TWI569081B - 影像擷取系統 - Google Patents

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TWI569081B
TWI569081B TW104108023A TW104108023A TWI569081B TW I569081 B TWI569081 B TW I569081B TW 104108023 A TW104108023 A TW 104108023A TW 104108023 A TW104108023 A TW 104108023A TW I569081 B TWI569081 B TW I569081B
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胡朝彰
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
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    • H04N23/68—Control of cameras or camera modules for stable pick-up of the scene, e.g. compensating for camera body vibrations
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Description

影像擷取系統
本發明係有關於一種影像擷取系統，特別是有關於一種具有鏡頭的影像擷取系統。
隨著科技的進步，電子產品的種類及功能愈來愈多。以智慧型手機為例，由於其體積小厚度薄，故在使用者按下快門時，常因施力過當而震動手機，因而無法拍出清晰的影像。
本發明提供一種影像擷取系統，包括一鏡頭、一馬達、一第一感測單元以及一控制單元。鏡頭具有一有效焦距。馬達承載鏡頭，並根據一驅動信號而移動。第一感測單元感測影像擷取系統的震動量，用以產生一第一感測信號。控制單元根據一預設資訊以及第一感測信號，提供驅動信號。
為讓本發明之特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
100、400‧‧‧影像擷取系統
110、410‧‧‧鏡頭
111‧‧‧光軸
120、420‧‧‧馬達
130、430、470‧‧‧感測單元
140、440‧‧‧控制單元
150、450‧‧‧影像感測元件
160‧‧‧顯示單元
a‧‧‧常數
b‧‧‧參數
I‧‧‧驅動信號(電流)
S‧‧‧移動距離
SD‧‧‧驅動信號
SI‧‧‧影像信號
SW‧‧‧第一感測信號
200‧‧‧畫面
210‧‧‧影像
SP‧‧‧第二感測信號
Ss‧‧‧初始驅動信號
141、441‧‧‧預設資訊
442‧‧‧初始位置資訊
310、320、510、520、530、540、550、560‧‧‧曲線
1~4‧‧‧方向
第1及4圖為本發明之影像擷取系統的可能實施例。
第2圖係為一畫面影像示意圖。
第3A、3B、5A及5B圖為馬達的感度資訊。
第1圖為本發明之影像擷取系統的一可能實施例。如圖所示，影像擷取系統100包括一鏡頭110、一馬達120、一感測單元130(第一感測單元)以及一控制單元140。在一可能實施例中，影像擷取系統100係為一手持式電子裝置，如智慧型手機，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，任何具有鏡頭的系統均可作為影像擷取系統100。在本實施例中，影像擷取系統100具有防手震功能。
鏡頭110設置在馬達120之上，並具有一光軸111。在本實施例中，鏡頭110的光學中心點到一影像感測元件150之間具有一有效焦距(Effective Focal Length；EFL)。影像感測元件150根據通過鏡頭110的光線，產生一影像信號SI。在一可能實施例中，影像擷取系統100更包括一顯示單元160，用以根據影像信號SI呈現一畫面。本發明並不限定影像感測元件150的種類。在一可能實施例中，影像感測元件150係為一電荷藕合元件(CCD)或是一互補式氧化金屬半導體(CMOS)。
馬達120承載鏡頭110，並根據一驅動信號SD移動鏡頭110。在本實施中，馬達120令鏡頭110在一平面中移動，其中該平面係垂直光軸111。本發明並不限定鏡頭110移動的方式。在一些實施例中，馬達120帶動鏡頭110往平面上的任意方向移動。在一可能實施例中，驅動信號SD係為一電流。在本實施例中，馬達120係為一線性馬達。本發明並不限定馬達120的架構。只要能夠令鏡頭110在一平面中移動的馬達，均可作為馬達120。在一可能實施例中，馬達120係為一電磁式馬達。在另一可能實施例中，當 鏡頭110受到重力(如地心引力)影響而發生偏移時，馬達120可讓鏡頭110的偏移位置在一容許範圍內。
在本實施例中，當影像擷取系統100受到外力震動時，馬達120需將鏡頭110往相對應的方向移動，才能補償影像擷取系統100因震動所造成的畫面偏移。請參考第2圖，畫面200係為顯示單元160所呈現的畫面。假設，當影像擷取系統100未被震動時，影像210約略位於畫面200的中央。然而，當影像擷取系統100因外力而發生震動時(如往前傾)，畫面200裡的影像將往上偏移，如虛線所示。此時，馬達120需帶動鏡頭110往上移動，才能補償影像擷取系統100因前傾所產生的影像偏移。
感測單元130感測影像擷取系統100的震動量，用以產生一第一感測信號SW。本發明並不限定感測器130的種類。在一可能實施例中，感測單元130具有至少一陀螺儀感測器(Gyro sensor)，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，只要能夠偵測影像擷取系統100的震動量的感測器，均可應用於感測單元130之中。
控制單元140根據一預設資訊141以及第一感測信號SW，提供驅動信號SD。在本實施例中，預設資訊141係包含馬達120的一感度資訊(sensitivity information)，亦即馬達120帶動鏡頭110移動的距離與電流之間的關係。舉例而言，若馬達120的感度資訊為1.5um/mA時，表示1mA的電流可使馬達120將鏡頭110移動1.5um。
控制單元140根據第一感測信號SW就可得知影像擷取系統100在不同方向的震動量。控制單元140對影像擷取系統100 的震動量與鏡頭110的有效焦距進行運算，便可得知馬達120的一補償行程(stroke)，也就是馬達120需移動鏡頭110多少距離才能補償影像擷取系統100的震動量。因此，只要將馬達120的補償行程除上馬達120的感度資訊，便可求得一電流值。根據該電流值提供驅動信號SD予馬達120，便可移動鏡頭110，用以補償影像擷取系統100的震動量。舉例而言，若控制單元140對影像擷取系統100的震動量與鏡頭110的有效焦距進行運算，並且運算結果為30um時，將30um除以1.5um/mA，便可求得20mA。因此，只要提供20mA予馬達120，便可補償影像擷取系統100的震動量。
第3A及3B圖為馬達的感度資訊。請參考第3A圖，曲線310係為馬達120將鏡頭110往一第一方向移動時的補償行程-電流關係，其係用以補償影像擷取系統100在第一方向的位移量。舉例而言，當影像擷取系統100稍往左側轉動時，若提供電流A1予馬達120，便可令鏡頭110往右側移動距離D1。
在第3B圖中，曲線320係為馬達120帶動鏡頭110往一第二方向移動時的補償行程-電流關係。以第2圖為例，當影像擷取系統100稍往前傾時，影像210將往上位移(如虛線所示)。此時，若提供電流A2予馬達120，便可使鏡頭110往上移動距離D2，因而將往上位移的影像拉回畫面200的正中央(如影像210所示)。
曲線310與320分別代表馬達120帶動鏡頭110往不同方向(X軸以及Y軸)移動的移動距離(行程)-電流關係。本發明並不限定曲線310與320之間的關係。在一可能實施例中，曲線310的斜率可能相同或不同於曲線320的斜率。需特別說明的是，由第3A及3B圖中的曲線310與320可明顯看出，鏡頭110係被限制於 Xmax-Xmin與Ymax-Ymin之移動距離範圍內，且當鏡頭110於該移動距離範圍內時，鏡頭110之移動距離(行程)與驅動信號具有如下關係：S=I‧a
其中S為鏡頭110之移動距離，I為驅動信號(電流)，a為包含於預設資訊141中之一常數。
在本實施例中，控制單元140根據第一感測信號SW以及鏡頭110的有效焦距，便可求得影像擷取系統100移動的距離，再根據影像擷取系統100移動的距離以及預設資訊141，計算求得驅動信號SD，用以補償影像擷取系統100因震動所造成的影像偏移。以第2圖為例，當影像擷取系統100往前傾時，影像210將往上偏移(如虛線所示)，故控制單元140根據第一感測信號SW並配合預設資訊141，令馬達120帶動鏡頭110往上移動，因此，影像將回到畫面200的中央(如影像210所示)。同樣地，當影像擷取系統100往右轉時，影像將往左偏移，故控制單元140根據第一感測信號SW並配合預設資訊141，令馬達120帶動鏡頭110往左移動。藉由馬達120平移鏡頭110，便可補償因影像擷取系統100震動時所造成的影像偏移。
下式為影像擷取系統100往第一方向(Y軸方向)震動時，馬達120帶動鏡頭110的移動距離(補償行程)計算方式：stroke Y =EFL‧tan θ X ………………………………(1)
其中，θ X 為控制單元140根據感測單元130所偵測到的第一感測信號SW，計算出的一結果，其中此結果為影像擷取系統100往第一方向震動的角度、EFL為鏡頭110的有效焦距、strokeY 為馬達120帶動鏡頭110的移動距離(補償行程)。
藉由式(1)便可得知馬達120帶動鏡頭110的移動距離(補償行程strokeY)，用以補償影像擷取系統100往第一方向的震動。控制單元140根據預設資訊141(如第3B圖所示)，便可得到前述移動距離(補償行程strokeY)所對應的電流，如A2。當馬達120接收到電流A2後，便帶動鏡頭110往第一方向移動距離D2，用以補償影像擷取系統100往第一方向的震動。
下式為影像擷取系統100往第二方向(X軸方向)震動時，馬達120帶動鏡頭110的移動距離(補償行程)計算方式：stroke X =EFL‧tan θ Y ………………………………(2)
其中，θ Y 為控制單元140根據感測單元130所偵測到的第一感測信號SW，計算出的另一結果，其中此結果為影像擷取系統100往第二方向震動的角度、EFL為鏡頭110的有效焦距、strokeX為馬達120的移動距離(補償行程)。
藉由式(2)便可得知馬達120帶動鏡頭110的移動距離(補償行程strokeX)。控制單元140再根據預設資訊141(如第3A圖所示)，便可得到移動距離(補償行程strokeX)所對應的電流，如A1。當馬達120接收到電流A1後，便可將鏡頭110帶動鏡頭110往第二方向移動距離D1，用以補償影像擷取系統100往第二方向的震動。
在本實施例中，由於控制單元140事先儲存一預設資訊，故可僅根據感測單元130的感測結果，提供適當的驅動信號予馬達120，用以補償影像擷取系統100震動時所造成的影像偏移，而不需設置霍爾元件在馬達120的周圍，故可減少元件成本及馬達 120的體積。
在一可能實施例中，預設資訊係事先儲存於控制單元140之中。設計人員可根據不同規格的馬達，將對應的預設資訊儲存於控制單元140之中。舉例而言，設計人員可能事先輸入馬達的感度資訊1.5um/mA至控制單元140中，也就是每提供1mA予馬達120時，馬達120便帶動鏡頭110移動1.5um。因此，當控制單元140根據第一感測信號SW得知影像擷取系統100往前傾，並造成影像將往上位移30um時，控制單元140提供20mA予馬達120，使其帶動鏡頭110往上移動30um。同樣地，當影像擷取系統100往右轉動使得影像往左位移30um時，控制單元140將提供20mA予馬達120，使其帶動鏡頭110往左移動30um。
雖然上述的例子均提供20mA予馬達，但馬達具有多個線圈，若將電流提供予相對應的線圈，便可控制馬達移動鏡頭110的方向。本發明並不限定馬達的內部架構，只要能夠令鏡頭110在一平面中移動的馬達，均可應用於本發明中。在一可能實施例中，馬達120係為一電磁式馬達。
第4圖為本發明之影像擷取系統的另一可能實施例。第4圖相似第1圖，不同之處在於第4圖多了感測單元470(第二感測單元)，用以感測鏡頭410受重力影響的程度。由於鏡頭410、馬達420、感測單元430、影像感測元件450與顯示單元460的特性與第1圖的鏡頭110、馬達120、感測單元130、影像感測元件150與顯示單元160的特性相同，故不再贅述。
除了使用者按下快門鍵時所造成的震動，影像擷取系統400裡的鏡頭410也會受重力(如地心引力)影響而產生偏移。 當鏡頭410朝向不同方向時，如朝向天空、朝向地面或是朝向使用者的前方時，其所遭受到的重力影響均不相同。因此，在本實施例中，藉由感測單元470偵測鏡頭410受重力影響的程度，並產生一第二感測信號SP予控制單元440，用以補償重力影響。本發明並不限定感測單元470的種類。在一可能實施例中，感測單元470係為一重力感測器(G sensor)。
在一初始期間，控制單元440根據第二感測信號SP以及鏡頭410的一初始位置資訊442之間的差異，產生一初始驅動信號SS。馬達420根據初始驅動信號SS而移動鏡頭410，用以補償重力影響。在一可能實施例中，鏡頭410的初始位置資訊442係事先儲存在控制單元440之中。接著，在一運作期間，控制單元440根據預設資訊441以及第一感測信號SW及第二感測信號SP提供驅動信號SD，用以補償震動影像擷取系統400時所造成的影像偏移，以及鏡頭410所受到的重力影響。
在一可能實施例中，在初始期間，當鏡頭410受到重力影響而發生位移時，如果控制單元440並未補償鏡頭410所受到的重力影響時，則在接下來的運作期間中，控制單元440只會補償影像擷取系統400所受到的震動影響，而不補償鏡頭410所受到的重力影響。在此例中，由於馬達420具有支撐功能，可將鏡頭410支撐在一容許範圍內，故控制單元440可不補償重力影響。
然而，若在初始期間，控制單元440補償了鏡頭410所受到的重力影響時，則在運作期間，除了預設資訊441以及第一感測信號SW，控制單元440更會繼續根據第二感測信號SP，產生驅動信號SD，用以持續補償重力影響。在此例中，控制單元440 同時補償重力及震動影響。
第5A及5B圖為預設資訊之另一示意圖。在本實施例中，第5A圖係為馬達420將鏡頭410往第一方向移動的移動距離(行程)-電流關係示意圖。曲線520代表鏡頭410未受重力影響時的馬達420的移動距離(行程)-電流關係。曲線530代表鏡頭410受到方向1的重力影響時馬達420的移動距離(行程)-電流關係。曲線510代表鏡頭410受到方向2的重力影響時馬達420的移動距離(行程)-電流關係。需特別說明的是，由第5A圖中的曲線510、520、530可明顯看出，鏡頭410係被限制於Xmax-Xmin之內(移動距離範圍)，且當鏡頭410於該移動距離範圍內時，鏡頭410之移動距離(行程)與驅動信號具有如下關係：S=(I-b)‧a
其中S為鏡頭410之移動距離，I為驅動信號(電流)，a為包含於預設資訊141中之一常數，b則為對應於第二感測信號SP之一參數，其係包含於預設資訊141中，且由曲線510、520、530可看出其所對應之b值彼此相異。
在一可能實施例中，當鏡頭410未受到重力影響時，控制單元440根據曲線520調整鏡頭410的光學中心位置，用以進行震動補償。假設，在不施加電流予馬達420的情況下，鏡頭410的光學中心位於位置O。然而，當鏡頭410受重力影響，並且重力方向為方向1時，鏡頭410將位移到位置A。
在一可能實施例中，若控制單元440不補償鏡頭410所受到的重力影響時，控制單元440會根據曲線530，提供電流予馬達420，用以令鏡頭410在位置A處往兩端移動。在另一可能實 施例中，若控制單元440欲對鏡頭410進行重力補償時，則控制單元440先施加電流，讓鏡頭410的光學中心從位置A移到位置A’。完成後，控制單元440再根據曲線530提供電流予馬達420，用以令鏡頭410在位置A’往兩端移動，用以進行震動補償。在此例中，鏡頭410位於位置O時的光學中心位置係等於位於位置A’時的光學中心位置，不同之處在於當鏡頭410位於位置O時，係未受到重力影響，而當鏡頭410位於位置A’時，係已受到方向1的重力影響，並且控制單元440已補償重力影響。
同理，第5B圖為在重力影響下，馬達420的另一移動距離(行程)-電流關係示意圖。曲線540代表鏡頭410未受重力影響時的馬達420帶動鏡頭410往第二方向移動的移動距離(行程)-電流關係。曲線560代表鏡頭410受到方向3的重力影響時，馬達420的移動距離(行程)-電流關係。曲線550代表鏡頭410受到方向4的重力影響時，馬達420的移動距離(行程)-電流關係。需特別說明的是，由第5B圖中的曲線510、520、530可明顯看出，鏡頭410係被限制於Ymax-Ymin之內(移動距離範圍)，且當鏡頭410於該移動距離範圍內時，鏡頭410之移動距離(行程)與驅動信號具有如下關係：S=(I-b)‧a
其中S為鏡頭410之移動距離，I為驅動信號(電流)，a為包含於預設資訊141中之一常數，b則為對應於第二感測信號SP之一參數，其係包含於預設資訊141中，且由曲線540、550、560可看出其所對應之b值彼此相異。
在一可能實施例中，當鏡頭410未受重力影響時，控 制單元440根據曲線540調整鏡頭410的光學中心的位置，用以補償影像擷取系統400受到的震動影響。假設，在不施加電流予馬達420時，鏡頭410的光學中心處於位置O。然而，當鏡頭410受重力影響，且重力影響的方向為方向3時，鏡頭410的光學中心將從位置O移動到位置B。此時，若不需補償重力影響，則控制單元440將以曲線560令鏡頭410往位置B的兩端移動，用以補償震動影響。
在另一可能實施例中，若控制單元440欲進行重力補償時，控制單元440先提供電流予馬達420，用以將鏡頭410的光學中心從位置B移到位置B’，再根據曲線560令鏡頭410往位置B’的兩端移動，用以補償震動影響。由前述說明應可了解，在本實施例中藉由感測單元470偵測鏡頭410受重力影響的程度，可產生一第二感測信號SP予控制單元440，接著控制單元440便可根據前述第二感測信號SP選擇包含於前述預設資訊441中有關鏡頭410之移動距離與驅動信號(電流I)間之複數個關係曲線的其中之一(例如第5A圖中之曲線510、520、530的其中之一，或第5B圖中之曲線540、550、560的其中之一)，用以同時補償重力及震動對於鏡頭410所造成之影響。
藉由適度地調整馬達的補償行程，便可補償影像受到影像擷取系統震動的影響，進而達到防手震。再者，只需事先輸入馬達的感度資訊至控制單元，控制單元便可根據影像擷取系統的震動量，透過馬達控制鏡頭的移動距離及方向，進而調整鏡頭位置，回饋系統震動時所需的補償量，以達到影像補償的效果，故可減少元件成本並簡化處理方式。
除非另作定義，在此所有詞彙(包含技術與科學詞彙) 均屬本發明所屬技術領域中具有通常知識者之一般理解。此外，除非明白表示，詞彙於一般字典中之定義應解釋為與其相關技術領域之文章中意義一致，而不應解釋為理想狀態或過分正式之語態。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧影像擷取系統
110‧‧‧鏡頭
111‧‧‧光軸
120‧‧‧馬達
130‧‧‧感測單元
140‧‧‧控制單元
141‧‧‧預設資訊
150‧‧‧影像感測元件
160‧‧‧顯示單元
SI‧‧‧影像信號
SD‧‧‧驅動信號
SW‧‧‧第一感測信號

Claims (10)

  1. 一種影像擷取系統，包括：一鏡頭，具有一有效焦距；一馬達，承載該鏡頭，並根據一驅動信號移動該鏡頭的位置；一第一感測單元，感測該影像擷取系統之一震動，並根據該震動產生一第一感測信號；以及一控制單元，根據一預設資訊以及該第一感測信號，提供該驅動信號至該馬達，用以補正該鏡頭因受到該震動所產生的位置偏差，其中該預設資訊包括該鏡頭之移動距離與該驅動信號間之一關係曲線，且該預設資訊儲存在該控制單元內。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取系統，其中該第一感測單元係為一陀螺儀偵測器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取系統，其中該驅動信號係為一電流信號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取系統，其中該馬達係為一線性馬達。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之影像擷取系統，其中當該鏡頭於一移動距離範圍內時，該鏡頭之移動距離與該驅動信號之關係如下：S=I‧a 其中S為該鏡頭之移動距離，I為驅動訊號，a為包含於該預設資訊中之一常數。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之影像擷取系統，其中該影像擷取系統更包括：一第二感測單元，感測該鏡頭的一重力方向，用以產生一第二感測信號，其中該預設資訊更包括該鏡頭之移動距離與該驅動信號間之複數個關係曲線，且該控制單元根據該第二感測信號選擇該些關係曲線的其中之一，並據以產生該驅動信號，用以同時補正該鏡頭因受到該震動及不同方向之重力影響所產生的位置偏差。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之影像擷取系統，其中該第二感測單元係為一重力感測器。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之影像擷取系統，其中該驅動信號係為一電流信號。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之影像擷取系統，其中該馬達係為一線性馬達。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之影像擷取系統，其中當該鏡頭於一移動距離範圍內時，該鏡頭之移動距離與該驅動信號之關係如下：S=(I-b)‧a其中S為該鏡頭之移動距離，I為該驅動訊號，a為包含於該預設資訊中之一常數，b為對應該第二感測信號之一參數。
TW104108023A 2015-03-13 2015-03-13 影像擷取系統 TWI569081B (zh)

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