СмартПульс
- держите руку на пульсе высоких технологий! То, что доктор прописал! Характеристики, тесты, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций и компонентов
СмартПульс
- держите руку на пульсе высоких технологий! То, что доктор прописал!
Характеристики, тесты, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций и компонентов
Главная -> Информация к размышлению (статьи) -> В кабинете патологоанатома. Вскрытие камеры смартфона.
В кабинете патологоанатома. Вскрытие (разборка)
камеры смартфона. Устройство камеры смартфона (мобильного телефона).
Содержание:
Часть 1. Устройство камеры мобильного телефона без автофокуса
Часть 2. Устройство камеры мобильного телефона с автофокусом
Сегодня наш патологоанатом проведет вскрытие фотокамеры смартфона Nokia (одной из старых моделей). Камера - без автофокуса (с фиксированным фокусом). Её разрешение было 1.3 мегапикселя.
Цель нашего "вскрытия" - изучить, как устроена камера мобильного телефона (смартфона). Любопытно посмотреть, а что у неё там внутри?
Так выглядит наша камера до разборки (увеличение этой и последующих фотографий - кликом мыши по ним):
На снимке видна сама камера в металлическом держателе, а также шлейф для соединения с материнской платой телефона.
Так выглядит камера в крупном масштабе:
Переднее окошко имеет голубоватый оттенок. Это - эффект нанесенного на него антибликового покрытия ("просветление" оптики).
Камера без металлического держателя (снят, он был просто на защелках):
Осмотр показал, что верхняя часть камеры (где оптическая система)
просто приклеена к нижней части (где матрица).
Аккуратно иголочкой поддеваем верх и отрываем его.
В результате видим матрицу фотокамеры мобильника:
Сама матрица как таковая - в центре, она темно-серого цвета. По краям на голубом фоне - её электронная "обвязка". По углам видны пятна от "ножек" оптической системы, которыми последняя упиралась в матрицу. Что это за "ножки" - смотрите на следующей фотографии.
На следующем снимке - оптическая система камеры в своем корпусе, вид снизу (т.е. со стороны матрицы). На снимке видно кольцо из матового пластика с "ножками", которыми система и упиралась в матрицу:
На только что приведенном снимке виден розовый оттенок отражения в линзе. Это тоже результат действия антибликового покрытия.
Теперь с помощью иголки и грубой физической силы выковыриваем блок с линзами из корпуса. И видим вот такую картину:
В корпусе мы видим пружину, которая поджимала
линзовый блок к матрице. Это необходимо для фиксации взаимного расположения
матрицы и линз, чтобы не портилась фокусировка.
В блоке линз самая верхняя на снимке линза - асферическая. Её выпуклость к краям линзы
уменьшается. Такие линзы применяются для компенсации "сферических аберраций",
создаваемых другими линзами. "Сферические аберрации" создают как геометрические
искажения ("подушка" или "бочка"), так и приводят к потере четкости изображения.
Линзовый блок состоит из нескольких линз и диафрагм. Все линзы и диафрагмы в этом микроскопическом блоке склеены между собой и образуют единый массив. Но мы попробуем эту конструкцию разъединить, насколько это возможно.
Сначала отковыриваем асферическую линзу. Под ней обнаруживается диафрагма с прямоугольным окошком:
Диафрагма легко поддалась отковыриванию, она представлена на следующем снимке. Её назначение - "отрезать" тот световой поток, который выходит за пределы кадра. Этот световой поток только создавал бы излишнюю паразитную засветку безо всякой пользы.
А с передней стороны (обращенной к объекту съемки) объектив выглядит так:
На этом снимке видно, что "начинается" объектив с кольцеобразной диафрагмы. Назначение этой (и следующей) диафрагмы - повышение четкости снимка и увеличение глубины резкости (что особенно важно для камер с фиксированным фокусом).
Сняв эту диафрагму, видим, что в глубине объектива между двумя линзами находится еще одна диафрагма (см. следующий снимок). Однако же, склеена эта конструкция из двух линз и диафрагмы оказалась настолько прочно, что разъединить их оказалось невозможно. Посему на этом этапе разборку завершаем.
А вот так выглядит эта неразборная конструкция сбоку (следующее фото). Толстое "бревно" слева внизу - это швейная игла, с помощью которой я удерживаю эту часть объектива в наклонном положении в момент фотографирования. Эту же иглу я использовал для разборки камеры.
Подведем итоги нашего патологоанатомического вскрытия.
Вскрытие показало, что, несмотря на миниатюрные размеры камеры "мобильника", она имеет очень сложное устройство. Объектив камеры - не просто "линзочка", а 6-элементная сложная конструкция. Она состоит из 3-х линз и 3-х диафрагм. Причем одна из линз - асферическая.
Все линзы в объективе камеры смартфона - пластиковые, хотя и сделаны, само собой, из очень качественного оптического пластика. Если бы они были стеклянными, то цена камеры просто зашкаливала бы.
Если бы объектив камеры сделан не как наш, а по "упрощенной" схеме, то на снимках мог бы появиться целый "букет" искажений: сферические аберрации, хроматические аберрации, цветовое виньетирование, потеря резкости на краях снимка и еще некоторые другие.
Устройство камеры может быть и
более сложным, чем описано в данном материале, если камера имеет автофокус или
оптический зум.
Теперь изучим устройство камеры смартфона с автофокусом.
В этой части статьи не будет повторно рассматриваться устройство объектива (оно есть выше в 1-ой части); основное внимание будет уделено механике автофокуса.
В
качестве жертвенного телефона был использован смартфон одного моего хорошего
знакомого. У этого смартфона оказалась особо несчастливая судьба: он был уронен
в лужу, вследствие чего был разбит и утоплен одновременно. Затем в мокром
состоянии он пролежал ещё некоторое время, прежде чем был отдан мне на
растерзание патологоанатомическое вскрытие.
По этой причине кое-где на снимках будут присутствовать следы ржавчины.
После извлечения из телефона камера выглядела так:
Обратим внимание, что верхняя часть камеры имеет металлический кожух, а снизу находится пластиковая подложка. Далее увидим, что металлический кожух - это не просто оболочка, а конструктивная деталь с непростой "начинкой".
Разъединяем эти половинки корпуса камеры:
Матрица кажется окрашенной в красноватые тона, но это оптическая иллюзия: интенсивность её оттенка меняется в зависимости от угла наблюдения, как у крыльев бабочки. Видимо, таково влияние просветляющего покрытия защитной плёнки, находящейся над матрицей.
Посмотрим на матрицу чуть под другим углом:
Здесь надо обратить внимание на два контакта на ближней стороне подложки матрицы. При разборке камеры они были с силой выдернуты из верхней части камеры.
Эти контакты предназначены для подачи управляющего напряжения на систему фокусировки.
Теперь посмотрим на верхнюю часть камеры со стороны матрицы:
Между объективом и корпусом камеры есть зазор; он необходим для обеспечения подвижности объектива.
Если на объектив надавить кончиком иглы, то он немного сдвигается вглубь; примерно на 0.5 мм:
Сдвиг - небольшой, но, видимо, его достаточно для фокусировки в рабочих пределах камеры.
Теперь снимаем металлическую часть корпуса с верхней части камеры:
Вокруг объектива намотана обмотка сверхтонким проводом, да ещё в 4 слоя!
За счет подачи тока она втягивается в магнитную систему или выталкивается обратно.
Теперь совсем отрываем объектив и смотрим на его обратную сторону:
Здесь видны контактные площадки, к которым приварены концы обмотки.
Напряжение на обмотку подавалось через змеевидные пружины, которые можно видеть на следующем фото (этими же пружинами объектив удерживался в штатном положении):
Теперь посмотрим на металлическую часть камеры со стороны матрицы:
По углам этой части корпуса расположены 4 магнита, благодаря взаимодействию с которыми может перемещаться объектив.
Также здесь находится подпружиненное тонкое кольцо, которое поддерживает объектив с верхней стороны.
В заключение надо сказать, что управляющее напряжение для фокусировки задаёт не сама камера, а процессор телефона (смартфона).
Он рассчитывает необходимое напряжение в зависимости от алгоритма определения резкости (количество зон, их размер и т.п.) и того, в какую часть кадра пользователь нажмёт пальцем на экране смартфона.
Дополнительно о построении объективов можно прочесть в этой подробной и интересной статье (внешняя ссылка).
Ваш Доктор
2016 г.,
дополнено 20.11.2021 г.
Другие статьи цикла "Как устроен смартфон":
- Навигация (GPS, ГЛОНАСС и др.) в смартфонах и планшетах. Источники ошибок. Методы тестирования.
- Что такое USB OTG в смартфоне и планшете?
- Вскрытие (разборка) литий-ионного аккумулятора.
При копировании (перепечатке) материалов ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!
Доктора! (Администрация сайта - контакты и информация)
Контакте
- анонсы обзоров, актуальные события и мысли о них