手机Camera 模组与VCM 与VCM Driver 介绍
camera硬件结构及原理
camera硬件结构及原理**Camera基本结构及原理****备忘**：⽂末⽀持⼀波，感谢鞠躬⼀、学习⽬的本模块主要是了解⼀个摄像头模组的基本组成，每个组成部分的主要作⽤是什么，同时掌握⼀些基本术语。
⼆、必知必会1）画出⼀个摄像头的基本构成⽰意图2）说出每个模块的作⽤3）说出Camera成像原理4）总结Camera结构及原理相关的⼀些基本术语：SensorIC、Module、CCD、CMOS、像素、pixel size，光圈，焦距，VCM、BSI等。
三、Camera成像原理⼿机中的Camera是⼀个整体的模组，感光sensor(芯⽚)为核⼼器件，其他组成期间包括镜头、FPC、对焦马达、eeprom等。
其中sensor通过I2C控制，数据通过MIPI传输。
⽬前主要使⽤raw sensor，输出raw数据。
图3.1 camera结构共组原理摄像头模组：全程Camera CompactModule,常称Module基本⼯作原理：景物通过镜头⽣成光学图像投射到图像传感器表⾯上，然后转为电信号，经过A/D转换后变为数字图像信号，再将数字图像信号输出到⼿机的图像处理芯⽚中。
图3.2 Camera处理流程四、Camera组成器件图4.1 camera特写图图4.2 camera 组成图4.1、镜头（Lens）镜头是将拍摄景物在传感器上成像的器件，它通常由⼏⽚透镜组成。
从材质上看，摄像头的镜头可分为塑胶透镜和玻璃透镜。
图4.1.1 镜头镜头有两个较为重要的参数：光圈和焦距。
光圈是安装在镜头上控制通过镜头到达传感器的光线多少的装置，除了控制通光量，光圈还具有控制景深的功能，光圈越⼤，景深越⼩，平时在拍⼈像时背景朦胧效果就是⼩景深的⼀种体现。
景深是指在摄影机镜头前能够取得清晰图像的成像所测定的被摄物体前后距离范围。
图4.1.2光圈⼤⼩⽰意图数值越⼩，光圈越⼤，进光量越多，画⾯⽐较亮，焦平⾯越窄，主体背景虚化越⼤；值越⼤，光圈越⼩，进光量越少，画⾯⽐较暗，焦平⾯越宽，主体前后越清晰。
音圈马达驱动芯片行业概况
音圈马达驱动芯片行业概况
（1）音圈马达驱动芯片分类及功能介绍
音圈马达（Voice Coil Motor, VCM）属于线性直流马达，是用于推动镜头移动产生自动聚焦的装置。
音圈马达按照其功能主要可以分为开环式马达（Open loop）、闭环式马达（Close loop）、中置马达（Alternate）、OIS光学防抖马达（分平移式、移轴式、记忆金属式等）、OIS+Close loop六轴马达等，其中开环式马达、闭环式马达和OIS光学防抖马达是最为常见的三种。
音圈马达驱动芯片（VCM Driver）为与音圈马达匹配的驱动芯片，主要用于控制音圈马达来实现自动聚焦功能，常见的三类芯片包括开环式音圈马达驱动芯片、闭环式音圈马达驱动芯片和OIS光学防抖音圈马达驱动芯片。
（2）音圈马达驱动芯片市场概况
智能手机的摄像头模组是音圈马达驱动芯片的重要应用领域，对智能手机的需求增加以及更高的照片拍摄需求促使目前音圈马达驱动芯片市场保持稳定增长。
根据沙利文统计，2014年到2018年期间，全球音圈马达驱动芯片市场规模的复合年均增长率为4.48%，2018年全球市场规模达到1.43亿美元。
随着双摄像头和前置自动对焦摄像头应用的增加，音圈马达驱动芯片市场规模将进一步增长，预计到2023年全球市场规模将达到2.73亿美元。
第8课：手机照相模组之vcm介绍.pptx
2 VCM 工作原理
音圈馬達的作動原理：
當音圈馬達之線圈於磁場中，當施加電壓於線圈以產生電流時，依據勞倫師定律（Lorentz Law），直接
將電能轉換成機械能，如(1)是所示，會有力量作用於線圈上。(必歐-沙伐定律
＆安培定律
1 VCM 基本結構
VCM (Voice Coil Motor)
音圈馬達 欧菲光科技股份有限公司CCM事业部,打造世界一流的照相模组团队。
2 VCM 工作原理
音圈馬達VCM (Voice Coil Motor) 屬於線性直流馬達(Linear Direct-Current Motor) 的一 種，音圈馬達的名稱由來是因為其結構與喇叭相似，如圖一所示，而其組成元件主要包括永 久磁鐵、軛鐵與線圈三部分，它是利用永久磁鐵與軛鐵所構成的具有直接驅動、固定行程 (Stroke)特性的致動器。音圈馬達所產生的推力與流經線圈電流成正比，主要使用於需要線 性推力、扭力、高加速度、高頻致動的線性或旋轉性運動上，由於音圈馬達具有精度高、反 應快的特性，配合閉路(Closed Loop)的控制系統，可以提高磁碟機的軌道密度(Track Density)，增加容量，並降低資料擷取時間(Access Time)，故主要應用是作為磁碟機讀寫 頭的驅動馬達，用來移動磁頭到磁碟片上的各項軌道去讀寫資料。
4 VCM 應用
++
VCM
Lens
FPC
=
AF Module
VCM用于AF (Auto focus自動對焦) 模組，最終應用到高端 自動對焦手機上。
欧菲光科技股份有限公司CCM事业部,打造世界一流的照相模组团队。
手机摄像模组基本知识
*特别关注* 模组在手机生产装配、维修等过程中工序、工艺的成熟和可靠性。避免出 现装上去没有什么问题,一旦拆卸很多隐患。
4. 模组生产相关技术及图纸
4.1 镜头
4. 模组生产相关技术及图纸
1.2 名词
FPC: Flexible Printed Circuit 可挠性印刷电路板
PCB: Printed Circuit Board印刷电路板
Sensor:图象传感器
IR:红外滤波片
Holder:基座
Lens:镜头
Capacitance : 电容
Glass:玻璃
Plastic:塑料
CCM：CMOS Camera Module
*特别关注* SENSOR的输入电压有多种实现,必须事先与客户沟通好有关的细节。1.全 部由外部（手机基带）直接供给；2.部分可由SENSOR内部自动产生；3.可以由模组内 部增加电路来实现。
*特别关注* 模组与手机的配合,尤其是FPC软硬、弯折、以及连接方式和可靠性，必要 时需要同客户一同探讨可行的方案。
VGA 1/6 885 24 1.8/2.5/3.0 30 YUV/RGB 60mW
VGA 1/10 885 24 1.8/2.5/3.0 30 YUV/RGB 80mW
SXGA 1/4 820 20/24 1.8/2.5/3.3 15 YUV/RGB 50mW
SXGA 1/4 1005 20/24 1.8/2.5/3.3 15 YUV/RGB 50mW
SXGA 1/4 1005 20/24 1.8/2.5/3.3 15 YUV/RGB TBD
手机Camera 模组及VCM 与VCM Driver 介绍
VCM Driver IC
• 首先介紹D[9:0]: DAC data input, 計算公式為 (D[9:0]/1023)X100mA,每個Driver IC 不同, 要注意
• 程式要如何設計呢? 範例: 起始電流為24mA, 在透鏡 21um為最佳對焦點
• 首先先算出起始電流(Ds/1023)x100mA=24mA, 所以 Ds為245=0xF5
• OCP_M如果變為”1” 表式電流Over, UVLO_M 如果變為”1” 表示電壓Under, 當這兩種情形 其中一種發生會將FG 變為”1”, 表示禁 止”DATA_M” 和”DATA_L” 被寫入值, 也就示 禁止輸出電流變化。
VCM Driver IC
• VCM Driver IC 與ISP 及VCM 接法
Lens 模組
• Lens 光學規格
濾光片(IR-CUT)
• 紅外吸收濾光片, 主要功能為吸收紅外線波 長, 可修正Sensor 色偏現象, 避免紅外線的干 擾, 最好使用藍玻璃, 因為藍色波長有較高的 穿透率, 如果波長穿透率低, 會因光線某些顏 色無法穿透而產生色斑, 雖然後端可以做 Color shading 的補償, 但是補償還是有一定 的極限, 所謂一分錢一分貨, 建議最好使用藍 玻璃的IR-Cut。
Camera模組
• 首先先介紹Camera 模組
Camera模組
• Camera 模組實體圖
Camera 模組
• 其中包括Lens, VCM, 底座之架, Sensor, Driver IC( 有些模組內建), PCB 及FPC輸出接口
Lens 模組
• 接著討論Lens 的光學規格 • Lens Elements 表示Lens 的對焦鏡片由幾層組成, 越
VCM行业现状
15
16 17 18 19 20
三美达
东勤 松诺 …… …… ……
数据来源：伙伴产业研究院PAISI
数据来源：伙伴产业研究院PAISI
2017年产品现状：双摄时代来临，VCM迎来新的增长
按照像素分类：500万（5M）、800万（8M）、1300万（13M）、1600（16M）。 按照功能分类：开环马达（OPEN-LOOP）、闭环马达（CLOSE-LOOP）、中置马达 （Alternate）、OIS（光学防抖）
一文看懂全球摄像头VCM行业现状
摄像头VCM介绍
VCM：英文Voice Coil Motor，俗称音圈电机或音圈马达，作用是调节镜头的位置，使 摄像呈现最清晰的状态。目前大量应用于手机摄像头自动调焦。
中 国 智 造 产 业 智 库
伙伴产业研究院
你的智能手机能够自动调焦和防抖， 全靠这个小马达。
规模现状：2018年全球VCM出货量将达到15.3亿颗
全球后置摄像头自动对焦渗透率进一步提高 双摄（AF+AF，AF+OIS）带来新的增长点
20 14% 12%
中国智造产业第一智库
伙伴产业研究院
16
10%
12
8% 6% 4%
8
4
2%
0 2014 2015 2016 2017 2018E 2019F 2020F 数据来源：伙伴产业研究院PAISI 0%
数据来源：伙伴产业研究院PAISI
竞争格局：日韩大幅领先，国产快速崛起
中国智造产业第一智库
伙伴产业研究院
阿尔卑斯
东电化
三美
三星电机
磁化
新思考
中蓝电商（阿尔卑斯、东 电化、三美）大幅领先 韩国VCM厂商（三星电机、磁 化）处于第二梯队 国产VCM厂商在快速崛起
CCM介绍
CMOS Camera Module 摄像头模组知识培训手机摄像头模组的应用手机摄像头模组结构介绍摄像头Sensor的相关技术摄像头模组的相关技术自动变焦摄像头模组摄像头Sensor的相关技术1）Sensor的工作原理2）Sensor的像素3）Sensor的类型4）Sensor的封装形式5）Sensor的厂商和型号6）目前国内及全球Sensor使用现况光是一种波，可见光只是整个光波中的一段。
Lens就是一个能够截止不可见光波，而让可见光通过的带通滤波器。
Sensor 的工作原理其实传感器Sensor中感光的部分是由许多个像素按照一定规律排列的，如左图：光照--〉电荷--〉弱电流--〉RGB数字信号波形--〉YUV数字信号信号Sensor 的工作原理Sensor的工作原理Sensor的像素★30万像素最大点阵640×480 （VGA）★130万像素最大点阵1280×960 （SXGA）★200万像素最大点阵1600×1280 （UXGA）★300万像素最大点阵2048×1536Sensor的类型此类感光元件有两种，CCD和CMOS。
CCD（Charge Coupled Device）为电荷藕合器件图像传感器。
目前有能力生产CCD 的公司分别为：SONY、Philips、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp，大半是日本厂商。
CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）为互补性氧化金属半导体图像传感器。
对于CMOS来说，具有便于大规模生产，且速度快、成本较低，将是数字相机关键器件的发展方向。
CMOS感光器以已经有逐渐取代CCD感光器的趋势，并有希望在不久的将来成为主流的感光器。
Sensor的封装形式目前的Sensor有两种封装形式，即CSP和DICE。
在模组厂商加工制造中，CSP所对应的制程是SMT，DICE所对应的制程是COB。
手机摄像模组知识简介
手机摄像模组知识简介CCM名词解释手机摄像模组又称为CCM英文为：Contraction/Chip Camera Module 中文为：紧凑型/单芯片型摄像模组手机摄像模组CCM结构手机摄像头模组由镜头lens holder）、传感器Sensor简介图像传感器（Image Sensor）图像传感器（Image Sensor）是一种半导体芯片，其表面包含有几十万到几百万的光电二极管。
光电二极管受到光照射时，就会产生电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号。
目前有两种：一种是CCD（Charge Coupled Device电荷藕合器件）；另一种是CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor互补金属氧化物导体）。
舜宇光电Sensor简介Wafer PLCC DIPCLCC CSPImage Sensor的应用范围CCD CMOS区别CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。
到目前为止，市面上绝大多数的消费级别的数码相机都使用CCD作为感应器；CMOS则作为中低端产品应用于一些摄像头上。
CMOS影像传感器的优点之一是电源消耗量比CCD低，CCD为提供优异的影像品质，付出代价即是较高的电源消耗量，为使电荷传输顺畅，噪声降低，需由高压差改善传输效果。
但CMOS影像传感器将每一画素的电荷转换成电压，读取前便将其放大，利用3.3V的电源即可驱动，电源消耗量比CCD低。
CMOS影像传感器的另一优点，是与周边电路的整合性高，可将ADC与信号处理器整合在一起，使体积大幅缩小，例如，CMOS影像传感器只需一组电源，CCD却需三或四组电源，由于CCD的ADC与信号处理器的制程与CMOS不同，要缩小CCD套件的体积很困难。
CMOS SENSOR的主要分类按像素分１、CIF: Common Intermediate Format 通用中间格式352*288 (10万)２、VGA: Video Graphics Array 视频图形阵列640*480 (30万)３、SXGA: Super Extended Graphics Array高级扩展图形阵列1200*1024 (1.3Mega)４、UXGA: Ultra Extended Graphics Array超级扩展图形阵列1600*1200 (2Mega)５、QXGA: Quadruple XGA 四倍的XGA2048*1536 (3Mega)６、QSXGA: Quadruple SXGA四倍的SXGA2560*2048 (5Mega)CMOS SENSOR的主要分类CMOS SENSOR的主要分类按光学尺寸分指感光区的对角线长度一般有：1/2”1/3”1/4”1/5”1/7”1/11”等CMOS SENSOR的主要分类按输出接口分Traditional parallel digital video port （标准并行数字视频接口）MIPI(移动工业处理器接口)SMIA(标准移动图像处理体系结构）舜宇光电1、OmniVision---豪威2、Aptina（Micron）---美光3、ST---意法半导体4、SamSung---三星5、Sony---索尼6、SiliconFile7、MagaChip8、SET9、PixelPlus10、Hynix11、Galaxycore（格科微）SENSOR工作原理景物通过镜头（Lens）生成的光学图像，投射到图像传感器(Sensor)感光面上，将光信号转为电信号。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Lens 模組
• Lens 光學規格
濾光片(IR-CUT)
• 紅外吸收濾光片, 主要功能為吸收紅外線波 長, 可修正Sensor 色偏現象, 避免紅外線的干 擾, 最好使用藍玻璃, 因為藍色波長有較高的 穿透率, 如果波長穿透率低, 會因光線某些顏 色無法穿透而產生色斑, 雖然後端可以做 Color shading 的補償, 但是補償還是有一定 的極限, 所謂一分錢一分貨, 建議最好使用藍 玻璃的IR-Cut。
• 原理: 根據弗萊明左手定律, 通過線圈導電 後橫切磁場的磁力線, 從而產生一帶動鏡頭 向上的力, 通過這種值限運動的方式來達成 區動透鏡進行自動調焦的一個目的
VCM(Voice Coil Motor)
• VCM 主要構成為一環狀永久磁鐵, 線圈及上 下兩片彈簧, 當通電後產生的力, 使用虎克定 律, 讓彈簧做規律的移動, 來達到微距移動整 個鏡片, 進而改變焦距, 以達到對焦的目的
VCM(Voice Coil Motor)
• 公式運算: 如果把移動距離分為1024 Step , 方便計算AF 對焦的位置,以下為計算範例
• 移動1 Step 需多少電流? • ((74-24)/1024) +24=24.048 mA, 通常24mA 為
起始電流, 設為固定值, 所以1 Step 的電流變 化量為0.048mA為一變數 • 1 Step 時透鏡移動多少距離? • 0.22/1024=0.00021mm=0.21um
VCM Driver IC
• VCM Driver IC 範例
VCM Driver IC
• 因VCM Driver IC 是使用I2C 控制, 每個I2C 的零 件都有一個專屬的Address, 這是很重要, 有很多 VCM Driver 不會動都是Address 設錯,通常VCM Driver Write Address 為0x18, 而VCM Driver Read Address 為0x19, 目前手機通常有前後鏡頭, 但 由於前後鏡頭不會同時動作, 所以VCM Driver Address 可以一樣, 但需使用GPIO 切換Camera 模組即可, 但有些新型手機後鏡頭使用2個以上 的Camera 模組, 並且要同時動作, 在VCM Driver Address設計上就要注意。
FPC(Flex Cable)
• 一般Camera 模組有32 pins, 其中包括MIPI, Power, VCM current, I2C…. 等, 但這些腳位要 如何跟手機主板上的Connector 做聯接, 就需 透過FPC, 有時因Sensor 電壓的問題, 會在FPC 上幾個LDO 做為電壓轉換, 所以FPC 又稱為 軟板, 另外Camera 模組的pin 腳編排跟跟主 板不一定完全一樣, 所以一般FPC 需個別 Layout
Camera模組
• 首先先介紹Camera 模組
Camera模組
• Camera 模組實體圖
Camera 模組
• 其中包括Lens, VCM, 底座之架, Sensor, Driver IC( 有些模組內建), PCB 及FPC輸出接口
Lens 模組
• 接著討論Lens 的光學規格 • Lens Elements 表示Lens 的對焦鏡片由幾層組成, 越
Camera 模組應注意事項
• 1. FPC 排線一定要Layout 對, Camera 傳輸Data 使用MIPI 模式,所以Layout 決定信號傳輸的好 壞
• 2. Camera 模組有3組電壓分別為1.2V, 1.8V, 2.8V, 這三組電壓一定要穩定, 這決定Sensor 動作, 並 影響Camera 模組的使用壽命
多片則對焦越精確, 但厚度及製程也使考慮的因素 • Viewing Angle: 表示鏡頭的可視角度, 可視較度越大
越好, 但一般都低於90° • F Number: 表示光圈值, 在手機Lens使用固定光圈 • Blue Glass: 因藍色有較高的穿透率, 所以濾光片(IR-
Cut), 多使用Blue glass • TV Distortion: 鏡頭扭曲度, 越小越好
手機Camera 模組及VCM 與VCM Driver 介紹
尚立高級工程師 Aladdin E-mail: aladdin_lin@
前言
• 在協助客戶調整AF 時, 常發現Camera 內的 對焦鏡片完全不動, 根本無法調AF, 會造成對 焦鏡便完全不動的原因有三, 一是Camera 模 組內的VCM 故障, 二是外掛的VCM Driver IC 故障, 三是VCM Driver 程式有問題, 前兩問題 屬於H/W, 第三個問題屬於F/W, 針對這三個 問題, 所以分三個部分介紹, 分別是Camera 模組, VCM 模組, VCM Driver 。
VCM(Voice Coil Motor)
• VCM 組成架構
VCM(Voice Coil Motor)
• VCM 實體
VCM(Voice Coil Motor)
• 既然VCM 是通過電流來讓透鏡移動, 但通過 多少電流透鏡移動多少呢? Camera 模組廠 會提供一VCM Performance, 讓VCM Driver 控 制
VCM(Voice Coil Motor)
• Download 與Upward 為透鏡後退或前進電流 與距離的曲線圖
• 在曲線圖都有最低驅動電流及最大移動位 置, 如Upward 最低驅動電流為24mA表示起 始電流, 而最大移動位置為0.22mm, 對照下 來電流為74mA
• 所以對照下來線圈通過24mA~74mA 為VCM 工作電流, 0~0.22mm 為透鏡移動範圍
VCM(Voice Coil Motor)
• 至於目標物在多遠而透鏡移動到哪個位置 最清楚, 這就需要Lens 廠提供資料及AF 程式 計算修正,以下是Lens 廠提供資料
VCM Driver IC
• 要如何提供這微小的電流變化來控制VCM 來移動透鏡, 這就需要VCM Driver IC, VCM Driver IC 是使用I2C 控制, 先不考慮AF 程式 是如何寫, 當AF 找到焦點步數時, 會利用I2C 讓Driver IC 輸出電流給VCM, VCM 再移動透 鏡到達實際的對焦位置。
• 3. Camera 模組有其Power On/Off 的Power Sequence, 在程式一定要設對, 不然會出現不可 避免的誤動作
• PS: 手機相機模組又稱為CCM(Cell-phone Camera Module)
Power Sequence
• Power sequence 範例:
VCM(Voice Coil Motor)