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AF相位对焦CCD分析

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    Post time: 2018-2-4 14:20:11
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    astronomer@NikonHacker 授权发表
    早在2014年,我们就在NikonHacker开展了AF/Lens自动对焦系统的研究。为了了解相位AF自动对焦的操作,我们在分析AF传感器本身上做了一些努力。之前有泄露的尼康D1X电路图显示Sony制造的3个线性ccd(ILX105和ILX107)被应用到MultiCAM-1300对焦传感器,在过去,单个芯片无法处理单芯片上的多个线性像素块,因此光路必须被分割并聚焦到多个芯片上,同样的方法也适用于使用3个芯片的MultiCAM-2000对焦传感器。
    然后从D200到D90,一个单一的芯片ILX148被用于处理新CAM-1000 AF系统的所有11个焦点。介于两者之间的是尼康D70的CAM-900,一个偶然的机会我得到了一个从D70中拆解出来的对焦传感器,决定仔细看看。
    1.jpg

    2.jpg
    撕开芯片和塑料光学组件之间的缝隙,打开的是一个金属掩模,5个窗口标示了5个焦点的光传输边界。
    然后用一把刀剥离芯片载体和光学模块之间的环氧胶,轻轻的把他们分开。 3.jpg

    4.jpg
    现在,AF自动对焦CCD出现在眼前!你可以看到总共有12个线性CCD段,形成6对对焦点。

    让我们看一下光学组件的背面,来理解其中的原因。
    5.jpg
    看起来每个焦点都有一对微透镜。中心十字焦点则使用2个线段垂直交叉,有4个微透镜成像,因此总共是6对对焦点。

    为了说明这个AF对焦传感器是如何工作的,我用半透明硫酸纸覆盖了焦点平面,并将它的前部指向一个光源,可以看到比较形象的焦点成像情况。
    6.jpg
    可以看出,该模式与线阵CCD的线性像素布局相匹配。

    现在我们可以模拟一个高对比度的目标,用一个不透明的贴纸覆盖2个焦点。
    7.jpg
    你可以看到2个微透镜成像在2个线性成像片段中形成了2个高对比度的边缘。
    8.jpg
    当这些光是从一个相机镜头进入的时候,两个高对比度的边缘之间的距离将会随着离焦值的不同而变化。然后,固件A使用某种相互关联的算法来确定这个距离。然后将距离与校准值进行比较,以得到用于驱动镜头AF电机的实际对焦量。

    到目前为止,这是用于相位AF光学的工作原理。尼康相机固件A有很多的ASM汇编代码需要挖掘,以及AF CCD和运行代码的MCU之间的电子接口分析。现在我决定先将AF对焦CCD从电路板上拆除。可以看出CCD采取CLCC封装。
    CLCC封装的背面有如下标记:
    9.jpg

    这是索尼的ILX127AA线阵CCD。405 R9KK是产品次代码。“405”表示它是在2004年的第5周,大约是在D70和D70年代生产的。
    电路原理图可以从线路图中得到。在下图中,VREF可能是3.3V,SD0~3和STB形成了一个简单的并行命令接口。CLK是主时钟输入。像素值的模拟输出在Vout上同步。
    10.png

    现在我们可以用显微镜来研究这个图像传感器。我用一个全景软件拍摄了50多张照片进行拼接合成。这个CCD是用一个非常古老的制程制造的,可能比1微米还大。


    点击大图
    作为对比,重复一下这张图
    4 - 副本.jpg
    电荷转移是基于两相CCD的,像素总数大约是996像素。考虑到金属屏蔽像素,这个数字将减少到912。因此叫MultiCam-900。显微图中的绿色区域是实际的光电二极管,光子产生电荷然后转移到左边或顶部邻近的暗色阴影区域。然后电荷被锁住并移到输出放大器。上、中、下这3个长段暗色区域是连续的,实际由两个相关像素区域之间的虚拟像素进行连结,左、中、右6个较短的光电二极管都被分成了较短的两段,因此,每一个短的光电二极管都有自己的放大器。CCD集成了所有的输入指令译码器/段选择/CCD驱动逻辑芯片,如合成晶体管的垂直栅格和它们的金属互连线所示。



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