JP4866558B2 - 画像撮影用照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話等が有するＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子で画像を撮影する際に、被写体を照明する画像撮影用照明装置に関する。

従来カメラ付き携帯電話等においては、三原色の発光ダイオード（以下ＬＥＤと略記する）による混色では白色が得にくいため、青色ＬＥＤチップをイットリウムアルミニウムガーネット（以下ＹＡＧと略記する）等の蛍光剤が入った樹脂で封止して画像撮影用白色光源として用いていた。しかし白色化するためのＹＡＧ入り樹脂の樹脂色が黄色であり、該黄色が機器のデザイン性を損ねるという理由で、ＬＥＤの前面部の窓には内部の色が見えないよう、半透明の部材、すなわち光透過率の低い部材が用いられていた。

このような青色系ＬＥＤの樹脂モールド中に蛍光物質を添加して白色光を得る技術はすでに提案されている（例えば特許文献１参照）。
また添加する蛍光物質の寿命等を考慮して、選定する添加物質についての詳細な検討もなされている（例えば特許文献２参照）。

しかしながらＬＥＤの前面部の窓に半透明板を用いることにより、ＬＥＤの発光光が半透明窓によって拡散／吸収／反射等されてしまい減衰してしまうという問題があった。この減衰率は窓内部の色を見えなくするためには５０〜８０％にする必要があったため撮影のための照明時の光効率が大きく落ちてしまっていた。また照明の理想は光軸に対し約＋−３０°と言われているが、ＬＥＤの前面部の窓を半透明にするために混入する粒子によってＬＥＤの出射光が散乱されてしまい、リフレクター、レンズ等集光構造を有したＬＥＤの使用、レンズ等の集光構造にした窓部の使用が効果を発揮せず、照明光が光軸に対し広がってしまうという問題があった。

この状況を図５を用いて説明する。
図５は従来の画像撮影用照明装置の断面図である。
図５において、１０が青色ＬＥＤチップ、１６が青色ＬＥＤチップ１０を実装する基材、１２が内側を鏡面とした側体、１４がＹＡＧ蛍光体入りの樹脂で表面が凸レンズ状になって集光構造となっている。青色ＬＥＤチップ１０、基材１６、側体１２、樹脂１４でＬＥＤ光源３０を形成している。ＬＥＤ光源３０は半田１８で機器の基板２０に接続され、前面には機器の筐体２２に窓部が設けられ該窓部に半透明の窓４０が設けられていた。該窓４０は樹脂１４の黄色が見えないよう光透過率を２０〜５０％に抑えた物が用いられていた。
なお以下の図において、同様の部材には同様の番号を付している。

図５の光源３０から照明光が出射されると出射光４２は半透明の窓４０で吸収／反射され、出射光の２０〜５０％のみが機器外部に出射される。しかも出射光は点線で図示したように窓部を半透明にするための粒子で散乱されるため、理想とする光軸に対し約＋−３０°よりも広い範囲に広がる光となってしまっていた。その結果被写体を照明する照明装置としては非常に光効率の悪い物となっていた。

なお、ＬＥＤ１０から出射する光は樹脂１４中のＹＡＧ粒子によっても散乱されるが、内側を鏡面仕上げされた側体１２が散乱光を所望の方向に反射するよう側体内面の角度を設定し、またＬＥＤチップ１０を封止する樹脂１４は側体１２の縁部の水平面より低く内部に充填するという方法でこの問題は解消できている（例えば特許文献３参照）。

近似した技術として特許文献４がある。この技術はＬＥＤ前面の窓部にハーフミラー処理を施し、該窓部を撮像素子の近傍に配置して、被写体である人物が窓部に写る画像によってカメラの向きを知りうるようにするという提案である。またパラグラフ０００７には「ハーフミラー面の奥部に配置される補助光源を外部から見えなくしたり」なる記載もある。
しかしながら光透過率９０％はほぼ完全な透明板であるから、被写体である人物がハーフミラー上の画像を認識可能にするためには光透過率を５０％以下にする必要がある。とすると窓部での光損失が大きく、特許文献４の提案した技術は、光の効率に関しては、図５で説明した従来技術と大差ないことになる。また、ハーフミラーを形成するためのコストの上昇も無視できない。

特開平５−１５２６０９ ＷＯ９８／０５０７８ 特許第２９９８６９６号 特開２００３−２８７７８３

解決しようとする問題点は、従来は照明装置の前面に設ける窓の光透過率を下げる必要があり、そのため撮影のための照明時の光効率が悪くなり、かつ窓部を集光構造にしても所望の効果が得られなかったという点である。

本発明の画像撮影用照明装置は、携帯電話等が有するＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子で画像を撮影する際に、被写体を照明する画像撮影用照明装置であって、発光ダイオードチップが蛍光物質の入った樹脂で封止されている発光ダイオードからなる光源と、該光源の前面の機器の筐体に設けられた窓とを有する画像撮影用照明装置において、前記窓が透明で光透過率の高い窓であり、且つ、前記窓の内側の離れた位置に前記光源が配置されており、画像撮影待機時に前記発光ダイオードに数１０μＡ〜１００μＡの待機時電流を流して発光させ、該発光ダイオードの光と前記蛍光物質に当たって発する光とが混色した白色光により前記蛍光物質が入った樹脂の色が外部から見えないようにする発光ダイオード駆動回路を有することを特徴とする。

また、本発明の画像撮影用照明装置において、前記発光ダイオードは、前記画像撮影待機時に前記発光ダイオード駆動回路によってパルス駆動されることを特徴とする。

また、本発明の画像撮影用照明装置において、前記待機時電流の電流値は、外光センサで検出した外光の明るさ信号により、外光が明るい時は発光ダイオード発光光の光度が大きくなり、外光が暗い時は発光ダイオード発光光の光度が小さくなるように制御されることを特徴とする。

また、本発明の画像撮影用照明装置において、前記窓の光透過率が５０％以上であることを特徴とする。

また、本発明の画像撮影用照明装置において、前記窓が凸レンズまたはフレネルレンズからなる集光構造を有していることを特徴とし、更に、前記光源が凸レンズまたはフレネルレンズからなる集光構造を有していることを特徴とする。

本発明の画像撮影用照明装置は、携帯電話等が有するＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子で画像を撮影する際に、被写体を照明する画像撮影用照明装置であって、発光ダイオードチップが蛍光物質の入った樹脂で封止されている発光ダイオードからなる光源と、該光源の前面の機器の筐体に設けられた窓とを有する画像撮影用照明装置において、前記窓の内側の離れた位置に前記光源を配置し、画像撮影待機時に前記発光ダイオードに数１０μＡ〜１００μＡの待機時電流を流して発光させ、該発光ダイオードの光と前記蛍光物質に当たって発する光とが混色した白色光により前記蛍光物質が入った樹脂の色が外部から見えないようにすることを特徴とする。

また、本発明の画像撮影用照明装置において、前記発光ダイオードチップが青色発光ダイオードチップであり、前記蛍光物質がＹＡＧ蛍光体であり発光色が白色であることを特徴とする。

本発明の画像撮影用照明装置によれば、窓の光透過率を上昇させることが出来、かつ窓を集光構造にして光を被写体に集中できるため、撮影時におけるＬＥＤの発光光を２から５倍有効に使えるようになる。その結果撮影時の電流が同じであれば、撮影可能な距離を延ばすことが出来る。また、撮影距離を一定とするなら、使用素子数の削減によりコストを削減することが可能となる。

本発明の画像撮影用照明装置は、発光ダイオードチップが蛍光物質が入った樹脂で封止されている光源と、該光源の前面に設けられた窓とを有し、画像撮影待機時にも前記発光ダイオードに待機時電流を流し、蛍光物質が入った樹脂の色が外部から見えないよう制御している。
また、前記待機時電流の電流値を外光センサで検出した外光の明るさ信号により制御することにより消費電力を削減している。

図２は本発明の画像撮影用照明装置が携帯電話等の機器に用いられる場合の配置及び画像撮影時の動作を説明する図である。
図２において、ＬＥＤ光源３０と撮像素子４６とは機器の基板２０上に実装され、ＬＥＤ光源３０の出射光２６は機器の筐体２２中に設けられた集光構造を持った窓２４を透過して被写体４８を照明する。撮像素子４６は反射光２７を撮像素子用の窓４４を介して検出し、画像を取り込む。

図１は本発明の画像撮影用照明装置の構造を説明する断面図である。
図１において、１０が青色ＬＥＤチップ、１６が青色ＬＥＤチップ１０を実装する基材、１２が内側を鏡面とした側体、１４がＹＡＧ蛍光体入りの樹脂で表面が凸レンズ状になって集光構造となっている。ＬＥＤチップ１０は基材１６上にフェースダウンボンディングされている。また基材１６と側体１２とをリードフレーム等で一体加工することも可能である。青色ＬＥＤチップ１０、基材１６、側体１２、樹脂１４でＬＥＤ光源３０を形成している。ＬＥＤ光源３０は半田１８で機器の基板２０に接続され、前面には機器の筐体２２に窓部が設けられ該窓部に、光透過率が５０％以上の、透明で凸レンズ状の集光構造を持った窓２４が設けられている。ＬＥＤ光源３０と窓２４によって照明装置が構成されている。
このように構成したためＬＥＤ光源３０の発光色は、青色ＬＥＤチップ１０の光がＹＡＧ蛍光体入りの樹脂１４を透過して外部に出射されるため、白色となっている。

青色ＬＥＤチップ１０から出射された光の内、樹脂１４中のＹＡＧ粒子によっても散乱された光２８は側体１２の内壁で反射されて所望の方向へ戻される。窓２４へ進んだ光２６及び２８は、窓２４が透明で光透過率が高いため、ほとんど拡散／吸収／反射等されてしまう事なく透過する。かつ窓２４が集光構造となっているため、図示したように、光が目標方向に集光されて進む。
このように本発明の画像撮影用照明装置においてはＬＥＤ光源３０と窓２４の双方が集光構造を有しており、窓２４での光散乱もないため、双方の集光構造の組み合わせで、出射光を理想とされている光軸に対し約＋−３０°に合わせ込むことは容易である。
なお図１においては凸レンズによる集光構造を示したが、フレネルレンズでも同様の効果を生じることが出来る。
また本発明の画像撮影用照明装置は、窓の光透過率が５０％以上と高いため、かつ窓を集光構造にして光を被写体に集中できるため、撮影時におけるＬＥＤの発光光を２から５倍有効に使えるようになる。その結果撮影時の電流が同じであれば、撮影可能な距離を延ばすことが出来る。また、撮影距離を一定とするなら、現在一般的に１つの照明装置で３〜４素子用いられているＬＥＤの使用素子数を減少させることでコストを削減することが可能となる。
ただし本構造の照明装置を従来通りに制御してしまうと、機器の外側からＹＡＧ蛍光物質入り樹脂１４の黄色が見えてしまうという問題が発生する。

図３は本発明の画像撮影用照明装置の制御法を説明するブロック図及びグラフである。
図３（ａ）において、外光センサ５０が機器の置かれた環境の明るさ、すなわち外光の光度を検出し外光の明るさ信号をＬＥＤ駆動回路５２に送る。ＬＥＤ駆動回路５２は該外光の明るさ信号と撮影時に送られてくる撮影信号に応答してＬＥＤ駆動信号を作成しＬＥＤに印加する。ＬＥＤ５４は該ＬＥＤ駆動信号に応答して発光する。
ここで、ＬＥＤ駆動回路５２は該撮影信号によって撮影時であることを知らされた時はＬＥＤ発光光の光度が最大になるよう駆動信号を作成し、待機時には外光の明るさに応じた光度となるようＬＥＤに微少な待機時電流を流すべく駆動信号を作成している。

このように、待機時にＬＥＤを発光させれば、青色ＬＥＤの青色の光と、青色の光がＹＡＧ蛍光体に当たって発する黄緑色の光が混色されて白色となる。したがって、透明で光透過率が高い窓２４を用いても窓を通してＹＡＧ入り樹脂１４の黄色が見えてしまう心配はなくなる。

図３（ｂ）は待機時に外光の光度によって制御されるＬＥＤ５４の発光光の光度を示したグラフで、外光が明るい時はＬＥＤ発光光の光度が大きくなり、外光が暗い時はＬＥＤ発光光の光度が小さくなるよう制御している。このような制御は、外光が明るい時は待機時電流を大きく、暗い時は待機時電流を小さくすることで実現可能である。基本的には機器がケースにしまわれているような非常に外光が暗い状態ではＬＥＤの発光を止めるよう制御している。
機器の使用法及び目的によって図３（ｂ）のグラフを多少変更することは設計上の問題である。例えば外光が一定の明るさ以下になった時はＬＥＤの発光を止めるということも考えられるし、ＬＥＤ発光光の光度と外光の光度との関係を直線ではなく他の関数のカーブにしたり非線形にしたりすることも考えられる。
このように、外光（環境光）量によりＬＥＤの駆動電流量を制御すれば、電池寿命に与える影響も最小限で済む。通常数１０μＡ〜１００μＡの電流でこの効果が得られる。

図４（ａ）はＬＥＤ駆動回路で作成する駆動信号の一例を示した図である。
図４（ａ）において、撮影時ｔ１においては撮影信号がＨレベルとなって撮影時であることを示す。この時は外光が明るい時のＬＥＤ駆動信号ＬＥＤ１も外光が暗い時のＬＥＤ駆動信号ＬＥＤ２もともに外光の状況に関わりなくＬＥＤ５４をＯＮにし続ける駆動信号を出力し、ＬＥＤ５４の発光光の光度は最大になる。
待機時ｔ２においては撮影信号がＬレベルとなって待機時であることを示す。この時外光が明るければＬＥＤ１に示すように比較的大きなデューティーサイクルでＬＥＤ５４がパルス駆動されて間欠的に発光し、外光が暗ければＬＥＤ２に示すように比較的小さなデューティーサイクルでＬＥＤ５４がパルス駆動されて間欠的に発光する。いずれの場合も待機時ｔ２でＬＥＤに待機時電流が流される駆動信号となっている。
このように外光の明るさによってＬＥＤ５４をパルス駆動するデューティーサイクルを変化させれば待機時電流の平均値が変化し、図３（ｂ）に示したような「外光の光度対ＬＥＤ発光光の光度」の関係をディジタル的に制御可能である。このような駆動法はアナログ的にＬＥＤに流す駆動電流を変化させる方式に比べ、簡単でコストがかからないという利点がある。

図４（ｂ）はＬＥＤ駆動回路で作成する駆動信号の他の例を示した図である。
図４（ｂ）は待機時に外光が非常に暗い場合の例で、このような時ＬＥＤ５４を消灯させず、図示のようにＬＥＤ駆動信号ＬＥＤ３を例えば１秒間に１ｍｓｅｃだけ点灯させるという方法もある。このように制御すると、電池寿命上にはほとんど影響がなく、暗闇でも機器を容易に発見できるという利点がある。

以上説明したように本発明の画像撮影用照明装置においては、待機時においてもＬＥＤに微少な電流を流してＹＡＧ入り樹脂の黄色を白色化したため、透明な光透過率の高い窓の使用を可能とし、集光構造を持った窓、集光構造を持った光源の使用を効果的にしている。

本発明の画像撮影用照明装置の構造を説明する断面図である。 本発明の画像撮影用照明装置が携帯電話等の機器に用いられる場合の配置及び画像撮影時の動作を説明する図である。 本発明の画像撮影用照明装置の制御法を説明するブロック図及びグラフである。 ＬＥＤ駆動回路で作成する駆動信号の例を示した図である。 従来の画像撮影用照明装置の断面図である。

符号の説明

１０ 発光ダイオードチップ
１４ 蛍光物質が入った樹脂
２４ 窓
５０ 外光センサ

Claims (8)

1. 携帯電話等が有するＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子で画像を撮影する際に、被写体を照明する画像撮影用照明装置であって、発光ダイオードチップが蛍光物質の入った樹脂で封止されている発光ダイオードからなる光源と、該光源の前面の機器の筐体に設けられた窓とを有する画像撮影用照明装置において、
   前記窓が透明で光透過率の高い窓であり、且つ、前記窓の内側の離れた位置に前記光源が配置されており、画像撮影待機時に前記発光ダイオードに数１０μＡ〜１００μＡの待機時電流を流して発光させ、該発光ダイオードの光と前記蛍光物質に当たって発する光とが混色した白色光により前記蛍光物質が入った樹脂の色が外部から見えないようにする発光ダイオード駆動回路を有することを特徴とする画像撮影用照明装置。
2. 前記発光ダイオードは、前記画像撮影待機時に前記発光ダイオード駆動回路によってパルス駆動されることを特徴とする請求項１記載の画像撮影用照明装置。
3. 前記待機時電流の電流値は、外光センサで検出した外光の明るさ信号により、外光が明るい時は発光ダイオード発光光の光度が大きくなり、外光が暗い時は発光ダイオード発光光の光度が小さくなるように制御されることを特徴とする請求項１もしくは２記載の画像撮影用照明装置。
4. 前記窓の光透過率が５０％以上であることを特徴とする請求項１乃至３のうちの１項に記載の画像撮影用照明装置。
5. 前記窓が凸レンズまたはフレネルレンズからなる集光構造を有していることを特徴とする請求項１乃至４のうちの１項に記載の画像撮影用照明装置。
6. 前記光源が凸レンズまたはフレネルレンズからなる集光構造を有していることを特徴とする請求項５に記載の画像撮影用照明装置。
7. 前記発光ダイオードチップが青色発光ダイオードチップであり、前記蛍光物質がＹＡＧ蛍光体であり発光色が白色であることを特徴とする請求項１乃至６のうちの１項に記載の画像撮影用照明装置。
8. 携帯電話等が有するＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子で画像を撮影する際に、被写体を照明する画像撮影用照明装置であって、発光ダイオードチップが蛍光物質の入った樹脂で封止されている発光ダイオードからなる光源と、該光源の前面の機器の筐体に設けられた窓とを有する画像撮影用照明装置において、
   前記窓の内側の離れた位置に前記光源を配置し、画像撮影待機時に前記発光ダイオードに数１０μＡ〜１００μＡの待機時電流を流して発光させ、該発光ダイオードの光と前記蛍光物質に当たって発する光とが混色した白色光により前記蛍光物質が入った樹脂の色が外部から見えないようにすることを特徴とする画像撮影用照明装置の制御方法。
   

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