我們常說的Sensor也就是圖像傳感器只是整個攝像頭模組的一部分，主要負責(zé)將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，實際上整個攝像頭模組(Camera Compact Module，CCM)由很多部分組成，除Sensor以外的其他模塊會負責(zé)完成對焦、濾光、減震、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，以便更好地采集圖像。
索尼和三星是很多手機廠商頗為青睞的兩家攝像頭模組供應(yīng)商，當(dāng)然，國內(nèi)也有不少不錯的供應(yīng)商。

攝像頭模組主要由以下幾個部分組成：

1. 鏡頭(Lens)：將光線匯聚到圖像傳感器上。
2. 音圈馬達(VCM)：完成攝像頭的自動對焦。
3. 紅外濾光片(IR-cut Filter)：濾除人眼的非可見光。
4. 圖像傳感器(Sensor)：將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。
5. 柔性印制電路板(FPCB)：將攝像頭模組與主處理器連接起來，并進行數(shù)據(jù)傳輸。
   下圖是一個常見的手機攝像頭模組的幾個核心部件的結(jié)構(gòu)。
   
   下面我們依次簡單介紹一下各個組件。

1. 鏡頭

鏡頭(Lens)的主要作用就是將外界采集的光線匯聚到圖像傳感器上，其原理就是小孔成像，搭配不同的透鏡，使光線聚焦到鏡頭底部的感光芯片上(也就是sensor上)，形成圖像。

現(xiàn)代鏡頭一般都由幾片透鏡一起組成，以實現(xiàn)更復(fù)雜的成像效果。透鏡分為玻璃(Glass)材質(zhì)和塑料(Plastic)材質(zhì)，譬如2G2P就表示這組鏡頭由兩片玻璃透鏡和兩片塑料透鏡構(gòu)組成，一般玻璃鏡頭的成像效果更好，價格也更昂貴一些。

2. 音圈馬達

音圈馬達(Voice Coil Motor)也叫音圈電機，它的原理與揚聲器類似，在一個永久磁場內(nèi)放置一個線圈，線圈通電后會產(chǎn)生磁場（安培定則），從而與外圍的永久磁鐵產(chǎn)生引力或斥力，導(dǎo)致線圈受力移動。如果把鏡頭安置在線圈上，則可以通過改變電流大小線圈帶動鏡頭前后運動，從而控制鏡頭的位置，完成對焦的功能。

安培定則：也叫右手螺旋定則，是表示電流和電流激發(fā)磁場的磁感線方向間關(guān)系的定則。用右手握住通電螺線管，讓四指指向電流的方向，那么大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極。如下圖左。
音圈馬達之所以叫這個名字，是因為它的原理與揚聲器的原理相同，都是通電線圈在永久磁場中的運動。如下圖右。

VCM通常搭配VCM Driver IC(VCM驅(qū)動芯片)、AF(Auto Focus，自動對焦)算法一起使用。首先，Sensor采集的圖像輸入到ISP中，由ISP中的AF算法計算當(dāng)前圖像的焦點步數(shù)，并通過I2C傳輸給Driver IC，Driver IC據(jù)此計算出移動線圈到該位置所需要的電流大小，從而精確的控制鏡頭的行為，達到自動對焦的效果。當(dāng)然，該方法也可以實現(xiàn)光學(xué)防抖(Optical Image Stabilizer，OIS)的效果，其原理是相同的。

3. 紅外濾光片

紅外濾光片(IR-cut Filter)的作用就是濾除紅外光。人眼和電子感光器件能感受到的光的波長范圍不同，電子感光器件感受到的光波長范圍遠大于人類，因此，要濾除掉人眼無法感受到的光線，以防止它們造成偏色、波紋現(xiàn)象，提高色彩還原度。這會對后續(xù)的ISP tuning工作造成很大影響。

IR-cut濾光片分為普通IR和藍玻璃IR兩大類，前者將紅外光和紫外光反射掉，是其不進入Sensor，后者將紅外光和紫外光吸收掉，使其不進入Sensor。前者容易使紅外光產(chǎn)生多次反射，從而造成光暈現(xiàn)象(Shading)，使最終成像效果產(chǎn)生較大的色差。后者雖然沒有此問題，效果更好，但成本也是前者的十倍。

4. 圖像傳感器

圖像傳感器(Image Sensor)是整個模組中的核心部件，也是本次介紹的重點，它是一種半導(dǎo)體芯片，其表面由幾十萬到幾百萬個光電二極管，這些光電二極管受到光照時會產(chǎn)生電荷，從而將將鏡頭采集到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號。因此，如果說Lens的作用相當(dāng)于人眼球的晶狀體，那么Sensor的作用就類似視網(wǎng)膜，Sensor上的感光二極管就是視網(wǎng)膜上的視覺細胞。

Sensor主要用于將收集到的外界光信號轉(zhuǎn)換成電信號，供后續(xù)電子系統(tǒng)進行處理和存儲。Sensor的感光單元，也就是每個像素單元，會排列成像素陣列，上面分布著感光二極管。這些二極管會在受到外界的光刺激后，會根據(jù)光照強度產(chǎn)生不同強弱的電信號，再經(jīng)過內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換離散成數(shù)字信號。

光電二極管可以粗略地看成一個電容，受到的關(guān)照越強，則同一時間內(nèi)積壓在電容上的電荷越多，產(chǎn)生的電壓就越大。如果將電容兩端的電壓通過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，可以得到一個數(shù)字化后的值，所有的像素組合在一起可以得到一張灰度圖。光照越強，這個數(shù)值越大，則像素越靠近白色；光照越弱，這個數(shù)值越小，則像素越靠近黑色。這與我們平常的認知也是一致的。

根據(jù)感光二極管種類的不同，可以將市面上廣泛使用的Sensor分為CCD Sensor和CMOS Sensor兩類。CCD是Charge Coupled Device，即電荷耦合器件；CMOS是Complementary Metal Oxide Semicondutor，即互補金屬氧化物半導(dǎo)體。兩種半導(dǎo)體的具體感光原理不是本文的重點探討內(nèi)容，不再詳述。目前，CMOS Sensor由于功率更小、處理速度更快、制造成本更低的優(yōu)勢，基本上已經(jīng)頂替了過去的CCD Sensor的地位，尤其是在手機和移動設(shè)備領(lǐng)域基本上已經(jīng)一統(tǒng)江湖了。不過CCD Sensor的優(yōu)勢是在弱光條件下表現(xiàn)更良好，不會像CMOS一樣受到數(shù)字噪聲的影響，不會那么依賴ISP的去噪工作。

5. 柔性印制電路板

柔性印制電路板(Flexible Printed Circuit Board，F(xiàn)PCB)的主要作用是將組件與主處理器連接起來，同時完成Sensor與主處理器之間的原始數(shù)據(jù)傳輸功能。

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-443698.html

到了這里，關(guān)于Sensor簡介(一)：攝像頭模組CCM的結(jié)構(gòu)和原理簡述的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！