(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光量に応じた電気信号を発生する光電変換素子を有する光電変換手段と該光電変換手段の出力信号を出力信号線へ導出する導出路とを備えた画素をマトリクス状に配してなる二次元の固体撮像装置において、
前記光電変換手段が、
第２電極に直流電圧が印加された光電変換素子と、
第１電極と第２電極と制御電極とを備え、第２電極が前記光電変換素子の第１電極に接続された第１のトランジスタと、
第１電極と第２電極と制御電極とを備え、第１電極に直流電圧が印加されるとともに制御電極が前記第１のトランジスタの第２電極に接続され、第２電極から電気信号を出力する第２のトランジスタと、
一端に直流電圧が印加された電流源と、
一端が電流源の他端と接続されるとともに、他端が第１のトランジスタの第２電極と第２のトランジスタの制御電極の接続ノードに接続されたスイッチと、
から構成され、
前記第１のトランジスタの制御電極に与える電圧を変化させることによって、光電変換手段の動作状態を、前記電気信号を線形的に変換する第１状態と自然対数的に変換する第２状態とに切り換え可能とし、
又、撮像動作を行うときは、前記スイッチをＯＦＦにし、又、各画素の感度のバラツキを検出するときは、前記スイッチをＯＮにすることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記スイッチをＯＮにして、前記電流源と前記第１のトランジスタの第２電極とを接続し、このとき出力される信号を各画素の感度のバラツキを表す信号とすることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記光電変換手段が前記第１状態で動作するときは、画素の感度のバラツキを検出する際、前記スイッチをＯＮにして、前記第２のトランジスタの制御電極に全画素について一定の電圧値となるリセット電圧を与え、
又、前記光電変換手段が前記第２状態で動作するときは、画素の感度のバラツキを検出する際、前記スイッチをＯＮにして、前記第１のトランジスタを流れる電流が全画素について一定の電流値となるように、電流源に一定電流を流し、
前記光電変換手段を第１状態で動作させるときと第２状態で動作させるときのそれぞれについて、前記電流源に印加する電圧を変化させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記スイッチがトランジスタであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記各画素が、前記光電変換手段の出力信号を増幅する増幅用トランジスタを有しており、該増幅用トランジスタの出力信号を前記導出路を介して前記出力信号線へ出力することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記出力信号線に接続された負荷抵抗又は定電流源を有し、前記負荷抵抗又は定電流源の総数が全画素数より少ないことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記負荷抵抗又は定電流源は、前記出力信号線に接続された第１電極と、直流電圧に接続された第２電極と、直流電圧に接続された制御電極とを有する抵抗用トランジスタであることを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記増幅用トランジスタがＮチャネルのＭＯＳトランジスタであり、前記増幅用トランジスタの第１電極に印加される直流電圧が、前記抵抗用トランジスタの第２電極に接続される直流電圧よりも高電位であることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記増幅用トランジスタがＰチャネルのＭＯＳトランジスタであり、前記増幅用トランジスタの第１電極に印加される直流電圧が、前記抵抗用トランジスタの第２電極に接続される直流電圧よりも低電位であることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記導出路は、全画素の中から所定のものを順次選択し、選択された画素から増幅された信号を出力信号線に導出するスイッチを含むことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置に関するものであり、特に画素を二次元に配置した固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトダイオード等の光電変換素子（感光素子）と、その光電変換素子で発生した光電荷を出力信号線へ取り出す手段とを含む画素をマトリクス状（行列状）に配してなる二次元固体撮像装置は種々の用途に供されている。ところで、このような固体撮像装置は光電変換素子で発生した光電荷を読み出す（取り出す）手段によってＣＣＤ型とＭＯＳ型に大きく分けられる。ＣＣＤ型は光電荷をポテンシャルの井戸に蓄積しつつ、転送するようになっており、ダイナミックレンジが狭いという欠点がある。一方、ＭＯＳ型はフォトダイオードのｐｎ接合容量に蓄積した電荷をＭＯＳトランジスタを通して直接読み出すようになっていた。
【０００３】
ここで、従来のＭＯＳ型固体撮像装置の１画素当りの構成を図２２に示し説明する。同図において、ＰＤはフォトダイオードであり、そのカソードがＭＯＳトランジスタＴ１のゲートとＭＯＳトランジスタＴ２のソースに接続されている。ＭＯＳトランジスタＴ１のソースはＭＯＳトランジスタＴ３のドレインに接続され、ＭＯＳトランジスタＴ３のソースは出力信号線Ｖoutへ接続されている。またＭＯＳトランジスタＴ１のドレイン及び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、フォトダイオードのアノードには直流電圧ＶPSが印加されている。
【０００４】
フォトダイオードＰＤに光が入射すると、光電荷が発生し、その電荷はＭＯＳトランジスタＴ１のゲートに蓄積される。ここで、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮすると、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲートの電荷に比例した電流がＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ３を通って出力信号線へ導出される。このようにして入射光量に比例した出力電流を読み出すことができる。信号読み出し後はＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにしてＭＯＳトランジスタＴ２をＯＮすることでＭＯＳトランジスタＴ１のゲート電圧を初期化させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のＭＯＳ型の固体撮像装置は各画素においてフォトダイオードで発生しＭＯＳトランジスタのゲートに蓄積された光電荷をそのまま読み出すものであったからダイナミックレンジが狭く、そのため露光量を精密に制御しなければならず、しかも露光量を精密に制御しても暗い部分が黒くつぶれたり、明るい部分が飽和したりしていた。一方、本出願人は、入射した光量に応じた光電流を発生しうる感光手段と、光電流を入力するＭＯＳトランジスタと、このＭＯＳトランジスタをサブスレッショルド電流が流れうる状態にバイアスするバイアス手段とを備え、光電流を対数圧縮変換するようにした固体撮像装置を提案した（特開平３−１９２７６４号公報参照）。
【０００６】
このような固体撮像装置は、広いダイナミックレンジを有しているものの、低輝度の場合の特性やＳ／Ｎ比などが十分でないという問題があった。又、このような固体撮像装置は、広いダイナミックレンジを有しているものの、画素毎に設けられたＭＯＳトランジスタの閾値特性が異なることがあり、画素毎に感度が異なる場合がある。よって、予め輝度が一様な明るい光（一様光）を照射することによって得られた出力を、被写体の撮像時の各画素の出力を補正する補正データとして保持するなどの対策が必要がある。
【０００７】
しかしながら、操作者が外部光源を用いて各画素を照射するのは煩雑であったり、又、うまく一様に露光できないなどの問題がある。又、一様光の照射機構を撮像装置に設けると撮像装置の構成が煩雑になるという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、高輝度から低輝度までの幅広い被写体を高精細に撮像することのできる固体撮像装置を提供することを目的とする。又、本発明の他の目的は、同一の光電変換手段でダイナミックレンジの広い状態とダイナミックレンジの狭い状態との切換が可能な固体撮像装置を提供することにある。又、本発明の他の目的は、予め一様光を照射することなく、被写体の撮像時における各画素の出力を補正する補正データを正確に得ることができる固体撮像装置を提供することにある。更に、本発明の他の目的は、各画素の初期状態をほぼ同一の状態とする事によって、各画素の感度のバラツキを抑制した固体撮像装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため請求項１に記載の固体撮像装置は、入射した光量に応じた電気信号を発生する光電変換素子を有する光電変換手段と該光電変換手段の出力信号を出力信号線へ導出する導出路とを備えた画素をマトリクス状に配してなる二次元の固体撮像装置において、前記光電変換手段が、第２電極に直流電圧が印加された光電変換素子と、第１電極と第２電極と制御電極とを備え、第２電極が前記光電変換素子の第１電極に接続された第１のトランジスタと、第１電極と第２電極と制御電極とを備え、第１電極に直流電圧が印加されるとともに制御電極が前記第１のトランジスタの第２電極に接続され、第２電極から電気信号を出力する第２のトランジスタと、一端に直流電圧が印加された電流源と、一端が電流源の他端と接続されるとともに、他端が第１のトランジスタの第２電極と第２のトランジスタの制御電極の接続ノードに接続されたスイッチと、から構成され、前記第１のトランジスタの制御電極に与える電圧を変化させることによって、光電変換手段の動作状態を、前記電気信号を線形的に変換する第１状態と自然対数的に変換する第２状態とに切り換え可能とし、又、撮像動作を行うときは、前記スイッチをＯＦＦにし、又、各画素の感度のバラツキを検出するときは、前記スイッチをＯＮにすることを特徴とする。
【００１２】
このような構成の固体撮像装置によると、被写体の輝度状態及び撮像時の環境に応じて、ダイナミックレンジを変更することができる。例えば、フォトダイオードで発生した光電荷をＭＯＳトランジスタを用いて変換する場合、このＭＯＳトランジスタを閾値以下のサブスレッショルド領域で動作させると、対数変換状態（第２状態）となり、ダイナミックレンジが大きくとれる。しかしながら、低輝度で動く被写体を撮像すると、対数変換動作では、残像が発生しやすくなる。
【００１３】
それは、対数変換動作では、ＭＯＳトランジスタがＯＮ状態となっていてフォトダイオードの発生する電気信号をリアルタイムで対数変換してＭＯＳトランジスタから出力するが、ＭＯＳトランジスタのゲート側の電荷及びこのゲートに接続されたフォトダイオードの寄生容量などに蓄積された電荷が放電されず、前の情報が残るからである。これは、輝度が低い場合に特に目立つ。又、対数変換では、一般に変換出力が小さいので、Ｓ／Ｎ比（信号／ノイズ比）が悪い。
【００１４】
これに対して、ＭＯＳトランジスタをＯＦＦ状態にしている線形変換状態（第１状態）では、ダイナミックレンジは狭いが、光電変換手段から出力される信号は大きく得られるので、Ｓ／Ｎ比が良い。
【００１５】
従って、低輝度から高輝度の広い範囲にわたる被写体の撮像には、光電変換手段を第２状態（対数変換）に切り換えて使用し、低輝度の被写体や、輝度範囲の狭い被写体の撮像には、光電変換手段を第１状態（線形変換）に切り換えて使用すると良い。
【００１６】
一方、上記固体撮像装置は、例えば、ビデオムービーなどの撮像装置のように撮像動作とリセット動作を繰り返し行うことで、動画を撮像する場合、光電変換素子に光が入射された状態でも、電流源に接続されたスイッチをＯＮすることにより、第１又は第２のトランジスタに与える電圧を、光電変換素子への光入射に影響されにくい状態とすることができ、各画素の感度バラツキを速やかに検出することができる。従って、被写体の撮像時に各画素毎の出力を補正するための補正データを獲得するために、従来のように一様光を照射する必要がなくなるとともに、一様光を照射したときに得られた補正データを記録し続けておく必要もなくなる。
【００１７】
又、請求項２に記載の固体撮像装置のように、前記スイッチをＯＮにして、前記電流源と前記第１のトランジスタの第２電極とを接続することによって、各画素の感度のバラツキを検出し、このとき得た信号を用いて、撮像したときの出力信号を補正する。
【００１８】
又、請求項３に記載するように、前記光電変換手段が前記第１状態で動作するときは、前記スイッチをＯＮにして、前記第２のトランジスタの制御電極に全画素について一定の電圧値となるリセット電圧を与えることによって、各画素の感度のバラツキを検出し、又、前記光電変換手段が前記第２状態で動作するときは、前記スイッチをＯＮにして、前記電流源によって前記第１のトランジスタを流れる電流を全画素について一定の電流値とすることによって、画素の感度のバラツキを検出する。このとき、前記光電変換手段を第１状態で動作させるときと第２状態で動作させるときのそれぞれについて、前記電流源に印加する電圧を変化させる。
【００１９】
又、請求項４に記載するように、前記スイッチをトランジスタとし、その制御電極に信号を与えることによって、第１のトランジスタと電流源との接続をＯＮ／ＯＦＦさせる。
【００２０】
更に、請求項５に記載の固体撮像装置のように、前記各画素が、前記光電変換手段の出力信号を増幅する増幅用トランジスタを有し、該増幅用トランジスタの出力信号を前記導出路を介して前記出力信号線へ出力するようになっていると、各画素からの信号が大きく安定した状態で読み出される。
【００２１】
更に、請求項６に記載するように、請求項５に記載の固体撮像装置において、前記出力信号線に接続されたその総数が全画素数より少ない負荷抵抗又は定電流源を有するような固体撮像装置であっても良い。この負荷抵抗又は定電流源を設けることによって、各画素から出力される電流信号を電圧信号として読み出すことができる。このような固体撮像装置において、請求項７に記載するように、前記負荷抵抗又は定電流源は、前記出力信号線に接続された第１電極と、直流電圧に接続された第２電極と、直流電圧に接続された制御電極とを有するトランジスタであっても良い。
【００２２】
請求項７に記載の固体撮像装置において、請求項８に記載するように、前記増幅用トランジスタをＮチャネルのＭＯＳトランジスタとするとき、前記増幅用トランジスタの第１電極に印加される直流電圧を、前記負荷抵抗又は定電流源となるトランジスタの第２電極に接続される直流電圧よりも高電位とすればよい。又、請求項９に記載するように、前記増幅用トランジスタをＰチャネルのＭＯＳトランジスタとするとき、前記増幅用トランジスタの第１電極に印加される直流電圧を、前記負荷抵抗又は定電流源となるトランジスタの第２電極に接続される直流電圧よりも低電位とすればよい。
【００２３】
更に、請求項１〜請求項９のいずれかに記載の固体撮像装置において、請求項１０に記載するように、前記導出路に、全画素の中から所定のものを順次選択し、選択された画素から増幅された信号を出力信号線に導出するスイッチを設けることによって、各画素から前記出力信号線に出力される信号を順次読み出してシリアルデータとして出力することができる。
【００２４】
本発明の固体撮像装置は、（１）画素をマトリクス状に配してなる二次元の固体撮像装置において、各画素が、フォトダイオードと、第１電極と第２電極とゲート電極とを備え、前記フォトダイオードから出力される電気信号が第２電極に入力される第１ＭＯＳトランジスタと、該第１ＭＯＳトランジスタの第２電極にゲート電極が接続された第２ＭＯＳトランジスタと、一端に直流電圧が印加された電流源と、該電流源の一端と、前記第１ＭＯＳトランジスタの第２電極と前記第２ＭＯＳトランジスタのゲート電極との間に接続されたスイッチと、を有し、前記フォトダイオードから出力される電気信号を自然対数的に変換して前記第２ＭＯＳトランジスタの第２電極から出力させるときは、前記第１ＭＯＳトランジスタを閾値以下のサブスレッショルド領域で動作させて、電気信号を出力した後、前記スイッチをＯＮにして、前記電流源によって、前記第１ＭＯＳトランジスタに一定電流を流すことによって、第１ＭＯＳトランジスタの閾値電圧による画素の感度のバラツキを検出し、一方、前記フォトダイオードから出力される電気信号を線形的に変換して前記第２ＭＯＳトランジスタの第２電極から出力させるときは、前記第１ＭＯＳトランジスタのゲート電極に入力する電圧のレベルを切り換えて前記第１ＭＯＳトランジスタを非導通状態とするとともに、電気信号を出力した後、前記スイッチをＯＮにして、前記電流源に印加される電圧を前記第２ＭＯＳトランジスタのゲート電極に与えてリセットすることを特徴とする。
【００２５】
このような固体撮像装置において、（２）前記スイッチをトランジスタとし、その制御電極に信号を与えることによって、第１ＭＯＳトランジスタと電流源との接続をＯＮ／ＯＦＦさせたり、又、（３）前記スイッチを、第１電極が前記第１ＭＯＳトランジスタの第２電極と前記第２ＭＯＳトランジスタのゲート電極との接続ノードに接続され、前記第２電極が前記電流源に接続されたＭＯＳトランジスタとし、その制御電極に信号を与えることによって、、前記第１ＭＯＳトランジスタの第２電極と前記第２ＭＯＳトランジスタの制御電極との接続ノードと前記電流源との接続をＯＮ／ＯＦＦさせる。
【００２６】
（１）〜（３）のいずれかに記載の固体撮像装置において、（４）前記画素が、第１電極が直流電圧に接続され、ゲート電極が前記第２ＭＯＳトランジスタの第２電極に接続されるとともに、前記第２ＭＯＳトランジスタの第２電極から出力される出力信号を増幅する第３ＭＯＳトランジスタを有する構成としても良い。このような構成の固体撮像装置において、（５）前記画素に、第１電極が前記第３ＭＯＳトランジスタの第２電極に接続され、第２電極が出力信号線に接続され、ゲート電極が行選択線に接続された第４ＭＯＳトランジスタを設けて、この第４ＭＯＳトランジスタを行選択用のスイッチとすることができる。
【００２７】
（４）又は（５）の固体撮像装置において、（６）前記画素に、前記第２ＭＯＳトランジスタの第２電極に一端が接続され他端が前記第１ＭＯＳトランジスタの第２電極が接続される信号線に接続されるとともに、前記第２ＭＯＳトランジスタの第１電極にリセット電圧が与えられたときに前記第２ＭＯＳトランジスタを介してリセットされるキャパシタを設けても良い。このような構成にすることによって、画素から出力される信号が、一旦キャパシタで積分された信号となるので、光源の変動成分や高周波のノイズがキャパシタで吸収され除去される。更に、前記第２ＭＯＳトランジスタの第１電極にリセット電圧を与えることによって、前記第２ＭＯＳトランジスタを介してキャパシタ内の電荷が放出されてリセットされる。
【００２８】
このような構成の固体撮像装置において、（７）前記第２ＭＯＳトランジスタが前記第１ＭＯＳトランジスタと逆の極性のＭＯＳトランジスタとしても構わない。
【００２９】
又、（８）前記画素において、前記第２ＭＯＳトランジスタの第１電極が直流電圧に接続されるとともに、前記第２ＭＯＳトランジスタの第２電極に第１電極が接続され第２電極に直流電圧が接続された第５ＭＯＳトランジスタと、前記第２ＭＯＳトランジスタの第２電極に一端が接続され他端が前記第１ＭＯＳトランジスタの第２電極が接続される信号線に接続されるとともに、前記第５ＭＯＳトランジスタのゲート電極にリセット電圧が与えられたときに前記第５ＭＯＳトランジスタを介してリセットされるキャパシタと、を設けても良い。このような構成にすることによって、画素から出力される信号が、一旦キャパシタで積分された信号となるので、光源の変動成分や高周波のノイズがキャパシタで吸収され除去される。更に、前記第５ＭＯＳトランジスタのゲート電極にリセット電圧を与えることによって、前記第５ＭＯＳトランジスタを介してキャパシタ内の電荷が放出されてリセットされる。
【００３０】
このような構成の固体撮像装置において、（９）前記第２及び第５ＭＯＳトランジスタを前記第１ＭＯＳトランジスタと逆の極性のＭＯＳトランジスタとしても構わない。
【００３１】
（１）〜（９）のいずれかに記載の固体撮像装置において、前記画素に対し前記出力信号線を介して接続された負荷抵抗又は定電流源を成すＭＯＳトランジスタを備えていることを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
＜画素構成の例＞
図１は本発明の実施形態である二次元の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ごとに水平方向に順次読み出す。５は電源ラインである。又、定電流源９−１、９−２、・・・、９−ｍが列毎にそれぞれ、電流供給線８−１、８−２、・・・、８−ｍを介して、画素Ｇ11〜Ｇ1n、Ｇ21〜Ｇ2n、・・・、Ｇm1〜Ｇmnに電流を供給する。直流電圧ＶPSが供給されるライン７−１、７−２、・・・、７−ｎが行毎にそれぞれ、画素Ｇ11〜Ｇm1、Ｇ12〜Ｇm2、・・・、Ｇ1n〜Ｇmnに接続される。各画素に対し、上記ライン４−１、４−２・・・、４−ｎ及びライン７−１、７−２、・・・、７−ｎや出力信号線６−１、６−２・・・、６−ｍ、電流供給線８−１、８−２、・・・、８−ｍ、電源ライン５だけでなく、他のライン（例えば、クロックラインやバイアス供給ライン等）も接続されるが、図１ではこれらについて省略する。
【００３３】
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、Ｑ２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１１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１２に接続されている。一方、ＭＯＳトランジスタＱ２のドレインは出力信号線６−１に接続され、ソースは最終的な信号線１０に接続され、ゲートは水平走査回路３に接続されている。
【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Ｔａが設けられている。ＭＯＳトランジスタＴａと上記ＭＯＳトランジスタＱ１との接続関係は図２（ａ）のようになる。このＭＯＳトランジスタＴａは、第１〜第３の実施形態では、第５ＭＯＳトランジスタＴ５に、第４の実施形態では、第２ＭＯＳトランジスタＴ２に相当する。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Ｔａ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。この回路構成は上段のＭＯＳトランジスタＴａ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（ａ）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Ｔａから増幅出力されるのは電流であると考えてよい。
【００３５】
ＭＯＳトランジスタＱ２は水平走査回路３によって制御され、スイッチ素子として動作する。尚、後述するように図３以降の各実施形態の画素内にはスイッチ用のＮチャネルの第４ＭＯＳトランジスタＴ４も設けられている。このＭＯＳトランジスタＴ４も含めて表わすと、図２（ａ）の回路は正確には図２（ｂ）のようになる。即ち、ＭＯＳトランジスタＴ４がＭＯＳトランジスタＱ１とＭＯＳトランジスタＴａとの間に挿入されている。ここで、ＭＯＳトランジスタＴ４は行の選択を行うものであり、ＭＯＳトランジスタＱ２は列の選択を行うものである。尚、図１および図２に示す構成は以下に説明する第１の実施形態〜第４の実施形態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のゲイン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】
＜第１の実施形態＞
図１に示した画素構成の第１例の各画素に適用される第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図３は、本実施形態に使用する固体撮像装置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のカソードは第１ＭＯＳトランジスタＴ１のソースと第２ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに接続されている。そして、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースに第３ＭＯＳトランジスタＴ３のドレインと第５ＭＯＳトランジスタＴ５のゲートが接続されている。このＭＯＳトランジスタＴ５のソースに第４ＭＯＳトランジスタＴ４のドレインが接続され、ＭＯＳトランジスタＴ４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〜Ｔ５は、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のアノードには直流電圧ＶPSが印加されるようになっている。一方、ＭＯＳトランジスタＴ１のドレインには直流電圧ＶPDが印加され、そして、ゲートに信号φＶPGが印加される。ＭＯＳトランジスタＴ２のソースには他端に直流電圧ＶPSが印加されるキャパシタＣの一端が接続され、この接続ノードをａとする。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。又、ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートには信号φＶが入力される。更に、ＭＯＳトランジスタＴ３のソースに直流電圧ＶRBが印加されるとともに、そのゲートに信号φＶRSが与えられる。ＭＯＳトランジスタＴ５のドレインに直流電圧ＶＤが印加される。そして、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースとフォトダイオードＰＤのカソードとの接続ノードｂと定電流源９（この定電流源９は図１の９−１、９−２、・・・、９−ｍに対応する）との間に、スイッチＳＷが設けられる。又、定電流源９には、信号φＶSSが印加される。
【００４０】
この実施形態において、信号φＶPGの電圧値を切り換えてＭＯＳトランジスタＴ１をＯＮ／ＯＦＦすることにより、単一の画素において出力信号線６に導出される出力信号をフォトダイオードＰＤが入射光に応じて出力する電気信号（以下、「光電流」という。）に対して自然対数的に変換させる場合と、線形的に変換させる場合とを実現することができる。以下、これらの各場合について説明する。
【００４１】
尚、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信号φＶPGの電圧を第１電圧、ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦにするための信号φＶPGの電圧を第２電圧とする。又、定電流源９に印加する信号φＶSSについては、画素バラツキを検出する際にＭＯＳトランジスタＴ１に電流を流すための信号φＶSSの電圧を第３電圧、リセットする際にＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧を引き上げるための信号φＶSSの電圧を第４電圧とする。
【００４２】
（１）  光電流を自然対数的に変換して出力する場合。
このとき、信号φＶSSの電圧は、第３電圧に設定されている。
（１−ａ）撮像動作
まず、信号φＶPGを第１電圧として、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とともに、スイッチＳＷをＯＦＦにして、定電流源９がＭＯＳトランジスタＴ１のソースとフォトダイオードＰＤのカソードとの接続ノードｂに接続されていない状態にする。このとき、フォトダイオードＰＤに光が入射すると光電流が発生し、ＭＯＳトランジスタのサブスレッショルド特性により、光電流を自然対数的に変換した値の電圧がＭＯＳトランジスタＴ１のソース及びＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに発生する。尚、このとき、フォトダイオードＰＤで発生した負の光電荷がＭＯＳトランジスタＴ１のソースに流れ込むため、強い光が入射されるほどＭＯＳトランジスタＴ１のソース電圧が低くなる。
【００４３】
このようにして光電流に対して自然対数的に変化した電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現れると、まず、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにハイレベルの信号φＶRSを与えてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮにして、キャパシタＣ及び接続ノードａの電圧をリセットする。このとき、接続ノードａの電圧をＭＯＳトランジスタＴ２が動作できるようにＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧により決定される表面ポテンシャルより低い電圧になるようにリセットする。次に、信号φＶRSをローレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにした後、信号φＶをハイレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮにする。
【００４４】
接続ノードａの電圧がＭＯＳトランジスタＴ３によってリセットされることで、ＭＯＳトランジスタＴ２が動作を行い、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧によって決定される表面ポテンシャルをサンプルした電圧がＭＯＳトランジスタＴ５のゲートに与えられる。よって、ＭＯＳトランジスタＴ５のゲート電圧が入射光量を対数変換した値に比例した値となるため、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮにしたとき、前記光電流を自然対数的に変換した値となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ４，Ｔ５を介して出力信号線６に導出される。このようにして入射光量の対数値に比例した信号（出力電流）を読み出すと、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＦＦにする。
【００４５】
（１−ｂ）感度のバラツキ検出
各画素の感度のバラツキを検出するときの、各信号のタイミングチャートを図４に示す。上記のように、パルス信号φＶRSがＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えられて接続ノードａの電圧がリセットされた後、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ４のゲートに与えられて、出力信号が読み出されると、まず、スイッチＳＷをＯＮにして、接続ノードｂに定電流源９を接続させる。尚、上述したように、ＭＯＳトランジスタＴ１から定電流源９へ大電流が流れるように、信号φＶSSが第３電圧に設定されている。この場合、ＭＯＳトランジスタＴ１から定電流源９へ大電流が流れるように、例えば、第３電圧は直流電圧ＶPSより低い電圧とすることができる。
【００４６】
このとき、定電流源９を、フォトダイオードＰＤで発生する光電流に比べて、十分大きい電流が流れるため、ＭＯＳトランジスタＴ１を流れる電流は、定電流源９を流れる電流に略等しいものとすることができる。よって、このとき接続ノードｂに表れる電圧が、定電流源９を流れる電流によって決定されるとともに、各画素のＭＯＳトランジスタＴ１の閾値のバラツキに応じた電圧となる。そして、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶRSを与えて、接続ノードａの電圧をリセットする。その後、ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートにパルス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタＴ５で増幅された出力信号を読み出す。
【００４７】
このとき、読み出された出力信号は、定電流源９によって擬似的に作られた強い光が入射された状態における出力信号で、各画素に同じ電流量の電流がＭＯＳトランジスタＴ１に流れるため、感度のバラツキを表す信号となる。そして、この感度のバラツキの検出動作が終わると、最後に、次の撮像動作が行えるように、スイッチＳＷをＯＦＦにする。このように感度のバラツキ検出によって得た信号を補正データとしてラインメモリなどのメモリに記憶し、各画素毎に、実際の撮像時の出力信号をこの補正データを用いて補正することによって、出力信号から画素のバラツキによる成分を取り除くことができる。
【００４８】
更にいえば、上記のように、画素毎に、各ＭＯＳトランジスタを動作させることによって、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲート電圧をリセットしたときの信号を出力信号線６に出力すると、このリセット時の信号がシリアルに出力され、後続回路においてメモリに画素毎の補正データとして記憶しておく。そして、実際の撮像時の信号を前記記憶されている補正データで画素毎に補正すれば、出力信号から画素毎のバラツキを取り除くことができる。
【００４９】
（２）  光電流を線形的に変換して出力する場合。
このとき、信号φＶPGを常に第２電圧にして、ＭＯＳトランジスタＴ１を常にＯＦＦの状態にすることにより、ＭＯＳトランジスタＴ２が信号増幅用のトランジスタとして働く構成となる。又、信号φＶSSの電圧は、第４電圧に設定されている。
【００５０】
（２−ａ）撮像動作
まず、スイッチＳＷをＯＦＦにして、定電流源９がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートとフォトダイオードＰＤのカソードとの接続ノードｂに接続されていない状態にする。このとき、フォトダイオードＰＤに光電流が流れることによって、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧が変化する。即ち、フォトダイオードＰＤより負の光電荷がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに与えられ、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧が、光電流に対して線形的に変化した値になる。尚、このとき、フォトダイオードＰＤで発生した負の光電荷がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに流れ込むため、強い光が入射されるほどＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧が低くなる。
【００５１】
このようにして光電流に対して線形的に変化した電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現れると、まず、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにハイレベルの信号φＶRSを与えてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮにして、キャパシタＣ及び接続ノードａの電圧をリセットする。このとき、接続ノードａの電圧をＭＯＳトランジスタＴ２が動作できるようにＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧で決定される表面ポテンシャルより低い電圧になるようにリセットする。次に、信号φＶRSをローレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにした後、信号φＶをハイレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮにする。
【００５２】
接続ノードａの電圧がＭＯＳトランジスタＴ３によってリセットされることで、ＭＯＳトランジスタＴ２が動作を行い、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧によって決定される表面ポテンシャルをサンプルした電圧がＭＯＳトランジスタＴ５のゲートに与えられる。よって、ＭＯＳトランジスタＴ５のゲート電圧が入射光量を積分した値に比例した値となるため、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮにしたとき、前記光電流を線形的に変換した値となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ４，Ｔ５を介して出力信号線６に導出される。このようにして入射光量の値に比例した信号（出力電流）を読み出すと、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＦＦにする。
【００５３】
（２−ｂ）リセット動作
各画素のリセット動作を行うときの、各信号のタイミングチャートを図５に示す。上記のように、パルス信号φＶRSがＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えられて接続ノードａの電圧がリセットされた後、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ４のゲートに与えられて、出力信号が読み出されると、まず、スイッチＳＷをＯＮにして、接続ノードｂに定電流源９を接続させる。このようにスイッチＳＷがＯＮになると、定電流源９とスイッチＳＷを介してＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに信号φVSSが与えられて、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧がリセットされる。尚、このとき、上述したように、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧を高い電圧にリセットするために、信号φVSSは、直流電圧ＶPSより高い第４電圧に設定される。
【００５４】
次に、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶRSを与えて、接続ノードａの電圧をリセットした後、ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートにパルス信号φＶを与えて出力信号を読み出す。このとき、出力信号は、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧に応じた値となり、初期化されたときの出力信号として読み出される。そして、出力信号が読み出されると、再び上記した撮像動作が行われる。
【００５５】
このように初期化されたときの信号を補正データとしてラインメモリなどのメモリに記憶し、各画素毎に、実際の撮像時の出力信号をこの補正データを用いて補正することによって、出力信号から画素のバラツキによる成分を取り除くことができる。尚、対数変換動作又は線形変換動作に画素の出力変換動作を切り換える際、まず、信号φＶSSの電圧値を、それぞれ、第３電圧、第４電圧に切り換え、そして、それぞれの変換動作を行うときの上述したバラツキ検出動作を行うことによって、各画素をリセットした後に、上記のような撮像動作を行う。
【００５６】
尚、本実施形態の画素で用いたスイッチＳＷに、ＭＯＳトランジスタを用いた構成を図６に示す。即ち、スイッチＳＷの代用となる第６ＭＯＳトランジスタＴ６が設けられ、このＭＯＳトランジスタＴ６のドレインが接続ノードｂに、ソースが定電流源９に、それぞれ、接続され、ＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに信号φＳが入力される。そして、撮像動作を行う際、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＦＦにするように、そのゲートにローレベルの信号φＳが与えられ、又、バラツキ検出動作やリセット動作を行う際、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＮにするように、そのゲートにハイレベルの信号φＳが与えられる。
【００５７】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図７は、本実施形態に使用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路図である。尚、図６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。
【００５８】
図７に示すように、本実施形態では、ＭＯＳトランジスタＴ２のドレインに信号φＶPDを与えることによってキャパシタＣ及び接続ノードａの電位を初期化するようにし、それによってＭＯＳトランジスタＴ３を削除した構成となっている。その他の構成は第１の実施形態（図６）と同一である。尚、信号φＶPDのハイレベル期間では、キャパシタＣで積分が行なわれ、ローレベル期間では、キャパシタＣの電荷がＭＯＳトランジスタＴ２を通して放電され、キャパシタＣの電圧及びＭＯＳトランジスタＴ５のゲートは略信号φＶPDのローレベル電圧になる（リセット）。本実施形態では、ＭＯＳトランジスタＴ３を省略できる分、構成がシンプルになる。
【００５９】
このとき、第１の実施形態と同様に、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信号φＶPGの電圧を第１電圧、ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦにするための信号φＶPGの電圧を第２電圧とする。又、定電流源９に印加する信号φＶSSについては、画素バラツキを検出する際にＭＯＳトランジスタＴ１に電流を流すための信号φＶSSの電圧を第３電圧、リセットする際にＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧を引き上げるための信号φＶSSの電圧を第４電圧とする。
【００６０】
（１）  光電流を自然対数的に変換して出力する場合。
このとき、信号φＶSSの電圧は、第３電圧に設定されている。
（１−ａ）撮像動作
信号φＶPGを第１電圧として、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とともに、ＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに与えられる信号φＳをローレベルにし、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＦＦの状態にする。このとき、フォトダイオードＰＤに光が入射すると光電流が発生し、ＭＯＳトランジスタのサブスレッショルド特性により、光電流を自然対数的に変換した値の電圧がＭＯＳトランジスタＴ１のソース及びＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに発生する。尚、このとき、フォトダイオードＰＤで発生した負の光電荷がＭＯＳトランジスタＴ１のソースに流れ込むため、強い光が入射されるほどＭＯＳトランジスタＴ１のソース電圧が低くなる。
【００６１】
このようにして光電流に対して自然対数的に変化した電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現れると、まず、信号φＶPDをローレベル（信号φＶPSよりも低い電圧）にして、キャパシタＣの電荷がＭＯＳトランジスタＴ２を通して信号φＶPDの信号線路へ放電されることによって、キャパシタＣ及び接続ノードａの電圧をリセットする。このとき、接続ノードａの電圧をＭＯＳトランジスタＴ２が動作できるようにＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧により決定される表面ポテンシャルより低い電圧になるようにリセットする。次に、信号φＶPDをハイレベル（例えば、直流電圧ＶPDと略等しい電圧）にした後、信号φＶをハイレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮにする。
【００６２】
このとき、接続ノードａの電圧が信号φＶPDによってリセットされることで、ＭＯＳトランジスタＴ２が動作を行い、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧によって決定される表面ポテンシャルをサンプルした電圧がＭＯＳトランジスタＴ５のゲートに与えられる。よって、ＭＯＳトランジスタＴ５のゲート電圧が入射光量を対数変換した値に比例した値となるため、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮにしたとき、前記光電流を自然対数的に変換した値となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ４，Ｔ５を介して出力信号線６に導出される。このようにして入射光量の対数値に比例した信号（出力電流）を読み出すと、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＦＦにする。
【００６３】
（１−ｂ）感度のバラツキ検出
各画素の感度のバラツキを検出するときの、各信号のタイミングチャートを図８に示す。上記のように、パルス信号φＶPDがＭＯＳトランジスタＴ２のドレインに与えられて接続ノードａの電圧がリセットされた後、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ４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をハイレベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＮにすることによって、接続ノードｂに定電流源９を接続させる。尚、上述したように、ＭＯＳトランジスタＴ１から定電流源９へ大電流が流れるように、信号φＶSSが第３電圧に設定されている。
【００６４】
このとき、第１の実施形態と同様に、定電流源９を流れる電流に略等しい電流が、ＭＯＳトランジスタＴ１を流れる。よって、このとき接続ノードｂに表れる電圧が、定電流源９を流れる電流によって決定されるとともに、各画素のＭＯＳトランジスタＴ１の閾値のバラツキに応じた電圧となる。そして、ＭＯＳトランジスタＴ２のドレインにパルス信号φＶPDを与えて、接続ノードａの電圧をリセットする。その後、ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートにパルス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタＴ５で増幅された出力信号を読み出す。
【００６５】
このとき、読み出された出力信号は、ＭＯＳトランジスタＴ１の閾値電圧に応じた値となるため、これにより、各画素の感度のバラツキを検出することができる。そして、最後に、次の撮像動作が行えるように、信号φＳをローレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ６をＯＦＦにする。このように検出した感度のバラツキ検出を行って得られる信号を補正データとしてラインメモリなどのメモリに記憶し、各画素毎に、実際の撮像時の出力信号をこの補正データを用いて補正することによって、出力信号から画素のバラツキによる成分を取り除くことができる。
【００６６】
（２）光電流を線形的に変換して出力する場合。
このとき、第１の実施形態と同様に、信号φＶPGを常に第２電圧にして、ＭＯＳトランジスタＴ１を常にＯＦＦの状態にすることにより、ＭＯＳトランジスタＴ２が信号増幅用のトランジスタとして働く構成となる。又、信号φＶSSの電圧は、第４電圧に設定されている。
【００６７】
（２−ａ）撮像動作
まず、第１の実施形態と同様に、信号φＳをローレベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＦＦの状態にすることにより、定電流源９がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートとフォトダイオードＰＤのカソードとの接続ノードｂに接続されていない状態にする。このとき、フォトダイオードＰＤに光電流が流れることによって、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧が変化する。即ち、フォトダイオードＰＤより負の光電荷がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに与えられ、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧が、光電流に対して線形的に変化した値になる。尚、このとき、フォトダイオードＰＤで発生した負の光電荷がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに流れ込むため、強い光が入射されるほどＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧が低くなる。
【００６８】
このようにして光電流に対して線形的に変化した電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現れると、まず、ＭＯＳトランジスタＴ２のドレインにローレベルの信号φＶPDを与えて、ＭＯＳトランジスタＴ２を介して信号φＶPDの線路に放電することによって、キャパシタＣ及び接続ノードａの電圧をリセットする。次に、信号φＶPDをハイレベルにした後、信号φＶをハイレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮにする。
【００６９】
そして、接続ノードａがリセットされてＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧により決定される表面ポテンシャルより低い電圧になっているので、ＭＯＳトランジスタＴ２が動作を行い、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧によって決定される表面ポテンシャルをサンプルした電圧がＭＯＳトランジスタＴ５のゲートに与えられる。よって、ＭＯＳトランジスタＴ５のゲート電圧が入射光量を積分した値に比例した値となるため、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮにしたとき、前記光電流を線形的に変換した値となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ４，Ｔ５を介して出力信号線６に導出される。このようにして入射光量の値に比例した信号を読み出すと、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＦＦにする。
【００７０】
（２−ｂ）リセット動作
各画素のリセット動作を行うときの、各信号のタイミングチャートを図９に示す。上記のように、パルス信号φＶPDがＭＯＳトランジスタＴ２のドレインに与えられて接続ノードａの電圧がリセットされた後、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ４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をハイレベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＮにする。このようにＭＯＳトランジスタＴ６がＯＮになると、第１の実施形態と同様に、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに第４電圧が与えられ、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧がリセットされる。そして、このようにＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧がリセットされると、信号φＳをローレベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＦＦにする。
【００７１】
次に、ＭＯＳトランジスタＴ２のドレインにパルス信号φＶPDを与えて、接続ノードａの電圧をリセットした後、ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートにパルス信号φＶを与えて出力信号を読み出す。このとき、出力信号は、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧に応じた値となり、初期化されたときの出力信号として読み出される。そして、出力信号が読み出されると、再び上記した撮像動作が行われる。
【００７２】
このように初期化されたときの信号を補正データとしてラインメモリなどのメモリに記憶し、各画素毎に、実際の撮像時の出力信号をこの補正データを用いて補正することによって、出力信号から画素のバラツキによる成分を取り除くことができる。
【００７３】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態について、図面を参照して説明する。図１０は、本実施形態に使用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路図である。尚、図６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。
【００７４】
図１０に示すように、本実施形態では、第１の実施形態（図６）の画素におけるＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３をＰチャネルのＭＯＳトランジスタとし、ＭＯＳトランジスタＴ２のドレインに直流電圧ＶPSが印加されるとともに、このＭＯＳトランジスタＴ２のソースに一端が接続されたキャパシタＣの他端に直流電圧ＶPDが印加される。又、ＭＯＳトランジスタＴ３のドレインに直流電圧ＶRBが印加され、そのソースにＭＯＳトランジスタＴ５のゲートが接続される。その他の構成については、図６の画素の構成と同様である。尚、ＭＯＳトランジスタＴ３のソースに印加される直流電圧ＶRBは、ＶPSよりも高い電圧である。
【００７５】
このとき、第１の実施形態と同様に、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信号φＶPGの電圧を第１電圧、ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦにするための信号φＶPGの電圧を第２電圧とする。又、定電流源９に印加する信号φＶSSについては、画素バラツキを検出する際にＭＯＳトランジスタＴ１に電流を流すための信号φＶSSの電圧を第３電圧、リセットする際にＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧を引き上げるための信号φＶSSの電圧を第４電圧とする。
【００７６】
（１）  光電流を自然対数的に変換して出力する場合。
このとき、信号φＶSSの電圧は、第３電圧に設定されている。そして、信号φＶPGを第１電圧として、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とともに、ＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに与えられる信号φＳをローレベルにし、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＦＦの状態にする。
【００７７】
（１−ａ）感度のバラツキ検出
各画素の感度のバラツキを検出するときの、各信号のタイミングチャートを図１１に示す。パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ４のゲートに与えられて、出力信号が読み出されると、第１の実施形態（図６）と同様に、まず、信号φＳをハイレベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＮにすることによって、接続ノードｂに定電流源９を接続させる。尚、上述したように、ＭＯＳトランジスタＴ１から定電流源９へ大電流が流れるように、信号φＶSSが第３電圧に設定されている。
【００７８】
このとき、第１の実施形態と同様に、定電流源９を流れる電流に略等しい電流が、ＭＯＳトランジスタＴ１を流れる。よって、このとき接続ノードｂに表れる電圧が、定電流源９を流れる電流によって決定されるとともに、各画素のＭＯＳトランジスタＴ１の閾値のバラツキに応じた電圧となる。そして、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶRSを与えて、接続ノードａの電圧をリセットする。その後、ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートにパルス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタＴ５で増幅された出力信号を読み出す。尚、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えるパルス信号φＶRSは、ローレベルのパルス信号である。
【００７９】
このとき、読み出された出力信号は、ＭＯＳトランジスタＴ１の閾値電圧に応じた値となるため、これにより、各画素の感度のバラツキを検出することができる。そして、最後に、次の撮像動作が行えるように、信号φＳをローレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ６をＯＦＦにした後、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶRSを与えて接続ノードａの電圧をリセットする。このように検出した感度のバラツキ検出を行って得られる信号を補正データとしてラインメモリなどのメモリに記憶し、各画素毎に、実際の撮像時の出力信号をこの補正データを用いて補正することによって、出力信号から画素のバラツキによる成分を取り除くことができる。
【００８０】
（１−ｂ）撮像動作
リセット動作で説明したように、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶRSを与えて接続ノードａの電圧及びキャパシタＣがリセットされたときから撮像動作が開始される。このとき、フォトダイオードＰＤに光が入射すると光電流が発生し、ＭＯＳトランジスタのサブスレッショルド特性により、光電流を自然対数的に変換した値の電圧がＭＯＳトランジスタＴ１のソース及びＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに発生する。尚、このとき、フォトダイオードＰＤで発生した負の光電荷がＭＯＳトランジスタＴ１のソースに流れ込むため、強い光が入射されるほどＭＯＳトランジスタＴ１のソース電圧が低くなる。
【００８１】
このようにして光電流に対して自然対数的に変化した電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現れると、接続ノードａがリセットされてＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧により決定される表面ポテンシャルより高い電圧になっているので、キャパシタＣから正の電荷がＭＯＳトランジスタＴ２を介して流れる。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧によって、キャパシタＣから流れる正の電荷量が決定される。即ち、強い光が入射されてＭＯＳトランジスタＴ１のソース電圧が低くなるときほど、キャパシタＣから流れる正の電荷量が多い。
【００８２】
このようにしてキャパシタＣから正の電荷が流れ、接続ノードａの電圧が入射光量の積分値を対数変換した値に比例した値となる。そして、パルス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮにしたとき、前記光電流の積分値を自然対数的に変換した値となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ４，Ｔ５を介して出力信号線６に導出される。このようにして入射光量の対数値に比例した信号（出力電流）を読み出すと、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＦＦにする。
【００８３】
（２）光電流を線形的に変換して出力する場合。
このとき、第１の実施形態と同様に、信号φＶPGを常に第２電圧にして、ＭＯＳトランジスタＴ１を常にＯＦＦの状態にすることにより、ＭＯＳトランジスタＴ２が信号増幅用のトランジスタとして働く構成となる。又、信号φＶSSの電圧は、第４電圧に設定されている。そして、まず、第１の実施形態と同様に、信号φＳをローレベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＦＦの状態にすることにより、定電流源９がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートとフォトダイオードＰＤのカソードとの接続ノードｂに接続されていない状態にする。
【００８４】
（２−ａ）リセット動作
各画素のリセットを行うときの、各信号のタイミングチャートを図１２に示す。パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ４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をハイレベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＮにする。このようにＭＯＳトランジスタＴ６がＯＮになると、第１の実施形態と同様に、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに第４電圧が与えられ、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧がリセットされる。そして、このようにＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧がリセットされると、信号φＳをローレベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＦＦにする。
【００８５】
次に、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶRSを与えて、接続ノードａの電圧をリセットした後、ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートにパルス信号φＶを与えて出力信号を読み出す。このとき、出力信号は、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧に応じた値となり、初期化されたときの出力信号として読み出される。そして、出力信号が読み出されると、もう一度ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶRSを与えて、接続ノードａの電圧をリセットした後、撮像動作が行われる。尚、パルス信号φＶRSは、ローレベルのパルス信号である。
【００８６】
このように初期化されたときの信号を補正データとしてラインメモリなどのメモリに記憶し、各画素毎に、実際の撮像時の出力信号をこの補正データを用いて補正することによって、出力信号から画素のバラツキによる成分を取り除くことができる。
【００８７】
（２−ｂ）撮像動作
リセット動作で説明したように、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶRSを与えて接続ノードａの電圧及びキャパシタＣがリセットされたときから撮像動作が開始される。このとき、フォトダイオードＰＤに光電流が流れることによって、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧が変化する。即ち、フォトダイオードＰＤより負の光電荷がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに与えられ、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧が、光電流に対して線形的に変化した値になる。尚、このとき、フォトダイオードＰＤで発生した負の光電荷がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに流れ込むため、強い光が入射されるほどＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧が低くなる。
【００８８】
このようにして光電流に対して線形的に変化した電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現れると、接続ノードａがリセットされてＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧により決定される表面ポテンシャルより高い電圧になっているので、キャパシタＣから正の電荷がＭＯＳトランジスタＴ２を介して流れる。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧によって、キャパシタＣから流れる正の電荷量が決定される。即ち、強い光が入射されてＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧が低くなるときほど、キャパシタＣから流れる正の電荷量が多い。
【００８９】
このように、キャパシタＣから正の電荷が流れ、接続ノードａの電圧が入射光量の積分値に比例した値となる。そして、パルス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮにしたとき、前記光電流の積分値を線形的に変換した値となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ４，Ｔ５を介して出力信号線６に導出される。このようにして入射光量の積分値に比例した信号（出力電流）を読み出すと、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＦＦにする。
【００９０】
尚、第２の実施形態（図７）のように、ＭＯＳトランジスタＴ２のドレインにパルス信号（例えば、φＶPS）を与えるような構造にして、この信号φＶPSによって、ＭＯＳトランジスタＴ２より接続ノードａの電圧をリセットできるようにすることで、図１０の構成の画素からＭＯＳトランジスタＴ３を省略した構成にしても構わない。尚、この場合は、ＭＯＳトランジスタＴ２のドレインに与えるパルス信号φＶPSをフォトダイオードＰＤのアノードに印加する直流電圧ＶPSとは異なる電源線から供給するようにする。
【００９１】
＜第４の実施形態＞
第４の実施形態について、図面を参照して説明する。図１３は、本実施形態に使用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路図である。尚、図６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。
【００９２】
図１３に示すように、本実施形態では、ＭＯＳトランジスタＴ２のドレインに直流電圧ＶPDが印加されるとともに、キャパシタＣ及びＭＯＳトランジスタＴ３，Ｔ５を削除した構成となっている。その他の構成は、第１の実施形態（図６）と同一である。
【００９３】
このとき、第１の実施形態と同様に、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信号φＶPGの電圧を第１電圧、ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦにするための信号φＶPGの電圧を第２電圧とする。又、定電流源９に印加する信号φＶSSについては、画素バラツキを検出する際にＭＯＳトランジスタＴ１に電流を流すための信号φＶSSの電圧を第３電圧、リセットする際にＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧を引き上げるための信号φＶSSの電圧を第４電圧とする。
【００９４】
（１）  光電流を自然対数的に変換して出力する場合。
このとき、信号φＶSSの電圧は、第３電圧に設定されている。
（１−ａ）撮像動作
信号φＶPDを第１電圧として、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とともに、ＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに与えられる信号φＳをローレベルにし、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＦＦの状態にする。このとき、フォトダイオードＰＤに光が入射すると光電流が発生し、ＭＯＳトランジスタのサブスレッショルド特性により、光電流を自然対数的に変換した値の電圧がＭＯＳトランジスタＴ１のソース及びＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに発生する。尚、このとき、フォトダイオードＰＤで発生した負の光電荷がＭＯＳトランジスタＴ１のソースに流れ込むため、強い光が入射されるほどＭＯＳトランジスタＴ１のソース電圧が低くなる。
【００９５】
このようにして光電流に対して自然対数的に変化した電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現れると、パルス信号φＶが与えられてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮとして、前記光電流を自然対数的に変換した値となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ４を介して出力信号線６に導出される。このようにして入射光量の対数値に比例した信号（出力電流）を読み出すと、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＦＦにする。
【００９６】
（１−ｂ）感度のバラツキ検出
各画素の感度のバラツキを検出するときの、各信号のタイミングチャートを図１４に示す。上記のように、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ４のゲートに与えられて、出力信号が読み出されると、第１の実施形態（図６）と同様に、まず、信号φＳをハイレベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＮにすることによって、接続ノードｂに定電流源９を接続させる。尚、上述したように、ＭＯＳトランジスタＴ１から定電流源９へ大電流が流れるように、信号φＶSSが第３電圧に設定されている。
【００９７】
このとき、第１の実施形態と同様に、定電流源９を流れる電流に略等しい電流が、ＭＯＳトランジスタＴ１を流れる。よって、このとき接続ノードｂに表れる電圧が、定電流源９を流れる電流によって決定されるとともに、各画素のＭＯＳトランジスタＴ１の閾値のバラツキに応じた電圧となる。このように、ＭＯＳトランジスタＴ１に電流が流れると、ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートにパルス信号φＶを与えて出力信号を読み出す。
【００９８】
このとき、読み出された出力信号は、ＭＯＳトランジスタＴ１の閾値電圧に応じた値となるため、これにより、各画素の感度のバラツキを検出することができる。そして、最後に、次の撮像動作が行えるように、信号φＳをローレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ６をＯＦＦにする。このように検出した感度のバラツキ検出を行って得られる信号を補正データとしてラインメモリなどのメモリに記憶し、各画素毎に、実際の撮像時の出力信号をこの補正データを用いて補正することによって、出力信号から画素のバラツキによる成分を取り除くことができる。
【００９９】
（２）光電流を線形的に変換して出力する場合。
このとき、第１の実施形態と同様に、信号φＶPGを常に第２電圧にして、ＭＯＳトランジスタＴ１を常にＯＦＦの状態にすることにより、ＭＯＳトランジスタＴ２が信号増幅用のトランジスタＴ１として働く構成となる。又、信号φＶSSの電圧は、第４電圧に設定されている。
【０１００】
（２−ａ）撮像動作
まず、第１の実施形態と同様に、信号φＳをローレベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＦＦの状態にすることにより、定電流源９がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートとフォトダイオードＰＤのカソードとの接続ノードｂに接続されていない状態にする。このとき、フォトダイオードＰＤに光電流が流れることによって、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧が変化する。即ち、フォトダイオードＰＤより負の光電荷がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに与えられ、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧が、光電流に対して線形的に変化した値になる。尚、このとき、フォトダイオードＰＤで発生した負の光電荷がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに流れ込むため、強い光が入射されるほどＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧が低くなる。
【０１０１】
このようにして光電流に対して線形的に変化した電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現れると、パルス信号φＶが与えられてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮにする。このとき、前記光電流の積分値を線形的に変換した値となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ４を介して出力信号線６に導出される。このようにして入射光量の積分値に比例した信号（出力電流）を読み出すと、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＦＦにする。
【０１０２】
（２−ｂ）リセット動作
各画素のリセットを行うときの、各信号のタイミングチャートを図１５に示す。上記のように、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ４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をハイレベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＮにする。このようにＭＯＳトランジスタＴ６がＯＮになると、第１の実施形態と同様に、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに第４電圧が与えられ、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧がリセットされる。そして、信号φＳを再びローレベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＦＦにする。
【０１０３】
次に、ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートにパルス信号φＶを与えて出力信号を読み出す。このとき、出力信号は、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧に応じた値となり、初期化されたときの出力信号として読み出される。そして、出力信号が読み出されると、再び上記した撮像動作が行われる。このように初期化されたときの信号を補正データとしてラインメモリなどのメモリに記憶し、各画素毎に、実際の撮像時の出力信号をこの補正データを用いて補正することによって、出力信号から画素のバラツキによる成分を取り除くことができる。
【０１０４】
尚、本実施形態では上記した第１〜第３の実施形態のように、光信号をキャパシタＣで一旦積分するということを行わないので、積分時間が不要となり、又、キャパシタＣのリセットも不要であるので、その分信号処理の高速化が図れる。又、本実施形態では、第１〜第３の実施形態に比し、キャパシタＣ及びＭＯＳトランジスタＴ５を省略できる分、構成が更にシンプルになり画素サイズを小さくすることができる。
【０１０５】
以上説明した第１〜第４の実施形態において、各画素からの信号読み出しは電荷結合素子（ＣＣＤ）を用いて行うようにしてもかまわない。この場合、ＭＯＳトランジスタＴ４に相当するポテンシャルレベルを可変としたポテンシャルの障壁を設けることにより、ＣＣＤへの電荷読み出しを行えばよい。
【０１０６】
尚、第１〜第４の実施形態において、線形変換動作を行う際、接続ノードｂのリセットをスイッチＳＷ又は第６ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＮして、信号φＶSSの第４電圧を与えることによって行っているが、第１ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＮして接続ノードｂのリセットを行っても良い。このとき、その電圧が、対数変換動作時には第１電圧、線形変換動作時には第４電圧となる信号φＤが、第１ＭＯＳトランジスタＴ１のドレインに与えられる。又、このとき、後段での信号読み出しに支障がないように、後段の設計を最適化して、リセット期間と対数出力動作期間とで、接続ノードａの電位が所定の電圧範囲内に入るようにしておけば、信号φＤの値は固定値であっても良い。
【０１０７】
又、以上説明した第１、第２及び第４の実施形態は、画素内の能動素子であるＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ６を全てＮチャネルのＭＯＳトランジスタで構成しているが、これらのＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ６を全てＰチャネルのＭＯＳトランジスタで構成してもよい。又、第３の実施形態において、画素内のＮチャネルのＭＯＳトランジスタをＰチャネルのＭＯＳトランジスタに、ＰチャネルのＭＯＳトランジスタをＮチャネルのＭＯＳトランジスタに変えて構成しても構わない。
【０１０８】
図１８〜図２１には、上記第１〜第４の実施形態の画素のＭＯＳトランジスタを逆極性のＭＯＳトランジスタで構成した例である第５〜第８の実施形態を示している。そのため図１８〜図２１では接続の極性や印加電圧の極性が逆になっている。例えば、図１８（第５の実施形態）において、フォトダイオードＰＤはカソードに直流電圧ＶPSに接続され、アノードが第１ＭＯＳトランジスタＴ１のソースと第２ＭＯＳトランジスタのゲートに接続されている。第１ＭＯＳトランジスタＴ１のドレインは直流電圧ＶPDが入力される。
【０１０９】
ところで、図１８のような画素が対数変換を行うとき、直流電圧ＶPSの電圧と直流電圧ＶPDは、ＶPS＞ＶPD  となっており、図６（第１の実施形態）と逆である。また、キャパシタＣの出力電圧は初期値が高い電圧で、積分によって降下する。また、第３ＭＯＳトランジスタＴ３、第４ＭＯＳトランジスタＴ４及び第６ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＮさせるときには、低い電圧をゲートに印加する。更に、図２０の実施形態（第７の実施形態）において、第３ＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮさせるときには高い電圧をゲートに印加する。以上の通り、逆極性のＭＯＳトランジスタを用いる場合は、電圧関係や接続関係が一部異なるが、構成は実質的に同一であり、また基本的な動作も同一であるので、図１８〜図２１については図面で示すのみで、その構成や動作についての説明は省略する。
【０１１０】
第５〜第８の実施形態の画素を含む固体撮像装置の全体構成を説明するためのブロック回路構成図を図１６に示している。図１６については、図１と同一部分（同一の役割部分）に同一の符号を付して説明を省略する。以下、図１６の構成について簡単に説明する。列方向に配列された出力信号線６−１、６−２、・・・、６−ｍに対してＰチャネルのＭＯＳトランジスタＱ１とＰチャネルのＭＯＳトランジスタＱ２が接続されている。ＭＯＳトランジスタＱ１のゲートは直流電圧線１１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１２に接続されている。一方、ＭＯＳトランジスタＱ２のドレインは出力信号線６−１に接続され、ソースは最終的な信号線１０に接続され、ゲートは水平走査回路３に接続されている。ここで、ＭＯＳトランジスタＱ１は画素内のＰチャネルのＭＯＳトランジスタＴａと共に図１７（ａ）に示すような増幅回路を構成している。尚、ＭＯＳトランジスタＴａは、第５〜第７の実施形態では第５ＭＯＳトランジスタＴ５に相当し、又、第８の実施形態では第２ＭＯＳトランジスタＴ２に相当する。
【０１１１】
この場合、ＭＯＳトランジスタＱ１はＭＯＳトランジスタＴａの負荷抵抗又は定電流源となっている。従って、このトランジスタＱ１のソースに接続される直流電圧ＶPS’と、ＭＯＳトランジスタＴａ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ＶPD’は例えばグランド電圧（接地）である。トランジスタＱ１のドレインはトランジスタＴａに接続され、ゲートには直流電圧が印加されている。ＰチャネルのＭＯＳトランジスタＱ２は水平走査回路３によって制御され、増幅回路の出力を最終的な信号線１０へ導出する。第５〜第８の実施形態のように、画素内に設けられた第４ＭＯＳトランジスタＴ４を考慮すると、図１７（ａ）の回路は図１７（ｂ）のように表わされる。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の固体撮像装置によれば、フォトダイオードなどの感光素子で発生した電気信号を対数変換して出力するか、線形的に変換して出力するかを自由に選択できる。従って、例えば、輝度範囲の広い被写体の撮像には対数変換に切り換えて使用し、低輝度の被写体や輝度範囲の狭い被写体の撮像には、線形変換に切り換えて使用するという使い分けができる。そして、そのことによって、低輝度から高輝度までの幅広い被写体を高精度に撮像できる。
【０１１３】
又、本発明の固体撮像装置によれば、いずれの出力状態を選択したときも、各画素の感度バラツキが検出でき、高品位な撮像を行うことができる。能動素子をＭＯＳトランジスタで構成することにより高集積化が容易となり、周辺の処理回路（Ａ／Ｄコンバータ、デジタル・システム・プロセッサ、メモリ）等とともにワンチップ上に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の二次元固体撮像装置の全体の構成を説明するためのブロック回路図。
【図２】図１の一部の回路図。
【図３】本発明の第１の実施形態の１画素の構成を示す回路図。
【図４】第１の実施形態で使用する画素の各素子に与える信号のタイミングチャート。
【図５】第１の実施形態で使用する画素の各素子に与える信号のタイミングチャート。
【図６】本発明の第１の実施形態の１画素の構成を示す回路図。
【図７】本発明の第２の実施形態の１画素の構成を示す回路図。
【図８】第２の実施形態で使用する画素の各素子に与える信号のタイミングチャート。
【図９】第２の実施形態で使用する画素の各素子に与える信号のタイミングチャート。
【図１０】本発明の第３の実施形態の１画素の構成を示す回路図。
【図１１】第３の実施形態で使用する画素の各素子に与える信号のタイミングチャート。
【図１２】第３の実施形態で使用する画素の各素子に与える信号のタイミングチャート。
【図１３】本発明の第４の実施形態の１画素の構成を示す回路図。
【図１４】第４の実施形態で使用する画素の各素子に与える信号のタイミングチャート。
【図１５】第４の実施形態で使用する画素の各素子に与える信号のタイミングチャート。
【図１６】画素内の能動素子をＰチャネルのＭＯＳトランジスタで構成した実施形態の場合の本発明の二次元固体撮像装置の全体の構成を説明するためのブロック回路図。
【図１７】図１６の一部の回路図。
【図１８】本発明の第５の実施形態の１画素の構成を示す回路図。
【図１９】本発明の第６の実施形態の１画素の構成を示す回路図。
【図２０】本発明の第７の実施形態の１画素の構成を示す回路図。
【図２１】本発明の第８の実施形態の１画素の構成を示す回路図。
【図２２】従来例の１画素の構成を示す回路図。
【符号の説明】
Ｇ11〜Ｇｍｎ    画素
２    垂直走査回路
３    水平走査回路
４−１〜４−ｎ    行選択線
６−１〜６−ｍ    出力信号線
７−１〜７−ｎ    ライン
８−１〜８−ｍ    電流供給線
９−１〜９−ｍ    定電流源
１０    信号線
１１    直流電圧線
１２    ライン
ＰＤ    フォトダイオード
Ｔ１〜Ｔ６    第１〜第６ＭＯＳトランジスタ
Ｃ    キャパシタ
ＳＷ    スイッチ
【図１】
0004345175.tif 000002
【図２】
0004345175.tif 000003
【図３】
0004345175.tif 000004
【図４】
0004345175.tif 000005
【図５】
0004345175.tif 000006
【図６】
0004345175.tif 000007
【図７】
0004345175.tif 000008
【図８】
0004345175.tif 000009
【図９】
0004345175.tif 000010
【図１０】
0004345175.tif 000011
【図１１】
0004345175.tif 000012
【図１２】
0004345175.tif 000013
【図１３】
0004345175.tif 000014
【図１４】
0004345175.tif 000015
【図１５】
0004345175.tif 000016
【図１６】
0004345175.tif 000017
【図１７】
0004345175.tif 000018
【図１８】
0004345175.tif 000019
【図１９】
0004345175.tif 000020
【図２０】
0004345175.tif 000021
【図２１】
0004345175.tif 000022
【図２２】
0004345175.tif 000023