(57)【要約】  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の文脈における光源のＰＷＭ制御を、独自に提供する。好ましい実施形態は、ＬＥＤ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。
2017525304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ための手段を有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る、照明システム。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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信号は、前記駆動回路に、前記ラインタイミング信号と同期したパルス幅変調方式で前記ランプに通電させ、
前記ローリングシャッター撮像素子の前記水平ラインレートは前記ＰＷＭ信号の周波数であり、
ＰＷＭデューティ比を変化させて光出力の量を制御する、請求項１に記載の照明システム。
【請求項５】
前記ＰＷＭデューティ比は可変ではなく固定である、請求項４に記載の照明システム。
【請求項６】
前記ランプ制御回路は、前記ラインタイミング信号と同期して、１つまたは複数の水平撮像素子ラインの時間中に前記ランプに通電し、交互に１つまたは複数の水平撮像素子ラインに対して前記ランプをオフする、請求項１に記載の照明システム。
【請求項７】
前記ランプが通電されるライン時間において、前記ランプのオンの期間は前記ライン時間の全体よりも短い、請求項６に記載の照明システム。
【請求項８】
前記撮像システムと前記照明システムとは同一の物理ユニットを構成するように一体化されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
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ラインタイミング信号を伝達するための照射制御システムであって、
電子コネクタと、
前記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、前記デジタル電子信号は、前記撮像素子の前記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たパルスを有し、前記照射制御システムはさらに、
前記パルスに基づいて前記撮像素子の前記水平ラインレートと同期して前記照明システムに通電するための手段を備える、照射制御システム。
【請求項１０】
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ラインタイミング信号を伝達するための照射制御システムであって、
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、前記信号は、前記画素クロックレートから得られるクロックであり、前記照明システムは、前記撮像素子の前記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前記水平ラインレートを得て、前記照射制御システムはさらに、
前記得られた水平ラインレートに基づいて前記撮像素子の前記水平ラインレートと同期して前記照明システムに通電するための手段を備える、照射制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、２０１２年１１月２０日に出願された米国仮出願第６１７２８３９７号に基づく利益を主張し、上記出願の内容を本明細書にその全体が記載されているが如く引用により援用する。
【０００２】
発明の背景
１．技術分野
本願は、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備える。
【背景技術】
【０００３】
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一部または全部を遮断する絞りである。
【０００４】
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。
【０００５】
高出力発光ダイオード（ＬＥＤ：Light-Emitting Diode）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。固体装置であり、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、一定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。
【０００６】
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。
【０００７】
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（rolling-shutter）」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を合わせて互いに重なり合うだろう。
【０００８】
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できることになるため、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、さらに引起すだろう。
【０００９】
したがって、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ＰＷＭ制御のための方法が求められる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の現在好ましい実施形態のブロック図である。
【図２】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る。
【図３】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。
【図４】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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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（rolling shutter）」撮像素子が動作時に「水平ラインレート（horizontal line rate）」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（pixel clock rate）」を有する。当該レートは、ライン内の各画素がセンサ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。
【００１６】
図示するように、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。
【００１７】
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に望ま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。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。
【００１８】
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（time-base）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。
【００１９】
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撮像素子が毎秒６０フレーム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）となるだろう。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だろう。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だろう。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に望ま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。
【００２０】
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のシステムよりもはる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い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、毎秒６０フレーム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マイクロ秒となるだろう。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ナノ秒となるだろう。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だろう。というのは、ラインベースシステムの駆動回路は、１フレームにつきはる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。この理由により、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。
【００２１】
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だろう。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。
【００２２】
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。図示するように、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。
【００２３】
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だろう。
【００２４】
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毎秒５０フレームおよび毎秒６０フレーム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。
【００２５】
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だろう。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％の出力がランプに望まれた場合、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（increments）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。
【００２６】
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。
【００２７】
【表１】
2017525304.tif 000003
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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部分的組合せまたは部分的組合せ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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【図１】
2017525304.tif 000004
【図２】
2017525304.tif 000005
【図３】
2017525304.tif 000006
【図４】
2017525304.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月23日(2017.1.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ための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信号は、前記駆動回路に、前記ラインタイミング信号と同期したパルス幅変調方式で前記ランプに通電させ、
前記ローリングシャッター撮像素子の前記水平ラインレートは前記ＰＷＭ信号の周波数であり、
ＰＷＭデューティ比を変化させて光出力の量を制御する、照明システム。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
前記ＰＷＭデューティ比は可変ではなく固定である、請求項１に記載の照明システム。
【請求項５】
前記撮像システムと前記照明システムとは同一の物理ユニットを構成するように一体化されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
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ための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、前記ラインタイミング信号と同期して、１つまたは複数の水平撮像素子ラインの時間中に前記ランプに通電し、交互に前記１つまたは複数の水平撮像素子ラインに対して前記ランプをオフする、照明システム。
【請求項７】
前記ランプが通電されるライン時間において、前記ランプのオンの期間は前記ライン時間の全体よりも短い、請求項６に記載の照明システム。
【請求項８】
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６に記載の照明システム。
【請求項９】
前記ランプは発光ダイオードである、請求項６に記載の照明システム。
【請求項１０】
前記撮像システムと前記照明システムとは同一の物理ユニットを構成するように一体化されている、請求項６に記載のシステム。
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月27日(2017.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
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に望ま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１１０によって用いられて、ＰＷＭ信号１１１を駆動回路１１２と同期する。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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
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（time-base）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１１４を駆動するために用いられる。光源１１４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。
【国際調査報告】
2017525304.tif 000008