(57)【要約】【課題】撮像素子パッケージのピン数を増やすことなく、各種情報の入出力を可能とし、また、撮像素子の故障を容易かつ確実に把握することのできる撮像素子を提供する。【解決手段】入力した光画像信号をデジタルの画素信号に変換して画素信号出力ポート１５０から出力する撮像素子１００であって、画素信号出力期間外に、画素信号出力ポート１５０から撮像素子１００の動作状態を表す情報を出力、あるいは画素信号出力ポート１５０から撮像素子１００の動作条件を指定する情報を入力するように構成する。【選択図】図１
2007005854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力した光画像信号をデジタルの画素信号に変換して画素信号出力ポートから出力する撮像素子であって、
画素信号出力期間外に、上記画素信号出力ポートから撮像素子の動作状態を表す情報を出力、あるいは上記画素信号出力ポートから撮像素子の動作条件を指定する情報を入力することを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
入力した光画像信号をデジタルの画素信号に変換して画素信号出力ポートから出力する撮像素子であって、
画素信号出力期間外に、上記画素信号出力ポートから撮像素子の動作状態を表す複数の情報を時分割で出力、あるいは上記画素信号出力ポートから撮像素子の動作条件を指定する複数の情報を時分割で入力することを特徴とする撮像素子。
【請求項３】
入力した光画像信号をデジタルの画素信号に変換して画素信号出力ポートから出力する撮像素子であって、
上記画素信号出力ポートの複数のポートの一部を入力ポートに、残りのポートを出力ポートに割り当て、
画素信号出力期間外に、上記入力ポートから撮像素子の動作条件を指定する情報を入力し、上記出力ポートから撮像素子の動作状態を表す情報を出力することを特徴とする撮像素子。
【請求項４】
撮像素子外部から1行毎に独立して指定される領域の画素信号を加算する1行毎の画素信号加算手段を備え、上記1行毎の画素信号加算手段によって加算された画素信号加算値を上記画素信号出力ポートから出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項５】
撮像素子外部から指定される画素信号加算領域情報に基づいて上記1行毎の画素信号加算手段に実際に入力される画素信号の加算領域を算出する画素加算領域カウンタ手段を備え、上記画素加算領域カウンタ手段によって算出された算出結果を上記画素信号出力ポートから出力することを特徴とする請求項４に記載の撮像素子。
【請求項６】
遮光された画素の出力を演算する遮光画素出力演算手段と、上記遮光画素出力演算手段での演算結果に基づいて出力される画素信号の黒レベルを撮像素子外部から指定される黒レベルに自動調整する黒レベル自動調整手段を備え、上記遮光画素出力演算手段にて演算された演算結果を上記画素信号出力ポートから出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項７】
撮像素子外部からの指定により、撮像素子の撮像面照度に対する撮像素子出力の入出力勾配を切り換える入出力勾配切り換え手段を備え、上記入出力勾配切り換え手段にて設定される入出力特性に関わる撮像特性値を上記画素信号出力ポートから出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項８】
上記撮像特性値は、撮像面照度に対する撮像素子出力の入出力勾配を切り換える切換点電圧であることを特徴とする請求項7に記載の撮像素子。
【請求項９】
撮像素子外部からの指定により、水平方向および垂直方向の画素アクセス領域を設定するアクセス領域設定手段と、実際にアクセスされている画素アクセス領域を算出するアクセス領域カウンタ手段を備え、上記アクセス領域カウンタ手段にて算出された画素アクセス領域を上記画素信号出力ポートから出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項１０】
入力した光画像信号をデジタルの画素信号に変換して画素信号出力ポートから出力する撮像素子であって、
上記画素信号出力ポートの各ポートのＨｉｇｈ／Ｌｏｗの設定あるいは撮像素子に接続された通信ポートの通信内容に基づいて、上記画素信号出力ポートから画素信号出力期間外に入力あるいは出力する情報やデータの種類の選択、あるいは入力／非入力、出力／非出力の切り換えを、撮像素子外部から設定できることを特徴とする撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光信号をデジタルの画素信号に変換して出力する撮像素子に係わり、更に詳しくは、パッケージのピン数を増やすことなく画素信号以外の情報を入力あるいは出力することが可能な撮像素子の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、撮像素子内で画素信号を加算し、その画素信号の加算値を撮像素子外に出力することを開示した特許は数多く出願されている。
例えば、特許文献１（特許第３２６０７８３号）では、動画像を電話回線等により通信伝送する画像通信装置に好適な画像処理装置について記載されており、特に、画像の動きを検出するために、例えば１６×１６画素からなるマクロブロック内の画素信号を撮像素子内で加算し、この加算結果に対し相関演算を行うことによって、画像の動きを検出する方法が開示されている。
また、特許文献２（特開平０７‐１４２７６１号公報）では、例えば走行中の車両等の周辺に存在する障害物などを検出する際に用いて好適な受光素子ならびに受光素子アレイおよびこれらを用いた画像検出装置・画像検出方法が記載されており、特に、指定されたエリアの画素信号を受光素子アレイ（即ち、撮像素子）内で加算（積分）することにより、撮像されている被写体の射影値を求める方法が開示されている。
【特許文献１】特許３２６０７８３号公報（図２、段落００１３）
【特許文献１】特開平０７‐１４２７６１号公報（図５８、図５９、図６８、段落０３３９、段落０３４０、段落０３５１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１で開示されている撮像素子では、画素信号を加算する加算範囲が固定されているので、この加算結果を用いて撮像素子の露光制御(例えば、露光時間制御、オートゲイン制御など)を実施しようとすると、測光範囲の設定自由度が低く、柔軟な露光制御が行えないという問題点がある。
また、特許文献２で開示されている撮像素子では、画素信号を加算する加算範囲を指定することは可能であるが、１行毎に加算範囲を独立に設定することはできず、測光範囲の形状としては矩形に限定されるので、やはり測光範囲の設定自由度は低かった。
【０００４】
さらに、上述の特許文献１あるいは特許文献２で開示されている撮像素子を含め、従来の撮像素子には以下の問題点があった。
即ち、従来の撮像素子は、撮像素子内に実装されたレジスタが撮像素子外から与えられた設定値に設定され、このレジスタに設定された設定値にしたがって撮像素子の諸機能が動作するという構成になっている。
そのため、「撮像素子の故障により、レジスタの値が撮像素子外部から与えられた設定値に変更できない(書き込めない)」、あるいは「撮像素子内のレジスタの値は変更できているが、諸機能を実行する機能ブロックが故障し、撮像素子外から指示した動作ができない」などの状況が発生した際に、「撮像素子外部から故障を確実に把握するのは困難である」という問題点があった。
【０００５】
また、従来の撮像素子では、画素信号出力ポートからは電気信号に変換された画素信号だけが出力されるので、高機能化に伴って撮像素子外部との各種情報の入出力が多くなってきた場合、「通信時間が長時間化する」、あるいは「通信ポートの増設によりパッケージのピン数が多くなる」などの問題点があった。
例えば、撮像素子の動作状態を表す情報を出力、あるいは撮像素子の動作状態を指定する情報を入力するためには、画素信号出力ポート以外に別のポートを設けなければならず、撮像素子パッケージのピン数が増加する。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、撮像素子パッケージのピン数を増やすことなく各種情報の入出力を可能とし、また、撮像素子の故障を容易に、かつ確実に把握することのできる撮像素子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】
【０００７】
この発明に係る撮像素子は、入力した光画像信号をデジタルの画素信号に変換して画素信号出力ポートから出力する撮像素子であって、画素信号出力期間外に、上記画素信号出力ポートから撮像素子の動作状態を表す情報を出力、あるいは上記画素信号出力ポートから撮像素子の動作条件を指定する情報を入力するものである。
【０００８】
また、この発明に係る撮像素子は、入力した光画像信号をデジタルの画素信号に変換して画素信号出力ポートから出力する撮像素子であって、画素信号出力期間外に、上記画素信号出力ポートから撮像素子の動作状態を表す複数の情報を時分割で出力、あるいは上記画素信号出力ポートから撮像素子の動作条件を指定する複数の情報を時分割で入力するものである。
【０００９】
また、この発明に係る撮像素子は、入力した光画像信号をデジタルの画素信号に変換して画素信号出力ポートから出力する撮像素子であって、上記画素信号出力ポートの複数のポートの一部を入力ポートに、残りのポートを出力ポートに割り当て、画素信号出力期間外に、上記入力ポートから撮像素子の動作条件を指定する情報を入力し、上記出力ポートから撮像素子の動作状態を表す情報を出力するものである。
【００１０】
また、この発明に係る撮像素子は、撮像素子外部から1行毎に独立して指定される領域の画素信号を加算する1行毎の画素信号加算手段を備え、上記1行毎の画素信号加算手段にて加算された画素信号加算値を上記画素信号出力ポートから出力するものである。
【００１１】
また、この発明に係る撮像素子は、入力した光画像信号をデジタルの画素信号に変換して画素信号出力ポートから出力する撮像素子であって、上記画素信号出力ポートの各ポートのＨｉｇｈ／Ｌｏｗの設定あるいは撮像素子に接続された通信ポートの通信内容に基づいて、上記画素信号出力ポートから画素信号出力期間外に入力あるいは出力する情報やデータの種類の選択、あるいは入力／非入力、出力／非出力の切り換えを、撮像素子外部から設定できるものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る撮像素子によれば、画素信号出力期間外に、画素信号出力ポートから撮像素子の動作状態を表す情報を出力、あるいは画素信号出力ポートから撮像素子の動作条件を指定する情報を入力するので、パッケージのピン数を増やすことなく撮像素子の動作状態を表す情報を出力、あるいは撮像素子の動作条件を指定する情報を入力できると共に、撮像素子に入力される情報（即ち、撮像素子の動作条件を指定する情報）と撮像素子から出力される情報（即ち、撮像素子の実際の動作状態を表す情報）を比較することにより、撮像素子が故障しているか否かを容易に、かつ確実に把握することができる。
【００１３】
また、この発明に係る撮像素子によれば、画素信号出力期間外に、画素信号出力ポートから撮像素子の動作状態を表す複数の情報を時分割で出力、あるいは画素信号出力ポートから撮像素子の動作条件を指定する複数の情報を時分割で入力するので、パッケージのピン数を増やすことなく撮像素子の動作状態を表す複数の情報を出力、あるいは撮像素子の動作条件を指定する複数の情報を入力できると共に、撮像素子に入力される情報（即ち、撮像素子の動作条件を指定する複数の情報）と撮像素子から出力される情報（即ち、撮像素子の実際の動作状態を表す複数の情報）を比較することにより、撮像素子が故障しているか否かを、更に容易に、かつ確実に把握することができる。
【００１４】
また、この発明に係る撮像素子によれば、画素信号出力ポートの複数のポートの一部を入力ポートに、残りのポートを出力ポートに割り当て、画素信号出力期間外に、入力ポートから撮像素子の動作条件を指定する情報を入力し、出力ポートから撮像素子の動作状態を表す情報を出力するので、パッケージのピン数を増やすことなく、撮像素子の動作状態を表す情報の出力と撮像素子の動作条件を指定する情報の入力を平行して同時にできると共に、撮像素子に入力される情報（即ち、撮像素子の動作状態を指定する複数の情報）と撮像素子から出力される情報（即ち、撮像素子の実際の動作状態を表す複数の情報）を比較することにより、撮像素子が故障しているか否かを、容易に、かつ確実に把握することができる。
【００１５】
また、この発明に係る撮像素子によれば、撮像素子外部から1行毎に独立して指定される領域の画素信号を加算する1行毎の画素信号加算手段を備え、1行毎の画素信号加算手段にて加算された画素信号加算値を画素信号出力ポートから出力するので、測光領域の自由度が向上すると共に、撮像素子の露光時間やゲインなどの適正な制御を容易に行える。
また、1行毎の画素信号加算手段を撮像素子内部に備えているので、後段での画素信号加算演算の負荷を軽減することができる。
【００１６】
また、この発明に係る撮像素子によれば、画素信号出力ポートの各ポートのＨｉｇｈ／Ｌｏｗの設定あるいは撮像素子に接続された通信ポートの通信内容に基づいて、画素信号出力ポートから画素信号出力期間外に入力あるいは出力する情報やデータの種類の選択、あるいは入力／非入力、出力／非出力の切り換えを、撮像素子外部から設定できるので、
パッケージのピン数を増やすことなく、また、通信時間を増大やすことなく、必要に応じて必要なデータ（情報）をモニタすることが可能となる。また、撮像素子の後段において、シンプル、かつ効果的なフェールセーフを構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１．
以下、図面に基づいて、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本発明の実施の形態１による撮像素子を用いた走行車線認識装置の構成例を示すブロックである。
図において、符合１００は、本実施の形態による撮像素子であって、撮像素子１００は、受光素子が２次元のエリア状に配列されたエリアセンサ部１０１、エリアセンサ部１０１の受光素子に光が入射することによって発生する電荷を電圧に変換するＩ（電流：電荷／時間）−Ｖ（電圧）変換部１０２、Ｉ−Ｖ変換部１０２から出力される電気信号（アナログ画像信号）をデジタルの画像信号に変換するＡ／Ｄ変換部１０３、Ａ／Ｄ変換部１０３で変換されたデジタル画像信号（画素信号）を１行毎に加算する１行毎の画素信号加算部１０４で構成されている。
【００１８】
符合２は、撮像素子１００内の１行毎の画素信号加算部１０４で算出された１行毎の画素信号加算値と走行車線認識に用いるための画像データ（走行車線認識用画像データ）を記憶するための画像データ記憶部である。
図に示すように、画像データ記憶部２は、走行車線認識用画像データを記憶するためのメモリと１行毎の画素信号加算値が記憶されるメモリを有している。
なお、符合１５０は、撮像素子１００の画素信号出力ポートであって、該画素信号出力ポート１５０からは、Ａ／Ｄ変換部１０３の出力である画素信号が出力されると共に、画素信号の出力期間外には１行毎の画素信号加算部１０４で算出された１行毎の画素信号加算値が出力されるよう構成されている。
また、画素信号の出力期間外に、画素信号出力ポート１５０から撮像素子の動作状態を表す情報（具体例は、実施の形態２以降にて説明）を出力、あるいは画素信号出力ポート１５０から撮像素子の動作状態を指定する情報（具体例は、実施の形態２以降にて説明）を入力できるように構成されている。
【００１９】
一般的に、撮像素子１００の外部にデジタル画像データ（画素信号）を出力する場合、外部のメモリ（例えば、図１に示した画像データ記憶部のメモリ）等にラッチするためのストローブ信号も同時に撮像素子から出力される。
このストローブ信号のパルス数をカウントし、例えば、前半の所定パルス数が画像データ（画素信号）、後半の所定パルス数が画素信号加算値である決めておけば、この取り決めに従って画像データ記憶部２の記憶領域を切り換え、Ａ／Ｄ変換部１０３から出力される画素信号と１行毎の画素信号加算部１０４から出力される１行毎の画素信号加算値を画像データ記憶部２の対応する記憶領域（即ち、走行車線認識用画像データ記憶用のメモリと１行毎の画素信号加算値記憶用のメモリ）にそれぞれ記憶させることができる。
【００２０】
また、符合３は、画像データ記憶部２に記憶される「１行毎に求められた画素信号加算値」を演算し、測光領域内の平均輝度値を求める測光領域平均輝度算出部、符合４は、画像データ記憶部２に記憶された走行車線認識用の画像データをアクセスし、画像中の走行車線を認識する走行車線認識部、符合５は、測光領域平均輝度算出部３で算出された測光領域内の平均輝度値に基づいて撮像素子１００の露光時間やゲイン等を設定すると共に、予め設定された測光領域に基づいて1行毎の加算領域を設定する撮像素子制御部である。
【００２１】
次に、図１に示した走行車線認識装置の動作について説明する。
まず、撮像素子1００では、撮像素子制御部５から設定された露光時間やゲインなどの指定に従って、撮像された光画像信号を電気信号に変換する。
図２は、走行車線認識装置が撮像する走行車両前方の画像を示す図である。
撮像素子１００は、車両前方を撮像するように設置されており、撮像素子１００が撮像する画像としては、図２に示すような画像が得られる。
なお、図２において、符合２１は前方を走行あるいは対向して走行している車両、符合２２は自車両が走行する走行車線、符合２３はレーンマーキングである。
【００２２】
この画像データより得られる電気信号は、Ａ／Ｄ変換部１０３でＡ／Ｄ変換が施された後に、画素信号出力ポート１５０から撮像素子１００の外部に配置されている画像データ記憶部２にデジタル画像データ（画素信号）として出力される。
更に、撮像素子１００内の１行毎の画素信号加算部１０４は、撮像素子制御部５から各行毎に指定される加算領域に従って、加算領域内の画素信号を１行毎に加算演算する。
そして、この加算された１行毎の画素信号加算値は、デジタル画像データ（画素信号）の出力期間外に画素信号出力ポート１５０から撮像素子１００の外部に出力される。
なお、撮像素子１００は、撮像素子制御部５によって制御され、Ａ／Ｄ変換部１０３から出力されるデジタル画像データと１行毎の画素信号加算部１０４から出力される１行毎の画素信号加算値とを切り換えて画素信号出力ポート１５０から出力させる切換手段（符合は付せず）を有している。
【００２３】
次に、撮像素子１００の画素信号出力ポート１５０から入力され、画像データ記憶部２に記憶された１行毎の画素信号加算値は、測光領域平均輝度算出部３で演算され、設定された測光領域内の平均輝度値を算出する。
一方、同じく画像データ記憶部２に記憶された走行車線認識用画像データ（即ち、撮像素子１００の外部に出力されるデジタル画像データである画素信号）は、走行車線認識部４によってアクセスされ、撮像素子１００が撮像する画像中のレーンマーキング２３を検出することにより、走行車線２２を認識する。
また、撮像素子制御部５は、測光領域平均輝度算出部３で算出された測光領域内の平均輝度値に基づいて、撮像素子１００の露光時間やゲイン等の設定値を決定し、撮像素子1００に対し通信ポートを介して露光時間やゲイン等を指示する。
更に、撮像素子制御部５は、予め設定された測光領域に基づいて、撮像素子１００に対して行毎に加算領域(例えば、開始点とサイズ、あるいは開始点と終了点)を設定し、測光領域内の平均輝度値を算出する基となる行毎の加算値を撮像素子１００から出力させる。
【００２４】
図３は、撮像素子制御部５による露光制御のための測光領域の一例を示す図である。
図３において、符合１１は測光領域を示している。
前述したように、従来の撮像素子でも、図３に示したような矩形の測光領域１１を設定することは可能であり、この矩形の測光領域１１内の平均輝度値を用いて露光制御を行っても、通常の場合は問題がなかった。
しかしながら、図４に示すように、例えば測光領域１１内に防音壁１２が存在し、道路上に部分的に防音壁１２の影１３が存在する場合、符合１１に示したような矩形の測光領域では、測光領域内の平均輝度値はやや低めの値となる。
従って、フィードバック制御である露光制御が行われた結果、日向部は飽和気味の画像となるので、場合によってはレーンマーキング２３と路面のコントラストが十分確保できず、レーンマーキング２３を認識できないという状況が発生していた。
【００２５】
これに対して、本発明による撮像素子では、撮像素子内の画素信号加算の領域を１行毎に指定できるため、図５の符合１４に示したような矩形ではない形状（即ち、自車両前方の走行車線の画像に対応した略台形状の形状）の測光領域を設定することができ、その結果、レーンマーキングを認識するための適切な画像を得ることができる。
このように加算領域を1行毎に設定できることにより、測光領域設定の自由度が向上し、結果として、後段の画像処理がしやすい適切な画像を得ることができる。
また、上記のような１行毎の画素信号加算部を撮像素子１００内に備えることによって。後段での演算負荷を軽減でき、全体の装置構成も簡易なものとすることが可能となる。
【００２６】
以上説明したように、本実施の形態による撮像素子は、入力した光画像信号をデジタルの画素信号に変換して画素信号出力ポート１５０から出力する撮像素子であって、
画素信号出力期間外に、画素信号出力ポート１５０から撮像素子の動作状態（例えば、撮像素子１００の露光時間やゲイン等）を表す情報を出力、あるいは画素信号出力ポート１５０から撮像素子の動作条件（例えば、撮像素子１００の露光時間やゲイン等）を指定する情報を入力するように構成されている。
従って、パッケージのピン数を増やすことなく撮像素子１００の動作状態を表す情報を出力、あるいは撮像素子１００の動作条件を指定する情報を入力できると共に、撮像素子１００に入力される情報（即ち、撮像素子の動作条件を指定する情報）と撮像素子１００から出力される情報（即ち、撮像素子の実際の動作状態を表す情報）を比較することにより、撮像素子１００が故障しているか否かを容易に、かつ確実に把握することができる。
【００２７】
また、本実施の形態による撮像素子は、更に、撮像素子外部から1行毎に独立して指定される領域の画素信号を加算する1行毎の画素信号加算手段（即ち、1行毎の画素信号加算部１０４）を備え、1行毎の画素信号加算手段にて加算された画素信号加算値を画素信号出力ポート１５０から画素信号出力期間外に出力するように構成されている。
従って、測光領域の自由度が向上すると共に、撮像素子１００の露光時間やゲインなどの適正な制御を容易に行える。
また、1行毎の画素信号加算手段を撮像素子１００内部に備えているので、後段での画素信号加算演算の負荷を軽減することができる。
【００２８】
実施の形態２．
図６は、実施の形態２における撮像素子内の１行毎の画素信号加算部の構成を示すブロック図である。
即ち、図６は、図１に示した実施の形態１における撮像素子１００内の１行毎の画素信号加算部１０４の具体的な構成の一例を示したのであり、１行毎の画素信号加算部１０４以外の構成は、図１に示したものと同じである。
図６は、撮像素子外部の撮像素子制御部５（図１参照）から与えられる基本クロックと、同じく撮像素子外部の撮像素子制御部５から指定される画素加算領域（加算領域開始点、加算領域サイズ）を基に、画素ストローブ信号、水平同期信号、画素加算領域信号を生成するための構成を表している。
【００２９】
図において、符合３１は、撮像素子外部から指定された加算領域開始点、加算領域サイズをレジスタ値として保持するレジスタ制御部、符合３２は、撮像素子外部から供給される基本クロックと、レジスタ制御部３１に保持された加算領域情報に基づいて各種タイミング信号を生成するタイミング生成部、符合３３は、タイミング生成部３２で生成された各種タイミング信号に基づいてＡ／Ｄ変換部１０３から出力される画素信号を1行毎に加算する１行毎の画素信号加算部、符合３４は、タイミング生成部３２で生成された各種タイミング信号をカウントし、実際に加算された画素領域の開始点とサイズを求める画素加算領域カウンタ部である。
【００３０】
次に、本実施の形態による撮像素子の動作について説明する。
まず、撮像素子外部から通信等で画素を加算する領域(具体的には加算開始点と加算領域サイズ)が指定され、その加算領域はレジスタ制御部３１内のレジスタに保持される。
このレジスタに書き込まれた画素加算領域と、撮像素子外部から与えられる基本クロックに基づき、タイミング生成部３２では、画素ストローブ信号、水平同期信号および画素加算領域信号を発生する。
なお、ここで言う画素ストローブ信号とは、撮像素子外部に出力された画素信号を撮像素子外部のメモリ等にラッチするための信号であり、水平同期信号とは、１行分の画素出力が終わるたびに一定期間アクティブとなる同期信号であり、画素加算領域信号とは１行内で画素信号を加算する領域のみアクティブとなる信号をそれぞれ表している。
この３つの信号は、Ａ／Ｄ変換された画素信号とともに１行毎の画素信号加算部３３に入力され、1行毎の画素信号加算が実施される。
一方、上記とは別に画素加算領域カウンタ部３４では、１行毎の画素信号加算部に実際に入力された実加算開始座標と、実加算領域サイズをカウントしている。
この画素加算領域カウンタ部３４の出力は、画素信号出力ポートから画素信号に付随した形で撮像素子外へ出力される。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態による撮像装置は、前述の実施の形態１による撮像素子に対して、更に、撮像素子外部から指定される画素信号加算領域情報（即ち、画素信号が加算される領域の開始点座標と領域サイズ、あるいは開始点座標と終了点座標）に基づいて1行毎の画素信号加算手段（即ち、1行毎の画素信号加算部３３）に実際に入力される画素信号の加算領域を算出する画素加算領域カウンタ手段（即ち、画素加算領域カウンタ部３４）を備え、画素加算領域カウンタ手段において算出された算出結果を画素信号出力ポート１５０から画素信号出力期間外に、出力するように構成していることを特徴とする。
従って、実施の形態１による撮像素子の効果に加え、更に、撮像素子外部から指定した画素加算領域と画素加算領域カウンタ部３４の出力が一致するかをモニタすることが可能となるので、レジスタの内容を設定できない、あるいはレジスタの内容は設定できるが、画素信号加算部がレジスタの内容に対応した動作となっていない、等の故障を効率的に、かつ確実に発見することができる。
なお、本実施の形態では、画素加算領域の指定として、加算開始座標（加算領域開始点）と加算領域サイズを撮像素子のレジスタ制御部３１に与えたが、加算開始座標と加算終了座標を与える構成としてもよい。
【００３２】
実施の形態３．
図７は、実施の形態３における撮像素子の構成例を示すブロック図である。
図において、符号２００は、本実施の形態による撮像素子、符合２０７は、Ｉ−Ｖ変換部２０２の出力である通常画素出力、あるいはＩ−Ｖ変換部２０６の出力である遮光画素出力を増幅するアナログアンプ、符合２０３は、増幅された遮光画素出力あるいは通常画素出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部、符合２０４は、Ａ／Ｄ変換部２０３でＡ／Ｄ変換された画素信号の１行毎の画素信号を加算する１行毎の画素信号加算部、符合２０８は、Ａ／Ｄ変換部２０３でＡ／Ｄ変換された遮光画素出力を演算する遮光画素出力演算部、符合２０９は、遮光画素出力演算部２０８で演算された遮光画素出力演算値に基づいてアナログアンプ２０７に入力するリファレンス電圧を求める黒レベル自動調整部である。
【００３３】
また、符合２５０は、画素信号出力ポートであって、この画素信号出力ポート２５０は、Ａ／Ｄ変換部２０３から出力される画素信号、１行毎の画素信号加算部２０４（実施の形態１で説明した１行毎の画素信号加算部１０４と同等のもの）から出力される１行毎の画素信号加算値、あるいは遮光画素出力演算部２０８から出力される遮光画素出力演算値を切り換えて、撮像素子２００の外部に出力する。
また、符合２０５は、後述する遮光画素が配置されている遮光画素部、符合２０６は、遮光画素部２０５で発生する電荷を電圧に変換するＩ−Ｖ変換部である。
なお、エリアセンサ部２０１およびＩ−Ｖ変換部２０２は、前述の実施の形態１におけるエリアセンサ部１０１、Ｉ−Ｖ変換部１０２と同等のものである。
【００３４】
ここで、黒レベルと黒レベル調整について説明する。
黒レベルとは、撮像素子の撮像面を完全遮光した場合の画素出力を表す。
画素部の後段にアナログアンプを配置した回路構成とする場合(特に多段のアナログアンプを設置する場合)、オフセット電圧の発生によって黒レベルにずれが生じる。
この黒レベルのずれが発生していない理想的な状態では、撮像面を完全遮光した場合の画素出力はＡ／Ｄ変換後のデジタル値で０となり、いわゆる「黒」を正しく表現することができる。
しかし、黒レベルのずれが発生している場合は、この画素信号のＡ／Ｄ変換後のデジタル値は０とはならず、画像が全体的に明るくなったり、逆に全体的に暗くなったりしてしまう。
このようなオフセット電圧発生による「黒レベルのずれ」を調整するために、通常の撮像素子には黒レベル調整機能が備えられている。
【００３５】
黒レベル調整機能について、図７を用いて説明する。
まず、撮像素子２００内の遮光画素部２０５に配置された遮光画素の出力を得る。
遮光画素とは、物理的に光が入射しない位置に設けられた画素のことであり、光が入射しないことを除けば、通常の画素と構造は同じである。
この遮光画素出力はアナログアンプ２０７で増幅された後に、Ａ／Ｄ変換部２０３によってＡ／Ｄ変換を施されデジタル値となる。このデジタル値となった遮光画素出力は遮光画素出力演算部２０８で演算される。
具体的な演算としては、積算、平均等が挙げられるが、この限りではない。また単一の遮光画素出力をこの遮光画素演算部２０８の出力としてもよい。
黒レベル自動調整部２０９では、この遮光画素出力演算値が０となるように、アナログアンプのリファレンス電圧をフィードバック制御的に算出する。
このようにアナログアンプのリファレンス電圧を制御することで、オフセット電圧の影響が抑制され、黒レベルが適正化される。
一方、この遮光画素演算値を画素信号出力ポート２５０から画素信号に付随させる形で撮像素子外にも出力しておく。
このような構成としておくことによって、レジスタの内容を設定できず、黒レベル自動調整機能が機能しない、あるいはレジスタの内容は設定できるが、黒レベル自動調整部が正常に機能していない、等の故障を効率的に、かつ確実に発見することができる。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態による撮像素子は、前述の実施の形態１による撮像素子に対して、更に、遮光された画素の出力を演算する遮光画素出力演算手段（即ち、遮光画素出力演算部２０８）と、この遮光画素出力演算手段での演算結果に基づいて出力される画素信号の黒レベルを撮像素子外部から指定される黒レベルに自動調整する黒レベル自動調整手段（即ち、黒レベル自動調整部２０９）を備え、遮光画素出力演算手段にて演算された演算結果を画素信号出力ポート２５０から画素信号出力期間外に出力することを特徴とする。
従って、実施の形態１による撮像素子の効果に加え、更に、遮光画素出力演算手段にて演算された演算結果を撮像素子の外部でモニタすることが可能となるので、レジスタの内容を設定できず、黒レベル自動調整機能が機能しない、あるいはレジスタの内容は設定できるが、黒レベル自動調整部が正常に機能していない、等の故障を効率的に、かつ確実に発見することができる。
【００３７】
実施の形態４．
図８は、実施の形態４による撮像素子の「撮像面照度―撮像出力特性」の一例を示す図である。
図８において、符合４１は、横軸に撮像面照度を、縦軸に撮像素子出力をとったときの本実施の形態による撮像装置の撮像面照度―撮像出力特性を示している。
また、図９は、実施の形態４における撮像素子の構成例を示すブロック図である。
本実施の形態による撮像素子は、図８に示すように、切換点電圧Ｖ１、Ｖ２において、撮像面照度−撮像素子出力の入出力勾配が切り換わっており、ＳＬＯＰＥ１、ＳＬＯＰＥ２、ＳＬＯＰＥ３の３種類の入出力勾配を有している。
この撮像面照度−撮像素子出力の入出力勾配は、露光時間、ゲイン等の設定により実現できるが、所望の特性となるよう画素毎に変換回路を設けてもよい。
【００３８】
次に、このような入出力勾配の切り換えをどのように実現しているのか（即ち、図８に示したような撮像面照度―撮像出力特性をどのようにして実現するのか）について、切換点電圧Ｖ１においてＳＬＯＰＥ１からＳＬＯＰＥ２に切り換える場合を、図9を用いて説明する。
図９において、符合３００は本実施の形態による撮像素子である。符合３０１はエリアセンサ部、符合３０２はＩ−Ｖ変換部であり、これらは、それぞれ実施の形態１におけるエリアセンサ部１０１、Ｉ−Ｖ変換部１０２と同等のものである。
また、符合３０３はＡ／Ｄ変換部、符合３０４は１行毎の画素信号加算部、３５０は画素信号出力ポートであり、これらも、それぞれ前述の実施の形態１におけるＡ／Ｄ変換部１０３、１行毎の画素信号加算部１０４、画素信号出力ポート１５０と基本的には同等のものである。
【００３９】
また、符合３０８は、撮像素子３００の外部から通信等を介して指定される切換点電圧（即ち、入出力勾配切換点）をレジスタ値として保持するレジスタ制御部、符合３０９は、レジスタ制御部３０８内のレジスタ値に従って切換点電圧を生成する切換点電圧生成部、符合３１０は、切換点電圧生成部３０９で生成された切換点電圧と入出力勾配ＳＬＯＰＥ１の画素出力とを比較し、比較結果に基づいてＨｉｇｈまたはＬｏｗの信号を出力するコンパレータ、符号３０７はコンパレータ３１０の出力に基づいて、入出力勾配ＳＬＯＰＥ１の画素出力か入出力勾配ＳＬ０ＰＥ２の画素出力を選択するマルチプレクサである。
なお、撮像素子制御部５（図１参照）から撮像素子に対し、ＳＬＯＰＥ１に対応する露光時間、ＳＬ０ＰＥ２に対応する露光時間がそれぞれ指定され、この露光時間に対応したサンプルタイミングで独立した２つの画素信号メモリ（即ち、入出力勾配ＳＬＯＰＥ１の画素信号メモリ３０５、入出力勾配ＳＬＯＰＥ２の画素信号メモリ３０６）に、Ｉ−Ｖ変換された画素信号が記憶されることによって、入出力勾配ＳＬＯＰＥ１、出力勾配ＳＬ０ＰＥ２が実現される。
【００４０】
次に、本実施の形態による撮像素子の動作について説明する。
まず、入出力勾配ＳＬＯＰＥ１から入出力勾配ＳＬＯＰＥ２へ切り換わる切換点電圧Ｖ１を撮像素子３００の外部から通信等を介して指定し、撮像素子３００の内部のレジスタ制御部３０８内のレジスタに記憶させる。
切換点電圧生成部３０９では、レジスタ制御部３０８に記憶されたレジスタの内容に基づいて、切換点電圧Ｖ１を生成する。
この切換点電圧生成部３０９で生成された切換点電圧と入出力勾配ＳＬＯＰＥ１の画素出力とをコンパレータ６３で比較し、この比較結果に基づいて、マルチプレクサ３０７では、入出力勾配ＳＬＯＰＥ１の画素出力、入出力勾配ＳＬＯＰＥ２の画素出力のどちらを選択するか決定し、マルチプレクサ３０７の後段へ、選択された入出力勾配での画素出力を出力する。
即ち、マルチプレクサ３０７は、撮像素子外部からの指定によよって撮像面照度に対する撮像素子出力の入出力勾配を切り換える入出力勾配切り換え手段である。
【００４１】
一方、この切換点電圧Ｖ１をＡ／Ｄ変換部３０３でＡ／Ｄ変換した後、画素信号出力ポート３５０から画素信号とともに出力する。
以上は、切換点電圧Ｖ１における入出力勾配の切り換えについて説明したが、切換点電圧Ｖ２における入出力勾配の切り換えも同様であるので説明は省略する。
なお、本実施の形態では、像面照度−撮像素子出力の入出力勾配が２点で切り替わる撮像特性について説明したが、この切り換わりは１点でもよく、また、３点以上でもよい。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態による撮像素子は、前述の実施の形態１による撮像素子に対して、更に、撮像素子３００の外部からの指定により、撮像素子３００の撮像面照度に対する撮像素子出力の入出力勾配を切り換える入出力勾配切り換え手段を備え、入出力勾配切り換え手段にて設定される入出力特性に関わる撮像特性値（例えば、入出力勾配を切り換える切換点電圧）を画素信号出力ポート３５０から画素信号出力期間外に出力するように構成したものである。
従って、実施の形態１による撮像素子の効果に加え、更に、撮像素子３００の外部から指定した切換点電圧と、画素信号とともに出力される切換点電圧を比較することが可能となるので、つまり、外部から設定した入出力勾配切換えポイントと実際に設定されている入出力勾配切換えポイントが一致しているか否かを確認することが可能となるので、レジスタの内容を設定できない、あるいはレジスタの内容は設定できるが、入出力勾配の切り換えがレジスタに対応した動作となっていない、等の故障を、効率的に、かつ確実に発見することができる。
【００４３】
実施の形態５．
図１０は、実施の形態５による撮像素子の要部の構成を示すブロック図であり、イメージエリアを部分的にアクセスすることが可能な撮像素子のタイミング生成部の構成例を表している。
符号５１は、撮像素子外部から指定されるアクセス領域をレジスタ値として保持するレジスタ制御部、符号５２は、レジスタ制御部５１内に設定されたアクセス領域に基づいて、各種タイミング信号を生成するタイミング生成部、符号５３はタイミング生成部５２で生成されたタイミング信号をカウントし、実際にアクセスされた領域を算出するアクセス領域カウンタ部である。
【００４４】
次に、本実施の形態による撮像素子の動作について説明する。
まず、アクセス領域が撮像素子外から通信等を介して指定され、レジスタ制御部５１内のレジスタに設定される。
タイミング生成部５２では、レジスタ制御部５１内のレジスタの内容に基づいて、撮像素子外部からの基本クロックを用いて、画素ストローブ信号、平同期信号、垂直同期信号、アクセス許可信号などの各種タイミング信号を生成する。
即ち、レジスタ制御部５１は、撮像素子外部からの指定により、水平方向および垂直方向の画素アクセス領域を設定するアクセス領域設定手段の機能を有している。
なお、画素ストローブ信号とは、撮像素子外部のメモリ等に画素信号をラッチするための信号、水平同期信号とは、画素信号が1行分出力されるたびに一定期間アクティベート（ａｃｔｉｖａｔｅ）される同期信号、垂直同期信号とは、一画面分画素信号が出力されるたびに一定期間アクティベートされる同期信号、アクセス許可信号とは、撮像素子外部から指定されたアクセス領域でのみアクティベートされる信号で、このアクセス許可信号がアクティベートされている期間だけ、画素出力が許可され、撮像素子外に画素信号が出力される。
【００４５】
一方、アクセス領域カウンタ部５３では、タイミング生成部５２で生成された各種タイミング信号をカウントして、実際にアクセスされた領域の水平方向アクセス開始点、水平方向アクセスサイズ、垂直方向アクセス開始点、垂直方向アクセスサイズを求め、画素信号出力ポートから画素信号に付随して撮像素子外に出力する。
また、水平方向、垂直方向のアクセス開始点と終了点をそれぞれ求めて、撮像素子外に出力するようにしてもよい。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態による撮像素子は、前述の実施の形態１による撮像素子に対して、更に、撮像素子外部からの指定により、水平方向および垂直方向の画素アクセス領域を設定するアクセス領域設定手段と、実際にアクセスされている画素アクセス領域を算出するアクセス領域カウンタ手段（即ち、アクセス領域カウンタ部５３）を備え、アクセス領域カウンタ手段にて算出された画素アクセス領域を画素信号出力ポートから画素信号出力期間外に出力するように構成したものである。
従って、実施の形態１による撮像素子の効果に加え、更に、撮像素子外部から指定されたアクセス領域と実際にアクセスされた領域が一致しているかモニタすることが可能となるので、レジスタの内容を設定できない、あるいはレジスタの内容は設定できるが、指定したアクセス領域の画像が出力されていない、等の故障を効率的に、かつ確実に発見することができる。
【００４７】
実施の形態６．
前述の実施の形態１〜実施の形態５による撮像素子では、様々なデータを画素信号出力ポートから画素信号に付随させて出力するとしたが、この画素信号に付随して出力するデータの種類を、撮像素子外部から、ポートのＨｉｇｈ／Ｌｏｗ、あるいは、通信を介して設定できるよう構成してもよい。
また、画素信号に付随して出力するデータの出力／非出力を、撮像素子外部からポートのＨｉｇｈ／Ｌｏｗ、あるいは、通信を介して設定できるよう構成してもよい。
このような構成とすることで、必要に応じて必要なデータ（例えば、撮像素子の動作状態を表す情報）をモニタすることが可能となり、後段において、シンプル、かつ効果的なフェールセールを構築することができる。
【００４８】
また、実施の形態１〜実施の形態５による撮像素子では、画素信号以外の画素信号加算値、遮光画素演算値等を画素信号出力期間外に、時分割で画素信号出力ポートから出力する場合について述べたが、露光時間、ゲイン等、撮像素子の動作を規定する情報をこの画素信号出力ポートから入力するようにしてもよい。
このような構成とすることで、通常通信ポート等を介して実施している撮像素子の露光時間、ゲイン等の設定を、画素信号出力ポートを介して実施できるようになり、通信ポートにおける通信時間を短縮でき、より高速な撮像素子の動作が可能となる。
【００４９】
また、通常Nビットのデジタル画素信号を出力する撮像素子であればN個の画素信号出力ポートが存在するが、画素信号出力期間外は、N個ある画素信号出力ポートのうちのｎ個を入力ポートとして使用し、残りのＮ−ｎ個の画素信号出力ポートを出力ポートして使用するようにしてもよい。
このように、画素信号出力期間外は、N個ある画素信号出力ポートを入力ポートと出力ポートに分けて使用することにより、撮像素子のピン数を増やすことなく、上記のようなデータの入出力をより柔軟に行うことができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態による撮像素子は、入力した光画像信号をデジタルの画素信号に変換して画素信号出力ポートから出力する撮像素子であって、画素信号出力ポートの各ポートのＨｉｇｈ／Ｌｏｗの設定あるいは撮像素子に接続された通信ポートの通信内容に基づいて、画素信号出力ポートから画素信号出力期間外に入力あるいは出力する情報やデータの種類の選択、あるいは入力／非入力、出力／非出力の切り換えを、撮像素子外部から設定できるように構成したものである。
従って、パッケージのピン数を増やすことなく、また、通信時間を増大やすことなく、必要に応じて必要なデータ（情報）をモニタすることが可能となる。
また、撮像素子の後段において、シンプル、かつ、効果的なフェールセーフを構築することができる。
【００５１】
また、本実施の形態による撮像素子は、入力した光画像信号をデジタルの画素信号に変換して画素信号出力ポートから出力する撮像素子であって、画素信号出力期間外に、画素信号出力ポートから撮像素子の動作状態を表す複数の情報を時分割で出力、あるいは画素信号出力ポートから撮像素子の動作条件を指定する複数の情報を時分割で入力するように構成したものである。
このような構成とすることにより、通常は通信ポート等を介して実施している撮像素子の動作状態（例えば、露光時間、ゲイン等）の設定を、画素信号出力ポートを介して実施できるようになり、通信ポートにおける通信時間を短縮でき、より高速な撮像素子の動作が可能となる。
【００５２】
また、本実施の形態による撮像素子は、入力した光画像信号をデジタルの画素信号に変換して画素信号出力ポートから出力する撮像素子であって、画素信号出力ポートの複数のポートの一部を入力ポートに、残りのポートを出力ポートに割り当て、画素信号出力期間外に、上記入力ポートから撮像素子の動作条件を指定する情報を入力し、出力ポートから撮像素子の動作状態を表す情報を出力するように構成したものである。
このような構成とすることにより、画素信号出力期間外は、N個ある画素信号出力ポートを入力ポートと出力ポートに分けて使用することが可能となるので、撮像素子のピン数を増やすことなく、撮像素子の動作状態に係わるデータの入出力をより柔軟に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
この発明は、撮像素子パッケージのピン数を増やすことなく各種情報の入出力を可能とし、また、撮像素子の故障を容易に、かつ確実に把握することのできる撮像素子の実現に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施の形態１による撮像素子を用いた走行車線認識装置の構成例を示すブロックである。
【図２】走行車線認識装置が撮像する車両前方の画像を示す図である。
【図３】撮像素子制御部による露光制御のための測光領域の一例を示す図である。
【図４】防音壁が存在する場合の車両前方画像と測光領域の関係を示す図である。
【図５】実施の形態１における露光制御のための測光領域の一例を示す図である。
【図６】実施の形態２による撮像素子内の１行毎の画素信号加算部の構成を示すブロック図である。
【図７】実施の形態３による撮像素子の構成例を示す図である。
【図８】実施の形態４による撮像素子の「撮像面照度−撮像出力特性」の例を示す図である。
【図９】実施の形態４による撮像素子の構成例を示す図である。
【図１０】実施の形態５による撮像素子の要部の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１００、２００、３００  撮像素子
１０１、２０１、３０１  エリアセンサ部
１０２、２０２、２０６  Ｉ−Ｖ変換部
１０３、２０３、３０３  Ａ／Ｄ変換部
１０４、２０４、３０４、３３  １行毎の画素信号加算部
１５０、２５０、３５０  画素信号出力ポート
３４  画素加算領域カウンタ部（画素加算領域カウンタ手段）
２０８  遮光画素出力演算部（遮光画素出力演算手段）
２０９  黒レベル自動調整部（黒レベル自動調整手段）
３０７  マルチプレクサ（入出力勾配切り換え手段）
５１  アクセス領域設定手段の機能を有するレジスタ制御部
５３  アクセス領域カウンタ部（アクセス領域カウンタ手段）
【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】
2007005854.tif 000009
【図８】
2007005854.tif 000010
【図９】
2007005854.tif 000011
【図１０】
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