JP2018113521A - 固体撮像装置及び撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】故障検知用の画素の出力ばらつきに起因する故障判定の誤りを低減しうる固体撮像装置及び撮像システムを提供する。【解決手段】光電変換部と、第１のノードと、光電変換部で生成された電荷を第１のノードに転送する第１のトランジスタと、を有し、第１のノードの電圧に基づく信号を出力する第１の画素と、第２のノードに定電圧を供給する第２のトランジスタを有し、第２のノードの電圧に基づく信号を出力する第２の画素と、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタに接続された制御線と、を備え、第２のノードが有する容量成分の容量値は、第１のノードが有する容量成分の容量値よりも大きい。【選択図】図２

Description

本発明は、固体撮像装置及び撮像システムに関する。

近年、固体撮像装置の微細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。

特許文献１には、入射光量に応じた信号を生成する画素からの信号を伝送する伝送経路の少なくとも一部分を介して基準信号を生成する画素からの信号を出力し、出力された基準信号に基づいて伝送経路の異常等の故障検知を行う固体撮像装置が記載されている。

特許第４８１８１１２号公報

しかしながら、基準信号を生成する画素に画素欠陥がある場合、所定の基準信号を出力することができず、故障検知が不可能になることがあった。また、基準信号を生成する画素の画素欠陥レベルが小さい場合であっても、出力信号が増幅されることによって故障判定の判定閾値を超えてしまい、伝送経路の故障検知が不可能になることがあった。

本発明の目的は、故障検知用の画素の出力ばらつきに起因する故障判定の誤りを低減しうる固体撮像装置及び撮像システムを提供することにある。

本発明の一観点によれば、光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を第１のノードに転送する第１のトランジスタと、を有し、前記第１のノードの電圧に基づく第１の信号を出力する第１の画素と、第２のノードに定電圧を供給する第２のトランジスタを有し、前記第２のノードの電圧に基づく第２の信号を出力する第２の画素と、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタに接続された制御線と、を備え、前記第２のノードが有する容量成分の容量値は、前記第１のノードが有する容量成分の容量値よりも大きい固体撮像装置が提供される。

また、本発明の他の一観点によれば、光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を第１のノードに転送する第１のトランジスタと、を有し、前記第１のノードの電圧に基づく第１の信号を出力する第１の画素と、第２のノードに定電圧を供給する第２のトランジスタを有し、前記第２のノードの電圧に基づく第２の信号を出力する第２の画素と、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタに接続された制御線と、前記第１の信号を増幅する第１の増幅部と、前記第２の信号を増幅する第２の増幅部と、を備え、前記第１の信号と前記第２の信号とが出力される期間において、前記第２の増幅部の増幅率は、前記第１の増幅部の増幅率よりも小さい固体撮像装置が提供される。

本発明によれば、故障検知用の画素の出力ばらつきに起因する故障判定の誤りを低減することができる。

本発明の第１実施形態による固体撮像装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１実施形態による固体撮像装置の画素の等価回路図である。 本発明の第１実施形態による固体撮像装置の画素の平面レイアウトを示す図（その１）である。 本発明の第１実施形態による固体撮像装置の画素の平面レイアウトを示す図（その２）である。 本発明の第１実施形態による固体撮像装置の画素の平面レイアウトを示す図（その３）である。 本発明の第１実施形態による固体撮像装置の故障検知方法を示す図である。 本発明の第２実施形態による固体撮像装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２実施形態による固体撮像装置の故障検知方法を示す図である。 本発明の第３実施形態によ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。 本発明の第４実施形態による固体撮像装置の画素の等価回路図である。 本発明の第４実施形態による固体撮像装置の画素の平面レイアウトを示す図である。 本発明の第５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。 本発明の第５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。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による固体撮像装置について、図１乃至図６を用いて説明する。図１は、本実施形態による固体撮像装置の概略構成を示す図である。図２は、本実施形態による固体撮像装置の画素の等価回路図である。図３乃至図５は、本実施形態による固体撮像装置の画素の平面レイアウトを示す図である。図６は、本実施形態による固体撮像装置における故障検知方法を示す図である。

はじめに、本実施形態による固体撮像装置について、図１乃至図５を用いて説明する。
本実施形態による固体撮像装置１００は、図１に示すように、画素アレイ部１０と、垂直走査回路３０と、列回路４０と、電圧供給部５０と、水平走査回路６０と、出力回路７０、制御部８０とを含む。

画素アレイ部１０は、第１の領域１２と、第２の領域１４とを含む。第１の領域１２には、画像取得用の複数の画素２０Ａが、複数の行及び複数の列に渡って配されている。第２の領域１４には、故障検知用の複数の画素２０Ｂが、複数の行及び複数の列に渡って配されている。第１の領域１２と第２の領域１４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、画素２０Ａが配された行と画素２０Ｂが配された行とは同じであるが、画素２０Ａが配された列と画素２０Ｂが配された列とは異なっている。各領域を構成する行及び列の数は、特に限定されるものではない。

画素アレイ部１０の各行には、行方向に延在する画素制御線１６が配されている。それぞれの行の画素制御線１６は、対応する行に属する画素２０Ａ，２０Ｂに共通の信号線をなしている。画素制御線１６は、垂直走査回路３０に接続されている。

画素アレイ部１０の各列には、列方向に延在する垂直出力線１８が配されている。それぞれの列の垂直出力線１８は、対応する列に属する画素２０Ａ又は画素２０Ｂに共通の信号線をなしている。垂直出力線１８は、列回路４０に接続されている。なお、本明細書では、画素２０Ａに接続された垂直出力線を垂直出力線１８Ａと表記し、画素２０Ｂに接続された垂直出力線を垂直出力線１８Ｂと表記することもある。

画素アレイ部１０の第２の領域１４の各列には、列方向に延在する電圧供給線１９が配されている。それぞれの列の電圧供給線１９は、対応する列に属する画素２０Ｂに共通の信号線をなしている。電圧供給線１９は、電圧供給部５０に接続されている。なお、各列の電圧供給線１９は、互いに異なる画素２０Ｂに接続された複数の電圧供給線を含んでもよい。例えば、一の列に含まれる画素２０Ｂが２つのグループに分けられる場合、一方のグループの画素２０Ｂに接続される電圧供給線と、他方のグループに接続される電圧供給線とを含むことができる。また、電圧供給線１９は、行方向に配された信号線により構成してもよい。

垂直走査回路３０は、画素制御線１６を介して画素２０Ａ，２０Ｂに、これらを駆動するための所定の制御信号を供給する。垂直走査回路３０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を用い得る。図１には各行の画素制御線１６を１本の信号線で示しているが、実際には複数の信号線を含む。垂直走査回路３０により選択された行の画素２０Ａ，２０Ｂは、それぞれが対応する垂直出力線１８に同時に信号を出力するように動作する。

列回路４０は、画素アレイ部１０の列の数に対応する複数の列増幅回路４２を有する（図２参照）。列増幅回路４２は、各列の垂直出力線１８にそれぞれ接続されている。列回路４０は、各列の垂直出力線１８に出力された画素信号を、各列の列増幅回路４２でそれぞれ増幅する。また、列回路４０は、画素２０Ａから出力された画素信号に対して、リセット信号と光電変換信号とに基づくＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング）処理を行う。画素２０Ｂから出力された画素信号に対しては、リセット信号と電圧供給線１９からの電圧入力時の信号とに基づくＣＤＳ処理を行う。なお、本明細書では、垂直出力線１８Ａに接続された列増幅回路４２Ａと表記し、垂直出力線１８Ｂに接続された列増幅回路４２Ｂと表記することもある。

水平走査回路６０は、列回路４０において処理された画素信号を列毎に順次、出力回路７０に転送するための制御信号を、列回路４０に供給する。

出力回路７０は、バッファアンプ、差動増幅器などから構成され、列回路４０から転送される画素信号を固体撮像装置１００の外部の信号処理部（図示せず）に出力する。なお、列回路４０や出力回路７０にＡＤ変換部を設け、デジタルの画像信号を外部に出力するようにしてもよい。

電圧供給部５０は、電圧供給線１９を介して画素２０Ｂに所定の電圧を供給する電源回路である。各列の電圧供給線１９が複数の電圧供給線を含む場合、これら複数の電圧供給線には互いに異なる電圧を供給するように構成されていてもよい。

制御部８０は、垂直走査回路３０、列回路４０、電圧供給部５０及び水平走査回路６０に、それらの動作やタイミングを制御する制御信号を供給するための回路部である。垂直走査回路３０、列回路４０、電圧供給部５０及び水平走査回路６０に供給する制御信号の一部又は総ては、固体撮像装置１００の外部から供給してもよい。

図２は、第１の領域１２を構成する画素２０Ａと、第２の領域１４を構成する画素２０Ｂとの構成例を示す等価回路図である。図２には、画素アレイ部１０を構成する複数の画素２０Ａ，２０Ｂの中から、同じ行に属する画素２０Ａ，２０Ｂを、それぞれ１つずつ抜き出して示している。

画素２０Ａは、光電変換部ＤＡ、転送トランジスタＭ１Ａ、リセットトランジスタＭ２Ａ、増幅トランジスタＭ３Ａ、選択トランジスタＭ４Ａを含む。光電変換部ＤＡは、例えばフォトダイオードである。光電変換部ＤＡ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Ｍ１Ａのソースに接続されている。転送トランジスタＭ１Ａのドレインは、リセットトランジスタＭ２Ａのソース及び増幅トランジスタＭ３Ａのゲートに接続されている。転送トランジスタＭ１Ａのドレイン、リセットトランジスタＭ２Ａのソース及び増幅トランジスタＭ３Ａのゲートの接続ノードは、いわゆる浮遊拡散（フローティングディフュージョン：ＦＤ）領域である。図２には、ＦＤ領域を「ＦＤ」と表記している。ＦＤ領域が他の配線や拡散領域との間に作る寄生容量（ＦＤ容量ＣｆｄＡ）は、電荷の保持部としての機能を備える。図２には、この容量を、ＦＤ領域に接続された容量Ｃ１Ａで表している。リセットトランジスタＭ２Ａのドレイン及び増幅トランジスタＭ３Ａのドレインは、電源電圧線ＶＤＤに接続されている。増幅トランジスタＭ３Ａのソースは、選択トランジスタＭ４Ａのドレインに接続されている。選択トランジスタＭ４Ａのソースは、垂直出力線１８Ａに接続されている。

画素２０Ｂは、光電変換部ＤＢ、転送トランジスタＭ１Ｂ、リセットトランジスタＭ２Ｂ、増幅トランジスタＭ３Ｂ、選択トランジスタＭ４Ｂを含む。光電変換部ＤＢは、例えばフォトダイオードである。光電変換部ＤＢ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Ｍ１Ｂのソースに接続されている。光電変換部ＤＢと転送トランジスタＭ１Ｂとの間の接続ノードには、電圧供給線１９が接続されている。転送トランジスタＭ１Ｂのドレインは、リセットトランジスタＭ２Ｂのソース及び増幅トランジスタＭ３Ｂのゲートに接続されている。転送トランジスタＭ１Ｂのドレイン、リセットトランジスタＭ２Ｂのソース及び増幅トランジスタＭ３Ｂのゲートの接続ノードは、ＦＤ領域である。図２には、ＦＤ領域が他の配線や拡散領域との間に作る寄生容量（ＦＤ容量ＣｆｄＢ）を、容量Ｃ１Ｂで表している。リセットトランジスタＭ２Ｂのドレイン及び増幅トランジスタＭ３Ｂのドレインは、電源電圧線ＶＤＤに接続されている。増幅トランジスタＭ３Ｂのソースは、選択トランジスタＭ４Ｂのドレインに接続されている。選択トランジスタＭ４Ｂのソースは、垂直出力線１８Ｂに接続されている。

このように画素２０Ｂは、回路構成上は、光電変換部ＤＢと転送トランジスタＭ１Ｂとの間の接続ノードに電圧供給線１９が接続されているほかは、画素２０Ａと同様である。なお、第２の領域すなわち画素２０Ｂは、図示しない遮光膜で覆われている。画素２０Ｂは、必ずしも光電変換部ＤＢを有している必要はない。特にこの場合、画素２０Ｂの転送トランジスタＭ１Ｂは必ずしも電荷の転送を目的としたものではないが、画素２０Ａの転送トランジスタＭ１Ａと同時に駆動されるトランジスタであることから、ここでは便宜的に「転送トランジスタ」と表記するものとする。

図２の画素構成の場合、各行に配された画素制御線１６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２０Ａの転送トランジスタＭ１Ａのゲート及び画素２０Ｂの転送トランジスタＭ１Ｂ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２０ＡのリセットトランジスタＭ２Ａのゲート及び画素２０ＢのリセットトランジスタＭ２Ｂ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２０Ａの選択トランジスタＭ４Ａのゲート及び画素２０Ｂの選択トランジスタＭ４Ｂのゲートに、それぞれ接続されている。

信号線ＴＸには、垂直走査回路３０から、転送トランジスタＭ１Ａ，Ｍ１Ｂを制御するための駆動パルスである制御信号φＴＸが出力される。信号線ＲＥＳには、垂直走査回路３０から、リセットトランジスタＭ２Ａ，Ｍ２Ｂを制御するための駆動パルスである制御信号φＲＥＳが出力される。信号線ＳＥＬには、垂直走査回路３０から、選択トランジスタＭ４Ａ，Ｍ４Ｂを制御するための駆動パルスである制御信号φＳＥＬが出力される。同一行の画素２０Ａ，２０Ｂに対しては、共通の制御信号φＴＸ，φＲＥＳ，φＳＥＬが垂直走査回路３０から供給される。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３０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３０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。

光電変換部ＤＡ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２０Ａの転送トランジスタＭ１Ａは、オンすることにより光電変換部ＤＡの電荷をＦＤ領域に転送する。これによりＦＤ領域は、ＦＤ容量ＣｆｄＡによる電荷電圧変換によって、光電変換部ＤＡ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Ｍ３Ａは、ドレインに電圧ＶＤＤが供給され、ソースに選択トランジスタＭ４Ａ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Ｍ３Ａは、ＦＤ領域の電圧に基づく信号を、選択トランジスタＭ４Ａを介して垂直出力線１８Ａに出力する。画素２０Ｂの転送トランジスタＭ１Ｂは、オンすることにより電圧供給線１９から供給された電圧をＦＤ領域に印加する。増幅トランジスタＭ３Ｂは、ドレインに電圧ＶＤＤが供給され、ソースに選択トランジスタＭ４Ｂ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Ｍ３Ｂは、ＦＤ領域の電圧に基づく信号を、選択トランジスタＭ４Ｂを介して垂直出力線１８Ｂに出力する。リセットトランジスタＭ２Ａ，Ｍ２Ｂは、オンすることによりＦＤ領域を電圧ＶＤＤに応じた電圧にリセットする。

ここで、本実施形態による固体撮像装置においては、画素２０ＡのＦＤ領域が保持する電荷の量に基づく信号の増幅率と、画素２０ＢのＦＤ領域が保持する電荷の量に基づく信号の増幅率とが異なっている。本実施形態では、画素２０ＡのＦＤ容量ＣｆｄＡと画素２０ＢのＦＤ容量ＣｆｄＢとを異なる値に設定することにより、これら信号の増幅率が互いに異なるようにしている。具体的には、本実施形態による固体撮像装置は、ＦＤ容量ＣｆｄＡとＦＤ容量ＣｆｄＢとが、
ＣｆｄＡ＜ＣｆｄＢ
の関係を有している。

画素２０ＡのＦＤ容量ＣｆｄＡと画素２０ＢのＦＤ容量ＣｆｄＢとを変える方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、図３乃至図５に示す方法が挙げられる。図３乃至図５は、画素２０Ａ及び画素２０Ｂの平面レイアウトを示す図である。図３乃至図５には、画素２０Ａの構成要素のうち、光電変換部ＤＡ及び転送トランジスタＭ１Ａのみを示している。また、画素２０Ｂの構成要素のうち、光電変換部ＤＢ及び転送トランジスタＭ１Ｂのみを示している。

画素２０Ａは、半導体基板に設けられた活性領域２２Ａと、活性領域２２Ａ内に互いに離間して設けられた同一導電型（例えばｎ型）の半導体領域２４Ａ，２６Ａを含む。半導体領域２４Ａは、光電変換部ＤＡ及び転送トランジスタＭ１Ａのソースを構成する不純物領域である。半導体領域２６Ａは、ＦＤ領域及び転送トランジスタＭ１Ａのドレインを構成する不純物領域である。半導体領域２４Ａ，２６Ａの間の半導体基板上には、転送トランジスタＭ１Ａのゲート電極ＴＧＡが設けられている。

同様に、画素２０Ｂは、半導体基板に設けられた活性領域２２Ｂと、活性領域２２Ｂ内に互いに離間して設けられた同一導電型（例えばｎ型）の半導体領域２４Ｂ，２６Ｂを含む。半導体領域２４Ｂは、光電変換部ＤＢ及び転送トランジスタＭ１Ｂのソースを構成する不純物領域である。半導体領域２６Ｂは、ＦＤ領域及び転送トランジスタＭ１Ｂのドレインを構成する不純物領域である。半導体領域２４Ｂ，２６Ｂの間の半導体基板上には、転送トランジスタＭ１Ｂのゲート電極ＴＧＢが設けられている。

図３の例では、画素２０ＢのＦＤ領域を構成する半導体領域２６Ｂの面積を、画素２０ＡのＦＤ領域を構成する半導体領域２６Ａの面積よりも大きくしている。このようにすることで、ＦＤ容量ＣｆｄＢをＦＤ容量ＣｆｄＡよりも大きくすることができる。

図４の例では、画素２０ＢのＦＤ領域を構成する半導体領域２６Ｂの不純物濃度を、画素２０ＡのＦＤ領域を構成する半導体領域２６Ａの不純物濃度よりも高くしている。不純物濃度を高くすることで、半導体領域２６Ｂがウェルとの間に形成するｐｎ接合において、半導体領域２６Ｂ方向に広がる空乏層の幅が狭くなり、ｐｎ接合容量が増加する。したがって、画素２０ＢのＦＤ領域を構成する半導体領域２６Ｂの不純物濃度を、画素２０ＡのＦＤ領域を構成する半導体領域２６Ａの不純物濃度よりも高くすることで、ＦＤ容量ＣｆｄＢをＦＤ容量ＣｆｄＡよりも大きくすることができる。

なお、図４の例では半導体領域２６Ａの面積と半導体領域２６Ｂの面積とを同じにしているが、ＦＤ容量ＣｆｄＡとＦＤ容量ＣｆｄＢとの大小関係が維持される限りにおいて、必ずしも同じである必要はない。例えば図３の例と同様に、半導体領域２６Ａの面積を半導体領域２６Ｂの面積より大きくしてもよい。

図５の例では、画素２０ＢのＦＤ領域を構成する半導体領域２６Ｂ上に、図示しない絶縁層を介して付加容量配線２８を設けている。画素２０ＡのＦＤ領域を構成する半導体領域２６Ａ上には、付加容量配線２８は設けられていない。このようにすることで、半導体領域２６Ｂと付加容量配線２８とにより形成される寄生容量がＦＤ領域に並列に接続されることになり、ＦＤ容量ＣｆｄＢをＦＤ容量ＣｆｄＡよりも大きくすることができる。付加容量配線２８は、フローティングでもよいし、固定電位に接続されていてもよい。或いは、付加容量配線２８は、駆動線であってもよい。また、付加容量配線２８は、複数の画素２０に跨がるように配線されていてもよい。

なお、図５の例では半導体領域２６Ａの面積と半導体領域２６Ｂの面積とを同じにしているが、ＦＤ容量ＣｆｄＡとＦＤ容量ＣｆｄＢとの大小関係が維持される限りにおいて、必ずしも同じである必要はない。例えば図３の例と同様に、半導体領域２６Ａの面積を半導体領域２６Ｂの面積より大きくしてもよい。また、図４の例と同様に、半導体領域２６Ｂの不純物濃度を半導体領域２６Ａの不純物濃度より高くしてもよい。

次に、本実施形態による固体撮像装置における故障検知方法について、図６を用いて説明する。なお、固体撮像装置の故障判定は、固体撮像装置内で、画素信号をデジタル信号に変換後、固体撮像装置内のＤＦＥ（Digital Front End）にて行ってもよいし、固体撮像装置の外部にて行ってもよい。或いは、固体撮像装置からアナログ信号を出力し、固体撮像装置の外部にて行うようにしてもよい。

図６は、画素２０Ｂからの信号の読み出し過程におけるＦＤ領域の電位の変化を示す図である。図６には、リセット状態のＦＤ領域に電圧供給線１９から電圧を供給することによるＦＤ領域の電位の変化の様子を模式的に示している。

画素２０Ｂから出力される信号において、ＦＤ領域がリセット状態のときのリセット信号と、電圧供給線１９からＦＤ領域に所定の固定電位を供給したときの出力信号とに基づくＣＤＳ処理を行ったときの出力電圧を電圧Ｖ１とする。また、ＦＤ領域がリセット状態のときのリセット信号と、電圧供給線１９からＦＤ領域に固定電位を供給しないときの出力信号（＝リセット信号と同レベルの出力信号）とに基づくＣＤＳ処理を行ったときの出力電圧を電圧Ｖ２とする。故障判定の基準となる判定閾値電圧は、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との中間付近の電圧に設定する。例えば、リセット電圧を２．８Ｖとし、固定電圧を１．６Ｖとした場合、理想的な条件であれば、電圧Ｖ１は１．２Ｖ、電圧Ｖ２は０Ｖとなる。そこで、判定閾値電圧は、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との中間値である０．６Ｖに設定する。固定電圧を入力した後の電圧が、判定閾値を越えていれば故障していないと判定し、判定閾値を越えていなければ、故障していると判定する。

故障判定は、所定の定電圧を供給している画素２０Ｂにおいて、電圧Ｖ１が判定閾値電圧を超えるか否かによって行う。すなわち、電圧Ｖ１が判定閾値電圧を超えていない場合には故障があると判定し、電圧Ｖ１が判定閾値電圧を超えている場合には故障していないと判定する。上記の例で説明すると、固定電圧を入力した後にＣＤＳ処理を行った結果、電圧Ｖ１の値が０．２Ｖの場合、判定閾値電圧を超えていないため、故障していると判定する。他方、電圧Ｖ１の値が１．０Ｖの場合、判定閾値電圧を超えているため、故障していないと判定する。画素２０Ｂからの出力信号は、画素２０Ａからの出力信号と同じ伝送経路を通って出力されるため、故障があると判定された場合には、出力信号の伝送経路或いは画素制御線１６等に故障があると推定することができる。

画素２０Ｂが故障している場合に理想的な状態であれば、電圧Ｖ２はほぼ０Ｖであり、電圧Ｖ２が判定閾値電圧を越えることはない。しかしながら、ＦＤ領域上で発生したノイズや画素欠陥によって、ＦＤ領域の電位が変化することがある。例えば、ＦＤ領域上で発生したサーマルノイズやＦＤ領域をフローティングにした状態で電界によるリーク電流が生じることによってＦＤ領域に電荷が流入すると、ＦＤ領域の電位が低下することがある。このような現象が生じると、電圧Ｖ２が０ではない有限の値となり、判定閾値電圧を超えて、正常な画素であると判定されることも起こりうる。例えば、上記の例において、ノイズ等の影響により電圧Ｖ２の値が０．７Ｖであれば、判定閾値電圧の０．６Ｖを超えるため、故障していないと判定されてしまう場合が生じうる。

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、画素２０ＢのＦＤ領域が有する容量成分の容量値（ＦＤ容量ＣｆｄＢ）を、画素２０ＡのＦＤ領域が有する容量成分の容量値（ＦＤ容量ＣｆｄＡ）よりも大きくしている。

ＦＤ領域上における電荷の量に対する電位の変化率は、ＦＤ容量Ｃｆｄの値が大きいほどに小さくなる。すなわち、ＦＤ容量Ｃｆｄの値が大きいほど、ＦＤ領域を入力ノードとする増幅部の増幅率は小さくなる。つまり、画素２０Ａの増幅部の増幅率は、画素２０Ｂの増幅部の増幅率よりも大きくなっている。

ＦＤ領域の電位ばらつきΔＶｆｄは、ＦＤ領域上での電荷ばらつきをΔＱ、ＦＤ容量をＣｆｄとすると、
ΔＶｆｄ＝ΔＱ／Ｃｆｄ
で表される。つまり、ＦＤ容量Ｃｆｄが大きいほど、ＦＤ領域上での電荷ばらつきΔＱに起因するＦＤ領域の電位ばらつきΔＶｆｄを低減することが可能である。

したがって、ＦＤ容量ＣｆｄＡとＦＤ容量ＣｆｄＢとを上述の関係とすることで、画素２０Ｂでは、ＦＤ領域上で発生するノイズや画素欠陥による電荷ばらつきΔＱに起因する電位ばらつきΔＶｆｄの変化を小さくすることが可能となる。その結果、故障検知用の画素２０Ｂの出力ばらつきに起因する故障判定の誤りを減少することが可能となり、故障検知における検出精度を向上することができる。

なお、画像取得用の画素２０ＡにおいてＦＤ容量Ｃｆｄを増加することは、感度が低下することを意味し、画質の面で好ましくはない。画像取得用の画素２０Ａの感度を低下することなく故障検知精度を向上する観点からは、ＦＤ容量ＣｆｄＡ及びＦＤ容量ＣｆｄＢのうち、ＦＤ容量ＣｆｄＢを選択的に大きくすることが望ましい。ＦＤ容量ＣｆｄＡ及びＦＤ容量ＣｆｄＢの容量値は、画素２０Ａと画素２０Ｂとに求められる特性に応じて、個別に設定することが望ましい。

画素２０ＢのＦＤ領域上の電荷の量に基づく信号は、増幅トランジスタＭ３Ｂと列増幅回路４２Ｂとにおいて増幅される。増幅トランジスタＭ３Ｂと列増幅回路４２Ｂとを含む増幅部の増幅率をまとめてＡとすると、ＦＤ容量ＣｆｄＢは、ＦＤ領域の電位ばらつきΔＶｆｄと判定閾値電圧とが以下の関係を満たすように設定すると、更に好ましい。
判定閾値電圧＞ΔＶｆｄ×Ａ
電位ばらつきΔＶｆｄは、ΔＱ／ＣｆｄＢ×Ａと表されるため、この式は、以下のように書き換えることができる。
判定閾値電圧＞ΔＱ／ＣｆｄＢ×Ａ

画素２０ＢのＦＤ容量ＣｆｄＢをこのように設定することで、ＦＤ領域上で発生するノイズや画素欠陥によりＦＤ領域の電位変化が起き、さらにその後に増幅されたとしても故障判定レベルを超えないため、故障判定の誤りを低減することが可能になる。これにより、故障検知における検出精度を更に向上することができる。

このように、本実施形態によれば、故障検知用の画素の出力ばらつきに起因する故障判定の誤りを低減し、故障検知における検出精度を向上することができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による固体撮像装置について、図７及び図８を用いて説明する。第１実施形態によ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７は、本実施形態による固体撮像装置の概略構成を示す図である。図８は、本実施形態による固体撮像装置における故障検知方法を示す図である。

本実施形態による固体撮像装置は、第２の領域１４に配置された画素２０Ｂに、電圧供給部５０から２種類の定電圧を供給できるように構成されているほかは、第１実施形態による固体撮像装置と同様である。

第２の領域１４には、例えば図７に示すように、定電圧Ｖ０が供給される画素２０Ｂ（図中、「Ｖ０」と表記）と、定電圧Ｖ０とは異なる定電圧Ｖ１が供給される画素２０Ｂ（図中、「Ｖ１」と表記）とが、特定のパターンに従って行列状に配されている。

第２の領域１４が３列で構成される場合を例にして説明すると、例えば、ある行（例えば、図７において一番下の行）には、各列に、定電圧Ｖ０が供給される画素２０Ｂが配されている。また、別の行（例えば、図７において下から二番目の行）には、定電圧Ｖ１が供給される画素２０Ｂと、定電圧Ｖ０が供給される画素２０Ｂと、定電圧Ｖ１が供給される画素２０Ｂとが配されている。すなわち、画素アレイ部１０の行によって、画素２０Ｂに印加される定電圧のパターンが変わっている。

同じ行に属する故障検知用の画素２０Ｂと画像取得用の画素２０Ａとは、画素制御線１６を共有している。したがって、第２の領域１４の画素２０Ｂからの出力のパターンを期待値と照合することにより、垂直走査回路３０が正常に動作しているのか、故障して想定とは異なる行を走査しているのか、を検知することが可能となる。

なお、本実施形態では第２の領域１４を３列で構成した場合を例示しているが、第２の領域１４を構成する列の数は３列に限定されるものではない。

次に、本実施形態による固体撮像装置における故障検知方法について、図８を用いて説明する。

図８は、画素２０Ｂからの信号の読み出し過程におけるＦＤ領域の電位の変化を示す図である。図８には、リセット状態のＦＤ領域に電圧供給線１９から電圧を供給することによるＦＤ領域の電位の変化の様子を模式的に示している。

定電圧Ｖ０が供給される画素２０Ｂにおいて、ＦＤ領域がリセット状態のときのリセット信号と、電圧供給線１９からＦＤ領域に所定の固定電位を供給したときの出力信号とに基づくＣＤＳ処理を行ったときの出力電圧を電圧Ｖ２とする。定電圧Ｖ１が供給される画素２０Ｂにおいて、ＦＤ領域がリセット状態のときのリセット信号と、電圧供給線１９からＦＤ領域に所定の固定電位を供給したときの出力信号とに基づくＣＤＳ処理を行ったときの出力電圧を電圧Ｖ３とする。故障判定の基準となる判定閾値電圧は、電圧Ｖ２と電圧Ｖ３との中間付近の電圧に設定する。例えば、リセット電圧を２．８Ｖ、固定電圧Ｖ０を２．８Ｖ、固定電圧Ｖ１を１．６Ｖとした場合、理想的な条件であれば、電圧Ｖ２は０Ｖ、電圧Ｖ３は１．２Ｖになる。そこで、判定閾値電圧は、電圧Ｖ２と電圧Ｖ３との中間値である０．６Ｖに設定する。固定電圧Ｖ０を入力した後にＣＤＳ処理を行った結果、電圧Ｖ２が判定閾値電圧を超えていなければ、故障していないと判定する。他方、固定電圧Ｖ１を入力した後にＣＤＳ処理を行った結果、電圧Ｖ３が判定閾値電圧を超えていれば、故障していないと判定する。このように、電圧Ｖ２と電圧Ｖ３は、判定閾値電圧に対する大小関係によって、故障しているか否かの判定が逆になる。

故障判定は、電圧Ｖ２，Ｖ３が判定閾値電圧を超えるか否かによって行う。すなわち、電圧Ｖ２が判定閾値電圧を超えているときには故障があると判定し、電圧Ｖ２が判定閾値電圧を超えていないときには故障していないと判定する。上記の例で説明すると、固定電圧Ｖ０を入力した後にＣＤＳ処理を行った結果、電圧Ｖ２の値が０．５Ｖの場合、判定閾値電圧を超えていないため、故障していないと判定する。他方、電圧Ｖ２の値が０．９Ｖの場合、判定閾値電圧を超えているため、故障していると判定する。また、電圧Ｖ３が判定閾値電圧を超えていないときには故障があると判定し、電圧Ｖ３が判定閾値電圧を超えているときには故障していないと判定する。上記の例で説明すると、固定電圧Ｖ１を入力した後にＣＤＳ処理を行った結果、電圧Ｖ３の値が０．９Ｖの場合、判定閾値電圧を超えているため、故障していないと判定する。他方、電圧Ｖ３の値が０．５Ｖの場合、判定閾値電圧を超えていないため、故障していると判定する。画素２０Ｂからの出力信号は、画素２０Ａからの出力信号と同じ伝送経路を通って出力されるため、故障があると判定された場合には、出力信号の伝送経路或いは画素制御線１６等に故障があると推定することができる。

本実施形態による固体撮像装置においても、ＦＤ容量ＣｆｄＢをＦＤ容量ＣｆｄＡよりも大きくすることで、故障検知用の画素２０Ｂの出力ばらつきに起因する故障判定の誤りを減少することが可能となり、故障検知における検出精度を向上することができる。

このように、本実施形態によれば、故障検知用の画素の出力ばらつきに起因する故障判定の誤りを低減し、故障検知における検出精度を向上することができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による固体撮像装置について、図９を用いて説明する。第１及び第２実施形態によ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９は、本実施形態によ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。

本実施形態による固体撮像装置は、回路構成上は、図１、図２、図７等に示す第１及び第２実施形態による固体撮像装置と同じである。本実施形態による固体撮像装置においても、第１及び第２実施形態の場合と同様、画素２０ＡのＦＤ領域が保持する電荷の量に基づく信号の増幅率と、画素２０ＢのＦＤ領域が保持する電荷の量に基づく信号の増幅率とが異なっている。

本実施形態による固体撮像装置が第１及び第２実施形態と異なる点は、画素２０Ａの信号の増幅率と画素２０Ｂの信号の増幅率とを、ＦＤ容量Ｃｆｄではなく、列増幅回路４２の増幅率によって規定していることである。すなわち、本実施形態による固体撮像装置では、画素２０Ｂから出力される信号を増幅する列増幅回路４２Ｂの増幅率が、画素２０Ａから出力される信号を増幅する列増幅回路４２Ａの増幅率よりも小さい値に設定されている。なお、ここで言う列増幅回路４２Ａ，４２Ｂの増幅率とは、画素２０Ａからの信号と画素２０Ｂからの信号とが同時に出力される一の期間内における列増幅回路４２Ａの増幅率と列増幅回路４２Ｂの増幅率である。

低照度時などにおいて、列増幅回路４２Ａの増幅率を増加する場合に、列増幅回路４２Ｂの増幅率をも同様に増加すると、ＦＤ領域の電位ばらつきΔＶｆｄの増幅率までもが大きくなり、故障判定の誤りを増加する虞がある。

しかしながら、本実施形態の上記構成を採用することで、低照度時などにおいて、列増幅回路４２Ａの増幅率を増加する場合にも、列増幅回路４２Ｂの増幅率を低い値に設定することができる。これにより、ＦＤ領域上で発生するノイズや画素欠陥によるＦＤ電位の変化を小さくすることが可能になり、画素２０Ｂの出力ばらつきによる故障判定の誤りを減少することが可能になる。これにより、故障検知における検出精度を向上することが可能になる。

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、図９を用いて説明する。
図９には、リセットトランジスタＭ２Ａ，Ｍ２Ｂの制御信号φＲＥＳ、選択トランジスタＭ４Ａ，Ｍ４Ｂの制御信号φＳＥＬ、転送トランジスタＭ１Ａ，Ｍ１Ｂの制御信号φＴＸを示している。これら制御信号は、ハイレベルのときに対応するトランジスタがオンになり、ローレベルのときに対応するトランジスタがオフになる。各駆動信号は、制御部８０による制御のもと、垂直走査回路３０から供給される。また、図９には、垂直出力線１８Ａの電位ＯＵＴ１Ａ、垂直出力線１８Ｂの電位ＯＵＴ１Ｂ、列増幅回路４２Ａからの出力信号の電位ＯＵＴ２Ａ、列増幅回路４２Ｂからの出力信号の電位ＯＵＴ２Ｂを示している。

時刻ｔ０において、垂直走査回路３０から供給される制御信号φＲＥＳはハイレベルであり、画素２０ＡのリセットトランジスタＭ２Ａと画素２０ＢのリセットトランジスタＭ２Ｂとは、ともにオンになっている。これにより、画素２０ＡのＦＤ領域及び画素２０ＢのＦＤ領域は、電源電圧線ＶＤＤから供給されるリセット電圧に応じた電位にリセットされている。

また、時刻ｔ０において、垂直走査回路３０から供給される制御信号φＳＥＬはローレベルであり、画素２０Ａの選択トランジスタＭ４Ａと画素２０Ｂの選択トランジスタＭ４Ｂとは、ともにオフになっている。このため、垂直出力線１８Ａ，１８Ｂには、画素２０ＡのＦＤ領域及び画素２０ＢのＦＤ領域の電位に応じた信号は出力されていない。

次いで、時刻ｔ１において、制御信号φＳＥＬをローレベルからハイレベルへと遷移し、画素２０Ａの選択トランジスタＭ４Ａと画素２０Ｂの選択トランジスタＭ４Ｂとをオンにする。この動作により、垂直出力線１８Ａの電位ＯＵＴ１Ａが、画素２０ＡのＦＤ領域の電位に応じた電位となり、垂直出力線１８Ｂの電位ＯＵＴ１Ｂが、画素２０ＢのＦＤ領域の電位に応じた電位となる。

次いで、時刻ｔ２において、制御信号φＲＥＳをハイレベルからローレベルへと遷移し、画素２０ＡのリセットトランジスタＭ２Ａと画素２０ＢのリセットトランジスタＭ２Ｂとをオフにする。この動作により、画素２０ＡのＦＤ領域及び画素２０ＢのＦＤ領域のリセットを解除する。この際、画素２０ＡのＦＤ領域及び画素２０ＢのＦＤ領域の電位がリセットトランジスタＭ２Ａ，Ｍ２Ｂのゲート−ソース間カップリングにより低下するのに起因して、電位ＯＵＴ１Ａ，ＯＵＴ１Ｂも一定量、低下する。

次いで、時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間において、垂直走査回路３０から供給される制御信号φＴＸをローレベルからハイレベルへと遷移し、画素２０Ａの転送トランジスタＭ１Ａと画素２０Ｂの転送トランジスタＭ１Ｂとをオンにする。この動作により、画素２０Ａの光電変換部ＤＡに蓄積されていた電荷がＦＤ領域に転送されてＦＤ領域の電位が変化し、垂直出力線１８Ａの電位ＯＵＴ１Ａが、変化した後のＦＤ領域の電位に応じた電位に低下する。このときの出力信号の信号振幅を、ｓｉｇ１Ａとする。また、画素２０ＢのＦＤ領域の電位は、電圧供給線１９から供給される定電圧に応じた電位に変化し、垂直出力線１８Ｂの電位ＯＵＴ１Ｂが、変化した後のＦＤ領域の電位に応じた電位に低下する。このときの出力信号の信号振幅を、ｓｉｇ１Ｂとする。

垂直出力線１８Ａに出力された信号は列増幅回路４２Ａにより増幅され、列増幅回路４２Ａからの出力信号の電位ＯＵＴ２Ａは、列増幅回路４２Ａの増幅率に応じた電位に増加する。時刻ｔ４以降における出力信号の信号振幅をｓｉｇ２Ａとする。

また、垂直出力線１８Ｂに出力された信号は列増幅回路４２Ｂにより増幅され、列増幅回路４２Ｂからの出力信号の電位ＯＵＴ２Ｂは、列増幅回路４２Ｂの増幅率に応じた電位に増加する。時刻ｔ４以降における出力信号の信号振幅をｓｉｇ２Ｂとする。

本実施形態による固体撮像装置では、故障判定は、画素２０Ｂの出力信号の信号振幅ｓｉｇ２Ｂに基づいて行う。

本実施形態による固体撮像装置では、列増幅回路４２Ｂの増幅率を列増幅回路４２Ａの増幅率よりも小さくしている。そのため、たとえ垂直出力線１８Ａにおける出力信号の信号振幅ｓｉｇ１Ａと垂直出力線１８Ｂにおける出力信号の信号振幅ｓｉｇ１Ｂとが同じであっても、信号振幅ｓｉｇ２Ｂは、信号振幅ｓｉｇ２Ａよりも小さくなる。したがって、ＦＤ領域上で発生するノイズや画素欠陥によるＦＤ領域の電位変化を小さくすることができ、画素２０Ｂの出力ばらつきによる故障判定の誤りを減少することが可能になる。これにより、故障検知における検出精度を向上することができる。

なお、本実施形態では、画素２０Ａの信号の増幅率と画素２０Ｂの信号の増幅率とを列増幅回路４２Ａ，４２Ｂの増幅率のみによって規定しているが、ＦＤ容量ＣｆｄＡ，ＣｆｄＢとの組み合わせにより規定するようにしてもよい。ＦＤ容量ＣｆｄＡ，ＣｆｄＢによる増幅率の規定方法は、第１実施形態において説明した通りである。

このように、本実施形態によれば、故障検知用の画素の出力ばらつきに起因する故障判定の誤りを低減し、故障検知における検出精度を向上することができる。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による固体撮像装置について、図１０及び図１１を用いて説明する。第１乃至第３実施形態によ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１０は、本実施形態による固体撮像装置の画素の等価回路図である。図１１は、本実施形態による固体撮像装置における画素の平面レイアウトを示す図である。

本実施形態による固体撮像装置は、画素２０Ａ，２０Ｂの回路構成が、第１実施形態乃至第３実施形態による固体撮像装置とは異なっている。すなわち、本実施形態による固体撮像装置の画素２０Ａは、図１０に示すように、容量付加トランジスタＭ５Ａと付加容量Ｃ２Ａとを更に含む点で、図２に示す画素２０Ａとは異なっている。同様に、本実施形態による固体撮像装置の画素２０Ｂは、図１０に示すように、容量付加トランジスタＭ５Ｂと付加容量Ｃ２Ｂとを更に含む点で、図２に示す画素２０Ｂとは異なっている。本実施形態による固体撮像装置のその他の構成は、第１乃至第３実施形態と同様である。

付加容量Ｃ２Ａは、容量付加トランジスタＭ５Ａを介して画素２０ＡのＦＤ領域に接続されている。付加容量Ｃ２Ｂは、容量付加トランジスタＭ５Ｂを介して画素２０ＢのＦＤ領域に接続されている。同じ行に配された画素２０Ａの容量付加トランジスタＭ５Ａと画素２０Ｂの容量付加トランジスタＭ５Ｂとは、共通の容量付加トランジスタ制御線ＳＥＬ２に接続されており、垂直走査回路３０から供給される制御信号によって同時に制御される。

図１１は、図１０の画素回路を実現するための画素２０Ａ及び画素２０Ｂの平面レイアウトの一例を示す平面図である。

画素２０ＡのＦＤ領域を構成する半導体領域２６Ａは、転送トランジスタＭ１Ａのゲート電極ＴＧＡと、容量付加トランジスタＭ５Ａのゲート電極２９Ａとの間に配されている。半導体領域２６Ａが設けられた活性領域２２Ａは、容量付加トランジスタＭ５Ａのゲート電極２９Ａの下に延在しており、容量付加トランジスタＭ５Ａのゲート電極との間に付加容量Ｃ２Ａを形成する。このように構成することで、画素２０ＡのＦＤ領域への付加容量Ｃ２Ａの接続と非接続とを容量付加トランジスタＭ５Ａによって制御することができる。

同様に、画素２０ＢのＦＤ領域を構成する半導体領域２６Ｂは、転送トランジスタＭ１Ｂのゲート電極ＴＧＢと、容量付加トランジスタＭ５Ｂのゲート電極２９Ｂとの間に配されている。半導体領域２６Ｂが設けられた活性領域２２Ｂは、容量付加トランジスタＭ５Ｂのゲート電極２９Ｂの下に延在しており、容量付加トランジスタＭ５Ｂのゲート電極との間に付加容量Ｃ２Ｂを形成する。このように構成することで、画素２０ＢのＦＤ領域への付加容量Ｃ２Ｂの接続と非接続とを容量付加トランジスタＭ５Ｂによって制御することができる。

付加容量Ｃ２Ｂは、付加容量Ｃ２Ａよりも大きい容量値を有している。例えば図１１の例では、付加容量Ｃ２Ｂの面積を付加容量Ｃ２Ａの面積よりも大きくすることで、付加容量Ｃ２Ｂの容量値を付加容量Ｃ２Ａの容量値よりも大きくしている。このように構成することで、画素２０ＢのＦＤ領域に付加容量Ｃ２Ｂを付加したときのＦＤ容量（ＣｆｄＢ＝Ｃ１Ｂ＋Ｃ２Ｂ）を、画素２０ＡのＦＤ領域に付加容量Ｃ２Ａを付加したときのＦＤ容量値（ＣｆｄＡ＝Ｃ１Ａ＋Ｃ２Ａ）よりも大きくできる。

したがって、本実施形態による固体撮像装置においても、画素２０ＢのＦＤ領域上で発生するノイズや画素欠陥によるＦＤ電位の変化を小さくすることができ、故障検知における検出精度を向上することが可能である。

なお、本実施形態では、容量付加トランジスタＭ５Ａを介して付加容量Ｃ２Ａを、容量付加トランジスタＭ５Ｂを介して付加容量Ｃ２Ｂを接続する例を示したが、容量付加トランジスタＭ５Ａ，Ｍ５Ｂは、必ずしも設ける必要はない。また、付加容量Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂ及び容量付加トランジスタＭ５Ａ，Ｍ５Ｂ、或いは、付加容量Ｃ２Ａ，Ｃ２Ｂは、必ずしも画素２０Ａ，２０Ｂの両方に設ける必要はなく、画素２０Ｂだけに設けるようにしてもよい。また、図１１には、画素２０Ａの容量Ｃ１Ａの面積（容量値）と画素２０Ｂの容量Ｃ１Ｂの面積（容量値）とが異なる例を示しているが、容量Ｃ１Ａの面積（容量値）と容量Ｃ１Ｂの面積（容量値）とは、同じであってもよい。

このように、本実施形態によれば、故障検知用の画素の出力ばらつきに起因する故障判定の誤りを低減し、故障検知における検出精度を向上することができる。

［第５実施形態］
本発明の第５実施形態による撮像システム及び移動体について、図１２及び図１３を用いて説明する。

図１２は、本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１３は、本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。

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１２（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４実施形態のいずれかの固体撮像装置である。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。

集積回路７０３は、撮像システム用途向けの集積回路であり、メモリ７０５を含む画像処理部７０４、光学測距部７０６、視差演算部７０７、物体認知部７０８、異常検出部７０９を含む。画像処理部７０４は、画像前処理部７１５の出力信号に対して、現像処理や欠陥補正等の画像処理を行う。メモリ７０５は、撮像画像の一次記憶、撮像画素の欠陥位置を格納する。光学測距部７０６は、被写体の合焦や、測距を行う。視差演算部７０７は、複数の撮像装置７０２により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う。物体認知部７０８は、車、道、標識、人等の被写体の認知を行う。異常検出部７０９は、撮像装置７０２の異常を検知すると、主制御部７１３に異常を発報する。

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。

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。

集積回路７０３は、主制御部７１３からの制御信号を受け或いは自身の制御部によって、撮像装置７０２へ制御信号や設定値を送信する機能を有する。例えば、集積回路７０３は、撮像装置７０２内の電圧スイッチ１３をパルス駆動させるための設定や、フレーム毎に電圧スイッチ１３を切り替える設定等を送信する。

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。

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。

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１２（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。

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。

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１３を用いて説明する。撮像装置７０２の故障検知動作は、図１３に示すステップＳ８１０〜Ｓ８８０に従って実施される。

ステップＳ８１０は、撮像装置７０２のスタートアップ時の設定を行うステップである。すなわち、撮像システム７０１の外部（例えば主制御部７１３）又は撮像システム７０１の内部から、撮像装置７０２の動作のための設定を送信し、撮像装置７０２の撮像動作及び故障検出動作を開始する。

次いで、ステップＳ８２０において、走査行に属する第１の領域１２の画素２０Ａ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の領域１４の画素２０Ｂ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。

次いで、ステップＳ８４０において、画素２０Ｂの出力期待値と実際の出力値との該非判定を行う。ここでの出力期待値は、所定の判定閾値に対して所定の関係を満たす値である。例えば、撮像装置７０２として第１実施形態による固体撮像装置を用いる場合にあっては、画素２０Ｂから出力される電圧Ｖ２が判定閾値電圧以下の場合に、画素２０Ｂの出力期待値と実際の出力値とが一致していると判定される。撮像装置７０２として第２実施形態による固体撮像装置を用いる場合にあっては、画素２０Ｂへの定電圧Ｖ０，Ｖ１の接続設定に基づく画素２０Ｂの出力期待値と、実際の画素２０Ｂからの出力値との該非判定を行ってもよい。

ステップＳ８４０における該非判定の結果、出力期待値と実際の出力値とが一致している場合は、ステップＳ８５０に移行し、撮像動作が正常に行われていると判定し、ステップＳ８６０へと移行する。ステップＳ８６０では、走査行の画素信号をメモリ７０５に送信して一次保存する。そののち、ステップＳ８２０に戻り、故障検知動作を継続する。

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、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。

なお、本実施形態では、１行毎にフローチャートをループさせる例を例示したが、複数行毎にフローチャートをループさせてもよいし、１フレーム毎に故障検出動作を行ってもよい。

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。さらに、撮像システム７０１は、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機或いは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。

［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。

また、上記実施形態では、画素２０Ａ，２０Ｂ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２０Ａ，２０Ｂ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。

また、第５実施形態に示した撮像システムは、本発明の固体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、本発明の固体撮像装置を適用可能な撮像システムは図１２及び図１３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４実施形態で述べた固体撮像装置は、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。

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。

ＦＤ領域…ＦＤ
Ｍ１Ａ，Ｍ１Ｂ…転送トランジスタ
２０Ａ…画像取得用の画素
２０Ｂ…故障検知用の画素
１６…画素制御線
１８，１８Ａ，１８Ｂ…垂直出力線
３０…垂直走査回路
４０…列回路
４２，４２Ａ，４２Ｂ…列増幅回路
１００…固体撮像装置

Claims (14)

1. 光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を第１のノードに転送する第１のトランジスタと、を有し、前記第１のノードの電圧に基づく第１の信号を出力する第１の画素と、
   第２のノードに定電圧を供給する第２のトランジスタを有し、前記第２のノードの電圧に基づく第２の信号を出力する第２の画素と、
   前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタに接続された制御線と、を備え、
   前記第２のノードが有する容量成分の容量値は、前記第１のノードが有する容量成分の容量値よりも大きい
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記第１の画素に接続された第１の出力線と、
   前記第１の出力線に接続された第１の増幅回路と、
   前記第２の画素に接続された第２の出力線と、
   前記第２の出力線に接続された第２の増幅回路と、を更に有し、
   前記第１の信号と前記第２の信号とが出力される期間において、前記第２の増幅回路の増幅率は、前記第１の増幅回路の増幅率よりも小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を第１のノードに転送する第１のトランジスタと、を有し、前記第１のノードの電圧に基づく第１の信号を出力する第１の画素と、
   第２のノードに定電圧を供給する第２のトランジスタと、を有し、前記第２のノードの電圧に基づく第２の信号を出力する第２の画素と、
   前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタに接続された制御線と、
   前記第１の信号を増幅する第１の増幅部と、
   前記第２の信号を増幅する第２の増幅部と、を備え、
   前記第１の信号と前記第２の信号とが出力される期間において、前記第２の増幅部の増幅率は、前記第１の増幅部の増幅率よりも小さい
   ことを特徴とする固体撮像装置。
4. 前記第１の画素に接続された第１の出力線と、
   前記第２の画素に接続された第２の出力線と、を更に有し、
   前記第１の増幅部は、前記第１の出力線に接続された第１の増幅回路を有し、
   前記第２の増幅部は、前記第２の出力線に接続された第２の増幅回路を有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
5. 前記第２のノードが有する容量成分の容量値は、前記第１のノードが有する容量成分の容量値よりも大きい
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の固体撮像装置。
6. 前記第２のノードにおける電圧のばらつきをΔＶ、前記第２の信号の増幅率をＡとして、ΔＶ×Ａの値は、故障判定の判定閾値電圧よりも小さい
   ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
7. 前記第２のノードを構成する半導体領域の面積が、前記第１のノードを構成する半導体領域の面積よりも大きい
   ことを特徴とする請求項１又は５に記載の固体撮像装置。
8. 前記第２のノードを構成する半導体領域の不純物濃度が、前記第１のノードを構成する半導体領域の不純物濃度よりも高い
   ことを特徴とする請求項１又は５に記載の固体撮像装置。
9. 前記第１のノードに接続された第１の付加容量と、
   前記第２のノードに接続された第２の付加容量と、を更に有し、
   前記第２の付加容量の容量値は、前記第１の付加容量の容量値よりも大きい
   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。
10. 前記第２のノードが他の配線との間に形成する寄生容量の容量値が、前記第１のノードが他の配線との間に形成する寄生容量の容量値よりも大きい
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
11. 請求項１乃至１０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第１の画素及び前記第２の画素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。
12. 前記第２の画素から出力される前記第２の信号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１１に記載の撮像システム。
13. 移動体であって、
    請求項１乃至１０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第１の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。
14. 前記固体撮像装置の前記第２の画素から出力される前記第２の信号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に記載の移動体。

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