JP6968608B2 - 撮像装置、撮像システム、および、移動体 - Google Patents

Description

本発明は撮像装置、撮像システム、および、移動体に関する。

特許文献１に記載の撮像装置は、有効画素領域と非有効画素領域とを含む。有効画素領域には外部から光が入射する。有効画素領域に配された画素は、光電変換により電気信号を生成するフォトダイオードを有している。一方、非有効画素領域の全面が遮光膜で覆われている。非有効画素領域は、リファレンス領域および故障検出用パターン領域を含む。リファレンス領域に配された画素は、画像信号レベルのリファレンスとなる信号を生成する。故障検出用パターン領域には、フォトダイオードを有する画素（ＰＤ具備画素）と、フォトダイオードを有していない画素（ＰＤ不具備画素）とが配列されている。故障検出用パターン領域からは、当該ＰＤ具備画素とＰＤ不具備画素との配列パターンに応じた信号が得られる。この信号に基づいて故障の判断を行っている。

特開２００９−１１８４２７号公報

特許文献１に記載の技術によれば、故障検出用パターン領域から得られる信号が、所定のパターンに一致しているか否かを判断している。しかし、この方法では撮像装置の故障や誤動作を正確に検知することができないという課題がある。例えば、撮像装置の駆動回路が故障して、指定された有効画素領域の画素から正常に画素信号が読み出されない場合がある。一方で、故障検出用パターン領域の画素が正常である場合、故障検出用パターン領域から得られる信号は撮像装置が正常に動作していることを示す。つまり、撮像装置が故障しているにも関わらず、その故障を検知できない可能性がある。

上記の課題に鑑み、本発明は、正確に故障を検知することが可能な撮像装置を提供することを目的とする。

１つの側面に係る実施例の撮像装置は、第１の行および第２の行を少なくとも含む行列を構成するように配された複数の画素を備え、前記第１の行および前記第２の行の各々は、入射光に応じた画素信号を出力する受光画素と、属する行の位置を示すアドレス信号を成すための画素信号を出力する参照画素とを含み、前記第１の行から出力される前記アドレス信号の信号値と、前記第２の行から出力される前記アドレス信号の信号値とが異なる。

別の側面に係る実施例の撮像装置は、第１の列および第２の列を少なくとも含む行列を構成するように配された複数の画素を備え、前記第１の列および前記第２の列の各々は、入射光に応じた画素信号を出力する受光画素と、属する列の位置を示すアドレス信号を成すための画素信号を出力する参照画素とを含み、前記第１の列から出力される前記アドレス信号の信号値と、前記第２の列から出力される前記アドレス信号の信号値とが異なる。

別の側面に係る実施例の撮像装置は、入射光に応じた画素信号を出力する第１の受光画素および第２の受光画素と、前記第１の受光画素と並行して画素信号を出力する第１の参照画素と、前記第２の受光画素と並行して画素信号を出力する第２の参照画素とを少なくとも含む、複数の画素を備え、前記第１の参照画素と、前記第２の参照画素とが、互いに異なるレベルの画素信号を出力するように、前記第１の参照画素および前記第２の参照画素の画素信号のレベルを制御する出力制御回路を備える。

別の側面に係る実施例の撮像システムは、撮像装置から出力される画素信号を処理して画像信号を取得する信号処理部を備え、前記信号処理部は、前記撮像装置から出力された、互いに異なる信号値を持つ複数のアドレス信号を受けとり、前記信号処理部は、前記複数のアドレス信号に基づいて、前記撮像装置から前記画素信号が正常に出力されているかを判断する。

本発明によれば、正確に故障を検知することができる。

撮像装置の全体構成を模式的に示す図。 撮像装置の画素の等価回路を示す図。 撮像装置の画素の動作を模式的に示すタイミングチャート図。 撮像装置の出力するアドレス信号を模式的に示す図。 撮像装置の動作を判定するための方法を示すフローチャート図。 撮像装置の出力するアドレス信号を模式的に示す図。 撮像装置の出力するアドレス信号を模式的に示す図。 撮像装置の動作を判定するための方法を示すフローチャート図。 撮像装置の出力するアドレス信号を模式的に示す図。 撮像装置の出力するアドレス信号を模式的に示す図。 撮像システムの実施例のブロック図。 移動体の実施例のブロック図。 撮像装置の画素の平面構造を模式的に示す図。 撮像装置の画素の平面構造を模式的に示す図。 撮像装置の画素の断面構造を模式的に示す図。

本発明に係る１つの実施形態は撮像装置である。撮像装置は行列を構成するように配された複数の画素を備える。複数の画素は、受光画素と参照画素とを含む。受光画素には外部からの光が入射する。受光画素は入射した光に応じた画素信号を出力する。参照画素は、アドレス信号を構成するための画素信号を出力する。

アドレス信号は、行または列の位置に関する情報を含む。少なくとも２つの行、あるいは、２つの列に対して、異なる信号値のアドレス信号が割り当てられる。１つのアドレス信号は、１つの参照画素からの画素信号、あるいは、複数の参照画素からの画素信号によって構成される。

１つのアドレス信号が１つの参照画素からの画素信号によって構成される実施例では、各行に少なくとも１つの参照画素が配される。異なる行の参照画素は、互いに異なるレベルの複数の画素信号を出力する。レベルは、画素信号の電流値や電圧値を意味する。参照画素の画素信号のレベルが、アドレス信号の信号値を表す。例えば、各行に１つの参照画素が配され、奇数行の参照画素がハイレベルの画素信号を出力し、偶数行の参照画素がローレベルの画素信号を出力する。これにより、撮像装置が偶数行の信号を読み出しているのか、奇数行の信号を読み出しているのかを判断することができる。あるいは、行ごとの参照画素が、属する行に固有のレベルの画素信号を出力する。撮像装置が４０００行の画素を含む場合、参照画素は４０００段階のレベルの画素信号を出力する。これにより、撮像装置がどの行の信号を読み出しているのかを判断することができる。

別の実施例では、１つの行に複数の参照画素が配される。この実施例では、１つのアドレス信号が複数の参照画素からの画素信号によって構成される。例えば、参照画素のそれぞれが、ハイレベルの画素信号またはローレベルの画素信号を出力する。Ｎ個の参照画素が配される場合、ハイレベルの画素信号とローレベルの画素信号との組み合わせにより、Ｎビットのデジタル信号として、アドレス信号が構成される。ハイレベルの画素信号が、各ビットの「１」に対応し、ローレベルの画素信号が、各ビットの「０」に対応する。この場合、デジタル信号の０と１との配列パターンが、アドレス信号の信号値を表す。１２個の参照画素を配することにより、４０９６行のそれぞれに固有の信号値を持つアドレス信号を生成することができる。

なお、全ての行に対して固有のアドレス信号を生成しなくてもよい。４０９６行の画素に対して、各行に含まれる参照画素が１２個より少なくてもよい。この場合、同じ信号値のアドレス信号が複数の行に割り当てられる。例えば、４０９６行を４つの領域に分け、各領域に、１〜１０２４に対応するアドレス信号を割り当てることができる。これにより、各行に含まれる参照画素の数を１０個にできる。４つの領域のうち、ある領域ではアップカウント、別の領域ではダウンカウントとしてもよい。各領域に含まれる行の数は、２のｎ乗でなくてもよい。各領域の開始行のアドレス信号の下位８ビットの値が互いに異なるように、複数の領域が設定されうる。

なお、上述のそれぞれの実施例において、各参照画素が、異なるレベルの少なくとも２つの画素信号を出力してもよい。あるいは、各参照画素が、１つのレベルの画素信号のみを出力するように構成されてもよい。また、以上の説明では、各行が参照画素を含む撮像装置を例に挙げたが、各列が参照画素を含む撮像装置については、明細書中の「行」を「列」に読み替えればよい。

本発明に係る１つの実施形態は撮像システムである。撮像システムは、撮像装置から出力された画素信号を処理して、画像信号を取得する信号処理部を備える。信号処理部は、さらに、撮像装置から出力されるアドレス信号を受けとり、撮像装置から画素信号が正常に出力されているかを判断する。アドレス信号は、前述の撮像装置の実施形態で説明したものと同じである。

１つの実施例では、信号処理部は、複数の行の画素信号が所定の順番で出力されているかを判断する。複数の行の画素信号の読み出しに伴って、順次出力される複数のアドレス信号が、予期した通りに変化するかを判断する。例えば、奇数行と偶数行に異なる信号値のアドレス信号が割り当てられている場合、当該異なる信号値のアドレス信号が交互に出力されているかを判定する。これにより、複数の行の画素信号が所定の順番で出力されているかを判断することができる。

あるいは、信号処理部は、指定した行の画素信号が適切に出力されているかを判断する。画素信号と共に出力されたアドレス信号の信号値が、指定した行に割り当てられた信号値に一致するかを判断する。これにより、所定の行の画素信号が正常に出力されているかを判断することができる。

本実施形態において、アドレス信号が予期した信号値を出力している間は、撮像装置が正常に動作している、あるいは、正常に信号を出力していると判断される。アドレス信号の信号値が予期された信号値と異なる場合には、信号処理部は、撮像装置が正常に動作していない、あるいは、撮像装置が故障したと判断する。

本実施形態では、撮像装置の外部の信号処理部が、撮像装置が正常に画素信号を出力しているか否かを判断している。これに対して、撮像装置の実施形態において、撮像装置の内部の回路が、正常に信号が出力されているか否かの判断を行ってもよい。

上述の撮像装置や撮像システムは、カメラ、監視装置、ロボット等に用いられる。あるいは、上述の撮像装置や撮像システムは移動体に用いられる。特に、車、飛行機、船舶などの人を輸送するための移動体においては、装備された装置が高い信頼性を有することが望ましい。上述の実施形態の撮像装置や撮像システムによれば、撮像装置から正常に画素信号が出力されているかを判断することができる。そのため、撮像装置が故障した場合に、撮像動作を停止したり、故障が生じたことを警告したりすることができる。

いくつかの実施例においては、撮像装置あるいは撮像システムが、参照画素の異常を検出する手段を備える。換言すると、参照画素から出力されたアドレス信号の信号値が予期された信号値と一致しなかった場合に、当該不一致が、参照画素の異常や故障に起因するものか、実際に意図していない受光画素から信号を読み出していることを示すのかを、判断する。このような手段により、撮像装置または撮像システム、あるいは、それらを用いた移動体の信頼性を更に向上させることができる。

以下では、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。本発明は以下に説明される実施例のみに限定されない。本発明の趣旨を超えない範囲で以下に説明される実施例の一部の構成が変更された変形例も、本発明の実施例である。また、以下の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、あるいは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。

実施例１について説明する。図１は、実施例１に係る撮像装置の構成を模式的に示している。撮像装置は、行列を構成するように配置された複数の画素３０５、３０６、３０７を備える。複数の画素は、受光画素３０５、オプティカルブラック画素（以下、ＯＢ画素）３０６、参照画素３０７を含む。撮像装置は、さらに、垂直走査回路３０１、列回路３０２、水平走査回路３０３、出力制御回路３０４、出力線３０８、駆動制御線３０９、出力制御線３１０を備える。

１つの行に含まれる複数の画素３０５、３０６、３０７は、共通の駆動制御線３０９に接続される。垂直走査回路３０１は、駆動制御線３０９を介して、複数の画素３０５、３０６、３０７に駆動信号を供給する。駆動信号に基づいて、１つの行に含まれる複数の画素３０５、３０６、３０７から画素信号が出力線３０８に並行して出力される。１つの列に含まれる複数の画素３０５、３０６、３０７が、共通の出力線３０８に接続される。出力線３０８に出力された画素信号は、列回路３０２に入力される。出力線３０８のそれぞれに対して、１つの列回路３０２が配される。列回路３０２は、画素信号の増幅、画素信号に対するアナログデジタル変換、画素信号の保持、画素信号のノイズの除去などの動作を行う。水平走査回路３０３によって、列回路３０２から画素信号を順次読み出す。

受光画素３０５は、外部からの光を受けるように構成される。受光画素３０５は、入射光に応じた画素信号を出力する。ＯＢ画素３０６は、不図示の遮光膜に覆われている。遮光膜は、受光画素３０５を露出するように配置される。ＯＢ画素３０６は、入射光がない状態に対応したレベル、つまり、ダークレベルの画素信号を出力する。ＯＢ画素３０６の出力する画素信号は、画素ごとに異なるノイズ成分を含みうる。そのため、ＯＢ画素３０６の出力する画素信号が、位置に応じて異なる可能性がある。しかし、ノイズ成分の量は、例えば製造ばらつきや熱雑音に起因するため、ランダムである。したがって、ＯＢ画素３０６からの画素信号は、行や列の位置を特定するための情報ではない。

参照画素３０７は、アドレス信号を構成するための画素信号を出力する。本実施例には、上述の説明したアドレス信号のいずれかが用いられる。本実施例では、出力制御回路３０４が、参照画素３０７の出力する画素信号のレベルを制御する。具体的には、出力制御回路３０４が、所定の電圧を出力制御線３１０に供給する。参照画素３０７は、出力制御線３１０の電圧に応じたレベルの画素信号を出力する。参照画素３０７は、不図示の遮光膜に覆われていてもよい。あるいは、参照画素３０７はフォトダイオードを持たないので、参照画素３０７は露出していてもよい。

続いて、受光画素３０５、ＯＢ画素３０６、および、参照画素３０７の構成を説明する。図２（ａ）は、受光画素３０５およびＯＢ画素３０６の等価回路を示す。図２（ｂ）は、参照画素３０７の等価回路を示す。

図２（ａ）が示す通り、受光画素３０５およびＯＢ画素３０６は、フォトダイオード（以下、ＰＤと表記する）４０１を含む。ＰＤ４０１は、光電変換により入射光を電荷に変換する。つまり、ＰＤ４０１は光電変換部の１つの例である。受光画素３０５のＰＤ４０１には外部からの光が入射するため、受光画素３０５のＰＤ４０１には光電変換により生じた電荷が蓄積される。一方、ＯＢ画素３０６のＰＤ４０１は遮光されている。そのため、ＯＢ画素３０６のＰＤ４０１には、暗電流などのノイズとなりうる電荷が蓄積される。なおＯＢ画素３０６のＰＤ４０１は省略されてもよい。

図２（ｂ）が示す通り、参照画素３０７は、ＰＤ４０１を含まない。代わりに、参照画素３０７は、出力制御線３１０に接続される。本実施例では、電圧Ｖａを供給する出力制御線３１０と、電圧Ｖａとは異なる電圧Ｖｂを供給する出力制御線３１０とが、参照画素３０７に接続される。出力制御回路３０４が、２つの出力制御線３１０のどちらに電圧を供給するかを選択する。このような構成により、参照画素３０７は、電圧Ｖａに対応したレベルの画素信号と、電圧Ｖｂに対応したレベルの画素信号とを選択的に出力できる。なお、参照画素３０７が異なるレベルの複数の画素信号を出力しない場合は、参照画素３０７は、電圧Ｖａを供給する出力制御線３１０または電圧Ｖｂを供給する出力制御線３１０のいずれか一方のみに接続されていればよい。

受光画素３０５、ＯＢ画素３０６、および、参照画素３０７は、転送トランジスタ４０２を含む。受光画素３０５およびＯＢ画素３０６の転送トランジスタ４０２は、ＰＤ４０１の電荷をフローティングディフュージョン（ＦＤ）ノードに転送する。一方、参照画素３０７の転送トランジスタ４０２は、電圧Ｖａまたは電圧ＶｂをＦＤノードに伝達する。転送トランジスタ４０２のゲートは、駆動信号ＴＸを供給する駆動制御線３０９に接続される。駆動信号ＴＸによって転送トランジスタ４０２が制御される。

受光画素３０５、ＯＢ画素３０６、および、参照画素３０７は、増幅トランジスタ４０４を含む。ＦＤノードが、増幅トランジスタ４０４のゲートに接続される。増幅トランジスタ４０４は、ＦＤノードの電圧に基づく画素信号を出力線３０８へ出力する。例えば、増幅トランジスタ４０４と、出力線３０８に接続された不図示の電流源とが、ソースフォロア回路を構成する。

受光画素３０５、ＯＢ画素３０６、および、参照画素３０７は、リセットトランジスタ４０３を含む。リセットトランジスタ４０３は、ＦＤノードの電圧をリセットする。リセットトランジスタ４０３のドレインはリセット電圧Ｖｒｅｓを供給するノードに接続される。本実施例では、リセット電圧Ｖｒｅｓとして電源電圧Ｖｄｄが用いられている。リセットトランジスタ４０３のゲートは、駆動信号ＲＥＳを供給する駆動制御線３０９に接続されている。駆動信号ＲＥＳにより、リセットトランジスタ４０３はオンとオフとに制御される。

受光画素３０５、ＯＢ画素３０６、および、参照画素３０７は、選択トランジスタ４０５を含む。増幅トランジスタ４０４と出力線３０８との間の電気経路に、選択トランジスタ４０５が配される。選択トランジスタ４０５のゲートは、駆動信号ＳＥＬを供給する駆動制御線３０９に電気的に接続されている。駆動信号ＳＥＬに応じて、選択トランジスタ４０５はオンとオフとに制御される。選択トランジスタ４０５がオンのときに、対応する増幅トランジスタ４０４から出力線３０８に画素信号が出力される。１つの出力線３０８に接続された複数の画素のうち、一部の画素の選択トランジスタ４０５がオンし、他の画素の選択トランジスタ４０５がオフすることにより、画素信号を出力する画素が選択される。１つの出力線３０８に接続された２つ以上の画素が同時に選択されてもよい。

このような構成により、受光画素３０５は、入射光に応じた画素信号を出力することができる。ＯＢ画素３０６は、ダークレベルの画素信号を出力することができる。また、参照画素３０７は、電圧Ｖａに対応したレベルの画素信号、および、電圧Ｖｂに対応したレベルの画素信号を選択的に出力する。

受光画素３０５、および、参照画素３０７の構造を詳細に説明する。図１３は、撮像装置の受光画素３０５、および、参照画素３０７の平面構造を模式的に示す図である。図２で示した部材と同じ機能を有する部材については、図２で付した符号と同じ符号が図１３においても付されている。

電源配線２０１は、画像取得用の画素に電源電圧ＶＤＤを伝送する配線である。受光画素３０５は、ＰＤ４０１の一部である半導体領域２０３を有する。半導体領域２０３は、光電変換によって生じた電荷を蓄積する電荷蓄積部である。ここでは、半導体領域２０３の導電型はＮ型であるとする。また、半導体領域２０３が蓄積する電荷が電子であるとする。

受光画素３０５は、転送トランジスタ４０２のゲート２０４、ＦＤノードの一部である浮遊拡散領域２０５を有する。なお、図１３は、２つの受光画素３０５が１つの増幅トランジスタ４０４を共有する構成を示す。そのため、第１の受光画素３０５Ａに含まれる半導体領域２０３および浮遊拡散領域２０５の組と、第２の受光画素３０５Ｂに含まれる半導体領域２０３および浮遊拡散領域２０５の組とが示されている。

受光画素３０５は、選択トランジスタ４０５のゲート２０６（選択ゲート）、増幅トランジスタ４０４のゲート２０７（増幅ゲート）、リセットトランジスタ４０３のゲート２０８（リセットゲート）を有する。さらに受光画素３０５は、ＦＤ接続コンタクト２０９、第１のＦＤ接続配線２１０、および、第２のＦＤ接続配線２１１を含む。以下、コンタクトをＣＮＴと表す。

半導体領域２０３は転送ゲート２０４を介して浮遊拡散領域２０５に接続されている。半導体領域２０３に蓄積された電荷は、転送ゲート２０４を介して浮遊拡散領域２０５へ転送される。浮遊拡散領域２０５はＦＤ接続ＣＮＴ２０９とＦＤ接続配線２１０、２１１とを介して増幅ゲート２０７に接続される。

浮遊拡散領域２０５はＦＤ接続ＣＮＴ２０９とＦＤ接続配線２１０、２１１を介してリセットトランジスタ４０３に接続される。

参照画素３０７の一部の構成は、受光画素３０５と同じである。受光画素３０５と同じ構造の部分には、受光画素３０５と同じ符号が付してある。重複する説明は省略する。なお、図１３は、２つの参照画素３０７が１つの増幅トランジスタ４０４を共有する構成を示す。そのため、第１の参照画素３０７Ａに含まれる半導体領域２０３および浮遊拡散領域２０５の組と、第２の参照画素３０７Ｂに含まれる半導体領域２０３および浮遊拡散領域２０５の組とが示されている。

参照画素３０７のＰＤ４０１を構成する半導体領域２０３は、第１の電圧供給線２１２または第２の電圧供給線１１３に接続される。第１の電圧供給線２１２または第２の電圧供給線１１３は、出力制御線３１０を構成する配線である。半導体領域２０３と電圧供給線２１２、２１３との接続は、ＣＮＴ２１５、配線２１４、および、ビア２１３を介してなされる。ビア２１３は、電圧供給線２１２、２１３と配線２１４とを接続する。

電圧供給線２１２と電圧供給線２１３は、参照画素３０７のＰＤ４０１の上部に配されている。換言すれば、受光面に対する平面視において、電圧供給線２１２とＰＤ４０１とが重なっており、電圧供給線１１３とＰＤ４０１とが重なっている。

参照画素３０７においては、半導体領域２０３に電圧供給線２１２または電圧供給線２１３より印加された電位が、転送トランジスタ４０２を介して浮遊拡散領域２０５へ出力される。

図１３で説明した受光画素３０５、および、参照画素３０７の構造について、ＰＤ４０１を中心に図１４を用いてさらに説明する。図１４は、受光画素３０５と、参照画素３０７のＰＤ４０１と、転送トランジスタ４０２とを示した図である。図１３で示した部材と同じ部材については、図１３で付された符号と同じ符号が図１４でも付されている。

まず、受光画素３０５について説明する。平面視において、電荷を蓄積する半導体領域２０３は、Ｐ型の半導体領域２２０と重なっている。図１５を用いて後述するが、半導体領域２２０は、半導体領域２０３の表面を保護する表面保護層として機能する。以降、半導体領域２２０を表面保護層として表記することがある。

次に、参照画素３０７について説明する。平面視において、半導体領域２０３においてＣＮＴ３１５が接続された部分と、転送ゲート２０４との間に、Ｐ型の半導体領域２２１が設けられている。

図１５（ａ）は、図１４において、線Ｃ−Ｄにおける画素の断面構造を模式的に示す図である。図１５（ｂ）は、図１４において、線Ａ−Ｂにおける画素の断面構造を模式的に示す図である。

まず、図１５（ａ）に示した、受光画素３０５（線Ｃ−Ｄに対応する断面）について説明する。電荷を蓄積する半導体領域２０３は、Ｐ型の半導体領域２２０の下部に形成されている。これにより、半導体領域２２０は、半導体領域２０３の表面を保護する表面保護層として機能する。半導体領域２２０は、半導体基板の主面２５０と、半導体領域２０３との間に形成されている。

次に、図１５（ｂ）に示した、参照画素３０７（線Ａ−Ｂに対応する断面）について説明する。電荷を蓄積する半導体領域２０３の一部の領域に、ＣＮＴ２１５が接続されている。このＣＮＴ２１５下部には、半導体領域２２１は形成されていない。また、半導体領域２０３においてＣＮＴ２１５が接続された部分と、転送ゲート２０４との間には、半導体領域２２１が設けられている。また、半導体領域２２１と半導体領域２０３が平面視において重なる部分については、半導体領域２２１の下部に半導体領域２０３が設けられている。半導体領域２２１は、半導体基板の主面２５０と、半導体領域２０３との間に形成されている。

半導体領域２０３の導電型がＮ型であるとすると、半導体領域２２１の導電型はＰ型である。このため、半導体領域２２１は半導体領域２０３Ａに比べて低い電位となっている。つまり、半導体領域２２１の電位は、転送ゲート２０４のオフ時の電位と、半導体領域２０３の電位との間の電位となっている。半導体領域２２１が形成されていない場合には、転送ゲート２０４には、転送ゲート２０４と半導体領域２０３との間の電位差に対応する電界が印加されている。一方、本実施例では半導体領域２２１を備えることにより、転送ゲート２０４には、転送ゲート２０４と半導体領域２２１との間の電位差に対応する電界に緩和される。これにより、参照画素３０７の転送トランジスタ４０２２の故障を生じにくくさせることができる。つまり、本実施例の画素構成によれば、参照画素３０７の故障を生じにくくすることができる。

なお、半導体領域２０３とＣＮＴ２１５との間に、半導体領域２０３と同じ導電型であって、半導体領域２０３よりも不純物濃度が高い半導体領域が配されてもよい。このような構成によれば、接続抵抗を下げることができる。

次に、受光画素３０５、ＯＢ画素３０６、および、参照画素３０７の動作を説明する。図３は、駆動信号ＳＥＬ、駆動信号ＲＥＳ、および、駆動信号ＴＸのタイミングチャート図である。駆動信号がハイレベルのときに、対応するトランジスタがオンする。駆動信号がローレベルのときに、対応するトランジスタがオフする。図３は、さらに、ＦＤノードの電圧を示している。

時刻Ｔ１に選択トランジスタ４０５がオンする。この時、リセットトランジスタ４０３はオンしている。そのため、ＦＤノードの電圧はリセット電圧Ｖｒｅｓである。選択トランジスタ４０５がオンした後、リセットトランジスタ４０３がオフする。増幅トランジスタ４０４が、リセット電圧Ｖｒｅｓに応じたレベルの画素信号（ノイズ信号）を出力線３０８に出力する。

時刻Ｔ２に転送トランジスタ４０２がオンする。受光画素３０５およびＯＢ画素３０６においては、ＰＤ４０１の電荷がＦＤノードに転送される。ＦＤノードの電圧が、リセット電圧Ｖｒｅｓから信号電圧Ｖｓｉｇに変化する。増幅トランジスタ４０４が、電圧Ｖｓｉｇに応じたレベルの画素信号を出力線３０８に出力する。

参照画素３０７では、転送トランジスタ４０２がオンすると、出力制御回路３０４が出力している電圧Ｖａまたは電圧Ｖｂが、ＦＤノードに供給される。電圧Ｖａが供給されている場合は、ＦＤノードの電圧が、リセット電圧Ｖｒｅｓから電圧Ｖａに変化する。電圧Ｖｂが供給されている場合は、ＦＤノードの電圧が、リセット電圧Ｖｒｅｓから電圧Ｖｂに変化する。増幅トランジスタ４０４が、電圧Ｖａまたは電圧Ｖｂに応じたレベルの画素信号を出力線３０８に出力する。参照画素３０７から出力された画素信号は、アドレス信号を構成する。

時刻Ｔ３に、リセットトランジスタ４０３がオンし、続いて、選択トランジスタ４０５がオフする。これにより、１行に含まれる複数の画素３０５、３０６、３０７からの画素信号の読み出し動作が終了する。

列回路３０２は、リセット時に出力されたノイズ信号を用いて、画素信号の差分処理を行う。これにより、ノイズを低減した画素信号を得ることができる。列回路３０２は、さらに、必要に応じて、画素信号の保持、ＡＤ変換などの処理を行う。

本実施例では、同じ行に含まれる受光画素３０５、ＯＢ画素３０６、および、参照画素３０７が、共通の駆動制御線３０９に接続されている。そのため、受光画素３０５やＯＢ画素３０６から画素信号が読み出されるのと並行して、参照画素３０７から画素信号が読み出される。前述の通り、参照画素３０７から画素信号は、その属する行を示すアドレス信号を構成する。そのため、このような構成により、指定された行から正常に画素信号が出力されたか否かを判断することができる。なお、同じ行に含まれる受光画素３０５、ＯＢ画素３０６、および、参照画素３０７は、それぞれ、電気的に分離された個別の駆動制御線に接続されてもよい。同じ行の受光画素３０５、ＯＢ画素３０６、および、参照画素３０７が、共通の駆動制御線３０９に接続されることは、これらの画素信号を並行して読み出す構成の１つの例である。

参照画素３０７の出力する画素信号が構成するアドレス信号を詳細に説明する。本実施例のアドレス信号には、デジタル信号が用いられる。すなわち、参照画素３０７の画素信号は、デジタル信号の各ビットの信号値に相当する。図３が示す通り、電圧Ｖａに対応したレベルの画素信号が「０」を表し、電圧Ｖｂに対応したレベルの画素信号が「１」を表す。画素信号を互いに区別するため、画素信号に符号Ｄ（ｍ、ｎ）を付している。ｍは行番号を表し、ｎは列番号を表す。

図４は、本実施例のアドレス信号の信号値を模式的に示している。図４には、１６行×１２列の参照画素３０７の画素信号が例示されている。しかし、参照画素３０７の数はこれに限定されるものではない。

１つの行に、１２個の参照画素３０７が含まれている。つまり、本実施例では、アドレス信号は、１２ビットのデジタル信号として表される。１つの行の参照画素３０７からの画素信号が成すアドレス信号は、同じ信号値を持つ３組のサブ信号を含む。例えば１行目の列番号０〜３の参照画素３０７は、信号値「０００１」を持つサブ信号を出力する。１行目の列番号４〜７の参照画素３０７は、同じ信号値「０００１」を持つサブ信号を出力する。そして、１行目の列番号８〜１１の参照画素３０７は、同じ信号値「０００１」を持つサブ信号を出力する。

また、アドレス信号は行ごとに異なる信号値を持つ。例えば、１行目のアドレス信号のサブ信号は、信号値「０００１」を持つ。２行目のアドレス信号のサブ信号は、信号値「００１０」を持つ。「０００１」と「００１０」とは異なる信号値である。

続いて、アドレス信号に基づいて、撮像装置が正常に画素信号を出力しているか否かを判断する方法を説明する。図５は、撮像装置の動作を判断するためのフローチャートである。この判断処理は、例えば、撮像装置の外部の信号処理部によって行われる。あるいは、撮像装置の内部の信号処理回路によって行われる。

ステップＳ２００で、Ｎ行目のアドレス信号を取得する。前述の通り、アドレス信号は３組のサブ信号を含んでいる。

ステップＳ２０１で、３組のサブ信号の信号値が互いに一致しているかを判定する。３組のサブ信号の信号値が全て一致した場合、参照画素３０７に異常はないと判断する。この場合、次のステップＳ２０３に進む。もし、３組のサブ信号のいずれか１つの信号値が、他の信号値と異なる場合には、参照画素３０７の一部に異常があると判断する。この場合ステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２では、多数派のサブ信号の信号値を、当該行を表すアドレス信号として採用する。換言すると、ステップＳ２０２では、３つのサブ信号を用いた多数決を行う。例えば、３つのサブ信号の信号値が、それぞれ、「０００１」、「０００１」、「０１０１」である場合、Ｎ行目を示すアドレス信号の信号値として、「０００１」を採用する。

ステップＳ２０３では、前のステップで得られた信号値を持つアドレス信号を、Ｎ行目を示すアドレス信号として生成する。３組のサブ信号の信号値が全て一致している場合は、その一致した信号値を持つアドレス信号が生成される。いずれか１つのサブ信号の信号値が他の信号値と異なる場合は、ステップＳ２０２の多数決によって選ばれた信号値を持つアドレス信号が生成される。

ステップＳ２０４では、生成されたアドレス信号を、Ｎ行目のアドレス信号の期待値と比較する。アドレス信号の信号値が期待値に一致した場合は、ステップＳ２０５で撮像装置が正常に動作していると判定する。そして、Ｎ＋１行目の読み出し動作に移行する。

ステップＳ２０４においてアドレス信号の信号値が期待値に一致しない場合は、ステップＳ２０７で撮像装置の動作に異常があると判定する。つまり、撮像装置に故障が生じたと判断する。この場合は、ステップＳ２０８で、撮像装置の動作を停止する、あるいは、撮像装置が故障したことを示す警告を行う。

以上に説明した通り、本実施例では、参照画素３０７の出力する画素信号が、属する行の位置を示すアドレス信号を構成する。このような構成により、指定された行から正常に画素信号が出力されたか否かを判断することができる。結果として、撮像装置の故障を正確に検知することができる。

また、本実施例では、１つのアドレス信号が、互いに同じ信号値を持つ３つのサブ信号を含む。このような構成により、一部の参照画素３０７に異常が生じていても、撮像装置の故障の有無を正確に判断することができる。つまり、１つの行に含まれる複数の参照画素３０７が、全体として、参照画素の異常を検出する検出手段として機能している。

以上の説明では、各行のアドレス信号を例に挙げたが、各列のアドレス信号を用いて撮像装置の動作の判定を行ってもよい。この場合、明細書中の「行」を「列」に読み替えればよい。

実施例２について説明する。実施例１の撮像装置と実施例２の撮像装置との間で、アドレス信号の構成が異なる。そこで、以下では主として実施例１と異なる部分を説明し、実施例１と同様の部分についての説明を省略する。

図６は、本実施例のアドレス信号の信号値を模式的に示している。図６（ａ）に示された撮像装置では、各行が１つの参照画素３０７を含む。参照画素３０７は、属する行が偶数行であるか奇数行であるかを示す画素信号を出力する。例えば、偶数行の参照画素３０７は、「０」を示すレベルの画素信号を出力する。奇数行の参照画素３０７は、「１」を示すレベルの画素信号を出力する。その他の構成は、実施例１と同じであるため、説明を省略する。

このような構成により、撮像装置から正しい順序で信号が出力されているかを判定することができる。例えば、全ての行から順番に画素信号を出力する動作を行う場合、出力されるアドレス信号の信号値は、「０」と「１」とで交互に変化する。このアドレス信号の変化を検出することで、撮像装置が正しく画素信号を出力していることを判断できる。

図６（ｂ）は、別の実施例を示している。図６（ｂ）に示された撮像装置では、参照画素３０７が、属する行に固有のレベルの画素信号を出力する。そして、参照画素３０７の出力する画素信号のレベルが、アドレス信号の信号値を表す。つまり、本実施例のアドレス信号はアナログ信号である。具体的に、０行目の参照画素３０７は、電圧Ｖ０に対応するレベルの画素信号を出力する。同様に、ｎ行目の参照画素３０７は、電圧Ｖｎに対応するレベルの画素信号を出力する。電圧Ｖ０から電圧Ｖｎのそれぞれは、他の電圧と異なる値である。

このような構成により、指定した行の画素信号が適切に出力されているかを判断することができる。例えば、２行目の受光画素３０５およびＯＢ画素３０６から画素信号を読み出す時に、参照画素３０７から出力された画素信号の信号値が、２行目に割り当てられた信号値、この例では電圧Ｖ２に一致するかを判断する。両者が一致していない場合には、２行目の受光画素３０５およびＯＢ画素３０６から画素信号が読み出されていない可能性があるため、撮像装置が故障したと判断することができる。

図６（ｃ）は、さらに別の実施例を示している。図６（ｃ）に示された撮像装置では、１つの列に１つの参照画素３０７が配されている。参照画素３０７は、属する列が偶数列であるか奇数列であるかを示す画素信号を出力する。他の構成は図６（ａ）で説明した内容と同じである。また、各列の参照画素３０７が、図６（ｂ）のように、互いに異なるレベルの画素信号を出力するように構成されてもよい。

以上に説明した通り、本実施例では、参照画素３０７の出力する画素信号が、属する行または列の位置を示すアドレス信号を構成する。このような構成により、指定された行または列から正常に画素信号が出力されたか否かを判断することができる。結果として、撮像装置の故障を正確に検知することができる。

さらに、本実施例では、１つの行が１つの参照画素３０７のみを含むか、あるいは、１つの列が１つの参照画素３０７のみを含む。したがって、参照画素３０７の数を低減することができるため、撮像装置を小型化することができる。

なお、本実施例は、参照画素３０７の異常を検出する検出手段を備えていない。そのため、図５のフローチャートのステップＳ２０１とステップＳ２０２を行わない。参照画素３０７から出力された画素信号をそのままアドレス信号として用いる。本実施例の変形例として、実施例１のように、参照画素３０７の異常を検出する検出手段を追加してもよい。

実施例３について説明する。実施例１の撮像装置と実施例３の撮像装置との間で、アドレス信号の構成が互いに異なる。そこで、以下では主として、実施例１と異なる部分を説明し、実施例１と同様の部分についての説明を省略する。

本実施例の撮像装置の構成は、実施例１と同じである。すなわち、図１は、実施例３に係る撮像装置の構成を模式的に示している。詳細な説明は省略する。

本実施例の受光画素３０５、ＯＢ画素３０６、および、参照画素３０７の構成および動作は、実施例１と同じである。すなわち、図２は、本実施例の本実施例の受光画素３０５、ＯＢ画素３０６、および、参照画素３０７の等価回路を示している。受光画素３０５、および、参照画素３０７の構造は図１３乃至図１５に示されている。また、図３は、本実施例の撮像装置に用いられる駆動信号のタイミングチャート図である。詳細な説明は省略する。

本実施例では、同じ行に含まれる受光画素３０５、ＯＢ画素３０６、および、参照画素３０７が、共通の駆動制御線３０９に接続されている。そのため、受光画素３０５やＯＢ画素３０６から画素信号が読み出されるのと並行して、参照画素３０７から画素信号が読み出される。参照画素３０７から画素信号は、その属する行を示すアドレス信号を構成する。そのため、このような構成により、指定された行から正常に画素信号が出力されたか否かを判断することができる。なお、同じ行に含まれる受光画素３０５、ＯＢ画素３０６、および、参照画素３０７は、それぞれ、電気的に分離された個別の駆動制御線に接続されてもよい。同じ行の受光画素３０５、ＯＢ画素３０６、および、参照画素３０７が、共通の駆動制御線３０９に接続されることは、これらの画素信号を並行して読み出す構成の１つの例である。

参照画素３０７の出力する画素信号が構成するアドレス信号を詳細に説明する。本実施例のアドレス信号には、デジタル信号が用いられる。すなわち、参照画素３０７の画素信号は、デジタル信号の各ビットの信号値に相当する。図３が示す通り、電圧Ｖａに対応したレベルの画素信号が「０」を表し、電圧Ｖｂに対応したレベルの画素信号が「１」を表す。画素信号を互いに区別するため、画素信号に符号Ｄ（ｍ、ｎ）を付している。ｍは行番号を表し、ｎは列番号を表す。

図７は、本実施例のアドレス信号の信号値を模式的に示している。図７には、１６行×７列の参照画素３０７の画素信号が例示されている。しかし、参照画素３０７の数はこれに限定されるものではない。

１つの行に、７個の参照画素３０７が含まれている。つまり、本実施例では、アドレス信号は、７ビットのデジタル信号として表される。１つの行の参照画素３０７からの画素信号が成すアドレス信号は、属する行の位置を示すサブアドレス信号と、チェック信号とを含む。各行の列番号０〜３の参照画素３０７の出力する画素信号が、サブアドレス信号を構成する。各行の列番号４〜６の参照画素３０７の出力する画素信号が、チェック信号を構成する。チェック信号は、アドレス信号の誤りを訂正するための情報を含む。本実施例のチェック信号は、サブアドレス信号に対してハミング符号化演算を行うことで設定される。つまり、本実施例のアドレス信号には、ハミング符号が用いられている。なお、この他の例として、チェック信号がパリティビットとして生成されてもよい。

ハミング符号化演算について説明する。本実施例では、サブアドレス信号は４ビットのデジタル信号である。サブアドレス信号を構成する４ビットをＤ０〜Ｄ３で表す。チェック信号は３ビットのデジタル信号である。チェック信号を構成する３ビットをＰ０〜Ｐ２で表す。下記の式（１）〜式（３）の演算を行うことで、チェック信号の各ビットの信号値が得られる。
Ｐ２＝Ｄ３＋Ｄ２＋Ｄ１ （１）
Ｐ１＝Ｄ３＋Ｄ１＋Ｄ０ （２）
Ｐ０＝Ｄ２＋Ｄ１＋Ｄ０ （３）
各式において、「＋」は排他的論理和（ＥＸＯＲ）の論理演算を行うことを意味する。２つの論理値が異なる場合は、演算結果は「１」である。２つの論理値が等しい場合は、演算結果は「０」である。

０行目のサブアドレス信号は、信号値「００００」を持つ。そのため、０行目のチェック信号は、信号値「０００」を持つ。１行目のサブアドレス信号は、信号値「０００１」を持つ。そのため、１行目のチェック信号は、信号値「０１１」を持つ。２行目のサブアドレス信号は、信号値「００１０」を持つ。そのため、２行目のチェック信号は、信号値「１１１」を持つ。他の行についても、同様にして、チェック信号の信号値が設定される。本実施例では、アドレス信号が行ごとに異なる信号値を持つ。

続いて、アドレス信号に基づいて、撮像装置が正常に画素信号を出力しているか否かを判断する方法を説明する。図８は、撮像装置の動作を判断するためのフローチャートである。図５と同じ動作を行うステップには、図５と同じ符号を付してある。この判断処理は、例えば、撮像装置の外部の信号処理部によって行われる。あるいは、撮像装置の内部の信号処理回路によって行われる。

ステップＳ２００で、Ｎ行目のアドレス信号を取得する。前述の通り、アドレス信号はサブアドレス信号とチェック信号とを含んでいる。

ステップＳ８０１で、ハミング符号化されたアドレス信号を用いて参照画素３０７に異常が生じているかを判定する。具体的には、アドレス信号に対して復号処理を行う。これにより、アドレス信号のどのビットに異常が生じているかを判定することができる。復号処理については、公知のハミング符号の復号技術が用いられる。

ステップＳ８０１で、参照画素３０７の異常が検知された場合は、ステップＳ８０２においてアドレス信号の信号値を訂正する。具体的には、異常であると判断された参照画素３０７に対応するビットの信号値を反転する。その後、ステップＳ８０３に進む。ステップＳ８０１で、参照画素３０７の異常が検知されなかった場合は、そのまま、ステップＳ８０３に進む。

ステップＳ８０３では、前のステップで得られた信号値を持つアドレス信号を、Ｎ行目を示すアドレス信号として生成する。参照画素３０７に異常がない場合は、サブアドレス信号の信号値を持つアドレス信号が生成される。参照画素３０７に異常がある場合は、ステップＳ８０２で訂正されたサブアドレス信号の信号値を持つアドレス信号が生成される。

以降の動作は、実施例１と同じである。ステップＳ２０４では、生成されたアドレス信号を、Ｎ行目のアドレス信号の期待値と比較する。アドレス信号の信号値が期待値に一致した場合は、ステップＳ２０５で撮像装置が正常に動作していると判定する。そして、Ｎ＋１行目の読み出し動作に移行する。

ステップＳ２０４においてアドレス信号の信号値が期待値に一致しない場合は、ステップＳ２０７で撮像装置の動作に異常があると判定する。つまり、撮像装置に故障が生じたと判断する。この場合は、ステップＳ２０８で、撮像装置の動作を停止する、あるいは、撮像装置が故障したことを示す警告を行う。

以上に説明した通り、本実施例では、参照画素３０７の出力する画素信号が、属する行の位置を示すアドレス信号を構成する。このような構成により、指定された行から正常に画素信号が出力されたか否かを判断することができる。結果として、撮像装置の故障を正確に検知することができる。

また、本実施例では、アドレス信号がハミング符号化演算に基づいて演算されたチェック信号を含む。このような構成により、一部の参照画素３０７に異常が生じていても、撮像装置の故障の有無を正確に判断することができる。つまり、チェック信号を構成する画素信号を出力する参照画素３０７が、参照画素の異常を検出する検出手段として機能している。

以上の説明では、各行のアドレス信号を例に挙げたが、各列のアドレス信号を用いて撮像装置の動作の判定を行ってもよい。この場合、明細書中の「行」を「列」に読み替えればよい。

実施例４について説明する。本実施例の撮像装置は、１つの参照画素が互いに異なるレベルの複数の画素信号を出力する点において、実施例１と異なる。また、参照画素３０７の異常を検出する方法が、実施例１と異なる。そこで、以下では主として、実施例１と異なる部分を説明し、実施例１と同様の部分についての説明を適宜省略する。

本実施例の撮像装置の構成は、実施例１と同じである。すなわち、図１は、実施例４に係る撮像装置の構成を模式的に示している。詳細な説明は省略する。

本実施例の受光画素３０５、ＯＢ画素３０６、および、参照画素３０７の構成および動作は、実施例１と同じである。すなわち、図２は、本実施例の本実施例の受光画素３０５、ＯＢ画素３０６、および、参照画素３０７の等価回路を示している。受光画素３０５、および、参照画素３０７の構造は図１３乃至図１５に示されている。また、図３は、本実施例の撮像装置に用いられる駆動信号のタイミングチャート図である。詳細な説明は省略する。

なお、実施例１の参照画素３０７は、出力制御回路３０４の制御に基づいて、電圧Ｖａに対応するレベルの画素信号と、電圧Ｖｂに対応するレベルの画素信号とを、選択的に出力するように構成されている。しかし、実施例１においては、必ずしも、１つの参照画素３０７が、レベルの異なる２つの画素信号を出力しなくてもよい。これに対して、本実施例の参照画素３０７は、出力制御回路３０４の制御に基づいて、電圧Ｖａに対応するレベルの画素信号と、電圧Ｖｂに対応するレベルの画素信号との両方を出力する。参照画素３０７の出力する画素信号のレベルが予期した通りに変化するかを判定することにより、参照画素３０７の異常の有無を判定することができる。

本実施例では、同じ行に含まれる受光画素３０５、ＯＢ画素３０６、および、参照画素３０７が、共通の駆動制御線３０９に接続されている。そのため、受光画素３０５やＯＢ画素３０６から画素信号が読み出されるのと並行して、参照画素３０７から画素信号が読み出される。前述の通り、参照画素３０７から画素信号は、その属する行を示すアドレス信号を構成する。そのため、このような構成により、指定された行から正常に画素信号が出力されたか否かを判断することができる。なお、同じ行に含まれる受光画素３０５、ＯＢ画素３０６、および、参照画素３０７は、それぞれ、電気的に分離された個別の駆動制御線に接続されてもよい。同じ行の受光画素３０５、ＯＢ画素３０６、および、参照画素３０７が、共通の駆動制御線３０９に接続されることは、これらの画素信号を並行して読み出す構成の１つの例である。

参照画素３０７の出力する画素信号が構成するアドレス信号を詳細に説明する。本実施例のアドレス信号には、デジタル信号が用いられる。すなわち、参照画素３０７の画素信号は、デジタル信号の各ビットの信号値に相当する。図３が示す通り、電圧Ｖａに対応したレベルの画素信号が「０」を表し、電圧Ｖｂに対応したレベルの画素信号が「１」を表す。画素信号を互いに区別するため、画素信号に符号Ｄ（ｍ、ｎ）を付している。ｍは行番号を表し、ｎは列番号を表す。

図９は、本実施例のアドレス信号の信号値を模式的に示している。図９には、１６行×４列の参照画素３０７の画素信号が例示されている。しかし、参照画素３０７の数はこれに限定されるものではない。１つの行に、４個の参照画素３０７が含まれている。つまり、本実施例では、アドレス信号は、４ビットのデジタル信号として表される。

図９は、各行のアドレス信号が、撮像装置の動作状態に応じて、異なる信号値を持つ例を示す。具体的には、奇数フレームにおけるアドレス信号と、偶数フレームにおけるアドレス信号とが、互いに反転した信号値を持つ。例えば、２行目のアドレス信号は、奇数フレームにおいては、信号値「００１０」を持つ。一方、２行目のアドレス信号は、偶数フレームにおいては、信号値「１１０１」を持つ。同様に、図９が示す通り、奇数フレームと偶数フレームとにおいて、アドレス信号の各ビットの信号値が反転する。出力制御回路３０４が、参照画素３０７に供給する電圧を、フレームごとに電圧Ｖａと電圧Ｖｂとの間で切り替えることで、アドレス信号の各ビットの信号値を反転させることができる。

ここで、参照画素３０７に異常がある場合、当該参照画素３０７の出力する画素信号のレベルが変化しない。図９は、２行目の列番号２の参照画素３０７に異常がある例を示している。奇数フレームでは、２行目のアドレス信号は、信号値「００００」を持つ。一方、偶数フレームでは、２行目のアドレス信号は、信号値「１１０１」を持つ。このように、信号値Ｄ（２、２）が反転しないため、２行目の列番号２の参照画素３０７に異常があることを検知することができる。

アドレス信号の信号値を変化の仕方について、別の例を説明する。図１０は、本実施例のアドレス信号の信号値を模式的に示している。図１０には、１６行×４列の参照画素３０７の画素信号が例示されている。しかし、参照画素３０７の数はこれに限定されるものではない。１つの行に、４個の参照画素３０７が含まれている。つまり、本実施例では、アドレス信号は、４ビットのデジタル信号として表される。

図１０に示された例では、撮像を行っている期間と、それ以外の期間とにおいて、同じ参照画素３０７から出力される画素信号によって構成されるアドレス信号の信号値が異なる。そして、受光画素３０５およびＯＢ画素３０６から画素信号を出力する前、あるいは、１フレームの撮像を行う前に、参照画素３０７の画素信号を読み出す動作を行う。まず、出力制御回路３０４が、全ての参照画素３０７に、信号値「０」に対応する電圧Ｖａを供給する。この状態で、参照画素３０７の画素信号を読み出す。この読み出し動作を、撮像前フレーム１の読み出し動作と呼ぶ。次に、出力制御回路３０４が、全ての参照画素３０７に、信号値「１」に対応する電圧Ｖｂを供給する。この状態で、参照画素３０７の画素信号を読み出す。この読み出し動作を、撮像前フレーム２の読み出し動作と呼び。参照画素３０７に異常がなければ、各参照画素３０７の出力する画素信号は、いずれも、「０」と「１」とを交互に示す。

ここで、参照画素３０７に異常がある場合、当該参照画素３０７の出力する画素信号のレベルが変化しない。図１０は、２行目の列番号２の参照画素３０７に異常がある例を示している。上述の撮像前フレーム１の読み出し動作と撮像前フレーム２の読み出し動作とを行うと、図１０が示す通り、信号値Ｄ（２、２）が反転しないことがわかる。つまり、２行目の列番号２の参照画素３０７に異常があることを検知することができる。

その後、撮像を行う時には、各行のアドレス信号が属する行に固有の信号値を持つように、出力制御回路３０４が電圧Ｖａおよび電圧Ｖｂのいずれかを選択して参照画素３０７に供給する。

このように、本実施例の撮像装置によれば、図９や図１０に示した方法により、参照画素３０７の異常を検知することができる。そこで、異常のある参照画素３０７の画素信号を含むアドレス信号に対しては、図５および図８に示されたアドレス信号と期待値との比較（ステップＳ２０４）を行わないなどの処理を行うことができる。これにより、誤って撮像装置が故障していると判断する可能性を低減することができる。すなわち、本実施例では、出力制御回路３０４が、参照画素の異常を検出する検出手段として機能している。

撮像システムの実施例について説明する。撮像システムとして、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、カメラヘッド、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などがあげられる。図１１に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラのブロック図を示す。

図１１において、１００１はレンズの保護のためのバリアである。１００２は被写体の光学像を撮像装置１００４に結像させるレンズである。１００３はレンズ１００２を通った光量を可変するための絞りである。撮像装置１００４には、上述の各実施例で説明した撮像装置が用いられる。

１００７は撮像装置１００４より出力された画素信号に対して、補正やデータ圧縮などの処理を行い、画像信号を取得する信号処理部である。そして、図１１において、１００８は撮像装置１００４および信号処理部１００７に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部、１００９はデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御部である。１０１０は画像データを一時的に記憶する為のフレームメモリ部である。１０１１は記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェース部である。１０１２は撮像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体である。１０１３は外部コンピュータ等と通信する為のインターフェース部である。

なお、撮像システムは少なくとも撮像装置１００４と、撮像装置１００４から出力された画素信号を処理する信号処理部１００７とを有すればよい。その場合、他の構成は撮像システムの外部に配される。

本実施例において、信号処理部１００７は、撮像装置１００４から画素信号が正常に出力されているかを判断する。そのため、信号処理部１００７は、撮像装置１００４から出力される複数のアドレス信号を受け取る。撮像装置１００４の出力するアドレス信号は、上述の各実施例で説明したものと同じである。また、信号処理部１００７が撮像装置１００４の動作を判断する方法は、図５または図８およびその説明箇所に示された方法と同じである。すなわち、実施例１〜４の全ての説明が、本実施例に援用される。

また、信号処理部１００７は、アドレス信号に基づいて、撮像装置１００４に含まれる参照画素３０７に異常があるか否かを判断してもよい。具体的には、図５に示されるように、信号処理部１００７が、各アドレス信号に含まれる３つのサブ信号の信号値を比較して、そして、互いに信号値が一致する２つ以上のサブ信号に基づいて撮像装置の動作の判断を行う。

あるいは、図８に示されるように、信号処理部１００７は各アドレス信号に含まれるチェック信号を用いてアドレス信号を補正する。そして、信号処理部１００７は、補正後のアドレス信号に含まれるサブアドレス信号に基づいて、撮像装置の動作の判断を行う。なお、サブアドレス信号およびチェック信号は、実施例３で説明したものと同じである。

なお、信号処理部１００７による画素の異常の有無の検知は、必ずしも行われなくてもよい。例えば、実施例２の撮像装置が用いられた場合、信号処理部１００７は画素の異常の有無の検知を行わない。

以上に説明した通り、撮像システムの実施例において、撮像装置１００４には、実施例１乃至実施例４のいずれかの撮像装置が用いられる。このような構成によれば、撮像装置の故障を正確に検知することができる。

移動体の実施例について説明する。本実施例の移動体は、車載カメラを備えた自動車である。図１２（ａ）は、自動車１００の外観と主な内部構造を模式的に示している。自動車１００は、撮像装置１０２、撮像システム用集積回路（ＡＳＩＣ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）１０３、警報装置１１２、主制御部１１３を備える。

撮像装置１０２は、上述の実施例１〜４で説明したいずれかの撮像装置が用いられる。警報装置１１２は、撮像システム、車両センサ、制御ユニットなどから異常を示す信号を受けたときに、運転手へ向けて警告を行う。主制御部１１３は、撮像システム、車両センサ、制御ユニットなどの動作を統括的に制御する。なお、自動車１００が主制御部１１３を備えていなくてもよい。この場合、撮像システム、車両センサ、制御ユニット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）。

図１２（ｂ）は、自動車１００のシステム構成を示すブロック図である。自動車１００は、第１の撮像装置１０２と第２の撮像装置１０２を含む。つまり、本実施例の車載カメラはステレオカメラである。撮像装置１０２には、光学部１１４により被写体像が結像される。撮像装置１０２から出力された画素信号は、画像前処理部１１５によって処理され、そして、撮像システム用集積回路１０３に伝達される。画像前処理部１１５は、Ｓ−Ｎ演算や、同期信号付加などの処理を行う。

撮像システム用集積回路１０３は、画像処理部１０４、メモリ１０５、光学測距部１０６、視差演算部１０７、物体認知部１０８、異常検出部１０９、および、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）部１１６を備える。画像処理部１０４は、画素信号を処理して画像信号を生成する。また、画像処理部１０４は、画像信号の補正や異常画素の補完を行う。メモリ１０５は、画像信号を一時的に保持する。また、メモリ１０５は、既知の撮像装置１０２の異常画素の位置を記憶していてもよい。光学測距部１０６は、画像信号を用いて被写体の合焦または測距を行う。視差演算部１０７は、視差画像の被写体照合（ステレオマッチング）を行う。物体認知部１０８は、画像信号を解析して、自動車、人物、標識、道路などの被写体の認知を行う。異常検出部１０９は、撮像装置１０２の故障、あるいは、誤動作を検知する。異常検出部１０９は、故障や誤動作を検知した場合には、主制御部１１３へ異常を検知したことを示す信号を送る。外部Ｉ／Ｆ部１１６は、撮像システム用集積回路１０３の各部と、主制御部１１３あるいは種々の制御ユニット等との間での情報の授受を仲介する。

自動車１００は、車両情報取得部１１０および運転支援部１１１を含む。車両情報取得部１１０は、速度・加速度センサ、角速度センサ、舵角センサ、測距レーダ、圧力センサなどの車両センサを含む。

運転支援部１１１は、衝突判定部を含む。衝突判定部は、光学測距部１０６、視差演算部１０７、物体認知部１０８からの情報に基づいて、物体との衝突可能性があるか否かを判定する。光学測距部１０６や視差演算部１０７は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、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。

運転支援部１１１が他の物体と衝突しないように自動車１００を制御する例を説明したが、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。

自動車１００は、さらに、エアバッグ、アクセル、ブレーキ、ステアリング、トランスミッション等の走行に用いられる駆動部を具備する。また、自動車１００は、それらの制御ユニットを含む。制御ユニットは、主制御部１１３の制御信号に基づいて、対応する駆動部を制御する。

本実施例において、撮像システム用集積回路１０３の異常検出部１０９は、撮像装置１０２から画素信号が正常に出力されているかを判断する。そのため、異常検出部１０９は、撮像装置１０２から出力される複数のアドレス信号を受け取る。撮像装置１０２の出力するアドレス信号は、上述の各実施例で説明したものと同じである。また、異常検出部１０９が撮像装置１０２の動作を判断する方法は、図５または図８およびその説明箇所に示された方法と同じである。すなわち、実施例１〜４の全ての説明が、本実施例に援用される。

また、異常検出部１０９は、アドレス信号に基づいて、撮像装置１０２に含まれる参照画素３０７に異常があるか否かを判断してもよい。具体的には、図５に示されるように、異常検出部１０９が、各アドレス信号に含まれる３つのサブ信号の信号値を比較して、そして、互いに信号値が一致する２つ以上のサブ信号に基づいて撮像装置の動作の判断を行う。

あるいは、図８に示されるように、異常検出部１０９は各アドレス信号に含まれるチェック信号を用いてアドレス信号を補正する。そして、異常検出部１０９は、補正後のアドレス信号に含まれるサブアドレス信号に基づいて、撮像装置の動作の判断を行う。なお、サブアドレス信号およびチェック信号は、実施例３で説明したものと同じである。

なお、異常検出部１０９による画素の異常の有無の検知は、必ずしも行われなくてもよい。例えば、実施例２の撮像装置が用いられた場合、異常検出部１０９は画素の異常の有無の検知を行わない。また、故障の検知および異常のある参照画素３０７の検知を、画像前処理部１１５、画像処理部１０４が行ってもよい。

本実施例に用いられた撮像システムは、自動車に限らず、例えば、船舶、航空機ある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。

以上に説明した通り、自動車の実施例において、撮像装置１０２には、実施例１乃至実施例４のいずれかの撮像装置が用いられる。このような構成によれば、撮像装置の故障を正確に検知することができる。

３０５ 受光画素
３０６ オプティカルブラック画素
３０７ 参照画素
１００４ 撮像装置
１００７ 信号処理部
１０２ 撮像装置
１０３ 撮像システム用集積回路

Claims (34)

1. 第１の行および第２の行を少なくとも含む行列を構成するように配された複数の画素を備え、
   前記第１の行および前記第２の行の各々は、入射光に応じた画素信号を出力する受光画素と、属する行の位置を示すアドレス信号を成すための画素信号を出力する参照画素とを含み、
   前記第１の行から出力される前記アドレス信号の信号値と、前記第２の行から出力される前記アドレス信号の信号値とが異なる、
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記参照画素の異常を検出する検出手段を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第１の行および前記第２の行の各々は、複数の前記参照画素を含み、
   前記アドレス信号は、互いに同じ信号値を持つ少なくとも３つのサブ信号を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記第１の行および前記第２の行の各々は、複数の前記参照画素を含み、
   前記アドレス信号は、ハミング符号化演算に基づいて設定されたチェック信号を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記第１の行および前記第２の行の各々は、互いに異なる信号値を持つ複数の前記アドレス信号を出力する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の撮像装置。
6. フレームごとに前記アドレス信号の信号値が変化する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記受光画素の画素信号を読み出す第１の期間と、前記第１の期間とは異なる第２の期間とにおいて、前記アドレス信号の信号値が異なる、
   ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
8. 前記参照画素は、互いに異なる電圧を持つ複数の画素信号を出力する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の撮像装置。
9. 前記第１の行に含まれる前記受光画素と前記参照画素との両方に接続された制御線を備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の撮像装置。
10. 前記参照画素を覆い、前記受光画素を露出する遮光膜を備える、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の撮像装置。
11. 前記第１の行から出力される前記アドレス信号は、前記第１の行から出力される前記アドレス信号の信号値である第１のデジタル値を示す複数ビットを有する第１のデジタル信号を含み、
    前記第１の行の前記参照画素の各々から出力される前記画素信号は、前記第１のデジタル信号の各ビットを示し、前記第１の行の前記参照画素の画素信号の第１の組み合わせが前記第１のデジタル値に対応し、
    前記第２の行から出力される前記アドレス信号は、前記第２の行から出力される前記アドレス信号の信号値である第２のデジタル値を示す複数ビットを有する第２のデジタル信号を含み、
    前記第２の行の前記参照画素の各々から出力される前記画素信号は、前記第２のデジタル信号の各ビットを示し、前記第２の行の前記参照画素の画素信号の第２の組み合わせが前記第２のデジタル値に対応し、
    前記第１の組み合わせと第２の組み合わせとは互いに異なることを特徴とする請求項３乃至請求項１０のいずれか一項に記載の撮像装置。
12. 第１の列および第２の列を少なくとも含む行列を構成するように配された複数の画素を備え、
    前記第１の列および前記第２の列の各々は、入射光に応じた画素信号を出力する受光画素と、属する列の位置を示すアドレス信号を成すための画素信号を出力する参照画素とを含み、
    前記第１の列から出力される前記アドレス信号の信号値と、前記第２の列から出力される前記アドレス信号の信号値とが異なる、
    ことを特徴とする撮像装置。
13. 前記参照画素の異常を検出する検出手段を備える、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
14. 前記第１の列および前記第２の列の各々は、互いに異なる信号値を持つ複数の前記アドレス信号を出力する、
    ことを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の撮像装置。
15. 前記参照画素は、互いに異なる電圧を持つ複数の画素信号を出力する、
    ことを特徴とする請求項１２乃至請求項１４のいずれか一項に記載の撮像装置。
16. 前記第１の列および前記第２の列の各々は、複数の前記参照画素を含み、
    前記第１の列から出力される前記アドレス信号は、前記第１の列から出力される前記アドレス信号の信号値である第１のデジタル値を示す複数ビットを有する第１のデジタル信号を含み、
    前記第１の列の前記参照画素の各々から出力される前記画素信号は、前記第１のデジタル信号の各ビットを示し、前記第１の列の前記参照画素の画素信号の第１の組み合わせが前記第１のデジタル値に対応し、
    前記第２の列から出力される前記アドレス信号は、前記第２の列から出力される前記アドレス信号の信号値である第２のデジタル値を示す複数ビットを有する第２のデジタル信号を含み、
    前記第２の列の前記参照画素の各々から出力される前記画素信号は、前記第２のデジタル信号の各ビットを示し、前記第２の列の前記参照画素の画素信号の第２の組み合わせが前記第２のデジタル値に対応し、
    前記第１の組み合わせと第２の組み合わせとは互いに異なることを特徴とする請求項１２乃至請求項１５のいずれか一項に記載の撮像装置。
17. 入射光に応じた画素信号を出力する第１の受光画素および第２の受光画素と、前記第１の受光画素と並行して画素信号を出力する第１の参照画素と、前記第２の受光画素と並行して画素信号を出力する第２の参照画素とを少なくとも含む、複数の画素を備え、
    前記第１の参照画素と、前記第２の参照画素とが、互いに異なるレベルの画素信号を出力するように、前記第１の参照画素および前記第２の参照画素の画素信号のレベルを制御する出力制御回路を備える、
    ことを特徴とする撮像装置。
18. 前記複数の画素は、前記第１の受光画素と並行して画素信号を出力する複数の前記第１の参照画素と、前記第２の受光画素と並行して画素信号を出力する複数の前記第２の参照画素とを含む、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の撮像装置。
19. 前記複数の第１の参照画素の各々は、ハイレベルまたはローレベルの画素信号を出力し、
    前記複数の第１の参照画素の出力する複数の画素信号が、互いに同じハイレベルとローレベルとの組み合わせを持つ複数の信号を構成する、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の撮像装置。
20. 前記第１の受光画素と前記第１の参照画素とは、第１の駆動制御線に接続され、
    前記第２の受光画素と前記第２の参照画素とは、前記第１の駆動制御線とは電気的に分離された第２の駆動制御線に接続される、
    ことを特徴とする請求項１７乃至請求項１９のいずれか一項に記載の撮像装置。
21. 前記第１の参照画素および前記第２の参照画素の各々が、互いに異なるレベルの複数の画素信号を出力する、
    ことを特徴とする請求項１７乃至請求項１９のいずれか一項に記載の撮像装置。
22. 前記第１の参照画素および前記第２の参照画素の異常を検出する検出手段を備える、
    ことを特徴とする請求項１７乃至請求項２１のいずれか一項に記載の撮像装置。
23. 前記第１の参照画素および前記第２の参照画素を覆い、前記第１の受光画素および前記第２の受光画素を露出する遮光膜を備える、
    ことを特徴とする請求項１７乃至請求項２２のいずれか一項に記載の撮像装置。
24. 前記第１の参照画素から出力される前記画素信号は、第１のデジタル値を示す複数ビットを有する第１のデジタル信号を形成し、
    前記第１の参照画素の各々から出力される前記画素信号は、前記第１のデジタル信号の各ビットを示し、
    前記第１の参照画素の前記画素信号の第１の組み合わせが前記第１のデジタル値に対応し、
    前記第２の参照画素から出力される前記画素信号は、第２のデジタル値を示す複数ビットを有する第２のデジタル信号を形成し、
    前記第２の参照画素の各々から出力される前記画素信号は、前記第２のデジタル信号の各ビットを示し、
    前記第２の参照画素の前記画素信号の第２の組み合わせが前記第２のデジタル値に対応し、
    前記出力制御回路は、前記第１のデジタル値に対応する第１の組合せと、前記第２のデジタル値に対応する前記第２の組み合わせとが異なるように前記第１の参照画素および前記第２の参照画素の画素信号のレベルを制御することを特徴とする請求項１８乃至請求項２３のいずれか一項に記載の撮像装置。
25. 請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置の前記受光画素から出力された前記画素信号を処理して画像信号を取得する処理装置と、を備えた撮像システム。
26. 移動体であって、
    請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置の前記受光画素から出力された前記画素信号に対して処理を行う処理装置と、
    前記処理の結果に基づいて前記移動体を制御する制御手段と、を有することを特徴とする移動体。
27. 請求項１７乃至請求項２４のいずれか一項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置の前記第１の受光画素及び前記第２の受光画素から出力された前記画素信号を処理して画像信号を取得する処理装置と、を備えた撮像システム。
28. 移動体であって、
    請求項１７乃至請求項２４のいずれか一項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置の前記第１の受光画素及び前記第２の受光画素から出力された前記画素信号に対して処理を行う処理装置と、
    前記処理の結果に基づいて前記移動体を制御する制御手段と、を有することを特徴とする移動体。
29. 撮像装置から出力される画素信号を処理して画像信号を取得する信号処理部を備え、
    前記信号処理部は、前記撮像装置から出力された、互いに異なる信号値を持つ複数のアドレス信号を受けとり、
    前記信号処理部は、前記複数のアドレス信号に基づいて、前記撮像装置から前記画素信号が正常に出力されているかを判断する、
    ことを特徴とする撮像システム。
30. 前記複数のアドレス信号の各々は、同じ信号値を持つ少なくとも３つのサブ信号を含み、
    前記信号処理部は、前記少なくとも３つのサブ信号の信号値を比較して、互いに信号値が一致する２つ以上のサブ信号に基づいて、前記判断を行う、
    ことを特徴とする請求項２９に記載の撮像システム。
31. 前記複数のアドレス信号の各々は、ハミング符号化演算を用いて設定されたチェック信号を含み、
    前記信号処理部は、前記チェック信号を用いて前記アドレス信号を補正する、
    ことを特徴とする請求項２９に記載の撮像システム。
32. 前記信号処理部が、前記撮像装置から前記画素信号が正常に出力されていないと判断したときに、前記撮像装置の動作を停止する制御部を備える、
    ことを特徴とする請求項２９乃至請求項３１のいずれか一項に記載の撮像システム。
33. 移動体であって、
    請求項２９乃至請求項３２のいずれか一項に記載の撮像システムと、
    前記撮像システムによって取得された前記画像信号に基づいて前記移動体を制御する制御手段と、を有する、
    ことを特徴とする移動体。
34. 前記信号処理部が、前記撮像装置から前記画素信号が正常に出力されていないと判断したときに、前記撮像装置の動作に異常があることを示す警報を発する警報装置を備える、
    ことを特徴とする請求項３３に記載の移動体。

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