CN1624559A - 带有光圈叶片的摄像机 - Google Patents

Abstract

一种摄像机，包括光圈叶片，通过向垂直于光轴的方向移动而调节入射到图像传感器中的光量；限制组件，用于限制光圈叶片的移动量，以定义一对应于最小F数的开口端；最佳F数计算装置，用于计算一最佳的F数，定义施加曝光调节指令时的最佳曝光量；曝光时间周期设置装置，用于设置一曝光时间周期，与最佳曝光量共同定义一当最佳F数包含在预定范围内时的预定F数；光圈叶片移动装置，当最佳F数包含在预定范围内时将光圈叶片向开口端移动；截止装置，当曝光时间周期调节指令后施加记录指令时，根据曝光时间周期，通过在一个时刻完全闭合光圈叶片而截止入射到图像传感器上的光；记录装置，在截止装置截止后记录从图像传感器输出的静态图像信号。

Description

带有光圈叶片的摄像机

本件申请是中国发明专利申请第01813745.8号的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种摄像机，并尤其涉及一种配置有机械光圈装置的摄像机，如数字相机、与相机结合在一起的磁带录像机，其中开口部分的大小通过一个光圈叶片调节。

背景技术

在机械光圈装置如Galvano光圈装置中，根据探测目标亮度或是拍摄装置输出的图像信号亮度分量的传感器输出信号的反馈控制光圈叶片开口部分的大小，即F数。使入射光量变为最佳值的方式调节F数。

在此光圈装置中，当把F数设置为最小值时，把形成在光圈叶片上的销钉向长孔穴终端推压的方式驱动光圈叶片，直至与终端连结。但是，当把销钉压到终端时，从光圈装置的驱动器中输出最大量的驱动电压，由此引发耗电量变大的问题。

同时，在通过反向激励，高速完全闭合光圈叶片而将光圈装置用作机械快门装置的电子静态相机中，光圈叶片从销钉被压到终端的状态到完全闭合的情形与光圈叶片从销钉被设置到即将接触终端之前的位置状态到完全闭合的情形之间，有十分不同的光圈叶片响应特性。一般地，虽然把用于探测F数的传感器组合到相机中，但因为传感器的特性不同，所以不能区分销钉被压到终端的状态和销钉被设置在即将接触到终端之前的位置的情形。

另外，在根据孔穴组件探测的F数反馈控制光圈叶片的光圈装置中，如果光圈叶片的移动量很大，则对于孔穴组件的输出将出现孔穴效应的瞬间响应。结果，这样导致不能精确控制光圈量的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种新颖的摄像机。

本发明的另一目的在于提供一种能够在光圈控制中防止耗电增加的摄像机。

本发明的另一目的在于提供一种能够在利用光圈装置作为机械快门装置时精确控制曝光时间的摄像机。

本发明的另一目的在于提供一种能够精确控制光圈量的摄像机。

根据本发明的摄像机，包括：一个图像传感器，用于产生对应于辐射到光接收面上的光学图像的图像信号；一个显示装置，用于根据图像信号实时显示动态图像；一个光圈叶片，通过向垂直于光轴的方向移动而调节入射到图像传感器中的光量；一个限制组件，将光圈叶片的移动量限制在一个预定值，以便定义一个最小的F数；和一个禁止装置，在显示动态图像时禁止将F数设置为最小值。

图像传感器响应于辐射到光接收面上的光学图像产生一个图像信号，并且显示装置根据产生的图像信号显示动态图像。通过向垂直于光轴的方向移动光圈叶片来调节入射到图像传感器中的光量。光圈叶片的移动量由限制组件限定为一个预定值，该值定义了F数的最小值。当通过显示装置显示动态图像时，禁止将F数设置为最小值。

优选光圈叶片有一个延伸到移动方向的孔穴，并且限制装置有一个与孔穴衔接的凸伸部分。作为孔穴终端接触到凸伸部分的结果，光圈叶片的移动量得到限制。

在通过电动机将电源传输给光圈叶片的情况下，可以通过禁止将F数设置为最小值而限制耗电。

根据本发明的摄像机响应于曝光调节指令调节图像传感器的曝光量，并且响应于曝光调节指令之后的记录指令记录图像传感器产生的静态图像信号，它包括：一个光圈叶片，通过向垂直于光轴的方向移动而调节入射到图像传感器中的光量；一个控制装置，用于控制光圈叶片，以便当施加曝光调节指令时F数处于预定的范围之外；和一个截止装置，通过在施加记录指令时完全闭合光圈叶片来截止入射到图像传感器中的光。

通过向垂直于光轴的方向移动光圈叶片来调节入射到图像传感器中的光量。当施加曝光调节指令时，控制装置以F数处于预定的范围之外的方式控制光圈叶片。当曝光调节指令之后施加记录指令时，光圈叶片被截止装置完全闭合。这样截止入射到图像传感器中的光。

在通过限制光圈叶片的移动量而将F数的最小值定义为一个预定值、并通过向光圈叶片传输电源而截止入射光时，该预定的范围存在于最小值附近。优选光圈叶片有一个向移动方向延伸的孔穴，并且限制组件有一个连结到孔穴的凸伸部分。作为孔穴终端连结到凸伸部分的结果，光圈叶片的移动量得到限制。

在最小值附近，完全闭合光圈叶片所需的时间周期急剧变化。这使得可以通过以F数处于此范围之外的方式控制光圈叶片来精确地控制曝光时间周期。

在计算最佳F数、即定义施加曝光调节指令时的最佳曝光量，并设置曝光时间周期、即定义最佳F数包含在预定范围内时的预定F数和最佳曝光量等情况下，控制装置控制光圈叶片，从而显示预定的F数。注意，优选预定的F数为最小F数。

根据本发明的摄像机包括：一个图像传感器，用于产生对应于辐射到光接收面上的光学图像的图像信号；一个光圈叶片，通过向垂直于光轴的方向移动该光圈叶片来调节入射到图像传感器中的光量；一个计算装置，用于根据图像信号计算光圈叶片的最佳F数；和改变装置，用于逐渐将光圈叶片的F数变为最佳F数。

图像传感器产生对应于辐射到光接收面上的光学图像的图像信号，并且光圈装置通过在垂直于光轴方向的移动来调节入射到图像传感器中的光量。如果计算装置根据图像信号计算光圈叶片的最佳F数，改变装置会逐渐将光圈叶片的F数变为最佳F数。

在从孔穴元件输出对应于光圈叶片的F数的电压信号情况下，改变装置根据电压信号改变F数。如果F数的一次改变量较大，则通过孔穴效应改变电压信号的水平。然而如果F数逐渐改变到最佳F数，则孔穴效应受到限制，由此可以精确地控制光圈量。

在通过电动机移动光圈叶片的情况下，如果只在数字值减小的第一方向或数字值增大的第二方向中的一个方向上改变F数，则无论电动机的滞后特性如何，都可以适当地驱动光圈叶片。

优选当施加记录指令时图像传感器输出静态图像，并且计算装置响应于记录指令之前的曝光调节指令计算最佳F数。

通过下面参考附图对本发明的详细描述，本发明的上述目的和其他目的将变得更加清晰。

附图说明

图1是本发明一个实施例的框图；

图2是光圈装置的示意图；

图3是用于驱动光圈装置的驱动器的电路图；

图4是表示图1所示实施例的部分操作的流程图；

图5是表示图1所示实施例的另一部分操作的流程图；

图6是表示图1所示实施例的部分操作的流程图；

图7是表示图1所示实施例的另一部分操作的流程图；

图8是PWM值和F数之间的关系曲线；

图9是PWM值和光圈装置的驱动电压之间的关系曲线；

图10是现有技术中光圈叶片的部分操作计时图；

图11是图1所实施实例中光圈叶片的部分操作计时图；

图12是摄影装置和光圈装置的部分操作计时图；

图13是PWM值和光圈叶片完全闭合所需的时间之间的关系曲线。

具体实施方式

参见图1，本实施例中的数码相机10包括一个聚焦透镜12和一个光圈装置14。物体的光学图像经该元件入射到摄影装置16的光接收面上。注意，任何类型的图像传感器，如CCD型或CMOS型，都可以用作摄影装置16。

当操纵电源开关54时，系统控制器50启动电源电路56，并且电源电路56对整个系统供给电池58产生的直流(DC)电压。CPU46启动包括一个计时发生器(TG)18、一个信号处理电路26及其它的信号处理程序块，和一个包括视频解码器32、监视器(显示器)34及其它设备。

计时发生器(TG)18产生一个用于驱动摄影装置16的计时脉冲，并且响应于计时脉冲从摄影装置16中读出产生在光接收面上的原始图像信号(照相信号)。注意，至于计时脉冲，除了垂直转移信号和水平转移脉冲之外，在非曝光时间、即非电荷积累时段，还有一个电荷清除脉冲，用于将电荷耦合器件(未示出)产生的电荷清除到溢漏(未示出)。

对从摄影装置16输出的照相信号在CDS电路20和AGC电路22中进行相关性复式抽样和增益调节。通过A/D转换器24把进行增益调节的照相信号施加给信号处理电路26。信号处理电路26在输出YUV信号之前对施加的照相信号进行信号处理，如颜色分离，白色平衡调节，YUV转换等。YUV信号通过存储器控制电路28写入到SDRAM 30中。

写入到SDRAM 30中的YUV信号由存储器控制电路28根据视频编码器32输出的读取请求读出。读出的YUV信号被视频编码器32转换成一个复合图像信号，并且转换的复合图像信号施加给监视器34。结果，物体的动态图像(整个图像)以实时的方式显示在监视器34上。

当操纵者操纵快门按钮52时，系统控制器50将相应的状态信号施加给CPU 46。CPU 46执行聚焦调节和曝光调节，并且之后分别指令TG18和JPEG CODEC40执行初级曝光和压缩处理。TG18使摄影装置16进行初级曝光，并从摄影装置16中读出照相信号最终的一个屏幕。在结束照相信号的一个屏幕读取时停用TG18。根据上述程序将读出的照相信号转变成YUV信号，并且将转变的YUV信号保留在SDRAM30中。JPEG CODEC 40根据SDRAM 30的初级曝光经存储器控制电路28读出YUV信号，并且将读出的YUV信号进行JPEG压缩。所得的压缩的YUV信号被CPU 46记录到存储卡48中。

光圈装置14的构造如图2所示。电动机14a由两个磁体14b、14c及一个活动线圈14d形成。在活动线圈14d的中心设置一个朝向光轴方向延伸的转轴14e，并且将杠杆14f连接到转轴14e。两个光圈叶片14g和14h保持在杠杆14f纵向的两端。

作为电流提供给活动线圈14d的结果，活动线圈14d本身转动，并且杠杆14f朝向垂直于光轴的方向转动。光圈叶片14g和14h在垂直于光轴的方向上彼此反向移动。但是，在光圈叶片14g和14h上分别形成向移动方向延伸的长孔穴14i和14j，并且凸向光轴方向的销钉14k和14m分别与长孔穴14i和14j衔接。因此，光圈叶片14g和14h的移动量分别受到销钉14k和14m的限制。

当销钉14k连结到长孔穴14i的一端141i、并且销钉14m连结到长孔穴14j的一端141j时，光圈叶片14g和14h限定的光圈OP敞开最大，并且F数表现出最小值。相反，当销钉14k连结到长孔穴14i的另一端142i、并且销钉14m连结到长孔穴14j的另一端142j时，光圈OP完全闭合，截止了向摄影装置16入射的光。销钉14m通过一个象弹簧一样的弹性元件14n连结到光圈叶片14h，并且总是向光圈叶片14h施加闭合光圈OP的弹性。在活动线圈14d的附近，设置一个孔穴元件14p。孔穴元件14p产生一个正输出和一个负输出，并且正输出水平根据杠杆14f的旋转程度也就是如F数而改变。

驱动器42的构成如图3所示。作为从CPU 46向终端S1施加PWM信号的结果，PWM信号通过平滑电路42a施加到工作放大器42b的非反相输入端。在工作放大器42b的输出端，显现出对应于PWM信号功能的水平。此水平定义为PWM输出。图2所示的孔穴元件14p的正输出和负输出通过终端S2和S3施加给工作放大器42c的反相输入端和非反相输入端。在工作放大器42c的输出端，显现出对应于正输出和负输出之差的水平。此水平定义为孔穴元件输出。PWM输出和孔穴元件输出经过工作放大器42d的差分放大处理，并且结果获得活动线圈14d的驱动电压Viris。因此，驱动电压Viris由PWM信号的占空比以及孔穴元件14p的正输出水平、即F数定义。

当输入电压时，CPU 46处理图4～7所示的流程。首先，分别在步骤S1和S3启动信号处理块和编码块。在步骤S5，对驱动器42施加具有初始值PWM值(＝脉冲宽度)的PWM信号，从而将光圈装置14的F数设置为初始值。F数的初始值是在F数最小值Fmin上增加预定值a，这避免了图2中所示的销钉14h和14m与长孔穴14i的一端141i以及长孔穴14j的另一端141j相撞。

在步骤S7判断是否产生垂直同步信号。垂直同步信号在每帧的前部产生，并且如果在步骤S7为“是”，则在步骤S9指示TG18预曝光，并且在步骤S11进行曝光校正。在步骤S13判断快门按钮52是否被半下压，并且重复步骤S7～S11的过程直到判定为“是”。

在步骤S9，TG 18响应于预曝光指令对摄影装置16进行预曝光，并且从摄影装置16中读出由预曝光产生的相机信号。结果，在不压快门按钮52的同时整个图像显示在监视器34上。

图1中所示的亮度评估电路36集中根据在一帧内前帧的预曝光产生的Y信号，从而估算照明评估值。在步骤S11，以根据照明评估电路36输出的照明评估值获得最佳曝光量的方式调节F数。此时，曝光时间周期基本上是一个固定值。但是，当除非F数设定为最小值Fmin才获得最佳曝光量时，通过改变曝光时间周期将F数设置为最小值Fmin之外的值。因此，在显示整个图像的同时禁止设置最小值Fmin。

注意，只通过TG 18的电子快门功能控制在步骤S9的预曝光时间周期。即，在曝光开始计时时中止电荷清除脉冲的输出，并且在读出电荷耦合装置中积累的电荷之后再继续电荷清除脉冲的输出。

如果快门按钮52是半下压的，则在步骤S15执行聚焦控制。更具体的说，通过驱动器44逐渐向光轴方向移动聚焦透镜12，在每一步指令TG 18预曝光，并且从聚焦评估电路38取回基于预曝光的聚焦评估值。然后，根据取回的多个聚焦评估值探测焦点，从而将聚焦透镜12设置到焦点。

在步骤S17，从照明评估电路36取回照明评估值，从而计算定义最佳曝光量(＝最佳Fs值)的最佳F数以及基于照明评估值的最佳曝光周期。在步骤S19，判断算出的最佳值Fs是否满足Fmin小于(＜)FS小于(＜)Fth这一条件。Fth值是一个比最小值Fmin大预定值的值。当最佳Fs值不满足这一条件，则该过程直接进行到步骤S25。相反，当最佳值Fs满足该条件，则在步骤S21曝光时间周期根据方程(1)变化，并且在进行到步骤S25之前，在步骤S23，将最佳值Fs改变为最小值Fmin，即最小F值。注意，在步骤S23，只将最小值Fmin确定为最佳Fs值，并且在步骤S25之后的步骤中控制光圈装置14。

改变的曝光时间周期＝最佳曝光时间周期^*

(Fmin/Fs)²                          (1)

在步骤S25计算能够把F数设置为最佳值的PWM值(＝PWM)，并且在步骤S27判断PWM值的变化宽度b0和b1。根据方程(2)确定变化宽度b0和b1。

b0＝(初始值-PWMs)*(2/3)

b1＝(初始值-PWMs)*(1/3)             (2)

在步骤S29将具有“初始值+b0”的PWM值的PWM信号施加给驱动器42，在步骤S31等待预定的时间周期t0。在步骤S33，将具有“初始值+b1”的PWM值的PWM信号施加到驱动器42，并且在步骤S35等待预定的时间周期t1。在步骤S37，将具有PWM的PWM值的PWM信号施加给驱动器42，并且在步骤S39等待预定的时间周期t2。这样逐渐地将F数从初始值变到最佳值Fs。

F数设置结束后，在步骤S41判断快门按钮52是否被完全按下。如果“是”，则响应于垂直同步信号的产生，处理过程从步骤S43进行到步骤S45，从而指令TG 18进行初级曝光。另外，在步骤S47，以预定的计时启动光圈装置14作为一个机械快门。

根据步骤S17中算出的最佳曝光时间周期和步骤S21中改变的曝光时间周期确定初级曝光的起始时间和结束时间。另外，通过TG 18的电子快门功能控制初级曝光的开始，并且通过光圈装置14的机械快门功能控制初级曝光的结束。即，参见图12，TG18重复执行从执行初级曝光的一帧周期的前部清除电荷，并且在初级曝光起始时间停止电荷清除。这样开始积累电荷、即初级曝光。光圈装置14在初级曝光结束时间开始驱动光圈叶片14g和14h。初级曝光在光圈叶片14g和14h完全闭合时结束。

初级曝光完成之后，TG 18从摄影装置16中读出累积在电子耦合装置中的电荷，即照相信号。读出的照相信号在被转换成YUV信号之前通过CDS电路20、AGC电路22和A/D转换器24施加给信号处理电路26。转换的YUV信号并存储器控制电路28分成SDRAM 30。

在步骤S49，储存在SDRAM 30中的YUV信号得到记录处理。更具体的说，JPEG CODEC 40被指令执行压缩过程，由JPEGCODEC40产生的压缩的YUV信号被记录在存储卡48中。完成记录过程之后过程返回到步骤S5。

PWM值和F数之间的关系曲线示于图8。F数与PWM值的增大成比例地减小。但是，如果PWM达到预定值，则图2中所述的销钉14k接触到长孔穴14i的一端141i，销钉14m接触到长孔穴14j的另一端141j。此时，F数变为最小值Fmin，并且即使PWM值超过预定值，F数也保持最小值Fmin。

PWM输出和驱动电压Viris之间的关系示于图9。驱动电压Viris与PWM的增大成比例地增大而F数减小。但是，无论图2中所示的光圈OP敞开最大之后PWM值如何增大，孔穴元件14p的输出都保持恒定。这样迅速的增大了驱动电压Viris，增大了电耗。即，把F数设置为最小值Fmin比把F数设置为最小值Fmin以外的值要耗费更多的电源。在本实施例中，当输出整个图像时，禁止将F数设置为最小值，这样避免了电耗的增加。这使得可以延长电池58的寿命。

另外，如果迅速改变PWM值，则光圈叶片14g和14h大量移动。此时，孔穴元件14p的输出波形出现图10中所示的瞬态响应。在本实施例中，当把F数设置为最佳Fs值时，PWM值逐渐更新，使得孔穴元件14p的输出波形如图1所示地变化。这样限制了由于瞬态响应所致的不稳定运动，因而可以精确地设置F数。另外，在驱动光圈叶片14g和14h的运动线圈14d中有一种滞后特性，并且在本实施例中，当把F数设置为最佳值Fs时，光圈叶片14g和14h只移到一个方向。这使得无论滞后特性如何都可以适当地调节F数。

PWM值和启动光圈装置14作为机械快门所需的时间周期(光圈OP完全闭合所需的时间周期)之间的关系如图13所示。光圈OP与PWM值的增大成正比地敞开，并且因此，完全闭合光圈OP所需的时间周期与PWM值的增大近似正比地变长。注意，在最小值Fmin的X附近，所需的时间周期急剧变长。即，在最小值Fmin和预定值Fth之间出现所需时间的很大差异。即，在最小值的X附近，当所需的F数和实际设置的F数之间出现差异时，导致所需的时间周期中非常大的差异。

实际上，在设置最小值Fmin的情形中，尽管希望把最小值Fmin设置的稍大于最小值Fmin，但在所需的时间周期出现较大的差异。在本实施例中，当算出的F数的最佳值Fs属于Fmin(＜)小于Fs(＜)小于Fth时，最佳值Fs变为最小值Fmin。这使得可以精确地控制机械快门。

注意，当输出整个图像时，禁止把F数设置为最小值，以便限制耗电的增加。相反，当初级曝光时的最佳F数(＝Fs)包含在上述范围时，变为最小值Fmin的F数归因于这一事实，即把F数设置为初级曝光的最小值Fmin的时间周期非常短，耗电的增加不是一个主要问题，重要的是获得比限制耗电尽可能多的曝光量。

虽然以上对本发明做了详细的描述和举例，但应该清楚这只是出于举例说明的目的，不够成对本发明的限定，本发明的实质和范围只由所附的权利要求限定。

Claims (6)

1.一种摄像机，包括：

一个光圈叶片(14g，14h)，通过向垂直于光轴的方向移动而调节入射到图像传感器(16)中的光量；

一个限制组件(14k，14m)，用于限制上述光圈叶片的移动量，以便定义一个对应于最小F数的开口端；

一个最佳F数计算装置(S17)，用于计算一个最佳的F数，定义施加曝光调节指令时的最佳曝光量；

一个曝光时间周期设置装置(S21)，用于设置一个曝光时间周期，与上述最佳曝光量共同定义一个当上述最佳F数包含在所述的预定范围内时的预定F数；

一个光圈叶片移动装置(S23，S29，S33，S37)，当最佳F数包含在预定范围内时将上述光圈叶片向上述开口端移动；

一个截止装置(S47)，当曝光时间周期调节指令之后施加记录指令时，根据曝光时间周期，通过在一个时刻完全闭合上述光圈叶片而截止入射到上述图像传感器上的光；和

一个记录装置(S49)，在上述截止装置截止后记录从上述图像传感器输出的静态图像信号。

2.如权利要求1所述的摄像机，其特征在于上述截止装置包括一个传输装置(14a)，用于将电源传输给上述光圈叶片，并且在上述最小的F数附近存在一个上述预定的范围。

3.如权利要求2所述的摄像机，其特征在于，

上述光圈叶片有一个向移动方向延伸的孔穴(14i，14j)，和

上述限制元件有一个与上述孔穴衔接的突伸部分(14k，14m)。

4.一种摄像机，包括：

一个图像传感器(16)，用于产生对应于辐射到光接收面上的光学图像的图像信号；

一个光圈叶片(14g，14h)，通过向垂直于光轴的方向移动而调节入射到上述图像传感器中的光量；

一个计算装置(S17)，用于根据上述图像信号计算上述光圈叶片的最佳F数；和

一个改变装置(S29，S33，S37)，用于将上述光圈叶片的F数变为上述最佳F数，其特征在于，

上述改变装置只在朝向数字值减小的第一方向和数字值增大的第二方向中的一个方向逐渐改变上述F数。

5.如权利要求4所述的摄像机，还包括一个孔穴元件(14p)，产生对应于上述光圈叶片的F数的电压信号，其特征在于上述改变装置根据电压信号改变上述F数。

6.如权利要求4所述的摄像机，其特征在于，

当施加记录指令时，上述图像传感器输出静态图像信号，和

上述计算装置响应于上述记录指令之前的曝光调节指令计算上述最佳F数。

Images