摄像头模组

1. 摄像头介绍

摄像头模组的结构大致如下：

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camera模组工作原理：景物通过镜头lens生成光学图像信号投射到图像传感器image sensor表面上，由sensor感光像素点转换为电信号，经过图像传感器的A/D数模转换变为数字图像信号，经过处理在显示屏成像。

结构从上到下是镜头lens、音圈马达VCM、滤光片IR/蓝玻璃BG、支架Bracket、感光芯片sensor、印刷电路板PCB、连接器及SMT搭载元器件等。

lens主要作用是聚集光线，使通过镜头的光纤额能够聚集到感光芯片上；
VCM用在AF模组上，用来对焦，即移动镜头至最佳清晰点；
IR/BG主要用来滤光，IR通过镀膜过滤光线，BG通过吸收光能量的原理过滤光线；
Bracket用于支撑装载VCM和lens，上表面凹槽贴装IR，内腔容留sensor+电容+driver IC等元件；
sensor采集光线并转换为电信号输出；
PCB用来传到sensor的光电信号，降低信号中的noise；

按照自动对焦与否可以分为AF(Auto focus)模组和FF(Fixed focus)模组；按照封装方式可以分为CSP模组和COB模组(另外还有ACF、flipchip等)；按照连接方式分为BTB(board to board)、GF(golden finger)、Reflow；其它的还有PDAF模组、OIS模组、双摄、三摄、TOF等。

camera在模组厂的工艺流程大致分为：来料检查、SMT(在PCB表面贴装Connector/driver-IC等元件)、COB(将sensor/VCM/Lens/bracket等组装到PCB上)、EOL(调焦、校准、烧录等操作)、出货检查。

2. Lens介绍

Lens构造如下：

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镜筒Barrel主要支撑保护lens；整体为遮光材质，避免外部光线的影响；顶部孔径大小决定光学系统入射角；顶部开孔的阶梯状边缘防止反射产生的杂散光进入系统；螺纹方便调焦；
镜片组lens1/lens2/lens3…一般lens由几片透镜组成，材质一般分为塑胶透镜和玻璃透镜。透镜越多，消除像差的能力越强，成像效果越好，但相应的成本也越高。镜片组起到将光线会聚到sensor的作用，还可以消除杂散光和各种像差的作用；
垫片Spacer支撑lens结构，控制lens间距；
压环Press Ring固定lens整体，保护和加强lens结构，同时还有出瞳的作用，控制视场角FOV。

Lens重要的是它的特性，包括物理特性和光学特性。

2.1 Lnes的物理特性

TTL, Total track length，镜头总高，是Barrel顶端至成像平面的高度。
EFL，Effective focal length，有效焦距，是透镜系统中心到成像焦点的距离，即光学系统中心到成像面距离。
BFL，Back focal length，分为光学和机械后焦。光学后焦是最后一片镜片中心到成像面的距离；机械后焦是barrel底部端面到成像面的距离；
F/NO，光圈数，限制成像光束。F/NO表示进光量系数，数值代表了允许进光量的多少。
- $F / NO = EF L / 入瞳直径$ ，F/NO越小，亮度越亮。
Image circle，成像圆，是光学系统成像的最大区域；设计时，lens image circle 要比sensor影像区对角线单边大0.1mm。
CRA，chief ray angle，主光线角度，主光线定义是一个通过入瞳中心的离轴光线，主光线与sensor发现的家教称为镜头主光线角。镜头主光线角须与sensor的主光线角匹配，否则会有色差问题。
FOV，镜头的拍照视角范围；
景深，Depth of field，焦点前后各有一个容许弥散圆，这两个弥散圆之间的距离称为景深。即在被拍摄主体对焦点前后，其影响仍然有一段清晰范围的，就是景深。
- 景深与F/NO、焦距、拍摄距离及弥散圆大小有关：
  - 光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大；
  - 焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大；
  - 距离越远，景深越大；距离越近，景深越小；
Illumination，相对照度，指物体或被照面上被光源照射所呈现的光亮程度，相对照度为中心照度与周边照度的比值。

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2.2 Lens的光学特性

TV-Line，特定分辨率下评价镜头的极限频率，线对宽度和chart高度的比值；

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MTF，Modulation Transfer Function，调制传递函数，反应镜头的解析能力。
- Modulation = $\frac{I_{max} - I_{min}}{I_{max} + I_{min}}$ ；
- 把影响的调制度 $M_i$ 与景物的调制度 $M_o$ 的比值称为调制传递函数 $MTF = M_i/M_o$ ;
Distortion，畸变，测量镜头边缘之形变程度，畸变分为两种类型，枕形畸变与桶形畸变。