情況下，加上國際客戶搭載於旗艦機種的大量需求，恐造成OIS相機模組的壟斷，並形成供應瓶頸，因此OIS相機模組普及率短期亦將受限。

獨家供應與量產問題 MEMS相機模組挑戰重重

MEMS主要靠靜電力驅動，而VCM的結構則包含磁鐵、線圈與彈簧，驅動過程相對複雜；此外，目前自以VCM作為驅動器，在對焦時需移動整個鏡頭模組，然MEMS相機模組對焦時僅須移動一片鏡片，故MEMS不僅可以達到省電及安靜的效果，也可做到更快及更精準地對焦。

MEMS與VCM相機模組規格比較
		MEMS	VCM
Speed	Settling time	<10 ms	11~50 ms
	Hysteresis	3% of trave	8% of travel
	Focus time	<300 ms typical	400~2000 ms
	Optical travel	80ℳm travel	250ℳm travel
Power	Power	1mW	50~200+ mW
Size	XY-footprint (1/3” format)		8 x 8 mm
Size	Z-height at macro	5.1 mm (flip chip)	iPhone 5 Module: 5.5 mm
Precision	Repeatability	1% of travel	4% of travel
	Dynamic tilt
	De-centering	ℳm	50ℳm
Reliability	Reliability cycles	Up to 10,000,000	300,000
Reliability	Reliability environmental	No degradation	Spring constant (k) degradation
資料來源：資策會MIC，2014年4月

目前主要提供MEMS相機模組的公司為DigitalOptics Corporation，是Tessera Technologies百分之百持股之子公司，著重於MEMS相機模組開發，卻一直未能達成量產目標，遂決定停止相關生產與製造並出售專利。

2014年3月歐菲光公告將收購Digital Optics Corporation在相機模組方面的專利，其中即包含MEMS相機模組專利，但MEMS相機模組技術尚未大量量產，即使量產成功，歐菲光將成全球唯一供應商，將影響品牌廠搭載意願。

除了供應問題外，MEMS的鏡片移動距離較短，無法拍攝較遠的景物，恐怕難以滿足使用者以行動電話取代數位相機的習慣；此外，由於MEMS相機模組僅用一片鏡片對焦，對此鏡片的敏感度要求將大為增加，同時亦提升鏡片生產難度。

陣列相機模組可實現輕薄化對焦，然生產門檻仍待突破

傳統相機模組為單鏡頭結構，而陣列相機模組(Array Camera)則為多顆鏡頭結構。其原理可比喻為昆蟲的複眼構造，透過多顆鏡頭的合併，記錄下整個光場數值，尤其是空間與方位資訊，之後透過軟體運算還原影像，且可任意更改對焦點並運算出新的影像，達到拍攝後對焦的功能。除了重新對焦的優點之外，陣列相機模組不需使用VCM對焦，因此也可避免對焦延遲的現象。

此外，傳統自動對焦相機模組的高度多來自於VCM以及多片鏡片垂直堆砌的鏡頭模組，然陣列相機模組不需VCM，鏡頭模組也以晶圓級鏡頭取代，使相機模組厚度可降低約50%。

陣列相機模組組裝需多鏡頭校準，相較於傳統相機模組的單鏡頭校準難度大為提升；此外，陣列相機模組需要多顆鏡頭組成，且畫素要求較低，故晶圓級鏡頭較為合適，然晶圓級鏡頭須克服均勻性以及紫光問題，且供應商來源尚少。整體而言，陣列相機模組生產需要較高的技術含量，且存在技術門檻，故供給價格彈性仍低，未來普及速度仍須視其量產程度以及價格而定。

MIC觀點：相機模組已為規格戰主戰場

隨著社群網路興起，使用者習慣改變，照相功能逐漸受消費者重視，品牌廠逐漸提升相機模組規格，加上智慧型行動電話同質化現象日益明顯，硬體規格戰成為各品牌廠的差異化重點，而此規格戰戰線遂延伸至消費者愈趨重視的相機模組。