(57)【要約】【課題】複雑な信号処理を要することなく、簡単に動体の存在を検出でき、しかも広い撮像領域輝度範囲にわたって撮像領域における動体を抽出撮像できる撮像装置を提供する。また撮像装置を動体抽出撮像可能な状態に調整する方法を提供する。【解決手段】入射光量に対して対数的に変化する信号を出力し得る画素を有する固体撮像素子１０と、電圧コントローラ（Ｔｇ、Ｒｇ、ＣＯＮＴ）とを有し、画素は、光電変換素子ＰＤと、素子ＰＤの出力がドレインに入力される対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ２とを含んでおり、電圧コントローラは、素子１０が動体抽出撮像状態で動作するようにトランジスタＴ２をリセットするリセット電圧をソースに与えることができ、且つ、動体抽出撮像のための複数のトランジスタリセットレベルから選択されたレベルにトランジスタＴ２をリセットするリセット電圧を該ソースに与えることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光量に対して対数的に変化する信号を出力し得る画素を有する固体撮像素子と、電圧コントローラとを有し、
前記固体撮像素子における画素は、感光素子と、制御電極、第１電極及び第２電極を有し該感光素子からの出力信号が該第１電極に入力される対数変換用トランジスタとを含んでおり、
前記電圧コントローラは、前記画素における対数変換用トランジスタの第２電極に与える電圧を制御し得るものであり、前記固体撮像素子が動体抽出撮像状態で動作するように該対数変換用トランジスタをリセットするためのリセット電圧を該第２電極に与えることができ、且つ、動体抽出撮像のための該対数変換用トランジスタの複数のリセットレベルから選択されたリセットレベルに該対数変換用トランジスタをリセットするリセット電圧を該第２電極に与えることができるものであることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記電圧コントローラは、前記リセット電圧の電圧値及び電圧印加期間のうち少なくとも一方を変えることで前記対数変換用トランジスタのリセットレベルを変化させ得る請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
被写体の輝度を検知する輝度検知器をさらに備えており、
前記電圧コントローラは、該輝度検知器が検知する被写体輝度に応じて前記リセットレベルを変化させ得る請求項１又は２記載の撮像装置。
【請求項４】
入射光量に対して対数的に変化する信号を出力し得る画素を有する固体撮像素子と、電圧コントローラとを有し、
前記固体撮像素子における画素は、感光素子と、制御電極、第１電極及び第２電極を有し該感光素子からの出力信号が該第１電極に入力され該制御電極から信号を出力するトランジスタとを含んでおり、
前記電圧コントローラは、
前記画素におけるトランジスタの第２電極に与える電圧を制御し得るものであり、前記固体撮像素子が動体抽出撮像状態で動作するように該トランジスタをリセットするための動体抽出撮像リセット電圧を該第２電極に与えることができ、且つ、該動体抽出撮像リセット電圧を該第２電極へ与えるにあたり、該第２電極への被写体撮像時の印加電圧から該動体抽出撮像リセット電圧への電圧値変化量を、該第２電極への被写体撮像時の印加電圧から該固体撮像素子が通常撮像状態で動作するように該トランジスタをリセットし得る通常撮像リセット電圧への電圧値変化量の半分より小さくすること及び該動体抽出撮像リセット電圧の電圧印加期間を該通常撮像リセット電圧の印加期間より短くすることのうちいずれか一方でも双方でも行い得ることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
感光素子及び該感光素子からの出力信号が入力され、該感光素子への入射光量に対して対数的に変化する信号を出力するトランジスタを含む画素を有する固体撮像素子と、該固体撮像素子が動体抽出撮像状態で動作するように該トランジスタをリセットするためのリセット手段とを備える撮像装置の調整方法であり、
想定される被写体輝度範囲の上限値より高輝度において動体抽出撮像を可能とするための前記リセット手段によるリセット条件を算出する第１ステップと、
前記リセット条件で前記トランジスタをリセットするように前記リセット手段を設定する第２ステップとを含むことを特徴とする撮像装置の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は動体を抽出撮像することができる撮像装置及びその調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
撮像の分野では、例えば不法侵入者その他のものの監視等のために移動体を検出することが研究されてきた。従来の動体検出手法の代表的なものは、フレーム間差分法（例えば前画面と現画面といった異なるフレーム間の差分をとる方法）や背景差分法（背景画像と入力画像の差分をとる方法）であった。例えば特開平５−１４５８２３号公報はフレーム間差分法を紹介しており、特開平７−３３６６９４号公報は背景差分法を開示している。
【０００３】
一方、撮像装置自体についてもこれまで様々のものが提案されてきた。特にダイナミックレンジの広さの点に関して、例えば特開２００１−３６８１７号公報は、ダイナミックレンジの広い撮像装置として、撮像のための画素に、入射光量に応じた電気信号を発生する感光素子と、該感光素子への入射光量を自然対数的に変換して出力する対数変換用トランジスタとを含む固体撮像素子を有するものを開示している。
【０００４】
この撮像装置によると、該対数変換用トランジスタは制御電極、第１電極及び第２電極を有するものであり、感光素子の出力は該第１電極に入力され、第２電極に第１電圧を与えることで被写体を撮像でき、その後第２電極に第２の電圧を与えて該第２電圧を与える前よりも大きい電流が該対数変換用トランジスタに流れるようにして該トランジスタをリセットできる。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１４５８２３号公報
【特許文献２】特開平７−３３６６９４号公報
【特許文献３】特開２００１−３６８１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで動体の検出についてみると、従来のフレーム間差分法や背景差分法は撮像素子からの信号の複雑な処理が必要であり、撮像システムにおける信号処理の負担が大きい。
【０００７】
そこで本発明は、複雑な信号処理を要することなく、簡単に動体の存在を検出でき、しかも広い撮像領域輝度範囲にわたって撮像領域における動体を抽出撮像できる撮像装置を提供することを課題とする。
また本発明は、かかる撮像装置を動体抽出撮像可能な状態に調整する方法を提供することも課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
複雑な信号処理を要することなく、簡単に動体の存在を検出できる動体抽出撮像可能の撮像装置それ自体については、前記特開２００１−３６８１７号公報等に開示されているタイプの撮像装置を発展させ、複雑な信号処理を要することなく、簡単に動体の存在を検出できる動体抽出撮像可能の撮像装置が既に本願出願人により特願２００２−３７５０２９号として特許出願されている。
【０００９】
かかる撮像装置は次の考え方及び研究の成果に基づいている。
（１）  動体は撮像装置側からみれば撮像領域中に輝度の変化する部分を発生させる。従って例えば、撮像領域中における輝度の変化しない部分については一様な濃度で表示し、輝度の変化する部分についてはその一様な濃度に対し高い濃度又は低い濃度で表示すれば、その濃度の高い又は低い表示部分があることをもって動体の存在を検出できる。
（２）  このような表示は、例えば前記特開２００１−３６８１７号公報に開示されている撮像装置において、感光素子への入射光量に応じた出力信号を発する対数変換用トランジスタの第２電極に被写体撮像のための第１電圧を印加して被写体を撮像したあと該第２電極に第２の電圧を与えて該トランジスタをリセットするとき、該第２電圧を該トランジスタにおいてリセット残し（リセットを充分しきれない状態）が生じる電圧とすることで行える。
（３）  というのは、該リセット残しは対数変換用トランジスタの特性により入射光量の多かった画素ほど多く、入射光量の少なかった画素ほど小さくなる。従って、第１電圧を印加して撮像を行ったときに各画素から出力される映像信号と、該リセット残しのあるリセットを行ったときに各画素から出力される雑音信号との差分処理を行えば、差分処理後の信号は、輝度が変化しない撮像領域部分を撮像した各画素については同様の値となる。この手法により輝度が変化しない撮像領域部分についてはほぼ一様な画像濃度で（例えばグレー色に）表示できる。
（４）  一方、動体は、撮像領域中に輝度が「暗」→「明」、「暗」→「明」→「暗」、「明」→「暗」、「明」→「暗」→「明」などと変化する部分を発生させる。そのような輝度変化が、一様濃度の表示部分に対しより暗く又は明るく表示される。このような現象を利用して入射光が変化する撮像領域部分を抽出し、動体の存在を検出できる。
【００１０】
しかしその後の本発明者の研究によると、かかる動体抽出撮像可能の撮像装置は、該撮像装置により撮像される撮像領域（被写体）の輝度（明るさ）が一定の範囲内にあるときは動体抽出撮像が可能であるが、撮像領域の輝度がその範囲を超える場合には、動体だけでなく、静止物体までも撮像されることが分かった。特に、撮像領域に明るすぎる部分が含まれると静止物体であっても明瞭に視認されてしまうことが分かった。
【００１１】
そこで本発明者は研究を重ね次のことを知見するに至った。すなわち、
撮像領域の輝度に応じてトランジスタのリセットレベル（リセット残し量）を増減することで、リセットレベルを一定にした場合に動体抽出撮像可能な撮像領域の輝度範囲を超えた領域、特に高輝度の撮像領域における動体も抽出撮像できる。
【００１２】
リセットレベルの調整は、トランジスタリセットのためにトランジスタに与える電圧の電圧値を撮像領域の輝度に応じて複数の電圧値から選んだり、該電圧の印加期間を撮像領域の輝度に応じて複数の期間から選んだり、これらを組み合わせたりすることで行える。
【００１３】
本発明はかかる知見に基づいて次の第１及び第２の撮像装置を提供する。さらに、撮像装置の調整方法も提供する。
【００１４】
（１）第１の撮像装置
入射光量に対して対数的に変化する信号を出力し得る画素を有する固体撮像素子と、電圧コントローラとを有し、
前記固体撮像素子における画素は、感光素子と、制御電極、第１電極及び第２電極を有し該感光素子からの出力信号が該第１電極に入力される対数変換用トランジスタとを含んでおり、
前記電圧コントローラは、前記画素における対数変換用トランジスタの第２電極に与える電圧を制御し得るものであり、前記固体撮像素子が動体抽出撮像状態で動作するように該対数変換用トランジスタをリセットするためのリセット電圧を該第２電極に与えることができ、且つ、動体抽出撮像のための該対数変換用トランジスタの複数のリセットレベルから選択されたリセットレベルに該対数変換用トランジスタをリセットするリセット電圧を該第２電極に与えることができるものである撮像装置。
【００１５】
（２）第２の撮像装置
入射光量に対して対数的に変化する信号を出力し得る画素を有する固体撮像素子と、電圧コントローラとを有し、
前記固体撮像素子における画素は、感光素子と、制御電極、第１電極及び第２電極を有し該感光素子からの出力信号が該第１電極に入力され該制御電極から信号を出力するトランジスタとを含んでおり、
前記電圧コントローラは、
前記画素におけるトランジスタの第２電極に与える電圧を制御し得るものであり、前記固体撮像素子が動体抽出撮像状態で動作するように該トランジスタをリセットするための動体抽出撮像リセット電圧を該第２電極に与えることができ、且つ、該動体抽出撮像リセット電圧を該第２電極へ与えるにあたり、該第２電極への被写体撮像時の印加電圧から該動体抽出撮像リセット電圧への電圧値変化量を、該第２電極への被写体撮像時の印加電圧から該固体撮像素子が通常撮像状態で動作するように該トランジスタをリセットし得る通常撮像リセット電圧への電圧値変化量の半分より小さくすること及び該動体抽出撮像リセット電圧の電圧印加期間を該通常撮像リセット電圧の印加期間より短くすることのうちいずれか一方でも双方でも行い得る撮像装置。
【００１６】
（３）撮像装置の調整方法
感光素子及び該感光素子からの出力信号が入力され、該感光素子への入射光量に対して対数的に変化する信号を出力するトランジスタを含む画素を有する固体撮像素子と、該固体撮像素子が動体抽出撮像状態で動作するように該トランジスタをリセットするためのリセット手段とを備える撮像装置の調整方法であり、
想定される被写体輝度範囲の上限値より高輝度において動体抽出撮像を可能とするための前記リセット手段によるリセット条件を算出する第１ステップと、
前記リセット条件で前記トランジスタをリセットするように前記リセット手段を設定する第２ステップとを含む撮像装置の調整方法。
【００１７】
【発明の実施の形態】
〔１〕本発明の実施形態に係る撮像装置として次の第１及び第２の撮像装置を挙げることができ、また、撮像装置の調整方法として後記する方法を挙げることができる。
【００１８】
（１）第１撮像装置
第１撮像装置は基本的には入射光量に対して対数的に変化する信号を出力し得る画素を有する固体撮像素子と、電圧コントローラとを有している。
固体撮像素子における画素は、感光素子と、対数変換用トランジスタとを含んでいる。該対数変換用トランジスタは制御電極、第１電極及び第２電極を有しており、感光素子からの出力信号が該第１電極に入力される。
【００１９】
電圧コントローラは、画素における対数変換用トランジスタの第２電極に与える電圧を制御し得るものであり、前記固体撮像素子が動体抽出撮像状態で動作するように該対数変換用トランジスタをリセットするためのリセット電圧を該第２電極に与えることができる。
【００２０】
また、電圧コントローラは、動体抽出撮像のための該対数変換用トランジスタの複数のリセットレベルから選択されたリセットレベルに該対数変換用トランジスタをリセットするリセット電圧を該第２電極に与えることができる。
【００２１】
この撮像装置によると、電圧コントローラによる電圧印加制御のもとに、固体撮像素子が被写体撮像状態で動作するように対数変換用トランジスタの第２電極に第１電圧を与えて被写体を撮像したあと、固体撮像素子が動体抽出撮像状態で動作するように対数変換用トランジスタをリセットする第２電圧（リセット電圧）を第２電極に与えることで、撮像装置に対し輝度の変化をもたらす撮像領域（被写体）中の動体の少なくとも一部を一様濃度の背景画像に対して暗く又は明るく表示できる撮像データを生成することができ、それにより、複雑な信号処理或いは画像処理を要することなく、動体を抽出し、その存在を検出できる。
【００２２】
また、対数変換用トランジスタの第２電極に第２電圧（リセット電圧）を印加するにあたっては、撮像領域（被写体）の輝度（代表例として被写体の平均的輝度）に応じて、電圧コントローラに、動体抽出撮像のための対数変換用トランジスタの複数のリセットレベルから選択したリセットレベルに該対数変換用トランジスタをリセットするリセット電圧を該第２電極に与えさせることができる。従って、それだけ広い撮像領域輝度範囲にわたって撮像領域における動体を抽出撮像できる。
【００２３】
前記電圧コントローラとしては、
前記リセット電圧の電圧値を変えることで前記対数変換用トランジスタのリセットレベルを変化させるものでも、
前記リセット電圧の電圧印加期間を変えることで前記対数変換用トランジスタのリセットレベルを変化させるものでも、
前記リセット電圧の電圧値及び電圧印加期間の双方を変えることで前記対数変換用トランジスタのリセットレベルを変化させるものでもよい。
【００２４】
また、撮像領域（被写体）の輝度に応じて、リセット電圧の電圧値及び電圧印加期間のうちいずれか一方又は双方を変化させるものでもよい。
以上の複数の態様をまとめると、前記電圧コントローラとして、前記リセット電圧の電圧値及び電圧印加期間のうち少なくとも一方を被写体の輝度に応じて変えることができ、そうすることで前記対数変換用トランジスタのリセットレベルを変化させ得るものを例示できる。
【００２５】
撮像装置は被写体の輝度を検知する輝度検知器をさらに備えていてもよい。
撮像装置は前記リセットレベルを手動で変化させるための操作部材を備えていてもよい。
撮像装置が被写体の輝度を検知する輝度検知器を備えている場合には、前記電圧コントローラは、該輝度検知器が検知する被写体輝度に応じて前記リセットレベルを変化させるものとしてもよい。
代表例として、該輝度検知器の検知する被写体輝度が高輝度であるほど前記リセットレベルを下げる（換言すれば、リセット残しを多くする）電圧コントローラを挙げることができる。
【００２６】
また、そのようにリセットレベルを下げるために、電圧コントローラとして、被写体撮像のために前記第２電極に印加する前記第１電圧から第２電圧（動体抽出撮像リセット電圧）への電圧値の変化量を通常撮像状態が得られる通常撮像のための第２電圧（通常撮像リセット電圧）への変化量より小さくしてリセットレベルを下げるもの、或いは、動体抽出撮像のためのリセット電圧の印加期間を通常撮像リセット電圧の印加期間よりも短くするものを例示できる。また、第２電圧（動体抽出撮像リセット電圧）への電圧値の変化量をそのように小さくするとともに該第２電圧（動体抽出撮像リセット電圧）の印加期間を短くするものであってもよい。
【００２７】
また、撮像装置は、被写体の輝度を検知する輝度検知器を備える場合においては、前回設定された（換言すれば現状の）リセットレベルで実現される動体抽出撮像可能の被写体の輝度範囲を求める算出器をさらに備えていてもよい。そして、電圧コントローラとして、該算出器の求める撮像可能輝度範囲と輝度検知器の検知する被写体輝度とを比較し、その比較結果に基づいてリセットレベルを変化させるものを採用してもよい。
【００２８】
また電圧コントローラは、前記の動体抽出撮像のためのリセット電圧と、前記の通常撮像のためのリセット電圧とを選択的に前記対数変換用トランジスタの第２電極に与え得るものでもよい。これにより撮像装置を通常撮像モードに設定することも動体抽出撮像モードに設定することもできる。
この場合には、固体撮像素子が通常撮像状態にあるときの撮像信号から被写体輝度を検知する輝度検知器を備えていてもよい。
また、動体抽出撮像状態開始からの経過時間をカウントするためのタイマを設け、該タイマのカウントアップで一時的に通常撮像状態に戻すようにしてもよい。
【００２９】
前記の対数変換用トランジスタの代表的接続状態として、その第１電極及び制御電極とが共に感光素子に接続されている場合を挙げることができる。
【００３０】
いずれにしても、前記複数のリセットレベルとして、例えば、動体抽出撮像可能な被写体輝度の上限値が２倍以上異なる二つのリセットレベルが含まれているものを挙げることができる。
【００３１】
（２）第２撮像装置
第２撮像装置は基本的には入射光量に対して対数的に変化する信号を出力する画素を有する固体撮像素子と、電圧コントローラとを有している。
固体撮像素子における画素は、感光素子と、制御電極、第１電極及び第２電極を有し、該感光素子からの出力信号が該第１電極に入力され、該制御電極から信号を出力するトランジスタとを含んでいる。
【００３２】
電圧コントローラは、
画素におけるトランジスタの第２電極に与える電圧を制御し得るものであり、固体撮像素子が動体抽出撮像状態で動作するように該トランジスタをリセットするための動体抽出撮像リセット電圧を該第２電極に与えることができる。
【００３３】
また、電圧コントローラは、動体抽出撮像リセット電圧を該第２電極へ与えるにあたり、該第２電極への被写体撮像時の印加電圧から該動体抽出撮像リセット電圧への電圧値変化量を、該第２電極への被写体撮像時の印加電圧から該固体撮像素子が通常撮像状態で動作するように該トランジスタをリセットし得る通常撮像リセット電圧への電圧値変化量の半分より小さくすること及び該動体抽出撮像リセット電圧の電圧印加期間を該通常撮像リセット電圧の印加期間より短くすることのうちいずれか一方でも双方でも行い得るものである。
【００３４】
この撮像装置においても、電圧コントローラによる電圧印加制御のもとに、固体撮像素子が被写体を撮像するようにトランジスタの第２電極に第１電圧を与えて被写体を撮像したあと、固体撮像素子が動体抽出撮像状態で動作するようにトランジスタをリセットする第２電圧（動体抽出撮像リセット電圧）を第２電極に与えることで、撮像装置に対し輝度の変化をもたらす撮像領域（被写体）中の動体の少なくとも一部を一様濃度の背景画像に対して暗く又は明るく表示できる撮像データを生成することができ、それにより、複雑な信号処理或いは画像処理を要することなく、動体を抽出し、その存在を検出できる。
【００３５】
また、トランジスタの第２電極に動体抽出撮像リセット電圧を印加するにあたっては、電圧コントローラに、該第２電極への被写体撮像時の印加電圧から該動体抽出撮像リセット電圧への電圧値変化量を、該第２電極への被写体撮像時の印加電圧から該固体撮像素子が通常撮像状態で動作するように該トランジスタをリセットし得る通常撮像リセット電圧への電圧値変化量の半分より小さくすること及び該動体抽出撮像リセット電圧の電圧印加期間を該通常撮像リセット電圧の印加期間より短くすることのうちいずれか一方でも双方でも行わせ得ることができるので、撮像領域（被写体）の輝度（例えば平均的輝度）に応じた動体抽出撮像可能のリセット電圧をトランジスタの第２電極に与えることができ、それだけ広い撮像領域輝度範囲にわたって撮像領域における動体を抽出撮像できる。
【００３６】
電圧コントローラは、前記通常撮像リセット電圧と動体抽出撮像リセット電圧を選択的に前記トランジスタの第２電極に与え得るものでもよい。これにより撮像装置を通常撮像モードに設定することも動体抽出撮像モードに設定することもできる。
【００３７】
（３）撮像装置の調整方法
実施形態に係る撮像装置の調整方法は、感光素子及び該感光素子からの出力信号が入力され、該感光素子への入射光量に対して対数的に変化する信号を出力するトランジスタを含む画素を有する固体撮像素子と、該固体撮像素子が動体抽出撮像状態で動作するように該トランジスタをリセットするためのリセット手段とを備える撮像装置の調整方法である。
【００３８】
そして、想定される被写体輝度範囲の上限値より高輝度において動体抽出撮像を可能とするための前記リセット手段によるリセット条件を算出する第１ステップと、該リセット条件で前記トランジスタをリセットするように前記リセット手段を設定する第２ステップとを含んでいる。
【００３９】
「想定される被写体輝度範囲の上限値」については、一般的な被写体については被写体輝度範囲が概ね分かっているので、その上限値又はそれより若干高輝度を上限値とすればよいが、例えば、予め実験等により各種被写体についての輝度範囲を測定しておき、被写体に応じた上限値を採用してもよく、また、撮像装置の用途、使用地域、使用環境等に応じて予め定めた上限値を採用してもよい。
【００４０】
この調整方法により、想定される被写体輝度範囲の上限値より高輝度の動体が撮像領域に現れても該動体を抽出撮像できるようにトランジスタをリセットすることができる等、広い撮像領域輝度範囲にわたって動体を抽出撮像できる。例えば、移動している不法侵入者が電灯を撮像装置に向けても、該不法侵入者を抽出撮像できる。
【００４１】
前記の第２ステップでは、例えば、リセット手段がトランジスタに与える動体抽出撮像用のリセット電圧の電圧値又は（及び）該リセット電圧の印加時間を設定すればよい。
【００４２】
〔２〕図面参照による実施形態の説明
次に図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
（２−１）撮像装置Ａ
図１は撮像装置の１例を示すブロック図である。図１に示す撮像装置Ａは、固体撮像素子１０、電圧レギュレータＲｇ、主としてコンピュータにて構成された制御部ＣＯＮＴ等を備えている。図２は固体撮像素子１０の画素の配列された画素部等の構成を示し、図３は一つの画素の構成を示している。図４は通常撮像状態を実現するときの駆動電圧印加のタイミングチャートである。図５は動体抽出撮像状態を実現するときの駆動電圧印加のタイミングチャートである。
【００４３】
固体撮像素子１０は、基本的には、それぞれが、感光素子である光電変換素子、該光電変換素子の出力を該素子への入射光量の対数値に比例する電気信号に変換するための対数変換用トランジスタを含む対数変換部及び該対数変換部からの出力を蓄積するための積分回路を備える複数の画素と、前記各画素からの信号を受け取って出力するための出力回路とを備えている。
【００４４】
図面を参照して説明すると、固体撮像素子１０は、図１に示すとおり、画素部Ｇ、これに接続された垂直走査回路１及び出力回路８を備えており、出力回路８には水平走査回路２が接続されているとともに出力アンプＡｍが接続されている。この出力アンプＡｍから画像データが出力される。また、出力アンプＡｍからの出力は制御部ＣＯＮＴにも入力されるようになっている。これについては後述する。
【００４５】
撮像素子１０にはタイミングジェネレータＴＧが接続されており、タイミングジェネレータＴＧは制御部ＣＯＮＴからの指示に基づいて各部を所定のタイミングで動作させるためのもので、制御部ＣＯＮＴからの指示に基づいて、画素への各種印加電圧の印加期間についても制御する。
【００４６】
電圧レギュレータＲｇは制御部ＣＯＮＴからの指示に基づき画素部Ｇ等へ所定の各種電圧信号等を供給するものであり、制御部ＣＯＮＴからの指示に基づいて、画素への各種印加電圧の電圧値につても制御する。
タイミングジェネレータＴＧ、電圧レギュレータＲｇ及び制御部ＣＯＮＴはいわば電圧コントローラを構成している。
【００４７】
操作部２０はユーザーによって操作される操作部材を含んでおり、ユーザーが撮像モード等の切換等を指示するためのものである。
【００４８】
固体撮像素子１０の画素部Ｇには、図２に示すように、撮像用の画素Ｇ１１〜Ｇｍｎが行列配置（マトリクス配置）されている。垂直走査回路１は、各画素に走査用信号φＶを与える行（ロウ）ライン３１、３２、・・・３ｎを順次走査していくとともに、ライン４１、４２、・・・４ｎを介して各画素の後述するキャパシタＣに電圧φＶＤを供給する。
【００４９】
水平走査回路２は、各画素から出力信号線６１、６２、・・・６ｍに導出される光電変換信号を画素ごとに水平方向（行方向）に順次読み出す。図２において５は電源ラインである。
なお、後ほど説明する図３においては行（ロウ）ラインは３で、φＶＤ供給ラインは４で、出力信号線は６で示してある。
【００５０】
各画素には、以上述べたライン３１、３２、・・・３ｎ、４１、４２、・・・４ｎ、出力信号線６１、６２、・・・６ｍ、電源ライン５だけでなく、他のライン（例えば、クロックラインやバイアス供給ライン等）も接続されるが、図２ではこれらの図示を省略している。
【００５１】
図１に示す出力回路８は、図２に示す定電流源７１、７２、・・・７ｍ、選択回路８１、８２、・・・８ｍ及び補正回路９を含んでいる。
【００５２】
定電流源７１、７２、・・・７ｍは出力信号線６１、６２、・・・６ｍにそれぞれ接続されている。選択回路８１、８２、・・・８ｍは信号線６１〜６ｍを介して画素Ｇ１１〜Ｇｍｎから与えられる映像信号とノイズ信号をサンプルホールドする回路である。補正回路９は選択回路８１、８２、・・・８ｍから映像信号及びノイズ信号が順に送出されてくると、補正処理、すなわち映像信号とノイズ信号との差分を該映像信号から差し引く処理を行い、ノイズ除去された映像信号を外部に出力する。なお、定電流源７１〜７ｍのそれぞれの一端には直流電圧ＶＰＳが印加される。
【００５３】
かかる固体撮像素子１０においては、画素Ｇａｂ（ａ：１≦ａ≦ｍの自然数、ｂ：１≦ｂ  ≦ｎの自然数）からの出力である映像信号及びノイズ信号が、それぞれ、出力信号線６ａを介して出力されるとともに、この出力信号線６ａに接続された定電流源７ａによって増幅される。そして、画素Ｇａｂから出力された映像信号及びノイズ信号が順番に選択回路８ａに送出されるとともに、この選択回路８ａにおいて、該映像信号及びノイズ信号がサンプルホールドされ、その後、選択回路８ａより、サンプルホールドされた映像信号が補正回路９に送出された後、同じくサンプルホールドされたノイズ信号が補正回路９に送出される。
【００５４】
補正回路９は、選択回路８ａより与えられた映像信号を、同じく選択回路８ａより与えられたノイズ信号に基づいて補正処理して、ノイズ除去した映像信号を出力アンプＡｍを介して増幅して外部に出力する。選択回路８１〜８ｍ及び補正回路９のそれぞれの構成例として、本出願人が特開平２００１−２２３９４８号公報において提示した構成などが挙げられる。なお、選択回路８１、８２、・・・８ｍに補正回路を含ませてもよい。
【００５５】
次に画素Ｇ１１〜Ｇｍｎのそれぞれの１例を図３を参照して説明する。
図３に示す画素は、光電変換素子の１例であるフォトダイオードＰＤ、該フォトダイオードＰＤの出力をそれへの入射光量の対数値に比例する電気信号に変換するための対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ２を含む対数変換部Ｌ及び対数変換部Ｌの出力を蓄積するためのキャパシタＣを含む積分回路ＩＴ等を備えている。
【００５６】
さらに説明すると、各画素においては、アノードが接地されたフォトダイオードＰＤのカソードにスイッチング用のＭＯＳトランジスタＴ１のドレインが接続され、トランジスタＴ１のソースに対数変換用のＭＯＳトランジスタＴ２のゲート及びドレインとＭＯＳトランジスタＴ３のゲートが接続されている。トランジスタＴ３は対数変換された信号に相当する電流を流すためのものである。
【００５７】
また、ＭＯＳトランジスタＴ３のソースにソースフォロア増幅用のＭＯＳトランジスタＴ５のゲート及びキャパシタリセット用のＭＯＳトランジスタＴ４のドレインが接続され、ＭＯＳトランジスタＴ５のソースにスイッチング用（信号読み出し用）のＭＯＳトランジスタＴ６のドレインが接続されている。そして、ＭＯＳトランジスタＴ６のソースが出力信号線６（図３の出力信号線６１〜６ｍに相当）に接続されている。なお、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ６はいずれもＰチャンネル型のトランジスタである。
【００５８】
対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ２のソースには信号φＶＰＳが入力される。ＭＯＳトランジスタＴ３、Ｔ５のドレインは接地されている。ＭＯＳトランジスタＴ３のソースにはキャパシタＣが接続され、該キャパシタＣにはフォトダイオードＰＤからの電気信号をキャパシタＣで積分するための参照電圧（信号φＶＤ）が入力される。
【００５９】
また、ＭＯＳトランジスタＴ４のソースには直流電圧ＲＳＢが入力され、該トランジスタＴ４のゲートに信号φＲＳＴが入力される。さらに、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲートにはトランジスタＴ１のオン、オフ操作のための信号φＳが、ＭＯＳトランジスタＴ６のゲートにはトランジスタＴ６のオン、オフ操作のための信号φＶが入力される。
【００６０】
このように構成された画素において、ＭＯＳトランジスタＴ６及び出力信号線６を介して、−端に直流電圧ＶＰＳが印加された定電流源７（図３の定電流源７１〜７ｍに相当する）が、ＭＯＳトランジスタＴ５のソースに接続される。
従って、ＭＯＳトランジスタＴ６がオンのとき、ＭＯＳトランジスタＴ５はソースフォロアのＭＯＳトランジスタとして動作し、定電流源７によって増幅された電圧信号を出力信号線６に出力する。
【００６１】
このようにソースフォロア回路を構成することにより、信号を大きく出力する増幅回路が構成される。従って、この増幅回路により十分大きく増幅された信号が得られるため、後続の信号処理回路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定電流源７１〜７ｍを画素内に設けずに、列（カラム）方向に配置された複数の画素が接続される出力信号線６１〜６ｍ毎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。
【００６２】
次に、先ず、以上説明した撮像素子１０による通常の撮像動作及び各画素の感度バラツキ検出動作について説明し、そのあと動体抽出撮像出動作について説明する。
【００６３】
対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ２のソースに供給する信号φＶＰＳは通常撮像状態を得るときにはハイ（Ｈｉｇｈ）  とロー（Ｌｏｗ）  の電圧信号を用いる。すなわち、映像信号及び感度バラツキによるノイズ信号のそれぞれを読み出すときにはトランジスタＴ２をサブスレッショルド領域で動作させるための電圧をロー（Ｌｏｗ）とし、トランジスタＴ２をリセットするときには、該電圧よりも高くトランジスタＴ２にローの信号φＶＰＳを与えた時よりも大きい電流が流れ得るようにするハイ（Ｈｉ）の電圧を採用する（図４参照）。
【００６４】
しかし、動体抽出撮像状態を得るときには、トランジスタＴ２をリセットするとき、前記ハイ電圧に代えて、ここではロー電圧とハイ電圧の間の値の電圧を採用する（図５参照）。
【００６５】
キャパシタＣに与える参照電圧φＶＤについては、通常撮像状態、動体抽出撮像状態のいずれにおいても３値の電圧信号を採用する。すなわち、キャパシタＣを積分動作させる際の電圧値を最も高いＶｈとし、映像信号読み出し時の電圧値をＶｈよりも低いＶｍとし、ノイズ信号読み出し時の電圧値をＶｍよりもさらに低いＶｌとする。
【００６６】
次に撮像素子１０による通常撮像モードでの撮像動作及び動体抽出撮像モードでの撮像動作について説明する。以下の説明において、画素等への電圧信号印加は制御部ＣＯＮＴの指示のもとにタイミングジェネレータＴＧ及び電圧レギュレータＲｇが担当する。
なお、通常撮像モードと動体抽出撮像モードの切換えは、操作部２０の操作による手動切換えのほか、予め半導体メモリ等に記憶させておいた撮像モードの切換えスケジュールに基づいて自動的に行うようにしてもよい（例えば、常時は通常撮像モードとし、所定時刻になると一定時間動体抽出撮像モードにする、など）。
【００６７】
（２−１−１）  通常撮像状態での撮像動作
（ａ）映像信号（画像信号）出力
以下の説明において、ＭＯＳトランジスタＴ１をオン、オフする信号φＳは撮像動作の間、常にロー（Ｌｏｗ）であり、トランジスタＴ１はオン状態である。また、キャパシタリセット用トランジスタＴ４へ与える信号φＲＳＴをハイ（Ｈｉ）としてトランジスタＴ４をオフとする。そしてＭＯＳトランジスタＴ２がサブスレッショルド領域で動作するように、トランジスタＴ２のソースに与える信号φＶＰＳをローとするとともにキャパシタＣに与える信号φＶＤの電圧値をＶｈとしてキャパシタＣによる積分動作を可能とする。
【００６８】
このような状態においてフォトダイオードＰＤに被撮像領域からの光が入射されると、光電流が発生し、トランジスタＴ２のサブスレッショルド特性により、トランジスタＴ２、Ｔ３のゲートに光電流を入射光量に対して自然対数的に変化するように変換した値に相当する電圧が発生する。
【００６９】
この入射光量に対して自然対数的に変化する電圧に基づき、トランジスタＴ３で電流増幅されたドレイン電流がキャパシタＣから流れて、キャパシタＣが放電する。よって、ＭＯＳトランジスタＴ５のゲート電圧が、入射光量の積分値の自然対数値に比例した電圧となる。そして、キャパシタＣが積分動作を行うことで得られる映像信号を読み出すために、信号φＶＤの電圧値をＶｍとするとともに、ＭＯＳトランジスタＴ６にローのパルス信号φＶを与える。これによりＭＯＳトランジスタＴ５のゲート電圧に応じたソース電流がＭＯＳトランジスタＴ６を介して出力信号線６へ流れる。
【００７０】
このとき、トランジスタＴ５がソースフォロア型のＭＯＳトランジスタとして動作するため、出力信号線６には映像信号が電圧信号としてあらわれる。その後、信号φＶをハイにしてトランジスタＴ６をオフするとともに、信号φＶＤの電圧値をＶｈとする。このようにトランジスタＴ５、Ｔ６を介して出力される映像信号は、トランジスタＴ５のゲート電圧に比例した値となり、そのためフォトダイオードＰＤへの入射光量の積分値の自然対数値に比例した信号となる。
【００７１】
（ｂ）  感度バラツキ検出（ノイズ信号出力）
図４に示すように、電圧値Ｖｍのパルス信号φＶＤとローのパルス信号φＶが与えられて映像信号が出力されると、信号φＶＤをＶｈとした後、信号φＳをハイにしてトランジスタＴ１をオフにしてリセット動作を開始させる。このとき、トランジスタＴ２のソース側より正の電荷が流れ込み、トランジスタＴ２のゲート及びドレイン、そしてトランジスタＴ３のゲートに蓄積された負の電荷が再結合され、ある程度まで、トランジスタＴ２のゲート及びドレインのポテンシャルが上がる。
【００７２】
しかし、トランジスタＴ２のゲート及びドレインのポテンシャルがある値まで上がると、そのリセット速度が遅くなる。特に、明るい撮像領域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、トランジスタＴ２のソースに与える信号φＶＰＳをハイにする。このように、トランジスタＴ２のソース電圧を高くすることで、トランジスタＴ２のソース側から流入する正の電荷の量が増加し、トランジスタＴ２のゲート及びドレイン、そしてトランジスタＴ３のゲートに蓄積された負の電荷が速やかに再結合される。このとき、信号φＲＳＴをローとしてトランジスタＴ４をオンにして、キャパシタＣとトランジスタＴ５のゲートとの接続ノードの電圧を初期化する。
【００７３】
そして、信号φＶＰＳをハイにすることで、トランジスタＴ２のゲート及びドレインのポテンシャルがさらに高くなると、トランジスタＴ２のソースに与える信号φＶＰＳをローにして、トランジスタＴ２のポテンシャル状態をもとの状態に戻す。このように、トランジスタＴ２のポテンシャルの状態がもとの状態にリセットされると、信号φＲＳＴをハイにして、トランジスタＴ４をオフにする。
【００７４】
すると、キャパシタＣが積分動作を行って、キャパシタＣとトランジスタＴ５のゲートとの接続ノードの電圧が、リセットされたトランジスタＴ２のゲート電圧に応じたものとなる。そこで、パルス信号φＶをトランジスタＴ６のゲートに与えてトランジスタＴ６をオンにするとともに信号φＶＤの電圧値をＶｌにする。これにより、トランジスタＴ２、Ｔ３の特性のバラツキに起因する各画素の感度のバラツキを表す出力電流が出力信号線６に流れる。
【００７５】
このとき、トランジスタＴ５がソースフォロア型のＭＯＳトランジスタとして動作するため、出力信号線６にはノイズ信号が電圧信号としてあらわれる。その後、パルス信号φＲＳＴをトランジスタＴ４に与え、キャパシタＣとトランジスタＴ５のゲートとの接続ノードの電圧をリセットし、信号φＳをローにしてトランジスタＴ１を導通させて撮像動作が行える状態にする。
【００７６】
以上の説明においては、光電変換により得られた電気信号を積分するためにキャパシタＣに与える電圧φＶＤをＶｈ、Ｖｍ、Ｖｌの３値としたが、該電気信号積分のためにキャパシタＣに与える電圧φＶＤは一定であっても構わない。しかし、前記のような３値を採用することで、ノイズが除去された映像信号におけるオフセットを低くすることができ、それにより、撮像素子の後段に接続されるアナログ／デジタル変換器等の動作範囲を有効に利用することができる。なお、映像信号読み出し時にキャパシタＣに与える信号φＶＤの電圧値を積分時に与える電圧値より高くするようにしても構わない。
【００７７】
また、以上説明した撮像素子では、ＰチャネルのＭＯＳトランジスタを用いて各画素を構成したが、画素をＮチャネルのＭＯＳトランジスタを用いて構成しても構わない。このとき、各素子の極性が逆になる。固体撮像素子に設けられる定電流源７１〜７ｍについても、図２と逆の極性となる。このようなこと以外は既に説明した撮像素子と実質上同様である。
【００７８】
（２−１−２）  動体抽出撮像状態での撮像動作
映像信号出力のための動作は前記通常撮像状態の場合と同様である。しかし、ノイズ信号出力動作において、ＭＯＳトランジスタＴ２のリセット処理において採用する信号φＶＰＳとして、前記通常撮像状態の場合におけるノイズ信号出力の場合のハイの信号φＶＰＳに代えて、図５に示すように、ハイとローの間の２種類の電圧値の電圧信号ｖ１、ｖ２〔リセット期間以外のφＶＰＳの電圧値（ここでは信号ローの電圧値）をｖＬとした場合、｜ｖ１−ｖＬ｜＞｜ｖ２−ｖＬ｜〕のいずれかが採用される。いずれを採用するかについては後述する。これにより動体抽出を行える。それ以外は通常撮像状態におけるノイズ出力処理と同様である。
【００７９】
この動体抽出撮像状態においても、通常撮像状態の場合と同様に、φＶＰＳをローにして撮像を行ったときに各画素から出力される映像信号と、φＶＰＳをハイとローの間の値にしてＭＯＳトランジスタＴ２をリセットしたとき各画素から出力される雑音信号（ノイズ信号）との差分が、補正回路９による差分処理により該映像信号から差し引かれて出力される。
【００８０】
しかし、ＭＯＳトランジスタＴ２のリセット処理において採用する信号φＶＰＳとして、通常撮像状態の場合におけるノイズ信号出力の場合のハイの信号φＶＰＳに代えて、ハイとローの間の値の電圧信号ｖ１又はｖ２が採用される結果、ＭＯＳトランジスタＴ２にリセット残しが生じる。しかも、該リセット残しはＭＯＳトランジスタＴ２の特性により入射光量の多かった画素ほど多く、入射光量の少なかった画素ほど小さくなる。従って、前記差分処理後の映像信号は、輝度が変化しない被撮像領域部分を撮像した各画素については同様の値となる。かくして撮像像領域における静止背景部等については中間濃度（モノクロの場合は略一様にグレー濃度）で表示可能の信号が出力される。これを用いて静止背景部等については中間濃度（モノクロについては略一様にグレー）で表示させることが可能である。
【００８１】
一方、動体については、輝度が「暗」→「明」、「暗」→「明」→「暗」、「明」→「暗」、「明」→「暗」→「明」などと映像信号の積分期間中に変化する。
【００８２】
輝度が「暗」→「明」に変化し、リセット期間の開始まで「明」状態のままであった場合、映像信号は、積分期間中常時「明」状態であったときと比較して高くなる。雑音信号はリセット開始時の積分回路入力部の電圧にのみ依存した値となるため、リセット開始時は「明」状態であるので、雑音信号は常時「明」状態のときと同じである。すると、差分処理後の映像信号出力は減少し、素子１０への入射光が「暗」→「明」に変化した部分を暗く表示できる（モノクロの場合は例えば黒く表示できる）ものとなる。また、常時「暗」状態であったときと比較すると、映像信号は低く、雑音信号も低くなるが、雑音信号が低くなる量より映像信号が低くなる量の方が少なく、差分処理後の映像信号出力は減少する。
【００８３】
輝度が「暗」→「明」→「暗」に変化し、リセット期間の開始まで「暗」状態のままであった場合、映像信号は、積分期間中常時「暗」状態であったときと比較して低くなる。雑音信号はリセット開始時の積分回路入力部の電圧にのみ依存した値となるため、リセット開始時は「暗」状態であるので、雑音信号は常時「暗」状態のときと同じである。すると、差分処理後の映像信号出力は増加し、素子１０への入射光が「暗」→「明」→「暗」に変化した部分を明るく表示できる（モノクロの場合は例えば白く表示できる）ものとなる。
【００８４】
輝度が「明」→「暗」に変化する場合は、同様の理由で、差分処理後の映像信号出力は増加し、輝度変化部分を明るく表示できるものとなる。
輝度が「明」→「暗」→「明」に変化する場合は、差分処理後の映像信号出力は減少し、輝度変化部分を暗く表示できるものとなる。
このような現象により入射光が変化した部分を抽出でき、これにより動体の存在を検出できる。
【００８５】
撮像素子１０を動体抽出撮像モードに設定して動体を含む撮像領域を撮像してディスプレイに表示するとすれば、例えば、図６（Ｂ）に示すような画像となる。図６（Ａ）は白い壁の前を黒いボールが図中左方向へ移動している様子を示している。ボールの左側のエッジ部分は左方への移動により撮像素子１０から見ると輝度が「明」から「暗」に変化し、明るい部分Ｐとして表示され、ボールの右側のエッジ部分は左方への移動により撮像素子１０から見ると輝度が「暗」から「明」に変化し、暗い部分Ｑとして表示される。このようにして動体が抽出される。
【００８６】
ところで、固体撮像素子１０の動体抽出撮像モードにおける光電変換特性を調べてみると、図７に示すように、例えば素子面照度で約０．３ルックス〜１５０ルックスの被写体輝度範囲においては素子出力が略一定値となることが分かる。これは、被写体の輝度範囲が略この範囲では映像信号と雑音信号（ノイズ信号）との差が一定で、静止物体は撮像されず、動体抽出が可能であることを示している。
【００８７】
一方、この被写体輝度がこの範囲を外れてくると、図７に示すように、素子出力が一定ではなくなっくる。これは、映像信号と雑音信号との差が一定ではなくなってきて動体のみならず静止物体も撮像されてしまうことを示している。特に、高照度側（被写体で言えば高輝度側）では映像信号と雑音信号との差が一定ではなくなってきて、明るい被写体（撮像領域）では動体のみならず静止物体も撮像されてしまう。
【００８８】
ＭＯＳトランジスタＴ２のリセット時のφＶＰＳの電圧値ＶＰＳＨと該トランジスタのゲート電圧ＶＧと該トランジススタの閾値電圧Ｖｔｈとが、ＶＰＳＨ−ＶＧ＜Ｖｔｈの関係を満たすとき動体抽出撮像が可能になっていると考えられる。被写体輝度が比較的低い場合ＶＧが大きくなり、ＶＰＳＨ−ＶＧ＜Ｖｔｈの関係が満たされ、動体抽出撮像が可能であるが、被写体輝度が高すぎるとＶＧが小さくなり、ＶＰＳＨ−ＶＧ＜Ｖｔｈの関係が満たされなくなって動体抽出撮像を行えなくなる。そこで、このように被写体輝度が高輝度であるときには、ＶＰＳＨを下げるか、或いはリセット期間、すなわちＶＰＳＨの印加期間を短くしてＶＧを大きくするか、或いはこれら双方を行うことで、ＶＰＳＨ−ＶＧ＜Ｖｔｈの関係が満たされるようにすればよい。
【００８９】
なお、ＮチャネルＭＯＳトランジスタの場合は、トランジスタのリセット時のリセット電圧ＶＰＳＬと該トランジスタのゲート電圧ＶＧと該トランジススタの閾値電圧Ｖｔｈとが、ＶＧ−ＶＰＳＬ＜Ｖｔｈの関係を満たすとき動体抽出撮像が可能となる。
【００９０】
ここでは、前記のとおりＭＯＳトランジスタＴ２のリセット処理に用いる信号φＶＰＳとして、通常撮像状態の場合におけるノイズ信号出力の場合のハイの信号φＶＰＳに代えて、ハイとローの間の複数種類の電圧値の電圧信号のうち一つを採用できるようにしている。さらに言えば、ここでは２種類の電圧値の電圧信号ｖ１又はｖ２〔リセット期間以外のφＶＰＳの電圧値（ここでは信号ローの電圧値）をｖＬとした場合、｜ｖ１−ｖＬ｜＞｜ｖ２−ｖＬ｜〕（図５参照）を採用できるようにしている。これら複数のリセット電圧は予め制御部ＣＯＮＴのコンピュータにおけるＲＯＭに記憶させてあり、被写体の輝度範囲に応じて、該輝度範囲における動体抽出撮像に適したリセット電圧信号が採用される。
【００９１】
本例の場合、動体抽出撮像モードにおいては、制御部ＣＯＮＴにおいてその内部タイマーにより測定される一定時間ごとに出力アンプＡｍからの出力が読み込まれ、それに基づいて被写体の輝度が測定される。制御部ＣＯＮＴは被写体の輝度が想定される通常被写体の輝度範囲（以下、「低輝度範囲」という。）に入っているときはリセット電圧としてトランジスタリセット残しが少くなる方の、換言すればリセットレベルが高くなる方の前記電圧ｖ１を、該輝度範囲より高輝度の範囲（以下、「高輝度範囲」という。）にあって明らかに動体抽出撮像可能な領域から外れていると考えられる輝度値を示す領域が被写体の中に含まれるときは、トランジスタリセット残しが大きくなる方の、換言すればリセットレベルが低くなる方の前記電圧ｖ２を印加するように電圧レギュレータＲｇに指示する。かくしてこの撮像装置は、広い被写体（撮像領域）輝度範囲にわたり動体抽出撮像を行える。かかる低輝度範囲と高輝度範囲との境界を示す被写体輝度の閾値も予め制御部ＣＯＮＴのＲＯＭに記憶させてある。
【００９２】
それには限定されないが、ここでは、リセット電圧ｖ２は、リセット電圧ｖ１により動体抽出撮像可能の被写体輝度範囲の上限値の２倍以上の輝度の被写体までも動体抽出撮像を行えるものである。
なお、被写体輝度は被写体全体の平均的輝度を求めるようにしてもよい。
【００９３】
図８は制御部ＣＯＮＴが動体抽出撮像モードにおいて実行する処理を示すフローチャートである。
図示のとおり、プログラムがスタートすると、撮像素子１０を動体抽出撮像モードに設定し（ステップ  Ｓ１１）、内部タイマーをリセットし（Ｓ１２）、動体抽出撮像モードで被写体の撮影を行わせる（Ｓ１３）。この間、アンプＡｍからの出力を読み込む。その後内部タイマーがカウントアップすると（Ｓ１４）、アンプＡｍから読み込んだデータに基づき被写体の明るさ（輝度）を求め（Ｓ１５）、その輝度が低輝度範囲に属しており、且つ、現状の設定リセット電圧がｖ１であるときは、該リセット電圧ｖ１をそのまま維持してステップＳ１２へ戻る（Ｓ１６）が、被写体が高輝度範囲に属する輝度部分を含むものであるときは、リセット電圧をｖ２に変更してステップＳ１２へ戻る。なお、プログラムスタート時の初期リセット電圧はここではｖ１である。
【００９４】
この撮像装置によると、被写体（撮像領域）の輝度を内部タイマーでカウントされる時間ごとに周期的に求めるから、動体抽出撮像開始当初は被写体の輝度が低輝度範囲に属する場合において途中で何らかの高輝度物体が撮像領域に入り込んできたような場合でも動体抽出撮像を行える。
【００９５】
（２−２）撮像装置Ａの変形例
前記制御部ＣＯＮＴは動体抽出撮像モードにおいて次の処理を実行するものとしてもよい。
すなわち、図９に示すように、プログラムがスタートすると、撮像素子１０を動体抽出撮像モードに設定し（ステップＳ２１）、内部タイマーをリセットし（Ｓ２２）、動体抽出撮像モードで被写体の撮影を行わせる（Ｓ２３）。その後内部タイマーがカウントアップすると（Ｓ２４）、撮像モードを予め定めた所定時間だけ一時的に通常撮像モードに切り替え（Ｓ２５）、この通常撮像モード設定の間、アップＡｍからの出力を読み込む。その後再び撮像モードを動体抽出撮像モードに切り替え（Ｓ２６）、次いでアンプＡｍから読み込んだデータに基づき被写体の明るさ（輝度）を求め（Ｓ２７）、その輝度が低輝度範囲に属しており、且つ、現状の設定リセット電圧がｖ１であるときは、該リセット電圧ｖ１をそのまま維持してステップＳ２２へ戻る（Ｓ２８）が、被写体が高輝度範囲に属する輝度部分を含むものであるときは、リセット電圧をｖ２に変更してステップＳ２２へ戻る。なお、プログラムスタート時の初期リセット電圧はｖ１としておけばよい。
このようにすると、一旦通常撮像モードに切換える必要があるものの、被写体輝度を正確に把握することができるので、動体撮像モードにおけるリセットレベルをより適切に設定することができる。なお、被写体全体の平均輝度を求めるようにしてもよい。
【００９６】
制御部ＣＯＮＴが図８、図９のいずれの処理を実行するものであるときも、出力アンプＡｍ及び制御部ＣＯＮＴはいわば被写体の輝度検出器として機能する。
【００９７】
また制御部ＣＯＮＴは、図８（図９）の動作においてステップＳ１５（ステップＳ２７）で被写体の輝度を求めたあと、現状の設定リセット電圧ｖ１又はｖ２により（換言すれば、現状のリセットレベルにより）動体抽出撮像可能の被写体輝度範囲と該求めた輝度とを比較し、該輝度がその輝度範囲に入っているときには現状のリセット電圧を維持し、その輝度範囲外の輝度であるときは、現状リセット電圧ｖ１（又はｖ２）をリセット電圧ｖ２（又はｖ１）へ切り替えるものでもよい。
【００９８】
この場合、制御部ＣＯＮＴは求めた被写体輝度と現状のリセット電圧ｖ１又はｖ２により動体抽出撮像可能の被写体輝度範囲とを比較する算出器としても機能する。
【００９９】
また、撮像装置Ａでは、動体抽出撮像モードにおいて対数変換用トランジスタＴ２をリセットするリセット電圧として、電圧値の異なるｖ１、ｖ２を採用したが、次のようにリセット電圧を採用してもよい。
【０１００】
（１）  図１０（Ａ）に示すように、低輝度範囲の被写体（撮像領域）における動体抽出撮像については対数変換用トランジスタＴ２のリセット残しの小さい、換言すればリセットレベルの高いリセット電圧ｖ１を採用し、高輝度範囲の被写体における動体抽出撮像についてはトランジスタＴ２のリセット残しの大きい、換言すればリセットレベルの低い、リセット電圧ｖ１と電圧値が同じで電圧ｖ１より電圧印加期間の短いリセット電圧ｖ２１を採用する。或いは、
【０１０１】
（２）  図１０（Ｂ）に示すように、低輝度範囲の被写体（撮像領域）における動体抽出撮像については前記リセット電圧ｖ１を採用し、高輝度範囲の被写体における動体抽出撮像についてはトランジスタＴ２のリセット残しの大きい、換言すればリセットレベルの低い、リセット電圧ｖ１より電圧値が小さく、且つ、電圧ｖ１より電圧印加期間の短いリセット電圧ｖ２２を採用する。或いは、
【０１０２】
（３）  図１０（Ｃ）に示すように、低輝度範囲の被写体（撮像領域）における動体抽出撮像については前記リセット電圧ｖ１と電圧値が同じで、それより電圧印加期間が短いリセット電圧、すなわちトランジスタＴ２のリセット残しの小さい、換言すればリセットレベルの高いリセット電圧ｖ１’を採用し、高輝度範囲の被写体における動体抽出撮像については、リセット電圧ｖ１’と電圧値が同じで、それよりさらに電圧印加期間が短いリセット電圧、すなわちトランジスタＴ２のリセット残しの大きい、換言すればリセットレベルの低いリセット電圧ｖ２３を採用する。
なお、図１０においてｔは通常撮像状態におけるリセット電圧の印加期間である。
さらに、リセットレベルを３つ以上にしてその中から被写体輝度に見合った適切なリセット電圧値やリセット期間を選択するようにしたり、所定の演算式により輝度値に対応するリセット電圧値やリセット期間を算出して無段階に調整できるようにしたりしてもよい。
【０１０３】
以上説明した撮像装置では動体抽出撮像モードにおける対数変換用トランジスタＴ２のリセット電圧が被写体輝度に応じて自動的に選択されるようにしたが、操作部２０において手動でも選択可能としてもよい。
【０１０４】
（２−３）撮像装置の調整方法
以上説明した撮像装置は、感光素子である光電変換素子ＰＤ及び該素子からの出力信号が入力され、該素子への入射光量に応じて変化する信号を出力する対数変換用トランジスタＴ２を含む画素を有する固体撮像素子１０と、該固体撮像素子が動体抽出撮像状態で動作するように該トランジスタをリセットするためのリセット手段とを備える撮像装置ととらえることもできる。そして、以上説明した撮像装置を、想定される被写体輝度範囲の上限値より高輝度において動体抽出撮像を可能とするための該リセット手段によるリセット条件を算出する第１ステップと、該リセット条件でトランジスタをリセットするように該リセット手段を設定する第２ステップとを含む撮像装置の調整方法を実行して動体抽出撮像を行わせている、と言える。
【０１０５】
（２−４）撮像装置Ｂ
図１１は撮像装置の他の例を示すブロック図である。図１１に示す撮像装置Ｂは、撮像装置Ａと同様に固体撮像素子１０、電圧レギュレータＲｇ、主としてコンピュータにて構成された制御部ＣＯＮＴ’等を備えている。
【０１０６】
固体撮像素子１０及び電圧レギュレータＲｇは撮像装置Ａのものと同じである。撮像素子１０の出力アンプＡｍからの出力は制御部ＣＯＮＴ’に入力される。固体撮像素子１０に接続されたタイミングジェネレータＴＧは制御部ＣＯＮＴ’からの指示に基づいて動作し、画素への各種印加電圧の印加期間についても制御する。
【０１０７】
電圧レギュレータＲｇは制御部ＣＯＮＴ’からの指示に基づき画素部Ｇ等へ所定の各種電圧信号等を供給するものであり、制御部ＣＯＮＴ’からの指示に基づいて、画素への各種印加電圧の電圧値についても制御する。
タイミングジェネレータＴＧ、電圧レギュレータＲｇ及び制御部ＣＯＮＴ’はいわば電圧コントローラを構成している。
【０１０８】
この撮像装置Ｂにおいても、撮像素子１０は、制御部ＣＯＮＴ’に接続された操作部２０’からの指示により手動で、或いは予め定められたスケジュールに基づいて撮像モードを通常撮像モードと動体抽出撮像モードとで切り替えることができる。なお、動体抽出撮像モード専用のものとしてもよいことは勿論である。
【０１０９】
撮像装置Ｂにおいても対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ２のソースに供給する信号φＶＰＳは通常撮像状態を得るときにはハイ（Ｈｉｇｈ）  とロー（Ｌｏｗ）  の電圧信号を用いる。動体抽出撮像状態を得るときには、トランジスタＴ２をリセットするときに動体抽出撮像用のリセット電圧をトランジスタＴ２のソースに印加する。その動体抽出撮像リセット電圧は、制御部ＣＯＮＴ’に接続した操作部２０’において、被写体輝度に応じて選択することができるようになっている。
【０１１０】
操作部２０’において選択できる動体抽出撮像リセット電圧は、図１２（Ａ）に示すように、通常撮像モードにおいて対数変換用トランジスタＴ２のソースに印加するＨｉのリセット電圧（印加期間ｔ）より電圧値（絶対値）が、図１２（Ｂ）に示すように、半分より小さいもの又は（及び）図１２（Ｃ）に示すように、該Ｈｉのリセット電圧より電圧印加期間が短いものである。図１２（Ｄ）は電圧値を半分より小さく、且つ、印加期間もｔより短くしたリセット電圧を示している。
【０１１１】
この撮像装置Ｂによると、操作部２０’における操作により、被写体の輝度に応じて、動体抽出撮像用のリセット電圧として、通常撮像用のＨｉのリセット電圧より電圧値（絶対値）が半分より小さいもの、該Ｈｉのリセット電圧より電圧印加期間が短いもの、及び通常撮像用のＨｉのリセット電圧より電圧値（絶対値）が半分より小さく、該Ｈｉのリセット電圧より電圧印加期間が短いもののうちいずれでも適宜選択して動体抽出撮像を行える。また、その選択にあたり、映像信号を得るために対数変換用トランジスタＴ２のソースに印加するＬｏｗ電圧から動体抽出撮像リセット電圧への電圧値の変化量ｖｍ及び動体抽出撮像リセット電圧の印加期間ｖｔのうちいずれか一方でも双方でも調整できる。
【０１１２】
被写体輝度に応じた動体抽出撮像リセット電圧の選択乃至調整の仕方としては、例えば、撮像装置Ｂが実際に使用される環境での被写体の想定される最大輝度を勘案し、この最大輝度でも動体抽出撮像を行えるように前記変化量ｖｍ及び印加期間ｖｔのうち少なくとも一方を調整することで行える。本例では、アンプＡｍの出力が制御部ＣＯＮＴ’に入力され、制御部ＣＯＮＴ’は該入力データに基づいて被写体の最大輝度値や平均的輝度を算出し、ディスプレイＤに表示することができるようになっており、従って、表示される被写体輝度情報をモニタリングしながらかかる調整を行える。
【０１１３】
しかし、例えば、予め、動体抽出可能となる各種被写体輝度と前記変化量ｖｍ及び印加期間ｖｔの調整幅との関係を実験等により求めて対応表を作成しておき、その対応表に基づいて調整することもできる。
また、かかる調整は、例えば一般的な被写体輝度を勘案して撮像装置Ｂの製造時に行っておいてもよい。その場合においても、使用者において操作部２０’で再調整可能としてもよい。
【０１１４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、複雑な信号処理を要することなく、簡単に動体の存在を検出でき、しかも広い撮像領域輝度範囲にわたって撮像領域における動体を抽出撮像できる撮像装置を提供することができる。
また本発明によると、かかる撮像装置を動体抽出撮像可能な状態に調整する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】撮像装置の１例の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す撮像装置の撮像素子における画素の配列された画素部等の構成を示す図である。
【図３】一つの画素の構成を示す図である。
【図４】図１から図３に示す撮像素子において通常撮像状態（通常撮像モード）を実現する素子駆動電圧印加の様子を示すタイミングチャートである。
【図５】図１から図３に示す撮像素子において動体抽出撮像状態（動体抽出撮像モード）を実現する素子駆動電圧印加の様子を示すタイミングチャートである。
【図６】図６（Ａ）は通常撮像モードによる被写体撮像例を示し、図６（Ｂ）は動体抽出撮像モードによる被写体撮像例を示している。
【図７】固体撮像素子の動体抽出撮像モードにおける光電変換特性を示す図である。
【図８】図１に示す撮像装置の制御部の動作の一部を示すフローチャートである。
【図９】図１に示す撮像装置の制御部の動作の他の例の一部を示すフローチャートである。
【図１０】図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）はそれぞれ動体抽出撮像を可能とする対数変換用トランジスタに対するリセット電圧の他の例を示す図である。
【図１１】撮像装置の他の例の構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２（Ａ）は通常撮像状態時のリセット電圧を示しており、図１２（Ｂ）〜図１２（Ｄ）はそれぞれ動体抽出撮像を可能とする対数変換用トランジスタに対するリセット電圧の調整を示す図である。
【符号の説明】
Ａ、Ｂ  撮像装置
１０  撮像素子
Ｇ  画素部
１  垂直走査回路
２  水平走査回路
３、３１〜３ｎ  行（ロウ）ライン
４、４１〜４ｎ  ライン
５  電源ライン
６、６１〜６ｍ  出力信号線
７１〜７ｍ  定電流源
８  出力回路
８１〜８ｍ  選択回路
９  補正回路
Ａｍ  出力アンプ
Ｇ１１〜Ｇｍｎ  画素
ＰＤ  フォトダイオード
Ｔ１  スイッチング用ＭＯＳトランジスタ
Ｔ２  対数変換用ＭＯＳトランジスタ
Ｔ３  ＭＯＳトランジスタ
Ｔ４  キャパシタリセット用ＭＯＳトランジスタ
Ｔ５  ソースフォロア増幅用ＭＯＳトランジスタ
Ｔ６  信号読出し用ＭＯＳトランジスタ
Ｃ  キャパシタ（積分用コンデンサ）
Ｒｇ  電圧レギュレータ
ＴＧ  タイミングジエネレータ
ＣＯＮＴ、ＣＯＮＴ’  制御部
２０、２０’  操作部
Ｄ  ディスプレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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