CN1105450C - 透镜驱动组件和使用这种透镜驱动组件的摄象装置 - Google Patents

Abstract

一种用于摄象装置的透镜驱动组件，使带有该透镜驱动组件的摄象装置在对景物进行手动或自动聚焦后不出现因光阑状态的改变而引起对景物的散焦问题。该透镜驱动组件包括一个聚焦校正量计算电路27，它依据由聚焦位置检测电路26测定的聚焦位置来计算聚焦校正量，使聚焦位置对由变焦位置检测电路28测定的变焦位置和由光阑值传感器13给出的信号S1敏感。该透镜驱动组件还包括一个加法器24，它借助一个信号开关23，将该聚焦校正量与由自动聚焦位移量计算电路21或手动聚焦位移量计算电路22算得的聚焦位移量相加。所得之和作为聚焦透镜的位移量输出。

Description

透镜驱动组件和使用这种透镜驱动组件的摄象装置

本发明涉及一种具有用以进行聚焦操作和变焦操作机构的透镜驱动组件和一种使用该透镜驱动组件的摄象装置。

迄今，一种摄象装置，比如一台视频摄象机，采用一种包括位于透镜组件中的一个可变焦透镜和在透镜组件外的一个聚焦透镜的结构来进行变焦操作和聚焦操作，设置在透镜组件外的这个聚焦透镜称作前聚焦透镜。

现在，变焦和聚焦操作通过一种在透镜组件中有变焦透镜和聚焦透镜的结构来进行。在透镜组件内的这个聚焦透镜称作内聚焦透镜。

在借助变焦透镜位置的改变来对景物聚焦的系统中，有一种所谓手动聚焦系统，操作者通过手工操作来任意设置聚焦位置，而一种所谓自动聚焦系统则是用测定成象信号的输出来自动进行聚焦操作。在自动聚焦系统中，按照变焦位置到景物间的距离来校正聚焦位置对景物聚焦的操作称为变焦跟踪操作。

在上述成象操作中，在对景物手动聚焦并固定聚焦透镜之后，如果调整物光通量的可变光阑的状态被改变，则对景物的聚焦将发生偏离。

而且，在为自动聚焦的变焦跟踪中，对景物的聚焦因依赖于可变光阑的状态而有偏离的倾向。

鉴此，本发明之目的在于提供一种透镜驱动组件和一种使用这种透镜驱动组件的摄象装置，即使可变光阑的状态发生改变，在这种装置中仍能实现对景物的聚焦。

在按本发明的一个透镜驱动组件中，聚焦校正量计算器响应由光阑值传感器测定的可变光阑的光阑值，利用聚焦位置检测器测定的聚焦位置，并根据聚焦透镜驱动器测定的聚焦透镜的位移量，计算出用以校正聚焦透镜位置的聚焦校正量，来控制聚焦位置使其对可变光阑的光阑值敏感。

另外，变焦位置检测器根据从变焦透镜驱动器获得的变焦透镜的位移量来测定变焦位置，而聚焦校正量计算器响应由光阑值检测器测定的光阑值和变焦位置检测器所测定的变焦位置，利用由聚焦位置检测器测定的聚焦位置计算出聚焦校正量，来控制聚焦位置使其对可变光阑的光阑值和变焦位置敏感。

在按本发明的一个摄象装置中，聚焦校正量计算器响应由光阑值检测器测定的可变光阑的光阑值，利用由聚焦位置检测器所测定的聚焦位置，并基于聚焦透镜驱动器给出的聚焦透镜的位移量来计算聚焦校正量。随着聚焦位置被聚焦校正量所控制，透过聚焦透镜的物光被摄象装置所接收并转换成象素信号。当聚焦位置被控制而对可变光阑的光阑值敏感时，通过信号处理器从象素信号导出的图象信号作为摄象输出。

此外，变焦位置检测器根据从变焦透镜驱动器获得的变焦透镜位移量测定变焦位置，而聚焦校正量计算器响应由光阑值检测器测定的可变光阑的光阑值和变焦位置检测器所测定的变焦位置，并利用由聚焦位置检测器测定的聚焦位置来计算聚焦校正量。这样，当聚焦位置被控制而对光阑值敏感时，即可进行摄象运作。

对于按本发明的透镜驱动组件，为控制聚焦透镜的位置使之依赖于可变光阑的光阑值，要根据聚焦透镜的位移量，计算响应于可变光阑的光阑值的聚焦校正量来校正聚焦位置。这就消除了在其他情况下因光阑值的改变而引起的对景物的散焦。具体对于手动聚焦来说，在对景物聚焦后，有可能避免在其他情况下因光阑值的变化而引起的对景物的散焦。对于自动聚焦而言，在采用内聚焦透镜的变焦跟踪过程中，有可能避免在其他情况下因光阑值的变化而引起的对景物的散焦。

通过计算响应于变焦位置和光阑值的聚焦校正量，来控制聚焦透镜位置使其对光阑值和变焦位置敏感，这就有可能避免在其他情况下因光阑值和变焦位置的变化所引起的对景物的散焦。

对于按本发明之撮象装置，要计算响应于光阑值的聚焦校正量来校正聚焦透镜位置，接收透过聚焦透镜的物光并将其转换成输出图象信号，这样，当聚焦透镜位置被控制而对光阑值敏感时，即可进行摄象运作。于是，在撮象过程中有可能避免在其他情况下因光阑值和变焦位置的改变而引起的散焦。

还要计算响应于变焦位置和光阑值的聚焦校正量来校正聚焦透镜位置，接收透过聚焦透镜的物光并将其转换成输出图象信号，这样，当聚焦透镜位置被控制而对光阑值和变焦位置敏感时，即可进行摄象运作。于是，在摄象过程中有可能避免在其他情况下因变焦位置的光阑值的改变而引起的散焦。

图1是按本发明的摄象装置的一个实施例原理示意图。

图2是按本发明的透镜驱动组件中透镜驱动电路的一个实施例原理示意图。

参照附图，将对本发明之优选实施例作详细说明。

图1以方框图表明按本发明实施例的一个摄象装置的配置图，而图2则以原理框图表明按本发明的透镜驱动组件中的一个透镜驱动电路。

按本发明的透镜驱动组件包括一个步进马达5，作为聚焦透镜驱动机构来移动聚焦透镜3，是为对景物调整焦点而设计的；一个聚焦位置检测电路26，用以根据由步进马达5移动的聚焦透镜3的位移量来测定聚焦位置。该透镜驱动器还包括一个光阑值传感器13，用来测定可变光阑11的光阑值；一个聚焦校正量计算电路27，用来计算聚焦校正量以校正来自聚焦位置计算电路26测定的聚焦位置。

上述透镜驱动组件还进一步包括一个步进马达4，用来移动变焦透镜2以改变视场角；一个变焦位置检测电路28，用以根据由步进马达4移动的变焦透镜2的位移量来测定变焦位置。聚焦校正量计算电路27计算聚焦校正量以校正来自聚焦位置计算电路26测定的聚焦位置，使之与光阑传感器13测定的光阑值和变焦位置检测电路28测定的变焦位置相适应。

摄象装置除含上述构件的透镜驱动组件外，还包括：一个CCD7，用以接收透过聚焦透镜的物光；一个摄象机信号处理电路8，用来处理由CCD7产生的象素信号以作为图象信号输出，如图1所示。下面来说明图1中撮象装置和图2中透镜驱动电路的运作。

在图1所示摄象装置中，物光通过透镜组件1中的聚焦透镜3和变焦透镜2被一个固态成象元件所接收并继而成象，作为一个成象器件，具体所指即一个电荷耦合器件(CCD)7。该CCD7是一个由复合光接收单元构成的图象传感器，或所谓成象器。由CCD7接收并测定的光强度被转换成电信号。由这个CCD7输出的电信号再传送到摄象机信号处理电路8。

摄象机信号处理电路8对输入电信号进行信号处理，以产生NTSC系统或PAL系统的标准彩色电视信号，得到供(例如)彩色电视广播使用的复合亮度信号Y和两路色品信号R-X和B-Y。这种彩色电视信号以视频信号输出。

在对景物成象时，变焦透镜2用来改变象场角，而聚焦透镜3则用来调整对景物的焦点。这个变焦透镜2由来自透镜驱动器6的控制信号激励的步进马达4所带动，由此而控制其位置以改变象场角。聚焦透镜3则由来自透镜驱动器6的控制信号激励的步进马达5所带动，从而控制其位置以调整对景物的焦点。此外，可变光阑11由一个可变光阑驱动器12带动，以调整来自景物的光通量。可变光阑11的光阑值由光阑值传感器13检测。测得的光阑值作为信号S1传送给一个透镜驱动电路10。

摄象机信号处理电路8输出亮度信号，送到一个自动聚焦检测器(AF检测器9)以检测视频信号中的高频分量S0。这些高频分量S0再传送到透镜驱动电路10。

透镜驱动电路10根据AF检测器9产生的高频分量S0来计算自动聚焦过程中聚焦透镜3的位移量，并从该聚焦透镜3的位移量测定聚焦透镜3的位置。在手动聚焦过程中，透镜驱动电路10同样可根据手动聚焦调节量来计算聚焦透镜3的位移量，以测定聚焦透镜3的位置。

光阑值传感器13产生的信号S1，即可变光阑11的光阑值必须馈送给透镜驱动电路10。透镜驱动电路10响应光阑值S1的变化而产生一个确定聚焦透镜3位移量的信号S2，以移动聚焦透镜3来对景物聚焦。透镜驱动器6根据信号S2控制步进马达5的运转，以移动聚焦透镜3来对景物聚焦。

在变焦过程中，将一个变焦指令信号馈送到透镜驱动电路10。透镜驱动电路10响应变焦指令信号而产生一个确定变聚焦透镜2位移量的信号S3，这是为移动变焦透镜2而设计的。这个信号S3传送到透镜驱动器6。透镜驱动器响应于信号S3来控制驱动马达4的运转，以控制变焦透镜2的移动。

下面具体说明透镜驱动电路10。

在自动聚焦过程中，将图1中AF检测器9测定的高频分量S0(自动聚焦调节量)馈送到图2中的自动聚焦位移量计算电路21。该自动聚焦位移量计算电路21计算在自动聚焦过程中聚焦透镜3的位移量。这样计算所得聚焦透镜3的位移量被传送到信号开关单元23的一个接头a。

在手动聚焦过程中，将手动聚焦调节量馈送到一个手动聚焦位移量计算电路22。这个手动聚焦调节量是聚焦透镜3的位移量，是在手动聚焦时用机械的或电的方法检测聚焦透镜3移动的位置或为移动聚焦透镜3设计的聚焦圈的旋转角而得到的。这将导致手动聚焦位移量计算电路22计算出在手动聚焦操作过程中聚焦透镜3的位移量。如此计算所得聚焦透镜3的位移量被传送到信号开关单元23的一个接头b。

在自动聚焦和手动聚焦过程中，信号开关单元23分别响应于传送到其接头a或其接头b的转换信号。利用如此设置的信号开关单元23，在自动聚焦或手动聚焦过程中，聚焦透镜3的位移量被传送到一个加法器24。该加法器的输出再传送给聚焦位置检测电路26和透镜驱动器6。聚焦位置检测电路26响应于聚焦透镜3的位移量来测定聚焦位置，并输出一个聚焦位置信号。这个聚焦位置信号被送到聚焦校正量计算电路27。

将光阑值传感器13产生的信号S1，即可变光阑11的光阑值馈送给这个聚焦校正量计算电路27。为实现对信号S1变化敏感的景物聚焦，该聚焦校正量计算电路27借助聚焦位置信号计算出聚焦校正量，以校正聚焦透镜3的位置，并将计算所得的聚焦校正量输出到加法器24。

信号S1还馈送到光阑值校正量计算电路30。该光阑值校正量计算电路30响应信号S1来计算对光阑值的校正量，并将计算所得的光阑值校正量作为信号S4输出到一个可变光阑驱动器12。

加法器将聚焦校正量与通过信号开关单元23输出的聚焦透镜3的位移量相加。已附加上述聚焦校正量的聚焦透镜3的位移量作为信号S2被传送到透镜驱动器6。这就使聚焦透镜3的位置得以控制，以至在任何时候都影响对景物的聚焦，即使改变可变光阑11的光阑值也是如此。

假如为校正聚焦透镜3位置的校正量对可变光阑11的光阑值响应函数为f，则响应于可变光阑11的光阑值的聚焦校正量由等式(1)表示：

(聚集校正量)＝f(光阑值)                        ...(1)

现在来说明还使用变焦位置来控制聚焦透镜3的位置使之响应可变光阑11的光阑值变化的情况。

在变焦过程中提供的变焦指令信号被传送到透镜驱动电路10的变焦位移量计算电路29。该变焦位移量计算电路29计算变焦透镜2的位移量。这样得到的变焦透镜2的位移量传送到一个变焦位置检测电路28，并同时作为信号S3送到透镜驱动器6。该变焦位置检测电路28响应变焦透镜2的位移量以测定变焦位置并输出一个变焦位置信号。这个变焦位置信号被馈送到聚焦校正量计算电路27。该变焦位置也可用一个传感器来检测。

聚焦校正量计算电路27不仅接受聚焦位置信号，而且还有由光阑传感器13测定的可变光阑11光阑值的信号S1及来自聚焦位置检测电路26的聚焦位置信号。考虑到对景物的聚焦，在使用聚焦位置信号的同时，聚焦校正量计算电路27还响应于信号S1和变焦位置信号的变化来计算聚焦校正量，并将计算所得的聚焦校正量输出到加法器24。信号S1也同时馈送给光阑值校正量计算电路30，计算电路30再计算响应于信号S1的光阑值校正量，并将所得计算量作为信号S4输出到可变光阑驱动器12。加法器24将聚焦校正量与通过信号开关单元23输出的聚焦透镜3的位移量相加。已附加聚焦校正量的聚焦透镜3的位移量作为信号S2传送到透镜驱动器6。这样就使聚焦透镜3的位置得以控制，致使在任何情况下都能影响对景物的聚焦，即使改变变焦透镜2的位置和可变光阑11的光阑值也是如此。

假如为校正聚焦透镜3位置的校正量对可变光阑光阑值的响应函数为f，为校正聚焦透镜3位置的校正量对变焦位置的响应函数为g，则响应于可变光阑的光阑值和变焦位置的聚焦校正量由等式(2)表示：(聚焦校正量)＝f(光阑)g(变焦位置)                  ....(2)

为求得聚焦校正量，除使用等式(1)和(2)的方法外，也可利用数据存储表的方法。只要能计算与聚焦透镜3相关的聚焦校正量，任何方法都可使用。

在上述实施例的透镜驱动组件和摄象装置中，已将聚焦透镜驱动器和变焦透镜驱动器合成，而以透镜驱动器6表示，然而，也可将其分成一个用来驱动控制聚焦透镜3的透镜驱动器和一个用以驱动控制变焦透镜2的透镜驱动器。

Claims (16)

1.一种透镜驱动组件，包括：

用来聚焦一个透镜以调整该透镜的焦点的聚焦透镜驱动器；

用来测定所述透镜的聚焦位置的聚焦位置检测器；

用来检测可变光阑的光阑值并用来检测该光阑值的变化的光阑值检测器；以及

用来根据由所述光阑值检测器测定的光阑值变化计算所述透镜的聚焦校正量而不改变聚焦检测区域的聚焦校正量计算器；以及

可变光阑校正器，用于改变光阑值以反映检测出来的光阑值的变化。

2.如同权利要求1所述的透镜驱动组件，进一步包括：

用来移动一个变焦透镜位置的变焦透镜驱动器；以及

用来测定变焦透镜的移动位置的变焦位置检测器；

所述聚焦校正量计算器根据光阑值和所述变焦透镜的移动位置计算聚焦校正量。

3.如同权利要求2中所述的透镜驱动组件，其中所述聚焦位置检测器具有自动聚焦位移量计算器和手动聚焦位移量计算器。

4.如同权利要求2中所述的透镜驱动组件，其中所述聚焦校正量计算器利用从所述光阑值检测器来的所述光阑值以及由所述变焦位置检测器测定的所述变焦位置进行计算。

5.如同权利要求2中所述的透镜驱动组件，其中所述聚焦校正量计算器有一个将所述聚焦校正量与由所述光阑值检测器测定的光阑值和由所述变焦位置检测器测定的所述变焦位置相关的数据表。

6.如同权利要求1中所述的透镜驱动组件，其中所述聚焦位置检测器包括分开的自动聚焦位移量计算器和手动聚焦位移量计算器。

7.如同权利要求1中所述的透镜驱动组件，其中所述聚焦校正量计算器利用由所述光阑值检测器测定的所述光阑值进行计算。

8.如同权利要求1中所述的透镜驱动组件，其中所述聚焦校正量计算器有一个将由所述光阑值检测器来的光阑值与所述聚焦校正量相关的数据表。

9.一种摄象装置，包括：

用来聚焦透镜以调整透镜的焦点的聚焦透镜驱动器；

用来检测所述透镜的聚焦位置的聚焦位置检测器；

用来检测可变光阑的光阑值并用于检测光阑值的变化的光阑值检测器；

用来根据所述光阑值检测器检测出来的光阑值变化计算所述透镜的聚焦校正量而不改变聚焦检测区域的聚焦校正量计算器；

用于改变光阑值以反应检测出来的光阑值的变化的光阑校正装置；

用来接收透过所述聚焦透镜的所述物光并将接收光转换成象素信号的摄象器；以及

用来将由所述摄象器产生的象素信号处理成输出图象信号的信号处理器。

10.如同权利要求9中所述的摄象装置，进一步包括：

用来移动所述变焦透镜位置的变焦透镜驱动器；以及

用来测定所述变焦透镜的偏移位置的变焦透镜位置检测器；

所述聚焦校正量计算器根据光阑值和所述变焦透镜的偏移位置计算聚焦校正量。

11.如同权利要求10中所述的摄像装置，其中所述聚焦位置检测器具有自动聚焦位移量计算器和手动聚焦位移量计算器。

12.如同权利要求10中所述的摄像装置，其中所述聚焦校正量计算器利用由所述光阑值检测器测定的所述光阑值以及由所述变焦位置检测器测定的所述变焦位置进行计算。

13.如同权利要求10中所述的摄像装置，其中所述聚焦校正量计算器有一个将所述光阑值检测器测定的光阑值和由所述变焦位置检测器测定的所述变焦位置与所述聚焦校正量相关的数据表。

14.如同权利要求9中所述的摄象装置，其中所述聚焦位置检测器具有公开的自动聚焦位移量计算器和手动聚焦位移量计算器。

15.如同权利要求9中所述的摄像装置，其中所述聚焦校正量计算器利用由所述光阑值检测器测定的所述光阑值进行计算。

16.如同权利要求9中所述的摄像装置，其中所述聚焦校正量计算器有一个将由所述光阑值检测器测定的光阑值与所述聚焦校正量相关的数据表。