Camera简介(一):摄像头模组CCM的结构和原理简述 | 您所在的位置:网站首页 › 滤光镜头作用 › Camera简介(一):摄像头模组CCM的结构和原理简述 |
我们常说的Sensor也就是图像传感器只是整个摄像头模组的一部分,主要负责将接收到的光信号转换成电信号,实际上整个摄像头模组(Camera Compact Module,CCM)由很多部分组成,除Sensor以外的其他模块会负责完成对焦、滤光、减震、数据传输等功能,以便更好地采集图像。 索尼和三星是很多手机厂商颇为青睐的两家摄像头模组供应商,当然,国内也有不少不错的供应商。 摄像头模组主要由以下几个部分组成: 镜头(Lens):将光线汇聚到图像传感器上。音圈马达(VCM):完成摄像头的自动对焦。红外滤光片(IR-cut Filter):滤除人眼的非可见光。图像传感器(Sensor):将光信号转换成电信号。柔性印制电路板(FPCB):将摄像头模组与主处理器连接起来,并进行数据传输。 下图是一个常见的手机摄像头模组的几个核心部件的结构。![]() 镜头(Lens)的主要作用就是将外界采集的光线汇聚到图像传感器上,其原理就是小孔成像,搭配不同的透镜,使光线聚焦到镜头底部的感光芯片上(也就是sensor上),形成图像。 音圈马达(Voice Coil Motor)也叫音圈电机,它的原理与扬声器类似,在一个永久磁场内放置一个线圈,线圈通电后会产生磁场(安培定则),从而与外围的永久磁铁产生引力或斥力,导致线圈受力移动。如果把镜头安置在线圈上,则可以通过改变电流大小线圈带动镜头前后运动,从而控制镜头的位置,完成对焦的功能。 安培定则:也叫右手螺旋定则,是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则。用右手握住通电螺线管,让四指指向电流的方向,那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。如下图左。 音圈马达之所以叫这个名字,是因为它的原理与扬声器的原理相同,都是通电线圈在永久磁场中的运动。如下图右。 VCM通常搭配VCM Driver IC(VCM驱动芯片)、AF(Auto Focus,自动对焦)算法一起使用。首先,Sensor采集的图像输入到ISP中,由ISP中的AF算法计算当前图像的焦点步数,并通过I2C传输给Driver IC,Driver IC据此计算出移动线圈到该位置所需要的电流大小,从而精确的控制镜头的行为,达到自动对焦的效果。当然,该方法也可以实现光学防抖(Optical Image Stabilizer,OIS)的效果,其原理是相同的。 3. 红外滤光片红外滤光片(IR-cut Filter)的作用就是滤除红外光。人眼和电子感光器件能感受到的光的波长范围不同,电子感光器件感受到的光波长范围远大于人类,因此,要滤除掉人眼无法感受到的光线,以防止它们造成偏色、波纹现象,提高色彩还原度。这会对后续的ISP tuning工作造成很大影响。
图像传感器(Image Sensor)是整个模组中的核心部件,也是本次介绍的重点,它是一种半导体芯片,其表面由几十万到几百万个光电二极管,这些光电二极管受到光照时会产生电荷,从而将将镜头采集到的光信号转换成电信号。因此,如果说Lens的作用相当于人眼球的晶状体,那么Sensor的作用就类似视网膜,Sensor上的感光二极管就是视网膜上的视觉细胞。 Sensor主要用于将收集到的外界光信号转换成电信号,供后续电子系统进行处理和存储。Sensor的感光单元,也就是每个像素单元,会排列成像素阵列,上面分布着感光二极管。这些二极管会在受到外界的光刺激后,会根据光照强度产生不同强弱的电信号,再经过内部的A/D转换离散成数字信号。 根据感光二极管种类的不同,可以将市面上广泛使用的Sensor分为CCD Sensor和CMOS Sensor两类。CCD是Charge Coupled Device,即电荷耦合器件;CMOS是Complementary Metal Oxide Semicondutor,即互补金属氧化物半导体。两种半导体的具体感光原理不是本文的重点探讨内容,不再详述。目前,CMOS Sensor由于功率更小、处理速度更快、制造成本更低的优势,基本上已经顶替了过去的CCD Sensor的地位,尤其是在手机和移动设备领域基本上已经一统江湖了。不过CCD Sensor的优势是在弱光条件下表现更良好,不会像CMOS一样受到数字噪声的影响,不会那么依赖ISP的去噪工作。 5. 柔性印制电路板柔性印制电路板(Flexible Printed Circuit Board,FPCB)的主要作用是将组件与主处理器连接起来,同时完成Sensor与主处理器之间的原始数据传输功能。 |
CopyRight 2018-2019 实验室设备网 版权所有 |