CN117395535A - 摄像装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及摄像装置和电子设备。摄像装置包括：第一基板，其中形成有由像素构成的像素阵列部，像素包括光接收部并以矩阵方式布置；和第二基板，其中形成有控制像素的像素控制部，第一基板堆叠在第二基板上，第一基板包括传输第一电压的第一配线，传输第二电压的第二配线，和故障检测电路，当以多个像素列或多个像素行为单位将像素阵列部划分为多个像素块时，故障检测电路对每个像素块执行配线故障的检测，并且在检测配线故障的期间内，在每个像素块中将与多个像素列或多个像素行相对应的多个配线串联连接，将每个像素块中串联连接的配线链的一端连接至第一配线，将配线链的另一端连接至第二配线，并且根据配线链的中间位置处的电位检测配线故障。

Description

摄像装置和电子设备
本申请是申请日为2019年09月13日、发明名称为“摄像装置和电子设备”的申请号为201980072530.8的专利申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及摄像装置和电子设备。
背景技术
有一种光接收芯片，其使得能够在形成用于输出光接收信号的穿孔电极之前的状态下对半导体基板上以矩阵形式排列的光接收元件进行检查(例如，参见专利文献1)。
在专利文献1所述的光接收芯片中，多个光接收元件被划分成几个元件组，并且对应于元件组设置有检查焊盘。每个元件组连接到公共检查信号线，并且输出电路和输入电路连接到每个检查焊盘。通过使用转换开关，每个检查信号线被连接至相应的检查焊盘的输出电路和输入电路中的一者，从而能够使用检查焊盘来检查光接收元件。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：JP 2015-165544 A
发明内容
技术问题
专利文献1中所述的光接收芯片旨在用于在形成用于输出光接收信号的穿孔电极之前的状态下检查光接收元件。
本公开的目的是提供一种摄像装置以及包括该摄像装置的电子设备，其中，能够用最小的附加电路检查针对每个像素行或每个像素列形成的配线。
问题的解决方法
为了达到上述目的，本发明的摄像装置包括：
第一基板，在所述第一基板中形成有由像素组成的像素阵列部，所述像素包括光接收部并以矩阵形式排列；以及
第二基板，其中形成有控制所述像素的像素控制部，并且所述第一基板堆叠在所述第二基板上，其中，
第一基板包括
第一配线，其被构造为传输第一电压，
第二配线，其被构造为传输第二电压，以及
故障检测电路，当以多个像素列或多个像素行为单位将所述像素阵列部划分为多个像素块时，所述故障检测电路对每个所述像素块执行配线故障的检测，并且
所述故障检测电路被构造为
在检测配线故障的期间内，在每个所述像素块中将与多个像素列或多个像素行相对应的多个配线串联连接，将每个所述像素块中串联连接的所述配线链的一端连接至所述第一配线，将所述配线链的另一端连接至所述第二配线，并且
根据所述配线链的中间位置处的电位检测配线故障。
用于实现上述目的的本公开的电子设备包含具有上述构造的摄像装置。
附图说明
图1是示意性示出作为本公开的摄像装置的示例的CMOS图像传感器的基本构造的框图。
图2是示出像素电路构造的示例的电路图。
图3是示出安装在CMOS图像传感器上的列并行(column-parallel)模数转换部的构造示例的框图。
图4是示意性示出堆叠型芯片结构的分解立体图。
图5是示出用于COW式堆叠结构的芯片接合步骤的示意图。
图6是示出用于COW式堆叠结构的芯片接合处理的流程的流程图。
图7是示出检测开路配线故障的方法的图。
图8是示出根据示例1的像素芯片的基本构造的示例的示意图。
图9是示出根据示例2的像素芯片的具体构造的示例的电路图。
图10是示出像素阵列部的一个像素块的菊花链(daisy chain)和两个故障检测电路的电路构造的示例的电路图。
图11A是示出在检测开路配线故障期间的第一电压Va/第二电压Vb/第三电压Vc/第四电压Vd的电压值的设定和限制的图，并且图11B是示出在检测开路配线故障期间产生的情况分类的图。
图12是示出在断路检查期间产生的漏电流的图。
图13是示出用于防止由于漏电流而导致的对断路的错误检测的方法的示例的图。
图14是示出根据本公开的技术的应用示例的图。
图15是示意性示出作为本公开的电子设备的示例的摄像系统的构造的框图。
图16是示意性示出可应用根据本公开的技术的内窥镜手术系统的构造的图。
图17是示出内窥镜手术系统中的摄像头和CCU的功能构造的示例的框图。
图18是示意性示出作为可应用根据本公开的技术的移动物体控制系统的示例的车辆控制系统的构造的示例的框图。
图19是示出移动物体控制系统中的摄像部的安装位置的示例的图。
具体实施例
在下文中，将参照附图详细地说明用于实施本公开的技术的实施例(以下称为“实施例”)。本公开的技术不限于实施例。在下面的说明中，相同的附图标记将用于相同的元件或具有相同功能的元件，并且将不再说明重复的部分。将按照以下顺序进行说明。
1.本公开的摄像装置和电子设备的概述
2.本公开的摄像装置
2-1.CMOS图像传感器的构造示例
2-2.像素构造示例
2-3.模数转换部的构造示例
2-4.堆叠型芯片结构
2-5.配线的短路/开路故障
3.实施例的说明
3-1.示例1(像素芯片的基本构造示例)
3-2.示例2(根据示例1的像素芯片的具体构造示例)
4.变形例
5.应用示例
6.根据本公开的技术的应用示例
6-1.本公开的电子设备(摄像系统的示例)
6-2.内窥镜手术系统的应用示例
6-3.移动物体的应用示例
7.可实施本公开的构造
<本公开的摄像装置和电子设备的概述>
在本公开的摄像装置和电子设备中，故障检测电路可以被构造为包括开关元件组，该开关元件组被构造为在用于检测配线故障的期间内通过在第一配线和第二配线之间的每个像素块中串联连接多个配线来形成配线链(wiring chain)。它可以被构造为使得在开关元件组的一个端部处的开关元件连接到第一配线，并且在另一端部处的开关元件连接到第二配线。
在包括上述优选构造的本公开的摄像装置和电子设备中，第一基板可以被构造为具有被构造为传输第三电压的第三配线和被构造为传输第四电压的第四配线。故障检测电路可以被构造为包括第一开关元件和第二开关元件，该第一开关元件连接到配线链的中间位置并且读出中间位置处的电位，该第二开关元件连接在第三配线和第四配线之间，并根据通过第一开关元件读出的中间位置处的电位执行开/关(on/off)操作。
另外，在包括上述优选构造的本公开的摄像装置和电子设备中，故障检测电路可以被构造为根据第三配线与第四配线之间是否产生短路电流来检测配线故障。故障检测电路可以被构造用于检测在配线链的其中一端与配线链的中间位置之间的配线断路故障，或者检测配线链的中间位置与配线链的另一端之间的配线断路故障。
此外，在包括上述优选构造的本公开的摄像装置和电子设备中，可以被构造为使得故障检测电路的开关元件组的各开关元件、第一开关元件和第二开关元件由与构成像素的晶体管相同的导电型的晶体管构成。具体地，可以被构造为使得当构成像素的晶体管由N沟道MOS晶体管构成时，故障检测电路的开关元件组的各开关元件、第一开关元件和第二开关元件可以是由与像素相同类型的N沟道MOS晶体管构成。
<本公开的摄像装置>
现在说明应用了根据本公开的技术的摄像装置(即，本公开的摄像装置)的基本构造。在此，将作为一种XY可寻址摄像器的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器作为摄像装置的示例进行说明。CMOS图像传感器是通过应用或部分使用CMOS工艺制造的图像传感器。
[CMOS图像传感器的构造示例]
图1是示意性示出作为本公开的摄像装置的示例的CMOS图像传感器的基本构造的框图。
该示例的CMOS图像传感器1具有包括像素阵列部11和像素阵列部11的外围电路部的构造。像素阵列部11由在行方向和列方向上(即，以矩阵方式)二维地布置的像素2形成，每个像素2包括光接收部(光电转换部)。在此，行方向是指像素2在像素行中的排列方向(所谓的水平方向)，并且列方向是指像素2在像素列中的排列方向(所谓的垂直方向)。像素2执行光电转换以根据接收光的光量产生光电荷并累积所述电荷。
例如，像素阵列部11的外围电路部包括行选择部12、恒流源部13、模数转换部14、水平传输扫描部15、信号处理部16以及时序控制部17。
在像素阵列部11中，针对矩阵像素阵列中的各个像素行，在行方向上布置有像素控制线311至31m(在下文中，可以统称为“像素控制线31”)。另外，针对各个像素列在列方向上布置有垂直信号线321至32n(在下文中，可以统称为“垂直信号线32”)。当从像素2读出信号时，像素控制线31传输用于驱动的驱动信号。图1将每个像素控制线31示出为一条线，但是其不限于一条线。每个像素控制线31的一端连接到针对各行的行选择部12的其中一个输出端。
现在说明像素阵列部11的外围电路部的各电路部分，即，说明行选择部12、恒流源部13、模数转换部14、水平传输扫描部15、信号处理部分16和时序控制部17。
行选择部12由移位寄存器、地址解码器等构成，并当选择像素阵列部11的像素2时控制像素行的扫描和像素行的寻址。虽然未示出具体构造，行选择部12通常具有两个扫描系统，即读出扫描系统和清除扫描(sweep scanning)系统。
为了从像素2读出像素信号，读出扫描系统选择性地依次逐行地扫描像素阵列部11中的像素2。从像素2读出的像素信号是模拟信号。在读出扫描之前的与快门速度相对应的时刻处，清除扫描系统对于要由读出扫描系统执行读出扫描的读出行执行清除扫描。
通过清除扫描系统进行的清除扫描从读出行中的像素2的光电转换部扫出不必要的电荷，从而复位光电转换部。由清除扫描系统进行的这样的不必要电荷的清除(复位)实现了所谓的电子快门操作。电子快门操作是指排出光电转换部中的光电荷并且开始新的曝光(开始累积光电荷)的操作。
恒流源部13包括多个电流源I，其可以是MOS晶体管且每个都连接到各个像素列的垂直信号线321至32n中的相应一者，并且恒流源部13向通过垂直信号线321至32n由行选择部12选择性地扫描的像素行中的每个像素2提供偏置电流。
模数转换部14由一组对应于像素阵列部11的像素列设置(例如，设置用于各个像素列)的多个模数转换器构成。模数转换部14是列并行模数转换部，其将通过各个像素列的各垂直信号线321至32n输出的模拟像素信号转换为N位数字信号。
例如，作为列并行模数转换部14的模数转换器，可以使用作为参考信号比较型的模数转换器的示例的单斜模数转换器。然而，模数转换器不限于单斜模数转换器，并可以使用逐次比较型模数转换器、增量总和调制(delta-sigma modulation)型(ΔΣ调制型)模数转换器等。
水平传输扫描部15由移位寄存器、地址解码器等构成，并且当读出像素阵列部11的像素2的信号时控制像素列的扫描和像素列的寻址。在水平传输扫描部15的控制下，通过宽度为2N位的水平传输线18针对每个像素列读出由模数转换部14转换为数字信号的像素信号。
信号处理部16对通过水平传输线18供给的数字像素信号执行预定的信号处理，以生成二维图像数据。例如，信号处理部16校正垂直线缺陷和点缺陷，对信号进行钳位，并执行诸如并串行转换、压缩、编码、加运算、平均和间歇操作等数字信号处理。信号处理部16将生成的图像数据作为CMOS图像传感器1的输出信号输出到后级的装置。
时序控制部17生成各种时序信号、时钟信号和控制信号等，并且基于这些生成的信号，控制行选择部12、恒流源部13、模数转换部14、水平传输扫描部15、信号处理部16等的驱动。
[像素电路构造示例]
图2是示出像素2的电路构造的示例的电路图。例如，像素2具有光电二极管21，其作为用作光接收部的光电转换部。像素2具有除了光电二极管21之外还包括传输晶体管22、复位晶体管23、放大晶体管24和选择晶体管25的像素构造。
例如，作为传输晶体管22、复位晶体管23、放大晶体管24和选择晶体管25的四个晶体管可以使用N沟道MOS场效应晶体管(FET)。通过仅用N沟道晶体管构造像素2，能够在面积效率和工序减少方面进行优化。然而，在此示出的四个晶体管22至25的导电型组合仅为示例，并且不限于该组合。
为像素2设置有多个作为上述像素控制线31的控制线，使得控制线对于相应的像素行的像素2是公用的。这些控制线以逐行的方式连接到与各个像素行相对应的行选择部12的输出端。行选择部12根据需要向多个控制线输出传输信号TRG、复位信号RST和选择信号SEL。
光电二极管21的阳极电极连接到低电位侧电源(例如，接地)，将接收的光光电转换为具有与接收光量相对应的电荷量的光电荷(在该示例中为光电子)，并存储光电荷。光电二极管21的阴极电极经由传输晶体管22电连接到放大晶体管24的栅极电极。在此，电连接放大晶体管24的栅极电极的区域是浮动扩散部(浮动扩散区域)FD。浮动扩散部FD是将电荷转换成电压的电荷-电压转换部。
传输晶体管22的栅极电极从行选择部12接收传输信号TRG，该传输信号在高电平(例如，VDD电平)下有效。传输晶体管22响应于传输信号TRG而导通，并因此将已由光电二极管21光电转换且累积在光电二极管21中的光电荷传输到浮动扩散部FD。
复位晶体管23连接在高电位侧电源电压VDD的节点与浮动扩散部FD之间。复位晶体管23的栅极电极从行选择部12接收复位信号RST，该复位信号在高电平下有效。复位晶体管23响应于复位信号RST而导通，并且通过将浮动扩散部FD的电荷排出到电压VDD的节点来复位浮动扩散部FD。
在放大晶体管24中，栅极电极连接到浮动扩散部FD，且漏极电极连接到高电位侧电源电压VDD的节点。放大晶体管24用作源极电极跟随器的输入部，该源极电极跟随器读出通过光电二极管21中的光电转换获得的信号。也就是说，放大晶体管24的源极电极经由选择晶体管25连接到垂直信号线32。放大晶体管24和连接到垂直信号线32的一端的电流源I形成源极电极跟随器，该源极电极跟随器将浮动扩散部FD的电压转换为垂直信号线32的电位。
在选择晶体管25中，漏极电极连接到放大晶体管24的源极电极，且源极电极连接到垂直信号线32。选择晶体管25的栅极电极从行选择部12a接收选择信号SEL，该选择信号在高电平下有效。选择晶体管25响应于选择信号SEL而导通，从而将像素2置于被选择状态并将从放大晶体管24输出的信号传输到垂直信号线32。
选择晶体管25可以具有连接在高电位侧电源电压VDD的节点与放大晶体管24的漏极电极之间的电路构造。在该示例中，像素2的像素电路具有包括传输晶体管22、复位晶体管23、放大晶体管24和选择晶体管25的4Tr(即，四个晶体管(Tr))的构造，但是构造不限于此。例如，可以通过去除选择晶体管25并将选择晶体管25的功能添加到放大晶体管24来形成3Tr的构造，或者可以根据需要通过增加晶体管的数量来形成5Tr以上的构造。
[模数转换部的构造示例]
现在说明列并行模数转换部14的构造的示例。图3是示出列并行模数转换部14的构造的示例的框图。本公开的CMOS图像传感器1中的模数转换部14由一组设置用于各个垂直信号线321至32n的多个单斜模数转换器构成。在此，以第n列的单斜模数转换器140为例进行说明。
单斜模数转换器140具有包括比较器141、计数器电路142和锁存电路143的电路构造。在单斜模数转换器140中，使用所谓的RAMP波形(斜率波形)的参考信号，其中电压值随时间线性变化。斜率波形的参考信号由参考信号生成部19生成。参考信号生成部19可以使用例如数模转换(DAC)电路来构造。
比较器141将从像素2读取的模拟像素信号用作比较输入，且将由参考信号生成部19生成的斜率波形的参考信号用作参考输入，并将这两个信号进行比较。例如，当参考信号大于像素信号时，比较器141的输出处于第一状态(例如，高电平)，并且当参考信号小于或等于像素信号时，比较器141的输出处于第二状态(例如，低电平)。因此，比较器141输出具有与像素信号的信号电平相对应的脉冲宽度的脉冲信号(具体地，与信号电平的幅值相对应的脉冲宽度的脉冲信号)作为比较结果。
在与开始将参考信号馈送至比较器141的时序相同的时序处，计数器电路142从时序控制部17接收时钟信号CLK。计数器电路142通过与时钟信号CLK同步地执行计数操作来测量比较器141的输出脉冲的脉冲宽度的时段，即，从比较操作开始到比较操作结束的时段。计数器电路142的计数结果(计数值)是通过将模拟像素信号数字化而获得的数字值。
锁存电路143保持(锁存)作为由计数器电路142进行计数的结果的数字值。锁存电路143还通过获得与信号电平中的像素信号相对应的D相中的计数值和与复位电平中的像素信号相对应的P相中的计数值之间的差值来执行作为噪声消除处理的示例的相关双采样(CDS)。然后，在水平传输扫描部15的驱动下，锁存的数字值被输出到水平传输线18。
如上所述，在由一组单斜模数转换器140构成的列并行模数转换部14中，从有关时间的信息中获得数字值，在所述信息中，由参考信号生成部19产生的并且线性变化的模拟值的参考信号与从像素2输出的模拟像素信号之间的幅值关系变化。在上述示例中，模数转换部14由与像素列一一对应地布置的模数转换器140构成。然而，模数转换部14可以分别对应于多个像素列的各个模数转换器140构成。
[堆叠型芯片结构]
如上所述构造的CMOS图像传感器1的芯片(半导体集成电路)的结构是堆叠型芯片结构(所谓的堆叠型芯片)。像素2的结构可以是背照型像素结构，当其上形成有配线层的基板表面是前表面(前侧)时，其获取入射在与前侧相反的后侧上的光；或者可以是获取入射到前侧的光的前照型像素结构。
图4是示意性示出CMOS图像传感器1的堆叠型芯片结构的分解立体图。如图4所示，在堆叠型芯片结构中，堆叠有作为第一基板的像素芯片41以及作为第二基板的逻辑芯片42的至少两个半导体基板。
在这种堆叠结构中，像素阵列部11的像素2、像素控制线311至31m以及垂直信号线321至32n形成在第一层的像素芯片41上。在第二层的逻辑芯片42上，形成用于控制像素2的像素控制部，该像素控制部包括行选择部12、恒流源部13、模数转换部14、水平传输扫描部、信号处理部16、时序控制部(TG)17和参考信号生成部19等。像素控制部是像素阵列部11的外围电路部。第一层的像素芯片41和第二层的逻辑芯片42经由连接部43和44电连接，该连接部可以是通孔凸块(bump)、贯通芯片通孔(TCV)或Cu-Cu混合接合等。
根据具有这种堆叠结构的CMOS图像传感器1，第一层的像素芯片41仅需要大到足以具有使得能够形成像素阵列部11的尺寸(面积)即可。这允许减小像素芯片41的尺寸(面积)并因此减小了整个芯片的尺寸。此外，适合于生产像素2的工艺可用于第一层的像素芯片41，并且适合于生产像素控制部(逻辑)的工艺可以用于第二层的逻辑芯片42。因此，在制造CMOS图像传感器1时，具有能够优化工艺的优点。特别地，在制造逻辑芯片42上的像素控制部时，可以使用先进的精细加工。
在此，以其中堆叠有像素芯片41和逻辑芯片42的两层结构的堆叠结构为例进行说明，但是所述堆叠结构不限于两层结构并可以具有三层以上。当堆叠结构具有三层以上时，包括行选择部12、恒流源部13、模数转换部14、水平传输扫描部15、信号处理部16、时序控制部17、参考信号生成部19等的像素控制部可以分布在半导体基板的第二层和后续层中。
在对CMOS图像传感器1的无缺陷产品/有缺陷产品的分类中，例如检查像素控制线311至31m和垂直信号线321至32n中是否存在开路(断路)，以及检查相邻配线之间是否存在短路。对于将形成有像素阵列部11的像素芯片41和形成有像素控制部的逻辑芯片42接合在一起的三维结构的堆叠型芯片(堆叠型芯片结构)，通常在晶片状态的检查中进行无缺陷产品/有缺陷产品的上述分类，所述晶片状态是在将像素芯片41和逻辑芯片42接合在一起之后形成的最终形状。
用于堆叠型芯片的堆叠方法的示例包括将晶片接合在一起的方法(WOW：晶片上晶片)以及将晶片和无缺陷的芯片接合在一起的方法(COW：晶片上芯片)。对于COW方法的堆叠型芯片，与WOW方法的堆叠型芯片不同，能够通过选择性地组合无缺陷产品和无缺陷产品来提高良品率。
如图5所示，对于COW方法的堆叠结构，首先分别在单独的晶片工艺中制造其上安装有像素阵列部11的像素芯片41以及其上安装有诸如行选择部12和数模转换部14等像素控制部(逻辑)的逻辑芯片42。然后，将逻辑芯片42分成小块，并将分成小块后的逻辑芯片42附接至晶片状态下的像素芯片41。
COW方法的堆叠结构的第一优点在于，能够以优化的工艺来分别制造像素芯片41和逻辑芯片42。例如，对于像素芯片41，可以使用在诸如白点和最大电荷量Qs等像素特性方面被优化的工艺。对于逻辑芯片42，可以使用先进的精细加工来提高速度并降低功耗。第二个优点在于，如图6所示，在接合之前，对像素芯片41和逻辑芯片42中的每者进行无缺陷产品的分类，并且将无缺陷的芯片接合在一起。这防止了不必要的良品率损失，实现了成本降低。特别地，对于具有大面积的较大传感器，当单个像素/逻辑芯片的良品率不高时，无缺陷产品/有缺陷产品的分类实现了大幅降低成本的效果。
为了能够分类无缺陷产品/有缺陷产品，必要的是将单个的像素芯片41和逻辑芯片42的有缺陷产品筛选出来。在逻辑芯片42的工艺中，通常可使用低电压/高电压(薄膜/厚膜)CMOS晶体管，因此在设计故障检测电路时的自由度较高。然而，在像素芯片41的工艺中，通常仅可用高压的N沟道MOS晶体管。
[配线的短路/开路故障]
如图1所示，在安装在像素芯片41上的像素阵列部11的电路构造中，设置有包括在列方向上的垂直信号线321至32n和在行方向上的像素控制线311至31m的配线。如果在这些配线中发生短路/开路(断路)故障，则在摄像装置的输出图像中会出现线缺陷(linedefect)。这些配线故障是芯片故障的主要原因。
短路故障的检测能够相对容易地实现。例如，当从外部向相邻的配线施加不同的电位并在相邻的配线之间观察到漏电流时，就能够确定在某处发生了短路。
如图7所示，为了检测开路配线故障，通过开关元件(例如，MOS晶体管)451至45i将多个配线(在该示例中为垂直信号线321至32n)串联连接以形成一个菊花链(配线链)。在分类无缺陷产品/有缺陷产品期间，测试信号test_en被固定到高电平，开关元件451至45i被切换到ON(接通)状态，并且电压Va和Vb被施加到菊花链的两端。测试信号test_en以及电压Va和Vb通过测试焊盘46施加。
当不存在开路配线故障时，对应于施加电压Va和Vb与菊花链的假定电阻的比率的电流流过菊花链。当菊花链中的某处发生开路故障时，将不会有电流流过菊花链。可以通过确定菊花链中是否有假定电流在流动来检测开路故障。在正常使用期间，测试信号test_en被固定到低电平，并且不施加电压Va和Vb。
尽管这种检测开路故障的方法的概念很简单，但是其可行性存在问题。具体地，像素控制线311至31m和垂直信号线321至32n通常具有每几条线约10kΩ的配线电阻，并且考虑到电流测量精度(约nA)，一个菊花链中能够被串联连接的配线的数量被限制在几十到几百条线。对于具有成千上万的配线的摄像装置，将需要大量的菊花链，并且将需要为每个菊花链设置电源或测试焊盘以独立地检测故障。这是不现实的。
<实施例的说明>
在最近的堆叠结构的摄像装置中，由于大量的像素和更高的速度，像素控制线311至31m和垂直信号线321至32n的配线的故障率趋于高于单个像素的故障率。因此，本公开的实施例仅关注于检查其中形成有像素阵列部11的各像素芯片41的配线层，并且通过增加最小的电路而实现对像素控制线311至31m和垂直信号线321至32n中的配线故障，特别是开路故障(断路)的检测。
具体地，将像素控制线311至31m和垂直信号线321至32n的所有配线划分为多个菊花链(配线链)，并且并行地(同时地)对所有划分的菊花链执行开路故障的检测(分类)。因此，能够缩短检测配线故障(即，开路故障)所需的时间。另外，能够减少用于检测开路故障的电路的构成元件(例如，晶体管)和测试端子(测试焊盘)的数量，从而减少面积开销(areaoverhead)。
现在说明根据本公开实施例的用于分类像素芯片41的无缺陷产品/有缺陷产品的具体示例。
[示例1]
示例1是根据本公开实施例的像素芯片41的基本构造示例。图8示出了根据示例1的像素芯片41的基本构造的示例。
根据示例1的像素芯片41除了其中像素2以矩阵方式二维地布置的像素阵列部11之外，还具有用于检测(分类)开路配线故障的故障检测电路47A至47D，这些故障检测电路被布置在像素阵列部11的上侧、下侧、左侧和右侧。被布置在像素阵列部11的上侧和下侧的故障检测电路47A和47B用于检测沿像素列设置的垂直信号线321至32n中的配线故障。被布置在像素阵列部11的左侧和右侧的故障检测电路47C和47D用于检测沿像素行设置的像素控制线311至31m中的配线故障。
像素芯片41经由布置在像素芯片的外围部中的连接部43A和43B以及连接部44A和44B电连接至逻辑芯片42(参见图5)。连接部43A和43B以及连接部44A和44B由凸块、TCV和Cu-Cu混合接合等构成。像素芯片41的外围部还包括与各个故障检测电路47A至47D相对应的用于检查(分类)无缺陷产品/有缺陷产品的焊盘部48A至48D。
[示例2]
示例2是根据示例1的像素芯片41的具体构造示例。图9示出了根据示例2的像素芯片41的具体构造示例。
在以下说明中，以检测沿像素列设置的垂直信号线321至32n中的开路故障(断路故障)的情况为例进行说明，但是相同的概念适用于检测沿像素行设置的像素控制线311至31m中的开路故障。
在本实施例中，像素阵列部11在行方向上被划分成多(P)个区域，并且将划分的区域称为像素块511至51p。对于沿像素列设置的垂直信号线321到32n，在每个像素块511到51p中形成一个菊花链。下面将说明细节。
故障检测电路47A具有沿行方向设置的三个连接配线521、522和523。像素阵列部11的像素块511至51p通过三个连接配线521、522和523分别连接到焊盘部48A的测试焊盘531、532、和533。
测试信号test_en被提供给测试焊盘531，并且连接配线521在行方向上传输测试信号test_en。第一电压Va被施加到测试焊盘532，并且作为第一配线的连接配线522在行方向上传输该第一电压Va。第二电压Vb被施加至测试焊盘533，并且作为第二配线的连接配线523在行方向上传输该第二电压Vb。
故障检测电路47B具有沿行方向设置的三个连接配线524、525和526。像素阵列部11的像素块511至51p通过三个连接配线524、525和526分别连接到焊盘部48B的测试焊盘534、535和536。
测试信号test_en被提供给测试焊盘534，并且连接配线524在行方向上传输该测试信号test_en。第三电压Vc被施加到测试焊盘535，并且作为第三配线的连接配线525在行方向上传输该第三电压Vc。第四电压Vd被施加到测试焊盘536，并且作为第四配线的连接配线526在行方向上传输该第四电压Vd。
图10示出了像素阵列部11的一个像素块和两个故障检测电路47A和47B的菊花链的电路构造的示例。在此，以像素块511为例进行说明，但是其它像素块512至51p有相同的结构。在图10中，为了便于说明，将像素块511的j个垂直信号线321至32j表示为vsl#1至vsl#j。
像素块511的j个垂直信号线vsl#1至vsl#j在各端被开关元件组串联连接以形成一个菊花链。在以下说明中，将开关元件组的开关元件(例如，MOS晶体管)称为开关晶体管s1至sj。开关晶体管s1至sj的栅极电极(栅极端子)经由连接配线521和524连接到测试焊盘531和534。在检测开路故障期间，通过测试焊盘531和534以及连接配线521和524供给高电平的测试信号test_en，从而将开关晶体管切换为接通(ON)状态并形成菊花链。
第一电压Va通过连接配线522被施加到对应于第一垂直信号线vsl#1的开关晶体管s1，并且第二电压Vb通过连接配线523被施加到对应于第j垂直信号线vsl#j的开关晶体管sj。施加高电平的测试信号test_en，第一电压Va和第二电压Vb使得能够检测(分类)垂直信号线vsl#1至vsl#j中的开路故障。
除了连接配线524、525和526和开关晶体管s2、s4、…、sj，故障检测电路47B还包括作为第一开关元件的开关晶体管Tr1以及作为第二开关元件的开关晶体管Tr2。在开关晶体管Tr1中，栅极电极经由连接配线524连接至测试焊盘534，且漏极电极连接至菊花链的中间位置Vm。在开关晶体管Tr2中，源极电极经由连接配线525连接到测试焊盘535，漏极电极经由连接配线526连接到测试焊盘536，并且栅极电极连接到开关晶体管Tr1的源极电极。
故障检测电路47A和47B的开关晶体管s1至sj和故障检测电路47B的开关晶体管Tr1和Tr2可以被构造为与构成像素2的晶体管相同导电型的晶体管。具体地，对于图4所示的堆叠结构，如图2所示地，像素芯片41上的像素2仅由N沟道MOS晶体管构成，以实现面积效率和减少工艺方面的优化。因此，开关晶体管s1至sj以及开关晶体管Tr1和Tr2优选由与像素2相同类型的N沟道MOS晶体管构成。这消除了向现有的像素工艺添加新的元件类型(即，添加新工艺)的需要。
在具有以上构造的故障检测电路47A和47B中，在用于检测开路故障的期间内(在用于分类无缺陷产品/有缺陷产品的期间内)，将高电平的测试信号test_en施加到测试焊盘531和534，并且施加预定电压值用作第一电压Va/第二电压Vb/第三电压Vc/第四电压Vd。然后，在此状态下，通过监视测试焊盘535和536之间是否存在短路电流，就能够确定在各个像素块中的垂直信号线321至32n中是否发生开路故障(断路故障)。
图11A示出了在用于检测开路故障的期间内(在用于分类无缺陷产品/有缺陷产品的期间内)第一电压Va/第二电压Vb/第三电压Vc/第四电压Vd的电压值的设定和限制。在图11A的表中，Vth是开关晶体管s1至sj以及开关晶体管Tr1和Tr2的阈值电压。
具体地，关于在用于检测开路故障的期间内第一电压Va/第二电压Vb/第三电压Vc/第四电压Vd的设定和限制，例如第一电压Va和第二电压Vb中的一者被设定为作为参考电位的接地电平GND，且另一者被设定为电压值VDD1。在设定a中，第一电压Va被设定为接地电平GND，且第二电压Vb被设定为电压值VDD1。在设定b中，第一电压Va设定为电压值VDD1，且第二电压Vb被设定为接地电平GND。
此外，测试信号test_en和第三电压Vc/第四电压Vd被设定为电压值VDD2/电压值VDD3/电压值VDD4。测试信号test_en和第三电压Vc/第四电压Vd的电压值共用于设定a和设定b。图11A示出了电压值VDD1/电压值VDD2/电压值VDD3/电压值VDD4之间的关系。根据条件(2)，将开关晶体管s1至sj以及开关晶体管Tr1和Tr2切换到导通状态，并且垂直信号线vsl#1至vsl#j彼此串联地电连接以形成一个菊花链。
图11B示出了在用于检测开路故障的期间内出现的情况的分类。作为在用于检测开路故障的期间内的通用设定，第三电压Vc被设定为高于电压值VDD1/2+Vth的电压值VDD3，并且第四电压Vd被设定为高于电压值VDD3(VDD3<VDD4)的电压值VDD4。
·情况(1)
情况(1)是在菊花链中的垂直信号线vsl#1至vsl#j中未发生开路故障的情况。在情况(1)中，菊花链的中间位置Vm处的电位变为电压值VDD1的1/2。中间位置Vm处的电位经由开关晶体管Tr1输入到开关晶体管Tr2的栅极电极。根据图11A的表中的条件(3)_1，由于栅极电压低于源极/漏极电压，所以开关晶体管Tr2切换到断开(OFF)状态。因此，在情况(1)中，在测试焊盘535和536之间不产生短路电流。
·情况(2)
情况(2)是在菊花链的一端与中间位置Vm之间的垂直信号线vsl#1至vsl#j/2中发生开路故障并在垂直信号线vsl#(j/2+1)至vsl#j中没有发生开路故障的情况。在该情况下，菊花链的中间位置Vm处的电位被拉到Vb的电位。也就是说，在设定a中，中间位置Vm处的电位变为接地电位GND，并在设定b中，中间位置Vm处的电位变为VDD1。然后，根据图11A的表中的条件(3)_2，开关晶体管Tr2在设定b中切换为导通状态。因此，在测试焊盘535和536之间通过连接配线525和526形成了短路路径，并产生了短路电流。在设定a中，开关晶体管Tr2切换到断开状态，从而在测试焊盘535和536之间不产生短路电流。
·情况(3)
情况(3)是在菊花链的一端与中间位置Vm之间的垂直信号线vsl#1至vsl#j/2中没有发生开路故障，并且在中间位置Vm和菊花链的另一端之间的垂直信号线vsl#(j/2+1)至vsl#j中发生开路故障的情况。在该情况下，菊花链的中间位置Vm处的电位被拉到Va的电位。也就是说，在设定a中，中间位置Vm处的电位变为VDD1，并在设定b中，中间位置Vm处的电位变为地电平GND。因此，在设定a中，开关晶体管Tr2切换到导通状态，在测试焊盘535和536之间通过连接配线525和526形成短路路径，并产生短路电流。在设定b中，开关晶体管Tr2切换到断开状态，从而在测试焊盘535和536之间不产生短路电流。
·情况(4)
情况(4)是在垂直信号线vsl#1至vsl#j/2和垂直信号线vsl#(j/2+1)至vsl#j中均发生开路配线故障的情况。在该情况下，设定a和b中位于菊花链的中间位置Vm处的电位变为未被定义。如果在设定a或b中开关晶体管Tr2意外地被切换到导通状态，则检测开路故障可能失效。
然而，即使在单个像素芯片41的分类中未能检测到开路故障，也可以在像素芯片41和逻辑芯片42接合在一起之后的使用图像的分类中将该故障作为的线缺陷而筛选出来，从而避免了有缺陷芯片的流出。由于情况(4)具有比情况(2)和(3)更低的发生概率，所以由于单个像素芯片41的分类失败而导致在接合芯片的良品率和分类时间方面的恶化对成本的影响较小。
在上述中，说明了在分类期间可能发生的一个像素块51的菊花链的使用情况，但实际的分类是同时在所有像素块511至51p上进行的。如果在设定a和设定b中在测试焊盘535和536之间未产生短路电流，则在情况(4)中可能无法检测开路故障，但是可以认为开路故障极不可能发生，并且可以进行接合。相反，如果在设定a或设定b中在测试焊盘535和536之间产生短路电流，则可以肯定的是某些菊花链中发生了开路故障。
与将垂直信号线321至32n组合成一个大的菊花链相比，将这些垂直信号线划分为多个菊花链是更有利的。这是由于以下原因。也就是说，菊花链中串联连接的线数越多，菊花链的电阻值就越高。如果在连接到垂直信号线321至32n或像素控制线311至31m的晶体管中发生了不会导致芯片故障的弱漏电流，则菊花链中间位置Vm处的原本预期的电压可能改变，从而妨碍了恰当的分类。为了分类的稳定性，实用的是划分成多条链，使得一条菊花链的电阻值为几百kΩ到几MΩ。
具体地，上述的弱漏电流可以是连接到像素控制线311至31m的晶体管的栅极泄漏，或者是连接到垂直信号线321至32n的选择晶体管(图2的选择晶体管25)的源极漏极泄漏。
如图11A所示的施加电压的条件(2)/(3)所示，对于分类期间施加的电压，必须考虑N沟道MOS晶体管的阈值电压。如果N沟道MOS晶体管的阈值电压的差异较大，则该电压可能无法在限制范围内，从而对分类精度产生不利影响。当批次/晶片/芯片之间的阈值电压的差异较大时，可以使用已知技术事先获得像素晶体管的阈值电压，并且该信息可以用于动态地调节在分类期间被施加的电压。这抑制了差异的影响并且提高了分类的鲁棒性。
必须确保新添加的用于分类的电路不会对CMOS图像传感器的正常操作造成干扰或不利影响。作为实现此目的的方法的示例，在正常操作期间，开关晶体管s1至sj以及开关晶体管Tr1和Tr2保持断开状态，因此未形成菊花链。具体地，通过从传感器的外部控制测试信号test_en以使得测试信号test_en变为接地电平(或低于阈值电压Vth的电压)，或者通过在芯片中设置电阻器，能够在正常操作期间将开关晶体管s1至sj以及开关晶体管Tr1和Tr2置于断开状态。如有必要，可以对第一电压Va/第二电压Vb/第三电压Vc/第四电压Vd的每个电压值执行相同的处理。
当对垂直信号线32(321至32n)执行断路检查时，在垂直信号线32与电源电压VDD的节点之间经由选择晶体管25能够形成漏电路径，并且漏电流可以如图12中虚线箭头指示地流动。这会导致对于断路的错误检测。图13示出了用于防止由于上述漏电流而导致的对于断路的错误检测的方法的示例。
具体地，用于将选择信号SEL施加到像素的选择晶体管25的配线SEL_1至SEL_m的端部经由开关晶体管s11至s1m连接到测试焊盘537。从外部将低到足以将选择晶体管25切换到断开状态的电压Ve施加到测试焊盘537。然后，在断路检查期间，通过测试焊盘538向开关晶体管s11至s1m的栅极电极提供高电平的测试信号test_en。
如上所述，当在断路检查期间将高电平的测试信号test_en提供给开关晶体管s11至s1m的栅极电极时，开关晶体管s11至s1m被切换到导通状态，从而经由配线SEL_1至SEL_m将足够低的电压Ve施加到像素的选择晶体管25的栅极电极。因此，选择晶体管25处于断开状态，并且没有漏电流流动，从而能够防止由于漏电流而导致的对于断路的错误检测。
像素阵列部11的像素控制线311至31m仅连接到像素晶体管(传输晶体管22、复位晶体管23和选择晶体管25)的栅极电极，并因此不会形成如上所述的泄漏路径。
<变形例>
上面已经基于优选实施例说明了根据本公开的技术，但是根据本公开的技术不限于该实施例。在以上实施例中说明的摄像装置的构造和结构是示例，并且可以适当地进行更改。
例如，在上述实施例中，以将根据本公开的技术应用于包括以矩阵方式布置的像素2的CMOS图像传感器的情况为例进行了说明，但根据本公开的技术不限于应用于CMOS图像传感器。也就是说，根据本公开的技术适用于其中像素2以矩阵方式二维地布置的任何XY可寻址摄像装置。
<应用示例>
例如，如图14所示，根据上述本实施例的摄像装置可以用于感测诸如可见光、红外光、紫外光和X射线等光的各种装置。下面列出了各种装置的具体示例。
·拍摄供人欣赏的图像的装置，例如，数码相机和具有相机功能的移动装置
·用于交通的装置，例如，为了包括诸如自动停车等安全驾驶和驾驶员状况确定等目的而拍摄车辆的前、后、周围和内部图像的车载传感器、用于监视行驶中的车辆和道路的监视相机，以及用于测量车辆之间的距离的距离测量传感器等
·用在诸如电视、冰箱和空调等家用电器中的装置，用于拍摄用户手势的图像并根据手势操作装置
·用于医疗和保健的装置，例如，内窥镜和通过接收红外光执行血管造影的装置
·用于安全的装置，例如，用于预防犯罪的监视相机和用于人员身份验证的相机
·用于美容的装置，例如，用于拍摄皮肤图像的皮肤测量仪器和用于拍摄头皮图像的显微镜
·用于运动的装置，例如，用于运动应用程序的运动相机和可穿戴式相机
·用于农业的装置，例如，用于监视田地和农作物状况的相机
<根据本公开的技术的应用示例>
根据本公开的技术可应用到各种产品。具体地，该技术可应用于包含诸如数码相机和摄像机等摄像系统、诸如手机等具有摄像功能的移动终端设备以及在图像读取部中使用摄像元件的复印机等各种电子设备。现在说明将该技术应用到诸如数码相机或摄像机等摄像系统的示例。
[本公开的电子设备]
图15是示出作为本公开的电子设备的示例的摄像系统的构造的框图。如图15所示，根据该示例的摄像系统100包括：包括透镜组等的摄像光学系统101、摄像部102、数字信号处理器(DSP)电路103、帧存储器104、显示设备105、记录设备106、操作系统107、电源系统108等。DSP电路103、帧存储器104、显示设备105、记录设备106、操作系统107和电源系统108经由总线109相互连接。
摄像光学系统101拍摄来自目标的入射光(图像光)并在摄像部102的成像表面上形成图像。摄像部102将通过光学系统101成像在成像表面上的入射光的量转换为每个像素的电信号，并将其作为像素信号输出。DSP电路103执行诸如白平衡处理、去马赛克和伽马校正处理等的一般相机信号处理。
帧存储器104用于根据需要在DSP电路103中的信号处理过程中存储数据。显示设备105包括诸如液晶显示设备或有机电致发光(EL)显示设备等面板型显示设备，并显示通过摄像部102拍摄的运动图像或静止图像。记录设备106将通过摄像部102拍摄的运动图像或静止图像记录在诸如便携式半导体存储器、光盘或硬盘驱动器(HDD)等记录介质上。
操作系统107在用户的操作下发出针对摄像系统100的各种功能的操作命令。电源系统108根据需要将用作DSP电路103、帧存储器104、显示设备105、记录设备106和操作系统107的操作电源的各种电源供应至这些供给目标。
在具有以上构造的摄像系统100中，根据上述实施例的摄像装置可以用作摄像部102。因此，根据摄像装置，能够用最小的附加电路对每个像素行或每个像素列形成的配线进行检查，从而抑制了芯片面积的增大。因此，通过使用根据上述实施例的摄像装置作为摄像部102，能够抑制摄像系统100的尺寸增大。
[内窥镜手术系统的应用示例]
根据本公开的技术(本技术)可应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜手术系统。
图16是示意性示出可应用根据本公开的技术(本技术)的内窥镜手术系统的构造的示例的图。
图16示出了操作者(医生)11131正在使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132执行手术的情况。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、诸如气腹管11111和能量手术工具11112等的其它手术工具11110、支撑内窥镜11100的支撑臂设备11120以及装配有用于内窥镜手术的各种设备的推车11200。
内窥镜11100由镜筒11101和摄像头11102构成，镜筒11101具有从其远端延伸预定长度的区域，以被插入患者11132的体腔中，摄像头11102被连接到镜筒11101的近端。在示出的示例中，示出了被构造为具有刚性镜筒11101的所谓的刚性内窥镜的内窥镜11100，但是内窥镜11100可以被构造为具有柔性镜筒的所谓的柔性内窥镜。
在镜筒11101的远端设置有用于适配物镜的开口。光源设备11203连接到内窥镜11100，并且由光源设备11203产生的光通过在镜筒11101内部延伸的光导被引导到镜筒11100的远端，并穿过物镜照射在患者11132的体腔中的观察目标。内窥镜11100可以是直视内窥镜、斜视内窥镜或侧视内窥镜。
光学系统和摄像元件设置在摄像头11102的内部，并且来自观察目标的反射光(观察光)通过光学系统汇集到摄像元件。观察光经由摄像元件光电转换，并生成对应于观察光的电信号，也就是说，生成对应于观察图像的图像信号。图像信号作为RAW数据被发送到相机控制单元(CCU)11201。
例如，CCU 11201可以由中央处理单元(CPU)或图形处理单元(GPU)构成，并全面地控制内窥镜11100和显示设备11202的操作。另外，CCU 11201从摄像头11102接收图像信号，并且对图像信号进行诸如显影处理(去马赛克)等的用于基于图像信号显示图像的各种图像处理。
在CCU 11201的控制下，显示设备11202基于由CCU 11201进行了图像处理的图像信号来显示图像。
光源设备11203可以由诸如发光二极管(LED)等光源构成，并且在拍摄手术部位等的图像时将照射光提供给内窥镜11100。
输入设备11204是到内窥镜手术系统11000的输入接口。用户可以通过输入设备11204向内窥镜手术系统11000输入各种类型的信息和指令。例如，用户输入用于改变内窥镜11100的拍摄条件(照射光的类型、放大系数、焦距等)的指令。
例如，手术工具控制设备11205控制用于烧灼组织、切割或密封血管的能量手术工具11112的驱动。为了使患者11132的体腔膨胀以确保内窥镜11100的视野和操作者的工作空间，气腹装置11206通过气腹管11111将气体传送到体腔内。记录器11207是能够记录关于手术的各种类型的信息的设备。打印机11208是能够以诸如文本、图像和图形等各种形式来打印关于手术的各种类型的信息的设备。
在拍摄手术部位的图像时向内窥镜11100提供照射光的光源设备11203包含LED、激光光源或由它们的组合构成的白光源。在白光源由RGB激光光源的组合构成时，可以高精度地控制各个颜色(每个波长)的输出强度和输出时序，使得光源设备11203能够调节所拍摄图像的白平衡。在该情况下，可以以时分方式从每个RGB激光光源向观察目标照射激光，并与照射时序同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动。这使得能够以时分方式拍摄对应于R、G和B的图像。根据该方法，能够在不为摄像元件设置滤色器的情况下获得彩色图像。
可以控制光源设备11203的驱动从而以预定时间间隔改变输出光的强度。通过与光强度的改变时序同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动以时分方式获取图像并通过合成这些图像，可以生成没有所谓的曝光不足和过曝的高动态范围图像。
此外，光源设备11203可以被构造为能够提供实现特定光成像的预定波长带的光。在特定光成像中，例如，通过照射比正常成像中的照射光(即，白光)更窄频带的光来执行所谓的窄带成像，窄带成像利用身体组织的光吸收波长依赖性，并以高对比度拍摄诸如粘膜表面层中血管等预定组织的图像。替代地，在特定光成像中，可以执行荧光摄像，其中使用通过照射激发光产生的荧光来获得图像。在荧光摄像中，用激发光照射身体组织以观察来自身体组织的荧光(自发荧光内窥镜检查)，或者将诸如吲哚菁绿(ICG)等试剂局部注射到身体组织中，然后用与试剂的荧光波长相对应的激发光照射该身体组织，以获得荧光图像。光源设备11203可以被构造为能够提供用于这种特定光成像的窄带光和/或激发光。
图17是示出图16所示的摄像头11102和CCU 11201的功能构造的示例的框图。
摄像头11102包括透镜单元11401、摄像部11402、驱动部11403、通信部11404和摄像头控制部11405。CCU 11201具有通信部11411、图像处理部11412和控制部11413。摄像头11102和CCU 11201经由传输电缆11400连接以便相互通信。
透镜单元11401是设置在与镜筒11101的连接部中的光学系统。透过镜筒11101的远端接收的观察光被引导到摄像头11102并入射到透镜单元11401。透镜单元11401由包括变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜的组合构成。
摄像部11402由摄像元件构成。构成摄像部11402的摄像元件可以是一个元件(所谓的单片型)或多个元件(所谓的多片型)。当摄像部11402为多片型时，每个摄像元件可以生成与R、G和B中的一者相对应的图像信号，并且可以通过组合这些信号来获得彩色图像。替代地，摄像部11402可以被构造为具有一对摄像元件，每个摄像元件被设置用于获得用于右眼和左眼中的一者的图像信号以实现三维(3D)显示。3D显示使得操作者11131能够更准确地识别手术部位中的身体组织的深度。当摄像部11402为多片型时，可以设置对应于摄像元件的多个透镜单元11401。
摄像部11402不一定设置在摄像头11102中。例如，摄像部11402可以紧接在物镜之后设置在镜筒11101内部。
驱动部11403由致动器构成，并在摄像头控制部11405的控制下，使透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿光轴移动预定距离。因此，可以适当地调整由摄像部11402拍摄的图像的放大率和焦点。
通信部11404由用于向CCU 11201发送和从CCU 11201接收各种类型信息的通信设备构成。通信部11404经由传输电缆11400将从摄像部11402获得的图像信号作为RAW数据发送到CCU 11201。
通信部11404还从CCU 11201接收用于控制摄像头11102的驱动的控制信号，并将该控制信号提供到摄像头控制部11405。例如，控制信号包含关于拍摄条件的信息，例如，用于指定拍摄图像的帧速率的信息、用于指定拍摄图像的曝光值的信息和/或用于指定拍摄图像的放大率和焦点的信息。
上述诸如帧速率、曝光值、放大率和焦点等拍摄条件可以由用户根据需要指定，或者由CCU 11201的控制部11413基于获得的图像信号自动地设置。在后一种情况下，内窥镜11100具有所谓的自动曝光(AE)功能、自动聚焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能。
摄像头控制部11405基于经由通信部11404从CCU 11201接收的控制信号来控制摄像头11102的驱动。
通信部11411由用于向摄像头11102发送和从摄像头11102接收各种类型的信息的通信设备构成。通信部11411经由传输电缆11400接收从摄像头11102发送的图像信号。
通信部11411还将用于控制摄像头11102的驱动的控制信号发送到摄像头11102。可以通过电通信、光通信等发送图像信号和控制信号。
图像处理部11412对图像信号执行各种类型的图像处理，该图像信号是从摄像头11102发送的RAW数据。
控制部11413执行关于通过内窥镜11100拍摄手术部位等的图像并显示通过拍摄手术部位等的图像而获得的图像的各种控制。例如，控制部11413生成用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。
控制部11413还基于被图像处理部11412进行了图像处理的图像信号，使得显示设备11202显示手术部位等的拍摄图像。此时，控制部11413可以使用各种图像识别技术来识别拍摄的图像中的各种目标。例如，通过检测所拍摄图像中的物体的边缘的形状和颜色，控制部11413可以例如识别诸如镊子等手术工具、特定活体部位、出血和在使用能量手术工具11112时的雾等。在显示设备11202上显示拍摄图像时，控制部11413可以使用识别结果在手术部位的图像上叠加有助于手术的各种类型的信息。通过向操作者11131提供有助于手术的叠加信息，可以减轻操作者11131的负担，并且操作者11131能够可靠地进行手术。
连接摄像头11102和CCU 11201的传输电缆11400可以是能够进行电信号通信的电信号电缆、能够进行光通信的光纤或它们的复合电缆。
在示出的示例中，使用传输电缆11400以有线的方式执行通信，但是摄像头11102与CCU 11201之间的通信可以无线地执行。
上面是可应用根据本公开的技术的内窥镜手术系统的示例。根据本公开的技术可应用于上述构造的摄像头11102的摄像部11402。通过将根据本公开的技术应用于摄像头11102的摄像部11402，能够用最小的附加电路来检查针对每个像素行或每个像素列形成的配线，从而抑制了芯片面积的增大。由于芯片面积的增大受到抑制，因此能够限制摄像头11102的摄像部11402的尺寸增大。
[移动物体的应用示例]
除了内窥镜手术系统以外，根据本公开的技术(本技术)还应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以被实施为安装在诸如汽车、电动车辆、混合动力汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船舶、机器人、建筑机械和农业机械(拖拉机)等任何类型的移动物体上的摄像元件。
图18是示意性示出车辆控制系统的构造的示例的框图，该车辆控制系统是可应用根据本公开的技术的移动物体控制系统的示例。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001连接的多个电子控制单元。在图18所示的示例中，车辆控制系统12000包括驾驶系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和集成控制单元12050。另外，微型计算机12051、声音图像输出单元12052和车载网络接口(I/F)12053被作为集成控制单元12050的功能构造示出。
驾驶系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驾驶系统相关的设备的操作。例如，驾驶系统控制单元12010用作用于下述设备的控制设备：诸如内燃机或驱动马达等产生车辆驱动力的驱动力产生装置、用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构、用于调节车辆的转向角的转向机构、用于产生车辆的制动力的制动设备等。
车身系统控制单元12020根据各种程序控制安装在车身上的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020用作用于无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗设备以及诸如前照灯、倒车灯、刹车灯、转向灯和雾灯等各种灯的控制器。在该情况下，可以将从代替钥匙的便携式设备发送的无线电波或各种开关的信号输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些无线电波或信号的输入，并控制车辆的门锁设备、电动窗设备、车灯等。
车外信息检测单元12030检测装配有车辆控制系统12000的车辆外部的信息。例如，摄像部12031连接到车外信息检测单元12030。车外信息检测单元12030使摄像部12031拍摄车辆外部的图像并接收所拍摄的图像。基于接收的图像，车外信息检测单元12030可以对诸如人、车辆、障碍物、标志或路面上的字符等物体执行检测处理或距离检测处理。
摄像部12031是接收光并根据接收的光量输出电信号的光学传感器。摄像部12031可以输出电信号作为图像或作为距离测量信息。由摄像部12031接收的光可以是可见光或诸如红外线等不可见光。
车内信息检测单元12040检测车辆内部的信息。例如，检测驾驶员状态的驾驶员状况检测部12041连接到车内信息检测单元12040。驾驶员状况检测部12041例如包括拍摄驾驶员图像的相机，并且车内信息检测单元12040可以基于从驾驶员状况检测部12041输入的检测信息来确定驾驶员的疲劳程度或集中程度，或者确定驾驶员是否正在打盹。
基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆内部和外部的信息，微型计算机12051可以计算驱动力产生器、转向机构或制动设备的控制目标值，并向驾驶系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)功能的协同控制，ADAS功能包括车辆碰撞避免或车辆减震、基于车间距离的跟随控制行驶、保持车速行驶、车辆碰撞警告、车道偏离警告等。
基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆周围的信息，微型计算机12051可以控制驱动力产生器、转向机构、制动设备等，以进行旨在不依赖于驾驶员的操作的车辆自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
微型计算机12051还可以基于由车外信息检测单元12030获得的关于车辆外部的信息，将控制命令输出到车身系统控制单元12020。例如，微型计算机12051根据由车外信息检测单元12030检测的前方车辆或迎面车辆的位置来控制前照灯，并执行例如将远光灯切换为近光灯等旨在防眩光的协同控制。
音频图像输出部12052将音频和图像中的至少一者的输出信号发送到能够以视觉或听觉方式向乘客或车辆外部发出信息的输出设备。在图18的示例中，音频扬声器12061、显示部12062和仪表板12063被作为输出设备的示例示出。显示部12062可以例如包括车载显示器和抬头显示器中的至少一者。
图19是示出摄像部12031的安装位置的示例的图。
在图19中，车辆12100具有作为摄像部12031的摄像部12101、12102、12103、12104和12105。
摄像部12101、12102、12103、12104和12105设置在诸如车辆12100的前鼻、后视镜、后保险杠、后门以及乘客舱中的挡风玻璃的上部位置。设置在的前鼻处的摄像部12101和设置在乘客室中的挡风玻璃的上部处的摄像部12105主要获得车辆12100前方的图像。设置在后视镜处的摄像部12102和12103主要获得车辆12100两侧的图像。设置在后保险杠或后门处的摄像部12104主要获得车辆12100后方的图像。由摄像部12101和12105获得的前方图像主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号、交通标志、车道等。
图19示出了摄像部12101至12104的拍摄范围的示例。拍摄范围12111表示设置在前鼻处的摄像部12101的拍摄范围，拍摄范围12112和12113分别表示设置在后视镜处的摄像部12102和12103的拍摄范围，并且拍摄范围12114表示设置在后保险杠或后门处的摄像部12104的拍摄范围。例如，通过叠加由摄像部12101至12104拍摄的图像数据，可以获得从上方看的车辆12100的鸟瞰图像。
摄像部12101至12104中的至少一者可以具有获得距离信息的功能。例如，摄像部12101至12104中的至少一者可以是由多个摄像元件构成的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。
例如，基于从摄像部12101至12104获得的距离信息，微型计算机12051确定到位于拍摄范围12111至12114内的三维物体的距离，以及这些距离的时间变化(相对于车辆12100的速度)。这使得能够提取在车辆12100的行驶路径上的在与车辆12100基本上相同的方向上以预定速度(例如，等于或大于0km/h)行进的最靠近的三维物体作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以预先设置要保持的与前方车辆的车间距离，并能够执行自动制动控制(包括跟随控制行驶中的停止控制)、自动加速控制(包括跟随控制行驶中的启动控制)等。以此方式，可以执行旨在不依赖于驾驶员的操作等的自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
例如，基于从摄像部12101至12104获得的距离信息，微型计算机12051可以提取与三维物体有关的三维物体数据并将其分类为摩托车、标准尺寸车辆、大型车辆、行人、电线杆和其它三维物体，并将其用于自动避障。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物分类为车辆12100的驾驶员可以视觉识别的障碍物以及难以视觉识别的障碍物。微型计算机12051确定指示与每个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并因此存在碰撞可能性时，微型计算机12051通过音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警报，或者通过驾驶系统控制单元12010执行强制减速或回避转向以提供用于避免碰撞的驾驶支持。
摄像部12101至12104中的至少一者可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过确定在摄像部12101至12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。这种行人识别例如包括如下步骤：从作为红外相机的摄像部12101至12104拍摄的图像中提取特征点；以及通过对于表示物体轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理来确定物体是否为行人。在微型计算机12051确定在由摄像部12101至12104拍摄的图像中存在行人并识别出行人时，音频图像输出部12052控制显示部12062以显示叠加在识别出的行人上的矩形轮廓线以突出显示。此外，音频图像输出部12052可以控制显示部12062，以在期望的位置显示表示行人的图标等。
上面说明了可应用根据本公开的技术的车辆控制系统的示例。根据本公开的技术可应用于例如上述构造的摄像部12031。通过将根据本公开的技术应用于摄像部12031等，能够用最小的附加电路来检查针对每个像素行或每个像素列形成的配线，从而抑制了芯片面积的增大。由于芯片面积的增大受到限制，因此能够抑制摄像部12031的尺寸增大。
<可实施本公开的构造>
本公开可以被实施为以下构造。
<<A.摄像装置>>
[A-1]一种摄像装置，其包括：
第一基板，在所述第一基板中形成有由像素构成的像素阵列部，所述像素包括光接收部并以矩阵方式布置；以及
第二基板，在所述第二基板中形成有控制所述像素的像素控制部，并且所述第一基板堆叠在所述第二基板上，其中，
所述第一基板包括
第一配线，其被构造为传输第一电压，
第二配线，其被构造为传输第二电压，以及
故障检测电路，当以多个像素列或多个像素行为单位将所述像素阵列部划分为多个像素块时，所述故障检测电路对每个所述像素块执行配线故障的检测，并且
所述故障检测电路被构造为
在检测配线故障的期间内，在每个所述像素块中将与多个像素列或多个像素行相对应的多个配线串联连接，将每个所述像素块中串联连接的所述配线链的一端连接至所述第一配线，将所述配线链的另一端连接至所述第二配线，并且
根据所述配线链的中间位置处的电位检测配线故障。
[A-2]根据[A-1]所述的摄像装置，其中，
所述故障检测电路包括开关元件组，所述开关元件组被构造为在检测配线故障的期间内，通过在每个像素块中在所述第一配线和所述第二配线之间串联连接多个配线来形成所述配线链，
所述开关元件组的一端处的开关元件连接至所述第一配线，且所述开关元件组的另一端处的开关元件连接至所述第二配线。
[A-3]根据[A-1]或[A-2]所述的摄像装置，其中，
所述第一基板包括
第三配线，其被构造为传输第三电压，以及
第四配线，其被构造为传输第四电压，并且
所述故障检测电路包括
第一开关元件，其连接到所述配线链的中间位置并读出所述中间位置处的电位，以及
第二开关元件，其连接在所述第三配线与所述第四配线之间，并根据通过所述第一开关元件读出的所述中间位置处的所述电位执行开/关操作。
[A-4]根据[A-3]所述的摄像装置，其中，所述故障检测电路被构造为根据在所述第三配线与所述第四配线之间是否产生短路电流来检测配线故障。
[A-5]根据[A-4]所述的摄像装置，其中，所述故障检测电路被构造为检测所述配线链的一端与所述配线链的中间位置之间的配线断线故障，或检测所述配线链的所述中间位置与所述配线链的另一端之间的配线断线故障。
[A-6]根据[A-3]所述的摄像装置，其中，所述故障检测电路的所述开关元件组的各所述开关元件、所述第一开关元件和所述第二开关元件是由导电型与构成所述像素的晶体管的导电型相同的晶体管构成的。
[A-7]根据[A-6]所述的摄像装置，其中，
当构成所述像素的所述晶体管由N沟道MOS晶体管构成时，
所述故障检测电路的所述开关元件组的各所述开关元件、所述第一开关元件和所述第二开关元件由与所述像素相同类型的N沟道MOS晶体管构成。
<<B.电子设备>>
[B-1]一种包括摄像装置的电子设备，所述摄像装置包括：
第一基板，在所述第一基板中形成有由像素构成的像素阵列部，所述像素包括光接收部并以矩阵方式布置；以及
第二基板，在所述第二基板中形成有控制所述像素的像素控制部，并且所述第一基板堆叠在所述第二基板上，其中，
所述第一基板包括
第一配线，其被构造为传输第一电压，
第二配线，其被构造为传输第二电压，以及
故障检测电路，当以多个像素列或多个像素行为单位将所述像素阵列部划分为多个像素块时，所述故障检测电路对每个所述像素块执行配线故障的检测，并且
所述故障检测电路被构造为
在检测配线故障的期间内，在每个所述像素块中将与多个像素列或多个像素行相对应的多个配线串联连接，将每个所述像素块中串联连接的所述配线链的一端连接至所述第一配线，将所述配线链的另一端连接至所述第二配线，并且
根据所述配线链的中间位置处的电位检测配线故障。
[B-2]根据[B-1]所述的电子设备，其中，
所述故障检测电路包括开关元件组，所述开关元件组被构造为在检测配线故障的期间内，通过在每个像素块中在所述第一配线和所述第二配线之间串联连接多个配线来形成所述配线链，
所述开关元件组的一端处的开关元件连接至所述第一配线，且所述开关元件组的另一端处的开关元件连接至所述第二配线。
[B-3]根据[B-1]或[B-2]所述的电子设备，其中，
所述第一基板包括
第三配线，其被构造为传输第三电压，以及
第四配线，其被构造为传输第四电压，并且
所述故障检测电路包括
第一开关元件，其连接到所述配线链的中间位置并读出所述中间位置处的电位，以及
第二开关元件，其连接在所述第三配线与所述第四配线之间，并根据通过所述第一开关元件读出的所述中间位置处的所述电位执行开/关操作。
[B-4]根据[B-3]所述的电子设备，其中，所述故障检测电路被构造为根据在所述第三配线与所述第四配线之间是否产生短路电流来检测配线故障。
[B-5]根据[B-4]所述的电子设备，其中，所述故障检测电路被构造为检测所述配线链的一端与所述配线链的中间位置之间的配线断线故障，或检测所述配线链的所述中间位置与所述配线链的另一端之间的配线断线故障。
[B-6]根据[B-3]所述的电子设备，其中，所述故障检测电路的所述开关元件组的各所述开关元件、所述第一开关元件和所述第二开关元件是由导电型与构成所述像素的晶体管的导电型相同的晶体管构成的。
[B-7]根据[B-6]所述的电子设备，其中，
当构成所述像素的所述晶体管由N沟道MOS晶体管构成时，
所述故障检测电路的所述开关元件组的各所述开关元件、所述第一开关元件和所述第二开关元件由与所述像素相同类型的N沟道MOS晶体管构成。
附图标记列表
1CMOS图像传感器
2像素
11像素阵列部
12行选择部
13恒流源部
14模数转换部
15水平传输扫描部
16信号处理部
17时序控制部
18水平传输线
19参考信号生成部
21光电二极管(光接收部)
22传输晶体管
23复位晶体管
24放大晶体管
25选择晶体管
31(311至31m)像素控制线
32(321至32n)垂直信号线
41像素芯片(第一基板)
42逻辑芯片(第二基板)
43(43A、43B)、44(44A、44B)连接部
47A至47D故障检测电路
48A至48D焊盘部
511至51p像素块
521至526连接配线
531至538测试焊盘

Claims (8)

1.一种摄像装置，其包括：
第一基板，在所述第一基板中形成有由像素构成的像素阵列部，所述像素包括光接收部并以矩阵方式布置；以及
第二基板，在所述第二基板中形成有控制所述像素的像素控制部，并且所述第一基板堆叠在所述第二基板上，其中，
所述第一基板包括
第一配线，其被构造为传输第一电压，
第二配线，其被构造为传输第二电压，以及
故障检测电路，当以多个像素列或多个像素行为单位将所述像素阵列部划分为多个像素块时，所述故障检测电路对每个所述像素块执行配线故障的检测，并且
所述故障检测电路被构造为
在检测配线故障的期间内，在每个所述像素块中将与多个像素列或多个像素行相对应的多个配线串联连接，将每个所述像素块中串联连接的配线链的一端连接至所述第一配线，将所述配线链的另一端连接至所述第二配线，并且
根据所述配线链的中间位置处的电位检测配线故障。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述故障检测电路包括开关元件组，所述开关元件组被构造为在检测配线故障的期间内，通过在每个像素块中在所述第一配线和所述第二配线之间串联连接多个配线来形成所述配线链，
所述开关元件组的一端处的开关元件连接至所述第一配线，且所述开关元件组的另一端处的开关元件连接至所述第二配线。
3.根据权利要求2所述的摄像装置，其中，
所述第一基板包括
第三配线，其被构造为传输第三电压，以及
第四配线，其被构造为传输第四电压，并且
所述故障检测电路包括
第一开关元件，其连接到所述配线链的中间位置并读出所述中间位置处的电位，以及
第二开关元件，其连接在所述第三配线与所述第四配线之间，并根据通过所述第一开关元件读出的所述中间位置处的所述电位执行开/关操作。
4.根据权利要求3所述的摄像装置，其中，所述故障检测电路被构造为根据在所述第三配线与所述第四配线之间是否产生短路电流来检测配线故障。
5.根据权利要求4所述的摄像装置，其中，所述故障检测电路被构造为检测所述配线链的一端与所述配线链的中间位置之间的配线断线故障，或检测所述配线链的所述中间位置与所述配线链的另一端之间的配线断线故障。
6.根据权利要求3所述的摄像装置，其中，所述故障检测电路的所述开关元件组的各所述开关元件、所述第一开关元件和所述第二开关元件是由导电型与构成所述像素的晶体管的导电型相同的晶体管构成的。
7.根据权利要求6所述的摄像装置，其中，
当构成所述像素的所述晶体管由N沟道MOS晶体管构成时，
所述故障检测电路的所述开关元件组的各所述开关元件、所述第一开关元件和所述第二开关元件由与所述像素相同类型的N沟道MOS晶体管构成。
8.一种电子设备，所述电子设备包括如权利要求1至7中任一项所述的摄像装置。
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