数码相机光学部分电路的工作原理与识图

    光学成像系统是数码相机的核心组件，其内部结构十分精巧，主要包括镜头保护玻璃、透镜部分、光圈、红外截止滤光器、CCD，以及各种驱动电动机等。其结构示意图如图10-5所示。
    图10-5    光学镜头系统的结构示意图    数码相机的光学部分主要由镜头和取景器（寻像器）构成，镜头的功能是将相机对准的景物图像照射到CCD摄像元件上。不论是数字相机还是传统相机，只要是用来拍摄，就必须首先接收所拍摄景物的光图像信息，这是进行拍摄的前提保证。    (1)镜头组件    镜头是数码相机的重要部件，它主要分为标准镜头、广角镜头和望远镜头三种。通常中、低档相机的镜头是与机芯制成一体化的结构，不能随便更换，这种数码相机大都使用标准镜头。对于高档和专业用相机其镜头部分是可更换的。在相机上具有机械接口，便于在不同的场合更换相应的镜头。    标准镜头，习惯上是指普通胶卷相机（35 mm宽胶卷）所用的焦距为50 mm的镜头，比标准镜头的焦距短的镜头被称为广角镜头，其特点是对近景的范围有扩展功能，它所拍摄的景物范围较宽。比标准镜头的焦距长的镜头被称为望远镜头，其特点是像望远镜一样能将远处的景物放大，可以将远处的景物推进进行特写。    图10-6所示是镜头组件的半剖面图，可以看到透镜组件部分是由许多不同形状的玻璃镜片构成的，每个镜片的凹凸曲面不同，它的主要作用是把光线会聚到CCD或CMOS图像传感器上。
    图10-6    镜头组件的半剖面图    (2)红外截止滤光器    由于CCD图像传感器对红外线较为敏感，因此，在光学镜头中安置有红外截止滤光器。    (3)光学低通滤光器    有些数码相机在透镜组件后面还设有光学低通滤光器，它主要是用来消除伪色和波纹，不过，光学低通滤光器会使分辨率有所下降，所以，部分高档数码相机取消了这种部件。    (4)光圈    光圈是控制光通量的器件，结构示意图如图10-7所示，它是多片扇叶组成的，通过控制叶片开合的角度，控制镜头光通过量的大小，以便使CCD感光面的亮度适宜。光圈控制是通过测光传感器给控制电路传输景物亮度信号，然后由控制电路将控制光圈的信号送到光圈驱动机构，使光圈在拍摄时能自动控制光通量，以便取得良好的图像效果。光圈通常用F值来表示，如F2.8、F11等。普及型数码相机一般有3～4挡，大都为自动控制方式。
    图10-7    光圈的结构示意图    (5)取景器    取景器是用于拍摄景物时，拍摄者观察确认被拍摄景物的装置，它是进行摄影构图的窗口。通常它有三种结构形式，即独立光学取景器、反射型光学取景器和液晶式取景器。    ·  独立光学取景器    图10-8所示是独立光学取景器结构示意图，它是由一套小型的光学系统组成的，实际上是一组镜头。拍摄景物时，景物的光图像分别射入主镜头和取景器的光学镜头，但是取景器镜头离开主镜头有一定距离，不在同一轴线上，因此所得到的景物图像与实际被拍摄的景物会有一定的位置偏差。但它的结构简单，因此多在小型数码相机中使用。
    图10-8    独立的光学取景器结构示意图    ·  反射型光学取景器    图10-9所示是反射型光学取景器的原理图，它是将射入主镜头的景物光图像经反射镜头射到取景窗，因而从取景窗观察的景物与实际拍摄的景物是相同的。它克服了独立光学取景器的缺点，又不消耗电能，所示应用比较广泛。但这种方式会使视野变窄，一般只能达到92%（高档相机可以达到100%）。另外，它须与主镜头制成一体结构，使结构上较为复杂。
    图10-9    反射型光学取景器的原理图    ·  液晶式取景器    图10-10所示是液晶取景器的结构示意图。它是从主图像数字信号处理电路中分出一部分图像信号，经处理后形成视频图像信号，再去驱动液晶显示器。这种方式是数码相机特有的方式，其优点是取景器的图像与所拍摄的图像完全一致，而且在机构设置上比较自由，因此只需要通过电路将信号传输到液晶显示器即可。
    图10-10    液晶取景器的结构示意图    目前，许多的数码相机都设有液晶显示器，屏幕尺寸较大，直接可以作为取景使用，取景器的作用则被渐渐淡化。由于液晶显示器消耗电能，在野外拍摄利用光学取景器可以延长电池的使用时间。