JP5053270B2 - 走査型フラッシュ装置を備えるデジタル画像取り込み装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタル画像取り込み装置と、このようなデジタル画像取り込み装置のコントローラにロード可能なコンピュータプログラムとに関する。

最近、ＣＣＤタイプ又はＭＯＳタイプの固体撮像装置を用いて、対象の画像を取得し、対応する画像データをフラッシュメモリなどの記録媒体に記録する、以下ではデジタルカメラとも呼ぶ、デジタル画像取り込み装置が広く普及している。多くのデジタルカメラは、フラッシュ又はストロボ装置、多くの場合、従来のカメラのものと同様のキセノン放電管を持つ。

その上、移動体電話及びＰＤＡ(personal digital assistant)などの、デジタルカメラを備える携帯機器が増えている。発光ダイオード（ＬＥＤ）は、それらの大きさを考えると、光が不十分な状況下で、これらのタイプのアプリケーションのためのフラッシュ照明機能を実施するのに適している。更に、ＬＥＤは、連続モード（トーチモード）において、短い動画(small films)を取り込むのに用いられ得る。

しかしながら、ＬＥＤは、従来のキセノン放電管のフラッシュ装置と比較すると、少量の光しか出力することが出来ない。更に、ほとんどの携帯機器は、利用可能な電力量が限られていることと、高いピーク電流を供給する能力が限られていることとを欠点として持つことから、フラッシュ照明は、問題を含み得る。

米国特許出願公開番号第2005/0046739号公報は、発光ダイオードを用いて、画像取り込み装置のためのストロボを形成するシステム及び方法を開示している。前記システム及び方法においては、画像取り込みプロセスの間にＬＥＤから放射される光の輝度は、内部又は外部から画像取り込み装置にもたらされる画像を歪ませる効果を補正するために、或る領域のＬＥＤによって放射される光の輝度が、別の領域のＬＥＤによって放射される光の輝度と異なるように制御される。

本発明の目的は、改良されたデジタル画像取り込み装置を提供することにある。

この目的のため、シーンをキャプチャするためのデジタル画像取り込み装置であって、
− 前記シーンをキャプチャすることが可能な感光可能セル(light-exposable cell)の２次元アレイと、
− 前記シーンを照明することが可能な１つ以上の発光ダイオードと、
− 前記シーンをキャプチャするよう、前記２次元アレイの前記感光可能セルのうちの１つ以上を順次感光させ、且つ前記シーンをキャプチャする間、前記セルのうちの１つ以上の感光と同期して、前記１つ以上の発光ダイオードによる前記シーンの様々な部分の照明を選択的に変えるよう構成されるコントローラとを有するデジタル画像取り込み装置が供給される。

更に、シーンをキャプチャするための感光可能セルの２次元アレイと、前記シーンを照明するための１つ以上の発光ダイオードとを有するデジタル画像取り込み装置のコントローラにロード可能なコンピュータプログラムであって、前記シーンをキャプチャするために、前記２次元アレイの前記感光可能セルのうちの１つ以上を順次感光させるためのソフトウェアコード部分と、前記シーンをキャプチャする間、前記セルのうちの１つ以上の感光と同期して、前記１つ以上の発光ダイオードによる前記シーンの様々な部分の照明を選択的に変えるためのソフトウェアコード部分とを有するコンピュータプログラムが供給される。

前記シーン全体にわたって、前記画像取り込み装置の前記セルの感光と同期して、前記発光ダイオードによって生成される光を走査することによって、前記シーンをキャプチャする間、前記シーンの、特定の時間に記録されない部分において浪費される照明光は少なくなる。従って、前記実施例に依存して、照明中、前記シーンの特定の部分のための光度は、２倍乃至４倍に高められ得る、又は電力は、節約される。

前記シーンの照明の変更は、例えば、１つ以上のＬＥＤをオンとオフとに切り換えることによって、及び／又は前記ＬＥＤのうちの１つ以上から放射される光度を、例えば、低発光状態と、高発光状態との間で変えることと組み合わせて、達成され得ることは分かるであろう。更に、当業界においては、単一のＬＥＤのために、このＬＥＤの光出力を制御するために、このＬＥＤを個々に制御可能なセルに分割する複数の電極を備えるＬＥＤは、既知であることに注意されたい。このようなＬＥＤもまた、本発明によるデジタルカメラに適用され得る。

請求項２及び９に規定されているような本発明の実施例は、前記シーンの様々な部分を選択的に照明するための適切な手段の利点を持つ。前記ＬＥＤから放射される、通常、拡散する光を方向づけるのに光学手段が用いられる。前記光学手段は、とりわけ、前記シーンの一部における光度の増加を可能にする。前記光学手段は、一般に、屈折光学素子、回析光学素子、ホログラフィック光学素子及び／若しくは屈折光学素子を有し得る、又はから成り得る。前記シーンの一部を照明するための適切な光学手段は、プリズム状のレンズを含む。これらのレンズは、プリズム状のエレクトロウェッティングレンズ又はプリズム状の液晶レンズなどのアドレス指定可能な／制御可能な光学部品(optics)に含まれ得る。この方法においては、前記シーンの関連する部分しか照明されず、前記発光ダイオードの光出力が、有用なところに集束され得ること、又は有用なところにおいて増大され得ることが確実にされ得る。

請求項３及び１０において規定されているような本発明の実施例には、前記セルの列方向(row-wise)読み出しに起因する、前記デジタルカメラのセルの都合の良い列方向又はライン方向(line-wise)感光に続いて、前記照明光の前記走査が行われるという利点がある。

請求項４及び１１において規定されているような本発明の実施例には、前記シーンの、前記デジタルカメラがズームインする部分と関連がある前記シーンの中央部を特に明るくする(highlight)可能性、又はピーク電流を減少させる可能性を供給するという利点がある。

請求項５の実施例は、前記ＬＥＤのセルをオンとオフとに切り換えることによって、又は前記ＬＥＤの前記セルを通る電流を変えることによって、前記２次元アレイの感光可能セルと同期してシーンの様々な部分の照明を選択的に変えるための相対的に単純な実施例を供給する。

請求項６の実施例には、準備フレーム(preparatory frame)の間、シーンの一部しか照明しないことで、電力又は電流を減少させるという利点がある。

本発明による好ましい実施例を概略的に示している添付した図面を参照して、本発明を更に説明する。本発明は、決して、これらの特定の好ましい実施例に限定されないことは分かるであろう。

図１及び２は、以下ではデジタルカメラ１０とも呼ぶデジタル画像取り込み装置１０のディスプレイ２及びレンズ３を具備する移動体電話１を示している。移動体電話１は、それ自体は当業界において既知の、感光可能セル１２の２次元アレイを有するＣＭＯＳ又はＣＣＤセンサ１１によってキャプチャされるべきシーンを照明するための１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を持つ。シーンがキャプチャされる場合、各感光可能セル１２は、シーンの対応する部分の情報を取得する。多くの用途で、取り込まれる画像の解像度を上げるために、示されているものより多くのセル１２が利用されるであろうことは明らかである。一般に、ＬＥＤ４により、水平に５６°及び垂直に４４°の角度を持つシーンが照明され得る。ＬＥＤ４には、オフ状態とオン状態とに素早く切り換えられ得るという利点がある。

更に、移動体電話１は、通信目的のためのアンテナ５を持つ。

本発明は、デジタルカメラ、ＰＤＡ(personal digital assistant)などを含む他の有線又は無線携帯機器においても実施され得ることは分かるであろう。

コントローラ１３は、マイクロコンピュータ１４と、複数のパワーＬＥＤ４Ａ、４Ｂ、４Ｃに接続されるドライバ１５とを有する。各ＬＥＤは、対応するＬＥＤ４Ａ、４Ｂ、４Ｃによって生成される光を方向づけることが可能な光学手段１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃを具備する。ＬＥＤ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ及び／又は光学手段１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃは、マイクロコンピュータ１４から受け取った命令に従ってドライバ１５により制御可能である。マイクロコンピュータ１４は、幾つかあるタスクの中でも特に、ドライバ１５及びセル１２の感光のための命令で満たされるメモリ１７を有する。このようにして、感光と照明との同期は達成され得る。最後に、ドライバ１５のための電源１８が示されている。

デジタル画像取り込み装置１０内では、代わりの又は様々な手段が用いられ得ることは分かるであろう。例えば、感光フレームの開始に関連する単一の信号によって同期がとられる場合には、例えばズーム位置又は感光時間についての情報を取得するためのデータ転送リンクがあり得る。更に、機能は、必ずしも、ソフトウェアコードによってマイクロコンピュータに実装されるとは限らないことは分かるであろう。例えば、ルックアップテーブルを有するメモリ又は制御回路によるハードウェア実装は可能である。このルックアップテーブルにおいては、例えば、デジタルカメラ１０のレンズ（図示せず）のズーム位置又はセル１２の感光時間が、シーンの選択部の照明の対応するタイミングを合わせられたシーケンスと関連付けられ得る。

図３においては、セル１２の、よく知られている順次ライン方向感光方法(sequentially line-wise exposure scheme)が図示されている。この方法においては、セル１２の各ラインは、セル１２の前のラインに対して或る遅延を伴って感光される。従って、セル１２の前のラインの中のセルによって取り込まれた情報は、まだ次のラインがシーンから情報を取り込んでいる間に、既に読み出され得る。セルの全感光時間は、t_frameと規定される。

コントローラ１３のメモリ１７内の命令は、シーンをキャプチャするよう、感光可能セル１２のうちの１つ以上を順次感光させ、且つ前記シーンをキャプチャする間、前記セル１２のうちの１つ以上の感光と同期して、前記１つ以上のＬＥＤ４による前記シーンの様々な部分の照明を選択的に変えるよう適応される。従って、ＬＥＤ４の照明光を、セル１２の感光に応じて、シーン全体にわたって走査することによって、照明は、前記照明が有用である場合にしかオンにされず、移動体電話１の電力は節約される。

図４においては、３つの部分において、図３に図示されているようなセル１２の感光方法と同期して、選択的に照明されるシーンＳが示されている。時間t₀において、セル１２の第１の連続したラインが、感光され始める際には、マイクロコンピュータ１４は、ＬＥＤ４Ａ及び／又は光学手段１６Ａを駆動して、シーンＳの、照明されるべき上部Ｓ１だけを照明するようドライバ１５に命令する。時間t₀+dtにおいて、セル１２の第２の連続したラインが、感光され始める際には、シーンＳの第２部分Ｓ２を照明するように、ＬＥＤ４Ｂ及び光学手段１６Ｂが駆動される。時間t₀+2dtにおいて、セル１２の第３の連続したラインが、感光され始める際には、シーンＳの第３部分Ｓ３を照明するように、ＬＥＤ４Ｃ及び光学手段１６Ｃが駆動される。光学手段１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃは、例えば、プリズム状のレンズを含み得る。

本実施例は、３つのＬＥＤ４Ａ、４Ｂ、４Ｃを示しているが、本発明を実施するためには、単一のＬＥＤ、２つのＬＥＤ、又は４つ以上のＬＥＤも用いられ得ることに注意されたい。ＬＥＤ４の個数は、例えば、シーンを照明するのに必要とされる全光束、及びシーン内の区別されるべき部分の量によって決定される。好ましくは、ＬＥＤ４は、組み合わせることで、シーン全体を照明することが出来る。

更に、各ＬＥＤ又はＬＥＤ４Ａ、４Ｂ、４Ｃが、必ずしも、対応する制御可能な光学手段１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃを持つとは限らないことに注意されたい。光学手段は、制御可能である必要はない。更に、ＬＥＤ４及び光学手段１６は、単一の装置に統合され得ることに注意されたい。

単一のＬＥＤ４は、１つ以上の光度を放射するよう駆動され得る。更に、単一のＬＥＤ４は、電極のパターン形成によって規定される、個々に制御され得る１つ以上のセルを持ち得る。このような構成を適用する実施例は、図５に概略的に図示されており、前記実施例においては、パターン形成された電極を介してＬＥＤ４を制御することによって、セル１２の感光と同期して、シーンＳの一部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を選択的に照明するのに、単一の制御できない光学手段１６が用いられる。

別の実施例においては、シーンＳの照明されるべき部分Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に光軸Ｏが向けられるような、ＬＥＤ４Ａ、４Ｂ、４Ｃと光学手段１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃの組み合わせが構成され得る。この実施例は、図６に概略的に図示されており、前記実施例におおいては、構成は、ＬＥＤ４Ａ及び４Ｃ並びにそれらの対応する光学手段１６Ａ及び１６Ｃが、角度α、βをなして配置されるような構成である。

図７には本発明の他の実施例が示されており、前記他の実施例においては、光学手段１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃは、ズームレンズ、即ち、能動的光学手段(active optical means)を含む。ズームレンズが用いられる場合には、視野は、ズーム位置に依存する。視野が小さい（ズームが大きい）場合、照明されるべきシーンは、より小さく、光エネルギは、前記照明されるべきシーンに集中される。光学部品が光をコリメートする場合には、より小さいシーンのための所要の照明を得るのに、ＬＥＤ４のためにはより少ない電流しか必要としない。

図４に図示されているようにシーンＳをブロックＳ１、Ｓ２、Ｓ３に細分する代わりに、シーンＳの同心部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が作成される。マイクロコンピュータ１４は、ＬＥＤ４Ａ乃至４Ｃ及び／又は対応するズームレンズ１６Ａ乃至１６Ｃを駆動してシーンＳを照明するよう、ドライバ１５に命令する。小さいズーム、即ち、大きい視野、シーンＳの部分Ｓ１の照明のためには、ＬＥＤ４は、セル１２の感光中、即ち、図３における表現では時間間隔 [t₀;t₀+t_frame]の間、継続的にオンにされる。部分Ｓ２のためには、ＬＥＤ４は、時間間隔[t₀+dt;t₀+t_frame-dt]の間オンにされ、部分Ｓ３のためには、ＬＥＤ４は、時間間隔[t₀+2dt;t₀+t_frame-2dt]の間オンにされる。

図７においては、Ｓ１は継続的に照明されるので、光出力は、依然として、感光されないセル１２のために浪費される。図３に図示されているようなセル１２の順次列方向感光アルゴリズムを用いる場合、本発明は、シーンＳの部分Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を細分することを可能にする。これは図８に図示されている。

ズームレンズによる中央の照明は、実際の写真撮影フレームの前のフレームにおいて照明を必要とするホワイトバランス／感光選択機能及び／又はオートフォーカスアシストのためにも、用いられ得る。このような実施例においては、撮影される写真１枚あたりに多数のフレームが用いられる状況において、電力又は電流が低減され得る。準備フレームにおいては、シーンＳの中央部Ｓ３のみが、（カメラの要求に応じて、最終的な写真と同じ照明値又は更に少し低い照明値まで）照明される。その場合、デジタルカメラ１は、オートフォーカスアシスト、感光調整ループ、ホワイトバランスなどのためには、この中央部分しか用いないよう命令される。

上記の実施例は、本発明を限定するものではなく、説明するものであって、当業者は、添付した特許請求の範囲から外れない多くの別の実施例を設計することが出来るであろうことに注意されたい。特許請求の範囲においては、括弧内の如何なる参照符号も特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。「有する」という動詞及びその語形変化の使用は、特許請求の範囲において言及されている要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を除外するものではない。要素の単数形表記は、このような要素の複数の存在を除外するものではない。本発明は、幾つかの別個の素子を有するハードウェア、及び適切にプログラムされたコンピュータによって実施され得る。幾つかの手段を列挙している装置クレームにおいては、これらの手段の幾つかは、ハードウェアの同一アイテムによって実施されてもよい。単に、或る手段が、互いに異なる従属項において列挙されているという事実は、これらの手段の組み合わせが有利には用いられ得ないことを示すものではない。

本発明の実施例による移動体電話において実現される複数の照明ＬＥＤを備えるデジタル画像取り込み装置を示している。 デジタル画像取り込み装置の概略図を示している。 デジタル画像取り込み装置のセルの従来の感光方法を示している。 シーンの一部の照明が、セルの感光と同期をとられる実施例を示している。 シーンの一部の照明が、セルの感光と同期をとられる実施例を示している。 シーンの一部の照明が、セルの感光と同期をとられる実施例を示している。 シーンの一部の照明が、セルの感光と同期をとられる実施例を示している。 シーンの一部の照明が、セルの感光と同期をとられる実施例を示している。

Claims (8)

1. シーンをキャプチャするためのデジタル画像取り込み装置であって、
   − 前記シーンをキャプチャすることが可能な感光可能セルの２次元アレイと、
   − 前記シーンを照明することが可能な１つ以上の発光ダイオードと、
   − 前記１つ以上の発光ダイオードによって放射される光を方向づけることが可能な光学手段と、
   − 前記シーンをキャプチャするよう、前記２次元アレイの前記感光可能セルのうちの１つ以上を感光させ、且つ前記シーンをキャプチャする間、前記セルのうちの１つ以上の感光と同期して、前記シーンの様々な部分の照明を選択的に変えるよう、前記光学手段を制御するよう構成されるコントローラとを有するデジタル画像取り込み装置。
2. 前記コントローラが、前記セルの２次元アレイの列を順次感光させ、且つ前記シーンの、１列以上の感光されるセルに対応する部分が選択的に照明されるように前記光を方向づけるよう、前記装置の前記光学手段を制御するよう構成される請求項１に記載のデジタル画像取り込み装置。
3. 前記装置の前記光学手段が、前記光を方向づけるための可変ズームレンズを有し、前記コントローラが、前記ズームレンズを制御するよう構成される請求項１に記載のデジタル画像取り込み装置。
4. 前記装置が、最終的に前記シーンの前記画像を取り込む前に、準備フレームにおいて前記感光可能セルの２次元アレイを１回以上感光させるよう構成され、前記コントローラが、前記準備フレームの間の前記セルのうちの１つ以上の感光と同期して、前記準備フレームの間の前記シーンの様々な部分の照明を選択的に変えるよう構成される請求項１に記載のデジタル画像取り込み装置。
5. 前記装置が、移動体電話などの移動体通信装置の一部である請求項１に記載のデジタル画像取り込み装置。
6. シーンをキャプチャするための感光可能セルの２次元アレイと、前記シーンを照明するための１つ以上の発光ダイオードと、前記１つ以上の発光ダイオードによって放射される光を方向づけるための光学手段とを有するデジタル画像取り込み装置のコントローラにロード可能なコンピュータプログラムであって、前記シーンをキャプチャするよう、前記２次元アレイの前記感光可能セルのうちの１つ以上を感光させるためのソフトウェアコード部分と、前記シーンをキャプチャする間、前記セルのうちの１つ以上の感光と同期して、前記シーンの様々な部分の照明を選択的に変えるよう、前記光学手段を制御するためのソフトウェアコード部分とを有するコンピュータプログラム。
7. 前記セルの２次元アレイの列を順次感光させるためのコード部分と、前記シーンの、１列以上の感光されるセルに対応する部分が選択的に照明されるように前記光を方向づけるよう前記装置の前記光学手段を制御するためのコード部分を更に有する請求項６に記載のコンピュータプログラム。
8. 前記デジタル画像取り込み装置のズームレンズとの相関関係において、前記シーンの前記様々な部分の照明を選択的に変えるために、前記デジタル画像取り込み装置の可変ズームレンズを制御するためのコード部分を更に有する請求項６に記載のコンピュータプログラム。

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