JP2006033385A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像手段と撮像手段から出力される撮像信号に対し所定の処理を施す処理手段との少なくとも一方の故障を検知することができる撮像装置を提供する。
【解決手段】デジタルスチルカメラにおける撮像系の故障判別が行われる。撮像系は、撮像素子１、ドライバ２、ＴＧ／ＳＳＧ回路３、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路４、Ａ／Ｄ変換回路６を含む系である。この撮像系を構成する何れかの素子又は回路が故障しているときには、暗電流が所定レベル以上の信号とならないので、上記故障判別では、暗電流の値が所定レベル（予め設定された閾値Ｖｔｈ）以上であるか否かを判別する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関する。

従来のデジタルスチルカメラについて図１０を参照しながら説明する。図１０は従来のデジタルスチルカメラの構成を示すブロック図である。

このデジタルカメラにおいては、図１０に示すように、カメラ全体を制御する全体制御回路１００と、撮影光学系１０２，１０３とを備える。全体制御回路１００が撮影者により操作されるカメラ操作スイッチ１０１（カメラのメインスイッチ及びレリーズスイッチ等で構成される）の状態変化を検出し、この検出結果に応じて各ブロックに対する制御を行う。例えば、メインスイッチが押下されると、各ブロックへの電源供給が開始される。

撮影光学系１０２，１０３を介して捕らえられた被写体像は、撮像素子１０４上に光学像として結像され、この撮像素子１０４は結像された光学像を電気信号に変換して出力する。この電気信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０５に入力され、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０５は、入力された電気信号に対してアナログ的に処理を施し、所定のレベルの信号に変換する。このＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０５からの信号は、各画素毎に順にＡ／Ｄ変換回路１０６に入力され、Ａ／Ｄ変換回路１０６は、入力された信号をデジタル信号に変換する。

ここで、撮像素子１０４は、ドライバ回路１０７により駆動される。ドライバ回路１０７は、カメラ全体の駆動タイミングを決定しているタイミングジェネレータ１０８からのタイミング信号に基づき、撮像素子１０４に対し各画素毎の水平駆動及び垂直駆動を行う。同様に、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０５及びＡ／Ｄ変換回路１０６は、上記タイミングジェネレータ１０８からのタイミング信号に基づき動作する。

Ａ／Ｄ変換回路１０６からの出力は、全体制御ＣＰＵ回路１００からの信号に基づき信号の選択を行うセレクタ１０９を介してメモリコントローラ１１５に入力される。メモリコントローラ１１５は、入力された信号の全てをフレームメモリ１１６へ転送する。従って、この場合、各撮影フレーム毎の画素データは、一旦フレームメモリ１１６内に記憶されるため、連写撮影等の場合は、全ての撮影フレーム毎のデータがフレームメモリ１１６へ書き込まれることになる。

撮影動作終了後は、メモリコントローラ１１５の制御により、フレームメモリ１１６に記憶されている各フレームのデータを読み出し、セレクタ１０９を介してカメラＤＳＰ１１０へ転送する。このカメラＤＳＰ１１０では、転送された各フレームの各画素データに基づきＲＧＢの各色信号を生成する。この際、撮像素子に流れる暗電流成分を除去する。

通常撮影前の状態では、この結果をビデオメモリ１１１に定期的（各フレーム毎）に転送し、モニタ１１２を介して表示等を行う。

一方、撮影者がカメラ操作スイッチ１０１を操作して撮影を行う場合、全体制御ＣＰＵ１００からの制御信号により、１フレーム分の各画素データをフレームメモリ１１６から読み出し、カメラＤＳＰ１１０で画像処理を行った後にワークメモリ１１３に記憶する。続いて、ワークメモリ１１３のデータは圧縮・伸張回路１１４で所定の圧縮フォーマットに基づき圧縮され、その圧縮されたデータは、不揮発性メモリ１１７（通常フラッシュメモリ等の不揮発性メモリが使用される）に記憶される。

又、逆に撮影済みの画像データを観察する場合には、上記不揮発性メモリ１１７に記憶された圧縮データが圧縮・伸張回路１１４を介して通常の撮影画素毎のデータに伸張され、伸長後のデータがビデオメモリ１１１へ転送される。これにより、撮影済みの画像データがモニタ１１２に表示される。

このように、通常のデジタルスチルカメラでは、撮像素子１０４からの出力を、ほぼリアルタイムでカメラＤＳＰ１１０を通して実際の画像データに変換し、その結果を不揮発性メモリ１１７又はモニタ１１２へ出力することができる。

特開平１０−１５５１００号公報

しかしながら、上述した従来のデジタルスチルカメラにおいては、電気回路を多用しているので、出荷後にハンダボール等の異物移動による故障や、水没、誤使用等による故障、ヒューズ溶断等により、撮影系に異常が生じることがある。

これに対し、銀塩カメラでは、機械的な検知機能や、電源電圧の監視等、多くの故障検知機能を搭載することにより、故障時には撮影動作を禁止するような手段が設けられている。又、撮影系の不具合に関しても、それを検知することが可能な機能が提案されている。例えば、フィルムの突っ張り検知機構や、特開平６−２６５９７６号公報に記載されているようなシャッター幕の露光時間計測等により、撮影系の不具合が生じた場合、撮影を禁止したり、警告表示するカメラ等が提案されている。

一般的には、デジタルスチルカメラは、従来の銀塩カメラに対し、撮像系が異なるのみであるので、機械的な機構の故障や、電源電圧の監視による故障検知の他、を行っていた。又、銀塩カメラで言う銀塩フィルムに相当する不揮発性メモリ１１７が挿入されていない場合の警告表示を付加する等、或る程度の撮影不良を回避することは可能であるも行われていた。しかし、デジタルスチルカメラには、ＣＣＤ等の撮像素子１０４そのものの不良や、処理回路の動作不良等の撮像系の不具合を検知する機能はについては検知する機能が搭載されていない。

又、本出願人は、撮像系の直前にある照明により光を照射することで故障を検知する装置を提案しているが、これは通常のデジタルカメラでは照明装置を追加せねばならず、一般のデジタルカメラでは実用的とは言えなかった。

本発明の目的は、撮像手段と撮像手段から出力される撮像信号に対し所定の処理を施す処理手段との少なくとも一方の故障を検知することができる撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、被写体像を撮像し、その撮像信号を出力する撮像装置において、撮像信号の暗電流を監視することで、撮像装置の故障を検知する検知手段を備えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、被写体像を撮像し、その撮像信号を出力する撮像手段と、前記撮像手段から出力された撮像信号に所定の処理を施す処理手段と、撮像信号の暗電流成分を除去する暗電流除去手段とを持つ撮像装置において、前記暗電流除去手段に入る撮像信号を監視することで、撮像装置の故障を検知する検知手段を備えることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記検知手段は、撮像信号と所定の規定値とを比較することで、撮像装置の故障を検知することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、撮像装置の温度信号を出力する温度検出手段を有し、前記規定値は、前記温度信号を基に変化することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記検知手段は、撮影の直前に、前記撮像手段及び前記処理手段の少なくとも一方の故障を検知することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、前記検知手段は、撮影の直後に、前記撮像手段及び前記処理手段の少なくとも一方の故障を検知することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６の何れかに記載の発明において、前記検知手段が前記撮像手段及び前記処理手段の少なくとも一方の故障を検知した際には、警告を行う警告手段を備えることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１〜７の何れかに記載の発明において、前記検知手段が前記撮像手段及び前記処理手段の少なくとも一方の故障を検知した際には、撮影動作を禁止する禁止手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、被写体像を撮像し、その撮像信号を出力する撮像手段と、撮像手段から出力された撮像信号に所定の処理を施す処理手段との少なくとも一方の故障を検知する検知手段を備えるので、撮像手段と撮像手段から出力される撮像信号に対し所定の処理を施す処理手段との少なくとも一方の故障を検知することができる。

又、本発明によれば、被写体像を撮像するための撮像面で得られた撮像信号を出力する撮像手段と、撮像手段から出力された各撮像信号を処理する処理手段との少なくとも一方の故障を検知する検知手段を備えるので、撮像手段と撮像手段から出力される撮像信号に対し所定の処理を施す処理手段との少なくとも一方の故障を検知することができる。

更に、周囲温度が変化しても、撮像素子の持つ暗電流の値の変化に対応できるため、故障検出回路が誤動作することも回避できる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいてて説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。

デジタルスチルカメラは、図１に示すように、光学系を介して結像された光像を電気信号に変換して出力する撮像素子１を備える。撮像素子１は、ドライバ２によって駆動される。ドライバ２は、ＴＧ／ＳＳＧ回路３が出力する垂直同期信号ＶＤ及び水平同期信号ＨＤに基づき撮像素子１を所定の周波数で動作するように駆動する。ＴＧ／ＳＳＧ回路３は、同時に各ブロックへ垂直同期信号ＶＤ、水平同期信号ＨＤを供給する。

ここで、撮像素子１は、後述する撮影レンズ３２により結像された被写体像を撮像して電気信号に変換するものであり、ここでは、公知の２次元型撮像デバイスが用いられている。撮像デバイスには、ＣＣＤ型、ＭＯＳ型、ＣＩＤ型等、様々な形態があり、何れの形態の撮像デバイスを採用しても良いが、本実施の形態においては、光電変換素子（フォトセンサ）が２次元的に配列され、各センサで蓄積された信号電荷が垂直転送路及び水平転送路を介して出力されるインターライン型ＣＣＤ撮像素子が採用されている。又、撮像素子１は、各センサに蓄積される電荷の蓄積時間（シャッタ秒時）を制御する、所謂電子シャッタ機能を有している。

ここでは、説明を簡単にするために、８列で表しているが、通常は数百から数千列の画素から成る。又、行方向の画素についても同様である。

撮像素子１は、図２のフォトダイオード部９０で発生した各画素毎の電荷をある所定のタイミングで一斉に垂直ＣＣＤ９１へ転送し、次のタイミングで各ライン毎に垂直ＣＣＤ９１の電荷を水平ＣＣＤ９２に転送する。ここで、水平ＣＣＤ９２は、転送クロック毎にその電荷を左側のアンプ９４へ転送する。９３は撮像素子１の温度を測定する温度センサである。

撮像素子１の出力（ＣＨ）は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路４へ入力され、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路４は、公知の相関２重サンプリング等の方法で、撮像素子１の出力（ＣＨ）に含まれるリセットノイズ等を除去するとともに、入力された信号レベルを所定レベルまで増幅する。このＣＤＳ／ＡＧＣ回路４の出力は、Ａ／Ｄ変換回路６でデジタル信号に変換され、信号ＡＤ−ＣＨとして出力される。

このように、撮像素子１の出力（ＣＨ）をデジタル信号に変換して得られた出力（ＡＤ−ＣＨ）は、メモリコントローラ８を介してメモリ９に記憶される。又、出力ＡＤ−ＣＨは同時に暗電流除去装置１０と故障検出回路１８へ入力される。

暗電流除去回路１０は、シャッターを開けない未露光の状態での撮像素子１の出力ＡＤ−ＣＨ信号を暗電流成分として計算する。シャッターを開けて撮影を行う露光時の露光信号より暗電流除去回路１０で得られた暗電流成分を補正するため、オフセット補正信号ＯＦ、ゲイン補正値ＧＮを生成する。

一方、故障検出回路１８は、撮像素子１、ドライバ２、ＴＧ／ＳＳＧ回路３、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路４、Ａ／Ｄ変換回路６を含む撮像系の故障を検出するための検出演算を行う。故障が発生していると判定したときには、その旨をモニタに表示し、警告を行うように表示・警告手段２１を制御するとともに、撮影動作を禁止するために、主要部への電源供給を停止する。この故障検出回路１８の故障検出方法については後述する。

メモリコントローラ８は、通常時はメモリ９に対する読み書きを連続して実行することが可能であるので、出力ＡＤ−ＣＨをメモリ９に書き込みながら、別のタイミングでメモリ９に書き込んだデータを書き込んだ順に読み出すことが可能である。

出力ＡＤ−ＣＨに関しては、メモリコントローラ８の制御によりメモリ９から連続してデータを読み出し、オフセット調整回路１２へ入力する。ここで、オフセット調整回路１２には、上記メモリ９から読み出されたデータとともに、暗電流除去回路１０で算出、設定された所定のオフセット出力ＯＦが入力され、オフセット調整回路１２は入力された信号から暗電流分の減算を行う。

このオフセット調整回路１２の出力は、暗電流除去回路１０で算出、設定されたゲイン出力ＧＮとともに、ゲイン調整回路１４へ入力される。ゲイン調整回路１４は、入力された信号の乗算を行う。

露光時の暗電流の乗った出力信号ＡＤ−ＣＨが図４（ａ）でり、オフセット調整回路１２とゲイン調整回路１４で暗電流分を削除した信号ＩＭＧが図４の（ｂ）である。ＩＭＧは暗電流成分の信号を減算し、ゲインを調整しているので正しい画像信号が生成されている。

この画像データは、次段のカラー処理回路１７に入力され、カラー処理回路１７は、入力された画像データに対し、所定のカラー処理( 色補間処理やγ変換等) を施す。そして、所定のカラー処理が施された画像データは、不揮発性メモリに書き込まれ、又、モニタに出力される。

次に、本デジタルスチルカメラの撮影動作及び故障検出方法について図３〜図５を参照しながら説明する。図３は図１のデジタルスチルカメラの撮影動作の手順を示すフローチャート、図５は図３のステップＳ１５５における故障処理の手順を示すフローチャート、図７は図５のステップＳ１７３における警告表示の一例を示す図である。図３及び図５に示す処理手順は、ＣＰＵ１９により実行されるものである。

図３を参照するに、先ず、ステップＳ１５１において、撮影者によってカメラ操作スイッチの１つであるメインスイッチ（ＭＡＩＮ ＳＷ）がオンされるのを待ち、メインスイッチがオンされると、ステップＳ１５２で、撮像素子１を遮光した状態で、ＴＧ／ＳＳＧ回路３に対して所定のトリガ信号を与え、撮像素子１による撮影動作を開始させる。

次いで、ステップＳ１５３に進み、暗電流除去回路１０と故障検出回路１８の動作を開始させる。この場合、当然のことながら、撮像素子１に入射する光はなく、撮像素子１が周囲温度によって発生した暗電流成分のみが出力信号ＡＤ−ＣＨとして出力される。

そして、ステップＳ１５４において、撮像系の故障判別を行う。ここで、撮像系は、上述したように、撮像素子１、ドライバ２、ＴＧ／ＳＳＧ回路３、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路４，５、Ａ／Ｄ変換回路６，７、ドライバ２含む系である。

この撮像系に異常がなければ、出力ＡＤ−ＣＨが想定される暗電流によるオフセットレベル以上の信号となるが、撮像系を構成する何れかの素子又は回路が故障しているときには、出力ＡＤ−ＣＨが暗電流によるオフセットレベル以上の信号とならない。よって、上記故障判別では、出力ＡＤ−ＣＨの値が所定レベル（予め設定された閾値Ｖｔｈ）以上であるか否かを判別する。ここで、出力ＡＤ−ＣＨのレベルを閾値Ｖｔｈと比較するのは、単に出力ＡＤ−ＣＨの有無を判別すると撮像素子１の出力以降の回路上でのノイズ成分をも暗電流と検出してしまうことを防止するためである。

そして、出力ＡＤ−ＣＨの値が所定レベル（予め設定された閾値Ｖｔｈ）より低いときには、撮像系に故障があると判断し、ステップＳ１５５において、故障処理を実行する。この故障処理の詳細については、後述する。これに対し、出力ＡＤ−ＣＨの値が所定レベル（予め設定された閾値Ｖｔｈ）以上であるときには、撮像系には故障がないと判断してステップＳ１５６に進む。

図６は閾値Ｖｔｈを示しており、（ａ）は通常の暗電流が乗っている場合を説明している。１つ１つは、図２のフォトダイオード９０にあたる画素が持っていた信号レベルを示している。どの画素にもばらつきはあるが、或る一定以上のあたいとなる。閾値Ｖｔｈは通常あり得る暗電流の値よりも低い値に設定しておく。

（ｂ）は暗電流がない場合であり、各画素の信号レベルはノイズ成分を持ってばらついてはいるものの、閾値Ｖｔｈよりは十分に低くなっている。

ステップＳ１５７では、撮像素子１の全領域の画素データの取込みが完了するのを待ち、撮影データの取込みが完了すると、ステップＳ１５７に進み、撮影者により本撮影を行うためのレリーズスイッチ操作が行われたか否かを判定し、レリーズスイッチ操作がされていないときには、再び上記ステップＳ１５１へ戻る。これに対し、レリーズスイッチ操作が行われたときには、ステップＳ１５８へ進み、シャッタ駆動回路２５を介してシャッタ２６の開動作を行う。そして、ステップＳ１５９において、ＴＧ／ＳＳＧ３回路に所定のトリガ信号を与え、撮像素子１による撮影動作を開始する。

次いで、ステップＳ１６０において、撮影データの取込みが完了するのを待ち、撮影データの取込みが完了すると、ステップＳ１６１で、シャッタ２６の閉動作を行う。この場合、撮影データは、一旦、メモリーコントローラ８を介してメモリ９に取り込まれる。そして、ステップＳ１６２において、画像処理を開始するためにメモリ９から撮影データを読み出す動作を開始する。この時点では、撮像素子１より算出した暗電流量から算出された補正データが、オフセット調整回路１２及びゲイン調整回路１４に設定されており、この設定された補正データを使用して本撮影時の撮影画像に対する補正を行うことになる。

図４（ａ）は暗電流除去を行う前の出力信号で、図４（ｂ）は暗電流成分を除去し、オフセット調整、ゲイン調整を行った画像信号である。

次に、上記ステップＳ１５６の故障処理について図５を参照しながら説明する。

故障処理では、ステップＳ１７２で、警告表示に関わる電源以外の電源を落とす。これは、故障と判定された場合、回路上の素子の故障、ハンダボール等の異常物体の混入等により、回路がショートしている可能性があるために、必要以外の電源を直ちに落とす必要があるからである。ここで、警告表示に関わる電源としては、例えば、モニタを駆動する液晶表示ドライバ等の電源である。又、警告表示に関わる電源以外の電源は落とされているので、レリーズスイッチがオンされても、撮影動作に入ることはできない。

次いで、ステップＳ１７３において、警告表示を行う。この警告表示は、例えば図７（ｂ）に示すような情報（Ｅｒｒ）がモニタに表示することによって行われる。これにより、撮影者はカメラに異常が生じたことが分かる。尚、通常状態時には、図７（ａ）に示すような表示が行われているので、撮影者にはカメラに異常状態が起きていることが直ちに分かる。そして、ステップＳ１７４において、メインスイッチがオフされるのを待ち、メインスイッチがオフされると、本処理を終了する。ここで、上記警告表示は、ステップＳ１７４で、メインスイッチがオフになるまで又は電池を抜かれるまで行われる。

図３のＳ１５４で閾値Ｖｔｈは固定値で説明したが、一般に暗電流の値は撮像素子１の温度によって変化することが多く、撮像素子１に合わせた温度特性に合わせた閾値Ｖｔｈを用いた方が良い。

図８はｋ、その好適な例として、温度センサ９３が検出した温度に合わせた閾値Ｖｔｈを書いたものである。撮像素子１の温度が０℃のときはＶｔｈ００を閾値とし、撮像素子１の温度が７５℃の時はＶｔｈ７５を用いる。このようにすることで、撮像素子１の温度が変化しても、誤動作することなく故障を検知できる。

このように、本実施の形態では、撮像素子１、ドライバ２、ＴＧ／ＳＳＧ回路３、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路４、Ａ／Ｄ変換回路６を含む撮像系における故障を検知することができる。

又、上記撮像系に故障が発生している場合には、カメラのファインダー内とカメラ外部の両方に警告表示が行われるので、ファインダーを覗いている撮影者であっても容易にカメラの故障に気付くことが可能である。又、上記撮像系に故障は発生している場合には、撮影動作が禁止されるので、無駄な撮影が行われることを回避することができる。

尚、本実施の形態では、２次元型ＣＣＤを用いたデジタルカメラを用いて説明したが、Ｃ−ＭＯＳ等の撮像素子を用いたデジタルスチルカメラにおいても、本発明の原理を適用可能であることは言うまでもない。

本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。 図１の撮像装置における撮像素子の周辺構成を示すブロック図である。 図１のデジタルスチルカメラの撮影動作の手順を示すフローチャートである。 撮像素子の出力信号ＡＤ−ＣＨに含まれる暗電流成分を説明する図である。 ステップＳ１５５における故障処理の手順を示すフローチャートである。 故障検出回路が検知する暗電流信号を説明する図である。 図５のステップＳ１７３における警告表示の一例を示す図である。 故障検知に用いる閾値ＶＴＨの温度変化を示した図である。 従来のデジタルスチルカメラの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 撮像素子
２ ドライバ
３ ＴＧ／ＳＳＧ回路
４ ＣＤＳ／ＡＧＣ回路
６ Ａ／Ｄ変換回路
１８ 故障検出回路
１９ ＣＰＵ
２１ 表示・警告手段

Claims (8)

1. 被写体像を撮像し、その撮像信号を出力する撮像装置において、
   撮像信号の暗電流を監視することで、撮像装置の故障を検知する検知手段を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 被写体像を撮像し、その撮像信号を出力する撮像手段と、前記撮像手段から出力された撮像信号に所定の処理を施す処理手段と、撮像信号の暗電流成分を除去する暗電流除去手段とを持つ撮像装置において、
   前記暗電流除去手段に入る撮像信号を監視することで、撮像装置の故障を検知する検知手段を備えることを特徴とする撮像装置。
3. 前記検知手段は、撮像信号と所定の規定値とを比較することで、撮像装置の故障を検知することを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
4. 撮像装置の温度信号を出力する温度検出手段を有し、前記規定値は、前記温度信号を基に変化することを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
5. 前記検知手段は、撮影の直前に、前記撮像手段及び前記処理手段の少なくとも一方の故障を検知することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の撮像装置。
6. 前記検知手段は、撮影の直後に、前記撮像手段及び前記処理手段の少なくとも一方の故障を検知することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の撮像装置。
7. 前記検知手段が前記撮像手段及び前記処理手段の少なくとも一方の故障を検知した際には、警告を行う警告手段を備えることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の撮像装置。
8. 前記検知手段が前記撮像手段及び前記処理手段の少なくとも一方の故障を検知した際には、撮影動作を禁止する禁止手段を備えることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の撮像装置。

Images