(57)【要約】【課題】開放故障を含む多種類の故障モードを、撮像を行いながら検知することが可能な撮像装置、故障検知方法、撮像システム、及び移動体を提供する。【解決手段】所定の固定電圧を供給する電圧供給部と、光電変換部に生じた信号電荷に基づく第１信号を出力する第１画素と、固定電圧に基づく故障検知用の第２信号を出力する第２画素と、第１画素及び第２画素を、画素制御線を介して駆動する駆動回路と、を備え、第２画素は、駆動回路に対し、画素制御線を共有する第１画素を挟んだ反対側に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の固定電圧を供給する電圧供給部と、
光電変換部に生じた信号電荷に基づく第１信号を出力する第１画素と、
前記固定電圧に基づく故障検知用の第２信号を出力する第２画素と、
前記第１画素及び前記第２画素を、画素制御線を介して駆動する駆動回路と、
を備え、
前記第２画素は、前記駆動回路に対し、前記画素制御線を共有する前記第１画素を挟んだ反対側に配置されている
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第２信号を所定の期待値と比較して故障を検知する故障検知部を更に備える
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記故障検知部は、開放故障を含む故障を検知する
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第１画素は、第１のＦＤ、及び、前記光電変換部と前記第１のＦＤとに接続された転送トランジスタを有し、
前記第２画素は、第２のＦＤ、及び、前記電圧供給部と前記第２のＦＤとに接続された固定電圧供給トランジスタを有し、
前記画素制御線は、前記転送トランジスタのゲート及び前記固定電圧供給トランジスタのゲートに共通に接続されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記画素制御線を共有する複数の前記第２画素を備え、
複数の前記第２画素は、前記駆動回路に対し、前記画素制御線を共有する前記第１画素を挟んだ反対側に配置されている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記電圧供給部は、前記画素制御線を共有する複数の前記第２画素に対し、複数の前記固定電圧の組み合わせを、所定のエリアごとに異ならせて供給する
ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
遮光された前記光電変換部に生じた信号電荷に基づく第３信号を出力する第３画素を更に備え、
前記第２画素は、前記駆動回路に対し、前記画素制御線を共有する前記第１画素及び前記第３画素を挟んだ反対側に配置されている
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
請求項１に記載の撮像装置の故障検知方法であって、
前記第２信号を所定の期待値と比較して故障を検知するステップを有する
ことを特徴とする故障検知方法。
【請求項９】
前記画素制御線を共有する複数の前記第２画素に対し、複数の前記固定電圧の組み合わせを、所定のエリアごとに異ならせて供給するステップと、
前記画素制御線を共有する複数の前記第２画素が出力する前記第２信号のパターンを所定の期待値と比較して、故障が発生しているエリアを特定するステップと、
を有することを特徴とする請求項８に記載の故障検知方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の撮像装置と、
前記第１画素から出力される前記第１信号を処理する信号処理部と、
を備えることを特徴とする撮像システム。
【請求項１１】
前記第２信号を所定の期待値と比較して故障を検知する異常検知部を更に備える
ことを特徴とする請求項１０に記載の撮像システム。
【請求項１２】
移動体であって、
請求項１に記載の撮像装置と、
前記撮像装置の前記第１画素から出力される前記第１信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と
を有することを特徴とする移動体。
【請求項１３】
前記撮像装置の前記第２画素から出力される前記第２信号を所定の期待値と比較して故障を検知する異常検知部を更に備える
ことを特徴とする請求項１２に記載の移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、故障検知用の画素を備えた撮像装置、その故障検知方法、撮像システム、及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微細化技術の進歩により、小型で高精細な撮像装置が開発されている。このような小型で高精細な撮像装置は、従来の一般的なデジタルカメラ等向けの用途だけではなく、映像を利用することで大きな効果が得られる分野、特に自動車への車載用途が進んでいる。しかし車載用途は使用環境が厳しく、機能安全対応として、故障検知機能を備えた撮像システムが求められている。それに伴い、デジタルカメラ等の撮像装置にも故障検知用の仕組みを組み込むことが必要とされている。
【０００３】
例えば特許文献１には、故障検知機能を備えた撮像装置として、画素に故障検知用の信号を生成する手段を、光電変換部と共に設けた構成が開示されている。このような構成によれば、画素から出力される故障検知用の信号のレベルを予想される値と比較することで、比較結果が予想範囲から外れている場合に、撮像装置が故障していると判定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８１８１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の撮像装置では、撮像信号を出力する光電変換部と、故障検知用信号を生成する手段とが同一画素内に存在するため、撮像動作を行いながら故障を検知することが難しかった。そこで本発明は、撮像を行いながら故障を検知することが可能な撮像装置、故障検知方法、撮像システム、及び移動体を提供することを目的とする。また、検知が難しい断線等の開放故障を含む多種類の故障モードを検知可能な構成を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る撮像装置は、所定の固定電圧を供給する電圧供給部と、光電変換部に生じた信号電荷に基づく第１信号を出力する第１画素と、固定電圧に基づく故障検知用の第２信号を出力する第２画素と、第１画素及び第２画素を、画素制御線を介して駆動する駆動回路と、を備え、第２画素は、駆動回路に対し、画素制御線を共有する第１画素を挟んだ反対側に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、開放故障を含む多種類の故障モードを、撮像を行いながら検知することが可能な撮像装置、故障検知方法、撮像システム、及び移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態による撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態による撮像装置における画素の構成例を示す回路図である。
【図３】関連する撮像装置における画素配置を、故障発生時の画素出力例と共に示す比較図である。
【図４】第１実施形態による撮像装置における画素配置を、故障発生時の画素出力例と共に示す図である。
【図５】第２実施形態による撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】第３実施形態による撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】第４実施形態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８】第４実施形態による撮像システムの動作を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下で説明する図面において、同じ機能を有するものは同一の符号を付し、その説明を省略又は簡潔にすることもある。
【００１０】
［第１実施形態］
はじめに、本実施形態による撮像装置１００の構造について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、第１実施形態による撮像装置１００の概略構成を示すブロック図である。本実施形態による撮像装置１００は、図１に示すように、第１領域１０、第２領域１１、垂直走査回路１０２、列回路１０３、水平走査回路１０４、出力回路１１５、制御部１０７、電圧供給部１２、駆動回路１３を含む。
【００１１】
第１領域１０は、画像取得用の画素が配された画像取得用の画素領域である。第１領域１０には、画素１０５と画素１０６とが、複数の行及び複数の列に渡って配されている。画素１０５は、撮像信号を出力するための光電変換部を備えた画素であり、図１には白抜きのブロックで示している。画素１０６は、黒レベルの基準となる基準信号を出力するための、遮光された光電変換部を備えた画素であり、図１には斜線を付したブロックで示している。画素１０６は、典型的には第１領域１０の周縁部に配される。なお、画素１０６は、必ずしも設ける必要はない。
【００１２】
第２領域１１は、故障検知用の画素が配された故障検知用の画素領域である。第２領域１１には、画素１１０が、複数の行に渡って配されている。画素１１０は、故障検知用信号を出力するための画素であり、図１には「Ｖ０」と記載されたブロックで示している。画素１１０は、電圧供給線１１３を介して供給される固定電圧Ｖ０に基づいて故障検知用信号を生成する。
【００１３】
第１領域１０と第２領域１１とは行方向（図１において横方向）に隣接して配されており、第１領域１０と第２領域１１とは列が異なっている。第１領域１０及び第２領域１１の各行には、行方向に延在する画素制御線１０９が配されている。それぞれの行の画素制御線１０９は、対応する行に属する画素１０５，１０６，１１０に共通の信号線をなしている。画素制御線１０９は、駆動回路１３を介して垂直走査回路１０２に接続されている。
【００１４】
第１領域１０及び第２領域１１の各列には、列方向（図１において縦方向）に延在する垂直出力線１０８が配されている。第１領域１０のそれぞれの列の垂直出力線１０８は、対応する列に属する画素１０５，１０６に共通の信号線をなしている。第２領域１１のそれぞれの列の垂直出力線１０８は、対応する列に属する画素１１０に共通の信号線をなしている。垂直出力線１０８は、列回路１０３に接続されている。
【００１５】
垂直走査回路１０２は、画素１０５，１０６，１１０を制御するための所定の制御信号を、駆動回路１３を介して画素制御線１０９へ供給する。垂直走査回路１０２には、シフトレジスタやアドレスデコーダなどの論理回路が用い得る。図１には各行の画素制御線１０９を１本の信号線で示しているが、実際には複数の制御信号線を含む。垂直走査回路１０２により選択された行の画素１０５，１０６，１１０は、それぞれが対応する垂直出力線１０８に同時に信号を出力するように動作する。
【００１６】
駆動回路１３は、垂直走査回路１０２により制御され、各行の画素１０５，１０６，１１０の読み出し動作を、画素制御線１０９を介して駆動する。列回路１０３は、垂直出力線１０８に出力された画素信号を増幅し、リセット時の信号と光電変換時の信号とに基づく相関二重サンプリング処理を行う。列回路１０３は、故障検知用の画素１１０から出力された画素信号に対しても、リセット時の信号と固定電圧入力時の信号とに基づく相関二重サンプリング処理を、画像取得用の画素１０５，１０６と同様に行う。
【００１７】
水平走査回路１０４は、列回路１０３において処理された画素信号を列毎に順次、出力回路１１５に転送するための制御信号を、列回路１０３に供給する。出力回路１１５は、バッファアンプ、差動増幅器などから構成され、列回路１０３から転送される画素信号を撮像装置１００の外部の信号処理部（図示せず）に出力する。なお、列回路１０３や出力回路１１５にＡＤ変換部を設け、デジタルの撮像信号を外部に出力するようにしてもよい。
【００１８】
電圧供給部１２は、所定電圧、例えば固定電圧Ｖ０を供給する電源回路である。電圧供給線１１３は、第２領域１１に配された画素１１０に対して、電圧供給部１２からの固定電圧Ｖ０を供給するための配線である。電圧供給線１１３は、第２領域１１内の同一列の画素１１０で共通化することにより省回路化を図ることが可能である。
【００１９】
同一行に属する故障検知用の画素１１０と画像取得用の画素１０５，１０６とは、画素制御線１０９を共有している。従って、故障検知用の画素１１０から出力される信号を期待値と照合することにより、画素制御線１０９の故障を検知することが可能となる。また、垂直走査回路１０２が正常に動作しているのか、故障して想定と異なる行を走査しているのか、を検知することも可能となる。
【００２０】
図２は、第１実施形態による撮像装置１００における第１領域１０及び第２領域１１を構成する画素１０５，１０６，１１０の構成例を示す回路図である。図２には、第１領域１０の第１行に配された画素１０５と、第ｍ行に配された画素１０６と、第２領域１１の第１行及び第ｍ行に配された画素１１０とを抜き出して記載している。なお、画素１０５の回路構成と画素１０６の回路構成とは同じである。
【００２１】
第１領域１０に配された画素１０５，１０６の各々は、光電変換部ＰＤ、転送トランジスタＴｒ１、リセットトランジスタＴｒ２、増幅トランジスタＴｒ３、選択トランジスタＴｒ４を含む。光電変換部ＰＤは、例えばフォトダイオードである。光電変換部ＰＤのフォトダイオードは、アノードが基準電圧端子ＧＮＤに接続され、カソードが転送トランジスタＴｒ１のソースに接続されている。転送トランジスタＴｒ１のドレインは、リセットトランジスタＴｒ２のソース及び増幅トランジスタＴｒ３のゲートに接続されている。
【００２２】
転送トランジスタＴｒ１のドレイン、リセットトランジスタＴｒ２のソース及び増幅トランジスタＴｒ３のゲートの接続ノードは、第１のＦＤ（フローティングディフュージョン）を構成する。リセットトランジスタＴｒ２のドレイン及び増幅トランジスタＴｒ３のドレインは、電源電圧ＶＤＤ端子に接続されている。増幅トランジスタＴｒ３のソースは、選択トランジスタＴｒ４のドレインに接続されている。選択トランジスタＴｒ４のソースは、垂直出力線１０８に接続されている。
【００２３】
第２領域１１に配された画素１１０は、固定電圧供給トランジスタＴｒ５、リセットトランジスタＴｒ２、増幅トランジスタＴｒ３、選択トランジスタＴｒ４を含む。固定電圧供給トランジスタＴｒ５のソースは、電圧供給線１１３に接続されている。固定電圧供給トランジスタＴｒ５のドレインは、リセットトランジスタＴｒ２のソース及び増幅トランジスタＴｒ３のゲートに接続されている。
【００２４】
固定電圧供給トランジスタＴｒ５のドレイン、リセットトランジスタＴｒ２のソース及び増幅トランジスタＴｒ３のゲートの接続ノードは、第２のＦＤ（フローティングディフュージョン）を構成する。リセットトランジスタＴｒ２のドレイン及び増幅トランジスタＴｒ３のドレインは、電源電圧ＶＤＤ端子に接続されている。増幅トランジスタＴｒ３のソースは、選択トランジスタＴｒ４のドレインに接続されている。選択トランジスタＴｒ４のソースは、垂直出力線１０８に接続されている。
【００２５】
図２の画素構成の場合、各行に配された画素制御線１０９は、信号線ＴＸ，ＲＥＳ，ＳＥＬを含む。信号線ＴＸは、対応する行に属する画素１０５，１０６の転送トランジスタＴｒ１のゲート、及び画素１１０の固定電圧供給トランジスタＴｒ５のゲートにそれぞれ接続されている。信号線ＲＥＳは、対応する行に属する画素１０５，１０６，１１０のリセットトランジスタＴｒ２のゲートにそれぞれ接続されている。信号線ＳＥＬは、対応する行に属する画素１０５，１０６，１１０の選択トランジスタＴｒ４のゲートにそれぞれ接続されている。なお、図２には、信号線の参照符号に行番号を付記している（例えば、ＳＥＬ（１），ＲＥＳ（ｍ））。
【００２６】
信号線ＴＸには、転送トランジスタＴｒ１、及び固定電圧供給トランジスタＴｒ５を制御するための駆動パルスである制御信号ＰＴＸが、垂直走査回路１０２から出力される。信号線ＲＥＳには、リセットトランジスタＴｒ２を制御するための駆動パルスである制御信号ＰＲＥＳが、垂直走査回路１０２から出力される。信号線ＳＥＬには、選択トランジスタＴｒ４を制御するための駆動パルスである制御信号ＰＳＥＬが、垂直走査回路１０２から出力される。各トランジスタがＮ型トランジスタで構成される場合、垂直走査回路１０２からハイレベル”Ｈ”の制御信号が供給されると対応するトランジスタがオンとなり、ローレベル”Ｌ”の制御信号が供給されると対応するトランジスタがオフとなる。
【００２７】
電圧供給線１１３は固定電圧Ｖ０に接続されている。固定電圧Ｖ０は、故障検知用の画素１１０から出力される信号のレベルがダーク（遮光状態の出力）レベルと飽和レベルの中間程度となるように調整されることが望ましいが、この限りではない。また後述するように、故障が発生しているエリアを特定するために、複数の電圧値を供給可能な構成としてもよい。
【００２８】
光電変換部ＰＤは、入射光をその光量に応じた量の電荷に変換（光電変換）するとともに、生じた電荷を蓄積する。画素１０５，１０６の転送トランジスタＴｒ１は、オンされることにより光電変換部ＰＤの電荷を第１のＦＤに転送する。第１のＦＤは、その容量による電荷電圧変換によって、光電変換部ＰＤから転送された電荷の量に応じた電圧となる。画素１１０の固定電圧供給トランジスタＴｒ５は、オンされることにより電圧供給線１１３から供給された電圧を第２のＦＤに印加する。
【００２９】
増幅トランジスタＴｒ３は、ドレインに電源電圧ＶＤＤが供給され、ソースに選択トランジスタＴｒ４を介して不図示の電流源からバイアス電流が供給される構成となっており、ゲートを入力ノードとする増幅部（ソースフォロワ回路）を構成する。これにより増幅トランジスタＴｒ３は、第１のＦＤ又は第２のＦＤの電圧に基づく撮像信号を、選択トランジスタＴｒ４を介して垂直出力線１０８に出力する。リセットトランジスタＴｒ２は、オンされることにより第１のＦＤ又は第２のＦＤを電源電圧ＶＤＤに応じた電圧にリセットする。
【００３０】
同一行の画素１０５，１０６，１１０に対しては、共通の制御信号ＰＴＸ，ＰＲＥＳ，ＰＳＥＬが垂直走査回路１０２から供給される。例えば、第ｍ行の画素１０５，１０６，１１０の転送トランジスタＴｒ１及び固定電圧供給トランジスタＴｒ５、リセットトランジスタＴｒ２、選択トランジスタＴｒ４には、制御信号ＰＴＸ（ｍ）、ＰＲＥＳ（ｍ）、ＰＳＥＬ（ｍ）が、それぞれ供給される。
【００３１】
このように、本実施形態の撮像装置１００は、光電変換部に生じた信号電荷に基づく信号（第１信号）を出力する第１画素と、故障検知用の信号（第２信号）を出力する第２画素とを独立に有しており、撮像動作を行いながら故障を検知することができる。
【００３２】
更に、本実施形態の撮像装置１００は、図１に示すように、故障検知用の画素１１０を、駆動回路１３に対し、画素制御線１０９を共有する複数の画素１０５を挟んだ反対側に配置している。このような構成により、検知が難しい断線等の開放故障を含む多種類の故障モードを検知することができる。その理由について図３及び図４を参照しながら説明する。
【００３３】
図３は、関連する撮像装置における画素配置を、故障発生時の画素出力例と共に示す比較図である。図３（ａ）は、故障検知用の画素１１０が駆動回路１３の近くに配置された画素配置であって、本実施形態とは異なる画素配置を比較例として示している。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す画素配置において故障が発生した場合の、代表的な画素出力を概略的に示している。図３（ａ）及び図３（ｂ）では、説明を簡潔かつ明確にするために、８個の画素１０５ａ〜１０５ｈ、遮光された１つの画素１０６、及び故障検知用の１つの画素１１０が、１本の画素制御線１０９を共有する場合を想定する。
【００３４】
図３（ｂ）に示す「Ｎ１」〜「Ｎ３」は、故障が発生していない通常（Ｎｏｒｍａｌ）状態において撮影を行ったときの、各画素の出力を比較例として示している。「Ｎ１」は、遮光なし（撮像領域を絞らない状態）、「Ｎ２」は、一部遮光（撮像領域を絞った状態）、「Ｎ３」は、全遮光（全て遮光の状態）のそれぞれの状態において撮影を行ったときの出力値を示している。「ＯＢ」はＯｐｔｉｃａｌ  Ｂｌａｃｋを表し、撮影モードに関わらずダーク（遮光状態の出力）レベルとなる。「Ｉ１」〜「Ｉ８」は、故障が発生していない状態における撮像（Ｉｍａｇｉｎｇ）信号の出力値を表している。「Ｄ１」〜「Ｄ８」は、遮光状態における撮像信号の出力値を表している。また、「Ｖ０」は、故障検知用の画素１１０から出力される信号であり、前述のように、ダークレベルと飽和レベルの中間程度となるように調整されることが望ましい。
【００３５】
「Ｏ１」〜「Ｏ３」は、画素制御線１０９が画素１０５ｄと画素１０５ｅの間において、断線等の開放故障（Ｏｐｅｎ−ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｆａｉｌｕｒｅ）したときの、各画素の出力値を示している。「Ｏ１」は、遮光なし（撮像領域を絞らない状態）、「Ｏ２」は、一部遮光（撮像領域を絞った状態）、「Ｏ３」は、全遮光（全て遮光の状態）のそれぞれの状態において撮影を行ったときの出力値を示している。画素制御線１０９に断線等が発生した開放故障の場合は、画素の出力が読み出されないため、画素１０６、１０５ｅ〜１０５ｈの出力値「Ｄｏ」は、ダークレベルに近い値となると想定される。
【００３６】
「Ｓ１」〜「Ｓ３」は、画素制御線１０９が画素１０５ｄと画素１０５ｅの間において、他の電源線と短絡故障（Ｓｈｏｒｔ−ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｆａｉｌｕｒｅ）したときの、各画素の出力値を示している。「Ｓ１」は、遮光なし（撮像領域を絞らない状態）、「Ｓ２」は、一部遮光（撮像領域を絞った状態）、「Ｓ３」は、全遮光（全て遮光の状態）のそれぞれの状態において撮影を行ったときの出力値を示している。短絡故障の場合は短絡先の電源線等の電圧が画素制御線１０９に入力されるため、開放故障とは異なり、画素１０５ｅ〜１０５ｈ、１０６の出力値「Ｉｓ」は、ダークレベルではなく撮像信号の出力に近い値となると想定される。
【００３７】
このように、短絡故障「Ｓ１」〜「Ｓ３」が発生した場合は、故障検知用の画素１１０の出力が「Ｖ０」でなく「Ｉｓ」となると共に、その他の画素１０５ａ〜１０５ｈ、１０６の出力も「Ｉｓ」となるので、この行に何らかの故障が起きていることが分かる。しかし、開放故障「Ｏ１」〜「Ｏ３」が発生した場合は、故障検知用の画素１１０の出力は「Ｖ０」のままである。また、その他の画素１０５ａ〜１０５ｈ、１０６の出力「Ｏ１」及び「Ｏ２」は、正常時の「Ｎ２」と区別が付かず、出力「Ｏ３」は、正常時の「Ｎ３」と区別が付かない。すなわち、図３（ａ）に示すような、故障検知用の画素１１０が駆動回路１３の近くに配置された画素配置では、検知できる故障の種類に制限が生じてしまう。
【００３８】
図４は、第１実施形態による撮像装置１００における画素配置を、故障発生時の画素出力例と共に示す図である。本実施形態では、図４（ａ）に示すように、故障検知用の画素１１０を、駆動回路１３に対し、画素制御線１０９を共有する複数の画素１０５を挟んだ反対側に配置している。
【００３９】
図４（ａ）に示す本実施形態の画素配置では、開放故障「Ｏ１」〜「Ｏ３」が発生した場合でも、図４（ｂ）に示すように、故障検知用の画素１１０の出力は「Ｖ０」でなく「Ｄｏ」となり、この行に何らかの故障が起きていることが分かる。また、短絡故障「Ｓ１」〜「Ｓ３」が発生した場合も、故障検知用の画素１１０の出力は「Ｖ０」でなく「Ｉｓ」となり、この行に何らかの故障が起きていることが分かる。すなわち、検知が難しい開放故障を含む多種類の故障モードを、撮像を行いながら検知することができる。
【００４０】
以上のように、本実施形態の撮像装置は、光電変換部に生じた信号電荷に基づく信号（第１信号）を出力する第１画素と、故障検知用の信号（第２信号）を出力する第２画素を備えている。そして、第２画素を、駆動回路に対し、画素制御線を共有する第１画素を挟んだ反対側に配置している。このような構成により、開放故障を含む多種類の故障モードを、撮像を行いながら検知することが可能な撮像装置、故障検知方法、撮像システム、及び移動体を提供することができる。なお、第２信号を所定の期待値と比較して故障を検知する不図示の故障検知部は、撮像装置の内部に設けてもよいし、撮像装置の外部に設けてもよい。
【００４１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る撮像装置１００ｂについて図５を参照しながら説明する。先の第１実施形態では、短絡故障及び開放故障を含む多種類の故障モードを、撮像を行いながら検知し得る構成について説明した。これに対し、本実施形態では、故障が発生しているエリアを特定することが可能な構成について説明する。
【００４２】
図５は、第２実施形態による撮像装置１００ｂの概略構成を示すブロック図である。本実施形態の撮像装置１００ｂは、画素制御線１０９を共有する故障検知用の画素の数が２つに増えている。また、本実施形態の電圧供給部１２ｂは、異なる２種類の固定電圧Ｖ０、Ｖ１を、電圧供給線１１３，１１４を介して供給可能な構成を有している。これにより、故障検知用の画素１１０には固定電圧Ｖ０が供給され、故障検知用の画素１１１には固定電圧Ｖ１が供給される。その他については、第１実施形態と概ね同じであるため説明は省略する。
【００４３】
本実施形態においても、画素制御線１０９を共有する２つの故障検知用の画素が、駆動回路１３と反対側に配置されるため、開放故障を含む多種類の故障モードを検知することができる。また、本実施形態では、画素制御線１０９を共有する２つの故障検知用の画素に、固定電圧Ｖ０、Ｖ１を組み合わせた２２＝４通りの固定電圧の組み合わせ（Ｖ１、Ｖ１）、（Ｖ１、Ｖ０）、（Ｖ０、Ｖ１）、（Ｖ０、Ｖ０）のうちのいずれかが供給される。これにより、画素制御線１０９を共有する２つの故障検知用の画素に供給される固定電圧の組み合わせを、エリアごとに異ならせる。
【００４４】
例えば、図５に示す画素制御線１０９を共有する２つの故障検知用の画素には、上から順に、固定電圧の組み合わせ（Ｖ１、Ｖ１）、（Ｖ１、Ｖ０）、（Ｖ０、Ｖ１）、（Ｖ０、Ｖ０）が供給されている。故障検知用の画素１１０、１１１は、電圧供給部１２ｂから供給される固定電圧Ｖ０、Ｖ１に基づいた信号をそれぞれ出力するので、画素制御線１０９を共有する２つの故障検知用の画素の組が出力する信号のパターンは、エリアごとに異なる。よって、画素制御線１０９を共有する２つの故障検知用の画素が出力する信号のパターンを、所定の期待値と比較することで、故障が発生しているエリアを特定することが可能となる。なお、図５では１つの行を１つのエリアに対応させたが、固定電圧の組み合わせを複数行ごとに異ならせて、複数の行を１つのエリアに対応させてもよい。
【００４５】
以上のように、本実施形態の撮像装置では、画素制御線を共有する２つの故障検知用の画素（第２画素）に対し、２つの固定電圧の組み合わせを、所定のエリアごとに異ならせて供給する。また、第２画素は、固定電圧に基づく信号（第２信号）を出力する。このような構成により、画素制御線を共有する２つの第２画素が出力する第２信号のパターンを所定の期待値と比較して、故障が発生しているエリアを特定することができる。
【００４６】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る撮像装置１００ｃについて図６を参照しながら説明する。本実施形態では、故障が発生しているエリアをより詳細に特定することが可能な構成について説明する。
【００４７】
図６は、第３実施形態による撮像装置１００ｃの概略構成を示すブロック図である。本実施形態の撮像装置１００ｃは、画素制御線１０９を共有する故障検知用の画素の数が更に４つに増えている。他方、電圧供給部１２ｃが供給可能な固定電圧の数は２種類のままとしている。このような構成により、本実施形態の４つの故障検知用の画素には、固定電圧Ｖ０、Ｖ１を組み合わせた２４＝１６通りの固定電圧の組み合わせ（Ｖ０、Ｖ０、Ｖ０、Ｖ０）、…、（Ｖ１、Ｖ１、Ｖ１、Ｖ１）のうちのいずれかが供給される。その他については、第２実施形態と概ね同じであるため説明は省略する。
【００４８】
本実施形態では、画素制御線１０９を共有する複数の故障検知用の画素に供給する固定電圧の組み合わせを、エリアごとに１６通りに異ならせることで、故障が発生している個所を、分割した１６のエリアから特定することができる。更に、画素制御線１０９を共有する複数の故障検知用の画素の数をＮ個に増やすことで、２Ｎのエリアから故障を特定することも可能である。また更に、電圧供給部１２ｃが供給可能な固定電圧の数をＭ種類に増やすことで、ＭＮのエリアから故障を特定することも可能である。例えば画像を縦方向にＭＮ分割して（合計で２５６行の画像であれば１〜１６、１７〜３２、・・・２４０〜２５６等）、どのエリアで故障が起きているかをより詳細に特定することができる。
【００４９】
更には、故障が発生しているエリアに応じて故障に対する対処方法を異ならせることもできる。但し、画素制御線１０９を共有する故障検知用の画素の数Ｎや、電圧供給部１２ｃが供給可能な固定電圧の数Ｍを増やすことは回路の複雑化に繋がるため、用途に応じて適切な数が選択されることが望ましい。
【００５０】
以上のように、本実施形態の撮像装置では、画素制御線を共有する複数の故障検知用の画素（第２画素）に対し、複数の固定電圧の組み合わせを、所定のエリアごとに異ならせて供給する。また、第２画素は、固定電圧に基づく信号（第２信号）を出力する。このような構成により、画素制御線を共有する複数の第２画素が出力する第２信号のパターンを所定の期待値と比較して、故障が発生しているエリアをより詳細に特定することができる。
【００５１】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態による撮像システム及び移動体について、図７及び図８を用いて説明する。図７は、第４実施形態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８は、第４実施形態による撮像システムの動作を示すフロー図である。
【００５２】
本実施形態では、車載カメラに関する撮像システムの一例を示す。図７（ａ）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、上記第１乃至第３実施形態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。
【００５３】
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、異常検知部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。異常検知部７０９は、撮像装置７０２の異常を検知すると、主制御部７１３に異常を発報する。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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を切り替える設定等を送信する。
【００５７】
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・障害物の状態を検知することができる。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、操舵、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の検知結果を基に他車・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。
【００５８】
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。
【００５９】
本実施形態では、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７（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。
【００６０】
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。
【００６１】
次に、撮像システム７０１における撮像装置７０２の故障検知動作について、図８を用いて説明する。撮像装置７０２の故障検知動作は、図８に示すステップＳ８１０〜Ｓ８８０に従って実施される。
【００６２】
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知動作を開始する。
【００６３】
次いで、ステップＳ８２０において、走査行に属する第１領域１０の画素１０５，１０６からの信号を取得する。また、ステップＳ８３０において、走査行に属する第２領域１１の画素１１０からの出力値を取得する。なお、ステップＳ８２０とステップＳ８３０とは逆でもよい。
【００６４】
次いで、ステップＳ８４０において、画素１１０への固定電圧Ｖ０の接続設定に基づく画素１１０の出力期待値と、実際の画素１１０からの出力値との該非判定を行う。
【００６５】
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、第１領域１０における撮像動作が正常に行われていると判定し、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。その後、ステップＳ８２０に戻り、故障検知動作を継続する。
【００６６】
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、ステップＳ８７０に移行し、第１領域１０における撮像動作に異常があると判定し、主制御部７１３、警報装置７１２に警報を発報する。警報装置７１２は、表示部に異常が検知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。
【００６７】
なお、本実施形態では、各走査行毎にフローチャートをループさせる例を例示したが、複数の走査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知動作を行ってもよい。
【００６８】
また、本実施形態では、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運転する制御や、車線からはみ出さないように運転する制御などにも適用可能である。更に、撮像システム７０１は、自動車等の車両に限らず、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。
【００６９】
［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
【００７０】
また、上記実施形態では、画素１０５，１０６，１１０のトランジスタをＮ型トランジスタにより構成する場合を想定して説明を行ったが、画素１０５，１０６，１１０のトランジスタをＰ型トランジスタにより構成するようにしてもよい。この場合、上記説明における各駆動信号の信号レベルは逆になる。
【００７１】
また、画素１０５，１０６，１１０の回路構成は、図２に示したものに限定されるものではなく、適宜変更が可能である。例えば、画素１０５，１０６，１１０は、１画素に２つの光電変換部を有するデュアルピクセル構造であってもよい。
【００７２】
また、第４実施形態に示した撮像システムは、本発明の撮像装置を適用しうる撮像システム例を示したものであり、本発明の撮像装置を適用可能な撮像システムは図７及び図８に示した構成に限定されるものではない。例えば、上記第１乃至第３実施形態で述べた撮像装置は、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラなどにも適用することができる。
【００７３】
なお、上記実施形態は、何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ものである。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、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１０            ：第１領域（画像取得用の画素領域）
１１            ：第２領域（故障検知用の画素領域）
１２            ：電圧供給部
１３            ：駆動回路
１００          ：撮像装置
１０２          ：垂直走査回路
１０３          ：列回路
１０４          ：水平走査回路
１０５          ：光電変換部を備えた画素（第１画素）
１０６          ：遮光された光電変換部を備えた画素（第３画素）
１０７          ：制御部
１０８          ：垂直出力線
１０９          ：画素制御線
１１０、１１１  ：故障検知用の画素（第２画素）
１１３、１１４  ：電圧供給線
１１５          ：出力回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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