摄像头模组（CCM）与镀膜

Posted 2021-06-22 吴建明

摄像头模组（CCM）与镀膜

手机镜头是有颜色的，而且不同的手机镜头颜色是不同的，有的是红色，有的是蓝色，有的还是金色。
   除了手机镜头外，平时用的数码相机镜头、望远镜、眼镜等的镜片都是有颜色的。这些颜色主要由于镜片的表面都有一层薄薄的镀膜，镜头表面所以会显示不同的颜色，采用了不同的镀膜的原因。镜头各种颜色的镀膜，对镜头的成像是有这非常重要的作用的。

镀膜主要作用

    1、增透。当光线经过镜头时，约有4%-10%的光线会被镜头所反射（采用塑胶镜片反射率会更高）。90%的透光率，但是一般镜头都是由几个镜片构成的，镜头由多个镜片构成，最后到达传感器的光线也就只剩下50%左右。

   镜头内部被反射的光线还会在镜头内部重复反射，最后就会在传感器上形成眩光或鬼影。如何增加透光率是一个非常重要的问题，普遍采用的方法是在镜头的表面增加一层镀膜，这些镀膜可以极大的增加某一段光谱的透光率。

   需要增透的光往往不是单色的，而是有一定的频宽。单层的增透膜只能对某一波长的单色光有完全增透的作用。需要多层镀膜技术来改善可增透的光线覆盖范围。另外每层镀膜不相同的反射率也可以提高光线的通过量。

    当观察镜片表面时，所看到的颜色就是被反射回来的光线。反射回来的光线越少，这种镀膜就越有效。

    2、色彩校正。由于镜片中材质或某些成分可能会导致镜片对某些颜色的吸收率高，造成最终成像偏色。为了消除这种色差，镜头厂商会在镜头不产生额外眩光和鬼影的基础上，增加一些其它颜色的镀膜，如琥珀色、青色、紫色或蓝色等的镀膜，这些镀膜可以平衡镜头的最终成像色彩。

摄像头模组（CCM）介绍：

1、camera特写

    摄像头模组，全称CameraCompact Module，简称CCM，影像捕捉电子器件。。

2、摄像头原理、camera组件

（1）工作原理：物体通过镜头（lens）聚集的光，通过CMOS或CCD集成电路，把光信号转换成电信号，再经过内部图像处理器（ISP）转换成数字图像信号输出到数字信号处理器（DSP）加工处理，转换成标准的GRB、YUV等格式图像信号。

（2）CCM 包含四大件： 镜头(lens)、传感器（sensor）软板（FPC）图像处理芯片（DSP）。决定一个摄像头好坏的重要部件是：镜头（lens）图像处理芯片 （DSP）传感器（sensor）。CCM的关键技术为：光学设计技术、非球面镜制作技术、光学镀膜技术。

镜头（lens）是相机的灵魂，镜头(lens)对成像的效果有很重要的作用，是利用透镜的折射原理，景物光线通过镜头，在聚焦平面上形成清晰的影像，通过感光材料CMOS或CCD感光器记录景物的影像。镜头厂家主要集中在台湾、日本和韩国，镜头这种光学技术含量高的产业有比较高的门槛，业内比较知名的企业如富士精机、柯尼卡美能达、大立光、Enplas等。

 

 

 传感器（sensor）是CCM的核心模块，目前广泛使用的有两种：一种是广泛使用的CCD（电荷藕合）元件；另一种是CMOS（互补金属氧化物导体）器件。

电荷藕合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device），使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号。CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。CCD传感器模块以日本厂商为主导，全球规模市场有90%以上被日本厂商垄断，以索尼、松下、夏普为龙头。

 

 

 互补性氧化金属半导体CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor），主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带–电）和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流，即可被处理芯片纪录和解读成影像。CMOS 传感器主要生产厂家有大立光，舜宇科技，欧菲光， OmniVision、Agilent、Micron，锐像、原相、泰视等，三星等。

 

 

  图像处理芯片（DSP）是CCM的重要组成部分，作用是将感光芯片获得的数据及时快速地传递中央处理器并刷新感光芯片，因此DSP芯片的好坏，直接影响画面品质（比如色彩饱和度，清晰度等）。

FPC柔性电路板(柔性PCB)： 简称"软板"， 又称"柔性线路板"，连接芯片和手机。起到电信号传输作用。 

3、camera模组的装配方式

（1）定焦模组装配图

CCM分为定焦模组和自动变焦模组，其中定焦模组主要由镜头、镜座、感光集成电路、软性线路板、补强和钢片装配而成。 

（2）自动变焦模组装配

里面有个音圈马达，这个只有高像素的模组才有。

自动变焦模组由镜头、音圈马达、底座支架、感光集成电路、驱动集成电路和连接器组成，

 （3）3D模组

3D是多几台摄像机拍摄。

4、摄像头的一些技术指标

（1）图像解析度/分辨率(Resolution)

QSIF/QQVGA

160 x 120

19200

 

QCIF 

176 x 144

25344

 

SIF/QVGA

320 x 240   

76800

 

CIF

352 x 288  

101376 

10万像素

VGA

  640 x 480

307200

30万像素(35万是指648X488)

SVGA

800 x 600

480000

50万像素

XGA

1024 x 768

786438

80万像素

SXGA 

1280 x 1024 

1310720   

130万像素

UXGA

1600 x 1200

1920000  

200万像素

QXGA 

2048 x 1536

3145728 

300万像素(320W)

QSXGA

2592 x 1944

5038848

500万像素

 

2816 x 2112

2947392

600万像素

 

3072 x 2304 

7077888

700万像素

 

3200 x 2400

7680000

770万像素

 

3264 x 2448 

7990272 

800万像素

 

3876 x 2584

10015584

1000万像素

 

（2）图像格式(imageFormat/Colorspace)

RGB24，420是目前最常用的两种图像格式。

RGB24：表示R、G、B三种颜色各8bit，最多可表现256级浓淡，从而可以再现256*256*256种颜色。

I420：YUV格式之一。其它格式有：RGB565，RGB444，YUV4：2：2等。

（3）自动白平衡调整(AWB)

定义：要求在不同色温环境下，照白色的物体，屏幕中的图像应也是白色的。色温表示光谱成份，光的颜色。色温低表示长波光成分多。当色温改变时，光源中三基色(红、绿、蓝)的比例会发生变化，需要调节三基色的比例来达到彩色的平衡，这就是白平衡调节的实际

（4）图像压缩方式

JPEG：(joint photo graphicexpert group)静态图像压缩方式。一种有损图像的压缩方式。压缩比越大，图像质量也就越差。当图像精度要求不高存储空间有限时，可以选择这种格式。目前大部分数码相机都使用JPEG格式。

（5）彩色深度(色彩位数)

反映对色彩的识别能力和成像的色彩表现能力，实际就是A/D转换器的量化精度，指将信号分成多少个等级。常用色彩位数(bit)表示。彩色深度越高，获得的影像色彩就越艳丽动人。现在市场上的摄像头均已达到24位，有的甚至是32位

（6）图像噪音

指的是图像中的杂点干挠。表现为图像中有固定的彩色杂点。

（7）视角

与人的眼睛成像是相成原理，简单说就是成像范围。

（8）输出/输入接口

串行接口(RS232/422)：传输速率慢，为115kbit/s

　　并行接口(PP)：速率可以达到1Mbit/s

　　红外接口(IrDA)：速率也是115kbit/s，一般笔记本电脑有此接口

　　通用串行总线USB：即插即用的接口标准，支持热插拔。USB1.1速率可达12Mbit/s，USB2.0可达480Mbit/s

　　IEEE1394(火线)接口(亦称ilink)：其传输速率可达100M~400Mbit/s 

 

二、摄像头工作原理

前面讲了摄像头模组的组成，工作原理。下面析摄像头从寄存器角度是怎么工作的。如何阅读摄像头规格书（针对驱动调节时用到关键参数，以GT2005为例）。

规格书，也就是一个器件所有的说明，精确到器件每一个细节，软件关心的寄存器、硬件关心的电气特性、封装等等。驱动方面，只看对有用的方面，没必要全部看完。

Camera

控制部分为摄像头上电、IIC控制接口，数据输出为摄像头拍摄的图传到主控芯片，所有要有data、行场同步和时钟号。CMOS接口的图像传感器芯片，可以感知外部的视觉信号，将其转换为数字信号并输出。

 

 

 VCM（Voice Coil Motor）音圈马达

​ 全称Voice Coil Montor，电子学里面的音圈电机，是马达的一种。因为原理和扬声器类似，所以叫音圈电机，具有高频响、高精度的特点。其主要原理是在一个永久磁场内，通过改变马达内线圈的直流电流大小，控制弹簧片的拉伸位置，从而带动上下运动。手机摄像头广泛的使用VCM实现自动对焦功能，通过VCM可以调节镜头的位置，呈现清晰的图像。

VCM性能指标

​ VCM的性能主要是看电流和行程距离的比值。从启动电流开始，电流上升要和所能驱动的行程距离成比例，所需要上升电流越小，精度越高，同时还看最大耗电量，最大功率，尺寸大小。

VCM分类

从结构上大致可分三类： （1）弹片式结构 ；（2）滚珠式结构； （3）摩擦式结构。

从功能上大致分为五类： （1）Open loop开马达; （2）Close loop闭环马达 ；（3）Alternate中置马达 ；（4）OIS光学防抖马达（分平移式、移轴式、记忆金属式等）；（5） OIS+Close loop六轴马达 。