[go: up one dir, main page]

JP2018526765A - Synchronous light source for rolling shutter image sensor - Google Patents

Synchronous light source for rolling shutter image sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2018526765A
JP2018526765A JP2017562616A JP2017562616A JP2018526765A JP 2018526765 A JP2018526765 A JP 2018526765A JP 2017562616 A JP2017562616 A JP 2017562616A JP 2017562616 A JP2017562616 A JP 2017562616A JP 2018526765 A JP2018526765 A JP 2018526765A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lamp
image sensor
line
illumination system
pwm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2017562616A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
アプトン,ウェイン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RedBeard Ventures LLC
Original Assignee
RedBeard Ventures LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US14/729,436 external-priority patent/US9307600B2/en
Application filed by RedBeard Ventures LLC filed Critical RedBeard Ventures LLC
Publication of JP2018526765A publication Critical patent/JP2018526765A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10Controlling the light source
    • H05B47/16Controlling the light source by timing means
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/40Control techniques providing energy savings, e.g. smart controller or presence detection

Landscapes

  • Studio Devices (AREA)
  • Stroboscope Apparatuses (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

ローリングシャッター撮像素子用に適合された照明システム(30)である。システムは、フレーム単位ではなくライン単位で動作する「ローリングシャッター」型の露出アーキテクチャを有する撮像素子(103)の文脈における光源(114)の同期動作を、独自に提供する。好ましい実施形態は、LED(114)などのランプと、ランプに結合され、ランプをオンおよびオフに切替えるためにランプに通電することができる駆動回路(112)と、駆動回路に結合され、撮像システム(20)からタイミング信号(201)を受信するための手段を有するランプ制御回路(110)とを備える。ランプ制御回路は、駆動回路を介してタイミング信号と同期してランプに通電する。タイミング信号は、複数のラインに基づくPWMシステムのためのラインタイミング信号である。信号は撮像素子の読出しの休止を示し、または、信号は、必要なアクティブ撮像素子ラインを損なうことなくランプが安全にオンされる撮像素子の読出し時間の部分を示す。Illumination system (30) adapted for rolling shutter imaging devices. The system uniquely provides synchronized operation of the light source (114) in the context of an image sensor (103) having a “rolling shutter” type exposure architecture that operates on a line-by-line basis rather than a frame-by-frame basis. A preferred embodiment includes a lamp, such as an LED (114), a drive circuit (112) coupled to the lamp and capable of energizing the lamp to switch the lamp on and off, and a drive circuit coupled to the imaging system. A lamp control circuit (110) having means for receiving a timing signal (201) from (20). The lamp control circuit energizes the lamp through the drive circuit in synchronization with the timing signal. The timing signal is a line timing signal for a PWM system based on multiple lines. The signal indicates the readout pause of the image sensor, or the signal indicates the portion of the image sensor readout time at which the lamp is safely turned on without compromising the required active image sensor line.

Description

関連出願
なし
発明の背景
1.技術分野
本発明は、概して医療用動画装置の分野に関する。より具体的には、本発明は、ローリングシャッター撮像素子用の同期光源、すなわち、CMOS型撮像素子を有する内視鏡カメラシステム用または同様のカメラシステム用のLED光源のための制御システムを含む。
Related Applications None Background of the Invention TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to the field of medical video devices. More specifically, the present invention includes a control system for a synchronous light source for a rolling shutter image sensor, ie, an LED light source for an endoscopic camera system having a CMOS type image sensor or a similar camera system.

2.関連技術の説明
内視鏡動画のための光源および関連制御システムには多くの種類がある。これらの多くは、メタルハライド型、クオーツハロゲン型、またはキセノン型など高出力のランプまたは白熱電球を用いる。これらのランプは、典型的には光強度が一定であるモードで使用され、装置から発せられる光の強度は、可動型かつ変動型の機械式開口を用いて制御される。一例は、受け側の光ファイバーライトガイドに向けてランプが発している光のうちの一部または全部を遮断する絞りである。
2. Description of Related Art There are many types of light sources and associated control systems for endoscopic video. Many of these use high-power lamps or incandescent bulbs such as metal halide, quartz halogen, or xenon types. These lamps are typically used in a mode where the light intensity is constant, and the intensity of the light emitted from the device is controlled using a movable and variable mechanical aperture. An example is an aperture that blocks some or all of the light emitted by the lamp toward the receiving optical fiber light guide.

この光の強度を制御することは、さまざまな機能上および安全上の理由により重要である。不適切な光のレベルは露出不足または露出過多の原因となり、画質およびカメラ性能を低下させるかまたは限定するような過補償を、カメラシステムが行なわなければならなくなる虞がある。高い光透過に関わる安全上の懸念は、皮膚火傷および細胞火傷、ならびに可燃物の引火の可能性を含み得る。   Controlling this light intensity is important for various functional and safety reasons. Inappropriate light levels can cause underexposure or overexposure, and the camera system may have to overcompensate to reduce or limit image quality and camera performance. Safety concerns associated with high light transmission can include skin and cell burns and the possibility of flammable combustibles.

高出力発光ダイオード(LED)技術を採用することは、医療用内視鏡検査を含む多くの分野および産業において一般的になりつつある。これにより、全体のパワーおよびコストが削減される一方、製品の信頼性および耐用年数は向上している。LED光出力強度は、LED装置を駆動する電流量を変化させることによって制御され得る。この方法にはいくつかの欠点があり、その欠点とは、効率の悪さ、光出力の下限による実際上の限界、および、LEDランプの色すなわち出力波長が強度に伴ってずれる傾向などである。固体装置として、スイッチ型パルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)方式でLED光出力全体を制御することも一般的な手法である。人間の目、フィルムカメラ、およびいくつかの動画カメラにとって、このパルス状の光は、実質的に「平均(average)」に均される。この「平均」は、適切な周波数で用いられた場合、均一な光源と事実上区別できない。人間の残像効果のためには、この周波数は典型的には毎秒約30パルスである。   Employing high power light emitting diode (LED) technology is becoming common in many fields and industries, including medical endoscopy. This reduces overall power and cost, while improving product reliability and service life. The LED light output intensity can be controlled by changing the amount of current that drives the LED device. This method has several drawbacks, such as inefficiency, practical limitations due to the lower limit of light output, and the tendency of the LED lamp color or output wavelength to shift with intensity. As a solid-state device, it is also a general technique to control the entire LED light output by a switch type pulse width modulation (PWM) method. For the human eye, film camera, and some motion picture cameras, this pulsed light is substantially averaged to “average”. This “average” is virtually indistinguishable from a uniform light source when used at the appropriate frequency. For human afterimage effects, this frequency is typically about 30 pulses per second.

光のスイッチング周波数がカメラのフレームキャプチャのレート以上、典型的には動画カメラで毎秒60露出以上であれば、PWM方式の光強度制御は、電荷結合素子(CCD:Charge-Coupled Device)などのフレーム転送撮像素子を有する動画カメラでうまく機能する。フレームレートの整数倍、たとえば2倍などをPWMスイッチング周波数に利用すると好都合である。画像の波打ち(beating)、ちらつき、または「乱れ(strobing)」につながる可能性のある周波数ミスマッチを回避するために、光源をカメラのフレームレートと同期することも有益である。   If the light switching frequency is equal to or higher than the frame capture rate of the camera, typically 60 exposures per second with a video camera, the PWM light intensity control is performed by a frame such as a charge-coupled device (CCD). Works well with video cameras with transfer imagers. It is convenient to use an integer multiple of the frame rate, for example twice, for the PWM switching frequency. It is also beneficial to synchronize the light source with the camera frame rate to avoid frequency mismatches that can lead to image beating, flickering, or “strobing”.

しかしながら、近年CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)撮像素子を医療用内視鏡検査に採用することに伴って、PWM制御型LED光源は課題を呈している。具体的には、当該課題は、CMOS撮像素子が、最も一般的なタイプである「ローリングシャッター」型の露出アーキテクチャを有することに関する。というのは、これらはフレーム転送装置ではないからである。代わりに、ラスタ画像の各ラインは、ラインを読出しながら他のラインを露出するカスケード重複シーケンス(cascading overlapped sequence)で露出される。これにより、結果としての持続時間が同じであったとしても、ある1つのラインの露出が別のラインと同時に開始および停止することはなく、それらのラインの露出はタイミングが互いに重なり合うであろう。   However, with the recent adoption of CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensors for medical endoscopy, PWM controlled LED light sources present challenges. Specifically, the problem relates to the CMOS imaging device having a “rolling shutter” type exposure architecture, which is the most common type. This is because they are not frame transfer devices. Instead, each line of the raster image is exposed in a cascading overlapped sequence that exposes the other lines while reading the line. This prevents the exposure of one line from starting and stopping at the same time as another line, even though the resulting duration is the same, and the exposure of those lines will overlap in timing.

このように、個々のラインまたはラインの集まりが他のラインと著しく異なる光露出を施され、異なる露出の望ましくない領域が画像内に生じることになるため、従来のフレームレートベース(frame-rate based)のPWM制御は不向きである。露出の異なる領域の数は相対PWM周波数の2倍に等しく、相補的な明暗領域のサイズはPWMデューティ比に直接比例する。撮像素子フレームレートと同期しないPWMシステムであれば、この作用の「ロール(roll)」、つまり、出力動画におけるこれらの領域が現在の画像フレームと次の画像フレームとで異なる位置となることを、さらに引き起こすであろう。   In this way, individual lines or collections of lines are subjected to light exposure that is significantly different from other lines, resulting in undesirable areas of different exposure in the image, so that conventional frame-rate based (frame-rate based) ) PWM control is not suitable. The number of different exposure areas is equal to twice the relative PWM frequency, and the size of the complementary light and dark areas is directly proportional to the PWM duty ratio. If the PWM system does not synchronize with the image sensor frame rate, the “roll” of this action, that is, that these areas in the output video will be in different positions in the current image frame and the next image frame, Will cause more.

ローリングシャッター撮像素子は、内部シャッター機構を介して露出を制御可能である。これは、HSYNC信号によって表わされるような、撮像素子ラインが露出しているライン時間の数を規定する撮像素子内部の制御レジスタを設定することによって行なわれる。この露出制御の粒状性は、このように1ライン単位で増加し、フルフレーム持続時間の露出から1ライン持続時間のみの露出まで、さまざまであり得る。フルフレーム露出時間の場合、これは典型的には撮像素子におけるラインの総数マイナス1である。なぜなら、ラインは典型的には読出し中は露出できないからである。撮像素子が60フレーム毎秒で動作している場合、露出時間は1秒のおよそ1/60、すなわち16.67ミリ秒であろう。一方、撮像素子が1000撮像素子ライン有していたとすると、60フレーム毎秒のレートで撮像する際に撮像素子シャッターによって達成可能な最短露出持続時間は、1秒の1/60/1000、すなわち16.67マイクロ秒である。これは特に重大な制約である。なぜなら、光源の明るさの他の制御がない場合、1秒の1/100,000(10マイクロ秒)以下の露出は、医療の撮像場面でしばしば必要だからである。   The rolling shutter image sensor can control exposure via an internal shutter mechanism. This is done by setting a control register inside the image sensor that defines the number of line times that the image sensor line is exposed, as represented by the HSYNC signal. The granularity of this exposure control thus increases by one line and can vary from full frame duration exposure to only one line duration exposure. For full frame exposure time, this is typically the total number of lines in the image sensor minus one. This is because the line typically cannot be exposed during readout. If the image sensor is operating at 60 frames per second, the exposure time will be approximately 1 / 60th of a second, or 16.67 milliseconds. On the other hand, if the image sensor has 1000 image sensor lines, the shortest exposure duration achievable by the image sensor shutter when capturing images at a rate of 60 frames per second is 1/60/1000 of 1 second, that is, 16. 67 microseconds. This is a particularly serious limitation. This is because in the absence of any other control of the brightness of the light source, exposures of 1 / 100,000 (10 microseconds) per second or less are often necessary in medical imaging situations.

したがって、1つの撮像素子ラインの典型的な読出し時間よりも短い時間に相当する撮像素子露出を生じさせることが可能であり、かつ、動画画像への望ましくない露出の影響を生じさせない、CMOS撮像素子用のLED光源の可変パルス幅およびPWM制御のための方法が求められる。   Therefore, a CMOS image sensor that can cause image sensor exposure corresponding to a time shorter than a typical readout time of one image sensor line and does not cause an undesirable exposure effect on a moving image. What is needed is a method for variable pulse width and PWM control of an LED light source.

発明の概要
一局面において、本発明は、水平ラインレートを有するローリングシャッター撮像素子用に適合された照明システムにある。この照明システムは、ランプと、ランプに結合され、ランプをオンおよびオフに切替えるためにランプに通電することができる駆動回路と、駆動回路に結合され、撮像システムからラインタイミング信号を受信するための手段を有するランプ制御回路とを備える。ランプ制御回路は、駆動回路を介してラインタイミング信号と同期してランプに通電する。ラインタイミング信号は、撮像素子の水平ラインレートに基づくものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In one aspect, the present invention is an illumination system adapted for a rolling shutter imager having a horizontal line rate. The illumination system is coupled to a lamp, a drive circuit coupled to the lamp and capable of energizing the lamp to switch the lamp on and off, and coupled to the drive circuit for receiving a line timing signal from the imaging system A lamp control circuit having means. The lamp control circuit energizes the lamp in synchronization with the line timing signal via the drive circuit. The line timing signal is based on the horizontal line rate of the image sensor.

別の局面において、本発明は、水平ラインレートで動作するローリングシャッター撮像素子を用いる撮像システムから照明システムにタイミング情報を伝達するための照射制御システムにある。この照射制御システムは、電子コネクタと、電子コネクタによって伝送されるデジタル電子信号とを備える。当該デジタル電子信号において、デジタルパルスは、撮像素子の水平ラインレートと同期するようにタイミングを合わされる。   In another aspect, the present invention resides in an illumination control system for transmitting timing information from an imaging system using a rolling shutter imaging device operating at a horizontal line rate to an illumination system. The irradiation control system includes an electronic connector and a digital electronic signal transmitted by the electronic connector. In the digital electronic signal, the digital pulses are timed to synchronize with the horizontal line rate of the image sensor.

さらに別の局面において、本発明は、水平ラインレートおよび画素クロックレートで動作するローリングシャッター撮像素子を用いる撮像システムから照明システムにタイミング情報を伝達するための照射制御システムにある。この照射制御システムは、電子コネクタと、コネクタによって伝送されるデジタル電子信号とを備える。当該信号は、画素クロックレートから得られるクロックであり、照明システムは、撮像素子の水平ラインレートのタイミングについての予め得た情報を用いてクロック信号から水平ラインレートを得る。   In yet another aspect, the present invention resides in an illumination control system for transmitting timing information from an imaging system using a rolling shutter imaging device that operates at a horizontal line rate and a pixel clock rate to an illumination system. The irradiation control system includes an electronic connector and a digital electronic signal transmitted by the connector. The signal is a clock obtained from the pixel clock rate, and the illumination system obtains the horizontal line rate from the clock signal using information obtained in advance about the timing of the horizontal line rate of the image sensor.

さらに別の局面において、本発明は、水平ラインレートおよびフレームレートで動作するローリングシャッター撮像素子を用いた撮像システム用に適合された照明システムにある。この照明システムは、ランプと、ランプに結合され、ランプをオンおよびオフに切替えるためにランプに通電することができる駆動回路と、駆動回路に結合され、撮像システムからラインタイミング信号を受信するための手段を有するランプ制御回路とを備える。ランプ制御回路は、駆動回路を介してラインタイミング信号と同期してランプに通電し、ラインタイミング信号は、撮像素子の水平ラインレートに基づくものである。ランプ制御回路は、パルス幅変調(PWM)信号を出力し、PWM信号により駆動回路は、ラインタイミング信号と同期してパルス幅変調方式でランプに通電する。PWM信号の周期は撮像素子の水平ライン周期の整数倍であるがフレーム周期よりも短い。PWMデューティ比は、光出力の量を制御するように可変である。   In yet another aspect, the present invention resides in an illumination system adapted for an imaging system using a rolling shutter image sensor that operates at a horizontal line rate and a frame rate. The illumination system is coupled to a lamp, a drive circuit coupled to the lamp and capable of energizing the lamp to switch the lamp on and off, and coupled to the drive circuit for receiving a line timing signal from the imaging system A lamp control circuit having means. The lamp control circuit energizes the lamp in synchronization with the line timing signal via the drive circuit, and the line timing signal is based on the horizontal line rate of the image sensor. The lamp control circuit outputs a pulse width modulation (PWM) signal, and the drive circuit energizes the lamp by the pulse width modulation method in synchronization with the line timing signal based on the PWM signal. The period of the PWM signal is an integral multiple of the horizontal line period of the image sensor, but is shorter than the frame period. The PWM duty ratio is variable to control the amount of light output.

さらに別の局面において、本発明は、読出し中に一時的に休止可能なローリングシャッター撮像素子を用いた撮像システム用に適合された照明システムにある。この照明システムは、ランプと、ランプに結合され、ランプをオンおよびオフに切替えるためにランプに通電することができる駆動回路と、駆動回路に結合され、撮像システムからタイミング信号を受信するための手段を有するランプ制御回路とを備える。ランプ制御回路は、駆動回路を介してタイミング信号に合わせてランプに通電する。ランプ制御回路はランプ駆動信号を出力し、ランプ駆動信号により駆動回路は、撮像素子の読出しの休止中はランプに通電し、撮像素子の読出し中はランプの電源を断つ。   In yet another aspect, the present invention resides in an illumination system adapted for an imaging system using a rolling shutter imaging device that can be temporarily paused during readout. The illumination system includes a lamp, a drive circuit coupled to the lamp and capable of energizing the lamp to switch the lamp on and off, and a means coupled to the drive circuit for receiving a timing signal from the imaging system A lamp control circuit. The lamp control circuit energizes the lamp in accordance with the timing signal via the drive circuit. The lamp control circuit outputs a lamp driving signal, and the driving circuit in response to the lamp driving signal energizes the lamp while reading of the image sensor is stopped, and cuts off the power of the lamp during reading of the image sensor.

さらに別の局面において、本発明は、アクティブ画素データのラインの必要部分とラインの不要部分とを有するローリングシャッター撮像素子を用いた撮像システム用に適合された照明システムにある。この照明システムは、ランプと、ランプに結合され、ランプをオンおよびオフに切替えるためにランプに通電することができる駆動回路と、駆動回路に結合され、撮像システムからタイミング信号を受信するための手段を有するランプ制御回路とを備える。ランプ制御回路は、駆動回路を介してタイミング信号に合わせてランプに通電する。ランプ制御回路はランプ駆動信号を出力し、ランプ駆動信号により駆動回路は、撮像素子の不要部分の読出し中はランプに通電し、撮像素子の必要部分の読出し中はランプの電源を断つ。   In yet another aspect, the present invention resides in an illumination system adapted for an imaging system using a rolling shutter imager having a necessary portion of a line of active pixel data and an unnecessary portion of the line. The illumination system includes a lamp, a drive circuit coupled to the lamp and capable of energizing the lamp to switch the lamp on and off, and a means coupled to the drive circuit for receiving a timing signal from the imaging system A lamp control circuit. The lamp control circuit energizes the lamp in accordance with the timing signal via the drive circuit. The lamp control circuit outputs a lamp driving signal, and the driving circuit in response to the lamp driving signal energizes the lamp during reading of an unnecessary part of the image sensor, and cuts off the power supply of the lamp during reading of the necessary part of the image sensor.

本発明の現在好ましい実施形態のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a presently preferred embodiment of the present invention. 図1の実施形態における信号のさまざまなタイミング関係を示すタイミング図であり、1つのライン読出しの時間がパルス幅変調のタイムベースとして用いられる。FIG. 2 is a timing diagram illustrating various timing relationships of signals in the embodiment of FIG. 1, wherein one line read time is used as a time base for pulse width modulation. 例示的な内視鏡動画カメラシステムの文脈において、タイミング情報を撮像システムから照明システム(共通の筐体内または共通の回路基板上に一体化されていてもよいし、一体化されていなくてもよい)に伝達するための照射制御システムのブロック図であり、当該内視鏡動画カメラシステムにおいて、撮像システムは、水平ラインレートで動作するローリングシャッター撮像素子を含み、照明システムは、ローリングシャッター撮像素子の水平ラインレートと同期するデジタルパルスを有するデジタル電子信号を受信する。In the context of an exemplary endoscopic video camera system, timing information may be integrated from the imaging system into the illumination system (in a common housing or on a common circuit board, or may not be integrated). In the endoscope video camera system, the imaging system includes a rolling shutter imaging device that operates at a horizontal line rate, and the illumination system includes a rolling shutter imaging device. A digital electronic signal having a digital pulse synchronized with the horizontal line rate is received. 図3と同様の、タイミング情報を撮像システムから照明システムに伝達するための照射制御システムのブロック図であり、当該照射制御システムにおいて、撮像システムは、水平ラインレート、および、より詳細には画素クロックレートで動作するローリングシャッター撮像素子を含み、照明システムは、画素クロックレートで振動するクロック信号に対応するデジタル電子信号を受信し、照明システムは、クロック信号および他の公知のパラメータから撮像素子の水平ラインレートを得るための好適な処理機能を含む。FIG. 4 is a block diagram of an illumination control system for transmitting timing information from the imaging system to the illumination system, similar to FIG. 3, in which the imaging system includes a horizontal line rate and, more specifically, a pixel clock. The lighting system receives a digital electronic signal corresponding to a clock signal that oscillates at a pixel clock rate, and the lighting system receives the horizontal image sensor from the clock signal and other known parameters. Includes suitable processing functions for obtaining line rates. 図1の実施形態における信号のさまざまなタイミング関係を示すタイミング図であり、複数(ここでは2つ)のラインの読出しの時間が、パルス幅変調に関するタイムベースとして用いられる。FIG. 2 is a timing diagram showing various timing relationships of signals in the embodiment of FIG. 1, and the read time of a plurality (here, two) lines is used as a time base for pulse width modulation.

本発明およびそのざまざまな実施形態は、特許請求の範囲で定義された本発明の例として示された、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を参照することによって、より良く理解することができる。特許請求の範囲によって定義された本発明は、以下で説明する実施形態よりも広いものであり得るということが明示的に理解される。   The invention and its various embodiments can be better understood with reference to the following detailed description of the preferred embodiments, presented as examples of the invention as defined in the claims. . It is expressly understood that the invention as defined by the claims can be broader than the embodiments described below.

好ましい実施形態の詳細な説明
図1は本発明の現在好ましい実施形態のブロック図を示す。示された実施形態および他の実施形態は、「ローリングシャッター」撮像素子が動作時に「水平ラインレート」を有すると言えるという基本的見解に基づく。当該レートは、ラスタデータの水平ライン全体が読出されるレートである。さらに、撮像素子は「画素クロックレート」を有する。当該レートは、ライン内の各画素がセンサ(撮像素子)から個別に読出されるまたは「クロックアウト(clocked out)」されるレートである。この画素クロックレートは、典型的にはラインレートよりも数百倍から数千倍高速である。ラインレートはセンサのシャッター機構、ひいては露出に直接関係する。というのは、或るラインを読出す時と、当該ラインをさらに露出し始める時またはクリア(clear)し終わる時との間でライン数を増加または減少させることによって、当該ラインの露出時間が変化するからである。
Detailed Description of the Preferred Embodiment FIG. 1 shows a block diagram of a presently preferred embodiment of the present invention. The illustrated embodiment and other embodiments are based on the basic view that a “rolling shutter” image sensor can be said to have a “horizontal line rate” in operation. The rate is a rate at which the entire horizontal line of raster data is read. Further, the image sensor has a “pixel clock rate”. The rate is the rate at which each pixel in the line is individually read out or “clocked out” from the sensor (imaging device). This pixel clock rate is typically several hundred to several thousand times faster than the line rate. The line rate is directly related to the shutter mechanism of the sensor and thus the exposure. This is because the exposure time of a line is changed by increasing or decreasing the number of lines between when a line is read and when the line starts to be exposed further or finishes clearing. Because it does.

図示のように、好ましい実施形態は、ローリングシャッター撮像素子103を有するカメラと、光源114とを備える内視鏡的または類似の動画システムに関する。光源114は、ローリングシャッター撮像素子103上に焦点を結んだ対象物を戦略的に照射するために、PWM信号111と関連駆動回路112とによりパルス状にオンおよびオフされる。好ましい実施形態において、ローリングシャッター撮像素子103はCMOS撮像素子で実現される。しかしながら、露出のためのローリングシャッター手法は、他の撮像素子技術に用いられてもよい。さらに、好ましい光源114は1つ以上のLEDで構成されるが、好ましいおよび/または代替的な実施形態は、現在存在するかまたは将来開発される如何なる好適な光源によっても実現され得る。したがって、LEDに言及した場合、それは如何なる好適な光源への言及でもあると理解すべきである。   As shown, the preferred embodiment relates to an endoscopic or similar video system comprising a camera having a rolling shutter image sensor 103 and a light source 114. The light source 114 is turned on and off in a pulsed manner by the PWM signal 111 and the associated drive circuit 112 in order to strategically irradiate an object focused on the rolling shutter image sensor 103. In a preferred embodiment, the rolling shutter image sensor 103 is realized by a CMOS image sensor. However, the rolling shutter technique for exposure may be used for other image sensor technologies. Furthermore, although the preferred light source 114 is comprised of one or more LEDs, preferred and / or alternative embodiments can be realized with any suitable light source that currently exists or will be developed in the future. Thus, when referring to an LED, it should be understood that it is a reference to any suitable light source.

より詳細には、カメラタイミング論理部101は、タイミング信号102をローリングシャッター撮像素子103(たとえばCMOS撮像素子)に提供し、ローリングシャッター撮像素子103は、撮像素子動画信号104を生成する。画像プロセッサ105は、撮像素子動画信号104を処理して、動画出力信号106と強度信号109とを生成する。動画出力信号106は動画出力装置107を駆動する。強度信号109はランプ制御論理部110にフィードバックされ、所望の露出を達成するためにLED114に求められる光がより多いか少ないかを示す。カメラタイミング論理部101は、ラインタイミング信号108も提供する。このラインタイミング信号108はランプ制御論理部101によって用いられて、PWM信号111を駆動回路112と同期する。そうすると今度は駆動回路112が、PWM信号111と線形相関した駆動電流パルス113を光源114(たとえばLED)に出力する。   More specifically, the camera timing logic unit 101 provides a timing signal 102 to a rolling shutter image sensor 103 (for example, a CMOS image sensor), and the rolling shutter image sensor 103 generates an image sensor moving image signal 104. The image processor 105 processes the image sensor moving image signal 104 to generate a moving image output signal 106 and an intensity signal 109. The moving image output signal 106 drives the moving image output device 107. The intensity signal 109 is fed back to the lamp control logic 110 to indicate whether more or less light is required for the LED 114 to achieve the desired exposure. The camera timing logic unit 101 also provides a line timing signal 108. This line timing signal 108 is used by the lamp control logic unit 101 to synchronize the PWM signal 111 with the drive circuit 112. Then, the drive circuit 112 outputs a drive current pulse 113 linearly correlated with the PWM signal 111 to the light source 114 (for example, LED).

図2は好ましい実施形態におけるいくつかの信号の典型的なタイミング関係を示す。カメラタイミング論理部101によって生成されたラインタイミング信号201(たとえばHSYNC)はランプ制御論理部110に印加されて、駆動電流パルス113のタイムベースおよび同期性を作り出す。アナログ信号(図示)またはデジタル信号であり得る強度信号202が印加される。この強度信号202はランプ制御論理部110によって解釈され、相対デューティ比またはパーセント強度が決定される。最後に、ランプ制御論理部110はPWM信号203を出力し、このPWM信号203は光源113を駆動するために用いられる。光源113を駆動するとは、たとえば、HSYNCのタイミングに基づくタイミングと強度信号202に基づくデューティ比とを有するLED駆動電流パルスを持つLEDエミッタ電流を生じさせることである。強度信号202によって示される強度が高くなるほど、PWM信号111のアクティブな状態すなわち電流駆動状態が長く持続する。   FIG. 2 shows a typical timing relationship of several signals in the preferred embodiment. Line timing signal 201 (eg, HSYNC) generated by camera timing logic 101 is applied to lamp control logic 110 to create the time base and synchrony of drive current pulse 113. An intensity signal 202 is applied, which can be an analog signal (shown) or a digital signal. This intensity signal 202 is interpreted by the lamp control logic 110 to determine the relative duty ratio or percent intensity. Finally, the lamp control logic unit 110 outputs a PWM signal 203 that is used to drive the light source 113. Driving the light source 113 is, for example, generating an LED emitter current having an LED driving current pulse having a timing based on the timing of HSYNC and a duty ratio based on the intensity signal 202. The higher the intensity indicated by the intensity signal 202, the longer the active state of the PWM signal 111, that is, the current drive state.

さらなる文脈として、図1および図2の好ましい実施形態は、医療用撮像装置の文脈において実現され得る。たとえばローリングシャッターを有するCMOS撮像素子を備えた内視鏡動画カメラと、上記カメラによって撮像すべき場面を照射するためのLEDを用いた光源と、典型的にはトランジスタまたは同様の電流スイッチング装置を含むLED駆動回路と、PWM手法を用いて平均LED光出力強度を制御することで上記LED駆動回路を制御する手段を備えた制御回路と、カメラから制御回路へ出力される、CMOS撮像素子のライン読出しのレートと同期する信号とが含まれる。制御回路は、CMOS撮像素子露出システムのライン周波数に基づくレートでLEDをオンおよびオフに点滅させる。CMOS撮像素子露出システムでは、CMOS撮像素子のうちの1つのラインが読出され、次のラインへ移行する前に当該ラインの露出を再開する際に経過する単位時間につき、1つのパルス(または複数のパルス)が生じる。たとえば、1920水平画素×1080垂直ラインを有する標準HD撮像素子が60フレーム毎秒で露出され読出されたとすると、ライン周波数は1080(1フレームあたりのライン数)×60(1秒あたりのフレーム数)となるであろう。これは1秒あたり64,800ライン、すなわち15.432マイクロ秒あたり約1ラインに等しい。タイミング回路は、CMOS撮像素子のこのラインレートと同期するパルスを生成するであろう。このパルスは典型的にはデジタル水平同期(sync)パルスと呼ばれ得て、HSYNCとして周知である。このHSYNCパルスは、典型的にはカメラの出力動画のHSYNC信号またはタイミング要素と同じではないことに留意すべきである。というのは、ローリングシャッター撮像素子は典型的には、従来の動画転送標準規格とライン同期して動作せず、多くの場合従来の動画転送標準規格とライン同期して動作できないからである。従来の動画転送標準規格の一例としては、SMPTE−274Mで規定されるような1080p動画フォーマットがある。制御回路は、典型的には電気ケーブルおよび電気コネクタを用いてこの撮像素子HSYNCデジタルパルスを撮像システムから受信して、PWMタイムベースに合わせた位置および周波数を利用するであろう。駆動回路を用いて、制御回路は、ユーザによる直接入力により決定された通り、またはカメラ処理により計算された通り、LEDに求められる所望のパーセント強度に相当する各駆動パルスのデューティ比に合わせた位置および周波数でLED電流をパルス状にする。1つの実現され得るタイミングを図2に示す。   As a further context, the preferred embodiments of FIGS. 1 and 2 can be implemented in the context of a medical imaging device. For example, an endoscopic video camera with a CMOS imager with a rolling shutter, a light source using LEDs to illuminate the scene to be imaged by the camera, and typically a transistor or similar current switching device A LED driving circuit, a control circuit having means for controlling the LED driving circuit by controlling the average LED light output intensity using a PWM method, and line reading of a CMOS image sensor output from the camera to the control circuit And a signal that is synchronized with the rate. The control circuit blinks the LEDs on and off at a rate based on the line frequency of the CMOS imager exposure system. In a CMOS imager exposure system, one line of CMOS imagers is read out and one pulse (or multiple pulses per unit time elapsed when resuming exposure of that line before moving to the next line). Pulse). For example, if a standard HD imaging device having 1920 horizontal pixels × 1080 vertical lines is exposed and read out at 60 frames per second, the line frequency is 1080 (number of lines per frame) × 60 (number of frames per second). It will be. This is equal to 64,800 lines per second, or approximately 1 line per 15.432 microseconds. The timing circuit will generate a pulse that is synchronized with this line rate of the CMOS imager. This pulse can typically be referred to as a digital horizontal sync (sync) pulse and is known as HSYNC. Note that this HSYNC pulse is typically not the same as the HSYNC signal or timing element of the camera output video. This is because a rolling shutter imaging device typically does not operate in line synchronization with a conventional video transfer standard, and often cannot operate in line synchronization with a conventional video transfer standard. An example of a conventional video transfer standard is the 1080p video format as defined by SMPTE-274M. The control circuit will typically receive this image sensor HSYNC digital pulse from the imaging system using an electrical cable and electrical connector and utilize the position and frequency tailored to the PWM time base. Using the drive circuit, the control circuit is positioned to the duty ratio of each drive pulse corresponding to the desired percent intensity desired for the LED, as determined by direct input by the user or as calculated by camera processing. And pulse the LED current at frequency. One possible timing is shown in FIG.

このようなラインベース(line-based)PWMシステムは従来のフレームベース(frame-based)PWMのシステムよりも遥かに高速で動作するため、適切なオンおよびオフ応答時間のLEDが必要であるとともに、このレートでパルス幅の持続時間をできる限り短くして大きなLED電流を駆動することのできる駆動回路が必要である。このラインベース方式のパルス幅と従来のフレームベース方式のパルス幅との比は、撮像素子におけるライン数で近似される。たとえば、1フレームにつき1パルスとすると、60フレーム毎秒で動作するフレームベースシステムならば、1%PWMパルス持続時間は0.01×1/60=160マイクロ秒となるであろう。一方、上述のラインベースシステムならば、対応する1%PWMパルス持続時間は0.01×1/64,800=150ナノ秒となるであろう。つまり、1:1080の比である。フレームレートおよびセンサの解像度の増加に伴って、所望の結果を得るためには特別なLEDおよび駆動回路が必要になり得る。さらに、このラインベースシステムの駆動回路は、フレームベースシステムとは対照的に、典型的にはより多くのパワーを消費し、より多くの熱を放散するであろう。というのは、ラインベースシステムの駆動回路は、1フレームにつき遥かに多くのオフからオンへの遷移、およびオンからオフへの遷移を行なう必要があり、この遷移の各々において、状態をアナログ方式で切替える際に装置内の熱を放散させるからである。上述の例に関して、このラインベースシステムでは1フレームにつき2×1080=2160の遷移であるのに対して、フレームベースシステムでは1フレームにつき2または4の遷移であるだろう。このため、コストならびに機械的および電気的条件である放散パワーを最小限にするために、LEDを1ラインにつき複数回のパルスとするのではなく、1ラインにつき1回のみのパルスとすれば有利であろう。   Such line-based PWM systems operate at a much higher speed than conventional frame-based PWM systems, thus requiring LEDs with appropriate on and off response times, There is a need for a drive circuit that can drive a large LED current with the pulse width duration as short as possible at this rate. The ratio between the line-based pulse width and the conventional frame-based pulse width is approximated by the number of lines in the image sensor. For example, assuming 1 pulse per frame, a frame-based system operating at 60 frames per second would have a 1% PWM pulse duration of 0.01 × 1/60 = 160 microseconds. On the other hand, for the line-based system described above, the corresponding 1% PWM pulse duration would be 0.01 × 1 / 64,800 = 150 nanoseconds. That is, a ratio of 1: 1080. With increasing frame rate and sensor resolution, special LEDs and drive circuitry may be required to achieve the desired results. In addition, the drive circuitry of this line-based system will typically consume more power and dissipate more heat as opposed to the frame-based system. This is because the drive circuit of a line-based system needs to make much more off-to-on transitions and on-to-off transitions per frame, and in each of these transitions the state is analogized. This is because the heat in the apparatus is dissipated when switching. For the above example, this line-based system would have 2 × 1080 = 2160 transitions per frame, whereas in a frame-based system there would be 2 or 4 transitions per frame. Thus, to minimize cost and dissipative power, which is a mechanical and electrical condition, it is advantageous to have the LED only one pulse per line rather than multiple pulses per line. Will.

図3は、撮像システム20と照明システム30とが別々のユニットである典型的な医療用内視鏡検査の状況を示すが、これら2つのシステムは同一の筐体内で一体化されてもよいことに留意すべきである。これら2つのシステムの間には、当該2つのシステム間で水平ラインレート信号を伝送する照射制御システムがある。これは典型的には、両方のシステム上に存在する電気コネクタと、間にある電気ケーブルとによって物理的に実現されるであろう。このシステムにおいて、システム間で伝達される信号は、撮像システムにおける撮像素子の水平ラインレートのデジタルパルス表現である。この信号に基づいて、照明システム30は、撮像システム20の水平ラインレートと同期して関連光源(たとえばLEDまたは他のランプ)に通電する。   FIG. 3 shows a typical medical endoscopy situation where the imaging system 20 and the illumination system 30 are separate units, but that the two systems may be integrated within the same housing. Should be noted. Between these two systems is an illumination control system that transmits a horizontal line rate signal between the two systems. This will typically be physically realized by the electrical connectors present on both systems and the electrical cables in between. In this system, the signal transmitted between the systems is a digital pulse representation of the horizontal line rate of the image sensor in the imaging system. Based on this signal, the illumination system 30 energizes the associated light source (eg, an LED or other lamp) in synchronization with the horizontal line rate of the imaging system 20.

図4は図3のシステムと非常に類似したシステムを示すが、異なる点は、撮像システムから照明システムに伝達される信号が、撮像素子の画素クロックレートに基づくクロック信号であるという点である。図示のように、照明システム30は、クロック信号から水平ラインレートを得るための好適な手段を含む。このような場合、照明システムは、撮像素子および撮像システムのタイミングについての何らかの予め得た情報が必要であろう。この情報は、照明システム内にプログラムされるか、または、シリアル通信ポートなどの別の電気的インターフェイスを用いて撮像システムから照明システムに伝達され得る。   FIG. 4 shows a system that is very similar to the system of FIG. 3, with the difference that the signal transmitted from the imaging system to the illumination system is a clock signal based on the pixel clock rate of the imaging device. As shown, the illumination system 30 includes suitable means for obtaining a horizontal line rate from the clock signal. In such a case, the lighting system will need some pre-obtained information about the imaging device and the timing of the imaging system. This information can be programmed into the illumination system or communicated from the imaging system to the illumination system using another electrical interface, such as a serial communication port.

本発明の別の実施形態は、上述のシステムの一般的な形態であろう。ここでは、カメラから制御回路への信号はカメラ自体の動画出力であり、制御回路は動画信号のラインの間隔からPWMタイムベースを抽出する。これは、SMPTE 274Mなどの動画標準規格に則るものであり得る。本実施形態は、カメラと制御回路との間のより一般的なインターフェイスを可能にし、これら2つの装置は適切な同期を達成するための標準インターフェイスを用い得る。これは、撮像素子タイミング論理部への直接のインターフェイス無しで行なわれ得るため、特殊ではなく専用でもないインターフェイスでよいという潜在的利点がある。本実施形態は、システムの光源要素とカメラ要素とが同一のユニットまたは筐体内に含まれていない場合に有利である。最良の結果のために、この方法は、撮像素子ラインレートと出力動画ラインレートとの間で同じ時間関係を必要とする。これらは、動画カメラのすべての実施において全く同じ持続時間または同時とは限らないので、普遍的な解決策ではない。しかしながら、このような場合、このインターフェースは、画像レベル情報も伝えるという追加の利点を有する。というのは、それは動画そのものだからである。したがって、照明システムは必要に応じて光の明るさを自動的に調節するために必要な情報を有するであろう。   Another embodiment of the invention would be a general form of the system described above. Here, the signal from the camera to the control circuit is the moving image output of the camera itself, and the control circuit extracts the PWM time base from the line interval of the moving image signal. This can be in accordance with moving picture standards such as SMPTE 274M. This embodiment allows a more general interface between the camera and the control circuit, and these two devices can use a standard interface to achieve proper synchronization. This can be done without a direct interface to the image sensor timing logic, and therefore has the potential advantage of being a non-special and non-dedicated interface. This embodiment is advantageous when the light source element and camera element of the system are not contained within the same unit or enclosure. For best results, this method requires the same time relationship between the image sensor line rate and the output video line rate. These are not universal solutions because they are not necessarily the same duration or simultaneous in all implementations of video cameras. However, in such cases, this interface has the additional advantage of also conveying image level information. Because it ’s the video itself. Thus, the lighting system will have the necessary information to automatically adjust the brightness of the light as needed.

本発明の別の実施形態は、CMOS撮像素子のラインが読出されず画像のすべてのラインが露出されている持続時間が存在する場合であろう。これは、たとえば撮像システムが使用されている国の動画標準規格に応じて50フレーム毎秒および60フレーム毎秒の両方で動作するシステムなどの、マルチフレームレート撮像システムにおける一般的な手法である。たとえば、すべてのラインが露出されている持続時間はフレーム持続時間全体の16%であり得るが、設計に応じてより長くてもよいし短くてもよい。これらの「アイドル(idle)」露出時間中、あたかもラインがそのレートで読出されているかのように、そうでなければ水平ライン周波数に対応したであろう周波数と同じ周波数で、LEDはパルス状にされ続けてもよい。LEDはまた、このアイドル時間全体でオフまたはオンされてもよい。LEDはまた、この時間の一部において、パルス状または一定の態様で、このアイドル時間のうち固定または可変の割合でオンされてもよい。この割合は、フレームの非アイドル期間中に用いられるデューティ比または周波数に対応してもよいし、対応しなくてもよい。   Another embodiment of the invention would be where there is a duration that the lines of the CMOS imager are not read and all the lines of the image are exposed. This is a common approach in multi-frame rate imaging systems, such as a system that operates at both 50 frames per second and 60 frames per second, depending on the national moving picture standard in which the imaging system is used. For example, the duration that all lines are exposed may be 16% of the total frame duration, but may be longer or shorter depending on the design. During these “idle” exposure times, the LEDs are pulsed at the same frequency that would otherwise correspond to the horizontal line frequency, as if the line were being read at that rate. May continue to be done. The LED may also be turned off or on during this entire idle time. The LED may also be turned on at a fixed or variable percentage of this idle time in a pulsed or constant manner during a portion of this time. This ratio may or may not correspond to the duty ratio or frequency used during the non-idle period of the frame.

たとえば、典型的な1080p(1920画素×1080ライン、プログレッシブ・スキャン)解像度カメラの用途のためのCMOSセンサは、パナソニック MN34041であり、これは、2010×1108の画素アレイ全体のうちの、1944×1092のアクティブ画素アレイを有する。アレイ全体のうちのアクティブではない画素は、光学的に黒の画素(光に露出されないように覆われ、相対的な黒レベルまたはノイズフロアを形成するアクティブ画素)、または有用なデータを有しない「ダミー(dummy)」画素もしくは無効画素であり得る。1080p動画タイミングを規定するSMPTE 274標準規格は、1フレーム当たり全部で1125ライン(1080のアクティブピクチャーラインと45のブランキングラインとを含む)を必要とする。MN34041は、1フレーム当たりに読出すべきラインを全部で1108ラインしか有しないため、センサラインが出力動画タイミングと比較的同期して読出される場合、17ラインの不足がある。この17出力動画ラインの追加時間中、ランプを点滅させるために、センサは読出しを休止してもよい。   For example, a CMOS sensor for a typical 1080p (1920 pixels × 1080 lines, progressive scan) resolution camera application is the Panasonic MN34041, which is 1944 × 1092 of the entire 2010 × 1108 pixel array. Active pixel array. Inactive pixels of the entire array are optically black pixels (active pixels that are covered so that they are not exposed to light and form a relative black level or noise floor) or have no useful data. It can be a “dummy” pixel or an invalid pixel. The SMPTE 274 standard specifying 1080p video timing requires a total of 1125 lines (including 1080 active picture lines and 45 blanking lines) per frame. Since MN34041 has only a total of 1108 lines to be read out per frame, if the sensor lines are read out relatively synchronously with the output moving image timing, there are 17 shortages. During the additional time of this 17-output video line, the sensor may pause reading in order to blink the lamp.

いくつかの撮像素子については、読出し処理が行なわれていることによって露出が妨げられるラインが1つもないように撮像素子を露出するために、カメラ読出しを休止してもよい。他の撮像素子については、読出しモードでないラインがないようにしてもよい(当該モードでは露出の可能性がない)。そのような撮像素子については、休止およびランプ点滅は、出力画像にとって不要な予め定められたラインと一致するようにタイミングが決められてもよい。この予め定められたラインは、画像の最上ラインまたは最下ラインなどの、トランケーションのために選択されたアクティブラインであってもよく、出力画像で使用されない余分なアクティブラインであってもよく、光学的に黒のラインまたはダミー画素のラインであってもよい。いくつかのローリングシャッター撮像素子の読出しの休止は短時間のみでもよい。その場合、当該方法は、比較的短い露出が望まれる場合にのみ使用され得る。たとえば、撮像素子は、17出力動画ラインの単一の持続時間の間、当該撮像素子の読出しの休止を許可しなくてもよい。この場合、複数のライン読出し中、好ましくは光学的に黒のラインまたはダミーラインの読出し中に複数の休止があってもよい。それは、任意の1ラインについての休止の量を減らすためである。所望の露出を達成するために、これらの休止のうちのいずれかまたはすべてのうちの任意の部分のときに、ランプがオンされてもよい。   For some image sensors, camera readout may be paused to expose the image sensor so that there is no line that is prevented from being exposed by the readout process being performed. For other image sensors, there may be no lines other than the readout mode (there is no possibility of exposure in this mode). For such an image sensor, the pause and blinking of the lamp may be timed to coincide with a predetermined line that is unnecessary for the output image. This predetermined line may be the active line selected for truncation, such as the top or bottom line of the image, may be an extra active line not used in the output image, and optical Alternatively, it may be a black line or a dummy pixel line. Some rolling shutter imaging devices may be stopped for a short period of time. In that case, the method can only be used if a relatively short exposure is desired. For example, the imaging device may not allow reading pause of the imaging device for a single duration of 17 output video lines. In this case, there may be a plurality of pauses during readout of a plurality of lines, preferably during readout of an optically black line or dummy line. This is to reduce the amount of pause for any one line. The lamp may be turned on at any part of any or all of these pauses to achieve the desired exposure.

本実施形態では、撮像素子シャッターは、カメラ制御論理部により、フルフレーム持続時間の間ラインを露出するように設定されている。撮像素子制御論理部がすべてのラインをフレームから読出した後、撮像素子制御論理部は、ランプをオンおよびオフに点滅するために読出しを短時間休止し、新たな露出を作り出す。次いで撮像素子制御論理部は、その露出に基づくフレームにおけるすべてのラインの読出しを進めて、再びサイクルを開始する。典型的なローリングシャッター撮像素子では、撮像素子から読出し中のラインは、同時には露出することができない。したがって、アクティブラインの読出し中にランプの1回の点滅が起こったとすると、次の出力フレームでは当該ラインは露出されず、当該ラインは暗いであろう。多くのカメラの用途において、画像安定化などの特徴のために余分なアクティブラインが用いられるため、ランプパルスの最も有利な位置は、光学的に黒の画素ラインの読出し時間中およびダミー画素ラインの読出し時間中のみである。   In this embodiment, the image sensor shutter is set by the camera control logic to expose the line for the full frame duration. After the image sensor control logic reads all lines from the frame, the image sensor control logic pauses the readout for a short time to flash the lamp on and off, creating a new exposure. The image sensor control logic then proceeds to read all lines in the frame based on the exposure and starts the cycle again. In a typical rolling shutter image sensor, the lines being read from the image sensor cannot be exposed simultaneously. Thus, if a single blink of the lamp occurs during the active line readout, the line will not be exposed in the next output frame and the line will be dark. In many camera applications, the extra active line is used for features such as image stabilization, so the most advantageous location of the ramp pulse is during the readout time of the optical black pixel line and the dummy pixel line. Only during read time.

本実施形態の利点は、従来のフレームベースPWMシステムと同じ速度のランプ駆動回路を使用しながら、撮像素子の露出の持続時間を典型的なライン周期(ライン周波数の逆数)よりも短くすることを達成できる点である。また、本実施形態は、1ラインよりも長い(たとえば17ライン)露出の持続時間を可能にする。その結果、本実施形態は、撮像素子およびランプの動作のモードとして使用される時間の割合がより多くなり、撮像素子制御論理部が継続的に撮像素子シャッター動作を変化させることなく滑らかな自動露出動作が得られる。本実施形態の別の利点は、ローリングシャッター撮像素子によく見られる動きの歪みがなくなる点である。なぜなら、CCDなどのフルフレームシャッター撮像素子の場合に当てはまるように、すべてのラインが同時に光に露出されるからである。本実施形態のトレードオフは、露出が実行可能である時間の長さに制限があるため、同じシステムにおいてより長い露出を達成するためには、それに伴って別の方法を用いることが必要になるであろう点である。これは、本発明の別の実施形態であり得る。すなわち、固定されたランプ出力とともに、(本実施形態を用いる場合にはランプのパルス時間に対して)より長い撮像素子シャッター露出時間を用いることである。   The advantage of this embodiment is that the duration of exposure of the image sensor is shorter than a typical line period (reciprocal of line frequency) while using a lamp driving circuit having the same speed as a conventional frame-based PWM system. It is a point that can be achieved. This embodiment also allows for a duration of exposure longer than one line (eg, 17 lines). As a result, in this embodiment, the proportion of time used as the operation mode of the image sensor and the lamp is increased, and the automatic image sensor control logic unit performs smooth automatic exposure without continuously changing the image sensor shutter operation. Operation is obtained. Another advantage of this embodiment is that it eliminates the motion distortion often seen in rolling shutter imaging devices. This is because all lines are exposed to light simultaneously, as is the case with a full frame shutter imaging device such as a CCD. The trade-off in this embodiment is limited in the length of time that the exposure can be performed, so to achieve longer exposures in the same system, it is necessary to use another method accordingly. That would be the point. This may be another embodiment of the present invention. That is, with a fixed lamp output, use a longer image sensor shutter exposure time (relative to the lamp pulse time when using this embodiment).

前述の実施形態と密接に関係した別の実施形態は、多くの撮像素子は、結果として生じる画像において表示の必要があり得るものよりも多くの出力ラインを有するという事実をさらに利用する。これらの撮像素子について、撮像素子は2つの部分を有すると言える。すなわち、出力画像において実際に使用されるラインを含む「必要(desired)」部分と、光学的に黒の画素、ダミー画素、および任意の不使用アクティブ画素からなる、如何なる残りのラインも含む余剰または「不要(undesired)」部分である。本実施形態では、不要部分におけるラインの読出し中の時間を用いて、必要ラインを同等に露出するようにランプを点滅させてもよい。さらに、ランプ点滅時間が複数の不使用ライン時間にわたるように、撮像素子の不要部分の全体を用いてランプを点滅させてもよい。さらにこれは前述の実施形態の拡張であってもよい。つまり、不要部分の読出し中、および任意の読出し休止中の両方にランプを通電するように、読出し中に撮像素子を休止してもよい。前述の実施形態と同様に、撮像素子が画素アレイの不要部分を出力している時間中にランプが点滅するように設定されている場合、撮像素子シャッターは、フレーム周期全体について、すなわち、すべてのライン時間について、ラインを露出するように設定されるべきである。   Another embodiment, closely related to the previous embodiment, further exploits the fact that many image sensors have more output lines than may be necessary for display in the resulting image. About these image sensors, it can be said that an image sensor has two parts. That is, a “desired” portion that includes lines that are actually used in the output image and an extra or including any remaining lines consisting of optically black pixels, dummy pixels, and any unused active pixels. It is the “undesired” part. In this embodiment, the lamp may be blinked so as to expose the necessary lines equally using the time during the reading of the lines in the unnecessary part. Further, the lamp may be blinked using the entire unnecessary portion of the image sensor so that the lamp blinking time spans a plurality of unused line times. Furthermore, this may be an extension of the previous embodiment. That is, the image sensor may be paused during readout so that the lamp is energized both during readout of unnecessary portions and during any readout pause. Similar to the previous embodiment, if the lamp is set to flash during the time that the image sensor is outputting the unwanted portion of the pixel array, the image sensor shutter is for the entire frame period, i.e. all The line time should be set to expose the line.

本実施形態は、撮像素子が多くの時間は休止することができない場合、撮像素子を休止することが望ましくない場合、および/または、撮像素子の出力が出力動画にフレーム同期し得るが必ずしもライン同期はしない場合に特に有用である。前述の実施形態と同様に、フレームベースPWMシステムと同じ速度のランプ駆動回路を使用しながら、露出の持続時間を典型的なライン周期よりも短くすることを達成でき、ローリングシャッターによる動きの歪みがなくなる。また、本実施形態は、撮像素子およびランプの動作のモードとして使用する時間の割合がより多い場合に、前述の実施形態よりもさらに長い露出の持続時間が可能になり、撮像素子制御論理部が継続的に撮像素子シャッター動作を変化させることなく滑らかな自動露出動作が得られる。本実施形態には、前述の実施形態と同じトレードオフがある。ここでは、不要部分読出しの時間よりも長い露出時間を達成するために、本実施形態は第2の露出モードの使用を必要とするという点においてである。   In this embodiment, when the image sensor cannot be paused for a long time, when it is not desirable to pause the image sensor, and / or the output of the image sensor can be frame-synchronized with the output video, but it is not This is especially useful when not. Similar to the previous embodiment, while using a lamp drive circuit at the same speed as the frame-based PWM system, it is possible to achieve a shorter exposure duration than a typical line period, and the motion distortion due to the rolling shutter is reduced. Disappear. In addition, in this embodiment, when the ratio of the time used as the operation mode of the image sensor and the lamp is larger, the exposure duration can be longer than that in the above-described embodiment, and the image sensor control logic unit A smooth automatic exposure operation can be obtained without continuously changing the image sensor shutter operation. This embodiment has the same tradeoff as the previous embodiment. Here, in order to achieve an exposure time longer than the time for reading out the unnecessary portion, the present embodiment requires the use of the second exposure mode.

本発明の別の実施形態は、ランプがライン単位でオンおよびオフに変調される場合であろう。言い換えると、ランプは1つまたは複数のラインに対してオンされ、交互に次の1つまたは複数のラインに対してオフされるであろう。このタイプのシステムの利点は、本質的にパルスが長いか、またはランプ自体が上述の実施形態のような高速レートでオンおよびオフできないような、より低速の、ひいてはより低価格な駆動回路が採用され得ることである。このことは、さらに、より低周波数の放射性および伝導性エミッションが高出力スイッチングによって生成されるという利点を有する。しかしながら、このタイプのライン変調の不利な点は、画像のすべてのラインまたは領域に亘って完全に均一な露出を達成するために、オンのライン数およびオフのライン数という要因によってしか撮像素子の全体の光露出時間が増加または減少され得ないということである。たとえば、75%の出力がランプに求められる場合、3つのラインに対してオン、かつ1つのラインに対してオフであるようにランプが点滅し得る。その結果、ランプオンタイムのランプオフタイムに対する比3:1をすべてのラインが受けることを確実にするために、露出時間の増加単位(increment)が4ラインとなるようにローリングシャッターを設定しなければならなくなる。したがって、必要となる出力比を作り出すためのラインが少ないほど、所与の数の水平撮像素子ラインに対して利用可能なシャッターの増加単位が大きくなる。露出増加単位が大きいほど、取り得る露出値の数が小さくなり、ひいては露出の制御が粗くなる。このことは、自動露出システムにおいて滑らかなシャッター動作が望まれる場合不利となる可能性がある。ランプから50%の光出力を達成するための最小露出増加単位は2ライン、つまり交互の1つのオンのラインおよび1つのオフのラインである。ほとんどのセンサは偶数の水平画像ラインを有するが、それらが均等な撮像素子ラインの合計数に分割されるならば、奇数のシャッター露出増加単位が用いられてもよい。HDにおいて1080ラインシステムが一般的であるが、1080という数は因数として3と5とを有するため、これらの露出増加単位は実現可能であろう。   Another embodiment of the invention would be where the lamp is modulated on and off on a line-by-line basis. In other words, the lamp will be turned on for one or more lines and alternately turned off for the next one or more lines. The advantage of this type of system is that it employs slower, and thus less expensive drive circuits that are inherently longer pulses or that the lamp itself cannot be turned on and off at a faster rate as in the previous embodiment. Is that it can be done. This further has the advantage that lower frequency radiated and conducted emissions are produced by high power switching. However, the disadvantage of this type of line modulation is that the imaging element can only be driven by factors such as the number of on-lines and the number of off-lines in order to achieve a perfectly uniform exposure across all lines or regions of the image. The overall light exposure time cannot be increased or decreased. For example, if 75% power is required for the lamp, the lamp may blink so that it is on for three lines and off for one line. As a result, the rolling shutter must be set so that the exposure time increment is 4 lines to ensure that all lines receive a 3: 1 ratio of lamp on time to lamp off time. I will have to. Therefore, the fewer lines to create the required output ratio, the greater the increment of shutter available for a given number of horizontal image sensor lines. The larger the exposure increase unit, the smaller the number of exposure values that can be taken, and thus the exposure control becomes rougher. This can be disadvantageous when a smooth shutter operation is desired in an automatic exposure system. The minimum exposure increase unit to achieve 50% light output from the lamp is two lines, one alternating on line and one off line. Most sensors have an even number of horizontal image lines, but an odd number of shutter exposure increments may be used if they are divided into a total number of even imager lines. While 1080 line systems are common in HD, the number 1080 is a factor of 3 and 5, so these exposure increments would be feasible.

以下の表はこの方法ための最も現実的な比を、5ライン露出増加単位まで示す。   The following table shows the most realistic ratio for this method up to 5 line exposure increments.

Figure 2018526765
Figure 2018526765

上の表において、2:2のライン比に注目すべきである。というのは、2:2のライン比は1:1のライン比と同じランプ出力結果をもたらすが、半分の周波数でランプを点滅させるからである。したがって、より高い露出増加単位という代償を払って、より低速なオンタイムおよびオフタイムで、さらに低速の駆動回路またはランプが利用可能である。   Note the 2: 2 line ratio in the table above. This is because a 2: 2 line ratio yields the same lamp output result as a 1: 1 line ratio, but flashes the lamp at half the frequency. Thus, slower driving circuits or lamps are available with slower on-time and off-time at the cost of higher exposure increments.

ランプのラインベースPWM制御を含む上記実施形態の各々は、先行技術に対して顕著な利点を提供する。しかしながら、上記実施形態はいずれも、非常に高速なLEDドライバを必要とするという不利な点、またはシャッターの粗調整が複雑であり、融通性が制限され、自動明るさ制御に関して視覚的に「滑らか」ではないという不利な点も有する。したがって、低速LEDドライバと、視覚的な「滑らかさ」のための可変PWMデューティ比と、の両方を使用可能なPWMシステムを採用することが望ましい。   Each of the above embodiments including lamp line-based PWM control provides significant advantages over the prior art. However, all of the above embodiments have the disadvantage of requiring a very fast LED driver, or the coarse adjustment of the shutter is complex, limited in flexibility, and visually “smooth” with respect to automatic brightness control. It has the disadvantage that it is not. Therefore, it is desirable to employ a PWM system that can use both a low-speed LED driver and a variable PWM duty ratio for visual “smoothness”.

これが達成される実施形態では、PWM周期(周波数の逆数)が水平ライン周期(水平ラインレートの逆数)の倍数、たとえば水平ライン周期2つ分、3つ分、またはそれ以上というタイミングを用いる。PWMデューティ比は、通常は、この複数ラインPWM周期の全体にわたって適用される。最適な視覚特性のためには、フレーム周期(フレームレートの逆数)はPWM周期で割り切れるべきである。本実施形態では、撮像素子rライン露出時間は可変であるが、最適な視覚特性のためには、撮像素子におけるラインの露出時間は、PWM周期と同じであるか、またはPWM周期の整数倍であるかのいずれかであるべきである。   In an embodiment in which this is achieved, a timing is used where the PWM period (the reciprocal of the frequency) is a multiple of the horizontal line period (the reciprocal of the horizontal line rate), eg, two, three, or more horizontal line periods. The PWM duty ratio is typically applied throughout this multiple line PWM period. For optimal visual characteristics, the frame period (the reciprocal of the frame rate) should be divisible by the PWM period. In this embodiment, the image sensor r line exposure time is variable, but for optimal visual characteristics, the line exposure time in the image sensor is the same as the PWM period or an integer multiple of the PWM period. Should be either one.

たとえば、1080ラインを有するシステムならば、水平ライン周期2つ分のPWM周期で滑らかな0%〜100%デューティ比が用いられ、機能上有効なライン露出持続時間はすべて2ラインの倍数、すなわち、2、4、6、…1076、1078、1080であり得る。図5はその例を示しており、ここでは、PWM周期のベースは水平ライン周期2つ分である。この例では、HYSNC(201)パルス2つにつきPWM(203)パルスが1回発生することによって示される。ローリングシャッター撮像素子において典型的に起こるように、3つの任意の連続する露出シャッター期間露出ラインX、X+1、およびX+2(持続時間は水平ライン周期2つ分)が互い違いにずれ、かつ重なり合うように図示されている。ラインXおよびラインX+2は、ともに単一のPWMパルスの光に露出され、各々はデューティ比が等しい。しかしながら、ラインX+1は、第1のPWMパルスの一部、および図示された第2のPWMパルスの一部から光を受ける。シャッター露出時間とPWM周期とが同じであるので、ラインX+2は、ラインXおよびラインX+1と同量の光に露出されるであろう。   For example, a system with 1080 lines uses a smooth 0% to 100% duty cycle with two horizontal line period PWM periods, and all functionally effective line exposure durations are multiples of two lines, i.e. 2, 4, 6, ... 1076, 1078, 1080. FIG. 5 shows an example, where the base of the PWM period is two horizontal line periods. In this example, this is shown by generating one PWM (203) pulse for every two HYSNC (201) pulses. As shown typically in rolling shutter imagers, three arbitrary consecutive exposure shutter periods exposure lines X, X + 1, and X + 2 (duration is two horizontal line periods) are shown staggered and overlapped Has been. Line X and line X + 2 are both exposed to light of a single PWM pulse, and each has an equal duty ratio. However, line X + 1 receives light from a portion of the first PWM pulse and a portion of the illustrated second PWM pulse. Since the shutter exposure time and the PWM period are the same, line X + 2 will be exposed to the same amount of light as line X and line X + 1.

本実施形態の利点は、PWM周波数が、水平ラインレート(1080ライン60フレーム毎秒のシステムにおいて、〜65kHz)から半分のラインレート(〜32kHz)、4分の1のラインレート(〜16kHz)、またはそれよりも大幅に低いラインレートに低減可能な点である。これらのPWM周波数低減の結果、デューティ比を同じに保ったままPWMパルス幅が長くなり、より低速のLEDドライバおよび最小スイッチング時間がより長いLEDを使用することが可能になる。それらは、システムにおける実際の制約要因となるものである。   The advantage of this embodiment is that the PWM frequency ranges from a horizontal line rate (˜65 kHz in a 1080 line 60 frame per second system) to half line rate (˜32 kHz), a quarter line rate (˜16 kHz), or It can be reduced to a much lower line rate. As a result of these PWM frequency reductions, the PWM pulse width becomes longer while keeping the duty ratio the same, and it becomes possible to use a slower LED driver and an LED with a longer minimum switching time. They are the actual limiting factors in the system.

単一ラインベースPWMに対して本実施形態を数学的に比較すると、利点が明らかになる。典型的な1080ライン60フレーム毎秒の撮像システムは、およそ15マイクロ秒の水平ライン周期を有する。撮像されたフレームの典型的な目標露出は、1秒の1/10,000、すなわち100マイクロ秒であってもよく、これは、ランプがオンである時間またはそれよりも長い時間シャッターが開放(露出)すると想定すると、ランプがオンであることが望まれる時間であると言い換えられる。前述の実施形態の1ラインPWMベースシステムの場合、この100マイクロ秒の期間はフレーム内の1080のライン周期すべてに均等に分散されるであろう。したがって、LEDの各パルスは92.6ナノ秒であろう。というのは、撮像素子の光への露出は累積的であるからである。本実施形態を用いると、2ライン周期タイミングではインターバルが半分になるであろう(1080ではなく960)。したがって、パルスは2倍の長さ(100マイクロ秒/960=185ナノ秒)であろう。さらに、3ライン周期タイミングではパルス持続時間が277ナノ秒となるであろう。108ライン周期PWMタイミングの例では、パルス持続時間が単一ラインPWMタイミングよりも108倍長い10マイクロ秒となり、その利点が明らかになる。フレームベースPWMシステムよりも1桁分高速であるだけなので、108ラインPWMタイミングのLEDドライバは、単一ラインPWMシステムで必要となるもの(3桁分高速)よりも実装が遥かに現実的である。   A mathematical comparison of this embodiment to a single line based PWM reveals advantages. A typical 1080 line 60 frame per second imaging system has a horizontal line period of approximately 15 microseconds. A typical target exposure for an imaged frame may be 1 / 10,000th of a second, or 100 microseconds, which means that the shutter is open for a time when the lamp is on or longer ( In other words, it is the time that the lamp is desired to be on. For the one-line PWM based system of the previous embodiment, this 100 microsecond period would be evenly distributed over all 1080 line periods in the frame. Thus, each pulse of the LED will be 92.6 nanoseconds. This is because the exposure of the image sensor to the light is cumulative. Using this embodiment, the interval will be halved at the 2-line cycle timing (960 instead of 1080). Thus, the pulse will be twice as long (100 microseconds / 960 = 185 nanoseconds). In addition, at 3 line cycle timing, the pulse duration will be 277 nanoseconds. In the 108 line period PWM timing example, the pulse duration is 10 microseconds, which is 108 times longer than the single line PWM timing, and its advantages become apparent. Since it is only an order of magnitude faster than a frame-based PWM system, the 108-line PWM timing LED driver is much more realistic to implement than what is required in a single-line PWM system (3 digits faster). .

本実施形態によって、より低価格かつ単純なLED駆動回路、より低速なLEDランプ、ならびに伝導性および放射性電磁放射線の潜在的な低減が可能になる。PWM周波数を低減することによって撮像素子におけるラインシャッター制御の粒状性が低減されるが、シャッターの露出制御の局面は本質的にはランプの可変PWMデューティ比に置換えられ、制御の簡素化が達成されるとともに視覚的に「滑らかな」露出変化が得られる。本実施形態によって、ローリングシャッターの動きの歪みを目立たなくすることも可能である。というのは、比較的多数のラインについて撮像素子シャッターが露出し、ライン露出時間につきPWM周期が複数ある場合、取得された画像の動きは事実上ぼやけて、その結果、ランプのデューティ比が比較的低く全体の露出が短い場合であっても、歪みが観察者にはあまり目立たないからである。   This embodiment allows for a lower cost and simple LED drive circuit, slower LED lamps, and a potential reduction of conducted and radiated electromagnetic radiation. Although the granularity of the line shutter control in the image sensor is reduced by reducing the PWM frequency, the aspect of shutter exposure control is essentially replaced by the variable PWM duty ratio of the lamp, and the simplification of the control is achieved. And a visually “smooth” exposure change. According to this embodiment, it is possible to make the distortion of the motion of the rolling shutter inconspicuous. This is because if the image sensor shutter is exposed for a relatively large number of lines and there are multiple PWM periods per line exposure time, the movement of the acquired image is virtually blurred, resulting in a relatively low duty cycle of the lamp. This is because even if the exposure is low and the overall exposure is short, the distortion is not so noticeable to the observer.

本発明の精神および範囲から逸脱せずに、他の多くの実施形態が可能である。したがって、示された実施形態は例示の目的で説明したに過ぎず、以下の特許請求の範囲によって定義された本発明を限定するものとして考えるべきではないと理解すべきである。たとえば、請求項の要素が或る組合せで以下に説明されているという事実があるとしても、本発明は、より少ない要素、より多い要素、または異なる要素の他の組合せを含み、それらの要素は、当初そのような組合せで請求されていない場合であっても、上で開示されているということを明示的に理解すべきである。   Many other embodiments are possible without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, it is to be understood that the illustrated embodiments have been described for purposes of illustration only and are not to be construed as limiting the invention as defined by the following claims. For example, even if there is the fact that the elements of a claim are described below in a certain combination, the present invention includes fewer elements, more elements, or other combinations of different elements, It should be expressly understood that it is disclosed above, even if it was not initially claimed in such a combination.

本発明およびそのさまざまな実施形態を説明するために本明細書中で用いられた用語は、一般的に定義された意味においてだけでなく、一般的に定義された意味の範囲を超えた、本明細書における特別な定義による構造、材料、または動作をも含むように理解すべきである。したがって、要素が本明細書の文脈において2つ以上の意味を含むものとして理解され得る場合、請求項におけるその使用は、本明細書およびその用語自体によってサポートされるすべての可能な意味に対して包括的なものとして理解すべきである。   The terms used herein to describe the present invention and its various embodiments are not only in a generally defined meaning, but also in a book beyond the scope of a generally defined meaning. It should be understood to include structures, materials, or operations according to special definitions in the specification. Thus, when an element can be understood as including more than one meaning in the context of this specification, its use in the claims is intended for all possible meanings supported by this specification and the term itself. It should be understood as comprehensive.

したがって、以下の特許請求の範囲の用語または要素の定義は、文字通り説明される要素の組合せだけでなく、実質的に同じ結果を得るために実質的に同じ方法で実質的に同じ機能を実行するためのすべての等価の構造、材料、または動作を含むように本明細書で定義される。したがって、この意味において、以下の特許請求の範囲における要素のうちの如何なる要素も2つ以上の要素で等価に置換えられ得ること、または請求項における2つ以上の要素が単一の要素で置換えられ得ることが企図される。要素は或る組合せで動作するものとして上で記載され、当初はそのように請求されているものの、請求された組合せの1つ以上の要素は、場合によっては当該組合せから削除してもよいこと、および、請求された組合せはサブコンビネーションまたはサブコンビネーションの変形例に向けられてもよいことを明示的に理解すべきである。   Accordingly, the following claims terms or element definitions perform substantially the same function in substantially the same way to obtain substantially the same result, not just the literally described combination of elements. As defined herein to include all equivalent structures, materials, or operations for. Thus, in this sense, any element in the following claims can be equivalently replaced by two or more elements, or two or more elements in a claim can be replaced by a single element It is contemplated to obtain. Although elements are described above as operating in a certain combination and originally claimed as such, one or more elements of the claimed combination may be deleted from the combination in some cases It should be expressly understood that the claimed combinations may be directed to sub-combinations or variations of sub-combinations.

当業者によって考えられるような、現在公知であるかまたは将来考案される、請求された主題からの非本質的な変更は、等価に特許請求の範囲内にあることが明示的に企図される。したがって、当業者にとって現在または将来公知の明らかな代替物は、定義された要素の範囲内として定義される。   It is expressly contemplated that non-essential changes from the claimed subject matter, now known or devised in the future, as contemplated by those skilled in the art, are equally within the scope of the claims. Accordingly, obvious alternatives now or future known to those skilled in the art are defined within the scope of the defined elements.

このように、特許請求の範囲は、上で具体的に例示および説明したもの、概念上等価のもの、明らかに代替可能なもの、および本発明の本質的な思想を本質的に組込むものも含むと理解すべきである。   Thus, the claims include what has been specifically illustrated and described above, what is conceptually equivalent, what can be clearly substituted, and what essentially incorporates the essential idea of the invention. Should be understood.

Claims (22)

水平ラインレートおよびフレームレートで動作するローリングシャッター撮像素子を用いた撮像システム用に適合された照明システムであって、
ランプと、
前記ランプに結合され、前記ランプをオンおよびオフに切替えるために前記ランプに通電することができる駆動回路と、
前記駆動回路に結合され、前記撮像システムからラインタイミング信号を受信するランプ制御回路とを備え、前記ランプ制御回路は、前記駆動回路を介して前記ラインタイミング信号と同期して前記ランプに通電し、前記ラインタイミング信号は、前記撮像素子の前記水平ラインレートに基づくものであり、
前記ランプ制御回路は、パルス幅変調(PWM)信号を出力し、前記PWM信号により前記駆動回路は、前記ラインタイミング信号と同期してパルス幅変調方式で前記ランプに通電し、
前記PWM信号の周期は前記撮像素子の水平ライン周期の整数倍であるがフレーム周期よりも短く、
PWMデューティ比は、光出力の量を制御するように可変である、照明システム。
An illumination system adapted for an imaging system using a rolling shutter imager operating at a horizontal line rate and a frame rate,
A lamp,
A drive circuit coupled to the lamp and capable of energizing the lamp to switch the lamp on and off;
A lamp control circuit coupled to the drive circuit and receiving a line timing signal from the imaging system, the lamp control circuit energizing the lamp in synchronization with the line timing signal via the drive circuit; The line timing signal is based on the horizontal line rate of the image sensor,
The lamp control circuit outputs a pulse width modulation (PWM) signal, and the PWM signal causes the driving circuit to energize the lamp in a pulse width modulation method in synchronization with the line timing signal,
The period of the PWM signal is an integral multiple of the horizontal line period of the image sensor but shorter than the frame period,
The illumination system, wherein the PWM duty ratio is variable to control the amount of light output.
前記フレーム周期は前記PWM周期で割り切れる、請求項1に記載の照明システム。   The lighting system according to claim 1, wherein the frame period is divisible by the PWM period. ライン露出時間は前記PWM周期に等しい、請求項1に記載の照明システム。   The illumination system of claim 1, wherein a line exposure time is equal to the PWM period. ライン露出時間は前記PWM周期の整数倍であるが前記フレーム周期よりも短い、請求項1に記載の照明システム。   The illumination system according to claim 1, wherein a line exposure time is an integral multiple of the PWM period but shorter than the frame period. 前記ローリングシャッター撮像素子はCMOSイメージセンサである、請求項1に記載の照明システム。   The illumination system according to claim 1, wherein the rolling shutter image sensor is a CMOS image sensor. 前記ランプは発光ダイオードである、請求項1に記載の照明システム。   The lighting system of claim 1, wherein the lamp is a light emitting diode. 前記撮像システムと前記照明システムとは同一のユニットを構成するように一体化されている、請求項1に記載の照明システム。   The illumination system according to claim 1, wherein the imaging system and the illumination system are integrated so as to constitute the same unit. 読出し中に一時的に休止可能なローリングシャッター撮像素子を用いた撮像システム用に適合された照明システムであって、
ランプと、
前記ランプに結合され、前記ランプをオンおよびオフに切替えるために前記ランプに通電することができる駆動回路と、
前記駆動回路に結合され、前記撮像システムからタイミング信号を受信するランプ制御回路とを備え、前記ランプ制御回路は、前記駆動回路を介して前記タイミング信号に合わせて前記ランプに通電し、
前記ランプ制御回路はランプ駆動信号を出力し、前記ランプ駆動信号により前記駆動回路は、前記撮像素子の読出しの休止中は前記ランプに通電し、前記撮像素子の読出し中は前記ランプの電源を断つ、照明システム。
An illumination system adapted for an imaging system using a rolling shutter imaging device that can be temporarily paused during readout,
A lamp,
A drive circuit coupled to the lamp and capable of energizing the lamp to switch the lamp on and off;
A lamp control circuit coupled to the drive circuit and receiving a timing signal from the imaging system, wherein the lamp control circuit energizes the lamp in accordance with the timing signal via the drive circuit;
The lamp control circuit outputs a lamp driving signal, and the driving circuit energizes the lamp while reading of the imaging device is stopped by the lamp driving signal, and cuts off the power of the lamp during reading of the imaging device. , Lighting system.
前記ランプ駆動信号は、光出力の量と、結果として生じる撮像素子露出とを変化させるために、持続時間が可変である、請求項8に記載の照明システム。   9. The illumination system of claim 8, wherein the lamp drive signal is variable in duration to change the amount of light output and the resulting image sensor exposure. 前記撮像素子のシャッターは、すべてのアクティブ撮像素子ラインを、前記撮像素子の読出しの休止中に露出するように設定されている、請求項8に記載の照明システム。   The illumination system according to claim 8, wherein the shutter of the image sensor is set so that all active image sensor lines are exposed during readout pause of the image sensor. 前記撮像素子のシャッターは、各撮像素子ラインを、他のすべての撮像素子ラインの読出しの持続時間の間露出するように設定されている、請求項8に記載の照明システム。   The illumination system according to claim 8, wherein the shutter of the image sensor is set to expose each image sensor line for a duration of readout of all other image sensor lines. 前記ローリングシャッター撮像素子はCMOSイメージセンサである、請求項8に記載の照明システム。   The illumination system according to claim 8, wherein the rolling shutter image sensor is a CMOS image sensor. 前記ランプは発光ダイオードである、請求項8に記載の照明システム。   The lighting system of claim 8, wherein the lamp is a light emitting diode. 前記撮像システムと前記照明システムとは同一のユニットを構成するように一体化されている、請求項8に記載の照明システム。   The illumination system according to claim 8, wherein the imaging system and the illumination system are integrated so as to constitute the same unit. アクティブ画素データのラインの必要部分とラインの不要部分とを有するローリングシャッター撮像素子を用いた撮像システム用に適合された照明システムであって、
ランプと、
前記ランプに結合され、前記ランプをオンおよびオフに切替えるために前記ランプに通電することができる駆動回路と、
前記駆動回路に結合され、前記撮像システムからタイミング信号を受信するランプ制御回路とを備え、前記ランプ制御回路は、前記駆動回路を介して前記タイミング信号に合わせて前記ランプに通電し、
前記ランプ制御回路はランプ駆動信号を出力し、前記ランプ駆動信号により前記駆動回路は、前記撮像素子の前記不要部分の読出し中は前記ランプに通電し、前記撮像素子の前記必要部分の読出し中は前記ランプの電源を断つ、照明システム。
An illumination system adapted for an imaging system using a rolling shutter imaging device having a necessary part of a line of active pixel data and an unnecessary part of the line,
A lamp,
A drive circuit coupled to the lamp and capable of energizing the lamp to switch the lamp on and off;
A lamp control circuit coupled to the drive circuit and receiving a timing signal from the imaging system, wherein the lamp control circuit energizes the lamp in accordance with the timing signal via the drive circuit;
The lamp control circuit outputs a lamp driving signal, and the driving circuit energizes the lamp during reading of the unnecessary portion of the image sensor by the lamp driving signal and during reading of the necessary portion of the image sensor. A lighting system that cuts off the power of the lamp.
前記ランプ駆動信号は、光出力の量と、結果として生じる撮像素子露出とを変化させるために、持続時間が可変である、請求項15に記載の照明システム。   16. The illumination system of claim 15, wherein the lamp drive signal is variable in duration to vary the amount of light output and the resulting image sensor exposure. 前記撮像素子の読出しの休止の一部または全体の間前記ランプが通電される、請求項15に記載の照明システム。   The illumination system according to claim 15, wherein the lamp is energized during part or all of a readout pause of the imaging device. 前記撮像素子のシャッターは、前記必要部分におけるすべての撮像素子ラインを、前記不要部分における撮像素子ラインの読出し中に露出するように設定されている、請求項15に記載の照明システム。   The illumination system according to claim 15, wherein the shutter of the image sensor is set so that all image sensor lines in the necessary part are exposed during reading of the image sensor line in the unnecessary part. 前記撮像素子のシャッターは、各撮像素子ラインを、他のすべての撮像素子ラインの読出しの持続時間の間露出するように設定されている、請求項15に記載の照明システム。   The illumination system according to claim 15, wherein the shutter of the image sensor is set to expose each image sensor line for a duration of readout of all other image sensor lines. 前記ローリングシャッター撮像素子はCMOSイメージセンサである、請求項15に記載の照明システム。   The illumination system according to claim 15, wherein the rolling shutter image sensor is a CMOS image sensor. 前記ランプは発光ダイオードである、請求項15に記載の照明システム。   The lighting system of claim 15, wherein the lamp is a light emitting diode. 前記撮像システムと前記照明システムとは同一のユニットを構成するように一体化されている、請求項15に記載の照明システム。   The illumination system according to claim 15, wherein the imaging system and the illumination system are integrated so as to constitute the same unit.
JP2017562616A 2015-06-03 2016-06-01 Synchronous light source for rolling shutter image sensor Pending JP2018526765A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/729,436 2015-06-03
US14/729,436 US9307600B2 (en) 2012-11-20 2015-06-03 Synchronized light source for rolling shutter imagers
PCT/US2016/035271 WO2016196636A1 (en) 2015-06-03 2016-06-01 Synchronized light source for rolling shutter images

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018526765A true JP2018526765A (en) 2018-09-13

Family

ID=57441797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017562616A Pending JP2018526765A (en) 2015-06-03 2016-06-01 Synchronous light source for rolling shutter image sensor

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3305030A1 (en)
JP (1) JP2018526765A (en)
CA (1) CA2988099A1 (en)
WO (1) WO2016196636A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020152481A1 (en) 2019-01-25 2020-07-30 Cambridge Mechatronics Limited Improvements in and relating to pwm synchronisation

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101753312B1 (en) * 2010-09-17 2017-07-03 삼성전자주식회사 Apparatus and method for generating depth image
JP5431294B2 (en) * 2010-11-16 2014-03-05 富士フイルム株式会社 Endoscope device
US9060404B2 (en) * 2012-11-20 2015-06-16 RedBeard Ventures LLC Synchronized light source for rolling shutter imagers

Also Published As

Publication number Publication date
EP3305030A1 (en) 2018-04-11
WO2016196636A1 (en) 2016-12-08
CA2988099A1 (en) 2016-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9307600B2 (en) Synchronized light source for rolling shutter imagers
US9060404B2 (en) Synchronized light source for rolling shutter imagers
JP6239220B1 (en) Endoscope apparatus and video processor
CN103583038B (en) Imaging system and imaging method
EP1576805B1 (en) Illumination apparatus and illumination method for an imaging apparatus
US11044417B2 (en) HDR image sensor with LFM and reduced motion blur
US20140198219A1 (en) Multi-function control illumination device
JP6234632B2 (en) Endoscope apparatus and video processor
CN109076171B (en) Method for flash lamp brightness compensation, unmanned aerial vehicle and storage medium
KR20090117586A (en) Camera and Infrared Light Emitting Diode Control Method Using Infrared Light Emitting Diode
JP2005354155A (en) Movie imaging device
JPH05328210A (en) Led lighting device for television camera
JP2018526765A (en) Synchronous light source for rolling shutter image sensor
US11388347B2 (en) LED driver and method of operating a camera
JP2009139553A (en) Imaging apparatus and imaging method
JP2017525304A (en) Synchronous light source for rolling shutter image sensor
JP2005128399A (en) Lighting control device
US7400356B2 (en) Lighting control apparatus
US7643084B2 (en) Lighting control apparatus
CN119729228A (en) Method for processing image and related equipment
JP2025128695A (en) Illumination device, imaging system, and control method thereof
JP5124755B2 (en) Image shooting system
JP2015073724A (en) Electronic endoscope processor device and electronic endoscope system
JP2006071786A (en) Lighting system for photography
KR20070081816A (en) Flash LED Control Unit of Digital Camera