TWI438554B - 光圈控制系統 - Google Patents

Description

光圈控制系統

本發明涉及一種光圈控制系統。

現有之數位相機大多採用CCD（Charge Coupled Device,電荷耦合元件感測器）將影像光訊號轉化成電訊號，然而，CCD必須外加電壓讓每個畫素中之電荷移動至傳輸通道。而這外加電壓通常需要12伏特（V）以上，因此CCD還必須要有更精密之電源線路設計和耐壓強度。然而CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補性金屬氧化物感測器）具有低成本、低耗電以及高整合度之特性，越來越受到消費者之青睞。

由於CCD一般輸出NTSC/PAL等類比圖像訊號，現有之光圈驅動電路一般採用類比圖像訊號做驅動，控制光圈之大小。而CMOS其影像輸出為ITU-656/601或ITU-1120數位影像訊號，無法參照CMOS所輸出之數位影像訊號來驅動光圈動作。

鑒於以上情況，有必要提供一種可直接藉由數位訊號驅動光圈動作之光圈控制系統。

一種光圈控制系統，其包括一個鏡頭模組、一個CMOS影像感測器、一個亮度編碼器、及一個光圈驅動電路。所述鏡頭模組與所述CMOS影像感測器相對正。該鏡頭模組包括複數個鏡片及設置在所述複數個鏡片之間之一可電控光圈片。所述亮度編碼器用於從當前所述CMOS影像感測器所攝取之數位影像訊號中提取亮度資訊，並將該亮度資訊轉化為數位編碼。所述光圈驅動電路包括一個數模轉換器、一個馬達線圈驅動電路、一個環境亮度感測模組、一個基準電壓產生器及一個馬達。所述馬達線圈驅動電路包括一個電壓比較器。所述數模轉換器之輸入端電性連接至所述亮度編碼器。所述數模轉換器之輸出端電性連接至所述電壓比較器之反相輸入端。所述基準電壓產生器之輸入端電性連接至所述環境亮度感測模組。所述基準電壓產生器之輸出端電性連接至所述電壓比較器之正相輸入端及所述馬達，所述電壓比較器之輸出端連接至所述馬達。所述數模轉換器用於將所述亮度編碼器從所述CMOS影像感測器所提取亮度資訊所對應之數位編碼轉化為第一電壓。所述環境亮度感測模組用於偵測環境亮度，同時存儲有各環境亮度下所對應之數位編碼。該基準電壓產生器用於將所述環境亮度感測模組所獲取之當前之環境亮度所對應之數位編碼轉化為一基準電壓值輸入至所述電壓比較器之正相輸入端。所述電壓比較器用於比較基準電壓與第一電壓，以使光圈驅動電路根據所述電壓比較器之比較結果來控制所述馬達順時針或逆時針轉動所述馬達。馬達帶動所述可電控光圈片轉動，以控制可電控光圈片之光通量。

相較於先前技術，所述光圈控制系統之所述亮度編碼器用於從當前所述CMOS影像感測器所攝取之數位影像訊號中提取亮度資訊，並將該亮度資訊轉化為數位編碼，數模轉換器用於將亮度編碼器所輸出之數位編碼轉化為第一電壓。環境亮度感測模組用於偵測環境亮度，基準電壓產生器用於將環境亮度感測模組所獲取之當前之環境亮度對應之數位編碼轉化為一基準電壓。所述電壓比較器用於比較基準電壓與第一電壓，以使光圈驅動電路根據所述電壓比較器之比較結果來控制所述馬達順時針或逆時針轉動所述馬達，馬達帶動所述可電控光圈片轉動，以控制可電控光圈片之光通量，如此，可直接藉由數位訊號驅動可電控光圈片動作。

下面將結合附圖，對本發明提供之光圈控制系統作進一步之詳細說明。

請一併參閱圖1與圖2，本發明實施方式提供之光圈控制系統100，其包括一個鏡頭模組10、一個CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）影像感測器30、一個亮度編碼器40及一個光圈驅動電路50。

所述鏡頭模組10包括一個鏡筒11、複數個鏡片12及一個可電控光圈片13。所述複數個鏡片12與所述可電控光圈片13均收容在所述鏡筒11內，且所述可電控光圈片13設置在所述複數個鏡片12之間。

所述CMOS影像感測器30與所述亮度編碼器40相連接，同時，所述亮度編碼器40與所述光圈驅動電路50相電性連接。所述CMOS影像感測器30用以透過所述鏡頭模組10獲取光線，並將所獲取之光線轉換為數位影像訊號。所述亮度編碼器40用於從所述CMOS影像感測器30所攝取之數位影像訊號中提取亮度資訊，並將該亮度資訊轉化為數位編碼。如當所述亮度編碼器40從所述CMOS影像感測器30所提取到之亮度資訊為40流明時，所述亮度編碼器40輸出000000001數位編碼，而當所述亮度編碼器40從所述CMOS影像感測器30所提取到之亮度資訊為70流明時，所述亮度編碼器40輸出000000100數位編碼。該些亮度資訊所對應之數位編碼被輸出至所述光圈驅動電路50。

所述光圈驅動電路50用於驅動所述可電控光圈片13順時針或逆時針轉動，以控制通光量。具體地，所述光圈驅動電路50包括一個數模轉換器51、一個第一π型濾波器52、一個馬達線圈驅動電路53、一個環境亮度感測模組54、一個基準電壓產生器55、及一個馬達56。所述數模轉換器51之輸入端512電性連接至所述亮度編碼器40，所述數模轉換器51之輸出端514電性連接至所述第一π型濾波器52。所述數模轉換器51用於將所述亮度編碼器40從所述CMOS影像感測器30所提取亮度資訊所對應之數位編碼轉化為類比訊號，本實施方式中，所述數模轉換器51用於將所述亮度編碼器40從所述CMOS影像感測器30所提取亮度資訊所對應之數位編碼轉化為第一電壓V1。所述第一π型濾波器52用於濾除從所述數模轉換器51輸出之雜散訊號。所述第一π型濾波器52包括一個第一電容C1、一個第二電容C2、及一個第一電阻R1。所述第一電容C1之陽極電性連接至所述數模轉換器51之輸出端514，所述第一電容C1之陰極接地。所述第二電容C2之陽極電性連接至所述數模轉換器52之輸出端514，所述第二電容C2之陰極接地。所述第一電阻R1連接至所述第一電容C1之陽極與第二電容C2之陽極之間。所述馬達線圈驅動電路53包括一個電壓比較器531、一個第二π型濾波器532、及一個電壓放大器533。所述電壓比較器531為一個具有積分功能之電壓比較器，其包括一個同相輸入端5312、一個反相輸入端5314及一個輸出端5316。所述第二π型濾波器532包括一個第二電阻R2、一個第三電容C3、及一個第四電容C4。所述第三電容C3之陽極電性連接至所述電壓比較器531之正相輸入端5312，所述第三電容C3之陰極接地。所述第四電容C4之陽極電性連接至所述基準電壓產生器55之輸出端552，所述第四電容C4之陰極接地。所述第二電阻R2連接至所述第三電容C3之陽極與第四電容C4之陽極之間。所述第二π型濾波器532用於濾除從所述基準電壓產生器55輸出之雜散訊號。所述環境亮度感測模組54用於偵測環境亮度，同時存儲有各環境亮度下所對應之數位編碼。所述基準電壓產生器55電性連接至所述環境亮度感測模組54，該基準電壓產生器55用於將所述環境亮度感測模組54所獲取之當前之環境亮度對應之數位編碼轉化為一基準電壓值。所述馬達56連接至所述可電控光圈片13，用於控制可電控光圈片13之通光量大小。該馬達56包括一個逆轉線圈G和一個正轉線圈M。所述逆轉線圈G電性連接至所述基準電壓產生器55之輸出端552。所述電壓放大器533之輸入端5332電性連接至所述電壓比較器531之輸出端5316，所述電壓放大器533之輸出端5334電性連接至所述馬達56之正轉線圈M。本實施方式中，當所述正轉線圈M之電壓大於所述逆轉線圈G之電壓時，所述馬達56順轉以使可電控光圈片13之通光量增加，反之，所述可電控光圈片13之通光量減小。當所述正轉線圈M之電壓等於所述逆轉線圈G之電壓時，所述馬達56停止轉動。

可以理解之係，所述光圈驅動電路50也可省略所述第一π型濾波器52及第二π型濾波器532，從而將數模轉換器51之輸出端514直接電性連接至所述電壓比較器531之反相輸入端5314，所述基準電壓產生器55之輸出端直接電性連接至所述電壓比較器531之正相輸入端5312，並不限於本實施方式。

使用時，開啟所述光圈控制系統100，所述可電控光圈片13打開一預定角度，此時，所述亮度編碼器40從所述CMOS影像感測器30所攝取之數位影像訊號中提取亮度資訊並對應該亮度資訊輸出一數位編碼。而所述數模轉換器51將所述亮度編碼器40從所述CMOS影像感測器30所提取之亮度資訊所對應之數位編碼轉化為類比訊號也即第一電壓V1，經所述第一π型濾波器52濾除雜散訊號後，在所述電壓比較器531之反相輸入端5314得到所述代表當前所述CMOS影像感測器30所攝取之亮度資訊之第一電壓V1之電壓值。所述基準電壓產生器55根據所述環境亮度感測模組54所偵測到之環境亮度產生一穩定之基準電壓Vref，所述基準電壓Vref分別經所述第二π型濾波器532濾除雜散訊號後，所述電壓比較器531之正相輸入端5312得到所述基準電壓Vref。當基準電壓Vref之電壓值大於所述第一電壓V1之電壓值時，所述電壓比較器531之輸出端5316輸出基準電壓Vref之電壓值，並經所述電壓放大器533放大後，所述正轉線圈M得到一輸出電壓V3，因為輸出電壓V3=KVref，其中K為電壓放大器533之放大倍率，輸出電壓V3之電壓值大於此時所述逆轉線圈G之電壓值Vref，因此，所述馬達56順轉以使可電控光圈片13之通光量增加。當所述第一電壓V1之電壓值大於基準電壓Vref之電壓值時，所述電壓比較器531之輸出端5316輸出一負之第一電壓V1之電壓值，並經所述電壓放大器533放大後，所述正轉線圈M得到之輸出電壓V3=-KV1，輸出電壓V3之電壓值小於此時所述逆轉線圈G之電壓值Vref。因此，所述馬達56逆轉以使可電控光圈片13之通光量減小。本實施方式中，當所述第一電壓V1之電壓值等於基準電壓Vref之電壓值時，所述電壓放大器533之放大倍率K等於1，所述正轉線圈M得到之輸出電壓V3=V1=Vref，此時，所述馬達56之所述正轉線圈M與所述逆轉線圈G均停止轉動，完成了對所述可電控光圈片13之通光量之控制。

所述光圈控制系統之所述亮度編碼器用於從當前所述CMOS影像感測器所攝取之數位影像訊號中提取亮度資訊，並將該亮度資訊轉化為數位編碼，數模轉換器用於將亮度編碼器所輸出之數位編碼轉化為第一電壓。環境亮度感測模組用於偵測環境亮度，基準電壓產生器用於將環境亮度感測模組所獲取之當前之環境亮度對應之數位編碼轉化為一基準電壓。所述電壓比較器用於比較基準電壓與第一電壓，以使光圈驅動電路根據所述電壓比較器之比較結果來控制所述馬達順時針或逆時針轉動所述馬達，馬達帶動所述可電控光圈片轉動，以控制可電控光圈片之光通量，如此，可直接藉由數位訊號驅動可電控光圈片動作。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100‧‧‧光圈控制系統

10‧‧‧鏡頭模組

30‧‧‧CMOS影像感測器

40‧‧‧亮度編碼器

50‧‧‧光圈驅動電路

11‧‧‧鏡筒

12‧‧‧鏡片

13‧‧‧可電控光圈片

51‧‧‧數模轉換器

52‧‧‧第一π型濾波器

53‧‧‧馬達線圈驅動電路

54‧‧‧環境亮度感測模組

55‧‧‧基準電壓產生器

56‧‧‧馬達

C1‧‧‧第一電容

C2‧‧‧第二電容

R1‧‧‧第一電阻

531‧‧‧電壓比較器

532‧‧‧第二π型濾波器

533‧‧‧電壓放大器

5312‧‧‧正相輸入端

5314‧‧‧反相輸入端

5316‧‧‧輸出端

R2‧‧‧第二電阻

C3‧‧‧第三電容

C4‧‧‧第四電容

V1‧‧‧第一電壓

Vref‧‧‧基準電壓

V3‧‧‧輸出電壓

542‧‧‧基準電壓產生器之輸出端

G‧‧‧逆轉線圈

M‧‧‧正轉線圈

圖1係本發明實施方式提供之光圈控制系統之示意圖；

圖2係圖1中之光圈控制系統之光圈驅動電路之示意圖。

100‧‧‧光圈控制系統

10‧‧‧鏡頭模組

30‧‧‧CMOS影像感測器

40‧‧‧亮度編碼器

50‧‧‧光圈驅動電路

11‧‧‧鏡筒

12‧‧‧鏡片

13‧‧‧可電控光圈片

Claims (8)

1. 一種光圈控制系統，其包括一個鏡頭模組、一個CMOS影像感測器、一個亮度編碼器、及一個光圈驅動電路，所述鏡頭模組與所述CMOS影像感測器相對正，該鏡頭模組包括複數個鏡片及設置在所述複數個鏡片之間之一可電控光圈片，所述亮度編碼器用於從當前所述CMOS影像感測器所攝取之數位影像訊號中提取亮度資訊，並將該亮度資訊轉化為數位編碼，其改進在於：所述光圈驅動電路包括一個數模轉換器、一個馬達線圈驅動電路、一個環境亮度感測模組、一個基準電壓產生器及一個馬達，所述馬達線圈驅動電路包括一個電壓比較器，所述數模轉換器之輸入端電性連接至所述亮度編碼器，所述數模轉換器之輸出端電性連接至所述電壓比較器之反相輸入端，所述基準電壓產生器之輸入端電性連接至所述環境亮度感測模組，所述基準電壓產生器之輸出端電性連接至所述電壓比較器之正相輸入端及所述馬達，所述電壓比較器之輸出端連接至所述馬達，所述數模轉換器用於將所述亮度編碼器從所述CMOS影像感測器所提取亮度資訊所對應之數位編碼轉化為第一電壓，所述環境亮度感測模組用於偵測環境亮度，同時存儲有各環境亮度下所對應之數位編碼，該基準電壓產生器用於將所述環境亮度感測模組所獲取之當前之環境亮度所對應之數位編碼轉化為一基準電壓值輸入至所述電壓比較器之正相輸入端，所述電壓比較器用於比較基準電壓與第一電壓，以使光圈驅動電路根據所述電壓比較器之比較結果來控制所述馬達順時針或逆時針轉動所述馬達，馬達帶動所述可電控光圈片轉動，以控制可電控光圈片之光通量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光圈控制系統，其中：所述馬達包括一逆轉線圈和一正轉線圈，所述馬達線圈驅動電路進一步包括一電壓放大器，所述馬達之逆轉線圈電性連接至所述基準電壓產生器之輸出端，所述電壓放大器之輸入端電性連接至所述電壓比較器之輸出端，所述電壓放大器之輸出端電性連接至所述馬達之正轉線圈。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光圈控制系統，其中：當所述正轉線圈之電壓大於所述逆轉線圈之電壓時，所述馬達順轉以使可電控光圈片之通光量增加，反之，所述可電控光圈片之通光量減小，當所述正轉線圈之電壓等於所述逆轉線圈之電壓時，所述馬達停止轉動。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光圈控制系統，其中：當所述基準電壓之電壓值大於所述第一電壓之電壓值時，所述電壓比較器之輸出端輸出基準電壓之電壓值，並經所述電壓放大器放大後，所述正轉線圈得到一輸出電壓，輸出電壓等於K倍之基準電壓之電壓值，其中K為電壓放大器之放大倍率，輸出電壓之電壓值大於此時所述逆轉線圈上之基準電壓之電壓值時，所述馬達順轉使可電控光圈片之通光量增加。
5. 如申請專利範圍第4項所述之光圈控制系統，其中：當所述第一電壓之電壓值大於基準電壓之電壓值時，所述電壓比較器之輸出端輸出一負之第一電壓之電壓值，並經所述電壓放大器放大後，所述正轉線圈得到之輸出電壓等於-K倍之第一電壓之電壓值，輸出電壓之電壓值小於此時所述逆轉線圈上之基準電壓之電壓值，所述馬達逆轉以使可電控光圈片之通光量減小。
6. 如申請專利範圍第2項所述之光圈控制系統，其中：所述光圈驅動電路進一步包括一第一π型濾波器，所述第一π型濾波器包括一個第一電容、一個第二電容、及一個第一電阻，所述第一電容之陽極電性連接至所述數模轉換器之輸出端，所述第一電容之陰極接地，所述第二電容之陽極電性連接至所述數模轉換器之輸出端，所述第二電容之陰極接地，所述第一電阻連接至所述第一電容之陽極與第二電容之陽極之間。
7. 如申請專利範圍第2項所述之光圈控制系統，其中：所述線圈驅動電路進一步包括一個第二π型濾波器，所述第二π型濾波器包括一個第二電阻、一個第三電容、及一個第四電容，所述第三電容之陽極電性連接至所述電壓比較器之正相輸入端，所述第三電容之陰極接地，所述第四電容之陽極電性連接至所述基準電壓產生器之輸出端，所述第四電容之陰極接地，所述第二電阻連接至所述第三電容之陽極與第四電容之陽極之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光圈控制系統，其中：所述電壓比較器具有積分功能。