DE102016113443A1 - Verfahren zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements beim Auslesen eines CMOS-Kamerasensors und Ansteuereinheit - Google Patents

Verfahren zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements beim Auslesen eines CMOS-Kamerasensors und Ansteuereinheit Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements beim Auslesen eines CMOS-Kamerasensors und eine Ansteuereinheit. Die Erfindung stellt ein effizientes technisches Konzept bereit, welches ein verbessertes Auslesen eines von einem lichtemittierenden Bauelement beleuchteten CMOS-Kamerasensors bereitstellt, indem das lichtemittierenden Bauelement (100) im PWM-Modus mit einem pulsweitenmodulierten Ansteuersignal betrieben wird. Durch das pulsweitenmodulierte Ansteuern des lichtemittierenden Bauelements kann in vorteilhafter Weise ferner eine Farbortverschiebung des Bildes des Kamerasensors vermieden werden. Eine Abbildungsqualität von mittels des Kamerasensors erfassten Bildern ist dadurch vorteilhaft erhöht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements beim Auslesen eines CMOS-Kamerasensors und eine Ansteuereinrichtung für ein lichtemittierendes Bauelement in Kombination mit einem CMOS-Kamerasensor.
  • Lichtemittierende Bauelemente in Form von LEDs werden in Kombination mit einem CMOS-Kamerasensor als Detektor verwendet. Die LEDs können entweder bei einem festen elektrischen Strom im Dauerbetrieb oder über einen längeren Puls mit einem festen elektrischen Strom betrieben werden. Die Stromhöhe kann dabei sowohl beim Dauerbetrieb als auch beim Pulsbetrieb verändert werden, um ein Helligkeits-Dimming zu erreichen. Alternativ werden lichtemittierende Bauelemente in zahlreichen Anwendungen im sogenannten PWM-Modus (engl. pulse width modulation) mit pulsweitenmodulierten Ansteuersignalen betrieben.
  • Bei CMOS-Kamerasensoren, die nach dem Rolling-Shutter-Ausleseprinzip arbeiten, werden die erfasste Szenen bzw. Bilder zeilen- bzw. spaltenweise abgetastet bzw. ausgelesen.
  • Durch das zeilen- bzw. spaltenweise Auslesen des nach dem Rolling-Shutter-Ausleseprinzip arbeitenden CMOS-Kamerasensors („CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensor“) kann es aber bei einer nach dem PWM-Modus modulierten Beleuchtung durch die LEDs zu unterschiedlichen Hell- und Dunkelbereichen auf dem detektierten Bild kommen. So kann in unterschiedlichen Zeilen je nach Phase der modulierten Beleuchtung durch das lichtemittierende Bauelement entweder eine völlig helle Zeile oder eine völlig dunkle Zeile oder eine Mischung aus beiden detektiert werden. Das daraus resultierende detektierte bzw. ausgelesene Bild kann deshalb Helligkeitsschwankungen innerhalb des Bildes aufweisen und kann dadurch auf den Betrachter verschwommen bzw. unscharf wirken. Zudem kann es zu starken Über- und Unterbelichtungseffekten auf dem CMOS-Kamerasensor kommen, die ein CMOS-Treiber kaum kompensieren kann.
  • Es existieren auch CMOS-Kamerasensoren, die statt nach dem Rolling-Shutter-Ausleseprinzip nach dem Global Shutter-Ausleseprinzip („CMOS-Global-Shutter-Kamerasensoren“) arbeiten, bei denen alle Pixel des CMOS-Kamerasensors gleichzeitig ausgelesen werden.
  • Bei beiden genannten Ausleseprinzipien (Rolling-Shutter und Global-Shutter) besteht aber bei einer Verwendung eines lichtemittierenden Bauelements in Form von LEDs in Kombination mit einem CMOS-Kamerasensor als Detektor weiter das Problem, dass eine Helligkeitskorrektur, die durch die Stromänderung des lichtemittierenden Bauelements bewirkt wird, aufgrund der stromabhängigen Eigenschaften der LEDs und insbesondere deren Konverter gleichzeitig eine Änderung des Farbortes verursachen.
  • Wichtig ist die Vorhersagbarkeit des Farbortes insbesondere beim Einsatz von Matrix-LEDs mit mehreren lichtemittierenden Pixeln. Hier werden viele einzelne LED-Chips separat voneinander angesteuert, um Szenen selektiv auszuleuchten und mit dem CMOS-Kamerasensor aufzunehmen. Ein Strom-Dimming des lichtemittierenden Bauelements kann bei der Detektion mit dem CMOS-Kamerasensor zu Farbinhomogenitäten zwischen den einzelnen Pixeln führen und somit zu Farbinhomogenitäten des gesamten Bildes, die mit bekannten Verarbeitungsalgorithmen schwer kompensierbar sind.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist darin zu sehen, ein verbessertes Verfahren zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements während eines Betriebs eines Kamerasensors und eine Ansteuereinrichtung für ein lichtemittierendes Bauelement in Kombination mit einem CMOS-Kamerasensor bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements bei einem Auslesen eines CMOS-Kamerasensors, aufweisend den Schritt:
    Betrieb des lichtemittierenden Bauelements in einem PWM-Modus mit einem pulsweitenmodulierten Ansteuersignal.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die Erfindung eine Ansteuereinrichtung für ein lichtemittierendes Bauelement in Kombination mit einem CMOS-Kamerasensor, wobei die Ansteuereinrichtung ausgebildet ist, in einem PWM-Modus mit einem pulsweitenmodulierten Ansteuersignal bei einem Auslesen des CMOS-Kamerasensors betrieben zu werden.
  • Das lichtemittierende Bauelement wird erfindungsgemäß im sogenannten PWM-Modus (engl. pulse width modulation) mit einem pulsweitenmodulierten Ansteuersignal betrieben. Die Frequenz der pulsweitenmodulierten Ansteuersignale ist dabei derart, dass ein daraus resultierendes Betriebsverhalten der lichtemittierenden Bauelemente für einen menschlichen Beobachter nicht von einem Betriebsverhalten eines mittels eines konstanten Ansteuersignals angesteuerten lichtemittierenden Bauelements unterscheidbar ist.
  • Durch die PWM-Modulation ist eine Temperaturerhöhung der lichtemittierenden Bauelemente aufgrund von Verlustleistung in vorteilhafter Weise deutlich reduziert. Somit sind in einem Verbund von mehreren lichtemittierenden Bauelementen keine Sortierungen bezüglich einer Temperaturabhängigkeit und einer Leuchtintensität der einzelnen lichtemittierenden Bauelemente vorzunehmen.
  • Zudem kann durch die genannte PWM-Modulation die Helligkeit des als LED ausgestalteten lichtemittierenden Bauelementes für den Betrachter durch unterschiedliche Frequenzen und unterschiedliche Tastverhältnisse bei unverändertem Farbort variiert werden. Bei einer Anpassung der Helligkeit über den elektrischen Betriebsstrom ändert sich der Farbort aufgrund einer Stromabhängigkeit des LED-Chips bzw. des Konvertermaterials. Diese an sich bekannte Farbortverschiebung in Abhängigkeit vom elektrischen Betriebsstrom kann durch die genannte PWM-Modulation vermieden werden, da hier der Stromwert konstant gehalten werden kann.
  • Vorteilhaft können mit dem vorgeschlagenen Verfahren und mit der vorgeschlagenen Ansteuereinrichtung eine Helligkeit des lichtemittierenden Bauelements per PWM-Modulation gesteuert werden, wobei eine Farbortverschiebung, die herkömmlich mit einem Ansteuern des lichtemittierenden Bauelements mittels Strom-Dimming erzeugt wird, vermieden werden kann. Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren in mobilen Endgeräten, z.B. in einem Mobiltelefon mit einem auf der Rückseite angeordneten, als Blitzlicht eingesetzten lichtemittierenden Bauelement, verwendet werden.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass bei einem nach dem Rolling-Shutter-Ausleseprinzip arbeitenden CMOS-Kamerasensor eine Frequenz des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals des lichtemittierenden Bauelements wenigstens gleich oder definiert größer als eine Frequenz eines zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals des CMOS-Kamerasensors ist. Auf diese Weise ist eine ausreichende Helligkeit des Bildes des CMOS-Kamerasensors realisierbar.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Frequenz des Ansteuersignals des lichtemittierenden Bauelements größer als die sechzehnfache Frequenz eines zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals des CMOS-Kamerasensors ist. Auf diese Weise kann bereits eine brauchbare Homogenität einer Helligkeitsverteilung des Bildes des Kamerasensors erreicht werden, ohne dass eine Synchronisation erforderlich ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Frequenz des Ansteuersignals des lichtemittierenden Bauelements größer als die zwanzigfache Frequenz eines zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals des CMOS-Kamerasensors ist. Auf diese Weise lässt sich eine besonders gute Homogenität einer Helligkeitsverteilung des Bildes des Kamerasensors realisieren, ohne dass eine Synchronisation erforderlich ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass das Ansteuersignal eines zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals des CMOS-Kamerasensors synchronisiert ist. Auf diese Weise lässt sich vorteilhaft eine Anforderung an eine Frequenz des Ansteuersignals des lichtemittierenden Bauelements reduzieren. Dies lässt sich dadurch begründen, dass das lichtemittierende Bauelement jedes Mal angeschaltet wird, sobald ein Auslesevorgang einer Zeile bzw. Spalte des Bildes des CMOS-Kamerasensors beginnt. Auf diese Weise ist eine ausreichende Helligkeit des Bildes des CMOS-Kamerasensors realisiert.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Synchronisation des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals des lichtemittierenden Bauelements und des zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals des CMOS-Kamerasensors an steigenden Flanken des zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals des CMOS-Kamerasensors durchgeführt wird. Auf diese Weise können eine einfache Synchronisation der beiden Signale und ein effizientes Betreiben des lichtemittierenden Bauelements bereitgestellt werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Synchronisation des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals des lichtemittierenden Bauelements und des pulsweitenmodulierten Auslesesignals des CMOS-Kamerasensors an steigenden und an fallenden Flanken des zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals des CMOS-Kamerasensors durchgeführt wird. Auf diese Weise können ein besonders effizientes Betreiben und eine gute Regelung einer Helligkeit des lichtemittierenden Bauelements bereitgestellt werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das lichtemittierende Bauelement eine Matrix-LED mit mehreren lichtemittierenden Pixeln ist, die jeweils mit einem eigenen pulsweitenmodulierten Ansteuersignal angesteuert werden. Vorteilhaft werden hier die einzelnen Pixel mit jeweils einem eigenen PWM-Ansteuersignal angesteuert, wodurch für die vom Kamerasensor ausgelesenen Bildinformationen eine hohe Gleichmäßigkeit bereitgestellt ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass das pulsweitenmodulierte Ansteuersignal des lichtemittierenden Bauelements mit variablen elektrischen Strömen ausgebildet ist, wobei der Stromwert des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals des lichtemittierenden Bauelements während eines Auslesens eines Bildes des Kamerasensors konstant gehalten wird. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein Helligkeitsbereich des lichtemittierenden Bauelements ohne die Gefahr einer Farbortverschiebung geregelt werden.
  • Technische Funktionalitäten und Vorteile des Verfahrens zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements ergeben sich analog aus entsprechenden technischen Funktionalitäten und Vorteilen einer Ansteuereinrichtung für ein lichtemittierendes Bauelement.
  • Die beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit mehreren Figuren näher erläutert werden.
  • In den Figuren zeigt:
  • 1 eine prinzipielle Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements für einen CMOS-Kamerasensor nach dem Rolling-Shutter-Ausleseprinzip;
  • 2 eine prinzipielle Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements für einen CMOS-Kamerasensor nach dem Rolling-Shutter-Ausleseprinzip;
  • 3 eine prinzipielle Darstellung einer Helligkeitskorrektur mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Einzel-LED-Chip;
  • 4 eine prinzipielle Darstellung einer Helligkeitskorrektur mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Matrix-LED-Chip;
  • 5 ein Blockschaltbild eines mobilen Endgeräts; und
  • 6 eine prinzipielle graphische Darstellung eines Verfahrens zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements beim Auslesen eines CMOS-Kamerasensors.
  • Die verwendeten Formulierungen "respektive", "bzw." umfassen insbesondere auch die Formulierung "und/oder".
  • Bei einer Verwendung eines lichtemittierenden Bauelements in Form von LEDs für einen Auslesevorgang eines CMOS-Kamerasensor, der nach dem Rolling-Shutter-Ausleseprinzip („CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensor“) arbeitet, kann es wegen des zeilen- bzw. spaltenweisen Auslesen des CMOS-Kamerasensors bei einer modulierten Beleuchtung durch die LEDs zu unterschiedlichen Hell- und Dunkelbereichen auf dem detektierten Bild kommen. So kann in unterschiedlichen Zeilen je nach Phase der modulierten Beleuchtung durch die LEDs entweder eine völlig helle Zeile oder eine völlig dunkle Zeile oder eine Mischung aus beidem detektiert werden. Das daraus resultierende detektierte bzw. ausgelesene Bild kann so Helligkeitsschwankungen innerhalb des Bildes aufweisen und kann dadurch auf den Betrachter verschwommen bzw. unscharf wirken.
  • Es wird daher ein Verfahren zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements vorgeschlagen, welches eine gute Bildqualität sowie eine homogene Ausleuchtung eines CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensors in Kombination mit einem pulsweitenmoduliert betriebenen lichtemittierenden Bauelement realisiert.
  • 1 zeigt stark vereinfacht eine prinzipielle Wirkungsweise einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements bei einem zeilen- bzw. spaltenweisen Auslesen eines CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensors, wobei A das pulsweitenmodulierte Ansteuersignal der LED und B das zeilen- bzw. spaltenweise Auslesesignal des CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensors bezeichnet. Die Frequenz des zeilen- bzw. spaltenweisen Auslesesignals des CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensors liegt üblicherweise im kHz-Bereich. Erkennbar ist in der Figur ein Auslesen von drei Zeilen des CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensors.
  • Wie in 1 gezeigt ist, weist das pulsweitenmodulierte Ansteuersignal A zum Ansteuern des lichtemittierenden Bauelements in Form von LEDs bei einem zeilen- bzw. spaltenweise Auslesesignal B des CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensors wenigstens eine Rechteckform mit einem maximalen Stromwert auf, wobei das lichtemittierende Bauelement beim Stromfluß angeschaltet ist und Licht emittiert. Dabei beträgt eine Frequenz des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals A des lichtemittierenden Bauelements ein definiertes Vielfaches der Frequenz des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals B des Kamerasensors. Im Ergebnis wird auf diese Weise sichergestellt, dass der CMOS-Kamerasensor während eines Auslesens einer Zeile bzw. einer Spalte Licht vom lichtemittierenden Bauelement detektiert.
  • Dieses funktionale Prinzip lässt sich mathematisch folgendermaßen ausdrücken: fLED > fSENSOR mit:
    • fLED
    Frequenz des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals A des lichtemittierenden Bauelements
    fSENSOR
    Frequenz des zeilen- bzw. spaltenweisen Auslesesignals B des CMOS-Kamerasensors
  • Es hat sich herausgestellt, dass im Falle, dass die Frequenz des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals A des lichtemittierenden Bauelements sechzehn mal größer ist als die Frequenz des Auslesesignals B des CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensors, es zwar weiterhin zu Inhomogenitäten zwischen einzelnen Zeilen bzw. Spalten des Kamerasensors von ca. sieben Prozent kommen kann, eine Bildqualität aber brauchbar bzw. zufriedenstellend sein kann.
  • Idealerweise sollte die Frequenz des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals A des lichtemittierenden Bauelements die zwanzigfache Frequenz des Auslesesignals des CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensors sein, um eine gute Homogenität im gesamten Bild des Kamerasensors zu erzielen.
  • 2 zeigt eine prinzipielle Wirkungsweise eine weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ansteuern einer lichtemittierenden Bauelements in Form von LEDs bei einem zeilen- bzw. spaltenweisen Auslesen eines CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensors. Man erkennt in diesem Fall, dass das pulsweitenmodulierte Ansteuersignal A des lichtemittierenden Bauelements mit dem zeilen- bzw. spaltenweisen Auslesesignal B des CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensors an steigenden Flanken des Auslesesignals B des Kamerasensors synchronisiert ist.
  • Auf diese Weise lassen sich Anforderungen an eine Frequenz des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals A des lichtemittieren Bauelements verringern, wobei eine Frequenz des Ansteuersignals A des lichtemittierenden Bauelements wenigstens gleich groß sein muss wie eine Frequenz des Auslesesignals B des CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensors.
  • Dies lässt sich durch folgende mathematische Beziehung ausdrücken: fLED ≥ fSENSOR
  • Eine weitere, nicht in Figuren dargestellte Variante des Verfahrens sieht vor, dass das pulsweitenmodulierte Ansteuersignal A des lichtemittierenden Bauelements an steigenden und an anfallenden Flanken des Auslesesignals B des CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensors synchronisiert ist.
  • Der Betrieb des lichtemittierenden Bauelements in einem PWM-Modus mit einem pulsweitenmodulierten Ansteuersignal hat nicht nur Vorteile bei einem CMOS-Rolling-Shutter-Kamerasensor sondern auch bei einem CMOS-Global-Shutter-Kamerasensor, um eine vorhersagbare und homogene Farbverteilung und gute Bildqualität zu realisieren.
  • Bei beiden genannten Technologien (Rolling-Shutter und Global-Shutter) besteht bisher das Problem, dass die Helligkeitskorrektur, die durch ein Strom-Dimming des lichtemittierenden Bauelements erreicht wird, aufgrund von stromabhängigen Eigenschaften von LED-Chips, insbesondere blauen LED-Chips und deren Konverter eine Änderung des Farbortes verursachen.
  • Die Vorhersagbarkeit des Farbortes ist vor allem bei einem Matrix-LED-Chip mit mehreren lichtemittierenden Pixeln wichtig. Hier werden viele einzelne LED-Chips separat voneinander angesteuert, um Szenen selektiv auszuleuchten und mit dem CMOS-Kamerasensor aufzunehmen. Ein Strom-Dimming des licht-emittierenden Bauelements kann bei der Detektion mit dem CMOS-Kamerasensor zu Farbinhomogenitäten zwischen den einzelnen Pixeln führen und somit zu Farbinhomogenitäten des gesamten Bildes, die mit bekannten Verarbeitungsalgorithmen kaum kompensierbar sind.
  • Durch ein PWM-Dimming vorzugsweise mit einem rechteckigen Ansteuersignal statt einem Strom-Dimming zur Helligkeitskorrektur kann der Stromwert des Ansteuersignals A des lichtemittierenden Bauelements 100 bei einem Auslesen eines vollständigen Bildes des Kamerasensors 200 immer konstant gehalten werden. So kann auf vorteilhafte Weise die stromabhängige Farbortverschiebung vermieden und somit eine Anforderung an den Bildalgorithmus, der das gesamte Bild aus den einzelnen Zeilen zusammensetzt, reduziert werden. Dies insbesondere dadurch, dass keine zusätzlichen Farbkorrekturen im Bild vorgenommen werden müssen.
  • Bei einer Verwendung eines pixelierten lichtemittierenden Bauelements ermöglicht das vorgeschlagene PWM-Dimming der einzelnen Pixel in der Matrix eine bessere Farbhomogenität innerhalb der Matrix, was auch in der Abbildung einer Szene in einer besseren Farbhomogenität resultiert. Somit werden unterschiedliche „Farbflecken“ in dem aufgenommenen Bild vermieden, die nur mit großem Aufwand mit Hilfe des Bildalgorithmus korrigiert werden können.
  • In 3 und 4 ist eine Helligkeitskorrektur mit Hilfe des PWM-Modus bei einem Einzel-LED-Chip und bei einer Matrix-LED gezeigt. Wie in 3 darstellt, bleibt bei dem Einzel-LED-Chip der Farbort (Graustufe) bei drei unterschiedlichen pulsweitenmodulierten Ansteuersignalen gleich. Für den Matrix-LED-Chip, wie er in 4 gezeigt ist, ergibt sich dem PWM-Dimming der einzelnen Elemente (Pixel) der Matrix eine einheitliche Farbhomogenität (Graustufe) innerhalb der Matrix ohne „Farbflecken".
  • Eine weitere, nicht in Figuren dargestellte vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass zusätzlich zum oben beschriebenen PWM-Dimming zur Helligkeitskorrektur ein Strom-Dimming, d.h. ein stromvariabler Betrieb des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals A des lichtemittierenden Bauelements vorgenommen wird. Durch diese Kombination kann zusätzlich der Helligkeitsbereich, der mit der Flash-Beleuchtung des CMOS-Kamerasensors durch das lichtemittierenden Bauelements erreicht werden kann, erweitert werden.
  • Der Helligkeitsbereich ist nämlich beim reinen Strom-Dimming des lichtemittierenden Bauelements nach unten, d.h. zu niedrigen elektrischen Strömen hin begrenzt. Bei zu geringen elektrischen Strömen wirken sich nämlich elektronische Artefakte, zum Beispiel durch Toleranzen der Treiber stärker aus bzw. sind unter Umständen gar nicht einstellbar.
  • Bei einer Kombination von Strom-Dimming mit PWM-Dimming ist eine feinere Abstufung der Helligkeit des Bildes des Kamerasensors möglich. Somit können Dynamik und Genauigkeit durch Kombination aus PWM-Dimming und Strom-Dimming verbessert werden. Durch den größeren Helligkeitsbereich kann eine Aufnahmegenauigkeit des Kamerasensors vorteilhaft optimiert werden.
  • Zusätzlich können mit dem vorgeschlagenen Verfahren vorteilhaft auch niedrige Helligkeiten des Bildes des Kamerasensors ausgelesen werden, ohne dass sich Artefakte der LED-Chips, die beim herkömmlichen ausschließlichen Strom-Dimming auftreten und dem Halbleiter geschuldet sind, negativ auf das Bild auswirken.
  • Durch das vorgeschlagene PWM-Dimming kann ferner eine mittlere Temperatur des lichtemittierenden Bauelements reduziert werden und somit eine Effizienz erhöht werden. Die Farbtemperatur kann dadurch stabil gehalten werden, dass in einer Periode eine Abkühlphase enthalten ist, was beim konventionellen Strom-Dimming nicht der Fall ist.
  • Besonders vorteilhaft lässt sich das Verfahren zum Ansteuern einer lichtemittierenden Bauelements 100 als Flash-Beleuchtung (Blitzlicht) in einem mobilen Endgerät 300 (z.B. ein Smartphone) einsetzen.
  • 5 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild eines derartigen mobilen Endgeräts 300 mit einem lichtemittierenden Bauelement 100, das von einer Ansteuereinrichtung 110 nach den oben genannten Prinzipien angesteuert wird. Erkennbar ist ferner der CMOS-Kamerasensor 200 des mobilen Endgeräts 300.
  • Die Ansteuereinrichtung 110 ist vorzugweise als eine elektronische Einheit ausgebildet, die das Verfahren gemäß den obigen Prinzipien realisiert. 6 zeigt in graphischer Weise das Verfahren 400 zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements 100 während eines Auslesens des CMOS-Kamerasensors 200.
  • Zusammenfassend stellt die Erfindung ein effizientes technisches Konzept bereit, welches ein verbessertes Auslesen eines von einem lichtemittierenden Bauelement beleuchteten Kamerasensors bereitstellt. Eine Abbildungsqualität von mittels des Kamerasensors erfassten Bildern ist dadurch vorteilhaft erhöht.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    lichtemittierendes Bauelement
    110
    Ansteuereinrichtung
    200
    Kamerasensor
    300
    mobiles Endgerät
    400
    Verfahrensschritt
    A
    Ansteuersignal lichtemittierendes Bauelement
    B
    Auslesesignal Kamerasensor

Claims (14)

  1. Verfahren zum Ansteuern eines lichtemittierenden Bauelements (100) bei einem Auslesen eines CMOS-Kamerasensors (200), aufweisend den Schritt: Betrieb des lichtemittierenden Bauelements (100) im PWM-Modus mit einem pulsweitenmodulierten Ansteuersignal.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der CMOS-Kamerasensor (200) ein nach dem Rolling-Shutter-Ausleseprinzip arbeitender CMOS-Kamerasensor ist, und wobei eine Frequenz des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals (A) des lichtemittierenden Bauelements (100) wenigstens gleich oder definiert größer als eine Frequenz eines zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals (B) des Kamerasensors (200) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Frequenz des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals (A) des lichtemittierenden Bauelements (100) größer als die sechzehnfache Frequenz eines zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals (B) des CMOS-Kamerasensors (200) ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Frequenz des Ansteuersignals (A) des lichtemittierenden Bauelements (100) größer als die zwanzigfache Frequenz eines zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals (B) des CMOS-Kamerasensors (200) ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das pulsweitenmodulierte Ansteuersignal (A) des lichtemittierenden Bauelements (100) und das zeilen- bzw. spaltenweise modulierte Auslesesignal (B) des CMOS-Kamerasensors (200) synchronisiert sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Synchronisation des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals (A) des lichtemittierenden Bauelements (100) und des zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals (B) des CMOS-Kamerasensors (200) an steigenden Flanken des zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals (B) des CMOS-Kamerasensors (200) durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Synchronisation des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals (A) des lichtemittierenden Bauelements (100) und des pulsweitenmodulierten Auslesesignals (B) des CMOS-Kamerasensors (200) an steigenden und an fallenden Flanken des zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals (B) des CMOS-Kamerasensors (200) durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als lichtemittierendes Bauelement (100) ein einzelner LED-Chip angesteuert wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das lichtemittierende Bauelement (100) eine Matrix-LED mit mehreren lichtemittierenden Pixeln, die jeweils mit einem eigenen pulsweitenmodulierten Ansteuersignal angesteuert werden.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stromwert des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals (A) des lichtemittierenden Bauelements (100) während eines Auslesens eines vollständigen Bildes des CMOS-Kamerasensors (200) konstant gehalten wird.
  11. Ansteuereinrichtung (110) für ein lichtemittierendes Bauelement (100) in Kombination mit einem CMOS-Kamerasensor (200), wobei die Ansteuereinrichtung ausgebildet ist, in einem PWM-Modus mit einem pulsweitenmodulierten Ansteuersignal bei einem Auslesen des CMOS-Kamerasensors (200) betrieben zu werden.
  12. Ansteuereinrichtung (110) nach Anspruch 14, wobei der CMOS-Kamerasensors (200) ein nach dem Rolling-Shutter-Ausleseprinzip arbeitender CMOS-Kamerasensor (200) ist, und wobei eine Frequenz des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals (A) des lichtemittierenden Bauelements (100) wenigstens gleich oder definiert größer als eine Frequenz eines zeilen- bzw. spaltenweise modulierten Auslesesignals (B) des CMOS-Kamerasensors (200) ist. Ansteuereinrichtung (110) nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Stromwert des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals (A) des lichtemittierenden Bauelements (100) während eines Auslesens eines vollständigen Bildes des CMOS-Kamerasensors (200) konstant gehalten ist.
  13. Mobiles Endgerät (300) mit einem CMOS-Kamerasensor (200) einem lichtemittierenden Bauelement (100) und einer Ansteuereinrichtung (110) nach einem der Ansprüche 11 bis 13.
  14. Mobiles Endgerät (300) nach Anspruch 14, wobei das lichtemittierende Bauelement (100) ein einzelner LED-Chip oder eine Matrix-LED mit mehreren lichtemittierenden Pixeln, die jeweils mit einem eigenen pulsweitenmodulierten Ansteuersignal angesteuert werden, ist.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113473048B (zh) * 2021-06-16 2022-08-30 天津大学 面向脉冲阵列图像传感器的非均匀性校正方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150271886A1 (en) * 2012-11-20 2015-09-24 RedBeard Ventures LLC Synchronized Light Source For Rolling Shutter Imagers
US20160072584A1 (en) * 2011-07-26 2016-03-10 Abl Ip Holding Llc Self identifying modulated light source

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007318581A (ja) * 2006-05-29 2007-12-06 Casio Comput Co Ltd 撮像装置、撮影補助光源発光／撮像制御方法、および撮影補助光源発光／撮像制御プログラム
TWI449466B (zh) * 2011-12-26 2014-08-11 Ind Tech Res Inst 發光裝置
JP5452785B1 (ja) * 2012-05-25 2014-03-26 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 撮像システム
JP6244104B2 (ja) * 2013-05-08 2017-12-06 株式会社ミツトヨ 画像測定装置の照明設定方法、装置及びブライトネスツール用コンピュータソフトウェア

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160072584A1 (en) * 2011-07-26 2016-03-10 Abl Ip Holding Llc Self identifying modulated light source
US20150271886A1 (en) * 2012-11-20 2015-09-24 RedBeard Ventures LLC Synchronized Light Source For Rolling Shutter Imagers

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