JP2002300476A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
ダイナミックレンジを、固体撮像素子のダイナミックレ
ンジに適合させることができる撮像装置を提供すること
を目的とする。 【解決手段】A/Dコンバータ101より出力されるデ
ジタルデータより、被写体の最高輝度と最低輝度が演算
回路102で求められると、演算回路103によって、
被写体の輝度範囲が求められ、この輝度範囲に応じてリ
セットバイアス供給回路104が制御される。そして、
リセット時に固体撮像素子100の各画素に与えられる
バイアス電圧が、被写体の輝度範囲に応じてリセットバ
イアス供給回路104によって調整される。
Description
線形的に変化する電気信号を出力する第1状態と入射光
量に対して自然対数的に変化する電気信号を出力する第
2状態との間で切換可能な固体撮像素子を有する撮像装
置に関する。
体撮像素子においては、そのダイナミックレンジが2桁
と狭いため、広い輝度範囲の輝度分布を構成する被写体
を撮像したときは、ダイナミックレンジ以外の範囲の輝
度情報は出力されない。又、それに対して、入射光量に
対して対数変換する固体撮像素子においては、そのダイ
ナミックレンジが5〜6桁と広いため、少々広い輝度範
囲の輝度分布を構成する被写体を撮像しても、輝度分布
内の全輝度情報を電気信号に変換して出力することがで
きる。
は、2〜3桁程度のものが多いため、ダイナミックレン
ジが5〜6桁となる対数変換する固体撮像素子の場合、
被写体の輝度分布に対してその撮像可能領域が広くなる
ので、撮像可能領域内の低輝度領域又は高輝度領域にお
いて、輝度データの無い領域ができてしまう。そのた
め、対数変換する固体撮像素子からの電気信号を用いて
前記輝度分布の被写体の画像を再生したとき、輝度が最
小となる黒色が濃い灰色に、輝度が最大となる白色が薄
い灰色に再生され、全体的にコントラスト不足の画像が
再生されることがある。
像素子から出力される電気信号をデジタル信号に変換し
た後、輝度分布を計測して、輝度分布の最小値がデジタ
ル出力のダイナミックレンジの最小値に、輝度分布の最
大値がデジタル出力のダイナミックレンジの最大値に一
致させるように、デジタル信号の値を変換させて、輝度
分布とデジタル出力のダイナミックレンジを一致させる
方法が提案されている。
素子からの出力がデジタル変換されたデジタル信号を処
理することで、被写体の輝度分布と固体撮像素子からの
出力をデジタル変換して得られたデジタル出力のダイナ
ミックレンジを一致させたとき、デジタル出力におい
て、ビット落ちが生じてしまい、結果的に階調性が落ち
てしまう。よって、再生された画像の輝度の変化にガタ
ツキが生じ、滑らかさを失う恐れがある。
性を落とすことなく、被写体のダイナミックレンジを、
固体撮像素子のダイナミックレンジに適合させることが
できる撮像装置を提供することを目的とする。
に、請求項1に記載の撮像装置は、入射光量に応じた電
気信号を出力する感光素子と該感光素子からの電気信号
が与えられるトランジスタとを有するとともに線形変換
して出力する第1状態と入射光量に応じた電気信号を対
数変換して出力する第2状態との間で自動的に切換可能
な複数の画素より成る固体撮像素子を有する撮像装置に
おいて、リセット直後の前記トランジスタのポテンシャ
ル状態を、該固体撮像素子によって撮像される被写体の
輝度分布の状態に応じて変化させるバイアス調整部を有
することを特徴とする。
度分布が広い場合は、トランジスタが低い輝度でサブス
レッショルド領域で動作可能とするように、リセット時
のトランジスタのポテンシャル状態を調整する。又、被
写体の輝度分布が狭い場合は、トランジスタが高い輝度
までカットオフ状態で動作可能とするように、リセット
時のトランジスタのポテンシャル状態を調整する。
セット時において、前記トランジスタに与えるバイアス
電圧の値を切り換えることによって、前記バイアス調整
部がリセット直後の前記トランジスタのポテンシャル状
態を調整するようにしても構わない。又、請求項3に記
載するように、リセット時において前記トランジスタに
与えるバイアス電圧を与える時間の長さを切り換えるこ
とによって、前記バイアス調整部がリセット直後の前記
トランジスタのポテンシャル状態を調整するようにして
も構わない。
記載の撮像装置において、前記画素が、前記感光素子と
なるとともに、第1電極に直流電圧が印加されたフォト
ダイオードと、該フォトダイオードの第2電極に、第1
電極及びゲート電極が接続されるとともに、ゲート電極
から電気信号を出力するMOSトランジスタと、を有
し、前記バイアス調整部によって、前記被写体の輝度分
布の輝度範囲が狭いときは、前記MOSトランジスタの
ゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が大き
くなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタ
のポテンシャル状態が調整されるとともに、前記被写体
の輝度分布の輝度範囲が広いときは、前記MOSトラン
ジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの
差が小さくなるように、リセット直後の前記MOSトラ
ンジスタのポテンシャル状態が調整されることを特徴と
する。
記載するように、前記MOSトランジスタの第2電極へ
与える電圧を切り換えることによって、前記画素がリセ
ットされ、前記バイアス調整部が、リセット時に前記M
OSトランジスタの第2電極へ与える電圧値を調整する
ことによって、リセット直後の前記MOSトランジスタ
のポテンシャル状態を調整するようにしても構わない。
ルのMOSトランジスタとすると、被写体の輝度範囲が
広いとき、リセット時に前記MOSトランジスタの第2
電極へ与える電圧値を高く設定し、被写体の輝度範囲が
狭いとき、リセット時に前記MOSトランジスタの第2
電極へ与える電圧値を低く設定する。
Sトランジスタの第2電極へ与える電圧を切り換えるこ
とによって、前記画素がリセットされ、前記バイアス調
整部が、リセット時に前記MOSトランジスタの第2電
極へ与える電圧値を切り換える時間を調整することによ
って、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテン
シャル状態を調整するようにしても構わない。
ルのMOSトランジスタとすると、被写体の輝度範囲が
広いとき、リセット時に前記MOSトランジスタの第2
電極へ与える電圧値を切り換える時間を短く設定し、被
写体の輝度範囲が狭いとき、リセット時に前記MOSト
ランジスタの第2電極へ与える電圧値を切り換える時間
を長く設定する。
Sトランジスタのゲート電極へ与える電圧を切り換える
ことによって、前記画素がリセットされ、前記バイアス
調整部が、リセット時に前記MOSトランジスタのゲー
ト電極へ与える電圧値を調整することによって、リセッ
ト直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態を
調整するようにしても構わない。
ルのMOSトランジスタとすると、被写体の輝度範囲が
広いとき、リセット時に前記MOSトランジスタのゲー
ト電極へ与える電圧値を高く設定し、被写体の輝度範囲
が狭いとき、リセット時に前記MOSトランジスタのゲ
ート電極へ与える電圧値を低く設定する。
Sトランジスタのゲート電極及び第2電極へ与える電圧
を切り換えることによって、前記画素がリセットされ、
前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトラン
ジスタのゲート電極及び第2電極へ与える電圧値を調整
することによって、リセット直後の前記MOSトランジ
スタのポテンシャル状態を調整するようにしても構わな
い。
ルのMOSトランジスタとすると、被写体の輝度範囲が
広いとき、リセット時に前記MOSトランジスタのゲー
ト電極及び第2電極へ与える電圧値を高く設定し、被写
体の輝度範囲が狭いとき、リセット時に前記MOSトラ
ンジスタのゲート電極及び第2電極へ与える電圧値を低
く設定する。
記載の撮像装置において、前記画素が、前記感光素子と
なるとともに、第2電極に直流電圧が印加されたフォト
ダイオードと、該フォトダイオードの第1電極に、第2
電極が接続されるとともに第2電極から電気信号を出力
するMOSトランジスタと、を有し、前記バイアス調整
部によって、前記被写体の輝度分布の輝度範囲が狭いと
きは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極
との間のポテンシャルの差が大きくなるように、リセッ
ト直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が
調整されるとともに、前記被写体の輝度分布の輝度範囲
が広いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と
第2電極との間のポテンシャルの差が小さくなるよう
に、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシ
ャル状態が調整されることを特徴とする。
に記載するように、前記MOSトランジスタの第1電極
及びゲート電極それぞれへ与える電圧を切り換えること
によって、前記画素がリセットされ、前記バイアス調整
部が、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電
極へ与える電圧値を調整することによって、リセット直
後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態を調整
するようにしても構わない。
ルのMOSトランジスタとすると、被写体の輝度範囲が
広いとき、リセット時に前記MOSトランジスタのゲー
ト電極へ与える電圧値を低く設定し、被写体の輝度範囲
が狭いとき、リセット時に前記MOSトランジスタのゲ
ート電極へ与える電圧値を高く設定する。
OSトランジスタの第1電極及びゲート電極それぞれへ
与える電圧を切り換えることによって、前記画素がリセ
ットされ、前記バイアス調整部が、リセット時に前記M
OSトランジスタのゲート電極へ与える電圧値を切り換
える時間を調整することによって、リセット直後の前記
MOSトランジスタのポテンシャル状態を調整するよう
にしても構わない。
ルのMOSトランジスタとすると、被写体の輝度範囲が
広いとき、リセット時に前記MOSトランジスタのゲー
ト電極へ与える電圧値を切り換える時間を短く設定し、
被写体の輝度範囲が狭いとき、リセット時に前記MOS
トランジスタのゲート電極へ与える電圧値を切り換える
時間を長く設定する。
OSトランジスタの第1電極及びゲート電極に直流電圧
が印加されるとともに、前記MOSトランジスタの第2
電極へ与える電圧を切り換えることによって、前記画素
がリセットされ、前記バイアス調整部が、リセット時に
前記MOSトランジスタの第2電極へ与える電圧値を調
整することによって、リセット直後の前記MOSトラン
ジスタのポテンシャル状態を調整するようにしても構わ
ない。
ルのMOSトランジスタとすると、被写体の輝度範囲が
広いとき、リセット時に前記MOSトランジスタの第2
電極へ与える電圧値を低く設定し、被写体の輝度範囲が
狭いとき、リセット時に前記MOSトランジスタの第2
電極へ与える電圧値を高く設定する。
OSトランジスタのゲート電極及び第2電極へ与える電
圧を切り換えることによって、前記画素がリセットさ
れ、前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSト
ランジスタのゲート電極へ与える電圧値を調整すること
によって、リセット直後の前記MOSトランジスタのポ
テンシャル状態を調整するようにしても構わない。
ルのMOSトランジスタとすると、被写体の輝度範囲が
広いとき、リセット時に前記MOSトランジスタのゲー
ト電極へ与える電圧値を低く設定し、被写体の輝度範囲
が狭いとき、リセット時に前記MOSトランジスタのゲ
ート電極へ与える電圧値を高く設定する。
OSトランジスタのゲート電極及び第2電極へ与える電
圧を切り換えることによって、前記画素がリセットさ
れ、前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSト
ランジスタのゲート電極へ与える電圧値を切り換える時
間を調整することによって、リセット直後の前記MOS
トランジスタのポテンシャル状態を調整するようにして
も構わない。
ルのMOSトランジスタとすると、被写体の輝度範囲が
広いとき、リセット時に前記MOSトランジスタのゲー
ト電極へ与える電圧値を切り換える時間を短く設定し、
被写体の輝度範囲が狭いとき、リセット時に前記MOS
トランジスタのゲート電極へ与える電圧値を切り換える
時間を長く設定する。
下に説明する。
撮像装置に設けられる固体撮像素子の一構成例につい
て、説明する。図1は本発明の二次元のMOS型固体撮
像装置の一部の構成を概略的に示している。同図におい
て、G11〜Gmnは行列配置(マトリクス配置)された
画素を示している。2は垂直走査回路であり、行(ライ
ン)4−1、4−2、…、4−nを順次走査していく。
3は水平走査回路であり、画素から出力信号線6−1、
6−2、…、6−mに導出された光電変換信号を画素毎
に水平方向に順次読み出す。5は電源ラインである。各
画素に対し、上記ライン4−1、4−2、…、4−nや
出力信号線6−1、6−2、…、6−m、電源ライン5
だけでなく、他のライン(例えば、クロックライン等)
も接続されるが、図1ではこれらについて省略する。
mごとにNチャネルのMOSトランジスタQ1が図示の
如く1組ずつ設けられている。出力信号線6−1を例に
とって説明すると、MOSトランジスタQ1のゲートは
直流電圧線7に接続され、ドレインは出力信号線6−1
に接続され、ソースは直流電圧VPS’のライン8に接続
されている。そして、出力信号線6−1、6−2、・・
・、6−mを通して出力される各画素の撮像時の画像デ
ータ及びリセット時の補正データが順次サンプルホール
ド回路9に与えられる。
毎に、画像データ及び補正データが出力されてサンプル
ホールドされる。そして、サンプルホールドされた画像
データ及び補正データは、列毎に、出力回路10に出力
され、出力回路10で感度バラツキによるノイズ成分が
除去されるように、補正データに基づいて画像データが
補正される。よって、出力回路10より、各画素の感度
バラツキが補正された画像データが、各画素毎にシリア
ルに出力される。
それらの画素で発生した光電荷に基づく信号を出力する
NチャネルのMOSトランジスタT2が設けられてい
る。MOSトランジスタT2と上記MOSトランジスタ
Q1との接続関係は図2のようになる。ここで、MOS
トランジスタQ1のソースに接続される直流電圧VPS’
と、MOSトランジスタT2のドレインに接続される直
流電圧VPD’との関係はVPD’>VPS’であり、直流電
圧VPS’は例えばグランド電圧(接地)である。
T2のゲートに信号が入力され、下段のMOSトランジ
スタQ1のゲートには直流電圧DCが常時印加される。
このため、下段のMOSトランジスタQ1は抵抗又は定
電流源と等価であり、図2の回路はソースフォロワ型の
増幅回路となっている。この場合、MOSトランジスタ
T2から増幅出力されるのは電流であると考えてよい。
尚、図1及び図2に示す構成は以下に説明する画素の第
1例〜第6例に共通の構成である。
きく出力することができる。従って、画素がダイナミッ
クレンジ拡大のために感光素子から発生する光電流を自
然対数的に変換しているような場合は、そのままでは出
力信号が小さいが、本増幅回路により充分大きな信号に
増幅されるため、後続の信号処理回路(図示せず)での
処理が容易になる。また、増幅回路の負荷抵抗部分を構
成するMOSトランジスタQ1を画素内に設けずに、列
方向に配置された複数の画素が接続される出力信号線6
−1、6−2、…、6−mごとに設けることにより、負
荷抵抗又は定電流源の数を低減でき、半導体チップ上で
増幅回路が占める面積を少なくできる。
像素子の各画素に適用される第1例について、図面を参
照して説明する。図3は、本例に使用する固体撮像素子
に設けられた画素の構成を示す回路図である。
が感光部(光電変換部)を形成している。そのフォトダ
イオードPDのアノードはMOSトランジスタT4のド
レインに接続され、このMOSトランジスタT4のソー
スは、MOSトランジスタT1のドレインとゲート及び
MOSトランジスタT2のゲートに接続されている。M
OSトランジスタT2のソースは行選択用のMOSトラ
ンジスタT3のドレインに接続されている。MOSトラ
ンジスタT3のソースは出力信号線6(この出力信号線
6は図1の6−1、6−2、…、6−mに対応する)へ
接続されている。尚、MOSトランジスタT1〜T4
は、それぞれ、NチャネルのMOSトランジスタでバッ
クゲートが接地されている。
MOSトランジスタT2のドレインには直流電圧VPDが
印加されるようになっている。一方、MOSトランジス
タT1のソースには、信号φVPSが印加される。又、M
OSトランジスタT4のゲートに信号φSが入力され、
MOSトランジスタT3のゲートには信号φVが入力さ
れる。尚、信号φVPSは2値の電圧信号で、入射光量が
所定値を超えたときにMOSトランジスタT1をサブス
レッショルド領域で動作させるための電圧をVHとし、
又、この電圧よりも低くMOSトランジスタT1を導通
状態にする電圧をVLとする。このような構成の画素の
動作について、以下に説明する。
パルス信号φVがMOSトランジスタT3のゲートに与
えられて、出力信号が読み出されると、まず、信号φS
をローレベルとしてMOSトランジスタT4をOFFに
することで、リセット動作を行う。このとき、MOSト
ランジスタT1のソース側より負の電荷が流れ込み、M
OSトランジスタT1のゲート及びドレイン、MOSト
ランジスタT2のゲート、そしてMOSトランジスタT
4のソースに蓄積された正の電荷が再結合される。よっ
て、ある程度までリセットされて、MOSトランジスタ
T1のドレイン及びゲート下領域のポテンシャルが下が
る。
レイン及びゲート下領域のポテンシャルが基の状態にリ
セットされようとするが、そのポテンシャルがある値に
なると、そのリセットされる速度が遅くなる。特に、明
るい被写体が急に暗くなった場合にこの傾向が顕著とな
る。よって、次に、MOSトランジスタT1のソースに
与える信号φVPSをVLとする。このように、MOSト
ランジスタT1のソース電圧を低くすることによって、
MOSトランジスタT1のソースから流入する負の電荷
の量が増加し、MOSトランジスタT1のゲート及びド
レイン、MOSトランジスタT2のゲート、そしてフォ
トダイオードPDのアノードに蓄積された正の電荷が速
やかに再結合される。
トを行った後、信号φVPSをVHとして、ハイレベルの
パルス信号φVをMOSトランジスタT3のゲートに与
えることによって、リセット時における補正データを読
み出す。このとき、リセットされたMOSトランジスタ
T1のゲート電圧がMOSトランジスタT2のゲートに
与えられ、このMOSトランジスタT1のゲート電圧が
MOSトランジスタT2で電流増幅されて、MOSトラ
ンジスタT3を介して出力信号線6に出力される。
ランジスタQ1(図2)の導通時抵抗とそれらを流れる
電流によって決まるMOSトランジスタQ1のドレイン
電圧が、補正データとして出力信号線6に現れる。この
ようにして補正データが読み出されると、MOSトラン
ジスタT3をOFFにした後、信号φSをハイレベルに
して、次の撮像動作に備える。
始すると、フォトダイオードPDより入射光量に応じた
光電荷がMOSトランジスタT1に流れ込む。今、MO
SトランジスタT1はカットオフ状態であるので、光電
荷がMOSトランジスタT1のゲートに蓄積される。よ
って、撮像する被写体の輝度が低くフォトダイオードP
Dに入射される入射光量が少ない場合は、MOSトラン
ジスタT1のゲートに蓄積された光電荷量に応じた電圧
がMOSトランジスタT1のゲートに現れるため、入射
光量の積分値に対して線形的に比例した電圧がMOSト
ランジスタT2のゲートに現れる。
イオードPDに入射される入射光量が多く、MOSトラ
ンジスタT1のゲートに蓄積された光電荷量に応じた電
圧が高くなると、MOSトランジスタT1がサブスレッ
ショルド領域で動作を行うため、入射光量に対して自然
対数的に比例した電圧がMOSトランジスタT1のゲー
トに現れる。
に又は自然対数的に比例した電圧がMOSトランジスタ
T1,T2のゲートに現れ、先と同様に、パルス信号φ
VをMOSトランジスタT3のゲートに与えることによ
って、入射光量に対して線形的に又は自然対数的に比例
したMOSトランジスタT1のゲート電圧がMOSトラ
ンジスタT2で電流増幅されて、MOSトランジスタT
3を介して出力信号線6に出力される。又、MOSトラ
ンジスタT2及びMOSトランジスタQ1の導通時抵抗
とそれらを流れる電流によって決まるMOSトランジス
タQ1のドレイン電圧が、画像データとして出力信号線
6に現れる。
OSトランジスタT1のゲート電圧に至るまでにMOS
トランジスタT1に流れ込む光電荷量が、全ての画素に
おいて等しくなる。このように、各画素における変換動
作が対数変換動作に切り替わるときのフォトダイオード
PDより発生する光電荷量が等しいので、各画素におけ
る変換動作が対数変換動作に切り替わるときのフォトダ
イオードPDに入射される入射光量も等しい。即ち、全
ての画素において、その変換動作が線形変換動作から対
数変換動作に切り替わるときの被写体の輝度が等しいも
のとなり、MOSトランジスタT1の閾値電圧の差異に
よる各画素の変換動作の切換への影響を低減することが
できる。
値VL又は電圧値VLとなる信号φVPSを与える時間
(図4における時間taに相当する)を変化させること
によって、リセット直後のMOSトランジスタT1のゲ
ート電圧を変化させて、MOSトランジスタT1のゲー
ト・ソース間のポテンシャルを変化させることができ
る。今、図5に、電圧値VLの大きさを変えたときの被
写体輝度と固体撮像素子の出力との関係を示し、又、図
6に、電圧値VLとなる信号φVPSを与える時間を変化
させたときの被写体輝度と固体撮像素子の出力との関係
を示す。
ジスタT1のゲート・ソース間のポテンシャルの差が大
きくなるので、MOSトランジスタT1がカットオフ状
態で動作する被写体輝度の割合が大きくなる。そのた
め、図5のように、電圧値VLが低いほど、線形変換す
る被写体輝度の割合が大きくなる。よって、被写体の輝
度範囲が狭いほど電圧値VLを低くし、被写体の輝度範
囲が広いほど電圧値VLを高くすればよいことがわか
る。
時間taが長くなるほど、MOSトランジスタT1のゲ
ート電圧が低くなり、MOSトランジスタT1のゲート
・ソース間のポテンシャルの差が大きくなるので、MO
SトランジスタT1がカットオフ状態で動作する被写体
輝度の割合が大きくなる。そのため、図6のように、電
圧値VLとなる信号φVPSを与える時間taが長いほ
ど、線形変換する被写体輝度の割合が大きくなる。よっ
て、被写体の輝度範囲が狭いほど電圧値VLとなる信号
φVPSを与える時間taを長くし、被写体の輝度範囲が
広いほど電圧値VLとなる信号φVPSを与える時間ta
を短くすればよいことがわかる。
像素子の各画素に適用される第2例について、図面を参
照して説明する。図7は、本例に使用する固体撮像素子
に設けられた画素の構成を示す回路図である。尚、図3
に示す画素と同様の目的で使用される素子及び信号線な
どは、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略す
る。
の画素に、MOSトランジスタT1のゲート及びドレイ
ンの接続ノードにソースが接続されたMOSトランジス
タT5が追加されるとともに、MOSトランジスタT4
が削除された構成となる。このとき、MOSトランジス
タT1は、そのソースに直流電圧VPSが印加され、又、
そのゲート及びドレインがフォトダイオードPDのアノ
ードに接続される。そして、MOSトランジスタT5の
ドレインには、直流電圧RLが印加される。そして、M
OSトランジスタT5のゲートに信号φSWが与えられ
る。その他の構成は、図3の画素と同様である。尚、M
OSトランジスタT5は、MOSトランジスタT1〜T
3と同様、NチャネルのMOSトランジスタでバックゲ
ートが接地されている。
パルス信号φVがMOSトランジスタT3のゲートに与
えられて、出力信号が読み出されると、まず、信号φS
WをハイレベルとしてMOSトランジスタT5をONに
することで、リセット動作を行う。このとき、MOSト
ランジスタT1のゲート電圧に直流電圧RLが与えられ
て、MOSトランジスタT5のドレインより負の電荷が
流れ込み、MOSトランジスタT1のゲート及びドレイ
ン、MOSトランジスタT2のゲート、そしてフォトダ
イオードPDのアノードに蓄積された正の電荷が再結合
される。よって、MOSトランジスタT1がリセットさ
れて、MOSトランジスタT1のドレイン及びゲート下
領域のポテンシャルが下がる。
リセットを行っている際に、ハイレベルのパルス信号φ
VをMOSトランジスタT3のゲートに与えることによ
って、リセット時における補正データを読み出す。この
とき、リセットされたMOSトランジスタT1のゲート
電圧がMOSトランジスタT2のゲートに与えられ、こ
のMOSトランジスタT1のゲート電圧がMOSトラン
ジスタT2で電流増幅されて、MOSトランジスタT3
を介して出力信号線6に出力される。そして、補正デー
タが読み出されると、信号φSWをローレベルとしてM
OSトランジスタT5をOFFにして、次の撮像動作に
備える。
例と同様、撮像する被写体の輝度が低くフォトダイオー
ドPDに入射される入射光量が少ない場合は、MOSト
ランジスタT1のゲートに蓄積された光電荷量に応じた
電圧がMOSトランジスタT1のゲートに現れるため、
入射光量の積分値に対して線形的に比例した電圧がMO
SトランジスタT2のゲートに現れる。
イオードPDに入射される入射光量が多く、MOSトラ
ンジスタT1のゲートに蓄積された光電荷量に応じた電
圧が高くなると、MOSトランジスタT1がサブスレッ
ショルド領域で動作を行うため、入射光量に対して自然
対数的に比例した電圧がMOSトランジスタT1のゲー
トに現れる。
に又は自然対数的に比例した電圧がMOSトランジスタ
T1,T2のゲートに現れ、先と同様に、パルス信号φ
VをMOSトランジスタT3のゲートに与えることによ
って、入射光量に対して線形的に又は自然対数的に比例
したMOSトランジスタT1のゲート電圧がMOSトラ
ンジスタT2で電流増幅されて、MOSトランジスタT
3を介して出力信号線6に画像データが出力される。
圧値を変化させることによって、リセット直後のMOS
トランジスタT1のゲート電圧を変化させて、MOSト
ランジスタT1のゲート・ソース間のポテンシャルを変
化させることができる。
ンジスタT1のゲート・ソース間のポテンシャルの差が
大きくなるので、MOSトランジスタT1がカットオフ
状態で動作する被写体輝度の割合が大きくなる。よっ
て、被写体の輝度範囲が狭いほど直流電圧RLを低く
し、被写体の輝度範囲が広いほど直流電圧RLを高くす
ればよい。
像素子の各画素に適用される第3例について、図面を参
照して説明する。図9は、本例に使用する固体撮像素子
に設けられた画素の構成を示す回路図である。尚、図7
に示す画素と同様の目的で使用される素子及び信号線な
どは、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略す
る。
の画素に、MOSトランジスタT1のソースにドレイン
が接続されたMOSトランジスタT6,T7が追加され
た構成となる。このとき、MOSトランジスタT6は、
ソースに直流電圧VPSHが印加されるとともにゲートに
信号φS1が与えられ、MOSトランジスタT7は、ソ
ースに直流電圧VPSLが印加されるとともにゲートに信
号φS2が与えられる。その他の構成は、図7の画素と
同様である。
OSトランジスタT1〜T3,T5と同様、Nチャネル
のMOSトランジスタでバックゲートが接地されてい
る。又、直流電圧VPSHは、入射光量が所定値を超えた
ときにMOSトランジスタT1をサブスレッショルド領
域で動作させるための電圧とし、又、この電圧よりも低
くMOSトランジスタT1を導通状態にする電圧をVPS
Lとする。
に、パルス信号φVがMOSトランジスタT3のゲート
に与えられて、出力信号が読み出されると、まず、信号
φS1がローレベルとされてMOSトランジスタT6が
OFFとされるとともに、信号φS2がハイレベルとさ
れてMOSトランジスタT7がONとされ、MOSトラ
ンジスタT1のソースに直流電圧VPSLが印加される。
そして、信号φSWをハイレベルとしてMOSトランジ
スタT5をONにすることで、リセット動作を行う。
ト電圧に直流電圧RLが与えられて、MOSトランジス
タT5のドレインより負の電荷が流れ込み、MOSトラ
ンジスタT1のゲート及びドレイン、MOSトランジス
タT2のゲート、そしてフォトダイオードPDのアノー
ドに蓄積された正の電荷が再結合される。よって、MO
SトランジスタT1がリセットされて、MOSトランジ
スタT1のドレイン及びゲート下領域のポテンシャルが
下がる。
リセットを行っている際に、ハイレベルのパルス信号φ
VをMOSトランジスタT3のゲートに与えることによ
って、リセット時における補正データを読み出す。そし
て、補正データが読み出されると、信号φSWをローレ
ベルとしてMOSトランジスタT5をOFFにする。そ
の後、信号φS1をローレベルとしてMOSトランジス
タT6をOFFとするとともに、信号φS2をハイレベ
ルとしてMOSトランジスタT7をONとし、MOSト
ランジスタT1のソースに直流電圧VPSHを印加して、
次の撮像動作に備える。
例と同様、撮像する被写体の輝度が低くフォトダイオー
ドPDに入射される入射光量が少ない場合は、入射光量
の積分値に対して線形的に比例した電圧がMOSトラン
ジスタT2のゲートに現れる。又、撮像する被写体の輝
度が高くフォトダイオードPDに入射される入射光量が
多く、MOSトランジスタT1のゲートに蓄積された光
電荷量に応じた電圧が高くなると、入射光量に対して自
然対数的に比例した電圧がMOSトランジスタT2のゲ
ートに現れる。そして、パルス信号φVをMOSトラン
ジスタT3のゲートに与えることによって、入射光量に
対して線形的に又は自然対数的に比例した画像データが
出力される。
流電圧VPSLの電圧値を変化させることによって、リセ
ット直後のMOSトランジスタT1のゲート電圧を変化
させて、MOSトランジスタT1のゲート・ソース間の
ポテンシャルを変化させることができる。
くなるほど、MOSトランジスタT1のゲート・ソース
間のポテンシャルの差が大きくなるので、MOSトラン
ジスタT1がカットオフ状態で動作する被写体輝度の割
合が大きくなる。よって、被写体の輝度範囲が狭いほど
直流電圧RL及び直流電圧VPSLを共に低くし、被写体
の輝度範囲が広いほど直流電圧RL及び直流電圧VPSL
を共に高くすればよい。
像素子の各画素に適用される第4例について、図面を参
照して説明する。図11は、本例に使用する固体撮像素
子に設けられた画素の構成を示す回路図である。尚、図
3に示す画素と同様の目的で使用される素子及び信号線
などは、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略す
る。
ードPDのカソードにMOSトランジスタT4のソース
が接続され、このMOSトランジスタT4のドレインに
MOSトランジスタT2のゲート及びMOSトランジス
タT8のソースが接続される。フォトダイオードPDの
アノードには直流電圧VPSが印加される。そして、MO
SトランジスタT8は、そのドレインに信号φVPDが印
加されるとともに、そのゲートに信号φVPGが印加され
る。その他の構成は、第1の実施形態(図3)の画素と
同様である。尚、MOSトランジスタT8は、それぞ
れ、MOSトランジスタT2〜T4と同様、Nチャネル
のMOSトランジスタでバックゲートが接地されてい
る。
光量が所定値を超えたときにMOSトランジスタT4を
サブスレッショルド領域で動作させるための電圧をVa
とし、又、この電圧よりも高くMOSトランジスタT4
のソース電圧を初期化するための電圧Vbとする。又、
信号φVPDは2値の電圧信号で、高い方は前記Vb以上
の電圧、低い方は前記Va以下の電圧である。このよう
な構成の画素の動作について、以下に説明する。
に、パルス信号φVがMOSトランジスタT3のゲート
に与えられて、出力信号が読み出されると、まず、信号
φSがローレベルとされてMOSトランジスタT4がO
FFとされた後、信号φVPDをローレベルとしてリセッ
ト動作を行う。撮像動作が終了した直後、MOSトラン
ジスタT8は、例えば、ソースより、ソース、ゲート下
領域、ドレインの順に高くなるようなポテンシャル状
態、或いは、ゲート下領域、ソース、ドレインの順に高
くなるようなポテンシャル状態にある。そして、これら
いずれの場合にあっても、信号φVPDをローレベルにし
たとき、MOSトランジスタT8のドレイン側から、M
OSトランジスタT8のゲート下領域及びソースに電荷
が注入され、ドレイン、ゲート下領域、ソースがこの信
号φVPDのローレベルに応じたポテンシャルとなる。
尚、このとき、信号φVPGの電圧値はVaである。
と、MOSトランジスタT8のドレインが信号φVPDの
ハイレベルに応じたポテンシャルとなるとともに、MO
SトランジスタT8のゲート下領域及びソースが、信号
φVPGの電圧値Vaに応じたポテンシャルとなる。更
に、この状態から、MOSトランジスタT8のゲートに
与える信号φVPGの電圧をVaからVbに切り換えるこ
とによって、MOSトランジスタT8のゲート下領域及
びソースが、信号φVPGの電圧値Vbに応じたポテンシ
ャルとなる。
OSトランジスタT3のゲートに与えることによって、
リセット時における補正データが出力される。このと
き、リセットされたMOSトランジスタT8のソース電
圧がMOSトランジスタT2のゲートに与えられ、この
MOSトランジスタT8のソース電圧がMOSトランジ
スタT2で電流増幅されて、MOSトランジスタT3を
介して出力信号線6に出力される。
ゲートに与える信号φVPGの電圧をVbからVaに切り
換えることによって、MOSトランジスタT8のゲート
下領域が、信号φVPGの電圧値Vaに応じたポテンシャ
ルとなる。このとき、MOSトランジスタT8のソース
の電位がゲート下領域の電位に比べて高くなる。このよ
うに、信号φVPD,φVPGが動作されることによって、
MOSトランジスタT8のポテンシャル状態がリセット
される。その後、信号φSをハイレベルとして、次の撮
像動作に備える。
始されると、フォトダイオードPDより入射光量に応じ
た光電荷がMOSトランジスタT8に流れ込む。今、M
OSトランジスタT8のゲート電圧がソース電圧より低
いので、MOSトランジスタT8はカットオフ状態とな
り、光電荷がMOSトランジスタT8のソースに蓄積さ
れる。よって、撮像する被写体の輝度が低くフォトダイ
オードPDに入射される入射光量が少ない場合は、MO
SトランジスタT8のソースに蓄積された光電荷量に応
じた電圧がMOSトランジスタT8のソースに現れるた
め、入射光量の積分値に対して線形的に比例した電圧が
MOSトランジスタT8のソースに現れる。尚、このと
き、フォトダイオードPDで発生する光電荷が負の光電
荷であるので、強い光が入射されるほど、MOSトラン
ジスタT8のソース電圧が低くなる。
イオードPDに入射される入射光量が多くなると、MO
SトランジスタT8がサブスレッショルド領域で動作を
行うため、入射光量に対して自然対数的に比例した電圧
がMOSトランジスタT8のソースに現れる。
に又は自然対数的に比例した電圧がMOSトランジスタ
T2のゲートに現れると、先と同様に、パルス信号φV
がMOSトランジスタT3のゲートに与えられ、入射光
量に対して線形的に又は自然対数的に比例したMOSト
ランジスタT8のソース電圧がMOSトランジスタT2
で電流増幅されて、MOSトランジスタT3を介して出
力信号線6に出力される。又、MOSトランジスタT2
及びMOSトランジスタQ1の導通時抵抗とそれらを流
れる電流によって決まるMOSトランジスタQ1のドレ
イン電圧が、画像データとして出力信号線6に現れる。
このようにして画像データが読み出された後、上述した
リセット動作が行われる。
OSトランジスタT8のソース電圧に至るまでにMOS
トランジスタT8に流れ込む光電荷量が、全ての画素に
おいて等しくなる。このように、各画素における変換動
作が対数変換動作に切り替わるときのフォトダイオード
PDより発生する光電荷量が等しいので、各画素におけ
る変換動作が対数変換動作に切り替わるときのフォトダ
イオードPDに入射される入射光量も等しい。即ち、全
ての画素において、その変換動作が線形変換動作から対
数変換動作に切り替わるときの被写体の輝度が等しいも
のとなり、MOSトランジスタT8の閾値電圧の差異に
よる各画素の変換動作の切換への影響を低減することが
できる。
値Vb又は電圧値Vbとなる信号φVPGを与える時間
(図12における時間tbに相当する)を変化させるこ
とによって、リセット直後のMOSトランジスタT8の
ソース電圧を変化させて、MOSトランジスタT8のゲ
ート・ソース間のポテンシャルを変化させることができ
る。
ジスタT8のゲート・ソース間のポテンシャルの差が大
きくなるので、MOSトランジスタT8がカットオフ状
態で動作する被写体輝度の割合が大きくなる。よって、
被写体の輝度範囲が狭いほど電圧値Vbを高くし、被写
体の輝度範囲が広いほど電圧値Vbを低くすればよいこ
とがわかる。
時間tbが長くなるほど、MOSトランジスタT8のゲ
ート・ソース間のポテンシャルの差が大きくなるので、
MOSトランジスタT8がカットオフ状態で動作する被
写体輝度の割合が大きくなる。よって、被写体の輝度範
囲が狭いほど電圧値Vbとなる信号φVPGを与える時間
tbを長くし、被写体の輝度範囲が広いほど電圧値Vb
となる信号φVPGを与える時間tbを短くすればよいこ
とがわかる。
像素子の各画素に適用される第5例について、図面を参
照して説明する。図13は、本例に使用する固体撮像素
子に設けられた画素の構成を示す回路図である。尚、図
11に示す画素と同様の目的で使用される素子及び信号
線などは、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略
する。
構成の画素に、MOSトランジスタT8のソースとMO
SトランジスタT2のゲートとの接続ノードにドレイン
が接続されたMOSトランジスタT9が追加されるとと
もに、MOSトランジスタT4が削除された構成とされ
る。このとき、MOSトランジスタT8は、そのゲート
に直流電圧VPGが印加され、そのソースにはフォトダイ
オードPDのカソードが接続される。そして、MOSト
ランジスタT9は、そのゲートに信号φSWが与えら
れ、そのソースに直流電圧RLが印加される。又、MO
SトランジスタT8のドレインには直流電圧VPDが印加
される。尚、MOSトランジスタT9は、MOSトラン
ジスタT2,T3,T8と同様、NチャネルのMOSト
ランジスタでバックゲートが接地されている。
に、パルス信号φVがMOSトランジスタT3のゲート
に与えられて、出力信号が読み出されると、信号φSW
をハイレベルとしてリセット動作を行う。よって、MO
SトランジスタT8のソースに直流電圧RLが印加さ
れ、MOSトランジスタT8のソース電圧が直流電圧R
Lによってリセットされる。このとき、ハイレベルのパ
ルス信号φVをMOSトランジスタT3のゲートに与え
ることによって、リセット時における補正データが出力
される。そして、再び、信号φSWをローレベルにする
ことによって、MOSトランジスタT9をOFFとし
て、次の撮像動作に備える。
例と同様、撮像する被写体の輝度が低くフォトダイオー
ドPDに入射される入射光量が少ない場合は、入射光量
の積分値に対して線形的に比例した電圧がMOSトラン
ジスタT2のゲートに現れる。又、撮像する被写体の輝
度が高くフォトダイオードPDに入射される入射光量が
多く、MOSトランジスタT8のソースに蓄積された光
電荷量に応じた電圧が高くなると、入射光量に対して自
然対数的に比例した電圧がMOSトランジスタT2のゲ
ートに現れる。そして、パルス信号φVをMOSトラン
ジスタT3のゲートに与えることによって、入射光量に
対して線形的に又は自然対数的に比例した画像データが
出力される。
圧値を変化させることによって、リセット直後のMOS
トランジスタT8のソース電圧を変化させて、MOSト
ランジスタT8のゲート・ソース間のポテンシャルを変
化させることができる。
ンジスタT8のゲート・ソース間のポテンシャルの差が
大きくなるので、MOSトランジスタT8がカットオフ
状態で動作する被写体輝度の割合が大きくなる。よっ
て、被写体の輝度範囲が狭いほど直流電圧RLを高く
し、被写体の輝度範囲が広いほど直流電圧RLを低くす
ればよい。
像素子の各画素に適用される第6例について、図面を参
照して説明する。図15は、本例に使用する固体撮像素
子に設けられた画素の構成を示す回路図である。尚、図
11に示す画素と同様の目的で使用される素子及び信号
線などは、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略
する。
構成の画素に、MOSトランジスタT8のソースとMO
SトランジスタT2のゲートとの接続ノードにドレイン
が接続されたMOSトランジスタT9が追加された構成
とされる。このとき、MOSトランジスタT9は、その
ゲートに信号φSWが与えられ、そのソースに直流電圧
RLが印加される。又、MOSトランジスタT8のドレ
インには直流電圧VPDが印加される。尚、MOSトラン
ジスタT9は、MOSトランジスタT2〜T4,T8と
同様、NチャネルのMOSトランジスタでバックゲート
が接地されている。
に、パルス信号φVがMOSトランジスタT3のゲート
に与えられて、出力信号が読み出されると、まず、信号
φSがローレベルとされてMOSトランジスタT4がO
FFとされた後、信号φSWをハイレベルとして、MO
SトランジスタT9をONにして、リセット動作を行
う。尚、このとき、信号φVPGの電圧値はVaである。
MOSトランジスタT9をOFFとすると、MOSトラ
ンジスタT8のゲート下領域及びソースが、信号φVPG
の電圧値Vaに応じたポテンシャルとなる。更に、この
状態から、MOSトランジスタT8のゲートに与える信
号φVPGの電圧をVaからVbに切り換えることによっ
て、MOSトランジスタT8のゲート下領域及びソース
が、信号φVPGの電圧値Vbに応じたポテンシャルとな
る。
OSトランジスタT3のゲートに与えることによって、
リセット時における補正データが出力される。そして、
再び、MOSトランジスタT8のゲートに与える信号φ
VPGの電圧をVbからVaに切り換えた後、信号φSを
ハイレベルとして、次の撮像動作に備える。
例と同様、撮像する被写体の輝度が低くフォトダイオー
ドPDに入射される入射光量が少ない場合は、入射光量
の積分値に対して線形的に比例した電圧がMOSトラン
ジスタT2のゲートに現れる。又、撮像する被写体の輝
度が高くフォトダイオードPDに入射される入射光量が
多く、MOSトランジスタT8のソースに蓄積された光
電荷量に応じた電圧が高くなると、入射光量に対して自
然対数的に比例した電圧がMOSトランジスタT2のゲ
ートに現れる。そして、パルス信号φVをMOSトラン
ジスタT3のゲートに与えることによって、入射光量に
対して線形的に又は自然対数的に比例した画像データが
出力される。
値Vb又は電圧値Vbとなる信号φVPGを与える時間
(図16における時間tbに相当する)を変化させるこ
とによって、リセット直後のMOSトランジスタT8の
ソース電圧を変化させて、MOSトランジスタT8のゲ
ート・ソース間のポテンシャルの差を変化させることが
できる。よって、電圧値Vbについては、第4例と同様
に、被写体の輝度範囲が狭いほど電圧値Vbを高くし、
被写体の輝度範囲が広いほど電圧値Vbを低くすればよ
い。又、時間tbについても、第4例と同様に、被写体
の輝度範囲が狭いほど時間tbを長くし、被写体の輝度
範囲が広いほど時間tbを短くすればよい。
有する固体撮像素子を有する撮像装置の第1の実施形態
について、図面を参照して、説明する。図17は、本実
施形態の撮像装置の内部構成を示すブロック図である。
構成をした自動的に線形変換動作から対数変換動作に切
換可能な画素を有する固体撮像素子100と、固体撮像
素子100の出力回路10(図1)より出力された補正
データで補正された画像データをデジタルデータに変換
するA/Dコンバータ101と、A/Dコンバータ10
1からのデジタルデータより被写体の輝度分布を求める
演算回路102と、演算回路102で求められた輝度分
布に基づいてリセットバイアス供給回路104を制御す
る演算回路103と、固体撮像素子102のリセット時
のバイアス電圧を演算回路103の制御信号に応じて切
り換えて供給するリセットバイアス供給回路104とを
有する。
撮像素子100が、上述した第1例(図3)の構成をし
た画素を有する固体撮像素子であるものとして、説明す
る。よって、本実施形態では、リセットバイアス供給電
圧104によって切り換えられる電圧は、信号φVPSの
電圧値VLである。又、被写体の輝度分布を測定するた
めに、所定時間毎に一度、信号φVPSの電圧値VLを高
くして、広い輝度範囲を測定可能とし、このときの固体
撮像素子100からの出力がA/Dコンバータ101で
デジタルデータに変換された後、演算回路102に送出
されるものとする。
間毎に固体撮像素子100より出力される輝度分布測定
用の出力が、A/Dコンバータ101でデジタルデータ
に変換されて演算回路102に送出されると、各輝度の
頻度が求められて、輝度分布が求められる。そして、求
められた輝度分布より、最高輝度と最低輝度とが求めら
れる。
出される各画素毎のデジタルデータが、演算回路101
に与えられるたびに、最も高い輝度となるデジタルデー
タと最も低い輝度となるデジタルデータを求め、それぞ
れ、最高輝度及び最低輝度として保持する。そして、次
に与えられる画素のデジタルデータの値を、最高輝度及
び最低輝度として保持しているデジタルデータの値とそ
れぞれ比較し、最高輝度より高い場合は保持している最
高輝度の代わりに最高輝度として保持し、又、最低輝度
より低い場合は保持している最低輝度の代わりに最低輝
度として保持する。更に、最高輝度より低く最低輝度よ
り高い場合は、保持している最高輝度及び最低輝度を、
そのまま保持する。
て、1フィールド分のデジタルデータより被写体の輝度
分布における最高輝度及び最低輝度が求められると、こ
の求められた最高輝度及び最低輝度が演算回路103に
送出される。演算回路103では、まず、与えられた最
高輝度と最低輝度との差を求めることによって、被写体
の輝度範囲を求める。求められた輝度範囲によって、リ
セットバイアス供給回路104を制御するための制御信
号を送出する。
と最低輝度の差が大きく、被写体の輝度範囲が広いと判
断されると、低い輝度で対数変換動作への切換が行われ
るように、MOSトランジスタT1のポテンシャル状態
を決定するため、リセット時の信号φVPSの電圧値VL
を高くするような制御信号がリセットバイアス供給回路
104に送出される。逆に、最高輝度と最低輝度の差が
小さく、被写体の輝度範囲が狭いと判断されると、高い
輝度で対数変換動作への切換が行われるように、MOS
トランジスタT1のポテンシャル状態を決定するため、
リセット時の信号φVPSの電圧値VLを低くするような
制御信号がリセットバイアス供給回路104に送出され
る。
が広いと判断されると、次に輝度範囲が狭いと判断され
るまで、リセットバイアス供給回路104において、リ
セット時の信号φVPSの電圧値VLが低い値に設定され
て、固体撮像素子100に供給される。又、演算回路1
03において輝度範囲が狭いと判断されると、次に輝度
範囲が広いと判断されるまで、リセットバイアス供給回
路104において、リセット時の信号φVPSの電圧値V
Lが高い値に設定されて、固体撮像素子100に供給さ
れる。尚、この輝度範囲については、複数段階の閾値と
比較されて、その値が含まれる閾値の範囲に応じて、リ
セットバイアス供給回路104より供給されるリセット
時の信号φVPSの電圧値VLが切り換えられる。
有する固体撮像素子を有する撮像装置の第2の実施形態
について、図面を参照して、説明する。図18は、本実
施形態の撮像装置の内部構成を示すブロック図である。
尚、図18の撮像装置において、図17に示す撮像装置
と同一の目的で使用する部分については、同一の符号を
付して、その詳細な説明を省略する。
17)の撮像装置に対して、リセットバイアス供給回路
104の代わりにタイミングジェネレータ105が設け
られた構成となる。このタイミングジェネレータ105
によって、固体撮像素子100の各画素に与えられる各
信号のタイミングが決定される。又、タイミングジェネ
レータ105によって、上述した各例におけるリセット
時に各画素にバイアス電圧の与える時間が切り換えられ
る。尚、他のブロック100〜103については、接続
関係が第1の実施形態と同様であるとともに、その動作
についても同様となる。
の実施形態と同様、固体撮像素子100が、上述した第
1例(図3)の構成をした画素を有する固体撮像素子で
あるものとして、説明する。よって、本実施形態では、
リセット時に、信号φVPSの電圧が電圧値VLに切り換
えられる。又、被写体の輝度分布を測定するために、所
定時間毎に一度、リセット時に信号φVPSの電圧値VL
を与える時間ta(図4)を短くして、広い輝度範囲を
測定可能とし、このときの固体撮像素子100からの出
力がA/Dコンバータ101でデジタルデータに変換さ
れた後、演算回路102に送出されるものとする。
第1の実施形態と同様、固体撮像素子100から出力さ
れる画像データがA/Dコンバータ101でデジタルデ
ータに変換され、所定時間毎に1フィールド分、演算回
路102に与えられると、被写体の最高輝度と最低輝度
が求められ、演算回路103に送出される。そして、演
算回路103において、送出された最高輝度と最低輝度
の差より被写体の輝度分布の輝度範囲が求められる。こ
の輝度範囲の広さに応じた制御信号を、演算回路103
がタイミングジェネレータ105に与える。
と最低輝度の差が大きく、被写体の輝度範囲が広いと判
断されると、低い輝度で対数変換動作への切換が行われ
るように、MOSトランジスタT1のポテンシャル状態
を決定するため、リセット時の信号φVPSの電圧値VL
を与える時間taを短くするような制御信号がタイミン
グジェネレータ105に送出される。逆に、最高輝度と
最低輝度の差が小さく、被写体の輝度範囲が狭いと判断
されると、高い輝度で対数変換動作への切換が行われる
ように、MOSトランジスタT1のポテンシャル状態を
決定するため、リセット時の信号φVPSの電圧値VLを
与える時間taを長くするような制御信号がタイミング
ジェネレータ105に送出される。
が広いと判断されると、次に輝度範囲が狭いと判断され
るまで、タイミングジェネレータ105において、リセ
ット時の信号φVPSの電圧値VLを与える時間taが短
く設定されて、信号φVPSの電圧VLが固体撮像素子1
00に供給される。又、演算回路103において輝度範
囲が狭いと判断されると、次に輝度範囲が広いと判断さ
れるまで、タイミングジェネレータ105において、リ
セット時の信号φVPSの電圧値VLを与える時間taが
長く設定されて、信号φVPSの電圧値VLが固体撮像素
子100に供給される。尚、第1の実施形態と同様、こ
の輝度範囲については、複数段階の閾値と比較されて、
その値が含まれる閾値の範囲に応じて、タイミングジェ
ネレータ105より供給されるリセット時の信号φVPS
の電圧値VLを与える時間taが切り換えられる。
えられるリセット時の信号φVPSは、図4のような1つ
のパルス信号でなく、図19のように、複数のパルス信
号として与えられるものとしても構わない。このとき、
演算回路103において輝度範囲が広いと判断される
と、次に輝度範囲が狭いと判断されるまで、タイミング
ジェネレータ105において、リセット時の電圧値VL
のパルス信号φVPSの発生回数が少なく設定されて、固
体撮像素子100に供給される。又、演算回路103に
おいて輝度範囲が狭いと判断されると、次に輝度範囲が
広いと判断されるまで、タイミングジェネレータ105
において、リセット時の電圧値VLのパルス信号φVPS
の発生回数が多く設定されて、固体撮像素子100に供
給される。
て、固体撮像素子内に設けられた各画素ないのトランジ
スタのポテンシャル状態を調整して、固体撮像素子から
の出力のダイナミックレンジを調整することができる。
よって、従来のように、デジタルデータを調整すること
でダイナミックレンジの調整を行う場合とことなり、デ
ジタルデータのビット落ちを防ぐことができる。そのた
め、階調性を落とすことなく、被写体の輝度分布のダイ
ナミックレンジに調整させることができる。よって、被
写体の輝度分布に応じた高精細な画像データを得ること
ができる。
回路図。
ート。
示すグラフ。
示すグラフ。
回路図。
ート。
回路図。
ャート。
す回路図。
チャート。
す回路図。
チャート。
す回路図。
チャート。
ブロック図。
ブロック図。
ャート。
Claims (14)
- 【請求項1】 入射光量に応じた電気信号を出力する感
光素子と該感光素子からの電気信号が与えられるトラン
ジスタとを有するとともに線形変換して出力する第1状
態と入射光量に応じた電気信号を対数変換して出力する
第2状態との間で自動的に切換可能な複数の画素より成
る固体撮像素子を有する撮像装置において、 リセット直後の前記トランジスタのポテンシャル状態
を、該固体撮像素子によって撮像される被写体の輝度分
布の状態に応じて変化させるバイアス調整部を有するこ
とを特徴とする撮像装置。 - 【請求項2】 リセット時において、前記トランジスタ
に与えるバイアス電圧の値を切り換えることによって、
前記バイアス調整部がリセット直後の前記トランジスタ
のポテンシャル状態を調整することを特徴とする請求項
1に記載の撮像装置。 - 【請求項3】 リセット時において前記トランジスタに
与えるバイアス電圧を与える時間の長さを切り換えるこ
とによって、前記バイアス調整部がリセット直後の前記
トランジスタのポテンシャル状態を調整することを特徴
とする請求項1に記載の撮像装置。 - 【請求項4】 前記画素が、 前記感光素子となるとともに、第1電極に直流電圧が印
加されたフォトダイオードと、 該フォトダイオードの第2電極に、第1電極及びゲート
電極が接続されるとともに、ゲート電極から電気信号を
出力するMOSトランジスタと、 を有し、 前記バイアス調整部によって、 前記被写体の輝度分布の輝度範囲が狭いときは、前記M
OSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテ
ンシャルの差が大きくなるように、リセット直後の前記
MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整されると
ともに、 前記被写体の輝度分布の輝度範囲が広いときは、前記M
OSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテ
ンシャルの差が小さくなるように、リセット直後の前記
MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整されるこ
とを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 【請求項5】 前記MOSトランジスタの第2電極へ与
える電圧を切り換えることによって、前記画素がリセッ
トされ、 前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトラン
ジスタの第2電極へ与える電圧値を調整することによっ
て、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシ
ャル状態を調整することを特徴とする請求項4に記載の
撮像装置。 - 【請求項6】 前記MOSトランジスタの第2電極へ与
える電圧を切り換えることによって、前記画素がリセッ
トされ、 前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトラン
ジスタの第2電極へ与える電圧値を切り換える時間を調
整することによって、リセット直後の前記MOSトラン
ジスタのポテンシャル状態を調整することを特徴とする
請求項4に記載の撮像装置。 - 【請求項7】 前記MOSトランジスタのゲート電極へ
与える電圧を切り換えることによって、前記画素がリセ
ットされ、 前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトラン
ジスタのゲート電極へ与える電圧値を調整することによ
って、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテン
シャル状態を調整することを特徴とする請求項4に記載
の撮像装置。 - 【請求項8】 前記MOSトランジスタのゲート電極及
び第2電極へ与える電圧を切り換えることによって、前
記画素がリセットされ、 前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトラン
ジスタのゲート電極及び第2電極へ与える電圧値を調整
することによって、リセット直後の前記MOSトランジ
スタのポテンシャル状態を調整することを特徴とする請
求項4に記載の撮像装置。 - 【請求項9】 前記画素が、 前記感光素子となるとともに、第2電極に直流電圧が印
加されたフォトダイオードと、 該フォトダイオードの第1電極に、第2電極が接続され
るとともに第2電極から電気信号を出力するMOSトラ
ンジスタと、 を有し、 前記バイアス調整部によって、 前記被写体の輝度分布の輝度範囲が狭いときは、前記M
OSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテ
ンシャルの差が大きくなるように、リセット直後の前記
MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整されると
ともに、 前記被写体の輝度分布の輝度範囲が広いときは、前記M
OSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテ
ンシャルの差が小さくなるように、リセット直後の前記
MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整されるこ
とを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 【請求項10】 前記MOSトランジスタの第1電極及
びゲート電極それぞれへ与える電圧を切り換えることに
よって、前記画素がリセットされ、 前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトラン
ジスタのゲート電極へ与える電圧値を調整することによ
って、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテン
シャル状態を調整することを特徴とする請求項9に記載
の撮像装置。 - 【請求項11】 前記MOSトランジスタの第1電極及
びゲート電極それぞれへ与える電圧を切り換えることに
よって、前記画素がリセットされ、 前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトラン
ジスタのゲート電極へ与える電圧値を切り換える時間を
調整することによって、リセット直後の前記MOSトラ
ンジスタのポテンシャル状態を調整することを特徴とす
る請求項9に記載の撮像装置。 - 【請求項12】 前記MOSトランジスタの第1電極及
びゲート電極に直流電圧が印加されるとともに、 前記MOSトランジスタの第2電極へ与える電圧を切り
換えることによって、前記画素がリセットされ、 前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトラン
ジスタの第2電極へ与える電圧値を調整することによっ
て、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシ
ャル状態を調整することを特徴とする請求項9に記載の
撮像装置。 - 【請求項13】 前記MOSトランジスタのゲート電極
及び第2電極へ与える電圧を切り換えることによって、
前記画素がリセットされ、 前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトラン
ジスタのゲート電極へ与える電圧値を調整することによ
って、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテン
シャル状態を調整することを特徴とする請求項9に記載
の撮像装置。 - 【請求項14】 前記MOSトランジスタのゲート電極
及び第2電極へ与える電圧を切り換えることによって、
前記画素がリセットされ、 前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトラン
ジスタのゲート電極へ与える電圧値を切り換える時間を
調整することによって、リセット直後の前記MOSトラ
ンジスタのポテンシャル状態を調整することを特徴とす
る請求項9に記載の撮像装置。
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