CN112269235A - 一种低照度相机用可变光阑装置及可变光阑自动调整方法 - Google Patents

一种低照度相机用可变光阑装置及可变光阑自动调整方法 Download PDF

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陈修宇
梁颖
汪江华
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Abstract

本发明涉及一种低照度相机用可变光阑装置及可变光阑自动调整方法，可变光阑装置包括机械齿轮、伺服电机、可变光阑、光敏传感器以及控制电路。将光圈最大位置与最小位置之间分为多个位置等级，同时将工作环境的照度也分为相应等级。将此对应关系设为可变光阑光圈调节的预设值。光敏传感器采集相机工作环境的照度，并判断工作环境照度的值处于预设表中的位置。伺服电机带动光阑拨杆实时快速地运动至判定的位置处，调节通光孔径的大小，进而改变相机的通光量。此种工作方式的的原理即为：工作环境的照度小则驱动电机增大通光孔径以光通量增大，工作环境的照度大则驱动电机减小通光孔径以光通量减小。

Description

一种低照度相机用可变光阑装置及可变光阑自动调整方法
技术领域
本发明属于光学镜头调光技术，涉及一种低照度相机用可变光阑装置及可变光阑自动调整方法。
背景技术
为满足低照度相机在各种照度范围下都可正常成像，防止在高照度环境下画面饱和或在低照度环境下画面响应过低，在相机镜头设计中加入可变光阑进行调光，保证相机的正常工作。本发明的工作原理：控制电路板接收光敏传感器采集来的环境光照强度信号，根据不同的光照强度大小，实时快速地控制伺服电机运动，伺服电机通过齿轮带动可变光阑的拨杆进而调节通光孔径的大小。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种低照度相机用可变光阑装置及可变光阑自动调整方法，保证低照度相机在宽照度范围内，能够清晰成像。
技术方案
一种低照度相机用可变光阑装置，其特征在于包括机械齿轮、伺服电机1、可变光阑2、光敏传感器3和控制电路4；所述机械齿轮包括A齿轮6和B齿轮；机械齿轮的A齿轮6与伺服电机1轴连接，B齿轮上设有一个拨杆卡槽，可变光阑2的光阑拨杆5的与拨杆卡槽连接；伺服电机1与控制电路4的输出端连接，受控制电路4的信号动作；控制电路4的输入端与光敏传感器3连接，接收光敏传感器3的光电信号；所述光敏传感器3的环境照度的感应等级与可变光阑2的光圈等级相吻合，两者与控制电路4中启动伺服电机1的动作阈值相吻合。
一种采用所述低照度相机用可变光阑装置调整可变光阑的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：装置上电后，在环境的照度最大LMax，将伺服电机带动光阑拨杆运动至光圈最小位置，控制电路记录改位置信息数据为PMin；在环境的照度最小LMin，伺服电机带动光阑拨杆运动至光圈最大位置，控制电路记录改位置信息数据为PMax；
步骤2：将可变光阑的光圈大小，在PMin与PMax之间分为n个等级，锁定P1—Pn个光圈位置，以及相对应的伺服电机齿轮A以及带动齿轮B的位置数据；将工作环境的照度L也分为n个等级，并建立不同照度下与光圈的对应关系：
光圈大小 P1 P2 … Pn-1 Pn
环境照度 L1 L2 … Ln-1 Ln
步骤3：在控制电路中按照此对应关系设定伺服电机运行位置的阈值，使得伺服电机的运行驱使主动轴A齿轮通过从动轮B齿轮转动带动可变光阑的光阑拨杆运行到与环境照度相吻合的可变光阑的光圈预设位置。
步骤4：工作时，光敏传感器采集相机工作环境的照度，并通过总线将照度值传送给控制电路；控制电路判断工作环境照度的值处于表1中的相应位置，将此位置定位Px；伺服电机带动光阑拨杆实时快速地运动至Px处，调节通光孔径的大小，进而改变相机的通光量。
有益效果
本发明提出的一种低照度相机用可变光阑装置及可变光阑自动调整方法，可变光阑装置包括机械齿轮、伺服电机、可变光阑、光敏传感器以及控制电路板等。将光圈最大位置与最小位置之间分为多个位置等级，同时将工作环境的照度也分为相应个等级，不同的工作环境照度对应不同的光阑光圈的大小。将此对应关系设为可变光阑光圈调节的预设值。光敏传感器采集相机工作环境的照度，并判断工作环境照度的值处于预设表中的位置。伺服电机带动光阑拨杆实时快速地运动至判定的位置处，调节通光孔径的大小，进而改变相机的通光量。此种工作方式的的原理即为：工作环境的照度小则驱动电机增大通光孔径以光通量增大，工作环境的照度大则驱动电机减小通光孔径以光通量减小。
本装置的工作模式是根据光照强度的变化调节可变光阑的通光孔径大小：环境光照强度小则增大通光孔径以光通量增大，环境光照强度大则减小通光孔径以光通量减小。此发明用于低照度相机的镜头设计中，增强相机在高、低照度环境下工作的适应性，保证相机输出的图像清晰可靠。
本发明的优点是：
(1)本发明可适应不同的光学镜头设计，根据光学指标要求，只需更换不同口径的可变光阑即可。因此本发明有着很强的系统适应性。
(2)本发明的执行机构为直流伺服电机，运动构型为2级齿轮结构，机构简单、性能可靠。
(3)直流伺服电机的控制采用电流-速度-位置三闭环设计，响应速度快、控制精度高，同时可通过算法实现电机静态自锁，大大提高了系统的抗震性。
(4)通过对比工作环境照度的方式改变可变光阑的光圈大小，此种调光方式反应快、可靠性高。
附图说明
图1：可变光阑装置组成示意图
图2：可变光阑装置工作流程示意图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
(1)运动部件设计
运动部件主要包括伺服电机、齿轮以及可变光阑。如图1所示，伺服电机轴端与齿轮A相连，齿轮A作为主动轴带动齿轮B转动，可变光阑的拨杆末端固定在齿轮B的边缘。当伺服电机转动时，通过齿轮B带动光阑拨杆，进而控制光阑的开合。其中光阑为可替换件，可根据不同光学镜头的设计指标更换不同口径的光阑。
(2)控制电路部件
控制电路部件以STM32为控制核心，主要完成的功能：
A、完成伺服电机电流-速度-位置三闭环算法，实现对电机的精准、快速控制；
B、完成光敏传感器的照度信息采集，并将照度信息与预设参考值进行比较，完成对可变光阑的开合控制。
(3)控制流程
A、装置上电后，伺服电机带动光阑拨杆运动至光圈最小位置，控制电路记录下此时伺服电机的位置，此位置记为PMin；然后伺服电机带动光阑拨杆运动至光圈最大位置，控制电路记录下此时伺服电机的位置，此位置记为PMax(此后，光阑即在PMin与PMax之间进行开合运动)。
B、将可变光阑的光圈大小，在PMin与PMax之间分为20个等级，由小到大记为P1—P20，将工作环境的照度也分为20个等级，从大到小记为L1—L20，不同的工作环境照度对应不同的光阑光圈的大小，对应关系详见表1所示。将此对应关系设为可变光阑光圈调节的预设值。
表1不同照度下光圈大小
光圈大小 P1 P2 … P19 P20
环境照度 L1 L2 … L19 L20
C、光敏传感器采集相机工作环境的照度，并通过总线将照度值传送给控制电路板。控制电路板判断工作环境照度的值处于表1中的哪个位置，将此位置定位Px。伺服电机带动光阑拨杆实时快速地运动至Px处，调节通光孔径的大小，进而改变相机的通光量。此种工作方式的的原理即为：工作环境的照度小则驱动电机增大通光孔径以光通量增大，工作环境的照度大则驱动电机减小通光孔径以光通量减小。具体工作流程图详见图2所示。
本系统的工作模式：根据外界光照强度的变化实时快速地调节通光孔径的大小。
光敏传感器与控制电路板之间通过I2C数字信号传输，传输距离长、功率消耗低、抗高噪声干扰，提高了系统的稳定性。
电机控制采用三环控制结构，即位置环、速度环和电流环，实现电机快速运动、精细控制以及静态时的位置自锁。
控制电路接收光敏传感器发送来的亮度信号，实时快速地调节通光孔径的大小，背景光照强度小则驱动电机增大通光孔径以光通量增大，背景光照强度大则驱动电机减小通光孔径以光通量减小。

Claims (2)

1.一种低照度相机用可变光阑装置，其特征在于包括机械齿轮、伺服电机(1)、可变光阑(2)、光敏传感器(3)和控制电路(4)；所述机械齿轮包括A齿轮(6)和B齿轮；机械齿轮的A齿轮(6)与伺服电机轴连接，B齿轮上设有一个拨杆卡槽，可变光阑(2)的光阑拨杆(5)的与拨杆卡槽连接；伺服电机(1)与控制电路(4)的输出端连接，受控制电路(4)的信号动作；控制电路(4)的输入端与光敏传感器(3)连接，接收光敏传感器(3)的光电信号；所述光敏传感器(3)的环境照度的感应等级与可变光阑(2)的光圈等级相吻合，两者与控制电路(4)中启动伺服电机(1)的动作阈值相吻合。
2.一种采用权利要求1所述低照度相机用可变光阑装置调整可变光阑的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：装置上电后，在环境的照度最大LMax，将伺服电机带动光阑拨杆运动至光圈最小位置，控制电路记录改位置信息数据为PMin；在环境的照度最小LMin，伺服电机带动光阑拨杆运动至光圈最大位置，控制电路记录改位置信息数据为PMax；
步骤2：将可变光阑的光圈大小，在PMin与PMax之间分为n个等级，锁定P1—Pn个光圈位置，以及相对应的伺服电机齿轮A以及带动齿轮B的位置数据；将工作环境的照度L也分为n个等级，并建立不同照度下与光圈的对应关系：
光圈大小 P1 P2 … Pn-1 Pn 环境照度 L1 L2 … Ln-1 Ln
步骤3：在控制电路中按照此对应关系设定伺服电机运行位置的阈值，使得伺服电机的运行驱使主动轴A齿轮通过从动轮B齿轮转动带动可变光阑的光阑拨杆运行到与环境照度相吻合的可变光阑的光圈预设位置。
步骤4：工作时，光敏传感器采集相机工作环境的照度，并通过总线将照度值传送给控制电路；控制电路判断工作环境照度的值处于表1中的相应位置，将此位置定位Px；伺服电机带动光阑拨杆实时快速地运动至Px处，调节通光孔径的大小，进而改变相机的通光量。
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