(57)【要約】【課題】より精度の良い異常検出用の信号を出力可能な固体撮像装置を提供する。【解決手段】アナログ信号である画素信号を出力する画素と、画素信号をデジタル信号に変換してデジタル画素信号を生成する読み出し部と、デジタル画素信号を記憶する記憶部と、第１検査信号を記憶部に出力して、記憶部に記憶させる第１検査信号出力部と、を有し、記憶部に記憶された第１検査信号は、あるフレームのデジタル画素信号の出力が終了した後、かつ、次のフレームのデジタル画素信号の出力を開始する前の期間に記憶部から出力される。【選択図】図１
2018121325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ信号である画素信号を出力する画素と、
前記画素信号をデジタル信号に変換してデジタル画素信号を生成する読み出し部と、
前記デジタル画素信号を記憶する記憶部と、
第１検査信号を前記記憶部に出力して、前記記憶部に記憶させる第１検査信号出力部と、を有し、
前記記憶部に記憶された前記第１検査信号は、あるフレームの前記デジタル画素信号の出力が終了した後、かつ、次のフレームの前記デジタル画素信号の出力を開始する前の期間に前記記憶部から出力される
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１検査信号出力部は、前記読み出し部を介さずにデジタル信号である前記第１検査信号を前記記憶部に出力する
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１検査信号は、互いに異なる値を有する複数の検査パターンにより構成される
ことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１検査信号出力部は、前記複数の検査パターンを順次、前記記憶部に出力して、記憶させる
ことを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記複数の検査パターンが、あるフレームの前記デジタル画素信号の出力が終了した後、かつ、次のフレームの前記デジタル画素信号の出力が開始する前の期間に前記記憶部から出力される
ことを特徴とする請求項３又は４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記複数の検査パターンのうちの１つの検査パターンが、第１のフレームの前記デジタル画素信号の出力が終了した後、かつ、前記第１のフレームの次の第２のフレームの前記デジタル画素信号の出力が開始する前の期間に前記記憶部から出力され、
前記複数の検査パターンのうちの別の１つの検査パターンが、前記第２のフレームの前記デジタル画素信号の出力が終了した後、かつ、前記第２のフレームの次の第３のフレームの前記デジタル画素信号の出力が開始する前の期間に前記記憶部から出力される
ことを特徴とする請求項３又は４記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１検査信号出力部から出力された前記第１検査信号と、前記記憶部に記憶された前記第１検査信号とを比較することにより、前記記憶部の異常を判定する第１判定部を更に有する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１判定部における第１判定結果は、あるフレームの前記デジタル画素信号の出力が終了した後、かつ、次のフレームの前記デジタル画素信号の出力が開始する前の期間に前記第１判定部から出力される
ことを特徴とする請求項７記載の固体撮像装置。
【請求項９】
アナログ信号である第２検査信号を出力する第２検査信号出力部と、
前記第２検査信号又は前記画素信号が選択的に入力され、入力された信号をアナログ信号のまま増幅する増幅部と
を更に有し、
前記増幅部から出力された前記第２検査信号は、前記読み出し部によりデジタル信号に変換され、前記記憶部に記憶される
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記記憶部に記憶された前記第２検査信号は、あるフレームの前記デジタル画素信号の出力が終了した後、かつ、次のフレームの前記デジタル画素信号の出力が開始する前の期間に前記記憶部から出力される
ことを特徴とする請求項９記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記第２検査信号出力部から出力された前記第２検査信号と、前記記憶部に記憶された前記第２検査信号とを比較することにより、前記増幅部の異常を判定する第２判定部を更に有する
ことを特徴とする請求項９又は１０記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記第２判定部における第２判定結果は、あるフレームの前記デジタル画素信号の出力が終了した後、かつ、次のフレームの前記デジタル画素信号の出力が開始する前の期間に前記第２判定部から出力される
ことを特徴とする請求項１１記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力され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。
【請求項１４】
前記記憶部に記憶された前記第１検査信号と期待値との比較結果に基づいて、前記固体撮像装置の異常を検出する異常検出部を更に有する
ことを特徴とする請求項１３記載の撮像システム。
【請求項１５】
移動体であって、
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の前記画素から出力される前記画素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１６】
前記記憶部に記憶された前記第１検査信号と期待値との比較結果に基づいて、前記固体撮像装置の異常を検出する異常検出部を更に有する
ことを特徴とする請求項１５記載の移動体。
【請求項１７】
複数の列及び複数の行を含む行列を構成するように配された複数の画素と、
前記複数の列に対応して設けられ、対応する列に配された前記画素が出力する信号に基づく情報をデジタル値としてそれぞれが保持する複数のメモリと、
前記複数のメモリに、故障検査用の検査情報を供給する検査情報供給部と、
前記複数のメモリが保持する情報を出力する出力回路と、を有し、
前記出力回路は、前記複数の画素から出力された信号に基づく情報を行単位で出力し、
前記出力回路は、前記複数のメモリの一部に保持された前記検査情報を１行分の出力期間に相当する第１の期間に出力し、かつ、前記複数のメモリの他の一部に保持された前記検査情報を前記第１の期間とは別であって、１行分の出力期間に相当する第２の期間に出力し、
前記第１の期間及び前記第２の期間は、それぞれ、前記出力回路による一の行の画素情報の出力動作と、前記出力回路による他の行の画素情報の出力動作の間の期間である
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１８】
前記複数のメモリのそれぞれが記憶可能な情報のビット数は、前記画素が出力する信号に基づく情報のビット数よりも多く、
前記出力回路は、一度に出力する情報のビット数が、前記画素が出力する信号に基づく情報のビット数以下になるように、前記複数のメモリのそれぞれが記憶する情報をビット単位で分割して出力する
ことを特徴とする請求項１７記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
前記出力回路は、前記画素が出力する信号に基づく第１の画像データの出力と、前記画素が出力する信号に基づく第２の画像データの出力との間に、前記検査情報を供給した前記複数のメモリから前記複数のメモリが保持する情報を出力する
ことを特徴とする請求項１７又は１８記載の固体撮像装置。
【請求項２０】
前記第２の画像データは、前記第１の画像データの次に出力される画像データである
ことを特徴とする請求項１９記載の固体撮像装置。
【請求項２１】
前記第１の画像データは第１のフレームの画像データであり、前記第２の画像データは前記第１のフレームの次の第２のフレームの画像データである
ことを特徴とする請求項１９又は２０記載の固体撮像装置。
【請求項２２】
前記第１の画像データ及び前記第２の画像データは、一のフレームの異なる行のデータである
ことを特徴とする請求項１９又は２０記載の固体撮像装置。
【請求項２３】
前記出力回路は、前記第１の画像データの出力と前記第２の画像データの出力との間に、前記複数のメモリが保持する前記検査情報の総てを出力する
ことを特徴とする請求項１９乃至２２のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項２４】
前記出力回路は、前記第１の画像データの出力と前記第２の画像データの出力との間に、前記複数のメモリが保持する前記検査情報のうちの一部を出力する
ことを特徴とする請求項１９乃至２２のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項２５】
前記複数のメモリのそれぞれは、前記画素から出力される光信号に基づく第１の情報を保持する第１のメモリと、前記画素から出力されるノイズ信号に基づく第２の情報を保持する第２のメモリとを有し、
前記出力回路は、前記第１のメモリに保持された情報に基づく第１のデジタル値から前記第２のメモリに保持された情報に基づく第２のデジタル値を差し引いた第３のデジタル値を出力する
ことを特徴とする請求項１７乃至２４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項２６】
前記画素が出力するアナログ信号を可変のＡＤ変換ゲインでデジタル信号に変換するＡＤ変換回路部を更に有し、
前記第１の情報は、前記光信号を、第１のＡＤ変換ゲインでデジタル値に変換した情報であり、
前記第２の情報は、前記ノイズ信号を、第２のＡＤ変換ゲインでデジタル値に変換した情報であり、
前記出力回路は、前記第１のＡＤ変換ゲイン及び前記第２のＡＤ変換ゲインを考慮して、前記第３のデジタル値を算出する
ことを特徴とする請求項２５記載の固体撮像装置。
【請求項２７】
前記複数のメモリのそれぞれは、前記第１のＡＤ変換ゲインと前記第２のＡＤ変換ゲインとの関係を示す情報を保持する第３のメモリを更に有する
ことを特徴とする請求項２６記載の固体撮像装置。
【請求項２８】
前記画素が出力する信号を可変の増幅率で増幅する増幅回路部を更に有し、
前記第１の情報は、前記光信号を第１の増幅率で増幅した信号をデジタル値に変換した情報であり、
前記第２の情報は、前記ノイズ信号を第２の増幅率で増幅した信号をデジタル値に変換した情報であり、
前記出力回路は、前記第１の増幅率及び前記第２の増幅率を考慮して、前記第３のデジタル値を算出する
ことを特徴とする請求項２５記載の固体撮像装置。
【請求項２９】
前記複数のメモリのそれぞれは、前記第１の増幅率と前記第２の増幅率との関係を示す情報を保持する第３のメモリを更に有する
ことを特徴とする請求項２８記載の固体撮像装置。
【請求項３０】
前記検査情報供給部は、異なるタイミングで前記出力回路から情報が出力される少なくとも２つの前記メモリに、互いに異なる前記検査情報を供給する
ことを特徴とする請求項１７乃至２９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項３１】
請求項１７乃至３０のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力され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。
【請求項３２】
前記検査情報を供給した前記複数のメモリから出力された検査データと期待値との比較結果に基づいて前記固体撮像装置の異常を検出する異常検出部を更に有する
ことを特徴とする請求項３１記載の撮像システム。
【請求項３３】
移動体であって、
請求項１７乃至３０のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の前記画素から出力される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３４】
前記検査情報を供給した前記複数のメモリから出力された検査データと期待値との比較結果に基づいて前記固体撮像装置の異常を検出する異常検出部を更に有する
ことを特徴とする請求項３３記載の移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、撮像システム及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像装置の高性能化とともに信頼性の向上が求められている。特に、車載等の用途では、使用環境が厳しいうえ安全対策は極めて重要であり、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、固体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】
特許文献１には、画素アレイ内にダーク画素を有するイメージセンサが開示されている。特許文献１のイメージセンサは、ダーク画素に所定の検証用電圧を印加した際の出力を、異常がない場合に予想される出力と照合することにより異常検出を行うことができると記載されている。
【０００４】
特許文献２には、画素信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する機能を備えた固体撮像装置において、デジタル信号に変換した画素信号を保持する列メモリへのテスト信号の書き込みと読み出しとを行うことで列メモリの検査を行う技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／００２７５６５号明細書
【特許文献２】特開２０１５−２０１８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ダーク画素からの出力信号はアナログ信号であるため、読み出しにおいて読み出し回路のノイズが信号に含まれ得る。そのため、読み出し回路からの出力信号をアナログデジタル変換し、変換後のデジタル値をメモリに保持したとき、ノイズの影響により、特にメモリに保持される値の下位の桁の値が予想される値と異なる可能性がある。すなわち、異常検出用の信号にはノイズに起因する誤差が生じる場合がある。したがって、メモリに保持された値の下位の桁が予想される値と異なる場合には、読み出し回路の異常に起因するものであるのか、それともノイズによるものであるのかを判別することが困難となり得る。以上の理由により、ダーク画素からの出力を用いた異常検出において、異常の有無の判別が困難となることがある。
【０００７】
そこで、本発明は、より精度の良い異常検出用の信号を出力可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によれば、アナログ信号である画素信号を出力する画素と、前記画素信号をデジタル信号に変換してデジタル画素信号を生成する読み出し部と、前記デジタル画素信号を記憶する記憶部と、第１検査信号を前記記憶部に出力して、前記記憶部に記憶させる第１検査信号出力部と、を有し、前記記憶部に記憶された前記第１検査信号は、あるフレームの前記デジタル画素信号の出力が終了した後、かつ、次のフレームの前記デジタル画素信号の出力を開始する前の期間に前記記憶部から出力される固体撮像装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の他の一観点によれば、アナログ信号である画素信号を出力する画素と、前記画素信号をデジタル信号に変換してデジタル画素信号を生成する読み出し部と、前記デジタル画素信号を記憶する記憶部と、第１検査信号を前記記憶部に出力して、前記記憶部に記憶させる第１検査信号出力部と、を有し、前記記憶部に記憶された前記第１検査信号は、あるフレームの前記デジタル画素信号の出力が終了した後、かつ、次のフレームの前記デジタル画素信号の出力を開始する前の期間に前記記憶部から出力される固体撮像装置と、前記固体撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部とを有する撮像システムが提供される。
【００１０】
また、本発明の更に他の一観点によれば、移動体であって、アナログ信号である画素信号を出力する画素と、前記画素信号をデジタル信号に変換してデジタル画素信号を生成する読み出し部と、前記デジタル画素信号を記憶する記憶部と、第１検査信号を前記記憶部に出力して、前記記憶部に記憶させる第１検査信号出力部と、を有し、前記記憶部に記憶された前記第１検査信号は、あるフレームの前記デジタル画素信号の出力が終了した後、かつ、次のフレームの前記デジタル画素信号の出力を開始する前の期間に前記記憶部から出力される固体撮像装置と、前記固体撮像装置の前記画素から出力される前記画素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移動体が提供される。
【００１１】
また、本発明の更に他の一観点によれば、複数の列及び複数の行を含む行列を構成するように配された複数の画素と、前記複数の列に対応して設けられ、対応する列に配された前記画素が出力する信号に基づく情報をデジタル値としてそれぞれが保持する複数のメモリと、前記複数のメモリに、故障検査用の検査情報を供給する検査情報供給部と、前記複数のメモリが保持する情報を出力する出力回路と、を有し、前記出力回路は、前記複数の画素から出力された信号に基づく情報を行単位で出力し、前記出力回路は、前記複数のメモリの一部に保持された前記検査情報を１行分の出力期間に相当する第１の期間に出力し、かつ、前記複数のメモリの他の一部に保持された前記検査情報を前記第１の期間とは別であって、１行分の出力期間に相当する第２の期間に出力し、前記第１の期間及び前記第２の期間は、それぞれ、前記出力回路による一の行の画素情報の出力動作と、前記出力回路による他の行の画素情報の出力動作の間の期間である固体撮像装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、より精度の良い異常検出用の信号を出力可能な固体撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る固体撮像装置のブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る画素の等価回路図である。
【図３】第１実施形態に係る固体撮像装置の１行分の読み出し動作を示す模式図である。
【図４】第１実施形態に係る固体撮像装置の垂直走査方法を示す模式図である。
【図５】第１実施形態に係る固体撮像装置から出力される画像データの模式図である。
【図６】第１実施形態に係る固体撮像装置を搭載した撮像システムの動作を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態に係る固体撮像装置のブロック図である。
【図８】第２実施形態に係る固体撮像装置から出力される画像データの模式図である。
【図９】第２実施形態に係る固体撮像装置を搭載した撮像システムの動作を示すフローチャートである。
【図１０】第３実施形態に係る固体撮像装置のブロック図である。
【図１１】第３実施形態に係る入力選択回路のブロック図である。
【図１２】第３実施形態に係る固体撮像装置から出力される画像データの模式図である。
【図１３】第３実施形態に係る固体撮像装置を搭載した撮像システムの動作を示すフローチャートである。
【図１４】第４実施形態に係る固体撮像装置のブロック図である。
【図１５】第４実施形態に係る固体撮像装置から出力される画像データの模式図である。
【図１６】第４実施形態に係る固体撮像装置を搭載した撮像システムの動作を示すフローチャートである。
【図１７】第５実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１８】第５実施形態に係る固体撮像装置における画素の構成例を示す回路図である。
【図１９】第５実施形態に係る固体撮像装置におけるメモリ部、水平走査回路及び水平転送回路の構成例を示すブロック図（その１）である。
【図２０】第５実施形態に係る固体撮像装置におけるメモリ部、水平走査回路及び水平転送回路の構成例を示すブロック図（その２）である。
【図２１】第５実施形態に係る固体撮像装置におけるメモリ部、水平走査回路及び水平転送回路の構成例を示すブロック図（その３）である。
【図２２】第５実施形態に係る固体撮像装置における１行の読み出し動作を説明する概略図である。
【図２３】第５実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法を示す概略図である。
【図２４】固体撮像装置の外部の信号処理装置におけるデータの構成例を示す模式図である。
【図２５】第５実施形態に係る固体撮像装置の故障検知方法を示すフローチャートである。
【図２６】第６実施形態に係る固体撮像装置におけるメモリ部、水平走査回路及び水平転送回路の構成例を示すブロック図（その１）である。
【図２７】第６実施形態に係る固体撮像装置におけるメモリ部、水平走査回路及び水平転送回路の構成例を示すブロック図（その２）である。
【図２８】第６実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図２９】固体撮像装置の外部の信号処理装置におけるデータの構成例を示す模式図である。
【図３０】第７実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３１】第７実施形態に係る固体撮像装置におけるメモリ部、水平走査回路及び水平転送回路の構成例を示すブロック図（その１）である。
【図３２】第７実施形態に係る固体撮像装置におけるメモリ部、水平走査回路及び水平転送回路の構成例を示すブロック図（その２）である。
【図３３】第７実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図３４】本発明の第８実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図３５】本発明の第９実施形態に係る移動体の構成を示す模式図である。
【図３６】本発明の第９実施形態に係る移動体のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。各図において、同一の構成要素又は相互に対応する構成要素には同一の参照符号が付されている。また、以下の各実施形態において、重複する構成要素の説明は省略又は簡略化することがある。
【００１５】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置１００の概略構成を示すブロック図である。固体撮像装置１００は、タイミングジェネレータ１０２、垂直走査回路１０３、比較回路部１０４、カウンタ１０５、列メモリ１０６、水平走査回路１０７、画像出力回路１０８、電圧供給部１０９及び画素アレイ１１０を含む。
【００１６】
画素アレイ１１０は、複数の行及び複数の列に渡って二次元状に配された複数の画素１０１を含む。垂直走査回路１０３は、複数の画素１０１を駆動するための複数の制御信号を行ごとに供給する。垂直走査回路１０３は、シフトレジスタ、アドレスデコーダなどの論理回路を含み得る。なお、図では簡略化のため、各行に対し１本の制御信号線のみが示されているが、実際には複数の制御信号線を含む。垂直走査回路１０３により選択された行の画素１０１は、画素アレイ１１０の各列に対応して設けられた垂直出力線を介して、比較回路部１０４にアナログ信号である画素信号を出力する。
【００１７】
比較回路部１０４は、複数のサンプルホールド回路、複数の比較器、参照信号生成部等を含む。サンプルホールド回路及び比較器は、画素アレイの各列に対応して設けられる。カウンタ１０５はカウント動作を行ってカウント値を出力する。列メモリ１０６は画素アレイの各列に対応した記憶領域を有し、各記憶領域にはカウンタ１０５からのカウント値が入力される。
【００１８】
比較回路部１０４に入力された画素信号は対応する列のサンプルホールド回路に保持される。参照信号生成部は、時間経過に応じて電圧が変化する参照信号を生成する。参照信号の波形には、例えばランプ信号が用いられ得る。比較器は、サンプルホールド回路に保持された画素信号と参照信号生成部から出力された参照信号と電圧の大小関係を比較し、大小関係が反転するとラッチ信号を出力する。カウンタ１０５は、参照信号の変化の開始からラッチ信号の出力までの時間に応じたカウント値を列メモリ１０６に記憶させる。このカウント値は、画素信号をデジタル信号に変換したものに相当する。すなわち、比較回路部１０４、カウンタ１０５及び列メモリ１０６は、画素信号をアナログデジタル変換（以下、ＡＤ変換と呼ぶ）して記憶する読み出し部及び記憶部としての機能を有する。本明細書では、デジタル信号に変換された画素信号（デジタル画素信号）を、画像データと呼ぶ。複数の画像データによって、１つの画像が構成される。列メモリ１０６は、画素信号をＡＤ変換して得られた画像データを記憶する記憶部としての機能を有する。通常、列メモリ１０６は複数ビットのデジタル信号を保持する。なお、上述の読み出し部において、参照信号は、比較回路部１０４の外部から入力されてもよい。
【００１９】
水平走査回路１０７は、列メモリ１０６に記憶された画像データを列ごとに順次画像出力回路１０８に転送するための制御信号を列メモリ１０６に出力する。画像出力回路１０８は、列メモリ１０６から転送される画像データを固体撮像装置１００の外部の信号処理部（不図示）に出力する。電圧供給部１０９は、列メモリ１０６の各列の各ビットに対応する記憶領域に所望のレベルの電圧を供給することにより、記憶されているデジタル値を所望の値に設定することができる。これにより、電圧供給部１０９は、列メモリ１０６の初期化を行い、更に列メモリ１０６にデジタル信号である第１検査信号を供給する第１検査信号出力部として機能する。電圧供給部１０９は、列メモリ１０６の各列の各ビットの値を「０」にする電圧（例えば、０Ｖ等の固定電圧）を供給することにより初期化を行うことができる。第１検査信号の供給については後述する。
【００２０】
タイミングジェネレータ１０２は、垂直走査回路１０３、カウンタ１０５、水平走査回路１０７及び電圧供給部１０９にタイミング信号を供給し、各部の動作タイミングを制御する。
【００２１】
図２は、第１実施形態に係る画素１０１の等価回路図である。図２には、画素アレイ１１０内の同一列の２つの画素１０１が抜き出して示されている。画素１０１は、光電変換部ＰＤ、転送トランジスタＭ１、リセットトランジスタＭ２、増幅トランジスタＭ３及び選択トランジスタＭ４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、アノードがグラウンドに接続され、カソードが転送トランジスタＭ１のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレインは、リセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレイン、リセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートの接続ノードは、フローティングディフュージョンＦＤを構成する。リセットトランジスタＭ２のドレイン及び増幅トランジスタＭ３のドレインは、電源電圧端子ＶＤＤに接続されている。増幅トランジスタＭ３のソースは、選択トランジスタＭ４のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ４のソースは、垂直出力線に接続されている。
【００２２】
垂直走査回路１０３は、転送トランジスタＭ１のゲート、リセットトランジスタＭ２のゲート、及び選択トランジスタＭ４のゲートにそれぞれ制御信号ＰＴＸ、ＰＲＥＳ、ＰＳＥＬを供給する。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１０３からハイレベル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、垂直走査回路１０３からローレベル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。
【００２３】
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。転送トランジスタＭ１は、オンになることにより光電変換部ＰＤの電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。フローティングディフュージョン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。増幅トランジスタＭ３は、ドレインに電源電圧が供給され、ソースに選択トランジスタＭ４を介して図示しない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Ｍ３は、フローティングディフュージョンＦＤの電圧に基づく電圧ＶＬＩＮＥを、選択トランジスタＭ４を介して、画素信号として垂直出力線に出力する。リセットトランジスタＭ２は、オンになることによりフローティングディフュージョンＦＤを電源電圧に応じた電圧にリセットする。
【００２４】
なお、トランジスタのソースとドレインの呼称は、トランジスタの導電型や着目する機能等に応じて異なることがあり、上述のソースとドレインとは逆の名称で呼ばれることもある。
【００２５】
図３は、第１実施形態に係る固体撮像装置１００の１行分の読み出し動作を示す模式図である。図３を参照しつつ、固体撮像装置１００のある１行分の読み出し動作を説明する。まず、期間Ｔ１において、画素信号の読み出しが行われる。当該行の画素１０１は、画素信号を垂直出力線に出力する。画素信号は比較回路部１０４に入力され、サンプルホールド回路に保持される。次に、期間Ｔ２において、比較回路部１０４、カウンタ１０５及び列メモリ１０６において上述の方法によりＡＤ変換が行われ、これにより得られたデジタル信号の画像データが列メモリ１０６に記憶される。次に、期間Ｔ３において、水平走査回路１０７の走査に応じて列メモリ１０６から画像出力回路１０８への画像データの読み出しが行われる。その後、期間Ｔ４において、電圧供給部１０９は、列メモリ１０６の各列の各ビットの値を「０」にする電圧（例えば、０Ｖ等の固定電圧）を供給することにより初期化を行う。
【００２６】
図４は、第１実施形態に係る固体撮像装置１００の垂直走査方法を示す模式図である。図４に示す垂直走査方法は、動画撮影時における画像取得のための走査の概略を２フレーム分だけ抜き出して示したものである。図４では、全期間にわたって画素１０１に光が入射されているものとし、メカニカルシャッタによる遮光は考慮しないものとする。図４のハッチングが施された枠はシャッタ走査を示している。シャッタ走査とは、画素１０１の光電変換部ＰＤをリセットする電子シャッタ動作を各行について順次行う走査である。より具体的には、ハッチングが施された枠で示された期間において、対応する行の画素１０１内の転送トランジスタＭ１及びリセットトランジスタＭ２がともにオン状態となる。これにより、光電変換部ＰＤに蓄積された電荷が電源電圧端子ＶＤＤから排出され、光電変換部ＰＤがリセットされる。この電子シャッタ動作の後、光電変換部ＰＤは入射光を光電変換することにより生じた電荷を蓄積する。電子シャッタ動作の後、所定の期間が経過した後、図３に示した読み出し動作を各行について順次行う、読み出し走査が行われる。シャッタ走査から読み出し走査までの期間が蓄積期間であり、蓄積期間の長さが各行について同一となるように走査のタイミングが設定される。
【００２７】
読み出し走査が終了してから、次の読み出し走査が開始するまでの期間において、列メモリ１０６への画像データの書き込みは行われない。そのため、この期間を列メモリ１０６の異常を検査する列メモリ検査期間とする。列メモリ１０６の初期化の際には電圧供給部１０９は、各ビットに「０」を与える電圧を入力しているが、列メモリ検査期間においては、少なくとも一部のビットに「１」を与える電圧（例えば、列メモリ１０６の電源電圧と同じ電圧）を入力することもできる。これにより、電圧供給部１０９は、所定のメモリ検査パターンのビット配列を列メモリ１０６に記憶させることができる。列メモリ１０６のメモリ検査パターンとしては、全ての列の列メモリ１０６の各ビットに「０」を入力する例、全ての列の列メモリ１０６の各ビットに１を入力する例が挙げられる。また、隣接列間でのショートを検査するため、ある列の列メモリ１０６には上位ビットから順に「０１０１・・・」を入力し、これと隣接する列の列メモリ１０６には上位ビットから順に「１０１０・・・」を入力する例も挙げられる。また、１列の中でのショートを検査するため、１列の記憶領域に「０１０１・・・」を入力し、その後、「１０１０・・・」と異なる値を入力してこれらを比較する例も挙げられる。このように、電圧供給部１０９は、互いに異なるビット配列のパターンを有する複数のメモリ検査パターンによる電圧の供給が可能である。
【００２８】
以上述べたように、本実施形態の電圧供給部１０９は、これらの複数のメモリ検査パターンのうちの１又は２以上を含む第１検査信号を列メモリ１０６の各ビットに対して記憶させることができる。第１検査信号が互いに異なる値を有する複数のメモリ検査パターンを含む場合、電圧供給部１０９は、当該複数のメモリ検査パターンを、列メモリ１０６に順次出力し、記憶させる。この信号は読み出し部を介さずにデジタル信号で供給されるため、どの桁のビットに対しても外部のノイズの影響を受けずに列メモリ１０６に記憶される。したがって、本実施形態によれば、ダーク画素から出力される信号等のアナログ信号をＡＤ変換して検査信号とする場合と比較して、より高精度な検査信号を列メモリ１０６に記憶させることが可能となる。これにより、列メモリ１０６に入力したメモリ検査パターンと列メモリ１０６から出力されるメモリ検査パターンとを照合することによる異常検出をより高精度に行うことができる。
【００２９】
図５（ａ）乃至図５（ｄ）は、第１実施形態に係る固体撮像装置１００の画像出力回路１０８から出力される多数のフレームの画像データのうちの１つ又は複数のフレームの画像データの構成を示す模式図である。図５（ａ）に示される領域５０１は固体撮像装置１００で取得された画像データを示している。領域５０２−１乃至５０２−４は４種類のメモリ検査パターンのデータを示している。このように、図５（ａ）に示されるように、メモリ検査パターンのデータは、１フレームの画像データに付加されて出力され得る。また、図５（ａ）に示す例では、メモリ検査パターンのデータは、画像データよりも下側に付加されており、すなわち、メモリ検査パターンのデータの出力後に出力されている。しかしながら、この順序は逆でもよく、図５（ｂ）に示されるようにメモリ検査パターンのデータは、画像データよりも上側に付加されていてもよい。言い換えると、画像データの出力よりも前にメモリ検査パターンのデータが出力されてもよい。なお、本明細書では、図５（ａ）乃至図５（ｄ）等のフレームの構成を示す模式図において、矩形の領域によって示される信号は、図中上側から順次、出力されたものであるものとする。すなわち、これらの模式図は、データの出力の順序を示している。より具体的には、図５（ａ）は、メモリ検査パターンが、ある１フレームの画像データの出力が終了した後に列メモリ１０６から出力されることを示している。図５（ｂ）は、メモリ検査パターンが、ある１フレームの画像データの出力が開始するよりも前に列メモリ１０６から出力されることを示している。また、図５（ａ）、図５（ｂ）に示される信号の出力の前後には、他のフレームの画像データの出力が行われている。これらを言い換えると、図５（ａ）及び図５（ｂ）において、メモリ検査パターンは、あるフレームの画像データの出力が終了した後、かつ、次のフレームの画像データの出力が開始する前の期間に列メモリ１０６から出力されている。
【００３０】
列メモリ検査期間が列メモリ検査パターンの列メモリ１０６への入力及び出力に必要とする所要時間よりも長い場合には、図５（ａ）又は図５（ｂ）に示されるように、１フレームの画像に全ての列メモリ検査パターンを付加することができる。列メモリ検査期間が上述の所要時間よりも短い場合には、１フレームの画像に全てのメモリ検査パターンのデータを付加するための時間が確保できなくなる。しかしながら、この場合にも、図５（ｃ）又は図５（ｄ）に示されるように、複数のメモリ検査パターンを複数の画像データに分割して付加することで同様に列メモリ１０６の検査を行うことができる。図５（ｃ）に示す例において、領域５０１−１から５０１−４は、１フレーム目から４フレーム目の画像データを示している。図５（ｃ）では、１フレーム目から４フレーム目の画像データにメモリ検査パターンのデータが１つずつ付加されている。また、図５（ｄ）に示す例のように、１フレーム目と２フレーム目の画像データに２つずつメモリ検査パターンを付加する構成であってもよく、列メモリ検査期間の長さと上述の所要時間の関係に応じて適宜最適な構成を選択することができる。
【００３１】
図６は、第１実施形態に係る固体撮像装置１００を含む撮像システムの動作を示すフローチャートである。固体撮像装置１００が搭載される撮像システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、車載カメラ等が挙げられる。また、固体撮像装置１００が搭載される撮像システムは、後述する実施形態で述べる車両等の移動体に含まれるものであってもよい。図６に示す動作は、主として固体撮像装置１００と撮像システム内に設けられた信号処理部とにより行われる動作である。
【００３２】
ステップＳ６００において、固体撮像装置１００は、図３、図４等を参照して説明した動作を行い、画像データを取得する。次にステップＳ６１０において、固体撮像装置１００は、１又は２以上のメモリ検査パターンを含む第１検査信号を画像データに付加して撮像システムの信号処理部に出力する。この動作は、列メモリ検査期間内に行われる。
【００３３】
画像処理部には列メモリ１０６に異常がない場合に期待される第１検査信号の値（以下、異常が無い場合に期待される値を期待値と呼ぶ）があらかじめ保持されている。ステップＳ６２０において、画像処理部は、固体撮像装置１００から出力された画像データに含まれる第１検査信号と期待値とを照合して一致判定を行う。画像データ中の第１検査信号と期待値とが一致する場合（ステップＳ６２０においてＹｅｓ）には、撮像システムは、列メモリ１０６が正常であると判定（ステップＳ６３０）し、ステップＳ６００に移行して画像データの取得を継続する。画像データ中の第１検査信号と期待値とが一致しない場合（ステップＳ６２０においてＮｏ）には、撮像システムは、列メモリ１０６が異常であると判定し、固体撮像装置１００の異常を示す警報を発報して（ステップＳ６４０）、ステップＳ６５０に移行する。この警報の発報は、例えば撮像システムに設けられた表示装置に異常状態であることを表示する等の方法によりユーザに異常の発生を認知させることを含み得る。その後、ステップＳ６５０において、撮像システムは、固体撮像装置１００の動作を停止する。
【００３４】
以上のように、本実施形態によれば、より精度の良い異常検出用の信号を出力可能な固体撮像装置が提供される。この信号を用いて異常検出を行うことでより精度よく固体撮像装置の異常検出が可能となる。
【００３５】
［第２実施形態］
図７は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置１００の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の固体撮像装置１００には、第１実施形態の構成に加えて、第１判定部７０１が更に設けられている。第１判定部７０１は、第１実施形態におけるステップＳ６２０に相当する一致判定を行い、その一致判定結果である第１判定結果を出力する機能を有する回路である。この一致判定を行うため、第１判定部７０１には、電圧供給部１０９から出力される第１検査信号が入力される。この第１検査信号は一致判定における比較対象である期待値として用いられる。また、第１判定部７０１には、列メモリ１０６に記憶され、その後列メモリ１０６から出力される第１検査信号も入力される。これにより、第１判定部７０１は、列メモリ１０６から出力された第１検査信号と期待値との一致判定を行うことができる。
【００３６】
図８（ａ）乃至図８（ｅ）は、第２実施形態に係る固体撮像装置１００の画像出力回路１０８から出力される１フレームの画像データの構成を示す模式図である。領域８０１−１乃至８０１−４は各メモリ検査パターンに対する第１判定部７０１での判定の結果を示す第１判定結果のデータを示している。図８（ａ）に示されるように、第１判定結果のデータは、１フレームの画像データに付加されて出力され得る。また、図８（ａ）に示す例では、第１判定結果のデータは、画像データよりも下側に付加されており、すなわち、画像データの出力後に出力されている。しかしながら、この順序は逆でもよく、図８（ｂ）に示されるように第１判定結果のデータは、画像データよりも上側に付加されていてもよい。言い換えると、画像データの出力よりも前に第１判定結果のデータが出力されてもよい。
【００３７】
また、第１実施形態の場合と同様に、列メモリ検査期間が所要時間よりも短い場合には、図８（ｃ）、図８（ｄ）のように各メモリ検査パターンに対する第１判定結果を複数の画像データに分割して付加することで列メモリ１０６の検査を行うことができる。なお、各メモリ検査パターンに対する判定結果が全て正常であるか、あるいは少なくとも１つが異常であるかを示すデータを第１判定結果とすることにより、判定結果のデータの個数を削減してもよい。図８（ｅ）には、このようにして１個に削減した第１判定結果を領域８０２として示した例が図示されている。
【００３８】
図９は、第２実施形態に係る固体撮像装置１００を含む撮像システムの動作を示すフローチャートである。図６と同様の動作が行われるステップについては説明を省略又は簡略化することがある。
【００３９】
ステップＳ９１０において、電圧供給部１０９は第１検査信号を列メモリ１０６と第１判定部７０１に出力する。列メモリ１０６は、第１検査信号を記憶し、その後、記憶した第１検査信号を第１判定部７０１に出力する。電圧供給部１０９から直接第１判定部７０１に出力された第１検査信号は一致判定における比較対象である期待値として用いられる。
【００４０】
ステップＳ９２０において第１判定部７０１は、列メモリ１０６から出力された第１検査信号と期待値とを照合して一致判定を行う。列メモリ１０６から出力された第１検査信号と期待値とが一致する場合（ステップＳ９２０においてＹｅｓ）には、撮像システムは、列メモリ１０６が正常であると判定（ステップＳ９３０）する。その後、ステップＳ９４０において、第１判定部７０１は、列メモリ１０６が正常であるという第１判定結果のデータを画像データに付加し、画像出力回路１０８は、第１判定結果のデータが付加された画像データを出力する。その後、処理はステップＳ６００に移行して画像データの取得を継続する。
【００４１】
列メモリ１０６から出力された第１検査信号と期待値とが一致しない場合（ステップＳ９２０においてＮｏ）には、撮像システムは、列メモリ１０６が異常であると判定する（ステップＳ９５０）。その後、ステップＳ９６０において、第１判定部７０１は、列メモリ１０６が異常であるという第１判定結果のデータを画像データに付加し、画像出力回路１０８は、第１判定結果のデータが付加された画像データを出力する。この画像データを受けて撮像システムは、固体撮像装置１００の異常を示す警報を発報し、固体撮像装置１００の動作を停止する（ステップＳ９７０）。なお、画像データへの第１判定結果のデータの付加は画像出力回路１０８が行ってもよい。
【００４２】
以上のように、本実施形態によれば、より精度の良い異常検出用の信号を用いて異常検出を行うことにより、精度よく固体撮像装置の異常検出を行うことが可能となる。
【００４３】
［第３実施形態］
図１０は、本発明の第３実施形態に係る固体撮像装置１００の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の固体撮像装置１００には、第１実施形態の撮像装置に加えて、読み出す信号を選択する入力選択回路１００１及び入力された画素信号をアナログ信号のまま列ごとに増幅する列増幅回路１００２（増幅部）を更に有する。
【００４４】
図１１は、第３実施形態に係る入力選択回路１００１のブロック図である。クリップ回路内部に入力選択回路１００１は、電圧源１１０１と、各列に対応して設けられたセレクタ１１０２とを有する。電圧源１１０１は、所定の固定電圧を第２検査信号として各セレクタ１１０２に出力する。すなわち、電圧源１１０１は、アナログ信号である第２検査信号を供給する第２検査信号出力部として機能する。各セレクタ１１０２の一方の入力端子には、垂直出力線を介して画素信号が入力される。各セレクタ１１０２の他方の入力端子には、電圧源１１０１からの第２検査信号が入力される。各セレクタ１１０２は、第２検査信号又は画素信号を選択的に列増幅回路１００２に出力する。第２検査信号は、列増幅回路１００２の検査を行うための検査パターン（列増幅回路検査パターン）である。各セレクタ１１０２は、列増幅回路１００２等の検査を行うタイミングで、第２検査信号を選択して出力する。
【００４５】
セレクタ１１０２によって選択され、出力された第２検査信号は、比較回路部１０４に入力され、画素信号と同様の手順によりＡＤ変換が行われる。ＡＤ変換によりデジタル信号に変換された第２検査信号は、列メモリ１０６に記憶され、画像データに付加されて固体撮像装置１００の外部に出力される。本実施形態において、第１実施形態で述べた列メモリ１０６の検査も行われ得るが、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００４６】
図１２（ａ）乃至図１２（ｅ）は、第３実施形態に係る固体撮像装置１００の画像出力回路１０８から出力される１フレームの画像データの構成を示す模式図である。領域１２０１は、ＡＤ変換後の第２検査信号のデータを示している。すなわち、本実施形態では、図５（ａ）乃至図５（ｄ）に示される画像データ及びメモリ検査パターンに加えて、列増幅回路検査パターンを更に付加して出力する。図１２（ａ）に示されるように、列増幅回路検査パターンのデータは、１フレームの画像データに付加されて出力される。また、図１２（ａ）に示す例では、列増幅回路検査パターンのデータは、画像データよりも下側に付加されており、すなわち、画像データの出力後に出力されている。しかしながら、この順序は逆でもよく、図１２（ｂ）に示されるように列増幅回路検査パターンのデータは、画像データよりも上側に付加されていてもよい。言い換えると、画像データの出力よりも前に列増幅回路検査パターンのデータが出力されてもよい。更に、図１２（ｃ）に示されるように、メモリ検査パターンと列増幅回路検査パターンの順序は図１２（ａ）と逆であってもよく、この順序は限定されない。
【００４７】
また、第１実施形態のように複数のメモリ検査パターンを複数の画像データに分割して付加する場合には、図１２（ｄ）に示されるように当該複数の画像データのうちの１つに列増幅回路検査パターンを付加してもよい。また、図１２（ｅ）に示されるように、メモリ検査パターンが付加されていない画像データに列増幅回路検査パターンを付加してもよい。
【００４８】
図１３は、第３実施形態に係る固体撮像装置１００を含む撮像システムの動作を示すフローチャートである。図６又は図９と同様の動作が行われるステップについては説明を省略又は簡略化することがある。
【００４９】
ステップＳ１３１０において、固体撮像装置１００は、読み出し部によりＡＤ変換された第２検査信号を画像データに付加する。その後、ステップＳ６１０において、第１実施形態と同様に、固体撮像装置１００は、第１検査信号を画像データに付加して撮像システムの信号処理部に出力する。なお、ステップＳ１３１０とステップＳ６１０の順序は逆であってもよい。
【００５０】
画像処理部には第１検査信号の期待値と第２検査信号の期待値があらかじめ保持されている。ステップＳ１３２０において、画像処理部は、画像データに含まれる第１検査信号と第１検査信号の期待値とを照合する一致判定と、更に、画像データに含まれる第２検査信号と第２検査信号の期待値とを照合する一致判定とを行う。
【００５１】
これらの双方が一致する場合（ステップＳ１３２０においてＹｅｓ）には、撮像システムは、列メモリ１０６及び列増幅回路１００２が正常であると判定（ステップＳ１３３０）し、ステップＳ６００に移行して画像データの取得を継続する。
【００５２】
一致判定において少なくとも一方が一致しない場合（ステップＳ１３２０においてＮｏ）には、撮像システムは、列メモリ１０６又は列増幅回路１００２が異常であると判定し、固体撮像装置１００の異常を示す警報を発報する（ステップＳ１３４０）。その後、処理はステップＳ６５０に移行する。ステップＳ６５０において、撮像システムは、固体撮像装置１００の動作を停止する。
【００５３】
以上のように、本実施形態によれば、第１実施形態で述べた列メモリ１０６の検査に係る効果に加え、列増幅回路１００２の検査を行うことができる。これにより、より精度よく固体撮像装置の異常検出を行うことが可能となる。
【００５４】
なお、第２検査信号は、比較回路部１０４等からなる読み出し部を経由して出力されるので、読み出し部に起因するノイズを含み得る。したがって、第２検査信号を用いた一致判定においては、このノイズによる誤差を考慮して判定を行うことが望ましい。たとえば、想定されるノイズによる誤差以上に期待値との不一致がある場合に異常と判定するといった判定基準が用いられ得る。
【００５５】
また、第２検査信号による検査対象は列増幅回路１００２に限定されず、画素信号が伝達される経路内に設けられた要素、例えば垂直信号線、入力選択回路１００１等も検査対象とすることができる。
【００５６】
［第４実施形態］
図１４は、本発明の第４実施形態に係る固体撮像装置１００の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の固体撮像装置１００には、第３実施形態の構成に加えて、判定回路１４０２が更に設けられている。判定回路１４０２は、第２実施形態の第１判定部７０１と同様の機能を有する第１判定部７０１と、第２判定部１４０１とを含む。
【００５７】
判定回路１４０２は、第３実施形態におけるステップＳ１３２０に相当する一致判定を行い、その一致判定結果である第１判定結果及び第２判定結果を出力する機能を有する回路である。この一致判定を行うため、第１判定部７０１には、電圧供給部１０９から出力される第１検査信号が入力される。また、第２判定部１４０１には、入力選択回路１００１の電圧源１１０１から出力される第２検査信号が入力される。この第１検査信号及び第２検査信号は一致判定における比較対象である期待値として用いられる。第１判定部７０１には、列メモリ１０６に記憶され、その後列メモリ１０６から出力される第１検査信号も入力される。これにより、第１判定部７０１は、列メモリ１０６から出力された第１検査信号と期待値との一致判定を行うことができる。第２判定部１４０１には、ＡＤ変換後に列メモリ１０６に記憶され、その後列メモリ１０６から出力される第２検査信号も入力される。これにより、第２判定部１４０１は、列メモリ１０６から出力された第２検査信号と期待値との一致判定を行うことができる。
【００５８】
図１５（ａ）乃至図１５（ｆ）には、第４実施形態に係る固体撮像装置１００の画像出力回路１０８から出力される１フレームの画像データの構成を示す模式図である。領域１５０１は、第２判定部１４０１での判定の結果を示す第２判定結果のデータを示している。領域１５０２は、第１判定結果と第２判定結果をまとめて１つの判定結果としたデータを示している。本実施形態では、図８（ａ）乃至図８（ｅ）に示される画像データ及び第１判定結果に加えて、第２判定結果を更に付加して出力する。図１５（ａ）に示されるように、第２判定結果のデータは、１フレームの画像データに付加されて出力される。また、図１５（ａ）に示す例では、第２判定結果のデータは、画像データよりも下側に付加されており、すなわち、メモリ検査パターンのデータの出力後に出力されている。しかしながら、この順序は逆でもよく、図１５（ｂ）に示されるように列増幅回路検査パターンのデータは、画像データよりも上側に付加されていてもよい。言い換えると、画像データの出力よりも前に列増幅回路検査パターンのデータが出力されてもよい。更に、図１５（ｃ）に示されるように、第１判定結果と第２判定結果の順序は図１５（ａ）と逆であってもよく、この順序は限定されない。
【００５９】
また、第１判定結果を複数の画像データに分割して付加する場合には、図１５（ｄ）に示されるように当該複数の画像データのうちの１つに第２判定結果を付加してもよい。また、図１５（ｅ）に示されるように、第１判定結果が付加されていない画像データに第２判定結果を付加してもよい。更に別の例としては、図１５（ｆ）に領域１５０２として示されるように第１判定結果と第２判定結果をまとめて１つの判定結果として画像データに付加してもよい。
【００６０】
図１６は、第４実施形態に係る固体撮像装置１００を含む撮像システムの動作を示すフローチャートである。図６、図９又は図１３と同様の動作が行われるステップについては説明を省略又は簡略化することがある。
【００６１】
ステップＳ１６１０において、入力選択回路１００１の電圧源１１０１は第２検査信号を列増幅回路１００２と第２判定部１４０１に出力する。列メモリ１０６は、デジタル信号に変換された第２検査信号を記憶し、その後、記憶した第２検査信号を第２判定部１４０１に出力する。電圧源１１０１から直接第２判定部１４０１に出力された第２検査信号は一致判定における比較対象である期待値として用いられる。なお、この期待値として用いられる第２検査信号は、例えば第２判定部１４０１において、一致判定の処理に適するようにデジタル信号に変換されたものであり得る。
【００６２】
ステップＳ１６２０において第１判定部７０１は、列メモリ１０６から出力された第１検査信号と期待値とを照合して一致判定を行う。また、第２判定部１４０１は、列メモリ１０６から出力された第２検査信号と期待値とを照合して一致判定を行う。
【００６３】
これらの双方が一致する場合（ステップＳ１６２０においてＹｅｓ）には、撮像システムは、列メモリ１０６及び列増幅回路１００２が正常であると判定（ステップＳ１６３０）する。その後、ステップＳ１６４０において、第１判定部７０１は、列メモリ１０６が正常であるという第１判定結果のデータを画像データに付加し、第２判定部１４０１は、列増幅回路１００２が正常であるという第２判定結果のデータを画像データに付加する。そして、画像出力回路１０８は、第１判定結果及び第２判定結果のデータが付加された画像データを出力する。その後、処理はステップＳ６００に移行して画像データの取得を継続する。
【００６４】
一致判定において少なくとも一方が一致しない場合（ステップＳ１６２０においてＮｏ）には、撮像システムは、列メモリ１０６又は列増幅回路１００２が異常であると判定（ステップＳ１６５０）。その後、ステップＳ１６６０において、第１判定部７０１及び第２判定部１４０１は、それぞれ第１判定結果及び第２判定結果のデータを画像データに付加する。画像出力回路１０８は、第１判定結果及び第２判定結果のデータが付加された画像データを出力する。この画像データを受けて撮像システムは、固体撮像装置１００の異常を示す警報を発報し、固体撮像装置１００の動作を停止する（ステップＳ９７０）。
【００６５】
以上のように、本実施形態によれば、第１実施形態で述べた列メモリ１０６の検査に係る効果に加え、列増幅回路１００２の検査を行うことができる。これにより、より精度よく固体撮像装置の異常検出を行うことが可能となる。
【００６６】
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態に係る固体撮像装置及び固体撮像装置の故障検知方法について、図１７乃至図２５を用いて説明する。
総ての列メモリを同時に検査するためには、列メモリの構成ビット数に対応した出力回路が求められるが、列メモリの構成等によっては出力回路の回路規模を増大する必要がある。本実施形態では、出力回路の回路規模を増大することなく、列メモリや読み出し部の故障検査をリアルタイムで実現しうる固体撮像装置を示す。
【００６７】
図１７は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図１８は、本実施形態に係る固体撮像装置における画素の構成例を示す回路図である。図１９乃至図２１は、本実施形態に係る固体撮像装置におけるメモリ部、水平走査回路及び水平転送回路の構成例を示すブロック図である。図２２は、本実施形態に係る固体撮像装置における１行の読み出し動作を説明する概略図である。図２３は、本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法を示す概略図である。図２４は、固体撮像装置の外部の信号処理装置におけるデータの構成例を示す模式図である。図２５は、本実施形態に係る固体撮像装置の故障検知方法を示すフローチャートである。
【００６８】
本実施形態による固体撮像装置１００は、図１７に示すように、画素アレイ部１０、垂直走査回路２０、比較回路部４０、メモリ部５０、カウンタ５２、電圧供給部５４、水平走査回路６０、水平転送回路７０、出力回路８０、タイミングジェネレータ９０を含む。
【００６９】
画素アレイ部１０には、複数の行及び複数の列を含む行列を構成するように配された複数の画素１２が設けられている。画素アレイ部１０の各行には、第１の方向（図１７において横方向）に延在して、制御線１４が配されている。制御線１４は、第１の方向に並ぶ画素１２にそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。本明細書では、制御線１４の延在する第１の方向を、行方向と表記することがある。また、画素アレイ部１０の各列には、第１の方向と交差する第２の方向（図１７において縦方向）に延在して、出力線１６が配されている。出力線１６は、第２の方向に並ぶ画素１２にそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。本明細書では、出力線１６の延在する第２の方向を、列方向と表記することがある。
【００７０】
各行の制御線１４は、垂直走査回路２０に接続されている。各列の出力線１６は、比較回路部４０に接続されている。比較回路部４０は、メモリ部５０に接続されている。メモリ部５０には、カウンタ５２、電圧供給部５４、水平走査回路６０が接続されている。メモリ部５０は、また、水平転送回路７０を介して出力回路８０に接続されている。垂直走査回路２０、カウンタ５２、電圧供給部５４、水平走査回路６０には、タイミングジェネレータ９０が接続されている。
【００７１】
垂直走査回路２０は、画素１２から画素信号を読み出す際に画素１２内の読み出し回路を駆動するための制御信号を、制御線１４を介して画素１２に供給する回路部である。
【００７２】
比較回路部４０は、画素信号をサンプリングしホールドするサンプルホールド回路、参照信号を生成する参照信号生成部、参照信号と画素信号とを比較する比較器を含む。サンプルホールド回路及び比較器は、画素アレイ部１０の各列に対応してそれぞれ設けられている。比較回路部４０は、比較器による画素信号と参照信号との比較の結果に応じたラッチ信号を、メモリ部５０に出力する。比較回路部４０は、カウンタ５２とともにＡＤ変換回路部を構成する。
【００７３】
カウンタ５２は、カウント動作を行い、メモリ部５０にカウント値を出力する。メモリ部５０は、比較回路部４０の各列の比較器からラッチ信号が出力されたタイミングにおけるカウント値を、画素アレイ部１０の各列に対応して設けられた列メモリに記憶する。電圧供給部５４は、メモリ部５０の各列の列メモリの各ビットに対応する記憶領域に、当該列メモリが記憶するデジタル値を所望の値に設定するための電圧を供給する。
【００７４】
水平走査回路６０は、メモリ部５０の各列の列メモリに記憶された画素信号を出力するための制御信号をメモリ部５０に供給する回路部である。水平転送回路７０は、水平走査回路６０からの制御信号に応じてメモリ部５０から出力された画素信号のデジタル値を出力回路８０に転送する回路部である。出力回路８０は、メモリ部５０から受信した画素信号のデジタル値に対して相関二重サンプリング（ＣＤＳ：Correlated Double Sampling）等の処理を行う信号処理部や、ＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signaling）等の外部インターフェースを含む。
【００７５】
タイミングジェネレータ９０は、垂直走査回路２０、カウンタ５２、電圧供給部５４、水平走査回路６０等にタイミング信号を供給し、各部の動作タイミングを制御する。タイミング信号の少なくとも一部は、固体撮像装置１００の外部から供給されてもよい。
【００７６】
図１８は、画素１２の構成例を示す回路図である。図１８には、同じ列の出力線１６に接続された２つの画素１２を抜き出して示している。それぞれの画素１２は、光電変換部ＰＤと、転送トランジスタＭ１と、リセットトランジスタＭ２と、増幅トランジスタＭ３と、選択トランジスタＭ４とを含む。
【００７７】
光電変換部ＰＤは、例えばフォトダイオードであり、アノードが接地電圧端子に接続され、カソードが転送トランジスタＭ１のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレインは、リセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレイン、リセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートの接続ノードは、いわゆるフローティングディフュージョンＦＤであり、このノードが含む容量成分からなる電荷電圧変換部を構成する。リセットトランジスタＭ２のドレイン及び増幅トランジスタＭ３のドレインは、電源電圧端子（ＶＤＤ）に接続されている。増幅トランジスタＭ３のソースは、選択トランジスタＭ４のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ４のソースは、出力線１６に接続されている。なお、トランジスタのソースとドレインの呼称は、トランジスタの導電型や着目する機能等に応じて異なることがあり、上述のソースとドレインとは逆の名称で呼ばれることもある。
【００７８】
図１８に示す回路構成の場合、各行の制御線１４は、転送ゲート信号線、リセット信号線及び選択信号線（いずれも図示せず）を含む。転送ゲート信号線は、対応する行に属する画素１２の転送トランジスタＭ１のゲートに接続され、垂直走査回路２０から出力された制御信号ＰＴＸを転送トランジスタＭ１のゲートに供給する。リセット信号線は、対応する行に属する画素１２のリセットトランジスタＭ２のゲートに接続され、垂直走査回路２０から出力された制御信号ＰＲＥＳをリセットトランジスタＭ２のゲートに供給する。選択信号線は、対応する行に属する画素１２の選択トランジスタＭ４のゲートに接続され、垂直走査回路２０から出力された制御信号ＰＳＥＬを選択トランジスタＭ４のゲートに供給する。画素１２の各トランジスタがＮ型トランジスタで構成される場合、垂直走査回路２０からハイレベル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、垂直走査回路２０からローレベル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。
【００７９】
図１９は、メモリ部５０、水平走査回路６０、水平転送回路７０、出力回路８０の構成例を示している。ここでは、メモリ部５０の各列の列メモリが記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２の１２ビットで構成され、出力回路８０から出力される画像データがＤＡＴＡ１〜ＤＡＴＡ１０の１０ビットで構成される場合を想定している。
【００８０】
画素アレイ部１０から読み出される画素信号は、光電変換部ＰＤで生成された電荷に基づく光信号に加えて、画素アレイ部１０内における暗電流等のノイズ成分をオフセットとして含む。そこで、メモリ部５０の各列の列メモリは、出力回路８０から出力する１０ビットの画像データよりも大きい桁数のデジタル値を記憶可能なメモリ、例えば１２ビットのメモリにより構成する。このように構成することで、光信号がノイズ成分によって飽和するのを防止し、十分なダイナミックレンジを確保することができる。
【００８１】
メモリ部５０の各列の列メモリの記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２に記憶されたデジタル値は、水平走査回路６０からの制御信号に従い、水平転送回路７０を介して出力回路８０へと転送される。出力回路８０は、転送されたデジタル値に対してノイズ除去等の演算処理を行い、ＤＡＴＡ１〜ＤＡＴＡ１０の１０ビットの画像データを出力する。
【００８２】
図２０は、メモリ部５０、水平走査回路６０、水平転送回路７０、出力回路８０の他の構成例を示している。図２０の構成例は、水平走査回路６０を複数（Ｎ個）のブロック６０−１，６０−２，…，６０−Ｎに分割しているほかは、図１９の構成例と基本的に同様である。水平走査回路６０を図２０に示すように複数のブロック６０−１，６０−２，…，６０−Ｎに分割し、走査対象の列及び該当ブロックを動作するようにしてもよい。
【００８３】
図２１は、メモリ部５０、水平走査回路６０、水平転送回路７０、出力回路８０の他の構成例を示している。図１９及び図２０に示される構成例では、水平転送回路７０のチャンネルの数が１つであるが、水平転送回路７０のチャンネルの数は複数であってもよい。図２１は、水平転送回路７０のチャンネルの数が２つの場合におけるメモリ部５０、水平走査回路６０、水平転送回路７０、出力回路８０の構成例を示している。なお、水平転送回路７０のチャンネルの数は、３つ以上であってもよい。
【００８４】
水平転送回路７０は、チャンネルａに対応する水平転送回路７０Ａと、チャンネルｂに対応する水平転送回路７０Ｂとを含む。チャンネルａは、メモリ部５０の奇数列の列メモリに接続され、出力回路８０から出力される画像データ（ＤＡＴＡ１ａ〜ＤＡＴＡ１０ａ）に対応する。チャンネルｂは、メモリ部５０の偶数列の列メモリに接続され、出力回路８０から出力される画像データ（ＤＡＴＡ１ｂ〜ＤＡＴＡ１０ｂ）に対応する。チャンネルａの画像データとチャンネルｂの画像データは、水平走査回路６０から供給される共通の制御信号を用いることによって並列に読み出すことが可能である。
【００８５】
次に、本実施形態による固体撮像装置の駆動方法について説明する。
被写体の光学像が画素アレイ部１０に入射すると、各画素１２の光電変換部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。転送トランジスタＭ１は、オンすることにより光電変換部ＰＤの電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。フローティングディフュージョンＦＤは、その容量成分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。増幅トランジスタＭ３は、ドレインに電源電圧が供給され、ソースに選択トランジスタＭ４を介して図示しない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Ｍ３は、フローティングディフュージョンＦＤの電圧に基づく信号を、選択トランジスタＭ４を介して出力線１６に出力する。リセットトランジスタＭ２は、オンすることによりフローティングディフュージョンＦＤを電源電圧端子から供給される電圧ＶＤＤに応じた電圧にリセットする。
【００８６】
画素１２の転送トランジスタＭ１、リセットトランジスタＭ２及び選択トランジスタＭ４は、タイミングジェネレータ９０による制御のもとで垂直走査回路２０から供給される制御信号ＰＴＸ，ＰＲＥＳ，ＰＳＥＬにより、行単位で制御される。制御信号ＰＳＥＬにより選択された行に属する画素１２の画素信号は、それぞれの画素１２の対応する出力線１６に、同時に出力される。
【００８７】
出力線１６に出力された各列の画素信号は、比較回路部４０に入力され、対応する列のサンプルホールド回路にそれぞれ保持される。参照信号生成部は、時間の経過に応じて電圧が変化する参照信号を生成する。参照信号の波形には、例えばランプ信号が用いられる。各列の比較器は、サンプルホールド回路に保持された画素信号のレベルと参照信号のレベルとを比較し、これらレベルの大小関係が反転したときに、メモリ部５０にラッチ信号を出力する。
【００８８】
カウンタ５２は、タイミングジェネレータ９０が生成するクロック信号のクロック数をカウントし、メモリ部５０にカウント値を出力する。メモリ部５０は、参照信号の変化の開始からラッチ信号の出力までの時間に対応するカウント値を、画素信号のデジタル値として列メモリ（記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２）に記憶する。すなわち、比較回路部４０、メモリ部５０及びカウンタ５２は、画素信号をアナログデジタル変換（以下、ＡＤ変換と呼ぶ）して記憶する読み出し部及び記憶部としての機能を有する。本明細書では、デジタル信号に変換された画素信号（デジタル画素信号）を、画像データと呼ぶ。複数の画像データによって、１つの画像が構成される。
【００８９】
水平走査回路６０は、タイミングジェネレータ９０による制御のもとで、メモリ部５０の各列の列メモリに、列ごとに順次、制御信号を出力する。水平走査回路６０から制御信号を受信したメモリ部５０は、対応する列の列メモリに記憶された画像データを、水平転送回路７０を介して出力回路８０へと出力する。
【００９０】
出力回路８０は、メモリ部５０から受信した画像データに対してデジタルＣＤＳ等の所定の信号処理を行った後、外部インターフェースを介して信号処理後の画素信号を行単位で外部へと出力する。なお、出力回路８０から出力される画素信号は、例えば、固体撮像装置１００を含む撮像システムが有する信号処理部である。この信号処理部は、固体撮像装置１００が出力する信号に対して所定の信号処理を実行する。
【００９１】
画素アレイ部１０の１行分の読み出し動作を簡単に説明すると、図２２に示すようになる。１行分の読み出し動作は、図２２に示すように、画素信号の読み出しを行う期間Ｔ１と、画素信号のＡＤ変換及び列メモリへの書き込みを行う期間Ｔ２と、列メモリから画像データの読み出しを行う期間Ｔ３と、列メモリの初期化を行う期間Ｔ４と、を含む。
【００９２】
まず、期間Ｔ１において、選択された行の画素１２からの画素信号の読み出しを行う。当該行の画素１２は、画素信号を出力線１６に出力する。画素１２から読み出された画素信号は比較回路部４０に入力され、サンプルホールド回路に保持される。
【００９３】
次いで、期間Ｔ２において、比較回路部４０、メモリ部５０及びカウンタ５２において上述の手順によりＡＤ変換が行われ、これにより得られたデジタル信号の画像データがメモリ部５０の各列の列メモリに記憶される。
【００９４】
次いで、期間Ｔ３において、水平走査回路６０による列走査に応じてメモリ部５０から出力回路８０への画像データの読み出しを行う。
【００９５】
次いで、期間Ｔ４において、メモリ部５０の各列の列メモリの初期化を行う。すなわち、電圧供給部５４から、メモリ部５０の各列の列メモリの記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２に、各ビットの値を「０」にする電圧（例えば、０Ｖ等の固定電圧）を供給し、メモリ部５０の初期化を行い、次の行の画素１２の画素信号の読み出しに備える。
【００９６】
この１行分の読み出し動作を、画素アレイ部１０を構成する各行の画素１２に対して順次実行することで、１つの画像を構成する複数の画像データを取得する。この動作が、垂直走査である。
【００９７】
図２３は、１つの画像を構成する複数の画像データを取得する際の動作（垂直走査）を説明する概略図である。図２３には、動画撮像時における画像取得のための走査の概略を２フレーム分だけ抜き出して示している。図２３では、全期間に渡って画素１２に光が入射しているものとし、メカニカルシャッタによる遮光は考慮しないものとする。
【００９８】
図２３の上段において、横軸は時間であり、縦軸が行を示している。右上がりのハッチングを施した枠のそれぞれは、１つの行に属する複数の画素１２に対して行う電子シャッタ動作を表している。電子シャッタ動作とは、光電変換部ＰＤをリセットする動作である。より具体的には、右上がりのハッチングが施された枠で示された期間において、対応する行の画素１２の転送トランジスタＭ１及びリセットトランジスタＭ２がともにオン状態となる。これにより、光電変換部ＰＤに蓄積された電荷が電源電圧端子（ＶＤＤ）から排出され、光電変換部ＰＤがリセットされる。この電子シャッタ動作の後、光電変換部ＰＤは入射光を光電変換することにより生じた電荷の蓄積を開始する。
【００９９】
複数の行の電子シャッタ動作は、行毎に順次行われる。図２３では、各行の画素１２の電子シャッタ動作が行順次で実行されることを視覚的に示すために、当該枠を斜め方向に並べて示している。複数の行の電子シャッタ動作を行毎に順次行う一連の動作が、シャッタ走査である。
【０１００】
図２３において白抜きの枠のそれぞれは、１つの行に属する複数の画素１２からの画素信号の読み出し動作を表している。より具体的には、白抜きの枠で示された期間において、対応する行に属する画素１２の画素信号が、列毎に順次、読み出される。この動作が、水平走査である。１つの行に属する複数の画素１２からの読み出しを行う期間が、１水平期間（１Ｈ）である。
【０１０１】
複数の行の読み出し動作は、行毎に順次行われる。図２３では、各行の画素１２の読み出し動作が行順次で実行されることを視覚的に示すために、当該枠を斜め方向に並べて示している。複数の行の読み出し動作を行毎に順次行う一連の動作が、読み出し走査である。それぞれの行において、電子シャッタ動作の終了から読み出し動作の開始までの期間が、蓄積期間である。蓄積期間の長さが総ての行で同一となるように、走査のタイミングが設定される。
【０１０２】
あるフレームにおける読み出し走査が終了してから次のフレームにおける読み出し走査が開始するまでの期間には、メモリ部５０の列メモリへの画像データの書き込みは行われない。そこで、本実施形態による固体撮像装置の駆動方法では、この期間を、メモリ部５０が正常に動作しているかどうかを検査する列メモリ検査期間として利用することで、リアルタイムの故障検査を実現している。
【０１０３】
メモリ部５０の故障検査は、常に行う必要はなく、必要に応じて実施すればよい。例えば、固体撮像装置の動作モードとして、通常読み出しモードとメモリ故障検査モードとを用意しておき、メモリ故障検査モードが選択されているときにのみメモリ部５０の故障検査を実行するように構成することができる。また、メモリ故障検査モードが選択されている場合であっても、必ずしも１フレーム毎に故障検査を実行する必要はなく、所定のフレーム間隔で故障検査を実行するようにしてもよい。
【０１０４】
列メモリ検査期間では、図２３の下段に示すように、メモリ部５０の各列の列メモリへの故障検査用のメモリ検査パターンの書き込みと、メモリ部５０の各列の列メモリからのデータの読み出しとを行う。メモリ検査パターンの書き込みは、電圧供給部５４からメモリ部５０の各列の列メモリの記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２に、書き込むべき情報に応じた電圧を供給することにより行う。メモリ部５０の各列の列メモリからの読み出しは、読み出し走査における各行の読み出し動作と同様の水平走査により行う。メモリ部５０の各列の列メモリからの読み出しに必要な期間は、画素信号の読み出しの場合と同様の１水平期間（１Ｈ）である。
【０１０５】
メモリ部５０の初期化の際には、電圧供給部５４から各記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２に「０」を与える電圧を供給している。しかしながら、列メモリ検査期間においては、電圧供給部５４から少なくとも一部の各記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２に「１」を与える電圧（例えば、メモリ部５０の電源電圧と同じ電圧）を入力することもできる。すなわち、電圧供給部５４により、所定のメモリ検査パターンのビット配列をメモリ部５０に記憶させることができる。この意味で、電圧供給部５４は、メモリ部５０への検査情報供給部でもある。
【０１０６】
メモリ部５０の各列の列メモリに書き込むメモリ検査パターンは、特に限定されるものではない。例えば、メモリ部５０の総ての列の列メモリの各記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２に「０」を書き込む例が挙げられる。或いは、メモリ部５０の総ての列の列メモリの各記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２に「１」を書き込む例が挙げられる。或いは、列メモリの最上位ビットから順に「０１０１・・・」を書き込む例が挙げられる。或いは、列メモリの最上位ビットから順に「１０１０・・・」を入力する例が挙げられる。
【０１０７】
メモリ検査パターンは、列毎に任意に決定することができ、例えば、複数の列で同じであってもよいし、列毎に異なっていてもよい。また、異なる列メモリ検査期間における同じ列のメモリ検査パターンが異なっていてもよい。電圧供給部５４は、メモリ部５０の各列の列メモリに、任意のメモリ検査パターンに応じた電圧の供給が可能である。
【０１０８】
このように、本実施形態による固体撮像装置の電圧供給部５４は、メモリ部５０の各列の列メモリに、所定のメモリ検査パターンを書き込むことができる。メモリ部５０に書き込む信号は、読み出し部を介さずにデジタル信号で供給されるため、どの桁のビットに対しても外部のノイズの影響を受けずにメモリ部５０に記憶される。したがって、より高精度な検査信号をメモリ部５０に書き込むことが可能となる。これにより、メモリ部５０に書き込んだメモリ検査パターンとメモリ部５０から読み出したメモリ検査パターンとを照合することによる異常検出をより高精度に行うことができる。
【０１０９】
ところで、図１９乃至図２１に示す構成例では、１つの画素１２から出力される信号のビット数が１０ビットであるのに対して、メモリ部５０の各列の列メモリのビット数は１２ビットである。そのため、メモリ部５０の検査において、メモリ部５０の各列の列メモリが記憶する１２ビットの情報を総て出力するためには、出力回路８０を、１２ビットの情報を出力するモードを実施できるように構成する必要がある。しかしながら、画像データを１０ビットの情報として出力し、更に、列メモリ検査データを１２ビットの情報として出力するためには、出力系統を少なくとも２ビット分だけ余計に設ける必要があり、固体撮像装置の構成の増大に繋がる。
【０１１０】
このような観点から、本実施形態による固体撮像装置では、列メモリ検査データを、画像データの出力ビット数以下のビット数（１０ビット以下）で出力できるように、２以上のデータに分割して出力するように構成している。すなわち、出力回路８０が一度に出力する情報のビット数が、１つの画素１２から出力される信号のビット数以下になるように、列メモリのそれぞれが記憶する情報をビット単位で分割して出力する。
【０１１１】
例えば、図２３に示すように、メモリ部５０の各列の列メモリに所定のメモリ検査パターンを書き込んだ後、メモリ部５０から出力回路８０への１２ビットの列メモリ検査データの転送を２度の水平走査で行う。そして、１度目の水平走査では、メモリ部５０の各列の列メモリの最上位ビットから１０ビットの情報を出力回路８０から出力する。続く２度目の水平走査では、メモリ部５０の各列の列メモリの下位２ビットの情報を出力回路８０から出力する。すなわち、列メモリ検査データの読み出しは、２行分の読み出し期間に相当する期間の間に行う。１度目の水平走査を行う期間は、各列の列メモリの一部に保持された検査情報を１行分の出力期間に相当する期間（第１の期間）である。同様に、２度目の水平走査を行う期間は、各列の列メモリの他の一部に保持された検査情報を１行分の出力期間に相当する期間（第２の期間）である。第１の期間及び第２の期間は、それぞれ、出力回路８０による一の行の画素情報の出力動作と、出力回路８０による他の行の画素情報の出力動作の間の期間である。
【０１１２】
このようにすることで、メモリ部５０の各列の列メモリの記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２から読み出した総ての情報は、出力できる信号のビット数が１０ビットである出力回路８０を用いて固体撮像装置の外部に出力することができる。
【０１１３】
図２３に示した駆動例は、あるフレームの画像データの出力が完了した後、次のフレームの画像データの出力の開始前に、メモリ検査パターンの書き込みと総ての列メモリ検査データの読み出しとを行う例である。本駆動例は、列メモリ検査期間が、列メモリ検査パターンの書き込み及び２度の水平走査による列メモリからの読み出しに必要とされる時間よりも長い場合に適用することができる。
【０１１４】
列メモリ検査期間が、列メモリ検査パターンの書き込み及び２度の水平走査による列メモリからの読み出しに必要とされる時間よりも短い場合には、分割した２つの列メモリ検査データを別の列メモリ検査期間に読み出すようにしてもよい。例えば、まず、あるフレームの画像データの出力が完了した後、次のフレームの画像データの出力の開始前に、列メモリ検査パターンの書き込みと、分割した列メモリ検査データのうちの一方の読み出しを行う。次いで、当該次のフレームの画像データの出力が完了した後、列メモリ検査パターンの書き込みと、分割した列メモリ検査データのうちの他方の読み出しを行う。このようにすることで、フレームレートを下げることなく、総ての列メモリ検査データを出力することができる。
【０１１５】
固体撮像装置から出力された列メモリ検査データは、外部の信号処理装置において、メモリ部５０に書き込まれているべき列メモリ検査パターンに対応したデータである期待値と比較される。メモリ部５０に書き込むメモリ検査パターンによって、固体撮像装置における種々の故障を推定することができる。
【０１１６】
例えば、列メモリ検査データとして、メモリ部５０の総ての列の列メモリの各記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２に「０」や「１」を書き込んだ場合に、書き込んだ値とは異なる値が読み出された記憶領域があれば、その記憶領域に故障があることを推定することができる。
【０１１７】
また、図１９及び図２０に示す構成例においては、メモリ部５０の列メモリが水平走査回路６０によって１列毎に順次選択され、選択された列の列メモリに記憶されている情報が水平転送回路７０を介して出力回路８０に順次転送される。このような場合、異なる時刻に水平走査回路６０によって選択される列の列メモリに書き込む期待値を異なる値にすることで、水平走査回路６０による選択が正しい順番で行われていること、すなわち、水平走査回路６０の検査を行うことが可能となる。その際、異なる時刻に水平走査回路６０によって選択される列の列メモリに書き込む期待値は、総てを互いに異なる値に設定しなくてもよく、一部の列について期待値を異なる値に設定することによっても、水平走査回路６０の簡易的な検査が可能である。異なる値に設定する一部の列の例としては、隣接列や、図２０の構成例にあっては水平走査回路６０のブロック単位などが考えられる。
【０１１８】
図２１に示す構成例のチャンネルａにおいては、異なる時刻に水平走査回路６０によって選択される列メモリは、列１，３，５，…の列メモリである。これらの列の列メモリに書き込む期待値を異なる値に設定することで、水平走査回路の検査を行うことが可能である。同様に、チャンネルｂにおいては、異なる時刻に水平走査回路６０によって選択される列メモリは、列２，４，６，…の列メモリである。これらの列の列メモリに書き込む期待値を異なる値に設定することで、水平走査回路の検査を行うことが可能である。
【０１１９】
固体撮像装置から出力された列メモリ検査データは、例えば図２４に示すように、１フレームの画像のデータに付加することができる。図２４（ａ）は、１フレームの画像のデータ２１０の後ろに、２つに分割した列メモリ検査データ２２０Ａ，２２０Ｂを付加した例である。例えば、あるフレームの画像データの出力後、次のフレームの画像データの出力前に総ての列メモリ検査データの出力を行う場合のデータ構成として適用可能である。図２４（ｂ）は、２つに分割した列メモリ検査データ２２０Ａ，２２０Ｂを別のフレームの画像のデータ２１０，２１２の後ろにそれぞれ付加した例である。例えば、あるフレームの画像データの出力後、次のフレームの画像データの出力前に分割した列メモリ検査データの一方を出力し、当該次のフレームの画像データの出力後に分割した列メモリ検査データの他方を出力する場合のデータ構成例として適用可能である。列メモリ検査データは、画像のデータの前に付加してもよい。
【０１２０】
図２５は、本実施形態に係る固体撮像装置を搭載した撮像システムにおける固体撮像装置の故障検知方法を示すフローチャートである。固体撮像装置が搭載される撮像システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、車載カメラ等が挙げられる。また、固体撮像装置が搭載される撮像システムは、後述する実施形態で述べる車両等の移動体に含まれるものであってもよい。図２５に示す動作は、主として固体撮像装置と撮像システム内に設けられた信号処理部とにより行われる動作である。
【０１２１】
撮像システムにおける固体撮像装置の故障検知は、例えば図２５に示すフローチャートに従って実施される。
【０１２２】
まず、撮像システムの信号処理部は、固体撮像装置から出力される列メモリ検査データを取得する（ステップＳ１０１）。列メモリ検査データの取得は、図２２及び図２３を用いて説明した手順に従って行われる。
【０１２３】
次いで、信号処理部は、取得した列メモリ検査データとその期待値とを照合し、列メモリ検査データとその期待値とが一致しているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。列メモリ検査データの期待値は、固体撮像装置に異常がない場合に期待される列メモリ検査データの値であり、電圧供給部５４によりメモリ部５０の各列の列メモリに書き込んだメモリ検査パターンの情報に対応する。なお、列メモリ検査データの期待値は、予め信号処理部に保持されている。
【０１２４】
固体撮像装置から取得した列メモリ検査データと期待値とが一致している場合（Ｙｅｓ）には、固体撮像装置が正常であると判定し（ステップＳ１０３）、撮像を継続する。
【０１２５】
固体撮像装置から取得した列メモリ検査データと期待値とが一致していない場合（Ｎｏ）には、固体撮像装置に異常があると判定し、固体撮像装置の異常を知らせる警報を発報する（ステップＳ１０４）。この警報の発報には、表示装置が異常状態であることを表示する等の他の方法によりユーザに異常の発生を認知させることを含み得る。その後、撮像システムは、固体撮像装置の動作を停止する（ステップＳ１０５）。
【０１２６】
列メモリ検査データは、フレームとフレームとの間の期間に取得することができるため、動画撮影の間にリアルタイムで列メモリの故障を検知することができる。
【０１２７】
このように、本実施形態によれば、出力回路８０の回路規模を増大することなく、メモリ部５０や水平走査回路６０等の読み出し部の故障検査をリアルタイムで実行することができる。
【０１２８】
［第６実施形態］
本発明の第６実施形態に係る固体撮像装置及び固体撮像装置の故障検知方法について、図２６乃至図２９を用いて説明する。第５実施形態に係る固体撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【０１２９】
図２６及び図２７は、本実施形態に係る固体撮像装置におけるメモリ部、水平走査回路及び水平転送回路の構成例を示すブロック図である。図２８は、本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。図２９は、固体撮像装置の外部の信号処理装置におけるデータの構成例を示す模式図である。
【０１３０】
本実施形態による固体撮像装置は、メモリ部５０及び水平転送回路７０の構成が異なるほかは、第１実施形態による固体撮像装置と同様である。すなわち、本実施形態による固体撮像装置は、図２６に示すように、メモリ部５０が、各列の列メモリとして、記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２に加えて、記憶領域Ｎ１〜Ｎ１０を有している。記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２は、１２ビットの光信号（Ｓ信号）を記憶するメモリ（Ｓメモリ）である。記憶領域Ｎ１〜Ｎ１０は、１０ビットのノイズ信号（Ｎ信号）を記憶するメモリ（Ｎメモリ）である。また、水平転送回路７０は、水平走査回路６０からの制御信号に応じて、記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２に記憶された情報と記憶領域Ｎ１〜Ｎ１０に記憶された情報とを出力回路８０に転送するように構成されている。図２７は、第５実施形態で説明した図２０の場合と同様、水平走査回路６０を複数（Ｎ個）のブロック６０−１，６０−２，…，６０−Ｎに分割した構成例である。
【０１３１】
図２８は、本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。図２８には、垂直走査回路２０から読み出しを行う行の制御線１４に供給される制御信号ＰＳＥＬ，ＰＲＥＳ，ＰＴＸ、比較回路部４０に入力される画素信号、比較回路部４０の参照信号生成部から供給される参照信号を示している。
【０１３２】
時刻ｔ１において、垂直走査回路２０は、画素信号の読み出しを行う行の制御信号ＰＳＥＬをローレベルからハイレベルへと制御し、対応する行に属する画素１２の選択トランジスタＭ４をオンにする。これにより、当該行に属する画素１２が選択される。なお、時刻ｔ１において、制御信号ＰＲＥＳはハイレベルであり、当該行に属する画素１２のフローティングディフュージョンＦＤは、電圧ＶＤＤに応じた電圧にリセットされている。制御信号ＰＴＸは、ローレベルである。
【０１３３】
次いで、時刻ｔ２において、垂直走査回路２０は、画素信号の読み出しを行う行の制御信号ＰＲＥＳをハイレベルからローレベルへと制御し、フローティングディフュージョンＦＤのリセットを解除する。フローティングディフュージョンＦＤのリセット電圧に応じたノイズ信号（Ｎ信号）は、選択トランジスタＭ４及び出力線１６を介して出力され、比較回路部４０のサンプルホールド回路に保持される。
【０１３４】
次いで、出力線１６の電圧が整定した後の時刻ｔ３において、比較回路部４０の参照信号生成部は、参照信号のランプアップを開始する。カウンタ５２は、参照信号のランプアップの開始に応じて、タイミングジェネレータ９０が生成するクロック信号のクロック数のカウントを開始し、メモリ部５０にカウント値を出力する。比較回路部４０の比較器は、サンプルホールド回路に保持されたＮ信号のレベルと参照信号のレベルとの比較演算を開始する。
【０１３５】
時刻ｔ４において、Ｎ信号のレベルと参照信号のレベルとの大小関係が変化すると、比較器の出力が反転する。メモリ部５０は、参照信号のランプアップの開始から比較器の出力が反転するまでの時間に対応するカウント値を、Ｎ信号のデジタル値としてメモリ部５０の対応する列の記憶領域Ｎ１〜Ｎ１０に記憶する。
【０１３６】
次いで、時刻ｔ５において、参照信号生成部が出力する参照信号をリセットし、Ｎ信号のＡＤ変換を終了する。
【０１３７】
次いで、時刻ｔ６から時刻ｔ７の期間において、垂直走査回路２０は、制御信号ＰＴＸをハイレベルに制御し、光電変換部ＰＤで生成・蓄積されている電荷をフローティングディフュージョンＦＤへと転送する。これにより、フローティングディフュージョンＦＤは、その容量成分による電荷電圧変換によって、転送された電荷の量に応じた電圧となる。フローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷の量に応じた光信号（Ｓ信号）は、選択トランジスタＭ４及び出力線１６を介して出力され、比較回路部４０のサンプルホールド回路に保持される。
【０１３８】
次いで、出力線１６の電圧が整定した後の時刻ｔ８において、比較回路部４０の参照信号生成部は、参照信号のランプアップを開始する。カウンタ５２は、参照信号のランプアップの開始に応じて、タイミングジェネレータ９０が生成するクロック信号のクロック数のカウントを開始し、メモリ部５０にカウント値を出力する。比較回路部４０の比較器は、サンプルホールド回路に保持されたＳ信号のレベルと参照信号のレベルとの比較演算を開始する。
【０１３９】
時刻ｔ９において、Ｓ信号のレベルと参照信号のレベルとの大小関係が変化すると、比較器の出力が反転する。メモリ部５０は、参照信号のランプアップの開始から比較器の出力が反転するまでの時間に対応するカウント値を、Ｓ信号のデジタル値としてメモリ部５０の対応する列の記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２に記憶する。
【０１４０】
次いで、時刻ｔ１０において、参照信号生成部が出力する参照信号をリセットし、Ｓ信号のＡＤ変換を終了する。
【０１４１】
次いで、時刻ｔ１１において、垂直走査回路２０は、制御信号ＰＳＥＬをハイレベルからローレベルへと制御して行の選択を解除し、当該行に属する画素１２からの画素信号の読み出しを終了する。
【０１４２】
メモリ部５０の各列の記憶領域Ｎ１〜Ｎ１０，Ｓ１〜Ｓ１２に保持されたデジタルＮ信号及びデジタルＳ信号は、デジタルＮ信号、デジタルＳ信号の順番で、水平転送回路７０を介して列毎に出力回路８０へと転送される。出力回路８０は、Ｓ信号のデジタル値からＮ信号のデジタル値を減算する処理、いわゆるデジタルＣＤＳ処理を行い、ノイズを除去した１０ビットの画像データを算出し、外部装置へと出力する。
【０１４３】
一方、列メモリ検査においては、列メモリ検査データとして、記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２に対応する１２ビットの情報と、記憶領域Ｎ１〜Ｎ１０に対応する１０ビットの情報との、計２２ビット分の情報が必要である。そこで、本実施形態では、列メモリ検査データを、出力回路８０の出力ビット数以下のビット数（１０ビット以下）の３つのデータに分割して出力するように構成している。すなわち、列メモリ検査データの読み出しは、２行分以上（ここでは３行分）の読み出し期間に相当する期間の間に行われる。
【０１４４】
例えば、メモリ部５０の各列の列メモリに所定のメモリ検査パターンを書き込んだ後、Ｓメモリ検査用の１２ビットの列メモリ検査データを転送する水平走査を２度行い、Ｎメモリ検査用の１０ビットの列メモリ検査データを転送する水平走査を１度行う。そして、１度目の水平走査では、メモリ部５０の各列のＳメモリの最上位ビットから１０ビットの情報を出力回路８０から出力する。続く２度目の水平走査では、メモリ部５０の各列のＳメモリの下位２ビットの情報を出力回路８０から出力する。続く３度目の水平走査では、メモリ部５０の各列のＮメモリの１０ビットの情報を出力回路８０から出力する。なお、分割した列メモリ検査データを出力する順番は、特に限定されるものではない。
【０１４５】
このようにすることで、メモリ部５０の各列の列メモリの記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２，Ｎ１〜Ｎ１０から読み出した総ての情報は、出力できる信号のビット数が１０ビットである出力回路８０を用いて固体撮像装置の外部に出力することができる。
【０１４６】
固体撮像装置から出力された列メモリ検査データは、例えば図２９に示すように、１フレームの画像のデータに付加することができる。列メモリ検査データを付加する態様は、第５実施形態で説明したように、列メモリ検査期間の長さに応じて変更が可能である。図２９（ａ）は、１フレームの画像のデータ２１０の後ろに、３つに分割した列メモリ検査データ２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃを付加した例である。図２９（ｂ）は、３つに分割した列メモリ検査データ２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃを別のフレームの画像のデータ２１０，２１２，２１４の後ろにそれぞれ付加した例である。図２９（ｃ）は、列メモリ検査データ２２０Ａ，２２０Ｂをフレームの画像のデータ２１０の後ろに、列メモリ検査データ２２０Ｃをフレームの画像のデータ２１２の後ろに、それぞれ付加した例である。列メモリ検査データは、画像のデータの前に付加してもよい。
【０１４７】
このように、本実施形態によれば、出力回路８０の回路規模を増大することなく、メモリ部５０や水平走査回路６０等の読み出し部の故障検査をリアルタイムで実行することができる。
【０１４８】
［第７実施形態］
本発明の第７実施形態に係る固体撮像装置及び固体撮像装置の故障検知方法について、図３０乃至図３３を用いて説明する。第５及び第６実施形態に係る固体撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【０１４９】
図３０は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図３１及び図３２は、本実施形態に係る固体撮像装置におけるメモリ部、水平走査回路及び水平転送回路の構成例を示すブロック図である。図３３は、本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【０１５０】
本実施形態による固体撮像装置１００は、図３０に示すように、画素アレイ部１０と比較回路部４０との間に設けられた増幅回路部３０を更に有する点で、第５及び第６実施形態による固体撮像装置とは異なっている。画素アレイ部１０に配された各列の出力線１６は、増幅回路部３０に接続されている。増幅回路部３０は、画素アレイ部１０の各列に対応して設けられた複数の列増幅回路（図示せず）を含む。各列の列増幅回路は、画素アレイ部１０の出力線１６から出力されたアナログ画素信号を所定の増幅率で増幅して比較回路部４０に出力する。列増幅回路は、増幅率が可変であり、画素信号の出力レベルに応じて増幅率を変更する機能を備えている。列増幅回路で増幅された画素信号は、比較回路部４０の対応する列の比較器に入力される。
【０１５１】
また、本実施形態による固体撮像装置は、図３１に示すように、メモリ部５０が、各列の列メモリとして、光信号を記憶する記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２及びノイズ信号を記憶する記憶領域Ｎ１〜Ｎ１０に加えて、判定信号を記憶する記憶領域Ｊを更に有している。記憶領域Ｊには、画素信号を増幅回路部３０で処理する際に対応する列の列増幅回路の増幅率が変更されたかどうかの情報が記憶される。例えば、増幅率が変更されていない場合には「０」が記憶され、増幅率が変更されている場合には「１」が記憶される。また、水平転送回路７０は、水平走査回路６０からの制御信号に応じて、記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２に記憶された情報、記憶領域Ｎ１〜Ｎ１０に記憶された情報及び記憶領域Ｊに記憶された情報を出力回路８０に転送するように構成されている。図３２は、第５実施形態で説明した図２０の場合と同様、水平走査回路６０を複数（Ｎ個）のブロック６０−１，６０−２，…，６０−Ｎに分割した構成例である。
【０１５２】
図３３は、本実施形態に係る固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。図３３には、垂直走査回路２０から読み出しを行う行の制御線１４に供給される制御信号ＰＳＥＬ，ＰＲＥＳ，ＰＴＸ、増幅回路部３０で増幅され比較回路部４０に入力される画素信号、比較回路部４０の参照信号生成部から供給される参照信号を示している。
【０１５３】
時刻ｔ１から時刻ｔ７までの動作は、図２８を用いて説明した第６実施形態による固体撮像装置の動作と同様である。時刻ｔ７までの動作により、フローティングディフュージョンＦＤには光電変換部ＰＤで生成された電荷が転送されている。比較回路部４０には、フローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷の量に応じた信号を列増幅回路において所定の増幅率で増幅した画素信号が入力される。
【０１５４】
次いで、時刻ｔ８から時刻ｔ９の期間に、画素信号の出力レベルを判定するための参照信号を比較回路部４０の比較器に供給し、画素信号との比較を行う。画素信号の出力レベルの判定は、Ｓ信号のＡＤ変換期間の短縮の要否を判断するために行うものである。
【０１５５】
この参照信号をリセットする時刻ｔ９までの期間に、例えば図３３に実線で示すように参照信号のレベルが画素信号のレベルに達した場合には、Ｓ信号のＡＤ変換期間を短縮する必要はないものと判定する。そして、増幅回路部３０の増幅率は変化せず、時刻ｔ１０から光信号のＡＤ変換処理を開始する。時刻ｔ１１においてＳ信号のレベルと参照信号のレベルとの大小関係が変化した場合、メモリ部５０は、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの時間に対応するカウント値を、Ｓ信号のデジタル値としてメモリ部５０の記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２に記憶する。また、増幅回路部３０の増幅率は変化していないため、メモリ部５０の記憶領域Ｊには、その旨を示す情報、例えば「０」を記憶する。
【０１５６】
一方、参照信号をリセットする時刻ｔ９までの期間に、例えば図３３に点線で示すように参照信号のレベルが画素信号のレベルに達しない場合には、ＡＤ変換に長時間を要すると推定されるため、Ｓ信号のＡＤ変換期間を短縮する必要があるものと判定する。そして、増幅回路部３０の増幅率を下げ、比較器に入力される画素信号のレベルを下げる。ここでは、増幅回路部３０の増幅率を１／４倍に低下するものとする。そして、信号レベルを下げた画素信号に対して、時刻ｔ１０から光信号のＡＤ変換処理を開始する。時刻ｔ１１′においてＳ信号のレベルと参照信号のレベルとの大小関係が変化した場合、メモリ部５０は、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１′までの時間に対応するカウント値を、Ｓ信号のデジタル値としてメモリ部５０の記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２に記憶する。また、増幅回路部３０の増幅率を変化しているため、メモリ部５０の記憶領域Ｊには、その旨を示す情報、例えば「１」を記憶する。
【０１５７】
メモリ部５０の各列の記憶領域Ｎ１〜Ｎ１０，Ｓ１〜Ｓ１２に保持されたデジタルＮ信号及びデジタルＳ信号は、デジタルＮ信号、デジタルＳ信号の順番で、水平転送回路７０を介して列毎に出力回路８０へと転送される。判定信号は、デジタルＮ信号とともに出力回路８０へ転送することができる。
【０１５８】
出力回路８０は、Ｓ信号のデジタル値からＮ信号のデジタル値を減算する処理、いわゆるデジタルＣＤＳ処理を行う。その際、判定信号の情報を確認し、Ｓ信号に対する増幅回路部３０の増幅率を変化している場合には、増幅率の変化倍率を考慮する。例えば、Ｓ信号に対する増幅回路部３０の増幅率を１／４倍に変更している場合には、Ｓ信号のデジタル値を４倍した値からＮ信号のデジタル値を減算する。Ｓ信号に対する増幅回路部３０の増幅率の変化の有無は、デジタルＮ信号とともに出力回路８０へ転送される判定情報をもとにして判断することができる。
【０１５９】
本実施形態による固体撮像装置では、列メモリ検査データとして、記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２に対応する１２ビットの情報と、記憶領域Ｎ１〜Ｎ１０に対応する１０ビットの情報と、記憶領域Ｊに対応する１ビットの情報の、計２３ビット分の情報が必要である。出力回路８０の出力ビット数以下のビット数（１０ビット以下）で列メモリ検査データを出力するためには、第６実施形態の場合と同様、列メモリ検査データを３以上のデータに分割して出力するように構成すればよい。
【０１６０】
列メモリ検査データを分割する態様や、分割したデータを固体撮像装置から出力する順番は、特に限定されるものではない。例えば、列メモリ検査データは、Ｓメモリの上位１０ビットの情報、Ｓメモリの下位２ビットと判定信号の１ビットの情報、Ｎメモリの１０ビットの情報、の３行分の検査情報として出力することができる。
【０１６１】
このように、本実施形態によれば、出力回路８０の回路規模を増大することなく、メモリ部５０や水平走査回路６０等の読み出し部の故障検査をリアルタイムで実行することができる。
【０１６２】
［第８実施形態］
本発明の第８実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法について、図３４を用いて説明する。第５乃至第７実施形態に係る固体撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【０１６３】
本実施形態では、第７実施形態による固体撮像装置の他の駆動方法を説明する。本実施形態による固体撮像装置の全体構成は、第７実施形態による固体撮像装置と同様である。本実施形態では、増幅回路部３０の増幅率を変化する代わりに、比較回路部４０におけるＡＤ変換ゲインを変化することにより、Ｓ信号のＡＤ変換期間を最適化する。ＡＤ変換ゲインは、比較器に供給する参照信号の傾きにより可変である。
【０１６４】
図３４は、本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。図３４には、垂直走査回路２０から読み出しを行う行の制御線１４に供給される制御信号ＰＳＥＬ，ＰＲＥＳ，ＰＴＸ、増幅回路部３０で増幅され比較回路部４０に入力される画素信号、比較回路部４０の参照信号生成部から供給される参照信号を示している。
【０１６５】
時刻ｔ１から時刻ｔ７までの動作は、図２８を用いて説明した第６実施形態による固体撮像装置の動作と同様である。時刻ｔ７までの動作により、フローティングディフュージョンＦＤには光電変換部ＰＤで生成された電荷が転送されている。比較回路部４０には、フローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷の量に応じた信号を列増幅回路において所定の増幅率で増幅した画素信号が入力される。
【０１６６】
次いで、時刻ｔ８から時刻ｔ９の期間に、画素信号の出力レベルを判定するための参照信号を比較回路部４０の比較器に供給し、画素信号との比較を行う。画素信号の出力レベルの判定は、Ｓ信号のＡＤ変換期間の短縮の要否を判断するために行うものである。
【０１６７】
この参照信号をリセットする時刻ｔ９までの期間に、例えば図３４に実線で示すように参照信号のレベルが画素信号のレベルに達した場合には、Ｓ信号のＡＤ変換期間を短縮する必要はないものと判定する。そして、ＡＤ変換に用いる参照信号の傾きは変化せず、時刻ｔ１０から光信号のＡＤ変換処理を開始する。時刻ｔ１１においてＳ信号のレベルと参照信号のレベルとの大小関係が変化した場合、メモリ部５０は、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの時間に対応するカウント値を、Ｓ信号のデジタル値としてメモリ部５０の記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２に記憶する。また、ＡＤ変換に用いる参照信号の傾きは変化していないため、メモリ部５０の記憶領域Ｊには、その旨を示す情報、例えば「０」を記憶する。
【０１６８】
一方、参照信号をリセットする時刻ｔ９までの期間に、例えば図３４に点線で示すように参照信号のレベルが画素信号のレベルに達しない場合には、ＡＤ変換に長時間を要すると推定されるため、参照信号の傾きを増加してＡＤ変換ゲインを下げる。ここでは、参照信号の傾きを４倍にしてＡＤ変換ゲインを１／４に低下するものとする。そして、傾きを増加した参照信号を用いて、時刻ｔ１０から光信号のＡＤ変換処理を開始する。時刻ｔ１１′においてＳ信号のレベルと参照信号のレベルとの大小関係が変化した場合、メモリ部５０は、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１′までの時間に対応するカウント値を、Ｓ信号のデジタル値としてメモリ部５０の記憶領域Ｓ１〜Ｓ１２に記憶する。また、比較回路部４０のＡＤ変換ゲインを変化しているため、メモリ部５０の記憶領域Ｊには、その旨を示す情報、例えば「１」を記憶する。
【０１６９】
出力回路８０は、Ｓ信号のデジタル値からＮ信号のデジタル値を減算する処理、いわゆるデジタルＣＤＳ処理を行う。その際、判定信号の情報を確認し、Ｓ信号に対するＡＤ変換ゲインを変化している場合には、ＡＤ変換ゲインの変化倍率を考慮する。例えば、Ｓ信号に対するＡＤ変換ゲインを１／４倍に変更している場合には、Ｓ信号のデジタル値を４倍した値からＮ信号のデジタル値を減算する。Ｓ信号に対するＡＤ変換ゲインの変化の有無は、デジタルＮ信号とともに出力回路８０へ転送される判定情報をもとにして判断することができる。
【０１７０】
列メモリ検査データを固体撮像装置から外部装置に出力する方法は、第７実施形態の場合と同様である。
【０１７１】
このように、本実施形態によれば、出力回路８０の回路規模を増大することなく、メモリ部５０や水平走査回路６０等の読み出し部の故障検査をリアルタイムで実行することができる。
【０１７２】
［第９実施形態］
本発明の第９実施形態に係る移動体について、図３５及び図３６を用いて説明する。第１乃至第８実施形態に係る固体撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図３５は、本実施形態に係る移動体の構成を示す模式図である。図３６は、本実施形態に係る移動体のブロック図である。
【０１７３】
図３５（ａ）乃至図３５（ｃ）は、本実施形態に係る移動体の構成を示す模式図である。図３５（ａ）乃至図３５（ｃ）には、第１乃至第８実施形態による固体撮像装置が組み込まれた移動体の一例として、車両３００（自動車）の構成を示している。図３５（ａ）は車両３００の正面模式図であり、図３５（ｂ）は車両３００の平面模式図であり、図３５（ｃ）は車両３００の背面模式図である。車両３００は、正面に一対の撮像装置３０２を備えている。ここで、撮像装置３０２は、第１乃至第８実施形態のいずれかの固体撮像装置１００である。また、車両３００は、集積回路３０３、警報装置３１２及び主制御部３１３を備える。集積回路３０３は、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）である。
【０１７４】
警報装置３１２は、撮像装置３０２、車両センサ、制御ユニット等から異常を示す信号を受けた場合に、音、振動等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムやメーターパネル等の表示部に警報情報を表示する等の方法によりユーザに警告を行う。主制御部３１３は、撮像装置３０２、車両センサ、制御ユニット等の動作を統括的に制御する。なお、車両３００が主制御部３１３を備えていなくてもよい。この場合、撮像装置３０２、車両センサ、制御ユニットが通信ネットワークを介して制御信号の送受を行う。この制御信号の送受には、例えばＣＡＮ規格が適用され得る。
【０１７５】
図３６は、車両３００のシステム構成を示すブロック図である。撮像システム３０１は、第１及び第２の撮像装置３０２、画像前処理部３１５、集積回路３０３、光学系３１４を含む。第１の撮像装置３０２と第２の撮像装置３０２とが一対に設けられていることにより、ステレオカメラが構成されている。光学系３１４は、撮像装置３０２に被写体の光学像を結像する。撮像装置３０２は、光学系３１４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。画像前処理部３１５は、撮像装置３０２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３１５の機能は、撮像装置３０２内に組み込まれていてもよい。撮像システム３０１には、光学系３１４、撮像装置３０２及び画像前処理部３１５の組が、少なくとも２組設けられており、各組の画像前処理部３１５からの出力が集積回路３０３に入力されるようになっている。
【０１７６】
画像前処理部３１５は、光信号ＶＳとノイズ信号ＶＮとの差分を求める演算、同期信号付加等の処理を行う。車両３００が、第１実施形態又は第３実施形態として示した撮像装置３０２を含む場合には、画像前処理部３１５は、図６、図１３に示した一致判定等の処理を行う機能を有していてもよい。或いは、車両３００が、第５乃至第８実施形態として示した撮像装置３０２を含む場合には、画像前処理部３１５がメモリ部５０の検査機能を有していてもよい。
【０１７７】
集積回路３０３は、画像処理部３０４、光学測距部３０６、視差演算部３０７、物体認知部３０８、異常検出部３０９を備え得る。画像処理部３０４は、画像前処理部３１５から出力された画像信号を処理する。例えば、画像処理部３０４は、画像信号の補正、欠陥補完等の処理を行う。画像処理部３０４は、画像信号を一時的に保持する記憶媒体３０５を備える。記憶媒体３０５は、撮像装置３０２内の既知の欠陥画素の位置を記憶していてもよい。車両３００が、第１実施形態又は第３実施形態として示した撮像装置３０２を含む場合には、画像処理部３０４が、図６、図１３に示した一致判定等の処理を行う機能を有していてもよい。或いは、車両３００が、第５乃至第８実施形態として示した撮像装置３０２を含む場合には、画像処理部３０４がメモリ部５０の検査機能を有していてもよい。
【０１７８】
光学測距部３０６は、画像信号を用いて被写体の合焦又は測距を行う。視差演算部３０７は、視差画像の被写体照合（ステレオマッチング）を行う。物体認知部３０８は、画像信号を解析して、自動車、人物、標識、道路などの被写体の認知を行う。
【０１７９】
異常検出部３０９は、撮像装置３０２の故障、誤動作といった異常を検出する。異常検出部３０９は、異常を検出した場合には、主制御部３１３に異常を検出したことを示す信号を送信する。異常検出部３０９は、図６、図１３に示した一致判定等の処理を行う機能を有していてもよい。或いは、異常検出部３０９は、第５乃至第８実施形態で説明したメモリ部５０の検査機能を有していてもよい。異常検出部３０９は、撮像装置３０２又は撮像システム内の信号処理部（例えば、画像前処理部３１５、画像処理部３０４又は異常検出部３０９）で行われた一致判定の結果に基づき、主制御部３１３に異常を検出したことを示す信号を送信してもよい。この一致判定は、例えば、第１乃至第４実施形態で述べた列メモリ１０６に記憶された第１検査信号と期待値との比較を行う処理である。或いは、この一致判定は、例えば、第５乃至第８実施形態で述べたメモリ部５０に書き込まれた列メモリ検査データと期待値との比較を行う処理である。異常検出部３０９はこの比較結果に基づいて、撮像装置３０２内のメモリ部５０に異常が生じたことを検出することができる。
【０１８０】
車両３００は、車両センサ３１０及び運転支援制御部３１１を含む。車両センサ３１０は、速度・加速度センサ、角速度センサ、舵角センサ、測距レーダ、圧力センサ等を含みうる。
【０１８１】
運転支援制御部３１１は、衝突判定部を含む。衝突判定部は、光学測距部３０６、視差演算部３０７、物体認知部３０８からの情報に基づいて、物体との衝突可能性があるか否かを判定する。光学測距部３０６や視差演算部３０７は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。
【０１８２】
運転支援制御部３１１が他の物体と衝突しないように車両３００を制御する制御手段として機能する例を説明したが、運転支援制御部３１１は、他の車両に追従して自動運転する制御、車線からはみ出さないように自動運転する制御を行ってもよい。
【０１８３】
車両３００は、更に、エアバッグ、アクセル、ブレーキ、ステアリング、トランスミッション等の走行に用いられる駆動部を備える。また、車両３００は、それらの制御ユニットを含む。制御ユニットは、主制御部３１３の制御信号に基づいて、対応する駆動部を制御する。
【０１８４】
上述のように、本実施形態によれば、第１乃至第８実施形態で述べた固体撮像装置又は撮像システムを搭載した運転支援、自動運転等を行うことができる移動体が提供される。また、ステレオカメラを構成するため、複数の固体撮像装置又は撮像システムが用いられ得る。
【０１８５】
本実施形態に用いられた撮像システムは、自動車等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
【０１８６】
［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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
また、上記第１乃至第８実施形態では、メモリ部５０の各列の列メモリが記憶する情報のビット数が、出力回路８０が出力可能な情報のビット数よりも多い場合に、メモリ部５０の各列の列メモリが記憶する情報をビット単位で分割して出力するように構成した。しかしながら、メモリ部５０の各列の列メモリが記憶する情報のビット数が、出力回路８０が出力可能な情報のビット数よりも少ない場合においても、メモリ部５０の各列の列メモリが記憶する情報をビット単位で分割して出力するようにしてもよい。
【０１８９】
また、上記第１乃至第８実施形態では、出力回路８０が出力可能な情報のビット数が１０ビットである場合を例示したが、出力回路８０が出力可能な情報のビット数は、特に限定されるものではない。また、メモリ部５０の各列の列メモリが記憶可能な情報のビット数も、上記実施形態に記載のものに限定されるものではない。各列メモリが保持する情報を分割して出力する回数は、出力回路８０が出力可能な情報のビット数と、列メモリが記憶可能な情報のビット数との関係に応じて適宜設定可能である。
【０１９０】
また、上記実施形態では、あるフレームの画像を取得する期間と次のフレームの画像を出力する期間との間の期間に列メモリ検査データを出力したが、列メモリ検査データを出力するタイミングは、必ずしもフレーム間である必要はない。例えば、ある一のフレームの画像を出力する期間の途中の、ある一の行の画像データを出力した後、次に読み出される他の行の画像データを出力する前に、列メモリ検査データを出力するようにしてもよい。
【０１９１】
また、上記実施形態で示した画素１２、水平転送回路７０等の回路構成は一例で有り、適宜変更が可能である。
【０１９２】
また、第９実施形態に示した撮像システム及び移動体は、本発明の光検出装置を適用しうる撮像システム及び移動体を例示したものであり、本発明の固体撮像装置を適用可能な撮像システム及び移動体は図３５及び図３６に示した構成に限定されるものではない。
【０１９３】
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。
【０１９４】
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【０１９５】
１０，１１０…画素アレイ部
１２，１０１…画素
１４…制御線
１６…出力線
２０，１０３…垂直走査回路
３０…増幅回路部
４０，１０４…比較回路部
５０…メモリ部
５２，１０５…カウンタ
５４，１０９…電圧供給部
６０，１０７…水平走査回路
７０…水平転送回路
８０…出力回路
９０，１０２…タイミングジェネレータ
１００…固体撮像装置
１０６…列メモリ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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