《科技创新与品牌》杂志社创世·纪

博立码杰开启超声电机发展新纪元

  曾经有人预言,21世纪将是超声电机大放异彩的时代。如今,21世纪的第一个十年已经过去,超声电机发展的春天已经高调拉开了序幕。
  超声电机最早出现在20世纪60年代的苏联,经过半个多世纪的发展,开始成为诸多领域不可或缺的先进设备。与传统电机相比较,超声电机具有结构简单、低速大转矩、定位精度高、不受磁场干扰、体积小、噪声小等诸多优点,大到宇宙飞船、飞机、磁悬浮列车,小到掌上电脑、摄像机、照相机,都有超声电机在其中起着重要作用。
  在航空航天、汽车、医疗器械、工业控制、汽车、光学仪器等高新技术领域,超声电机的重要性不言而喻,其应用也大大推动了这些领域的快速发展。因其安静、无电磁噪声、调焦时间短、无齿轮减速等特点,在光学和照相机领域的应用相当广泛。随着科技水平的发展和人们对相机功能要求的不断提高,更快、更精准的自动变焦相机已经成为市场需要的主流商品。而使用超声电机实现自动对焦、变焦就变成了广受关注的一项技术,世界各国都在积极进行相关研究。
  我国在超声电机方面的发展起步较晚,但是发展迅速,近年来出现了一批高水平的技术和产品。其中,博立码杰通讯(深圳)有限公司(以下简称博立码杰)在超声电机以及相关技术研发方面,属于业内翘楚,长期致力于研发用于自动调焦/调距的高性能微型超声电机,获得了重要的创新成果,有望引领新一代摄像手机革命。
  博立码杰2000年由留美博士胡笑平创办,主要致力于数字图像处理产品的研发。胡笑平在超声电机、镜头模组、感光芯片、计算机视觉、图像处理等研究方面均有很高造诣,曾成功研发近50项专利技术。他带领着博立码杰的诸多专业精英在超声电机方面挑战新的研究难题,在微型化自动对焦和变焦镜头方面,获得了重要的研究成果,其中BolyUSM(Ultrasonic Motor超声波马达)及其驱动的自动对焦变焦系统是其中最重要的一项研究成果,发展潜力巨大,前景广阔。

胡笑平(后排右二)与团队成员在一起


  BolyUSM及其驱动的AF(Automatic Focus自动对焦)系统,是一项特殊机构的电机模组,其光学系统和电机实现了一体化,不需要传动机构,客户使用时无需二次加工。其设计包括超声波电机部分、一体式超声波电机AF算法部分、驱动电路部分、生产工艺以及生产测试设备部分。其中,每个部分都具备各自的优点,具有多个技术创新点。
  超声波电机部分。博立码杰拥有完全自主知识产权的BolyAF系列超声微电机,其中2005年由清华大学物理系周铁英研究团队研发并获得国内独家授权的发明专利—螺纹驱动多面体超声电机(发明人包括博立码杰的胡笑平等共8人),具有结构简单、大转矩、体积小、重量轻、响应快、纳米级位移、不受电磁影响等诸多优点。螺纹驱动多面体超声电机,2006年由清华大学申请并获得PTC国际专利,本专利转让给博立码杰在光学领域独家使用权,第一发明人为清华大学物理系教授周铁英,周铁英教授因此项专利两次在国际会议上做特邀报告,该专利技术受到与会专家的高度评价。
  电机驱动电路部分。博立码杰做了大量研发工作,拥有自主研发定制的IC驱动芯片BCS1608和BCS1609。其中,BCS1608具备QFN-16封装、3×3×0.8mm、内置DC/DC、锂电池单电源、外接电感仅22μH、驱动电路仅5×8mm等特点;BCS1609的特性包括封口更小、I2C接口、SMIA兼容、可与Sensor共用时钟、控制性能更好、能耗更低等。
  超声电机的AF算法部分。多面体螺纹一体式超声电机应用在自动对焦中,采用BolyRAW图像精密算法,通过对感光芯片的反馈信号进行图像清晰度计算,实时控制电机的运动以达到自动对焦的目的。完成整个调焦的过程大致需要5~7个步骤,焦距的调节精度由步距决定,改变步距的大小可以改变调节的速度和精度。步距越小,定位的精度也就越高,速度越慢。
  生产工艺及生产测试部分。在超声波电机的生产中,博立码杰采取了一系列独特的工艺和做法,主要包括:采用金属件的精细清洗工艺与方式;定制用于陶瓷片自动置位的陶瓷片方向上的机械装置;引进焊接工艺,采用内轴加热焊接法;采用快干金属材料粘接工艺,采用常温常态稀土陶瓷极化工艺;通过提高输出力矩减少姿态差并提高步距精度。
  针对传统电机存在的电磁干扰以及质量、体积等方面的局限性,博立码杰集中精力进行技术攻坚,取得了多项创新技术成果。除了依托清华大学的螺纹驱动多面体超声电机作为主要的中心技术之外,其采用的由超声电机驱动的手机用自动调焦照相模组BolyAF,结构简单、紧凑、承重性好,从而不需要传动机构,具有非常好的抗跌落性,且可支持1200万像素或更高像素的镜头模组,而一般的电机系统只能支持500万以下像素的镜头模组。此外,采用的一体式超声波电机AF算法,能够快速、精准地实现对焦。
  多项创新技术的应用,使得博立USM系统的竞争力逐渐增强,在很多高新技术领域已经有所应用,且收获了良好口碑。在数码显微镜领域,应用了博立USM系统的可自动对焦500倍数码显微镜具有成像清晰、对焦速度快、使用快捷方便等特点,目前在市场上已有几千台供应,反应良好;在精密光学通信设备领域,主要应用于光线色散测量仪器中的光路调整,目前处在前期试验阶段,样品在整机上已经集成成功,在光路调整过程中对焦效果明显,后续需求量很大;在自动对焦监控相机领域,USM系统已经在博立码杰SG560K系列监控相机上进行小规模试产,这是唯一一个将自动对焦技术应用于这个领域的产品,预计将大规模应用于各类高端监控数码相机。
  除了以上应用领域,为摄像手机提供优质的超声电机也是博立码杰非常重要的一个发展目标。随着科技的发展和各类新技术的创新和应用,手机已经逐渐成为集手机、电脑、相机、摄像机于一体的高新产品。因为手机具有体积小、方便携带等特点,因此其随身携带与使用率远远高于相机、摄像机等设备。目前很多对突发事件第一时间关注的方式基本上都是采用手机拍照和手机摄像,因而人们对于手机拍照和摄像功能的要求也就越来越高,这一领域具有巨大的发展潜力。  博立码杰在手机摄像头研发领域有着多年的研究经历和经验,在微型化自动对焦和变焦镜头方面拥有多项专利技术,其研发的超声电机技术是目前唯一可以用于解决手机用Zoom(变焦镜头)的技术。目前博立码杰正致力于在该领域的技术方案设计和生产引导,建设年产过千万只手机用AF电机的工厂 ,属于国内首例。预计超声电机驱动的AF和Zoom相机将引领新一代摄像手机革命,拥有广阔的市场。
  博立码杰专注于数码图像处理、超声波电机及其相关应用领域的技术研发、生产、销售及服务工作。目前,除将摄像手机用超声电机作为主要的研发目标之外,博立码杰还将触角伸向DV、DC(数码相机)、AOI(自动光学检测)、医疗成像产品等领域,力求争取到更多的发展主动权,开拓更为广阔的市场,致力于成为国内第一、国际一流的超声波微电机产品公司。并希望为培育中国的手机照相市场、超声微电机应用以及数字监控相机行业作出贡献,实现以中国本土高科技加上中国制造去赢得世界市场的目标。
  以超声电机为基础,博立码杰已经申请了数项手机用变焦镜头模组的专利,预计将在未来三年试样并投产。结合其在高灵敏度感光芯片技术方面的专利(其中两个已获中国专利)和先进的、拥有自主知识产权的BolyRAW技术,博立码杰立志成为世界一流的影像企业。
  一步一个脚印地走过了十几年的发展道路,博立码杰成功研发出多项创新技术与发明专利,尤其是在超声电机领域,取得了诸多重要研发成果,产生了重要影响。在快速发展的基础上,博立码杰放眼全世界,怀着满腔热情与昂扬斗志,希望在世界市场上占有一席之地,谋求更好的发展。