DE4112587A1 - Lichtzufuehrvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtzuführvorrichtung und genauer eine Lichtzuführvorrichtung, die für den Einsatz an einer lichtempfindlichen Einrichtung, wie zum Beispiel einem Weißabgleichsensor geeignet ist.

Automatische Weißabgleichsensoren werden in elektronischen Photoapparaten und anderen abbildenden Einrichtungen verwendet, die ausgelegt sind, um auf folgende Art zu arbeiten. Die Verhältnisse entsprechender Lichtkomponenten, d. h. R-(rot), G-(grün) und B-(blau) Komponenten, die über eine RGB-Filteranordnung erhalten werden, die auf der lichtaufnehmenden Oberfläche vorgesehen ist, werden erfaßt und die sich ergebenden Erfassungssignale (z. B. R/G und B/G) werden verwendet, um die Verstärkungen von Verstärkerschaltkreisen für die Farbsignale, die in dem Videosignalausgangssignal von der Abbildungseinrichtung enthalten sind, derart zu steuern, daß das Bild eines weißen Gegenstandes unter jeder Art von Lichtquelle weiß wiedergegeben wird, wodurch eine optimale Farbwiedergabe entsprechend der Farbtemperatur einer Lichtquelle erzielt wird.

Fig. 5 ist ein typisches Schaltkreisdiagramm für elektronische Photoapparate und andere Abbildungsgeräte, die dazu ausgelegt sind, eine zu verschiedenen Farbtemperaturen zugehörige Farbwiedergabe zu erzielen. Der Schaltkreis, dargestellt in Fig. 3, umfaßt eine Abbildungseinrichtung 20, typischerweise aus einer CCD-Zelle hergestellt, einen Farbtrennschaltkreis (21) zur Extraktion von roten (R) und blauen (B) primären Farbsignalen aus jedem Videosignal von der Abbildungseinrichtung 20 und einen Luminanzsignal- Verarbeitungsschaltkreis 22 zum Abtrennen eines Luminanzsignals Y_L von jedem Videosignal von der Abbildungseinrichtung 20. Die R und B Signale, die von dem Farbabtrennschaltkreis 21 abgegeben werden, werden durch zugehörige Verstärkerschaltkreise 23 und 24 verstärkt und werden jeweils einem γ-Korrektur/Matrixschaltkreis 25 zugeführt. Das Luminanzsignal Y_L, das von dem Luminanzsignal-Verarbeitungsschaltkreis 22 abgegeben wird, wird ebenfalls dem γ-Korrektur/Matrixschaltkreis 25 zugeführt. Der Schaltkreis 25 gibt zwei Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y aus, ebenso wie das Luminanzsignal Y_L, die alle dazu dienen, ein NTSC-Farbfernsehsignal zu erzeugen.

In Fig. 5 ist durch das Bezugszeichen 26 ein automatischer Weißabgleichsensor dargestellt, der R-, G- und B-Signale abgibt, die jeweiligen Farbtemperaturen zugeordnet sind. Diese Signale werden in logarithmische Werte umgewandelt mit Hilfe eines logarithmischen Umwandlungsschaltkreises 27. Von den drei logarithmischen Signalen werden diejenigen für log R und log G einem ersten Differentialspannung-Erzeugungsschaltkreis 28 zugeführt, der eine R-Weißabgleichsteuerspannung R/G aus der Differentialspannung der beiden Eingangssignale erzeugt. Das logarithmische Signal für log B vom Umwandlungsschaltkreis 27 wird zusammen mit dem Signal für log G einem zweiten Differentialspannung-Erzeugungsschaltkreis 29 zugeführt, der eine B-Weißabgleichsteuerspannung B/G aus der Differentialspannung der beiden Eingangssignale erzeugt.

Die beiden derart erzeugten Steuerspannungen R/G und B/G der Differentialspannungs-Erzeugungsschaltkreise 28 und 29 werden in die zugeordneten R- und B-Verstärkerschaltkreise 23 und 24 geführt und die Verstärkungen der jeweiligen Verstärker werden derart gesteuert, daß das Bild eines weißen Gegenstandes unter jeder Art von Lichtquelle weiß wiedergegeben wird.

Der Weißabgleichsensor, der in dem zuvor beschriebenen System verwendet wird, muß so entworfen sein, daß der RGB Lichtempfangsbereich gleichmäßig ausgeleuchtet ist, unabhängig vom Einfallswinkel des auf den Bereich einfallenden Lichts. Im Stand der Technik wurde eine Kombination aus einem lichtzerstreuenden Plattenfilter und einem Helligkeit kompensierenden Filter auf der lichtempfangenden Oberfläche des Sensors vorgesehen, so daß in dem RGB-Lichtempfangsbereich eine gleichförmige Ausleuchtung auftritt. Jedoch liegt bei dem bekannten automatischen Weißabgleichsensor mit dem oben beschriebenen Aufbau die lichtempfangende Oberfläche der lichtzerstreuenden Platte parallel zu der des Sensors und in deren Nähe und jede Veränderung des Einfallswinkels des auf die zerstreuende Platte einfallenden Lichts oder jede Bündelung des einfallenden Lichts beeinflußt unmittelbar die lichtempfangende Oberfläche des Sensors, so daß sie nicht gleichförmig durch das einfallende Licht ausgeleuchtet wird.

Im einzelnen tritt für den Fall, daß die RGB-Farbfilteranordnung, die auf der lichtempfangenden Oberfläche des Sensors vorgesehen ist, von einer streifigen Art ist, ungleiche Beleuchtung auf der lichtempfangenden Oberfläche auf, falls das einfallende Licht seitwärts, d. h. in einer Richtung senkrecht zu den Streifen zugeführt wird. Man könnte die Dicke der lichtzerstreuenden Platte vergrößern, um eine gleichmäßige Ausleuchtung zu erzielen, jedoch wird dann weniger Licht der lichtempfangenden Oberfläche des Sensors zugeführt, und der Pegel des Ausgangssignals des automatischen Weißabgleichsensors wird verkleinert, was dieses Signal für äußere Störungen hochempfindlich macht.

Die Aufgabe wird gelöst gemäß der vorliegenden Erfindung durch das Schaffen einer Lichtzuführvorrichtung mit einer optischen Faseranordnung, in der die Austrittsenden der einzelnen optischen Fasern in der Faseranordnung in einem vorgegebenen Muster gruppiert sind, wohingegen die Eintrittsenden der optischen Fasern gleichförmig über die gesamte Fläche verteilt sind.

Bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird einfallendes Licht durch optische Fasern geführt, deren Eintrittsenden gleichmäßig verteilt sind, so daß jeder der gruppierten Lichtausgänge der Faseranordnung eine Zusammenstellung von Komponenten darstellt, die gleichmäßig von dem ganzen einfallenden Licht ausgewählt wurden. Demnach wird, selbst wenn einfallendes Licht, das anderenfalls ein ungleichmäßiges Ausgangsmuster erzeugt, der Vorrichtung zugeführt wird, das Licht gleichmäßig auf eine Vielzahl von gruppierten Ausgängen verteilt, um dadurch den Einfluß der Ungleichmäßigkeit zu vermeiden.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Lichtzuführvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Anordnung optischer Fasern in der Vorrichtung aus Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Lichtzuführvorrichtung gemäß einer Modifikation des Ausführungsbeispiels aus den Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine Anordnung der optischen Fasern in der Vorrichtung aus Fig. 3; und

Fig. 5 ein Schaltkreisdiagramm eines herkömmlichen elektronischen Photoapparates oder anderer abbildender Geräte.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben, in denen Fig. 1 eine schematische Ansicht der lichtzuführenden Vorrichtung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel und Fig. 2 die Anordnung der optischen Fasern in der Vorrichtung zeigt.

Bezugszeichen 1 kennzeichnet einen automatischen Weißabgleichssensor, der streifenförmige R-, G- und B-Farbfilter 2R, 2G und 2B aufweist, die jeweils auf dessen lichtempfangender Oberfläche angeordnet sind. Bezugszeichen 3 kennzeichnet eine optische Faseranordnung zur Führung von äußerem Licht zur lichtempfangenden Oberfläche des Sensors 1. Die Anordnung 3 besteht aus einer Vielzahl optischer Fasern 3a, die zusammengebündelt sind.

Am lichtabgebenden Endbereich 3′ der Anordnung 3 sind die optischen Fasern in drei Gruppen 3R, 3G und 3B in Zuordnung zu den jeweiligen Farbfiltern 2R, 2G und 2B angeordnet. Die einzelnen Fasern 3a in den drei Gruppen 3R, 3G und 3B sind nahe beieinander innerhalb der geformten Muster der jeweiligen Farbfilter 2R, 2G und 2B, wie in Fig. 2 dargestellt angeordnet und die lichtabgebenden Endbereiche der drei Fasergruppen 3R, 3G und 3B am Ende 3′ der Faseranordnung liegen in einem exakten Oberfläche-zu-Oberfläche-Verhältnis zu den korrespondierenden Farbfilters 2R, 2G und 2B.

Der lichtaufnehmende Endbereich 3′′ der optischen Faseranordnung 3 ist mit der lichtabgebenden Außenfläche 5a einer lichtzerstreuenden Platte 5 gekoppelt, die typischerweise aus einem milchweißen Acryl-Kunstharz hergestellt ist. Die lichtaufnehmenden Endbereiche der einzelnen optischen Fasern 3a am Ende 3′′ der Faseranordnung sind in einem Mosaikmuster derart angeordnet, daß sie gleichförmig über die gesamte Fläche der lichtabgebenden Außenfläche 5a der zerstreuenden Platte 5 verteilt sind und genauer derart, daß die Lichtstrahlen, die durch die einzelnen am Ende 3′′ zueinander benachbarten optischen Fasern 3a geführt werden, auf unterschiedliche Farbfilter auftreffen.

Dargestellt durch 6 in Fig. 1 ist ein Helligkeitskompensationsfilter, das zwischen dem lichtabgebenden Endbereich 3′ der optischen Faseranordnung 3 und jedem der Farbfilter 2R, 2G und 2B vorgesehen ist. Das Filter 6 bewirkt, daß die spektralen Verteilungscharakteristika im sichtbaren Bereich (380 bis 780 nm) des diffusen Lichts, das durch die optische Faseranordnung 3 in den automatischen Weißabgleichsensor 1 hindurchläuft, die Spektralcharakteristika der abbildenden Vorrichtung trifft.

Die in der oben beschriebenen Art aufgebaute Vorrichtung arbeitet auf folgende Art. Wenn äußeres Licht auf die vordere Oberfläche der lichtzerstreuenden Platte 5 auftrifft, wird es durch die Platte 5 zerstreut und das sich ergebende diffuse Licht tritt aus der lichtabgebenden Außenfläche 5a aus, um in die optische Faseranordnung 3 geführt zu werden. Am anderen Ende der optischen Faseranordnung 3 wird das Licht auf die jeweiligen Fasergruppen 3R, 3G und 3B verteilt und erläuft durch das Helligkeit kompensierende Filter 6, woraufhin Licht im Wellenlängenbereich von 380 bis 780 nm ausgewählt wird und die zugeordneten Farbfilter 2R, 2G und 2B beleuchtet. Das Licht, das durch die jeweiligen Farbfilter 2R, 2G und 2B hindurchläuft, wird mit Hilfe des automatischen Weißabgleichsensors 1 erfaßt und die Erfassungssignale werden darauf folgend für den Weißabgleich verarbeitet.

Da die optischen Fasern 3a gleichförmig über die gesamte Fläche der lichtabgebenden Außenfläche 5a der lichtzerstreuenden Platte 5 verteilt sind, ist das Licht, das aus den jeweiligen Fasergruppen 3R, 3G und 3B austritt, um in die Farbfilter 2R, 2G und 2B eingestrahlt zu werden, eine Zusammensetzung aller Komponenten des diffusen Lichts, das durch die zerstreuende Platte 5 hindurchläuft, die von jedem Teil der lichtzerstreuenden Außenfläche 5a dieser Platte aufgenommen wurden. Daher wird das Licht selbst wenn das auf die zerstreuende Platte 5 einfallende Licht gerichtet ist oder eine derartige Natur besitzt, daß es dunkle und helle Flächen abhängig vom Einfallswinkel erzeugt, gleichmäßig auf die Farbfilter 2R, 2G und 2B auf der lichtempfangenden Oberfläche des Sensors verteilt, wodurch eine gleichmäßige Beleuchtung dieser Filter erzielt werden kann.

Ferner ermöglichen es die optischen Fasern 3a, daß einfallendes Licht aus einer feststehenden Richtung auf die lichtempfangende Oberfläche des Sensors eingestrahlt wird, so daß selbst wenn das einfallende Licht derart ist, daß es eine ungleichmäßige Ausleuchtung der zerstreuenden Platte 5 bewirkt, ein passendes Ausgangssignal von dem Sensor erhalten werden kann.

Ein weiterer Vorteil des Einsatzes der optischen Faser 3a besteht darin, daß es keine inherente Beschränkung der aufeinander bezogenen Positionen der lichtzerstreuenden Platte 5 und des automatischen Weißabgleichsensors 1 gibt, was die Flexibilität beim Systementwurf erhöht und dazu beiträgt, ein kompaktes System zu bauen.

Falls gewünscht, können die Ausgangsbereiche der optischen Fasern 3a, die an die Farbfilter 2R, 2G und 2B angeschlossen sind, eng gepackt sein, um die Intenstität des auf die lichtempfangende Oberfläche des Sensors einfallenden Lichts zu erhöhen.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Gesamtfläche der optischen Fasern 3a am Ende 3′ (d. h. auf der Seite der lichtempfangenden Oberfläche des Sensors 1) gleich der der Fasern am anderen Ende 3′′, an dem sie an die lichtzerstreuende Platte 5 angeschlossen sind, jedoch ist dies kein Erfordernis der Erfindung. Falls gewünscht kann, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, die Gesamtfläche der optischen Fasern am Eingangsende 3′′ großer gemacht werden als am Ausgangsende 3′. Dies bringt den Vorteil, daß der Bereich, über den Licht in den automatischen Weißabgleichsensor geführt werden kann, vergrößert wird. Selbst in der Modifikation der Fig. 3 und 4 wird der Durchmesser einer einzelnen optischen Faser 3a über deren gesamte Länge konstant gehalten. Am Eingangsende 3′′ wird zwischen den einzelnen benachbarten Fasern 3a ein größerer Freiraum als am Ausgangsende 3′ vorgesehen.

Es sollte auch darauf hingeweisen werden, daß die optischen Fasern 3a am Eingangsende 3′′ und Ausgangsende 3′ in anderen Mustern als wie in Fig. 2 dargestellt angeordnet werden können.

Ferner gibt es keine genaue Beschränkung hinsichtlich der Position, an der das helligkeitskompensierende Filter 6 anzuordnen ist, aber es kann innerhalb der optischen Faseranordnung 3, am Eingangsende der optischen Faser 3a oder in jeder anderen geeigneten Position vorgesehen werden.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht erlaubt die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, daß diffuses Licht auf die RGB-lichtempfangende Oberfläche eines automatischen Weißabgleichsensors gerichtet wird. Zusätzlich sind an dem Ende der Faseranordnung, das mit der RGB-lichtempfangenden Oberfläche verbunden ist, die Enden der optischen Fasern in Zuordnung zu den jeweiligen R-, G- und B-Farbfiltern gruppiert, wohingegen an dem Ende der Faseranordnung, das mit dem lichtzerstreuenden Element 5 verbunden ist, die Enden der Fasern gleichförmig über die gesamte Fläche der lichtabgebenden Außenfläche des Elements 5 verteilt sind. Aufgrund dieser Anordnung kann die lichtempfangende Oberfläche des Sensors 1 gleichförmig ausgeleuchtet werden, selbst wenn eine Ungleichförmigkeit des auf die Platte 5 einfallenden Lichts vorhanden ist.

Claims (8)

1. Lichtzuführvorrichtung mit einer optischen Faseranordnung (3), die ein lichtaufnehmendes Ende (3′′) zum Empfang von Licht und ein lichtabgebendes Ende (3′) zur Bereitstellung eines Lichtausgangs aufweist, wobei die Faseranordnung (3) eine Vielzahl von Fasern (3a) umfaßt, die in einem ersten Muster an dem lichtaufnehmendes Ende (3′′) und in einem zweiten Muster an dem lichtabgebenden Ende (3′) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Muster eine im wesentlichen gleichförmige Anordnung der Fasern (3a) über dem lichtaufnehmendes Ende (3′′) umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Filteranordnung (6) an der Seite des lichtabgebenden Endes (3′) vorgesehen ist, wobei die Filteranordnung (6) eine Vielzahl von Filtern aufweist und daß das zweite Muster eine Gruppierung der Fasern (3a) entsprechend der Lage der Filter aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filteranordnung (6) eine Vielzahl von Farbfiltern für einen Weißabgleichsensor umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Filteranordnung (6) auf der Seite des lichtabgebenden Endes (3′) vorgesehen ist, wobei die Filteranordnung (6) eine Vielzahl von Filtern umfaßt und daß das zweite Muster eine Gruppierung der Fasern entsprechend der Lage der Filter aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine lichtzerstreuende Platte (5), die am lichtaufnehmenden Ende (3′′) der Faseranordnung (3) angeordnet ist, zur Bereitstellung von diffusem Licht zu der Faseranordnung (3).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gesamtoberflächenfläche der Enden der Fasern (3a) am lichtaufnehmenden Ende (3′′) der Faseranordnung (3) größer ist als eine Gesamtoberflächenfläche von Enden der Fasern (3a) am lichtabgebenden Ende der Faseranordnung (3).

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Filteranordnung (6) eine RGB-Filteranordnung umfaßt.