(57)【特許請求の範囲】
【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し、
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
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
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し、
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、
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撮像装置。
【請求項３】
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し、
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、
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撮像装置。
【請求項４】
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し、
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、
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撮像装置。
【請求項５】
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し、
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、
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撮像装置。
【請求項６】
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し、
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、
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撮像装置。
【請求項７】
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し、
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、
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撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光量に対して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。
【０００２】
【従来の技術】
従来、入射光量に対して線形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。
【０００３】
しかしながら、一般的に被写体の輝度範囲は、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。
【０００４】
このような問題を解消するために、固体撮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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、固体撮像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。
【０００６】
このような問題を鑑みて、本発明は、階調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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、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し、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。
【０００８】
このような撮像装置において、被写体の輝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。
【００１３】
又、請求項２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し、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、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。
【００１４】
このとき、ＭＯＳトランジスタをＮチャネルの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。
【００１７】
、請求項３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し、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、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。
【００１８】
このとき、ＭＯＳトランジスタをＮチャネルの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。
【００２０】
又、請求項４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し、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、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。
【００２１】
このとき、ＭＯＳトランジスタをＮチャネルの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。
【００２２】
又、請求項５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し、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、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。
【００２３】
このとき、ＭＯＳトランジスタをＮチャネルの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。
【００２６】
又、請求項６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し、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、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。
【００２７】
このとき、ＭＯＳトランジスタをＮチャネルの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。
【００２８】
又、請求項７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し、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、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。
【００２９】
このとき、ＭＯＳトランジスタをＮチャネルの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。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、以下に説明する。
【００３１】
＜固体撮像素子の構成例＞
まず、本発明の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。
【００３２】
出力信号線６−１、６−２、・・・、６−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。
【００３３】
このサンプルホールド回路９に対して、行毎に、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。
【００３４】
画素Ｇ11〜Ｇｍｎには、後述するように、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。
【００３５】
この回路構成は上段のＭＯＳトランジスタ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。
【００３６】
図２のように構成することにより信号を大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。
【００３７】
＜画素構成の第１例＞
図１に示した固体撮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。
【００３８】
図３において、ｐｎフォトダイオードＰＤ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。ＭＯＳ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。
【００３９】
又、フォトダイオードＰＤのカソード及び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、ＭＯＳ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。
【００４０】
図４に示すタイミングチャートのように、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、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ＭＯＳトランジスタＴ４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。
【００４１】
このように、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。
【００４２】
このように信号φＶPSをＶＬとしてリセットを行った後、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。
【００４３】
又、ＭＯＳトランジスタＴ２及びＭＯＳトランジスタ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。
【００４４】
信号φＳをハイレベルとして撮像動作が開始すると、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、ＭＯＳ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ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現れる。
【００４５】
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、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。
【００４６】
このようにして、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。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。
【００４７】
このとき、対数変換動作に変わるときのＭＯＳ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。
【００４８】
又、リセット時における信号φＶPSの電圧値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。
【００４９】
電圧値ＶＬが低くなるほど、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。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。
【００５０】
又、電圧値ＶＬとなる信号φＶPSを与える時間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、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。
【００５１】
＜画素構成の第２例＞
図１に示した固体撮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。
【００５２】
図７に示す画素は、第１例（図３）の構成の画素に、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、ＭＯＳ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、ＭＯＳトランジスタＴ５は、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ３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。
【００５３】
図８に示すタイミングチャートのように、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。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。
【００５４】
このように信号φＳＷをハイレベルとしてリセットを行っている際に、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。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にして、次の撮像動作に備える。
【００５５】
このようにして、撮像動作に移ると、第１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ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現れる。
【００５６】
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、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。
【００５７】
このようにして、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に画像データが出力される。
【００５８】
又、リセット時における直流電圧ＲＬ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。
【００５９】
直流電圧ＲＬが低くなるほど、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。
【００６０】
＜画素構成の第３例＞
図１に示した固体撮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。
【００６１】
図９に示す画素は、第２例（図７）の構成の画素に、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。
【００６２】
尚、ＭＯＳトランジスタＴ６，Ｔ７は、ＭＯＳ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ＶPSLとする。
【００６３】
図１０に示すタイミングチャートのように、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。
【００６４】
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。
【００６５】
このように信号φＳＷをハイレベルとしてリセットを行っている際に、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。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。
【００６６】
このようにして、撮像動作に移ると、第２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。
【００６７】
又、リセット時における直流電圧ＲＬと直流電圧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。
【００６８】
直流電圧ＲＬ及び直流電圧ＶPSLが共に低くなるほど、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。
【００６９】
＜画素構成の第４例＞
図１に示した固体撮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。
【００７０】
図１１に示す画素において、フォトダイオード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、ＭＯＳ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。
【００７１】
尚、信号φＶPG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。
【００７２】
図１２に示すタイミングチャートのように、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ＯＦＦ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、ＭＯＳ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。
【００７３】
その後、信号φＶPDをハイレベルに戻すと、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、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。
【００７４】
そして、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。
【００７５】
そして、再び、ＭＯＳトランジスタＴ８の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。
【００７６】
信号φＳをハイレベルとして撮像動作が開始されると、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、ＭＯＳ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、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。
【００７７】
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なると、ＭＯＳ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。
【００７８】
このようにして、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。
【００７９】
このとき、対数変換動作に変わるときのＭＯＳ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。
【００８０】
又、リセット時における信号φＶPGの電圧値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。
【００８１】
電圧値Ｖｂが高くなるほど、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。
【００８２】
又、電圧値Ｖｂとなる信号φＶPGを与える時間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。
【００８３】
＜画素構成の第５例＞
図１に示した固体撮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。
【００８４】
図１３に示す画素は、第４例（図１１）の構成の画素に、ＭＯＳトランジスタＴ８のソースとＭＯＳ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、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，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。
【００８５】
図１４に示すタイミングチャートのように、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、ＭＯＳ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ＲＬ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。
【００８６】
このようにして、撮像動作に移ると、第４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。
【００８７】
又、リセット時における直流電圧ＲＬ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。
【００８８】
直流電圧ＲＬが高くなるほど、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。
【００８９】
＜画素構成の第６例＞
図１に示した固体撮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。
【００９０】
図１３に示す画素は、第４例（図１１）の構成の画素に、ＭＯＳトランジスタＴ８のソースとＭＯＳ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。
【００９１】
図１６に示すタイミングチャートのように、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ＯＦＦとされた後、信号φＳＷをハイレベルとして、ＭＯＳ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。
【００９２】
その後、信号φＳＷをローレベルに戻して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。
【００９３】
そして、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φＶPG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。
【００９４】
このようにして、撮像動作に移ると、第４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。
【００９５】
又、リセット時における信号φＶPGの電圧値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。
【００９６】
＜第１の実施形態＞
上述した各例の画素を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。
【００９７】
図１７に示す撮像素子は、上述した各例の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１０１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。
【００９８】
以下では、説明を簡単にするために、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。
【００９９】
このように構成される撮像装置は、所定時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。
【０１００】
このとき、Ａ／Ｄコンバータ１０１より送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。
【０１０１】
このようにして、演算回路１０２において、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。
【０１０２】
即ち、演算回路１０３において、最高輝度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。
【０１０３】
よって、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、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、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。
【０１０４】
＜第２の実施形態＞
上述した各例の画素を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。
【０１０５】
図１８の撮像装置は、第１の実施形態（図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。
【０１０６】
以下では、説明を簡単にするために、第１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。
【０１０７】
このように構成される撮像装置によると、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。
【０１０８】
即ち、演算回路１０３において、最高輝度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。
【０１０９】
よって、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。
【０１１０】
又、タイミングジェネレータ１０５より与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。
【０１１１】
【発明の効果】
本発明によると、被写体の輝度によって、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】固体撮像素子の構成を示すブロック回路図。
【図２】図１の固体撮像素子の一部を示す回路図。
【図３】図１の固体撮像素子内の画素構成の一例を示す回路図。
【図４】図３の構成の画素の動作を示すタイミングチャート。
【図５】被写体の輝度と固体撮像素子の出力との関係を示すグラフ。
【図６】被写体の輝度と固体撮像素子の出力との関係を示すグラフ。
【図７】図１の固体撮像素子内の画素構成の一例を示す回路図。
【図８】図７の構成の画素の動作を示すタイミングチャート。
【図９】図１の固体撮像素子内の画素構成の一例を示す回路図。
【図１０】図９の構成の画素の動作を示すタイミングチャート。
【図１１】図１の固体撮像素子内の画素構成の一例を示す回路図。
【図１２】図１１の構成の画素の動作を示すタイミングチャート。
【図１３】図１の固体撮像素子内の画素構成の一例を示す回路図。
【図１４】図１３の構成の画素の動作を示すタイミングチャート。
【図１５】図１の固体撮像素子内の画素構成の一例を示す回路図。
【図１６】図１５の構成の画素の動作を示すタイミングチャート。
【図１７】第１の実施形態の撮像装置の内部構成を示すブロック図。
【図１８】第２の実施形態の撮像装置の内部構成を示すブロック図。
【図１９】図３の構成の画素の動作を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１００    固体撮像素子
１０１    Ａ／Ｄコンバータ
１０２    演算回路
１０３    演算回路
１０４    リセットバイアス供給回路
１０５    タイミングジェネレータ
【図１】
0004360041.tif 000002
【図２】
0004360041.tif 000003
【図３】
0004360041.tif 000004
【図４】
0004360041.tif 000005
【図５】
0004360041.tif 000006
【図６】
0004360041.tif 000007
【図７】
0004360041.tif 000008
【図８】
0004360041.tif 000009
【図９】
0004360041.tif 000010
【図１０】
0004360041.tif 000011
【図１１】
0004360041.tif 000012
【図１２】
0004360041.tif 000013
【図１３】
0004360041.tif 000014
【図１４】
0004360041.tif 000015
【図１５】
0004360041.tif 000016
【図１６】
0004360041.tif 000017
【図１７】
0004360041.tif 000018
【図１８】
0004360041.tif 000019
【図１９】
0004360041.tif 000020