JP2004274711A - カメラモジュールおよび電子画像記録方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は画像の電子記録を行なうカメラモジュール、およびその方法に関するものである。該カメラモジュールは、複数の画像セル14を備えたイメージセンサを有しており、各画像セルは入射光の強度関数としての電気的な画像信号を供給する。各画像セル14は、光依存電流を生成する感光素子16と、該素子と直列に配置された少なくとも一つのMOSトランジスタ18とを有する。MOSトランジスタ18のゲートはその電位が固定されており、ソース〜ドレイン間のパスには上記光依存電流が流れる。本発明の一局面によると、イメージセンサの領域内の少なくとも一つの光源26により、画像セル14への照射が可能となるように構成されている。
【選択図】図1
Description
各画像セル内の感光素子により光依存電流を生成する工程と、
感光素子と直列に配置され、ゲートの電位が固定され、かつソース〜ドレイン間のパスに上記光依存電流が流れるMOSトランジスタにより各画像セルにおいて電気的な画像信号を生成する工程と、
全画像セルの電気的な画像信号を読み出す工程とを含む。
電子画像記録用のイメージセンサはここ数年、所謂デジタルカメラにおいてすでに実用化されている。イメージセンサは、アレイ状に互いに相対的に配置された、多くの場合画素とも呼ばれる複数の画像セルを備えている。個々の画像セルは、まずアナログ電気的な画像信号を入射光の強度関数として生成し、該アナログ画像信号はその後A/D変換器によりデジタル画像信号へ変換される。該デジタル画像信号は、その後さらに処理を施された後、またはそのままモニタやプリンタ等へ出力される。
上記目的は、さらに冒頭に記載したタイプ、つまり画像セルの領域内に配置された光源により画像セルの感光素子を照射する方法により達成される。
また、ここで提案された解決法は、複数の画像セルが一つの光源により同時に放電されるという利点があり、上記特許文献2で提案された解決法と比較すると、各画像セルに個別にリセット機能を実現する必要がない。さらに、ここで提案された解決法は、画像セルの物理的配置への介入が不要なので、既存の旧式カメラモジュールにも後付け可能である。
したがって、補足光源による望ましくない副作用や起こり得る干渉を、より容易に低減させるこができる。補足光源からの放射と記録される可視スペクトル領域の放射とは、適切なフィルタを用いて容易に分離される。しかも新規なカメラモジュールのユーザは、補足光源が外部から完全に封鎖されていないときに、補足光源からの光そのものを邪魔だと感じたり不快に思うことはない。
この改良により、小型のアセンブリが作成され、新規のカメラモジュールの取扱いが一層容易となる。また、光源はカメラモジュールの製造時に正確に、永久的に配置・配列されるので、最高の結果が得られる。光源からの望ましくない副作用や起こり得る干渉は、早期の段階で明らかにされ排除される。
この改良により、イメージセンサは、光源が実際の画像記録を妨害することなく、その複数の画像セルについて特に均一な照射を実現する。特に好適な実施形態によると、光源は、例えば正反対に設けられた2つの対向点に光が供給されて、該光をイメージセンサの周囲に環状に照射する環状光伝導体を有する。しかしながら光源は、アプリケーションに応じてイメージセンサを矩形および/または部分環等の部分的な形状で包囲することも可能である。
この改良は、光源がSMD(表面実装デバイス)技術を用いた発光ダイオードで実現される場合、特に有利である。この場合、光源のイメージセンサに対する位置合わせが非常に強固に実現され、その一方で省スペース化が実現される。また、イメージセンサに対する光源の位置合わせは、用いられるカメラの光学系の該改良において独立しており、これにより広範な範囲での適用が可能となる。
この改良は、冒頭で記載したリセット機能を補足光源により実現する際の、技術的に特に簡単な方法である。特に、タイミング素子は、特定の所定明度値を超えると常に光源を固定時間作動させることが好ましい。この場合、リセット機能の作動は、予期される明から暗への変化の前にすでに始まっている。
実際のテストから、上述の大きさ程度で平均光強度を増加させると、特に好ましい結果が得られることが判明している。照射が補足されていないときの光強度が個々の画像セルの暗電流の制限領域内であれば、特定の値で良い結果が特に得られる。光源は、例えば階調値のヒストグラムにより読み出し画像信号を評価すること等で、以下で詳細に述べるように、制御ループで適切に駆動される。
その結果、画像セルの補足照射は、画像情報が全く読み出されていないときにのみ実行される。したがって、記録された画像は、補足光源に大きく影響されることがなく、これにより画質が一層向上する。特に好適な実施形態では、画像信号は行毎に読み出され、画像セルの照射はライン変更中および/または画像変更中において実施される。他の実施形態においては、画像レート、つまり、画像信号が読み出される周波数が二分の一となり、これにより得られた時間は画像セルを好適に照射するのに用いられる。
この改良では、画像セルは、所定の基本明度が存在するときにのみ補足光源により照射される。基本明度は明から暗への変化の必須条件であり、該変化時に引き込み効果が特に著しく生じる。補足光源は該アプリケーションに対し上記の方法により正確に最適化される。その一方で、この方法では、画像セルの暗さに対する感度が保持される。
この方法においても、補足照射による妨害や望ましくない副作用をもたらすことなく、引き込み効果を完全に抑制することが可能である。
上述の特徴、また以下に説明される特徴は、個別に示された組み合わせにおいてだけでなく、他の組み合わせ、または単独でも本発明の範囲から逸脱することなく実施可能である。
カメラモジュール10は、互いに隣り合うようにアレイ状に配置された複数の単体画像セル14を備えたイメージセンサ12(図2)を有する。全画像セル14の代表として、一つの個々の画像セルの簡略化した電気回路図を図1に示す。
また、第1実施形態によると、光源26を駆動するタイミング素子34およびアンプ36が備えられている。タイミング素子34は、ここではA/D変換器32の出力端子のいずれか一つ、例えば10ビットの出力信号の第7ビットが存在する端子に接続されている。該ビットの値が「1」を示していれば、タイミング素子34が作動し、それにより光源26がアンプ36を介して所定時間作動する。つまり、第7ビットの値が「1」であれば、イメージセンサ12は常に照射され、これが固有の基本明度に該当する。
カメラモジュール10では、イメージセンサ12は第1のプリント回路基板40上にさらなる電子部品と共に配置されている。さらなる電子部品とは、例えば、それ自体が公知の所謂固定パターンノイズを補正する(FPN補正)回路等である。参照番号42は別のプリント回路基板を示しており、第1のプリント回路基板40と平行にかつ離間させて固定されている。該別のプリント回路基板42上には、特にA/D変換器32、そして一実施形態においては制御装置38が配置されている。参照番号44は対物管を示しており、ここではその部分断面が図解的に示されている。イメージセンサ12は対物管44を通して入射光を拾う。対物管44は、光源26、抵抗28および光源26に好適な電源が配置された外側本体46を有する。発光ダイオードとしての光源26は、横方向から対物管44内へ照射を行なう。本構成では、光源26は横方向に、かつ画素センサ12方向から見るとイメージセンサ12より多少上流側に配置される。本構成により、画像シーンの記録を妨げることなく、光源26がイメージセンサ12の画像セル14へ照射することが可能となる。
図5に、好適な実施形態に基づいて評価される2つのヒストグラムを示す。2つのヒストグラムは、A/D変換器の出力での、10ビット長のデジタルデータ・ワードに相当する0〜1024の階調を有する。階調値0は、A/D変換器32から供給されたデジタル画像信号が0の状態を示し、この状態は絶対的な暗さに該当する。同様に、階調値1024はA/D変換器32の最大値に相当し、これが最大明度を示す。対数画像セルの場合、これらの最大値となることはなく、あったとしても稀である。
ヒストグラム74は比較状況、つまりイメージセンサ12が光源26により照射された状態を示す。したがって、ピーク76はより高い値、ここでは例えば270程度の値へとシフトする。
さらに、制御装置38は、画像信号を評価することで、連続した2つ以上の画像で明度に大きな差異が生じるか否かを確認できる。さらなる好適な実施形態によると、光源26は、明度に所定の閾値を超える差異が生じたときにのみ作動する。つまり、光源26は、2つ以上の連続した画像に生じる明度の差異が僅かな場合には作動しない。この場合、目に見える引き込み効果の虞がないので、光源26は不要である。
Claims (11)
- 各々が入射光の強度関数として電気的な画像信号を供給する複数の画像セル(14)備えたイメージセンサ(12)を具備し、
各画像セル(14)が、光依存電流を生成する感光素子(16)と、当該感光素子と直列に配置された少なくとも一つのMOSトランジスタ(18)とを有し、
上記トランジスタのゲートの電位が固定され、かつ当該トランジスタのソース〜ドレイン間のパスには上記光依存電流が流れる、電子的に画像を記録するカメラモジュールであって、
上記イメージセンサ(12)の領域内に配置された少なくとも一つの光源(26;84、86、88)により、上記画像セル(14)への照射が可能であること特徴とする、カメラモジュール。 - 上記光源(26;84、86、88)が、非可視スペクトル領域、好ましくは赤外線領域、特に好ましくは約880nmの波長における放射を出力することを特徴とする、請求項1に記載のカメラモジュール。
- 上記光源(26;84、86、88)が、当該カメラモジュールに固定的に統合されていることを特徴とする、請求項1または2に記載のカメラモジュール。
- 上記光源(84、86、88)が環状に上記イメージセンサ(12)を包囲していることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載のカメラモジュール。
- 上記イメージセンサ(12)と上記光源(84、86、88)とが共通のアセンブリ担持体(82)、特に共通のプリント回路基板に配置されていることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載のカメラモジュール。
- 上記光源(26;84、86、88)を上記画像信号の関数として固定時間(94)作動させるタイミング素子(34)を有することを特徴とする、請求項1乃至5のいずれかに記載のカメラモジュール。
- 個々の上記画像セル(14)の上記画像信号が、上記光源(26;84、86、88)がない場合の約5〜200倍、好ましくは約10〜100倍の平均光強度を示すように、上記光源(26;84,86、88)を制御する制御装置(38)を有することを特徴とする、請求項1乃至6のいずれかに記載のカメラモジュール。
- 複数の画像セル(14)を備えたイメージセンサ(12)を用いた電子画像記録方法であって、
各画像セル(14)内の感光素子(16)により光依存電流を生成する工程と、
上記感光素子(16)と直列に配置され、ゲートの電位が固定され、かつソース〜ドレイン間のパスには上記光依存電流が流れるMOSトランジスタ(18)により各画像セル(14)において電気的な画像信号を生成する工程と、
全画像セル(14)の電気的な画像信号を読み出す工程、とを含み、
上記画像セル(14)の感光素子(16)が、上記画像セル(14)の領域内に配置された光源(26;84,86,88)により照射されることを特徴とする方法。 - 上記画像セル(14)の電気的な画像信号が互いに分離した第1の時間間隔(92)中に読み出され、上記画像セル(14)の感光素子(16)が互いに分離しており、上記第1の時間間隔とは異なる第2の時間間隔(94)中に照射されることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- 上記感光素子(16)が、既存の基本明度が第1の閾値を超えると照射されることを特徴とする、請求項8または9に記載の方法。
- 上記感光素子(16)が、上記第1の時間間隔から連続して読み出される画像信号の差が第2の閾値を超えると照射されることを特徴とする、請求項8乃至10のいずれかに記載の方法。
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