JP2015201282A - Solid-state imaging apparatus capable of illuminance detection, camera employing the same, lighting equipment and display device - Google Patents
Solid-state imaging apparatus capable of illuminance detection, camera employing the same, lighting equipment and display device Download PDFInfo
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Abstract
Description
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。
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.
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。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed an illumination device for maintaining a target illuminance by controlling a light amount of a light source using a TV camera or an image sensor (see, for example,
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。
The illuminating devices described in
Further, in the illumination devices described in
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。
The lighting devices described in
Furthermore, in the illuminance detection methods described in
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.
本発明の実施形態の固体撮像装置もしくはカメラ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。
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値を算出する。
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結果とを比較判定し、判定結果を基に、光源の光量を制御する光源制御部23へ出力し、目標照度を維持するように制御する。
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。
In the solid-state imaging device or
The image sensor outputs the optical signal level of the subject imaged by the
The accumulation
The analog
The output
The
The
The light
さらに、人を検出する動き検出部25を備え、動き検出判定結果を基に光源制御部23を制御することができる。
Furthermore, a motion detection unit 25 that detects a person is provided, and the light
本発明の固体撮像装置によれば、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、固体撮像装置で人を検出する機能を用いることで人がいない時の無駄な照明をOFFに制御することでさらに消費電力を低減できる。さらに、前記固体撮像措置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、照度を自動制御できる環境を安価に構築できる。
According to the solid-state imaging device of the present invention, accurate illuminance detection can be performed. Furthermore, in a lighting fixture or a lighting device using this solid-state imaging device, 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. Further, by using the function of detecting a person in the solid-state imaging device, it is possible to further reduce the power consumption by controlling the useless illumination when no person is present to OFF. Furthermore, since an integrated structure in which the solid-state imaging device is incorporated in a lighting fixture, a large-scale control system that controls a large number of lighting devices in a lump is not necessary, and an environment that can automatically control illuminance can be constructed at a low cost. .
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)>
Hereinafter, a high-precision illuminance detection method for an image sensor according to an embodiment of the present invention. And a camera using the detection method. Further, a lighting fixture that automatically controls the illuminance using the camera and a display device that automatically controls the amount of light will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals and process names, and will be described in detail first.
<Embodiment 1 (lighting fixture)>
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。
FIG. 1A is described in detail with reference to a block diagram showing a schematic configuration of a lighting fixture according to
The
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。
In the
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。
The signal
The signal
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。
The illuminance determination light
As the
The target illuminance level can be selected and set from default setting data incorporated at the time of shipment of the luminaire. Alternatively, 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
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)>
The
<Embodiment 2 (lighting fixture)>
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。
Fig.2 (a) is a block diagram which shows schematic structure of the lighting fixture which concerns on
The
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。
The
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。
Since the illuminance changes due to the influence of outside light on the window side in the camera shooting area shown in FIG. 2C, there is a possibility that the
On the other hand, in the case of human motion determination, there is no correlation for each divided zone, and only the individual zone becomes brighter or darker, so it can be determined that there is human motion.
Further, this motion determination can further improve the determination accuracy by integrating the determination results of a plurality of frames.
The effect of reducing power consumption is particularly great in private homes that use a single lighting fixture or lighting fixtures installed near windows in offices.
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)>
In general, the optical signal collected on the
<Embodiment 3 (lighting fixture)>
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。
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a lighting fixture according to
The
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)>
The
The
In addition, it is possible to vary the shooting time by using two types of accumulation times with different accumulation times for each adjacent pixel arranged in the
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.
<Embodiment 4 (lighting fixture)>
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。
Fig.4 (a) is a block diagram which shows schematic structure of the lighting fixture which concerns on
The
FIG. 4B is a diagram showing an outline of the
A configuration and operation different from those of the second embodiment will be described.
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。
The
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>
By using this image transmission function, it is possible to implement a safe and secure comfortable environment by confirming the safety of living alone or reporting an intrusion by a suspicious person.
<Light quantity control and effects of
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。
FIG. 5 shows a control method of the pixel accumulation
The illuminance meter increases the illuminance output in proportion to the brightness. However, the maximum saturation signal amount that can be handled by the photodiode of the
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。
If the analog / digital conversion level of the
As described above, in an ordinary TV camera or
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。
Therefore, an accurate illuminance output can be obtained by calculating
(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)
(Equation 1)
Illuminance = Ki * Average output level / (Analog GAIN ratio * Accumulation time ratio)
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。
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.
To further improve the illuminance calculation accuracy, 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
(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。
(Equation 2)
SigI = Kib * SigBave + Kig * SigGave + Kir * SigRave
Illuminance = SigI / (Analog GAIN ratio * Accumulation time ratio)
Accumulation time control and analog GAIN control can be set in detail.
Usually, 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.
When the
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。
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, and the vertical axis represents the illuminance output level in the room.
When the elapsed time is evening, and the
The output of the light
On the other hand, in the morning, when the
This automatic illumination setting operation can reduce useless illumination power. Furthermore, the target illuminance environment can be realized with high accuracy.
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。
In FIG. 7, in order to automatically control the illuminance in a large room such as an office, a large-scale lighting facility is required. For example, 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.
However, it is not necessary to introduce large-scale lighting equipment by using the proposed lighting fixture. A comfortable illuminance environment can be obtained simply by installing the lighting fixtures that can be automatically controlled according to this proposal.
FIG. 7 shows the illuminance state from the window side of the office to the inside. In particular, the daylight window side is bright because external light is incident, but the inside where the external light is not inserted is dark.
For example, in an office environment where the lighting apparatus of the present invention is installed, the output of the light
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.
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)>
FIG. 8 shows the life characteristics of the LED lamp when an LED lamp is used as the
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
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
<Embodiment 5 (display device)>
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。
FIG. 9A is a block diagram showing a schematic configuration of a display (LCD: liquid crystal display) light
The display of the fifth embodiment (the LCD light
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。
In the display (LCD) light
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。
Furthermore, since a highly accurate illuminance calculation can be performed, a simple illuminometer can be obtained. Illuminance can be displayed on the LCD by processing in the illuminance
By using this function, 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
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)>
Furthermore, since a highly accurate illuminance calculation can be performed, a simple illuminometer can be obtained. It is possible to display the illuminance level on the LCD by processing in the illuminance
By using this function, 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
<Sixth embodiment (display device)>
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。
FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration of a display (LCD) light
The display device according to the sixth embodiment includes a
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)>
By controlling the light
<Seventh embodiment (display device)>
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。
FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of a display (LCD) light
The display device of the seventh embodiment includes a
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)>
As in the seventh embodiment, it is possible to reduce unnecessary power consumption by controlling the light
<Eighth embodiment (camera module)>
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。
FIG. 12 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the
The camera module according to the eighth embodiment has a motion detection function as in the second embodiment.
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。
The
Further, the output of the light
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。
Further, the camera module includes a monochrome or color
When the
Similarly to FIG. 4, an
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。
By additionally attaching the
Further, by using the
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.
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。
Each embodiment described above is not limited to a lighting fixture and a display device. By using a camera module for illuminance calculation, functions such as motion detection for detecting a person and image data acquisition can be incorporated.
Further, by providing the light source control unit in the camera module unit, it is possible to eliminate the need for large-scale lighting equipment.
In addition, 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.
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)
DESCRIPTION OF
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。
In the solid-state imaging device or
The image sensor outputs the optical signal level of the subject imaged by the
The accumulation
The analog
The pixel signal output
The illuminance
The
The light
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。
Furthermore, the solid-state imaging device or
The solid-state imaging device or the
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。
According to the solid-state imaging device or
Further, 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
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。
Since the illuminance changes due to the influence of outside light on the window side in the camera shooting area shown in FIG. 2C , there is a possibility that the
On the other hand, in the case of human motion determination, there is no correlation for each divided zone, and only the individual zone becomes brighter or darker, so it can be determined that there is human motion.
Further, this motion determination can further improve the determination accuracy by integrating the determination results of a plurality of frames.
The effect of reducing power consumption is particularly great in private homes that use a single lighting fixture or lighting fixtures installed near windows in offices.
Claims (15)
前記イメージセンサにおいて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アナログ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アナログGAIN制御部のアナログ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、
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。 An image sensor for photographing the subject;
An accumulation time control unit for controlling the accumulation time of the pixel unit in the image sensor;
A signal amplifying unit for adjusting an output signal level from the pixel unit;
An analog GAIN control unit for controlling the amplification factor of the signal amplification unit;
An output level calculation unit that calculates an average value of the output signal levels output from the signal amplification unit;
An illuminance calculation unit that calculates an illuminance level of the subject based on the output level calculation result, the accumulation time setting data of the accumulation time control unit, and the analog GAIN setting data of the analog GAIN control unit;
A solid-state imaging device comprising:
前記イメージセンサにおいて画素部の蓄積時間を制御する蓄積時間制御部と、
前記画素部からの信号レベルを増幅する信号増幅部と、
前記信号増幅部の増幅率を制御するアナログGAIN制御部と、
前記信号増幅部からの出力信号の出力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アナログGAIN制御部のアナログGAIN設定データを基に照度値を算出する照度算出部と、
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
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。 An image sensor for photographing the subject;
An accumulation time control unit for controlling the accumulation time of the pixel unit in the image sensor;
A signal amplifying unit for amplifying a signal level from the pixel unit;
An analog GAIN control unit for controlling the amplification factor of the signal amplification unit;
An output level calculation unit for calculating an average value of output levels of the output signals from the signal amplification unit;
An illuminance calculation unit that calculates an illuminance value based on the output level calculation result, the accumulation time setting data of the accumulation time control unit, and the analog GAIN setting data of the analog GAIN control unit;
An illuminance determination unit that compares the calculation result of the illuminance calculation unit with a predetermined illuminance threshold, and a light source control output unit that controls the light amount of the light source based on the determination result of the illuminance determination unit Solid-state imaging device.
撮影エリア内の動きを検出する動き検出部と
をさらに有することを特徴とする請求項1ないし請求項2に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a motion detection unit that detects a motion in the imaging area.
前記撮影エリアを分割して分割したエリア毎に動きを検出するエリア毎動き検出部と
を有することを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。 The motion detector is
The solid-state imaging device according to claim 3, further comprising an area-by-area motion detection unit configured to divide the photographing area and detect a motion for each divided area.
撮影エリア内の動きを検出する動き検出部と、
前記動き検出部で検出した動き判定信号を基に、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2に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device
A motion detector for detecting motion within the shooting area;
The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the light source control output unit is controlled based on a motion determination signal detected by the motion detection unit.
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、
前記動き検出部の検出結果を基に、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3に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device
And a signal processing unit for generating an image signal for reproducing the output signal amplified by the signal amplification unit on a monitor;
An image transmission unit for transmitting the generated image signal to an image reception unit;
The solid-state imaging device according to claim 3, wherein transmission of the image transmission unit is controlled based on a detection result of the motion detection unit.
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ないし請求項2に記載の固体撮像装置。 The signal amplifier is
3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a conversion level of an analog-digital conversion circuit that converts an analog output signal from the pixel unit into a digital signal is controlled.
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イメージセンサと、
前記イメージセンサにおいて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アナログ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アナログGAIN制御部のアナログ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、
を備えたことを特徴とするカメラモジュール。 An optical lens for photographing the subject;
An image sensor that converts an optical signal imaged by the optical lens into an electrical signal;
An accumulation time control unit for controlling the accumulation time of the pixel unit in the image sensor;
A signal amplifying unit for adjusting an output signal level from the pixel unit;
An analog GAIN control unit for controlling the amplification factor of the signal amplification unit;
An output level calculation unit that calculates an average value of the output signal levels output from the signal amplification unit;
An illuminance calculation unit that calculates an illuminance level of the subject based on the output level calculation result, the accumulation time setting data of the accumulation time control unit, and the analog GAIN setting data of the analog GAIN control unit;
A camera module characterized by comprising:
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イメージセンサと、
前記イメージセンサにおいて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アナログ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アナログGAIN制御部のアナログ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
を備えたことを特徴とするカメラモジュール。 An optical lens for photographing the subject;
An image sensor that converts an optical signal imaged by the optical lens into an electrical signal;
An accumulation time control unit for controlling the accumulation time of the pixel unit in the image sensor;
A signal amplifying unit for adjusting an output signal level from the pixel unit;
An analog GAIN control unit for controlling the amplification factor of the signal amplification unit;
An output level calculation unit that calculates an average value of the output signal levels output from the signal amplification unit;
An illuminance calculation unit that calculates an illuminance level of the subject based on the output level calculation result, the accumulation time setting data of the accumulation time control unit, and the analog GAIN setting data of the analog GAIN control unit;
An illuminance determination unit that compares the calculation result of the illuminance calculation unit with a predetermined illuminance threshold; and a light source control output unit that controls the light amount of the light source based on the determination result of the illuminance determination unit. Camera module.
撮影エリア内の動きを検出する動き検出部と
をさらに有することを特徴とする請求項8ないし請求項9に記載のカメラモジュール。 The camera module is
The camera module according to claim 8, further comprising a motion detection unit that detects a motion within the imaging area.
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、
前記動き検出部の検出結果を基に、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。 The camera module is
And a signal processing unit for generating an image signal for reproducing the output signal amplified by the signal amplification unit on a monitor;
An image transmission unit for transmitting the generated image signal to an image reception unit;
The camera module according to claim 10, wherein transmission of the image transmission unit is controlled based on a detection result of the motion detection unit.
あるいは、前記請求項6ないし請求項7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
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
をさらに備えたことを特徴とする照明器具。 In the solid-state imaging device according to claim 1 or 2, or the lighting fixture in which the camera module according to claim 6 is incorporated.
An illuminance determination unit that compares the illuminance level calculation result of the illuminance calculation unit with a predetermined illuminance threshold, a light source control unit that controls the light amount of the light source based on the determination result of the illuminance determination unit, and the light source control unit And a light source.
撮影エリア内の動きを検出する動き検出部と、
前記動き検出部で検出した動き判定信号を基に、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。 The solid-state imaging device or camera module incorporated in the lighting fixture is:
A motion detector for detecting motion within the shooting area;
The lighting apparatus according to claim 12, wherein the light source control output unit is controlled based on a motion determination signal detected by the motion detection unit.
あるいは、前記請求項6ないし請求項7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
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
をさらに備えたことを特徴とする表示装置。 In the solid-state imaging device according to claim 1 or 2, or the lighting fixture in which the camera module according to claim 6 is incorporated.
An illuminance determination unit that compares the illuminance level calculation result of the illuminance calculation unit with a predetermined illuminance threshold, a light source control unit that controls the light amount of the light source based on the determination result of the illuminance determination unit, and the light source control unit And a display unit for displaying characters or images by the light source.
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。
The display device according to claim 14, further comprising: an illuminance display conversion unit for displaying the illuminance level calculation result of the illuminance calculation unit on the display unit.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
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A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20151204 |
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A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160727 |