第一章摄像头的基本结构

第一章 摄像头的基本结构
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。

∠1=∠2=∠3
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
前级放大
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
前级放大
(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。