[摄影投稿]数码相机中的各种电子元件

只看该作者 · 2010-2-27 22:09

相信这里玩单反的朋友一定不少，有数码相机的朋友更是数不胜数，数码相机作为一项典型的嵌入式产品，我们作为电子工程师又有多少人了解它的内部构造呢，刚刚过好年，准确点说是大年初八，我就专程跑了一次在上海的佳能空间，给大家拍了一组这方面的照片，可能时间比较紧张拍的不太好，还请大家包含，第一次用百微，实在用的有点不适应，所以还请大家包含。图片景深可能有点窄。所以有一些地方对实了，一些地方就虚掉了^_^跑题了跑题了，接下来我就给大家讲讲单反相机内部的一些核心电子部件和一些基本原理。前面的帖子照片都是我自己拍的，后面一些没拍到的难找的电子元件我就网上找图片讲解了，会回复在第二楼的。

高精度的高速电控快门，1/8000秒就可以开合一次，速度惊人，相信这东西国内还无法做到如此变态的速度

cmos除尘装置，这个在先进的单反相机中是必不可少的一项元件，见到的说就是靠压电元件的超声波的振动来去除cmos上面的灰尘。省去大家一直跑维修部擦cmos的烦恼。大家点开来看大图，里面有各各层的解释。值得一看

数码相机的核心部件，cmos传感器。大家可千万别以为这只是一个简单的cmos光敏器件哦，这也算的上是一块甚大规模集成电路哦，图片中的cmos传感芯片的面积有一张35mm胶卷怎么大。面临的问题就是，需要大面积的硅晶圆至少300mm的否则切割效率成品率都成问题。同时这个芯片中还集成了jpg的压缩 raw格式的输出，视频流的输出，都得靠它，有的甚至连h264的编码都集成进去。我这里说的是大多数，但不是绝对哦^_^

五棱镜单元，这是一个标准的光学部件，为的目的是让相机中的倒像，通过五棱镜的反射到取景器中形成正立的像。这东西制作并没有什么难度，但是有一项指标是视野率。这是难点，很难制作出100%视野率的光学部件。其实这个部件有写公司比如索尼的a550上面是用的5片玻璃，叫五面镜，功能是一样的。但是五面镜因为反射的时候存在介质变换，空气玻璃，玻璃空气的过程，所以光学性能上不如五棱镜来的效率高。因为五棱镜就是完整的一块玻璃，反射都在玻璃内完成。这在光学上叫做全反射。

这里没注意拍错了，拍成digic3了，其实现在都已经全部升级到digic4了，第一张图的右半部份有digic4的一半，我来给大家说一下digic4的一些功能吧，arm处理器，不会有疑问的，支持h264解码相信大家也都清楚。65nm这个没人知道了吧 8mb flash 64mb sdram三星的然后这三个芯片是封装在一起的，三层pop（多层粘合技术）芯片，速度相当惊人，我可以怎么和你说全速运行比你的上网本的速度还快。最初运行的操作系统是vxwork，之后佳能为了避免专利费的问题，自行研发了DryOS这个操作系统，自此佳能已经完全掌握了嵌入式os ，嵌入式微处理，高性能的cmos设计生产这三个数码相机的核心部件。

图片上的文字上面有一些错误，上下次序颠倒了。最下面的是对焦屏，中间的是五棱镜，最上面的是取景器，其中对焦屏的制作也是比较困难的。连手都不能碰，表面其实是非常细小的毛表。非常的嫩，我已经弄坏掉过一片了，不对。其实是两片，两片贴在一起，当一片用的。里面一片有电子线，可以点亮，现实对焦点，外面一片是保护的。

这个单反的一个机身组件，相信这个国内还是勉强可以制作的，不过高精度的模具，在我看来也悬。

来一张机身的大图，这个东西比较少见的**吧^_^

这个是光学镀膜，也是数码相机光学部件的核心技术之一，镀膜能解决很多光学问题，比如眩光和鬼影

只看该作者 · 2010-2-27 22:10

本帖最后由沈洁于 2010-2-27 22:41 编辑

先给大家介绍一下简单的单反的光学结构，右侧是玻璃，做梦是反光板，反光板是有一定透射率的，把光分成两路，一路反射到上面的五棱镜，最后去目镜。一路透过主反光板再经过副反光板，反射到下面的af传感器上面去，实现自动对焦。

其实前面这个图是不太完整的，这里我补一个图给大家。这个松下的单反和普通dc的结构对比图。可以看到和前面差不多，但是兄弟们有没有发觉一样东西，那就是ae，在五棱镜的上方有一片叫做ae的芯片，这个芯片是负责自动曝光的。前面那个图没有，还有忘记给大家说了一下，主反光板上面有一个对焦屏，这就是上面我搞坏掉的那个东西，对焦屏上面有部分单反还有一个聚焦屏幕。为了取景器获得更大的视野率而存在的。

这个一个电器的方框图，一个典型的正反馈电子系统。^_^

只看该作者 · 2010-2-27 22:10

本帖最后由沈洁于 2010-2-28 02:05 编辑

版主数码相机中的电子部分数量不多，那就错了，要知道现代单反基本都是靠电子部分来实现自动对焦和自动曝光的。

这个就是单反数码相机中的af模块，也叫做相位差对焦模块，是通过分光镜照射到一个专用的传感芯片上完成的。也就是之前结构图中，反光板之下的东西。

具体原理如图，这是无忌论坛转来的，通过两个聚焦点在传感器上聚焦位置的不同，精确的判断对焦位置。

这是一个立体视图，方便大家更加仔细的了解相位差对焦的原理，普通dc用的是cmos主传感器的反差对焦，原理是不一样的

这是比较有名的佳能eos 7d的af对焦芯片，这个芯片决定着对焦的好坏，对焦点的数量，也是单反的核心技术之一，现在顶级的单反上面这个芯片可以做到5x个对焦点，而且对焦点还分为，一字，十字，米字，所谓一字对焦点就是指对水平或者垂直的单一方向线条敏感，十字就是同时对水平和垂直线条敏感，米字大家就可以自己理解了

这是7d的 ae传感芯片，这个芯片不光富含了点测光，包围测光，平均测光，等等复杂的功能，还富含白平衡。等功能，也是数码相机的核心部件之一。

尼康呢，比较特别，一般是将ae和af做到一个芯片里面的这个也是尼康的看家本领，他们叫做3d测光模块，因为配合了af的测距功能吗^_^

超声波马达，大家想想都听说过，但是真的拆开来呢，又有几个人了解起结构呢？今天我就贴个事物吧，原理相信大家都知道，不用我解释，但是国内应该是做不出来的吧，谁知道国内有自主知识产权的啊？

前面那个图片都是佳能白色镜头上面采用的大号超声波马达，但是多数情况下，都是使用的这种微型超声波马达，超声波马达在小型化后，相比传统马达的效率更高，要知道传统马达一旦体积减小，电转换效率和扭矩都会极具下降的。

EMD电磁光圈，可能大家觉得光圈没啥技术的，那我就给大家说说吧，现在的佳能等厂商生产的高级镜头都是用了这项技术，和传统光圈的区别是，传统光圈是靠齿轮转动驱动的，而这个不是，是直接通过电磁线圈控制，开合是无极的。而且变换迅速，稳定。更重要的是可以高精度控制，同时也是移轴镜头的必要部件。通过光圈叶片的精确控制，可以让中心园偏移中心一定的位置，对移轴镜头进行修正～～～～

现代相机的镜头内部也是有芯片的，这个相信大家都是很清楚的，但是现在镜头中的芯片的作用不仅仅局限在告诉相机自己是什么型号和驱动af电机的功能了，还有就是告诉相机镜头自己的几何失真度数，让相机内部的软件实时的修正镜头的物理缺陷～～～～～

有人觉得那几片毛玻璃很牛X，非常难生产制作，我来贴张图吧，就上面那个20mm f1.7的饼干镜头实际拍出来就是这个效果，你相信不？这是ccd原始数据

然后通过机内的软件拉伸几何失真，是指变成四四方方的，最后裁剪中间，实际裁剪都要保留一定的安全距离的，不可能我怎么极限，我那个裁剪框是acdsee做的。实际jpg拍出来的照片裁剪的部分要多许多。高质量镜头原来也可以使用软件手段得到，你现在明白其中的花露水了吧^_^

这是佳能g9的光学is拆解图，也就是光学防抖技术，第二张图片中间的这个就是浮动镜头模组
怎么说吧可能有人觉得这个东西不以为然，但是我告诉你，为了这个防抖，一般镜头里面都会安装角速度传感器，和线速度传感器你相信不，陀螺仪不停的检测抖动
按照佳能的说法，抖动还分为两种，在长焦情况下主要谁倾斜抖动，就是有一定弧度的晃动，这种情况下是使用的角速度传感器修正，而在近距离微距拍摄的时候，抖动变成了平行方向的平移抖动。这个时候就要用加速度传感器检测，同时配合角速度传感器，使用新的算法，保证抖动的正确修正。

补充一张is防抖系统的爆炸视图

电子取景器，也叫做evf其内部就是一个小型的高分辨率液晶屏，非常小的面积下面集成了144万像素，图片取自奥林巴斯ep2的evf
evf的使用是可以避免液晶屏取景会受到光线的影响，而有所变换，对拍摄者造成的错觉，也比光学的单反取景器，更加真实，要知道单反的取景器基本是无法完整体现曝光亮度信息的，而evf可以

这是奥林巴斯的这个evf的内部结构图，可以看到，内部还集成了3片高精度镜片

电子水平仪，顶级单反基本都配备了这个东西，高精度的检测拍摄位置的水平情况，能够明确的知道自己拍摄的时候是否和地平线平行，是一个重要的电子工具。

超大的oled取景器，三星的相机哦，可以大大提升黑底的黑色纯净度，提高取景器的对比度，更加接近真实环境，所见即所得，相信用过等离子的朋友对此都深有体会，这个屏是46万像素的

索尼t900的这块大面积的触摸屏也是数码相机未来的一种发展方向，要知道这样的全触摸屏设计是需要强大的嵌入式操作系统支持下才得以实现的啊～～～

现在已经有越来越多的数码相机开始集成gps功能，简单的说就是可以记录你拍照的位置，保留在你相片的exif信息里面，配合软件，你可以精确的定位你所拍摄的每一张照片的精确位置。

同时有的相机还拥有网络接口，奉送免费的网络相册，方便使用者快速的上传照片到自己的网络相册上去也算是比较新奇的功能之一，不过这不是主流哦^_^，刚刚介绍了拥有gps功能的p6000顺带给大家介绍一下p6000的另一个重要功能

至于数码相机最重要的那几片毛玻璃，我也稍微给大家介绍一下，由于不是电子元件，所以就不详细介绍了
ed镜，ed就是萤石，低色散的一种特殊材料玻璃，通过溶入后从新结晶，切割研磨，非常易碎。
ud镜，接近萤石性能的一种低色散镜片，因为ed太贵，所以才考虑开发出来的一种ed替代品
do镜，多层衍射光学镜片，现在比较热门的一种色散修正镜片，新出来的，资料不多
swc，亚波长结构镀膜，防止光线反射，避免眩光和鬼影的一层膜^_^
非球面镜这个我给大家讲讲吧，

由于球面镜的光学特性注定不能将光线准确聚焦到一点，所以需要使用高精度研磨技术来对球面镜的球面进行高精度修正研磨
这就是非球面镜，表面上你和普通镜片看不出任何区别，感觉也是标准的弧度，其实不然，这是经过高精度的纳米级研磨技术生产出来的。
其实研磨的说法是不准确的，近代的高精度非球面镜都要归功于GMo大口径玻璃模铸技术的使用，这项技术80年代后期才逐渐成熟，2007年才第一次实现类镜片凹面的高精度非球面加工。
为啥要说这个呢。这属于机械加工业，精密加工技术，也是和电子有点贴边的，当然我们现在国内应该都是一片空白。

怎么说吧，我写这个**也比较累的，相信大家看的也比较新奇，其实还有许多技术我没说，比如3d拍摄技术，带有投影机的数码相机，还有通过无线打印的无线打印技术，限于篇幅就不再介绍了。但是朋友看完这篇**只有一个我想问大家的，我们都是工程师，大家觉得上面那些技术有几样我们是真正掌握的呢？大家可以统计一下，更贴回复，但是相信数量不会很多吧～～～～

最后补充一张漂亮的萤石照片，怎么这石头会发光的啊，屁话，不会发光还叫什么萤石啊，有的夜明珠就是这种材料做的，也是宝石的一种哦。^_^收激辐射发光，过热也会发光。非常漂亮唯美，希望大家喜欢。