固体摄像装置、摄像机、汽车以及监视装置的制作方法

专利名称：固体摄像装置、摄像机、汽车以及监视装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及固体摄像装置、摄像机、汽车以及监视装置，^f述固
体摄像装置、摄像机、汽车以及监视装置包括多个光电转换部，其
按照入射光量来生成信号；多个读出部，其读出各个光电转换部所生 成的信号；以及输出部，其输出读出部通过传输路径所传输的信号。
背景技术：
近几年，随着固体摄像装置的微型化以及像素数的不断增多，在 追求微型的同时还需要提高可靠性。
对于检测固体摄像元件的可靠性的检测装置而言，例如专利文献 1所公开的技术。此检测装置通过使探针接触晶圆上的固体摄像元件 来检测电路各个部。
专利文献l日本国特开2001-8237号公报
然而，例如固体摄像装置被安装在汽车上等情况下，与数字静相 摄像机或数字电视摄像机等相比，在使用环境非常严峻的情况或需要 较长的使用年限的情况下，则需要具有相当高的质量要求。但问题是 在满足这样的要求的同时还要满足质量要求是非常困难的，而且避免 不了提高成本。

发明内容
本发明的目的在于提供一种固体摄像装置、摄像机、汽车以及监 视装置，在使用环境非常严峻的情况或需要较长的使用年限的情况下， 也能够在不增加成本的基础上较为容易地保证质量水平。
为了达到上述目的，本发明的固体摄像装置包括多个光电转换单元，按照入射光量来生成信号；多个读出单元，读出所述各个光电 转换单元所生成的信号；传输路径，用于传输所述各个读出单元所读 出的信号；输出单元，输出各个信号，该各个信号是由所述各个读出 单元通过传输路径传输的；以及生成单元，生成固定的参考信号；所 述参考信号至少通过所述传输路径的一部分由所述输出单元输出。根据此构成，通过检查输出的参考信号的电平，从而可以容易地 检测出传输路径的异常等固体摄像装置的故障。为此，在发货后检测 出固体摄像装置的故障时，在具有该固体摄像装置的系统中，通过将 出了故障的固体摄像装置更换为新的固体摄像装置，可以使质量水平 得以回复，从而系统即使处于严峻的使用环境中，也可以达到较长的 耐用年数。这样，固体摄像装置的制品寿命即使比系统短，也可以达 到系统所要求的使用年限，并且，即使在严峻的使用环境中，通过更 换也可以较为容易地保持质量水平。在此，也可以是所述固定的参考信号具有第一电平和第二电平之 间的固定电平；第一电平是入射光量为零时，光电转换单元所生成的 信号的电平；第二电平是比所述第一电平高的电平，所述第一电平是 由所述光电转换单元生成的。根据此构成，参考信号例如可以是第一电平和第二电平的中间值 等，由于是在光电转换单元所生成的信号电平的范围内，因此可以在 不变更输出单元的额定的情况下进行输出，从而可以回避输出单元的 成本增加。在此，也可以是所述固体摄像装置进一步包括判断单元，判断所 述输出单元所输出的参考信号是否在正常范围内，当在范围外的情况 下，输出检测信号，所述正常范围是指上限值和下限值之间的范围。根据此构成，由于可以通过输出检测信号来得知故障，因此可以 容易地催促将出了故障的固体摄像装置更换为新的固体摄像装置。在此，也可以是所述多个光电变换单元被排列为矩阵状；所述传
输路径包括多个垂直传输单元和水平传输单元，所述多个垂直传输单 元与所述光电转换单元的各列相对应，传输从对应的列的光电转换单 元读出的信号电荷；所述水平传输单元传输由所述多个垂直传输单元 传输来的信号电荷；所述参考信号至少通过一个垂直传输单元和水平 传输单元，由所述输出单元输出。
根据此构成，在传输所述参考信号的至少一个垂直传输单元和水 平传输单元的某处出现工作不良的情况下，可以较为容易地检测故障。
在此，也可以是所述生成单元将对应于所述参考信号的基准电荷 注入到光电转换单元中的某一个。
根据此构成，可以进一步检测光电转换单元的工作不良、光电转 换单元的读出不良的故障。
在此，也可以是所述生成单元将对应于所述参考信号的基准电荷 注入到以下的光电转换单元，即位于垂直传输单元的最上游附近的光 电转换单元，且该垂直传输单元连接于水平传输单元的最上游附近。
根据此构成，由于参考信号是通过传输路径中最长的路径被传输 的，因此至少可以检测出最长路径的哪个地方出现了工作不良。而且， 可以使所述生成单元的电路规模降到最小。
在此，也可以是所述生成单元将对应于所述参考信号的基准电荷 注入到各个垂直传输单元的最上游附近的光电转换单元。
根据此构成，由于参考信号可以由传输路径的所有路径来传输， 因此可以检测出传输路径中所有地方的工作不良。也就是说，虽然生 成单元的电路规模有所增大，但是，可以对所有路径的工作不良进行 检测。
在此，也可以是所述生成单元将对应于所述参考信号的基准电荷 至少注入到多个垂直传输单元中的一个垂直传输单元的最上游附近。
在此，也可以是所述生成单元将对应于所述参考信号的基准电荷 注入到垂直传输单元，该垂直传输单元连接于水平传输单元的最上游 附近。
根据此构成，由于参考信号可以由传输路径中的一个垂直传输单 元和水平传输单元所构成的最长的路径来传输，因此可以检测出最长 路径中的哪个地方出现了工作不良。而且可以使所述生成单元的电路 规模降到最小。在此，也可以是所述生成单元将对应于所述参考信号的基准电荷 注入到各垂直传输单元的最上游附近。根据此构成，参考信号几乎通过传输路径中所有的路径来传输， 因此，可以检测出传输路径中每个地方的工作不良。也就是说，生成 单元的电路规模虽然有所增大，但是可以对所有的传输路径的工作不 良进行检测。在此，也可以是所述生成单元将对应于所述参考信号的基准电荷 注入到以下光电转换单元，即多个垂直传输单元中的至少一个垂直传 输单元的最上游附近的光电转换单元。根据此构成，参考信号可以通过传输路径中的、由所述光电转换 单元和至少一个垂直传输单元和水平传输单元构成的路径来传输，因 此，可以检测出包括光电转换单元的路径的哪个地方出现了工作不良。 而且，可以将所述生成单元的电路规模降到最小。在此，也可以是所述多个光电变换单元被排列为矩阵状；所述传 输路径包括多个垂直传输单元和水平传输单元，行选择单元，选择所 述光电转换单元中的一行；列选择单元，选择所述光电转换单元中的 一列；以及各个列的输出线，传输由光电转换单元所读出的信号，该 光电转换单元是被选择的行且是被选择的列的光电转换单元；所述参 考信号通过某一条输出线由所述输出单元输出。根据此构成，在传输所述参考信号的至少包括一个输出线的传输 路径的某处出现工作不良时，可以较为容易地检测出故障。在此，也可以是所述生成单元将对应于所述参考信号的基准电荷 注入到光电转换单元中的某一个。根据此构成，进一步可以检测出光电转换单元的工作不良以及光
电转换单元的读出不良等故障。
在此，也可以是所述生成单元将对应于所述参考信号的基准电荷 注入到以下光电转换单元，即位于最后被选择的行且最后被选择的列 上的光电转换单元。
根据此构成，参考信号被赋予在最后所选择的光电转换元件上， 因此，只有在由行选择单元以及列选择单元的扫描进行到最后，才输 出参考信号，这样，可以在确认了正常的扫描之后对工作不良进行检 测。而且，可以将所述生成单元的电路规模降到最小。
在此，也可以是所述生成单元将对应于所述参考信号的基准电荷 至少注入到一条输出线的最上游附近的光电转换单元。
根据此构成，参考信号被赋予在输出线的最上游附近的光电转换 单元，因此，可以检测出输出线的哪个地方出现了工作不良。并且， 在将基准电荷注入到一个输出线的最上游附近的光电转换单元的情况 下，可以将生成单元的电路规模降到最小。相反，在将基准电荷注入 到所有输出的最上游附近的光电转换单元的情况下，虽然生成单元的 电路规模会有所增大，但是可以检测出所有输出线的工作不良。
在此，也可以是接受所述参考信号的光电转换单元被遮光。
根据此构成，具有固体摄像装置的系统即使在不具备机械快门的 情况下，也可以正确地输入参考信号。
在此，也可以是所述固体摄像装置进一步包括警告单元，该警告 单元在所述判断单元输出检测信号的情况下，将发生了故障之事宜警 告给外部。
根据此构成，通过警告可以及时地催促对固体摄像装置进行更换。 在此，也可以是，所述判断单元在输出了所述检测信号的情况下，
指示电源部停止向所述固体摄像装置的一部分供电。
根据此构成，可以防止因向出了故障的固体摄像装置供电而造成
的二次工作不良。
在此，也可以是所述固体摄像装置进一步包括快门单元，控制
向所述多个光电转换单元入射的光；以及控制单元，控制所述快门单 元，从而使所述快门单元将光遮住，且控制所述生成单元，从而使所 述参考信号注入到所述多个光电转换单元的每一个中。
根据此构成，可以检测出多个光电转换单元中每一个所出现的故 障，以及可以检测出从多个光电转换单元中的每一个到输出单元为止 的传输路径的异常。也就是说，不仅对受光面中具有遮光膜的光学黑 区域，而且对不具有遮光膜的有效像素区域，也可以得到几乎为100% 的故障检测率。
在此，也可以是所述控制单元控制所述快门单元，从而使所述快 门单元以某一定时将光遮住，所述某一定时至少是固体摄像装置的电 源刚刚打开之时以及电源将要关闭之时的某一个，同时所述控制单元 控制所述生成单元，从而使所述生成单元注入所述参考信号。
根据此构成，虽然会出现从电源打开到摄像开始为止的时间延迟， 但是可以检测出在将要启动之前的故障，并且还可以检测出摄像过程 中所出现的故障，对于用户而言效率较高。
在此，也可以是所述固体摄像装置被安装在汽车上；所述控制单 元控制所述快门单元，从而使所述快门单元在车速为阈值以下时至少 进行一次遮光动作，同时控制所述生成单元，从而使所述生成单元注 入所述参考信号。
根据此构成，即使在阈值以下的低速时，出现摄像一时中断，也 可以及时发现行走中或停车时所发生的故障。
在此，也可以是所述控制单元控制所述快门单元，从而使所述快 门单元定期地进行遮光动作，同时所述控制单元控制所述生成单元， 从而使所述生成单元注入所述参考信号。
根据此构成，即使按照一定的周期进行的摄像发生了一时中断， 也必定可以发现从故障发生开始一定时间以内的故障。
在此，也可以是所述生成单元包括多个参考信号发生单元以及 多个选择单元，所述多个参考信号发生单元与所述多个光电转换单元相对应；所述多个选择单元与所述多个光电转换单元相对应；所述固 体摄像装置包括选择控制单元，该选择控制单元在摄像时控制选择单 元；各参考信号发生单元生成所述参考信号；各选择单元被设置在光 电转换单元和所述读出单元之间，对信号和参考信号中的某一方进行 选择，所述信号由光电转换单元生成，所述参考信号由参考信号发生 部生成。根据此构成，不必对多个光电转换单元进行遮光，在将要幵始摄 像之时以及开始摄像之时，通过选择单元选择参考信号，可以检测出 从各选择单元到各选择单元所对应的读出单元以及到通过传输路径的 输出单元为止的路径上的故障。在此，也可以是所述选择控制单元控制选择单元，从而使选择单 元对信号和参考信号以规定的数量为单位交替地进行选择，所述信号 由光电转换单元生成，所述参考信号由参考信号发生部生成。根据此构成，在一次摄像时，能够进行有效像素区域中所希望的 区域的影像信号处理，同时还能够进行其它区域的故障检测。并且， 可使所希望的区域的系统设计自由度提高。并且，在摄像的同时，可 以检测出从各选择单元到通过与该各选择单元相对应的读出单元以及 传输路径的输出单元为止的路径上是否出现故障。在此，也可以是，所述规定的数量是以下数量中的某一个，即 1;相当于一行的光电转换单元的数量；相当于一行的光电转换单元 的数量的倍数；相当于一列的光电转换单元的数量；相当于一列的光 电转换单元数量的倍数；所述多个光电转换单元的数量；以及所述多 个光电转换单元的数量的倍数。根据此构成，在摄像的同时，可以检测出从各选择单元到通过与 该各选择单元相对应的读出单元以及传输路径的输出单元为止的路径 上是否出现故障。在此，也可以是，多个参考信号发生单元的个数与所述多个光电 转换单元的个数几乎相同；各个选择单元与一个所述参考信号发生单 元相连接。根据此构成，不仅对受光面中具有遮光膜的光学黑区域，而且对不具有遮光膜的有效像素区域，也可以得到几乎为100%的故障检测率。并且，也可以是，多个参考信号发生单元的个数比所述多个光电转换单元的个数少；至少一个所述参考信号发生单元与两个以上的选 择单元相连接。根据此构成，可以得到几乎为100%的故障检测率，并可以抑制电 路规模的增加。在此，也可以是各参考信号发生单元与N个选择单元相连接，且N 为2以上。根据此构成，通过使每N个选择单元共同使用一个参考信号发生 单元，从而可以抑制电路规模的增加。并且，也可以是所述选择控制单元对第一工作和第二工作进行选 择性地控制，所述第一工作是指不使选择单元选择所述参考信号， 而使选择单元选择由光电转换单元生成的信号，以及进行摄像；所述第二工作是指对所述参考信号和由光电转换单元生成的信号，以规定的数量为单位交替地进行选择，以及进行摄像。根据此构成，可以兼用摄像工作和故障检测工作，并可以及时发 现故障。在此，也可以是所述选择控制单元在所述第一工作和所述第二工 作采用速度相同的工作时钟。根据此构成，可以不必使工作时钟快速化，并可以兼用摄像工作 和故障检测工作。在此，也可以是所述选择控制单元在所述第二工作采用的工作时 钟比在所述第一工作的工作时钟快。根据此构成，在可以使工作时钟的快速化的固体摄像装置，可以 兼用摄像工作和故障检测工作，而且，可以得到与通常的摄像工作相 等的帧速率。
在此，也可以是所述选择控制单元进一步对第三工作进行选择性地控制，所述第三工作是指使选择单元选择所述参考信号，而不选 择光电转换单元所生成的信号，以及进行摄像。根据此构成，可以在不影响到摄像的同时进行故障检测工作。在此，也可以是所述多个参考信号发生单元包括第一信号发生单 元以及第二信号发生单元，所述第一信号发生单元产生作为参考信号 的第一固定电平，所述第二信号发生单元产生作为参考信号的第二固 定电平，第一信号发生单元以及第二信号发生单元的排列是有规则的。根据此构成，通过由两种参考信号来进行故障检测工作，因此可 以检测出偶尔被固定为与第一或第二固定电平相同的电平的故障。在此，也可以是第一信号发生单元以及第二信号发生单元有规则 地排列在所述光电转换单元的行方向上。根据此构成，通过由两种参考信号来进行故障检测工作，因此可 以检测出偶尔被固定为与第一或第二固定电平相同的电平的故障。在此，也可以是第一信号发生单元以及第二信号发生单元有规则 地排列在所述光电转换单元的列方向上。根据此构成，在像素部的读出顺序为行方向的顺序的情况下，可 以更正确地检测出故障。在此，也可以是，所述固体摄像装置进一步包括第一判断单元， 以判断所述输出单元所输出的参考信号作为所述第一固定电平是否在 正常范围内，所述正常范围是指上限值和下限值之间的范围；第二判 断单元，判断所述输出单元所输出的参考信号作为所述第二固定电平是否在被视为正常范围的上限值和下限值之间的范围；以及异常判断单元，根据第一信号发生单元以及第二信号发生单元的排列规则和第 一以及第二判断单元的判断结果，在发生异常的情况下输出检测信号。并且，本发明的摄像机包括M个所述固体撮像装置，且M为2以 上；判断单元，根据所述M个固体摄像装置所输出的参考信号来判断 故障；信号处理单元，对M个固体摄像装置中的m个固体摄像装置的
输出信号进行处理，且m为1以上；以及切换控制单元，在所述m个 固体摄像装置的某一个被判断为故障时，作为向信号处理单元的输出 源，从被判断为故障的固体摄像装置切换为没有被判断为故障的固体 摄像装置。根据此构成，在检测出故障时能够马上补救，用户委托修理，从 而可以解除因迫不得已而无法使用的期间。在此，也可以是，所述切换控制单元将所述m个固体摄像装置以 外的固体摄像装置设为非工作状态；所述切换控制单元在所述m个固 体摄像装置中的某一个被判断为故障时，将被判断为故障的固体摄像 装置变更为非工作状态，将没有被判断为故障的固体摄像装置变更为 工作状态。在此，也可以是，所述切换控制单元通过对给固体摄像装置供电 进行控制，来变更工作状态和非工作状态。在此，也可以是，所述切换控制单元通过对给固体摄像装置的驱 动信号进行控制，来变更工作状态和非工作状态。在此，也可以是，所述切换控制单元将向M个固体摄像装置供电 的电源设为常时供电状态，且通过开始或停止向固体摄像装置提供驱 动信号，来变更工作状态和非工作状态。根据此构成，通过处于常时供电状态，可以快速地从非工作状态 切换为工作状态。在此，也可以是，所述切换控制单元通过对给固体摄像装置的驱 动信号的电平进行固定，从而将工作状态变更为非工作状态。在此，也可以是，所述摄像机至少还包括一个光学系统，该光学 系统将入射光导入到两个以上的固体摄像装置中。并且，本发明的摄像机、汽车、监视装置也具有与上述相同的单元。通过本发明的固体摄像装置，根据被输出的参考信号，可以容易 地检测出传输路径的异常等固体摄像装置的故障。为此，在发货后检1 测出固体摄像装置的故障时，在具有该固体摄像装置的系统中，通过 将出了故障的固体摄像装置更换为新的固体摄像装置，从而使质量水 平得以升高，这样系统即使在严峻的使用环境下，也可以满足长久的 耐用年数。这样，固体摄像装置的生命周期即使比系统短，也可以满 足系统所要求的耐用年数，即使在严峻的使用环境中，也可以通过更 换来维持质量水平。并且，可以避免成本升高，并可以容易地催促将出了故障的固体 摄像装置更换为新的固体摄像装置。


图1是实施例1中的摄像机系统的构成方框图。图2A是一汽车的侧面图，该汽车侧面图示出了车载摄像机时，摄 像机位置的一个例子。图2B是一汽车的正面图，该汽车的正面图示出了摄像初J立置的一 个例子。图2C是一汽车的俯视图，该汽车的俯视图示出了摄像机位置的一 个例子。图3是固体摄像元件的构成方框图。图4示出了像素部Pl所对应的输出波形。图5示出了像素部Bl所对应的输出波形。图6A示出了像素部Sl所对应的输出波形。图6B示出了像素部Sl所对应的出现故障时的输出波形。图6C示出了像素部Sl所对应的出现故障时的另一输出波形。图7是判断部详细构成的方框图。图8是像素部Sl的详细构成的方框图。图9是在像素部Sl发生参考信号时的时序图。图10是示出电极IS、电极IG以及光电二极管的电位图。图ll是显示示例图。
图12是摄像机系统的变形例的方框图。图13是实施例2中的固体摄像元件的构成方框图。图14是实施例3中的固体摄像元件的构成方框图。图15A是像素部S3的详细构成电路图。图15B是像素部S3的另一详细构成电路图。图16是固体摄像元件的变形例的构成方框图。图17是固体摄像元件的变形例的另一构成方框图。图18是实施例4中的摄像系统构成的方框图。图19是固体摄像元件的构成方框图。图20是其它固体摄像元件的构成方框图。图21A是检测出故障的第一定时的示例图。图21B是检测出故障的第二定时的示例图。图21C是检测出故障的第三定时的示例图。图22A是检测出故障的第四定时的示例图。图22B是检测出第四定时的另一示例图。图23是实施例5中的摄像系统的构成方框图。图24是固体摄像元件的像素部的方框图。图25A是输出参考信号的第一驱动例的图。图25B是输出参考信号的第二驱动例的图。图25C是输出参考信号的第三驱动例的图。图25D是输出参考信号的其它的驱动例的图。图26是固体摄像元件的第一驱动例的图。图27是固体摄像元件的第二驱动例的图。图28是实施例6中的像素部的构成电路图。图29是像素部其它的构成的电路图。图30A是实施例7中的M0S (金属氧化物半导体)型固体摄像元件 的构成方框图。图30B是AM0S型固体摄像元件的变形例的方框图。
图31是CCD (电荷藕荷器件)型固体摄像元件的构成方框图。图32是判断部的构成方框图。图33是实施例8中的摄像机的构成方框图。符号说明2垂直传输部 3水平传输部 4输出放大器 5参考信号发生部 6垂直扫描部 7水平扫描部 8输出放大器11、21、 32固体撮像装置12驱动部13信号处理部14判断部20显示部30显示控制部40电源部101摄像机Sl、S3、 Bl、 B3、 Pl、 P3 像素部Trl传输晶体管Tr2复位晶体管Tr3输出晶体管Tr4选择晶体管Tr5注入晶体管Rl电阻具体实施方式
(实施例l )图1是实施例l中的摄像机系统构成的方框图。此图中的摄像机系统包括n个摄像机101 10n、显示部20、显示控制部30以及电源 部40。各摄像机包括固体摄像元件11、驱动部12、信号处理部13 以及判断部14。固体摄像元件11按照驱动部12所提供的各种驱动信号来输出多 个像素的信号。多个像素的信号中含有具有固定电平的参考信号，该 固定电平的参考信号用于检测工作不良，即用于判断故障。驱动部12 通过输出各种驱动信号来驱动固体摄像元件11。信号处理部13根据多 个像素的信号来生成图像，所述多个像素的信号是由固体摄像元件11 所输出的。判断部14通过对固体摄像元件11所输出的参考信号的电 平进行适当与否的判断，从而检测如传输路径的异常等固体摄像元件 11的故障。这样，摄像机101在固体摄像元件11出现故障的情况下， 输出表示此故障消息的检测信号。其它的摄像机也是同样的构成。显示部20对各摄像机的图像进行恰当地显示，在从某一个摄像机输入了表示故障的检测信号的情况下，则显示催促消息，该催促消息 示出是哪一个摄像机发生了故障，以及应该检查哪一个摄像机或应 该更换哪一个摄像机。显示控制部30控制显示部20的显示，特别是要监视是否有来自n 台摄像机的检测信号，当从某一个摄像机输入有检测信号的情况下， 使显示部20显示所述消息，并通过车内的扬声器输出消息或警告灯的 点亮或警告灯的闪烁，来警告摄像机发生故障之事宜，从而催促检查 或更换。电源部40在从某一个摄像机输入有检测信号的情况下，就停止向 该摄像机的固体摄像元件11以及驱动部12供电。据此，就可以防止 因发生故障的固体摄像元件11的不稳定的工作而导致的对正常部分的 不良影响。
图2A 图2C分别示出了在图1中的摄像机系统被搭载到汽车的情 况下，摄像机的车载位置的一个例子的侧面图、正面图以及俯视图。 在图2A 图2C示出了图1所示出的摄像机101 10n为八个摄像机 101 108的情况下，摄像机101 108的车载位置cl c8的示例图。 摄像机101 108的车载位置分别为右后视镜的下部或前部cl，左后 视镜的下部或前部c2，前保险杆右c3、前保险杆左c4、后保险杆右 c5、后保险杆左c6、室内镜位置c7、后玻璃的上部中央附近c8等。 除此之外，车载位置还可以是前保险杆的中央、车顶前方的右侧、左 侧或中央等，只要是能够拍摄到驾驶人员的视角死角的位置或监视对 象等位置即可。图3是图1所示的固体摄像元件11的构成方框图。图3中的固体 摄像元件11包括多个像素部、多个垂直传输部2、水平传输部3以 及输出放大器4。所述多个垂直传输部2，与所述像素部的各列相对应， 并传输从相对应的列的像素部读出的信号电荷；所述水平传输部3，传 输从多个垂直传输部2所传输来的信号电荷；以及所述输出放大器4， 将水平传输部3所输出的信号电荷转换为电压信号。多个像素部包括三种像素部。图中记作P的多个像素部Pl为未被 遮光的通常的像素部，按照入射光量生成信号。记作B的多个像素部 Bl与像素部Pl的结构相同，但由于被遮光，因此输出光学上的黑像素。 记作S的多个像素部Sl除具有与像素部Pl相同的结构以外，还具有 基准电荷注入部，通过被遮光从而输出基准电荷。此基准电荷是指， 在通过输出放大器4被输出时，成为达到所述参考信号的量的电荷。 在图3中，虽然像素部Bl和像素部Sl被遮光，但在摄像机具有机械 快门的情况下，像素部S1也可以不被遮光。并且，在图3中具有基准 电荷注入部的像素Sl被设置在所有的垂直传输部2的最上游的像素位 置上。据此，参考信号可由所有的传输路径来传输，因此可以容易地 检测出是传输路径的哪个地方工作不良。不过，在这种情况下因为一 行中的像素S1都要具备基准电荷注入部，所以会造成电路规模变大。
并且，具有基准电荷注入部的像素Sl也可以被设置在水平传输部3的 最上游处所连接的垂直传输2的最上游。在这种情况下，由于参考信 号由传输路径中的一个垂直传输部2和水平传输3所组成的最长的路 径来传输，因此，可以至少检测出最长路径中的哪个地方发生了工作 不良，或因参考信号是最后被输出的所以可以检测出到输出为止所发 生的工作不良。而且，可以将基准电荷注入部的电路规模减小到最低 限。并且，像素S1也可以至少被设置在一个垂直传输部2上。图4示出了像素部P1的信号电荷所对应的输出放大器4的输出波 形。在此图中虽然示出了像素部P1的信号电荷在饱和时的最大电平的 输出波形，但也可以是根据像素部P1的信号电荷，按照入射的光量， 信号电平的值可从零取到最大电平。图5示出了像素部B1的信号电荷所对应的输出放大器4的输出波 形。在此图中，像素部B1的信号电荷几乎为零，因此输出波形的信号 电平也几乎为零。图6A示出了像素部S1所对应的输出波形。在此图中，像素部S1 的信号电荷是由参考信号发生部注入的。此输出波形为参考信号的信 号电平，为了使信号电平的值处于零和最大值之间的中间值，而对从 参考信号发生部注入的电荷量进行规定。图6B和图6C示出了像素部Sl所对应的发生故障时的输出波形。 在图6B示出的输出波形中，参考信号的信号电平较小，在图6C示出的输出波形中，参考信号的信号电平较大。不论哪个例子的参考信号 都表示从像素部S1到输出放大器4未被正常传输。即表示，从像素部 Sl到输出放大器4的传输路径中的某个地方出现动作不良，发生了故 障。图7是判断部14的详细构成的示例方框图。在此图中，判断部14 包括比较器15、 16以及"或"电路17。输入信号为来自像素部S1所 对应的输出放大器4的信号。比较器15对输入信号和上限值ThH进行 比较，若输入信号比上限值大则输出"1 "。比较器16对输入信号和下限值ThL进行比较，若输入信号比下限值小则输出"1"。在输入信 号为上限值ThH和下限值ThL的范围外时，"或"电路17输出"1"。 此输出信号为表示发生故障的检测信号。图8是像素部Sl的详细构成的方框图。在此图中示出了像素部Sl 和垂直传输部2以及读出栅极RG，该读出栅极RG将电荷从像素部Sl 读出到垂直传输部2。像素部Sl中的光电二极管PD被施加有IS电极 和IG电极。IS电极是用于提供注入电荷的电极，如图9所示，IS电 极被施加有负的脉冲，该负的脉冲使电压VH变为电压VM。在此，电压 VH是比电压VM高的电压。IG电极是使IS电极所提供的注入电荷成为 固定的电荷量的电极，如图9所示， 一直被施加有固定的电压。图9是示出像素部Sl中注入电荷的情况下的IS电极和IG电极的 电压的时序图。并且，图10示出了电极IS、电极IG以及光电二极管 的电位。在图10中，区间A和B分别与图8的IS电极的宽A和IG电 极的宽B相对应。区间B的右侧表示在光电二极管PD中从基板表面延 伸到基板深度方向的电位。而且，在基板上被施加有基板偏置电压 VSUB，在光电二极管PD上形成有电位的溢出势垒(OBF:overflow barrier)。在图9以及图10的初期状态(通常状态)的区间I ,由于 IG电极的电位比IS电极的电位高，因此电荷不被注入。在参考信号注 入的区间II，由于IG电极的电位比IS电极的电位低，因此电荷从IS 电极被注入到光电二极管PD。在下一个区间III,注入的电荷被蓄积 在光电二极管PD。在区间IV,通过将高电压脉冲施加到读出栅极RG (从电压VM到VH)，电荷则通过读出栅极RG从像素部Sl被读出到垂 直传输部2。这样，电荷从IS电极被注入到像素部S1的光电二极管PD，而且 被读出到垂直传输部2。而且，在图10中是饱和电荷量的电荷被注入 到光电二极管PD，通过将IG电极的电位设定为比OBF的峰值低的电位， 从而可以对注入的电荷量进行任意设定，例如注入电荷量可以是电荷 为零或饱和电荷量的中间值等。
并且，图10中向像素部Sl的电荷注入可以在通常的固体摄像元件11的摄像模式中执行，也可以在仅对参考信号进行读出的模式中执行。这些均由驱动部12所驱动。图11示出了显示部20的一个显示例子。在此图中示出了检测信 号被输出时的显示部20的显示例子，所述检测信号示出了某一摄像机 所发生的故障。在此图中示出了汽车以及表示发生了故障的摄像机的 图符，而且还示出了警告消息，即"摄像机2发生异常，请检查"。此 时，表示发生了故障的摄像机的图符可以为闪烁显示，也可以釆用引 人瞩目的颜色来显示。并且，也可以对警告消息用语音来输出。也可 以使警告等点亮或闪烁。并且，显示部20也可以兼用作汽车导航系统 的显示屏幕。图12是摄像机系统的变形例的方框图。在此图中，摄像机系统可 以作为家庭中的监视装置使用。摄像机的设置位置cll为天花板，此 摄像机可旋转，以此来确保此摄像机在360度范围内摄像。据此，可 以用来监视需要看护的人。摄像机的设置位置c12为门口的上方。摄 像机的设置位置c12为窗户或浴室的上方。其它的设置位置也可以是 屋顶、屋顶内、地板下面等，可以加强防犯。而且，监视装置不仅可以适用于家庭，而且还可以适用于企业建 筑物、车站、学校、以及政府机关等。而且，在本实施例中，虽然例举了将基准电荷注入部设置在水平 传输部3的最上游所连接的垂直传输部2的最上游，但也可以设置在 接近于最上游的位置。并且，水平传输部3的传输段数为IOOO段的情况下，即使将基准 电荷注入部设置在从最上游到数十段左右为止，也可以得到与本实施 例同样的效果。 (实施例2 )本实施例中的摄像机系统的构成几乎与图1相同，不同之处是， 代替固体摄像元件11的是具备图13所示的固体摄像元件21。以下，
对不同之处进行详细说明，相同之处省略说明。图13是实施例2中的固体摄像元件21的构成方框图。此图中的 固体摄像元件11与图3所示出的固体摄像元件11相比,不同之处是 新增加了参考信号发生部5以及以像素部Bl来取代所有的像素部Sl。参考信号发生部5将参考信号所对应的基准电荷注入到各垂直传 输部2的最上游。据此，则不需要像素部S1的电荷注入部。参考信号 发生部5具有如图8所示的IS电极以及IG电极，对多个垂直传输部2 同时注入基准电荷。并且，参考信号发生部5的详细情况例如日本专 利"特开2004-364235号公报(图3)"所公开的。据此构成，基准电荷不是被注入到像素部而是被注入到垂直传输 部2。基准电荷被传输到传输路径中除像素部以外的所有路径，因此， 可以检测出传输路径中所有位置的工作不良。而且，参考信号发生部5也可以将基准电荷注入到任一个垂直传 输部2。在这种情况下可以减小参考信号发生部5的电路规模。并且， 参考信号发生部5也可以将基准电荷注入到水平传输部3的最上游所 连接的垂直传输部2。并且，所述图8以及图13中，即使参考信号发生的基准电荷的注 入量参差不齐，通过对Vsub (基电极)进行控制，也可以较为容易地 维持并输出稳定的信号电平。 (实施例3)本实施例中的摄像机系统的构成几乎与图1相同，不同之处是取 代固体摄像元件11的是具有图14所示的固体摄像元件31。以下，将 以不同之处为中心进行说明，省略相同之处的说明。图14是实施例3中的固体摄像元件31的构成方框图。此图中的 固体摄像元件31包括被排列为矩阵状的多个光电转换部、垂直扫描 部6、水平扫描部7以及输出放大器8,所述垂直扫描部6按顺序选择 光电转换部的行，所述水平扫描部7按顺序选择光电转换部的列，所 述输出放大器8通过每个列的输出线输出信号，所述每个列输出线用
于传输被选择的行且被选择的列的光电转换单元所读出的信号。
多个像素部由三种像素部构成。图中记作P的多个像素部P3是没 有被遮光的通常的像素部，并按照入射光量生成信号。记作B的多个 像素部B3与像素部P3结构相同，但由于被遮光，因此输出光学上的 黑像素。记作S的多个像素部S3与像素部P3结构相同，并且还增加 了基准电荷注入部，通过被遮光而输出基准电荷。此基准电荷通过输 出放大器8被输出时，是成为达到所述基准信号的量的电荷。在图14 中，像素部B3和像素部S3被遮光，在摄像机具有机械快门的情况下， 像素部S3也可以不被遮光。并且，在图14中，具有基准电荷注入部 的像素S3是作为最上边一行的像素被设置的，也可以作为最下边一行 的像素被设置。像素S3也可以被设置在垂直扫描部6最后所选择的行。 在这种情况下，由于参考信号由最后选择的行的像素部S3输出，因此， 只有垂直扫描部6的扫描直到最后为止都为正常的情况下，参考信号 才被输出，这样可以在确认正常的垂直扫描之后检测出工作不良。并 且，由于在水平扫描部7最后的扫描，参考信号被依次输出，因此， 可以在确认正常的水平扫描的同时检测出动作不良。
图15A是示出像素部S3的详细构成的电路图。在此图中，像素部 S3包括光电二极管PD、传输晶体管Trl、浮动扩散层FD、复位晶体 管Tr2、输出晶体管Tr3、选择晶体管Tr4、电阻R1、以及注入晶体管 Tr5。其中，除去电阻Rl以及注入晶体管Tr5的电路部分，与像素部 P3的电路构成相同。换而言之，与像素部P3相比，像素部S3在构成 上增加了电阻R1以及注入晶体管Tr5。
电阻R1以及注入晶体管Tr5构成基准电荷注入部。注入晶体管Tr5 的栅极上被施加有通过电阻R1的第一电压，因此在漏极输出第二电压。 此第二电压为一个值，该值是将基准电荷的电荷量注入到光电二极管 PD的值。通过将此第二电压施加到光电二极管PD，从而光电二极管PD 蓄积基准电荷。而且，第二电压是根据电压V1、电阻R1的电阻值以及 第一电压而被设定的。电压V1可以是固定值(例如VDD (电源电压))，
也可以作为在注入电荷时的脉冲来施加。在因传输信号TR而传输晶体管Trl被导通时，光电二极管PD中 所蓄积的基准电荷被传输到浮动扩散层FD。在此传输前，因复位信号 RESET而使复位晶体管Tr2导通时，浮动扩散层FD被复位到电位VDD。 浮动扩散层FD被复位后，基准电荷通过传输晶体管Trl，从光电二极 管PD被传输到浮动扩散层FD。而且，输出晶体管Tr3将浮动扩散层. FD的电荷转换为电压。在选择晶体管Tr4由垂直扫描部6选择后，输 出晶体管Tr3将转换后的电压输出到输出线上。此输出电压作为参考 信号由输出放大器8输出。图16、图17是示出固体摄像元件31的变形例的构成电路图。图 16、图17中的像素部S3均具有基准电荷注入部，在行与列的交点的 像素位置上仅设置一个所述像素部S3，所述行与列均为最后被选择的 行与列。在此情况下，参考信号从最后被选择的像素中输出，因此， 只有在垂直扫描部6以及水平扫描部7的扫描直到最后位置都正常的 情况下，参考信号才会被输出，这样可以在确认正常的扫描之后检测 出工作不良。而且，像素部S3只有一个，从而可以使电路规模的增加 降到最低限。并且，像素部S3也可以处于至少一条输出线的最上游(离输出放 大器8最远)的像素位置。据此，由于参考信号是从输出线的最上游 的像素部S3输出的，因此，可以检测出工作不良发生在输出线的哪一 个地方。并且，因为只具有一个像素部S3，所以可以使电路规模的增 加降到最低限。反之，若将像素部S3设置在所有的输出线的最上游， 虽然电路规模会增大，但是可以检测出所有的输出线的工作不良。 (实施例4 )本实施例中的摄像机系统的构成是，对于发生故障的地方为了尽 可能地检测出来，因而具有机械的快门(以下称为机械快门)，通过以 遮住入射光的状态，将电荷从参考信号发生部注入到被复位的像素部， 从而参考信号可以由所述像素部输出。
图18是示出实施例4中的摄像机系统的构成方框图。此图与图1 相比不同之处是，取代摄像机101 10n的是具备了摄像机401 40n。 以下，将以不同之处为中心进行说明，对相同之处省略说明。摄像机401 40n分别包括固体摄像元件411、驱动部412、信 号处理部413、判断部414、机械快门415、以及光学透镜416。固体 摄像元件411包括参考信号发生部，该参考信号发生部不仅针对一部 分像素并且还针对所有像素，为了产生参考信号而注入电荷。驱动部 412除进行通常的摄像工作驱动以外，还进行控制，在故障检测模式中 关闭机械快门415，使参考信号注入到所有像素。信号处理部413与信 号处理部13相同。判断部414在故障检测模式对所有像素进行判断， 该判断与实施例1所示的判断部14的工作相同。图19是示出固体摄像元件411的构成的方框图。在此图中示出的 是，固体摄像元件411为MOS (金属氧化物半导体)型的情况下的固体 摄像元件411m的构成。如此图所示，固体摄像元件411m的所有像素 均被形成为像素部S3s。不过，在本实施例中不仅光学上的黑像素，而 且有效像素区域内的所有像素均附加有基准电荷注入部，所述光学上 的黑像素是指被遮光膜覆盖的区域(OB区域)，所述有效像素区域是指 OB区域内侧没有被遮光膜覆盖的区域。各像素部S3s的构成在图15B 中示出。图15B与图15A相比，不同之处在于增加了开关SW1。除这一 点以外与以前所述内容相同，故省略说明，在此将以不同之处为中心 进行说明。开关SW1是开关晶体管，在将参考信号注入到光电二极管 PD时，导通或截止注入工作，所述参考信号是由参考信号发生部(即 电阻R1以及注入晶体管Tr5)产生的。开关SW1在检测故障时处于导 通状态。开关SW1在处于导通状态时，机械快门415必需要处于关闭 状态。像素部S3s中向参考信号的光电二极管PD的注入时间，最好是所 有的像素部S3s都为相同的时间。例如，在复位各光电二极管PD中所 蓄积的信号电荷之后，使开关SW1在一定的时间内处于导通状态。或
者，也可以是在复位各光电二极管PD中所蓄积的信号电荷之后，使开 关SW1在一定的时间内处于导通状态，并在这种导通状态下，在经过 了一定时间时，参考信号可由输出晶体管Tr3来读出。图20是示出固体摄像元件的其它构成例的方框图。在此图中示出 了固体摄像元件411为CCD (电荷耦合元件)型的情况下的固体摄像元 件411c的构成。如此图所示，固体摄像元件411c的所有像素均被形 成为像素部S2。与图19相同，不仅光学上的黑像素，而且有效像素区 域内的所有像素均附加有基准电荷注入部，所述光学上的黑像素是指 被遮光膜覆盖的区域(OB区域)，所述有效像素区域是指OB区域内侧 没有被遮光膜覆盖的区域。各像素部S2的构成与图8相同。此像素部 S3中向参考信号的光电二极管PD的注入时间，最好是所有的像素部 S3都为相同的时间。例如，可以是在复位各光电二极管PD中所蓄积的 信号电荷之后，在经过了一定时间时，参考信号可由输出晶体管Tr3 来读出。而且，像素部S2中向参考信号的光电二极管PD的注入也与 上述相同。其次，将对驱动部412在故障检测模式时的工作定时进行说明。 图21A示出了在打开摄像机电源之后马上进行故障检测的第一定 时的例子。此图的纵轴表示机械快门415的开、关状态(上为闭，下 为开)。横轴表示时间。期间T1为从打开电源到操作安定为止的期间， 此时机械快门415处于关闭状态。期间T2是为了在期间Tl之后能够 马上检测故障而设置的期间，驱动部412对机械快门415进行控制， 若机械快门415处于打开状态就使其关闭，在期间T2经过后使机械快 门415打开。驱动部412在此期间T2内对基准电荷注入部进行控制， 以将基准电荷注入到所有的像素部，从而使故障检测工作至少进行一 次，并且进行驱动，从而使参考信号从各像素输出到判断部414。期间 T3为摄像期间，驱动部412在此期间进行驱动，从而使摄像工作以通 常状态进行。并且，当有电源关闭操作时，驱动部412则使机械快门 415关闭，结束处理。
根据所述的第一定时的例子，可以检测出到摄像机电源将要被打 开之前所发生的故障，但从摄像机电源打开到摄像开始为止，多少会 发生一些时间延迟。图21B示出了到摄像机的电源关闭之前进行故障检测的第二定时 的例子。与图21A不同之处是，取代期间T2的是存在期间T4。若有电 源关闭操作，则驱动部412使机械快门415关闭，并驱动故障检测工 作，使故障检测工作至少工作一次，在期间T4经过后结束处理。根据所述的第二定时的例子，从摄像机电源打开到摄像开始为止 不会发生时间延迟。并且，在电源关闭之前所发生的时间延迟对用户 而而言不成问题。但是，对于上次电源关闭后到电源打开之前所发生 的故障不能检测出来，因此摄像工作是在发生了故障的状态下进行的。图21C示出了在摄像机的电源打开之后以及电源关闭之前，进行 故障检测的第三定时的例子。此图是图21A的前半部分和图21B的后 半部分结合起来的图。根据第三定时的例子，尽管在从打开电源到开始摄像为止发生时 间延迟，但是，可以检测在将要启动之前的故障，并且对于摄像过程 中所发生的故障也可以检测，因此对于用户而言效率较高。而且，可以结合使用图21A、图21B、图21C来对驱动部412的故障检测模式的工作定时进行说明。图22A示出了故障检测的第四定时的例子。此图的纵轴表示安装 有摄像机的汽车的速度。横轴表示时间和机械快门415的开、关状态 (实线为开、虚线为关)。对于图中的故障检测速度，即使中断摄像也 能够表示非常安全的速度，当然，这也取决于摄像机的用途。例如， 若是用于监视前方的摄像机，则速度为几km/h 30km/h，若是用于监 视后方的的摄像机，则速度为几km/h，若是用于监视是否有人的存在 的摄像机，则速度为0km/h或接近于0km/h。如此图所示，若车速低于 故障检测速度的情况下，则驱动部412使机械快门415关闭，若车速 高于故障检测速度的情况下，则驱动部使机械快门415打开。而且，
驱动部412在机械快门415关闭之后马上(关闭Ts秒后)驱动故障检 测工作，在机械快门415关闭的状态下，从上一次故障检测到经过了 一定时间Tr时，驱动故障检测工作。根据第四定时的例子，车速在故障检测速度以下的低速度时，尽 管摄像会被一时中断，但可以早期发现行走中或停车时所发生的故障。图22B示出了故障检测第五定时的例子。在此图中，驱动部412 在不考虑车速的情况下，每隔一定的期间(时间Tt)就使机械快门415 关闭，并驱动故障检测工作。由于在通常的摄像中被强制地进行了周 期性的故障检测，因此希望尽量縮短机械快门415的关闭时间。根据第五定时的例子，尽管周期性地摄像会被一时中断，但对于 行走中或停车时所发生的故障，可以在从故障发生开始的一定时间内 发现故障。(实施例5)在本实施例中将对这样一种摄像机系统迸行说明，这种摄像机系 统可以在即使不并用机械快门，也能够在使用过程中对所有像素的故 障进行检测。图23是实施例5中的摄像机系统的构成的方框图。此图与图18 相比，不同之处是取代摄像机401 40n而具有摄像机501 50n。以下将以不同之处为中心进行说明，对于相同之处省略说明。摄像机501与图18的摄像机401相比，取代固体摄像元件411以 及驱动部412的是具有固体摄像元件511以及驱动部512。固体摄像元 件411的构成是，基准电荷发生部将基准信号电荷注入到像素，而在 固体摄像元件511的构成则是，基准电荷发生部不将基准信号电荷注 入到像素，而是输出参考信号。据此，在没有机械快门的情况下，也 可以输出参考信号。图24是固体摄像元件511内的像素部的详细构成方框图。此图与 图15A相比不同之处是，新增加了电容器C1和选择部SEL1。电容器C1和电阻R5、晶体管Tr5构成参考信号发生部，且电容器
保存基准电荷。选择部SEL1对光电二极管PD和电容器Cl的一端进行 选择。被选择的信号电荷或基准电荷通过传输晶体管Trl，被读出到浮 动扩散层FD。驱动部512对选择部SEL1进行控制，使得在通常的摄像 中选择光电二极管PD，在故障检测工作中选择电容器C1。由于在故障检测工作中光电二极管PD被断开，因此即使快门处于 打开的状态，也可以检测出从参考信号发生部到固体摄像元件511的 输出端子之间各路径中的异常。图25A示出了驱动部512的第一驱动例子。此图中的横轴表示时 间。驱动部512以帧为单位控制选择部SEL1,从而使光电二极管PD 的信号输出和参考信号发生部的参考信号的输出进行切换。即，驱动 部512对以下的输出进行驱动，即构成(n — l)帧的各像素的光电 二极管PD的信号输出、构成(n—l)帧的各像素的参考信号发生部的 参考信号输出、构成n帧的各像素的光电二极管PD的信号输出、构成 n帧的各像素的参考信号发生部的参考信号输出、构成(n+l)帧的各 像素的光电二极管PD的信号输出、构成(n + l)帧的各像素的参考信 号发生部的参考信号输出......。图25B示出了驱动部512的第二驱动的例子。在此图中驱动部512 以行为单位控制选择部SEL1，从而使光电二极管PD的信号输出和参考 信号发生部的参考信号的输出进行切换。即，驱动部512对以下的输 出进行驱动，即构成(n — l)行的各像素的光电二极管PD的信号输 出、构成(n — l)行的各像素的参考信号发生部的参考信号输出、构 成n行的各像素的光电二极管PD的信号输出、构成n行的各像素的参 考信号发生部的参考信号输出、构成(n+l)行的各像素的光电二极 管PD的信号输出、构成(n + l)行的各像素的参考信号发生部的参考 信号输出..... 。图25C示出了驱动部512的第三驱动的例子。驱动部512以列为 单位控制选择部SEL1，使光电二极管PD的信号输出和参考信号发生部 的参考信号的输出进行切换。即，驱动部512对以下的输出进行驱动，
即构成(n—l)行的各像素的光电二极管PD的信号输出、构成(n 一l)行的各像素的参考信号发生部的参考信号输出、构成n行的各像 素的光电二极管PD的信号输出、构成n行的各像素的参考信号发生部 的参考信号输出、构成(n+l)行的各像素的光电二极管PD的信号输 出、构成(n + l)行的各像素的参考信号发生部的参考信号输出..... 。而且，图25A、图25B、图25C的驱动例子可以作为通常的摄像工 作经常进行，也可以作为与通常的摄像工作或故障检测工作不同的其 它的摄像兼故障检测模式来进行。图26示出了驱动部512的第四驱动例子。此图中的驱动部512进 行的驱动是，使通常的摄像模式(a)和摄像兼故障检测模式(b)进行切 换。摄像兼故障检测模式(b)中的驱动部512以N (此图中N二3)个像 素为单位，对选择部SEL1进行控制，从而使光电二极管PD的信号输 出和参考信号发生部的参考信号进行切换。图27是驱动部512的第五驱动的例子。驱动部512进行的驱动是， 使通常的摄像模式(a)和摄像兼故障检测模式(b)和倍速模式(c)进行 切换。摄像兼故障检测模式(b)中的驱动部512以N (在此图中N=l) 个像素为单位，控制选择部SEL1，从而使光电二极管PD的信号输出和 参考信号发生部的参考信号进行切换。倍速模式(c)与摄像兼故障检测 模式(b)的驱动相同，只是工作时钟是摄像兼故障检测模式(b)的两倍。 倍速模式(c)与通常的摄像模式(a)相同，可以以帧速率来摄像。而且，在本实施例中也可以是，将对有效像素区域中的所希望的 区域进行映像信号处理以及对其它区域的故障检测，以一次摄像来进 行。例如，若所希望的区域是奇数行的区域，则其它的区域是偶数行 区域。这样，在得到1/2的图像的同时，可以进行1/2区域的故障检 测。此时的驱动部512的驱动例子在图25D中有所示出。而且，在进 行下一个摄像时，若所希望的区域是偶数行的区域，则其它的区域是 奇数行区域。这样，就可以以两次摄像对所有像素的故障进行检测。 并且，所希望的区域可任意被设定为有效像素区域的上下或左右的一
半、或中央部分等。据此，可以在一次摄像中对故障的检测和图像的 取得同时进行。并且，若变更所希望的区域，则可以对所有像素的故 障进行检测。并且，可以提高对所希望的区域的系统设计自由度。 (实施例6 )在实施例4中像素部和参考信号发生部是一对一的，但在本实施例中像素部和参考信号发生部是多对一，以下将对此多对一的例子进 行说明。图28是实施例6中的两个像素部的构成电路图。在此图中，两个 像素部T1、 T2与一个参考信号发生部(电阻R1以及晶体管Tr5)相连 接。开关SW1是用于将基准电荷注入到像素部T1的开关。开关SW2是 用于将基准电荷注入到像素部T2的开关。通过设置这样的开关，可以 使多个像素部共同使用一个参考信号发生部，从而可以减小电路规模。而且，在实施例5像素部和参考信号发生部被设置成一对一，但 也可以与图28相同，即像素部与参考信号发生部被设置为多对一。这 种情况下的构成例子如图29所示。此图中，两个像素部K1、 K2与一 个参考信号发生部(电阻R1、晶体管Tr5以及电容器C1)相连接。选 择部SEL11在光电二极管PD和参考信号发生部这两者之间选择一个， 并将所选择的一方作为向浮动扩散层FD发出传输的一方。选择部 SEL2SW2也是同样。通过设置这样的选择部，可以使多个像素部共同使用一个参考信号发生部，从而可以减小电路规模。而且，图28、 29中共同使用一个基准电荷发生部的像素部的数量不仅限于两个，只要是在基准电荷发生部能够提供电荷的范围内，像 素部的数量无论几个都可以。并且，考虑到参考信号发生部的电荷提 供能力，最好是这些共同使用的像素部不被同时读出。例如，最好是 属于不同的行或不同的列。 (实施例7 )在所述实施例中例举了参考信号为一种的情况，在本实施例中将 对采用多种参考信号的构成进行说明。据此，即使输出信号的电平偶
尔被固定为与参考信号的电平相同时而出现故障的情况下，也可以检图30A是实施例7中的M0S型固体摄像元件的构成方框图。此图 与图19的构成相同，但不同之处是存在三种参考信号发生部。以下将 以不同之处为中心进行说明，对于相同之处省略说明。图30A中的像 素部S3a中附加了第一参考信号发生部，该第一参考信号发生部产生 第一固定电平(称为参考信号a)，并以此第一固定电平作为参考信号。 像素部S3b中附加了第二信号发生部，该第二信号发生部产生第二固 定电平(称为参考信号b)，并以此第二固定电平作为参考信号。像素 部S3c中附加了第三信号发生部，该第三信号发生部产生第三固定电 平(称为参考信号c)，并以此第三固定电平作为参考信号。第一固定 电平a和第二固定电平b以及第三固定电平c彼此的电平是不同的。 第一、第二、第三参考信号发生部可以与图24、图28、以及图29中 的构成相同，通过调整电阻Rl的电阻值，从而可以产生参考信号a、 b、 c。并且，图30A中的记作Sa、 Sb、 Sc的像素部分别与像素部S3a、 S3b、 S3c相同。像素部Sa、 Sb、 Sc排列得比较规则。图30A中，在行方向上像素 部是以Sa、 Sb、 Sc的顺序重复排列的。当像素部的读出顺序是以行方 向进行的情况下，则这种规则的排列比较好。图30B是M0S型固体摄像元件的其它构成的方框图。此图与图30A 相比，像素部是在列方向上以Sa、 Sb、 Sc的顺序重复排列的。当像素 的读出顺序是以列方向进行的情况下，则这种规则的排列比较好。图31是CCD型固体摄像元件的构成方框图。图31中的像素部S2a 中附加了第一参考信号发生部，该第一参考信号发生部产生第一固定 电平(称为参考信号a)，并以此第一固定电平作为参考信号。像素部 S2b和像素部S2c也是同样，附加有第二参考信号发生部和第三参考信 号发生部，分别产生参考信号b和参考信号c。此图与图30B同样，在 列方向上像素部是以Sa、 Sb、 Sc的顺序重复排列的。
图32是三种参考信号所对应的判断部(以下称为扩展判断部)的 构成方框图。此图的扩展判断部包括判断部14a、 14b、 14c、选择器 15、以及选择控制部16。判断部14a与图7所示的判断部14的构成相 同，上限值ThH和下限值ThL是按照参考信号a规定的。判断部14b 和14c也是同样，上限值ThH和下限值ThL是按照参考信号b禾n c规 定的。选择器15从判断部14a、 14b、 14c的判断结果中选择一个。选 择控制部16控制选择器15，从而使选择器15按照固体摄像元件中的 像素部Sa、 Sb、 Sc的排列规则，来选择参考信号a、 b、 c所对应的判 断部14a、 14b、 14c。此时选择控制部16使判断部14a、 14b、 14c中 与目前的参考信号相对应的判断部启动，使除此之外的判断部中止。而且，参考信号的种类不仅限于三种。并且，像素部Sa、 Sb、 Sc 虽然是按照规则排列的，但也可以是随意的。在随意排列的情况下， 选择控制部16按照随意排列的结果来选择判断部14a、 14b、 14c即可。 (实施例8)在本实施例中将对当检测出故障的情况下能够立即恢复的摄像机 系统进行说明。图33是实施例8中的摄像机的构成方框图。此图包括图1所示 出的摄像机101 10n中的至少一个，或图18所示出的摄像机401 40n 中的至少一个。图33与图18的摄像机401相比不同之处是，新增加 了固体摄像元件811、棱镜817、开关部818和819，取代判断部414 的是增加了判断一切换控制部814,以及取代驱动部412的是增加了驱 动部812。以下将以不同之处为中心进行说明，对于相同之处省略说明。固体摄像元件811也可以是与固体摄像元件411相同的固体摄像 元件。在本实施例中，将固体摄像元件811作为固体摄像元件411在 出现故障时的代用元件来说明。棱镜817是将入射光传导到固体摄像元件411和固体摄像元件811的光学系统。开关818是切换开关，其使来自驱动部812的驱动信号输出到固
体摄像元件411或固体摄像元件811。开关819是选择开关，选择固体摄像元件411的输出信号或固体 摄像元件811的输出信号。被选择的输出信号被输入到信号处理部 413。判断一切换控制部814除具有图32所示的判断部的功能以外，其 还在固体摄像元件411被判断为故障时，将固体摄像元件411切换为 非工作状态，将固体摄像元件811切换为工作状态。在从工作状态变 更为非工作状态需要固定给固体摄像装置411的驱动信号的电平。例 如，可以将I/0 (输入/输出)端子设定为低电平，或GND (接地)设 定为高电平，或VDD (电源电压)设定为高阻抗状态。并且，电源由电 源部40来断开。驱动部812与驱动部412的功能相同，对固体摄像元件411和固 体摄像元件811中被选择的一方进行驱动。固体摄像元件411和固体 摄像元件811的类型不相同的情况下，则会按照不同的类型来驱动。而且，图33中是通过包括棱镜的光学系统将入射光传导到各个固 体摄像元件的，不过只要是能够将入射光传导到固体摄像元件即可， 因此也可以是不包括棱镜的光学系统。并且，也可以不分配入射光， 而是使各固体摄像元件具备透镜。并且，在图33中以具有两个固体摄像元件为例进行了说明，但也 可以不是两个。例如，可以是具备M (M为2以上)个固体摄像元件， 开关819选择M个固体摄像元件中的m (m为1以上)个输出信号，信 号处理部413处理m个输出信号。而且，也可以是判断和切换控制部 814在判断出m个固体摄像元件中的哪个出了故障时，将被判断为有故障的固体摄像装置切换到被判断为没有故障的固体摄像装置，以此作 为向信号处理部413的输出。判断一切换控制部814通过对向固体摄像元件供电进行控制，从 而可以变更工作状态和非工作状态，通过对向固体摄像元件传输的驱 动信号进行控制，从而也可以变更工作状态和非工作状态。并且，也 可以将向M个固体摄像元件供龟作为常时提供状态，且通过开始或停 止向固体摄像元件传输驱动信号，从而可以变更工作状态和非工作状 态。而且，在上述各实施例中是将摄像机系统安装在汽车上并以汽车 为例进行了说明，但汽车不仅限于轿车，也可以是公共汽车、卡车等， 或也可以是二轮车、飞机、搬运用机器人等，只要是移动物体都可以。而且，在所述实施例中，例如信号处理部13以及判断部14是像 显示部20那样，是独立构成的，不过也可以将固体摄像元件11和判 断部14或驱动部12或信号处理部13等设置在一个芯片上。通过设置 在一个芯片上，从而可以消减零部件数量或縮短布线间的距离，这样， 可以得到提高处理速度等效果。并且，只要在所述各实施例中的不会发生矛盾，则可以自由组合。 而且，由于从实施例4 8中都可以检测出全像素的故障，因此可以以像素为单位容易地判明缺陷。这样，按照此缺陷像素，可以消 除对影像信号的影响，使各种各种的信号处理成为可能。本发明适用于对图像进行摄像的固体摄像装置、摄像机、汽车以 及建设装置。
权利要求
1.一种固体摄像装置，其特征在于，包括多个光电转换单元，按照入射光量来生成信号；多个读出单元，读出所述各个光电转换单元所生成的信号；传输路径，用于传输所述各个读出单元所读出的信号；输出单元，输出各个信号，该各个信号是由所述各个读出单元通过传输路径传输的；以及生成单元，生成固定的参考信号；所述参考信号至少通过所述传输路径的一部分由所述输出单元输出。
2. 如权利要求l所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述固定的参考信号具有第一电平和第二电平之间的固定电平； 第一电平是入射光量为零时，光电转换单元所生成的信号的电平； 第二电平是比所述第一电平高的电平，所述第一电平是由所述光电转换单元生成的。
3. 如权利要求1或2所述的固体摄像装置，其特征在于，所述固体摄像装置进一步包括判断单元，判断所述输出单元所输 出的参考信号是否在正常范围内，当在范围外的情况下，输出检测信 号，所述正常范围是指上限值和下限值之间的范围。
4. 如权利要求1到3中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于，所述多个光电变换单元被排列为矩阵状； 所述传输路径包括多个垂直传输单元和水平传输单元， 所述多个垂直传输单元与所述光电转换单元的各列相对应地设 置，传输从对应的列的光电转换单元读出的信号电荷；所述水平传输单元传输由所述多个垂直传输单元传输来的信号电 荷；所述参考信号至少通过一个垂直传输单元和水平传输单元，由所 述输出单元输出。
5. 如权利要求4所述的固体摄像装置，其特征在于，所述生成 单元将对应于所述参考信号的基准电荷注入到光电转换单元中的某一 个。
6. 如权利要求4所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述生成单元将对应于所述参考信号的基准电荷注入到以下的光电转换单元，即位于垂直传输单元的最上游附近的光电转换单元，且 该垂直传输单元连接于水平传输单元的最上游附近。
7. 如权利要求4所述的固体摄像装置，其特征在于，所述生成单元将对应于所述参考信号的基准电荷注入到各个垂直传输单元的最 上游附近的光电转换单元。
8. 如权利要求4所述的固体摄像装置，其特征在于，所述生成单元将对应于所述参考信号的基准电荷至少注入到多个垂直传输单元 中的一个垂直传输单元的最上游附近。
9. 如权利要求4所述的固体摄像装置，其特征在于，所述生成单元将对应于所述参考信号的基准电荷注入到垂直传输单元，该垂直 传输单元连接于水平传输单元的最上游附近。
10.如权利要求4所述的固体摄像装置，其特征在于，所述生成单元将对应于所述参考信号的基准电荷注入到各垂直传输单元的最 上游附近。
11.如权利要求4所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述生成单元将对应于所述参考信号的基准电荷注入到以下的光电转换单元，即多个垂直传输单元中的至少一个垂直传输单元的最上游附近的光电转换单元。
12.如权利要求1到3中任一项所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述多个光电转换单元被排列为矩阵状；所述传输路径包括行选择单元，选择所述光电转换单元中的一行； 列选择单元，选择所述光电转换单元中的一列；以及 各个列的输出线，传输由光电转换单元所读出的信号，该光电转 换单元是被选择的行且是被选择的列的光电转换单元；所述参考信号通过某一条输出线由所述输出单元输出。
13.如权利要求l 2所述的固体摄像装置，其特征在于，所述生成单元将对应于所述参考信号的基准电荷注入到光电转换单元中的 某一个。
14.如权利要求l 2所述的固体摄像装置，其特征在于，所述 生成单元将对应于所述参考信号的基准电荷注入到以下的光电转换单 元，即位于最后被选择的行且最后被选择的列上的光电转换单元。
15.如权利要求l 2所述的固体摄像装置，其特征在于，所述生成单元将对应于所述参考信号的基准电荷至少注入到一条输出线的 最上游附近的光电转换单元。
16.如权利要求5到7、 1 3到1 5中的任一项所述的固体摄像装置，其特征在于，接受所述参考信号的光电转换单元被遮光。
17.如权利要求3到1 6中的任一项所述的固体摄像装置，其特征在于，所述固体摄像装置进一步包括警告单元，该警告单元在所述判断 单元输出检测信号的情况下，将发生了故障之事宜警告给外部。
18.如权利要求3到1 6中的任一项所述的固体摄像装置，其特征在于，所述判断单元在输出了所述检测信号的情况下，指示电源 部停止向所述固体摄像装置的一部分供电。
19 .如权利要求1或2所述的固体摄像装置，其特征在于，所述固体摄像装置进一步包括快门单元，控制向所述多个光电转换单元入射的光；以及 控制单元，控制所述快门单元，从而使所述快门单元将光遮住， 且控制所述生成单元，从而使所述参考信号注入到所述多个光电转换 单元的每一个中。
20.如权利要求l 9所述的固体摄像装置，其特征在于，所述控制单元控制所述快门单元，从而使所述快门单元以某一定 时将光遮住，所述某一定时至少是固体摄像装置的电源刚刚打开之时 以及电源将要关闭之时的某一个，同时所述控制单元控制所述生成单 元，从而使所述生成单元注入所述参考信号。
21.如权利要求l 9所述的固体摄像装置，其特征在于，所述固体摄像装置被安装在汽车上；所述控制单元控制所述快门单元，从而使所述快门单元在车速为 阈值以下时至少进行一次遮光动作，同时所述控制单元控制所述生成 单元，从而使所述生成单元注入所述参考信号。
22.如权利要求l 9所述的固体摄像装置，其特征在于，所述控制单元控制所述快门单元，从而使所述快门单元定期地进 行遮光动作，同时所述控制单元控制所述生成单元，从而使所述生成 单元注入所述参考信号。
23 .如权利要求1或2所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述生成单元包括多个参考信号发生单元以及多个选择单元， 所述多个参考信号发生单元与所述多个光电转换单元相对应； 所述多个选择单元与所述多个光电转换单元相对应； 所述固体摄像装置包括选择控制单元，该选择控制单元在摄像时 控制选择单元；各参考信号发生单元生成所述参考信号；各选择单元被设置在光电转换单元和所述读出单元之间，对信号 和参考信号中的某一方进行选择，所述信号由光电转换单元生成，所述参考信号由参考信号发生部生成。
24.如权利要求2 3所述的固体摄像装置，其特征在于，所述选择控制单元控制选择单元，从而使选择单元对信号和参考信号以规 定的数量为单位交替地进行选择，所述信号由光电转换单元生成，所 述参考信号由参考信号发生部生成。
25.如权利要求2 4所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述规定的数量是以下数量中的某一个，即相当于一行的光电转换单元的数量；相当于一行的光电转换单元的数量的倍数；相当于一列的光电转换单元的数量；相当于一列的光电转换单元数量的倍数；所述多个光电转换单元的数量；以及所述多个光电转换单元的数量的倍数。
26.如权利要求2 3、 2 4或2 5所述的固体摄像装置，其特 征在于，多个参考信号发生单元的个数与所述多个光电转换单元的个数相同；各个选择单元与一个所述参考信号发生单元相连接。
27.如权利要求2 3、 2 4或2 5所述的固体摄像装置，其特征在于，多个参考信号发生单元的个数比所述多个光电转换单元的个数少；至少一个所述参考信号发生单元与两个以上的选择单元相连接。
28.如权利要求2 7所述的固体摄像装置，其特征在于，各参考信号发生单元与N个选择单元相连接，且N为2以上。
29.如权利要求2 3到2 8中的任一项所述的固体摄像装置，其特征在于，所述选择控制单元对第一工作和第二工作进行选择性地控制，所 述第一工作是指不使选择单元选择所述参考信号，而使选择单元选择由光电转换单元生成的信号，以及进行摄像；所述第二工作是指对所述参考信号和由光电转换单元生成的信号，以规定的数量为单位 交替地进行选择，以及进行摄像。
30.如权利要求2 9所述的固体摄像装置，其特征在于，所述 选择控制单元在所述第一工作和所述第二工作采用速度相同的工作时 钟。
31 .如权利要求2 9所述的固体摄像装置，其特征在于，所述 选择控制单元在所述第二工作采用的工作时钟比在所述第一工作的工 作时钟快。
32.如权利要求2 9所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述选择控制单元进一步对第三工作进行选择性地控制，所述第三工作是指使选择单元选择所述参考信号，而不选择光电转换单元所生成的信号，以及进行摄像。
33.如权利要求2 3所述的固体摄像装置，其特征在于，所述多个参考信号发生单元包括第一信号发生单元以及第二信号 发生单元，所述第一信号发生单元产生作为参考信号的第一固定电平， 所述第二信号发生单元产生作为参考信号的第二固定电平。
34.如权利要求3 3所述的固体摄像装置，其特征在于，第一信号发生单元以及第二信号发生单元有规则地排列在所述光电转换单 元的行方向上。
35.如权利要求3 3所述的固体摄像装置，其特征在于，第一 信号发生单元以及第二信号发生单元有规则地排列在所述光电转换单 元的列方向上。
36 .如权利要求3 3、 3 4或3 5所述的固体摄像装置，其特 征在于，所述固体摄像装置迸一步包括第一判断单元，判断所述输出单元所输出的参考信号作为所述第 一固定电平是否在被视为正常范围的上限值和下限值之间； 第二判断单元，判断所述输出单元所输出的参考信号作为所述第 二固定电平是否在被视为正常范围的上限值和下限值之间的范围；以 及异常判断单元，根据第一信号发生单元以及第二信号发生单元的 排列和第一以及第二判断单元的判断结果，在发生异常的情况下输出 检测信号。
37 .如权利要求1 9至IJ 3 2中的任一项所述的固体摄像装置， 其特征在于，所述固体摄像装置进一步包括判断单元，判断所述输出单元所输出的参考信号是否在正常范围 内，当在范围外的情况下，输出检测信号，所述正常范围是指上限值 和下限值之间的范围；以及警告单元，在所述判断单元输出检测信号的情况下，将发生了故 障之事宜警告给外部。
38.如权利要求3 7所述的固体摄像装置，其特征在于，所述 判断单元在输出了所述捡测信号的情况下，指示电源部停止向所述固 体摄像装置的一部分供电。
39 . —种摄像机，其特征在于，包括M个固体摄像装置，其中各个固体摄像装置是权利要求1、 2、 1 9到3 5中任一项所述的固体摄像装置，且M为2以上；判断单元，根据所述M个固体摄像装置所输出的参考信号来判断 故障；信号处理单元，对M个固体摄像装置中的m个固体摄像装置的输 出信号进行处理，且m为l以上；以及切换控制单元，在所述m个固体摄像装置的某一个被判断为故障 时，作为向信号处理单元的输出源，从被判断为故障的固体摄像装置 切换为没有被判断为故障的固体摄像装置。
40.如权利要求3 9所述的摄像机，其特征在于， 所述切换控制单元将所述m个固体摄像装置以外的固体摄像装置 设为非工作状态；所述切换控制单元在所述m个固体摄像装置中的某一个被判断为 故障时，将被判断为故障的固体摄像装置变更为非工作状态，将没有 被判断为故障的固体摄像装置变更为工作状态。
41.如权利要求4 0所述的摄像机，其特征在于，所述切换控 制单元通过对给固体摄像装置供电进行控制，来变更工作状态和非工 作状态。
42.如权利要求4 0所述的摄像机，其特征在于，所述切换控 制单元通过对给固体摄像装置的驱动信号进行控制，来变更工作状态 和非工作状态。
43.如权利要求4 0所述的摄像机，其特征在于，所述切换控制单元将向M个固体摄像装置供电的电源设为常时供 电状态，且通过开始或停止向固体摄像装置提供驱动信号，来变更工 作状态和非工作状态。
44.如权利要求4 2或4 3所述的摄像机，其特征在于，所述切换控制单元通过对给固体摄像装置的驱动信号的电平进行固定，从 而将工作状态变更为非工作状态。
45.如权利要求3 9到4 4中的任一项所述的摄像机，其特征在于，所述摄像机至少还包括一个光学系统，该光学系统将入射光导 入到两个以上的固体摄像装置中。
46. —种摄像机，其特征在于，包括权利要求1到3 8中的任一项所述的固体摄像装置。
47 . —种汽车，其特征在于，包括权利要求1到3 8中的任一 项所述的固体摄像装置或权利要求3 9到4 5中的任一项所述的固体 摄像装置。
48 . —种监视装置，其特征在于，包括权利要求1到3 8中的 任一项所述的固体摄像装置或权利要求3 9到4 5中的任一项所述的 固体摄像装置。
全文摘要
本发明的固体摄像装置包括多个光电转换单元，以按照入射光量来生成信号；多个读出单元，以读出所述各光电转换单元所生成的信号；传输路径，以传输所述各读出单元所读出的信号；输出单元，以输出从所述读出单元通过传输路径传输来的各个信号；以及生成单元，生成固定的参考信号；所述参考信号至少通过所述传输路径的一部分，由所述输出单元输出。
文档编号H04N5/335GK101171835SQ20068001590
公开日2008年4月30日 申请日期2006年4月4日 优先权日2005年5月11日
发明者武田胜见 申请人:松下电器产业株式会社