JP2019149732A - 撮像装置、撮像システム、移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】実際の撮像動作を行った後に、残寿命予測を行うことができる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置４５０において、撮像素子４００が複数回の撮像動作を行い、寿命予測部は、複数回の撮像動作を行った後に残寿命情報の取得を行う。また、寿命予測部は、撮像素子の温度、積算動作時間、消費電流量、フレームレート、トランジスタに流れるドレイン電流の時間変化量等の撮像素子の動作状態を示す動作情報を用いて残寿命情報を取得する。残寿命情報の取得は、光電変換部が入射光に基づく電荷を蓄積している期間に行われる。【選択図】図４

Description

本発明は撮像装置、撮像システム、移動体に関する。

近年、種々の半導体装置が用いられている。半導体装置は、動作期間が長くなるにつれて、半導体装置の機能の低下が生じることが有る。

例えば、特許文献１に記載された技術では、半導体装置が備える機能ユニットの劣化度を取得し、劣化度から半導体装置寿命を予測する寿命予測部を備えた半導体装置が記載されている。さらに特許文献１には、半導体素子の劣化により閾値電圧が高くなると電源電圧Ｖｄｄを高くする。これにより、機能ユニットの寿命を延ばすことができるとされる。

特開２０１７−１７３２４２号公報

特許文献１に記載の技術においては、撮像装置における寿命予測について何ら検討されていない。

本発明は、実際の撮像動作を行った後の残寿命予測を行うことができる撮像装置を提供する。

本発明は上記の課題を鑑みて為されたものであり、その一の態様は、複数行および複数列に渡って配され、各々が光電変換部を有する複数の画素を備え、前記複数の画素の各々の信号を読み出す撮像動作を行う撮像素子と、前記撮像素子の残寿命情報を取得する寿命予測部とを有し、前記撮像素子が複数回の前記撮像動作を行い、前記寿命予測部は、前記複数回の撮像動作が行われた後に、前記残寿命情報の取得を行うことを特徴とする撮像装置である。

本発明により、実際の撮像動作を行った後の残寿命予測を行うことができる撮像装置が提供される。

半導体装置の構成を示した図 半導体装置の動作を示したフローチャート 半導体装置の動作時間と寿命の関係を示した図 撮像装置の構成を示した図 画素の等価回路図 列回路のブロック図 撮像装置の動作を示した図 撮像装置の構成を示した図 撮像装置の構成を示した図 撮像システムの構成を示す図 移動体の構成を示す図 撮像システムの動作を示す図

以下、図面を参照しながら各実施例を説明する。なお、以下の説明では、特に断りの無い限り、トランジスタはＮ型トランジスタであるものとする。しかし、以下に述べる実施例はＮ型トランジスタに限定されるものでは無く、Ｐ型トランジスタを適宜用いてもよい。その場合には、トランジスタのゲート、ソース、ドレインの電圧を、実施例中の説明に対し適宜変更することができる。例えば、スイッチとして動作させるトランジスタであれば、ゲートに供給する電圧のローレベルとハイレベルとを、実施例中の説明に対し逆転させるようにすればよい。

（実施例１）
まず、撮像装置の実施例の説明の前に、残寿命予測に関する技術理解を助けるために半導体装置の実施例を説明する。その後の実施例で、撮像装置の形態について説明することとする。

図１は、本実施例に関わる半導体装置の構成の一例を示す図である。半導体装置１５０は、半導体素子１００、寿命予測部１０９を有する。半導体素子１００は、受光、発光、ＡＤ変換処理、信号処理、通信処理、記憶部、検出部など多数の機能が集積された回路である。以下、半導体素子１００の構成及び動作について説明する。

第１回路ブロック１０１、第２回路ブロック１０２、第Ｎ回路ブロック１０３は、それぞれ、受光、発光、ＡＤ変換処理、信号処理、通信処理、記憶部、検出部などの多数の機能を備える回路である。

電圧制御部１０４は、駆動制御部である駆動モード選択部１０５からの信号によって設定された電圧値を、第１回路ブロック１０１、第２回路ブロック１０２、第Ｎ回路ブロック１０３に供給する。

電圧制御部１０４が供給する電圧値がゼロの場合には、第１回路ブロック１０１、第２回路ブロック１０２、第Ｎ回路ブロック１０３の全て、または一部がオフ状態となる。

周波数制御部１０６は第１回路ブロック１０１、第２回路ブロック１０２、第Ｎ回路ブロック１０３に供給される其々の制御信号を生成する信号生成部１０７が信号を生成する周期を、駆動モード生成部１０５からの信号によって変更する。

駆動モード選択部１０５には寿命情報受け取り部１０８を介して、後述する寿命予測部１０９から残寿命情報が入力される。該情報に応じて電圧制御部１０４、周波数制御部１０６を制御する。駆動モード生成部１０５は第１回路ブロック１０１、第２回路ブロック１０２、第Ｎ回路ブロック１０３の全て、または一部を停止させることができる制御信号を生成することもできる。

寿命予測部１０９は半導体素子１００の最新の動作状態を示す情報、もしくは動作状態に関わる履歴情報に基づいて半導体素子１００の寿命予測を実行し、半導体素子１００の残寿命情報を得る。ここで、動作状態とは半導体素子１００の動作時の動作電圧、動作周波数等といった、半導体素子１００を動作させている時の状態、もしくは温度等の動作の結果によって生じる状態のことを表す。半導体素子１００の最新の動作状態を示す情報、動作状態に関わる履歴情報は、半導体素子１００の動作状態を示す動作情報である。

次に、寿命予測部１０９による、半導体素子１００の寿命予測方法の一例について説明する。一般に、半導体装置の寿命は、半導体装置を構成するトランジスタや、配線、酸化膜などが経時的に性能低下することによって制限される。主な半導体装置の性能低下メカニズムには、エレクトロマイグレーション（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ：ＥＭ）、絶縁膜経時破壊（Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ；ＴＤＤＢ）がある。また、他の性能低下メカニズムとして、ホットキャリア注入（Ｈｏｔ Ｃａｒｅｅｒ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ；ＨＣ）による特性変動、負バイアス温度不安定性（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｂｉａｓ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ＮＢＴＩ）がある。

性能低下要因がＥＭによる残寿命時間ＬＴ（ＥＭ）は、下記の式（１）によって算出される。
ＬＴ（ＥＭ）＝Ａ×Ｊ^−ｎ×ｅｘｐ（Ｅａ／ｋＴ）・・・（１）

ここで、Ａは製造プロセスに依存する係数、Ｅａは活性化エネルギー、Ｊは配線の電流密度、ｎは電流加速係数、ｋはボルツマン定数、Ｔは配線温度である。

性能低下要因がＴＤＤＢによる残寿命時間ＬＴ（ＴＤＤＢ）は、下記の式（２）によって算出される。
ＬＴ（ＴＤＤＢ）＝Ａ×ｅｘｐ（―γＶｇ×Ｖｇ）×ｅｘｐ（Ｅａ／ｋＴ）・・・（２）

ここで、Ｖｇはトランジスタのゲートに印加される電圧、γＶｇは電圧加速係数である。

性能低下要因がＨＣによる残寿命時間ＬＴ（ＨＣ）は、下記の式（３）によって算出される。
ＬＴ（ＨＣ）＝Ａ×Ｉｓｕｂ^−ｍ×ｅｘｐ（Ｅａ／ｋＴ）・・・（３）

ここで、Ｉｓｕｂは半導体基板に流れる最大基板電流、ｍは基板電流依存の係数である。

半導体素子１００の性能低下要因がＮＢＴＩによる残寿命時間ＬＴ（ＮＢＴＩ）は、下記の式（４）によって算出される。
ＬＴ（ＮＢＴＩ）＝Ａ×Ｖｇ^ｎ×ｅｘｐ（Ｅａ／ｋＴ）・・・（４）

寿命予測部１０９は式（１）〜（４）の全て、または一部の係数の測定を行い、半導体素子１００の残寿命時間の算出を行う。なお、寿命予測部１０９は半導体素子１００の内部にあっても良い。

以下、図２のフローチャート、図３のタイミングチャートを用いて本発明の動作の一例を説明する。はじめに、図３（ａ）のタイミングチャートに対応する動作の一例を説明する。図３（ａ）では、半導体素子１００の動作時間に対する、半導体素子１００の残寿命の関係を実線で表している。

Ｓ２００において、駆動モード選択部１０５は半導体素子１００の第一の寿命閾値Ｌ１と第二の寿命閾値Ｌ２を取得する。第一の寿命閾値Ｌ１、第二の寿命閾値Ｌ２は半導体素子１００の残寿命に対する閾値を定めたものであり、Ｌ１＞Ｌ２＞０である。

Ｓ２０１では、寿命予測部１０９は時刻ｉでの半導体素子１００の残寿命Ｔｉを算出する。

Ｓ２０２では、駆動モード選択部１０５は第一の寿命閾値Ｌ１と時刻ｉでの残寿命Ｔｉとを比較し、Ｔｉ＞Ｌ１であれば処理をＳ２０３に進め、Ｔｉ≦Ｌ１であれば処理をＳ２０４へ進める。

図３（ａ）は、Ｔｉ＞Ｌ１の場合である。

Ｓ２０３では、任意の期間Δｔ１の間、半導体素子１００の動作を継続する処理を行った後、処理２０１に戻る。

以上のフローでは、半導体素子１００の残寿命が第一の寿命閾値Ｌ１よりも長いことを示しており、半導体素子１００の残寿命に余裕がある状態であるため、半導体素子１００の駆動状態は変更されない。

次に、図３（ａ）から動作時間が経過した、図３（ｂ）の場合について説明する。

図３（ｂ）では、半導体素子１００の動作時間に対する、半導体素子１００の残寿命の関係を実線で表している。また、時刻ｉにおいて、寿命予測部１０９が予測した、半導体素子１００の動作時間に対する半導体素子１００の予測残寿命を破線で表している。

図３（ｂ）では、Ｔｉ≦Ｌ１の場合である。

Ｓ２０４では、寿命予測部１０９は半導体素子１００の設定動作時間ｔが経過した時の残寿命Ｌｔを予測する。設定動作時間とは、一例として、予め見積もられた半導体素子１００の寿命に到達するまでの時間であり、この時間を超過して動作した場合、半導体素子１００の動作は保証されないものである。

Ｓ２０５では、半導体素子１００の設定動作時間ｔが経過した時の残寿命Ｌｔが０より大きいか否かを比較し、Ｌｔ＞０であれば処理をＳ２０３に進め、Ｌｔ≦０であれば処理をＳ２０６へ進める。なお、図３（ｂ）ではＬｔ＞０の場合である。

Ｌｔ＞０の場合とは、半導体素子１００は通常駆動モードを設定動作時間ｔまで継続しても、寿命に到達しないことを示している。そのため、駆動モード選択部１０５は、半導体素子１００の駆動モードの変更を行わない、
処理はＳ２０３に進み、任意の期間Δｔ１の間、半導体素子１００の動作を通常駆動モードで継続する処理を行った後、Ｓ２０１に戻る。

上記の説明のように、図３（ｂ）の場合は、半導体素子１００の駆動モード設定動作時間ｔまで、通常駆動モードが継続される。

次に、図３（ｃ）の場合を説明する。

図３（ｃ）の場合は、時刻ｉ以降、通常駆動モードでの動作を継続すると設定動作時間ｔに到達する前に半導体素子１００の寿命に到達する例である。すなわち、Ｓ２０５の処理において、Ｌｔ＞０がＮｏと判定される場合である。

図３（ｃ）では、半導体素子１００の動作時間に対する、半導体素子１００の残寿命の関係を実線で表している。また、時刻ｉにおいて、寿命予測部１０９が予測した、半導体素子１００の動作時間に対する半導体素子１００の予測残寿命を破線で表している。また、時刻ｉにおいて、半導体素子１００の駆動状態が変更され、変更された駆動状態での半導体素子１００の動作時間に対する半導体素子１００の残寿命の関係を一点鎖線で表している。

図２のＳ２０５では、図３（ｃ）の場合、Ｎｏと判定される。よって処理はＳ２０６に進む。

図２のＳ２０６では、駆動モード選択部１０５は電圧制御部１０４と周波数制御部１０６、またはどちらか一方の動作を制御し、半導体素子１００の残寿命が時刻ｉでの残寿命よりも長くなるような延命駆動モードを選択する。

次に、駆動モード選択部１０５による、半導体素子１００の延命駆動モードの選択方法の一例について説明する。実施例１の式（１）〜（４）に記載の通り、半導体装置の寿命は配線の電流密度Ｊ、配線温度Ｔ、トランジスタのゲートに印加される電圧Ｖｇ、半導体基板に流れる最大基板電流Ｉｓｕｂによって制限される。駆動モード選択部１０５は、半導体素子１００の残寿命が長くなるように、電圧制御部１０４と周波数制御部１０６の両方、あるいはどちらか一方の制御を行う。具体的には、電流密度Ｊ、配線温度Ｔ、トランジスタのゲートに印加される電圧Ｖｇ、半導体基板に流れる最大基板電流Ｉｓｕｂの全て、あるいはそのうちの一部の値が通常駆動モードに対して小さくなるように動作状態を変更する。この動作状態の変更は、半導体素子１００を駆動する駆動能力を抑制する変更であるとも言える。例えば、電圧制御部１０４によって、第１回路ブロック１０１、第２回路ブロック１０２、第Ｎ回路ブロック１０３に供給される其々の電源電圧の絶対値を小さくする（典型的には電源電圧を小さくする）。これにより、電流密度Ｊ、配線温度Ｔ、電圧Ｖｇを低下させることができる。また、周波数制御部１０６によって、信号生成部１０７が信号を生成する周期を遅くすることにより、配線温度Ｔ、基板電流Ｉｓｕｂを低下させることができる。この際、駆動モード選択部１０５は、半導体素子１００の動作が継続できる範囲で電圧制御部１０４と周波数制御部１０６の制御を行う。

通常駆動モードは、半導体素子１００を第１の条件で駆動するモードである。そして延命駆動モードは、通常駆動モードで駆動し続けた場合よりも半導体素子１００の寿命を延ばす第２の条件で駆動するモードである。

延命駆動モードに変更されることによって、通常駆動モードに比べて、半導体素子１００の一部の機能の停止、半導体素子１００の動作速度の低下が生じる場合がある。しかし、延命駆動モードは、半導体素子１００の動作を継続させることができ、かつ半導体素子１００の回路に掛かる負荷を通常駆動モードに比べて低減することによって、残寿命を通常駆動モードを継続した場合よりも延ばすことができる。

延命駆動モードの場合には、通常駆動モードの場合に比べて、半導体素子１００の信号処理の処理量が低下する場合がある。この信号処理の処理量とは、例えば、単位時間あたりに半導体素子１００が信号処理を行う信号量と言える。この例には、半導体素子１００の動作周波数、駆動電圧（電源電圧）、電流源による電流供給量の１つ、もしくは複数を、通常駆動モードに比べて延命駆動モードでは小さくする例が含まれる。また、別の例として通常駆動モードは第１の期間において信号処理を行う。そして、延命駆動モードでは第１の期間よりも短い第２の期間に信号処理を行い、第１の期間に含まれ、かつ第２の期間に含まれない期間においては信号処理を行わない間欠駆動、あるいは第２の期間よりも信号処理の処理量を低下させる駆動も含まれる。

図３（ｃ）の例は、延命駆動モードで動作している半導体素子１００の残寿命が、第二の寿命閾値Ｌ２よりも長く、通常駆動モードでさらに動作が可能な場合を示している。

Ｓ２０７では、寿命予測部１０９は時刻ｊでの半導体素子１００の残寿命Ｌｊを算出する。

Ｓ２０８では、駆動モード選択部１０５は第二の寿命閾値Ｌ２と時刻ｊでの残寿命Ｌｊとを比較し、Ｌｊ＞Ｌ２であれば処理をＳ２０９に進め、Ｌｊ≦Ｌ２であれば処理Ｓ２１０へ進める。図３（ｃ）ではＬｊ＞Ｌ２の場合を説明している。

Ｌｊ＞Ｌ２の状態は、延命駆動モードで動作している半導体素子１００の残寿命が第一の寿命閾値Ｌ１よりも短い場合であるが、第二の寿命閾値Ｌ２よりも長いことを示している。したがって、設定動作継続期間に対し、延命駆動モードでは半導体素子１００の残寿命に対して十分な余裕がある状態である。したがって、延命駆動モードではなく、通常駆動モードで、さらなる期間動作させても、設定動作継続期間まで半導体素子１００は動作を継続することができる。したがって、半導体素子１００の駆動状態を延命駆動モードに変更する前の通常駆動モードに復帰させる。そして、処理はＳ２０３に進み、任意の期間Δｔ１の間、半導体素子１００の動作を通常駆動モードで継続させる。その後、処理はＳ２０１に戻る。

次に、図３（ｄ）の例を説明する。

図３（ｄ）では、時刻ｉにおいて、寿命予測部１０９が予測した、半導体素子１００の動作時間に対する半導体素子１００の予測残寿命を破線で表している。また、時刻ｉにおいて、半導体素子１００の駆動状態が変更され、変更された駆動状態での半導体素子１００の動作時間に対する半導体素子１００の残寿命の関係を一点鎖線で表している。

Ｓ２０８では、駆動モード選択部１０５は第二の寿命閾値Ｌ２と時刻ｊでの残寿命Ｌｊとを比較する。図３（ｄ）はＬｉ≦Ｌ２の場合である。

Ｓ２１０では、寿命予測部１０９は時刻ｋでの半導体素子１００の残寿命Ｌｋを算出する。

Ｓ２１１では、駆動モード選択部１０５は第二の寿命閾値Ｌ２と時刻ｋでの残寿命Ｌｋとを比較し、Ｌｋ＞０であれば処理をＳ２１２に進める。一方、Ｌｋ≦０であれば処理をＳ２１３へ進める。本実施例ではＬｋ＞０として処理がＳ２１２に進む場合を説明する。

Ｌｋ＞０の状態は、延命駆動モードで動作している半導体素子１００の残寿命が第一の寿命閾値Ｌ２よりも短い場合である。半導体素子１００の残寿命が０に近づいているが、０よりは長いことを示しているため、処理はＳ２１２に進み、任意の期間Δｔ２の間、半導体素子１００の動作を継続する処理を行う。そして処理はＳ２１０に戻る。この時、半導体素子１００の残寿命が第二の寿命閾値Ｌ２よりも短いため、残寿命Ｌｋを求める間隔である期間Δｔ２は、第一の寿命閾値Ｌ１よりも残寿命が長い場合における残寿命Ｌｉを求める間隔である期間Δｔ１よりも短い時間とする。これにより、半導体素子１００の正常な動作が保障されなくなる時間を精度よく検出することができる。

次に図３（ｅ）の例を説明する。

図３（ｅ）は、Ｌｋ≦０の場合を説明する。

Ｌｋ≦０の状態は、半導体素子１００の残寿命Ｌｋが０以下となり、動作保証されない状態であることを示している。処理はＳ２１３に進み、半導体素子１００が動作保証されていない状態であることを外部に報知する。この報知の方法としては、図１に図示されないディスプレイ等を通じて、半導体素子１００の使用者に報知する例が有る。他の例として、通信回線を経由して、半導体素子１００を監視する監視システムに報知する例がある。その後、処理はＳ２１４に進み、半導体素子１００の動作を停止する。

図３（ｅ）の場合は、半導体素子１００の残寿命は時刻ｋにおいて０以下であり、半導体素子１００の動作が保証されていない状態である。このため、半導体素子１００の動作が保証されていない状態であることを半導体素子１００の外部に通知する。そして半導体素子１００の動作は停止される。

よって、半導体素子１００の残寿命が０以下であるにも関わらず、動作が保証されない状態で動作を継続することを防ぐことができる。

このようにして、本実施例の半導体装置は、残寿命情報に基づいて、駆動状態を変更する。これにより、半導体素子１００は残寿命の長さに応じた駆動を行うことができる。また、半導体素子１００の残寿命が第一の寿命閾値を下回った場合には通常駆動モードから延命駆動モードに変更する。これにより、半導体素子１００の動作を継続しながら、半導体素子１００の寿命を延長することができる。また、半導体素子１００の残寿命が第二の寿命閾値を下回った場合には、残寿命情報を取得する間隔を、残寿命が第一の寿命閾値を上回る場合に比べて短くする。これにより、半導体素子１００の残寿命を精度良く得ることができる。また、半導体素子１００の残寿命が０以下の場合には、半導体素子１００の外部に報知する。これにより、半導体素子１００の動作が保証されないまま動作を継続することを防ぐことができる。

なお、本実施例では、残寿命が第一の寿命閾値を上回るか否かで半導体素子１００の駆動モードを変更していた。この例に限定されるものでは無く、残寿命が第１の長さを示す場合には、通常駆動モードとし、残寿命が第１の長さよりも短い第２の長さを示す場合には延命駆動モードとするようにしてもよい。

（実施例２）
本実施例では、撮像素子を実施例１で説明した半導体素子１００として用いた場合を説明する。

図４に示した撮像装置４５０は撮像素子と、寿命予測部１０９とを有する。撮像素子４００は、ＣＭＯＳセンサである。画素４０１が複数行および複数列に渡って配列された画素アレイ４０２、垂直走査回路４０３、垂直出力線４０４、列回路４０５を備える。また、撮像素子４００は、参照信号発生回路４０６、記憶部４０７、カウンタ回路４０８、水平走査回路４０９、信号処理回路４１０、撮像モード制御部４１１、寿命予測部１０９を備えている。

ここで画素４０１の構成を、図５を用いて説明する。

各画素４０１は、フォトダイオード５０１ａ、５０１ｂを有する。１つの画素４０１のフォトダイオード５０１ａ、５０１ｂは、不図示の１つのマイクロレンズを透過した光が入射する。別の言い方をすれば、フォトダイオード５０１ａ、５０１ｂは、ＣＭＯＳセンサに光を導く光学系の射出瞳の別々の領域の光を受光している。このため、フォトダイオード５０１ａ、５０１ｂのそれぞれが光電変換した電荷に基づく信号を用いることによって、位相差方式の焦点検出を行うことができる。

また、フォトダイオード５０１ａが光電変換した電荷と、フォトダイオード５０１ｂが光電変換した電荷とを加算した電荷に対応する信号を用いて、画像を生成することができる。

フォトダイオード５０１ａ，５０１ｂは入射光に応じた電荷を蓄積する。図４に示した垂直走査回路４０３は、ふくす行に渡って配された画素４０１を行単位で信号を読み出す垂直走査を行う。転送ゲート５０２ａに出力する信号ｔｘａをＨｉｇｈレベルにすることによって、フォトダイオード５０１ａが蓄積した電荷が、フローティングディフージョン部（ＦＤ部）５０３に転送される。

また、垂直走査回路４０３が、転送ゲート５０２ｂに出力する信号ｔｘｂをＨｉｇｈレベルにすることによって、フォトダイオード５０１ｂが蓄積した電荷が、ＦＤ部５０３に転送される。

ＦＤ部５０３では、フォトダイオード５０１ａ、５０１ｂから転送された電荷が、ＦＤ部５０３の容量に基づいて電圧に変換される。ＦＤ部５０３は、増幅トランジスタ５０４のゲートに接続されている。増幅トランジスタ５０４は、選択トランジスタ５０６を介して、垂直出力線４０４に接続されている。

画素４０１は、ＦＤ部５０３に接続されたリセットトランジスタ５０５を有する。リセットトランジスタ５０５は、垂直走査回路４０３が信号ｒｅｓをＨｉｇｈレベルとすると、ＦＤ部５０３をリセットする。なお、フォトダイオード５０１ａ、５０１ｂの電荷をリセットするフォトダイオードリセットを行う場合には、垂直走査回路は信号ｒｅｓをＨｉｇｈレベルとしている期間に信号ｔｘａ、ｔｘｂをＨｉｇｈレベルとする。

垂直走査回路４０３から供給される、信号ｒｅｓ、ｔｘａ、ｔｘｂ、ｓｅｌのそれぞれは１行の画素４０１で共通に入力される。各画素４０１の出力ｖｏｕｔは、画素４０１が配された列に対応して配された垂直出力線４０４を介して、対応する列回路４０５に入力される。

ここで、列毎に配置される列回路４０５の構成を、図６を用いて説明する。

図６は、列回路４０５の構成を示した図である。列回路４０５は、電流源６０１、スイッチ６０２、差動増幅器６０３、スイッチ６０４、比較器６０５、スイッチ６０６を有する。

スイッチ６０２は、電流源６０１のオン、オフを切り替えるスイッチである。スイッチ６０４は、差動増幅器６０３のオン、オフを切り替えるスイッチである。スイッチ６０６は、比較器６０５のオン、オフを切り替えるスイッチである。

スイッチ６０２がオンしている時に、垂直走査回路４０３は、読み出す行の画素４０１に供給する信号ｓｅｌをＨｉｇｈレベルとする。これにより、読み出す行の画素４０１の選択トランジスタ５０６を介して、増幅トランジスタ５０４と電流源６０１との間で電流が流れる。これにより、増幅トランジスタ５０４はソースフォロワ動作を行う。これによって、垂直出力線４０４に、ＦＤ部５０３の電圧に基づく信号（画素信号）が出力される。

スイッチ６０４がオンしている場合、差動増幅器６０３は動作状態にある。この場合、差動増幅回路６０３は、画素４０１から垂直出力線４０４に出力された画素信号を増幅した、増幅信号を比較器６０５に出力する。

スイッチ６０５がオンしている場合、比較器６０５は動作状態にある。この場合、比較器６０５は、差動増幅器６０３から出力される、増幅信号の電圧と、参照信号発生回路４０６から供給されるランプ信号の電圧とを比較する。そして比較器６０５はこの比較の結果を、信号Ｃｏｕｔとして図４に示した記憶部４０７に出力する。信号Ｃｏｕｔの信号レベルは、信号電圧の大小関係が反転した場合に変化する。記憶部４０７には、カウンタ回路４０８からカウント信号が入力される。このカウント信号は、参照信号発生回路４０６が供給するランプ信号の電圧の変化の開始タイミングに対応して、カウント値を変化させる。そして記憶部４０７は、信号Ｃｏｕｔの信号レベルが変化したタイミングに基づいて、カウント値をラッチする。これにより、記憶部４０７は、増幅信号の信号レベルに対応したデジタルデータを得ることができる。このようにして、列回路４０５、記憶部４０７によって、画素信号のＡＤ変換が行われる。

記憶部４０７に記憶されたデジタルデータは、水平走査回路４０９によって列毎に順次、信号処理回路４１０に転送される。これら画素からの画素信号の読み出しに関わる一連の動作は、垂直走査回路４０３で画素アレイ４０２の画素行を選択しながら行われる。

図７は、図６に示した撮像装置の動作を示したタイミング図である。図７（ａ）は撮像動作を行う場合のタイミング図である。図７（ｂ）は焦点検出動作と、撮像動作とを行う場合のタイミング図である。画素アレイ４０２に配された複数行の画素４０１のうち、一部の行に含まれる画素４０１から、図７（ｂ）に示した焦点検出動作と、撮像動作とによって画素信号が読み出される。他の一部の行に含まれる画素４０１から、図７（ａ）に示した撮像動作によって画素信号が読み出される。この一部の行と他の一部の行は、焦点検出を行う領域に応じて割り当てられる。なお、他の例として、全ての行の画素４０１が、あるフレームにおいては、図７（ａ）の動作を行う。そして別のフレームにおいては、図７（ｂ）の動作を行うようにしてもよい。この場合で言うフレームとは、例えば、垂直走査回路４０３が、垂直走査を開始してから、次の垂直走査を開始するまでの期間とすることができる。典型的には、不図示の制御回路が、垂直走査回路４０３の垂直走査の開始を指示する垂直同期信号の信号レベルをＨｉｇｈレベルとしてから、次に垂直同期信号の信号レベルをＨｉｇｈレベルとするまでの期間とすることができる。他の例として、信号処理部が生成する１枚の画像に対応する信号の、画素アレイ４０２からの読み出しを開始してから、次の１枚の画像に対応する信号の、画素アレイ４０２からの読み出しを開始するまでの期間とすることもできる。例えば、動画の撮影が６０ｆｐｓ（ｆｐｓとは、ｆｒａｍｅ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄの略である）で行われる場合があるとする。この例において、６０フレームのうちの１フレームの画像に対応する信号の、画素アレイ４０２からの読み出しを開始してから、次の１フレームの画像に対応する信号の、画素アレイ４０２からの読み出しを開始するまでの期間とすることができる。

まず、図７（ａ）の動作について説明する。

時刻ｔａ１に、垂直走査回路４０３は、撮像動作を行う画素４０１の行に供給する信号ｓｅｌをＨｉｇｈレベルにする。これにより、画素４０１の選択トランジスタ５０６がオンする。

その後、時刻ｔａ２に、垂直走査回路４０３は、信号ｒｅｓをＬｏｗレベルにしてリセットトランジスタ５０５をオフにする。これにより、ＦＤ部５０３のリセットが解除される。

増幅トランジスタ５０４は、選択トランジスタ５０６を介して、リセットが解除されたＦＤ部５０３の電圧に基づくノイズ信号（Ｎ信号）を、垂直出力線４０４に出力する。垂直出力線４０４に出力されたＮ信号は、列回路４０５、記憶部４０７によるＡＤ変換により、デジタルデータ（Ｎデータ）に変換される。

時刻ｔａ３に、垂直走査回路４０３は、信号ｔｘａ及びｔｘｂをＨｉｇｈレベルにした後、Ｌｏｗレベルにする。この動作により、フォトダイオード５０１ａが入射光に基づいて蓄積した電荷と、フォトダイオード５０１ｂが入射光に基づいて蓄積した電荷がＦＤ部５０３に転送される。よって、ＦＤ部５０３の電圧は、フォトダイオード５０１ａの電荷とフォトダイオード５０１の電荷とを加算した電荷に対応する電圧となる。

増幅トランジスタ５０４は、選択トランジスタ５０６を介して、フォトダイオード５０１ａの電荷とフォトダイオード５０１の電荷とを加算した電荷に対応する、ＦＤ部５０３の電圧に基づく信号を垂直出力線４０４に出力する。この増幅トランジスタ５０４が出力する信号を説明する。仮に、ＦＤ部５０３の電圧が、フォトダイオード５０１ａが入射光に基づいて蓄積した電荷に基づく電圧である場合に、増幅トランジスタ５０４が出力する信号をＡ＋Ｎ信号（Ａ信号とＮ信号との和）とする。ＦＤ部５０３の電圧が、フォトダイオード５０１ｂが入射光に基づいて蓄積した電荷に基づく電圧である場合に、増幅トランジスタ５０４が出力する信号をＢ＋Ｎ信号（Ｂ信号とＮ信号との和）とする。こうした場合に、増幅トランジスタ５０４が出力する、フォトダイオード５０１ａの電荷とフォトダイオード５０１ｂの電荷とを加算した電荷に対応する、ＦＤ部５０３の電圧に基づく信号は、Ａ＋Ｎ信号とＢ＋Ｎ信号とを加算した信号に相当する。したがって、この増幅トランジスタ５０４が出力する信号をＡ＋Ｂ＋Ｎ信号として表記する。垂直出力線４０４に出力されたＡ＋Ｂ＋Ｎ信号は、列回路４０５、記憶部４０７によるＡＤ変換により、デジタルデータ（Ａ＋Ｂ＋Ｎデータ）に変換される。

時刻ｔａ５に、垂直走査回路４０３は信号ｒｅｓをＨｉｇｈレベルにする。これにより、ＦＤ部５０３の電圧がリセットされる。

そして、時刻ｔａ６に、垂直走査回路４０３は、信号ｓｅｌをＬｏｗレベルにする。これにより、１行の画素４０１の選択を終了する。その後、垂直走査回路４０３は次に読み出す行の画素４０１の信号ｓｅｌをＨｉｇｈレベルにする。

記憶部４０７が保持したＮデータ、Ａ＋Ｂ＋Ｎデータは、水平走査回路４０９によって列ごとに順次、記憶部４０７から信号処理回路４１０に読み出される。信号処理回路４１０は、Ａ＋Ｂ＋ＮデータとＮデータとの差の信号であるＡ＋Ｂデータを出力する。

次に、図７（ｂ）の動作を説明する。

時刻ｔｂ１の動作は、図７（ａ）の時刻ｔａ１の動作と同じである。

時刻ｔｂ２の動作は、図７（ａ）の時刻ｔａ２の動作と同じである。

時刻ｔｂ３に、垂直走査回路４０３は、信号ｔｘａをＨｉｇｈレベルにした後、Ｌｏｗレベルにする。これにより、フォトダイオード５０１ａが入射光に基づいて蓄積した電荷がＦＤ部５０３に転送される。増幅トランジスタ５０４は、選択トランジスタ５０６を介して、Ａ＋Ｎ信号を垂直出力線４０４に出力する。垂直出力線４０４に出力されたＡ＋Ｎ信号は、列回路４０５、記憶部４０７によるＡＤ変換により、デジタルデータ（Ａ＋Ｎデータ）に変換される。

時刻ｔｂ６の前まで、ＦＤ部５０３はフォトダイオード５０１ａから転送された電荷を保持している。

時刻ｔｂ６に、垂直走査回路４０３は、信号ｔｘａ、信号ｔｘｂをＨｉｇｈレベルにした後、Ｌｏｗレベルにする。これにより、ＦＤ部５０３は、時刻ｔｂ６までに保持したフォトダイオード５０１ａの電荷に加えて、フォトダイオード５０１ｂが入射光に基づいて蓄積した電荷と、時刻ｔｂ４から時刻ｔｂ７までの期間にフォトダイオード５０１ａが蓄積した電荷とを保持する。よって、ＦＤ部５０３の電圧は、フォトダイオード５０１ａの電荷とフォトダイオード５０１の電荷とを加算した電荷に対応する電圧となる。

増幅トランジスタ５０４は、Ａ＋Ｂ＋Ｎ信号を垂直出力線４０４に出力する。垂直出力線４０４に出力されたＡ＋Ｂ＋Ｎ信号は、列回路４０５、記憶部４０７によるＡＤ変換により、デジタルデータ（Ａ＋Ｂ＋Ｎデータ）に変換される。

時刻ｔｂ８に、垂直走査回路４０３は信号ｒｅｓをＨｉｇｈレベルにする。これにより、ＦＤ部５０３の電圧がリセットされる。

そして、時刻ｔｂ９に、垂直走査回路４０３は、信号ｓｅｌをＬｏｗレベルにする。これにより、１行の画素４０１の選択を終了する。その後、垂直走査回路４０３は次に読み出す行の画素４０１の信号ｓｅｌをＨｉｇｈレベルにする。

記憶部４０７が保持したＮデータ、Ａ＋Ｎデータ、Ａ＋Ｂ＋Ｎデータは、水平走査回路４０９によって列ごとに順次、記憶部４０７から信号処理回路４１０に読み出される。信号処理回路４１０は、Ａ＋ＮデータとＮデータの差の信号（Ａデータ）と、Ａ＋Ｂ＋ｎデータとＮデータ（Ａ＋Ｂデータ）との差の信号を出力する。

撮像装置が出力するデータが入力される不図示の信号処理部はＡデータと、Ａ＋Ｂデータとの差であるＢデータを得て、ＡデータとＢデータとで焦点検出を行う。また、信号処理部は、Ａ＋Ｂデータを用いて画像の生成を行う。

図４を参照する。撮像モード制御部４１１は、実施例１に記載の、電圧制御部１０４、駆動モード選択部１０５、周波数制御部１０６、信号生成部１０７を含んだ回路ブロックである。駆動モード制御部４１１は、寿命情報受け取り部１０８から残寿命情報を受け取る。そして、残寿命情報が示す残寿命の長さに応じて、撮像素子４００内の回路の全て、または一部に供給する電圧値の変更と制御信号の周期の変更の少なくとも一方を行う。この撮像素子４００内の回路とは、画素アレイ４０２、垂直走査回路４０３、列回路４０５、参照信号発生回路４０６、記憶部４０７、カウンタ回路４０８、水平走査回路４０９、信号処理回路４１０である。または撮像素子４００内の画素アレイ４０２、垂直走査回路４０３、列回路４０５、参照信号発生回路４０６、記憶部４０７、カウンタ回路４０８、水平走査回路４０９、信号処理回路４１０の一部の動作の停止を行う。

実施例１の式（１）〜（４）に記載の通り、半導体装置の寿命は配線の電流密度Ｊ、配線温度Ｔ、トランジスタのゲートに印加される電圧Ｖｇ、半導体基板に流れる最大基板電流Ｉｓｕｂによって制限される。撮像モード制御部４１１は、撮像素子４００の残寿命が長くなるように、電流密度Ｊ、配線温度Ｔ、トランジスタのゲートに印加される電圧Ｖｇ、半導体基板に流れる最大基板電流Ｉｓｕｂの全て、または一部の値が小さくなるように動作状態を変更する。

これにより、撮像装置の動作速度の低下、あるいは機能の一部停止が生じるが、撮像動作を継続するとともに、撮像装置の寿命を延ばすことができる。

撮像モード制御部４１１による延命駆動モードは、例えばフレームレートの低下がある。具体的には、垂直走査回路４０３の垂直走査の周期を通常駆動モードに対して低下させる。この垂直走査の周期の低下に伴って、参照信号発生回路４０６、カウンタ回路４０８、水平走査回路４０９、信号処理回路４１０の動作周期も低下することとなる。フレームレートの低下とは、換言すれば、単位時間あたりに垂直走査回路４０３が垂直走査を行う回数を少なくすることであるともいえる。

また、延命駆動モードの１つとして、画素アレイ４０２の一部のみの領域の画素４０１から信号を読み出すようにしてもよい。つまり、通常駆動モードに比べて、延命駆動モードでは読み出す画素数を少なくする。例えば、通常駆動モードでは４Ｋ２Ｋの解像度に対応する画素４０１の読み出しを行い、延命駆動モードでは、ＶＧＡの解像度に対応する画素４０１の読み出しを行う。列回路４０５、記憶部４０７においても読み出す画素数４０１の減少に応じて、水平走査回路４０９が、一部の列のみの記憶部４０７を走査するようにする。これにより、撮像装置の動作を継続しつつ、撮像装置の残寿命を延ばすことができる。

また、他の例として、図７（ｂ）の焦点検出動作を行う画素数を、通常駆動モードに比べて延命駆動モードが少なくなるようにしてもよい。これにより、列回路４０５、記憶部４０７のＡ＋Ｎ信号のＡＤ変換回数を低減することができる。これにより、撮像動作を継続しながら、撮像装置の残寿命を延ばすことができる。特に、残寿命の延長を重視する場合には、図７（ｂ）の焦点検出動作を行う画素数をゼロとし、全ての画素４０１が図７（ａ）の撮像動作の駆動を行うようにすると良い。

寿命予測部１０９は実施例１に記載の通り、撮像素子４００の最新の動作状態、もしくは動作状態に関わる履歴情報に基づいて撮像素子４００の残寿命の予測を実行することによって、撮像素子４００の残寿命情報を得る。

ここで、動作状態とは撮像素子４００の動作時の動作電圧、動作周波数等といった、撮像素子４００を動作させている時の状態、もしくは温度等の動作の結果によって生じる状態のことを表す。

寿命予測部１０９による残寿命情報の取得は、撮像動作を複数回行った後に行われる。ここで言う撮像動作とは、種々の環境下における、被写体を撮像する動作を指している。つまり、撮像装置の製造工場内におけるテストのような既知の環境下における撮像素子４００の撮像動作ではなく、撮像素子４００が置かれる環境によって撮像素子４００の残寿命が変化するような環境下における撮像動作を指している。したがって、本実施例の撮像装置は、撮像素子４００が実際に置かれてきた、あるいは置かれている環境、動作に応じた残寿命を予測することができる。この残寿命予測は、撮像素子４００が実際に置かれてきた、あるいは置かれている環境、動作に基づくものであるから、シミュレーションによる寿命の予測に比べて正確な残寿命を予測することができる。

以上に述べた本発明の実施形態によれば、撮像素子４００は残寿命情報に基づいて、撮像素子４００の寿命を延ばす駆動が選択されるため、撮像素子４００がシミュレーション上の耐用年数よりも早く寿命に達するという課題が解決される。

本実施例の撮像装置は、例えば撮像装置の交換に困難が伴う地域に設けられたカメラに用いることができる。このようなカメラとして、例えば、遠隔地に設けられたカメラ（災害監視（火山災害、気象災害）、宇宙船、人工衛星（気象観測衛星、探査衛星、宇宙ステーション等）、宇宙探査ロボット等）、紛争地域に設けられた監視カメラ等がある。これらのカメラは、寿命を迎えても撮像装置の交換が容易ではない一方で、撮像装置としての動作の継続が望まれるものである。したがって、予測された残寿命が第一の寿命閾値を下回った場合には、撮像素子４００の動作は通常駆動モードから延命駆動モードに変更される。これにより、撮像動作を継続しつつ、撮像装置の動作の残寿命を延ばすことができる。

また、本実施例の撮像装置は、移動体に搭載される撮像装置の一例として、車載カメラに用いることができる。車載カメラでは、残寿命が第一の寿命閾値を下回っても、走行中の場合には撮像素子４００の交換は容易ではない。このような場合には、撮像素子４００を通常駆動モードから延命駆動モードに変更して撮像動作を継続し、かつ撮像素子４００の寿命を延ばすことが有用である。

また、寿命予測部１０９による残寿命情報の取得は、撮像動作と並行して行うようにしてもよい。例えば、遠隔地に設けられたカメラ、監視カメラ等の動画を継続して撮影するカメラの場合には、撮像動作を行っている期間に、寿命予測部１０９による残寿命情報の取得が行われるようにする。これにより、動画の撮影を継続しながら、撮像素子４００の残寿命の予測を行うことができる。別の言い方をすれば、垂直走査が行われている期間に、寿命予測部１０９が残寿命情報を取得するようにしてもよい。また、光電変換部が入射光に基づく電荷を蓄積している期間に、寿命予測部１０９が残寿命情報を取得するようにしてもよい。また、列回路４０５、記憶部４０７が画素信号を処理している期間（例えばＡＤ変換を行っている期間）に、寿命予測部１０９が残寿命情報を取得するようにしてもよい。つまり複数回の撮像動作を行った後であれば、撮像動作を行っている期間と並行して、寿命予測部１０９が残寿命情報を取得するようにしてもよい。

このように、本実施例の撮像装置は、撮像素子の交換が容易ではない場合であっても、撮像素子の動作を継続しつつ、撮像素子の寿命を延ばすことができる効果を有する。

（実施例３）
本実施例の撮像装置について、実施例２と異なる点を中心に説明する。本実施例の撮像装置は、撮像素子の残寿命情報を精度よく得ることができる。

図８は、本実施例の撮像装置８００を示した図である。

図５に示した撮像装置４５０に対して、本実施例の撮像装置８００は、状態取得部８１２と、状態取得部８１２に接続された寿命予測部８１３を備える点が異なる。

撮像素子４００の性能低下要因が、ホットキャリア注入（ＨＣ）が支配的である場合を説明する。この場合、撮像素子４００の残寿命は、撮像素子４００が新品として動作を開始した時のトランジスタのドレイン電流Ｉｄに対するドレイン電流の時間変化量ΔＩｄの割合である、下記の式（５）により評価される。
Ｉｄ_{ＲＡＴＩＯ}＝ΔＩｄ／Ｉｄ・・・（５）

状態取得部８１２は、撮像素子４００のトランジスタのドレイン電流Ｉｄを測定する。測定結果は寿命予測部８１３に出力される。寿命予測部８１３は、既知の初期のＭＯＳトランジスタのドレイン電流Ｉｄと最新のＭＯＳトランジスタのドレイン電流Ｉｄの変化量の割合を算出する。

ここで、式（５）でＩｄ_{ＲＡＴＩＯ}が０．１、すなわち１０％となる時間を撮像素子４００の寿命時間と設定したとする。この場合、寿命予測部８１３にＩｄ_{ＲＡＴＩＯ}の閾値として１０％を設定する。寿命予測部８１３は、閾値である１０％と実際のＩｄ_{ＲＡＴＩＯ}とを比較することによって、撮像素子４００の残寿命の予測を行う。

トランジスタのドレイン電流Ｉｄの測定方法の一例としては、状態取得部８１２内に抵抗素子を設け、抵抗素子の一端を電源電圧に接続し、抵抗素子の他端を撮像素子４００のトランジスタのドレインに接続する。そして、この抵抗素子の両端子の電圧値を測定する。これにより、Ｖ＝ＩＲの式（Ｖは抵抗素子の両端子に電圧、Ｒは抵抗素子の抵抗値、Ｉは抵抗素子に流れる電流値）を用いて、ドレイン電流を測定することができる。そして、Ｉｄ_{ＲＡＴＩＯ}の時間変化率を得ることにより、Ｉｄ_{ＲＡＴＩＯ}が１０％に到達するまでの期間、すなわち残寿命を予測することができる。

なお、他の残寿命情報の取得の方法として、撮像素子４００が消費する消費電流値の変化を測定しても良い。撮像素子４００が新品時に消費する消費電流値と、測定時の消費電流値との変化を測定することで、トランジスタのドレイン電流Ｉｄを間接的に測定することができる。そして、消費電流値の時間変化量を得ることにより、残寿命を予測することができる。

（実施例４）
本実施例の撮像装置について、実施例３と異なる点を中心に説明する。撮像装置の構成は、図８と同じとすることができる。

実施例３の撮像装置では残寿命予測を、ドレイン電流Ｉｄの変化によって得ていた。本実施例では、他の予測の方法を説明する。

半導体素子、撮像素子では、実施例１で述べたように、ＨＣ、ＥＭ、ＴＤＤＢ、負ＮＢＴＩによって性能低下が生じる。この性能低下により、半導体素子、撮像素子の寿命が決まる。

ＨＣによる性能低下に関する寿命予測は実施例３で述べたとおりである。

性能低下の要因がＥＭによる寿命時間ＬＴ（ＥＭ）は、実施例１で述べた式（１）によって求められる。

性能低下要因がＴＤＤＢによる寿命時間ＬＴ（ＴＤＤＢ）は、実施例１で述べた式（２）によって求められる。

性能低下要因がＮＢＴＩによる寿命時間ＬＴ（ＮＢＴＩ）は、実施例１で述べた式（４）によって算出され得る。

また、性能低下要因がＨＣによる寿命時間ＬＴ（ＨＣ）は、実施例１で述べた式（３）によって求められる。また、実施例３で述べた式（５）によっても求められる。

状態取得部８１２は式（１）〜（５）の全て、または一部の測定を行い、撮像素子４００の寿命の算出を行う。

式（１）〜（５）を用いて撮像素子４００の寿命時間を算出するために、状態取得部８１２は撮像素子４００に設けられたトランジスタあるいは抵抗素子に流れる電流の電流密度Ｊ、配線温度Ｔ、トランジスタのゲートに印加される電圧値Ｖｇを測定する。

電流密度Ｊの求め方は実施例３と同じとすることができる。

配線温度Ｔの取得方法は、一例として、状態取得部８１２の図示しないダイオード素子に流れる電流値を測定する。ダイオード素子に流れる電流値は一般に温度依存をもつため、電流値を測定することによって、温度Ｔを求めることができる。

電圧値Ｖｇは、寿命予測の対象とするトランジスタに印加するゲート電圧とすることができる。電圧値Ｖｇについては、実測値と設計値との差が実質的に無視できると見込まれる場合には、設計値を用いてもよい。

このようにして、式（１）〜（５）で用いる各値を、状態取得部８１２が取得する。状態取得部８１２は、取得した各値を、寿命予測部８１３に出力する。つまり、状態取得部８１２は、撮像素子４００の温度、消費電流量を取得する。なお、状態取得部８１２は、撮像素子４００の積算動作時間、フレームレートの情報をさらに得るようにしてもよい。

寿命予測部８１３は、式（１）〜（５）の全て、あるいは一部を用いて、撮像素子４００の寿命を得る。寿命予測部８１３は、式（１）〜（５）のうちの複数の式を用いて寿命を予測する場合には、用いた式のうち、最も短い寿命を撮像素子４００の寿命とする。

このように、本実施例の寿命予測部８１３は、撮像素子４００の実際の動作状態に基づいた寿命の予測を行う。これにより、精度の高い寿命の予測が可能となる。

撮像素子４００の寿命は、使用環境によって大きく変化する。撮像素子４００が置かれる温度、撮影枚数、印加電圧によって変化する。例えば、車載カメラであれば、低緯度地域は高緯度地域に比べて８０℃以上の高温下に置かれる時間が長くなる。また、高緯度地域は低緯度地域に比べて０℃以下の低温下に置かれる時間が長くなる。したがって、撮像素子４００の実際の寿命は、設計上の寿命よりも短くなる場合が生じうる。よって、実際の撮像素子４００の動作に基づいた寿命の予測を行うことによって、撮像素子４００の突然の動作停止を生じにくくすることができる。

なお、本実施例では、状態取得部８１２、寿命予測部８１３を撮像素子４００の外部に設けたが、状態取得部８１２、寿命予測部８１３は撮像素子４００の内部にあっても良い。特に、状態取得部８１２は、撮像素子４００と同じ半導体基板に設けた場合には、撮像素子４００と同じ動作環境下に置かれることとなるから、より精度の高い寿命予測を行うことができる。

（実施例５）
本実施例の撮像装置について、実施例４と異なる点を中心に説明する。

図９は、本実施例の撮像装置の構成を示した図である。本実施例の撮像装置は、実施例４の撮像装置に対して、メモリ部９２０をさらに有する。

メモリ部９２０は、動作状態に関わる履歴情報を保持する。

本実施例の寿命予測部９１３は、メモリ部９２０が保持した履歴情報と状態取得部８１２から出力される情報とを用いて、残寿命の予測を行って残寿命情報を生成する。履歴情報とは、例えば撮像装置の積算動作時間と、撮像装置の撮像モードの履歴である。撮像モードとは、撮像素子４００が画像信号を出力する周期（フレームレート）、画像サイズ、焦点検出機能の実行有無等である。

動作の一例として、寿命予測部９１３が実施例４で述べたように式（１）〜（５）の全て、あるいは一部を用いて予測した残寿命を、メモリ部９２０が保持した履歴情報を用いて補正する。

また、別の動作の一例として、メモリ部９２０は、残寿命予測を行う都度、式（５）を用いて得たＩｄ_{ＲＡＴＩＯ}を保持する。そして、寿命予測部９１３は、メモリ部９２０に保持された各時刻のＩｄ_{ＲＡＴＩＯ}から、Ｉｄ_{ＲＡＴＩＯ}の経時的な変化を得る。このＩｄ_{ＲＡＴＩＯ}の経時的な変化から、Ｉｄ_{ＲＡＴＩＯ}が１０％以上となる時刻の予測（すなわち残寿命予測）を行う。これにより、より精度の高い残寿命予測を行うことができる。

また、メモリ部９２０に格納される値は、トランジスタのドレイン電流Ｉｄに限らず、式（１）〜（５）の全て、または一部の式の値でもよい。

なお、メモリ部９２０は撮像装置８００の外部にあっても良い。また、メモリ部９２０は不揮発性メモリであることが望ましい。メモリ部９２０を撮像装置８００の外部に設ける場合には、撮像装置８００とメモリ部９２０の製造プロセスを分けることができる。これにより、撮像装置８００とメモリ部９２０のそれぞれの製造プロセス上の制約を小さくすることができる。

このように、本実施例の撮像装置は、動作状態にかかわる履歴情報を保持するメモリ部９２０を備える。このメモリ部９２０が保持した履歴情報を用いて残寿命予測を行うことより、高精度に残寿命を予測することができる。

なお、これまでの実施例で述べた撮像装置は、複数のチップを積層した積層型センサとすることができる。例えば、第１チップに画素アレイ４０２が配され、第２チップに列回路４０５、参照信号発生回路４０６、記憶部４０７、カウンタ回路４０８、水平走査回路４０９、信号処理回路４１０、撮像モード制御部４１１が設けられていてもよい。この場合には、第２チップがさらに寿命予測部１０９を備えていてもよい。また、画像の生成を行う信号処理部が設けられた第３チップが、さらに積層されていてもよい。この場合、寿命予測部１０９を第３チップに設けるようにしてもよい。

（実施例６）
図１０は、本実施例による撮像システム５００の構成を示すブロック図である。本実施例の撮像システム５００は、上述の各実施例で述べた撮像装置のいずれかの構成を適用した撮像装置２００を含む。撮像システム５００の具体例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラ等が挙げられる。図１０に、上述の各実施例のいずれかの撮像装置を撮像装置２００として適用したデジタルスチルカメラの構成例を示す。

図１０に例示した撮像システム５００は、撮像装置２００、被写体の光学像を撮像装置２００に結像させるレンズ５０２０、レンズ５０２０を通過する光量を可変にするための絞り５０４、レンズ５０２０の保護のためのバリア５０６を有する。レンズ５０２０及び絞り５０４は、撮像装置２００に光を集光する光学系である。

撮像システム５００は、また、撮像装置２００から出力される出力信号の処理を行う信号処理部５０８０を有する。信号処理部５０８０は、必要に応じて入力信号に対して各種の補正、圧縮を行って出力する信号処理の動作を行う。信号処理部５０８０は、撮像装置２００より出力される出力信号に対してＡＤ変換処理を実施する機能を備えていてもよい。この場合、撮像装置２００の内部には、必ずしもＡＤ変換回路を有する必要はない。

撮像システム５００は、更に、画像データを一時的に記憶するためのバッファメモリ部５１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）５１２を有する。更に撮像システム５００は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体５１４、記録媒体５１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）５１６を有する。なお、記録媒体５１４は、撮像システム５００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。

更に撮像システム５００は、各種演算を行うとともにデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部５１８、撮像装置２００と信号処理部５０８０に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部５２０を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム５００は、少なくとも撮像装置２００と、撮像装置２００から出力された出力信号を処理する信号処理部５０８０とを有すればよい。全体制御・演算部５１８及びタイミング発生部５２０は、撮像装置２００の制御機能の一部又は全部を実施するように構成してもよい。

撮像装置２００は、画像用信号を信号処理部５０８０に出力する。信号処理部５０８０は、撮像装置２００から出力される画像用信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。また、信号処理部５０８０は、画像用信号を用いて、画像を生成する。

上述した各実施例の撮像装置による撮像装置を用いて撮像システムを構成することにより、より良質の画像が取得可能な撮像システムを実現することができる。

（実施例７）
本実施例の撮像システム及び移動体について、図１１及び図１２を用いて説明する。

図１１は、本実施例による撮像システム及び移動体の構成例を示す概略図である。図１２は、本実施例による撮像システムの動作を示すフロー図である。

本実施例では、車載カメラに関する撮像システムの一例を示す。図１１は、車両システムとこれに搭載される撮像システムの一例を示したものである。撮像システム７０１は、撮像装置７０２、画像前処理部７１５、集積回路７０３、光学系７１４を含む。光学系７１４は、撮像装置７０２に被写体の光学像を結像する。撮像装置７０２は、光学系７１４により結像された被写体の光学像を電気信号に変換する。撮像装置７０２は、上述の各実施例のいずれかの撮像装置である。画像前処理部７１５は、撮像装置７０２から出力された信号に対して所定の信号処理を行う。画像前処理部７１５の機能は、撮像装置７０２内に組み込まれていてもよい。撮像システム７０１には、光学系７１４、撮像装置７０２及び画像前処理部７１５が、少なくとも２組設けられており、各組の画像前処理部７１５からの出力が集積回路７０３に入力されるようになっている。

集積回路７０３は、撮像システム用途向けの集積回路であり、メモリ７０５を含む画像処理部７０４、光学測距部７０６、視差演算部７０７、物体認知部７０８、異常検出部７０９を含む。画像処理部７０４は、画像前処理部７１５の出力信号に対して、現像処理や欠陥補正等の画像処理を行う。メモリ７０５は、撮像画像の一次記憶、撮像画素の欠陥位置を格納する。光学測距部７０６は、被写体の合焦や、測距を行う。視差演算部７０７は、複数の撮像装置７０２により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う。物体認知部７０８は、車、道、標識、人等の被写体の認知を行う。異常検出部７０９は、撮像装置７０２の異常を検出すると、主制御部７１３に異常を発報する。

集積回路７０３は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。

主制御部７１３は、撮像システム７０１、車両センサ７１０、制御ユニット７２０等の動作を統括・制御する。なお、主制御部７１３を持たず、撮像システム７０１、車両センサ７１０、制御ユニット７２０が個別に通信インターフェースを有して、それぞれが通信ネットワークを介して制御信号の送受を行う（例えばＣＡＮ規格）方法も取りうる。

集積回路７０３は、主制御部７１３からの制御信号を受け或いは自身の制御部によって、撮像装置７０２へ制御信号や設定値を送信する機能を有する。例えば、集積回路７０３は、撮像装置７０２内の電圧スイッチ１３をパルス駆動させるための設定や、フレーム毎に電圧スイッチ１３を切り替える設定等を送信する。

撮像システム７０１は、車両センサ７１０に接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの自車両走行状態及び自車外環境や他車・障害物の状態を検出することができる。車両センサ７１０は、視差画像から対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段でもある。また、撮像システム７０１は、自動操舵、自動巡行、衝突防止機能等の種々の運転支援を行う運転支援制御部７１１に接続されている。特に、衝突判定機能に関しては、撮像システム７０１や車両センサ７１０の検出結果を基に他車・障害物との衝突推定・衝突有無を判定する。これにより、衝突が推定される場合の回避制御、衝突時の安全装置起動を行う。

また、撮像システム７０１は、衝突判定部での判定結果に基づいて、ドライバーに警報を発する警報装置７１２にも接続されている。例えば、衝突判定部の判定結果として衝突可能性が高い場合、主制御部７１３は、ブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして、衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置７１２は、音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムやメーターパネルなどの表示部画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。

本実施例では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム７０１で撮影する。図１１（ｂ）に、車両前方を撮像システム７０１で撮像する場合の撮像システム７０１の配置例を示す。

２つの撮像装置７０２は、車両７００の前方に配置される。具体的には、車両７００の進退方位又は外形（例えば車幅）に対する中心線を対称軸に見立て、その対称軸に対して２つの撮像装置７０２が線対称に配置されると、車両７００と被写対象物との間の距離情報の取得や衝突可能性の判定を行う上で好ましい。また、撮像装置７０２は、運転者が運転席から車両７００の外の状況を視認する際に運転者の視野を妨げない配置が好ましい。警報装置７１２は、運転者の視野に入りやすい配置が好ましい。

次に、撮像システム７０１における撮像装置７０２の故障検出動作について、図１２を用いて説明する。撮像装置７０２の故障検出動作は、図１２に示すステップＳ８１０〜Ｓ８８０に従って実施される。

ステップＳ８１０は、撮像装置７０２のスタートアップ時の設定を行うステップである。すなわち、撮像システム７０１の外部（例えば主制御部７１３）又は撮像システム７０１の内部から、撮像装置７０２の動作のための設定を送信し、撮像装置７０２の撮像動作及び故障検出動作を開始する。

次いで、ステップＳ８２０において、有効画素から画素信号を取得する。また、ステップＳ８３０において、故障検出用に設けた故障検出画素からの出力値を取得する。この故障検出画素は、有効画素と同じく光電変換部を備える。この光電変換部には、所定の電圧が書き込まれる。故障検出用画素は、この光電変換部に書き込まれた電圧に対応する信号を出力する。なお、ステップＳ８２０とステップＳ８３０とは逆でもよい。

次いで、ステップＳ８４０において、故障検出画素の出力期待値と、実際の故障検出画素からの出力値との該非判定を行う。

ステップＳ８４０における該非判定の結果、出力期待値と実際の出力値とが一致している場合は、ステップＳ８５０に移行し、撮像動作が正常に行われていると判定し、処理ステップがステップＳ８６０へと移行する。ステップＳ８６０では、走査行の画素信号をメモリ７０５に送信して一次保存する。そののち、ステップＳ８２０に戻り、故障検出動作を継続する。

一方、ステップＳ８４０における該非判定の結果、出力期待値と実際の出力値とが一致していない場合は、処理ステップはステップＳ８７０に移行する。ステップＳ８７０において、撮像動作に異常があると判定し、主制御部７１３、又は警報装置７１２に警報を発報する。警報装置７１２は、表示部に異常が検出されたことを表示させる。その後、ステップＳ８８０において撮像装置７０２を停止し、撮像システム７０１の動作を終了する。

なお、本実施例では、１行毎にフローチャートをループさせる例を例示したが、複数行毎にフローチャートをループさせてもよいし、１フレーム毎に故障検出動作を行ってもよい。

なお、ステップＳ８７０の警報の発報は、無線ネットワークを介して、車両の外部に通知するようにしてもよい。

また、本実施例では、他の車両と衝突しない制御を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。さらに、撮像システム７０１は、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機或いは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。

［変形実施例］
本発明は、上記実施例に限らず種々の変形が可能である。

例えば、いずれかの実施例の一部の構成を他の実施例に追加した例や、他の実施例の一部の構成と置換した例も、本発明の実施例である。

また、上述の実施例は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらの例示によって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な態様で実施することができる。

１００ 半導体素子
１０１〜１０３ 回路ブロック
１０５ 駆動モード選択部
１０９、８１３、９１３ 寿命予測部
１５０ 半導体装置
４００ 撮像素子
４０２ 画素アレイ
４１１ 撮像モード制御部
４５０ 撮像装置
８１２ 状態取得部
９２０ メモリ部

Claims (24)

1. 複数行および複数列に渡って配され、各々が光電変換部を有する複数の画素を備え、前記複数の画素の各々の信号を読み出す撮像動作を行う撮像素子と、前記撮像素子の残寿命情報を取得する寿命予測部とを有し、
   前記撮像素子が複数回の前記撮像動作を行い、
   前記寿命予測部は、前記複数回の撮像動作の後に、前記残寿命情報の取得を行うことを特徴とする撮像装置。
2. 前記寿命予測部は、前記複数回の撮像動作が行われる期間に含まれる第１の時刻に、前記残寿命情報である第１情報の取得を行い、
   前記寿命予測部は、前記期間のうちの前記第１の時刻よりも後の第２の時刻に、前記残寿命情報である第２情報の取得を行い、
   前記寿命予測部は、前記第１情報と前記第２情報とから、前記撮像素子の残寿命を予測することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記寿命予測部は、前記撮像素子の動作状態を示す動作情報を取得し、
   前記寿命予測部は、前記動作情報を用いて前記残寿命情報を取得することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記動作情報が、前記撮像素子の温度であることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記動作情報が、前記撮像素子の積算動作時間であることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置
6. 前記動作情報が、前記撮像素子の消費電流量であることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置
7. 前記動作情報が、前記撮像素子のフレームレートであることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置
8. 前記撮像装置は、前記撮像素子の動作の履歴を示す履歴情報を保持するメモリ部を有し、
   前記寿命予測部は、前記履歴情報を用いて前記残寿命情報を補正することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記履歴情報が、前記撮像装置の積算動作時間を示す情報であることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
10. 以下の（１）式を用いて、前記残寿命情報を取得することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の撮像装置。
    ＬＴ＝Ａ×Ｊ^−ｎ×ｅｘｐ（Ｅａ／ｋＴ）・・・（１）
    ＬＴ：残寿命情報、Ａ：係数、Ｅａ：活性化エネルギー、Ｊ：配線の電流密度、ｎ：電流加速係数、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：温度
11. 以下の（２）式を用いて、前記残寿命情報を取得することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の撮像装置。
    ＬＴ＝Ａ×ｅｘｐ（―γＶｇ×Ｖｇ）×ｅｘｐ（Ｅａ／ｋＴ）・・・（２）
    ＬＴ：残寿命情報、Ｖｇ：トランジスタのゲートに印加される電圧、γＶｇ：電圧加速係数
12. 以下の（３）式を用いて、前記残寿命情報を取得することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の撮像装置。
    ＬＴ＝Ａ×Ｉｓｕｂ^−ｍ×ｅｘｐ（Ｅａ／ｋＴ）・・・（３）
    ＬＴ：残寿命情報、Ｉｓｕｂ：半導体基板に流れる電流、ｍ：基板電流依存の係数、Ｅａ：活性化エネルギー、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：温度
13. 以下の（４）式を用いて、前記残寿命情報を取得することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の撮像装置。
    ＬＴ＝Ａ×Ｖｇ^ｎ×ｅｘｐ（Ｅａ／ｋＴ）・・・（４）
    ＬＴ：残寿命情報、Ａ：係数、Ｅａ：活性化エネルギー、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：温度、ｎ：電流加速係数
14. 前記撮像素子はトランジスタを備え、
    前記寿命予測部は、前記トランジスタに流れるドレイン電流の時間変化量に基づいて前記残寿命情報を取得することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の撮像装置。
15. 前記光電変換部が入射光に基づく電荷を蓄積している期間に、前記寿命予測部が前記残寿命情報を取得することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の撮像装置。
16. 前記画素からの信号の処理を行う処理部を有し、
    前記処理部が、前記画素からの信号の処理を行っている期間に、前記寿命予測部が前記残寿命情報を取得することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の撮像装置。
17. 前記処理部による前記処理が、前記画素からの信号をＡＤ変換する処理であることを特徴とする請求項１６に記載の撮像装置。
18. 前記撮像素子の駆動を制御する駆動制御部をさらに備え、
    前記残寿命情報が第１の長さを示す場合、前記駆動制御部は前記撮像素子を第１の条件で駆動し、
    前記残寿命情報が前記第１の長さよりも短い第２の長さを示す場合、前記駆動制御部は前記第１の条件で前記撮像素子を駆動した場合よりも前記撮像素子の残寿命が長い第２の条件で前記撮像素子を駆動することを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の撮像装置。
19. 前記撮像素子は前記複数の画素を行単位で前記複数行を走査する垂直走査を行う走査回路を備え、
    前記第１の条件が、単位時間あたり第１の回数の前記垂直走査を行う条件であり、
    前記第２の条件が、単位時間あたり前記第１の回数よりも少ない第２の回数の前記垂直走査を行う条件であることを特徴とする請求項１８に記載の撮像装置。
20. 前記駆動制御部が前記第１の条件で前記撮像素子を駆動する場合には、前記寿命予測部は第１の間隔で前記残寿命情報を取得し、
    前記駆動制御部が前記第２の条件で前記撮像素子を駆動する場合には、前記寿命予測部は前記第１の間隔よりも短い第２の間隔で前記残寿命情報を取得することを特徴とする請求項１８または１９に記載の撮像装置。
21. 前記第１の条件が、前記撮像素子の動作周波数を第１の周波数とする条件であり、
    前記第２の条件が、前記撮像素子の動作周波数を前記第１の周波数よりも低い第２の周波数とする条件であることを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の撮像装置。
22. 前記第１の条件が、前記撮像素子に供給する電源電圧を第１の電圧とする条件であり、
    前記第２の条件が、前記撮像素子に供給する電源電圧を前記第１の電圧よりも絶対値が小さい第２の電圧とする条件であることを特徴とする請求項１８〜２１のいずれか１項に記載の撮像装置。
23. 請求項１〜２２のいずれか１項に記載の撮像装置と、前記撮像装置が出力する信号を処理する信号処理部とを有することを特徴とする撮像システム。
24. 請求項１〜２２のいずれか１項に記載の撮像装置を有する移動体であって、
    前記移動体の移動を制御する制御部をさらに有することを特徴とする移動体。

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