JP4818112B2 - 固体撮像装置、カメラ、自動車および監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、入射光量に応じた信号を生成する複数の光電変換部と、各光電変換部で生成された信号を読み出す複数の読み出し部と、読み出し部から伝送経路を介して伝送される信号を出力する出力部とを備える固体撮像装置、カメラ、自動車および監視装置に関する。

近年、固体撮像装置の微細化が進み画素数が大きく増加し、微細化とともに信頼性の向上も必要とされてきている。

固体撮像素子の信頼性を検査する検査装置について、例えば特許文献１に開示されている。この検査装置は、ウェハ上の固体撮像素子にプローブを当てて回路各部を検査するように構成されている。
特開２００１−８２３７号公報

ところで、例えば固体撮像装置が車載される場合など、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどと比べて使用環境が極めて厳しい場合や、長期間の耐用年数が要求される場合には、かなり高い品質レベルが要求される。この要求に応えて品質レベルを満足させることは非常に困難であり、高コスト化が避けられないという問題がある。

本発明は、使用環境が厳しい場合や長い耐用年数が要求される場合にコストをかけずに品質レベルを容易に維持することができる固体撮像装置、カメラ、自動車および監視装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の固体撮像装置は、入射光量に応じた信号を生成する複数の光電変換手段と、前記各光電変換手段で生成された信号を読み出す複数の読み出し手段と、前記各読み出し手段により読み出された信号を伝送する伝送経路と、前記各読み出し手段から伝送経路を介して伝送される各信号を出力する出力手段と、一定の基準信号を生成する生成手段とを備え、前記基準信号は、前記伝送経路の少なくとも一部分を介して、前記出力手段から出力されることを特徴とする。

この構成によれば、出力された基準信号のレベルをチェックすることにより、伝送経路の異常など固体撮像装置の故障を容易に検出することができる。そのため、出荷後に固体撮像装置の故障が検出された場合に、当該固体撮像装置を備えるシステムにおいて、故障した固体撮像装置を新たな固体撮像装置に交換することによって品質レベルを回復できるので、システムが厳しい使用環境下に置かれていても長い耐用年数を満足させることができる。このように、固体撮像装置の製品寿命がシステムよりも短くても、システムとして要求される耐用年数を満足させることができ、厳しい使用環境下であっても交換により品質レベルを容易に維持することができる。

ここで、前記一定の基準信号は第１レベルと第２レベルの間の固定レベルであり、第１レベルは入射光量がゼロのとき光電変換手段に生成される信号のレベルであり、第２レベルは前記光電変換手段に生成される前記第1レベルより高い信号のレベルであってもよい。

この構成によれば、基準信号は例えば第１レベルと第２レベルの中間値などでよく、光電変換手段に生成される信号レベルの範囲内であるので、出力手段の定格を変更することなく出力することができ、出力手段のコストアップを回避することができる。

ここで、前記固体撮像装置は、さらに、前記出力手段から出力された基準信号が、正常とされる上限値と下限値との範囲内にあるか否かを判定し、範囲外である場合に検知信号を出力する判定手段を備えるようにしてもよい。

この構成によれば、検知信号により故障であることを出力するので、故障した固体撮像装置を新たな固体撮像装置に交換することを容易に促すことができる。

ここで、前記複数の光電変換手段は行列状に配置され、前記伝送経路は、前記光電変換手段の各列に対応して設けられ、対応する列の光電変換手段から読み出された信号電荷を転送する複数の垂直転送手段と、前記複数の垂直転送手段から転送された信号電荷を転送する水平転送手段とを含み、前記基準信号は、少なくとも１つの垂直転送手段部と水平転送手段を介して前記出力手段から出力されるようにしてもよい。

この構成によれば、前記基準信号が伝送される少なくとも１つの垂直転送手段と水平転送手段の何れかの箇所で動作不良を起こしている場合に、故障を容易検知することができる。

ここで、前記生成手段は何れかの光電変換手段に前記基準信号に対応する基準電荷を注入するようにしてもよい。

この構成によれば、さらに、光電変換手段の動作不良、光電変換手段の読み出し不良という故障も検出することができる。

ここで、前記生成手段は水平転送手段の最上流付近に接続される垂直転送手段の最上流付近の光電変換手段に前記基準信号に対応する基準電荷を注入するようにしてもよい。

この構成によれば、基準信号は伝送経路のうち最長経路に伝送されるので、少なくとも最長経路の何れかの箇所で生じた動作不良を検出することができる。しかも前記生成手段の回路規模を最小限にすることができる。

ここで、前記生成手段は各垂直転送手段の最上流付近の光電変換手段に前記基準信号に対応する基準電荷を注入するようにしてもよい。

この構成によれば、基準信号は伝送経路の全ての経路に伝送されるので、伝送経路の全ての箇所において、動作不良を検出することができる。言い換えれば、生成手段の回路規模が大きくなる反面、全ての経路について動作不良を検出できる。

ここで、前記生成手段は複数の垂直転送手段のうちの少なくとも１つの垂直転送手段に対して、その最上流付近に前記基準信号に対応する基準電荷を注入するようにしてもよい。

ここで、前記生成手段は水平転送手段の最上流付近に接続される垂直転送手段に対して、その最上流付近に前記基準信号に対応する基準電荷を注入するようにしてもよい。

この構成によれば、基準信号は伝送経路のうち１つの垂直転送手段と水平転送手段からなる最長の経路に伝送されるので、少なくとも最長経路の何れかの箇所で生じた動作不良を検出することができる。しかも前記生成手段の回路規模を最小限にすることができる。

ここで、前記生成手段は各垂直転送手段に対して、それらの最上流付近に前記基準信号に対応する基準電荷を注入するようにしてもよい。

この構成によれば、基準信号は伝送経路のうちほぼ全ての経路に伝送されるので、伝送経路の全ての箇所において、動作不良を検出することができる。言い換えれば、生成手段の回路規模が大きくなる反面、ほぼ全ての経路について動作不良を検出できる。

ここで、前記生成手段は複数の垂直転送手段のうちの少なくとも１つの垂直転送手段に対して、それらの最上流付近の光電変換手段に前記基準信号に対応する基準電荷を注入するように構成してもよい。

この構成によれば、基準信号は伝送経路のうち、上記の光電変換手段と少なくとも１つの垂直転送手段と水平転送手段とからなる経路に伝送されるので、光電変換手段を含む当該経路の何れかの箇所で生じた動作不良を検出することができる。しかも前記生成手段の回路規模を最小限にすることができる。

ここで、前記複数の光電変換手段は行列状に配置され、前記伝送経路は、前記光電変換手段の一の行を選択する行選択手段と、前記光電変換手段の一の列を選択する列選択手段と、選択された行かつ選択された列の光電変換手段から読み出された信号を伝送する列毎の出力線とを含み、前記基準信号は、何れかの出力線を介して前記出力手段から出力されるようにしてもよい。

この構成によれば、前記基準信号が伝送される少なくとも１つの出力線を含む経路の何れかの箇所で動作不良を起こしている場合に、故障を容易検知することができる。

ここで、前記生成手段は何れかの光電変換手段に前記基準信号に対応する基準電荷を注入するようにしてもよい。

この構成によれば、さらに、光電変換手段の動作不良、光電変換手段の読み出し不良という故障も検出することができる。

ここで、前記生成手段は、最後に選択される行かつ最後に選択される列に位置する光電変換手段に前記基準信号に対応する基準電荷を注入するようにしてもよい。

この構成によれば、基準信号は最後に選択される光電変換素子に与えられるので、行選択手段および列選択手段による走査が最後まで正常である場合にのみ基準信号が出力され、正常な走査を確認した後に動作不良を検出することができる。しかも前記生成手段の回路規模を最小限にすることができる。

ここで、前記生成手段は少なくとも１つの出力線の最上流付近の光電変換手段に前記基準信号に対応する基準電荷を注入するようにしてもよい。

この構成によれば、基準信号は出力線の最上流付近の光電変換手段に与えられるので、出力線の何れかの箇所における動作不良を検出することができる。また、１つの出力線の最上流付近の光電変換手段に基準電荷を注入する場合には、生成手段の回路規模を最小限にすることができる。逆に、全ての出力線の最上流付近の光電変換手段に基準電荷を注入する場合には、生成手段の回路規模は大きくなるが、全ての出力線について動作不良を検出できる。

ここで、前記基準信号が与えられる光電変換手段は遮光されていてもよい。

この構成によれば、固体撮像装置を有するシステムがメカニカルシャッターを備えていない場合でも基準信号を正しく出力することができる。

ここで、前記固体撮像装置は、さらに、前記判定手段から検知信号が出力された場合、外部に故障を警告する警告手段を備えるようにしてもよい。

この構成によれば、警告により迅速に固体撮像装置の交換を促すことができる。

ここで、前記判定手段は、検知信号を出力した場合、前記固体撮像装置の一部分への電源供給を停止するよう電源部に指示するようにしてもよい。

この構成によれば、故障した固体撮像装置にいつまでも電源を供給することにより生じ得る二次的な動作不良を防止することができる。

ここで、前記固体撮像装置は、さらに、前記複数の光電変換手段への入射光を制御するシャッタ手段と、前記シャッタ手段を遮光するように制御し、かつ、前記複数の光電変換手段のそれぞれに前記基準信号を注入するよう前記生成手段を制御する制御手段とを備えるようにしてもよい。

この構成によれば、複数の光電変換手段のそれぞれについて故障と、複数の光電変換手段のそれぞれから出力手段までの伝送経路の異常とを検出することができる。言い換えれば、受光面における遮光膜を有する光学的黒領域だけでなく遮光膜を有しない有効画素領域も含めて、１００％近くの故障検出率を得ることができる。

ここで、前記制御手段は、固体撮像装置の電源オン直後、電源オフ直前の少なくとも一方のタイミングで、遮光するよう前記シャッタ手段を制御し、かつ前記基準信号を注入するよう前記生成手段を制御するようにしてもよい。

この構成によれば、電源オンから撮像開始までの時間遅れが生じるが、起動直前の故障も検出でき、また、撮像中に生じた故障も検出できるのでユーザにとって効率がよい。

ここで、前記固体撮像装置は車載され、前記制御手段は、車速がしきい値以下のときに少なくとも一度は、遮光するよう前記シャッタ手段を制御し、かつ前記基準信号を注入するよう前記生成手段を制御するようにしてもよい。

この構成によれば、しきい値以下の低速時に撮像が一瞬中断してしまうものの、走行中や停車時に生じた故障を早期に発見することができる。

ここで、前記制御手段は、定期的に遮光するよう前記シャッタ手段を制御し、かつ前記基準信号を注入するよう前記生成手段を制御するようにしてもよい。

この構成によれば、周期的に撮像が一瞬中断してしまうものの、故障の発生から一定時間以内に故障を必ず発見することできる。

ここで、前記生成手段は、前記複数の光電変換手段に対応する複数の基準信号発生手段と、前記複数の光電変換手段に対応する複数の選択手段とを備え、前記固体撮像装置は、撮像に際して選択手段を制御する選択制御手段を備え、各基準信号発生手段は、前記基準信号を発生し、各選択手段は、光電変換手段と前記読み出し手段の間に設けられ、光電変換手段により生成された信号と基準信号発生手段により発生された基準信号のうち一方を選択するようにしてもよい。

この構成によれば、複数の光電変換手段を遮光する必要がなく、撮像の直前、直後など撮像に際して選択手段が基準信号を選択することにより、各選択手段から、それに対応する読出し手段および伝送経路を介して出力手段までに到る経路に故障があるかないかを検出することができる。

ここで、前記選択制御手段は、光電変換手段により生成された信号と基準信号発生手段により発生された基準信号とを所定数ずつ交互に選択するよう選択手段を制御するようにしてもよい。

この構成によれば、有効画素領域のうちの所望の領域について映像信号処理を、他の領域について故障検出を1回の撮像時に行うことができる。所望の領域についてのシステム設計の自由度を高くすることが可能である。また撮像と同時に、各選択手段から、それに対応する読出し手段および伝送経路を介して出力手段までに到る経路に故障があるかないかを検出することができる。

ここで、前記所定数は、１、１行に相当する光電変換手段の数、１行に相当する光電変換手段の数の倍数、１列に相当する光電変換手段の数、１列に相当する光電変換手段の倍数、前記複数の光電変換手段の数、および、前記複数の光電変換手段の数の倍数の何れかであってもよい。

この構成によれば、撮像と同時に、各選択手段から、それに対応する読出し手段および伝送経路を介して出力手段までに到る各経路に故障があるかないかを検出することができる。

ここで、複数の基準信号発生手段の個数と前記複数の光電変換手段数の個数はほぼ同じであり、各選択手段に対して１つの前記基準信号発生手段に接続されるようにしてもよい。

この構成によれば、受光面における遮光膜を有する光学的黒領域だけでなく遮光膜を有しない有効画素領域も含めて、１００％近くの故障検出率を得ることができる。

ここで、複数の基準信号発生手段の個数は前記複数の光電変換手段数の個数より少なく、少なくとも１つの前記基準信号発生択手段は、２つ以上の選択手段に接続されるようにしてもよい。

この構成によれば、１００％近くの故障検出率を得ることができ、かつ、回路規模の増加を押さえることができる。

ここで、各基準信号発生択手段は、Ｎ（Ｎは２以上）個の選択手段に接続されるようにしてもよい。

この構成によれば、選択手段のＮ個あたり１つの基準信号発生手段を共用することにより回路規模の増加を押さえることができる。

ここで、前記選択制御手段は、前記基準信号を選択手段に選択させないで光電変換手段により生成された信号を選択手段に選択させて撮像する第１動作と、前記基準信号と光電変換手段によって生成された信号とを所定数ずつ交互に選択手段に選択させて撮像する第２動作と選択的に制御するようにしてもよい。

この構成によれば、撮像動作と故障検出動作とを兼用することができ、故障を早期に発見することができる。

ここで、前記選択制御手段は、前記第１動作と、前記第２動作とで同じ速度の動作クロックを用いるようにしてもよい。

この構成によれば、動作クロックの高速化する必要がなく、撮像動作と故障検出動作とを兼用することができる。

ここで、前記選択制御手段は、前記第２動作において前記第１動の動作クロックよりも速い動作クロックを用いるようにしてもよい。

この構成によれば、動作クロックの高速化が可能な固体撮像装置では、撮像動作と故障検出動作とを兼用することができ、しかも、通常の撮像動作と同等のフレームレートを得ることができる。

ここで、前記選択制御手段は、さらに、前記基準信号を選択手段に選択させ光電変換手段により生成された信号を選択手段に選択させないで撮像する第３動作を選択的に制御するようにしてもよい。

この構成によれば、撮像とは無関係に、故障検出動作をすることができる。

ここで、前記複数の基準信号発生手段は、基準信号として第１固定レベルを発生する第１信号発生手段と、基準信号として第２固定レベルを発生する第２信号発生手段を含み、第１信号発生手段と第２信号発生手段は、規則的に配列されるようにしてもよい。

この構成によれば、２種類の基準信号により故障検出動作をするので、たまたま第１または第２固定レベルと同じレベルに固定されてしまう故障も検出することができる。

ここで、第１信号発生手段および第２信号発生手段は、前記光電変換手段の行方向に規則的に配列されるようにしてもよい。

この構成によれば、２種対の基準信号により故障検出動作をするので、たまたま第１または第２固定レベルと同じレベルになってしまう故障をも検出することができる。

ここで、第１信号発生手段および第２信号発生手段は、前記光電変換手段の列方向に規則的に配列されるようにしてもよい。

この構成によれば、画素部の読出し順が行方向の順である場合に、より確実に故障を検出することができる。

ここで、前記固体撮像装置は、さらに、前記出力手段から出力された基準信号が、前記第１固定レベルとして正常とされる上限値と下限値との範囲内にあるか否かを判定する第１判定手段と、前記出力手段から出力された基準信号が、前記第２固定レベルとして正常とされる上限値と下限値との範囲内にあるか否かを判定する第２判定手段と、第１信号発生手段および第２信号発生手段の配列規則と第１および第２判定手段による判定結果とに基づいて、異常である場合に検知信号を出力する異常判定手段とを備えるようにしてもよい。

また、本発明のカメラは、Ｍ（Ｍは２以上）個の上記固体撮像装置と、前記Ｍ個の固体撮像装置から出力される基準信号に基づいて故障を判定する判定手段と、Ｍ個の固体撮像装置のうちｍ（ｍは１以上）個の固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理手段と、前記ｍ個の固体撮像装置の何れかが故障と判定されたとき、信号処理手段への出力元として、故障と判定された固体撮像装置から故障と判定されていない固体撮像装置へ切り換える切換制御手段とを備える。

この構成によれば、故障が検出された場合に即座に復旧することができ、ユーザが修理を依頼して、使用できないことを余儀なくされる期間を解消することができる。

ここで、前記切換制御手段は、前記ｍ個の固体撮像装置以外の固体撮像装置を非動作状態にし、前記ｍ個の固体撮像装置の何れかが故障と判定されたとき、故障と判定された固体撮像装置を非動作状態に変更し、故障と判定されていない固体撮像装置を動作状態に変更するようにしてもよい。

ここで、前記切換制御手段は、固体撮像装置への電源供給を制御することによって、動作状態と非動作状態とを変更するようにしてもよい。

ここで、前記切換制御手段は、固体撮像装置への駆動信号を制御することによって、動作状態と非動作状態とを変更するようにしてもよい。

ここで、前記切換制御手段は、Ｍ個の固体撮像装置への電源を常時供給状態にし、かつ固体撮像装置への駆動信号を開始または停止することによって、動作状態と非動作状態とを変更するようにしてもよい。

この構成によれば、電源を常時供給状態にすることにより、非動作状態から動作状態への切り換えを高速にすることができる。

ここで、前記切換制御手段は、固体撮像装置への駆動信号のレベルを固定することによって、動作状態から非動作状態に変更するようにしてもよい。

ここで、前記カメラは、さらに、入射光を２つ以上の固体撮像装置に分配する少なくとも１つの光学系を備えるようにしてもよい。

また、本発明のカメラ、自動車、監視装置についても上記と同様の手段を有する。

本発明の固体撮像装置によれば、出力された基準信号によって伝送経路の異常など固体撮像装置の故障を容易に検出することができる。そのため、出荷後に固体撮像装置の故障が検出された場合に、当該固体撮像装置を備えるシステムにおいて、故障した固体撮像装置を新たな固体撮像装置に交換することによって品質レベルを回復できるので、システムが厳しい使用環境下に置かれていても長い耐用年数を満足させることができる。このように、固体撮像装置のライフサイクルがシステムよりも短いとしても、システムとして要求される耐用年数を満足させることができ、厳しい使用環境下であっても交換により品質レベルを容易に維持することができる。

また、コストアップを回避し、故障した固体撮像装置を新たな固体撮像装置に交換することを容易に促すことができる。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１におけるカメラシステムの構成を示すブロック図である。同図のカメラシステムは、ｎ個のカメラ１０１〜１０ｎ、表示部２０、表示制御部３０、電源部４０を備える。各カメラは、固体撮像素子１１、駆動部１２、信号処理部１３、判定部１４を備える。

固体撮像素子１１は、駆動部１２から供給される各種駆動信号に従って複数画素の信号を出力する。複数画素の信号には、動作不良の検知つまり故障の判定に用いられる一定レベルの基準信号も含まれる。駆動部１２は、各種駆動信号を出力することによって固体撮像素子１１を駆動する。信号処理部１３は、固体撮像素子１１から出力される複数画素の信号から画像を生成する。判定部１４は、固体撮像素子１１から出力される基準信号のレベルが妥当か否かを判定することにより、伝送経路の異常など固体撮像固体撮像素子１１の故障を検知する。このようにカメラ１０１は、固体撮像素子１１が故障した場合にその旨を示す検知信号を出力する。他のカメラについても同様に構成されている。

表示部２０は、各カメラからの画像を適宜表示し、何れかのカメラから故障したことを示す検知信号が入力された場合には、当該カメラが故障したこと、および当該カメラを点検または交換すべきことを促すメッセージを表示する。

表示制御部３０は、表示部２０の表示を制御し、特に、ｎ台のカメラからの検知信号の有無を監視し、何れかのカメラから検知信号が入力された場合には、表示部２０に上記のメッセージを表示させ、また、車内のスピーカからのメッセージ出力や警告ランプの点灯や点滅によって、カメラが故障したことを警告することによって点検や交換を促す。

電源部４０は、何れかのカメラから検知信号が入力された場合には、当該カメラの固体撮像素子１１および駆動部１２への電源供給を停止する。これにより故障した固体撮像素子１１による不定な動作により正常な部分まで悪影響を受けることを防止するためである。

図２Ａ〜図２Ｃは、図１のカメラシステムが自動車に搭載される場合の、カメラの車載位置の一例を示す側面図、正面図、上面図である。図２Ａ〜図２Ｃでは、図１に示したカメラ１０１〜１０ｎが８個のカメラ１０１〜１０８である場合に、カメラ１０１〜１０８の車載位置ｃ１〜ｃ８を例示している。カメラ１０１〜１０８の車載位置は、右ドアミラーの下部または前部ｃ１、左ドアミラーの下部または前部ｃ２、フロントバンパー右ｃ３、フロントバンパー左ｃ４、リアバンパー右ｃ５、リアバンパー左ｃ６、ルームミラー位置ｃ７、リアガラスの上部中央付近ｃ８などである。これ以外に、フロントバンパーのセンター、ルーフ前方の右、左またはセンターなど、運転手の死角となる場所や監視対象などを撮像可能であればどの位置でもよい。

図３は、図１に示した固体撮像素子１１の構成を示すブロック図である。図３において固体撮像素子１１は、複数の画素部と、前記画素部の各列に対応して設けられ、対応する列の画素部から読み出された信号電荷を転送する複数の垂直転送部２と、複数の垂直転送部２から転送された信号電荷を転送する水平転送部３と、水平転送部３から出力される信号電荷を電圧信号に変換する出力アンプ４とを備える。

複数の画素部は３種類の画素部からなる。図中のＰと表記された複数の画素部Ｐ１は、遮光されていない通常の画素部であり、入射光量に応じた信号を生成する。Ｂと表記された複数の画素部Ｂ１は、画素部Ｐ１と同じ構造であるが遮光されていることから、いわゆる光学的黒画素を出力する。Ｓと表記された複数の画素部Ｓ１は、画素部Ｐ１と同じ構造に加えて基準電荷注入部が付加されており、遮光されていることから基準電荷を出力する。この基準電荷は、出力アンプ４を介して出力されると上記の基準信号となる量の電荷である。図３では、画素部Ｂ１と画素部Ｓ１とが遮光されているが、カメラがメカニカルシャッターを有する場合、画素部Ｓ１は遮光されなくてもよい。また、図３では、基準電荷注入部を有する画素Ｓ１が、全ての垂直転送部２の最上流の画素位置として設けられている。これにより、基準信号が伝送経路の全ての経路に伝送されるので、伝送経路のどの箇所が動作不良になっても容易に検出することができる。ただ、この場合基準電荷注入部を一行分の画素Ｓ１が備える点で回路規模が大きくなる。また、基準電荷注入部を有する画素Ｓ１は、水平転送部３の最上流に接続される垂直転送２における最上流にだけ設けてもよい。この場合、基準信号は伝送経路のうち１つの垂直転送部２と水平転送３からなる最長の経路に伝送されるので、少なくとも最長経路の何れかの箇所で生じた動作不良や、基準信号が最後に出力されるのでそれまでに生じる動作不良を検出することができる。しかも基準電荷注入部の回路規模を最小限にすることができる。また、画素Ｓ１は、何れか少なくとも１つの垂直転送部２に設けるようにしてもよい。

図４は、画素部Ｐ１の信号電荷に対応する出力アンプ４の出力波形を示す図である。同図では画素部Ｐ１の信号電荷が飽和したときの最大レベルの出力波形を示しているが、画素部Ｐ１の信号による信号レベルは入射光量に応じてゼロから最大レベルまでの値をとり得る。

図５は、画素部Ｂ１の信号電荷に対応する出力アンプ４の出力波形を示す図である。同図において画素部Ｂ１の信号電荷はほぼゼロなので、出力波形の信号レベルもほぼゼロになる。

図６Ａは、画素部Ｓ１に対応する出力波形を示す図である。同図において画素部Ｓ１の信号電荷は基準信号発生部から注入される。この出力波形は、基準信号の信号レベルであり、ゼロと最大レベルとの中間値となるように、基準信号発生部から注入される電荷量が定められている。

図６Ｂ、図６Ｃは、画素部Ｓ１に対応する故障時の出力波形を示す図である。図６Ｂの出力波形は基準信号の信号レベルよりも小さく、図６Ｃの出力波形は基準信号の信号レベルよりも大きくなっている。どちらの例も基準信号が、画素部Ｓ１から出力アンプ４まで正常に伝送されていないことを意味する。つまり、画素部Ｓ１から出力アンプ４までの伝送経路の何れかの箇所が動作不良になっていて、故障していると考えられる。

図７は、判定部１４の詳細な構成例を示すブロック図である。同図において判定部１４は、コンパレータ１５、１６とオア回路１７とを備える。入力信号は画素部Ｓ１に対応する出力アンプ４からの信号である。コンパレータ１５は、入力信号と上限値ＴｈＨとを比較し、入力信号が上限値より大きければ１を出力する。コンパレータ１６は、入力信号と下限値ＴｈＬとを比較し、入力信号が下限値より小さければ１を出力する。オア回路１７は、入力信号が上限値ＴｈＨと下限値ＴｈＬとの範囲外であれば１を出力する。この出力信号は故障があることを示す検知信号である。

図８は、画素部Ｓ１の詳細な構成を示すブロック図である。同図は画素部Ｓ１と垂直転送部２と、画素部Ｓ１から垂直転送部２への電荷を読み出す読み出しゲートＲＧとを図示している。画素部Ｓ１ではフォトダイオードＰＤに、ＩＳ電極とＩＧ電極とが付加されている。ＩＳ電極は、注入電荷を供給するための電極であり、図９に示すように電圧ＶＨから電圧ＶＭに変化する負のパルスが印加される。ここで電圧ＶＨは電圧ＶＭよりも高い電圧である。ＩＧ電極は、ＩＳ電極から供給される注入電荷を一定の電荷量に揃えるための電極であり、図９に示すように常に一定の電圧が印加される。

図９は、画素部Ｓ１における電荷を注入する場合のＩＳ電極とＩＧ電極の電圧を示すタイムチャート図である。また、図１０は、電極ＩＳ、電極ＩＧおよびフォトダイオードの電位を示す図である。図１０において区間Ａ、Ｂは図８のＩＳ電極の幅Ａ、ＩＧ電極の幅Ｂに対応する。区間Ｂより右側はフォトダイオードＰＤにおける基板表面から基板深さ方向の電位を示す。なお基板には基板バイアス電圧ＶＳＵＢが印加されており、フォトダイオードＰＤにおいて電位のＯＢＦ（オーバフローバリア）が形成されている。図９および図１０の初期状態（通常状態）の区間Ｉでは、ＩＧ電極の電位がＩＳ電極の電位よりも高いので電荷は注入されない。基準信号注入の区間IIでは、ＩＧ電極の電位がＩＳ電極の電位よりも低いのでＩＳ電極からフォトダイオードＰＤに電荷が注入される。次の区間IIIでは、フォトダイオードＰＤに注入された電荷が蓄積されている。区間IVでは、読み出しゲートＲＧに（電圧ＶＭからＶＨへの）高電圧パルスが印加されることによって、画素部Ｓ１から垂直転送部２への読み出しゲートＲＧを介して電荷が読み出されている。

このようにして画素部Ｓ１のフォトダイオードＰＤにＩＳ電極から電荷が注入され、さらに垂直転送部２に読み出される。なお、図１０では、フォトダイオードＰＤに飽和電荷量の電荷が注入されているが、ＩＧ電極の電位をＯＢＦのピークよりも低い電位に設定することにより、電荷ゼロから飽和電荷量の中間値など注入電荷量を任意に設定することができる。

また、図１０の画素部Ｓ１への電荷注入は、通常の固体撮像素子１１の撮像モードにおいて実行してもよいし、基準信号の読み出しのみを行うモードで行ってもよい。これらは駆動部１２により駆動される。

図１１は、表示部２０による表示例を示す図である。同図は、何れかのカメラから故障であることを示す検知信号が出力された場合の、表示部２０の表示例である。同図では、自動車の絵と共に故障したカメラを示すアイコンと、「カメラ２が異常です。点検をお願いします。」という警告メッセージとが表示されている。このとき、故障したカメラを示すアイコンは点滅表示したり、目立つ色で表示してもよい。また警告メッセージを音声出力してもよい。警告ランプを点灯または点滅させてもよい。また、表示部２０はカーナビゲーションシステムのディスプレイと兼用でもよい。

図１２は、カメラシステムの変形例を示すブロック図である。同図では、カメラシステムが家庭における監視装置として適用されている。カメラの設置箇所ｃ１１は天井であり、このカメラは撮像エリアを３６０度確保するために回転可能になっている。これにより介護を要する人を監視することができる。カメラの設置箇所ｃ１２は玄関の上である。カメラの設置箇所ｃ１２は窓や風呂場の上である。その他接地箇所は、屋根、屋根裏、床下などでもよく、防犯を強固にすることができる。

なお、監視装置は、家庭に限らず企業のビル、駅舎、学校、役所などでも当然に適用できる。

なお、本実施の形態では、水平転送部３の最上流に接続される垂直転送２における最上流にだけ基準電荷注入部を設けたが、これは最上流付近に設けていればよい。

また、水平転送部３の転送段数が１０００段の場合、最上流から数十段程度までに基準電荷注入部を設けるようにしても本実施の形態と同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
本実施の形態におけるカメラシステムの構成は、図１とほぼ同様であるが、固体撮像素子１１の代わりに図１３に示す固体撮像素子２１を備える点が異なる。以下、同じ点は説明を省略して異なる点を中心に説明する。

図１３は、実施の形態２における固体撮像素子２１の構成を示すブロック図である。同図の固体撮像素子１１は、図３に示した固体撮像素子１１と比較して、新たに基準信号発生部５を備える点と、全ての画素部Ｓ１の代わりに画素部Ｂ１を備える点とが異なる。

基準信号発生部５は、各垂直転送部２に対して、それらの最上流段に基準信号に対応する基準電荷を注入する。これにより画素部Ｓ１の電荷注入部は不要になる。基準信号発生部５は、図８に示したＩＳ電極およびＩＧ電極を有し、複数の垂直転送部２に対して同時に基準電荷を注入する。また、基準信号発生部５の詳細は、例えば特開２００４−３６４２３５号公報（図３）に開示されている。

この構成によれば、基準電荷の注入は画素部ではなく垂直転送部２になされる。基準電荷は伝送経路のうち画素部を除く全ての経路に伝送されるので、伝送経路の全ての箇所において、動作不良を検出することができる。

なお、基準信号発生部５は、何れか１つの垂直転送部２に基準電荷を注入してもよい。この場合基準信号発生部５の回路規模を低減することができる。また、基準信号発生部５は、水平転送部３の最上流に接続される垂直転送部２に対して基準電荷を注入するようにしてもよい。

また、上記図８および図１３において、基準信号を発生させる基準電荷の注入量にばらつきを生じても、Vsubをコントロールすることによって一定の信号レベルを容易に維持・出力することが可能である。

（実施の形態３）
本実施の形態におけるカメラシステムの構成は、図１とほぼ同様であるが、固体撮像素子１１の代わりに図１４に示す固体撮像素子３１を備える点が異なる。以下、同じ点は説明を省略して異なる点を中心に説明する。

図１４は、実施の形態３における固体撮像素子３１の構成を示すブロック図である。同図の固体撮像素子３１は、行列状に配置された複数の光電変換部と、光電変換部の行を順に選択する垂直走査部６と、光電変換部の列を順に選択する水平走査部７と、選択された行かつ選択された列の光電変換手段から読み出された信号を伝送する列毎の出力線を介して信号を出力する出力アンプ８とを備える。

複数の画素部は３種類の画素部からなる。図中のＰと表記された複数の画素部Ｐ３は、遮光されていない通常の画素部であり、入射光量に応じた信号を生成する。Ｂと表記された複数の画素部Ｂ３は、画素部Ｐ３と同じ構造であるが遮光されていることから、いわゆる光学的黒画素を出力する。Ｓと表記された複数の画素部Ｓ３は、画素部Ｐ３と同じ構造に加えて基準電荷注入部が付加されており、遮光されていることから基準電荷を出力する。この基準電荷は、出力アンプ８を介して出力されると上記の基準信号となる量の電荷である。図１４では、画素部Ｂ３と画素部Ｓ３とが遮光されているが、カメラがメカニカルシャッターを有する場合、画素部Ｓ３は遮光されなくてもよい。また、図１４では、基準電荷注入部を有する画素Ｓ３が、一番上の一行分の画素として設けられているが、一番下の一行分の画素として設けられていてもよい。画素Ｓ３は、垂直走査部６によって最後に選択される行に設けるようにしてもよい。この場合、基準信号は最後に選択される行の画素部Ｓ３から出力されるので、垂直走査部６による走査が最後まで正常である場合にのみ基準信号が出力され、正常な垂直走査を確認した後に動作不良を検出することができる。加えて、水平走査部７による最後の走査では基準信号が順次出力されるので、正常な水平走査を確認すると同時に動作不良を検出することができる。

図１５Ａは、画素部Ｓ３の詳細な構成を示す回路図である。同図において画素部Ｓ３は、フォトダイオードＰＤ、転送トランジスタＴｒ１、浮遊拡散層ＦＤ、リセットトランジスタＴｒ２、出力トランジスタＴｒ３、選択トランジスタＴｒ４、抵抗Ｒ１、注入トランジスタＴｒ５を備える。このうち、抵抗Ｒ１および注入トランジスタＴｒ５を除く回路部分は、画素部Ｐ３の回路構成と同じである。言い換えれば、画素部Ｓ３は、画素部Ｐ３に対して抵抗Ｒ１および注入トランジスタＴｒ５が追加された構成となっている。

抵抗Ｒ１および注入トランジスタＴｒ５は基準電荷注入部を構成する。注入トランジスタＴｒ５のゲートには抵抗Ｒ１により第１の電圧が印加されるので、ドレインには第２の電圧が出力される。この第２の電圧はフォトダイオードＰＤに基準電荷の電荷量を注入する値に設定される。この第２の電圧がフォトダイオードＰＤに印加されることにより、フォトダイオードＰＤは基準電荷を蓄積する。なお、第２の電圧は、電圧Ｖ１、抵抗Ｒ１の抵抗値、第１の電圧によって設定される。電圧Ｖ１は固定値（例えばＶＤＤ）でもよいし、電荷注入時のみパルスとして印加されてもよい。

フォトダイオードＰＤに蓄積された基準電荷は、転送信号ＴＲによって転送トランジスタＴｒ１がオンになると、浮遊拡散層ＦＤに転送される。この転送前に、浮遊拡散層ＦＤはリセット信号ＲＥＳＥＴによりリセットトランジスタＴｒ２がオンになることにより電位ＶＤＤにリセットされる。浮遊拡散層ＦＤのリセット後に、フォトダイオードＰＤから基準電荷が転送トランジスタＴｒ１を介して浮遊拡散層ＦＤに転送される。さらに、出力トランジスタＴｒ３は、浮遊拡散層ＦＤの電荷を電圧に変換する。出力トランジスタＴｒ３は、選択トランジスタＴｒ４が垂直走査部６によって選択されたときに、変換した電圧を出力線上に出力する。この出力電圧は、出力アンプ８から基準信号として出力される。

図１６、図１７は、固体撮像素子３１の変形例の構成を示す回路図である。図１６、図１７の何れにおいても、基準電荷注入部を有する画素Ｓ３は、最後に選択される行かつ最後に選択される列の交点の画素位置に１つだけ設けられている。この場合、基準信号は最後に選択される画素から出力されるので、垂直走査部６および水平走査部７による走査が最後まで正常である場合にのみ基準信号が出力され、正常な走査を確認した後に動作不良を検出することができる。しかも画素部Ｓ３が１つなので回路規模の増加を最小限にすることができる。

また、画素部Ｓ３は、少なくとも１つの出力線の最上流（出力アンプ８から最も遠い）の画素位置であってもよい。これによれば、基準信号は出力線の最上流の画素部Ｓ３から出力されるので、出力線の何れかの箇所における動作不良を検出することができる。また、画素部Ｓ３を１つだけ備えれば、回路規模の増加を最小限にすることができる。逆に、全ての出力線の最上流に画素部Ｓ３を設ければ、回路規模は大きくなるが、全ての出力線について動作不良を検出できる。

（実施の形態４）
本実施の形態におけるカメラシステムの構成は、故障検出が可能な箇所をできる限り増やすために、機械的なシャッター（以下メカシャッター）を備え、入射光が遮断された状態で、基準信号発生部からリセットされた画素部（ＯＢ含む全有効画素）に電荷注入することにより前記画素部から基準信号を出力するよう構成されている。

図１８は、実施の形態４におけるカメラシステムの構成を示すブロック図である。同図は、図１と比較して、カメラ１０１〜１０ｎの代わりにカメラ４０１〜４０ｎを備える点が異なる。以下、同じ点は説明を省略して異なる点を中心に説明する。

カメラ４０１〜４０ｎのそれぞれは、固体撮像素子４１１、駆動部４１２、信号処理部４１３、判定部４１４、メカシャッター４１５、光学レンズ４１６を備える。固体撮像素子４１１は、一部の画素だけでなく全画素に対して基準信号を発生するよう電荷を注入する基準信号発生部を備える。駆動部４１２は、通常の撮像動作を駆動することに加えて、故障検出モードにおいてメカシャッター４１５を閉じて、全画素に基準信号を注入するよう制御する。信号処理部４１３は、信号処理部１３と同様である。判定部４１４は、故障検出モードにおいて全画素について、実施の形態１に示した判定部１４と同様の判定を行う。

図１９は、固体撮像素子４１１の構成を示すブロック図である。同図では、固体撮像素子４１１がＭＯＳ型である場合の固体撮像素子４１１ｍの構成を示している。同図のように、固体撮像素子４１１ｍの全ての画素のそれぞれが画素部Ｓ３ｓとして形成されている。ただし、本実施の形態では、光学的黒画素として遮光膜で覆われている領域（ＯＢ領域）だけでなく、ＯＢ領域の内側の遮光膜で覆われていない有効画素領域内の全画素に基準電荷注入部が付加されている。各画素部Ｓ３ｓの構成を図１５Ｂに示す。図１５Ｂは、図１５Ａと比べてスイッチＳＷ１が追加されている点が異なる。この点以外は同じ構成なので説明を省略し異なる点を中心に説明する。スイッチＳＷ１は、基準信号発生部（つまり抵抗Ｒ１および注入トランジスタＴｒ５）により発生される基準信号をフォトダイオードＰＤに注入する動作をオン／オフするためのスイッチングトランジスタである。スイッチＳＷ１は、故障検出時にオンする。スイッチＳＷ１がオンのとき、メカシャッター４１５は閉じていなければならない。

画素部Ｓ３ｓにおける基準信号のフォトダイオードＰＤへの注入時間は、全画素部Ｓ３ｓで同じ時間に揃えることが望ましい。例えば、各フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷をリセットした後、一定の時間スイッチＳＷ１をオンにする。あるいは、各フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷をリセットした後、一定時間スイッチＳＷ１をオンしたままの状態で、一定時間が経過した時に出力トランジスタＴｒ３によって基準信号を読み出せばよい。

図２０は、固体撮像素子の他の構成例を示すブロック図である。同図では、固体撮像素子４１１がＣＣＤ型である場合の固体撮像素子４１１ｃの構成を示している。同図のように、固体撮像素子４１１ｃの全ての画素のそれぞれが画素部Ｓ２として形成されている。図１９と同様に、光学的黒画素として遮光膜で覆われている領域（ＯＢ領域）だけでなく、ＯＢ領域の内側の遮光膜で覆われていない有効画素領域内の全画素に基準電荷注入部が付加されている。各画素部Ｓ２の構成は図８と同様である。この画素部Ｓ３における基準信号のフォトダイオードＰＤへの注入時間は、全画素部Ｓ３で同じ時間に揃えることが望ましい。例えば、各フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷をリセットした後、一定の時間が経過した時に出力トランジスタＴｒ３によって基準信号を読み出せばよい。なお画素部Ｓ２における基準信号のフォトダイオードＰＤへの注入についても同様である。

つぎに、駆動部４１２による故障検出モードの動作タイミングについて説明する。

図２１Ａは、カメラの電源オン直後に故障検出を行う第１のタイミング例を示す図である。同図の縦軸はメカシャッター４１５の開閉状態（上が閉、下が開）を示す。横軸は、時間を示す。期間Ｔ１は電源オン操作から安定するまでの期間で、メカシャッター４１５は閉じているものとする。期間Ｔ２は期間Ｔ１直後に故障検出するために設けられた期間で、駆動部４１２は、もしメカシャッター４１５が開いていれば閉じるよう制御し、時間Ｔ２経過後にメカシャッター４１５を開くように制御する。駆動部４１２は、この期間Ｔ２内で、少なくとも１回故障検出動作、すなわち、全ての画素部に基準電荷を注入するよう基準電荷注入部を制御し、各画素から基準信号を判定部４１４に出力するよう駆動する。期間Ｔ３は、撮像期間であり、駆動部４１２は通常の撮像動作を行うよう駆動する。そして、電源オフ操作があれば、駆動部４１２は、メカシャッター４１５を閉じ、終了処理を行う。

上記の第１のタイミング例によれば、カメラ電源オン直前までに生じた故障を検出できるが、カメラ電源オンから撮像開始までに若干の時間遅れが生じてしまう。

図２１Ｂは、カメラの電源オフ直前に故障検出を行う第２のタイミング例を示す図である。図２１Ａと異なる点は、期間Ｔ２の代わりに期間Ｔ４が存在する点である。電源オフ操作があれば、駆動部４１２は、メカシャッター４１５を閉じ、少なくとも１回故障検出動作を駆動し、時間Ｔ４経過後に終了処理を行う。

上記の第２のタイミング例によれば、カメラ電源オンから撮像開始までに時間遅れが生じない。また、電源オフ直前に生じる時間遅れはユーザにとって問題にならない。しかし、前回の電源オフ後で電源オン直前に生じた故障を検出できず、故障した状態で撮像することになる。

図２１Ｃは、カメラの電源オン直後および電源オフ直前に故障検出を行う第３のタイミング例を示す図である。同図は、図２１Ａ前半と図２１Ｂ後半を合わせたものである。

第３のタイミング例によれば、電源オンから撮像開始までの時間遅れが生じるが、起動直前の故障も検出でき、また、撮像中に生じた故障も検出できるのでユーザにとって効率がよい。

さらに、図２１Ａ、図２１Ｂ、図２１Ｃの何れとも併用可能な、駆動部４１２による故障検出モードの動作タイミングについて説明する。

図２２Ａは、故障検出の第４のタイミング例を示す図である。同図の縦軸はカメラを載せた車の速度を示す。横軸は、時間とメカシャッター４１５の開閉状態（実践は開、破線は閉）とを示している。図中の故障検出速度は、カメラの用途にもよるが、撮像を中断しても十分に安全な速度を示す。例えば、前方を監視するカメラであれば数ｋｍ／ｈ〜３０ｋｍ／ｈ、後方を監視するカメラであれば数ｋｍ／ｈ、人の存在を監視するカメラであれば０ｋｍ／ｈまたは０ｋｍ／ｈに近い速度などである。同図のように、駆動部４１２は、車速が故障検出速度以下になればメカシャッター４１５を閉じ、車速が故障検出速度以上になればメカシャッター４１５を開く。さらに駆動部４１２は、メカシャッター４１５を閉じた直後（閉じてからＴｓ秒後）に故障検出動作を駆動し、メカシャッター４１５が閉じたまま前回の故障検出から一定時間Ｔｒが経過したとき故障検出動作を駆動する。

第４のタイミング例によれば、故障検出速度以下の低速時に一瞬撮像が中断してしまうものの、走行中や停車時に生じた故障を早期に発見できる。

図２２Ｂは、故障検出の第５のタイミング例を示す図である。同図では、駆動部４１２は、車速とは無関係に一定周期（時間Ｔｔ）でメカシャッター４１５を閉じて故障検出動作を駆動する。通常の撮像において周期的に故障検出を強制的に行うので、メカシャッター４１５を閉じる時間はできるだけ短い方が望ましい。

第５のタイミング例によれば、周期的に撮像が一瞬中断してしまうものの、走行中や停車時に生じた故障を、故障の発生から一定時間以内にその故障を必ず発見することできる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、メカシャッターを併用しなくても運用中に全画素の故障検査が可能なカメラシステムについて説明する。

図２３は、実施の形態５におけるカメラシステムの構成を示すブロック図である。同図は、図１８と比べて、カメラ４０１〜４０ｎの代わりにカメラ５０１〜５０ｎを備える点が異なっている。以下、同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。

カメラ５０１は、図１８のカメラ４０１と比べて、固体撮像素子４１１および駆動部４１２の代わりに固体撮像素子５１１および駆動部５１２を備える。固体撮像素子４１１では基準電荷発生部が画素に基準信号電荷を注入するのに対して、固体撮像素子５１１では、基準電荷発生部が画素に基準信号電荷を注入しないで、画素の代わりに基準信号を出力するよう構成されている。これによりメカシャッターなしで、基準信号を出力することができる。

図２４は、固体撮像素子５１１内の画素部の詳細な構成を示すブロック図である。同図は、図１５Ａと比較して、キャパシタＣ１と選択部ＳＥＬ１とが追加されている点が異なっている。

キャパシタＣ１は、抵抗Ｒ５、トランジスタＴｒ５とともに基準信号発生部を構成し、基準電荷を保持する。選択部ＳＥＬ１、フォトダイオードＰＤを選択と、キャパシタＣ１の一方を選択する。選択された信号電荷または基準電荷は、転送トランジスタＴｒ１を介して浮遊拡散層ＦＤに読み出される。駆動部５１２は、通常の撮像ではフォトダイオードＰＤを、故障検出動作ではキャパシタＣ１を選択するように選択部ＳＥＬ１を制御する。

故障検出動作ではフォトダイオードＰＤが切り離されるので、シャッタ開状態であっても、基準信号発生部から固体撮像素子５１１の出力端子までの各経路における異常を検出することができる。

図２５Ａは、駆動部５１２による第１の駆動例を示す図である。同図では、横軸は時間を示す。駆動部５１２は、フレーム単位に、フォトダイオードＰＤからの信号出力と基準信号発生部からの基準信号とを切り替えるように選択部ＳＥＬ１を制御する。つまり、駆動部５１２は、（ｎ−１）フレームを構成する各画素のフォトダイオードＰＤからの信号出力、（ｎ−１）フレームを構成する各画素の基準信号発生部からの基準信号出力、ｎフレームを構成する各画素のフォトダイオードＰＤからの信号出力、ｎフレームを構成する各画素の基準信号発生部からの基準信号出力、（ｎ＋１）フレームを構成する各画素のフォトダイオードＰＤからの信号出力、（ｎ＋１）フレームを構成する各画素の基準信号発生部からの基準信号出力、・・・を行うように駆動する。

図２５Ｂは、駆動部５１２による第２の駆動例を示す図である。同図では、駆動部５１２は、行単位に、フォトダイオードＰＤからの信号出力と基準信号発生部からの基準信号とを切り替えるように選択部ＳＥＬ１を制御する。つまり、駆動部５１２は、（ｎ−１）行を構成する各画素のフォトダイオードＰＤからの信号出力、（ｎ−１）行を構成する各画素の基準信号発生部からの基準信号出力、ｎ行を構成する各画素のフォトダイオードＰＤからの信号出力、ｎ行を構成する各画素の基準信号発生部からの基準信号出力、（ｎ＋１）行を構成する各画素のフォトダイオードＰＤからの信号出力、（ｎ＋１）行を構成する各画素の基準信号発生部からの基準信号出力、・・・を行うように駆動する。

図２５Ｃは、駆動部５１２による第３の駆動例を示す図である。同図では、駆動部５１２は、列単位に、フォトダイオードＰＤからの信号出力と基準信号発生部からの基準信号とを切り替えるように選択部ＳＥＬ１を制御する。つまり、駆動部５１２は、（ｎ−１）列を構成する各画素のフォトダイオードＰＤからの信号出力、（ｎ−１）列を構成する各画素の基準信号発生部からの基準信号出力、ｎ列を構成する各画素のフォトダイオードＰＤからの信号出力、ｎ列を構成する各画素の基準信号発生部からの基準信号出力、（ｎ＋１）列を構成する各画素のフォトダイオードＰＤからの信号出力、（ｎ＋１）列を構成する各画素の基準信号発生部からの基準信号出力、・・・を行うように駆動する。

なお、図２５Ａ、図２５Ｂ、図２５Ｃのそれぞれの駆動例は、通常の撮像動作として常に行ってもよいし、通常の撮像動作や故障検出動作とは別の撮像兼故障検出モードとして行ってもよい。

図２６は、駆動部５１２による第４の駆動例を示す図である。同図では、駆動部５１２は、通常の撮像モード（ａ）と撮像兼故障検出モード（ｂ）とを切り替えて駆動する。撮像兼故障検出モード（ｂ）において駆動部５１２は、Ｎ（同図ではＮ＝３）個の画素単位に、フォトダイオードＰＤからの信号出力と基準信号発生部からの基準信号とを切り替えるように選択部ＳＥＬ１を制御する。

図２７は、駆動部５１２による第５の駆動例を示す図である。駆動部５１２は、通常の撮像モード（ａ）と撮像兼故障検出モード（ｂ）と倍速モード（ｃ）とを切り替えて駆動する。撮像兼故障検出モード（ｂ）において駆動部５１２は、Ｎ（同図ではＮ＝１）個の画素単位に、フォトダイオードＰＤからの信号出力と基準信号発生部からの基準信号とを切り替えるように選択部ＳＥＬ１を制御する。倍速モード（ｃ）は、撮像兼故障検出モード（ｂ）と同じ駆動であるが動作クロックが２倍である点が異なる。倍速モード（ｃ）では、通常の撮像モード（ａ）と同じフレームレートで撮像することができる。

なお、本実施の形態において、有効画素領域のうちの所望の領域について映像信号処理を、他の領域について故障検出を、１回の撮像時に行うようにしてもよい。例えば、所望の領域を奇数行からなる領域とすれば、他の領域は偶数行からなる領域となる。こうすると1／２の画像を得ると同時に、１／２の領域の故障検出を行うことができる。この場合の駆動部５１２の駆動例を図２５Ｄに示す。さらに、次の撮像時に、所望の領域を偶数行からなる領域とすれば、他の領域は奇数行からなる領域となる。こうすれば、２回の撮像で全画素の故障検出が可能となる。また、所望の領域は、有効画素領域の上下左右の半分、中央部分など任意に設定してよい。これにより、1回の撮像時に故障検出と画像取得とを同時に行うことができる。また、所望の領域を変更すれば全画素の故障検出を行うことができる。また、所望の領域についてのシステム設計の自由度を高くすることができる。

（実施の形態６）
実施の形態４では画素部と基準信号発生部とが１対１で設けられているのに対して、本実施の形態では、画素部と基準信号発生部とが多対１で設けられる例について説明する。

図２８は、実施の形態６における２つ画素部の構成を示す回路図である。同図では、２つの画素部Ｔ１、Ｔ２に対して、１つの基準信号発生部（抵抗Ｒ１およびトランジスタＴｒ５）が接続されている。スイッチＳＷ１は、画素部Ｔ１に基準電荷を注入するためのスイッチである。スイッチＳＷ２は、画素部Ｔ２に基準電荷を注入するためのスイッチである。このようなスイッチを設けることにより、１つの基準信号発生部を複数の画素部に共用させることにより、回路規模を低減することができる。

なお、実施の形態５でも画素部と基準信号発生部とが１対１で設けられているのに対して、図２８と同様に、画素部と基準信号発生部とが多対１で設けるようにしてもよい。その場合の構成例を図２９に示す。同図では、２つの画素部Ｋ１、Ｋ２に対して、１つの基準信号発生部（抵抗Ｒ１、トランジスタＴｒ５およびキャパシタＣ１）が接続されている。選択部ＳＥＬ１１は、浮遊拡散層ＦＤへの転送元としてフォトダイオードＰＤと基準信号発生部のうち一方を選択する。選択部ＳＥＬ２ＳＷ２も同様である。このような選択部を設けることにより、１つの基準信号発生部を複数の画素部に共用させることにより、回路規模を低減することができる。

なお、図２８、図２９において１つの基準電荷発生部を共用する画素部の数は２個に限らず、基準電荷発生部が電荷を供給できる限り、いくつでもよい。また、共用する画素部は、基準信号発生部の電荷供給能力の点から、同時に読み出されない方が望ましい。例えば異なる行や異なる列に属する方が望ましい。

（実施の形態７）
上記実施の形態では基準信号は１種類であるのに対して、本実施の形態では、複数種類の基準信号を用いる構成について説明する。これにより、たまたま基準信号と同じレベルに出力信号が固定されるという故障も検出することができる。

図３０Ａは、実施の形態７におけるＭＯＳ型固体撮像素子の構成を示すブロック図である。同図は、図１９と同様の構成であるが、３種類の基準信号発生部が存在する点が異なっている。以下、同じ点は説明を省略して異なる点を中心に説明する。図３０Ａにおいて画素部Ｓ３ａは、基準信号として第１固定レベル（基準信号ａと呼ぶ）を発生する第１基準信号発生部が付加されている。画素部Ｓ３ｂは、基準信号として第２固定レベルｂ（基準信号ｂと呼ぶ）を発生する第２信号発生部が付加されている。画素部Ｓ３ｃは、基準信号として第３固定レベルｃ（基準信号ｃと呼ぶ）を発生する第３信号発生部が付加されている。第１固定レベルａ、第２固定レベルｂ、第３固定レベルｃは互いに異なるレベルである。第１、第２、第３基準信号発生部は図２４、図２８または図２９と同様の構成でよく、抵抗Ｒ１の抵抗値を調整することによって基準信号ａ、ｂ、ｃを発生させることができる。また、図３０Ａ中Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃと表記された画素部のそれぞれは、画素部Ｓ３ａ、Ｓ３ｂ、Ｓ３ｃと同じ構成である。

画素部Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃは規則的に配列されている。図３０Ａでは、行方向に画素部Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの順に繰り返し配置されている。画素部の読出し順が行方向の順である場合には、このような規則的な配列が望ましい。

図３０Ｂは、ＭＯＳ型固体撮像素子の他の構成を示すブロック図である。同図は、図３０Ａと比較して、列方向に画素部Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの順に繰り返し配置されている。画素部の読出し順が列方向の順である場合には、このような配列が望ましい。

図３１は、ＣＣＤ型固体撮像素子の構成を示すブロック図である。図３１において画素部Ｓ２ａは、基準信号として第１固定レベル（基準信号ａと呼ぶ）を発生する第１基準信号発生部が付加されている。画素部Ｓ２ｂ、画素部Ｓ２ｃについても同様に、基準信号ｂ、基準信号ｃを発生する第２基準信号発生部、第３基準信号発生部が付加されている。同図は、図３０Ｂと同様に、列方向に画素部Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの順に繰り返し規則的に配置されている。

図３２は、３種類の基準信号に対応する判定部（以下、拡張判定部と呼ぶ）の構成を示すブロック図である。同図の拡張判定部は、判定部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、セレクタ１５、選択制御部１６を備える。判定部１４ａは、図７に示した判定部１４と同様の構成であって、上限値ＴｈＨと下限値ＴｈＬとが基準信号ａに対応して定められている。判定部１４ｂ、１４ｃについても、上限値ＴｈＨと下限値ＴｈＬとが基準信号ｂ、ｃに対応して定められている点以外は同様である。セレクタ１５は、判定部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの判定結果のうち１つを選択する。選択制御部１６は、固体撮像素子における画素部Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの配列規則に従って、基準信号ａ、ｂ、ｃに対応する判定部１４ａ、１４ｂ、１４ｃを選択するようにセレクタ１５を制御する。このとき選択制御部１６は、判定部１４ａ、１４ｂ、１４ｃのうち現在の基準信号に対応する判定部をイネーブルにし、それ以外の判定部をディスエーブルにする。

なお、基準信号の種類は、３つに限らない。また、画素部Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃは、規則的に配列されているが、ランダムであってもよい。その場合、選択制御部１６は、ランダムに配列された結果に従って判定部１４ａ、１４ｂ、１４ｃを選択するようにすればよい。

（実施の形態８）
本実施の形態では、故障が検出された場合に即座に復旧可能なカメラシステムについて説明する。

図３３は、実施の形態８におけるカメラの構成を示すブロック図である。同図は、図１に示したカメラ１０１〜１０ｎのうち少なくとも１つのカメラ、または図１８に示したカメラ４０１〜４０ｎのうち少なくとも１つのカメラの代わりに備えられる。図３３は、図１８のカメラ４０１と比較して、固体撮像素子８１１、プリズム８１７、スイッチ部８１８、８１９が追加された点と、判定部４１４の代わりに判定・切換制御部８１４が追加された点と、駆動部４１２の代わりに駆動部８１２が追加された点とが異なる。以下、同じ点は説明を省略して異なる点を中心に説明する。

固体撮像素子８１１は、固体撮像素子４１１と同一の固体撮像素子でよい。本実施形態では、固体撮像素子８１１は、固体撮像素子４１１が故障したときの代替用として説明する。

プリズム８１７は、入射光を固体撮像素子４１１と固体撮像素子８１１とに分配する光学系である。

スイッチ８１８は、駆動部８１２からの駆動信号を、固体撮像素子４１１と固体撮像素子８１１とのうち一方に出力する切り換えスイッチである。

スイッチ８１９は、固体撮像素子４１１と固体撮像素子８１１の各出力信号の一方を選択する選択スイッチである。選択された出力信号は信号処理部４１３に入力される。

判定・切換制御部８１４は、図３２に示した判定部の機能に加えて、固体撮像素子４１１が故障と判定されたとき、固体撮像素子４１１を非動作状態に切り換え、固体撮像素子８１１を動作状態に切り換える。動作状態から非動作状態への変更は、固体撮像装置４１１への駆動信号のレベルを固定することによる。例えば、Ｉ／Ｏをローレベル、ＧＮＤ、ハイレベル、ＶＤＤ、ハイインピーダンス状態の何れかに設定すればよい。また、電源は、電源部４０により遮断される。

駆動部８１２は、駆動部４１２の機能と同様であるが、固体撮像素子４１１と固体撮像素子８１１のうち選択されている方を駆動する。固体撮像素子４１１と固体撮像素子８１１のタイプが異なる場合には、それぞれのタイプに適した駆動を行う。

なお、図３３では、プリズムを含む光学系により入射光を各個体撮像素子に分配しているが、入射光を各個体撮像素子に分配できればプリズムを含まない光学系であってもよい。また、入射光を分配しなくても、各固体撮像素子にレンズを備えてもよい。

また、図３３では、固体撮像素子が２個の場合を説明したが、２個に限らない。例えば、Ｍ（Ｍは２以上）個の固体撮像装素子を備え、スイッチ８１９がＭ個の固体撮像素子のうちｍ（ｍは１以上）個の出力信号を選択し、信号処理部４１３が、ｍ個の出力信号を処理するようにしてもよい。さらに、判定・切換制御部８１４は、ｍ個の固体撮像素子の何れかが故障と判定されたとき、信号処理部４１３への出力元として、故障と判定された固体撮像装置から故障と判定されていない固体撮像装置へ切り換えるようにしてもよい。

判定・切換制御部８１４は、固体撮像素子への電源供給を制御することによって、動作状態と非動作状態とを変更するようにしてもよいし、固体撮像素子への駆動信号を制御することによって動作状態と非動作状態とを変更するようにしてもよい。また、Ｍ個の固体撮像素子への電源を常時供給状態にし、かつ固体撮像素子への駆動信号を開始または停止することによって、動作状態と非動作状態とを変更するようにしてもよい。

なお、上記各実施の形態においてカメラシステムを車載する例として自動車を示したが、自動車は、乗用車に限らず、バス、トラック等の自動車、二輪車、航空機、搬送ロボットなどの移動体であればよい。

なお、上記各実施の形態において例えば信号処理部１３ならびに判定部１４が表示部２０のように一つの構成であったり、また、１チップに固体撮像素子１１と判定部１４や駆動部１２や信号処理部１３などが配置されていてもよい。１チップ化により部品点数の削減や配線間距離の減少による処理速度の上昇等の効果が得られる。

また、上記各実施の形態のうち矛盾しない組み合わせは、組み合わせてもよいことはいうまでもない。

なお、実施の形態４〜８では、全画素の故障検出が可能となるため、画素単位での欠陥を容易に判明することができる。よって、該欠陥画素による映像信号への影響を削除する様々な信号処理が可能となる。

本発明は、画像を撮像する固体撮像装置、カメラ、自動車、監視装置に適している。

図１は、実施の形態１におけるカメラシステムの構成を示すブロック図である。 図２Ａは、車載の場合のカメラ位置の一例を示すための自動車の側面図である。 図２Ｂは、カメラ位置の一例を示すための自動車の正面図である。 図２Ｃは、カメラ位置の一例を示すための自動車の上面図である。 図３は、固体撮像素子の構成を示すブロック図である。 図４は、画素部Ｐ１に対応する出力波形を示す図である。 図５は、画素部Ｂ１に対応する出力波形を示す図である。 図６Ａは、画素部Ｓ１に対応する出力波形を示す図である。 図６Ｂは、画素部Ｓ１に対応する故障時の出力波形を示す図である。 図６Ｃは、画素部Ｓ１に対応する故障時の出力波形を示す図である。 図７は、判定部の詳細な構成例を示すブロック図である。 図８は、画素部Ｓ１の詳細な構成を示すブロック図である。 図９は、画素部Ｓ１における基準信号を発生するためのタイムチャート図である。 図１０は、電極ＩＳ、電極ＩＧおよびフォトダイオードの電位を示す図である。 図１１は、表示例を示す図である。 図１２は、カメラシステムの変形例を示すブロック図である。 図１３は、実施の形態２における固体撮像素子の構成を示すブロック図である。 図１４は、実施の形態３における固体撮像素子の構成を示すブロック図である。 図１５Ａは、画素部Ｓ３の詳細な構成を示す回路図である。 図１５Ｂは、画素部Ｓ３ｓの詳細な構成を示す回路図である。 図１６は、固体撮像素子の変形例の構成を示す回路図である。 図１７は、固体撮像素子の変形例の構成を示す回路図である。 図１８は、実施の形態４におけるカメラシステムの構成を示すブロック図である。 図１９は、固体撮像素子の構成を示すブロック図である。 図２０は、他の固体撮像素子の構成を示すブロック図である。 図２１Ａは、故障検出の第１のタイミング例を示す図である。 図２１Ｂは、故障検出の第２のタイミング例を示す図である。 図２１Ｃは、故障検出の第３のタイミング例を示す図である。 図２２Ａは、故障検出の第４のタイミング例を示す図である。 図２２Ｂは、故障検出の第４のタイミング例を示す図である。 図２３は、実施の形態５におけるカメラシステムの構成を示すブロック図である。 図２４は、固体撮像素子の画素部を示すブロック図である。 図２５Ａは、基準信号を出力する第１の駆動例を示す図である。 図２５Ｂは、基準信号を出力する第２の駆動例を示す図である。 図２５Ｃは、基準信号を出力する第３の駆動例を示す図である。 図２５Ｄは、基準信号を出力する他の駆動例を示す図である。 図２６は、固体撮像素子の第１の駆動例を示す図である。 図２７は、固体撮像素子の第２の駆動例を示す図である。 図２８は、実施の形態６における画素部の構成を示す回路図である。 図２９は、画素部の他の構成を示す回路図である。 図３０Ａは、実施の形態７におけるＭＯＳ型固体撮像素子の構成を示すブロック図である。 図３０Ｂは、ＡＭＯＳ型固体撮像素子の変形例を示すブロック図である。 図３１は、ＣＣＤ型固体撮像素子の構成を示すブロック図である。 図３２は、判定部の構成を示すブロック図である。 図３３は、実施の形態８におけるカメラの構成を示すブロック図である。

符号の説明

２ 垂直転送部
３ 水平転送部
４ 出力アンプ
５ 基準信号発生部
６ 垂直走査部
７ 水平走査部
８ 出力アンプ
１１、２１、３２ 固体撮像装置
１２ 駆動部
１３ 信号処理部
１４ 判定部
２０ 表示部
３０ 表示制御部
４０ 電源部
１０１ カメラ
Ｓ１、Ｓ３、Ｂ１、Ｂ３、Ｐ１、Ｐ３ 画素部
Ｔｒ１ 転送トランジスタ
Ｔｒ２ リセットトランジスタ
Ｔｒ３ 出力トランジスタ
Ｔｒ４ 選択トランジスタ
Ｔｒ５ 注入トランジスタ
Ｒ１ 抵抗

Claims (21)

1. 入射光量に応じた信号を生成する複数の光電変換手段と、
   前記各光電変換手段で生成された信号を読み出す複数の読み出し手段と、
   前記各読み出し手段により読み出された信号を伝送する伝送経路と、
   前記各読み出し手段から伝送経路を介して伝送される各信号を出力する出力手段と、
   一定の基準信号を生成する生成手段とを備え、
   前記基準信号は、前記伝送経路の少なくとも一部分を介して、前記出力手段から出力され、
   前記複数の光電変換手段は行列状に配置され、
   前記伝送経路は、
   前記光電変換手段の各列に対応して設けられ、対応する列の光電変換手段から読み出された信号電荷を転送する複数の垂直転送手段と、
   前記複数の垂直転送手段から転送された信号電荷を転送する水平転送手段とを含み、
   前記基準信号は、少なくとも１つの垂直転送手段部と水平転送手段を介して前記出力手段から出力され、
   前記生成手段は、少なくとも１つの光電変換手段に前記基準信号に対応する基準電荷を注入することを特徴とする固体撮像装置。
2. 入射光量に応じた信号を生成する複数の光電変換手段と、
   前記各光電変換手段で生成された信号を読み出す複数の読み出し手段と、
   前記各読み出し手段により読み出された信号を伝送する伝送経路と、
   前記各読み出し手段から伝送経路を介して伝送される各信号を出力する出力手段と、
   一定の基準信号を生成する生成手段とを備え、
   前記基準信号は、前記伝送経路の少なくとも一部分を介して、前記出力手段から出力され、
   前記複数の光電変換手段は行列状に配置され、
   前記伝送経路は、
   前記光電変換手段の一の行を選択する行選択手段と、
   前記光電変換手段の一の列を選択する列選択手段と、
   選択された行かつ選択された列の光電変換手段から読み出された信号を伝送する列毎の出力線とを含み、
   前記基準信号は、何れかの出力線を介して前記出力手段から出力され、
   前記生成手段は、少なくとも１つの光電変換手段に前記基準信号に対応する基準電荷を注入し、
   さらに、
   前記複数の光電変換手段への入射光を制御するシャッタ手段と、
   前記シャッタ手段を遮光するように制御し、かつ、前記複数の光電変換手段のそれぞれに前記基準信号を注入するよう前記生成手段を制御する制御手段とを備える
   ことを特徴とする固体撮像装置。
3. 前記一定の基準信号は第１レベルと第２レベルの間の固定レベルであり、
   第１レベルは入射光量がゼロのとき光電変換手段に生成される信号のレベルであり、
   第２レベルは前記光電変換手段に生成される前記第１レベルより高い信号のレベルである
   ことを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像装置。
4. 前記固体撮像装置は、さらに、
   前記出力手段から出力された基準信号が、正常とされる上限値と下限値との範囲内にあるか否かを判定し、範囲外である場合に検知信号を出力する判定手段を備える
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
5. 前記生成手段は、最後に選択される行かつ最後に選択される列に位置する光電変換手段に前記基準信号に対応する基準電荷を注入する
   ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
6. 前記基準信号が与えられる光電変換手段は遮光されている
   ことを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像装置。
7. 前記固体撮像装置は、さらに、
   前記判定手段から検知信号が出力された場合、外部に故障を警告する警告手段を備える
   ことを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
8. 前記制御手段は、固体撮像装置の電源オン直後、電源オフ直前の少なくとも一方のタイミングで、遮光するよう前記シャッタ手段を制御し、かつ前記基準信号を注入するよう前記生成手段を制御する
   ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
9. 前記固体撮像装置は車載され、
   前記制御手段は、車速がしきい値以下のときに少なくとも一度は、遮光するよう前記シャッタ手段を制御し、かつ前記基準信号を注入するよう前記生成手段を制御する
   ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
10. 前記制御手段は、定期的に遮光するよう前記シャッタ手段を制御し、かつ前記基準信号を注入するよう前記生成手段を制御する
    ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
11. 請求項１または２記載の、Ｍ（Ｍは２以上）個の固体撮像装置と、
    前記Ｍ個の固体撮像装置から出力される基準信号に基づいて故障を判定する判定手段と、
    Ｍ個の固体撮像装置のうちｍ（ｍは１以上）個の固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理手段と、
    前記ｍ個の固体撮像装置の何れかが故障と判定されたとき、信号処理手段への出力元として、故障と判定された固体撮像装置から故障と判定されていない固体撮像装置へ切り換える切換制御手段と
    を備えることを特徴とするカメラ。
12. 請求項１または２記載の固体撮像装置を備えることを特徴とするカメラ。
13. 請求項１１記載のカメラを備えることを特徴とする自動車。
14. 請求項１１記載のカメラを備えることを特徴とする監視装置。
15. 前記生成手段は、前記少なくとも１つの光電変換手段に付加された、
    前記基準電荷を供給する供給電極と、
    前記基準電荷を一定の電荷量にそろえるための制御電極とを備えることを特徴とする、請求項１記載の固体撮像装置。
16. 前記制御電極には、一定の電圧が印加されることを特徴とする請求項１５記載の固体撮像装置。
17. 前記生成手段は、
    ゲート電極に第１の電圧が印加された注入トランジスタを有し、
    前記注入トランジスタの出力する第２の電圧は前記少なくとも１つの光電変換手段に印加されることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
18. 入射光量に応じた信号を生成する複数の光電変換手段と、
    前記各光電変換手段で生成された信号を読み出す複数の読み出し手段と、
    前記各読み出し手段により読み出された信号を伝送する伝送経路と、
    前記各読み出し手段から伝送経路を介して伝送される各信号を出力する出力手段と、
    一定の基準信号を生成する生成手段とを備え、
    前記基準信号は、前記伝送経路の少なくとも一部分を介して、前記出力手段から出力され、
    前記複数の光電変換手段は行列状に配置され、
    前記伝送経路は、
    前記光電変換手段の一の行を選択する行選択手段と、
    前記光電変換手段の一の列を選択する列選択手段と、
    選択された行かつ選択された列の光電変換手段から読み出された信号を伝送する列毎の出力線とを含み、
    前記基準信号は、何れかの出力線を介して前記出力手段から出力され、
    前記生成手段は、少なくとも１つの光電変換手段に前記基準信号に対応する基準電荷を注入し、
    前記生成手段は、ゲート電極に第１の電圧が印加された注入トランジスタを有し、
    前記注入トランジスタの出力する第２の電圧は前記少なくとも１つの光電変換手段に印加され、
    前記各読み出し手段は、
    前記各光電変換手段で生成された信号電荷を浮遊拡散層に転送する転送トランジスタと、
    前記浮遊拡散層の電位をリセットするリセットトランジスタと、
    前記浮遊拡散層に転送された前記信号電荷を電圧に変換して前記伝送経路に出力する出力トランジスタとを有することを特徴とする固体撮像装置。
19. 前記第１の電圧は、固定値であることを特徴とする請求項１８記載の固体撮像装置。
20. 前記第１の電圧は、電荷注入時のみ印加されるパルスであることを特徴とする請求項１８記載の固体撮像装置。
21. 前記生成手段はさらに、
    前記注入トランジスタの出力する第２の電圧を前記少なくとも１つの光電変換手段に印加するか否かを制御するスイッチを有することを特徴とする請求項１７または１８記載の固体撮像装置。

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