JP7080673B2 - Imaging device, imaging system, moving object - Google Patents

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Description

本発明は撮像装置、撮像システム、移動体に関する。 The present invention relates to an image pickup apparatus, an image pickup system, and a moving body.

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。 In recent years, various semiconductor devices have been used. As the operating period of the semiconductor device becomes longer, the function of the semiconductor device may deteriorate.

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。 For example, in the technique described in Patent Document 1, a semiconductor device including a life prediction unit that acquires the degree of deterioration of a functional unit included in the semiconductor device and predicts the life of the semiconductor device from the degree of deterioration is described. Further, in Patent Document 1, when the threshold voltage becomes high due to deterioration of the semiconductor element, the power supply voltage Vdd is increased. This is said to be able to extend the life of the functional unit.

特開2017-173242号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-173242

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。 In the technique described in Patent Document 1, no study is made on the life prediction in the image pickup apparatus.

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。 The present invention provides an imaging device capable of predicting the remaining life after performing an actual imaging operation.

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。 The present invention has been made in view of the above problems, and one embodiment thereof is arranged over a plurality of rows and a plurality of columns, each comprising a plurality of pixels having a photoelectric conversion unit, and the plurality of pixels. The image sensor has an image pickup device that reads out each signal of the image sensor and a lifespan prediction unit that acquires the remaining life information of the image pickup element. The image pickup element performs the image pickup operation a plurality of times, and the lifespan prediction unit The image pickup apparatus is characterized in that the remaining life information is acquired after the plurality of image pickup operations are performed.

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。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides an imaging device capable of predicting the remaining life after performing an actual imaging operation.

半導体装置の構成を示した図The figure which showed the structure of the semiconductor device 半導体装置の動作を示したフローチャートFlow chart showing the operation of semiconductor devices 半導体装置の動作時間と寿命の関係を示した図The figure which showed the relationship between the operating time and the life of a semiconductor device. 撮像装置の構成を示した図The figure which showed the structure of the image pickup apparatus 画素の等価回路図Pixel equivalent circuit diagram 列回路のブロック図Block diagram of column circuit 撮像装置の動作を示した図The figure which showed the operation of the image pickup apparatus 撮像装置の構成を示した図The figure which showed the structure of the image pickup apparatus 撮像装置の構成を示した図The figure which showed the structure of the image pickup apparatus 撮像システムの構成を示す図The figure which shows the structure of the image pickup system 移動体の構成を示す図Diagram showing the configuration of a moving body 撮像システムの動作を示す図The figure which shows the operation of the image pickup system

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。 Hereinafter, each embodiment will be described with reference to the drawings. In the following description, unless otherwise specified, the transistor is assumed to be an N-type transistor. However, the examples described below are not limited to N-type transistors, and P-type transistors may be used as appropriate. In that case, the gate, source, and drain voltages of the transistor can be appropriately changed with respect to the description in the examples. For example, in the case of a transistor that operates as a switch, the low level and the high level of the voltage supplied to the gate may be reversed with respect to the description in the embodiment.

(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。
(Example 1)
First, before the description of the embodiment of the image pickup apparatus, the embodiment of the semiconductor device will be described in order to help the technical understanding regarding the remaining life prediction. In subsequent examples, the embodiment of the image pickup apparatus will be described.

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。 FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a semiconductor device according to this embodiment. The semiconductor device 150 includes a semiconductor element 100 and a life prediction unit 109. The semiconductor element 100 is a circuit in which a large number of functions such as light receiving, light emitting, AD conversion processing, signal processing, communication processing, storage unit, and detection unit are integrated. Hereinafter, the configuration and operation of the semiconductor element 100 will be described.

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。 The first circuit block 101, the second circuit block 102, and the Nth circuit block 103 are circuits having a large number of functions such as light reception, light emission, AD conversion processing, signal processing, communication processing, storage unit, and detection unit, respectively. ..

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。 The voltage control unit 104 supplies the voltage value set by the signal from the drive mode selection unit 105, which is the drive control unit, to the first circuit block 101, the second circuit block 102, and the Nth circuit block 103.

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。 When the voltage value supplied by the voltage control unit 104 is zero, all or a part of the first circuit block 101, the second circuit block 102, and the Nth circuit block 103 is turned off.

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。 The frequency control unit 106 sets the cycle in which the signal generation unit 107, which generates the control signals supplied to the first circuit block 101, the second circuit block 102, and the Nth circuit block 103, generates the signal, as the drive mode generation unit. It is changed by the signal from 105.

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。 The remaining life information is input to the drive mode selection unit 105 from the life prediction unit 109, which will be described later, via the life information receiving unit 108. The voltage control unit 104 and the frequency control unit 106 are controlled according to the information. The drive mode generation unit 105 can also generate a control signal capable of stopping all or part of the first circuit block 101, the second circuit block 102, and the Nth circuit block 103.

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。 The life prediction unit 109 executes the life prediction of the semiconductor element 100 based on the information indicating the latest operating state of the semiconductor element 100 or the history information related to the operating state, and obtains the remaining life information of the semiconductor element 100. Here, the operating state represents a state when the semiconductor element 100 is operated, such as an operating voltage and an operating frequency when the semiconductor element 100 is operated, or a state generated as a result of an operation such as temperature. The information indicating the latest operating state of the semiconductor element 100 and the history information related to the operating state are the operating information indicating the operating state of the semiconductor element 100.

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。 Next, an example of the life prediction method of the semiconductor element 100 by the life prediction unit 109 will be described. In general, the life of a semiconductor device is limited by the deterioration of the performance of the transistors, wirings, oxide films, etc. that make up the semiconductor device over time. The main performance degradation mechanisms of semiconductor devices include electromigration (EM) and dielectric breakdown (TDDB). In addition, as other performance degradation mechanisms, there are characteristic fluctuations due to hot carrier injection (HC) and negative bias temperature instability (Negative Bias Temperature Instability; NBTI).

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)
The remaining life time LT (EM) due to the performance deterioration factor being EM is calculated by the following formula (1).
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。 Here, A is a coefficient depending on the manufacturing process, Ea is activation energy, J is the current density of the wiring, n is the current acceleration coefficient, k is the Boltzmann constant, and T is the wiring temperature.

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)
The remaining life time LT (TDDB) due to TDDB as a factor of performance deterioration is calculated by the following formula (2).
LT (TDDB) = A x exp (-γVg x Vg) x 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。 Here, Vg is the voltage applied to the gate of the transistor, and γVg is the voltage acceleration coefficient.

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)
The remaining life time LT (HC) due to HC as a factor of performance deterioration is calculated by the following formula (3).
LT (HC) = A x Isub- m x 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。 Here, Isub is the maximum substrate current flowing through the semiconductor substrate, and m is a coefficient depending on the substrate current.

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×exp(Ea/kT)・・・(4)
The remaining life time LT (NBTI) due to NBTI as a factor of performance deterioration of the semiconductor element 100 is calculated by the following formula (4).
LT (NBTI) = A x Vg n x 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。 The life prediction unit 109 measures all or a part of the coefficients of the equations (1) to (4) and calculates the remaining life time of the semiconductor element 100. The life prediction unit 109 may be inside the semiconductor element 100.

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。 Hereinafter, an example of the operation of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. 2 and the timing chart of FIG. First, an example of the operation corresponding to the timing chart of FIG. 3A will be described. In FIG. 3A, the relationship between the operating time of the semiconductor element 100 and the remaining life of the semiconductor element 100 is shown by a solid line.

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。 In S200, the drive mode selection unit 105 acquires the first life threshold value L1 and the second life threshold value L2 of the semiconductor element 100. The first life threshold value L1 and the second life threshold value L2 define the threshold value for the remaining life of the semiconductor element 100, and L1> L2> 0.

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。 In S201, the life prediction unit 109 calculates the remaining life Ti of the semiconductor element 100 at time i.

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。 In S202, the drive mode selection unit 105 compares the first life threshold value L1 with the remaining life Ti at time i, and if Ti> L1, the process proceeds to S203, and if Ti ≦ L1, the process proceeds to S204. Proceed.

図3(a)は、Ti>L1の場合である。 FIG. 3A is a case where Ti> L1.

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。 In S203, the process of continuing the operation of the semiconductor element 100 is performed for an arbitrary period Δt1, and then the process returns to process 201.

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。 In the above flow, it is shown that the remaining life of the semiconductor element 100 is longer than the first life threshold value L1, and since the remaining life of the semiconductor element 100 has a margin, the driving state of the semiconductor element 100 is changed. Not done.

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。 Next, the case of FIG. 3B, in which the operating time has elapsed from FIG. 3A, will be described.

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。 In FIG. 3B, the relationship between the operating time of the semiconductor element 100 and the remaining life of the semiconductor element 100 is shown by a solid line. Further, at time i, the predicted remaining life of the semiconductor element 100 with respect to the operating time of the semiconductor element 100 predicted by the life prediction unit 109 is represented by a broken line.

図3(b)では、Ti≦L1の場合である。 In FIG. 3B, it is the case of Ti ≦ L1.

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。 In S204, the life prediction unit 109 predicts the remaining life Lt when the set operation time t of the semiconductor element 100 has elapsed. The set operation time is, for example, the time until the life of the semiconductor element 100 estimated in advance is reached, and if the operation exceeds this time, the operation of the semiconductor element 100 is not guaranteed.

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。 In S205, it is compared whether or not the remaining life Lt when the set operation time t of the semiconductor element 100 has elapsed is larger than 0, and if Lt> 0, the process proceeds to S203, and if Lt ≦ 0, the process is performed. Proceed to S206. In FIG. 3B, it is the case where Lt> 0.

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。
When Lt> 0, it means that the semiconductor element 100 does not reach the end of its life even if the normal drive mode is continued until the set operation time t. Therefore, the drive mode selection unit 105 does not change the drive mode of the semiconductor element 100.
The process proceeds to S203, and after performing the process of continuing the operation of the semiconductor element 100 in the normal drive mode for an arbitrary period Δt1, the process returns to S201.

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。 As described above, in the case of FIG. 3B, the normal drive mode is continued until the drive mode setting operation time t of the semiconductor element 100.

次に、図3(c)の場合を説明する。 Next, the case of FIG. 3C will be described.

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。 In the case of FIG. 3C, if the operation in the normal drive mode is continued after the time i, the life of the semiconductor element 100 is reached before the set operation time t is reached. That is, in the process of S205, Lt> 0 is determined as No.

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。 In FIG. 3C, the relationship between the operating time of the semiconductor element 100 and the remaining life of the semiconductor element 100 is shown by a solid line. Further, at time i, the predicted remaining life of the semiconductor element 100 with respect to the operating time of the semiconductor element 100 predicted by the life prediction unit 109 is represented by a broken line. Further, at time i, the drive state of the semiconductor element 100 is changed, and the relationship between the remaining life of the semiconductor element 100 and the operating time of the semiconductor element 100 in the changed drive state is represented by a dashed line.

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。 In S205 of FIG. 2, in the case of FIG. 3C, it is determined as No. Therefore, the process proceeds to S206.

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。 In S206 of FIG. 2, the drive mode selection unit 105 controls the operation of the voltage control unit 104 and / or the frequency control unit 106 so that the remaining life of the semiconductor element 100 is longer than the remaining life at time i. Select a life extension drive mode.

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。 Next, an example of a method of selecting the life extension drive mode of the semiconductor element 100 by the drive mode selection unit 105 will be described. As described in the equations (1) to (4) of the first embodiment, the life of the semiconductor device is the current density J of the wiring, the wiring temperature T, the voltage Vg applied to the gate of the transistor, and the maximum substrate current Isub flowing through the semiconductor substrate. Limited by. The drive mode selection unit 105 controls both the voltage control unit 104 and the frequency control unit 106 or one of them so that the remaining life of the semiconductor element 100 is extended. Specifically, the current density J, the wiring temperature T, the voltage Vg applied to the gate of the transistor, the maximum substrate current Isub flowing through the semiconductor substrate, or a part of them are all smaller than the normal drive mode. Change the operating status so that. It can be said that this change in the operating state is a change that suppresses the driving ability for driving the semiconductor element 100. For example, the voltage control unit 104 reduces the absolute value of the power supply voltage supplied to the first circuit block 101, the second circuit block 102, and the Nth circuit block 103 (typically, the power supply voltage is reduced). ). Thereby, the current density J, the wiring temperature T, and the voltage Vg can be lowered. Further, the frequency control unit 106 can reduce the wiring temperature T and the substrate current Isub by delaying the cycle in which the signal generation unit 107 generates a signal. At this time, the drive mode selection unit 105 controls the voltage control unit 104 and the frequency control unit 106 within the range in which the operation of the semiconductor element 100 can be continued.

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。 The normal drive mode is a mode in which the semiconductor element 100 is driven under the first condition. The life extension drive mode is a mode in which the semiconductor element 100 is driven under the second condition of extending the life of the semiconductor element 100 as compared with the case where the semiconductor element 100 is continuously driven in the normal drive mode.

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。 By changing to the life extension drive mode, some functions of the semiconductor element 100 may be stopped and the operating speed of the semiconductor element 100 may be lowered as compared with the normal drive mode. However, in the life extension drive mode, when the operation of the semiconductor element 100 can be continued and the load applied to the circuit of the semiconductor element 100 is reduced as compared with the normal drive mode, the remaining life is continued in the normal drive mode. Can be extended than.

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。 In the case of the life extension drive mode, the processing amount of the signal processing of the semiconductor element 100 may be lower than in the case of the normal drive mode. The processing amount of this signal processing can be said to be, for example, the amount of signal that the semiconductor element 100 performs signal processing per unit time. This example includes an example in which one or a plurality of the operating frequency, drive voltage (power supply voltage), and current supply amount by the current source of the semiconductor element 100 are made smaller in the life extension drive mode than in the normal drive mode. Further, as another example, in the normal drive mode, signal processing is performed in the first period. Then, in the life extension drive mode, the signal processing is performed in the second period shorter than the first period, and the signal processing is not performed in the period included in the first period and not included in the second period. , Or a drive that reduces the processing amount of signal processing as compared with the second period.

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。 The example of FIG. 3C shows a case where the remaining life of the semiconductor element 100 operating in the life extension drive mode is longer than the second life threshold value L2, and further operation is possible in the normal drive mode.

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。 In S207, the life prediction unit 109 calculates the remaining life Lj of the semiconductor element 100 at the time j.

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。 In S208, the drive mode selection unit 105 compares the second life threshold value L2 with the remaining life Lj at the time j, and if Lj> L2, the process proceeds to S209, and if Lj ≦ L2, the process proceeds to the process S210. .. FIG. 3C describes the case where Lj> L2.

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。 The state of Lj> L2 indicates that the remaining life of the semiconductor element 100 operating in the life extension drive mode is shorter than the first life threshold L1 but longer than the second life threshold L2. .. Therefore, with respect to the set operation continuation period, in the life extension drive mode, there is a sufficient margin for the remaining life of the semiconductor element 100. Therefore, the semiconductor element 100 can continue to operate until the set operation continuation period even if it is operated for a further period in the normal drive mode instead of the life extension drive mode. Therefore, the drive state of the semiconductor element 100 is returned to the normal drive mode before changing to the life extension drive mode. Then, the process proceeds to S203, and the operation of the semiconductor element 100 is continued in the normal drive mode for an arbitrary period Δt1. After that, the process returns to S201.

次に、図3(d)の例を説明する。 Next, an example of FIG. 3D will be described.

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。 In FIG. 3D, the predicted remaining life of the semiconductor element 100 with respect to the operating time of the semiconductor element 100 predicted by the life prediction unit 109 at time i is represented by a broken line. Further, at time i, the drive state of the semiconductor element 100 is changed, and the relationship between the remaining life of the semiconductor element 100 and the operating time of the semiconductor element 100 in the changed drive state is represented by a dashed line.

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。 In S208, the drive mode selection unit 105 compares the second life threshold value L2 with the remaining life Lj at the time j. FIG. 3D shows the case of Li ≦ L2.

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。 In S210, the life prediction unit 109 calculates the remaining life Lk of the semiconductor element 100 at time k.

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。 In S211 the drive mode selection unit 105 compares the second life threshold value L2 with the remaining life Lk at time k, and if Lk> 0, the process proceeds to S212. On the other hand, if Lk ≦ 0, the process proceeds to S213. In this embodiment, the case where the process proceeds to S212 with Lk> 0 will be described.

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。 The state of Lk> 0 is a case where the remaining life of the semiconductor element 100 operating in the life extension drive mode is shorter than the first life threshold L2. Although the remaining life of the semiconductor element 100 is approaching 0, since it indicates that it is longer than 0, the process proceeds to S212, and the process of continuing the operation of the semiconductor element 100 for an arbitrary period Δt2 is performed. Then, the process returns to S210. At this time, since the remaining life of the semiconductor element 100 is shorter than the second life threshold L2, the period Δt2, which is the interval for obtaining the remaining life Lk, is the remaining life Li when the remaining life is longer than the first life threshold L1. The time is shorter than the period Δt1 which is the interval for obtaining. As a result, it is possible to accurately detect the time during which the normal operation of the semiconductor element 100 is not guaranteed.

次に図3(e)の例を説明する。 Next, an example of FIG. 3 (e) will be described.

図3(e)は、Lk≦0の場合を説明する。 FIG. 3 (e) describes the case where Lk ≦ 0.

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。 The state of Lk ≦ 0 indicates that the remaining life Lk of the semiconductor element 100 is 0 or less and the operation is not guaranteed. The process proceeds to S213 to notify the outside that the semiconductor element 100 is in a state where the operation is not guaranteed. As a method of this notification, there is an example of notifying the user of the semiconductor element 100 through a display or the like (not shown in FIG. 1). As another example, there is an example of notifying a monitoring system that monitors the semiconductor element 100 via a communication line. After that, the process proceeds to S214, and the operation of the semiconductor element 100 is stopped.

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。 In the case of FIG. 3 (e), the remaining life of the semiconductor element 100 is 0 or less at time k, and the operation of the semiconductor element 100 is not guaranteed. Therefore, the outside of the semiconductor element 100 is notified that the operation of the semiconductor element 100 is not guaranteed. Then, the operation of the semiconductor element 100 is stopped.

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。 Therefore, even though the remaining life of the semiconductor element 100 is 0 or less, it is possible to prevent the semiconductor element 100 from continuing the operation in a state where the operation is not guaranteed.

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。 In this way, the semiconductor device of this embodiment changes the drive state based on the remaining life information. As a result, the semiconductor element 100 can be driven according to the length of the remaining life. Further, when the remaining life of the semiconductor element 100 falls below the first life threshold value, the normal drive mode is changed to the life extension drive mode. As a result, the life of the semiconductor element 100 can be extended while continuing the operation of the semiconductor element 100. Further, when the remaining life of the semiconductor element 100 is less than the second life threshold, the interval for acquiring the remaining life information is shortened as compared with the case where the remaining life exceeds the first life threshold. As a result, the remaining life of the semiconductor element 100 can be obtained with high accuracy. Further, when the remaining life of the semiconductor element 100 is 0 or less, the notification is sent to the outside of the semiconductor element 100. This makes it possible to prevent the semiconductor element 100 from continuing its operation without being guaranteed.

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。 In this embodiment, the drive mode of the semiconductor element 100 is changed depending on whether or not the remaining life exceeds the first life threshold. The present invention is not limited to this example, and when the remaining life indicates the first length, the normal drive mode is set, and when the remaining life indicates a second length shorter than the first length, the life is extended. The drive mode may be set.

(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。
(Example 2)
In this embodiment, a case where the image pickup device is used as the semiconductor device 100 described in the first embodiment will be described.

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。 The image pickup device 450 shown in FIG. 4 has an image pickup device and a life prediction unit 109. The image sensor 400 is a CMOS sensor. A pixel array 402 in which pixels 401 are arranged over a plurality of rows and columns, a vertical scanning circuit 403, a vertical output line 404, and a column circuit 405 are provided. Further, the image sensor 400 includes a reference signal generation circuit 406, a storage unit 407, a counter circuit 408, a horizontal scanning circuit 409, a signal processing circuit 410, an image pickup mode control unit 411, and a life prediction unit 109.

ここで画素401の構成を、図5を用いて説明する。 Here, the configuration of the pixel 401 will be described with reference to FIG.

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。 Each pixel 401 has photodiodes 501a and 501b. Light transmitted through one microlens (not shown) is incident on the photodiodes 501a and 501b of one pixel 401. In other words, the photodiodes 501a and 501b receive light in different regions of the exit pupil of the optical system that guides the light to the CMOS sensor. Therefore, by using a signal based on the charge charged by each of the photodiodes 501a and 501b, the focus detection of the phase difference method can be performed.

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。 Further, an image can be generated by using a signal corresponding to the charge obtained by adding the charge photoelectrically converted by the photodiode 501a and the charge photoelectrically converted by the photodiode 501b.

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。 The photodiodes 501a and 501b accumulate electric charges according to the incident light. The vertical scanning circuit 403 shown in FIG. 4 performs vertical scanning for reading a signal in units of pixels 401 arranged over a line. By setting the signal txa output to the transfer gate 502a to the High level, the charge accumulated by the photodiode 501a is transferred to the floating diffusion unit (FD unit) 503.

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。 Further, the vertical scanning circuit 403 sets the signal txb output to the transfer gate 502b to a high level, so that the charge accumulated by the photodiode 501b is transferred to the FD unit 503.

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。 In the FD unit 503, the electric charge transferred from the photodiodes 501a and 501b is converted into a voltage based on the capacity of the FD unit 503. The FD unit 503 is connected to the gate of the amplification transistor 504. The amplification transistor 504 is connected to the vertical output line 404 via the selection transistor 506.

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。 The pixel 401 has a reset transistor 505 connected to the FD unit 503. The reset transistor 505 resets the FD unit 503 when the vertical scanning circuit 403 sets the signal res to the High level. When performing the photodiode reset to reset the charges of the photodiodes 501a and 501b, the vertical scanning circuit sets the signals txa and txb to the high level during the period when the signal res is set to the high level.

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。 Each of the signals res, txa, txb, and sel supplied from the vertical scanning circuit 403 is input in common by the pixel 401 in one row. The output vout of each pixel 401 is input to the corresponding column circuit 405 via the vertical output line 404 arranged corresponding to the column in which the pixel 401 is arranged.

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。 Here, the configuration of the column circuit 405 arranged for each column will be described with reference to FIG.

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。 FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the column circuit 405. The column circuit 405 includes a current source 601, a switch 602, a differential amplifier 603, a switch 604, a comparator 605, and a switch 606.

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。 The switch 602 is a switch for switching the current source 601 on and off. The switch 604 is a switch for switching on and off of the differential amplifier 603. The switch 606 is a switch for switching on and off of the comparator 605.

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。 When the switch 602 is on, the vertical scanning circuit 403 sets the signal sel supplied to the pixel 401 in the row to be read to the High level. As a result, a current flows between the amplification transistor 504 and the current source 601 via the selection transistor 506 of the pixel 401 in the row to be read. As a result, the amplification transistor 504 performs a source follower operation. As a result, a signal (pixel signal) based on the voltage of the FD unit 503 is output to the vertical output line 404.

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。 When the switch 604 is on, the differential amplifier 603 is in operation. In this case, the differential amplifier circuit 603 amplifies the pixel signal output from the pixel 401 to the vertical output line 404, and outputs the amplified signal to the comparator 605.

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。 When the switch 605 is on, the comparator 605 is in operation. In this case, the comparator 605 compares the voltage of the amplified signal output from the differential amplifier 603 with the voltage of the lamp signal supplied from the reference signal generation circuit 406. Then, the comparator 605 outputs the result of this comparison to the storage unit 407 shown in FIG. 4 as a signal Cout. The signal level of the signal Cout changes when the magnitude relationship of the signal voltage is inverted. A count signal is input to the storage unit 407 from the counter circuit 408. This count signal changes the count value according to the start timing of the change in the voltage of the lamp signal supplied by the reference signal generation circuit 406. Then, the storage unit 407 latches the count value based on the timing when the signal level of the signal Cout changes. As a result, the storage unit 407 can obtain digital data corresponding to the signal level of the amplified signal. In this way, the row circuit 405 and the storage unit 407 perform AD conversion of the pixel signal.

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。 The digital data stored in the storage unit 407 is sequentially transferred to the signal processing circuit 410 by the horizontal scanning circuit 409 for each column. A series of operations related to reading a pixel signal from these pixels is performed while selecting a pixel row of the pixel array 402 by the vertical scanning circuit 403.

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。 FIG. 7 is a timing diagram showing the operation of the image pickup apparatus shown in FIG. FIG. 7A is a timing diagram when performing an imaging operation. FIG. 7B is a timing diagram when the focus detection operation and the imaging operation are performed. A pixel signal is read out from the pixels 401 included in some of the rows of pixels 401 arranged in the pixel array 402 by the focus detection operation and the imaging operation shown in FIG. 7B. A pixel signal is read out from the pixel 401 included in some of the other rows by the imaging operation shown in FIG. 7 (a). Some of these lines and some of the other lines are allocated according to the area where focus detection is performed. As another example, the pixels 401 in all rows perform the operation shown in FIG. 7A in a certain frame. Then, in another frame, the operation shown in FIG. 7B may be performed. The frame referred to in this case can be, for example, a period from the start of the vertical scan circuit 403 to the start of the next vertical scan. Typically, a control circuit (not shown) sets the signal level of the vertical sync signal indicating the start of vertical scan of the vertical scan circuit 403 to the High level, and then sets the signal level of the vertical sync signal to the High level. Can be the period of. As another example, the signal corresponding to one image generated by the signal processing unit is read from the pixel array 402, and then the signal corresponding to the next image is read from the pixel array 402. It can also be the period until the start of reading. For example, it is assumed that the moving image is shot at 60 fps (fps is an abbreviation for frame per second). In this example, the signal corresponding to the image of one frame out of 60 frames is read from the pixel array 402, and then the signal corresponding to the image of the next one frame is read from the pixel array 402. It can be the period until the start.

まず、図7(a)の動作について説明する。 First, the operation of FIG. 7A will be described.

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。 At time ta1, the vertical scanning circuit 403 sets the signal sel supplied to the row of the pixel 401 performing the imaging operation to the High level. As a result, the selection transistor 506 of the pixel 401 is turned on.

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。 Then, at time ta2, the vertical scanning circuit 403 sets the signal res to the Low level and turns off the reset transistor 505. As a result, the reset of the FD unit 503 is released.

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。 The amplification transistor 504 outputs a noise signal (N signal) based on the voltage of the FD unit 503 whose reset has been released to the vertical output line 404 via the selection transistor 506. The N signal output to the vertical output line 404 is converted into digital data (N data) by AD conversion by the column circuit 405 and the storage unit 407.

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。 At time ta3, the vertical scanning circuit 403 sets the signals txa and txb to the High level and then to the Low level. By this operation, the electric charge accumulated by the photodiode 501a based on the incident light and the electric charge accumulated by the photodiode 501b based on the incident light are transferred to the FD unit 503. Therefore, the voltage of the FD unit 503 is a voltage corresponding to the charge obtained by adding the charge of the photodiode 501a and the charge of the photodiode 501.

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。 The amplification transistor 504 outputs a signal based on the voltage of the FD unit 503 corresponding to the charge obtained by adding the charge of the photodiode 501a and the charge of the photodiode 501 to the vertical output line 404 via the selection transistor 506. The signal output by the amplification transistor 504 will be described. If the voltage of the FD unit 503 is a voltage based on the electric charge accumulated by the photodiode 501a based on the incident light, the signal output by the amplification transistor 504 is referred to as an A + N signal (sum of the A signal and the N signal). do. When the voltage of the FD unit 503 is a voltage based on the electric charge accumulated by the photodiode 501b based on the incident light, the signal output by the amplification transistor 504 is defined as a B + N signal (sum of the B signal and the N signal). In such a case, the voltage-based signal of the FD unit 503 corresponding to the charge obtained by adding the charge of the photodiode 501a and the charge of the photodiode 501b output by the amplification transistor 504 is the sum of the A + N signal and the B + N signal. Corresponds to a signal. Therefore, the signal output by the amplification transistor 504 is expressed as an A + B + N signal. The A + B + N signal output to the vertical output line 404 is converted into digital data (A + B + N data) by AD conversion by the column circuit 405 and the storage unit 407.

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。 At time ta5, the vertical scan circuit 403 sets the signal res to the High level. As a result, the voltage of the FD unit 503 is reset.

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。 Then, at time ta6, the vertical scanning circuit 403 sets the signal sel to the Low level. As a result, the selection of the pixel 401 in one line is completed. After that, the vertical scanning circuit 403 sets the signal sel of the pixel 401 in the next row to be read to the High level.

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。 The N data and A + B + N data held by the storage unit 407 are sequentially read out from the storage unit 407 to the signal processing circuit 410 by the horizontal scanning circuit 409 for each column. The signal processing circuit 410 outputs A + B data, which is a signal of the difference between the A + B + N data and the N data.

次に、図7(b)の動作を説明する。 Next, the operation of FIG. 7B will be described.

時刻tb1の動作は、図7(a)の時刻ta1の動作と同じである。 The operation at time tb1 is the same as the operation at time ta1 in FIG. 7 (a).

時刻tb2の動作は、図7(a)の時刻ta2の動作と同じである。 The operation at time tb2 is the same as the operation at time ta2 in FIG. 7 (a).

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。 At time tb3, the vertical scanning circuit 403 sets the signal txa to the High level and then to the Low level. As a result, the electric charge accumulated by the photodiode 501a based on the incident light is transferred to the FD unit 503. The amplification transistor 504 outputs an A + N signal to the vertical output line 404 via the selection transistor 506. The A + N signal output to the vertical output line 404 is converted into digital data (A + N data) by AD conversion by the column circuit 405 and the storage unit 407.

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。 Until before time tb6, the FD unit 503 holds the electric charge transferred from the photodiode 501a.

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。 At time tb6, the vertical scanning circuit 403 sets the signal txa and the signal txb to the High level and then to the Low level. As a result, in the FD unit 503, in addition to the electric charge of the photodiode 501a held by the time tb6, the electric charge accumulated by the photodiode 501b based on the incident light and the photodiode 501a during the period from the time tb4 to the time tb7 Retains the accumulated charge. Therefore, the voltage of the FD unit 503 is a voltage corresponding to the charge obtained by adding the charge of the photodiode 501a and the charge of the photodiode 501.

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。 The amplification transistor 504 outputs an A + B + N signal to the vertical output line 404. The A + B + N signal output to the vertical output line 404 is converted into digital data (A + B + N data) by AD conversion by the column circuit 405 and the storage unit 407.

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。 At time tb8, the vertical scan circuit 403 sets the signal res to the High level. As a result, the voltage of the FD unit 503 is reset.

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。 Then, at time tb9, the vertical scanning circuit 403 sets the signal sel to the Low level. As a result, the selection of the pixel 401 in one line is completed. After that, the vertical scanning circuit 403 sets the signal sel of the pixel 401 in the next row to be read to the High level.

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。 The N data, A + N data, and A + B + N data held by the storage unit 407 are sequentially read out from the storage unit 407 to the signal processing circuit 410 by the horizontal scanning circuit 409 for each column. The signal processing circuit 410 outputs a signal of the difference between A + N data and N data (A data) and a signal of the difference between A + B + n data and N data (A + B data).

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。 The signal processing unit (not shown) to which the data output by the image pickup apparatus is input obtains the B data, which is the difference between the A data and the A + B data, and performs focus detection on the A data and the B data. Further, the signal processing unit generates an image using the A + B data.

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。 See FIG. The image pickup mode control unit 411 is a circuit block including the voltage control unit 104, the drive mode selection unit 105, the frequency control unit 106, and the signal generation unit 107 according to the first embodiment. The drive mode control unit 411 receives the remaining life information from the life information receiving unit 108. Then, at least one of changing the voltage value supplied to all or part of the circuit in the image sensor 400 and changing the cycle of the control signal is performed according to the length of the remaining life indicated by the remaining life information. The circuit in the image pickup element 400 is a pixel array 402, a vertical scanning circuit 403, a column circuit 405, a reference signal generation circuit 406, a storage unit 407, a counter circuit 408, a horizontal scanning circuit 409, and a signal processing circuit 410. Alternatively, the operation of a part of the pixel array 402, the vertical scanning circuit 403, the column circuit 405, the reference signal generation circuit 406, the storage unit 407, the counter circuit 408, the horizontal scanning circuit 409, and the signal processing circuit 410 in the image pickup element 400 is stopped. conduct.

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。 As described in the equations (1) to (4) of the first embodiment, the life of the semiconductor device is the current density J of the wiring, the wiring temperature T, the voltage Vg applied to the gate of the transistor, and the maximum substrate current Isub flowing through the semiconductor substrate. Limited by. The image pickup mode control unit 411 has a current density J, a wiring temperature T, a voltage Vg applied to the gate of the transistor, all or one of the maximum substrate current Isub flowing through the semiconductor substrate so that the remaining life of the image pickup element 400 is extended. Change the operating state so that the value of the part becomes smaller.

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。 This causes a decrease in the operating speed of the image pickup device or a partial stop of the function, but the image pickup operation can be continued and the life of the image pickup device can be extended.

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。 In the life extension drive mode by the image pickup mode control unit 411, for example, there is a decrease in the frame rate. Specifically, the period of vertical scanning of the vertical scanning circuit 403 is reduced with respect to the normal drive mode. As the vertical scanning cycle decreases, the operating cycles of the reference signal generation circuit 406, the counter circuit 408, the horizontal scanning circuit 409, and the signal processing circuit 410 also decrease. In other words, the decrease in the frame rate can be said to reduce the number of times the vertical scanning circuit 403 performs vertical scanning per unit time.

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。 Further, as one of the life extension drive modes, a signal may be read from the pixel 401 in a region of only a part of the pixel array 402. That is, the number of pixels to be read is reduced in the life extension drive mode as compared with the normal drive mode. For example, in the normal drive mode, the pixel 401 corresponding to the resolution of 4K2K is read out, and in the life extension drive mode, the pixel 401 corresponding to the VGA resolution is read out. Also in the column circuit 405 and the storage unit 407, the horizontal scanning circuit 409 scans the storage unit 407 of only a part of the columns in response to the decrease in the number of pixels 401 to be read out. This makes it possible to extend the remaining life of the image pickup device while continuing the operation of the image pickup device.

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。 Further, as another example, the number of pixels for performing the focus detection operation in FIG. 7B may be reduced in the life extension drive mode as compared with the normal drive mode. As a result, the number of AD conversions of the A + N signals of the column circuit 405 and the storage unit 407 can be reduced. As a result, the remaining life of the image pickup apparatus can be extended while continuing the image pickup operation. In particular, when the extension of the remaining life is emphasized, the number of pixels for performing the focus detection operation in FIG. 7 (b) is set to zero, and all the pixels 401 are driven for the image pickup operation in FIG. 7 (a). good.

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。 As described in the first embodiment, the life prediction unit 109 predicts the remaining life of the image sensor 400 based on the latest operating state of the image sensor 400 or historical information related to the operating state, thereby predicting the remaining life of the image sensor 400. Obtain the remaining life information.

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。 Here, the operating state represents a state when the image sensor 400 is operated, such as an operating voltage and an operating frequency when the image sensor 400 is operated, or a state generated as a result of an operation such as temperature.

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。 The life prediction unit 109 acquires the remaining life information after performing the imaging operation a plurality of times. The image pickup operation referred to here refers to an operation of photographing a subject under various environments. That is, instead of the image pickup operation of the image pickup element 400 in a known environment such as a test in a manufacturing factory of an image pickup device, the image pickup in an environment in which the remaining life of the image pickup element 400 changes depending on the environment in which the image pickup element 400 is placed. Refers to the operation. Therefore, the image pickup device of this embodiment can predict the remaining life according to the environment and operation in which the image pickup device 400 is actually placed or placed. Since this remaining life prediction is based on the environment and operation in which the image sensor 400 is actually placed or placed, it is possible to predict the remaining life more accurately than the life prediction by simulation. ..

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。 According to the embodiment of the present invention described above, the image sensor 400 is selected to be driven to extend the life of the image sensor 400 based on the remaining life information, so that the image sensor 400 has a faster useful life in simulation. The problem of reaching the end of life is solved.

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。 The image pickup device of this embodiment can be used, for example, for a camera installed in an area where it is difficult to replace the image pickup device. Such cameras include, for example, cameras installed in remote areas (disaster monitoring (volcanic disasters, meteorological disasters), spacecraft, artificial satellites (meteorological observation satellites, exploration satellites, space stations, etc.), space exploration robots, etc.). There are surveillance cameras installed in conflict areas. While it is not easy to replace the image pickup device at the end of its life, it is desired that these cameras continue to operate as the image pickup device. Therefore, when the predicted remaining life falls below the first life threshold, the operation of the image pickup device 400 is changed from the normal drive mode to the life extension drive mode. As a result, the remaining life of the operation of the image pickup apparatus can be extended while continuing the image pickup operation.

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。 Further, the image pickup device of this embodiment can be used for an in-vehicle camera as an example of an image pickup device mounted on a moving body. In an in-vehicle camera, even if the remaining life is less than the first life threshold, it is not easy to replace the image sensor 400 while driving. In such a case, it is useful to change the image pickup device 400 from the normal drive mode to the life extension drive mode to continue the image pickup operation and extend the life of the image pickup device 400.

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。 Further, the life prediction unit 109 may acquire the remaining life information in parallel with the imaging operation. For example, in the case of a camera such as a camera installed in a remote place or a surveillance camera that continuously shoots a moving image, the remaining life information is acquired by the life prediction unit 109 during the period during which the imaging operation is performed. To. This makes it possible to predict the remaining life of the image sensor 400 while continuing to shoot moving images. In other words, the life prediction unit 109 may acquire the remaining life information during the period during which the vertical scanning is performed. Further, the life prediction unit 109 may acquire the remaining life information during the period in which the photoelectric conversion unit accumulates the electric charge based on the incident light. Further, the life prediction unit 109 may acquire the remaining life information during the period when the column circuit 405 and the storage unit 407 are processing the pixel signal (for example, the period during which the AD conversion is performed). That is, after performing the imaging operation a plurality of times, the life prediction unit 109 may acquire the remaining life information in parallel with the period during which the imaging operation is performed.

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。 As described above, the image pickup device of the present embodiment has an effect that the life of the image pickup device can be extended while continuing the operation of the image pickup device even when the replacement of the image pickup element is not easy.

(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。
(Example 3)
The image pickup apparatus of this embodiment will be described focusing on the differences from the second embodiment. The image pickup apparatus of this embodiment can accurately obtain information on the remaining life of the image pickup device.

図8は、本実施例の撮像装置800を示した図である。 FIG. 8 is a diagram showing the image pickup apparatus 800 of this embodiment.

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。 The image pickup device 800 of the present embodiment is different from the image pickup device 450 shown in FIG. 5 in that it includes a state acquisition unit 812 and a life prediction unit 813 connected to the state acquisition unit 812.

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。
IdRATIO=ΔId/Id・・・(5)
A case where hot carrier injection (HC) is dominant as a factor of performance deterioration of the image pickup device 400 will be described. In this case, the remaining life of the image pickup device 400 is evaluated by the following equation (5), which is the ratio of the time change amount ΔId of the drain current to the drain current Id of the transistor when the image pickup device 400 starts operation as a new product. To.
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。 The state acquisition unit 812 measures the drain current Id of the transistor of the image pickup device 400. The measurement result is output to the life prediction unit 813. The life prediction unit 813 calculates the ratio of the change amount of the drain current Id of the known initial MOS transistor and the drain current Id of the latest MOS transistor.

ここで、式(5)でIdRATIO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IdRATIO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IdRATIO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。 Here, it is assumed that the time when the Id RATIO becomes 0.1, that is, 10% in the equation (5) is set as the life time of the image sensor 400. In this case, 10% is set as the threshold value of Id RATIO in the life prediction unit 813. The life prediction unit 813 predicts the remaining life of the image sensor 400 by comparing the threshold value of 10% with the actual Id RATIO .

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、IdRATIOの時間変化率を得ることにより、IdRATIO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。 As an example of the method of measuring the drain current Id of the transistor, a resistance element is provided in the state acquisition unit 812, one end of the resistance element is connected to the power supply voltage, and the other end of the resistance element is connected to the drain of the transistor of the image pickup element 400. do. Then, the voltage values of both terminals of this resistance element are measured. Thereby, the drain current can be measured by using the equation of V = IR (V is the voltage at both terminals of the resistance element, R is the resistance value of the resistance element, and I is the current value flowing through the resistance element). Then, by obtaining the time change rate of Id RATIO , it is possible to predict the period until Id RATIO reaches 10%, that is, the remaining life.

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。 As another method for acquiring the remaining life information, the change in the current consumption value consumed by the image sensor 400 may be measured. By measuring the change between the current consumption value consumed by the image pickup element 400 when it is new and the current consumption value at the time of measurement, the drain current Id of the transistor can be indirectly measured. Then, the remaining life can be predicted by obtaining the amount of time change of the current consumption value.

(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。
(Example 4)
The image pickup apparatus of this embodiment will be described focusing on the differences from the third embodiment. The configuration of the image pickup apparatus can be the same as that shown in FIG.

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。 In the image pickup apparatus of Example 3, the remaining life prediction was obtained by the change of the drain current Id. In this embodiment, other prediction methods will be described.

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。 In the semiconductor element and the image pickup element, as described in the first embodiment, the performance is deteriorated by HC, EM, TDDB, and negative NBTI. This deterioration in performance determines the life of the semiconductor element and the image pickup element.

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。 The life prediction regarding the performance deterioration due to HC is as described in Example 3.

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。 The life time LT (EM) due to EM as a factor of performance deterioration is obtained by the formula (1) described in Example 1.

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。 The life time LT (TDDB) due to TDDB as a factor of performance deterioration is obtained by the formula (2) described in Example 1.

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。 The life time LT (NBTI) due to NBTI as a factor of performance deterioration can be calculated by the formula (4) described in Example 1.

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。 Further, the life time LT (HC) due to HC as a factor of performance deterioration is obtained by the formula (3) described in Example 1. It can also be obtained by the formula (5) described in Example 3.

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。 The state acquisition unit 812 measures all or part of the equations (1) to (5) and calculates the life of the image sensor 400.

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。 In order to calculate the life time of the image pickup element 400 using the equations (1) to (5), the state acquisition unit 812 has a current density J of a current flowing through a transistor or a resistance element provided in the image pickup element 400, and a wiring temperature T. , The voltage value Vg applied to the gate of the transistor is measured.

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。 The method for obtaining the current density J can be the same as that in the third embodiment.

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。 As an example, the method for acquiring the wiring temperature T measures the current value flowing through a diode element (not shown) of the state acquisition unit 812. Since the current value flowing through the diode element generally has a temperature dependence, the temperature T can be obtained by measuring the current value.

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。 The voltage value Vg can be a gate voltage applied to the transistor whose life is predicted. As for the voltage value Vg, the design value may be used when the difference between the measured value and the design value is expected to be substantially negligible.

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。 In this way, the state acquisition unit 812 acquires each value used in the equations (1) to (5). The state acquisition unit 812 outputs each acquired value to the life prediction unit 813. That is, the state acquisition unit 812 acquires the temperature and the amount of current consumption of the image pickup device 400. The state acquisition unit 812 may further obtain information on the integrated operation time and the frame rate of the image pickup device 400.

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。 The life prediction unit 813 obtains the life of the image pickup device 400 by using all or a part of the equations (1) to (5). When the life prediction unit 813 predicts the life using a plurality of the formulas (1) to (5), the shortest life among the formulas used is set as the life of the image sensor 400.

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。 As described above, the life prediction unit 813 of this embodiment predicts the life based on the actual operating state of the image sensor 400. This makes it possible to predict the life with high accuracy.

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。 The life of the image pickup device 400 varies greatly depending on the usage environment. It varies depending on the temperature at which the image sensor 400 is placed, the number of images taken, and the applied voltage. For example, in the case of an in-vehicle camera, a low latitude area is placed at a high temperature of 80 ° C. or higher for a longer time than a high latitude area. In addition, the high latitude area takes longer to be placed in a low temperature of 0 ° C. or lower than the low latitude area. Therefore, the actual life of the image sensor 400 may be shorter than the design life. Therefore, by predicting the life based on the actual operation of the image sensor 400, it is possible to prevent the sudden stop of the operation of the image sensor 400 from occurring.

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。 In this embodiment, the state acquisition unit 812 and the life prediction unit 813 are provided outside the image sensor 400, but the state acquisition unit 812 and the life prediction unit 813 may be inside the image sensor 400. In particular, when the state acquisition unit 812 is provided on the same semiconductor substrate as the image pickup device 400, it is placed in the same operating environment as the image pickup device 400, so that more accurate life prediction can be performed.

(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。
(Example 5)
The image pickup apparatus of this embodiment will be described focusing on the differences from the fourth embodiment.

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。 FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the image pickup apparatus of this embodiment. The image pickup apparatus of this embodiment further has a memory unit 920 with respect to the image pickup apparatus of Example 4.

メモリ部920は、動作状態に関わる履歴情報を保持する。 The memory unit 920 holds history information related to the operating state.

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。 The life prediction unit 913 of this embodiment predicts the remaining life using the history information held by the memory unit 920 and the information output from the state acquisition unit 812, and generates the remaining life information. The history information is, for example, the integrated operation time of the image pickup device and the history of the image pickup mode of the image pickup device. The image pickup mode is a cycle (frame rate) at which the image pickup element 400 outputs an image signal, an image size, whether or not the focus detection function is executed, and the like.

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。 As an example of the operation, the history information that the memory unit 920 holds the remaining life predicted by the life prediction unit 913 using all or a part of the equations (1) to (5) as described in the fourth embodiment is used. Use to correct.

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IdRATIO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IdRATIOから、IdRATIOの経時的な変化を得る。このIdRATIOの経時的な変化から、IdRATIO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。 Further, as an example of another operation, the memory unit 920 holds the Id RATIO obtained by using the equation (5) each time the remaining life is predicted. Then, the life prediction unit 913 obtains the change over time of the Id RATIO from the Id RATIO at each time held in the memory unit 920. From this change over time of Id RATIO , the time when Id RATIO becomes 10% or more is predicted (that is, the remaining life is predicted). This makes it possible to predict the remaining life with higher accuracy.

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。 Further, the value stored in the memory unit 920 is not limited to the drain current Id of the transistor, and may be the value of all or a part of the equations (1) to (5).

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。 The memory unit 920 may be outside the image pickup apparatus 800. Further, it is desirable that the memory unit 920 is a non-volatile memory. When the memory unit 920 is provided outside the image pickup device 800, the manufacturing process of the image pickup device 800 and the memory section 920 can be separated. As a result, the restrictions on the manufacturing process of the image pickup apparatus 800 and the memory unit 920 can be reduced.

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。 As described above, the image pickup apparatus of this embodiment includes a memory unit 920 that holds history information related to the operating state. By predicting the remaining life using the history information held by the memory unit 920, the remaining life can be predicted with high accuracy.

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。 The image pickup apparatus described in the examples so far can be a laminated sensor in which a plurality of chips are laminated. For example, the pixel array 402 is arranged on the first chip, and the column circuit 405, the reference signal generation circuit 406, the storage unit 407, the counter circuit 408, the horizontal scanning circuit 409, the signal processing circuit 410, and the image pickup mode control unit 411 are arranged on the second chip. May be provided. In this case, the second chip may further include a life prediction unit 109. Further, the third chip provided with the signal processing unit for generating an image may be further laminated. In this case, the life prediction unit 109 may be provided on the third chip.

(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。
(Example 6)
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the imaging system 500 according to the present embodiment. The image pickup system 500 of this embodiment includes an image pickup device 200 to which any of the configurations of the image pickup devices described in each of the above-described embodiments is applied. Specific examples of the image pickup system 500 include a digital still camera, a digital camcorder, a surveillance camera, and the like. FIG. 10 shows a configuration example of a digital still camera to which the image pickup device of any of the above-described embodiments is applied as the image pickup device 200.

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。 The image pickup system 500 illustrated in FIG. 10 is for protecting the image pickup device 200, the lens 5020 for forming an optical image of a subject on the image pickup device 200, the aperture 504 for varying the amount of light passing through the lens 5020, and the lens 5020. Has a barrier 506. The lens 5020 and the aperture 504 are optical systems that collect light on the image pickup apparatus 200.

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。 The image pickup system 500 also has a signal processing unit 5080 that processes an output signal output from the image pickup apparatus 200. The signal processing unit 5080 performs a signal processing operation of performing various corrections and compressions on the input signal as necessary and outputting the signal. The signal processing unit 5080 may have a function of performing AD conversion processing on the output signal output from the image pickup apparatus 200. In this case, it is not always necessary to have an AD conversion circuit inside the image pickup apparatus 200.

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。 The image pickup system 500 further includes a buffer memory unit 510 for temporarily storing image data, and an external interface unit (external I / F unit) 512 for communicating with an external computer or the like. Further, the imaging system 500 includes a recording medium 514 such as a semiconductor memory for recording or reading imaging data, and a recording medium control interface unit (recording medium control I / F unit) 516 for recording or reading on the recording medium 514. Has. The recording medium 514 may be built in the image pickup system 500 or may be detachable.

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。 Further, the image pickup system 500 has an overall control / calculation unit 518 that performs various calculations and controls the entire digital still camera, and a timing generation unit 520 that outputs various timing signals to the image pickup device 200 and the signal processing unit 5080. Here, a timing signal or the like may be input from the outside, and the image pickup system 500 may have at least an image pickup device 200 and a signal processing unit 5080 that processes an output signal output from the image pickup device 200. The overall control / calculation unit 518 and the timing generation unit 520 may be configured to perform a part or all of the control functions of the image pickup apparatus 200.

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。 The image pickup apparatus 200 outputs an image signal to the signal processing unit 5080. The signal processing unit 5080 performs predetermined signal processing on the image signal output from the image pickup apparatus 200, and outputs the image data. Further, the signal processing unit 5080 uses the image signal to generate an image.

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。 By configuring the image pickup system by using the image pickup device by the image pickup device of each of the above-described embodiments, it is possible to realize an image pickup system capable of acquiring a higher quality image.

(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。
(Example 7)
The imaging system and the moving body of this embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 12.

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。 FIG. 11 is a schematic view showing a configuration example of an imaging system and a moving body according to the present embodiment. FIG. 12 is a flow chart showing the operation of the imaging system according to the present embodiment.

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。 In this embodiment, an example of an imaging system related to an in-vehicle camera is shown. FIG. 11 shows an example of a vehicle system and an imaging system mounted on the vehicle system. The image pickup system 701 includes an image pickup device 702, an image preprocessing unit 715, an integrated circuit 703, and an optical system 714. The optical system 714 forms an optical image of the subject on the image pickup apparatus 702. The image pickup apparatus 702 converts the optical image of the subject imaged by the optical system 714 into an electric signal. The image pickup device 702 is an image pickup device according to any one of the above-described embodiments. The image preprocessing unit 715 performs predetermined signal processing on the signal output from the image pickup apparatus 702. The function of the image preprocessing unit 715 may be incorporated in the image pickup apparatus 702. The image pickup system 701 is provided with at least two sets of an optical system 714, an image pickup device 702, and an image preprocessing unit 715 so that the output from each set of image preprocessing units 715 is input to the integrated circuit 703. It has become.

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。 The integrated circuit 703 is an integrated circuit for an imaging system application, and includes an image processing unit 704 including a memory 705, an optical ranging unit 706, a parallax calculation unit 707, an object recognition unit 708, and an abnormality detection unit 709. The image processing unit 704 performs image processing such as development processing and defect correction on the output signal of the image preprocessing unit 715. The memory 705 stores the primary storage of the captured image and the defect position of the captured pixel. The optical ranging unit 706 focuses the subject and measures the distance. The parallax calculation unit 707 calculates the parallax (phase difference of the parallax image) from the plurality of image data acquired by the plurality of image pickup devices 702. The object recognition unit 708 recognizes a subject such as a car, a road, a sign, or a person. When the abnormality detection unit 709 detects an abnormality in the image pickup apparatus 702, the abnormality detection unit 709 notifies the main control unit 713 of the abnormality.

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。 The integrated circuit 703 may be realized by specially designed hardware, may be realized by a software module, or may be realized by a combination thereof. Further, it may be realized by FPGA (Field Programmable Gate Array), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or the like, or may be realized by a combination thereof.

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。 The main control unit 713 controls and controls the operations of the image pickup system 701, the vehicle sensor 710, the control unit 720, and the like. A method in which the image pickup system 701, the vehicle sensor 710, and the control unit 720 each have a communication interface individually without having a main control unit 713, and each of them sends and receives a control signal via a communication network (for example, CAN standard). Can also be taken.

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。 The integrated circuit 703 has a function of receiving a control signal from the main control unit 713 or transmitting a control signal and a set value to the image pickup apparatus 702 by its own control unit. For example, the integrated circuit 703 transmits a setting for pulse-driving the voltage switch 13 in the image pickup apparatus 702, a setting for switching the voltage switch 13 for each frame, and the like.

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。 The image pickup system 701 is connected to the vehicle sensor 710, and can detect the traveling state of the own vehicle such as the vehicle speed, the yaw rate, and the steering angle, the environment outside the own vehicle, and the state of other vehicles / obstacles. The vehicle sensor 710 is also a distance information acquisition means for acquiring distance information from the parallax image to the object. Further, the image pickup system 701 is connected to a driving support control unit 711 that provides various driving support such as automatic steering, automatic cruising, and collision prevention function. In particular, regarding the collision determination function, collision estimation / collision presence / absence with other vehicles / obstacles is determined based on the detection results of the image pickup system 701 and the vehicle sensor 710. As a result, avoidance control when a collision is estimated and safety device activation in the event of a collision are performed.

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。 The image pickup system 701 is also connected to an alarm device 712 that issues an alarm to the driver based on the determination result of the collision determination unit. For example, when the possibility of a collision is high as the judgment result of the collision detection unit, the main control unit 713 controls the vehicle to avoid the collision and reduce the damage by applying the brake, releasing the accelerator, suppressing the engine output, and the like. conduct. The alarm device 712 warns the user by sounding an alarm such as a sound, displaying alarm information on a display unit screen of a car navigation system, a meter panel, or the like, or giving vibration to a seat belt or steering.

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。 In this embodiment, the surroundings of the vehicle, for example, the front or the rear, are photographed by the image pickup system 701. FIG. 11B shows an arrangement example of the image pickup system 701 when the image pickup system 701 images the front of the vehicle.

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。 The two image pickup devices 702 are arranged in front of the vehicle 700. Specifically, when the center line with respect to the advancing / retreating direction or the outer shape (for example, the vehicle width) of the vehicle 700 is regarded as an axis of symmetry, and the two image pickup devices 702 are arranged line-symmetrically with respect to the axis of symmetry, the vehicle 700 and the cover are covered. It is preferable for acquiring distance information with the object to be photographed and determining the possibility of collision. Further, it is preferable that the image pickup apparatus 702 is arranged so as not to obstruct the driver's field of view when the driver visually recognizes the situation outside the vehicle 700 from the driver's seat. The alarm device 712 is preferably arranged so that it can be easily seen by the driver.

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。 Next, the failure detection operation of the image pickup apparatus 702 in the image pickup system 701 will be described with reference to FIG. The failure detection operation of the image pickup apparatus 702 is performed according to steps S810 to S880 shown in FIG.

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。 Step S810 is a step for setting the start-up of the image pickup apparatus 702. That is, the setting for the operation of the image pickup device 702 is transmitted from the outside of the image pickup system 701 (for example, the main control unit 713) or the inside of the image pickup system 701, and the image pickup operation and the failure detection operation of the image pickup device 702 are started.

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。 Next, in step S820, a pixel signal is acquired from the effective pixel. Further, in step S830, the output value from the failure detection pixel provided for failure detection is acquired. The failure detection pixel includes a photoelectric conversion unit like the effective pixel. A predetermined voltage is written in this photoelectric conversion unit. The failure detection pixel outputs a signal corresponding to the voltage written in the photoelectric conversion unit. The steps S820 and S830 may be reversed.

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。 Next, in step S840, the non-determination of the expected output value of the failure detection pixel and the output value from the actual failure detection pixel is performed.

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。 If the expected output value and the actual output value match as a result of the non-determination in step S840, the process proceeds to step S850, it is determined that the imaging operation is normally performed, and the processing step proceeds to step S860. And migrate. In step S860, the pixel signal of the scanning line is transmitted to the memory 705 and primarily stored. After that, the process returns to step S820 and the failure detection operation is continued.

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。 On the other hand, if the expected output value and the actual output value do not match as a result of the non-determination in step S840, the processing step proceeds to step S870. In step S870, it is determined that there is an abnormality in the imaging operation, and an alarm is issued to the main control unit 713 or the alarm device 712. The alarm device 712 displays on the display unit that an abnormality has been detected. After that, in step S880, the image pickup apparatus 702 is stopped, and the operation of the image pickup system 701 is terminated.

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。 In this embodiment, an example in which the flowchart is looped for each line is illustrated, but the flowchart may be looped for each of a plurality of lines, or the failure detection operation may be performed for each frame.

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。 The alarm in step S870 may be notified to the outside of the vehicle via the wireless network.

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。 Further, in this embodiment, the control that does not collide with other vehicles has been described, but it can also be applied to the control that automatically drives following other vehicles and the control that automatically drives so as not to go out of the lane. .. Further, the image pickup system 701 can be applied not only to a vehicle such as a own vehicle but also to a moving body (moving device) such as a ship, an aircraft, or an industrial robot. In addition, it can be applied not only to moving objects but also to devices that widely use object recognition, such as intelligent transportation systems (ITS).

[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。
[Modification Example]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.

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。 For example, an example in which a partial configuration of any of the examples is added to another embodiment or an example in which a partial configuration of another embodiment is replaced is also an example of the present invention.

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。 In addition, the above-mentioned examples are merely examples of embodiment in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner by these examples. That is, the present invention can be carried out in various embodiments without departing from the technical idea or its main features.

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
100 Semiconductor element 101-103 Circuit block 105 Drive mode selection unit 109, 813, 913 Life prediction unit 150 Semiconductor device 400 Image sensor 402 Pixel array 411 Image sensor mode control unit 450 Image sensor 812 State acquisition unit 920 Memory unit

Claims (24)

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。
An image pickup device arranged over a plurality of rows and a plurality of columns, each having a plurality of pixels each having a photoelectric conversion unit, and performing an image pickup operation for reading a signal of each of the plurality of pixels, and information on the remaining life of the image pickup device. It has a life prediction unit to acquire,
The image sensor performs the image pickup operation a plurality of times, and the image sensor performs the image pickup operation a plurality of times.
The life prediction unit is an imaging device characterized in that the remaining life information is acquired after the plurality of imaging operations.
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。
The life prediction unit acquires the first information, which is the remaining life information, at the first time included in the period during which the plurality of imaging operations are performed.
The life prediction unit acquires the second information, which is the remaining life information, at the second time after the first time in the period.
The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the life prediction unit predicts the remaining life of the image pickup device from the first information and the second information.
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。
The life prediction unit acquires operation information indicating the operation state of the image sensor, and obtains operation information.
The imaging device according to claim 1 or 2, wherein the life prediction unit acquires the remaining life information using the operation information.
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。 The image pickup apparatus according to claim 3, wherein the operation information is the temperature of the image pickup element. 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 The image pickup apparatus according to claim 3, wherein the operation information is the integrated operation time of the image pickup element. 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 The image pickup apparatus according to claim 3, wherein the operation information is a current consumption amount of the image pickup element. 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 The image pickup apparatus according to claim 3, wherein the operation information is the frame rate of the image pickup element. 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。
The image pickup device has a memory unit that holds history information indicating the history of operation of the image pickup element.
The image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the life prediction unit corrects the remaining life information by using the history information.
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。 The image pickup apparatus according to claim 8, wherein the history information is information indicating an integrated operation time of the image pickup apparatus. 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
The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the remaining life information is acquired by using the following equation (1).
LT = A × J −n × exp (Ea / kT) ・ ・ ・ (1)
LT: Remaining life information, A: Coefficient, Ea: Activation energy, J: Current density of wiring, n: Current acceleration coefficient, k: Boltzmann constant, T: Temperature
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
The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the remaining life information is acquired by using the following equation (2).
LT = A x exp (-γVg x Vg) x exp (Ea / kT) ... (2)
LT: Remaining life information, Vg: Voltage applied to the gate of the transistor, γVg: Voltage acceleration coefficient
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
The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the remaining life information is acquired by using the following equation (3).
LT = A × Isub −m × exp (Ea / kT) ・ ・ ・ (3)
LT: Remaining life information, Isub: Current flowing through the semiconductor substrate, m: Substrate current-dependent coefficient, Ea: Activation energy, k: Boltzmann constant, T: Temperature
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×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
The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the remaining life information is acquired by using the following equation (4).
LT = A × Vg n × exp (Ea / kT) ・ ・ ・ (4)
LT: Remaining life information, A: Coefficient, Ea: Activation energy, k: Boltzmann constant, T: Temperature, n: Current acceleration coefficient
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。
The image pickup device includes a transistor and has a transistor.
The image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the life prediction unit acquires the remaining life information based on a time change amount of a drain current flowing through the transistor.
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。 The image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 14, wherein the life prediction unit acquires the remaining life information during a period in which the photoelectric conversion unit accumulates a charge based on incident light. .. 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。
It has a processing unit that processes signals from the pixels, and has a processing unit.
The imaging according to any one of claims 1 to 15, wherein the life prediction unit acquires the remaining life information during a period in which the processing unit processes a signal from the pixel. Device.
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。 The image pickup apparatus according to claim 16, wherein the processing by the processing unit is a processing for AD-converting a signal from the pixel. 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。
Further, a drive control unit for controlling the drive of the image pickup device is provided.
When the remaining life information indicates the first length, the drive control unit drives the image pickup device under the first condition.
When the remaining life information indicates a second length shorter than the first length, the drive control unit has a longer remaining life of the image pickup device than when the image pickup device is driven under the first condition. The image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 17, wherein the image pickup device is driven under the second condition.
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。
The image pickup device includes a scanning circuit that performs vertical scanning for scanning the plurality of pixels row by row.
The first condition is a condition for performing the vertical scanning the first number of times per unit time.
The image pickup apparatus according to claim 18, wherein the second condition is a condition for performing the vertical scanning a second number of times less than the first number of times per unit time.
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。
When the drive control unit drives the image sensor under the first condition, the life prediction unit acquires the remaining life information at the first interval.
When the drive control unit drives the image pickup device under the second condition, the life prediction unit is characterized in that it acquires the remaining life information at a second interval shorter than the first interval. The image pickup apparatus according to claim 18 or 19.
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。
The first condition is a condition in which the operating frequency of the image pickup device is set to the first frequency.
The imaging according to any one of claims 18 to 20, wherein the second condition is a condition in which the operating frequency of the image pickup device is a second frequency lower than the first frequency. Device.
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。
The first condition is a condition in which the power supply voltage supplied to the image pickup device is the first voltage.
One of claims 18 to 21, wherein the second condition is a condition in which the power supply voltage supplied to the image pickup device is a second voltage having an absolute value smaller than that of the first voltage. The image pickup device according to the section.
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。 An image pickup system comprising the image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 22 and a signal processing unit for processing a signal output by the image pickup apparatus. 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。
A moving body having the image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 22.
A moving body having a control unit for controlling the movement of the moving body.
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