CN107888851B - 成像设备、成像系统、移动体和控制方法 - Google Patents

成像设备、成像系统、移动体和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了成像设备、成像系统、移动体和控制方法。成像设备包括多个像素和处理单元。所述多个像素包括：(i)被布置为接收入射光并且输出基于入射光的光信号的光接收像素，和(ii)被布置为输出用于构成故障检测信号的像素信号的参考像素。所述处理单元被布置为基于指示所述参考像素的异常的异常信息来确定所述故障检测信号是否正确。

Description

成像设备、成像系统、移动体和控制方法
技术领域
本发明涉及成像设备、成像系统、移动体和控制方法。
背景技术
在日本专利申请公开No.2009-118427中讨论的成像设备包括有效像素区域和非有效像素区域。光从外面进入有效像素区域。布置在有效像素区域中的像素包括通过光电转换产生电信号的光电二极管 (PD)。
整个非有效像素区域被遮光膜覆盖。非有效像素区域包括参考 (reference)区域和故障检测图样(pattern)区域。布置在参考区域中的像素产生用作图像信号电平的参考的信号。在故障检测图样区域中，排列包括光电二极管的像素(PD像素)和不包括光电二极管的像素(非PD像素)。可以从故障检测图样区域获得根据设置PD的像素和未设置PD的像素的阵列图样的信号。
可以通过设定故障检测区域以提供预定的信号图样并且比较预定的信号图样与实际的产生的信号图样来执行故障的确定。如果实际的信号图样不匹配预定的信号图样，那么成像设备被确定为具有故障。
然而，已意识到，这样的故障检测方法可能不正确地确定成像设备具有故障。
发明内容
根据本发明的一个方面，成像设备包括多个像素和处理单元，所述多个像素包括被布置为接收入射光并且输出基于入射光的像素信号的光接收像素和被布置为输出用于构成(configure)故障检测信号的像素信号的参考像素，所述处理单元被布置为基于指示所述参考像素的异常的异常信息来确定所述故障检测信号是否正确。
根据本发明的另一方面，成像系统包括信号处理单元，所述信号处理单元被配置为：处理根据入射光的像素信号和用于检测成像设备的故障的故障检测信号，所述像素信号和故障检测信号是从所述成像设备输出的；和基于指示所述成像设备的像素的异常的异常信息来确定所述故障检测信号是否正确。
根据本发明的又另一方面，控制方法包括：存储指示成像设备的像素的异常的异常信息；接收用于检测所述成像设备的故障的故障检测信号；以及基于存储的异常信息来确定所述故障检测信号是否正确。
从参考附图的示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
附图说明
图1是示意性地示出成像设备的总体配置的示图。
图2A和图2B是示出成像设备的像素的等效电路的示图。
图3是示意性地示出成像设备的像素的操作的时序图。
图4是示意性地示出由成像设备输出的故障检测信号的示图。
图5是示出用于确定成像设备的操作的方法的流程图。
图6是示出用于确定成像设备的操作的方法的流程图。
图7A是示出移动体的示例性实施例的示图。图7B是示出移动体的示例性实施例的系统配置的框图。
图8是示意性地示出成像设备的总体配置的示图。
图9是示出成像系统的示例性实施例的配置的框图。
图10是示意性地示出成像设备的像素的平面结构的示图。
图11是示意性地示出成像设备的像素的平面结构的示图。
图12A和图12B是示意性地示出成像设备的像素的截面结构的示图。
具体实施方式
在这里的示例性实施例中，故障可以被准确地检测。
日本专利申请公开No.2009-118427中的技术讨论了用于确定从故障检测图样区域获得的信号是否与预定图样匹配的方法。然而，该方法具有不准确地检测成像设备的故障和错误操作的问题。更具体地，即使有效像素区域正常地运行(function)，诸如在JP2009-118427 中描述的故障检测方法的故障检测方法也可能确定成像设备不恰当地工作。例如，当仅成像设备的故障检测区域包括缺陷像素时，可能出现这种类型的情形。即使有效区域可以捕获图像，这些情形也可能导致成像设备被关机或阻止拍摄图像。对于希望使成像设备在所有可能的时间保持运行时(诸如例如使用成像设备控制汽车或其它类型的移动物体时)的情形，该问题是特别有问题的。
例如，即使在故障检测图样区域中的像素中引起异常，在有效像素区域中的像素或用于读取有效像素区域中的像素的电路中也可能不引起异常或故障。然而，利用诸如JP2009-118427中的技术的技术不可检测这种类型的情形。然而，本发明的发明人已意识到，能够确定这些情形是有用的，因为来自故障检测图样区域中的像素的信号不被用在成像中，因此成像设备可能仍然使用有效区以获得图像。换句话说，如果在故障检测图样区域中的像素中引起异常，那么存在成像设备可能错误地被确定为具有故障的可能性。
本发明的一个示例性实施例是成像设备。该成像设备包括以矩阵布置的多个像素。该多个像素包括光接收像素和参考像素。光从外面进入光接收像素-即，外部光可以入射在光接收像素上，并且光接收像素可以输出基于入射光的像素信号。参考像素输出用于构成故障检测信号的像素信号。因此，将意识到，可以基于来自一个或多个参考像素的像素信号产生故障检测信号。
故障检测信号提供用于确定成像设备的操作是否正常地运行的信息。例如，故障检测信号可以包括指示行或列的位置的信息。在一些实施例中，可以产生多个故障检测信号，其中，多个故障检测信号具有分别分配给不同的行或不同的列的不同的信号值。一个故障检测信号由来自一个参考像素的像素信号或来自多个参考像素的像素信号构成。构成故障检测信号的像素信号可以源自位于一个或多个行和/或列中的参考像素。
在其中一个故障检测信号或多个故障检测信号中的每一个由来自单个参考像素的像素信号构成的示例性实施例中，至少一个参考像素布置在行中的每一个中。不同的行中的参考像素输出具有彼此不同的电平的信号。电平意指像素信号的电流值或电压值。参考像素的像素信号的电平指示故障检测信号的信号值。在另一示例性实施例中，多个参考像素布置在一个行中。在该示例性实施例中，基于来自行中的多个参考像素的像素信号产生故障检测信号。例如，参考像素中的每一个输出高电平的像素信号或低电平的像素信号。在布置N个参考像素的情况下，故障检测信号由高电平的像素信号或低电平的像素信号的组合构成为N位(bit)数字信号(例如，N位二进值信号)。高电平的像素信号对应于位中的“1”，并且低电平的像素信号对应于位中的“0”。在这种情况下，形成N位数字信号的0和1的图样被用作故障检测信号的信号值。
在以上描述中，已例示了在行中的每一个中包括参考像素的成像设备。然而，将意识到，在其它的实施例中，成像设备可以在像素矩阵的每个列中包括参考像素-因此，在这里的实施例中，术语“行”可以改述为术语“列”。
本示例性实施例的成像设备获取关于参考像素的异常的信息。像素的异常指示像素不能恰当地运行以输出像素信号的状态。例如，具有异常的像素可能不根据控制信号恰当地运行以输出不同电平的像素信号。相反，像素可能恒定地输出相同电平的信号，而不管控制信号如何。在本说明书中，具有异常的像素可以被简称为异常像素。
像素的异常可以基于在成像设备的装运之前、在成像操作之前和之后、或在成像操作期间执行的检查被识别。用于识别像素的异常的检查方法可以基于已知的技术。成像设备可以包括存储器。存储器优选地存储指示识别的参考像素的异常的异常信息。替代地，成像设备可以从外部源获取指示识别的参考像素的异常的异常信息。
存储/获取的异常信息可以指示预定位置中的像素具有异常。替代地，异常信息可以指示预定范围中的像素(诸如一个或多个行或列中的像素)中的任一个具有异常。
根据本示例性实施例的成像设备，可以基于故障检测信号确定关于像素信号是否从成像设备正常地输出的确定。即，本实施例的成像设备可以基于故障检测信号确定在成像设备正常地运行时是否已产生像素信号。在一个示例性实施例中，成像设备包括执行该确定的信号处理单元。
例如，信号处理单元可以确定多个行的像素信号是否以预定的次序被输出。在这种情况下，信号处理单元可以确定按次序输出的多个故障检测信号是否如期望的那样改变-即，根据多个行的读取像素信号改变。例如，在来自像素矩阵的奇数行的故障检测信号具有与来自像素矩阵的偶数行的故障检测信号不同的信号值的情况下，信号处理单元可以确定读取的故障检测信号是否提供交替的信号值。以这种方式，可以关于多个行的像素信号是否以预定的次序被输出进行确定。
替代地，信号处理单元可以确定指定行的像素信号是否被适当地输出。例如，信号处理单元可以确定像素信号和输出的故障检测信号的信号值是否匹配分配给指定行的信号值。即，信号处理单元可以确定故障检测信号和像素信号是否与期望的信号值匹配。可以通过施加适当的控制信号-例如，预定的电压或电流-指令(instruct)参考像素提供期望的信号值。以这种方式，可以关于预定行的像素信号是否被正常地输出进行确定。
在本示例性实施例中，当确定故障检测信号输出期望的信号值时，成像设备被确定为正常地操作，或者成像设备被确定为正常地输出信号。当故障检测信号的信号值与期望的信号值不同时，信号处理单元确定成像设备不正常地操作，或者成像设备具有故障。
当确定成像设备的操作时，信号处理单元确定输出故障检测信号的参考像素是否具有异常。如果确定故障检测信号从具有异常的参考像素输出，则信号处理单元执行用于使故障检测信号无效的处理、用于用另一个信号替换故障检测信号的处理、或者用于不做出关于成像设备是否具有故障的确定的处理。
如上所述，在本示例性实施例中，可以通过使用指示参考像素的异常的信息来做出关于故障检测信号是正确还是错误的确定。以这种方式，可以减小由于参考像素中的异常的出现而错误地确定成像设备具有故障的可能性。因此，可以准确地检测故障。
本发明的一个示例性实施例是成像系统。该成像系统包括处理从成像设备输出的信号以获取图像信号的信号处理单元。并且，信号处理单元接收从成像设备输出的故障检测信号。故障检测信号与在成像设备的以上示例性实施例中描述的故障检测信号相同。与成像设备的以上示例性实施例一样，信号处理单元基于故障检测信号确定像素信号是否正常地从成像设备输出。
本示例性实施例的成像系统获取指示成像设备的像素的异常的异常信息。当确定成像设备的操作时，信号处理单元通过使用异常信息来确定输出故障检测信号的参考像素是否具有异常。如果故障检测信号从具有异常的参考像素输出，则信号处理单元执行用于使故障检测信号无效的处理、用于用另一个信号替换故障检测信号的处理、或者用于不做出关于成像设备是否具有故障的确定的处理。
成像系统可以包括存储异常信息的存储器。该异常信息通过在装运之前执行的检查被获取并存储在存储器中。替代地，成像系统可以从成像设备接收异常信息。
根据以上描述，本示例性实施例基于指示成像设备的像素的异常的异常信息确定故障检测信号是否正确。以这种方式，本实施例减小了由于参考像素中的异常的出现而错误地确定成像设备具有故障的可能性。因此，可以准确地检测故障。
上述成像设备或成像系统用于照相机、监视设备、机器人等。上述成像设备或成像系统用于移动体。特别地，在诸如车辆、飞行器或其它这样的船舶的用于运输人的移动体中，希望船舶装备有可靠的设备(例如，成像设备)。将意识到，上述实施例的成像设备和/或成像系统允许确定像素信号是否正常地从成像设备输出。因此，当成像设备具有故障时，可以停止成像操作，并且可以关于故障的出现发出警告。为了发出关于故障的警告，移动体可以包括诸如热产生器、光发射器、显示器、扬声器或振动器的通知单元。
以下，将通过使用附图详细描述本发明的示例性实施例。本发明不限于仅下面描述的示例性实施例。其中在不脱离本发明的主旨的情况下改变下面描述的示例性实施例的配置的一部分的修改也是本发明的示例性实施例。并且，其中示例性实施例中的任一个的配置的一部分被添加到另一示例性实施例的示例以及其中示例性实施例中的任一个的配置的一部分被用另一示例性实施例的配置的一部分替换的示例也是本发明的示例性实施例。
将描述第一示例性实施例。图1示意性地示出根据本示例性实施例的成像设备的配置。成像设备包括以矩阵布置的多个像素305、306 和307。多个像素包括光接收像素305、光学黑像素(以下为OB像素) 306和参考像素307。成像设备还包括垂直扫描电路301、列电路302、水平扫描电路303、输出控制电路304、输出线308、驱动控制线309、输出控制线310、存储器311和信号处理单元312。
包括在一个行中的多个像素305、306和307连接到共用的驱动控制线309。垂直扫描电路301经由驱动控制线309向多个像素305、306 和307供给驱动信号。基于驱动信号，像素信号从包括在一个行中的多个像素305、306和307并行地向输出线308输出。包括在一个列中的多个像素305、306和307连接到共用的输出线308。输出到输出线 308的像素信号被输入到列电路302。一个列电路302被布置到输出线 308中的每一个。列电路302执行诸如像素信号的放大、像素信号的模拟数字转换、像素信号的存储和像素信号的噪声去除的操作。水平扫描电路303依次从列电路302读取像素信号。存储器311存储指示参考像素307的异常的异常信息。信号处理单元312通过使用来自参考像素307的像素信号和存储在存储器311中的异常信息来确定故障检测信号是正确还是错误(即，故障检测信号是否正确)。
光接收像素305接收来自外面的光(即，光接收像素305接收外部光)。光接收像素305输出基于入射光的像素信号-即，光接收像素305输出基于接收的光的光信号。OB像素306被遮光膜(未示出) 覆盖。遮光膜被布置为露出光接收像素305。OB像素306输出对应于没有入射光存在的状态的电平的像素信号，即，暗(dark)电平的像素信号。由OB像素306输出的像素信号可以包括在每个像素中不同的噪声分量。因此，存在从每个OB像素306获得的像素信号随位置而变化的可能性。然而，由于制造变化和热噪声，因此噪声分量的量是随机的。因此，来自OB像素306的像素信号不是用于识别行和列的位置的信息。
参考像素307输出用于构成故障检测信号的像素信号。在第一示例性实施例中，使用上述故障检测信号中的任一种。在本示例性实施例中，输出控制电路304控制由参考像素307输出的像素信号的电平。更具体地说，输出控制电路304向输出控制线310供给预定电压。参考像素307输出根据输出控制线310的电压的电平的像素信号。参考像素307可以被遮光膜(未示出)覆盖。替代地，因为参考像素307 不包括光电二极管，所以参考像素307可以被露出。
接着，将描述光接收像素305、OB像素306和参考像素307的配置。图2A示出光接收像素305和OB像素306的等效电路。图2B示出参考像素307的等效电路。
如图2A中所示，光接收像素305和OB像素306包括光电二极管(以下描述为PD)401。PD 401通过光电转换将入射光转换为电荷。换句话说，PD 401是光电转换器的示例。光接收像素305的PD 401 具有从外面进入的光，因此光接收像素305的PD 401蓄积由光电转换引起的电荷。同时，OB像素306的PD 401被遮光。因此，OB像素306的PD 401蓄积诸如暗电流的可以变为噪声的电荷。注意，OB 像素306的PD 401可以被省略。
如图2B中所示，参考像素307不包括PD 401。相反，参考像素307连接到输出控制线310。在本示例性实施例中，供给电压Va的输出控制线310和供给与电压Va不同的电压Vb的输出控制线310连接到参考像素307。输出控制电路304选择电压被供给到两个输出控制线310中的哪一个。利用这样的配置，参考像素307可以选择性地输出对应于电压Va的电平的像素信号和对应于电压Vb的电平的像素信号。当参考像素307不输出不同电平的多个像素信号时，参考像素307 可以仅连接到供给电压Va的输出控制线310或供给电压Vb的输出控制线310。
光接收像素305、OB像素306和参考像素307包括传送晶体管 402。光接收像素305和OB像素306的传送晶体管402将PD 401的电荷传送到浮置扩散(FD)节点。同时，参考像素307的传送晶体管 402将电压Va或电压Vb传送到FD节点。传送晶体管402的栅极连接到供给驱动信号TX的驱动控制线309。传送晶体管402利用驱动信号TX控制。
光接收像素305、OB像素306和参考像素307包括放大晶体管 404。FD节点连接到放大晶体管404的栅极。放大晶体管404将基于 FD节点的电压的像素信号输出到输出线308。例如，放大晶体管404 和连接到输出线308的电流源(未示出)构成源极跟随器电路。
光接收像素305、OB像素306和参考像素307包括复位晶体管 403。复位晶体管403使FD节点的电压复位。复位晶体管403的漏极连接到供给复位电压Vres的节点。在本示例性实施例中，使用电源电压Vdd作为复位电压Vres。复位晶体管403的栅极连接到供给驱动信号RES的驱动控制线309。复位晶体管403利用驱动信号RES 被控制为接通或断开。
光接收像素305、OB像素306和参考像素307包括选择晶体管 405。选择晶体管405被布置在放大晶体管404与输出线308之间的电路中。选择晶体管405的栅极405电连接到供给驱动信号SEL的驱动控制线309。选择晶体管405根据驱动信号SEL被控制为接通或断开。当选择晶体管405接通时，对应的放大晶体管404将像素信号输出到输出线308。当连接到一个输出线308的多个像素的一部分的选择晶体管405接通并且其它像素的选择晶体管405断开时，输出像素信号的像素被选择。连接到一个输出线308的两个或更多个像素可以同时被选择。
利用这样的配置，光接收像素305可以输出根据入射光的像素信号(即，光信号)。OB像素306可以输出暗电平的像素信号。并且，参考像素307选择性地输出对应于电压Va的电平的像素信号和对应于电压Vb的电平的像素信号。
将详细描述光接收像素305和参考像素307的结构。图10示意性地示出成像设备的光接收像素305和参考像素307的平面视图结构。在图10中，具有与图2中所示的部件相同的功能的部件也用与图2 中所表示的符号相同的符号表示。
电源配线201是将电源电压VDD传输到用于图像获取的像素的配线。光接收像素305包括作为PD 401的一部分的半导体区域203。半导体区域203是蓄积由光电转换引起的电荷的电荷蓄积部分。这里，半导体区域203的导电类型是N型。并且，蓄积在半导体区域203中的电荷是电子。
光接收像素305包括传送晶体管402的栅极204和作为FD节点的一部分的浮置扩散区域205。图10示出两个光接收像素305共享一个放大晶体管404的配置。因此，图10示出包括在第一光接收像素 305A中的一组半导体区域203和浮置扩散区域205以及包括在第二光接收像素305B中的一组半导体区域203和浮置扩散区域205。
光接收像素305包括选择晶体管405的栅极206(选择栅极)、放大晶体管404的栅极207(放大栅极)和复位晶体管403的栅极208 (复位栅极)。光接收像素305还包括FD连接接触部209、第一FD 连接配线210和第二FD连接配线211。以下，接触部被写为CNT。
半导体区域203经由传送栅极204连接到浮置扩散区域205。蓄积在半导体区域203中的电荷经由传送栅极204被传送到浮置扩散区域205。浮置扩散区域205经由FD连接CNT209和FD连接配线210、211连接到放大栅极207。
浮置扩散区域205经由FD连接CNT 209和FD连接配线210、 211连接到复位晶体管403。
参考像素307的配置的一部分与光接收像素305相同。具有与光接收像素305的结构相同的结构的部分用与光接收像素305相同的符号表示。省略重复的描述。图10示出两个参考像素307共享一个放大晶体管404的配置。因此，图10示出包括在第一参考像素307A中的一组半导体区域203和浮置扩散区域205以及包括在第二参考像素 307B中的一组半导体区域203和浮置扩散区域205。
构成参考像素307的PD 401的半导体区域203连接到第一电压供给线212或第二电压供给线213。第一电压供给线212或第二电压供给线213是构成输出控制线310的配线。半导体区域203与电压给线212和213之间的连接经由CNT 215、配线214和通路(via)216 进行。通路216连接电压供给线212、213和配线214。
电压供给线212和电压供给线213被布置在参考像素307的PD 401的上方。换句话说，在关于光接收表面的平面视图中，电压供给线212和PD 401彼此重叠，并且电压供给线213和PD 401彼此重叠。
在参考像素307中，经由电压供给线212或电压供给线213施加到半导体区域203的电势经由传送晶体管402被输出到浮置扩散区域 205。
将使用图11、聚焦于PD 401进一步描述在图10中描述的光接收像素305和参考像素307的结构。图11是示出光接收像素305、参考像素307的PD 401、和传送晶体管402的示图。在图11中，与图10 中所示的部件相同的部件也用与图10中所表示的符号相同的符号表示。
首先，将描述光接收像素305。在平面视图中，蓄积电荷的半导体区域203与P型半导体区域220重叠。尽管下面将使用图12给出描述，但是半导体区域220用作保护半导体区域203的表面的表面保护层。以下，半导体区域220可以被写为表面保护层。
接着，将描述参考像素307。在平面视图中，P型半导体区域221 被设置在半导体区域203中的部分(该部分与CNT 315连接)与传送栅极204之间。
图12A是示意性地示出图11中的线C-D中的像素的截面结构的示图。图12B是示意性地示出图11中的线A-B中的像素的截面结构的示图。
首先，将描述图12A中所示的光接收像素305(对应于线C-D的截面)。蓄积电荷的半导体区域203在P型半导体区域220的下方形成。利用该结构，半导体区域220用作保护半导体区域203的表面的表面保护层。半导体区域220在半导体基板的主表面250与半导体区域203之间形成。
接着，将描述图12B中所示的参考像素307(对应于线A-B的截面)。CNT 215连接到蓄积电荷的半导体区域203的一部分。半导体区域221不在CNT 215的下方形成。并且，半导体区域221被设置在半导体区域203的部分(该部分与CNT 215连接)与传送栅极204之间。并且，在平面视图中半导体区域221与半导体区域203彼此重叠的部分中，半导体区域203被设置在半导体区域221的下方。半导体区域221在半导体基板的主表面250与半导体区域203之间形成。
当半导体区域203的导电类型为N型时，半导体区域221的导电类型为P型。因此，半导体区域221具有比半导体区域203A低的电势。更具体地说，半导体区域221的电势是传送栅极204在断开时的电势与半导体区域203的电势之间的电势。当没有形成半导体区域221时，对应于传送栅极204与半导体区域203之间的电势差的电场被施加到传送栅极204。同时，本示例性实施例包括半导体区域221，因此对对应于传送栅极204与半导体区域221之间的电势差的电场缓和的电场被施加到传送栅极204。利用这种配置，参考像素307的传送晶体管402的故障可以较少可能地出现。换句话说，根据本示例性实施例的像素配置，参考像素307的故障可以较少可能地出现。
导电类型与半导体区域203相同并且具有比半导体区域203高的杂质浓度的半导体区域可以被布置在半导体区域203与CNT 215之间。根据这样的配置，连接电阻可以减小。
接着，将描述光接收像素305、OB像素306和参考像素307的操作。图3是驱动信号SEL、驱动信号RES和驱动信号TX的时序图。当驱动信号处于高电平时，对应的晶体管接通。当驱动信号处于低电平时，对应的晶体管断开。图3还示出了FD节点的电压。
在时间T1，选择晶体管405接通。此时，复位晶体管403接通。因此，FD节点的电压是复位电压Vres。在选择晶体管405接通之后，复位晶体管403断开。放大晶体管404将根据复位电压Vres的电平的像素信号(噪声信号)输出到输出线308。
在时间T2，传送晶体管402接通。在光接收像素305和OB像素 306中，PD 401的电荷被传送到FD节点。FD节点的电压从复位电压 Vres改变为信号电压Vsig。放大晶体管404将根据电压Vsig的电平的像素信号输出到输出线308。
在参考像素307中，当传送晶体管402接通时，由输出控制电路 304输出的电压Va或电压Vb被供给到FD节点。在供给电压Va的情况下，FD节点的电压从复位电压Vres改变为电压Va。在供给电压 Vb的情况下，FD节点的电压从复位电压Vres改变为电压Vb。放大晶体管404将根据电压Va或电压Vb的电平的像素信号输出到输出线 308。从参考像素307输出的像素信号构成故障检测信号。
在时间T3，复位晶体管403接通，并且然后选择晶体管405断开。利用这些操作，从包括在一个行中的多个像素305、306和307读取像素信号的操作终止。
列电路302通过使用在复位时输出的噪声信号来执行像素信号的差分处理。利用该处理，可以获得具有降低的噪声的像素信号。列电路302根据需要还执行用于存储像素信号、模拟数字(AD)转换等的处理。
在本示例性实施例中，包括在同一行中的光接收像素305、OB像素306和参考像素307连接到共用的驱动控制线309。因此，与从光接收像素305和OB像素306读出像素信号并行地，从参考像素307 读取像素信号。如上所述，来自参考像素307的像素信号构成指示参考像素307所属于的行的故障检测信号。利用这样的配置，可以确定像素信号是否从指定行正常地输出。注意，包括在同一行中的光接收像素305、OB像素306和参考像素307可以分别连接到电分离的各个驱动控制线。连接到共用的驱动控制线309的同一行中的光接收像素305、OB像素306和参考像素307是并行读取像素信号的配置的示例。
将详细描述由通过参考像素307输出的像素信号构成的故障检测信号。本示例性实施例的故障检测信号包括数字信号。更具体地说，参考像素307的像素信号对应于数字信号的位的信号值。如图3中所示，对应于电压Va的电平的像素信号指示“0”，并且对应于电压Vb的电平的像素信号指示“1”。
图4示意性地示出从图1中所示的X行、Y行和Z行输出的像素信号。阴影图代表来自参考像素307的像素信号。轮廓图代表光接收像素305或OB像素306的信号。
X行和Y行二者均包括光接收像素305、OB像素306和参考像素307。因此，根据入射光的电平的像素信号(光接收像素305或OB 像素306的像素信号)和用于构成故障检测信号的像素信号(参考像素307的像素信号)被并行地读取到列电路302。此后，参考像素307 的像素信号首先根据水平扫描电路303的控制被输出到信号处理单元 312。接着，光接收像素305或OB像素306的像素信号被输出到信号处理单元312。如图4中示例性地示出的那样，对应于行X的故障检测信号具有信号值“010”。并且，对应于行Y的故障检测信号具有信号值“110”。以这种方式，X行的故障检测信号的信号值和Y行的故障检测信号的信号值彼此不同。Z行仅包括参考像素307。因此，仅来自参考像素307的像素信号，即，仅故障检测信号从Z行被输出。由Z行的参考像素307输出的像素信号可以构成对应于Z行的故障检测信号和对应于包括光接收像素305的列的故障检测信号。
接着，将描述用于基于故障检测信号确定成像设备是否正常地输出像素信号的方法。图5是示出用于确定成像设备的操作的方法的流程图。该确定处理例如由信号处理单元312执行。
在步骤S500中，获取X行像素信号。如以上参考图4所描述的，光接收像素305、OB像素306和参考像素307的像素信号作为X行像素信号被输出。在步骤S501中，针对每个像素信号，确定像素信号是否从参考像素307输出。当读取和输出的像素信号不是从参考像素 307输出的像素信号时，即，当像素信号是从光接收像素305或OB 像素306输出的像素信号(在步骤S501中为否)时，读取的像素信号不构成故障检测信号。因此，在步骤S502中，不执行故障的确定。当读取的像素信号是从参考像素307输出的像素信号(在步骤S501中为是)时，执行用于确定故障检测信号是正确还是错误的处理。
首先，在步骤S503中，获取关于参考像素307的异常的信息。在本示例性实施例中，指示具有异常的参考像素307的位置的异常信息被存储在存储器311中。随后，在步骤504中，基于指示参考像素307 的异常的异常信息，关于读取的像素信号是否来自具有异常的参考像素307进行确定。更具体地说，确定参考像素307的位置是否与存储在存储器311中的异常像素的位置匹配。这里，当参考像素307的位置与异常像素的位置的信息不匹配时，参考像素307被确定为不具有异常。更具体地说，由从参考像素307输出的像素信号构成的故障检测信号被确定为具有正确的信号值。另一方面，当参考像素307的位置与异常像素的位置的信息匹配时，参考像素307被确定为异常像素。更具体地说，由从参考像素307输出的像素信号构成的故障检测信号被确定为具有错误的信号值-即，确定信号值不正确。以这种方式，在步骤S504中，信号处理单元确定基于从参考像素307输出的像素信号的故障检测信号是否正确。
当故障检测信号被确定为不正确(在步骤S504中为否)时，处理前进到步骤S505。在步骤S505中，添加指示故障检测信号无效的信息。图5示出三位数字信号的最后一位是来自具有异常的参考像素307 的像素信号的示例。因此，在步骤S505中，“1”被提供作为指示故障检测信号无效的信息。使故障检测信号无效的方法不限于此。
在步骤S506中，产生具有在前面步骤中获得的信号值的故障检测信号作为指示X行的故障检测信号。当获得的故障检测信号正确时，像素信号的信号值被按原样使用。当获得的故障检测信号错误(即，不正确)时，产生已被无效的故障检测信号。
在步骤S507中，将产生的故障检测信号的信号值与X行故障检测信号的期望值进行比较。当故障检测信号的信号值与期望值匹配(在步骤S507中为是)时，处理前进到步骤S508。在步骤S508中，成像设备被确定为正常地操作。然后，处理前进到下一行读出操作-即，处理前进以读取像素矩阵中的下一行。并且，当产生已被无效的故障检测信号时，处理也前进到下一行读出操作。
当在步骤S507中故障检测信号的信号值与期望值不匹配(在步骤 S507中为否)时，处理前进到步骤S509。在步骤S509中，成像设备的操作被确定为具有异常。更具体地说，成像设备被确定为具有故障。在这种情况下，在步骤S510中，停止成像设备的操作，或者发出指示成像设备具有故障的警告。
如上所述，本示例性实施例基于指示参考像素307的异常的异常信息确定故障检测信号是正确还是错误。以这种方式，该布置降低错误地确定成像设备具有故障的可能性，并且更可靠地确定成像设备何时正常地操作。作为结果，成像设备的故障被准确地检测。
以上描述基于行的故障检测信号。然而，将意识到，以上布置也可以基于列的故障检测信号确定成像设备的操作。在后一种情况下，说明书中的术语“行”可以用术语“列”替换。
将描述第二示例性实施例。本示例性实施例与第一示例性实施例的不同之处在于，当故障检测信号被确定为错误时，故障检测信号被用另一个信号替换。以下，将主要描述第二示例性实施例的与第一示例性实施例不同的部分。为了简洁，省略第二示例性实施例的与第一示例性实施例同样的部分。
根据本示例性实施例的成像设备的配置与第一示例性实施例的配置相同。图1示意性地示出根据本示例性实施例的成像设备。其详细描述被省略。
本示例性实施例的光接收像素305、OB像素306和参考像素307 的配置和操作与第一示例性实施例的配置和操作相同。图2示出本示例性实施例的光接收像素305、OB像素306和参考像素307的等效电路。在图10-11、12A-12B中示出光接收像素305和参考像素307的结构。并且，图3是由本示例性实施例的成像设备所使用的驱动信号的时序图。其详细描述被省略。
在本示例性实施例中使用的故障检测信号与第一示例性实施例的故障检测信号相同。图4示意性地示出从图1中所示的X行、Y行和 Z行输出的像素信号。其详细描述被省略。
接着，将描述用于基于故障检测信号确定成像设备是否正常地输出像素信号的方法。图6是示出用于确定成像设备的操作的方法的流程图。该确定处理例如由信号处理单元312执行。与图5的流程图中的步骤同样的步骤用与图5中的附图标记相同的附图标记表示。
在步骤S500中，获取X行像素信号。如以上参考图4所描述的，光接收像素305、OB像素306和参考像素307的像素信号作为X行像素信号被输出。在步骤S501中，针对每个像素信号，确定像素信号是否从参考像素307输出。当读取和输出的像素信号不是从参考像素 307输出的像素信号时，即，当输出的像素信号是从光接收像素305 或OB像素306输出的像素信号(在步骤S501中为否)时，读取的像素信号不构成故障检测信号。因此，在步骤S502中，不执行故障的确定。当读取的像素信号是从参考像素307输出的像素信号(在步骤S501 中为是)时，执行用于确定故障检测信号是正确还是错误的处理。
首先，在步骤S503中，获取关于参考像素307的异常的信息。在本示例性实施例中，指示具有异常的参考像素307的位置的异常信息被存储在存储器311中。随后，在步骤504中，通过使用指示参考像素307的异常的异常信息，确定读取的像素信号是否从具有异常的参考像素307输出。更具体地说，确定参考像素307的位置是否与存储在存储器311中的异常像素的位置匹配。这里，当参考像素307的位置与异常像素的位置的信息不匹配时，参考像素307被确定为不具有异常。更具体地说，由从参考像素307输出的像素信号构成的故障检测信号被确定为具有正确的信号值。另一方面，当参考像素307的位置与异常像素的位置的信息匹配时，参考像素307被确定为异常像素。更具体地说，由从参考像素307输出的像素信号构成的故障检测信号被确定为具有错误的信号值。以这种方式，在步骤S504中，信号处理单元确定由从参考像素307输出的像素信号构成的故障检测信号是否正确(即，是正确还是错误)。
当故障检测信号错误(在步骤S504中为否)时，处理前进到步骤 S601。在步骤S601中，获取存储在存储器311中的正确的故障检测信号。除了指示参考像素307的异常的异常信息之外，存储器311还存储应当由异常参考像素307的输出信号构成的故障检测信号。例如，存储器311可以存储所有的故障检测信号。在这种情况下，基于异常信息选择相关的故障检测信号。替代地，存储器311可以仅存储与具有异常的参考像素307相关的故障检测信号。
随后，在步骤S602中，由参考像素307的像素信号构成的故障检测信号被用存储在存储器中的另一故障检测信号替换。
在步骤S506中，产生具有在前面步骤中获得的信号值的故障检测信号作为指示X行的故障检测信号。当获得的故障检测信号正确时，像素信号的信号值被按原样使用。当获得的故障检测信号错误时，产生替换的故障检测信号。
在步骤S507中，将产生的故障检测信号的信号值与X行故障检测信号的期望值进行比较。当故障检测信号的信号值与期望值匹配(在步骤S507中为是)时，处理前进到步骤S508。在步骤S508中，成像设备被确定为正在正常地操作。然后，处理前进到下一行读出操作。
当在步骤S507中故障检测信号的信号值与期望值不匹配(在步骤 S507中为否)时，处理前进到步骤S509。在步骤S509中，成像设备的操作被确定为具有异常。更具体地说，成像设备被确定为具有故障。在这种情况下，在步骤S510中，停止成像设备的操作，或者发出指示成像设备具有故障的警告。
根据以上描述，本示例性实施例通过使用指示参考像素307的异常的异常信息来确定故障检测信号是正确还是错误。以这种方式，本布置减小当成像设备正常地操作时错误地确定成像设备具有故障的可能性。因此，可以准确地检测成像设备的故障。
以上成像设备的操作基于行的故障检测信号。然而，在其它示例中，将意识到，可以基于列的故障检测信号确定成像设备的操作。在这种情况下，说明书中的术语“行”可以用术语“列”替换。
现在将描述移动体的示例性实施例。第三示例性实施例的移动体是具有车载照相机的汽车。图7A示意性地示出汽车100的外观和主要内部结构。汽车100包括成像设备102、成像系统集成电路(专用集成电路(ASIC))103、警告设备112和主控制单元113。
图8示意性地示出本示例性实施例的成像设备102的配置。与以上第一和第二示例性实施例中描述的成像设备的不同之处在于，成像设备102不包括图1的存储器311和信号处理单元312。成像设备102 的其它配置与图1中所示的配置相同。因此，采用第一和第二示例性实施例的描述，并且这里省略重复的描述。
当从成像系统、车辆传感器、控制单元等接收到指示异常的信号时，警告设备112向驾驶员发出警告。主控制单元113一体地控制成像系统、车辆传感器、控制单元等的操作。汽车100可以不包括主控制单元113。在这种情况下，成像系统、车辆传感器和控制单元单独包括通信接口(I/F)，并且通信I/F经由通信网络(例如，控制器区域网络(CAN)标准)传输/接收控制信号。
图7B是示出汽车100的系统配置的框图。汽车100包括第一成像设备102和第二成像设备102。更具体地说，本示例性实施例的车载照相机是立体照相机。在成像设备102中，物体图像被光学单元114 聚焦。从成像设备102输出的像素信号由图像预处理单元115处理，并然后被传输到成像系统集成电路103。图像预处理单元115执行诸如S-N算术运算和同步信号添加的处理。
成像系统集成电路103包括图像处理单元104、存储器105、光学距离测量单元106、视差计算单元107、物体辨识单元108、异常检测单元109和外部I/F单元116。图像处理单元104处理像素信号以产生图像信号。图像处理单元104执行图像信号的校正和异常像素的补全 (complementation)。存储器105暂时存储图像信号。并且，存储器 105可以存储成像设备102的已知异常像素的位置。光学距离测量单元106通过使用图像信号来执行物体的聚焦或距离测量。视差计算单元107执行视差图像的物体比较(立体匹配)。物体辨识单元108分析图像信号并辨识诸如汽车、人、标志和道路的物体。异常检测单元 109检测成像设备102的故障或错误操作。当检测到故障或错误操作时，异常检测单元109向主控制单元113发送指示已检测到异常的信号。外部I/F单元116充当成像系统集成电路103的部分与主控制单元113或各种控制单元之间的信息传送的中介。
汽车100包括车辆信息获取单元110和驾驶辅助控制单元111。车辆信息获取单元110包括车辆传感器，诸如速度和加速度传感器、角速度传感器、转向角传感器、距离测量雷达和压力传感器。
驾驶辅助控制单元111包括碰撞确定单元。碰撞确定单元基于来自光学距离测量单元106、视差计算单元107和物体辨识单元108的信息确定是否存在与物体的碰撞的可能性。光学距离测量单元106和视差计算单元107是获取到目标物体的距离信息的距离信息获取单元的示例。更具体地说，距离信息是关于视差、散焦量、到目标物体的距离等的信息。碰撞确定单元可以通过使用距离信息中的任一种来确定碰撞可能性。距离信息获取单元可以通过专门设计的硬件或软件模块来实现。
已描述了通过驾驶辅助控制单元111控制汽车100不与另一物体碰撞的示例。然而，本示例性实施例适用于跟随另一车辆的自动驾驶的控制或不越过车道的自动驾驶的控制。
汽车100还包括用于行进的驱动部分，诸如气囊、加速器、制动器、转向器和传动装置。并且，汽车100包括驱动部分的控制单元。控制单元基于主控制单元113的控制信号控制对应的驱动部分。
在本示例性实施例中，成像系统集成电路103的异常检测单元109 确定像素信号是否从成像设备102正常地输出。因此，异常检测单元 109接收从成像设备102输出的多个故障检测信号。从成像设备102 输出的故障检测信号与在上述示例性实施例中描述的故障检测信号相同。并且，用于通过异常检测单元109确定成像设备102的操作的方法与图5和图6中所示的方法以及图5和图6的描述相同。换句话说，在本示例性实施例中采用第一和第二示例性实施例的所有描述。
如图5和图6中所示，异常检测单元109通过使用存储在存储器 105中的异常信息来确定故障检测信号是正确还是错误，其中，异常信息指示成像设备的像素的异常。然后，当故障检测信号被确定为错误时，如图5中所示，故障检测信号被无效。替代地，如图8中所示，获取的故障检测信号被用另一信号替换。在这种情况下，用于替换的正确的故障检测信号被存储在存储器105中。
以这种方式，在第一和第二示例性实施例中由信号处理单元312 执行的成像设备的故障的确定在本示例性实施例中由成像系统集成电路103的异常检测单元109执行。换句话说，成像系统集成电路103 用作确定成像设备的故障的信号处理单元。
在本示例性实施例中使用的成像系统不限于汽车，并且可以应用于诸如船舶、飞行器或工业机器人的移动体(移动设备)。另外，成像系统不仅可以应用于移动体，而且还可以应用于使用物体辨识的设备，例如智能运输系统(ITS)。
作为移动体的修改，在第一或第二示例性实施例中描述的成像设备可以被用作成像设备102。
如上所述，本示例性实施例的移动体包括通过使用指示成像设备的像素的异常的异常信息来确定故障检测信号是正确还是错误的信号处理单元。利用这样的配置，可以减小尽管成像设备正常地操作但是错误地确定成像设备具有故障的可能性。因此，可以准确地检测成像设备的故障。
将描述成像系统的示例性实施例。成像系统的示例包括数字静态照相机、数字摄像机、照相机头、复印机、传真机、移动电话、车载照相机和观测卫星。图9是示出作为成像系统的示例的数字静态照相机的配置的框图。
在图9中，屏障(barrier)1001保护透镜。透镜1002将物体的光学图像聚焦在成像设备1004上。光阑1003改变通过透镜1002的光量。作为成像设备1004，使用图8中所示的成像设备。
信号处理单元1007对从成像设备1004输出的像素信号执行诸如校正和数据压缩的处理以获取图像信号。然后，在图9中，定时产生单元1008向成像设备1004和信号处理单元1007输出各种定时信号，并且总体控制单元1009控制整个数字静态照相机。存储器单元1010 暂时存储图像数据。存储介质控制I/F单元1011执行到存储介质的存储或从存储介质的读取。诸如半导体存储器的可附接、可拆卸存储介质1012用于存储或读取成像数据。外部I/F单元1013执行与外部计算机的通信。
成像系统可以仅包括至少成像设备1004和处理从成像设备1004 输出的像素信号的信号处理单元1007。在这种情况下，其它配置被布置在成像系统的外面。
在本示例性实施例中，信号处理单元1007确定像素信号是否从成像设备1004正常地输出。因此，信号处理单元1007接收从成像设备 1004输出的多个故障检测信号。由成像设备1004输出的故障检测信号与在上述示例性实施例中描述的故障检测信号相同。并且，用于通过信号处理单元1007确定成像设备102的操作的方法与图5和图6 中所示的方法以及图5和图6的描述相同。换句话说，在本示例性实施例中采用第一和第二示例性实施例的所有描述。
如图5和图6中所示，信号处理单元1007通过使用存储在存储器单元1010中的关于成像设备的像素的异常的信息来确定故障检测信号是正确还是错误。然后，当故障检测信号错误时，如图5中所示，故障检测信号被无效。替代地，如图8中所示，获取的故障检测信号被用另一信号替换。在这种情况下，用于替换的正确的故障检测信号被存储在存储器单元1010中。
以这种方式，在第一和第二示例性实施例中由信号处理单元312 执行的成像设备的故障的确定在本示例性实施例中由信号处理单元 1007执行。
作为成像系统的修改，在第一或第二示例性实施例中描述的成像设备可以被用作成像设备1004。
如上所述，本示例性实施例的成像系统包括通过使用关于成像设备的像素的异常的信息来确定故障检测信号是正确还是错误的信号处理单元。利用这样的配置，可以减小尽管成像设备正常地操作但是错误地确定成像设备具有故障的可能性。因此，可以准确地检测成像设备的故障。
尽管已参考示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最宽的解释以便包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (18)

1.一种成像设备，包括：
半导体基板的像素区域；
布置在所述像素区域中的多个像素，所述多个像素包括：
光接收像素，所述光接收像素被布置为接收入射光并且输出基于入射光的像素信号，所述光接收像素被布置在所述像素区域中；和
参考像素，所述参考像素被布置为输出用于构成故障检测信号的像素信号，所述参考像素被布置在所述像素区域中；和
输出控制单元，所述输出控制单元连接到所述参考像素并且被配置为向所述参考像素输入控制信号以控制要由所述参考像素输出的像素信号的电平；以及
处理单元，所述处理单元被布置为基于指示所述参考像素的异常的异常信息来确定所述故障检测信号是否正确。
2.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述处理单元被布置为响应于确定所述故障检测信号不正确而使所述故障检测信号无效。
3.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述处理单元被布置为响应于确定所述故障检测信号不正确而用另一信号替换所述故障检测信号。
4.根据权利要求1所述的成像设备，其中：
所述多个像素被以矩阵布置；并且
所述故障检测信号包括指示所述矩阵的行的位置或所述矩阵的列的位置的位置数据。
5.根据权利要求4所述的成像设备，其中，所述处理单元被布置为进一步基于所述故障检测信号来确定像素信号是否被从指定的像素正常地读取。
6.根据权利要求1所述的成像设备，进一步包括被配置为存储所述异常信息的存储器。
7.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述处理单元被布置为从外部源接收所述异常信息。
8.一种成像系统，所述成像系统包括：
成像设备；以及
信号处理单元，
所述成像设备包括：
半导体基板的像素区域；
布置在所述像素区域中的多个像素，所述多个像素包括：
光接收像素，所述光接收像素被布置为接收入射光并且输出基于入射光的像素信号，所述光接收像素被布置在所述像素区域中；和
参考像素，所述参考像素被布置为输出用于构成故障检测信号的像素信号，所述参考像素被布置在所述像素区域中；和
输出控制单元，所述输出控制单元连接到所述参考像素并且被配置为向所述参考像素输入控制信号以控制要由所述参考像素输出的像素信号的电平；并且
所述信号处理单元被配置为：
处理根据入射光的像素信号和用于检测所述成像设备的故障的故障检测信号，所述像素信号和故障检测信号是从所述成像设备的像素输出的，所述故障检测信号由所述成像设备的连接到像素并且被配置为向所述参考像素输入控制信号以控制要由所述参考像素输出的像素信号的电平的所述输出控制单元控制；和
基于指示所述成像设备的像素的异常的异常信息来确定所述故障检测信号是否正确。
9.根据权利要求8所述的成像系统，其中，所述信号处理单元被布置为响应于确定所述故障检测信号不正确而使所述故障检测信号无效。
10.根据权利要求8所述的成像系统，其中，所述信号处理单元被布置为响应于确定所述故障检测信号不正确而用另一信号替换所述故障检测信号。
11.根据权利要求8所述的成像系统，其中，所述信号处理单元被布置为基于所述故障检测信号来确定像素信号是否被从指定的像素正常地读取。
12.根据权利要求8所述的成像系统，进一步包括被配置为存储所述异常信息的存储器。
13.根据权利要求8所述的成像系统，其中，所述信号处理单元被布置为从所述成像设备接收所述异常信息。
14.根据权利要求8所述的成像系统，进一步包括控制单元，所述控制单元被配置为响应于所述信号处理单元基于所述故障检测信号确定所述成像设备正在不正常地操作而供给用于使所述成像设备的成像处理停止的信号。
15.一种移动体，包括：
根据权利要求1所述的成像设备；和
控制单元，所述控制单元被配置为基于通过所述成像设备获取的图像信号来控制移动体。
16.根据权利要求15所述的移动体，进一步包括通知单元，所述通知单元被配置为响应于所述处理单元确定所述成像设备正在不正常地操作而发出用于指示所述成像设备具有故障的警告信号。
17.一种移动体，包括：
根据权利要求8所述的成像系统；和
控制单元，所述控制单元被配置为基于通过所述成像系统获取的图像信号来控制移动体。
18.根据权利要求17所述的移动体，进一步包括通知单元，所述通知单元被配置为响应于所述信号处理单元确定所述成像设备正在不正常地操作而发出用于指示所述成像设备具有故障的警告信号。
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