JP2006201766A - 撮像装置及びそのストロボ制御方法 - Google Patents

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【課題】ストロボの光源として複数のLEDを用いながら、それを構成する個々のLEDに負担をかけず、且つ高い自由度で発光状態を制御する。
【解決手段】撮像タイミングに同期して、撮像対象に向けて設けられた複数個のLEDを露光時間に対応した発光強度、点灯間隔及び点灯回数で循環的に点灯駆動する。
【選択図】 図4

Description

本発明は、ストロボ撮影の発光素子としてLEDを用いた撮像装置及びこの装置で適用されるストロボ制御方法に関する。
現在、広く一般に普及しているデジタルカメラのストロボ装置としては、大容量のコンデンサに蓄積した電荷をキセノン管等の放電管で瞬間的に放電させることにより閃光を得るようにしているものが多く、またごく一部のモノクロ撮影専用の機種にあっては、複数の赤色LEDを同時に発光させる構造を有しているものもある。
しかしながら、大容量のコンデンサと放電管を用いたストロボ装置は、該コンデンサが大型となるためにその配置位置が制限される、電力の消費が大きく電源となる電池の消耗が激しい、製造コストが高くなってしまう、等々の多くの不具合を有している。
一方、上記赤色LEDを用いたものは、1つのLEDで得られる光量が限られているため、所定の光量を得るために多数個を配置する必要が生じるが、そのためにやはり製造コストの上昇を招くと共に、携帯使用が前提で小型化が要求されるデジタルカメラでは、大きなサイズとなるストロボ装置を配置すべき位置を見出だすのが困難であった。
また、少ない数のLEDで所定の光量を得るためにLEDの駆動電流を高くすることも考えられるが、LEDに大電流を長時間に渡って流すと寿命が極端に短くなってしまい、好ましくない。
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ストロボの光源として複数のLEDを用いながら、それを構成する個々のLEDに負担をかけず、且つ高い自由度で発光状態を制御することが可能な撮像装置及びこの装置で適用されるストロボ制御方法を提供することにある。
請求項1記載の発明は、撮像対象に向けて設けられた複数個のLEDと、撮像タイミングに同期して上記複数個のLEDを露光時間内に順次点灯駆動する駆動制御手段とを具備したことを特徴とする。
上記のような構成とすれば、ストロボの光源を構成する個々のLEDでの1回の点灯時間をごく短いものとしながら、発光強度、点灯間隔及び点灯回数を可変して露光時間中に複数のLEDで循環的に点灯させるようにしたため、LEDに負担をかけずに所望の点灯状態を得ることができる。
請求項2記載の発明は、上記請求項1記載の発明において、上記複数個のLEDは所定の点灯間隔で循環的に点灯することを特徴とする。
このような構成とすれば、上記請求項1記載の発明の作用に加えて、LEDの構成個数に応じた、より明るいストロボとすることができる。
請求項3記載の発明は、上記請求項1記載の発明において、上記複数個のLEDは少なくとも赤色で点灯するもの、緑色で点灯するもの、及び青色で点灯するものの3個を含むことを特徴とする。
このような構成とすれば、上記請求項1記載の発明の作用に加えて、LEDによる白色ストロボ光源を実現することができる。
請求項4記載の発明は、上記請求項3記載の発明において、上記駆動制御手段は、上記複数個のLEDの個々の点灯時間を加減して色温度調整を行なうことを特徴とする。
このような構成とすれば、上記請求項3記載の発明の作用に加えて、ストロボの点灯状態によっても色温度調整を行なうことができるため、撮像の段階でホワイトバランス調整を行ない、撮像後の画像信号処理を簡略化することができる。
請求項5記載の発明は、上記請求項1記載の発明において、撮像エリアをライン単位で順次走査しながら露光を行なう撮像素子を用いた撮像装置であって、上記駆動制御手段は、撮像素子の第1ラインの露光時間と最終ラインの露光時間との重複期間中に上記複数個のLEDを点灯駆動することを特徴とする。
このような構成とすれば、上記請求項1記載の発明の作用に加えて、撮像素子の全画素に対して均一の光量を与えることができ、得られる画像の画質の低下を防ぐことができる。
請求項6記載の発明は、撮像タイミングに同期して複数個のLEDを露光時間内に順次点灯駆動することを特徴とする。
このような方法とすれば、ストロボの光源を構成する個々のLEDでの1回の点灯時間をごく短いものとしながら、発光強度、点灯間隔及び点灯回数を可変して露光時間中に複数のLEDで循環的に点灯させるようにしたため、LEDに負担をかけずに所望の点灯状態を得させることができる。
請求項1記載の発明によれば、ストロボの光源を構成する個々のLEDでの1回の点灯時間をごく短いものとしながら、発光強度、点灯間隔及び点灯回数を可変して露光時間中に複数のLEDで循環的に点灯させるようにしたため、LEDに負担をかけずに所望の点灯状態を得ることができる。
請求項2記載の発明によれば、上記請求項1記載の発明の効果に加えて、LEDの構成個数に応じた、より明るいストロボとすることができる。
請求項3記載の発明によれば、上記請求項1記載の発明の効果に加えて、LEDによる白色ストロボ光源を実現することができる。
請求項4記載の発明によれば、上記請求項3記載の発明の効果に加えて、ストロボの点灯状態によっても色温度調整を行なうことができるため、撮像の段階でホワイトバランス調整を行ない、撮像後の画像信号処理を簡略化することができる。
請求項5記載の発明によれば、上記請求項1記載の発明の効果に加えて、撮像素子の全画素に対して均一の光量を与えることができ、得られる画像の画質の低下を防ぐことができる。
請求項6記載の発明によれば、ストロボの光源を構成する個々のLEDでの1回の点灯時間をごく短いものとしながら、発光強度、点灯間隔及び点灯回数を可変して露光時間中に複数のLEDで循環的に点灯させるようにしたため、LEDに負担をかけずに所望の点灯状態を得させることができる。
以下本発明をモノクロのデジタルカメラに適応した場合の実施の一形態について図面を参照して説明する。
図1はその回路構成を示すもので、10がデジタルカメラである。このデジタルカメラ10は、記録モードと再生モードとを設定可能であり、記録モードの状態においては、被写体像がレンズ11の後方に配置された撮像素子としてのCMOSエリアセンサ12上に結像される。
このCMOSエリアセンサ12は、光電変換により得たアナログ値の画像信号を一定周期毎に1画面単位で出力するもので、その画像信号はA/D変換器(A/D)13でデジタルデータに変換され、画像処理回路14で規定の画像処理が施されて輝度信号よりなる画像信号がDMA(Direct Memory Access)コントローラ15に出力される。
DMAコントローラ15は、画像処理回路14の出力する画像信号を、同じく画像処理回路14で得られる同期信号、メモリ書込みイネーブル、クロック出力を用いて一度DMAコントローラ15内部のバッファに書込み、DRAMインタフェース(I/F)16を介してDRAM17にDMA転送を行なう。
制御部18は、CPUとその各種動作プログラム等を固定記憶したROM、制御データ等を一時記憶するRAMなどから構成されるもので、上記画像信号のDRAM17へのDMA転送終了後に、この画像信号をDRAMインタフェース16を介してDRAM17より読出し、VRAMコントローラ19を介してVRAM20に書込む。
デジタルビデオエンコーダ(以下「ビデオエンコーダ」と略称する)21は、上記画像信号をVRAMコントローラ19を介してVRAM20より定期的に読出し、これらのデータを元にビデオ信号を発生して表示部22に出力する。
この表示部22は、例えばバックライト付の液晶表示パネルとその駆動回路とで構成され、カメラの背面側に配設されて、記録モード時にはEVF(Electronic View Finder:電子ビューファインダ)として機能するもので、ビデオエンコーダ21からのビデオ信号に基づいた表示を行なうことで、その時点でVRAMコントローラ19から取込んでいる画像信号に基づく画像を表示することとなる。
そして、このように表示部22にその時点での画像がリアルタイムに表示されている状態で、記録保存を行ないたいタイミングでキー入力部23を構成するシャッタキーを操作すると、トリガ信号を発生する。
制御部18は、このトリガ信号に応じてその時点でCMOSエリアセンサ12から取込んでいる1画面分の画像信号のDRAM17へのDMA転送の終了後、もう1画面分の画像信号を同様にDRAM17へDMA転送させ、それからCMOSエリアセンサ12からのDRAM17への経路を停止し、記録保存の状態に遷移する。
この記録保存の状態では、制御部18がDRAM21に書込まれている最後の1フレーム分の画像信号をDRAMインタフェース16を介して縦8画素×横8画素の基本ブロックと呼称される単位で読出してJPEG回路24に書込み、このJPEG回路24でADCT(Adaptive Discrete Cosine Transform:適応離散コサイン変換)、エントロピ符号化方式であるハフマン符号化等の処理を施して圧縮し、圧縮した符号データを該JPEG回路24から読出して、このデジタルカメラ10の記録媒体となる、不揮発性メモリであるフラッシュメモリ25に書込む。
そして、1フレーム分の画像信号の圧縮処理及びフラッシュメモリ25への全圧縮データの書込み終了に伴なって、制御部18は再度CMOSエリアセンサ12からDRAM17への経路を起動する。
なお、制御部18は、上記トリガ信号に対し、最後の1画面分の画像信号をCMOSエリアセンサ12より得るのに同期してLED駆動制御回路26に垂直同期信号VD及び基準クロックを含む各種制御信号を出力し、LED駆動制御回路26に接続されている複数、例えば3個の赤色LED27a〜27cをその時点のCMOSエリアセンサ12での露光時間に対応した発光強度、点灯間隔及び点灯回数で循環的に点灯駆動させる。
また、上記キー入力部23は、上述したシャッタキーの他に、記録(REC)モードと再生(PLAY)モードとを切換える録/再モード切換えキー、再生モード時の画像選択等を行なうためのカーソルキーやエンターキー等から構成され、キー操作に伴なう信号は直接制御部18へ送出される。
シャッタキーは、2段階の押圧操作を行なうものとし、一般の撮影においては1段階目の半押し状態で、AF(オートフォーカス)及びAE(自動露光)の各実行値をロックして撮影に備え、2段階目の全押し状態で、上述したトリガ信号を出力しての撮影動作に随時移行するものである。
また、再生モードでは、制御部18はCMOSエリアセンサ12からDRAM17への経路を停止し、キー入力部23でのキー操作に応じて制御部18がフラッシュメモリ25から特定の1フレーム分の符号データを読出してJPEG回路24に書込み、JPEG回路24で伸長処理を行なって得られた縦8画素×横8画素の基本ブロック単位に、VRAMコントローラ19を介してVRAM20へ1フレーム分のYUVデータを展開記憶させる。
すると、ビデオエンコーダ21は、VRAM20に展開記憶されている1フレーム分の画像データを元にビデオ信号を発生し、表示部22で表示させる。
次に図2及び図3を用いて上記LED駆動制御回路26内の詳細な回路構成について説明する。
図2は、上記制御部18から与えられる各種制御信号に基づいて各種タイミング信号を生成する回路の構成を示す。同図で、上記垂直同期信号VD及び基準クロックはカウンタ31に入力される。
このカウンタ31は、垂直同期信号VDに基づいて基準クロックをカウントすることで、垂直同期信号VDから何H(1H:CMOSエリアセンサ12のスキャン駆動で1水平ラインに要する時間)が経過したかを表わす20ビットのカウンタ出力をコンパレータ32,33、セレクタ34〜36に送出する。
コンパレータ32は、カウンタ31の出力を制御部18に与えられる設定比較値と一致比較し、一致したと判断した時点でストロボ発光開始トリガ信号LEDSTRを出力する。
コンパレータ33は、カウンタ31の出力を制御部18に与えられる設定比較値と一致比較し、一致したと判断した時点でストロボ発光終了トリガ信号LEDSTOPを出力する。
セレクタ34〜36は、それぞれカウンタ31の出力に基づいて上記赤色LED27a〜27cを順次選択的に駆動するための選択クロックSELCLK1〜3を生成するもので、その生成タイミングはSELCLK1、SELCLK2、SELCLK3の順となる。
図3は、同じくLED駆動制御回路26に設けられる、上記ストロボ発光開始トリガ信号LEDSTR、ストロボ発光終了トリガ信号LEDSTOP、及び選択クロックSELCLK1〜3と、制御部18により与えられるリセット信号RESETとにより上記赤色LED27a〜27cの駆動制御信号を生成する回路と、その駆動制御信号に基づいて実際に赤色LED27a〜27cを駆動する回路との構成を示すものである。
同図に示すように、上記ストロボ発光開始トリガ信号LEDSTRとストロボ発光終了トリガ信号LEDSTOPとがオア回路41を介してフリップフロップ(以下「F/F」と略称する)42のクロック端子CKに与えられ、またリセット信号RESETがこのF/F42のリセット端子Rに与えられる。そして、このF/F42の正転出力端子Qからの信号がF/F43,44,46,47それぞれのリセット端子Rに与えられる。
F/F43では、選択クロックSELCLK1が遅延入力端子Dに、選択クロックSELCLK2がクロック端子CKに与えられるもので、その正転出力端子Qからの信号はF/F44の遅延入力端子DとEX−オア回路45とに出力される。
また、F/F44の正転出力端子Qからの信号もEX−オア回路45に出力される。そして、EX−オア回路45の出力が赤色LED27aを駆動制御するための信号LED1として駆動回路51のNPNタイプのトランジスタTr1のベースに与えられると共に、F/F46の遅延入力端子Dにも与えられる。
F/F46は、上記選択クロックSELCLK3がクロック端子CKに与えられ、その正転出力端子Qからの信号が赤色LED27bを駆動制御するための信号LED2として駆動回路51のNPNタイプのトランジスタTr2のベースに与えられると共に、F/F47の遅延入力端子Dにも与えられる。
F/F47も同様に、上記選択クロックSELCLK3がクロック端子CKに与えられ、その正転出力端子Qからの信号が赤色LED27cを駆動制御するための信号LED3として駆動回路51のNPNタイプのトランジスタTr3のベースに与えられる。
赤色LED27a〜27cはそれぞれ、そのアノードに抵抗R1〜R3を介して電源電圧+9[V]が印加され、カソードが上記トランジスタTr1〜Tr3のコレクタに接続されるもので、各トランジスタTr1〜Tr3のエミッタは接地される。
次に上記実施の形態の動作について説明する。
図4は上記赤色LED27a〜27cの点灯駆動タイミングを説明するためのもので、図中のVRRはCMOSエリアセンサ12の各画素分の信号が出力される区間、ESRは同各画素の露光開始タイミングを示す。
CMOSエリアセンサ12の全画素を用いた露光を開始する時点で図3の各F/F43,44,46,47のリセットを解除し、発光を開始するべくストロボ発光開始トリガ信号LEDSTRが出力されるように、図2のコンパレータ32には予め制御部18により設定比較値が供給されている。
同様に、上記ストロボ発光開始トリガ信号LEDSTRから所定の時間幅が経過し、最初の1ライン分のデータが電圧値に変換されて出力される前に赤色LED27a〜27cによる一連の点灯を終了させるべくストロボ発光終了トリガ信号LEDSTOPが出力されるように、図2のコンパレータ33にも予め制御部18により設定比較値が供給されている。
上記選択クロックSELCLK1,2は、1番目の赤色LED27aが点灯(オン)する場合の時間幅とデューティ比、すなわち点灯オン/オフの周波数特性とを決定するもので、選択クロックSELCLK1を選択クロックSELCLK2に同期してF/F43,44で順次遅延出力させ、これらF/F43,44の各出力をEX−オア回路45でゲート制御することで、トランジスタTr1をオンさせて赤色LED27aを点灯させるための信号LED1を得ている。
この信号LED1をF/F46,47で選択クロックSELCLK3に同期させてタイミングをずらして出力させることにより同様の信号LED2,3を得ることができるもので、結果として赤色LED27a,27b,27cの順序で連続して点灯することとなる。
こうして図4(3)〜(5)に示すように、3個の赤色LED27a〜27cを順次時間的に重複することなく、且つ間隔を空けずに連続して点灯駆動させることにより、見かけ上は1つのLEDが図4(2)に「擬似LED」として示す如く時間幅αだけ点灯発光することとなる。
これにより、赤色LED27a〜27cのそれぞれにおいては、短く点灯時間幅を充分短いものとしながらも、全体として充分な光量を得ることができ、各赤色LED27a〜27cに対して連続して大電流を流さずにすむ。
一般にLEDでは、流れる電流が大きくなるほど発光時の光量も多くなるが、オン/オフの周波数特性を可変した場合の、発光オンのパルス幅と許容パルス電流との関係から、大電流を流すためには発光オンのパルス幅を短くする必要があり、且つ上記オン/オフの周波数特性の制約によって1つのLEDに大電流を流して点灯駆動した場合には、消灯してから再び接ぎに点灯駆動するまでの時間をとらなければならない。
そのため、上述した如く複数のLEDを連続的に点灯駆動することで、各LEDの連続点灯時間を抑え、且つ全体で充分な光量を得られるようにするものである。
なお、上記したLEDのオン/オフの周波数特性を可変した場合の、発光オンのパルス幅と許容パルス電流との関係に基づいた上で、選択クロックSELCLK1〜3の出力タイミングを図2のセレクタ34〜36での選択値により随時可変設定し、併せてストロボ発光開始トリガ信号LEDSTR及びストロボ発光終了トリガ信号LEDSTOPの出力タイミングを図2のコンパレータ32,33により随時可変設定することで、図4に示す各赤色LED27a〜27cが1回の点灯を維持する時間幅βと、これに伴うオン/オフのデューティ比γ1:γ2、及び1画面分の露光時間内における発光回数を調整して、適正な光量でストロボ発光させることができるようになる。
次に、特にストロボの点灯開始タイミングを制御する動作について詳述する。
図5はCMOSエリアセンサ12による画像信号の出力と各画素での露光のタイミングとを示すものである。
CMOSエリアセンサ12では、横方向1ライン毎に画像信号を電圧値に変換してシリアル出力を行なうようになるため、図5(1)に示す画像信号の第1ライン分と図5(2)に示す最終ライン分では同時性がなくなっている。そのため、各画素の露光開始タイミングもライン後とに異なるものとなる。
上記図5(1),(2)において、露光時間は各画素の露光開始タイミングESRからCMOSエリアセンサ12のデータ出力がなされるVRRまでの期間であり、各画素の露光開始タイミングESRはその時のシャッタ速度に対応して前後に変化するものであるから、図5(3)に示す垂直同期信号VDにおいて、上記第1ラインの露光時間と最終ラインの露光時間とで重複している期間中をストロボ発光を行なう期間とすれば、ラインの位置によらず全画素に対して均一の光量で発光した画像信号が得られることとなる。
したがって、制御部18は上記図2のコンパレータ32,33に対してその時点でのシャッタ速度に対応した設定比較値を送信することで、上記ストロボ発光を行なう期間を制御するようにすれば、CMOSエリアセンサ12の全画素に対して均一の光量を与えることができ、得られる画像の画質の低下を防ぐことができる。
このように、上記図2で示したようなハードウェア回路として全画素の露光開始タイミングを観測することで全画素に対して均一な発光量による画像信号を与えることができると共に、制御部18が実行する動作プログラムの設定によってソフトウェア的な手法で全シャッタ速度に対応した制御も可能となるため、ストロボの発光量に関する調整をより広い範囲で行なうことができるようになる。
なお、上記実施の形態では、モノクロのデジタルカメラであるものとして例えば3個の赤色LED27a〜27cを点灯駆動するものとして説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えばLEDをRGB、すなわち赤色で点灯するもの、緑色で点灯するもの、及び青色で点灯するものの3個を少なくとも含む白色光源として構成し、カラー画像を得ることができるものとしても良い。
この場合、さらに上記図2及び図3で示したように個々のLEDを均一の時間で順次点灯駆動するのではなく、個々のLEDの発光色に対応してその点灯時間の幅を制御部18が加減設定できるものとして構成すれば、ストロボ光源の点灯状態によっても色温度を任意に調整することができるため、撮像の段階でホワイトバランス調整を行ない、撮像後の画像信号処理を簡略化することができる。
その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能であるものとする。
本発明の実施の一形態に係る回路構成を示すブロック図。 図1のLED駆動制御回路の部分構成を示すブロック図。 図1のLED駆動制御回路の部分構成を示すブロック図。 同実施の形態に係るLEDの駆動信号波形を示すタイミングチャート。 同実施の形態に係るLEDの駆動信号波形を示すタイミングチャート。
符号の説明
10…デジタルカメラ
11…レンズ
12…CMOSエリアセンサ
13…A/D変換器
14…画像処理回路
15…DMAコントローラ
16…DRAMインタフェース(DRAM I/F)
17…DRAM
18…制御部
19…VRAMコントローラ
20…VRAM
21…(デジタル)ビデオエンコーダ
22…表示部
23…キー入力部
24…JPEG回路
25…フラッシュメモリ
26…LED駆動制御回路
27a〜27c…赤色LED
31…カウンタ
32…コンパレータ
33,34…セレクタ
41…オア回路
42〜44…フリップフロップ
45…EX−オア回路
46,47…フリップフロップ

Claims (6)

  1. 撮像対象に向けて設けられた複数個のLEDと、
    撮像タイミングに同期して上記複数個のLEDを露光時間内に順次点灯駆動する駆動制御手段と
    を具備したことを特徴とする撮像装置。
  2. 上記複数個のLEDは所定の点灯間隔で循環的に点灯することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
  3. 上記複数個のLEDは少なくとも赤色で点灯するもの、緑色で点灯するもの、及び青色で点灯するものの3個を含むことを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
  4. 上記駆動制御手段は、上記複数個のLEDの個々の点灯時間を加減して色温度調整を行なうことを特徴とする請求項3記載の撮像装置。
  5. 撮像エリアをライン単位で順次走査しながら露光を行なう撮像素子を用いた撮像装置であって、
    上記駆動制御手段は、撮像素子の第1ラインの露光時間と最終ラインの露光時間との重複期間中に上記複数個のLEDを点灯駆動する
    ことを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
  6. 撮像タイミングに同期して複数個のLEDを露光時間内に順次点灯駆動することを特徴とする撮像装置のストロボ制御方法。
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