WO2015152388A1 - 照度検出ができる固体撮像装置およびこれを用いたカメラ、照明器具、表示装置 - Google Patents

照度検出ができる固体撮像装置およびこれを用いたカメラ、照明器具、表示装置 Download PDF

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WO2015152388A1
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関根　弘一
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関根　弘一
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    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/40—Control techniques providing energy savings, e.g. smart controller or presence detection

Definitions

  • the present invention relates to a solid-state imaging device capable of detecting illuminance, a camera, a lighting fixture, and a display device using the solid-state imaging device.
  • Patent Document 4 proposes a method for detecting illuminance using an image sensor.
  • the lighting devices described in Patent Documents 1 to 3 set the entire room by detecting the illuminance distribution in the entire room using a camera installed on the ceiling and controlling the light amounts of a plurality of lighting fixtures installed on the ceiling, respectively.
  • An illumination device that automatically illuminates to a target illuminance has been proposed.
  • the illuminance value is converted based on the output signal level of the sensor.
  • Patent Document 1 proposes a method for improving illuminance calculation accuracy based on a database of image sensor accumulation time and actually measured output signal level.
  • a method for controlling the illuminance around the person to the target illuminance by detecting the person using a TV camera or an image sensor has been proposed.
  • the lighting devices described in Patent Documents 1 to 3 are large-scale lighting devices because the TV camera and the lighting fixture are separately installed. This hinders the spread of a comfortable lighting environment adjusted to the target illuminance and an energy-saving lighting environment. Furthermore, the illuminance detection methods described in Patent Documents 1 to 4 cannot accurately detect the illuminance, and thus a comfortable illuminance environment and an efficient energy-saving illumination environment cannot be obtained.
  • the present invention implements a solid-state imaging device capable of detecting illuminance with high accuracy and a camera, lighting apparatus, and illuminating device using the solid-state imaging device. The purpose is to provide.
  • the pixel unit 14 of the image sensor In the solid-state imaging device or camera module 11 according to the embodiment of the present invention, the pixel unit 14 of the image sensor, the accumulation time control unit 17, the analog GAIN control unit 18, the output signal level calculation unit 19, the illuminance calculation unit 20, and the illuminance determination unit 22 And a light source controller 23.
  • the image sensor outputs the optical signal level of the subject imaged by the pixel unit 11 for each pixel, and outputs a signal amplified by analog GAIN.
  • the accumulation time control unit 17 controls the accumulation time of the pixels so that the output level of the image sensor becomes a set predetermined level.
  • the analog GAIN control unit 18 controls an amplification factor for amplifying and outputting the analog signal so that the output level of the image sensor becomes a predetermined level set.
  • the pixel signal output level calculation unit 19 calculates an average value of the output signal levels of the entire area of the pixel portion of the image sensor or each divided area.
  • the illuminance level calculation unit 20 can calculate the illuminance level of the shooting area from the setting data of the accumulation time control unit, the setting data of the analog GAIN control unit, and the output level calculation result, and can output the illuminance level.
  • the illuminance determination unit 22 compares and determines the illuminance setting data and the calculated illuminance level result with the target illuminance level stored in the illuminance threshold memory 21, and controls the light amount of the light source based on the illuminance level determination result.
  • the unit 23 is controlled to output a light source control signal from the light source control unit 23 to control the light amount of the light source so as to maintain the target illuminance.
  • the light source control unit 23 can control the light amount of a light source such as a luminaire or an LCD display unit to be a target illuminance.
  • the solid-state imaging device or camera module 11 includes a motion detection unit 25 having a motion determination unit that determines whether or not an object (person) is moving, and outputs a motion presence / absence determination signal from the solid-state imaging device or camera module 11.
  • the light source control unit 23 that controls the light amount of the light source can be controlled based on the movement presence / absence determination output signal.
  • the solid-state imaging device or the camera module 11 can include an illuminance level output unit, a motion presence / absence determination signal output unit, or a light source control output unit when outputting an illuminance level or a motion presence / absence determination output signal or a light source control signal.
  • the solid-state imaging device or camera module 11 of the present invention accurate illuminance detection can be performed. Furthermore, in a lighting fixture or a lighting device using the solid-state imaging device or the camera module 11, a comfortable lighting environment set by controlling the light amount of the light source based on the detected illuminance data can be obtained. Furthermore, the power consumption of a lighting fixture can be efficiently reduced by accurate illumination detection. Furthermore, since the solid-state imaging device or the camera module 11 has a function of determining the presence or absence of a person's movement, useless illumination when there is no person can be controlled to be turned off, so that power consumption can be further reduced.
  • the solid-state imaging device or the camera module 11 is integrated into a lighting fixture, a large-scale control system for controlling a large number of lighting devices at once is not necessary.
  • An environment that can automatically control the illuminance can be constructed at low cost.
  • only the illuminance level, the motion presence / absence determination output signal, or the light source control signal can be output from the solid-state imaging device or the camera module 11 without outputting the video signal.
  • these signals need only be output once per frame. As a result, it is possible to significantly reduce power consumption (1/10 or less is possible) compared to conventional surveillance cameras that always output video signals.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a lighting apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a lighting fixture according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a lighting fixture according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a lighting fixture according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a sensitivity control operation diagram of the image sensor.
  • FIG. 6 is an illuminance control diagram of the lighting fixture in consideration of external light.
  • FIG. 7 is an illuminance control diagram of a lighting device such as an office.
  • FIG. 8 is an LED lighting time characteristic and illuminance correction control diagram.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a schematic configuration of a display device according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration of a display device according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of a display device according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a schematic configuration of a camera module according to the eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is described in detail with reference to a block diagram showing a schematic configuration of a lighting fixture according to Embodiment 1 of the lighting fixture of the present invention.
  • FIG.1 (b) is a figure which shows the outline
  • the lighting fixture 10 according to the first embodiment includes a camera module 11 including an imaging lens 13, an illuminance determination light source control unit 12, and an illumination light source 24.
  • an optical lens 13 for photographing an inside of an illumination area illuminated by a light source of a lighting fixture, and photodiodes for converting an optical signal imaged by the optical lens 13 into an electric signal are arranged in a two-dimensional array.
  • Pixel unit 14 analog-to-digital converter ADC circuit 15 that converts an analog signal obtained by pixel unit 14 into a digital signal, signal level control unit 16 for controlling the output signal level of ADC circuit 15 to a predetermined signal level, ADC An output level calculation circuit 19 that calculates an average level of the output signal of the circuit 15, an average signal level calculated by the output level calculation circuit 19, photodiode accumulation time setting data of the signal level control unit 16, and GAIN setting data of analog GAIN
  • the illuminance calculation circuit 20 is used to calculate the illuminance level.
  • the signal level control unit 16 converts the accumulation time control circuit 17 for controlling the accumulation time of the photodiode of the pixel unit 14 based on the accumulation time setting data and the conversion of the analog-digital signal conversion circuit ADC circuit 15 based on the GAIN setting data. It comprises an analog GAIN control circuit 18 for controlling the level.
  • the signal level control unit 16 sets an optimum accumulation time and analog GAIN based on the signal average level calculated by the output level calculation circuit 19. Based on this storage time setting data, the pixel drive timing is generated by the storage time control circuit 17 for controlling the storage time of the photodiode. Further, the conversion level of the analog / digital signal conversion circuit ADC circuit 15 is controlled based on the analog GAIN setting data.
  • the illuminance determination light source control unit 12 includes an illuminance threshold memory 21 that stores a target illuminance level of the illumination area, a determination circuit 22 that determines and compares the illuminance threshold data stored in the illuminance threshold memory 21 and the calculation result of the illuminance calculation circuit 20.
  • the light source control circuit 23 for controlling the light quantity of the light source based on the determination result of the circuit 22 is configured.
  • a fluorescent lamp, a light bulb, an LED lamp, or the like can be applied.
  • the target illuminance level can be selected and set from default setting data incorporated at the time of shipment of the luminaire.
  • the light intensity of the luminaire is adjusted in advance so that the illuminance state seems to be suitable for the night illumination state, and the illuminance calculation data obtained by photographing the adjusted illuminance level with the camera module is stored in the illuminance threshold memory 21. You can also.
  • the illuminance calculation circuit 20 can calculate an accurate illuminance level by calculating the illuminance level based on the accumulation time setting data, the GAIN setting data, and the calculation result of the output level calculation circuit 19. Therefore, it is possible to reliably detect a change in illuminance level due to an influence of a change in brightness of external light and a decrease in light amount due to the usage time of the light source 24.
  • the set target illuminance level can be obtained by accurate illuminance level detection and light quantity control of the light source, so that a comfortable illuminance environment can be obtained.
  • the power consumption of a lighting fixture can be efficiently reduced by suppressing an unnecessary bright light quantity.
  • the effect which extends the use time used as the lifetime of a light source is also acquired.
  • the detailed light amount control will be described with reference to FIGS. ⁇ Embodiment 2 (lighting fixture)>
  • FIG.2 (a) is a block diagram which shows schematic structure of the lighting fixture which concerns on Embodiment 2 of the lighting fixture of this invention.
  • FIG.2 (b) is a figure which shows the outline
  • FIG. 2C is a camera shooting area diagram obtained by dividing a shooting area shot by a camera incorporated in the lighting fixture 10.
  • the lighting fixture 10 according to the second embodiment includes a camera module 11 including an imaging lens 13, an illuminance determination light source control unit 12, and an illumination light source 24, as in the first embodiment. A configuration and operation different from those of the first embodiment will be described.
  • the camera module 11 further includes a motion detection unit 25a that detects a human motion in the first embodiment.
  • the motion detection unit 25a stores the illuminance data calculated by the illuminance calculation circuit 20 one frame before in the memory 26.
  • a difference determination circuit 27 is provided for comparing and determining the illuminance calculation data of the captured current frame. When a person moves into or out of the camera shooting area, an illuminance difference occurs only in a part of the divided area. A person's movement is detected by determining an illuminance difference for each area.
  • the light source control circuit 23 is controlled based on the determination result of the difference determination circuit 27. For example, if the motion detection unit 25a determines that there is no human movement, the light source control circuit 23 controls the illumination output of the light source 24 to OFF so that a useless light source can be turned off. The power consumption of the appliance can be reduced.
  • the motion detection unit 25a determines that there is motion.
  • the motion detection unit 25a determines that there is motion.
  • the motion detection unit 25a determines that there is motion.
  • the camera shooting area into, for example, 12 blocks and performing the motion presence / absence determination for each block, it is possible to detect whether there is a change in external light or a change due to human movement. Changes due to external light, for example, the windows 1 to 4 simultaneously become brighter or darker. Therefore, if it is determined that the same change has occurred in a wide zone, it can be determined that there is no human movement.
  • the optical signal collected on the pixel unit 14 by the optical lens 13 has a large signal level at the center of the pixel area due to the characteristics of the optical lens, and the signal level decreases toward the periphery. Therefore, shading correction processing for amplifying the signal level around the pixel area is performed.
  • the illuminance calculation circuit 20 preferably calculates the illuminance level by inputting the shading corrected signal.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a lighting fixture according to Embodiment 3 of the lighting fixture of the present invention.
  • the lighting fixture 10 of this Embodiment 3 shows embodiment of the lighting fixture with a motion detection function similarly to this Embodiment 2.
  • FIG. A configuration and operation different from those of the second embodiment will be described.
  • the motion detection unit 25b that detects a human motion includes a difference determination circuit 27 that determines a difference signal amount between two types of image signals having different shooting times.
  • the memory 26 can be used as a frame memory for recording image data of the previous frame.
  • a difference signal is generated by the difference determination circuit 27 simultaneously for the image signals of around one frame. If there is motion, a differential signal is generated.
  • Motion determination can be performed by determining the frequency of occurrence of the difference signal.
  • Motion can be detected by determining the difference determination circuit 27 after adjusting the signal level (GAIN adjustment) so that the accumulation times are equal for the two different types of signals. Since a useless light source can be prevented from being turned on as in the second embodiment, a lighting device with low power consumption can be realized.
  • GAIN adjustment the signal level
  • Fig.4 (a) is a block diagram which shows schematic structure of the lighting fixture which concerns on Embodiment 4 of the lighting fixture of this invention.
  • the luminaire 10 according to the fourth embodiment includes a camera module 11 including an imaging lens 13, an illuminance determination light source controller 12, and an illumination light source 24, as in the second embodiment.
  • the unit 25a, a signal processing circuit 28, and an image transmission circuit 29 for transmitting an image signal are provided.
  • FIG. 4B is a diagram showing an outline of the image transmission circuit 29 and the image receiving device 30 from the lighting apparatus 10. A configuration and operation different from those of the second embodiment will be described.
  • the camera module 11 of the fourth embodiment includes a monochrome or color signal processing circuit 28 for reproducing a monochrome or color (R, G, B) pixel signal output from the pixel unit 14 on a monitor or the like.
  • the image transmission circuit 29 transmits image data.
  • the transmitted image data is received by the indoor image receiving device 30.
  • the received image data can be stored in the image receiving device 30, stored in a server via the Internet, or transmitted to a specified destination.
  • FIG. 5 shows a control method of the pixel accumulation time control circuit 17 and the analog GAIN control circuit 18 of the signal level control unit 16.
  • the illuminance meter increases the illuminance output in proportion to the brightness.
  • the maximum saturation signal amount that can be handled by the photodiode of the pixel unit 14 is limited, and variations occur from pixel to pixel. Therefore, as shown in FIG. 5, the maximum output 1 from the sensor is set to a level slightly smaller than the maximum pixel output. When the output signal from the sensor is saturated, a change in the signal amount of the subject cannot be detected. Therefore, in a bright subject environment, control is performed so that the accumulation time of the photodiode is shortened.
  • the accumulation time of the photodiode is shortened.
  • the accumulation time control data is set so that the accumulation time is shortened to 1/2 and the accumulation time of the photodiode is controlled.
  • the accumulation time control data is set so that the accumulation time becomes 1/4 and the accumulation time is controlled.
  • the analog / digital conversion level of the ADC circuit 15 corresponding to the analog GAIN control is not controlled in a dark subject environment, the captured image becomes dark. Further, since the input signal level of the ADC circuit 15 is reduced, the resolution of ADC conversion is lowered. As a result, the accuracy of the measured illuminance level decreases.
  • control is performed so that the analog GAIN is increased so that the output signal of the ADC circuit 15 is increased so that the captured image does not become dark. For example, when the brightness of the subject is a predetermined half, the analog GAIN is set to double. When the brightness is 1/4, the analog GAIN is set to 4 times. As described above, in an ordinary TV camera or camera module 11, the accumulation time and the analog GAIN are controlled to output from the ADC circuit 15 so as to have a predetermined output signal level.
  • an accurate illuminance output can be obtained by calculating Formula 1 using the control data of the accumulation time, the control data of analog GAIN, the average value of the output signal level of the ADC circuit 15, and the illuminance conversion coefficient Ki.
  • the average value of the output level is the average value of the green (G) signal in the entire pixel area or the specified area, or the average of the green (G) signal, blue (B) signal and red (R) signal
  • a value signal can be used.
  • An illuminance calculation result with high accuracy can be obtained by multiplying the average value of the output level by the illuminance conversion coefficient Ki and the result obtained by dividing the analog GAIN ratio and the accumulation time ratio for the subject environment of brightness set as standard.
  • the illuminance conversion coefficient Ki is a coefficient that takes into account the aperture value of the optical lens, the pixel size of the photodiode, the optical signal conversion efficiency of the photodiode, the transmittance of the color filters (R, G, B), and the like.
  • the correction coefficient Kib is set to the average value of each color signal in order to bring the blue (B), green (G), and red (R) color signal levels of the pixels closer to the spectral characteristics of the illuminometer.
  • Kig, Kir multiplied by the equation 2 using the signal SigI can be used to further improve the accuracy.
  • Accumulation time control and analog GAIN control can be set in detail.
  • the average output level of the sensor output signal is controlled to be 50 to 70% with respect to the maximum output level of the sensor.
  • the ADC circuit 15 is 10 bits, the maximum output of the sensor is a 10-bit 1023 digital value.
  • FIG. 6 shows an automatic illuminance control method when the illuminance in the room is affected by outside light.
  • the horizontal axis represents the elapsed time
  • the vertical axis represents the illuminance output level in the room.
  • the output level of the light source control circuit 23 increases, and the operation is performed so as to maintain the target set illuminance.
  • the determination circuit 22 determines that the target illuminance threshold memory 21 is higher than the target setting, the output level of the light source control circuit 23 is controlled to be lower.
  • the output of the light source control circuit 23 is turned off and the room is illuminated only by the external light. This automatic illumination setting operation can reduce useless illumination power.
  • the target illuminance environment can be realized with high accuracy.
  • FIG. 7 in order to automatically control the illuminance in a large room such as an office, a large-scale lighting facility is required.
  • a large-scale installation such as a central control device and wiring facilities is required to control individually the lighting fixtures arranged on each ceiling by a TV camera for photographing the entire room and the photographed camera.
  • FIG. 7 shows the illuminance state from the window side of the office to the inside.
  • the daylight window side is bright because external light is incident, but the inside where the external light is not inserted is dark.
  • the output of the light source control circuit 23 is a small level so that the window-side lighting apparatus is automatically turned off and the middle-side lighting apparatus has a set target illuminance. 24 lights are controlled. Further, since the inner side has dark illuminance, the output of the light source control circuit 23 is at a large level and the light emission of the light source 24 is automatically controlled. As a result, it is possible to obtain a comfortable environment in which the target illuminance is set from the inside to the inside of the office room. In addition, it is possible to efficiently reduce the power of the lighting fixture by turning off the lighting fixture on the window side or reducing light emission of useless light quantity.
  • FIG. 8 shows the life characteristics of the LED lamp when an LED lamp is used as the light source 24.
  • the lifetime of the LED lamp is specified by the lighting time when the light output is reduced to 70%. That is, the user is living in an illuminance environment in which the lifetime is 30% darker than the initially set illuminance. In the luminaire to which the present invention is applied, the illuminance with high accuracy can be detected, so that the light output of the light source 24 can be automatically corrected. For this reason, even if the lifetime is reached, the same target illuminance environment as the initial setting can be provided. In addition, the life of the LED lamp can be extended. When the target illuminance cannot be obtained even at the maximum output of the light source, it is possible to notify the life by causing the luminaire 10 to emit a warning LED lamp.
  • FIG. 9A is a block diagram showing a schematic configuration of a display (LCD: liquid crystal display) light quantity control unit 31 according to the fifth embodiment in which the present invention is applied to the display device 40.
  • FIG. 9B shows a schematic diagram of the display device 40.
  • the display of the fifth embodiment (the LCD light amount control unit 31 is an illuminance determination light source control unit that controls the light amount of the light source of the camera module 11 including the imaging lens 13 and the display unit (for example, LCD) 32 as in the first embodiment.
  • the LCD light amount control unit 31 is an illuminance determination light source control unit that controls the light amount of the light source of the camera module 11 including the imaging lens 13 and the display unit (for example, LCD) 32 as in the first embodiment.
  • the configuration and operation different from the first embodiment will be described.
  • the light source control circuit 23 controls the light amount emitted from the display (LCD) unit 32 according to the surrounding environmental illuminance.
  • the light emission amount of the display (LCD) unit 32 can be reduced to control the light emission amount that is gentle to the eyes that are not dazzling.
  • the display (LCD) unit 32 can increase the amount of light emitted to make the display easy to see.
  • Illuminance can be displayed on the LCD by processing in the illuminance number conversion circuit 33 that converts the calculation result of the illuminance calculation circuit 20 into a number for display on the display (LCD) unit 32.
  • the illuminance can be measured to determine whether the working environment is suitable. For example, you can easily compare the illuminance in the office, the illuminance in your home study, and the illuminance in your living room.
  • the display (LCD) light quantity control unit 31 can be applied as a display device 40 to a smartphone, a liquid crystal monitor, a liquid crystal television, or the like.
  • the illuminance display conversion unit 33 such as digitization for display on the display (LCD) unit 32 from the calculation result of the illuminance calculation circuit 20 or level display by the length of baud. it can.
  • the illuminance can be measured to determine whether the working environment is suitable. For example, you can easily compare the illuminance in the office, the illuminance in your home study, and the illuminance in your living room.
  • the display (LCD) light quantity control unit 31 can be applied as a display device 40 to a smartphone, a liquid crystal monitor, a liquid crystal television, or the like.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration of a display (LCD) light quantity control unit 31 according to the sixth embodiment in which the present invention is applied to the display device 40.
  • the display device according to the sixth embodiment includes a motion detection unit 25a as in the second embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of a display (LCD) light quantity control unit 31 according to the seventh embodiment in which the present invention is applied to the display device 40.
  • the display device of the seventh embodiment includes a motion detection unit 25b similar to that of the third embodiment.
  • the seventh embodiment it is possible to reduce unnecessary power consumption by controlling the light source control circuit 23 so that the display (LCD) unit 32 does not emit light by determining that there is no person in the motion detection unit 25b.
  • the operating time that the portable device can be used can be extended.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the camera module 11 according to the eighth embodiment.
  • the camera module according to the eighth embodiment has a motion detection function as in the second embodiment.
  • the camera module 11 includes a light source control output circuit 36 that has an illuminance determination light source control unit 35 and outputs light source control data based on the determination result of the illuminance determination circuit 22.
  • the light source control output circuit 36 can output a plurality of ON / OFF data for turning ON / OFF the light emission of the light source.
  • a PMW signal for controlling the light source (PMW: Pulse Width Modulation: the amount of light is adjusted by controlling the turn-on and turn-off time with a pulse modulation signal) and the like can be output.
  • the output of the light source control output 36 can be ON / OFF controlled based on the determination result of the difference determination circuit 27 of the motion detector 25a.
  • the camera module includes a monochrome or color signal processing circuit 28 for reproducing a monochrome or color (R, G, B) pixel signal output from the pixel unit 14 on a monitor or the like, and a processed image signal. Is output.
  • the image output circuit 37 is turned on to output an image signal, thereby reducing power consumption.
  • an image transmission circuit 29 can be provided to transmit image data.
  • the lighting fixture with automatic illuminance control can be easily obtained. Further, by using the camera module 11 as a camera for a conventional lighting device, an illumination environment capable of automatic illuminance control with high illuminance control accuracy can be realized. In addition, by using the image output function, it is possible to simultaneously implement a safe and secure comfortable environment by confirming the safety of living alone and reporting intruders from suspicious individuals.
  • Each embodiment described above is not limited to a lighting fixture and a display device.
  • functions such as motion detection for detecting a person and image data acquisition can be incorporated.
  • the light source control unit in the camera module unit, it is possible to eliminate the need for large-scale lighting equipment.
  • the manufacturing cost can be greatly reduced by incorporating it into a single chip integrated with the image sensor. Therefore, by applying this embodiment, an illumination environment capable of comfortable automatic illumination control with low power consumption can be realized with an inexpensive lighting fixture.

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

本発明の固体撮像装置もしくはカメラモジュール（１１）は、画素部（１４）、信号増幅部（１５）、蓄積時間制御部（１７）、アナログGAIN 制御部（１８）、出力レベル算出部（１９）、照度算出部（２０）を有する。蓄積時間制御部（１７）とアナログGAIN 制御部（１８）は、出力レベル算出部（１９）で算出した平均値が設定した所定レベルになるように画素部（１４）の画素の蓄積時間及び画素部からの出力信号レベルを増幅する信号増幅部（１５）の増幅率を制御する。照度算出部（２０）は、蓄積時間制御部の設定データとアナログGAIN 制御部の設定データと出力レベルの算出結果から照度レベルを算出する。前記固体撮像装置もしくはカメラモジュール（１１）を組み込んだ照明器具は、さらに照度判定部（２２）、及び光源制御部（２３）、光源（２４）を有する。照度判定部（２２）は、目標照度に設定した照度閾値（２１）と照度算出した照度レベルとを比較判定し、判定結果を基に、光源制御部（２３）により光源（２４）の光量を制御することで設定した照度レベルを維持するように制御する。

Description

照度検出ができる固体撮像装置およびこれを用いたカメラ、照明器具、表示装置
　本発明は、照度検出ができる固体撮像装置と、その固体撮像装置を用いたカメラ、照明器具、および表示装置に関する。
 
従来から、TVカメラまたはイメージセンサを使用して光源の光量を制御することで目標照度を維持するための照明装置が提案されている（例えば、特許文献１～３参照）。また、特許文献４にはイメージセンサを用いて照度を検出方法が提案されている。
　特許文献１～３に記載される照明装置は、天井に設置したカメラを使い室内全体の照度分布を検出し天井に設置された複数の照明器具の光量をそれぞれ制御することで室内全体を設定した目標照度に自動照明する照明装置が提案されている。そして、照度検出は、センサの出力信号レベルを基に照度値に変換している。また、特許文献１では、イメージセンサの蓄積時間と実測した出力信号レベルのデータベースを基に照度算出精度を向上させる方法が提案されている。
　さらに、特許文献２と３に記載される照明装置においては、ＴＶカメラまたはイメージセンサを用いて人を検出することで人の周囲の照度を目標照度に制御方法が提案されている。
 
特開２００１－２８１０５４号公報 特開２００２－２８９３７７号公報 特開２０１３－００８４６１号公報 特開２０１３－０８３８７６号公報
特許文献１～３に記載された照明装置は、TVカメラと照明器具とが別々に設置されているために大掛かりな照明装置となっている。そのため、目標照度に調整する快適な照明環境や省エネルギーな照明環境の普及の妨げになっている。
さらに、特許文献１～４に記載の照度検出方法では、正確な照度検出ができないため快適な照度環境や効率的な省エネルギーの照明環境が得られていない。
本発明は、高精度な照度検出ができる固体撮像装置およびこれを用いたカメラ、照明器具、照明装置を実施することで、制度が高い照度制御による快適な照度環境や効率的な省エネルギーの照明環境を提供することを目的とする。
 
本発明の実施形態の固体撮像装置もしくはカメラモジュール１１では、イメージセンサの画素部１４、蓄積時間制御部１７、アナログGAIN制御部１８、出力信号レベル算出部１９、照度算出部２０、照度判定部２２、及び光源制御部２３を有する。
イメージセンサは、画素部１１で撮影した被写体の光信号レベルを画素ごとに出力し、アナログGAINで増幅した信号を出力する。
蓄積時間制御部１７は、イメージセンサの出力レベルが設定した所定レベルになるように画素の蓄積時間を制御する。
アナログGAIN制御部１８は、イメージセンサの出力レベルが設定した所定レベルになるようにアナログ信号を増幅して出力するための増幅率を制御する。
画素信号出力レベル算出部１９は、イメージセンサの画素部の全エリアもしくは分割した各エリアの出力信号レベルの平均値を算出する。
照度レベル算出部２０は、蓄積時間制御部の設定データとアナログGAIN制御部の設定データと出力レベルの算出結果から撮影エリアの照度レベルを算出し、照度レベルを出力することができる。
照度判定部２２は、照度閾値メモリ２１に目標照度レベルを保存したに照度設定データと照度算出した照度レベル結果とを比較判定し、照度レベル判定結果を基に、光源の光量を制御する光源制御部２３を制御し、光源制御部２３の光源制御信号を出力し、目標照度を維持するように光源の光量を制御する。
光源制御部２３は、照明器具やLCD表示部などの光源の光量を目標照度になるように制御することができる。
さらに、固体撮像装置もしくはカメラモジュール１１には、物体（人）の動きの有無を判定する動き判定部を有する動き検出部２５を備え、動き有無判定信号を固体撮像装置もしくはカメラモジュール１１から出力し、動き有無判定出力信号を基に光源の光量を制御する光源制御部２３を制御することができる。
固体撮像装置もしくはカメラモジュール１１は、照度レベルまたは動き有無判定出力信号または光源制御信号を出力する場合は、照度レベル出力部または動き有無判定信号出力部または光源制御出力部を備えることができる。
 
本発明の固体撮像装置もしくはカメラモジュール１１によれば、正確な照度検出ができる。さらにこの固体撮像装置もしくはカメラモジュール１１を使った照明器具や照明装置では、前記検出した照度データを基に光源の光量を制御することで設定した快適な照明環境が得られる。さらに、正確な照度検出により照明器具の消費電力を効率良く低減できる。さらに、固体撮像装置もしくはカメラモジュール１１で人の動き有無を判定する機能を備えることで人がいない時の無駄な照明をOFFに制御することができるため、さらに消費電力を低減できる。さらに、前記固体撮像装置もしくはカメラモジュール１１を照明器具に組み込んだ一体構造とすることで、多数の照明装置を一括して制御する大掛かりな制御システムが不要となるため、独立に個別の照明器具の照度を自動制御できる環境を安価に構築できる。
さらに、固体撮像装置もしくはカメラモジュール１１から、映像信号を出力せずに、照度レベルまたは動き有無判定出力信号または光源制御信号のみを出力することができる。さらに、これらの信号は、フレーム毎に一回の信号を出力するだけで良い。その結果、従来の映像信号を常に出力する監視カメラに対して、大幅な消費電力を低減（1/10以下が可能）することができる。
 
図１は、本発明の第１実施形態に係る照明器具の概略構成を示すブロック図。 図２は、本発明の第２実施形態に係る照明器具の概略構成を示すブロック図。 図３は、本発明の第３実施形態に係る照明器具の概略構成を示すブロック図。 図４は、本発明の第４実施形態に係る照明器具の概略構成を示すブロック図。 図５は、イメージセンサの感度制御動作図。 図６は、外光を考慮した照明器具の照度制御図。 図７は、事務室などの照明器具の照度制御図。 図８は、LEDの点灯時間特性と照度補正制御図。 図９は、本発明の第５実施形態に係る表示装置の概略構成を示すブロック図。 図１０は、本発明の第６実施形態に係る表示装置の概略構成を示すブロック図。 図１１は、本発明の第７実施形態に係る表示装置の概略構成を示すブロック図。 図１２は、本発明の第８実施形態に係るカメラモジュールの概略構成を示すブロック図。
　以下、本発明の実施形態に係るイメージセンサの高精度照度検出方法。そして、その検出方法を用いたカメラ。さらに、そのカメラを用いて照度を自動制御する照明器具、光量を自動制御する表示装置について図面を参照しながら説明する。以下説明内において同一部分には同一の符号及び処理名を付し、最初にその詳細な説明をし、重複する同一部分の説明は省略する。
 
＜実施形態１（照明器具）＞
図１(a)は、本発明の照明器具の実施形態１に係る照明器具の概略構成を示すブロック図を参照して詳細に説明する。図１(b)は照明器具の照明エリアとカメラの撮影エリアの概要を示す図。
　本実施形態１の照明器具１０は、撮像レンズ１３を備えたカメラモジュール１１と照度判定光源制御部１２と照明用光源２４とから構成されている。
カメラモジュール１１は、照明器具の光源で照らされた照明エリア内を撮影するための光学レンズ１３、光学レンズ１３で結像した光信号を電気信号に変換するフォトダイオードが2次元のアレー状に配置した画素部１４、画素部１４で得たアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタルコンバータADC回路１５、ADC回路１５の出力信号レベルを所定の信号レベルに制御するための信号レベル制御部１６、ADC回路１５の出力信号の平均レベルを算出する出力レベル算出回路１９、出力レベル算出回路１９で算出した平均信号レベルと信号レベル制御部１６のフォトダイオードの蓄積時間設定データとアナログGAINのGAIN設定データを用いて照度レベルを算出する照度算出回路２０などから構成されている。
信号レベル制御部１６は、蓄積時間設定データを基に画素部１４のフォトダイオードの蓄積時間を制御するための蓄積時間制御回路１７とGAIN設定データを基にアナログデジタル信号変換回路ADC回路１５の変換レベルを制御するためのアナログGAIN制御回路１８から構成されている。
信号レベル制御部１６では、出力レベル算出回路１９で算出した信号平均レベルを基に最適な蓄積時間およびアナログGAINを設定している。この蓄積時間設定データを基にフォトダイオードの蓄積時間を制御するための蓄積時間制御回路１７により画素の駆動タイミングを発生している。また、アナログGAIN設定データを基にアナログデジタル信号変換回路ADC回路１５の変換レベルを制御している。
　照度判定光源制御部１２は、照明エリアの目標照度レベルを保存する照度閾値メモリ２１、照度閾値メモリ２１に保存した照度閾値データと照度算出回路２０の算出結果とを比較判定する判定回路２２、判定回路２２の判定結果を基に光源の光量を制御するための光源制御回路２３などから構成されている。
　光源２４は、蛍光灯、電球、LEDランプなどが適用できる。
　目標照度レベルは、照明器具の出荷時に組み込まれたデフォルト設定データから選択して設定することができる。または、夜間の照明状態で適していると思われる照度状態になるように照明器具の光量を予め調整し、調整した照度レベルをカメラモジュールで撮影した照度算出データを照度閾値メモリ２１に保存することもできる。
　照度算出回路２０では、蓄積時間設定データとGAIN設定データと出力レベル算出回路１９の算出結果を基に照度レベルを計算することで正確な照度レベルを算出できる。よって、外光の明るさの変化の影響による照度レベルの変化や光源２４の使用時間による光量の低下を確実に検出することができる。その結果、照明器具１０を使った照明環境では、設定した目標照度レベルが正確な照度レベルの検出と光源の光量制御により得られるため快適な照度環境が得られる。さらに、不要な明るい光量を抑制することで照明器具の消費電力を効率よく低減することができる。さらに、光源の寿命となる使用時間を延ばす効果も得られる。これらの詳細な光量制御については、図５から図８にて述べる。
 
＜実施形態２（照明器具）＞
図２(a)は、本発明の照明器具の実施形態２に係る照明器具の概略構成を示すブロック図である。図２(b)は照明器具の照明エリアに人がいる場合の概要を示す図。図２(c)は照明器具１０に組み込んだカメラで撮影した撮影エリアを分割したカメラ撮影エリア図。
本実施形態２の照明器具１０は、本実施形態１と同様に撮像レンズ１３を備えたカメラモジュール１１と照度判定光源制御部１２と照明用光源２４とから構成されている。実施形態１と異なる構成と動作について説明する。
カメラモジュール１１は、実施形態１にさらに人の動きを検出する動き検出部２５aを備えている。動き検出部２５aは、1フレーム前の照度算出回路２０で算出した照度データをメモリ２６に記憶する。そして撮影した現フレームの照度算出データと比較判定するための差分判定回路２７を備えている。カメラ撮影エリア内に人が移動して来た場合、もしくはエリアから出た場合には、分割したエリアの一部のみに照度差が発生する。このエリア毎に照度差を判定することにより人の動きを検出する。差分判定回路２７の判定結果を基に光源制御回路２３を制御する。例えば、動き検出部２５aで人の動きが無いと判定した場合は、光源制御回路２３で光源２４の照明出力をOFFに制御することで無駄な光源を点灯させなくすることができるため、さらに照明器具の消費電力を低減することができる。
図２（c）に示すカメラ撮影エリア内の窓側では外光の影響で照度が変化するため動き検出部２５aで動き有りと判定する可能性がある。しかし、カメラ撮影エリアを例えば12ブロックに分割し、ブロック毎に動き有無判定を実施することで、外光の変化か、人の動きによる変化かを検出できる。外光による変化は例えば窓側のゾーン１から４は同時に明るくなったり暗くなったりする。よって、広いゾーンで同じ変化が発生したと判断した場合は、人の動きはないと判定できる。
一方、人の動き判定の場合は、分割したゾーン毎に相関が無く、個別ゾーンのみが明るくなったり暗くなったりするため、人の動き有りと判定できる。
さらに、この動き判定は、複数フレームの判定結果を積分して判定することでさらに判定精度を向上することができる。
特に照明器具を1個使う個人宅や、オフィスなどの窓際に設置した照明器具などで低消費電力化の効果は大きい。
一般に光学レンズ１３で画素部１４に集光した光信号は、光学レンズの特性から、画素エリアの中心の信号レベルが大きく、周辺へ行くほど信号レベルが小さくなる。よって画素エリアの周辺の信号レベルを増幅させるシェーディング補正処理を実施している。照度算出回路２０では、このシェーディング補正した信号を入力し照度レベルを算出するのが好ましい。
 
＜実施形態３（照明器具）＞
図３は、本発明の照明器具の実施形態３に係る照明器具の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態３の照明器具１０は、本実施形態２と同様に動き検出機能付きの照明器具の実施形態を示す。実施形態２と異なる構成と動作について説明する。
実施形態３の人の動きを検出する動き検出部２５bは、撮影時刻の異なる2種類の画像信号の差分信号量を判定する差分判定回路２７を備えている。
メモリ２６は、1フレーム前の画像データを記録するフレームメモリとして用いることができる。動き判定処理は、1フレーム前後の画像信号を同時に差分判定回路２７で差分信号を生成する。動きが有る場合は、差分信号が発生する。この差分信号の発生頻度を判定することで動き判定が実施できる。
また、フレームメモリ２６を用いずに、画素部１４に配置した各隣接画素毎に蓄積時間の異なった2種類の蓄積時間で制御することで撮影時刻を異ならせることができる。この異なった2種類の信号を蓄積時間が同等になるように信号レベルを調整（GAIN調整）後に差分判定回路２７で判定することで動き検出することができる。
実施形態２と同様に無駄な光源を点灯させなくすることができるために、低消費電力な照明器具を実現できる。
 
＜実施形態４（照明器具）＞
図４(a)は、本発明の照明器具の実施形態４に係る照明器具の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態４の照明器具１０は、本実施形態２と同様に撮像レンズ１３を備えたカメラモジュール１１と照度判定光源制御部１２と照明用光源２４とから構成され、カメラモジュール１１には動き検出部２５aとさらに信号処理回路２８と画像信号を送信する画像送信回路２９を備えている。
図４(b)は照明器具１０からの画像送信回路２９と画像受信装置３０の概要を示す図。
実施形態２と異なる構成と動作について説明する。
実施形態４のカメラモジュール１１では、画素部１４から出力される白黒もしくはカラー（R,G,B）の画素信号をモニタなどで再生するための白黒もしくはカラーの信号処理回路２８を備えている。そして、動き検出部２５aで動き有りと判定した場合に、画像送信回路２９により画像データを送信する。送信した画像データは、室内の画像受信装置３０で受信する。受信した画像データは、画像受信装置３０内で画像データを保持したり、インターネット経由でサーバーに画像データ保存したり、指定した送信先に送信したりすることができる。
この画像送信機能を用いることで、一人暮らしの安否確認や、不審者の侵入通報などによる安全安心な快適環境を実施できる。
 
＜照明器具の実施形態１から４の光量制御と効果＞
図５は、信号レベル制御部１６の画素の蓄積時間制御回路１７とアナログGAIN制御回路１８の制御方法を示す。
照度計は明るさに比例して照度出力が大きくなる。しかし、画素部１４のフォトダイオードは扱える最大飽和信号量が制限され、画素毎にバラツキが発生する。このため、画素出力は図５に示すように、センサからの最大出力１は、最大の画素出力より少し小さくレベルに設定される。センサからの出力信号が飽和すると被写体の信号量変化は検出できない。よって、明るい被写体環境では、フォトダイオードの蓄積時間が短くなるように制御する。被写体の明るさが設定値より明るい場合には、フォトダイオードの蓄積時間を短くする。例えば、明るさが2倍の時には蓄積時間が1/2と短くなるように蓄積時間制御データを設定しフォトダイオードの蓄積時間を制御する。同様に明るさが4倍の時には蓄積時間が1/4になるように蓄積時間制御データを設定し蓄積時間を制御する。
暗い被写体環境の時、アナログGAIN制御に対応するADC回路１５のアナログデジタル変換レベルを制御しない場合は、撮影した画像が暗くなる。また、ADC回路１５の入力信号レベルが小さくなるため、ADC変換の分解能が低下する。その結果、測定した照度レベルの精度が低下する。通常TVカメラでは、撮影した画像が暗くならないようにADC回路１５の出力信号が大きくなるようにアナログGAINが大きくなるように制御する。例えば、被写体の明るさが所定の1/2の場合にはアナログGAINを2倍に設定する。明るさが所定の1/4の場合にはアナログGAINを４倍に設定する。
このように、通常のTVカメラやカメラモジュール１１では、蓄積時間とアナログGAINを制御することで、所定の出力信号レベルとなるようにADC回路１５より出力している。
よって蓄積時間の制御データとアナログGAINの制御データとADC回路１５の出力信号レベルの平均値と照度変換係数Kiとを用いた数式１の算出により正確な照度出力を得ることができる。
（数１）
　　　　照度＝Ki＊出力レベルの平均値/（アナログGAIN比＊蓄積時間比）
 
　出力レベルの平均値は画素エリアの全エリアもしくは設定した所定のエリア内の緑（G）信号の平均値、もしくは緑（G）信号と青（B）信号と赤（R）信号を加算した平均値信号を用いることができる。
　その出力レベルの平均値に標準設定した明るさの被写体環境に対するアナログGAIN比と蓄積時間比をそれぞれ割り算した結果に照度変換係数Kiを掛け算することで精度が良い照度算出結果を得ることができる。
照度変換係数Kiは光学レンズの絞り値、フォトダイオードの画素サイズ、フォトダイオードの光信号変換効率や色フィルタ（R,G,B）の透過率などを考慮した係数となる。
照度算出精度をさらに向上させるためには、画素の青（B）、緑（G）、赤（R）の各色信号レベルを照度計の分光特性に近づけるために各色信号の平均値に補正係数Kib,Kig,Kirを掛けて加算した信号SigIを用いた数式２を用いることでさらに精度を向上させることができる。
（数２）
　　　　SigI＝Kib＊SigBave＋Kig＊SigGave ＋Kir＊SigRave
　　　　照度＝SigI/（アナログGAIN比＊蓄積時間比）
 
蓄積時間制御とアナログGAIN制御は細かく設定するこができる。
通常、センサの出力信号の平均出力レベルは、センサの最大出力レベルに対して50～70％になるように制御している。
ADC回路１５が10bitの場合は、センサの最大出力は10bitの1023デジタル値となる。
図６は、室内の照度が外光の影響を受けている場合の自動照度制御方法を示す。横軸が経過時間、縦軸が室内の照度出力レベルを示す。
経過時間が夕方の場合、室内の照度が目標設定より明るいと判定回路２２で判定した場合は、光源の出力がOFFになるように光源制御回路２３の出力を制御している。その後時間が経過し、目標設定した照度閾値メモリ２１より暗くなったと判定回路２２で判定した場合には、
目標設定した照度になるように光源制御回路２３の出力を制御する。さらに外光が暗くなると光源制御回路２３の出力レベルは大きくなり、目標設定した照度を保つように動作する。
一方朝方の場合は、目標設定した照度閾値メモリ２１より判定回路２２で大きいと判定した場合は、光源制御回路２３の出力レベルを小さくなるように制御する。さらに外光で目標設定した照度より明るくなった場合には、光源制御回路２３の出力がOFFとなり外光のみで室内を照明する。
この自動照度設定動作により無駄な照明電力を削減できる。さらに、目標設定した照度環境を精度よく実現できる。
図７は、オフィスなどの広い室内を自動的に照度制御するためには、大掛かりな照明設備が必要であった。例えば、室内全体を撮影するためのTVカメラや撮影したカメラにより各天井に配置している照明器具を個別に制御するため中央制御装置や配線設備など大掛かりな設置となる。
しかし、本提案の照明器具を用いることで、大掛かりな照明設備を導入する必要がない。本提案の自動制御ができる照明器具を個別に設置するだけで、快適な照度環境が得られる。
図７は、オフィスの窓側から内側の照度状態を示している。特に昼間の窓側は外光が入射するため明るいが、外光が差し込まない内側は暗くなる。
例えば、本発明の照明器具を設置したオフィス環境では、窓側の照明器具は自動的に消灯し、中側の照明器具は設定した目標照度になるように光源制御回路２３の出力は小レベルで光源２４の発光を制御している。さらに内側は暗い照度となるため、光源制御回路２３の出力は大レベルで光源２４の発光を自動制御している。
その結果、オフィスの室内は中側から内側でも設定した目標照度となる快適な環境を得ることができる。また、窓側の照明器具を消灯したり、無駄な光量の発光を削減することで効率よく照明器具の電力を削減できる。
図８は、光源２４にLEDランプを用いた場合のLEDランプの寿命特性を示す。LEDランプの寿命は光出力が７０％まで低下す点灯時間で寿命が規定されている。すなわち、従来最初に設定した照度に対して寿命時間では３０％暗くなった照度環境で生活していることになる。
本発明を適用した照明器具では、精度の良い照度を検出できるため光源２４の光量出力を自動補正することができる。このため、寿命時間になっても初期設定と同じ目標照度環境を提供することができる。さらにLEDランプの寿命を長くすることもできる。
光源の最大出力でも目標の照度が得られなくなった場合は、照明器具１０に警告用のLEDランプを発光させることにより寿命を知らせることもできる。
 
＜実施形態５（表示装置）＞
図９(a)は、本発明を表示装置４０に適用した実施形態５に係る表示（LCD：液晶ディスプレイ）光量制御部３１の概略構成を示すブロック図である。図９(b)は表示装置４０の概略図を示す。
本実施形態５の表示（LCD光量制御部３１は、本実施形態１と同様に撮像レンズ１３を備えたカメラモジュール１１と表示部（例えばLCD）３２の光源の光量を制御する照度判定光源制御部１２とから構成される。実施形態１と異なる構成と動作について説明する。
実施形態５の表示（LCD）光量制御部３１では、精度の良い照度を算出できるため周辺の環境照度に応じて表示（LCD）部３２の発光する光量を光源制御回路２３で制御している。周辺環境が暗い場合は、表示（LCD）部３２の発光量を小さくすることでまぶしくない目に優しい発光量に制御することができる。また、周辺環境が明るい場合は、表示（LCD）部３２の発光量を大きくすることで、見やすい表示ができる。
さらに、精度の良い照度算出ができるため、簡易照度計とすることができる。照度算出回路２０の算出結果から表示（LCD）部３２に表示するための数字に変換する照度数字変換回路３３で処理することでLCDに照度を表示させることができる。
本機能を用いることで、作業環境が適した照度になっているかの照度測定ができる。例えば、オフィスの照度と自宅の書斎の照度、リビングの照度比較が簡単にできる。
この表示（LCD）光量制御部３１は、表示装置４０としてスマートフォンや液晶モニタ、液晶テレビなどに適用できる。
さらに、精度の良い照度算出ができるため、簡易照度計とすることができる。照度算出回路２０の算出結果から表示（LCD）部３２に表示するための数字化やボーの長さによるレベル表示化などの照度表示変換部３３で処理することでLCDに照度レベルを表示させることができる。
本機能を用いることで、作業環境が適した照度になっているかの照度測定ができる。例えば、オフィスの照度と自宅の書斎の照度、リビングの照度比較が簡単にできる。
この表示（LCD）光量制御部３１は、表示装置４０としてスマートフォンや液晶モニタ、液晶テレビなどに適用できる。
 
＜実施形態６（表示装置）＞
図１０は、本発明を表示装置４０に適用した実施形態６に係る表示（LCD）光量制御部３１の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態６の表示装置は、本実施形態２と同様に動き検出部２５aを備えている。
この動き検出部２５aによって、人がいないと判定することで表示装置３２が発光しないように光源制御回路２３を制御することで、無駄な消費電力を削減できるため携帯機器の使える動作時間を延ばすことができる。
 
＜実施形態７（表示装置）＞
図１１は、本発明を表示装置４０に適用した実施形態７に係る表示（LCD）光量制御部３１の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態７の表示装置は、本実施形態３と同様の動き検出部２５ｂを備えている。
実施形態７と同様に、この動き検出部２５ｂで人がいないと判定することで表示（LCD）部３２が発光しないように光源制御回路２３を制御することで、無駄な消費電力を削減できるため携帯機器の使える動作時間を延ばすことができる。
 
＜実施形態８（カメラモジュール）＞
図１２は、実施形態８に係るカメラモジュール１１の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態８のカメラモジュールは、本実施形態２と同様に動き検出機能を備えている。
このカメラモジュール１１では、照度判定光源制御部３５を有し照度判定回路２２の判定結果を基に光源制御用のデータを出力する光源制御出力回路３６を備えている。光源制御出力回路３６は、光源の発光をON/OFFするためのON/OFFデータを複数本出力することができる。また、光源を制御するPMW信号（PMW：Pulse Width Modulation　パルス変調信号により点灯と消灯の時間を制御することで光量を調整する）などを出力することができる。
また、動き検出部２５aの差分判定回路２７の判定結果によって、光源制御出力３６の出力をON/OFF制御するこができる。
さらに、このカメラモジュールからは、画素部１４から出力される白黒もしくはカラー（R,G,B）の画素信号をモニタなどで再生するための白黒もしくはカラーの信号処理回路２８と、処理した画像信号を出力するための画像出力回路３７を備えている。
そして、動き検出部２５aで動き有りと判定した場合に、画像出力回路３７をON動作させ、画像信号を出力することで消費電力を削減することができる。
図４と同様に画像送信回路２９を設けて画像データを送信することができる。
このカメラモジュール１１を自動照度制御無しの照明器具に追加で取り付けることで、簡単に自動照度制御有りの照明器具にすることができる。
また、このカメラモジュール１１を従来の照明装置用のカメラとして用いることで、照度制御の精度が良い自動照度制御ができる照明環境を実現できる。
また画像出力機能を用いることで、一人暮らしの安否確認や、不審者の侵入通報などによる安全安心な快適環境も同時に実施できる。
　以上説明した各実施の形態は照明器具、表示機器、に限定されない。照度算出にカメラモジュールを用いことで人を検出する動き検出や画像データ取得などの機能を盛り込むことができる。
また、カメラモジュール部に光源制御部を設けることで、大掛かりな照明設備を不要にできる。
さらに、イメージセンサと一体化した1チップに組み込むことで製造コストを大幅に削減できる。
よって、本実施例の適用により低消費電力で快適な自動照度制御ができる照明環境が、安価な照明器具で実現できる。
 
　１０　照明器具
１１　カメラモジュール
１２、３５　照度判定光源制御部
１３　撮像レンズ
１４　画素
１５　アナログデジタル変換ADC回路
１６　信号レベル制御部
１７　画素の蓄積時間制御回路
１８　アナログGAIN制御回路
１９　画素出力信号レベル算出回路
２０　照度算出回路
２１　照度閾値メモリ
２２　照度レベル判定回路
２３　光源制御回路
２４　照明器具の光源
２５a、２５ｂ　動き検出部
２６　差分判定データ用メモリ
２７　差分判定回路
２８　信号処理回路
２９　画像送信回路
３０　画像受信装置
３１　表示（LCD）光量制御部
３２　表示（LCD）部
３３　照度表示変換部
３４　信号加算回路
３６　光源制御出力回路
３７　画像出力回路
４０　表示装置（液晶テレビ、スマートフォンなど）
 

Claims (15)

  1. 被写体を撮影する固体撮像装置において、
    光信号を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する画素部と、
    前記画素部で撮影した撮影時刻の異なる少なくとも２つの撮影信号間の差分信号を生成する差分信号生成部と、
    前記差分信号生成手段で生成した差分信号に基づいて動き物体の有無を判定する動き有無判定部と、
    前記動き有無判定手段で判定した動き有無判定信号を出力する動き有無判定信号出力部と、
    前記画素部の蓄積時間を制御する蓄積時間制御部と、
    前記画素部からの出力信号レベルを調整する信号増幅部と、
    前記信号増幅部の増幅率を制御するGAIN制御部と、
    前記信号増幅部から出力した出力信号レベルの平均値を算出する出力レベル算出部と、
    前記出力レベル算出結果と前記蓄積時間制御部の蓄積時間設定データと前記GAIN制御部のGAIN設定データを基に前記被写体の照度レベルを算出する照度算出部と、
    前記算出した照度レベルを出力する照度レベル出力部と
    を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記固体撮像装置は、
    前記照度算出部で算出した照度レベルと所定の照度閾値とを比較判定する照度判定部と
    前記照度判定部の判定結果を基に光源の光量を制御する光源制御出力部と
    をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記固体撮像装置は、
    前記動き有無判定信号に基づいて、前記光源制御出力部の出力信号を制御する
    ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
  4. 前記動き有無判定部は、
    前記撮影エリアを分割して分割したエリア毎に動き物体の有無を判定する動き有無判定部と
    をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  5. 前記固体撮像装置は、
    さらに、前記信号増幅部で増幅した出力信号をモニタに再生する画像信号を生成する信号処理部と、
    前記生成した画像信号を画像受信部へ送信するための画像送信部と
    を有すること
    を特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  6. 前記画像送信部は、
    前記動き有無判定信号を基に、前記画像送信部の送信を制御すること
    を特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
  7. 前記信号増幅部は、
    前記画素部からのアナログ出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換回路の変換レベルを制御すること
    を特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  8. 被写体を撮影するための光学レンズと、
    前記光学レンズで結像した光信号を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する画素部と、
    前記画素部で撮影した撮影時刻の異なる少なくとも２つの撮影信号間の差分信号を生成する差分信号生成部と、
    前記差分信号生成手段で生成した差分信号に基づいて動き物体の有無を判定する動き有無判定部と、
    前記動き有無判定手段で判定した動き有無判定信号を出力する動き有無判定信号出力部と、
    前記画素部の蓄積時間を制御する蓄積時間制御部と、
    前記画素部からの出力信号レベルを調整する信号増幅部と、
    前記信号増幅部の増幅率を制御するGAIN制御部と、
    前記信号増幅部から出力した出力信号レベルの平均値を算出する出力レベル算出部と、
    前記出力レベル算出結果と前記蓄積時間制御部の蓄積時間設定データと前記GAIN制御部のGAIN設定データを基に前記被写体の照度レベルを算出する照度算出部と、
    前記算出した照度レベルを出力する照度レベル出力部と
    を備えたことを特徴とするカメラモジュール。
  9. 前記カメラモジュールは、
    前記照度算出部の算出結果と所定の照度閾値とを比較判定する照度判定部と
    前記照度判定部の判定結果を基に光源の光量を制御する光源制御出力部と
    をさらに備えたことを特徴とする請求項８に記載のカメラモジュール。
  10. 前記カメラモジュールは、
    前記動き有無判定部で判定した動き有無判定信号に基づいて、前記光源制御出力部からの出力信号を制御する
    ことを特徴とする請求項９に記載のカメラモジュール。
  11. 前記カメラモジュールは、
    さらに、前記信号増幅部で増幅した出力信号をモニタに再生する画像信号を生成する信号処理部と、
    前記生成した画像信号を画像受信部へ送信するための画像送信部とを有し、
    前記動き有無判定信号を基に、前記画像送信部の送信を制御すること
    を特徴とする請求項１０に記載のカメラモジュール。
  12. 前記請求項１記載の固体撮像装置
    あるいは、前記請求項９記載のカメラモジュールが組み込まれた照明器具において、
    前記照度算出部の照度レベル算出結果と所定の照度閾値とを比較判定する照度判定部と
    光源の光量を制御する光源制御部と
    を備えたことを特徴とする照明器具。
  13. 前記照明器具に組み込まれた前記固体撮像装置もしくはカメラモジュールは、
    前記動き有無判定信号を基に、前記光源制御出力部を制御する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の照明器具。
  14. 前記請求項１記載の固体撮像装置
    あるいは、前記請求項９記載のカメラモジュールが組み込まれた表示装置において、
    前記照度算出部の照度レベル算出結果と所定の照度閾値とを比較判定する照度判定部と
    前記、照度判定部の判定結果を基に光源の光量を制御する光源制御部と
    前記光源制御部によって制御される光源と
    前記光源によって、文字または画像を表示するための表示部と
    を備えたことを特徴とする表示装置。
  15. 前記照度算出部の照度レベル算出結果を前記表示部で表示するための照度表示変換部と
    をさらに備えたことを特徴とする請求項１４に記載の表示装置。
     
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