具有微光成像或紫外成像功能的数码相机及其制造方法

专利名称：具有微光成像或紫外成像功能的数码相机及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种具有微光成像或紫外成像功能的，便于携带的高 图像分辨率和清晰度数码相机及数码摄像机，进一步地，涉及对普及 型数码相机或数码摄像机进行改装得到的具有上述功能的数码相机 或数码摄像机，以及更进一步地，涉及其中的改装方法。
背景技术：
随着成像及配套技术的日臻完善，数码相机和数码摄像机已经成 为人们不可或缺的日常用品。但普及型数码相机或数码摄像机因其不
具备微光成像和紫外成像功能，不能用于光线微弱的环境，如夜间； 也不能用于紫外成像。因此，如能制得具有微光成像或紫外成像功能 的，且便于携带的高图像分辨率和清晰度数码相机或数码摄像机，无 疑将为夜间侦察以及紫外痕迹检查和鉴定带来技术上的突破。

发明内容
本发明的目的是解决普及型数码相机和数码摄像机存在的上述问 题，提供具有所述微光成像或紫外成像功能的，且便于携带的高图像分 辨率和高清晰度成像设备，特别是光锥耦合数码相机和光锥耦合数码摄像机。
根据本发明的第一方面，提供了 一种具有微光成像功能的光锥耦合 数码相机，所述光锥耦合数码相机包括电子快门、像管同步控制电路、 相机快门控制电路、镜头、镜头状态探测器、镜头状态探测电路、图像 传感器、数码相机主电路和机身等，其中还包括像增强器和光锥。
所述光锥的小端与所述图像传感器耦合，所述光锥的大端与像增强 器耦合，用于将像增强器输出面上的像传递到数码相机图像传感器上。
所述像管同步控制电路用于保持像增强器的电源和相机快门控 制电路同步，当该像管同步控制电路探测到电子快门打开时，开通像
增强器电源，当探测到电子快门关闭时，关闭像增强器的电源。
根据本发明的光锥耦合数码相机的一个优选实施方案，所述光锥耦
合数码相机还包括对焦电机驱动电路和对焦电机。
根据本发明的第二方面，提供了 一种具有紫外成像功能的光锥耦
合数码相机，所述光锥耦合数码相机包括电子快门、相机快门控制电
路、像管同步控制电路、镜头、镜头状态探测器、镜头状态探测电路、
图像传感器、数码相机主电路和机身等，其中还包括像增强器和光锥； 所述镜头为紫外镜头，所述像增强器为紫外像增强器。优选地，所述 紫外镜头的前端装有只允许紫外光通过的带通滤光片。另一个实施方 案为，所述紫外像增强器为日盲紫外像增强器。
所述光锥的小端与所述图像传感器耦合，所述光锥的大端与像增 强器耦合，用于将像增强器输出面上的像传递到数码相机图像传感器 上。
所述像管同步控制电路用于保持像增强器的电源和相机快门控 制电路同步，当该像管同步控制电路探测到电子快门打开时，开通像 增强器电源，当探测到电子快门关闭时，关闭像增强器的电源。
根据本发明的光锥耦合数码相机的一个优选实施方案，所述光锥耦 合数码相机还包括对焦电机驱动电路和对焦电机。
根据本发明的第三方面，提供了又一种由普及型数码相机改装而 成的具有微光成像功能的光锥耦合数码相机，该光锥耦合数码相机包 括相机快门控制电路、镜头、镜头状态探测电路、图像传感器、数码 相机主电路和机身等，其中还包括像增强器、光锥、镜头状态模拟电 路和像管同步控制电路。
所述光锥的小端与所述图像传感器耦合，所述光锥的大端与像增 强器耦合，用于将像增强器输出面上的像传递到数码相机图像传感器 上。
所述镜头状态模拟电路用于产生人为模拟的镜头状态信号，并将 其发送至主电路，使主电路认定成像设备正常；从而使该改装的数码 相机在拆除了原装镜头，并安装了新镜头后，仍然能够正常开启、关 闭以及进行拍摄。
所述像管同步控制电路用于保持像增强器的电源和相机快门控
制电路同步，当该像管同步控制电路检测到相机快门打开信号时，开 通像增强器电源，当探测到相机快门关闭信号时，关闭像增强器的电 源。
根据本发明的光锥耦合数码相机的一个优选实施方案，所述光锥耦 合数码相机还包括对焦电机驱动电路和对焦电机。
根据本发明的第四方面，提供了再一种由普及型数码相机改装而 成的具有紫外成像功能的光锥耦合数码相机，该光锥耦合数码相机包 括相机快门控制电路、镜头、镜头状态探测电路、图像传感器、数码 相机主电路和机身等，其中还包括像增强器、光锥、镜头状态模拟电
路和像管同步控制电路；以及所述镜头为紫外镜头，所述像增强器为 紫外像增强器。优选地，所述紫外镜头的前端装有只允许紫外光通过 的带通滤光片。另一个实施方案为，所述紫外像增强器为日盲紫外像 增强器。
所述光锥的小端与所述图像传感器耦合，所述光锥的大端与像增 强器耦合，用于将像增强器输出面上的像传递到数码相机图像传感器 上。
所述镜头状态模拟电路用于产生人为模拟的镜头状态信号，并将 其发送至主电路，使主电路认定成像设备正常；从而使该改装的数码 相机在拆除了原装镜头，并安装了新镜头后，仍然能够正常开启、关 闭以及进行拍才聂。
所述像管同步控制电路用于保持像增强器的电源和相机快门控 制电路同步，当该像管同步控制电路检测到相机快门打开信号时，开 通像增强器电源，当探测到相机快门关闭信号时，关闭像增强器的电 源。
根据本发明的光锥耦合数码相机的一个优选实施方案，所述光锥耦 合数码相机还包括对焦电机驱动电路和对焦电机。
根据本发明的第五方面，提供了另一种由普及型数码相机改装而 成的具有微光成像功能的光锥耦合数码相机，该光锥耦合数码相机包 括相机快门控制电路、镜头、镜头状态探测电路、图像传感器、数码 相机主电路和机身等，其中还包括像增强器、光锥、镜头状态模拟电 路、像管同步控制电路、对焦步进电机驱动电路、对焦电机驱动转换
电路和对焦直流电才几。
所述光锥的小端与所述图像传感器耦合，所述光锥的大端与像增 强器耦合，用于将像增强器输出面上的像传递到数码相机图像传感器 上。
所述镜头状态模拟电路用于产生人为模拟的镜头状态信号，并将
其发送至主电路，使主电路认定成像设备正常；从而使该改装的数码 相机在拆除了原装镜头，并安装了新镜头后，仍然能够正常开启、关 闭以及进行拍摄。
所述像管同步控制电路用于保持像增强器的电源和相机快门控 制电路同步，当该像管同步控制电路检测到相机快门打开信号时，开 通像增强器电源，当探测到相机快门关闭信号时，关闭像增强器的电 源。
焦直流电机驱动电路，用于驱动对焦直流电机。
根据本发明的第六方面，提供了又一种由普及型数码相机改装而 成的具有紫外成像功能的光锥耦合数码相机，该光锥耦合数码相机包
括相机快门控制电路、镜头、镜头状态探测电路、图像传感器、数码 相机主电路和机身等，其中还包括像增强器、光锥、镜头状态模拟电 路、像管同步控制电路、对焦步进电机驱动电路、对焦电机驱动转换 电路和对焦直流电机；以及所述镜头为紫外镜头，所述像增强器为紫 外像增强器。优选地，所述紫外镜头的前端装有只允许紫外光通过的 带通滤光片。另一个实施方案为，所述紫外像增强器为日盲紫外像增 强器。
所述光锥的小端与所述图像传感器耦合，所述光锥的大端与像增 强器耦合，用于将像增强器输出面上的像传递到数码相机图像传感器 上。
所述镜头状态模拟电路用于产生人为模拟的镜头状态信号，并将 其发送至主电路，使主电路认定成像设备正常；从而使该改装的数码 相机在拆除了原装镜头，并安装了新镜头后，仍然能够正常开启、关 闭以及进行拍摄。
所述像管同步控制电路用于保持像增强器的电源和相机快门控
制电路同步，当该像管同步控制电路检测到相机快门打开信号时，开 通像增强器电源，当探测到相机快门关闭信号时，关闭像增强器的电 源。
焦直流电机驱动电路，用于驱动对焦直流电机。
本发明还在上述光锥耦合数码相机的基础上，通过向其中引入动 态图像处理芯片及音频处理芯片，来提供具有微光成像或紫外成像功 能的、且兼具摄像功能的光锥耦合数码相机或光锥耦合数码摄像机。
本发明还通过利用所述的光锥耦合数码相机改装方法对普及型 数码摄像机进行改装，而提供具有微光成像或紫外成像功能的光锥耦 合数码摄机。
本发明第七方面提供了对普通数码相机/摄像机进行改装以获取光锥耦合数码相机/摄像机的方法，该方法包括拆除原装数码相机/ 摄像机；将光锥的小端与图像传感器耦合，将光锥的大端与像增强器 耦合，以使像增强器输出面上的像传递到图像传感器上；配置像管同 步控制电路，用于保持像增强器的电源和快门控制电路同步，当该像 管同步控制电路探测到快门打开信号时，开通像增强器电源，当探测 到快门关闭信号时，关闭像增强器的电源；重新组装数码相机/摄像 机。
本发明第八方面提供了另 一种对普通数码相机/摄像机进行改装 以获取光锥耦合数码相机/摄像机的方法，该方法包括拆除原装数 码相机/摄像机；将光锥的小端与图像传感器耦合，将光锥的大端与 像增强器耦合，以使像增强器输出面上的像传递到图像传感器上；配 置像管同步控制电路，用于保持像增强器的电源和快门控制电路同 步，当该像管同步控制电路探测到快门打开信号时，开通像增强器电 源，当探测到快门关闭信号时，关闭像增强器的电源；配置镜头状态 模拟电路，用于产生人为模拟的镜头状态信号，并将其发送至主电路， 使主电路认定成像设备正常；重新组装数码相机/摄像机。
本发明第九方面提供了对普通数码相机/摄像机进行改装以获取光 锥耦合数码相机/摄像机的方法，该方法包括拆除原装成像设备；将光 锥的小端与图像传感器耦合，将光锥的大端与像增强器耦合，以使像增
强器输出面上的像传递到图像传感器上；配置像管同步控制电路，用于 保持像增强器的电源和快门控制电路同步，当该像管同步控制电路探测 到快门打开信号时，开通像增强器电源，当探测到快门关闭信号时，关 闭像增强器的电源；配置驱动转换电路，及对焦直流电机，所述驱动转 换电路将对焦步进电机驱动电路转换为对焦直流电机驱动电路，驱动所 述对焦直流电机；重新组装数码相机/摄像机。


图1示出根据本发明一个实施方案的光锥耦合数码相机结构示 意图。
图2示出根据本发明另一个实施方案的光锥耦合数码相机结构 示意图。
图3示出图2所示的光锥耦合数码相机的主要电路原理图。 图4示出图3所示的镜头状态模拟电路微处理器的运行流程。 图5示出图3所示的像管同步控制电路微处理器的运行流程。 图6示出图3所示的对焦电机驱动转换电路微处理器的运行流程。
图7示出根据本发明一个实施方案的CCD感光区域尺寸设计的光 锥外形图。
图8示出根据本发明一个实施方案的用一个微处理器同时完成 镜头状态模拟电路和像管同步控制电路的电路图。
图9示出根据本发明一个实施方案的用一个微处理器同时完成 镜头状态模拟电路和像管同步控制电路的运行流程。
图IO是示出根据本发明一个实施方案的将普及型数码相机对焦 步进电机电路转化为单反镜头对焦直流电机电路的原理图。
图11是示出根据本发明一个实施方案的将普及型数码相机对焦 步进电机电路转化为单反镜头对焦直流电机电路的简易型原理图。
图12是示出根据本发明一个实施方案的用于光锥耦合工艺的表 面贴电路翻修设备PL550A的真空吸嘴零件设计图。
图13是示出根据本发明一个实施方案的用PL550A进行光锥耦合 时光锥和CCD对准过程图。
图14是示出根据本发明一个实施方案的分别用两个微处理器完 成镜头状态模拟电路和像管同步控制电路的电路图。
图15示出根据本发明一个实施方案的镜头状态模拟电路的微处 理器运行流程。
图16示出本发明一个实施方案的像管同步控制电路的微处理器 运行流程。
具体实施方案
现在结合附图，以具体实施例的方式对本发明的具有微光成像或 紫外成像功能的，便于携带的高图像分辨率和清晰度数码相机给予进 一步说明。但这些实施例对于本申请的保护范围并无限制，本申请的 保护范围由权利要求书给予限定
由于本发明是在普及型数码相机上的进一步改进和创新，而普及 型数码相机的结构已为本领域普通技术人员所熟知，因此，为简化说 明，此处不再详述与普及型数码相机共有的部件的结构和功能。
图1示出了根据本发明的一个实施方案的光锥耦合数码相机结 构示意图。在该实施方案中，光锥耦合数码相机包括电子快门15， 相机快门控制电路ll、镜头14、镜头状态探测器16、镜头状态探测 电路7、图像传感器4、数码相机主电路5、机身1、对焦电机驱动电 路9、对焦电机13等，其中，该光锥耦合数码相机还包括像增强器2 和光锥3。所述光锥的小端与所述图像传感器4耦合，所述光锥的大 端与像增强器2耦合，用于将像增强器输出面上的像传递到数码相机 图像传感器上。
所述像管同步控制电路用于保持像增强器的电源和相机快门控 制电路同步，该像管同步控制电路的一个输入端脚和相机快门控制电 路相连接，当该像管同步控制电路探测到电子快门打开时，开通像增 强器电源，当探测到电子快门关闭时，关闭像增强器的电源，并持续 一段时间，使相机图像传感器的静态图像信号在闭光条件下正常转 移。该像管同步控制电路也可以由微处理器编程实现。
所述同步控制也可以以光机电的方式来实现。
其中所述光锥大端优选与像增强器的荧光屏尺寸相同。光锥小端优
选与图像传感器的尺寸相同。
4象增强器3可以采用法国Photonis的XX1666/P、 XD-4、 XR-5或国 产的1XZ18/18WHS等型号的相应产品。
对焦电机驱动电路9可以是对焦直流电机驱动电路，相应地，对焦 电机13采用对焦直流电机。同时对焦电机驱动电路9也可以是步进对焦 电机驱动电路，相应地，对焦电机13采用步进对焦电机。
对于不需调焦的相机或者希望手动调焦的相机，也可以不用安装对 焦电机和对焦电机驱动电路。
对于镜头，可以采用标准的单反镜头，以及对其配置相应的对焦直 流电机。
为实现紫外成像功能，可将上述镜头更换为紫外镜头，以及将上 述像增强器更换为紫外像增强器。同时可在紫外镜头的前端安装只许 紫外光通过的带通滤光片，以使拍摄对象更为清晰。对于日盲紫外像 增强器，由于其只对紫外光进行响应和增强，因此无需追加带通滤光 片。
通过在镜头前追加其他波段的带通滤光片，或采用与其他波段相 匹配的像增强器，可以实现在其他波段的成像。
由于普及型数码相机种类丰富，且在技术层面上各有优势，因此， 本发明第二方面提供了 一种在普及型数码相机上改装所得的、具备本发 明所述的微光成像或紫外成像功能的光锥耦合数码相机。如此改装的数 码相机保留了原相机所具备的功能，同时又增加了本发明相机所具有的 紫外或微光成像功能，因此具备了更多的优势。
图2示出了根据本发明一个实施方案的改装所得的光锥耦合数码相 机，包括机身l'、相机快门控制电路ll'、数码相机主电路5'、镜头状态 探测电路7，、图像传感器4'、镜头14，，其中该光锥耦合数码相机还包括 像增强器2'、光锥3，、镜头状态模拟电路8'、像管同步控制电路12，、对 焦步进电机驱动电路9，、单反镜头对焦直流电机13，以及对焦电机驱动转 换电路10';所述光锥的小端与所述图像传感器4'耦合，所述光锥的大端 与像增强器2'耦合，用于将像增强器输出面上的像传递到数码相机图像 传感器上。
以下参考图2来描述所述改装过程，所述改装步骤包括
1. 数码相机机身的选择与改造；
2. 光锥3'的参数设计；
3. 附加电路6'的设计；
4. 光锥耦合及整机装调。 下面具体介绍这些步骤。
1.数码相机机身的选择与改造
可用于进行所述改装的市售数码相机包括但不限于，SONY DSC-Rl、三星Pro815、富士 FinePixSlOO、 FinePixS9600、理光 CaplioGXlOO、佳能Powershot G7、 *〉下LX2GK、适马DPI等。如果 用于微光成像成像，优选地，使用具有电子取景器的相机进行改装。 该类相机屏幕亮度较低，成像时不易暴露目标。优选具有较大的相机 图像传感器，且取景图像由液晶屏实时显示的数码相机。改装时，拆 除相机原装镜头和机械快门，取出相机的图像传感器，并去掉其光学 保护玻璃以便进行光锥耦合。 2.光锥参数设计
所述光锥大端优选与像增强器的荧光屏尺寸相同。光锥小端优选与 图像传感器的尺寸相同。更为优选地，光锥小端面可磨成矩形并刚好覆 盖图像传感器的成像区域。
3.附加电路设计
由于上述步骤l中拆除了原普及型数码相机的镜头和机械快门，原 数码相机设定的检测程序会因该相机原装镜头的拆除，而在检测时将相 机工作状态判定为异常，并因此无法继续工作。同时，由于机械快门被 拆除，因而缺少了闭光转移条件，从而导致图像传感器曝光过度。
为解决镜头拆除所带来的问题，本发明在附加电路部分引入镜头 状态模拟电路，所述镜头状态模拟电路可以由微处理器编程实现，该 镜头状态模拟电路微处理器与其他结构部分的连接关系如图3所示。 从图3可知，对焦镜头位置探测器和变焦电机转数计数器已随上述拆 除工作一起被拆除。此时，由镜头状态模拟电路模拟对焦镜头位置探 测器和变焦电机转数计数器的实测信号，产生人为的模拟信号，并且 将该信号传送至镜头状态探测电路中对焦镜头位置探测器和变焦驱 动电机转数计数器这两个光电耦合器的集电极，使数码相机主电路将
镜头状态判定为正常。从而保证在拆除了原装镜头，并安装了新镜头 后，数码相机仍然能够正常开启、关闭以及进行拍摄。
图4示出了所述镜头状态模拟电路微处理器的运行流程，其中该 微处理器的程序采用了中断服务的方式设计，微处理器的计时器溢出 引起中断服务，中断服务程序产生两个方波信号，输出到对焦镜头位 置探测器和变焦电机转数计数器。
为解决快门拆除所带来的图像传感器过度曝光问题，本发明在附 加电路部分引入像管同步控制电路，所述像管同步控制电路可以由微 处理器编程实现，所述像管同步控制电路微处理器与其他结构部分的 连接关系如图3所示。在该图中，该像管同步控制电路微处理器的一 个输入端脚和相机快门控制电路相连接，当检测到相机的快门打开脉 冲信号时，开通像增强器的电源，使像增强器进入正常工作状态。当 微处理器探测到相机关闭快门的矩形脉沖时，关闭像增强器的电源， 并持续一段时间，使相机图像传感器的静态图像信号在闭光条件下正 常转移。优选地，所述持续时间为400-700ms。
通过增加像管同步控制电路微处理器，使像增强器的电源和相机 快门控制电路同步，保证了相机图像传感器能够正确曝光，并能使图 像信号在闭光条件下正常转移。
图5示出所述像管同步控制电路微处理器的运行流程，其中该微 处理器的程序采用中断服务的方式设计，输入端脚电平变化引起微处 理器中断响应，相机快门控制电路的变化控制像增强器的电源通或 关。
在拆除上述镜头后，将普及型数码相机的镜头拆换成单反镜头，， 可大幅度的延伸增强数码相机的观察距离。为解决更换镜头后需要解 决的自动对焦问题，本发明采用电路转换的方法，在附加电路中引入 对焦驱动转换电路，用于将原普及型数码相机内的对焦步进电机驱动
电路转换为对焦直流电机驱动电路，以实现自动对焦功能。所述对焦 驱动转换电路可以由微处理器编程实现，所述对焦驱动转换电路与其
他结构部分的连接关系如图3所示。
图6示出所述对焦驱动转换电路微处理器的运行流程，其中该微 处理器的程序采用中断服务的方式设计，输入端脚电平变化引起微处
理器中断响应，微处理器分析两个绕组的波形，判断对焦电机的转向 和转角，将步进电机的转向和转角参量转化为单反镜头对焦直流电机 的通电方向和通电时间参量，从而使单反镜头和本发明的数码相机的 自动调焦功能精确地连动起来。
对于被改装相机为对焦直流电机的数码相机，则无需对焦电机驱 动转换电路。直接将对焦驱动电路和对焦电机连接即可。
在将光锥和图像传感器耦合之前，使用电动微型金刚石磨头磨去 图像传感器的保护玻璃窗。清洗干净后，将光锥和图像传感器对准耦
合。耦合设备采用德国ERSA公司表面贴电路翻修设备PL550A，光学 胶采用两组份环氧树脂，所述环氧树脂为中昊晨光化工研究院生产的 GHJ- (z)光学胶。4象增强器3可采用法国Photonis的XX1666/P、 XD-4、 XR-5或国产的1XZ18/18WHS等型号的相应产品。
最后使用结构件将各部件组装起来，包括将耦合后的图像传感 器、光锥和像增强器置入机身中，根据单反镜头的后节距标准将像增 强器2阴极面调准在焦平面位置，设计新的单反镜头安装接口 ，安装 单反镜头，从而实现具有微光成像功能的光锥耦合数码相机。
为实现紫外成像功能，上述镜头优选地为紫外镜头，所述像增强 器优选地为紫外像增强器，以及在紫外镜头的前端装有只许紫外光通 过的带通滤光片。
通过在镜头前追加其他波段的带通滤光片，或采用与其他波段相 匹配的像增强器，可以实现在其他波段的成像。
众所周知的是，普及型数码相机常兼具摄像功能，以及专业数码 相机和专业数码摄像机的主要差别也只在于图像处理芯片功能的侧 重点不同，具体而言，前者专长于静态图像的处理，后者专长于动态 图像的处理。因此，在上述光锥耦合数码相机上进一步引入动态图像 处理芯片和音频处理芯片，可以得到兼具摄像功能的光锥耦合数码相 机或光锥耦合数码摄像机。
由于动态图像处理芯片或音频处理芯片在数码相机或数码摄像 机领域是公知的，本领域普通技术人员根据该公知技术和前面对光锥 耦合数码相机及普及型数码相机改装方法的详细描述，已经能够实现 本发明的具有摄像功能的光锥耦合数码相机，或光锥耦合数码摄像
机，因此不做过多的重复性描述。
具体而言，本发明的光锥耦合数码摄像机包括了光锥和像增强
器；在普及型数码摄像机基础上改装而得到的光锥耦合数码摄像机， 则将包括镜头状态模拟电路和像管同步控制电路；通过改装步进电机 摄像机而获取的光锥耦合数码摄像机，将进一步包括对焦电机驱动转 换电路和直流电机。
同样还可以将所述光锥耦合数码摄像机的镜头和像增强器换为 紫外镜头和紫外像增强器，以实现紫外成像。优选地，所述紫外镜头 的前端装有只允许紫外光通过的带通滤光片。另一个实施方案为，所 述紫外像增强器为日盲紫外像增强器。
其中，上述各部件的连接关系参见本发明的光锥耦合数码相机部 分的描述。
根据以上教导所实现的兼具摄像功能的光锥耦合数码相机，或光 锥耦合数码摄像机，或基于普及型摄像机改装而得到的光锥耦合数码 摄像机，除具有普及型摄像机所具有的功能之外，还具有微光成像或 紫外成像功能，而且其图像分辨率和清晰度较高，并便于携带。
以下对富士FinePixS9600相机以及三星DigimaxSlOOO相机进4亍 示例说明。
对于富士 FinePixS9600相机，图像传感器为1/1. 6英寸的Super CCD,有效像素903万。实测的S9600 CCD有效成像区域为5. 9mm x 7.83mm， 对角线9. 8mm。光锥小端面矩形的尺寸设计为6. 2mm x 8. 2mm，对角线IO. 30mm,大端面的直径为18mm,光锥高度17mm,如 图7所示。
富士 FinePixS9600相机原机镜头工作状态只有一个探测对焦镜 片位置的光电耦合器，它保证开机时和关机后镜头的初始位置正确。 镜头状态模拟电路和像增强器同步控制器共用一片微处理器 PIC12F508完成。将微处理器模拟的状态信号连接到光电耦合器的集 电极，代替光电耦合器输出状态波形，电路如图8所示。在设计微处 理器的程序时，其输出的状态模拟波形依据镜头拆除前的实测值来确 定，方波周期为30ms，从而保证在拆除了原装镜头，并安装了新镜
头后，数码相机仍然能够正常开启、关闭以及进行拍摄，该微处理器
的运行流程如图9所示。
像管同步控制电路微处理器的一个输入端脚和机械快门控制线 相连接，当同步控制器探测到相机快门处于打开状态的信号时，开通 像增强器电源，像增强器处正常工作状态；当微处理器探测到相机关 闭快门的矩形脉沖时，关闭像增强器的电源，并持续500ms使相机图 像传感器的静态图像信号在闭光条件下正常转移。
像增强器的电源的典型值是2. 7V，最小值为2V,最大值为3. 5V， 最大电源电流为18mA。单片机PIC12F508输出端口单脚的最大灌电 流和拉电流都为25mA，各管脚的最大灌电流和拉电流总和为100mA。 由此可知，像增强器的电源可采用数码相机内部主电源3. 3V，像增 强器由单片机PIC12F508直接驱动。具体接法是像增强器和单片机 的电源正极接数码相机的3. 3V,像增强器电源地接单片机的输出端 口。 PIC12F508端口为CMOS结构，可以并联使用。几个输出管脚并 联和像增强器电源地相接，这样可以提高单片机的负载能力，减小像 增强器电源电流经过单片机时的压降和能量损耗，如图8所示。
富士 S9600相机对焦电机是两相步进电机。本发明将对焦步进电 机电路转换为单反镜头对焦直流电机电路，使该光锥耦合数码相机具 备自动对焦功能，如图10所示。S9600对焦电机的驱动是两相四拍 波形，测试发现每个绕组两极驱动波形互为反相，微处理器探测两个 绕组各单极波形，就可以判断出对焦电机的转向和转角，微处理器将 步进电机的转向和转角参量转化为单反镜头直流电机的通电方向和 通电时间参量，从而使单反镜头和增强数码相机的自动调焦功能精确 地连动起来。由于图中PNP三极管和微处理器所接电源电压不同，当 需要PNP三极管截止时，端口 GPO或GP4输出的不是高电平，而是高 阻状态。电路图IO适合的电源电压范围比较宽，可以到7.2V。
图11是富士 S9600相机对焦转换电路的简易型原理图，可以省 去三极管等分离元件，但适合的电源电压范围比较窄，只能到6V。 直流电机的每一极各有IO个输出脚并联驱动，由于IO个端脚分属不 同的寄存器控制，在转换电平时，中间过程必须经过高阻状态过渡， 否则由于指令时差，使分属不同寄存器的端脚电平转换不同步，并联
使用会引起瞬时的内部短路。微处理器PIC16C62B始终接电池电源， 相机主电路电源3. 3V上电时微处理器被启动。微处理器启动后处于 休眠状态，当RBO有上升沿时CPU被唤醒，这样可以降低转换电路的 整体功耗。
在光锥和CCD耦合之前，用电动微型金刚石磨头磨去CCD的保护 玻璃窗。清洗干净后，用德国ERSA公司表面贴电路翻修设备PL550A 将光锥和CCD器件对准耦合。真空吸嘴要专门设计，如图12所示。 将光锥用真空吸嘴吸起，CCD固定在PL550A平台上。拉出裂像光学 机箱，监视PL550A摄像机的输出图像，观察光锥和CCD的对准情况。 旋转调节光锥的角度坐标，微调CCD的X、 Y坐标，对准并贴放光锥， 图13是光锥和CCD对准的过程图。
光学胶采用两组份环氧树脂，所述两组份环氧树脂为中昊晨光化 工研究院生产的GHJ- (z)光学胶， 一般情况下常温自然固化12小 时后可移动，36~48小时后即可以正常使用。
^象增强器采用法国Photonis的XX1666/P、 XD-4、 XR-5或国产的 1XZ18/18WHS型号中的一个。
最后用结构件将各部件组装起来，根据镜头的后节距标准将像增 强器阴极面调准在焦平面位置，设计新的单反镜头安装接口，并安装 镜头，至此就完成了基于S9600的该光锥耦合数码相机。
基于三星DigimaxSlOOO的实施例
三星DigimaxSlOOO的图像传感器为1/1.8〃 CCD,根据标称值计 算有效成像区域应为5. 33mmx 7. llmm，对角线为8. 88mm。实效'J CCD 全部成像区域为5. 53mm x 7. 35mm,对角线9. 20mm。
根据CCD尺寸设计光锥参数，锥度比为2. 1: l，小端直径为9. 4mm， 大端直径为19. 8mm,小端矩形尺寸为5. 9mm x 8. 3mm。
本实施例采用两片微处理器分别设计镜头状态模拟电路和像管 同步控制电路，电路如图14所示。
三星DigimaxSlOOO数码相机镜头工作状态由两个光电耦合器来 探测， 一个是镜头初始位置探测器，它保证开机时和关机后镜头的初 始位置正确；另一个是变焦驱动电机转数计数器，它保证变焦电机的
转数准确。本实施方案用一片微处理器PIC12F508模拟镜头初始位置 探测器和变焦驱动电机转数计数器，将人为模拟的状态信号连接到光 电耦合器的集电极，代替光电耦合器的实测信号，微处理器的运行流 程如图15所示。
像增强器采用XX1666/P或XD-4,电源同步控制器用单独一片微 处理器PIC12F508设计，PIC12F508的一个输入端脚探测相机快门电 路，5个输出端脚并联驱动像增强器的电源。当同步控制器探测到相 机的快门有关闭动作时，关闭像增强器电源并持续700ms,使CCD静 态图像信号在闭光环境下正常转移，运行流程如图16所示。
权利要求
1. 一种光锥耦合成像设备，包括电子快门、像管同步控制电路、快门控制电路、镜头、镜头状态探测器、镜头状态探测电路、图像传感器、主电路和机身等，其中还包括像增强器和光锥；所述光锥的小端与所述图像传感器耦合，所述光锥的大端与像增强器耦合，用于将像增强器输出面上的像传递到图像传感器上；所述像管同步控制电路用于保持像增强器的电源和快门控制电路同步，当该像管同步控制电路探测到电子快门打开时，开通像增强器电源，当探测到电子快门关闭时，关闭像增强器的电源。
2. —种光锥耦合成像设备，包括快门控制电路、镜头、图像传感 器、主电路和机身等，其中还包括像增强器、光锥、镜头状态模拟电 路和像管同步控制电路；所述光锥的小端与所述图像传感器耦合，所述光锥的大端与像增 强器耦合，用于将像增强器输出面上的像传递到图像传感器上；所述镜头状态模拟电路用于产生人为模拟的镜头状态信号，并将 其发送至主电路，使主电路认定成像设备正常；所述像管同步控制电路用于保持像增强器的电源和快门控制电 路同步，当该像管同步控制电路探测到快门打开信号时，开通像增强 器电源，当探测到快门关闭信号时，关闭像增强器的电源。
3. 根据权利要求1或2所述的光锥耦合成像设备，其中，在关闭 像增强器的电源后维持该关闭状态一段时间，使相机图像传感器的静 态图像信号在闭光条件下正常转移。
4. 根据权利要求1或2所述的光锥耦合成像设备，其中，所述像 管同步控制电路的一个输入端脚和快门控制电路相连接。
5. 根据权利要求2所述的光锥耦合成像设备，还包括镜头状态探 测电路，其中镜头状态信号通过该镜头状态探测电路发送至主电路。
6. 根据权利要求3所述的光锥耦合成像设备，其中，所述一段时 间是400 - 700ms。
7. 根据权利要求1或2所述的光锥耦合成像设备，所述像增强器选 自法国Photonis的XX1666/P、 XD-4、 XR-5或国产的1XZ18/18WHS型 号中的一种。
8. 根据权利要求1或2所述的光锥耦合成像设备，所述光锥的大 端面与像增强器的荧光屏尺寸相同，所述光锥的小端面与图像传感器 的尺寸相同。
9. 根据权利要求1或2所述的光锥耦合成像设备，还包括对焦电 机驱动电路和对焦电机。
10. 根据权利要求9所述的光锥耦合成像设备，所述对焦电机驱 动电路为对焦步进电机驱动电路，所述对焦电机为对焦步进电机。
11. 根据权利要求9所述的光锥耦合成像设备，所述对焦电机驱 动电路为对焦直流电机驱动电路，所述对焦电机为对焦直流电机。
12. 根据权利要求9所述的光锥耦合成像设备，所述对焦电机驱动电 路为对焦步进电机驱动电路，所述对焦电机为对焦直流电机；以及还包 括对焦电机驱动转换电路，用于将所述对焦步进电机驱动电路转换为对 焦直流电机驱动电路，以驱动对焦直流电机。
13. 根据权利要求12所述的光锥耦合成像设备，其中，所述像管 同步控制电路、所述镜头状态模拟电路和所述对焦电机驱动转换电路 分别由微处理器编程实现，或共同由单个微处理器编程实现。
14. 根据权利要求1、 2或12所述的光锥耦合成像设备，所述主 电路包括静态图像处理芯片。
15. 根据权利要求14所述的光锥耦合成像设备，所述主电路包括 动态图像处理芯片。
16. 根据权利要求15所述的光锥耦合成像设备，所述主电路包括 音频处理芯片。
17. 根据权利要求1、 2或12所述的光锥耦合成像设备，所述镜 头为单反镜头。
18. 根据权利要求17所述的光锥耦合成像设备，所述镜头为紫外 镜头，以及所述像增强器为紫外像增强器。
19. 根据权利要求18所述的光锥耦合成像设备，在所述紫外镜头 的前端安装只许紫外光通过的带通滤光片。
20. 根据权利要求18所述的光锥耦合成像设备，所述紫外像增强 器为日盲紫外像增强器。
21. 根据前述任一权利要求的光锥耦合成像设备，所述成像设备 为数码相机。
22. 根据前述任一权利要求的光锥耦合成像设备，所述成像设备 为数码摄像机。
23. —种将普通成像设备改装成光锥耦合成像设备的方法，包括 拆除原装成像设备；将光锥的小端与图像传感器耦合，将光锥的大端与像增强器耦 合，以使像增强器输出面上的像传递到图像传感器上；配置像管同步控制电路，用于保持像增强器的电源和快门控制电 路同步，当该像管同步控制电路探测到快门打开信号时，开通像增强 器电源，当探测到快门关闭信号时，关闭像增强器的电源；重新组装成像设备。
24. 根据权利要求23的将普通成像设备改装成光锥耦合成像设备的 方法，包括配置镜头状态模拟电路，用于产生人为模拟的镜头状态信号，并 将其发送至主电路，使主电路认定成像设备正常。
25. 根据权利要求23或24的将普通成像设备改装成光锥耦合成像 设备的方法，包括配置驱动转换电路，及对焦直流电机，所述驱动转换电路将对焦步 进电机驱动电路转换为对焦直流电机驱动电路，驱动所述对焦直流电机。
全文摘要
本发明涉及具有所述微光成像或紫外成像功能的高图像分辨率和清晰度的光锥耦合成像设备，该成像设备包括像增强器和光锥。所述光锥的小端与所述图像传感器耦合，大端与像增强器耦合。本发明还涉及从普及型相机或普及型摄像机改装而来的光锥耦合成像设备，其中包括了像增强器、光锥、镜头状态模拟电路、像管同步控制电路和对焦驱动转换电路。此外，还将所述镜头替换为紫外镜头，所述像增强器替换为紫外像增强器，以实现紫外波段的成像。以及更进一步地，涉及其中的改装方法。
文档编号G03B13/34GK101383901SQ200810171998
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月28日 优先权日2008年10月28日
发明者崔志刚 申请人:崔志刚