CN102036014B - 摄像设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

在包括驱动光圈的步进电动机的摄像设备及其控制方法中，在降低保持光圈位置所需的电力的同时，进行良好的运动图像曝光控制。对于运动图像曝光控制，判断单元判断是否存在光圈驱动。当在第一工作模式下，转子与定子的磁极未相互相对时，步进电动机的控制单元将转子驱动至相对的位置，并且切断线圈中的电流。当在第二工作模式下没有发生光圈驱动时，在电动机的转子与定子的磁极相互相对的状态下，步进电动机的控制单元切断线圈中的电流。在第一和第二工作模式下切断要向电动机提供的保持电流，从而可以实现低功耗。根据摄像镜头单元的类型切换光圈驱动方法和曝光控制的程序线图，从而可以实现良好的运动图像曝光控制。

Description

摄像设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及光圈的驱动和位置控制，尤其涉及能够考虑运动图像曝光的响应能力而降低功耗的技术。

背景技术

当前，在可更换镜头能够移除的所谓的“单镜头反光式”数字照相机中，已知这样一种产品，该产品具有实时取景功能或者能够拍摄运动图片，其中，该实时取景功能将拍摄静止图片之前的预览图像显示在设置于机壳背面的TFT监视器上。通常，由于主要目的是静止图片拍摄，因而对于可更换镜头的调焦驱动和光圈驱动等，需要有高速响应能力和高位置精度。为此，趋于采用在驱动特性和可控性方面极好的步进电动机作为用于驱动光圈的致动器。步进电动机的驱动方法包括1相励磁驱动、2相励磁驱动和1-2相励磁驱动等，可以根据用途使用不同的驱动方法。

为了确保采用步进电动机作为光圈的致动器来停止光圈以保持光圈处于特定位置，需要使保持电流持续流过停止位置处的励磁相位的线圈。保持电流自身可以小于驱动期间所使用的电流。然而，保持电流是直流电，并且尤其当使用电池作为电源时，如果该状态持续长时间，则即使没有驱动光圈，也可能消耗电力并且产生热。在使用电池作为电源时，这尤其是个问题。

在1相励磁驱动中，即使在停止状态下切断向步进电动机的供电，转子和定子的磁极也相互相对，并且通过转子的磁力保持停止位置。然而，每步的转动步进角大，这在需要光圈等的高精度定位时是不合适的。

在2相励磁驱动中，转子停止在两个相位之间的中间位置。因此，为了稳定地保持停止位置，在停止状态下，最小保持电流必须持续流过线圈。结果，产生功耗和发热。

在组合1相励磁驱动和2相励磁驱动的1-2相励磁驱动中，每步的转动步进角变成各驱动方法的每步的转动步进角的一半，因此可以进行精密控制。在1相停止位置，即使切断电流，也可以保持停止位置，然而，在2相停止位置，需要保持电流。即使将保持电流降低到可以保持转子的停止位置的极限值，在考虑使用电池电源时，保持电流也不能忽视。

如上所述，难以通过使用这些驱动方法中的任一个来实现满意的驱动控制。特别地，当在运动图片拍摄等期间通过光圈来进行曝光控制时，需要对光圈的精确的可控性并保持光圈处于停止位置。

为了解决上述问题，已知日本特开平7-77648号公报中所述的用于驱动调焦透镜的方法。在该方法中，即使当不必通过调整景深等来严格控制停止位置，并且步进电动机处于2相停止位置时，也在景深范围内将步进电动机转动1步，从而使其停止在1相位置。当被摄体处于景深内时，将转子转动1步到1相励磁相位的位置，然后切断通电，从而使保持电流变为零。当被摄体处于景深外时，进行电流限制。

然而，当使用日本特开平7-77648号公报所述的方法作为运动图像的曝光控制下光圈的控制方法时，在可控性和功耗方面存在问题。例如，当将提供不良光圈可控性的摄像镜头单元安装在照相机机体上时，由于将转子移动到1相励磁相位的位置的操作而发生闪烁等问题。另外，当预想进行运动图片拍摄等长时间拍摄时，即使进行电流限制，功耗也变大。因此，希望在保持电流为零时保持光圈。

发明内容

基于以上考虑，根据本发明的一方面，提供一种摄像设备，该摄像设备包括：镜头部，其具有透镜组和光圈；步进电动机，其利用多个线圈的励磁来驱动所述光圈；控制单元，用于控制所述步进电动机；曝光控制单元，用于通过改变摄像元件的光圈值、电荷累积时间或增益来控制视频拍摄期间的曝光；以及判断单元，用于判断当切断向所述多个线圈的供电时，所述光圈的位置变化量是否等于或大于预定量；其中，所述控制单元根据所述镜头部的类型，来切换与所述步进电动机的驱动相关联的工作模式；在使用当切断向所述多个线圈的供电时不保持转子位置这样的相位的第一工作模式下，所述控制单元基于所述曝光控制单元的输出和所述判断单元获得的判断结果，控制所述光圈的停止位置；在仅使用当切断向所述多个线圈的供电时保持转子位置这样的相位的第二工作模式下，所述控制单元基于所述曝光控制单元的输出进行光圈控制。

根据本发明的另一方面，提供一种摄像设备的控制方法，该摄像设备包括具有透镜组和光圈的镜头部、利用多个线圈的励磁来驱动所述光圈的步进电动机和用于控制所述步进电动机的控制单元，所述控制方法包括以下步骤：曝光控制步骤，用于通过改变摄像元件的光圈值、电荷累积时间或增益来控制视频拍摄期间的曝光；判断步骤，用于判断在切断向所述多个线圈的供电时，所述光圈的位置变化量是否等于或大于预定量；以及根据所述镜头部的类型，切换与所述步进电动机的驱动相关联的工作模式；在使用当切断向所述多个线圈的供电时不保持转子位置这样的相位的第一工作模式下，基于在所述曝光控制步骤中所设置的设置值和通过所述判断步骤获得的判断结果，控制所述光圈的停止位置；在仅使用当切断向所述多个线圈的供电时保持转子位置这样的相位的第二工作模式下，基于在所述曝光控制步骤中所设置的设置值进行光圈控制。

根据本发明，在使用步进电动机进行光圈驱动的摄像设备中，根据镜头部的类型切换工作模式，从而在降低用于保持光圈位置所需的电力的同时，进行良好的运动图像曝光控制。

通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将显而易见。

附图说明

图1是结合图2～10示出根据本发明实施例的摄像设备的示例性结构的图；

图2是示出光圈驱动控制电路的图；

图3是示出光圈控制电路的驱动模式的例子的图；

图4是光圈控制电路的微步进驱动的说明图；

图5A是光圈控制电路的工作模式的说明图；

图5B是光圈控制电路的工作模式的说明图；

图5C是光圈控制电路的工作模式的说明图；

图5D是光圈控制电路的工作模式的说明图；

图6A是各驱动方法的说明图；

图6B是各驱动方法的说明图；

图6C是各驱动方法的说明图；

图7是示出在视频拍摄期间所进行的示例性处理的流程图；

图8是示出曝光控制的流程的例子的流程图；

图9是示出视频拍摄期间的曝光响应关系的说明图；

图10A是示出在视频拍摄期间所进行的曝光控制的例子的程序线图(program profile)；以及

图10B是示出在视频拍摄期间所进行的曝光控制的例子的程序线图。

具体实施方式

下面参考附图详细说明本发明的优选实施例。

图1是示出作为根据实施例的摄像设备的单镜头反光式数字照相机的示例性结构的框图。通过安装机构(未示出)将摄像镜头单元200可拆卸地安装在照相机机体100上。安装部包括一组电触点210。这组触点210在照相机机体100和摄像镜头单元200之间发送和接收控制信号、状态信号和数据信号等。这组触点210还提供各种类型的电压，包括从摄像镜头单元200传送给系统控制器120的电源电压。由于这组触点210，照相机机体100可以与摄像镜头单元200通信来驱动摄像镜头单元200中的摄像透镜201(尽管图1中仅示出了一个透镜，但是还可以包括多个透镜组)和光圈202。这组触点210可以通过电通信以及光通信和音频通信等来传送信号。这组触点210和系统控制器120构成镜头检测单元。

来自被摄体图像的摄像光束经由包括摄像透镜201和光圈202的镜头部到达能够沿图1所示箭头的方向枢转的快速回位镜102。快速回位镜102的中央部分是半透半反镜(half mirror)，其中，当向下驱动快速回位镜102至图1所示的位置时，光束中的一部分透过该中央部分。所透过的光束通过布置在快速回位镜102上的副镜(sub mirror)103向下反射，从而到达自动调焦(AF)传感器单元104。AF传感器单元104是相位差检测类型的AF传感器单元，包括布置在图像形成面(未示出)附近的物镜、反射镜、二次图像形成透镜、光圈、以及具有多个电荷耦合装置(CCD)的线传感器等。焦点检测电路105基于来自系统控制器120的控制信号来控制AF传感器单元104，并且利用已知相位差检测方法来检测焦点。应该注意，AF传感器单元104和焦点检测电路105构成焦点检测单元。

同时，快速回位镜102所反射的摄像光束经由五棱镜101和目镜106到达用户或拍摄者的眼睛。将测光传感器(未示出)设置在目镜106附近。经由测光电路107将传感器输出即被摄体图像的亮度的测量结果发送给系统控制器120。测光传感器、测光电路107和系统控制器120构成测光单元。

当向上驱动快速回位镜102并且使其退出摄像光轴时，来自摄像透镜201的光束经由焦平面快门108和滤光器109到达使用互补金属氧化物半导体(CMOS)等图像传感器的摄像元件112。

焦平面快门108具有前帘幕和后帘幕，从而进行控制以透过和遮挡从摄像透镜201所发射的光束。滤光器109具有两个功能。一个功能是切断红外线以仅将可见光引导至图像传感器112。另一功能是用作光学低通滤波器。注意，当向上驱动快速回位镜102时，副镜103适应性折叠起来。

照相机机体100包括由CPU等运算处理单元所构成的系统控制器120，其中，系统控制器120控制整个照相机机体100，并且适当控制照相机机体100的各部分的操作。系统控制器120向摄像镜头单元200的光学系统控制部207发送控制命令，经由镜头控制电路204控制镜头驱动机构203，并且经由光圈控制电路206控制光圈驱动机构205。光学系统控制部207由CPU等构成。光学系统控制部207和光圈控制电路206构成用于控制驱动光圈用的步进电动机的控制单元。

镜头驱动机构203在光轴方向上移动调焦透镜(未示出)以进行焦点调节。另外，光圈驱动机构205使用步进电动机作为驱动源来驱动光圈202。系统控制器120控制快门充电-镜驱动机构110，以进行控制从而驱动快速回位镜102，由此控制焦平面快门108的快门充电。系统控制器120与快门控制电路111连接，其中，快门控制电路111用于控制焦平面快门108的前帘幕和后帘幕的行进。由弹簧构成焦平面快门108的前帘幕和后帘幕各自的驱动源，因此在快门行进之后，对于下一操作需要进行弹簧储能(spring charge)。

系统控制器120与电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)122连接，其中，EEPROM 122存储用于控制照相机所必须调整的参数和用于识别照相机本身的照相机识别数据(ID)信息。EEPROM 122还存储利用基准镜头调整后的AF补偿数据和自动曝光补偿值等。

光学系统控制部207包括镜头信息存储装置(未示出)，该镜头信息存储装置存储焦点距离等透镜固有的信息、全开放光圈、分配给各镜头的镜头ID信息以及从系统控制器120接收到的信息。系统控制器120经由光学系统控制部207控制镜头驱动机构203，以在摄像元件112上形成被摄体的图像。另外，系统控制器120基于与所设置的光圈值相对应的Av值控制光圈驱动机构205，并且还基于与所设置的快门速度值相对应的Tv值向快门控制电路111输出控制信号，从而进行曝光控制。

系统控制器120与图像数据控制器115连接。图像数据控制器115包括数字信号处理器(DSP)。图像数据控制器115控制图像传感器112，并且校正和处理通过图像传感器112输入的图像数据。注意，系统控制器120和图像数据控制器115具有测光功能。图像数据控制器115将图像信号分割成区域，并且将这些区域提供给系统控制器120。然后，系统控制器120评价各区域中的各拜耳像素(bayer pixel)的积分值，从而进行测光处理。

图像数据控制器115与向摄像元件112输出驱动脉冲信号的时序脉冲发生电路114连接。模拟/数字(A/D)转换器113接收由时序脉冲发生电路114所生成的时序脉冲，然后将与从摄像元件112输出的被摄体图像相对应的模拟信号转换成数字信号，再将该数字信号发送给图像数据控制器115。将所获得的数字图像数据临时存储在动态随机存取存储器(DRAM)121中。DRAM 121用于临时存储进行处理或被转换成预定格式的数据转换之前的图像数据。图像压缩电路119与包括存储介质401的存储部连接。

图像压缩电路119对存储在DRAM 121中的图像数据进行压缩或转换(例如JPEG)，以将转换后的图像数据存储在存储介质401中。存储介质401的例子包括磁性存储介质和半导体存储器等。

将数字图像数据转换成模拟信号的数字/模拟(D/A)转换器116经由编码器电路117与图像显示电路118连接。图像显示电路118由用于显示通过摄像元件112所捕获的图像数据的彩色液晶显示元件等构成。图像数据控制器115通过D/A转换器116将DRAM 121上的图像数据转换成模拟信号，并且将该模拟信号输出给编码器电路117。编码器电路117将D/A转换器116的输出转换成用于驱动图像显示电路118所需的视频信号(例如，国家电视制式委员会(NTSC)信号)。

此外，系统控制器120和图像数据控制器115具有焦点检测功能。图像数据控制器115使校正后的图像数据通过具有预定频率特性的滤波器，并且评价伽玛处理之后所获得的图像信号的预定方向上的对比度。当系统控制器120接收到该结果时，系统控制器120与光学系统控制部207通信以调节焦点位置，从而使得对比度评价值高于预定水平。

此外，系统控制器120与操作显示电路123连接，其中，操作显示电路123使外部液晶显示装置124和内部液晶显示装置125显示数字照相机的工作模式信息和快门时间(秒)或光圈值等的曝光信息。通信接口电路126与外部设备通信。用于向系统控制器120提供用户或拍摄者的操作指示的操作部件例如如下。

系统控制器120还与主电子拨盘131、确定SW 132和设置模式以使得电子照相机可以进行用户期望的操作的拍摄模式选择按钮130连接。

-摄像模式选择按钮(130)：用于设置模式以使得照相机执行用户期望的操作的按钮。

-主电子拨盘(131)和确定SW(132)。

-焦点状态检测点选择按钮(133)：用于从由AF传感器单元104感测到的多个焦点检测位置中选择要使用的焦点检测位置的按钮。

-自动调焦(AF)模式选择按钮(134)和测光模式选择按钮(135)。

-释放SW1(136)：用于开始测光和焦点检测等摄像准备操作的开关。

-释放SW2(137)：用于开始摄像操作的开关。

-取景器模式选择SW 138：用于在光学取景器模式和实时取景显示模式之间切换的开关，其中，光学取景器模式可以确认正通过目镜106的光束，实时取景显示模式可以在具有图像显示电路118的显示部上顺序显示由摄像元件112所接收到的图像。

另外，在照相机机体100中设置电源控制电路和受该电路控制的电源部等。然而，由于已经公知，因而这里没有给出其图示和说明。

经由安装机构(未示出)将闪光灯装置300可拆卸地安装在照相机机体100上。安装部包括一组电触点310。这组触点310在照相机机体100和闪光灯装置300之间发送和接收控制信号、状态信号和数据信号等。闪光灯装置300设置有发光定时的控制端子和与系统控制器120的通信端子。闪光灯装置300包括氙(Xe)管301和反射罩302。发光控制电路303由控制Xe管301的发光的绝缘栅双极晶体管(IGBT)等构成。充电电路304生成约300V的电压以向Xe管301供电。对于电源305，使用向充电电路304供电的电池等。闪光灯控制部306控制来自闪光灯的发光和充电等，并与照相机侧的系统控制器120通信。

接着参考图2详细说明光圈控制电路206。

光圈控制电路206对光圈驱动机构205所使用的步进电动机进行驱动控制。BLK-A是步进电动机的一个相位的驱动部，并且BLK-B也是具有与驱动部BLK-A相同的电路结构的驱动部。解码器216响应于来自光学系统控制部207的控制信号，对驱动部BLK-A和BLK-B生成驱动控制信号。解码器216的输出信号被发送给下面所述的非(逻辑非(NOT))电路221、或非(NOR)电路223和NPN晶体管227。非电路221的输出信号被发送给下面所述的或非电路222和NPN晶体管226。

上部的PNP晶体管224和225以及下部的NPN晶体管226和227构成所谓的“H桥”。或非电路222的输出信号被输入至PNP晶体管224的基极，并且或非电路223的输出信号被输入至PNP晶体管225的基极。PNP晶体管224和225各自的发射极相互连接以供给预定电源电压。另外，NPN晶体管226和227各自的发射极相互连接，并且经由电阻器229接地。电阻器229用于检测步进电动机的驱动电流。

比较器228的正输入端子与电阻器229的非接地侧端子连接，并且比较器228的负输入端子与基准电压生成电路220连接。比较器228的输出信号被输入至或非电路222和223。基准电压生成电路220响应于解码器216的输出VA0～VA3(或VB0～VB3)生成图4所示的基准电压。注意，在图4中，以表格形式将与VA0～VA3的逻辑值对应的电压VOUT表示为相对于预定电压的百分比。

接着详细说明步进电动机的结构。在A相定子251中，围绕A相磁轭缠绕A相线圈252。A相线圈252的一端与PNP晶体管224和NPN晶体管226的集电极连接，并且另一端与PNP晶体管225和NPN晶体管227的集电极连接。

在B相定子253中，围绕B相磁轭缠绕B相线圈254。尽管没有示出，但是B相线圈254也以与上述相同的方式与BLK-B的各晶体管的集电极连接。

转子250与各定子的伸出部相对设置，并且在N极和S极(在图2中，仅示出两个极)之间交替磁化。

接着说明光圈控制电路206的端子。如这里所使用的，图2所示的各代码具有如下含义：

CK：时钟输入端子，向其输入步进电动机的驱动频率信号。

DIR：用于指定步进电动机的转动方向的输入端子。

EN：用于指定步进电动机的驱动和停止的输入端子。

M0、M1：用于指定步进电动机的驱动模式的输入端子。

H/L：用于指定步进电动机的驱动电流的输入端子。

由图1所示的光学系统控制部207提供对上述各端子的输入信号。如这里所使用的，图2所示的其它各代码具有如下含义：

SG：信号接地端子。

VDD：控制电路用的电源输入端子。

VM：电动机驱动用的电源输入端子。

MA、/MA：步进电动机的A相连接端子。

MB、/MB：步进电动机的B相连接端子。

PG：电动机系统的接地端子。

图3示出对于输入至输入端子M0和M1的信号而言步进电动机的驱动模式。当M0＝0且M1＝0时，设置休眠(SLEEP)模式，并且光圈控制电路206使自身处于低功耗模式。当M0＝0且M1＝1时，设置1相励磁驱动。当M0＝1且M1＝0时，设置1-2相励磁驱动。当M0＝1且M1＝1时，设置微步进驱动。下面详细说明上述各驱动方法。

图4是用于说明光圈控制电路206中所设置的基准电压生成电路220的输出电压的图。VA3～VA0均为解码器216的输出信号。响应于这些输出信号VA3～VA0，基准电压生成电路220生成VOUT(基准电压)。将基准电压输入至比较器228的负输入端子。比较器228将响应于流过电阻器229的步进电动机的电流而生成的电压与基准电压进行比较。当通过电阻器229检测到的检测电压高于基准值时，即当流过步进电动机的电流高时，将比较器228的输出设置成HI(高)电平。通过或非电路222和223的输出信号关断晶体管224和225，切断流过步进电动机的A相线圈252的电流。因此，切断流过电阻器229的电流使之为0，因此比较器228的输出信号变成LO(低)电平。通过或非电路222和223的输出信号接通晶体管224和225。通过重复该接通-关断循环，控制流过步进电动机的A相线圈252的电流，从而使得该电流响应于基准电压生成电路220的输出电压而基本恒定。另外，图4所示的VA3信号与解码器216的H/L输入端子连接。利用该结构，可以响应于H/L端子的输入信号，在全范围(0～100％，包括0％和100％)和半范围(0～50％，包括0％和50％)之间切换步进电动机的驱动电流。在图2所示的驱动部BLK-B中，类似地通过输出信号VB0～VB3来进行用于生成图4所示的基准电压的操作。

接着参考图5和6说明步进电动机的驱动控制。

在图5中，CLK表示要输入至图2所示的时钟输入端子CK的基准时钟信号。另外，ΦA和ΦB分别表示流过步进电动机的线圈252和254的电流波形，并且多个横线表示与图4所示的基准电压生成电路220的电压相对应的电流电平。

在步进电动机的驱动方法的说明中，通常将驱动方法分成如图5A、5B和5C所示的三种类型即1相励磁、2相励磁和1-2相励磁。图5D示出微步进驱动的电流控制，在微步进驱动中，通过在1-2相励磁驱动中以分段方式控制流过线圈252和254的电流来更加精密地控制电动机的一步。

图5所示的波形示出流过线圈252和254的电流的相位关系。实际上，由于去除了噪声和振动等，因而实际波形并不是类似于图5所示的励磁波形的简单的矩形波形，而可能是上升沿和下降沿倾斜的梯形波形或以正弦曲线方式上升和下降的其它波形。然而，相位关系基本上相同。

图6示出在各驱动方法下步进电动机的转子250如何转动。这里使用的步进电动机具有两个线圈，即A-杠A相和B-杠B相，以图6所示的位置感应由各线圈产生的磁场。注意，在图6中，通过在符号A和B上添加“-”来分别表示杠A相和杠B相。

在1相励磁驱动的情况下，转子的磁极始终移动为与定子的磁极相对，如图6A所示。更具体地，以由图6所示的黑点表示的转子的磁极为起点，在图6A的(1)中所示的状态下，由黑点表示的转子的S极设置为与A相相对。当达到图6A的(2)中所示的状态时，B相变成N极，并且由黑点表示的转子的磁极移动到与B相相对的位置。具体地，在该例子中，随着定子的磁极的变化，可以获得22.5度的转动。

在1相励磁驱动中，每步的转动步进角大，这在光圈等需要高精度定位时是不合适的。然而，转子的磁极始终设置为与定子的磁极相对，这对于保持光圈位置是便利的。这是因为，即使在电动机停止时没有保持电流流过，但由于永久磁铁的转子被一定程度地吸引向金属的定子，因而也可以防止转子的转动。

在2相励磁驱动的情况下，向各相位的线圈提供图5所示的电流，因此转子250的转动如图6B所示。转子移动从而与定子的相邻磁极之间的中间点相对。如1相励磁驱动中一样，随着定子的磁极的变化，转子转动22.5度的角度。然而，始终向两个励磁相位的线圈供电，因而可以获得更强的驱动转矩和驱动速度。

在2相励磁驱动的情况下，转子的磁极始终停止成与定子的相邻磁极之间的中间位置相对。当在停止状态下切断对定子线圈的供电时，预期转子会移动1/2步的角度，从而与左边或右边的定子相对。由于定子磁极的装配误差和停止位置的微小偏差等引起1/2步的角位移。更具体地，在2相励磁驱动的情况下，即使在停止状态下也需要对线圈励磁，因此在停止状态期间必须向线圈供电，以提供足以确保用于保持转子的停止位置的磁场的最小电流。每线圈保持电流的大小的范围为数十～数百毫安，并且产生相当大的热。

如图5C所示，在1-2相励磁驱动的情况下，交替重复1相励磁和2相励磁。因此，如图6C的(1)中所示，当从与定子的磁极相对的位置开始转子的转动时，在磁极的下一变化中，如图6C的(2)中所示，转子移动到定子的磁极之间的位置。在磁极的又一变化中，如图6C的(3)中所示，转子移动为与下一磁极相对。因此，通过定子的磁极的变化所获得的转动量为11.25度，这对应于1相励磁和2相励磁的转动量的1/2，因而可以更精密地控制转子的转动位置。然而，因上述相同的原因，当保持转子的停止位置时，在停止位置是1相励磁相位的情况下可以切断电流，而在停止位置是2相励磁相位的情况下需要有保持电流。

在微步进驱动的情况下，如图5D所示，对于图5C所示的1-2相励磁以分段方式控制流过A相线圈252和B相线圈254的电流，从而可以更精密地控制转子的转动位置。以此方式，可以高精度且平滑安静地驱动光圈，这适合于视频拍摄期间的光圈控制等。在微步进驱动中，如1-2相励磁驱动中一样，当转子的停止位置是1相励磁相位时，即使切断电流，也可以保持转子的停止位置。然而，在包括2相励磁相位的其它停止位置，需要有电流流过以保持该状态，因此不能切断电流。

尽管对光圈控制电路206、光圈驱动机构205和步进电动机的驱动进行了详细说明，但是，由于镜头控制电路204是以相同方式类似构成的，因而可以以相同方式对镜头控制电路204进行控制。

接着参考图7～10详细说明根据本发明实施例的示例性操作。注意，根据通过系统控制器120解释和执行的程序来进行该操作。

图7是示出视频拍摄操作的流程图。当在步骤S101中接通照相机的电源时，将程序装载进系统控制器120，并且进行照相机工作所需的初始化处理和控制参数的初始化。此时，当在照相机机体100上安装了摄像镜头单元200时，光学系统控制部207向照相机机体100的系统控制器120通知镜头ID(识别信息)和与各种类型的镜头有关的信息。镜头信息包括用于判断光圈驱动是否对应于微步进驱动的标志信息。标志信息用于切换下述的工作模式。

在初始化处理完成后，在步骤S102中判断视频记录的开始。当通过用户的操作指示向照相机通知了视频记录的开始命令时，快速回位镜102和副镜103从光路退出，由此使通过摄像透镜201的光束到达摄像元件112。然后，处理进入步骤S103。在没有判断为开始视频记录期间，重复步骤S102的处理。

在步骤S103中开始视频记录操作。将连续获取的并从摄像元件112读出的图像信号顺序显示在设置于照相机机壳背面的诸如液晶显示器等的显示部上，然后将图像数据存储在存储介质401中。

这里将说明视频记录期间的操作。在进行了摄像元件112的曝光操作之后，读出摄像元件112内各像素的累积电荷，作为图像信号。与控制脉冲垂直同步信号VD和水平同步信号HD同步地进行该读出操作。VD信号是表示一帧摄像的信号。例如，每1/30秒从系统控制器120接收命令，并且时序脉冲发生电路114将信号发送给摄像元件112。另外，HD信号是摄像元件112的水平同步信号。在一帧期间发送与水平线数量相对应的数量的脉冲，以控制水平线。另外，按水平线进行像素复位，从而使得水平线与HD信号同步，以变成所设置的电荷累积时间。当通过VD信号或HD信号执行累积/读出操作时，根据VD信号的发送定时开始下一帧的累积操作。另外，将所读出的图像信号传送给图像数据控制器115，以使其经过缺陷像素校正等的处理。通过图像处理，将处理后的图像信号发送给设置在照相机背面等上的显示部的图像显示电路118。同样，对于视频记录，使读出的信号经过图像处理，然后将其发送给存储介质401，以顺序记录图像数据。应该注意，这些都是公知技术，并且不再对其行说明。

在步骤S104中，基于在步骤S103中读出的信号进行测光操作。在测光期间，图像数据控制器115将图像信号分割成区域，并且将对各区域中的各拜耳像素积分的值提供给系统控制器120。系统控制器120评价所获得的积分信号，从而进行测光处理。在接着的步骤S105中，基于在步骤S104中所确定的测光值和镜头信息进行运动图像的自动曝光控制。

现在参考图8说明视频记录期间所进行的示例性自动曝光控制。在本实施例中，根据镜头部的类型切换用于驱动光圈驱动用的步进电动机的工作模式。

首先，在步骤S201中，基于在步骤S104中所确定的测光值(Bv值)计算照相机的控制值Bv，从而使得运动图像曝光变成预定亮度水平。这里，Bv值是表示以下面的公式[公式1]所表示的亮度的指标值，并且是通过组合Tv、Av和Sv唯一确定的值，其中，具有以指标值所表示的亮度的被摄体为适当的曝光水平。Tv表示快门速度，Av表示光圈值，并且Sv表示感光度。另外，控制值Bv是通过组合用于控制照相机的Tv、Av和Sv所确定的设置值。

[公式1]

Bv＝Tv+Av-Sv

通常，对于运动图像曝光，会发生闪烁和振荡(hunting)等连续帧之间的曝光变化。因此希望以到一定程度的时间常数的缓慢且平滑的响应来进行曝光。图9示出说明控制值Bv随时间的变化和Bv值随时间的变化的示例图。当被摄体的亮度在视频记录期间变化时，例如，预期如图9所示的测光值(Bv值)和控制值(控制值Bv)的响应。在本例子中，当被摄体的亮度值从Bv3开始增大并且在时刻t0变成Bv6时，照相机的控制值Bv从时刻t0到时刻t1缓慢且平滑地变化，以在时刻t1时达到适当曝光水平(Bv6)。另外，当被摄体的亮度值从Bv6开始下降，并且在时刻t2变成Bv4时，照相机的控制值Bv从紧挨着t2之前的时刻到时刻t3以相同方式缓慢且平滑地变化，以在时刻t3时达到适当曝光水平(Bv4)。通过使用预定响应函数确定控制值Bv来实现这一变化。

在图8所示的步骤S202中，基于在图7所示的步骤S101中所获取的镜头信息，判断安装在照相机机体100上的摄像镜头单元200是否对应于微步进驱动的光圈驱动(以下称为“微步进光圈驱动”)。在摄像镜头单元未对应于微步进光圈驱动的情况下，处理进入步骤S203，而在摄像镜头单元对应于微步进光圈驱动的情况下，处理进入步骤S210。

根据安装在照相机机体100上的摄像镜头单元200是否对应于微步进光圈驱动，分别选择曝光控制的工作模式。具体地，当安装在照相机机体100上的摄像镜头单元200包括与微步进驱动相对应的光圈驱动机构时，将工作模式切换成第一工作模式(静音驱动模式)。在第一工作模式下，使用在切断向多个线圈的供电时不保持转子位置的相位。另外，当安装在照相机机体100上的摄像镜头单元200不包括与微步进驱动相对应的光圈驱动机构时，将工作模式切换成第二工作模式。在第二工作模式下，仅使用在切断向多个线圈的供电时保持转子位置的相位。通过在两个工作模式之间切换，响应于光圈的驱动特性分别选择最佳程序线图。换句话说，在第一工作模式下，选择第一程序线图，在第一程序线图中，电荷累积时间固定，从而改变用于在预定亮度范围内进行曝光控制的光圈值(参见图10B)。在第二工作模式下，选择第二程序线图，在第二程序线图中，光圈值固定，从而改变用于在预定亮度范围内进行曝光控制的电荷累积时间(参见图10A)。利用该结构，即使对于提供不良光圈可控性的摄像镜头单元，也可以通过减少光圈驱动次数来抑制由光圈操作所引起的曝光闪烁等。另外，可以响应于工作模式来切换光圈的最佳电流控制。

在步骤S203中，根据第二程序线图确定曝光控制值。图10A示出未对应于微步进光圈驱动的摄像镜头单元的示例性程序线图。利用该程序线图，确定用于控制照相机的电荷累积时间、光圈值和增益值。作为第二程序线图的特征，离散地选择光圈的设置值(Av)(参见图10A中的F2.8、F8和F22)，并且通过改变电荷累积时间(Tv)和增益(Sv)来设置精密的曝光值。这里，实际选择的光圈设置值设为舍入值(rounded value)，从而使其为用于驱动光圈的步进电动机的1相励磁驱动的停止位置。另外，该光圈设置值具有±3步的滞后现象(以虚线表示)。因此，一旦发生光圈驱动，对于滞后现象范围内的亮度变化不再发生光圈驱动。具体地，即使对于提供不良光圈可控性的摄像镜头单元，也可以通过减少光圈驱动次数来抑制曝光闪烁等。相反，当发生光圈驱动时，在运动图像中记录闪烁、快速景深变化和光圈驱动噪声。

在步骤S204中，系统控制器120将由照相机控制的当前光圈值与在步骤S203中所确定的光圈设置值进行比较，以判断是否发生了光圈驱动。通过将光圈的位置变化量即当前光圈值和设置值之间的差与预定量(预先设置的基准值)进行比较，来判断是否存在光圈驱动。当作为该判断的结果，光圈的位置变化量等于或大于预定量，因此发生了光圈驱动时，处理进入步骤S205，而当作为该判断的结果，光圈的位置变化量小于预定量，因此未发生光圈驱动时，处理进入步骤S206。

在步骤S205中，从系统控制器120向光学系统控制部207发出用于驱动光圈的请求，从而使得光圈值变成在步骤S203中所确定的光圈值。此时，选择上述的1相励磁驱动作为步进电动机的驱动方法，因此将步进电动机的转子始终停止在与定子的磁极相对的位置处。

在步骤S206中，由于未发生光圈驱动，因而从系统控制器120向光学系统控制部207发送光圈保持电流的切断命令，然后切断向步进电动机的供电，从而保持电流变成零。此时，通过步骤S205中的驱动控制来控制光圈的停止位置，从而使得将步进电动机始终停止在转子与定子的磁极相互相对的位置处。因此，由于即使切断电流，永久磁铁的转子也一定程度地吸引金属的定子，因而可以防止光圈停止位置的移位。

在进行步骤S205和S206之后，处理进入步骤S207。这里，为了获得在步骤S203中所确定的电荷累积时间和增益，设置时序脉冲发生电路114、A/D转换器113和图像数据控制器115，从而进行运动图像的曝光控制，并且结束上述一系列处理步骤。

相反，当在步骤S202中将与微步进光圈驱动相对应的摄像镜头单元200安装在照相机机体100上时，处理进入步骤S210。

在步骤S210中，根据第一程序线图确定曝光控制值。图10B示出与微步进驱动相对应的摄像镜头单元的示例性程序线图。利用该程序线图，确定用于控制照相机的电荷累积时间、光圈值和增益值。作为第一程序线图的特征，在预定亮度范围(参见图10B中的Ev10～Ev16)中，电荷累积时间和增益的设置固定，从而改变用于进行曝光控制的光圈值。此时，由于通过微步进驱动来驱动光圈，因而抑制了要记录的运动图像曝光时的闪烁和快速景深变化以及记录期间的光圈驱动噪声。相反，在上述微步进驱动中，可以停止转子的磁极以使其与定子的相邻磁极之间的中间位置相对。因此，当在停止状态下切断向步进电动机的供电时，可以将转子移动到稳定位置。

在步骤S211中，系统控制器120将由照相机控制的当前光圈值与在步骤S210中所确定的光圈设置值进行比较，以判断是否发生了光圈驱动。此时，当光圈的当前位置和通过计算所确定的光圈设置值之间的差在预定范围内时，系统控制器120可以判断出不需要进行光圈驱动。这是因为抑制了下述的振荡现象：频繁发生向步进电动机供电的切断状态和再启动状态，从而导致不规律的光圈驱动。另外，可以通过设置电荷累积时间或增益来校正预定范围内的曝光误差，以获得适当的曝光水平。当在步骤S211中发生了光圈驱动时，处理进入步骤S212，而当未发生光圈驱动时，处理进入步骤S213。

在步骤S212中，从系统控制器120向光学系统控制部207发出用于驱动光圈的请求，从而使得光圈值变成在步骤S210中所确定的光圈值。此时，选择微步进驱动作为步进电动机的驱动方法。然后，处理进入步骤S207。

在步骤S213中，系统控制器120从摄像镜头单元200获得状况信息，以判断是否向步进电动机供电。当切断向步进电动机的供电时，处理进入步骤S207，而当向步进电动机供电时，处理进入步骤S214。

在步骤S214中，系统控制器120从摄像镜头单元200获得状况信息，以判断步进电动机的转子的停止相位。当系统控制器120判断为转子的停止相位是稳定相位，即转子与定子的磁极相互相对时，处理进入步骤S215。这里，向摄像镜头单元200发送控制命令，以切断向步进电动机的供电，从而保持电流变成零。另一方面，当系统控制器120判断为转子的停止相位是不稳定相位，即转子位于定子和定子间的中间位置时，处理进入步骤S216。

在步骤S216中，从系统控制器120向光学系统控制部207发出用于进行微步进驱动的请求，从而利用转子的最小转动角度使得停止相位从不稳定相位移位到稳定相位。通过该处理稳定运动图像的曝光。当未发生光圈驱动时，将步进电动机的转子的位置引导至稳定相位。然后，处理进入步骤S215和S207。

再次参考图7继续进行说明。当在步骤S106中通过操作按钮(未示出)报告视频记录结束时，系统控制器120结束视频记录/拍摄，以使得快速回位镜102和副镜103从它们的退出位置返回。然后结束处理。当没有报告视频记录/拍摄结束时，处理返回到步骤S103以继续进行视频记录/拍摄。

尽管在本实施例中，采用在1相励磁驱动的情况下、即使切断向步进电动机的供电、转子也不转动的相位，但是本发明不局限于此。还可以采用在2相励磁驱动的情况下、即使切断向步进电动机的供电、转子也不转动的相位。

如上所述，在本实施例中，响应于安装在照相机机体上的摄像镜头单元，切换用于控制步进电动机的方法和用于控制对步进电动机的通电的方法。利用该结构，根据工作模式，可以实现良好的运动图像曝光控制，并且可以进行最佳电流控制，从而可以实现摄像设备的更低功耗。

尽管参考示例性实施例说明了本发明的实施例，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

本申请要求2009年9月29日提交的日本2009-224547号专利申请的优先权，其全部内容通过引用包含于此。

Claims (7)

1.一种摄像设备，包括：

镜头部，其具有透镜组和光圈；

步进电动机，其利用多个线圈的励磁来驱动所述光圈；

控制单元，用于控制所述步进电动机；

曝光控制单元，用于通过改变摄像元件的光圈值、电荷累积时间或增益来控制视频拍摄期间的曝光；以及

判断单元，用于判断当切断向所述多个线圈的供电时，所述光圈的位置变化量是否等于或大于预定量；

其中，所述控制单元根据所述镜头部的类型，来切换与所述步进电动机的驱动相关联的工作模式；在使用当切断向所述多个线圈的供电时不保持转子位置这样的相位的第一工作模式下，所述控制单元基于所述曝光控制单元的输出和所述判断单元获得的判断结果，控制所述光圈的停止位置；在仅使用当切断向所述多个线圈的供电时保持转子位置这样的相位的第二工作模式下，所述控制单元基于所述曝光控制单元的输出进行光圈控制，以及

当所述判断单元判断为所述光圈的位置变化量小于预定量时，所述曝光控制单元在不改变所述光圈的位置而改变所述电荷累积时间或所述增益的情况下，进行曝光补偿。

2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，当所述判断单元判断为所述光圈的位置变化量等于或大于预定量时，所述控制单元改变所述光圈的位置。

3.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，在所述第一工作模式下，所述曝光控制单元选择包括使所述电荷累积时间固定从而改变所述光圈值的曝光控制的第一程序线图；在所述第二工作模式下，所述曝光控制单元选择包括使所述光圈值固定从而改变所述电荷累积时间的曝光控制的第二程序线图。

4.根据权利要求3所述的摄像设备，其特征在于，所述控制单元在所述第一工作模式下进行所述步进电动机的微步进驱动，在所述第二工作模式下进行所述步进电动机的1相励磁驱动。

5.根据权利要求4所述的摄像设备，其特征在于，当判断为所述镜头部具有与所述微步进驱动相对应的光圈驱动机构时，所述曝光控制单元在所述第一工作模式下选择所述第一程序线图，而当判断为所述镜头部不具有与所述微步进驱动相对应的光圈驱动机构时，所述曝光控制单元在所述第二工作模式下选择所述第二程序线图。

6.根据权利要求5所述的摄像设备，其特征在于，当所述判断单元在所述第一工作模式下判断为所述光圈的位置变化量小于预定量时，所述控制单元控制所述步进电动机的停止位置，然后切断向所述多个线圈的供电，而当所述判断单元在所述第二工作模式下判断为所述光圈的位置变化量小于预定量时，所述控制单元切断向所述多个线圈的供电。

7.一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括具有透镜组和光圈的镜头部、利用多个线圈的励磁来驱动所述光圈的步进电动机和用于控制所述步进电动机的控制单元，所述控制方法包括以下步骤：

曝光控制步骤，用于通过改变摄像元件的光圈值、电荷累积时间或增益来控制视频拍摄期间的曝光；

判断步骤，用于判断在切断向所述多个线圈的供电时，所述光圈的位置变化量是否等于或大于预定量；

根据所述镜头部的类型，切换与所述步进电动机的驱动相关联的工作模式；在使用当切断向所述多个线圈的供电时不保持转子位置这样的相位的第一工作模式下，基于在所述曝光控制步骤中所设置的设置值和通过所述判断步骤获得的判断结果，控制所述光圈的停止位置；在仅使用当切断向所述多个线圈的供电时保持转子位置这样的相位的第二工作模式下，基于在所述曝光控制步骤中所设置的设置值进行光圈控制；以及

当在所述判断步骤中判断为所述光圈的位置变化量小于预定量时，在不改变所述光圈的位置而改变所述电荷累积时间或所述增益的情况下进行曝光补偿。

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