JP2005260282A - 固体撮像素子を用いた電子シャッター方式カメラ用照明装置及び、動画像の撮影方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な回路構成で、動画像撮影など撮影面の明るさ変化に自動追随し、カメラに照明が必要な期間固体発光素子を点灯する、高輝度、省エネルギーで小型の固体撮像素子を用いた電子シャッター方式カメラ用照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は固体撮像素子を用いた電子シャッター方式カメラにおいて、固体撮像素子駆動回路の電荷蓄積を制御する基板クロック信号を取り出し、単安定マルチバイブレータで波形整形することで、固体撮像素子の電荷を排出している期間セットするパルスを作る。同パルスの反転信号で固体発光素子を点灯させる。その結果、カメラの電子シャッター露光期間だけ固体発光素子を点灯させることととなり、無駄のない照明を行う。
簡単な回路構成で無駄のない発光を行い、高輝度、省エネルギーで、固体発光素子の放熱板の必要が無い小型の固体撮像素子カメラ用の固体発光素子照明装置を得る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体撮像素子を用いた電子シャッター方式カメラの撮影に用いる照明及び動画像撮影方法に関するものである。

従来、カメラ用の固体発光素子を用いた照明装置では固体発光素子を連続点灯するものが多く見られる。しかし、固体発光素子を連続点灯すれば、固体発光素子自身の発熱があり、放熱板を取り付けるなどして固体発光素子を冷却する必要があった。固体発光素子に放熱板を付けるとサイズが大きくなり小型化には向かない。
一方、固体撮像素子カメラの受光感度は高くなり、同シャッターの露光期間は非常に短い時間となってきている。本来、固体撮像素子カメラによる撮影に必要な照明はシャッターが開放している期間必要でありそれ以外の期間の照明は無駄である。
そこで、固体発光素子の点灯をカメラのシャッタータイミングに同期させ、ダイナミック点灯させることで無駄な点灯をしない省エネ型の照明装置の開発が課題となっている。

省エネ型の照明装置については（例えば、特許文献１参照）で開示されている。
同発明は、外部からのトリガー信号を画像処理装置及び単安定マルチバイブレータに入力し、テレビカメラの露光を行うとともに、前記マルチバイブレータのパルス出力信号を入力とするＬＥＤ駆動回路により前記露光と同期したパルス発光をするＬＥＤ照明装置としたものであり、簡単な構成でトリガー信号の入力時のみパルス発光をするという作用を有するものである。
この方式は、製品の外観検査装置など撮影面の明るさがいつも一定で、電子シャッター露光期間の変化が少ない一枚の画像の取り込みを行う装置などへの使用目的には適している。

しかし、ＬＥＤの点灯時間は可変抵抗Ｒにより手動で変更できるが一般の動画像など撮影面の明るさが時々刻々と変化する撮影を行う動画像の照明には対応できない。

撮影面の明るさの変化に自動対応し、連続して最適な期間点灯を行う装置の開発が課題となっている。

本発明は、前記従来の課題を解決しようとしたものであり、動画像など撮影面の明るさの変化に自動追随し、必要な期間だけ固体発光素子を点灯する。このように無駄のない点灯を繰り返すことで、固体発光素子の発熱を抑え、動画像の撮影を可能とするとともに、放熱板を不要とすることで装置の小型化を可能とした。
簡単な回路構成で固体撮像素子カメラ用の高輝度、長寿命で無駄のない省エネルギーの固体発光素子照明装置の提供及び動画像の撮影を目的とする。

固体撮像素子カメラから直接電子シャッター露光信号が出力されていない。
そこで、前記課題を解決するために本発明は、固体撮像素子カメラの内部信号の一つで、電荷蓄積を制御している基板クロック信号から、固体撮像素子の電荷排出パルスを捉え、この電荷排出パルスの存在する期間が、電荷を捨てている期間（電子シャッター閉鎖期間）で、逆にこのパルスが無くなれば固体撮像素子が電荷を蓄積している期間（電子シャッター露光期間）である。

また、前記電荷排出パルスは、固体撮像素子駆動回路で決まる一定のパルス間隔で、パルス存在期間は過去に撮影した画像の明るさにより自動的に変化し、自動シャッターの機能を構成している。
そこで、基板クロック信号を取り出し、その信号を第一の電子装置で波形整形し、電荷排出期間中セットされる信号を得る。

次に、前記第一の電子装置で作成した電荷排出期間セットされる信号の反転信号を第二の電子装置に送り固体発光素子を点灯させることで、電子シャッター露光期間中固体発光素子を点灯させる。

撮影面の明るさ変化に応じ電子シャッターの露光期間は変化するが、その露光期間に追随し、点灯・消灯を繰り返し、無駄のないパルス発光で照明を行う固体発光素子照明装置が得られた。

以下、本発明の実施形態に係る照明方法及び照明装置について、図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施における固体撮像素子を用いた電子シャッター方式カメラ用照明装置の構成図、図２は同動作タイミングチャート図、図３は、本発明を利用したカメラの先端部分を分離したカメラの例を示す図、図４は同カメラのＬＥＤ温度測定結果の一例を示す表である。

図１に全体の構成を示す。被写体１１を、固体発光素子照明装置２０で照明し、個体撮像素子を用いた電子シャッター方式カメラ１で撮影するシステムである。個体撮像素子を用いたカメラ１の固体撮像素子には、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を用い、及びその駆動回路からなる。また、固体発光素子照明装置２０の固体発光素子には例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を、第一の電子装置には単安定マルチバイブレータを、第二の電子装置にはスイッチングトランジスタを用いた構成とする。

以下、詳細な動作を説明する。
図１において、固体撮像素子を用いた電子シャッター方式カメラ１の内部のＣＣＤ駆動回路１３からＣＣＤ１２に送られる基板クロック１６を取り出し、第一の電子装置１４例えば単安定マルチバイブレータに加える。

なお、抵抗Ｒ及びコンデンサーＣで決まる前記単安定マルチバイブレータ１４の設定時間は図２電荷排出パルス間隔（Ｔ１）よりも長い時間に予め設定しておく。

固体撮像素子を用いた電子シャッター方式カメラ１の電源が投入される。

基板クロック１６には、図２基板クロック（ａ）で示すように電荷排出期間（Ｔ２）の間、電荷排出間隔（Ｔ１）のパルスがある。最初の電荷排出パルスで単安定マルチバイブレータ１４はセットされる。

単安定マルチバイブレータ１４の設定時間が電荷排出パルスの間隔（Ｔ１）より長い時間に設定しているため、単安定マルチバイブレータ１４がまだセットしている期間内に、次の電荷排出パルスが加わる。その後、次々と加えられる電荷排出パルスにより、単安定マルチバイブレータ１４の出力はセットを続け、最後の電荷排出パルスが無くなることでリセットされる。
結局、図２の単安定マルチバイブレータ（ｃ）で示すように基板クロック（ａ）の電荷排出期間（Ｔ２）中セットされるパルスを得ることができる。
なお、基板クロック（ａ）のパルス数は、撮影画像の明るさ変化でＣＣＤ駆動回路１３により自動変化する。

次に、この単安定マルチバイブレータ１４の反転出力信号を第二の電子装置１５例えばＬＥＤ駆動回路に送りＬＥＤ１０を点灯させる。

以上の動作で、図２電子シャッター（ｂ）に同期し、電子シャッターの露光期間だけ点灯する固体発光素子照明装置２０が得られる。

なお、厳密には、ＬＥＤ１０の点灯開始は、前記電荷排出パルスの最後の立ち上がり後さらに、単安定マルチバイブレータ１４の設定時間経過後点灯することになる。しかし、ＣＣＤ駆動回路１３の電荷排出パルス間隔は数１０μｓｅｃであり実用的な固体発光素子による照明には問題ないと考えられる。

具体的な利用例として、先端部分を分離したカメラ装置の例を図３により説明する。
なお、例示品のシャッター露光期間は１／６０秒から１／１２０，０００秒の範囲で最適な値に自動変化する電子シャッターである。また、ＣＣＤ駆動回路の電荷排出パルス間隔（Ｔ１）は、６０μｓｅｃである。そこで、単安定マルチバイブレータの設定時間を電荷排出パルス間隔より十分に長い１００μｓｅｃとした。設定に使用した抵抗及びコンデンサーは、それぞれ、Ｒ：１００ｋΩ、Ｃ：０．００２２μＦである。
ＬＥＤには高輝度で、大電流を消費する１ワットのものを１個使用し、発光色は昼光色である。

ＬＥＤはカメラのシャッター露光期間に同期し、繰り返して点灯し、無駄のない照明が可能となった。

この装置でのＬＥＤ側面の温度上昇結果を図４に示す。
ＬＥＤの温度上昇は１撮影周期毎の点灯時間が短いほど少なく、点灯時間が長くなるにつれ大きくなる。

一般の撮影に使用した場合カメラのシャッター露光時間は非常に短い、従ってＬＥＤの点灯時間も短く、ＬＥＤ側面の温度上昇は連続点灯に比べ非常に少ない結果が得られる。

ＬＥＤの発熱が少ないため、具体的な利用例に示す様にカメラ先端部に組み込むことも可能であり、小型化に効果を発揮できる。

発明の効果

本発明によればＬＥＤの点灯期間をＣＣＤの電子シャッター露光期間に自動同期させることで、撮影面の明るさ変化に追随し無駄な点灯を行わない。
簡単な回路構成で、無駄な発光を行わないため、ＬＥＤの発熱が抑制され、放熱板を不要とすることで、装置の小型化を可能にでき、高輝度、省エネルギーなＣＣＤ電子シャッター用のＬＥＤ照明装置を提供できる効果を有する。

本発明の実施の形態におけるＬＥＤ照明装置の構成図 同動作時のタイミングチャート図 本発明を利用し先端部分を分離したカメラ装置例を示す図 前記同カメラ装置のＬＥＤ温度測定結果の一例を示す表

符号の説明

１ 固体撮像素子を用いた電子シャッター方式カメラ
１０ 固体発光素子（例えばＬＥＤ）
１１ 被写体
１２ 固体撮像素子（例えばＣＣＤ）
１３ 固体撮像素子駆動回路
１４ 第一の電子装置
１５ 第二の電子装置
１６ 基板クロック（電荷排出信号）
２０ 固体発光素子照明装置（例えばＬＥＤ照明装置）

Claims (4)

1. 固体撮像素子を用いた電子シャッター方式カメラにおいて、所定の時間設定する第一の電子装置と、固体発光素子と、この固体発光素子を駆動する第二の電子装置とから成り、前記第一の装置で定める期間信号を継続することで、前記電子シャッターに同期しかつ電子シャッター露光期間前記固体発光素子を点灯することを特徴とする固体発光素子照明装置。
2. 前記固体撮像素子は、ＣＣＤであることを特徴とする照明装置。
3. 前記固体発光素子は、ＬＥＤであることを特徴とする照明装置。
4. この固体発光素子照明装置を用いた動画像撮影方法。

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