数码相机原理

数码相机原理 二零零三年陆月十三日 胡春明部门主管A教材版本:相机电路识图基本资识 制定日期:DXG研发部制定部门:人力资源部主管 李德科制 定 1教材 编 号 版 本A 名称 相机电路识图基本知识 日 期2003/6/13 页 号139 章节 1 目 录 页版本A 小页号1/139 1. 目录------------------------------------ 1-------1 2. 掌握电路图知识的意义------------ 2-------2 3. 相机典型电路原理-------------------3-------7 4. 电子原件的规格描述 -------------- 8-----75 5. 电路组成及分析--------------------76-----134 6. 相机电路原理图剖析--------------135---139 目录 2 教材 编 号 版 本A 名称 相机电路识图基本知识 日 期2003/6/13 页 号139 章节 2 掌握电路图知识的意义 页版本A 小页号2/139 1981年SONY推出Mavica相机 1990年Kodak以Nikon单眼相机的机身为基础使用1.3百万画素的CCDCharge Coupled Device为影像感测元件推出DCS系列相机 1996年中Casio推出零售价低於一万五千元台币的相机更象徵数位相机迈入商品化的里程碑 2003年5百万以上画素机种已有多家厂商推出 从数码相机的发展史以及市场的消量来看数码相机将成为当今高科技产品的发展主流 它与我们的生活息息相关 所以我们不得不去了解它学习它. 下面我们先从数码相机电路原理图的基本知识开始学习. 3 教材 编 号 版 本A 名称 相机电路识图基本知识 日 期2003/6/13 页 号139 章节 3 相机典型电路原理 页版本A 小页号3/139 目前我们所见的数码相机类型很多但从电路原理上讲是大致相同的如下图所示. 从电路结构上分五大部份: 1. 感应器. 将不同波长的光信号转换成电信号并提供给信号处理器. . 负责信号处理放大滤波较正编码调制. 3. 存储器. 存储未处理与处2. 数据处理器 理之后的数据. 4. 显示及控制电路. 输入指令与显示其当时的工作状态 相当于电脑上的显示器与键盘. 5. 输出接口. 将处理好的数据按不同需求提供给周边环境如电脑打印机电视机等. DSP RAM DATA OUT VIDEO OUT LCDLENS SENSOR LTR12 4 教材 编 号 版 本A 名称 相机电路识图基本知识 日 期2003/6/13 页 号139 章节 3 相机典型电路原理 页版本A 小页号4/139 数码相机原理的简单介绍: 对于初步接触数码相机的同事来说在开始会觉得挺难 一看?皆 硗计咭秤械纳踔潦 骋陨险馓跣藕挪恢 呦蚴裁吹胤绞率瞪舷喽砸话愕牡缱硬 防唇灿兴 捞氐哪汛? 但是我们将其化整为零 用方框图的形式标示出这个电路由哪几大部份组成这时再回过头来看看我们会觉得它其实也很简单. 先举个例 对电源部份的分析. 我们都知道仍何电子产品的组成一定有电源这一部份好我们就将它看著一个部份也就是一模块. 既然如此 从我们所了解到所有电源电路可知 电源无非就是由整流 滤波 调整 稳压升压 取样等电路组合而成的. 整流电路是将交流或是直流中有混带交流成份的电流通过二极管或电容将其交流成份滤出. 稳压电路中一定有基准电压取样电压和比较电压调整其取样电压就可以得到我们所需要的的电压. 现在再想想无论多复杂的电源电路它不就是由一些二极管与电阻电容或者集成电路组合而成的吗 相机的原理也可用一句话来说: 经镜头聚焦后的物景由感应器转换成电信号再由数据处理器处理成我们所需要的图像信号或其它数字信号输出. 镜头 感应器数据 处理器 信号 输出 5 教材 编 号 版 本A 名称 相机电路识图基本知识 日 期2003/6/13 页 号139 章节 3 相机典型电路原理 页版本A 小页号5/139 NTSCRecordPWR_SHUT_DOWN_REQPWRON_RST06-SensorI2C_DATAI2C_CLK AD_0:11VSYNCHSYNCDATA_VALIDINITSTARTADCLKSTROBESDRAM_LDQ M16-NTSC/PAL InterfaceNTSCNTSC_MODE03-SDRAMD0:15nSDRAM_CSSDRAM_CKEnSDRAM_ RASnSDRAM_WESDRAM_CKSDRAM_LDQMSDRAM_MDQMnSDRAM_CASA0:13nSELF_REFRESHPWRON_RSTnSDRAM_CASUSB amp FLASHnSETSTARTI2C_CLKUSB OUTLCD OrTFT-LEDI2C_DATAMD0:15USB_PWRnCF_WAITnCF_ENNTSC_MODEnWRUSB_MONFLASH_RDY04-Embedded MemoryD0:15nNV_CEnWRnRDnNV_RPNV_PENA0:20VSYNCADCLKI2C_CLKNV_PENnSELF_REFRESHCLARITY ASIC02-ClarityD0:15A0:20nSDRAM_CSnSDRAM_WEnSDRAM_RASnSDRAM_CASSDRAM_CKESDRAM_CKSDRAM_MDQMSDRAM_LDQMnNV_CEnRDnWRNV_PENnNV_RPnCF_ENCFRSTnCF_WAITMEDIA_RDYnMEDIA_DETAD_0:11I2C_CLKI2C_DATAnSELF_REFRESHNTSCNTSC_MODEVSYNCHSYNCDATA_VALIDPWR_SHUT_DOWN_REQC_IRQM_IRQINITADCLKSTARTnRESETUSB_ACTnSETPWRON_RSTSTROBEFLASH_DRVFLASH_TRIGFLASH_INHFLASH_RDYUSB_ACTI2C_DATAMAIN BOARD CONNECTIONnRDFLASH_TRIGMCU08-CONTROLLERUSB_MONBAT_MONUSB_ACTPWRON_RSTnRESETI2C_CLKnPWR_ONUSB_PWRI2C_DATAC_IRQM_IRQnSETPWR_SHUT_DOWN_REQSDRAM_CKEHSYNCnNV_RPPWRON_RST64MBSCR FLASH10-SCR FLASHFLASH_INHFLASH_RDYFLASH_DRVFLASH_TRIGnMEDIA_DETBAT_MONnRESETC_IRQAmplificationSDRAM_MDQMM_IRQ05-Compact Flash InterfacenCF_ENnWRnRDnWAITD0:15nDETRDYCFRSTA0:11FLASH_DRVCFRSTnSDRAM_CS0.5MBnSDRAM_RASDATA_VALIDSTROBEPOWER09-POWERUSB_MONBAT_MONnPWR_ONUSB_PWRNTSCI2C_CLKMA0:20SDRAM_CKSENSOR MEGAPIXELMEDIA_RDYFLASH_INHAD_0:11nNV_CEINITnPWR_ONCFORSMAND SDnSDRAM_WEI2C_DATA 以上是数码相机中比较典型的电路方框图 下面我 们再做进一步的说明. 6 教材 编 号 版 本A 名称 相机电路识图基本知识 日 期 2003/6/13 页 号139 章节 3 相机典型电路原理 页版本A 小页号6/139 数位相机 的工作原理 数位相机使用CCD/COMS电耦合器件影像然后把CCD/COMS器件 的电子信号转换成数位信号.同时对红.绿.蓝三色曝光.而视采用CCD/COMS阵列的 结构不同又可以分作线性阵列和平面.平面阵列的影像捕捉速度要比线性阵列快.大 致可分作两种工作方式: 一. 利用透镜和分光镜将光图像信息分成R.G.B三束单色 光并将它们分别用在三片CCD光电传感器上 三种颜色信息经CCD转换成模拟电信 号然后经过A/D模拟转换成数位再经过DSP数字信号处理后存到存贮器中最后经数 字接口/视频接口输出给计算机.打印机/电视机 这种记录方式的数码相机在当市上 适用较少. 二、每个像素点的位置上有三个分别加上R.G.B三种颜色滤色片的 CCD/CMOS光电传感器透过透镜后的光图像信息被分别作用在不同的传感器上并 将它们转换为模拟电信号然后经过A/D模数转换成数字信号再经过DSP数字信号处 理后存到存储器中.最后经数字接口/视频接口输出给计算机.打印机/电视机如下图 所示: SERVO CCD DSP RAM DATA OUT VIDEO OUT LCDLENS 7 教材 编 号 版 本A 名称 相机电路识图基本知识 日 期2003/6/13 页 号139 章节 3 相机典型 电路原理 页版本A 小页号7/139 普通数位相机的系统工作过程: 1. 开机准备:当打 开相机的电源开关时主控程序MCU就开始检查相机的各个部件是否处于可工作状 态如果有一部份出现故障那么LCD屏上就会给出一个错误信息.并使相机停止工作. 如果正常那么相机就处于准备状态 2. 聚焦及测光:数位相机都有自动对光和自动测光功能当你对准一物体并把快门压下一半时一个4位的MCU就开始工作它通过计算确定对焦距离快门的速度及光圈的大小. 3. 拍照:按下快门摄像器件CCD就把从被摄景物上反射的光抓住并以RGB三像素存储. 4. 图像处理:就是把这些像素一束一束地从CCD以串行的方式送到相机内部的缓冲存储区这中间要经过数码相机的很多部件的处理如进行A/D变换进行白平衡及色彩的校正. 5. 图像合成:一束一束的光到达缓冲区后再合成在一起形成一幅完整的数字图像. 6. 图像压缩:图像的处理过程并没有结束当它离开缓冲区时还要被压缩压缩的程度根据拍摄前你选定的拍摄模式而定对于标准模式一般压缩幅度较大而对于高质量模式压缩幅度较小. 7. 图像保存:主控程序芯片MCU发出一个信息把压缩的图像再转到存储卡中长期保存. 8. 图片影像编修与输出:存储在数码相机内或存储卡上的数码图片影像可以输出到计算机中利用图像处理软件进行常规调整与特效处理然后通过输出接口输出到打印机电视机录像机上还可以上网传输. 8 教材 编 号 版 本A 名称 相机电路识图基本 期2003/6/13 页 号139 章节 4 电子原件的规格描述 页版本A 小页号知识 日 8/139 一. 电阻 电阻在电路图中所表示的符号 R910 在数码相机产品中一般都用以下这种符号标示 如果是特殊电阻只要在描述里注明即可. R t?热敏电阻 电位器 可调电阻 微调电 9 教材 编 号 版 本A 名称 相机电路识图基本知识 日 期2003/6/13 页 号139 章节 4 电子原件的规格描述 页版本A 小页号9/139 电阻在 的电流电压. 电阻的基本单位: 欧姆 Ω 或者 KΩ 或 电路中的作用 : 控制电路中 MΩ 1KΩ 1000Ω 1MΩ 1000KΩ 电阻的技术指标是: 阻值 误差 额定功率. 电阻按结构材质分以下几种: 1. 碳膜电阻. 它是把碳氢化合物在高温真空下分解使其在瓷管或瓷棒上形成一层结晶碳膜 这就是所说的碳膜电阻.这种电阻稳定性较高 噪声也比较小. 2. 金属膜电阻. 一种用真空蒸发或烧渗法在陶瓷体上生成一层薄膜. 这种电阻噪声低耐高温体小稳定性和精密度较高等特点. 3. 碳质电阻. 是将碳黑 树脂粘土等 混合物压制后热处理而成的. 这种电阻成本低 阻值范围宽 但阻值稳定性较差 噪声和温度系数大. 电阻的色环及数字的意义 色别 第一环 第二环 第三环 第四环 第五环 棕 1 1 10 ---- 红 2 2 100 ---- 橙 3 3 1000 ---- 黄 4 4 10000 ---- 绿 5 5 100000 ---- 兰 6 6 1000000 ---- 紫 7 7 10000000 ---- 灰 8 8 100000000 ---- 白 9 9 1000000000---- 黑 0 0 1 ---- 金 -- -- 0.1 ?5 银 -- -- 0.01 ?10 无色 --- --- --- ?20 10 教材 编 号 版 本A 名称 相机电路识图基本知识 日 期2003/6/13 页 号139 章节 4 电子原件的规格描述 页版本A 小页号10/139 电阻的额定功率: 当电流通过电阻时电阻会消耗功率而发热.如果电阻发热的功率在于电阻能承受的功率电阻就会烧坏所以电阻发热而消耗的功率不得超过某一数值. 这个不至于烧坏电阻的最大功率值就称为电阻的额定功率. 一般有 1/8w 1/4w 1/2w 1 2 3—20w 电阻的标示方法: 在使用电阻时 经常要了解它们的主要参数。一般情况下 对电阻器应考虑其标称阻值、允许偏差和标称功率 电阻器标称值和允许偏差一般都标在电阻体上 而在电路图上通常只标出标称值 它们的标志方法分为下列 种。 、直标法 直标法是将电阻器的标称值用数字和文字符号直接标在电阻体和上 其允偏差则用百分数表示 未标偏差值日的即为?20的允许偏差。 、文字符号法 文字符号法是将电阻器的标称值和允许偏差用数字和文字符号按一定规律组合标志在电阻体上。电阻器标称值的单位标志符号见表 先举几个电阻器的例子:6R2J表示该电 阻标称值为6.2欧姆 Ω 允许偏差为?5 3k6k表示表示电阻值为3.6千欧 kΩ 允许偏差101M5则表示电阻值为1.5兆欧 MΩ 允许偏差?20 允许偏差?10。在电路图中 电阻器的欧姆符号Ω常可略去不标。 、色标法 普通电阻器用四色环标志 精密电阻器用五色环标志 紧靠电阻体一端头的色环为第一环 露着电阻体本色较多的另一端头为末环。色标法在电容器上也常用。使用者需熟记表示数字0 的黑、棕、红、橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白各色环的顺序。 11 教材 编 号 版 本A 名称 相机电路识图基本知识 日 期2003/6/13 页 号139 章节 4 电子原件的规格描述 页版本A 小页号11/139 、数码表示法 在产品和电路图上用三位数字表示元件的标称值的方法称为数码表示法。常见于进口电器机心和合资企业产品中 如寻呼机、手机中的贴片电阻几乎无一例外地用数码表示法。在三位数码中 从左至右第一、二位数表示电阻标称值的第一、二位有效数字 笼三位数为倍率10n的n即在前两位数后加0的个数 单位为Ω。例如标志为222的电阻器 其阻值为2200Ω即2.2kΩ 标志是105的电阻器阻值为 Ω 标志是4R7的电阻器阻 220的电阻值为4.7Ω。需要注意的是要将这种标志法与传统方法区别开来 如标志为器其电阻值为22Ω 只有标志为221的电阻器其阻值才为220Ω。标志是0或000的电阻器 实际是跳线 阻值为0Ω。 在一些进口机心中 微调电阻器阻值的标志法除了用三位数字外还有用两位数字的。如标志为53表示5kΩ 14和54分别表示10kΩ和50kΩ。一些精密贴片电阻器也有用4位数字表示法 如1005表示10MΩ等。 以下为 “000” 是 : 0 Ω 标示为 “100” 是 : 10 Ω 标贴片式电阻体上的丝印字样: 标示为 示为 “101” 是 : 100 Ω 标示为 “105” 是 : 1M Ω 无标示的一般是特殊电阻 阻值一般在包装上或其它标签上注明. 100 101 105 000 表示27000???5 表示17.5???1 例 1 在电阻体的一端标以彩色环 电阻的色标是由左向右排列的 图1的电阻为27000Ω?0.5。2 精密度电阻器的色环标志用五个色环表示。第一至第3色环表示电阻的有效数字 第4色环表示倍乘数 第5色环表示容许偏差 图2的电阻为17.5Ω?1 12 教材 编 号 版 本A 名称 相机电路识图基本知识 日 期2003/6/13 页 号139 章节 4 电子原件的规格描述 页版本A 小页号12/139 二. 电容 一. 电容的标示方法 电容在电路图中的标示符号如下图所示. C1947uF BC310.1uF C6 在使用电容器时 经常要了解它们的主要参数。一般情况下 对电容器则需了解其标称容量、允许偏差和耐压。 电容器的标称值和允许偏差一般都标在电容体上 而在电路图上通常只标出标称值 电解电容则常增标耐压 特殊用途电容器除标出耐压外还要注明品种。它们的标志方法分为下列3种: 、直标法 直标法是将电容器的标称值用数字和文字符号直接标在电容体上 其允偏差则用百分数表示 未标偏差值日的即为?20的允许偏差。 、文字符号法 文字符号法是电容器的标称值和允许偏差用数字和文字符号按一定规律组合标志在电容体上。 举几个电容器的例子 2n2J表示该电容器标称值为2.2纳法 nF 即2200皮法 pF 允许偏差为?5 47nk表示电容器容量为470纳法nF或0.47微法 uF 允许偏差?10。在电路图中 电容量的法拉符号 常可略去不标。 电解电容 电解电容无极性电容可调电容 13 教材 编 号 版 本A 名称 相机电路识图基本知识 日 期2003/6/13 页 号139 章节 4 电子原件的规格描述 页版本A 小页号13/139 3 、数码表示法 在产品和电路图上用三位数字表示元件的标称值的方法称为数码表示法。常见的数码相机寻呼机、手机中的贴片电容几乎无一例不用数码表示法。在三位数码中 从左至右第一、 二位数表示电阻标称值的第一、二位有效数字 笼三位数为倍率10n的n即在前两位数后加0的个数. 目前电子市场上大多数圆片电容器、瓷介电容器和CBB电容器都用数码表示法 读数法与电阻器上的相同。 贴片电容器一般都是无符号标志的 可根据经验从颜色的深浅去辨别。浅色或白色的为皮法 pF 级 如100pF以内的 深色、棕色为隔直流、滤波电容器 为纳法 nF 级的电容吕。 二. 常见电容的结构特点: 电容器是电子设备中常用的电子元件 下面对几种常用电容器的结构和特点作以简要介绍 以供大家参考。 1 铝电解电容器 它是由铝圆筒做负极、里面装有液体电解质 插人一片弯曲的铝带做正极制成。还需经直流电压处理 做正极的片上形成一层氧化膜做介质。其特点是容量大、但是漏电大、稳定性差、有正负极性 适于电源滤波或低频电路中 使用时 正、负极不要接反。 2 钽铌电解电容器 它用金属钽或者铌做正极 用稀硫酸等配液做负极 用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成。其特点是 体积小、容量大、性能稳定、寿命长。绝缘电阻大。温度性能好 用在要求较高的设备中。 钽电容的极性标示如下: 476k 电解电容钽 编 号 版 本A 名称 相机电路识图基本知识 日 期2003/6/13 页 号电容 14 教材 139 章节 4 电子原件的规格描述 页版本A 小页号14/139 3 陶瓷电容器 用陶瓷做介质。在陶瓷基体两面喷涂银层 然后烧成银质薄膜作极板制成。其特点是 体积小、耐热性好、损耗小、绝缘电阻高 但容量小 适用于高频电路。 铁电陶瓷电容容量较大 但损耗和温度系数较大。 4 云母电容器 用金属箔或在云母片上喷 再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂涂银层做电极板 极板和云母一层一层叠合后 中制成。其特点是 介质损耗小、绝缘电阻大。温度系数小 适用于高频电路。 5.薄膜电容器 结构相同于纸介电容器 介质是涤纶或聚苯乙烯。涤纶薄膜电容 介质常数较高 体积小、容量大、稳定性较好 适宜做旁路电容。 聚苯乙烯薄膜电容器 介质损耗小、绝缘电阻高 但温度系数大 可用于高频电路。 6.纸介电容器 用两片金属箔做电极 夹在极薄的电容纸中 卷成圆柱形或者扁柱形芯子 然后密封在金属壳或者绝缘材料壳中制成。它的特点是体积较小 容量可以做得较大。但是固有电感和损耗比较大 适用于低频电路。 7 金属化纸介电容器 结构基本相同于纸介电容器 它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代金属箔 体积小、容里较大 一般用于低频电路。 8 油浸纸介电容器 它是把纸介电容浸在经过特别处理的油里 能增强其耐压。其特点是电容量大、耐压高 但体积较大。 此外 在实际应用中 第一要根据不同的用途选择不同类型的电容器 第二要考虑到电容器的标称容量 允许误差、耐压值、漏电电阻等技术参数 第三对于有正、负极性的电解电容器来说 正、负极在焊接时不要接反 电容的单位换算: 1F 1000000uF 1uF 1000000pF 1nF 1000pF 由于电容两极之间的介质不是绝对的绝缘体 它的电阻不是无限大 而是一个有限的数值 一般在1000兆欧以上。电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻 或者叫做漏电电阻。漏电电阻越小 漏电越严重。电容漏电会引起能量损耗 这种损耗不仅影响电容的寿命 而且会影响电路的工作。因此 漏电电阻越大越好. 三. 怎样用万用表检验电容的好坏 15 教材 编 号 版 本A 名称 相机电路识图基本知识 日 期2003/6/13 页 号139 章节 4 电子原件的规格描述 页版本A 小页号15/139 1、用万用表电阻档检查电解电容器的好坏 电解电容器的两根引线有正、负之分 在检查它的好坏时 对耐压较低的电解电容器6V或 l0V 电阻档应放在R×100或 R×1 档 把红表笔接电容器的负端 黑表笔接正端 这时万用表指 针将摆动 然后恢复到零位或零位附近。这样的电解电容器是好的。电解电容器的容量越大 充电时间越长 指针摆动得也越慢。 2、用万用表判断电解电容器的正、负引线 一些耐压较低的电解电容器 如果正、负引线标志不清时 可根据它的正接时漏电电流小电阻值大 反接时漏电电流大的特性来判断。具体方法是 用红、黑表笔接触电容器的两引线 记住漏电电流电阻值的大小 指针回摆并停下时所指示的阻值 然后把此电容器的正、负引线短接一下 将红、黑表笔对调后再测漏电电流。以漏电流小的示值为标准进行判断 与黑表笔接触的那根引线是电解电容器的正端。这种方法对本身漏电流小的电解电容器 则比较难于区别其的极性。 3、用万用表检查可变电容器 可变电容有一组定片和一组动片。用万用表电.