DE102004040483B4

DE102004040483B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Schätzen einer Linsentemperatur

Info

Publication number: DE102004040483B4
Application number: DE102004040483A
Authority: DE
Inventors: Jason E. Windsor Yost
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2003-12-29
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2024-08-21
Also published as: DE102004040483A1; JP2005196173A; US6826361B1

Abstract

Verfahren zum Schätzen der Temperatur einer Linsenanordnung (150) einer Kamera (100), mit folgenden Schritten:
Erfassen einer Temperatur an einem Ort innerhalb des Körpers (110) der Kamera (100);
Überwachen des Auftretens und der Dauer von An-/Aus-Betriebszuständen wärmeerzeugender Elemente (116, 212, 214, 272, 282) der Kamera (100); und
Verwenden der Temperatur an dem Ort innerhalb des Körpers (110) der Kamera (100) und des überwachten Auftretens und der Dauer von An-/Aus-Betriebszuständen wärmeerzeugender Elemente (116, 212, 214, 272, 282) innerhalb des Kamerakörpers, um eine gegenwärtige Temperatur der Linsenanordnung (150), die mit der (100) Kamera gekoppelt ist, zu bestimmen.

Description

Linsenanordnungen, die in heutigen Kameras verwendet werden, beinhalten im Allgemeinen sowohl eine Autofokusfunktion als auch eine Zoomfunktion. Die Zoomfunktion wird durch eine Zoomlinse bereitgestellt, die im Allgemeinen durch einen Gleichstrom- (DC-) Motor gesteuert wird, der die Beziehung zwischen den Linsenkomponenten verändert, um eine Vergrößerung des Bilds zu ermöglichen. Die Fokus- bzw. Brennpunktfunktion wird durch eine Fokuslinse bereitgestellt, die im Allgemeinen durch einen Schrittgebermotor betätigt wird, der die relative Positionierung der Linsenanordnungskomponenten steuert, um den Gegenstand in einer Bildebene in den Brennpunkt zu rücken. Die beiden Funktionen Brennpunkt und Zoom sind dahingehend aufeinander bezogen, dass sich, wenn sich der Zoom verändert, der Brennpunkt ebenso im Allgemeinen auf eine proportionale Art und Weise verändert.
Im Allgemeinen sind die durch den Schrittgebermotor bereitgestellten Brennpunktstufen auf die Brennpunktentfernung bezogen, über die die Funktion der Linse entworfen ist. Bei einer Makrofotografieimplementierung z. B. kann die Linse einen Brennpunktbereich von z. B. 100–1000 Millimetern (mm) aufweisen. Dieser Brennpunktbereich entspricht im Allgemeinen einer Anzahl von Stufen, durch die der Brennpunktmotor eine Bewegung der Linse bewirkt, um einen Brennpunkt zu erzielen. Ein Brennpunktbereich von 100–1000 mm kann z. B. gleich Brennpunktstufen von 20–40 sein, wobei 0 das ist, was als die „Ausgangs"-Position der Linse bezeichnet wird.
In einer typischen Implementierung wird die Zoomfunktion durch einen Benutzer der Kamera betätigt, um im Allgemeinen den Gegenstand des zu erfassenden Bildes einzurahmen. Sobald die Zoomfunktion abgeschlossen ist, wird die Brenn punktfunktion z. B. durch ein Teildrücken eines Verschlussbetätigungsknopfs an der Kamera betätigt.
Ein häufiger Brennpunktmodus besteht darin, die Brennpunktlinse in eine feste Position zu bewegen, in der Gegenstände, die weit entfernt sind, was als eine „unendliche" Entfernung bezeichnet wird, im Brennpunkt sind. Dieser Modus ermöglicht es Benutzern, ein Bild eines entfernten Gegenstandes zu erfassen, ohne einen Brennpunktvorgang durchzugehen. Die exakte Position des Brennpunktmotors für diesen Modus kann zum Zeitpunkt der Herstellung der Kamera kalibriert werden.
Weitere Kalibrierungen werden ebenso durchgeführt, wenn die Kamera hergestellt wird. Eine Beziehung zwischen einem Brennpunktsuchbereich (d. h. der Anzahl von Stufen zur Bewegung eines Brennpunktmechanismus), um einen geeigneten Brennpunkt der Linse über einen Brennpunktbereich (d. h. 100–1000 mm, wie oben beschrieben) sicher zu stellen, wird im Allgemeinen während des Herstellungsverfahrens eingestellt. Während des Betriebs jedoch ist die Kamera Betriebstemperaturen unterworfen, die von der Temperatur, bei der die Kamera und ihr Brennpunktmechanismus kalibriert wurden, wesentlich variieren können. Wenn sich die Temperaturen der Kamera und der Linse verändern, verändert sich auch die Beziehung unter den Komponenten, die die Linse aufweist. Folglich bewirken, wenn ein Brennpunktmechanismus einzig auf kalibrierten Beziehungen beruht, um die Linse zu fokussieren, Betriebstemperaturen, die von der Temperatur der Linse während der Kalibrierung variieren, dass die kalibrierte Position ungenau ist. Als ein Ergebnis sind erfasste Bilder außerhalb des Brennpunkts.
Um temperaturbezogene Brennpunktfehler zu berücksichtigen, wenden Kameraentwerfer im Allgemeinen einen liberalen Suchbereich an, durch den der Brennpunktmotor Komponenten der Linse einstellt, um sicher zu stellen, dass ein Gegenstand von Interesse in einem bestimmten Brennpunktbereich ord nungsgemäß fokussiert werden kann. Folglich führt dies zu dem Bedarf, den Bereich von Stufen zu erweitern, durch die der Linsenmotor schreiten muss, um einen annehmbaren Brennpunkt für einen bestimmten Brennpunktbereich zu erzielen. Leider erhöht ein Erweitern des Bereichs von Stufen, durch die der Brennpunktmotor die Linse einstellen muss, die Zeit, die benötigt wird, um ein annehmbar fokussiertes Bild des Gegenstands von Interesse zu erzielen, wodurch die Menge an Zeit, die zur Erfassung eines Bilds erforderlich ist, erhöht wird. Diese Verzögerung beim Erzielen eines fokussierten Bildes ist für einen Benutzer der Kamera lästig.

Die US 6,268,885 B1 beschreibt eine optische Vorrichtung mit einem optischen Abbildungssystem mit einer beweglichen Linse, welche einen Linsentreibermechanismus aufweist, um die bewegliche Linse zu bewegen. Ferner ist eine Brennpunkteinstellvorrichtung zur automatischen Einstellung einer Abbildungsposition durch Bewegen der beweglichen Linse oder eines anderen optischen Elements basierend auf einer Erfassung eines Brennpunkts vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Einheit zum Erfassen einer Temperaturänderung oder einer Feuchtigkeitsänderung. Ferner ist ein Steuerelement vorgesehen, das abhängig von der erfassten Temperatur- oder Feuchtigkeitsänderung nach der Beendigung des Betriebs der Brennpunkteinstelleinrichtung die bewegliche Linse für eine Korrektur bewegt.

Die US 4,650,309 A beschreibt ein Brennpunkterfassungselement für eine Kamera, wobei ein Abstand zwischen einem Paar von Abbildungslinsen vorgesehen ist, und eine Temperaturänderung erfasst wird. Ein sich aufgrund der Temperaturänderung ergebender Fehler, der sich durch eine Abweichung des Brennpunkts auszeichnet, wird durch Erfassung der Umgebungstemperatur und durch Kompensation der Daten basierend auf einer Ausdehnung bzw. einem Zusammenziehen des Kunststoffmaterials abhängig von der Temperatur kompensiert.

Die DE 693 28 440 T2 beschreibt eine Infrarotkamera mit thermoelektrischer Temperaturstabilisierung, wobei ein Temperaturstabilisierer vorgesehen ist, um ein Brennebenen-Feld konstant auf einer ausgewählten Temperatur zu erhalten.

Die EP 0 694 799 A2 beschreibt eine optische Vorrichtung mit einem Abbildungssystem, das eine bewegliche Linse zum Einstellen einer Abbildungsposition umfasst. Ein Linsentreiber ist vorgesehen, um die bewegliche Linse entlang einer optischen Achse zu bewegen. Ferner ist ein Temperatursensor vorgesehen, um eine Temperatur zu erfassen, wobei eine Steuerung vorgesehen ist, um den Linsentreiber entsprechend der erfassten Temperatur zu steuern.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglichen, die Zeitdauer zu reduzieren, die bis zum Erreichen eines Brennpunkts mit einer Linse, die mit einer Kamera gekoppelt ist, bzw. bis zum Positionieren einer Linse, so dass entfernte Gegenstände ohne zusätzliche Einstellung im Brennpunkt sind, benötigt wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 11 gelöst.

Systeme und Verfahren zum Schätzen einer Linsentemperatur in einer Kamera wurden erfunden und sind offenbart. Bei einem Ausführungsbeispiel weist ein Verfahren zum Schätzen der Temperatur einer Kameralinse die Schritte eines Erfassens einer Temperatur an einem Ort innerhalb des Körpers einer Kamera, eines Überwachens des Auftretens und der Dauer von An-/Aus-Betriebszuständen wärmeerzeugender Elemente der Kamera und eines Verwendens der Temperatur an einem Ort innerhalb des Körpers der Kamera und des überwachten Auftretens und der Dauer von An-/Aus-Betriebszuständen wärmeerzeugender Elemente innerhalb des Kamerakörpers, um eine gegenwärtige Temperatur einer Linsenanordnung zu bestimmen, die mit der Kamera gekoppelt ist, auf.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei die Komponenten in den Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander sind, wobei statt dessen eine klare Darstellung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung hervorgehoben wird. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht, die eine Kamera darstellt;
2 ein Funktionsblockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel der Kamera aus 1 darstellt;
3 ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Modellieren der Wärmeübertragungswirkungen über die Zeit auf die Linsenanordnung der Kamera aus 1 und 2 darstellt;
4 ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Bestimmen einer gegenwärtigen Temperatur einer Linsenanordnung, die mit der Kamera aus 1 und 2 gekoppelt ist, darstellt;
5 ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Korrigieren eines temperaturinduzierten Brennpunktfehlers gemäß einer gegenwärtigen Temperatur der Linsenanordnung darstellt;
6 ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Bestimmen eines geeigneten Brennpunktbereichs zur Anwendung auf den Brenn punktmechanismus, wenn ein wärmeerzeugendes Element die Linsenanordnung erwärmt, darstellt;
7 ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Bestimmen eines geeigneten Brennpunktbereichs zur Anwendung auf den Brennpunktmechanismus, wenn die Kamera verwendet wird, um ein Bild zu erfassen, nach einem Abschalten oder einem Leistungssparmodus darstellt; und
8A und 8B Darstellungen, die empirische Probeergebnisse einer Temperatur, wie sie innerhalb des Körpers einer Kamera erfasst und für eine Linsenanordnung, die mit dem Kamerakörper gekoppelt ist, geschätzt wird, gegenüber einer Zeit darstellen.
Während die folgende Beschreibung unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel erfolgt, das einer Digitalkamera ähnelt, können die vorliegenden Systeme und Verfahren in Filmkameras angewendet werden, die interne wärmeerzeugende Elemente und eine Linsenanordnung umfassen. Die Systeme und Verfahren zum Schätzen einer Linsentemperatur können unter Verwendung von Kombinationen aus Hardware, Software oder Firmware implementiert sein. In dem einen oder den mehreren dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Systeme und Verfahren zum Schätzen der Linsentemperatur unter Verwendung einer Kombination aus Hardware und Software implementiert, die in einem internen Speicher gespeichert ist und durch ein geeignetes Instruktionsausführungssystem ausgeführt wird, das in einer anwendungsspezifischen integrieren Schaltung (ASIC) vorgesehen ist.
Hardwarekomponenten des Systems zum Schätzen einer Linsentemperatur können mit einer oder einer Kombination der folgenden Technologien implementiert sein, die alle in der Technik bekannt sind: einer oder mehreren diskreten Logikschaltungen, die Logikgatter aufweisen, zum Implementieren von Logikfunktionen auf Datensignale hin, einer anwendungs spezifischen integrierten Schaltung (ASIC), die geeignete Kombinationslogikgatter aufweist (wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel beschrieben ist), einem oder mehreren programmierbaren Gatearrays (PGA), einem frei programmierbaren Gatearray (FPGA), usw.
Software- oder Firmware-Komponenten der Systeme zum Schätzen einer Linsentemperatur können in einem oder mehreren Speicherelementen gespeichert sein und durch einen geeigneten Universal- oder anwendungsspezifischen Prozessor ausgeführt werden. Software oder Firmware zum Schätzen der Linsentemperatur, die eine geordnete Auflistung ausführbarer Instruktionen und Daten zum Implementieren von Logikfunktionen aufweist, kann in jedem computerlesbaren Medium zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem Instruktionsausführungssystem, einer -vorrichtung oder einem -gerät, wie z. B. einer geeignet konfigurierten einen Prozessor enthaltenden Kamera oder einem weiteren System, das die Instruktionen von dem Instruktionsausführungssystem abholen und die Instruktionen ausführen kann, ausgeführt sein. Während dargestellte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Systeme und Verfahren keinen Betrieb mit einem Computer umfassen, werden Fachleute auf diesem Gebiet verstehen, dass Software- oder Firmwarekomponenten der Systeme zum Schätzen einer Linsentemperatur auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sein und später von demselben gelesen werden können. In dem Zusammenhang dieses Dokuments kann ein „computerlesbares Medium" jede Einrichtung sein, die das Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit dem Instruktionsausführungssystem enthalten, speichern, kommunizieren, weiterleiten oder transportieren kann.
Die Temperatur einer Linsenanordnung wird unter Verwendung eines mathematischen Modells des Körpers einer Kamera und der Linsenanordnung geschätzt. In dem Modell sind Kameraelektronikelemente Wärmequellen und die Linsenanordnung und die Umgebung um die Kamera sind Wärmesenken. Ein Teil der durch die Kameraelektronik erzeugten Wärme erwärmt die Lin senanordnung relativ zu der Umgebungslufttemperatur. Wenn die Kamera in einem Leistungssparmodus oder aus ist, verliert die Linsenanordnung Wärme und ihre Temperatur nähert sich der Umgebungslufttemperatur an.
Einer oder mehrere Temperatursensoren befinden sich innerhalb des Körpers der Kamera, um die Temperatur der einen oder der mehreren Wärmequellen innerhalb der Kamera zu messen. Ein Bildsensor, eine Anzeige, Linsenmotortreiber und ein Hauptprozessor sind Wärmequellen. Weitere Wärmequellen können abhängig von spezifischen Implementierungen und Merkmalen der Kameraelektronik vorhanden sein. Innerhalb der Kamera erzeugte Wärme ist eine direkte Funktion der arbeitenden Wärmequellen und der Dauer eines Betriebs. Wärmewirkungen von jeder Wärmequelle können empirisch bestimmt oder berechnet werden. Die Wärmewirkungen werden verwendet, um eine geeignete Kamerazeitkonstante zu bestimmen. Eine jeweilige Kamerazeitkonstante kann für jede Kombination von Betriebszuständen wärmeerzeugender Elemente innerhalb der Kamera bestimmt werden. Wärmeübertragungseigenschaften, die bewirken, dass sich die Linsenanordnung in Bezug auf eine Umgebungstemperatur erwärmt, wenn Kamerawärmequellen eingeschaltet werden, und zu der Umgebungstemperatur zurückkehrt, nachdem die Wärmequellen ausgeschaltet wurden, werden verwendet, um eine Linsenanordnungszeitkonstante zu bestimmen.
Wärmewirkungen auf den Brennpunktmechanismus einer Linsenanordnung können über den erwarteten Wärmebetriebsbereich der Linsenanordnung bestimmt werden. Die Wärmewirkungen auf den Brennpunktmechanismus werden verwendet, um einen Brennpunktfehler als eine Funktion der Linsenanordnungstemperatur zu bestimmen. Ein Fehlerkorrekturgenerator innerhalb der Kamera erzeugt ein Fehlerkorrektursignal. Das Fehlerkorrektursignal wird an eine Brennpunktsteuerung angelegt, um sicher zu stellen, dass eine geeignete Anzahl von Stufen durch ein Brennpunkterhaltungssystem angewendet wird, um zu gewährleisten, dass die Kamera Gegenstände von Interesse über den erwarteten Wärmebetriebsbereich der Linsenanordnung angemessen fokussiert. Das Fehlerkorrektursignal entspricht der Größe des temperaturinduzierten Brennpunktfehlers.
Ein interner Taktgeber und eine Logik, die sich innerhalb eines internen Speichers befindet oder anderweitig in der Kameraelektronik gespeichert ist, werden verwendet, um zu bestimmen, wie lang die Kamera in einem Wärme- oder einem Kühlmodus gearbeitet hat. Wenn eine Wärmequelle eingeschaltet wird, ausgeschaltet wird oder in einen Leistungssparmodus befohlen wird, wird die Linsentemperatur unter Verwendung eines Wärmeübertragungsmodells geschätzt.
Ein Verfahren zum Modellieren der Wirkungen eines Erwärmens und Kühlens auf die Linsenanordnung verwendet die Kamera- und die Linsenanordnungszeitkonstante, um sich der Rate einer Temperaturveränderung in der Linsenanordnung anzunähern. Der interne Taktgeber und eine verwandte Logik liefern Zeitstempel für Erwärmungs- und Kühlzustände. Während wärmeinduzierender Zustände werden die Zeitkonstanten verwendet, um eine Temperatur zu bestimmen, die nahe an den wärmeerzeugenden Quellen erreicht würde, blieben die Kamera- und Umgebungsbedingungen (d. h. Temperatur der Umgebungsluft, externe Wärmequellen, usw.) unverändert. Einer oder mehrere Temperatursensoren nahe an den Wärmequellen liefern die tatsächliche Temperatur an einem Ort in dem Körper der Kamera. Während Kühlzuständen werden die Zeitkonstanten verwendet, um die Rate einer Temperaturveränderung in dem Kamerakörper und der Linsenanordnung zu schätzen.
Bezug nehmend auf die Zeichnungen ist 1 eine perspektivische Ansicht, die eine Kamera 100 darstellt. 1 stellt sowohl eine nach hinten zeigende (d. h. die linke) und eine nach vorne zeigende (d. h. die rechte) perspektivische Ansicht der Kamera 100 dar. Wie in der nach hinten zeigenden Ansicht dargestellt ist, umfasst die Kamera 100 einen Körper 110. Der Körper 110 liefert eine Umhüllung, um die Kameraelektronik (nicht gezeigt) und eine Trägerstruktur für Operator-Kamera-Schnittstellen zu häusen. Operator-Kamera-Schnittstellen umfassen einen Verschlussmechanismus 112, ein Sichtfenster 114, eine Anzeige 116 und eine Positionssteuerung 120, die einen Auf-Schalter, einen Ab-Schalter, einen Links-Schalter und einen Rechts-Schalter umfasst, um eine jeweilige Auf-, Ab-, Links- bzw. Rechts-Operation eines Indikators, der auf der Anzeige 116 präsentiert wird, zu bewirken.
Der Verschlussmechanismus 112 leitet einen oder mehrere Vorgänge ein, während derer eine Linsenanordnung 150 in Zusammenarbeit mit der Kameraelektronik, einen Gegenstand von Interesse fokussiert und das Bild auf einem Bildsensor oder einem Film innerhalb des Körpers 110 belichtet, um ein Bild des Gegenstands von Interesse zu erfassen. Das Sichtfenster 114 ermöglicht es einem Bediener der Kamera 100, den Gegenstand von Interesse zu beobachten und die Kamera 100 wie erwünscht zu positionieren, um ein Bild zu erfassen.
Die Anzeige 116 liefert Informationen gemäß verschiedenen Betriebsmodi. In einem Konfigurationsmodus z. B. kann die Anzeige 116 verschiedene Menüs und durch einen Bediener auswählbare Optionen bereitstellen, die verschiedenen Einstellungen der Kamera 100 zugeordnet sind, die Konfigurationsmenüs umfassen können, sowie in einem Bilderfassungsmodus eine Rückkopplung in Bezug auf Gegenstände innerhalb der Sicht der Linsenanordnung 150. Eine Lichtquelle 118 liefert eine kurze Quelle von Licht über die Umgebung nahe an der Vorderseite der Kamera 100, wenn dies durch die Kameraelektronik als erforderlich bestimmt wird oder durch einen Bediener der Kamera 100 angewiesen wird, um einen Gegenstand von Interesse in einem dunklen Raum oder bei Nacht angemessen zu belichten.
Die Linsenanordnung 150 ist mit dem Körper 110 gekoppelt. Die Linsenanordnung 150 kann zur Zeit der Herstellung dau erhaft mit dem Körper 110 gekoppelt werden oder kann durch einen Bediener austauschbar sein.
2 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel der Kamera 100 aus 1 darstellt. Die Kamera 100, wie zuvor in 1 dargestellt wurde, weist einen Körper 110 und eine Linsenanordnung 150 auf.
Die Linsenanordnung 150 umfasst einen Brennpunktmechanismus 252 und einen Zoommechanismus 254. Der Zoommechanismus 254 weist mechanische und optische Komponenten auf, die Licht von einem Gegenstand von Interesse in einem Bereich von Entfernungen von der Kamera 100 derart richten, dass die Größe des Gegenstands von Interesse kontinuierlich variiert werden kann.
Wie zuvor beschrieben wurde, variieren die mechanischen und optischen Komponenten der Linsenanordnung 150 auch im Betrieb sowie bei einer relativen Positionierung bei Veränderungen der Temperatur. Der Brennpunktmechanismus 252 umfasst mechanische Komponenten, die die relative Position optischer Komponenten innerhalb der Linsenanordnung 150 einstellen, um zu gewährleisten, dass ein Gegenstand von Interesse für eine bestimmte Zoomposition und Linsenanordnungstemperatur fokussiert ist.
Der Körper 110 häust Kameraelektronik und Linsenanordnungsschnittstellen zu der Elektronik. Wie in 2 dargestellt ist, häust der Körper 110 eine ASIC 212, einen internen Speicher 240, eine analoge Eingangsvorrichtung (AFE) 211, einen Bildsensor 214, eine Brennpunktsteuerung 270, einen Stufenmotor/Treiber 272, eine Zoomsteuerung 280, mit direkt gekoppeltem (DC-) Motor/Treiber 282, einen Taktgeber 220 und eine externe Speicherschnittstelle 232. Der Bildsensor 214 ist mit der AFE 211 über eine Verbindung 218 gekoppelt. Die ASIC 212 empfängt Bilddaten von der AFE 211 über eine Verbindung 221. Die ASIC 212 ist mit dem Taktgeber 220 über eine Verbindung 225 gekoppelt. Die ASIC 212 kommuniziert mit dem internen Speicher 240 über eine Verbindung 243. Die ASIC 212 ist mit der Brennpunktsteuerung 270 über einen Verbinder 275 gekoppelt. Die ASIC 212 ist ferner mit der Zoomsteuerung 280 über einen Verbinder 285 gekoppelt. Die ASIC 212 liefert ferner Bildinformationen über einen Verbinder 233 an die externe Speicherschnittstelle 232.
Der Bildsensor 214 kann ein Ladungskopplungsbauelement-(CCD-)Array oder ein Array von Komplementär-Metalloxid-Halbleiter-(CMOS-)Sensoren aufweisen. Unabhängig davon, ob der Bildsensor 214 ein Array einzelner CCD-Elemente oder CMOS-Sensoren aufweist, weist jedes der Elemente in dem Array ein Pixel (Bildelement) des Bildsensors 214 auf. Die einzelnen Pixel des Bildsensors 214 sind üblicherweise in einem zweidimensionalen Array angeordnet. Ein Array kann z. B. eine Länge von 2272 Pixeln und eine Höhe von 1712 Pixeln aufweisen.
Der Bildsensor 214 erfasst ein Bild eines Gegenstands von Interesse durch ein Umwandeln von Licht 155 (durch die gestrichelte Linie in 2 dargestellt), das auf den Bildsensor 214 einfällt, in elektrische Signale bei jedem Pixel. Die elektrischen Signale werden über die Verbindung 218 an die AFE 211 weitergeleitet. Die AFE 211 umfasst üblicherweise einen Analog-Digital-Wandler zum Umwandeln des von dem Bildsensor 214 empfangenen analogen Signals in ein digitales Signal und liefert dieses digitale Signal, das die Bilddaten enthält, über die Verbindung 221 an die ASIC 212 zur Bildverarbeitung.
Der Körper 110 umfasst ferner Bedienerschnittstellen, wie z. B. die Bildanzeige 116, die Anzeigesteuerung 226 und die Benutzerschnittstelle 260. Die ASIC 212 liefert Bildinformationen über eine Verbindung 223 an die Anzeigesteuerung 226, die die Bildinformationen verarbeitet und über einen Verbinder 227 an die Anzeige 116 weiterleitet. Die ASIC 212 kommuniziert mit der Benutzerschnittstelle 260 über eine Verbindung 265. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Be nutzerschnittstelle 260 den Verschlussmechanismus 112 und die Positionssteuerung 120. Bei alternativen Ausführungsbeispielen (nicht gezeigt) kann die Benutzerschnittstelle 260 zusätzliche Druckknöpfe, Schalter oder dergleichen umfassen, die es einem Bediener der Kamera 100 ermöglichen, verschiedene Befehle einzugeben.
Die ASIC 212 sendet außerdem Anzeigedaten über die Verbindung 223 an die Anzeigesteuerung 226. Die Anzeigesteuerung 226 kann z. B. abhängig von der Anwendung ein Codierer des amerikanischen nationalen Fernsehsystemkomitees (NTSC) oder ein Zeilenweise-Phasenumkehr- (PAL-) Codierer sein, wobei andere Standards zum Anzeigen der Anzeigedaten verwendet werden können. Die Anzeigesteuerung 226 wandelt die Anzeigedaten von der ASIC 212 in ein Signal um, das über die Verbindung 227 an die Bildanzeige 116 weitergeleitet werden kann. Die Bildanzeige 116, die z. B. eine Flüssigkristallanzeige (LCD) oder eine weitere Anzeige sein kann, zeigt einem Bediener der Kamera 100 das erfasste Bild an. In alternativen Modi werden der Bildanzeige 116 Kamerakonfigurationsinformationen, Konfigurationsmenüs und weitere Informationen geliefert.
Die ASIC 212 kommuniziert außerdem über die Verbindung 233 mit der externen Speicherschnittstelle 232. Die externe Speicherschnittstelle 232 kann Bildinformationen auf einer externen Speichervorrichtung 235 speichern und wiedergewinnen. Die externe Speichervorrichtung 235 liefert einen Mechanismus zum Übertragen digitaler Darstellungen erfasster Bilder von der Kamera 100. Alternative Ausführungsbeispiele der Kamera 100 (nicht gezeigt) können eines oder mehrere Tore umfassen, die geeignet für direkte Verbindungen zu Kabeln und Andockstationen sind, die kommunikativ mit einer Bilddatenverarbeitungsvorrichtung gekoppelt sind.
Der Körper 110 umfasst ferner eine Mehrzahl von Temperatursensoren 216, 219, 229, 274, 284, die jeweils nahe an einem wärmeerzeugenden Element angeordnet sind. Der Temperatur sensor 216 befindet sich z. B. nahe an dem Bildsensor 214, der Temperatursensor 219 befindet sich nahe an der ASIC 212 und der Temperatursensor 229 befindet sich nahe an der Bildanzeige 116. Der Temperatursensor 274 befindet sich nahe an Brennpunktteilsystemkomponenten innerhalb des Körpers 110. Der Temperatursensor 284 befindet sich nahe an Zoomteilsystemkomponenten innerhalb des Körpers 110, Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann ein einzelner Temperatursensor, der innerhalb des Körpers 110 angeordnet ist, verwendet werden, um eine Innentemperatur der Kamera 100 zu bestimmen. Unabhängig von dem bestimmten Ausführungsbeispiel kann jeder der Temperatursensoren 216, 219, 229, 274 und 284 eine Diode, ein Transistor, ein Thermistor oder eine weitere Vorrichtung sein, die eine oder mehrere elektrische Eigenschaften aufweist, die als eine Funktion ihrer Temperatur variieren. Folglich liefert jeder der Temperatursensoren 216, 219, 229, 274, 284 ein Signal, das innerhalb der ASIC 212 in eine Darstellung einer lokalen Temperatur innerhalb des Körpers 110 umgewandelt werden kann.
Brennpunktteilsystemkomponenten innerhalb des Körpers 110 umfassen die Brennpunktsteuerung 270 und den Stufenmotor/Treiber 272. Zoomteilsystemkomponenten innerhalb des Körpers 110 umfassen die Zoomsteuerung 280 und den DC-Motor/Treiber 282. Brennpunktteilsystemkomponenten empfangen Bildinformationen ansprechend auf auf den Bildsensor 214 einfallendes Licht. Wie in dem Ausführungsbeispiel aus 2 dargestellt ist, ist die Brennpunktsteuerung 270 über eine Verbindung 271 mit dem Bildsensor 214 gekoppelt. Die Brennpunktsteuerung 270 liefert ein Steuersignal über eine Verbindung 273 an den Stufenmotor/Treiber 272, der mechanisch über eine Verbindung 153 mit dem Brennpunktmechanismus 252 gekoppelt ist.
Ähnlich empfangen Zoom-Teilsystemkomponenten Bildinformationen ansprechend auf den Bildsensor 214 einfallendes Licht. Die Zoomsteuerung 280 ist mit dem Bildsensor 214 über eine Verbindung 281 gekoppelt. Die Zoomsteuerung liefert ein Steuersignal über eine Verbindung 283 an den DC-Motor/Treiber 282, der mechanisch über eine Verbindung 255 mit dem Zoommechanismus 254 gekoppelt ist.
Die ASIC 212 steuert und koordiniert verschiedene Funktionen der Kamera 100. Zusätzlich zu einem Empfangen von Bildinformationen von der AFE 211, einem Bereitstellen von Bildinformationen und Menüinformationen über die Anzeigesteuerung 226 und die Bildanzeige 116, einem Speichern von Bildinformationen über die externe Speicherschnittstelle 232, einem Empfangen von Bedienereingaben über die Benutzerschnittstelle 260 und einem Koordinieren der Aktivitäten des Brennpunkt- und des Zoomteilsystems verarbeitet die ASIC 212 ausführbare Instruktionen, die in Firmware (nicht gezeigt) innerhalb der ASIC 212 oder innerhalb einer Software bereitgestellt sind, die in dem internen Speicher 240 vorgesehen ist, oder führt dieselben anderweitig aus.
Wie in 2 dargestellt ist, weist der interne Speicher 240 ein Wärmeübertragungsmodell 245, eine Linsenanordnungskalibrierungstemperatur 242 und einen Temperaturversatz 244 auf. Das Wärmeübertragungsmodell 245 liefert eine mathematische Simulation der Wärmewirkungen der wärmeerzeugenden Elemente innerhalb des Körpers 110 auf die Linsenanordnung 150. Wenn z. B. die Linsenanordnung 150 durch Elektronikkomponenten innerhalb des Körpers 110 erzeugte Wärme absorbiert, wie z. B. die ASIC 212, den Bildsensor 214, die Bildanzeige 116 oder weitere wärmeerzeugende Quellen in der Kamera 100, verändert sich die relative Position von Komponenten innerhalb der Linsenanordnung 150 im Verhältnis zu der Temperaturveränderung in der Linsenanordnung 150. Die Menge in der Kamera 100 erzeugter Wärme ist auf die Anzahl wärmeerzeugender Quellen und die Dauer einer Zeit bezogen, die diese Wärmequellen in Betrieb sind. Der Betriebszustand jeder der wärmeerzeugenden Quellen wird durch die ASIC 212 überwacht, die auch die Menge einer Zeit (unter Verwendung des Taktgebers 220) überwacht, die die Wärmequellen in Betrieb sind, oder die Menge einer Zeit, seit die Wärmequel len in einen Leistungssparmodus eingetreten sind oder abgeschaltet wurden.
Das Wärmeübertragungsmodell 245 weist ferner Gleichungen 247, einen Koeffizienten 249 und Zeitkonstanten 251 auf. Die Linsenanordnungskalibrierungstemperatur 242 ist eine Temperatur, die zu der Zeit aufgezeichnet wurde, zu der die Kombination der Brennpunktteilsystemkomponenten innerhalb des Körpers 110, der Verbindung 153 und des Brennpunktmechanismus 252 während der Herstellung der Kamera 100 kalibriert wurde. Der Temperaturversatz 244 ist eine Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und einer Temperatur, der sich die Linsenanordnung 150 annähert, wenn der vorliegende An-/Aus-Zustand der wärmeerzeugenden Elemente für eine ausreichend lange Zeit konstant bleibt.
Wie unten detaillierter beschrieben ist, schätzt die ASIC 212 unter Verwendung von Informationen von dem Taktgeber 220, einer An-/Aus-Zustandsüberwachungsvorrichtung 230, des Wärmeübertragungsmodells 245, einer oder mehrerer erfasster Temperaturen, der Linsenanordnungskalibrierungstemperatur 242 und des Temperaturversatzes 244 eine Linsenanordnungstemperatur. Der Taktgeber 220 verfolgt die Zeit genau. Die ASIC 212 weist jeder Zustandsveränderung wärmeerzeugender Elemente (z. B. des Bildsensors 214, der ASIC 212, der Brennpunkt- und Zoomteilsystemelemente innerhalb des Körpers 110 und der Bildanzeige 116) einen genauen Zeitstempel zu. An-/Aus- oder Leistungssparmodus-Betriebszustandsveränderungen werden durch die An-/Aus-Zustandsüberwachungsvorrichtung 230 aufgezeichnet. Die An-/Aus-Zustandsüberwachungsvorrichtung 230 zeichnet einen Zustandsidentifizierer und einen Elementidentifizierer auf. Die ASIC 212 wählt eine geeignete Zeitkonstante aus, wie sie in dem internen Speicher 240 für die Kombination wärmeerzeugender Elemente und ihrer jeweiligen Betriebszustände gespeichert ist. Die ASIC 212 wendet die geeignete Zeitkonstante auf die Gleichungen 247 an, um eine gegenwärtige Temperatur der Linsenanordnung 150 zu schätzen.
Das Wärmeübertragungsmodell 245 zum Simulieren des Erwärmens und Abkühlens der Linsenanordnung 150 verwendet Zeitkonstanten erster Ordnung, um sich der Rate einer Veränderung der Linsenanordnungstemperatur anzunähern. Eine separate Kamerazeitkonstante wird für jede Kombination wärmeerzeugender Elemente und Betriebszustände von Wärmequellen innerhalb der Kamera 100 bestimmt. Während des Erwärmens wird eine Zeitkonstante verwendet, um die letztendliche Temperatur zu bestimmen, die in der Umgebung der Wärmequellen erreicht würde, blieben die Digitalkamera 100 und die Umgebung um die Kamera 100 unverändert. Ein Temperatursensor (z. B. Temperatursensor 216) oder eine Kombination von Temperatursensoren liefert Informationen in Bezug auf die tatsächliche Temperatur innerhalb des Körpers 110. Der Taktgeber 220 und die An-/Aus-Zustandsüberwachungsvorrichtung 230 liefern Informationen in Bezug auf Betriebszustände wärmeerzeugender Elemente und die Dauer seit der letzten Veränderung.
Die folgenden Variablen und Konstanten werden über die Gleichungen 247, die einen Abschnitt des Wärmeübertragungsmodells 245 bilden, verwendet. S_OFF ist eine aufgezeichnete Temperatur innerhalb des Körpers 110 zu einer Zeit, zu der die Kamera 100 abgeschaltet wird oder in einen Leistungssparmodus eintritt. S_ON ist eine aufgezeichnete Temperatur innerhalb des Körpers 110 zu einer Zeit, zu der die Kamera 100 eingeschaltet wird oder in einen Leistungsverbrauchsmodus eintritt. S_SHUTTER ist eine aufgezeichnete Temperatur innerhalb des Körpers 110 zu einer Zeit, zu der der Verschluss 112 durch einen Bediener der Kamera 100 aktiviert wird. L_OFF ist eine geschätzte Temperatur der Linsenanordnung 150 zu einer Zeit, zu der die Kamera 100 ausgeschaltet wird oder in einen Leistungssparmodus eintritt. L_ON ist eine geschätzte Temperatur der Linsenanordnung 150 zu einer Zeit, zu der die Kamera 100 eingeschaltet wird oder in einen Leistungsverbrauchsmodus eintritt. T_OFFSET ist eine Konstante, die die Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Temperatur innerhalb des Körpers 110 darstellt, wenn die Kamera 100 vollständig aufgewärmt ist. HPC ist eine Konstante, die die Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Linsenanordnungstemperatur darstellt, wenn die Kamera vollständig aufgewärmt ist, geteilt durch T_OFFSET. FC ist eine Konstante, die das Ausmaß einer Brennpunktteilsystembewegung (d. h. Stufen) darstellt, die zum Ausgleich einer Veränderung um 1 Grad bei der Linsenanordnungstemperatur von der Temperatur der Linsenanordnung, als das Brennpunktteilsystem kalibriert wurde, erforderlich ist. LTC ist eine Linsenanordnungszeitkonstante. Die LTC kann empirisch durch ein Messen der Temperatur einer repräsentativen Linsenanordnung oder der Linsenanordnung von Interesse über die Zeit, während die Umgebungstemperatur konstant gehalten wird, bestimmt werden. Die LTC kann durch andere Wärmeübertragungsmodelle oder -simulationen berechnet werden. CTC ist eine Kamerazeitkonstante. Die CTC kann empirisch durch ein Messen der Temperatur des Kamerakörpers 110 über die Zeit, während ein bekannter Betriebszustand der wärmeerzeugenden Elemente innerhalb des Körpers 110 beibehalten wird und die Umgebungstemperatur konstant gehalten wird, bestimmt werden. Eine CTC für jede Kombination von Betriebszuständen wärmeerzeugender Elemente kann für den Kamerakörper 110 unter Verwendung weiterer Wärmeübertragungsmodelle oder -simulationen berechnet werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragungsmodells 245 speichert die ASIC 212 jedes Mal, wenn die Kamera 100 abgeschaltet wird, eine erste Zeit T₁ und zeichnet die interne Temperatur der Kamera 100, S_OFF auf. Danach speichert die ASIC 212, wenn ein Bediener der Kamera 100 die Kamera einschaltet, eine zweite Zeit T₂ und zeichnet die interne Temperatur der Kamera 100, S_START auf. Wenn mehr als ein Temperatursensor innerhalb des Körpers 110 verfügbar ist, können S_OFF und S_START eine mathematische Kombination einer Mehrzahl von Temperatursensoren sein (z. B. ein Durchschnitt, ein gewichteter Durchschnitt, usw.). Die Um gebungstemperatur (T_AMBIENT) zur Zeit T₂ wird unter Verwendung der folgenden Gleichung geschätzt:
Die Linsentemperatur L_START wird unter Verwendung der folgenden Gleichung geschätzt:
Zu einer Zeit T₃ drückt ein Bediener der Verschluss 112. Die Kamera 100 spricht durch ein Berechnen der Temperatur S_TFINAL an, die der oder die inneren Temperatursensoren erreichen würden, wenn die Kamera 100 unendlich in dem gegenwärtigen Zustand arbeiten würde. Der oder die internen Temperatursensoren bei T₃ wird/werden als S_SHUITTER aufgezeichnet. Gemäß dem Wärmeübertragungsmodell 245 wird S_TFINAL wie folgt berechnet:
Die Umgebungstemperatur T_AMBIENT2, wird dann unter Verwendung der folgenden Gleichung geschätzt: TAMBIENT2 = STFINAL – TOFFSET Gl.4
Die Linsentemperatur erwärmt sich in Richtung einer zukünftigen Linsentemperatur L_FUTURE die wie folgt berechnet wird: LFUTURE = TAMBIENT2 + (SSHUTTER – TAMBIENT2) × HPC Gl.5
Die Linsentemperatur zur Zeit T₃ wird dann unter Verwendung der folgenden Gleichung geschätzt:
Die geschätzte Linsentemperatur zur Zeit T₃ wird dann verwendet, um die Anzahl von Brennpunktstufen, die auf die Brennpunktsteuerung 270 angewendet werden sollen, um einen temperaturinduzierten Brennpunktfehler in der Linsenanordnung 150 zu berücksichtigen, wie folgt zu bestimmen: STUFEN = FC × (LEST – LCAL) Gl.7
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel liefert die ASIC 212 die geschätzte Linsenanordnungstemperatur an einen Fehlerkorrekturgenerator (ECG) 215, der ein Fehlerkorrektursignal gemäß der Anzahl von Stufen liefert, die durch Gleichung 7 bereitgestellt werden, um die Steuerung 270 zur Korrektur eines temperaturreduzierten Brennpunktfehlers innerhalb der Linsenanordnung 150 zu fokussieren. Das Fehlerkorrektursignal reduziert die Anzahl von Stufen, durch die sich Komponenten der Linsenanordnung 150 während einer Brennpunktoperation bewegen, wobei so die Brennpunktzeit reduziert wird und die Linsenanordnung 150 angemessen positioniert werden kann, um einen genauen Brennpunkt für verschiedene Entfernungen von Gegenständen von Interesse von der Kamera 100 bereitzustellen.
Systeme zum Schätzen einer Linsenanordnungstemperatur sind durch die spezifische Anordnung von Elementen, wie in dem Funktionsblockdiagramm aus 2 dargestellt ist, nicht eingeschränkt. Während die Kamera 100 z. B. mit einer einzelnen ASIC 212 gezeigt ist, kann die Kamera 100 zusätzliche Prozessoren, Digitalsignalprozessoren (DSPs) und ASICs umfassen. Zusätzlich kann die ASIC 212 auch weitere Elemente umfassen, die zur Vereinfachung einer Darstellung und Beschreibung weggelassen sind. Ferner kann die Kamera 100 verschiedene Typen eines Speichers verwenden, die hierin nicht besonders beschrieben sind. Die Kamera 100 kann z. B. flüchtige und/oder nichtflüchtige Speicherelemente aufweisen, wie z. B., jedoch nicht ausschließlich, einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Nur-Lese-Speicher (ROM) und einen Flash-Speicher. Ferner können die Speicherelemente entweder im Inneren der Kamera 100 sein oder können austauschbare Speichermedien sein und können auch einen Speicher aufweisen, der über verschiedene Elemente innerhalb der Kamera 100 verteilt ist. Alle derartigen Speichertypen kommen in Betracht und befinden sich innerhalb des Schutzbereichs der Systeme zum Schätzen einer Linsentemperatur.
Alle Vorgangsbeschreibungen oder Blöcke in den Flussdiagrammen, die in den 3 bis 7 dargestellt sind, sollten aufgefasst werden, um Logikfunktionen oder Schritte in einem zugeordneten Vorgang darzustellen. Alternative Implementierungen sind innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Verfahren zum Schätzen der Temperatur einer Linsenanordnung enthalten. Funktionen können z. B. abhängig von der beinhalteten Funktionalität außerhalb der gezeigten oder erläuterten Reihenfolge ausgeführt werden, einschließlich im Wesentlichen gleichzeitig oder in umgekehrter Reihenfolge.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 300 zum Modellieren der Wärmeübertragungswirkungen über die Zeit auf die Linsenanordnung der Kamera der 1 und 2 darstellt. Das Verfahren 300 beginnt mit einem Block 302, bei dem wie dargestellt ein Brennpunktmechanismus einer Linsenanordnung 150 auf eine Kalibrierungstemperatur kalibriert wird. Bei Block 304 wird ein Linsenanordnungstemperaturversatz hergeleitet. Dies kann durch ein Variieren der Temperatur der Linsenanordnung und ein Bestimmen der entsprechenden Wirkung auf Linsenkomponenten, die für ein Fokussieren einfallenden Lichts auf einen Bildsensor verantwortlich sind, der sich in dem Körper 110 der Kamera 100 befindet, erzielt werden. Bei Block 306 wird eine Kamerakörper-Zeitkonstante für jede Kombination wärmeerzeugender Elemente innerhalb des Körpers 110 der Kamera 100 hergeleitet. Danach wird, wie in Block 308 angezeigt ist, ein Wärmeübertragungsmodell ansprechend auf die Linsenanordnung und die Kamerakörperzeitkonstanten entwickelt, um Temperaturwirkungen auf die Linsenanordnung über die Zeit zu beschreiben. Bei Block 310 wird ein temperaturinduzierter Fehler auf den Brennpunktmechanismus der Linsenanordnung über den erwarteten Wärmebetriebsbereich der Linsenanordnung bestimmt.
Das in Block 308 entwickelte Wärmeübertragungsmodell kann verwendet werden, um die Temperatur der Linsenanordnung 150 als eine Funktion des An-/Aus-Zustands der wärmeerzeugenden Elemente innerhalb des Körpers 110 der Kamera 100 und der Dauer seit der letzten An-/Aus- (oder Leistungssparmodus-) Zustandsveränderung zu schätzen. Sobald die Temperatur der Linsenanordnung bestimmt ist, kann der temperaturinduzierte Fehler auf den Brennpunktmechanismus bei dieser Temperatur durch ein geeignetes Einstellen des Orts innerhalb des Bereichs und der Anzahl auf den Brennpunktmechanismus angewendeter Brennpunkteinstellstufen korrigiert werden.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 400 zum Bestimmen einer gegenwärtigen Temperatur einer Linsenanordnung, die mit der Kamera der 1 und 2 gekoppelt ist, darstellt. Das Verfahren 400 beginnt bei Block 402, bei dem eine Temperatur an einem Ort innerhalb des Körpers 110 der Kamera 100 erfasst wird. Bei Block 404 überwacht die Kamera 100 das Auftreten und die Dauer von An-/Aus-Betriebszustandsänderungen wärmeerzeugender Elemente innerhalb des Körpers 110 der Kamera 100. Bei Block 406 bestimmt die Kamera 100 eine gegenwärtige Temperatur der Linsenanordnung 100, die mit dem Kamerakörper 100 gekoppelt ist, ansprechend auf die erfasste Temperatur und die Dauer der An-/Aus-Betriebszustände wärmeerzeugender Elemente innerhalb des Körpers 110 der Kamera 100.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 500 zum Korrigieren eines temperaturinduzierten Brennpunktfehlers gemäß einer gegenwärtigen Temperatur der Linsenanordnung darstellt. Das Verfahren 500 beginnt bei Block 502, bei dem die Kamera 100 eine Temperatur an einem Ort nahe an zumindest einem wärmeerzeugenden Ele ment innerhalb des Körpers 110 der Kamera 100 erfasst. Bei Block 504 überwacht die Kamera 100 das Auftreten und die Dauer eines An-/Aus-Betriebszustands zumindest eines wärmeerzeugenden Elements innerhalb des Körpers 110 der Kamera 100. Dies kann durch ein Aufzeichnen eines Zeitstempels ansprechend auf einen Taktgeber 220 (2), eines Zustandsidentifizierers ansprechend auf den gegenwärtigen Betriebszustand (d. h. An-/Aus oder Leistungssparmodus) des zumindest einen wärmeerzeugenden Elementes und eines Elementidentifizierers erzielt werden.
Bei Block 506 verwendet die Kamera 100 die erfasste Temperatur, das Auftreten und die Dauer von An-/Aus-Betriebszuständen des zumindest einen wärmeerzeugenden Elementes innerhalb des Körpers 110 der Kamera 100, um eine gegenwärtige Temperatur einer Linsenanordnung 150, die mit dem Körper 110 der Kamera 100 gekoppelt ist, zu bestimmen. Danach korrigiert die Kamera 100, wie in Block 508 angezeigt ist, einen temperaturinduzierten Brennpunktfehler gemäß der gegenwärtigen Temperatur der Linsenanordnung 150.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 600 zum Bestimmen eines geeigneten Brennpunktbereichs zur Anwendung auf den Brennpunktmechanismus, wenn ein wärmeerzeugendes Element die Linsenanordnung erwärmt, darstellt. Bezug nehmend auf 6 beginnt das Verfahren 600 unmittelbar, nachdem die Kamera 100 in die Aus-Position gesetzt wird (oder in einen Leistungssparmodus eintritt) und nimmt an, dass die Kamera 100 für einen Zeitraum ausgeschaltet war, der ausreichend ist, damit sich das oder die wärmeerzeugenden Elemente abkühlen können. Bei Block 610 wird die gegenwärtige Zeit T₁ von dem internen Taktgeber 220 (2) erhalten und die gegenwärtige Sensortemperatur S_OFF wird von einem oder mehreren der Temperatursensoren 216, 219, 229, 274, 284 (2) erhalten.
Wenn mehr als eines der wärmeerzeugenden Elemente aktiviert ist, wird eine Temperatur von dem entsprechenden Tempera tursensor aufgezeichnet. Diese Temperaturwerte sind in einem internen Speicher 240 gespeichert und werden verwendet, um S_OFF für die Kamera 100 zu bestimmen. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist S_OFF die Temperatur, die durch den Sensor 216 in unmittelbarer Nähe zu dem Bildsensor 214 aufgezeichnet wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist S_OFF ein gewichteter Durchschnitt verschiedener Kombinationen erfasster Temperaturen, die den wärmeerzeugenden Elementen der Kamera 100 zugeordnet sind.
Bei Block 620 wird die Kamera 100 aktiviert. Wenn die Kamera 100 aktiviert ist, wird die gegenwärtige Zeit T₂ von dem internen Taktgeber 220 (2) erhalten und die Temperatur S_START wird als eine Funktion eines oder mehrerer der Temperatursensoren 216, 219, 229, 274, 284 zu der Zeit T₂ erhalten. Die Zeit T₂ und die Temperatur S_START werden in dem internen Speicher 240 (2) gespeichert.
Bei Block 622 wird die Umgebungstemperatur unter Verwendung von Gleichung 1 geschätzt. Bei Block 624 wird die Linsentemperatur L_START unter Verwendung der Gleichung 2 berechnet. Wenn die Kamera 100 für einen relativ langen Zeitraum deaktiviert oder ausgeschaltet ist, ist die Zeitdifferenz T₂ – T₁ groß und Gleichung 2 ist vereinfacht, um eine Linsentemperatur L_START zu ergeben, die gleich der Umgebungstemperatur ist. Deshalb ist bei diesem Beispiel die Linsentemperatur L_START gleich der Umgebungstemperatur.
Bei Block 630 drückt ein Bediener der Kamera 100 den Verschluss teilweise, um die Brennpunktsteuerung 270, den Stufenmotor/Treiber 272, den Brennpunktmechanismus 252 und den Bildsensor 214 zu aktivieren, um eine Linsenanordnungsbrennpunktoperation durchzuführen. Zu dieser Zeit wird angenommen, dass wärmeerzeugende Elemente in der Kamera 100 in Funktion sind und Wärme erzeugen. Bei Block 632 erwärmt sich die Linse langsam gemäß Gleichung 5 in Richtung der zukünftigen Linsentemperatur. Gleichung 5 verwendet die in Block 622 bestimmte Umgebungstemperatur. Bei Block 634 wird die geschätzte Linsentemperatur unter Verwendung von Gleichung 6 berechnet. Die geschätzte Linsentemperatur wird verwendet, um den Grad zu bestimmen, zu dem sich die Beziehung unter den Komponenten innerhalb der Linsenanordnung 150 verändert und eine Brennpunktoperation der Linsenanordnung 150 verändert.
Bei Block 636 wird Gleichung 7 verwendet, um einen Korrekturfaktor zu berechnen, der den Grad darstellt, zu dem die Brennpunktsteuerung 270 den Stufenmotor/Treiber 272 anweisen sollte, den Brennpunktmechanismus 252 der Linsenanordnung 150 (2) einzustellen, um die Differenz zwischen der geschätzten in Block 634 bestimmten Temperatur und einer Kalibrierungstemperatur auszugleichen (d. h. der Temperatur der Linsenanordnung 150, als die Brennpunktsteuerung 270 während der Herstellung kalibriert wurde). Dieser Korrekturfaktor wird als ein Korrektursignal von dem Fehlerkorrekturgenerator (ECG) 215 in der ASIC 212 an die Brennpunktsteuerung 270 (2) geliefert. Bei Block 638 wandelt der Stufenmotor/Treiber 272, wie durch die Brennpunktsteuerung 270 angewiesen wird, das Korrektursignal in eine mechanische Bewegung um, wenn der Brennpunktmechanismus 252 manipuliert wird.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 700 zum Bestimmen eines geeigneten Brennpunktbereichs zur Anwendung auf den Brennpunktmechanismus, wenn die Kamera verwendet wird, um ein Bild zu erfassen, nach einem Abschalten oder einem Leistungssparmodus, darstellt. In 7 wird angenommen, dass die Kamera 100 kürzlich deaktiviert wurde, nachdem sie an war und gearbeitet hat, und dass die Kamera 100 beginnt abzukühlen. Bei Block 702 wird die Kamera 100 abgeschaltet oder tritt anderweitig in einen Leistungssparmodus ein. Bei Block 704 wird die gegenwärtige (warme) Linsentemperatur unter Verwendung der Gleichungen 5 und 6 berechnet. Die gegenwärtige Linsentemperatur wird in einem internen Speicher 240 (2) gespeichert.
Als nächstes werden in Block 706 die gegenwärtige Zeit T₄ und die Sensortemperatur S_OFF von dem internen Taktgeber 220 bzw. den Temperatursensoren 216, 219, 229, 274, 284 erhalten. Die gegenwärtige Zeit und die Sensortemperatur werden ebenso in dem internen Speicher 240 gespeichert.
Bei Block 708 wird die Kamera 100 eingeschaltet oder tritt anderweitig zur Zeit T₅ in einen Hochleistungsverbrauchsmodus ein. Bei Block 710 wird die gegenwärtige (kalte) Linsentemperatur unter Verwendung von Gleichung 2 berechnet. Die gegenwärtige Linsentemperatur wird in dem internen Speicher 240 gemeinsam mit anderen Zeiten und Temperaturen gespeichert. Bei Block 712 wird die Umgebungstemperatur unter Verwendung von Gleichung 1 geschätzt, was die Differenz zwischen Zeiten T₂ und T₁ durch die Differenz zwischen Zeiten T₅ und T₄ in Gleichung 1 ersetzt. Als nächstes kehrt bei Block 714 der Prozess gemäß einer Eingabe von einem Bediener der Kamera 100 zurück zu entweder Block 610 oder 630 in dem Flussdiagramm aus 6.
Die 8A und 8B sind Darstellungen, die empirische Probeergebnisse einer Temperatur, wie diese innerhalb des Körpers 110 einer Kamera 100 (1 und 2) erfasst und für eine Linsenanordnung 150, die mit dem Kamerakörper 100 gekoppelt ist, geschätzt wird, gegenüber der Zeit darstellen. In 8A zeigt die Darstellung 800 eine gemessene Temperatur innerhalb des Körpers 110 der Kamera 100 und eine geschätzte Temperatur der Linsenanordnung 150 über einen 60-minütigen Zeitraum, nachdem ein wärmeerzeugendes Element aktiviert wurde. In 8A stellt die Darstellung 800 eine verstrichene Zeit von einer Zustandsveränderung (d. h, ein wärmeerzeugendes Element wird „ein"-geschaltet), die entlang der horizontalen Achse nach rechts ansteigend gezeigt ist, sowie eine Temperatur in Celsius auf der vertikalen Achse, von der horizontalen Achse nach oben ansteigend, dar. Wie dies gezeigt ist, beginnt die Temperatur der Linse, unter Verwendung der Kurve 802 dargestellt, bei der Um gebungstemperatur 808 und stellt sich zwischen der Sensortemperatur, unter Verwendung der Kurve 804 dargestellt, und der Umgebungstemperatur ein. Wie in der Darstellung 800 gezeigt ist, sind Temperaturwirkungen auf die Linsenanordnung 150 nahezu über die gesamten 60 Minuten konstant, nachdem ein wärmeerzeugendes Element innerhalb des Körpers 110 der Kamera 100 aktiviert wurde. Die Darstellung 802 stellt dar, dass die Temperatur der Linsenanordnung 150 sich über die ersten 60 Minuten um etwa 12°C erhöht.
In 8B stellt die Darstellung 820 eine verstrichene Zeit seit einer Zustandsveränderung (d. h. ein wärmeerzeugendes Element wird „aus"-geschaltet) entlang der horizontalen Achse mit der Zeit, die nach rechts zunimmt, und eine Temperatur in Celsius entlang der vertikalen Achse, die nach oben von der vertikalen Achse zunimmt, für eine exemplarische Kamera 100 dar. In der Darstellung 820 ist zur Zeit T₀ (d. h. Zeit = 0 Minuten) die Sensortemperatur, dargestellt durch die Kurve 822, sehr viel wärmer als die Linsentemperatur, dargestellt durch die Kurve 824. Mit zunehmender Zeit jedoch neigen die Sensortemperatur 822 und die Linsentemperatur 824 dazu, ausgeglichen zu sein, wenn sich beide der Umgebungstemperatur annähern. Wie in der Darstellung 820 gezeigt ist, sind Temperaturwirkungen auf die Linsenanordnung 150 größenmäßig über die ersten 30 Minuten, nachdem ein wärmeerzeugendes Element innerhalb des Körpers 110 der Kamera 100 deaktiviert wurde, größer. Die Darstellung 820 stellt dar, dass die Temperatur der Linsenanordnung 150 über die ersten 30 Minuten um etwa 12°C abfällt.
Während verschiedene Ausführungsbeispiele der Kamera und Verfahren zum Schätzen der Linsentemperatur beschrieben wurden, wird für Fachleute auf diesem Gebiet zu erkennen sein, dass viele weitere Ausführungsbeispiele und Implementierungen innerhalb des Schutzbereichs der Kamera und der verwandten Verfahren zum Schätzen der Temperatur einer Linsenanordnung möglich sind. Alle derartigen Modifizierungen und Variationen sollen hierin enthalten sein und werden durch die folgenden Ansprüche geschützt.

Claims

Verfahren zum Schätzen der Temperatur einer Linsenanordnung (150) einer Kamera (100), mit folgenden Schritten: Erfassen einer Temperatur an einem Ort innerhalb des Körpers (110) der Kamera (100); Überwachen des Auftretens und der Dauer von An-/Aus-Betriebszuständen wärmeerzeugender Elemente (116, 212, 214, 272, 282) der Kamera (100); und Verwenden der Temperatur an dem Ort innerhalb des Körpers (110) der Kamera (100) und des überwachten Auftretens und der Dauer von An-/Aus-Betriebszuständen wärmeerzeugender Elemente (116, 212, 214, 272, 282) innerhalb des Kamerakörpers, um eine gegenwärtige Temperatur der Linsenanordnung (150), die mit der (100) Kamera gekoppelt ist, zu bestimmen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner folgenden Schritt aufweist: Korrigieren eines temperaturinduzierten Brennpunktfehlers gemäß der gegenwärtigen Temperatur der Linsenanordnung (150).
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das Verwenden der Temperatur an dem Ort innerhalb des Körpers (110) der Kamera (100) und des überwachten Auftretens und der Dauer von An-/Aus-Betriebszuständen wärmeerzeugender Elemente (116, 212, 214, 272, 282), um eine gegenwärtige Temperatur der Linsenanordnung (150) zu bestimmen, ein Verwenden eines Modells (245), um die Temperatur der Linsenanordnung (150) als eine Funktion der Zeit zu schätzen, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem das Verwenden des Modells (245), um die Temperatur zu schätzen, ein Bestimmen einer Zeitkonstante (251) für jede Kombination wärmeerzeugender Elemente (116, 212, 214, 272, 282) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, bei dem das Modell (245) ein mathematisches Modell von Wärmeübertragungswirkungen von dem Körper (110) der Kamera (100) auf die Linsenanordnung (150) ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem das Modell (245) auf empirischen Daten basiert.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem das Modell (245) auf einer Berechnung basiert.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Verwenden der Temperatur an dem Ort innerhalb des Körpers (110) der Kamera (100) und des überwachten Auftretens und der Dauer von An-/Aus-Betriebszuständen wärmeerzeugender Elemente (116, 212, 214, 272, 282), um eine gegenwärtige Temperatur einer Linsenanordnung (150) zu bestimmen, ein Zuordnen des Auftretens von Betriebszustandsveränderungen zu Zeitintervallen aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, bei dem das Korrigieren des temperaturinduzierten Brennpunktfehlers ein Bestimmen der Anzahl von Brennpunktpositionsstufen, um einen Brennpunktmechanismus (252) neu zu positionieren, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem das Bestimmen der Anzahl von Brennpunktpositionsstufen ein Bestimmen einer Differenz zwischen der gegenwärtigen Temperatur einer Linsenanordnung (150) und einer Temperatur der Linsenanordnung (150), als der Brennpunktmechanismus (252) der Kamera (100) kalibriert wurde, aufweist.
Vorrichtung mit folgenden Merkmalen: einer Einrichtung zum Messen zumindest einer Temperatur innerhalb des Körpers (110) einer Kamera (100); einer Einrichtung zum Bestimmen des Auftretens von An-/Aus-Zustandsveränderungen wärmeerzeugender Elemente (116, 212, 214, 272, 282) innerhalb der Kamera (100); einer Einrichtung zum Bestimmen einer verstrichenen Zeit seit einer letzten An-/Aus-Zustandsveränderung; einer Einrichtung zum Schätzen der Temperatur einer Linsenanordnung (150), die mit der Kamera (100) gekoppelt ist, ansprechend auf den An-/Aus-Zustand wärmeerzeugender Elemente (116, 212, 214, 272, 282) innerhalb der Kamera (100) und der verstrichenen Zeit seit einer letzten An-/Aus-Zustandsveränderung; und einer Einrichtung zum Korrigieren eines temperaturinduzierten Brennpunktfehlers gemäß der geschätzten Temperatur der Linsenanordnung (150).
Vorrichtung gemäß Anspruch 11, bei der die Einrichtung zum Schätzen der Temperatur der Linsenanordnung (150), die mit der Kamera (100) gekoppelt ist, eine Einrichtung zum Berechnen einer Umgebungstemperatur aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder 12, bei der die Einrichtung zum Schätzen der Temperatur der Linsenanordnung (150), die mit der Kamera gekoppelt (100) ist, ein Anwenden einer Zeitkonstante auf ein Modell aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der die Einrichtung zum Einstellen des temperaturinduzierten Brennpunktfehlers ein Bestimmen der Anzahl von Brennpunktpositionsstufen, die zu durchlaufen sind, wenn ein Brennpunktmechanismus (252) eingestellt wird, aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 14, bei der das Bestimmen der Anzahl von Brennpunktpositionsstufen, die zu durchlaufen sind, wenn der Brennpunktmechanismus (252) eingestellt wird, auf einen Temperaturversatz von der Linsenanordnungstemperatur, als der Brennpunktmechanismus (252) kalibriert wurde, anspricht.