摄像头的基本结构_【光学人生】

摄像头的基本结构...

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根据我公司的产品特征，结合行业内的产品特点，首先从摄像头机芯出发，先以单板机为例，详细分解摄像头的基本结构，以此为点辐射开来，逐步认识摄像头的工作原理、特性和应用范围。

摄像头的基本结构可分为 4 个基本部分，分别是镜头部分、LED 部分、芯片部分、PCB及元器件部分。其中每一部分中又包含几个小的部件，具体如下：

一．镜头部分，镜头部分包括镜头、镜头座、镜头盖、固定焦距件等 4 个配件

1.镜头，镜头由透镜（凸透镜、凹透镜）组成，透镜从材质上分塑胶透镜(plastic)和玻璃透镜(glass)。这两种材质可以通过多种组合方式形成最后的镜头。通常镜头构造有：1P、2P、1G1P、1G2P、2G2P、4G、5G 等。玻璃透镜又分镀膜和不镀膜。镀膜镜片可以增加通光量减少反光，使成像清晰，画质明亮鲜艳，镀膜是常见的镜头处理工艺，最常见镀膜为

单层膜、多层膜、增透膜、滤光膜、红外线截止膜等。

⑴按照颜色分类，镜头可分为：彩色镜头、黑白镜头。

⑵按照功能分类，镜头可分为：固定镜头、变焦镜头。

⑶按照大小分类，镜头可分为：单板镜头、针孔镜头、CS 镜头。

⑷按照红外分类，镜头可分为：850nm 镜头、940nm 镜头、650nm 镜头。

⑸按照焦距分类，镜头可分为：1.8mm、2.1mm、2.5mm、2.8mm、3.0mm、3.6mm、5.4mm、6mm、8mm、12mm、16mm、25mm、…….

2. 镜头座，镜头座是用来固定镜头的，镜头是螺旋在镜头座里面的，按照材质分类，

镜头座常分为以下 2 类：

⑴塑胶镜头座，这种座价格成本低，使用最普遍。

⑵金属镜头座，这种座价格成本高，但是其散热性能好。

⑶另外也可以按照用途分类，可以分为：单板镜头座、CS 镜头座等。

3. 镜头盖，保护镜头前端玻璃的塑胶盖。

4. 固定焦距件，主要针对单板镜头，将镜头锁定在镜头座内让其不易滑动而改变焦距，导致图像模糊。其主要固定方法有 3 种：

⑴螺丝固定，容易划伤镜头螺纹牙，容易造成光轴偏移，有突出螺帽存在而易与其他器件冲突，但固定较紧实。

⑵弹簧固定，固定不紧实容易滑动，但位置好，光轴不偏，便于孔内吻合。

⑶打胶固定，不美观，不匀称，稍繁琐，不利于再调节焦距。

5. 镜头的安装方式：有 C 式和 CS 式两种，两者的螺纹均为 1 英寸 32 牙，直径为 1英寸，差别是镜头距 CCD 靶面的距离不同，C 式安装座从基准面到焦点的距离为 17.562 毫米，比 CS 式距离 CCD 靶面多一个专用接圈的长度，CS 式距焦点距离为 12.5 毫米。别小看这一个接圈，如果没有它，镜头与摄像头就不能正常聚焦，图象变得模糊不清。所以在安装镜头前，先看一看摄像头和镜头是不是同一种接口方式，如果不是，就需要根据具体情况增减接圈。有的摄像头不用接圈，而采用后像调节环（如松下产品），调节时，用螺丝刀拧松

调节环上的螺丝，转动调节环，此时 CCD 靶面会相对安装基座向后（前）运动，也起到接圈的作用。另外（如 SONY，JVC）采用的方式类似后像调节环，它的固定螺丝一般在摄像机的侧面。拧松后，调节顶端的一个齿轮，也可以使图象清晰而不用加减接圈。

二．LED 部分，LED 部分主要是指单板机上的 LED 灯，由红外发光二级管组成的发光体，光谱功率分布为中心波长 830 ～ 950nm ，半峰带宽约 40nm 左右，它是窄带分布，目前市场上用的 LED 灯比较统一，可以从以下 3 个方面来进行分类：

1.按照光源的波段分，可以分为 3 类：

（1）.白炽灯，即可见白光LED 灯。

（2）.850nm 红外灯，发出近红外光线，有红暴现象，人眼可识别。

（3）.940nm 红外灯，发出红外光线，无红暴现象，人眼无法识别。

光是一种电磁波，它的波长区间从几个纳米（ 1nm=10-9m ）到 1 毫米（ mm ）左右。人眼可见的只是其中一部分，我们称其为可见光，可见光的波长范围为 380nm ～ 780nm ，可见光波长由长到短分为红、橙、黄、绿、青、兰、紫光，其中波长比红光长的称为红外光。

因此 850nm 的波段微微可见红光，称之为有红暴现象，940nm 波段的就不可见了。

2.按照发射角度分，红外灯还可以分为 16 度、30 度、45 度、60 度、80 度、90度等不同类型，其角度越大，发射的范围越大，距离越近，其角度越小，发射的范围越小，距离越远，其选配标准与镜头的可视角度相匹配，否则，将会影响夜视效果。

3.按照规格大小分，根据红外灯的横截面直径大小来区分，主要分为￠3mm 红外灯、￠5mm 红外灯、￠8mm 红外灯、￠25mm 红外灯。

三．芯片组部分，芯片组是摄像头的心脏部分，是将光信号转变为电信号的主要元器件，根据芯片组中感光芯片的特征，目前市场上主要的芯片组分为 CCD 芯片组和 CMOS 芯片。

根据图像传感器感光面的对角线尺寸，可以将芯片分为 1/5 寸、1/4 寸、1/3 寸、1/2 寸等，其中安防行业仅常用到 1/4 寸和 1/3 寸的芯片。这里先介绍一下常用 CMOS 芯片的类型：

1.韩国 PC1030 芯片，其特征是彩色成像，1/4 寸大小，芯片感光面积是 3.5964mm x

2.7084mm，PAL制式和 NTSC制式通用，芯片成本比较低，是目前最便宜的一款彩色模拟信号摄像头芯片，是我们主推的一款芯片。

PC1030 芯片

美国 OV 芯片

2.美国 OV 系列芯片，包括 OV5116、OV7910、OV7930、OV7940、OV7949、OV7950。

(1).OV5116 芯片，其特征是黑白成像，1/4 寸大小，芯片感光面积是 3.2mm x 2.5mm，PAL 制式和 NTSC 制式通用，芯片成本比较低，是目前最便宜的一款黑白模拟信号摄像头芯片，是我们主推的一款芯片。

(2).OV7910 芯片，其特征是彩色成像，1/3 寸大小，芯片感光面积是 5.79mm x 4.19mm，PAL 制式和 NTSC 制式通用，但是此类芯片目前已经停产，市场余货不多，曾经是我们主推的对象，但是以后就不是了。

(3).OV7930 芯片属于 N 制式芯片，现在目前市场已经停产。

(4).OV7940 芯片因其照度不好，我司从未采用过。

(5).OV7949 芯片，其特征是彩色成像，1/3 寸大小，芯片感光面积是 5.961mm×4.276mm，PAL 制式和 NTSC 制式通用，此类芯片清晰度好，价格合适，目前是我司主推的对象。

(6).OV7950 芯片，其特征是彩色成像，1/4 寸大小，芯片感光面积是 4.080mm×3.102mm，NTSC 制式，7950 比 7949成本稍低，主要用于出口的汽车后视上面，目前是我司已开发出一款这样的摄像头。

关于 CCD 芯片，除主要的感光芯片外，另外还有 2-3 个套片，目前我司常用的 CCD 芯片组有如下几类：

3.LG 芯片组，其感光芯片有黑白和彩色之分，我司目前主要用黑白的，没有用到彩色的，1/3 寸大小，芯片感光面积是 4.9mm×3.7mm，PAL 制芯片和 NTSC 制式芯片不同，其套片组形式如下：

PAL 制式：AI329+AI1001S+AI5412+AI4402 晶振：18.9375

NTSC 制式：AI325+AI1001S+AI5412+AI4402 晶振：19.0699

4.SHARP 芯片组，其感光芯片有黑白和彩色之分，我司目前主要用彩色的，没有用到黑白的，有 1/4 和 1/3 寸大小，1/4 芯片感光面积是 3.6mm×2.7mm，1/3 芯片感光面积是4.9mm×3.7mm，PAL 制芯片和 NTSC 制式芯片不同，其套片组形式如下：

1/3SHARP PAL 制式：RJ2321AAOPB+LR38603A+IR3Y48 晶振：28.375

1/3SHARP NTSC 制式：RJ2311AAOPB+LR38603A+IR3Y48 晶振：29.636

DSP

1/4SHARP PAL 制式：RJ2421AAOPB+LR38603A+IR3Y48 晶振：28.375

1/4SHARP NTSC 制式：RJ2411AAOPB+LR38603A+IR3Y48 晶振：29.636

5.SONY 芯片组，其感光芯片有黑白和彩色之分，我司目前主要用彩色的，没有用到黑白的，有 1/4 和 1/3 寸大小，1/4 芯片感光面积是 3.6mm×2.7mm，1/3 芯片感光面积是4.9mm×3.7mm，PAL 制芯片和 NTSC 制式芯片不同，其套片组形式如下：

(1).420 线：

1/3SONY PAL 制式：ICX405+3142+2096 晶振：18.9375

1/3SONY NTSC 制式：ICX404+3142+2096 晶振：19.0699

(2).450 线：

1/3SONY PAL 制式：ICX405+4103+2096 晶振：18.9375

1/3SONY NTSC 制式：ICX404+4103+2096 晶振：19.0699

(3).480 线：

1/3SONY PAL 制式：ICX409+4103+2096 晶振：28.375

1/3SONY NTSC 制式：ICX408+4103+2096 晶振：29.636

(4).520 线：

1/3SONY PAL 制式：ICX409+CXD3172R+2096 晶振：28.375

1/3SONY NTSC 制式：ICX408+ CXD3172R+2096 晶振：29.636

四．PCB 及元器件部分，PCB 是摄像头的重要组成部分，是所有器件的载体，其主要功能是提供各项零件的相互电气连接。

1.PCB 的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成，目前基板的主要材料有如下

几类：

XXXP 酚醛树脂绝缘纸一般用，适用音响、收音机、黑白电视等家电

XXXP-C 酚醛树脂绝缘纸可 cold-punching，用途同 XXXP

FR-2 酚醛树脂绝缘纸耐燃性

FR-4 环氧树脂玻纤布计算机、仪表、通信用、耐燃性

G-10 环氧树脂玻纤布一般用．用途同 FR-4

CEM-1 环氧树脂玻纤布、绝缘纸电玩、计算机、彩视用

CEM-3 环氧树脂玻纤布、玻纤不织布同 CEM-1 用途

我们所生产的摄像头的 PCB 基板是采用的 FR-4 环氧树脂玻璃纤维板。在 PCB 的表面可以看到的细小线路材料是铜箔，本来铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处理掉，留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线（conductor pattern）或称布线，并用来提供 PCB 上零件的电路连接。

2.在最基本的 PCB 上，零件集中在其中一面，导线则集中在另一面上。我们就称这种PCB 叫作单面板（Single-sided）。如果是在电路板的两面都有布线的，我们就称这种 PCB为双面板（Double-Sided Boards），我们所有的 CMOS 板子都是双面板。除此之外，为了增加可以布线的面积，若将数片双面板采用绝缘层隔离后黏牢（压合），就成了多层板，我们的 CCD 摄像头都是 4 层板的 PCB。

3.在多层PCB 中，我们能见到电路板上面很多的微小孔，这个叫导孔，通俗叫过孔，其主要作用是将电路板的两面的布线连接起来，除了导孔之外，还有埋孔和盲孔。

4.PCB 上的绿色或是棕色，是阻焊漆（solder mask）的颜色。这层是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上另外会印刷上一层丝网印刷面（silk screen）。通常在这上面会印上文字与符号（大多是白色的），以标示出各零件在板子上的位置。丝网印刷面也被称作图标面。

5. 电阻是电子产品中使用最多的电子元件，约占总数的 35%，而我们的摄像头中则占到 50%，因此电阻的质量对产品有重要影响。常用电阻有碳膜电阻，金属膜电阻，金属氧化膜电阻，实心电阻和绕线电阻。我们摄像头中主要用到的是贴片电阻，属于碳膜电阻。电阻在电路中用“R”加数字表示，如：R15 表示编号为 15 的电阻。电阻在电路中的主要作用为分流、限流、分压、偏置、滤波（与电容器组合使用）和阻抗匹配等。电阻的单位为欧姆（Ω），倍率单位有：千欧（KΩ），兆欧（MΩ）等。在我司的 CMOS 摄像头上面，可以利用增减电阻来改变红外灯的亮度，可以改变画面的明暗度。在 SHARP 中，可以利用增减电阻来改变镜反像。

贴片电阻色环电阻光敏电阻

6. 电容在电路中一般用“C”加数字表示（如 C25 表示编号为 25的电容）。电容是由两片金属膜紧靠，中间用绝缘材料隔开而组成的元件。电容的特性主要是隔直流通交流。常用电容的种类有电解电容、瓷片电容、贴片电容、独石电容、钽电容和涤纶电容等。电容的基本单位用法拉（F）表示，其它单位还有：毫法（mF）、微法（uF）、纳法（nF）、皮法（pF）。

点解电容

贴片电容

瓷片电容

7. 电感在电路中常用“L”加数字表示，如：L6 表示编号为 6 的电感。电感的特性是通直流阻交流，频率越高，线圈阻抗越大。电感在电路中可与电容组成振荡电路。电感的基本单位为：亨（H）换算单位有：1H=103mH=106uH。目前我司 1/4SHARP 选用日本千代的电感后，可消除斜纹干扰现象。

功率电感

贴片电感

工字电感

8. 稳压二极管在电路中常用“ZD”加数字表示，如：ZD5 表示编号为 5 的稳压管。二极管的主要特性是单向导电性，常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等电路中。稳压二极管的稳压原理：稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。

贴片二极管

插件二极管

恒流二极管

9. 三极管也称为晶体三极管，它最主要的功能是电流放大和开关作用。三极管的种类很多，并且不同型号各有不同的用途。三极管大都是塑料封装或金属封装，都是 TO-92 标准封装。常见三极管的外观，有一个箭头的电极是发射极，箭头朝外的是 NPN 型三极管，而箭头朝内的是 PNP 型。实际上箭头所指的方向是电流的方向。晶体三极管在电路中常用“Q”加数字表示，如：Q17 表示编号为 17 的三极管。常用的三极管有 90××系列，例如低频小功率硅管 9013(NPN)、9012(PNP)，低噪声管 9014(NPN)，高频小功率管 9018(NPN)等。

晶体三极管

稳压三级管

硅功率管

10.晶振又叫石英晶体振荡器，其原理是基于它的压电效应：在晶片的两个极上加一电场，会使晶体产生机械变形；在石英晶片上加上交变电压，晶体就会产生机械振动，同时机械变形振动又会产生交变电场，虽然这种交变电场的电压极其微弱，但由于石英晶体化学性能非常稳定，热膨胀系数非常小，所以其振动频率是十分稳定的。晶振有好几种不同的类型：

电压控制晶振（VCXO）、温度补偿晶振（TCXO）、恒温晶振（OCXO）,以及数字补偿晶振荡（MCXO或 DTCXO）,每种类型都有自己的独特性能。如果您需要使您的设备即开即用,您就必须选用VCXO 或温补晶振,如果要求稳定度在 0.5ppm 以上,则需选择数字温补晶振（MCXO）。模拟温补晶振适用于稳定度要求在 5ppm～0.5ppm 之间的需求。VCXO 只适合于稳定度要求在 5ppm

以下的产品。在不需要即开即用的环境下,如果需要信号稳定度超过 0.1ppm 的,可选用OCXO。

矮壳晶振

圆柱晶振

恒温晶振

11.外接插座，目前我司在单板机上面常用的外接插座主要是 3P 或者 4P 标准 1.5mm 规格插座，或者 2.0mm 规格插座。1.5mm 和 2.0mm 插座是指插针的间距大小。插座的位置分两面，可根据客户的要求安装到适当的 PCB 的某一侧面。插线的规范颜色标称是，红色电源，黑色地线，黄色视频，白色或者绿色音频。

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