(57)【要約】  【課題】比較的近い位置の被写体の撮影を行う時でも被写体の中心付近に補助光を照射できる補助光源としての発光ダイオード、及びそれを用いた発光制御システムを提供する。  【解決手段】発光ダイオード（１０）は、カップ構造（１１、１６）内に位置する発光素子（１４、１５）、及びそれらからの光を集光するレンズ部（１９）を備える。レンズ部（１９）の光軸に沿って中央に位置する発光素子（１４）は、その光軸に沿って狭い指向角の光を出射し、光軸から外れた発光素子（１５）は、傾斜方向へ光を出射する。発光素子のオン・オフは、被写体の距離に合わせて個別に制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子が配置されるカップと、該カップに近接配置されて前記発光ダイオード素子からの光を集光する単一の光軸を有するレンズ部とを備える発光ダイオードにおいて、
前記発光ダイオード素子は、前記レンズ部の前記光軸に沿って位置して、発光したときに前記レンズ部から出射される光の指向角が１０度以下とされる第１の発光ダイオード素子と、前記光軸から外れて前記カップ内に位置し、前記第１の発光ダイオードとは別個にオン・オフ制御される第２の発光ダイオード素子とを含むことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記第２の発光ダイオード素子は、前記第１の発光ダイオード素子よりも前記レンズ部に近い高さ位置に置かれることを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
発光ダイオードを利用した、撮像装置のためのオートフォーカス補助光の発光制御システムにおいて、
前記発光ダイオードは、発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子が配置されるカップと、該カップに近接して前記発光ダイオード素子からの光を集光するレンズ部とを備え、前記発光ダイオード素子が、前記レンズ部の中心軸線に沿って位置して、発光したときに前記レンズ部から出射される光の指向角が１０度以下とされる第１の発光ダイオード素子と、中心軸線から外れて位置し、前記第１の発光ダイオードとは別個にオン・オフ制御される第２の発光ダイオード素子とを含み、該第２の発光ダイオード素子は、前記撮像装置及び前記第１の発光ダイオード素子を結ぶ軸線に沿って前記撮像装置から離れた側に置かれ、
距離センサをさらに備え、該距離センサの情報に基づき、前記第１の発光ダイオード素子及び前記第２の発光ダイオード素子のいずれか一方又は双方が点灯されることを特徴とする発光制御システム。
【請求項４】
前記距離センサは、前記撮像装置が有する撮像素子及び該撮像素子と協働するズーム調節機構を含むことを特徴とする、請求項３に記載の発光制御システム。
【請求項５】
少なくとも前記ズーム調節機構で使用されるズーム倍率の範囲の中でズーム倍率が高い範囲では、第１の発光ダイオード素子が点灯し、ズーム倍率が低い範囲では、第２の発光ダイオード素子が点灯されることを特徴とする、請求項４に記載の発光制御システム。
【請求項６】
光量センサをさらに備え、
該光量センサにより検出された光量が閾値に満たない場合に、前記第１の発光ダイオード素子及び前記第２の発光ダイオード素子の双方が点灯されることを特徴とする、請求項３に記載の発光制御システム。
【請求項７】
前記光量センサは、前記撮像装置に含まれることを特徴とする、請求項６に記載の発光制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の応用に関し、特に、カメラの撮影時にオートフォーカス等の補助光として利用される発光ダイオード、及びその発光を制御するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルスチルカメラ等では、その測距或いは焦点合わせのためのオートフォーカスの機構に補助光を照射するための補助光源が搭載される。補助光源による補助光を撮影対象物に照射することによって、比較的暗いところでも撮影対象物のコントラストを向上させることができ、オートフォーカスの動作を適確に行わせることができる。
【０００３】
典型的な補助光源は、発光ダイオードである（特許文献１、２及び３）。発光ダイオードは、小型ながら、十分な光度を非閃光で提供できる。したがって、小型化が要求されるディジタルカメラ或いは他の携帯端末に搭載されるカメラの補助光源として有効である。
【特許文献１】特開２００３−２５９１９６号
【特許文献２】特開２００３−３１９４０５号
【特許文献３】特開２００３−２５８３０７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かかる補助光源として従前より使用される発光ダイオードでは、発光ダイオード素子に重ねて置かれるレンズ部を所望の寸法形状とすることにより、集光の度合いを高め中心光度を高めている。これにより、ズーム倍率を上げて比較的遠くの被写体を撮影する際にも補助光が被写体まで到達するので、ユーザはオートフォーカスの機能を有効に利用することができる。
【０００５】
しかしながら、指向角の小さな補助光では、広角レンズによって比較的近い位置にある被写体を撮影する場合には、被写体上で撮像範囲の中央近傍に補助光が当たらなくなり、その結果、被写体の距離情報を十分検知できず、有効なオートフォーカスができなくなる。
【０００６】
逆に、広角レンズで撮影する際に、中央付近にもある程度光が当たるようにするために、ＬＥＤのレンズでの照射範囲を広げると、前述のように比較的遠くに位置する被写体を撮影する際に、有効なオートフォーカスを利用できなくなる。
【０００７】
そこで、本発明は、比較的近い位置の被写体に対して広角の撮影を行う時でも、被写体の中心付近に補助光を照射することのできる補助光源としての発光ダイオード、及びそれを用いたカメラ装置に好適な補助光の発光制御システムを提供することを第１の目的とする。
【０００８】
さらに、本発明は、消費電力を一定量に抑えつつ、被写体に対しての補助光の照射状態を電気的にオン・オフ制御できる小型の補助光源及びその発光制御システムを提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上の課題を解決するため、本発明は、発光ダイオード素子と、発光ダイオード素子が配置されるカップと、カップに近接配置されて発光ダイオード素子からの光を集光する単一の光軸を有するレンズ部とを備える発光ダイオードを改良した新たな発光ダイオードであって、発光ダイオード素子として、レンズ部の光軸に沿って位置して、発光したときにレンズ部から出射される光の指向角が１０度以下とされる第１の発光ダイオード素子と、光軸から外れてカップ内に位置し、第１の発光ダイオードとは別個にオン・オフ制御される第２の発光ダイオード素子とを含む発光ダイオードを提供する。
【００１０】
第１及び第２の発光ダイオード素子が発光したときにレンズ部から出射する光の指向角は、ほぼ同程度の指向角としても良いし、第２の発光ダイオード素子が発光する場合の指向角がより大きくなるようにしても良い。一例では、第２の発光ダイオード素子を、第１の発光ダイオード素子よりもレンズ部に近い高さ位置に置いても良い。
【００１１】
さらに、本発明は、上の発光ダイオードを利用した撮像装置のためのオートフォーカス補助光の発光制御システムを提供する。システムは、補助光源としての発光ダイオードを含む。発光ダイオードは、カップ内に位置する発光ダイオード素子と、カップに近接して発光ダイオード素子からの光を集光するレンズ部とを備える。発光ダイオード素子は、第１及び第２の発光素子を含む。第１の発光ダイオード素子は、レンズ部の中心軸線に沿って位置し、発光したときにレンズ部から出射される光の指向角が１０度以下とされる。第２の発光素子は、中心軸線から外れて位置し、第１の発光ダイオードとは別個にオン・オフ制御される。発光ダイオードが撮像素子に並置されるとき、第２の発光ダイオード素子は、撮像素子及び第１の発光ダイオード素子を結ぶ軸線に沿って撮像素子から離れた側に置かれる。システムは、距離センサを備える。距離センサの情報に基づき、第１の発光ダイオード素子及び第２の発光ダイオード素子のいずれか一方又は双方が点灯される。
【００１２】
距離センサは、撮像装置が有する撮像素子及び当該撮像素子と協働するズーム調節機構を含む。少なくともズーム調節機構で使用されるズーム倍率の範囲の中でズーム倍率が高い範囲では、第１の発光ダイオード素子が点灯し、ズーム倍率が低い範囲では、第２の発光ダイオード素子が点灯するよう構成される。
【００１３】
システムは、光量センサをさらに備えても良い。光量センサにより検出された光量が閾値に満たない場合には、第１の発光ダイオード素子及び第２の発光ダイオード素子の双方を点灯するよう構成され得る。光量センサは、撮像素子に含まれても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照して本発明の好適実施形態となる発光ダイオード及びそれを含むシステムについて詳細に説明する。以下の説明では、まず好適実施形態となる発光ダイオードの構造上の特徴について示し、その後でそれらの作用及びそれを含むシステムについて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の好適実施形態となる発光ダイオードを示す図であり、（ａ）は、（ｂ）中の矢印Ａ１に沿う位置の断面を示す発光ダイオードの概略断面図であり、（ｂ）は、その発光ダイオードの平面図である。
【００１６】
発光ダイオード１０は、基板１２、基板１２上に置かれる枠体１３、基板１２上に実装される２つの発光素子１４、１５、開口部１６内に充填される透明樹脂による樹脂層１７、及び枠体１３と樹脂層１７の上側にドーム構造を画定する透明樹脂によるレンズ部１９を備える。発光素子１４、１５は、典型的には、発光ダイオードチップ素子であり、基板１２の頂面１１上の図示しない回路パターンと、半田接続等により、あるいはボンディングワイヤを介して電気的に接続される。
【００１７】
枠体１３には、基板１２の頂面１１と協働してカップ状構造を画定する開口部１６が設けられ、発光素子１４，１５は、この開口部１６内側の基板頂面１１上に位置する。樹脂層１７は、発光素子１４、１５の両方を包囲する。レンズ部１９は、軸線Ｃ１を中心とした軸対称の形状を有する。発光素子１４は、軸線Ｃ１に重なる位置に置かれるが、発光素子１５は、軸線Ｃ１から外れた位置に置かれる。図示されるように、開口部１６は、底側に向けて軸線Ｃ１に近づくように傾斜する。発光素子１５は、発光素子１４よりも、開口部１６の底側の端縁に近い位置に置かれる。
【００１８】
図２は、本発明の第２の好適実施形態となる発光ダイオードを示す図であり、（ａ）は、（ｂ）中の矢印Ａ２に沿う位置の断面を示す発光ダイオードの概略断面図であり、（ｂ）は、その発光ダイオードの平面図である。
【００１９】
発光ダイオード２０も、基板２２、基板２２上に置かれる枠体２３、枠体２３の内側の開口部２６内に位置する発光素子２４、２５、開口部２６内に充填される透明樹脂による樹脂層２７、及び枠体２３と樹脂層２７の上側にドーム構造を画定する透明樹脂によるレンズ部２９を備える。発光素子１４は、基板２２の頂面２１上でドーム部２９の対称軸線Ｃ２に重なって位置し、第１の実施形態と共通する。しかしながら、発光素子２５は、基板２２の頂面２１上でなく、台座２７上に位置する点で第１の実施形態と相違する。台座２７は、枠体２３と一体に成形され得るが、別体にして形成され、その後固定されても良い。
【００２０】
発光素子２４、２５は、典型的にはＬＥＤチップとされる。発光素子２４は、第１の実施形態と同様に、基板１２の頂面１１上の図示しない回路パターンと、半田接続等により、あるいはボンデイワイヤを介して電気的に接続される。一方発光素子２５と回路パターンとの接続は、ワイヤボンディングによるか、枠体２７の表面に形成されるパターンを介して行われても良い。
【００２１】
図３は、第１及び第２の実施形態による発光ダイオードによる照明の作用を説明する概略図であり、（ａ）は、各実施形態でレンズの軸に重なる中心位置の発光ダイオードの照射範囲を示し、（ｂ）は、レンズの軸から外れた位置の発光ダイオードの照射範囲をそれぞれ示す図である。
【００２２】
図３（ａ）に示すように、中心に位置する発光素子１４、２４からの光Ｌ１は、主にレンズ１９、２９（図１、図２参照）により集光されて、比較的狭い範囲に出射される。第１及び第２の実施形態による発光ダイオード１０、２０は、カメラ装置のオートフォーカスの補助光に好適なものであり、被写体が比較的遠距離にある場合でも、所定の光量を得るべく、その集光状態を高める必要があるからである。レンズ１９の外側面は、集光のために必要な曲面を有し、その結果、（ａ）中に、示す指向角Φ１は、１０度以下、好ましくは６度以下とされる。
【００２３】
一方、図３（ｂ）に示すように、中心から外れて位置する発光素子１５、２５からの光Ｌ２は、開口部１６、２６（図１、図２参照）での反射、及びレンズ１９、２９（図１、図２参照）による集光作用によって、発光素子１５、２５の位置から中央に向けて傾斜する方向に出射される。図示されるように、中心から外れて位置する発光素子１５、２５からの光の指向角Φ２は、中心に位置する発光素子１４、２４からの光の指向角Φ１と同程度の大きさで、通常１０度以下とされ得るが、Φ２がΦ１よりも大きくなるようにレンズ１９、２９の形状を決定しても良い。発光素子１５、２５の発光波長は、発光素子１４、２４と同じでも良いし、異なるものとすることもできる。
【００２４】
図４は、発光ダイオードをカメラ装置に装着させたときの発光ダイオードの照射作用を説明する図であり、（ａ）は、被写体が比較的遠い位置にある場合、（ｂ）は、被写体が比較的近い位置にある場合をそれぞれ示す。参照番号３０はカメラ装置を、参照番号４０は被写体をそれぞれ示す。また、カメラ装置３０と被写体４０の間に示す点線Ｐ１、Ｐ２は、撮像範囲を示し、実線Ｌ１、Ｌ２は、図３と同様にして発光ダイオードによる光の照射範囲を示す。
【００２５】
図４（ａ）にあるように、被写体４０が比較的遠い位置にある場合には、集光状態を高めて被写体に到達する光量を十分大きくする必要がある。特にオートフォーカスでは、撮像範囲Ｐ１の中心付近での被写体の画像情報が利用されることが多いため、その中心付近での十分な光量を確保する必要がある。そこで、図３に示した特性を考慮して、中心に位置する発光素子１４、２４をオン状態にする。これにより、被写体４０上で撮像範囲Ｐ１の中央近傍に照射領域Ｒ１を重ねることができ、検知した被写体４０の情報をオートフォーカスに利用できる。
【００２６】
一方、図４（ｂ）に示すように、被写体４０が比較的近い位置にある場合、即ち比較的広角の撮影を行う場合にも、被写体の中央付近に光を照射する必要がある。図３に示した特性から理解されるように、中心に位置する発光素子１４、２４では、比較的近い位置にある被写体４０に対しては、撮像範囲Ｐ２の中央付近の十分な面積を照射範囲Ｌ１に含めることは困難である。そこで、照射範囲が一側に偏向している発光素子１５、２５からの発光を利用する。図４（ｂ）に示すように、発光素子１５、２５からの光は、比較的近い位置にある被写体４０上で撮像範囲Ｐ２の中央付近に照射領域Ｒ２を重ねることができ、その照射領域Ｒ２から検知した被写体４０の情報をオートフォーカスに利用できる。
【００２７】
なお、図４の作用を実現するためには、発光ダイオードをカメラ装置に実装する際に、発光素子の並ぶ方向と撮像素子とを一直線方向にし、且つ発光素子１５、２５が発光素子１４、２４よりも撮像素子から離れるような向きにして固定する必要がある点に注意すべきである。
【００２８】
図５は、上述した発光ダイオードを利用した補助光の自動発光制御システムを説明するブロック図である。システム１００は、中心に位置する発光素子１４、２４及び中心から外れて位置する発光素子１５、２５のそれぞれをオン・オフ制御する発光制御手段１１０、被写体４０からの画像情報を取り込むと共に測距の機能を具える撮像装置１２０、及び撮像装置１２０からの信号を処理して発光制御手段１１０へと距離情報を出力するとともに、最終画像情報を別のラインに出力することのできる信号処理手段１３０を具える。システムを構成するこれらの要素は、図示のように、カメラ装置３０に内蔵される。
【００２９】
撮像装置１２０は、撮像素子１７０及びそれと協働するズーム調節手段１８０を有する。ズーム調節手段１８０は、撮像素子１７０で検出された情報をもとにフォーカシングを行うオートフォーカスの機能を備える。ズーム調節手段は、例えば、オートフォーカス機能は、例えば、撮像素子に近接配置される可動レンズを含むモジュール、及びその制御手段により構成され得る。
【００３０】
撮影の第１段階では、比較的短時間でのラフなオートフォーカス作用による撮像装置１２０からの情報（即ちズーム倍率の情報）を信号処理手段１３０が受信する。信号処理手段１３０は、その情報から被写体４０が比較的遠距離にあるか又は近距離にあるかを閾値などを基準にしてラフに判断する。それに続く第２段階では、発光制御手段１１０は、信号処理手段１３０から出力された距離判断の情報を受け、被写体４０が比較的遠い位置にあるとされた場合には、中心に位置する発光素子１４、２４のみをオンにして発光させる。逆に、被写体４０が比較的近い位置にあるとされた場合には、中心から外れて位置する発光素子１５、２５のみをオンにして発光させる。第３段階では、撮像装置１２０が、そのオートフォーカス機能により発光素子１４、２４；１５、２５の照射を受けた被写体４０に対して正確なピント合わせを行って撮影を行う。第４段階では、得られた情報を信号処理手段１３０が処理して、出力できる状態にする。
【００３１】
撮影の第１段階で、撮像装置１２０によって検出される被写体４０周辺からの光量の情報を信号処理手段１３０で合わせて処理し、これを距離情報と合わせて発光制御手段１１０に出力しても良い。光量が十分でないという情報を受けた場合には、発光制御手段１１０は、第２段階で、被写体４０が比較的遠い位置にあるか或いは近い位置にあるかにかかわらず、中心に位置する発光素子１４、２４及び中心から外れて位置する発光素子１５、２５の両方をオン状態にする。これにより、オートフォーカスのために不足する光量を補うことができる。なお、光量を感知するためのセンサは、別個に設けても良い。
【００３２】
なお、発光制御手段１１０は、信号処理手段１３０からの情報によってのみ制御されるのでなく、ユーザの直接的な操作によって制御されても良い。このような追加のモードによれば、ユーザは、特別な状況下で自ら発光素子１４、２４；１５、２５のそれぞれの照射を確認することができる。
【００３３】
以上のように、本発明の好適実施形態となる発光ダイオード、及びそれを含むシステムについて詳細に説明したが、これはあくまでも例示的なものであって、当業者によって更に様々な変形変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の好適実施形態となる発光ダイオードを示す図であり、（ａ）は、（ｂ）中の矢印Ａ１に沿う位置の断面を示す発光ダイオードの概略断面図であり、（ｂ）は、その発光ダイオードの平面図である。
【図２】本発明の第２の好適実施形態となる発光ダイオードを示す図であり、（ａ）は、（ｂ）中の矢印Ａ２に沿う位置の断面を示す発光ダイオードの概略断面図であり、（ｂ）は、その発光ダイオードの平面図である。
【図３】第１及び第２の実施形態による発光ダイオードによる照明の作用を説明する概略図であり、（ａ）は、各実施形態でレンズの軸に重なる中心位置の発光ダイオードの照射範囲を、（ｂ）は、レンズの軸から外れた位置の発光ダイオードの照射範囲をそれぞれ示す図である。
【図４】発光ダイオードをカメラ装置に装着させたときの発光ダイオードの照射作用を説明する図であり、（ａ）は、被写体が比較的遠い位置にある場合、（ｂ）は、被写体が比較的近い位置にある場合をそれぞれ示す図である。
【図５】図１または図２の発光ダイオードを利用した補助光の自動発光制御システムを説明するブロック図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０、２０  発光ダイオード
１４、２４  発光素子
１５、２５  発光素子
１９、２９  レンズ部
３０  カメラ装置
４０  被写体
１００  発光制御システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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