特開 2024-157554 画像センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024157554

(43)【公開日】2024-11-07

(54)【発明の名称】画像センサ

(51)【国際特許分類】

   H04N 25/69 20230101AFI20241030BHJP

   H04N 25/76 20230101ALI20241030BHJP

【ＦＩ】

H04N25/69

H04N25/76

【審査請求】有

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024071503

(22)【出願日】2024-04-25

(31)【優先権主張番号】63/461,752

(32)【優先日】2023-04-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】18/628,425

(32)【優先日】2024-04-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】519383544

【氏名又は名称】アナログ・ディヴァイシス・インターナショナル・アンリミテッド・カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ジョナサン・エフライム・デイヴィッド・ハーウィッツ

(72)【発明者】

【氏名】エドワード・チェイピン・ガスリー

【テーマコード（参考）】

5C024

【Ｆターム（参考）】

5C024CX11

5C024CY27

5C024CY44

5C024GY31

(57)【要約】      （修正有）

【課題】画像センサの制御及び／又は読み出しにおける障害を検出するための機能を有する撮像システムを提供する。
【解決手段】撮像システム３００が備える画像センサは、複数の撮像画素、及び基準信号に結合された少なくとも１つの診断画素（網掛けされたボックスによって表される）を有する。診断画素の基準信号は、基準電圧Ｖｒｅｆに接続された電位分割器ネットワークＲＡ～ＲＣを使用して生成される。撮像システムは、１つ以上の撮像画素を選択し、各選択された撮像画素に対して撮像信号を読み出し、少なくとも１つの診断画素を選択し、各選択された診断画素に対して、選択された診断画素の基準信号を示す診断信号を読み出し、システム診断で使用するために診断信号を出力するように構成されている制御及び読み出し回路３２０を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

撮像システムであって、前記システムが、
画像センサであって、
行及び列のマトリックスに配列されている複数の撮像画素であって、各撮像画素が、前記撮像画素上に入射する光に依存して電荷を蓄積するように構成されている、複数の撮像画素と、
基準信号に結合された少なくとも１つの診断画素と、を備える、画像センサと、
制御及び読み出し回路であって、
前記撮像画素のうちの１つ以上を選択し、各選択された撮像画素に対して、前記選択された撮像画素上に蓄積された前記電荷を示す撮像信号を読み出し、
前記少なくとも１つの診断画素を選択し、各選択された診断画素に対して、前記選択された診断画素の前記基準信号を示す診断信号を読み出し、
システム診断で使用するために前記診断信号を出力するように構成されている、制御及び読み出し回路と、を備える、撮像システム。

【請求項2】

それぞれの基準信号に各々結合されている、第１の複数の診断画素を備え、
前記第１の複数の診断画素が、１つ以上の列の診断画素として配列され、
前記制御及び読み出し回路が、
前記画像センサの特定の行の前記撮像画素を選択して読み出し、
前記画像センサの前記特定の行にある前記１つ以上の診断画素を選択して読み出すように構成されている、請求項１に記載の撮像システム。

【請求項3】

前記第１の複数の診断画素が、単一の列の診断画素として配列されている、請求項２に記載の撮像システム。

【請求項4】

前記第１の複数の診断画素の各々に対する前記基準信号が異なる、請求項３に記載の撮像システム。

【請求項5】

前記第１の複数の診断画素が、複数の列の診断画素として配列されている、請求項２に記載の撮像システム。

【請求項6】

前記第１の複数の診断画素の各行に対して使用される基準信号の組み合わせが異なる、請求項５に記載の撮像システム。

【請求項7】

前記制御及び読み出し回路が、前記特定の行の前記撮像画素及び前記少なくとも１つの診断画素の前記選択及び読み出しを制御するために、制御信号を出力するように構成されている行制御回路を備え、
行制御ユニットが、撮像画素の一方の端の列に隣接する、前記画像センサの一方の側に位置付けられ、
前記１つ以上の列の診断画素が、前記行制御ユニットの側に対して前記画像センサの反対側に位置付けられている、請求項２に記載の撮像システム。

【請求項8】

前記制御及び読み出し回路が、前記特定の行の前記撮像画素及び前記１つ以上の診断画素を同時に選択して読み出すように構成されている、請求項２に記載の撮像システム。

【請求項9】

それぞれの基準信号に各々結合されている、第２の複数の診断画素を備え、
前記第２の複数の診断画素が、１つ以上の行の診断画素として配列され、
前記制御及び読み出し回路が、
１つの行の撮像画素を選択して、複数の読み出しラインを介してそれらの撮像信号を読み出し、
前記１つ以上の行の診断画素のうちの１つの行を選択して、前記複数の読み出しラインを介してそれらの診断信号を読み出すように構成されている、請求項１に記載の撮像システム。

【請求項10】

前記第２の複数の診断画素が、単一の行の診断画素として配列されている、請求項９に記載の撮像システム。

【請求項11】

前記第２の複数の診断画素の各々に対する前記基準信号が異なる、請求項１０に記載の撮像システム。

【請求項12】

前記第２の複数の診断画素が、複数の行の診断画素として配列されている、請求項９に記載の撮像システム。

【請求項13】

前記第２の複数の診断画素の各列に対して使用される基準信号の組み合わせが異なる、請求項１２に記載の撮像システム。

【請求項14】

前記１つ以上の行の診断画素が、前記複数の読み出しラインが前記撮像信号及び診断信号を出力する側に対して、前記画像センサの反対側に位置付けられている、請求項９に記載の撮像システム。

【請求項15】

各選択された診断画素に対する前記診断信号と前記基準信号との比較に基づいて、前記画像センサ並びに／又は前記制御及び読み出し回路における障害を検出するように構成されている診断ユニットを、更に備える、
請求項１に記載の撮像システム。

【請求項16】

撮像システムであって、前記システムが、
画像センサであって、
行及び列のマトリックスに配列されている複数の撮像画素であって、各撮像画素が、前記撮像画素上に入射する光に依存して電荷を蓄積するように構成されている、複数の撮像画素と、
各行の撮像画素に対して、読み出しのために前記行の撮像画素を選択するための行制御ラインと、を備える、画像センサと、
前記撮像画素の前記選択及び読み出しを制御するために、各行制御ラインに結合され、各行制御ラインに制御信号を出力するように構成されている行制御回路と、
各行制御ラインに結合され、前記撮像画素の選択及び読み出しの間、前記行制御ライン上の前記制御信号に基づいて生成される信号を出力するように構成されている、診断回路と、を備える、撮像システム。

【請求項17】

前記診断回路が、前記行制御回路の動作を複製するように構成されている、行制御回路の複製である、請求項１６に記載の撮像システム。

【請求項18】

前記診断回路が、前記撮像画素の選択及び読み出しの間、前記診断回路によって出力された前記信号が、選択された前記行の画素を識別するように構成されている論理を備える、請求項１６に記載の撮像システム。

【請求項19】

前記行制御回路が、各行制御ラインの一端に結合され、前記診断回路が、各行制御ラインの他端に結合されている、請求項１６に記載の撮像システム。

【請求項20】

撮像システムであって、前記システムが、
画像センサであって、
行及び列のマトリックスに配列されている複数の撮像画素であって、各撮像画素が、前記撮像画素上に入射する光に依存して電荷を蓄積するように構成されている、複数の撮像画素と、
第１の複数の診断撮像画素であって、前記診断撮像画素のうちのいくつかが、それらが前記診断撮像画素上に入射する光に依存して電荷を蓄積しないように陰にされており、前記診断撮像画素のうちのその他のものが、それらが前記診断撮像画素上に入射する光に依存して電荷を蓄積するように陰にされていない、第１の複数の診断撮像画素と、を備える、画像センサと、
制御及び読み出し回路であって、
前記撮像画素のうちの１つ以上を選択し、各選択された撮像画素に対して、前記選択された撮像画素上に蓄積された前記電荷を示す撮像信号を読み出し、
前記複数の診断撮像画素のうちの少なくとも１つを選択し、各選択された診断画素に対して、前記選択された診断画素上に蓄積された前記電荷を示す診断信号を読み出し、
システム診断で使用するために前記診断信号を出力するように構成されている、制御及び読み出し回路と、を備える、撮像システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、１つ以上の診断画素を有する画像センサと、診断画素から診断信号を読み出すように配列された制御及び読み出し回路と、を備える画像センサシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

画像センサは、典型的には、行及び列のマトリックスに配列されている複数の撮像画素を備える。各画素は、画素に入射する光に依存して電荷を蓄積する。典型的には、その電荷は、読み出しラインを使用して画像センサから出力され、次いで、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を使用してデジタルに変換される。例えば、制御回路は、１つの次元において画像センサにまたがる制御ラインを使用して、読み出される画素を選択し得る（例えば、画素が行ごとに選択され得るように、各行に沿って走る１つ以上の制御ラインが存在し得る）。選択された画素上の電荷は、次いで、第２の次元において画像センサにまたがる読み出しラインを使用して出力され得る（例えば、選択された行の画素が読み出しラインを使用して同時に出力され得るように、各列に沿って走る少なくとも１つの読み出しラインが存在し得る）。それらの出力値は、次いで、１つ以上のＡＤＣによってデジタルに変換され得る。

【0003】

画像センサは、様々な異なる目的のために使用され、その多くに対して、安全上の理由から、画像センサの精度及び信頼性が重要である。例えば、自動運転又は半自動運転車両は、車両の周りの環境を把握し、車両がどのように安全に進行し得るかについて決定を下すために、タイムオブフライト（ＴｏＦ）又はライダ（ＬＩＤＡＲ）システムを使用し得る。ＴｏＦ及びＬＩＤＡＲシステムは、通常、光景の深度マップ／フレームを生成するために使用される画像センサを有し、これを使用して、車両は、車両の周りの物体の３Ｄ位置を把握し得る。画像センサが正しく機能していない場合、深度マップ／フレームは、車両が危険な行動を起こす結果をもたらし得るエラー又は不正確さを含み得る。更なる例では、２Ｄ画像センサ（すなわち、ＴｏＦでもＬＩＤＡＲでもない画像センサ）は、画像センサの動作エラーが不安全な行動を引き起こす可能性があるセーフティクリティカルなシステムにおける物体認識のためなどの、安全が重要である目的のために使用され得る。

【0004】

画像センサ並びにその周辺の制御及び読み出し回路に伴って発生するかもしれない多くの様々な種類の障害が存在する。例えば、行が、誤った順序で選択され読み出される可能性があるが、このことは、画像のいくつかの行が、光景の１つの部分を撮像しているように見える可能性があるのに、実際には光景の別の部分を撮像しているために、撮像された光景を不正確に表現する画像をもたらし得る。別のエラーは、列が、誤った順序で読まれ得ることであり、このことは、画像のいくつかの列が、光景の１つの部分を撮像しているように見える可能性があるのに、実際には光景の別の部分を撮像しているために、撮像された光景を不正確に表現する画像をもたらし得る。別のエラーは、ラインの破断など、行選択制御ライン及び／又は電荷読み出しラインの障害であり得、このことは、これらの画素の内容が信頼できないように、適切に選択及び／又は読み出しがされていない画素を含む画像をもたらし得る。別のエラーは、画像内の不正確な、したがって信頼できない画素をもたらす１つ以上のＡＤＣの障害であり得る。撮像センサがセーフティクリティカルなシステムで使用される場合、撮像センサの出力を使用するシステムが、撮像センサの使用を停止する、又はセーフティクリティカルなシステムの電源をオフにする、又は障害が発生したことを伝達して調査及び修復がされ得るなどの適切な措置を講じることができるように、これらのような障害がいつ発生しているかを検出することが重要であり得る。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、撮像システムを提供する。本システムは、
画像センサであって、
行及び列のマトリックスに配列されている複数の撮像画素であって、各撮像画素が、撮像画素上に入射する光に依存して電荷を蓄積するように構成されている、複数の撮像画素と、
基準信号に結合された少なくとも１つの診断画素と、を備える、画像センサと、
制御及び読み出し回路であって、
撮像画素のうちの１つ以上を選択し、各選択された撮像画素に対して、選択された撮像画素上に蓄積された電荷を示す撮像信号を読み出し、
少なくとも１つの診断画素を選択し、各選択された診断画素に対して、選択された診断画素の基準信号を示す診断信号を読み出し、
システム診断で使用するために診断信号を出力するように構成されている、制御及び読み出し回路と、を備える。

【0006】

本開示の別の態様は、撮像システムを提供する。本システムは、
画像センサであって、
行及び列のマトリックスに配列されている複数の撮像画素であって、各撮像画素が、撮像画素上に入射する光に依存して電荷を蓄積するように構成されている、複数の撮像画素と、
各行の撮像画素に対して、読み出しのために行の撮像画素を選択するための行制御ラインと、を備える、画像センサと、
撮像画素の選択及び読み出しを制御するために、各行制御ラインに結合され、各行制御ラインに制御信号を出力するように構成されている行制御回路と、
各行制御ラインに結合され、撮像画素の選択及び読み出しの間、行制御ライン上の制御信号に基づいて生成される信号を出力するように構成されている、診断回路と、を備える。

【0007】

本開示の別の態様は、撮像システムを提供する。本システムは、
画像センサであって、
行及び列のマトリックスに配列されている複数の撮像画素であって、各撮像画素が、撮像画素上に入射する光に依存して電荷を蓄積するように構成されている、複数の撮像画素と、
第１の複数の診断撮像画素であって、診断撮像画素のうちのいくつかが、それらが診断撮像画素上に入射する光に依存して電荷を蓄積しないように陰にされており、診断撮像画素のうちのその他のものが、それらが診断撮像画素上に入射する光に依存して電荷を蓄積するように陰にされていない、第１の複数の診断撮像画素と、を備える、画像センサと、
制御及び読み出し回路であって、
撮像画素のうちの１つ以上を選択し、各選択された撮像画素に対して、選択された撮像画素上に蓄積された電荷を示す撮像信号を読み出し、
複数の診断撮像画素のうちの少なくとも１つを選択し、各選択された診断画素に対して、選択された診断画素上に蓄積された電荷を示す診断信号を読み出し、
システム診断で使用するために診断信号を出力するように構成されている、制御及び読み出し回路と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0008】

本開示の態様は、単なる例として、以下の図面を参照して説明される。

【0009】

【図1】例示的な撮像画素の構造を示す。

【図2】例示的な診断画素の構造を示す。

【図3】本開示の一態様による撮像システムの例示的な概略図を示す。

【図4】図３の撮像システムの更なる詳細の例示的な概略図を示す。

【図5】本開示の更なる一態様による撮像システムの例示的な概略図を示す。

【図6】本開示の更なる一態様による撮像システムの例示的な概略図を示す。

【図7】本開示の更なる一態様による撮像システムの例示的な概略図を示す。

【図8】本開示の更なる一態様による撮像システムの例示的な概略図を示す。

【図9】本開示の更なる一態様による撮像システムの例示的な概略図を示す。

【図10】本開示の更なる一態様による撮像システムの例示的な概略図を示す。

【図11】本開示の更なる一態様による撮像システムの例示的な概略図を示す。

【図12】図１１のシステムの例示的な実装形態の更なる詳細を示す。

【図13】本開示の更なる一態様による撮像システムの例示的な概略図を示す。

【図14】図１１のシステムの例示的な実装形態の更なる詳細を示す。

【発明を実施するための形態】

【0010】

画像センサがセーフティクリティカルなシステムの一部として使用される場合、共通の要件は、行及び／又は列の読み出し順序が正しくないかどうか（例えば、画像が反転されているかどうか、行が交換されているかどうか、行が飛ばされているかどうか、行が繰り返されているかどうか、列が交換されているかどうか、列が飛ばされているかどうか、列が繰り返されているかどうかなど）が検出され得るように、画像読み出しの順序が知られていることである。それ自体が機能的に安全であることが証明されていない画像センサに対しては、読み出し順序は、安全システムを構築するために、システム内の別のデバイスによって証明可能である必要があり得る。これは、読み出し順序を検証するために使用される診断情報が、画像センサから読み出される画像データ内に埋め込まれるべきであることを意味する。

【0011】

いくつかのシステムは、いくつかの画像センサ画素内の値を所定の診断値でデジタルに置き換えることを試みることができ、その結果、それらの診断値が、それらが設定された同じ位置から、正確に読み出されているかどうかを検出することができる。しかしながら、それらのような解決策は、画像センサに診断値を加える回路及び制御信号が、正しくかつ正確に動作していることを想定しており、必ずしもそうであるとは限らない。

【0012】

したがって、本発明者らは、追加の診断回路（画像センサの特定の画素に診断値を加えるように構成されている回路など）に頼らずに、かつ画像センサの制御及び／又は読み出し回路における障害の検出を可能にする方法で、診断データが画像センサから読み出され得る技術を開発した。

【0013】

図１は、典型的な撮像画素構造の例を示す。画素は、画素に入射する光に依存して電荷が蓄積されるフォトダイオード（この例では、ピン留めフォトダイオードであるが、任意の好適な種類のフォトダイオードが使用され得る）を含む。電荷は、制御信号のリセット、選択、及びＴＸを使用して、画素から読み出しラインに読み出され得る。読み出しは、以下のプロセスを行うことによって実行され得る。
１．選択の信号を有効にして、ＦＥＴの選択をオンにする。
２．リセット電圧が画素のフローティングディフュージョン（ＦＤ）に置かれ、読み出しラインに出力されるように、リセットの信号をパルスにする（例えば、オンにした後にオフにする）。
３．例えば、読み出しラインに結合されたＡＤＣを使用してリセット電圧をデジタルに変換し、そのデジタル値を格納することによって、出力リセット電圧をサンプリングする。
４．フォトダイオード電圧が画素のフローティングディフュージョン（ＦＤ）に置かれ、読み出しラインに出力されるように、ＴＸの信号をパルスにする（例えば、オンにした後にオフにする）。
５．例えば、読み出しラインに結合されたＡＤＣを使用してフォトダイオード電圧をデジタルに変換し、そのデジタル値を格納することによって、出力フォトダイオード電圧をサンプリングする。
６．例えば、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）を実行することによって、サンプリングされたリセット電圧及びサンプリングされたフォトダイオード電圧を使用して、最終的な画素値を判定する。

【0014】

当業者によってよく理解されるように、２つのフォトダイオードを含む差動画素、又は４つのフォトダイオードを含むクワッド画素などの様々な他の画素構造及び処理された制御が可能であり、上記の構造及び処理は単なる１つの限定的でない例である。

【0015】

図２は、本開示の一態様による診断画素の例を示す。その構造は、フォトダイオードを含まず、代わりに所定の基準電圧への結合を含むことを除いて、図１と正確に同じであることが分かる。読み出しは、上記と同じ方法で実行され得る。結果として、制御及び読み出し回路の全てが正しくかつ確実に動作している場合、読み出し処理の終わりに到達した最終画素値が、（信号ノイズ及びリセット電圧変動などの要因を考慮した誤差範囲内で）所定の基準電圧に対応すべきであることを除いて、フォトダイオード画素に対するのと同じ構造及び処理が、診断画素に対して使用される。

【0016】

図３は、本開示の一態様による撮像システム３００の例示的な概略図を示す。システム３００は、Ｎ行及びＭ列のマトリックスに配列されている複数の撮像画素（網掛けされていないボックスによって表される）を備える画像センサ３１０を含む。各撮像画素は、撮像画素上に入射する光に依存して電荷を蓄積するように構成され、各画素は、例えば、図１に示されるように（又は差動画素などの任意の他の既知の方法で）構成され得る。画像センサ３１０は、複数の診断画素（網掛けされたボックスによって表される）も含む。各診断画素は、図２に関連して先に説明したように、電荷を蓄積するように構成されているのではなく、それぞれが基準電圧に結合されていることを除いて、撮像画素の各々と同じ方法で構成され得る。この例において、複数の診断画素は、列、列＿Ｄとして配列されている。

【0017】

撮像システム３００は、１つ以上の撮像画素を選択し、各選択された撮像画素に対して、選択された撮像画素上に蓄積された電荷を示す撮像信号を読み出すように構成されている制御及び読み出し回路３２０も含む。それは、少なくとも１つの診断画素を選択し、選択された診断画素の基準電圧を示す診断信号を読み出すようにも構成されている。これらの目的のために、制御及び読み出し回路３２０は、行ごとに画素の選択及び読み出しを制御するように構成されている行制御回路３３０を備え得る。この目的のために、撮像システム３００は、Ｎ個の行制御ライン３３５＿Ｎを備え、それらの各々は、実際には、複数の制御信号を搬送するための複数のラインを含み得る。例えば、図１の配置では、画素の選択及び読み出し、すなわち、ＴＸ、リセット、及び選択を制御するために３つの制御信号が必要とされる。したがって、Ｎ個の行制御ライン３３５＿Ｎの各々は、明確にするために単一のラインとして図３に示されているが、実際には、それらは、それぞれ、例えば、ＴＸ、リセット、及び選択の各々に対して１つずつの複数のラインを含み得る。見て分かるように、行制御ライン３３５＿Ｎの各々は、その行にある撮像画素及び診断画素の全てによって共有される。結果として、行制御ユニット３３０は、特定の行の全ての撮像画素及び診断画素の選択及び読み出しを同時に制御するように構成されている。各選択された撮像画素に対して、撮像信号は、それらの共通の列読み出しライン３４２＿Ｍを介して読み出される。例えば、列＿１内の選択された撮像画素に対する撮像信号は、読み出しライン３４２＿１を介して読み出され、列＿２内の選択された撮像画素に対する撮像信号は、読み出しライン３４２＿２を介して読み出され、列＿Ｍ内の選択された撮像画素に対する撮像信号は、読み出しライン３４２＿Ｍを介して読み出されるなどである。読み出された各撮像信号、例えば、各撮像電圧は、図１を参照して先に説明したように、それぞれの撮像画素上に蓄積された電荷を示す。

【0018】

図３から分かるように、行制御ライン３３５＿Ｎの各々は、行制御ユニット３３０が撮像画素と正確に同じ方法で診断画素の選択及び読み出しを制御するように、Ｎ個の診断画素のそれぞれの１つにも結合される。各選択された診断画素に対して、撮像信号がライン３４２＿１～３４２＿Ｍを介して読み出されるのと同時に、診断信号が共通の列読み出しライン３４２＿Ｄを介して読み出される。診断信号は、選択された診断画素に対する基準電圧を示すが、ノイズなどの結果として基準電圧と正確に同じではない場合がある。

【0019】

共通の列読み出しラインを介して読み出されたアナログ信号は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）３４０によってデジタルに変換され得る。この例では、読み出し信号の各々の変換が同時に行われ得るように、各読み出しラインに対して１つのＡＤＣが存在する。しかしながら、代替として、２つ以上の信号を各ＡＤＣに多重送信するために、１つ以上の多重化器も含む制御及び読み出し回路３２０を伴って、読み出しラインよりも少ないＡＤＣ（潜在的には１つのＡＤＣのみ）が存在し得る。更なる代替手段では、読み出しラインよりも多くのＡＤＣ、例えば、各読み出しラインに対して２つ以上のＡＤＣが存在し得る。撮像信号及び診断信号のデジタル表現３４８は、制御及び読み出し回路３２０から出力される。代替として、ＡＤＣ３４０は省略される場合があり、読み出された撮像信号及び診断信号は、他の場所でのデジタル変換のために、又はアナログ領域における更なる処理／分析のために、アナログ信号として制御及び読み出し回路３２０から出力され得る。

【0020】

この例では、診断画素の各々に対する基準電圧は異なる。図３の例では、これは、（例えば、バンドギャップ電圧基準などの任意の好適な電圧基準発生器から）基準電圧Ｖｒｅｆを取得し、電位分割器ネットワークＲ_Ａ～Ｒ_Ｃを使用して、Ｎ個の異なる基準３５５＿Ｎを生成することによって達成される。しかしながら、それは、代替的に、例えば、Ｎ個の独立した基準電圧などを使用して、任意の他の好適な方法で達成し得る。

【0021】

電圧基準を各診断画素に対して異なるように設定することによって、各診断画素から読み出された診断信号が、一意の行ＩＤとして使用され得る。例えば、制御及び読み出し回路３２０は、行ごとに画像センサ３１０を読み出し得る。信号が１つの行の画素から読み出されるとき、それは、全ての行の画素が読み出されるまで、移動し続けて、次の行からの信号を選択して読み出し得る。撮像信号の各行は、その行を一意に識別すべき診断信号を伴うことになる。結果として、行制御ユニット３３０が障害を有し、誤った順序で、例えば、数字の順序で処理するのではなく、行１、行３、行２の順序に選択する場合、このことは、診断信号によって識別される行が誤った順序にあるため、各行に対して読み出される診断信号を使用して検出され得る。対照的に、本開示の診断画素がない場合、画像センサから読み出されている画素データは、正しい順序で読み出されていると単純に想定されるであろう。

【0022】

診断信号を使用するために、１つの行の撮像信号がデジタル値３４８＿１～３４８＿Ｍとして出力されるとき、それに伴うデジタル値３４８＿Ｄは、既知であり所定の電圧基準３５５＿１～３５５＿Ｎと比較され得る。診断信号が、許容可能な精度の範囲（例えば、基準電圧３５５＿１～３５５＿Ｎの＋／－１％又は＋／－２％などの範囲）内で、基準電圧のうちの１つと同一である場合、撮像信号３４８＿１～３４８＿Ｍは、その基準電圧に対応する行から来ていることが分かる。これは、例えば、信号ノイズ、デジタル変換の不正確さ、及び診断画素のリセットレベルの変わりやすさの結果としての、診断信号における固有の不正確さを考慮に入れている。電圧基準３５５＿１～３５５＿Ｎのレベルは、例えば、既知であり所定の電圧基準レベル及びそれに対応する行番号が、この診断プロセスの目的のために検索され得るように、対応する行番号とともにメモリに記憶され得る。診断プロセスは、撮像システムの一部である（又は撮像システムの外部にある）診断ユニットなどの任意の好適なプロセッサによって、又はその通常の画像処理機能に加えてこの診断機能を実行するように構成されている任意の他の種類の画像プロセッサによって、実行され得る。

【0023】

更に、診断画素は、撮像画素と同じ画素選択及び読み出し制御信号を使用するので、撮像システムの他の種類のエラー／障害が、診断信号を使用して識別され得る。例えば、選択の信号が特定の行に対して低い状態のままであること（例えば、それが誤った行ＩＤを示す診断信号をもたらすため）、並びに／又は選択の信号が特定の行に対して高い状態のままであること（例えば、他の全ての行に対する診断信号が損なわれ、したがって誤った行ＩＤを示すため）、並びに／又はリセット及び／若しくはＴＸの信号のいずれか１つに障害があること、並びに／又は制御信号動作の順序が誤っていること（例えば、リセット及びＴＸの信号が誤った順序でパルスにされていること）が判断され得る。

【0024】

更に、この例では、診断画素列、列＿Ｄは、制御及び読み出しライン３３５＿１～３３５＿Ｎが行制御ユニット３３０から制御及び読み出し信号を受信する所に対して、画像センサ３１０の反対側に位置付けられていることが分かる。特に、制御及び読み出しライン３３５＿１～３３５＿Ｎは、画像センサ３１０を横切った行内に延び、信号が画像センサ３１０の一方の側から他方の側に伝搬する。診断画素列、列＿Ｄは、それらの信号が出発する所に対して、画像センサ３１０の遠方側に位置付けられ、このことは、制御及び読み出しライン３３５＿１～３３５＿Ｎのいずれかに沿ってどこかに何らかの障害がある場合、それが診断画素に影響を及ぼし、したがって、読み出された診断信号に反映されるはずであることを意味する。

【0025】

図４は、制御及び読み出し回路３３０のいくつかの更なる例の詳細、具体的には、各行への選択の信号のタイミングに関係する回路を示す（明確にするために、更にリセット及びＴＸの信号に関する回路は示されていない）。これらの詳細は、単に、制御及び読み出し回路３２０の一部の例示的な動作実装形態を理解することの助けとなるために表され、どのようにその回路が一度に１つの行を連続的に選択するように構成され得るかについての例を示す。この例では、クロック信号を使用して、選択のパルスを１つの行から次の行にシフトするために、シフトレジスタが、一連のカスケードにされたフリップフロップ４１０＿１～４１０＿Ｎから構成される。当業者は、制御信号のタイミング及び動作が多くの異なる方法で達成され得、これが単なる１つの特定の説明的な例であることを容易に理解するであろう。

【0026】

発明者らは、図３及び４の診断画素の実装形態が、例えば、１０００以上の行を有する大きい撮像アレイに対しては、実現することが困難であり得ることを認識している。特に、各行に対して、一意の基準信号が必要となるであろう。これは、隣接する基準信号間の差異が非常にわずかなものとなり得ることを意味し、それによって、例えば、高精度の電圧基準、高精度の電位分割器、非常に低い信号ノイズ、及びＡＤＣの非常に高い変換精度を必要とする、精度レベルに厳しい要求を課す。これは、多くの撮像システムでは、現実的には達成されない場合がある。更に、Ｖｒｅｆは、例えば１．２Ｖというように非常に小さくあり得、このことは、比較的小さい電圧範囲内で、多数の一意のレベルが使用される必要があり得ることを意味し、このことが、困難を更に悪化させる。

【0027】

図５は、本開示による撮像システム５００の例示的な実装形態を示す。この例では、単一の列の診断画素を有するのではなく、複数の診断画素列が使用される（２つの列、３つの列、５つの列、６つの列などの任意の好適な数が代替的に存在し得るが、この例では４つの基準列、列＿Ｄ１～列＿Ｄ４）。各診断画素に対する基準電圧は、各行に対する基準電圧の組み合わせが異なるように設定され得る。例えば、２つの基準電圧レベルのみが利用可能である場合（すなわち、１Ｖなどの高い電圧及び０．２Ｖなどの低い電圧）、４つの列の診断画素というこの例では、診断画素の各行は、４ビットのデジタルワードを有効に表し得ることが分かる。したがって、１６行は、２つの電圧基準のみを使用して一意に識別され得る。この数は、診断画素の列をより多く追加すること、及び／又は利用可能な電圧基準レベルの数を増加させることによって、増加させることができる。例えば、８つの異なる電圧レベルが利用可能である場合、各診断画素は、３ビットのＩＤデータ（例えば、それが最低電圧基準に設定されている場合は０００、それが次の最低電圧基準に設定されている場合は００１、それが最高電圧基準に設定されている場合は１１１など）を有効に生成し得る。したがって、図５に示されるように、４つの列の診断画素に対して、各行のＩＤは、４０９６行が一意に識別され得るように、１２ビット（行内の各診断画素から３ビット）を含み得る。このことは、異なる基準電圧レベルに対して、異なる種類の診断画素の網掛けを使用することによって、図５に示される。

【0028】

異なる電圧基準レベルへの診断画素の結合は、明確にするために、図５には示されていない。しかしながら、それは、例えば、（例えば、バンドギャップ電圧基準からの）電圧基準及び電位分割器ネットワークを使用して異なる基準信号レベルを設定し、次いで、適切な基準信号に各診断画素を結合することによって、任意の好適な方法で達成され得るということが理解されるであろう。

【0029】

以下の表１は、各診断画素に対する基準信号がどのように設定され得るかの一例を示す。この例では、４つの基準レベルｒ０～ｒ３が存在し、８ビットの行ＩＤに対して、各診断画素が２ビットを寄与し得ることを意味する。

【0030】

【表1】

【0031】

本発明者らは、３つ以上の異なる電圧基準レベルが、各診断画素に対して使用可能である場合、診断画素の各々によって使用される基準におけるオフセット及び／又はゲインの変動が、読み出された診断信号を使用して実行される診断プロセスにおけるエラーの原因であり得ることを認識している。例えば、診断画素に基準レベルを加える回路におけるオフセット及び／又はゲインの結果として、画像センサ５１０の一端における行に対して、他端における行と比較して、（例えば）中レベルの基準電圧がわずかに異なるように、画像センサ５１０にわたって、基準設定回路にいくらかのオフセット及び／又はゲインの変動が存在し得る。これは、基準信号３４８＿Ｄ１～３４８＿Ｄ４から正しい行番号を識別する際に、いくつかのエラーをもたらし得る。

【0032】

これは、常に最小又は最大の基準レベルのいずれかに設定された診断画素の１つの列を有することによって解決され得る。診断画素のその列に対して、行は、最大及び最小の基準信号レベルの受信を交互にすることができる。残りの診断画素に対しては、それらの診断信号は、読み出される診断信号を、最大／最小の診断画素から読み出される診断信号に基づいて判定される閾値、及び隣接する診断画素から読み出される診断信号と、比較することによって、ｎ個の異なる基準信号レベルのいずれかに分類され得、（次いで、その結果、最大及び最小基準レベルが見出される）。これは、一対の行に送信された基準信号におけるオフセット及び／又はゲインが、最大及び最小の基準信号に反映されるべきであり、これらの信号が、今度は、それらの行において残りの診断画素に設定された基準レベルを判定するために使用される閾値レベルに対する適切な調整をもたらすことを意味する。

【0033】

例えば、最大及び最小の基準レベル間の差は、「範囲」として定義され得る。例えば、診断画素に設定され得る９つの異なる基準レベルがある場合、隣接する各基準レベルの間に閾値を有するために、８つの閾値が判定される必要がある。読み出された診断信号は、次いで、各診断画素に設定される基準レベルを見出すために、閾値と比較され得る。各閾値ｎは、以下のように見出され得る。
閾値（ｎ）＝（２ｎ＋１）×範囲／（２×（基準レベルの数－１））＋最小基準レベル

【0034】

９つの基準レベル、したがって８つの閾値があるという例を取ると、範囲は、１６（すなわち、２×（９－１））で除算され得、閾値は、最小と最大との間の隔たりの１／１６（すなわち、範囲の１／１６＋最小基準レベル）、最小と最大との間の隔たりの３／１６、最小と最大との間の隔たりの５／１６など、最小と最大との間の隔たりの１５／１６まで設定され得る。このようにして、閾値は９つの基準レベルを定義し、それは１６／１６（すなわち、最大基準レベル）までの０／１６（すなわち、最小基準レベル）、２／１６、４／１６、６／１６などである。

【0035】

したがって、９つの基準レベルを定義するために見出す必要がある８つの閾値がある場合、最小閾値ｎ＝０は、範囲／１６＋最小基準レベルから見出すことができる。次の最小閾値ｎ＝１は、３×範囲／１６＋最小基準レベルなどから見出すことができる。

【0036】

以下の表２は、各診断画素に対する基準レベルがどのように設定され得るかの例を示す。この例では、９つの異なる基準レベル、ｒ０～ｒ８がある。電圧基準範囲の最小はｒ０であり、最大はｒ８である（例えば、ｒ７は、電位分割器ネットワークから得られることができ、ここで、ネットワーク全体にかかる電圧はｒ８－ｒ０である）。診断画素列、列＿Ｄ４は、診断画素が最大ｒ８又は最小ｒ０のいずれかの基準値に設定される列である。列＿Ｄ４では、各行は最大及び最小の交互になる。

【0037】

【表2】

【0038】

表３は、制御及び読み出し回路３２０から出力され、診断画素の各行から読み出される診断信号を表す例示的なデジタル化された値３４８を示す。

【0039】

【表3】

【0040】

最初に行０及び１を見ると、８００の範囲は、行０及び１の列＿Ｄ４から読み出された最小信号値（すなわち、１１）を、行０及び１の列＿Ｄ４から読み出された最大信号値（すなわち、８１１）から減算することから、見出すことができる。したがって、この一対の行の範囲は、８００である。この場合、最小比較閾値ｎ＝０は、８００／１６＋１１＝６１となる。見て分かるように、残りの診断画素、列＿Ｄ１～列＿Ｄ３に対する診断信号レベルは、全てその閾値を下回っており、したがって、全てが基準レベルｒ０にあるものとして分類され得る。ｎ＝１～６に対する他の閾値は、必要に応じて、同じ方法で見出され得る。

【0041】

ここで、行１６及び１７を見ると、７９９の範囲は、行１６及び１７の列＿Ｄ４から読み出された最小信号値（すなわち、９２）を、行１６及び１７の列＿Ｄ４から読み出された最大信号値（すなわち、８９１）から減算することから、見出すことができる。したがって、この一対の行の範囲は、７９９である。この場合、最小比較閾値ｎ＝０は、７９９／１６＋９２＝１４１となる。次の最小比較閾値ｎ＝１は、（３×７９９）／１６＋９２＝２４１となる。残りの比較閾値は、同様の方法で見出され得る。

【0042】

行１６及び１７に対して、列＿Ｄ１及び列＿Ｄ３に対する診断信号レベルは、閾値ｎ＝０を下回っているので、それらは、基準レベルｒ０にあるものとして分類され得る。これらの信号レベルは、行１及び２に対して判定された閾値ｎ＝０を超えており、この例では、このことが、固定された所定の閾値が全ての行に対して使用された場合、行１及び２並びに／又は行１６及び１７における診断画素のうちの少なくともいくつかに対して、分類エラーが生じ得ることを実証していることに留意されたい。

【0043】

行１６及び１７の列＿Ｄ２に対する診断信号レベルは、それらの行に対するｎ＝０及びｎ＝１の閾値の間にあるので、基準レベルｒ１にあるものとして分類され得る。したがって、行１６は、ｒ０、ｒ１、ｒ０、ｒ０にあることが見出され得、これは、０００００１００００の行ＩＤを与える。行１７は、ｒ０、ｒ１、ｒ０、ｒ８にあることが見出され得、これは、０００００１０００１の行ＩＤを与える。

【0044】

最後に、行１０２２及び１０２３を見ると、７９９の範囲は、行１０２２及び１０２３の列＿Ｄ４から読み出された最小信号値（すなわち、６６）を、行１０２２及び１０２３の列＿Ｄ４から読み出された最大信号値（すなわち、８６５）から減算することから、見出すことができる。したがって、この一対の行の範囲は７９９である。この場合、最小比較閾値ｎ＝０は、７９９／１６＋６６＝１１５となる。最高比較閾値ｎ＝６は、（１３×７９９）／１６＋６６＝７１５となる。残りの比較閾値は、同様の方法で見出され得る。行１０２２及び１０２３に対して、列＿Ｄ１～列＿Ｄ３に対する診断信号レベルは、全て閾値ｎ＝６を超えているので、それらは基準レベルｒ７にあるものとして分類され得る。したがって、行１０２２は、ｒ７、ｒ７、ｒ７、ｒ０にあることが見出され得、これは、１１１１１１１１１０の行ＩＤを与える。行１０２３は、ｒ７、ｒ７、ｒ７、ｒ８にあることが見出され得、これは、１１１１１１１１１１の行ＩＤを与える。

【0045】

したがって、行の対に対して使用される関連する比較閾値は、それらの行に対する列＿Ｄ４からの診断信号値を使用して判定することができることが分かる。行の対に対する列＿Ｄ１～列＿Ｄ３から読み出された診断信号の各々は、次いで、行のその対における各診断画素の基準レベルを判定し、したがって、行のその対の行ＩＤを判定するために、閾値と比較され得る。図５は、一度に読み出される単一の行を示すが、いくつかの撮像システムは、同時に行の対を読み出すように構成され得る（例えば、行１及び２が同時に選択され、読み出される）。一度に単一の行が読み出される場合、一対の第１の行に対するデジタル診断信号３４８＿Ｄ１～３４８＿Ｄ４は、例えばメモリに記憶され、次いで、その一対の第２の行に対するデジタル診断信号３４８＿Ｄ１～３４８＿Ｄ４が読み出された後に、行ＩＤの判定に使用するためにアクセスされ得る。このプロセスは、例えば、診断ユニットによって撮像システム内で実行され得るか、又は制御及び読み出し回路３２０のデジタル出力を受信するいくつかの他のプロセッサ／システムによって実行され得る。

【0046】

この例では、９つの基準レベルが存在するが、列Ｄ１～Ｄ３の画素は、基準レベル（ｒ０～ｒ７）のうちの８つに設定されるのみである。９つの基準レベルを使用することは、閾値レベルの設定を簡単にするので、列Ｄ１～Ｄ３に対しては、８つの基準レベルしか必要とされないにもかかわらず、９つの基準レベルがこの例で使用されている。これは、その場合、基準レベルが、８分割アルゴリズムを使用して設定され、それが２の累乗であるので、デジタル論理においてアルゴリズムをより実行しやすくするからである。代替として、列Ｄ１～Ｄ３のいずれかの画素は、最大及び最小基準レベル（この例では、ｒ０～ｒ８のいずれか）を含む基準レベルのいずれかに設定され得る。更に、この例では９つの基準レベルが使用されているが、診断画素列の数、各診断画素に対して基準信号に設定され得る精度、及び一意に識別される必要がある行の数を考慮して、例えば、６つ、又は７つ、又は８つ、又は１０個などの任意の個数が使用され得る。

【0047】

図６は、診断ユニット６１０がデジタル値３４８＿Ｄ１～３４８＿Ｄ４を受信し、上記のように行ＩＤを判定し、次いで、各行に対する撮像データ３４８＿１～３４８＿Ｍに伴う行ＩＤを出力する、前者の場合の例を示す。加えて、診断ユニット６１０は、例えば、順序通りでない行ＩＤ、又は（例えば、高いままになっている制御信号によって引き起こされる）繰り返される行ＩＤなどを検出することによって、任意選択的に、任意の他の好適な診断動作を実行し得る。この場合、診断ユニット６１０は、障害が発見されるときはいつでも障害データを出力するように、任意選択的に構成され得、これは、いくつかの場合には、障害が検出されたことを単に示し得、他の場合には、診断ユニット６１０が障害の性質を判定するように構成されていれば、その性質を示し得る。

【0048】

図７は、本開示の一態様による撮像システム７００の更なる例示的な実装形態を示し、診断画素は、１つの列ではなく、１つの行、行＿Ｄの画素として配列される。図３～６の例は、１つ以上の列として配列されている第１の複数の診断画素を表しているとみなされ得る。図７は、単一の行として配列されている第２の複数の診断画素を表しているとみなされ得る。

【0049】

撮像システム７００の動作は、図３～５と非常に類似している。Ｍ個の診断画素の各々は、異なる基準３５５＿１～３５５＿Ｍに設定され、各基準は、電位分割器ネットワークを使用して一次基準Ｖｒｅｆから得られる。行制御ユニット７３０は、制御信号ライン３３５＿Ｄを使用して、診断画素からの診断信号の選択及び読み出しを制御するように構成されている。診断信号の選択及び読み出しは、撮像画素から読み出される撮像信号と正確に同じ方法で実行され得る。この例では、各診断画素に設定される電圧基準は、行＿Ｄを読み出し、読み出された診断信号を診断画素基準値３５５＿１～３５５＿Ｍと比較する（又は適切に設定された閾値と比較する）ことによって、各列が一意に識別され得るように、列ＩＤとしての役目を務め得る。したがって、読み出しライン３４２＿１～３４２＿Ｍ及び／又はＡＤＣ３４０において、列読み出し順序が誤っている原因となるある種のエラーが存在する場合、それは識別され得る。更に、読み出しライン３４２＿１～３４２＿Ｍのいずれか１つ以上が、特定の電圧のままになっているか、又は破断している場合、それは、列ＩＤが誤っていることによっても識別されるはずである。これは、読み出しライン３４２＿１～３４２＿Ｍが、撮像信号及び診断信号を出力する側に対して、画像センサ７１０の反対側に、診断画素列が位置付けられている図７の例において、特に当てはまる。その場合、そのラインに沿ったどこかのエラーが、読み出された診断信号に影響を与えるはずであるからである。

【0050】

第２の複数の診断画素の更なる目的は、診断信号の読み出しが、撮像信号を読み出すために使用されるのと同じＡＤＣを使用することである。結果として、１つ以上のＡＤＣのいずれかにエラーがある場合、診断画素が選択され読み出されるときに、デジタル出力３４８＿１～３４８＿Ｍに発見される１つ以上の誤った列ＩＤによって、それが識別されるはずである。

【0051】

図８は、第２の複数の診断画素が図６の実装形態に類似する更なる例示的な撮像システム８００を示す。この例において、第２の複数の診断画素は、複数の行として配列される（この例では２つの行であるが、より多くの行、例えば、３つ、４つなどが使用され得る）。第２の複数の診断画素の各列に対して使用される基準信号の組み合わせは、図６を参照して説明したのとほぼ同じ方法で、異なる場合がある。したがって、高レベルの診断画素基準信号精度及び／又は低ノイズ及び／又は高精度のＡＤＣを必要とせずに、複数の診断画素行を読み出すことによって、多数の列（潜在的には数千）が一意に識別され得る。更に、各行の診断画素に対して読み出される複数の診断信号が異なるため、ＡＤＣ３４０内の他のエラーも識別され得る。例えば、ＡＤＣのいずれかが動作しない場合、全ての診断画素行を読み出すことによって、それらは、それぞれ、診断画素読み出し中のある段階で、異なる基準電圧を変換することを強制されるため、これは検出され得る。これは、各列における基準電圧が、それらが全ては同じではないように、例えば、各列の診断画素における少なくとも１つの診断画素が、その列における少なくとも１つの他の診断画素の基準信号レベルとは異なる基準信号レベルに設定されるように、設定されることを必要とし得る。したがって、任意のＡＤＣが、それが変換する診断信号の各々に対して、同じ（同一又は＋／－１％、＋／－２％などの定義された許容範囲内で類似のいずれかの）デジタル値を出力する場合、ＡＤＣに障害があることが検出され得る。

【0052】

図９は、本開示の一態様による更なる例示的な撮像システム９００を示す。この例は、第１の複数の診断画素及び第２の複数の診断画素の両方を含み、その結果、行ＩＤ及び列ＩＤの両方が判定され得る。この例は、（図３及び４による）単一の列の診断画素及び（図７による）単一の行の診断画素を示す。代替として、それは、（図５による）複数の列の診断画素及び／又は（図８による）複数の行の診断画素を含み得る。

【0053】

図１０は、診断画素の各々を基準信号に結合するのではなく、診断画素の各々が（例えば、図１に表される種類の）撮像画素であり、いくつかが選択的に陰にされている撮像システム３００の例示的な実装形態を示す。この例では、診断画素は、診断に使用され、撮像可能な設計の画素であるため、「診断撮像画素」と称され得る。図１０では、選択的に陰にされている診断画素は、濃い網掛けで表される。これらの診断撮像画素を強制的に暗くするか、又は暗くに非常に近づける陰の結果として、入射光は、画素上にいかなる電荷の蓄積（又はまさに無視できるほど少量の電荷の蓄積）も引き起こすはずがない。対照的に、図１０の白い診断画素である陰にされていない診断撮像画素は、入射光に応答して電荷を蓄積するはずである。

【0054】

１列のみの診断撮像画素が存在する図１０の例では、各行は一意に識別可能ではないが、いくつかの種類のエラーは、陰にされている及び陰にされていない診断撮像画素の交互のパターンによって検出され得る。例えば、画素が一度に１行ずつ読み出されている場合（例えば、行１、次いで行２、次いで行３など）、読み出された診断信号３４２＿Ｄ、３４８＿Ｄは、高い信号と低い信号との間で交互になるはずである。２つの連続した行が両方とも高い、又は両方とも低い診断信号を伴って読み出せる場合、それは、（例えば、行１の読み出しの後に、行２ではなく、行３が続く）行選択／読み出しエラーを示す。

【0055】

診断画素を陰にすることは、基準信号を使用するのではなく、図５から９の配置の各々でも使用され得る。例えば、各診断撮像画素は、複数の列及び／又は行の診断画素を含むことによって、（陰にされているか、又は陰にされていないかという）１ビットの情報を効果的に表すので、各行及び／又は列は、一意に識別され得る。これは、図５及び８と非常によく似ている。例えば、１０列の診断撮像画素を有することによって、１０００行の画素は、診断撮像画素を使用して、一意に識別され得、かつ／又は１０行の診断撮像画素を有することによって、１０００列の画素は、診断撮像画素を使用して、一意に識別され得る。

【0056】

画像センサ３１０が、陰にされている及び陰にされていない画素を、読み出された診断信号３４２＿Ｄ、３４８＿Ｄから区別するのに十分な光で光景を撮像している場合にのみ、診断撮像画素に対して影にすることを使用することが有効であり得る。しかしながら、工業的応用などのいくつかの応用に対して、光景の光のレベルは、この代替の実装形態が非常に効果的であり得るように、常に確実に高くなり得る。

【0057】

図１１は、本開示の一態様による更なる例示的な撮像システム１１００を示す。この例では、画像センサ１１１０は、いかなる診断画素も含まない。代わりに、撮像システム１１００は、行選択プロセスにおける障害を検出するために、この例では行制御ユニットの複製１１３０である診断回路を備える。行制御ユニットの複製１１３０は、行制御ユニット３３０の複製であるように構成され、行制御ユニット３３０によって行制御ライン３３５＿ｎに置かれる行選択制御信号を受信するように、それらのラインに結合される。行制御ユニットの複製１１３０は、（以下の図１２から分かるように）行制御ユニット３３０と同じ入力信号のうちの少なくともいくつかを受信し得、行制御ユニット３３０と同じ方法で動作するように構成されている。行制御ユニットの複製１１３０は、行選択の制御が適切に実行されているかどうかを判断するために使用され得る値／信号１１４０を出力するように構成されている。

【0058】

図１２は、行制御ユニット３３０及び行制御ユニットの複製１１３０の１つの例示的な実装形態の詳細を示す。行制御ユニット３３０は、図４に示されるものと同じであり、同じ方法で動作する。行制御ユニットの複製１１３０は、フリップフロップ４１０＿１～４１０＿Ｎと同じ種類の一連のカスケードにされたフリップフロップ１２１０＿１～１２１０＿Ｎを備える。フリップフロップ１２１０＿１～１２１０＿Ｎの各々のクロック入力は、行制御ライン３３５＿ｎ上の行選択の信号が、フリップフロップ１２１０＿１～１２１０＿Ｎをクロックする役目を務めるように、それぞれの行制御ライン３３５＿１に結合されている。第１のフリップフロップ１２１０＿１のデータ入力は、フリップフロップ４１０＿１と同じ選択の信号に結合され、各フリップフロップ１２１０＿１～１２１０＿Ｎ－１のデータ出力は、次のフリップフロップ１２１０＿２～１２１０＿Ｎのデータ入力に結合されている。結果として、行制御ライン３３５＿１上の信号が高くなると、フリップフロップ１２１０＿１のデータ入力における選択の信号は、フリップフロップ１２１０＿１のデータ出力にクロックされるはずである。したがって、行制御ユニット３３０及び行制御ライン３３５＿１～３３５＿Ｎが全て正しく動作している場合、選択の信号がフリップフロップ４１０＿ｎを介してカスケードにすべきであるのと同様に、選択の信号も同様にフロップフロップ１２１０＿ｎを介してカスケードにすべきであることが分かる。結果として、全てが正しく機能している場合、最後の行Ｎが選択されたとき（すなわち、クロック信号の数が最後の行Ｎの選択に対応する合計に達したとき）、値１１４０は高くなるはずである。そうでない場合、行制御ユニット３３０及び／又は制御ライン３３５＿ｎのどこかに障害が存在し得ることを示す。任意選択的に、１つの値１１４０だけを出力するのではなく、各フリップフロップ１２１０＿ｎのデータ出力は、カスケードを通る選択の信号の進行が観察され得るように、出力され得る。

【0059】

図１２は、行制御ユニットの複製１１３０の１つの特定の例示的な実装形態を示すが、行制御ユニット３３０は、多くの異なる方法で実装され得、行制御ユニットの複製１１３０は、行制御ユニット３３０を複製するように、任意の好適な対応する方法で実装され得ると理解されるであろう。

【0060】

図１３は、本開示の一態様による更なる例示的な撮像システム１３００を示す。この例では、画像センサ１１１０は、図１１～１３と同じ種類であり、いかなる診断画素も含まない。システム１３００は、システム１１００と同様であるが、行制御ユニットの複製１１３０を有するのではなく、診断回路は、代わりに、診断論理回路１３１０である。診断論理回路１３１０は、行制御ユニット３３０及び／又は行制御ライン３３５＿ｎに伴う障害、例えば、行制御の障害又は行読み出し順序の障害が、出力信号１３２０から検出可能であるような方法で、行制御ライン３３５＿ｎ上の信号を処理するように構成されている。診断論理回路１３１０は、検出されるべき障害の性質、及び画像センサ１１１０の配置（例えば、そのサイズ）、及び行制御ユニット３３０の動作に応じて、多くの異なる方法で構成され得る。

【0061】

図１４は、診断論理回路１３１０の１つの例示的な実装形態を示す。簡略化するために、診断論理ユニット１３１０の機能性は、３つの行、行１～３のみに対して表されるが、同じ機能性が全てのＮ行に対して規模を拡大され得ることが容易に理解されるであろう。診断論理回路１３１０は、３つの行に対して、３つのＩＤユニット、ＩＤ１ １４１０＿１、ＩＤ２ １４１０＿２、及びＩＤ３ １４１０＿３を備える。ＩＤ１ １４１０＿１は、行１を一意に示す値、例えば、バイナリ値「０１」を出力するように構成されている。ＩＤ２ １４１０＿２は、行２を一意に示す値、例えば、バイナリ値「１０」を出力するように構成されている。ＩＤ３ １４１０＿３は、行３を一意に示す値、例えば、バイナリ値「１１」を出力するように構成されている。各行がバイナリワードによって一意に識別され得るように、４つ以上の行がある場合、より長いバイナリワードが出力され得ることが理解されるであろう。ＩＤ１ １４１０＿１、ＩＤ２ １４１０＿２、及びＩＤ３ １４１０＿３は、例えば、メモリ又は固定論理を使用して、任意の好適な方法で実装され得る。診断論理ユニットは、ＡＮＤゲートも含み、各ＡＮＤゲートは、それぞれのＩＤユニット及び行制御ライン３３５＿ｎに結合される。結果として、行制御ラインが高くなると、対応するＡＮＤゲートからの出力は、対応するＩＤユニットによって出力される値になるはずである。

【0062】

より詳細には、各ＡＮＤゲートの出力は、以下のように表され得る：
行＿識別子＿ゲーティッド［ｎ］＝行＿識別子［ｎ］＆行＿選択［ｎ］
式中：
行＿識別子＿ゲーティッド［ｎ］は、ＡＮＤゲートｎの出力である。
行＿識別子［ｎ］は、ＩＤユニットｎによって出力されるバイナリ値である。
行＿選択［ｎ］は、行制御ライン３３５＿ｎ上の信号である。

【0063】

したがって、行＿選択［ｎ］が０の場合、行＿識別子＿ゲーティッド［ｎ］も０である。行＿選択［ｎ］が１の場合、行＿識別子＿ゲーティッド［ｎ］は行＿識別子［ｎ］に設定される。

【0064】

ＡＮＤゲートの出力は、図１４のＯＲゲートの組み合わせによるＸＯＲｄである。結果として、信号１３２０の値は、以下のように表され得る：
信号１３２０＝行＿識別子＿ゲーティッド［１］∧行＿識別子＿ゲーティッド［２］∧行＿識別子＿ゲーティッド［３］
撮像システム１３００が正しく動作し、一度に１つの画素行のみが選択される場合、行＿識別子＿ゲーティッドの信号のうちの１つは、選択された行の行＿識別子の値に設定されるはずであり、他の全ての行＿識別子＿ゲーティッドの信号は、０であるはずである。０はＸＯＲゲートに何もしないので、選択された行の識別子は、変更されることなく信号１３２０に渡されるはずである。したがって、信号１３２０は、正しい画素行の選択が信号１３２０によって検証され得るように、現在選択されている画素行を示すはずである。結果として、誤った順序で画素行を選択する際の障害は、信号１３２０を使用して識別され得る。又、行制御ライン３３５における障害（例えば、破断）も、その行の行識別子の値に決して設定されない信号１３２０によって識別され得る。

【0065】

更に、信号１３２０は、２つの行が同時に選択される障害を識別するのに役立ち得る。なぜなら、これは、信号１３２０が予想される値と異なるように、それに設定される値を損なうはずであるからである。

【0066】

例えば、行［２］が選択されるべきであるが、誤って行［１］と行［２］の両方が同時に選択されている場合、
行＿識別子＿ゲーティッド［１］＝２’ｂ０１＆２’ｂ１１＝２’ｂ０１
行＿識別子＿ゲーティッド［２］＝２’ｂ１０＆２’ｂ１１＝２’ｂ１０
行＿識別子＿ゲーティッド［３］＝２’ｂ１１＆２’ｂ００＝２’ｂ００
信号１３２０＝２’ｂ０１∧２’ｂ１０∧２’ｂ００＝２’ｂ１１

【0067】

したがって、信号１３２０は、（２’ｂ１１が行［３］に対する行識別子の値であるため）行［３］が選択されることを示唆する。これは、選択されるべき行とは異なるので、撮像システム１３００が誤って動作していることは明らかである。

【0068】

図１４は、１つの特定の論理実装形態を示すが、出力信号１３２０が動作診断のために使用され得る（例えば、任意の所与の時点でどの行が選択され、任意の行選択障害が存在するかを判定する）ような方法で、行制御ライン３３５＿ｎ上の制御信号に基づいて、出力信号１３２０が生成されるように、種々の異なる論理構成が使用され得ると理解されるであろう。

【0069】

当業者は、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の上記の態様に対して、様々な変更又は修正がなされ得ることを容易に理解するであろう。

【0070】

上述した例の各々において、診断画素に対して使用される基準信号は、電位分割器ネットワークを使用して、一次電圧基準Ｖｒｅｆから得られる。１つの例示的な代替において、それらは、それぞれ、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）によって生成され得る。この代替案は、ＤＡＣが掃引される各レベルで読み出されている基準信号で、ある範囲の電圧（例えば、ＤＡＣの全変換範囲）を通してＤＡＣを掃引することによって、例えば、それらの線形性、ゲイン、フルスケール範囲などを検定する、システム内の全てのＡＤＣの粗いパラメトリック検定を考慮に入れることができる。各レベルで読み出される基準信号から、ＡＤＣの直線性、ゲイン、及び／又はフルスケール範囲が判定され得る。これらのような動作は、例えば、システム起動時に及び／又はシステム動作中に断続的に若しくは周期的に（例えば、単にＤＡＣを使用して新しい各フレームキャプチャに対して基準電圧レベルを変更することによって）実行され得る。更に、一意の行ＩＤ及び／又は列ＩＤが変化するように、フレーム間で電圧基準を変更することが可能であり得る。これは、連続するフレームが同一であるように見えるが、画像信号レベルが固定されたままであることがその理由である場合にのみ、固定されたままのフレームの検出に役立つであろう。診断画素に対する基準レベルがフレーム間で変化し、ＡＤＣから出力される基準信号が同じに留まっている場合、それは、固定されたフレームを引き起こしている撮像装置システムの少なくとも一部に障害があることを示す。

【0071】

上記では、各診断画素に加えられる基準信号、及び各診断画素から読み出される診断信号は、典型的には電圧信号として説明されるが、他の画像センサの実装形態では、それらは、任意の他の好適な種類の信号であり得る。例えば、診断画素は、それぞれ、コンデンサを含むかもしれず、基準信号は、コンデンサを基準充電レベルに充電するために使用される電流信号であり得る。その場合、診断信号は、基準電荷レベルに依存し、したがって、基準電流信号に依存する電圧信号として読み出され得る。

【0072】

本開示の態様
本開示の限定的でない態様は、以下の番号付き条項に記載されている。

【0073】

条項１．撮像システムであって、システムが、
画像センサであって、
行及び列のマトリックスに配列されている複数の撮像画素であって、各撮像画素が、撮像画素上に入射する光に依存して電荷を蓄積するように構成されている、複数の撮像画素と、
基準信号に結合された少なくとも１つの診断画素と、を備える、画像センサと、
制御及び読み出し回路であって、
撮像画素のうちの１つ以上を選択し、各選択された撮像画素に対して、選択された撮像画素上に蓄積された電荷を示す撮像信号を読み出し、
少なくとも１つの診断画素を選択し、基準信号を示す診断信号を読み出し、
システム診断で使用するために診断信号を出力するように構成されている、制御及び読み出し回路と、を備える、撮像システム。

【0074】

条項２．それぞれの基準信号に各々結合されている、第１の複数の診断画素を備え、
第１の複数の診断画素が、１つ以上の列の診断画素として配列され、
制御及び読み出し回路が、
画像センサの特定の行の撮像画素を選択して読み出し、
画像センサの特定の行にある１つ以上の診断画素を選択して読み出すように構成されている、条項１に記載の撮像システム。

【0075】

条項３．第１の複数の診断画素が、単一の列の診断画素として配列されている、条項２に記載の撮像システム。

【0076】

条項４．第１の複数の診断画素の各々に対する基準信号が異なる、条項３に記載の撮像システム。

【0077】

条項５．第１の複数の診断画素が、複数の列の診断画素として配列されている、条項２に記載の撮像システム。

【0078】

条項６．第１の複数の診断画素の各行に対して使用される基準信号の組み合わせが異なる、条項５に記載の撮像システム。

【0079】

条項７．制御及び読み出し回路が、特定の行の撮像画素及び少なくとも１つの診断画素の選択及び読み出しを制御するために、制御信号を出力するように構成されている行制御回路を備え、
行制御ユニットが、撮像画素の一方の端の列に隣接する、画像センサの一方の側に位置付けられ、
１つ以上の列の診断画素が、行制御ユニットの側に対して画像センサの反対側に位置付けられている、条項２～６のいずれか一項に記載の撮像システム。

【0080】

条項８．制御及び読み出し回路が、特定の行の撮像画素及び１つ以上の診断画素を同時に選択して読み出すように構成されている、条項２～７のいずれか一項に記載の撮像システム。

【0081】

条項９．それぞれの基準信号に各々結合されている、第２の複数の診断画素を備え、
第２の複数の診断画素が、１つ以上の行の診断画素として配列され、
制御及び読み出し回路が、
１つの行の撮像画素を選択して、複数の読み出しラインを介してそれらの撮像信号を読み出し、
１つ以上の行の診断画素のうちの１つの行を選択して、複数の読み出しラインを介してそれらの診断信号を読み出すように構成されている、請求項１～８のいずれか一項に記載の撮像システム。

【0082】

条項１０．第２の複数の診断画素が、単一の行の診断画素として配列されている、条項９に記載の撮像システム。

【0083】

条項１１．第２の複数の診断画素の各々に対する基準信号が異なる、条項１０に記載の撮像システム。

【0084】

条項１２．第２の複数の診断画素が、複数の行の診断画素として配列されている、条項９に記載の撮像システム。

【0085】

条項１３．第２の複数の診断画素の各列に対して使用される基準信号の組み合わせが異なる、条項１２に記載の撮像システム。

【0086】

条項１４．１つ以上の行の診断画素が、複数の読み出しラインが撮像信号及び診断信号を出力する側に対して、画像センサの反対側に位置付けられている、条項９～１３のいずれか一項に記載の撮像システム。

【0087】

条項１５．診断信号と基準信号との比較に基づいて、画像センサ並びに／又は制御及び読み出し回路における障害を検出するように構成されている診断ユニットを、更に備える、
条項１～１４のいずれか一項に記載の撮像システム。

【0088】

条項１６．撮像システムであって、システムが、
画像センサであって、
行及び列のマトリックスに配列されている複数の撮像画素であって、各撮像画素が、撮像画素上に入射する光に依存して電荷を蓄積するように構成されている、複数の撮像画素と、
各行の撮像画素に対して、読み出しのために行の撮像画素を選択するための行制御ラインと、を備える、画像センサと、
撮像画素の選択及び読み出しを制御するために、各行制御ラインに結合され、各行制御ラインに制御信号を出力するように構成されている行制御回路と、
各行制御ラインに結合され、撮像画素の選択及び読み出しの間、行制御ライン上の制御信号に基づいて生成される信号を出力するように構成されている、診断回路と、を備える、撮像システム。

【0089】

条項１７．診断回路が、行制御回路の動作を複製するように構成されている、行制御回路の複製である、条項１６に記載の撮像システム。

【0090】

条項１８．診断回路が、撮像画素の選択及び読み出しの間、診断回路によって出力された信号が、選択された行の画素を識別するように構成されている論理を備える、条項１６に記載の撮像システム。

【0091】

条項１９．行制御回路が、各行制御ラインの一端に結合され、診断回路が、各行制御ラインの他端に結合されている、条項１６～１８のいずれか一項に記載の撮像システム。

【0092】

条項２０．撮像システムであって、システムが、
画像センサであって、
行及び列のマトリックスに配列されている複数の撮像画素であって、各撮像画素が、撮像画素上に入射する光に依存して電荷を蓄積するように構成されている、複数の撮像画素と、
第１の複数の診断撮像画素であって、診断撮像画素のうちのいくつかが、それらが診断撮像画素上に入射する光に依存して電荷を蓄積しないように陰にされており、診断撮像画素のうちのその他のものが、それらが診断撮像画素上に入射する光に依存して電荷を蓄積するように陰にされていない、第１の複数の診断撮像画素と、を備える、画像センサと、
制御及び読み出し回路であって、
撮像画素のうちの１つ以上を選択し、各選択された撮像画素に対して、選択された撮像画素上に蓄積された電荷を示す撮像信号を読み出し、
複数の診断撮像画素のうちの少なくとも１つを選択し、各選択された診断画素に対して、選択された診断画素上に蓄積された電荷を示す診断信号を読み出し、
システム診断で使用するために診断信号を出力するように構成されている、制御及び読み出し回路と、を備える、撮像システム。

【0093】

条項２１．第１の複数の診断撮像画素が、単一の列の診断撮像画素として配列され、陰にされている及び陰にされていない診断撮像画素が、単一の列に沿って交互になっている、条項２０に記載の撮像システム。

【0094】

条項２２．第１の複数の診断撮像画素が、複数の列の診断撮像画素として配列されている、条項２０に記載の撮像システム。

【0095】

条項２３．第１の複数の診断撮像画素の各行に対して使用される、陰にされている及び陰にされていない診断撮像画素の組み合わせが異なる、条項２２に記載の撮像システム。

【0096】

条項２４．第２の複数の診断撮像画素であって、診断撮像画素のうちのいくつかが、それらが診断撮像画素上に入射する光に依存して電荷を蓄積しないように陰にされており、診断撮像画素のうちのその他のものが、それらが診断撮像画素上に入射する光に依存して電荷を蓄積するように陰にされておらず、
第２の複数の診断撮像画素が、１つ以上の行の診断撮像画素として配列されている、第２の複数の診断撮像画素を更に備える、
条項２１～２３のいずれか一項に記載の撮像システム。

【0097】

条項２５．第１の複数の診断撮像画素が、１つ以上の行の診断撮像画素として配列されている、条項２０に記載の撮像システム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【外国語明細書】