JP2001197370A

JP2001197370A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2001197370A
Application number: JP2000005780A
Authority: JP
Inventors: Satoyuki Nakamura; 里之中村
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2000-01-06
Filing date: 2000-01-06
Publication date: 2001-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】このような問題点を鑑みて、本発明は、被写体
の明るさの状態にかかわらず常に良好な撮像を行うこと
ができる固体撮像装置を提供することを目的とする。【解決手段】エリアセンサ３より出力される輝度信号に
基づいて、輝度分布計測部４で輝度信号の輝度に対する
度数を表す被写体の輝度分布を計測する。そして、切換
判定回路５において、この計測した輝度分布の形状に基
づいて、被写体の輝度範囲における輝度分布の偏りなど
を検知し、新たに輝度分布を形成し、この輝度分布より
被写体の輝度範囲を測定する。そして、この輝度範囲が
所定の値より広くなるとき、エリアセンサ３に対数変換
動作をさせるための切換信号を、又、この輝度範囲が所
定の値より狭くなるとき、エリアセンサ３に線形変換動
作をさせるための切換信号を、切換信号発生回路６より
出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射光に対する電
気信号の線形変換と対数変換を行える画素を有する固体
撮像装置に関するもので、特に１つの画素で線形変換動
作と対数変換動作とを切り換えて行うことが可能な固体
撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、フォトダイオードなどの感光
素子をマトリクス状に配置したエリアセンサ等の固体撮
像素子は、その感光素子に入射された光の輝度に対し
て、線形的に変換した信号を出力する。このように線形
変換を行うエリアセンサ（以下、「リニアセンサ」と呼
ぶ。）は、例えば、レンズの絞りを調整することによ
り、被写体の最も明るい部分（ハイライト部）を撮像す
る感光素子がその最大レベルの９０パーセント程度のレ
ベルの電気信号として出力できるように、調節される。
このようなリニアセンサを用いることによって、被写体
の輝度分布においてその最小値をＬmin［ｃｄ／ｍ²］、
その最大値をＬmax［ｃｄ／ｍ²］としたとき、被写体の
輝度範囲Ｌmax／Ｌmin が２桁以下の狭い範囲であれば
階調性豊かに被写体の情報を取り込むことができる。

【０００３】それに対して、本出願人は、入射した光量
に応じた電流を発生する感光素子と、その電流を入力す
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、感光素子からの電流を対数変換す
るようにしたエリアセンサ（以下、「ＬＯＧセンサ」と
呼ぶ。）を提案した（特開平３−１９２７６４号公報参
照）。このようなＬＯＧセンサは、被写体の最も明るい
部分（ハイライト部）を撮像する感光素子がその最大レ
ベルの９０パーセント程度のレベルの電気信号として出
力できるように、調節した場合、その輝度範囲Ｌmax／
Ｌmin が５桁〜６桁の広い範囲となる被写体の情報を取
り込むことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記リニアセンサでは
撮像可能な輝度範囲が略２桁と狭いため、被写体に直射
日光が当たるなどの要因で被写体の輝度が明るくなり、
明部が感光素子が扱えるレベルを超えてオーバーフロー
を起こすような状態になったとき、このレベルを超えた
明部の情報を取り込むことができず、白トビという現象
が起こる。又、この白トビを避けるために、取り込み可
能な輝度範囲を明部側にシフトして明部の情報を取り込
み可能とすると、逆に暗部の情報を取り込むことができ
ず、黒ツブレという現象が起こる。

【０００５】一方、ＬＯＧセンサの出力特性は図１８の
ように対数関数を示す。そのため、このＬＯＧセンサを
用いたときは、高輝度部での階調性が乏しくなりやす
く、例えば、明るい被写体に対しては、暗部及び明部の
情報をともに取り込むことが可能であるが、暗い被写体
に対しては、明部の階調性が乏しくなるなどの問題があ
った。

【０００６】このような問題点を鑑みて、本発明は、被
写体の明るさの状態にかかわらず常に良好な撮像を行う
ことができる固体撮像装置を提供することを目的とす
る。又、本発明は、固体撮像素子の入射光に対する電気
信号の線形変換動作と対数変換動作とを、自動的に切り
換えることができる固体撮像装置を提供することを目的
とする。更に、本発明の他の目的は、１つの固体撮像素
子が前記線形変換動作と前記対数変換動作とを行う固体
撮像装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の固体撮像装置は、入射光量に応
じた電気信号を発生する画素を複数備えた固体撮像装置
において、前記画素から得られる輝度信号に基づいて、
その輝度に応じた度数を表す輝度分布を計測する輝度分
布計測手段と、該輝度分布計測手段で計測した輝度分布
の形状に応じて、前記画素の動作状態を、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状態とに切り換える切換手段を備えることを特徴と
する。

【０００８】このような固体撮像装置において、各画素
の出力信号を輝度信号として輝度分布計測手段に出力し
て、この輝度分布計測手段で輝度に対する度数を表す輝
度分布を計測する。そして、この計測した輝度分布の形
状を切換手段で検知し、その輝度分布の形状に応じて、
現在撮像中の被写体における主要となる輝度範囲を検知
する。このように検知した輝度範囲に基づいて、前記画
素の動作状態を、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
る。

【０００９】請求項２に記載の固体撮像装置は、マトリ
クス状に配された画素に入射された光量に応じた電気信
号を発生するエリアセンサを有する固体撮像装置におい
て、前記画素から得られる輝度信号に基づいて、その輝
度に応じた度数を表す輝度分布を計測する輝度分布計測
手段と、該輝度分布計測手段で計測した輝度分布の形状
に応じて、前記画素の動作状態を、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
態とに切り換える切換手段を備えることを特徴とする。

【００１０】このような固体撮像装置において、各画素
の出力信号を輝度信号として輝度分布計測手段に出力し
て、この輝度分布計測手段で輝度に対する度数を表す輝
度分布を計測する。そして、この計測した輝度分布の形
状を切換手段で検知し、その輝度分布の形状に応じて、
現在撮像中の被写体における主要となる輝度範囲を検知
する。このように検知した輝度範囲に基づいて、前記画
素の動作状態を、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
る。又、輝度信号は、エリアセンサがインターレース方
式で撮像を行う際、撮像動作を行っている画素以外の画
素からの出力信号より得ることができる。又、エリアセ
ンサが撮像する数フレームのうち１フレームの出力信号
を輝度信号とすることによって、輝度信号を得ることが
できる。

【００１１】請求項１又は請求項２に記載の固体撮像装
置において、請求項３に記載するように、前記輝度信号
を、前記画素が前記電気信号を対数的に変換する第２状
態で動作したときの電気信号とする。このようにするこ
とによって、前記画素が第２状態で動作したとき、輝度
範囲の広い被写体を撮像することが可能であるので、輝
度範囲の広い輝度分布を輝度分布計測手段で計測するこ
とができる。

【００１２】請求項４に記載の固体撮像装置は、請求項
１〜請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置におい
て、前記切換手段において、前記輝度分布の度数の極大
値となる輝度と前記輝度分布の度数の極小値となる輝度
とを測定し、前記極小値となる輝度の両側にある２つの
前記極大値となる輝度のうち、その度数の低い方の前記
極大値となる輝度の度数で前記極小値となる輝度の度数
を割った比と、所定の値とを比較し、前記極小値となる
輝度の度数と前記極大値となる度数との比が所定の値よ
り大きいときは、前記極小値と該極小値の両側の前記極
大値の存在する部分には、度数の高い方の前記極大値の
みが存在するものとし、前記極小値となる輝度の度数と
前記極大値となる度数との比が所定の値より小さいとき
は、前記極小値と該極小値の両側の前記極大値の存在す
る部分には、前記極小値と２つの前記極大値が存在する
ものとすることを特徴とする。

【００１３】このような固体撮像装置において、輝度分
布の度数の極大値となる山の部分と、輝度分布の度数の
極小値となる谷の部分が計測される。このとき計測され
た谷の部分の度数とその両側にある山の部分の度数との
割合が測定される。このとき、度数の低い山の部分にお
ける度数で谷の部分の度数を割った比が、所定値より大
きくなると、この谷の部分と度数の低い山の部分が度数
の高い山の部分の一部と見なされる。

【００１４】請求項５に記載の固体撮像装置は、請求項
４に記載の固体撮像装置において、前記極大値と該極大
値の両側にある前記極小値とによって形成される部分の
輝度範囲が所定の値より狭いとき、該部分を前記輝度分
布から削除した分布を新たな輝度分布とすることを特徴
とする。

【００１５】このような固体撮像装置によると、輝度分
布の極大値となる山の部分が複数測定されたとき、その
山の部分の輝度範囲が、その山の部分の両側の極小値と
なる谷の部分によって決定される。即ち、この二つの谷
の部分における輝度によって山の部分の輝度範囲が決定
される。このとき、この山の部分の輝度範囲が狭いと
き、この山の部分を削除した分布を新たに輝度分布とし
て置き換える。

【００１６】請求項６に記載の固体撮像装置は、請求項
４又は請求項５に記載の固体撮像装置において、前記極
大値が２つ存在するとき、前記極小値の輝度から低い輝
度に向かってその度数を積分した輝度分布の第１面積
と、前記極小値の輝度から高い輝度に向かってその度数
を積分した輝度分布の第２面積と、を求め、前記第１面
積と前記第２面積のうち大きい方の面積を他方の面積で
割った面積比が所定の値より大きいとき、前記輝度分布
の２つの部分のうち、小さい方の面積の値を与える部分
を前記輝度分布から削除した分布を新たな輝度分布とす
ることを特徴とする。

【００１７】このような固体撮像装置によると、輝度分
布の極大値である山の部分が２つ測定されたとき、それ
ぞれの山の部分について、その山の部分の間にある谷の
部分の輝度を境に、その度数を積分した面積を求める。
そして、求められた山の部分の面積のうち小さい方が、
大きい方の面積と比べてかなり小さいとき、面積の小さ
い方の山の部分を輝度分布から削除して、新たに輝度分
布を形成する。

【００１８】請求項７に記載の固体撮像装置は、請求項
４〜請求項６のいずれかに記載の固体撮像装置におい
て、前記極大値が３つ以上存在するとき、それぞれの前
記極大値について、前記極大値と該極大値の両側の前記
極小値とで形成される部分におけるその度数の積分値と
なる面積を求め、それぞれの前記極大値について求めた
面積のうち最大となる最大面積を検出し、該最大面積を
与える前記極大値によって、他の前記極大値が与える面
積を割った面積比を所定の値と比較し、その面積比が所
定の値より小さくなるような面積を与える前記極大値と
該極大値の両側の前記極小値で形成される部分を、前記
輝度分布から削除した分布を新たな輝度分布とすること
を特徴とする。

【００１９】このような固体撮像装置によると、輝度分
布の極大値である山の部分が３つ以上測定されたとき、
それぞれの山の部分について、その山の部分の間にある
谷の部分の輝度を境に、その度数を積分した面積を求め
る。そして、求められた山の部分の面積のうち最大とな
る最大面積が求められる。この最大面積を与える山の部
分から離れた山の部分から順番に、その山の部分の面積
と、最大面積を比べて、その面積がかなり小さいとき、
その山の部分を輝度分布から削除して、新たに輝度分布
を形成する。このとき、最大面積を与える山の部分より
低輝度側及び高輝度側の両方において、最大面積に対す
る山の部分の面積の比率が所定値より大きくなったと
き、上記のような処理を終了するようにしても構わな
い。

【００２０】請求項８に記載の固体撮像装置は、請求項
１〜請求項７に記載の固体撮像装置において、前記切換
手段において、前記輝度分布計測手段で計測した輝度分
布の形状に基づいて、輝度範囲を決定し、決定された該
輝度範囲に基づいて、前記画素の動作状態を切り換える
ことを特徴とする。

【００２１】このような固体撮像装置において、請求項
９に記載するように、前記切換手段がさらに、最低輝度
から輝度の高い方へ向かって前記輝度分布を輝度で積分
したとき、前記輝度分布全体を輝度で積分した値のａパ
ーセント（但し、ａは０〜１００までの実数）以上とな
るときの第１輝度と、最高輝度から輝度の低い方へ向か
って前記輝度分布を輝度で積分したとき、前記輝度分布
全体を輝度で積分した値のｂパーセント（但し、ｂは０
〜１００までの実数で、ａ＋ｂ≦１００である）以上と
なるときの第２輝度とを検知し、前記第１輝度から前記
第２輝度までの輝度範囲によって前記画素の動作状態を
切り換えるようにしても構わない。

【００２２】又、請求項８又は請求項９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、前記輝
度範囲が狭いとき、前記画素の動作状態を第１状態と
し、前記輝度範囲が広いとき、前記画素の動作状態を第
２状態とすることによって、被写体全体の輝度範囲の狭
い状態では階調性の豊かな高品位の画像を、被写体全体
の輝度範囲の広い状態では白トビ又は黒ツブレの無い奥
行きのある高品位の画像をそれぞれ撮像することができ
る。

【００２３】請求項１１に記載の固体撮像装置は、請求
項１〜請求項１０のいずれかに記載の固体撮像装置にお
いて、前記切換手段が、２値の電圧信号となる切換信号
を発生し、該切換信号によって、前記画素の動作状態が
切り換えられることを特徴とする。

【００２４】請求項１２に記載の固体撮像装置は、請求
項１〜請求項１１のいずれかに記載の固体撮像装置にお
いて、前記画素が、第１電極に直流電圧が印加された感
光素子と、第１電極と第２電極と制御電極とを備え、第
１電極及び制御電極が前記感光素子の第２電極に接続さ
れ、前記感光素子からの出力電流が流れ込むトランジス
タと、を有し、前記トランジスタの第１電極と第２電極
の間の電位差を変化させることによって、前記画素の動
作を、第１状態と第２状態とに切り換えることを特徴と
する。

【００２５】請求項１３に記載の固体撮像装置は、請求
項１〜請求項１１のいずれかに記載の固体撮像装置にお
いて、前記画素が、第１電極に直流電圧が印加された感
光素子と、第１電極と第２電極と制御電極とを備え、第
１電極が前記感光素子の第２電極に接続され、前記感光
素子からの出力電流が流れ込むとともに、第２電極と制
御電極とが接続されたトランジスタと、を有し、前記ト
ランジスタの第１電極と第２電極の間の電位差を変化さ
せることによって、前記画素の動作を、第１状態と第２
状態とに切り換えることを特徴とする。

【００２６】請求項１４に記載の固体撮像装置は、請求
項１〜請求項１１のいずれかに記載の固体撮像装置にお
いて、前記画素が、第１電極に直流電圧が印加された感
光素子と、第１電極と第２電極と制御電極とを備え、制
御電極に直流電圧が印加されるともに、第１電極が前記
感光素子の第２電極に接続され、前記感光素子からの出
力電流が流れ込むトランジスタと、を有し、前記トラン
ジスタの第１電極と第２電極の間の電位差を変化させる
ことによって、前記画素の動作を、第１状態と第２状態
とに切り換えることを特徴とする。

【００２７】請求項１５に記載の固体撮像装置は、請求
項１〜請求項１１のいずれかに記載の固体撮像装置にお
いて、前記画素が、第２電極に固定電圧が印加された感
光素子と、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、
を有し、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、前記画素の動作を、前記
第１状態と前記第２状態とに切り替えることができるこ
とを特徴とする。

【００２８】請求項１６に記載の固体撮像装置は、入射
光量に応じた電気信号を発生する複数の画素と、前記電
気信号をそれぞれ対数変換する対数変換手段と、前記対
数変換手段の出力信号から輝度に応じた度数を表す輝度
分布を計測する輝度分布計測手段と、を備え、前記輝度
分布計測手段で計測した輝度分布の形状に応じて、被写
体の輝度範囲を決定することを特徴とする。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、図面
を参照して説明する。図１は、本実施形態で使用する固
体撮像装置の要部の構成を示すブロック図である。図２
及び図４は、図１に示す固体撮像装置に設けられた固体
撮像素子であるエリアセンサの構造の一例を示すブロッ
ク図である。図３は、図２に示すエリアセンサ内の画素
の構成の一例を示す回路図である。図６は、図４に示す
エリアセンサ内の画素の構成の一例を示す回路図であ
る。

【００３０】図１に示す固体撮像装置１は、対物レンズ
２と、該対物レンズ２を介して入射する光に応じて対数
変換もしくは線形変換を行った電気信号を出力するエリ
アセンサ３と、エリアセンサ３より出力される電気信号
が入力されこの電気信号に基づいて被写体の輝度分布を
計測する輝度分布計測部４と、輝度分布計測部４で計測
した輝度分布の形状よりエリアセンサ３を対数変換動作
させるか線形変換させるかを判定するとともに判定信号
を発生する切換判定回路５と、前記判定信号によってエ
リアセンサ３の対数変換動作と線形変換動作を切り換え
るための切換信号をエリアセンサ３に送出する切換信号
発生回路６と、エリアセンサ３から送出される電気信号
を演算処理する処理部２１とを有している。

【００３１】尚、処理部２１で処理された信号は、出力
端子９１から固体撮像装置１の外部へ出力され記録媒体
への記録や表示装置への出力など種々の用途に供され
る。又、出力端子９２からファインダー２２へも与えら
れる。又、エリアセンサ３から処理部２１に送出される
電気信号を、以下、「画像データ」と呼び、エリアセン
サ３から輝度分布計測部４に送出される電気信号を、以
下、「輝度信号」と呼ぶ。

【００３２】＜エリアセンサの構成の一例＞このような
構成の固体撮像装置に設けられたエリアセンサ３の構成
の一例について、図２を参照して説明する。同図におい
て、Ｇａ11〜Ｇａmn及びＧｂ11〜Ｇｂmnはそれぞれ奇数
行及び偶数行に配されることによって行列配置（マトリ
クス配置）された画素を示している。７は垂直走査回路
であり、奇数行９−１、９−２、・・・、９−ｎ、偶数
行１０−１、１０−２、・・・、１０−ｎをそれぞれ順
次走査していく。

【００３３】８は水平走査回路であり、画素Ｇａ11〜Ｇ
ａmnから出力信号線１１−１、１１−２、・・・、１１
−ｍに導出された光電変換信号を最終的な信号線１４に
順次導出するとともに、画素Ｇｂ11〜Ｇｂmnから出力信
号線１２−１、１２−２、・・・、１２−ｍに導出され
た光電変換信号を最終的な信号線１５に順次導出する。
１３は電源ラインである。又、信号線１４及び信号線１
５をそれぞれ、輝度分布計測部４（図１）に接続された
輝度信号線１７及び処理部２１（図１）に接続された画
像データ線１８に接続を切り換える接続切換部１６が設
けられる。

【００３４】各画素に対し、上記奇数行９−１、９−
２、・・・、９−ｎ、偶数行１０−１、１０−２、・・
・、１０−ｎ、出力信号線１１−１、１１−２、・・
・、１１−ｍ、出力信号線１２−１、１２−２、・・
・、１２−ｍ、電源ライン１３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ではこれらについて省略している。

【００３５】出力信号線１１−１、１１−２、・・・、
１１−ｍごとにＮチャネルのＭＯＳトランジスタＱａ
１、Ｑａ２、・・・、Ｑａｍが、又、出力信号線１２−
１、１２−２、・・・、１２−ｍごとにＮチャネルのＭ
ＯＳトランジスタＱｂ１、Ｑｂ２、・・・、Ｑｂｍが、
図示の如く１つずつ設けられている。トランジスタＱａ
１、Ｑａ２、・・・、Ｑａｍのドレインは、それぞれ出
力信号線１１−１、１１−２、・・・、１１−ｍに接続
され、ソースは最終的な信号線１４に接続され、ゲート
は水平走査回路８に接続されている。又、トランジスタ
Ｑｂ１、Ｑｂ２、・・・、Ｑｂｍのドレインは、それぞ
れ出力信号線１２−１、１２−２、・・・、１２−ｍに
接続され、ソースは最終的な信号線１５に接続され、ゲ
ートは水平走査回路８に接続されている。

【００３６】尚、後述するように各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。ここで、トランジスタＴ４は行の選択を行う
ものであり、トランジスタＱａ１〜Ｑａｍ及びトランジ
スタＱｂ１〜Ｑｂｍは列の選択を行うものである。

【００３７】このような構成のエリアセンサ３は、画素
Ｇａ11〜Ｇａmnを奇数行９−１〜９−ｎを介して垂直走
査回路７で走査するとともに、水平走査回路８でトラン
ジスタＱａ１〜Ｑａｍを順次ＯＮにして、出力信号線１
１−１〜１１−ｍに導出される電気信号を信号線１４に
導出する。今、接続切換部１６によって信号線１４が画
像データ線１８に接続されていると、信号線１４から出
力される１フィールド分の電気信号が画像データとして
処理部２１（図１）に送出される。

【００３８】このとき、同時に、画素Ｇｂ11〜Ｇｂmnを
偶数行１０−１〜１０−ｎを介して垂直走査回路７で走
査するとともに、水平走査回路８でトランジスタＱｂ１
〜Ｑｂｍを順次ＯＮにして、出力信号線１２−１〜１２
−ｍに導出される電気信号を信号線１５に導出する。
今、接続切換部１６によって信号線１４が画像データ線
１８に接続されているため、信号線１５が輝度信号線１
７に接続されている。よって、信号線１５に導出される
電気信号が輝度信号として輝度分布計測部４（図１）に
送出される。

【００３９】このように画素Ｇａ11〜Ｇａmnからの１フ
ィールド分の画像データが処理部２１に送出されるとと
もに、画素Ｇｂ11〜Ｇｂmnからの輝度信号が輝度分布計
測部４に送出され、次に、接続切換部１６によって、信
号線１４が輝度信号線１７に、信号線１５が画像データ
線１８に接続される。接続切換部１６で信号線１４，１
５の接続が切り換えられると、画素Ｇｂ11〜Ｇｂmnから
の１フィールド分の画像データが処理部２１に送出され
るとともに、画素Ｇａ11〜Ｇａmnからの輝度信号が輝度
分布計測部４に送出される。

【００４０】このように、エリアセンサ３は、奇数行に
配した画素Ｇａ11〜Ｇａmnと偶数行に配した画素Ｇｂ11
〜Ｇｂmnとから得られる電気信号を、それぞれ、１フィ
ールド毎に、交互に画像データとして出力するインター
レース方式を用いる。但し、このエリアセンサでは１フ
ィールド毎に全画素読み出しを行うようになっており、
画像データを出力する行の各画素の電気信号は画像デー
タとして画像データ線１８に出力し、画像データを出力
しない行の各画素の電気信号は輝度信号として輝度信号
線１７に出力するよう接続切換部１６で出力の切換を行
うようにしている。

【００４１】＜画素の構成の一例＞更に、このようなエ
リアセンサ３内の画素Ｇａ11〜Ｇａmn及び画素Ｇｂ11〜
Ｇｂmnの構成について、図３を参照して説明する。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
ノードは第１ＭＯＳトランジスタＴ１のドレインとゲー
ト、第２ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート、及び第３Ｍ
ＯＳトランジスタＴ３のドレインに接続されている。ト
ランジスタＴ２のソースは行選択用の第４ＭＯＳトラン
ジスタＴ４のドレインに接続されている。トランジスタ
Ｔ４のソースは出力信号線１１（この出力信号線１１は
図２の１１−１、１１−２、・・・、１１−ｍ、又は１
２−１、１２−２、・・・、１２−ｍに対応する）へ接
続されている。尚、トランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ
４は、いずれも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。

【００４２】又、フォトダイオードＰＤのカソードには
直流電圧ＶPDが印加されるようになっている。一方、ト
ランジスタＴ１のソースには信号φＶPSが印加され、ト
ランジスタＴ２のソースにはキャパシタＣの一端が接続
される。キャパシタＣの他端には信号φＶPSが与えられ
る。トランジスタＴ３のソースには直流電圧ＶRBが印加
されるとともに、そのゲートには信号φＶRSが入力され
る。トランジスタＴ２のドレインには信号φＤが入力さ
れる。又、トランジスタＴ４のゲートには信号φＶが入
力される。尚、本実施形態において、信号φＶPSは、２
値的に変化するものとし、トランジスタＴ１，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レ
ベルとし、直流電圧ＶPDと略等しい電圧をハイレベルと
する。

【００４３】このような構成の画素において、信号φＶ
PSの電圧値を切り換えてトランジスタＴ１のバイアスを
変えることにより、出力信号線１１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簡
単に説明する。

【００４４】（１）光電流を自然対数的に変換して出
力する場合。まず、信号φＶPSをローレベルとし、トランジスタＴ
１，Ｔ２がサブスレッショルド領域で動作するようにバ
イアスされているときの動作について、説明する。この
とき、トランジスタＴ３のゲートに与えられる信号φＶ
RSがローレベルになっているので、トランジスタＴ３は
ＯＦＦとなり、実質的に存在しないことと等価になる。
又、トランジスタＴ２に与えられる信号φＤはハイレベ
ル（直流電圧ＶPDと同じ又は直流電圧ＶPDに近い電位）
とする。

【００４５】図３の回路において、フォトダイオードＰ
Ｄに光が入射すると光電流が発生し、トランジスタのサ
ブスレッショルド特性により、前記光電流を自然対数的
に変換した値の電圧がトランジスタＴ１，Ｔ２のゲート
に発生する。この電圧により、トランジスタＴ２に電流
が流れ、キャパシタＣには前記光電流の積分値を自然対
数的に変換した値と同等の電荷が蓄積される。つまり、
キャパシタＣとトランジスタＴ２のソースとの接続ノー
ドａに、前記光電流の積分値を自然対数的に変換した値
に比例した電圧が生じることになる。ただし、このと
き、トランジスタＴ４はＯＦＦの状態であるとする。

【００４６】次に、トランジスタＴ４のゲートにパルス
信号φＶを与えて、トランジスタＴ４をＯＮにすると、
キャパシタＣに蓄積された電荷が、出力電流として出力
信号線１１に導出される。この出力信号線１１に導出さ
れる電流は前記光電流の積分値を自然対数的に変換した
値となる。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）を読み出すことができる。信号を読み
出した後、トランジスタＴ４をＯＦＦとするとともに信
号φＤをローレベル（信号φＶPSよりも低い電位）にし
てトランジスタＴ２を通して信号φＤの線路へキャパシ
タＣに蓄積された電荷を放電することによって、キャパ
シタＣ及び接続ノードａの電位が初期化される。このよ
うな動作を所定の時間間隔で繰り返すことにより、刻々
と変化する被写体像を広いダイナミックレンジで連続的
に撮像することができる。尚、このように入射光量を自
然対数的に変換する場合、信号φＶRSは、常にローレベ
ルのままであり、トランジスタＴ３はＯＦＦ状態となっ
ている。

【００４７】（２）光電流を線形的に変換して出力す
る場合。次に、信号φＶPSをハイレベルとしたときの動作につい
て説明する。このとき、トランジスタＴ１のソース側の
ポテンシャルが高くなる。よって、トランジスタＴ１は
実質的にＯＦＦ状態となり、トランジスタＴ１のソース
・ドレイン間に電流が流れない。又、トランジスタＴ３
のゲートに与える信号φＶRSをローレベルに保ち、トラ
ンジスタＴ３をＯＦＦにしておく。

【００４８】そして、まず、トランジスタＴ４をＯＦＦ
するとともに信号φＤをローレベル（信号φＶPSよりも
低い電位）にするとキャパシタＣの電荷がトランジスタ
Ｔ２を通して信号φＤの線路へ放電され、それによって
キャパシタＣをリセットして、接続ノードａの電位を例
えば直流電圧ＶPDより低い電位に初期化する。この電位
はキャパシタＣによって保持される。その後、φＤをハ
イレベル（直流電圧ＶPDと同じ又は直流電圧ＶPDに近い
電位）に戻す。このような状態において、フォトダイオ
ードＰＤに光が入射すると光電流が発生する。このと
き、トランジスタＴ１のバックゲートとゲートとの間や
フォトダイオードＰＤの接合容量などでキャパシタを構
成するので、光電流による電荷が主としてトランジスタ
Ｔ１，Ｔ２のゲートに蓄積される。よって、トランジス
タＴ１，Ｔ２のゲート電圧が前記光電流を積分した値に
比例した値になる。

【００４９】今、接続ノードａの電位が前記初期化によ
り直流電圧ＶPDより低くなっているので、トランジスタ
Ｔ２はＯＮし、トランジスタＴ２のゲート電圧に応じた
ドレイン電流がトランジスタＴ２を流れ、トランジスタ
Ｔ２のゲート電圧に比例した量の電荷がキャパシタＣに
蓄積される。よって、接続ノードａの電位が前記光電流
を積分した値に比例した値になる。次に、トランジスタ
Ｔ４のゲートにパルス信号φＶを与えて、トランジスタ
Ｔ４をＯＮにすると、キャパシタＣに蓄積された電荷
が、出力電流として出力信号線１１に導出される。この
出力電流は前記光電流の積分値を線形的に変換した値と
なる。

【００５０】このようにして入射光量に比例した信号
（出力電流）を読み出すことができる。又、この後、ト
ランジスタＴ４をＯＦＦとするとともに信号φＤをロー
レベルにしてトランジスタＴ２を通して信号φＤの線路
へ放電することによって、キャパシタＣ及び接続ノード
ａの電位が初期化される。しかる後、トランジスタＴ３
のゲートにハイレベルの信号φＶRSを与えることで、ト
ランジスタＴ３をＯＮにして、フォトダイオードＰＤ、
トランジスタＴ１のドレイン電圧及びトランジスタＴ
１，Ｔ２のゲート電圧を初期化させる。このような動作
を所定の時間間隔で繰り返すことにより、刻々と変化す
る被写体像をＳ／Ｎ比の良好な状態で連続的に撮像する
ことができる。

【００５１】このように、図３に示す画素は、簡単な電
位操作により同一の画素で光電変換出力特性を切り換え
ることが可能になる。尚、信号を対数変換して出力する
状態から線形変換して出力する状態に切り換える際に
は、まずφＶPSの電位調整により出力の切り換えを行っ
てから、トランジスタＴ３によるトランジスタＴ１など
のリセットを行うことが好ましい。一方、信号を線形変
換して出力する状態から対数変換して出力する状態に切
り換える際には、トランジスタＴ３によるトランジスタ
Ｔ１などのリセットは特に必要ない。これは、トランジ
スタＴ１が完全なＯＦＦ状態ではないことに起因してト
ランジスタＴ１に蓄積されたキャリアは逆極性のキャリ
アによってうち消されるためである。

【００５２】＜エリアセンサの構成の別の例＞又、エリ
アセンサ３の構成の別の例について、図４を参照して説
明する。同図において、Ｇａ11〜Ｇａmn及びＧｂ11〜Ｇ
ｂmnはそれぞれ奇数行及び偶数行に配されることによっ
て行列配置（マトリクス配置）された画素を示してい
る。７は垂直走査回路であり、奇数行９−１、９−２、
・・・、９−ｎ、偶数行１０−１、１０−２、・・・、
１０−ｎをそれぞれ順次走査していく。

【００５３】８は水平走査回路であり、画素Ｇａ11〜Ｇ
ａmnから出力信号線１１−１、１１−２、・・・、１１
−ｍに導出された光電変換信号を最終的な信号線１４に
順次導出するとともに、画素Ｇｂ11〜Ｇｂmnから出力信
号線１２−１、１２−２、・・・、１２−ｍに導出され
た光電変換信号を最終的な信号線１５に順次導出する。
１３は電源ラインである。又、信号線１４及び信号線１
５をそれぞれ、輝度分布計測部４（図１）に接続された
輝度信号線１７及び処理部２１（図１）に接続された画
像データ線１８に接続を切り換える接続切換部１６が設
けられる。

【００５４】各画素に対し、上記奇数行９−１、９−
２、・・・、９−ｎ、偶数行１０−１、１０−２、・・
・、１０−ｎ、出力信号線１１−１、１１−２、・・
・、１１−ｍ、出力信号線１２−１、１２−２、・・
・、１２−ｍ、電源ライン１３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４ではこれらについて省略している。

【００５５】出力信号線１１−１、１１−２、・・・、
１１−ｍごとにＮチャネルのＭＯＳトランジスタＱａ
１、Ｑａ２、・・・、Ｑａｍ及びＮチャネルのＭＯＳト
ランジスタＱｃ１、Ｑｃ２、・・・、Ｑｃｍが、又、出
力信号線１２−１、１２−２、・・・、１２−ｍごとに
ＮチャネルのＭＯＳトランジスタＱｂ１、Ｑｂ２、・・
・、Ｑｂｍ及びＮチャネルのＭＯＳトランジスタＱｄ
１、Ｑｄ２、・・・、Ｑｄｍが、図示の如く１組ずつ設
けられている。

【００５６】トランジスタＱａ１、Ｑａ２、・・・、Ｑ
ａｍのドレインは、それぞれ出力信号線１１−１、１１
−２、・・・、１１−ｍに接続され、ソースは最終的な
信号線１４に接続され、ゲートは水平走査回路８に接続
されている。又、トランジスタＱｂ１、Ｑｂ２、・・
・、Ｑｂｍのドレインは、それぞれ出力信号線１２−
１、１２−２、・・・、１２−ｍに接続され、ソースは
最終的な信号線１５に接続され、ゲートは水平走査回路
８に接続されている。一方、トランジスタＱｃ１、Ｑｃ
２、・・・、Ｑｃｍのゲートは直流電圧線１９に接続さ
れ、ドレインはそれぞれ出力信号線１１−１、１１−
２、・・・、１１−ｍに接続され、ソースは直流電圧Ｖ
PS’のライン２０に接続されている。又、トランジスタ
Ｑｄ１、Ｑｄ２、・・・、Ｑｄｍのゲートは直流電圧線
１９に接続され、ドレインはそれぞれ出力信号線１２−
１、１２−２、・・・、１２−ｍに接続され、ソースは
直流電圧ＶPS’のライン２０に接続されている。

【００５７】尚、後述するように、各画素内には、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
ャネルの第５ＭＯＳトランジスタＴ５が設けられてい
る。トランジスタＴ５とトランジスタＱ１（このトラン
ジスタＱ１は、図４のトランジスタＱｃ１〜Ｑｃｍ，Ｑ
ｄ１〜Ｑｄｍに対応する。）との接続関係は図５（ａ）
のようになる。ここで、トランジスタＱ１のソースに接
続される直流電圧ＶPS’と、トランジスタＴ５のドレイ
ンに接続される直流電圧ＶPD’との関係はＶPD’＞ＶP
S’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トランジスタＴ５の
ゲートに信号が入力され、下段のトランジスタ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
のトランジスタＱ１は抵抗又は定電流源と等価であり、
図５（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、トランジスタＴ５から増幅出力され
るのは電流であると考えてよい。

【００５８】トランジスタＱ２（このトランジスタＱ２
は、図４のトランジスタＱａ１〜Ｑａｍ，Ｑｂ１〜Ｑｂ
ｍに対応する。）は水平走査回路８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６
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。このトランジスタＴ４
も含めて表わすと、図５（ａ）の回路は正確には図５
（ｂ）のようになる。即ち、トランジスタＴ４がトラン
ジスタＱ１とトランジスタＴ５との間に挿入されてい
る。ここで、トランジスタＴ４は行の選択を行うもので
あり、トランジスタＱ２は列の選択を行うものである。

【００５９】図５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）での処理が楽になる。また、増幅回路の負荷抵抗部
分を構成するトランジスタ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１
１−１、１１−２、・・・、１１−ｍごとに、又、信号
線１２−１、１２−２、・・・、１２−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。

【００６０】＜画素の構成の一例＞図４に示した構成の
エリアセンサ３の各画素の一例について、図６を参照し
て説明する。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。

【００６１】図６に示す画素は、図３に示す画素に、接
続ノードａにゲートが接続され接続ノードａにかかる電
圧に応じた電流増幅を行う第５ＭＯＳトランジスタＴ５
と、このトランジスタＴ５のソースにドレインが接続さ
れた行選択用の第４ＭＯＳトランジスタＴ４と、接続ノ
ードａにドレインが接続されキャパシタＣ及び接続ノー
ドａの電位の初期化を行う第６ＭＯＳトランジスタＴ６
とが付加された構成となる。トランジスタＴ４のソース
は出力信号線１１（この出力信号線１１は図４の１１−
１、１１−２、・・・、１１−ｍ、又は１２−１、１２
−２、・・・、１２−ｍに対応する）へ接続されてい
る。尚、トランジスタＴ４〜Ｔ６も、トランジスタＴ１
〜Ｔ３と同様に、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。

【００６２】又、トランジスタＴ２，Ｔ５のドレインに
は直流電圧ＶPDが印加され、トランジスタＴ４のゲート
には信号φＶが入力される。又、トランジスタＴ６のソ
ースには直流電圧ＶRB2が印加されるとともに、そのゲ
ートには信号φＶRS2が入力される。尚、本実施形態に
おいて、トランジスタＴ１〜Ｔ３及びキャパシタＣは、
図３に示す画素内の各素子と同様の動作を行い、信号φ
ＶPSの電圧値を切り換えてトランジスタＴ１のバイアス
を変えることにより、出力信号線１１に導出される出力
信号を光電流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おける動作を説明する。

【００６３】（１）光電流を自然対数的に変換して出
力する場合。まず、信号φＶPSをローレベルとし、トランジスタＴ
１，Ｔ２がサブスレッショルド領域で動作するようにバ
イアスされているときの動作について、説明する。この
とき、トランジスタＴ３のゲートには、図３の画素と同
様にローレベルの信号φＶRSが与えられるので、トラン
ジスタＴ３はＯＦＦとなり、実質的に存在しないことと
等価になる。

【００６４】フォトダイオードＰＤに光が入射すると光
電流が発生し、トランジスタのサブスレッショルド特性
により、前記光電流を自然対数的に変換した値の電圧が
トランジスタＴ１，Ｔ２のゲートに発生する。この電圧
により、トランジスタＴ２に電流が流れ、キャパシタＣ
には前記光電流の積分値を自然対数的に変換した値と同
等の電荷が蓄積される。つまり、キャパシタＣとトラン
ジスタＴ２のソースとの接続ノードａに、前記光電流の
積分値を自然対数的に変換した値に比例した電圧が生じ
ることになる。ただし、このとき、トランジスタＴ４，
Ｔ６はＯＦＦ状態である。

【００６５】次に、トランジスタＴ４のゲートにパルス
信号φＶを与えて、トランジスタＴ４をＯＮにすると、
トランジスタＴ５のゲートにかかる電圧に比例した電流
がトランジスタＴ４，Ｔ５を通って出力信号線１１に導
出される。今、トランジスタＴ５のゲートにかかる電圧
は、接続ノードａにかかる電圧であるので、出力信号線
１１に導出される電流は前記光電流の積分値を自然対数
的に変換した値となる。

【００６６】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）を読み出すことができる。信号読み
出し後はトランジスタＴ４をＯＦＦにするとともに、ト
ランジスタＴ６のゲートにハイレベルの信号φＶRS2を
与えることでトランジスタＴ６をＯＮとして、キャパシ
タＣ及び接続ノードａの電位を初期化させることができ
る。尚、このように入射光量に対してその出力電流を自
然対数的に変換する場合、信号φＶRSは、常にローレベ
ルのままである。

【００６７】（２）光電流を線形的に変換して出力す
る場合。次に、信号φＶPSをハイレベルとしたときの動作につい
て説明する。このとき、トランジスタＴ３のゲートにロ
ーレベルの信号φＶRSを与えて、トランジスタＴ３はＯ
ＦＦとする。そして、まず、トランジスタＴ６のゲート
にハイレベルの信号φＶRS2を与えて該トランジスタＴ
６をＯＮすることによりキャパシタＣをリセットすると
ともに、接続ノードａの電位を直流電圧ＶPDより低い電
位ＶRB2に初期化する。この電位はキャパシタＣによっ
て保持される。その後、信号φＶRS2をローレベルとし
て、トランジスタＴ６をＯＦＦとする。このような状態
において、フォトダイオードＰＤに光が入射すると光電
流が発生する。このとき、トランジスタＴ１のバックゲ
ートとゲートとの間やフォトダイオードＰＤの接合容量
でキャパシタを構成するので、光電流による電荷がトラ
ンジスタＴ１のゲート及びドレインに蓄積される。よっ
て、トランジスタＴ１，Ｔ２のゲート電圧が前記光電流
を積分した値に比例した値になる。

【００６８】今、接続ノードａの電位が直流電圧ＶPDよ
り低いので、トランジスタＴ２はＯＮし、トランジスタ
Ｔ２のゲート電圧に応じたドレイン電流がトランジスタ
Ｔ２を流れ、トランジスタＴ２のゲート電圧に比例した
量の電荷がキャパシタＣに蓄積される。よって、接続ノ
ードａの電位が前記光電流を積分した値に比例した値に
なる。次に、トランジスタＴ４のゲートにパルス信号φ
Ｖを与えて、トランジスタＴ４をＯＮにすると、トラン
ジスタＴ５のゲートにかかる電圧に比例した電流がトラ
ンジスタＴ４，Ｔ５を通って出力信号線１１に導出され
る。トランジスタＴ５のゲートにかかる電圧は、接続ノ
ードａの電圧であるので、出力信号線１１に導出される
電流は前記光電流の積分値を線形的に変換した値とな
る。

【００６９】このようにして入射光量に比例した信号
（出力電流）を読み出すことができる。信号読み出し後
は、まず、トランジスタＴ４をＯＦＦにするとともに、
トランジスタＴ３のゲートにハイレベルの信号φＶRSを
与えることで、トランジスタＴ３をＯＮとして、フォト
ダイオードＰＤ、トランジスタＴ１のドレイン電圧、及
びトランジスタＴ１，Ｔ２のゲート電圧を初期化させ
る。次に、トランジスタＴ６のゲートにハイレベルの信
号φＶRS2を与えることでトランジスタＴ６をＯＮとし
て、キャパシタＣ及び接続ノードａの電位を初期化させ
る。

【００７０】又、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、図３又は図６のトランジスタ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。

【００７１】＜固体撮像装置の動作の概要＞上記した図
３のような画素を設けた図２のような構成のエリアセン
サ又は図６のような画素を設けた図４のような構成のエ
リアセンサをエリアセンサ３に用いたときの固体撮像装
置１の動作について、以下に説明する。

【００７２】まず、エリアセンサ３の奇数行に配された
各画素により１フィールドの画像データが出力されると
すると、エリアセンサ３の偶数行に配された各画素より
輝度信号が輝度分布計測部４に送出される。このとき、
エリアセンサ３の偶数行に配された各画素は対数変換動
作を行っている。又、エリアセンサ３の偶数行に配され
た各画素により１フィールドの画像データが出力される
とすると、エリアセンサ３の奇数行に配された各画素よ
り輝度信号が輝度分布計測部４に送出される。このと
き、エリアセンサ３の奇数行に配された各画素は対数変
換動作を行っている。

【００７３】そして、輝度分布計測部４において、エリ
アセンサ３より送出される輝度信号の輝度の度数分布と
なる輝度分布が計測される。この計測された輝度分布
が、切換判定回路５に与えられて、この輝度分布の形状
に基づいて、次に撮像動作を行う画素を対数変換動作さ
せるか線形変換させるかを判定する。このとき、その判
定結果となる判定信号を切換信号発生回路６に送出する
と、切換信号発生回路６は、次に撮像動作を行う画素に
与える信号φＶPS（図３又は図６）を切り換えることに
よって、その光電変換動作を切り換える。このような動
作を行う固体撮像装置において、まず、その動作の切換
判定について、以下に説明する。

【００７４】＜エリアセンサの撮像動作の切換判定＞図
７は、この固体撮像装置１の輝度分布よりエリアセンサ
３の撮像動作の切換判定動作を示すフローチャートであ
る。図８に、横軸が輝度を、縦軸がその度数を表す輝度
分布の一例を示す。尚、輝度分布において、以下、極大
値となる点を「山」、極小値となる点を「谷」と呼ぶ。
又、山となる点の度数を「山の高さ」、谷となる点の度
数を「谷の高さ」、輝度分布の両端における度数の低い
部分を「裾引き」と呼ぶ。このとき、図８において、ａ
が輝度範囲の広さ、ｂが山の数、ｃが山の高さ、ｄが谷
の高さ、ｅが分布の裾引きを表す。

【００７５】輝度分布計測部４で計測された輝度分布が
切換判定回路５に与えられると、まず、山の数が計測さ
れる（ＳＴＥＰ１）。そして、この計測された山の数
が、図９（ａ）のように１つのとき（Ｙｅｓ）はＳＴＥ
Ｐ１５に移行し、又、図９（ｂ）のように複数のとき
（Ｎｏ）はＳＴＥＰ３に移行する（ＳＴＥＰ２）。ＳＴ
ＥＰ２よりＳＴＥＰ３に移行すると、谷の高さが計測さ
れる。この計測された谷の高さと、この谷の両側の山の
うちその高さの低い山の高さとの比が、閾値Ｔａより大
きいとき（Ｙｅｓ）はＳＴＥＰ５に、又、閾値Ｔａより
小さいとき（Ｎｏ）はＳＴＥＰ６に移行する（ＳＴＥＰ
４）。即ち、ＳＴＥＰ４において、図９（ｂ）の場合、
谷Ｂの両側の山Ａ，Ｃのうち、その高さの低い山Ａの高
さｃ１と谷Ｂの高さｄ１との比（ｄ１）／（ｃ１）が閾
値Ｔａより大きいか否かが判定される。

【００７６】ＳＴＥＰ４よりＳＴＥＰ５に移行すると、
低い方の山を山と見なさず、この谷の両側の山をひとつ
ながりの山と見なす。即ち、図９（ｂ）において、谷Ｂ
の高さが高く、低い方の山Ａの高さとの比が閾値Ｔａよ
り大きくなると、低い方の山Ａを山と見なさず、高い方
の山Ｃの一部と見なす。又、ＳＴＥＰ４からＳＴＥＰ６
に移行すると、その谷の両側の山が分離しているとし、
別の山と見なす。即ち、図９（ｂ）において、谷Ｂの高
さが低く、低い方の山Ａの高さとの比が閾値Ｔａより小
さくなると、山Ａ，Ｃをそれぞれ別の山と見なす。

【００７７】そして、ＳＴＥＰ６で谷の両側の山が分離
しているものとされると、これらの山のうち、その輝度
範囲が閾値Ｔｂより小さい山は、山と見なされずに輝度
分布より除かれる（ＳＴＥＰ７）。尚、山の輝度範囲
は、その山の両側の２つの谷の輝度による範囲によって
表される。又、輝度分布の両端にある山の輝度範囲は、
その山に隣接する谷の輝度から輝度分布の両端の輝度ま
での範囲である。このとき、図９（ｃ）のように、山Ａ
の輝度範囲ｅ１が閾値Ｔｂより大きく、山Ｃの輝度範囲
ｅ２が閾値Ｔｂより小さくなるとき、山Ｃは山と見なさ
れずに輝度分布から削除される。

【００７８】ＳＴＥＰ５又はＳＴＥＰ７からＳＴＥＰ８
に移行すると、計測された輝度分布に形成される谷につ
いてＳＴＥＰ３〜ＳＴＥＰ７の処理がなされたか否かが
判定される。このとき、全ての谷についてＳＴＥＰ３〜
ＳＴＥＰ７の処理がなされた場合（Ｙｅｓ）は、ＳＴＥ
Ｐ９に移行し、又、その処理がなされていない場合（Ｎ
ｏ）は、再度ＳＴＥＰ３に移行して上記の処理が行われ
る。

【００７９】ＳＴＥＰ９に移行すると、再度、山の数が
計測される。そして、この計測された山の数が、１つの
とき（Ｙｅｓ）はＳＴＥＰ１５に移行し、又、複数のと
き（Ｎｏ）はＳＴＥＰ１１に移行する（ＳＴＥＰ１
０）。ＳＴＥＰ１１では、山の数が２つか否かが判定さ
れ、山の数が２つのとき（Ｙｅｓ）ＳＴＥＰ１２に移行
し、又、山の数が３つ以上のとき（Ｎｏ）ＳＴＥＰ１４
に移行する。ＳＴＥＰ１２では、面積の大きい一方の山
の面積を他方の山の面積で割った面積比が、閾値Ｔｃ以
上か否かが判定され、この面積比が閾値Ｔｃ以上のとき
（Ｙｅｓ）ＳＴＥＰ１３に移行し面積の小さい山を輝度
分布から除き、又、面積比が閾値Ｔｃより小さいとき
（Ｎｏ）ＳＴＥＰ１５に移行する。

【００８０】そして、ＳＴＥＰ１３に移行すると、面積
の小さい山を輝度分布から除く。即ち、図１０のよう
に、ＳＴＥＰ９で山Ａ１，Ａ２が計測されると、それぞ
れの面積をＳ１、Ｓ２とし、その大きさをＳ１＜Ｓ２と
するとき、面積比（Ｓ２）／（Ｓ１）が閾値Ｔｃと比較
される（ＳＴＥＰ１２）。そして、面積比（Ｓ２）／
（Ｓ１）が閾値Ｔｃ以上となるとき、面積の小さい山Ａ
１が輝度分布より削除され、輝度分布が山Ａ２によって
形成されると見なされる。尚、山の面積は、その山の両
側の谷の間の度数を輝度で積分した値である。又、輝度
分布の両端にある山の面積は、その山に隣接する谷から
輝度分布の両端までの度数を輝度で積分した値である。

【００８１】ＳＴＥＰ１４では、測定された山のうちそ
の面積が最大となる山を中心にして、この山から最も離
れた山から順に、その山の面積を面積最大の山の面積で
割った面積比が閾値Ｔｄと比較される。このとき、この
面積比が閾値Ｔｄより小さくなる山は山と見なされず、
輝度分布から除かれる。そして、この面積最大の山から
低い輝度側及び高い輝度側の両方において、その面積比
が閾値Ｔｄより大きくなったとき、この処理を終了す
る。即ち、図１１のように、ＳＴＥＰ９で山Ｂ１〜Ｂ４
が計測され、山Ｂ１〜Ｂ４それぞれの面積がＳａ〜Ｓｄ
で、山Ｂ３の面積Ｓｃが最大となるとき、面積比（Ｓ
ａ）／（Ｓｃ）、（Ｓｄ）／（Ｓｃ）、（Ｓｂ）／（Ｓ
ｃ）が順番に閾値Ｔｄと比較される。尚、山Ｂ１，Ｂ
２，Ｂ４は、山Ｂ３に対して山Ｂ１，Ｂ４，Ｂ２の順に
離れた位置にあるものとする。

【００８２】このとき、面積比（Ｓａ）／（Ｓｃ）が閾
値Ｔｄより小さく、面積比（Ｓｄ）／（Ｓｃ）、（Ｓ
ｂ）／（Ｓｃ）が閾値Ｔｄより大きいものとすると、ま
ず、山Ｂ１の判定を行ったとき、その面積比が閾値Ｔｄ
より小さいため山と見なされず、輝度分布より削除され
る。次に、山Ｂ４の判定を行ったとき、その面積比が閾
値Ｔｄより大きくなるので、山Ｂ３よりも高い輝度側の
判定を終了する。そして、次に、山Ｂ２の判定を行った
とき、その面積比が閾値Ｔｄより大きくなるので、山Ｂ
３より低い輝度側の判定を終了する。このようにＳＴＥ
Ｐ１４の処理動作が終了すると、ＳＴＥＰ１５に移行す
る。

【００８３】このＳＴＥＰ１５では、輝度分布から削除
された山の面積を、輝度分布全体の面積の山から差し引
いて、この差し引かれた面積を実効面積とする。即ち、
ＳＴＥＰ２又はＳＴＥＰ１０で山が１つと計測されたと
きやＳＴＥＰ１２で２つの山の面積比が閾値Ｔｃより小
さくなるときは、輝度分布全体を実効面積とし、又、Ｓ
ＴＥＰ１３又はＳＴＥＰ１４からＳＴＥＰ１５に移行し
たときは、ＳＴＥＰ１３又はＳＴＥＰ１４で輝度分布よ
り除かれた山の面積を輝度分布全体の面積から差し引い
た面積を実効面積とする。

【００８４】そして、このように実効面積が求められる
と、この実効面積を形成する輝度分布から裾引きを形成
する部分を計測する。即ち、図１２のように、実効面積
を形成する輝度分布の最小の輝度から度数を輝度で積分
した値が実効面積のｘパーセントとなる輝度αと、実効
面積を形成する輝度分布の最大の輝度から度数を輝度で
積分した値が実効面積のｘパーセントとなる輝度βとが
求められる。そして、輝度αよりも輝度が低い部分ｓ１
と、輝度βよりも輝度が高い部分ｓ２とが裾引きを形成
する部分として計測される。

【００８５】そして、この計測された裾引きが輝度分布
から削除され、このようにして得られた輝度分布の輝度
範囲をこのとき得られた画像による被写体の輝度範囲と
する（ＳＴＥＰ１７）。即ち、図１２において、輝度α
〜輝度βの輝度範囲を被写体の輝度範囲とする。このよ
うに、図７のフローチャートにおける処理を行って得ら
れた輝度範囲が例えば２．５桁となるような点を、エリ
アセンサ３が対数変換動作を行うか線形変換動作を行う
かの切換点をとして設定する。尚、このように、輝度分
布の形状に応じて被写体の輝度範囲を決定することによ
り、様々な輝度分布を持つ被写体に対して適切に輝度範
囲を決めることができ、様々な被写体に対して良好な撮
像を行うことができる。

【００８６】ところで、まず、エリアセンサ３を対数変
換動作させるときは、高輝度の階調性が乏しくなるが、
幅広い輝度範囲の被写体の撮像が可能である。そのた
め、被写体が明るくその輝度範囲が３〜４桁程度と広い
ときに有効で、特に直射日光が被写体に当たっている
か、又は直射日光が被写体の背景に存在する場合に用い
ると、影になっている部分の描写も十分に行われるの
で、奥行きのある高品位の画像を撮像することが可能で
ある。

【００８７】次に、エリアセンサ３を線形変換動作させ
るときは、幅広い輝度範囲の被写体の撮像が不可能とな
るが、画像全体の階調性が豊かである。そのため、被写
体の輝度分布が２桁程度の狭い輝度範囲に偏ったときに
有効で、特に被写体が蛍光灯が点灯している部屋の中に
存在するか、又は曇天に被写体を撮像する場合に用いる
と、階調性豊かな高品位の画像を撮像することが可能で
ある。

【００８８】＜測定した輝度分布の輝度範囲が広いとき
＞まず、エリアセンサ３の奇数行に配された各画素によ
り１フィールドの画像データが出力されるとすると、エ
リアセンサ３の偶数行に配された各画素より輝度信号が
輝度分布計測部４に送出される。このとき、エリアセン
サ３の偶数行に配された各画素は対数変換動作を行って
いる。そして、輝度分布計測部４で計測された輝度分布
が切換判定回路５に与えられて、この輝度分布に基づい
て図７のフローチャートのような処理を行って得られた
被写体の輝度範囲が２．５桁以上あるとき、被写体の輝
度範囲が広いものと判定する。よって、切換判定回路５
によりエリアセンサ３を対数変換動作させるべきである
と判定する。この判定信号を受けた切換信号発生回路６
は、φＶPS（図３又は図６）をローレベルとする切換信
号を発生する。

【００８９】そして、この切換信号により、次のフィー
ルドの画像情報を出力するエリアセンサ３の偶数行に配
された各画素のトランジスタＴ１（図３又は図６）のソ
ース及びキャパシタＣ（図３又は図６）にかかる電圧が
ローレベルとなって、上記したように、トランジスタＴ
１，Ｔ２（図３又は図６）がサブスレッショルド領域で
動作するようにバイアスされる。このように対数変換動
作で動作するようにバイアスされたエリアセンサ３の偶
数行に配された各画素によって、次のフィールドの画像
データが出力されると同時に、エリアセンサ３の奇数行
に配された各画素によって、輝度信号が輝度分布計測部
４に送出される。このとき、エリアセンサ３の奇数行に
配された各画素は対数変換動作を行う。

【００９０】＜測定した輝度分布の輝度範囲が狭いとき
＞まず、エリアセンサ３の奇数行に配された各画素によ
り１フィールドの画像データが出力されるとすると、エ
リアセンサ３の偶数行に配された各画素より輝度信号が
輝度分布計測部４に送出される。このとき、エリアセン
サ３の偶数行に配された各画素は対数変換動作を行って
いる。そして、輝度分布計測部４で計測された輝度分布
が切換判定回路５に与えられて、この輝度分布に基づい
て図７のフローチャートのような処理を行って得られた
被写体の輝度範囲が２．５桁より小さいとき、被写体の
輝度範囲が狭いものと判定する。よって、切換判定回路
５によりエリアセンサ３を線形変換動作させるべきであ
ると判定する。この判定信号を受けた切換信号発生回路
６は、φＶPS（図３又は図６）をハイレベルとする切換
信号を発生する。

【００９１】次に、この切換信号により、次のフィール
ドの画像情報を出力するエリアセンサ３の偶数行に配さ
れた各画素のトランジスタＴ１（図３又は図６）のソー
スにかかる電圧がハイレベルとなって、上記したよう
に、トランジスタＴ１（図３又は図６）が実質的にＯＦ
Ｆ状態となる。このように線形変換動作で動作するよう
にバイアスされたエリアセンサ３の偶数行に配された各
画素によって、次のフィールドの画像データが出力され
ていると同時に、エリアセンサ３の奇数行に配された各
画素によって、輝度信号が輝度分布計測部４に送出され
る。このとき、エリアセンサ３の奇数行に配された各画
素は対数変換動作を行う。

【００９２】このように、エリアセンサ３の奇数行に配
された画素によってフィールドの画像データが出力され
ているとき、偶数行に配された画素が対数変換動作を行
うことによって出力された輝度信号から輝度分布を輝度
分布計測部４で計測する。そして、切換判定回路５でこ
の輝度分布より輝度範囲を求めて判定し、その判定した
結果、切換信号発生回路６よりエリアセンサ３に切換信
号を送出して、次のフィールドの画像データを出力する
偶数行に配された画素の動作状態を決定する。

【００９３】又、エリアセンサ３の偶数行に配された画
素によってフィールドの画像データが出力されていると
き、奇数行に配された画素が対数変換動作を行うことに
よって出力された輝度信号から輝度分布を輝度分布計測
部４で計測する。そして、切換判定回路５でこの輝度分
布より輝度範囲を求めて判定し、その判定した結果、切
換信号発生回路６よりエリアセンサ３に切換信号を送出
して、次のフィールドの画像データを出力する奇数行に
配された画素の動作状態を決定する。

【００９４】尚、本実施形態では、インターレース方式
で撮像を行う際に画像データを出力しない画素が対数変
換して得られる１フィールド分の画像データとなる輝度
信号よりエリアセンサの変換動作の切換判定を行ってい
るが、１秒に数回エリアセンサが対数変換することによ
って得られる輝度信号よりエリアセンサの変換動作の切
換判定を行うようにしても良い。即ち、エリアセンサが
撮像動作を行う際、数フレームを画像データとして出力
した後、次の１フレーム分の画像データを輝度信号とし
て出力し、この輝度信号に基づいてエリアセンサの変換
動作の切換判定を行う。このようにすることによって、
プログレッシブ方式で撮像を行う固体撮像装置でも、エ
リアセンサの変換動作の切換判定を行うことができる。

【００９５】又、エリアセンサの出力を画像データとし
て処理部に出力するとともに、常に輝度信号として輝度
分布計測部に与えようにしても良い。このとき、エリア
センサが対数変換動作を行っているとき、上述したよう
にエリアセンサの出力から輝度分布を計測した後、この
計測した輝度分布に基づいてエリアセンサの変換動作の
切換判定を行う。又、エリアセンサが線形変換動作を行
っているとき、同様にエリアセンサから輝度分布を計測
する。この計測された輝度分布に白トビや黒ツブレが生
じたとき、まず、エリアセンサの動作を対数変換動作に
切り換える。そして、この対数変換動作を行ったエリア
センサの出力から輝度分布を計測した後、この計測した
輝度分布に基づいてエリアセンサの変換動作の切換判定
を行う。

【００９６】又、本実施形態では、輝度信号を出力する
画素として、現在撮像しているフィールドの画像データ
を出力している画素以外の画素の全てを用いた固体撮像
装置に限定されるものではなく、その一部が輝度信号を
出力する画素として使用されるような固体撮像装置でも
良い。更に、数フレームを画像データとして取り込んだ
後、１フレーム分を輝度信号とする場合においても、１
フレーム分の画素の出力を全て用いるものでなく、その
一部を輝度信号として出力するようにしても構わない。

【００９７】又、本実施形態では、図２のような構成の
エリアセンサにおいて、図３のような回路構成の画素を
用いて説明したが、このような回路構成の画素以外に、
例えば、図１３又は図１４に示すような回路構成の画素
を用いてもかまわない。ここで、図１３の画素の構成に
ついて、以下に説明する。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。

【００９８】図１３に示す画素は、図３に示す画素のよ
うに、トランジスタＴ１のドレインとゲートを接続せず
に、ソースとゲートを接続するようにしている。まず、
光電流を対数変換して出力するときの画素の動作につい
て説明する。トランジスタＴ１のソース・ドレイン間の
電圧差を大きくして、ゲート・ソース間に発生する電圧
をスレッショルド電圧より小さくする。このようにする
ことによって、トランジスタＴ１がサブスレッショルド
領域で動作するようにバイアスされているときと同様の
状態とする。よって、フォトダイオードＰＤより発生す
る光電流を対数変換して出力することができる。

【００９９】次に、光電流を線形変換して出力するとき
の画素の動作について説明する。このときは、トランジ
スタＴ１のソースに印加する信号φＶPSを直流電圧ＶPD
より若干低い電位にすることによって、トランジスタＴ
１を実質的にカットオフ状態とする。よって、トランジ
スタＴ１のソース・ドレイン間に電流が流れない。その
後の動作については、図３に示す画素と同様である。

【０１００】次に、図１４の画素の構成について、以下
に説明する。尚、図１３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。

【０１０１】図１４に示す画素では、トランジスタＴ１
のゲートが直流電圧ＶRGを印加される。その他の回路構
成については、図１３に示す画素内の回路構成と同様で
ある。このような構成の画素を用いたとき、その動作は
本質的には図１３に示す画素と同様である。しかし、図
１３の画素と異なりトランジスタＴ１のゲート電圧を適
切な電圧に設定できるので、対数変換動作を行うとき
に、図１３の画素のように、φＶPSを十分に低い電圧と
する必要がなく、ある程度低い電圧とすることによっ
て、トランジスタＴ１をサブスレッショルド領域でバイ
アスしたときと同様の状態にすることができる。又、線
形変換動作を行うときは、図１３の画素と同様である。

【０１０２】又、本実施形態では、図４のような構成の
エリアセンサにおいて、図６のような回路構成の画素を
用いて説明したが、このような回路構成の画素以外に、
例えば、図１５、図１６又は図１７に示すような回路構
成の画素を用いてもかまわない。ここで、図１５の画素
の構成について、以下に説明する。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。

【０１０３】図１５に示す画素は、図６に示す画素のよ
うに、トランジスタＴ１のドレインとゲートを接続せず
に、ソースとゲートを接続するようにしている。まず、
光電流を対数変換して出力するときの画素の動作につい
て説明する。トランジスタＴ１のソース・ドレイン間の
電圧差を大きくして、ゲート・ソース間に発生する電圧
をスレッショルド電圧より小さくする。このようにする
ことによって、トランジスタＴ１がサブスレッショルド
領域で動作するようにバイアスされているときと同様の
状態とする。よって、フォトダイオードＰＤより発生す
る光電流を対数変換して出力することができる。

【０１０４】次に、光電流を線形変換して出力するとき
の画素の動作について説明する。このときは、トランジ
スタＴ１のソースに印加する信号φＶPSを直流電圧ＶPD
より若干低い電位にすることによって、トランジスタＴ
１を実質的にカットオフ状態とする。よって、トランジ
スタＴ１のソース・ドレイン間に電流が流れない。その
後の動作については、図６に示す画素と同様である。

【０１０５】次に、図１６の画素の構成について、以下
に説明する。尚、図１５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。

【０１０６】図１６に示す画素では、トランジスタＴ１
のゲートが直流電圧ＶRGを印加される。その他の回路構
成については、図１５に示す画素内の回路構成と同様で
ある。このような構成の画素を用いたとき、その動作は
本質的には図１５に示す画素と同様である。しかし、図
１５の画素と異なりトランジスタＴ１のゲート電圧を適
切な電圧に設定できるので、対数変換動作を行うとき
に、図１５の画素のように、φＶPSを十分に低い電圧と
する必要がなく、ある程度低い電圧とすることによっ
て、トランジスタＴ１をサブスレッショルド領域でバイ
アスしたときと同様の状態にすることができる。又、線
形変換動作を行うときは、図１５の画素と同様である。

【０１０７】図１７に示す画素では、フォトダイオード
ＰＤのアノードに直流電圧ＶPSが印加され、第１ＭＯＳ
トランジスタＴ１のドレインに信号φＶPDが与えられる
とともにそのソースが第２ＭＯＳトランジスタＴ２のゲ
ートに接続される。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、ソースに第４Ｍ
ＯＳトランジスタＴ４のドレインが接続される。ＭＯＳ
トランジスタＴ４は、ゲートに信号φＶが与えられると
ともに、ソースが信号線１１に接続される。又、ＭＯＳ
トランジスタＴ１のソースにフォトダイオードＰＤのカ
ソードが接続されるとともに、そのゲートには信号φＶ
PGが与えられる。

【０１０８】このような画素において、ＭＯＳトランジ
スタＴ１がサブスレッショルド領域で動作することがで
きるように、信号φＶPDと信号φＶPGの電圧を調整す
る。このようにして、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、フォトダイオードＰ
Ｄで発生した光電流に対数比例した電圧がＭＯＳトラン
ジスタＴ２のゲートに表れるため、画素から対数変換さ
れた出力信号が出力される。又、ＭＯＳトランジスタＴ
１をＯＦＦにすることによって、フォトダイオードＰＤ
で発生した光電流に線形的に比例した電圧がＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲートに表れるため、画素から線形変換
された出力信号が出力される。このとき、信号φＶPDを
ＭＯＳトランジスタＴ２を動作させるための電圧とし、
ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＮすることによって、ＭＯ
ＳトランジスタＴ２のゲート電圧をリセットすることが
できる。

【０１０９】更に、本発明で使用する画素は、１つの画
素で対数変換動作及び線形変換動作を行うことが可能で
あればよく、例えば、図３、図６、図１３、図１４、図
１５、又は図１６の画素のキャパシタを省略するような
回路構成の画素を用いてもかまわない。又、図１７の画
素に積分回路を設けたような回路構成の画素を用いても
構わない。又、対数変換動作及び線形変換動作が切換可
能な画素であれば、その回路構成はこれらの回路構成に
限定されるものではない。

【０１１０】又、エリアセンサについても、図２又は図
４のような構成のエリアセンサを用いて説明したが、こ
のような構成のエリアセンサに限定されるものでなく、
例えば、エリアセンサ内に設けられたＭＯＳトランジス
タがＰチャネルのＭＯＳトランジスタであるような他の
構成のエリアセンサでも良い。

【０１１１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
入射光に対し電気信号を対数変換するか線形変換するか
を、撮像を行うエリアセンサの出力に基づいて切り換え
るようにした。そのため、被写体の明るさの状態にかか
わらず常に良好な撮像を行うことが可能となり、例え
ば、明るい状況下にある被写体を撮像するときは、広い
輝度範囲を撮像できるようにエリアセンサに対数変換動
作を行わせ、又、暗い状況下にある被写体を撮像すると
きは、階調性良く撮像できるようにエリアセンサに線形
変換動作を行わせることができる。又、エリアセンサか
らの電気信号を用いてエリアセンサの動作状態を自動的
に切り換えるので、被写体の輝度などを測定するための
センサーを新たに設ける必要がなく、構成が簡単にな
る。

【０１１２】更に、被写体の輝度分布の形状によって、
電気信号を対数変換するか線形変換するかを、撮像を行
うエリアセンサの出力に基づいて切り換えるようにし
た。そのため、被写体の輝度範囲が広いが、その輝度分
布が明るい側又は暗い側に偏っているとき、エリアセン
サに線形変換動作を行わせて、絞りやシャッタースピー
ドを制御して階調性の豊かな画像を撮像することができ
る。

【０１１３】又、本願の他の発明によれば、入射光量に
応じた電気信号を発生する複数の画素と、電気信号をそ
れぞれ対数変換する対数変換手段と、対数変換手段の出
力信号から輝度に応じた度数を表す輝度分布を計測する
輝度分布計測手段とを備え、輝度分布計測手段で計測し
た輝度分布の形状に応じて、被写体の輝度範囲を決定す
るようにした。そのため、様々な輝度分布を持つ被写体
に対して適切に輝度範囲を決めることができ、様々な被
写体に対して良好な撮像を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像装置の内部構造を示すブロッ
ク図。

【図２】図１に示す固体撮像装置に用いられるエリアセ
ンサの内部構造の一例。

【図３】図２に示すエリアセンサ内に設けられた画素の
回路構成の一例。

【図４】図１に示す固体撮像装置に用いられるエリアセ
ンサの内部構造の一例。

【図５】図４の一部の回路図。

【図６】図４に示すエリアセンサ内に設けられた画素の
回路構成の一例。

【図７】切換判定回路における処理動作を示すフローチ
ャート。

【図８】輝度分布の一例を示す図。

【図９】輝度分布の一例を示す図。

【図１０】輝度分布の一例を示す図。

【図１１】輝度分布の一例を示す図。

【図１２】輝度分布の一例を示す図。

【図１３】図２に示すエリアセンサ内に設けられた画素
の回路構成の一例。

【図１４】図２に示すエリアセンサ内に設けられた画素
の回路構成の一例。

【図１５】図４に示すエリアセンサ内に設けられた画素
の回路構成の一例。

【図１６】図４に示すエリアセンサ内に設けられた画素
の回路構成の一例。

【図１７】図４に示すエリアセンサ内に設けられた画素
の回路構成の一例。

【図１８】ＬＯＧセンサの出力特性を示す図。

【符号の説明】

１固体撮像装置２対物レンズ３エリアセンサ４輝度分布計測部５切換判定回路６切換信号発生回路７垂直走査回路８水平走査回路９奇数行１０偶数行１１，１２出力信号線１３電源ライン１４，１５信号線１６接続切換部１７輝度信号線１８画像データ線１９直流電圧線２０ライン２１処理部２２ファインダーＧａ11〜Ｇａmn 画素Ｇｂ11〜Ｇｂmn 画素Ｔ１〜Ｔ６ＮチャネルのＭＯＳトランジスタＰＤフォトダイオードＣキャパシタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光量に応じた電気信号を発生する画
素を複数備えた固体撮像装置において、前記画素から得られる輝度信号に基づいて、その輝度に
応じた度数を表す輝度分布を計測する輝度分布計測手段
と、該輝度分布計測手段で計測した輝度分布の形状に応じ
て、前記画素の動作状態を、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
切り換える切換手段を備えることを特徴とする固体撮像
装置。
【請求項２】マトリクス状に配された画素に入射され
た光量に応じた電気信号を発生するエリアセンサを有す
る固体撮像装置において、前記画素から得られる輝度信号に基づいて、その輝度に
応じた度数を表す輝度分布を計測する輝度分布計測手段
と、該輝度分布計測手段で計測した輝度分布の形状に応じ
て、前記画素の動作状態を、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
切り換える切換手段を備えることを特徴とする固体撮像
装置。
【請求項３】前記輝度信号が、前記画素が前記電気信
号を対数的に変換する第２状態で動作したときの電気信
号であ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】前記切換手段において、前記輝度分布の度数の極大値となる輝度と前記輝度分布
の度数の極小値となる輝度とを測定し、前記極小値となる輝度の両側にある２つの前記極大値と
なる輝度のうち、その度数の低い方の前記極大値となる
輝度の度数で前記極小値となる輝度の度数を割った比
と、所定の値とを比較し、前記極小値となる輝度の度数と前記極大値となる度数と
の比が所定の値より大きいときは、前記極小値と該極小
値の両側の前記極大値の存在する部分には、度数の高い
方の前記極大値のみが存在するものとし、前記極小値となる輝度の度数と前記極大値となる度数と
の比が所定の値より小さいときは、前記極小値と該極小
値の両側の前記極大値の存在する部分には、前記極小値
と２つの前記極大値が存在するものとすることを特徴と
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】前記極大値と該極大値の両側にある前記
極小値とによって形成される部分の輝度範囲が所定の値
より狭いとき、該部分を前記輝度分布から削除した分布
を新たな輝度分布とすることを特徴とする請求項４に記
載の固体撮像装置。
【請求項６】前記極大値が２つ存在するとき、前記極小値の輝度から低い輝度に向かってその度数を積
分した輝度分布の第１面積と、前記極小値の輝度から高
い輝度に向かってその度数を積分した輝度分布の第２面
積と、を求め、前記第１面積と前記第２面積のうち大きい方の面積を他
方の面積で割った面積比が所定の値より大きいとき、前
記輝度分布の２つの部分のうち、小さい方の面積の値を
与える部分を前記輝度分布から削除した分布を新たな輝
度分布とすることを特徴とする請求項４又は請求項５に
記載の固体撮像装置。
【請求項７】前記極大値が３つ以上存在するとき、それぞれの前記極大値について、前記極大値と該極大値
の両側の前記極小値とで形成される部分におけるその度
数の積分値となる面積を求め、それぞれの前記極大値について求めた面積のうち最大と
なる最大面積を検出し、該最大面積を与える前記極大値によって、他の前記極大
値が与える面積を割った面積比を所定の値と比較し、その面積比が所定の値より小さくなるような面積を与え
る前記極大値と該極大値の両側の前記極小値で形成され
る部分を、前記輝度分布から削除した分布を新たな輝度
分布とすることを特徴とする請求項４〜請求項６のいず
れかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】前記切換手段において、前記輝度分布計
測手段で計測した輝度分布の形状に基づいて、輝度範囲
を決定し、決定された該輝度範囲に基づいて、前記画素の動作状態
を切り換えることを特徴とする請求項１〜請求項７に記
載の固体撮像装置。
【請求項９】前記切換手段がさらに、最低輝度から輝度の高い方へ向かって前記輝度分布を輝
度で積分したとき、前記輝度分布全体を輝度で積分した
値のａパーセント（但し、ａは０〜１００までの実数）
以上となるときの第１輝度と、最高輝度から輝度の低い
方へ向かって前記輝度分布を輝度で積分したとき、前記
輝度分布全体を輝度で積分した値のｂパーセント（但
し、ｂは０〜１００までの実数で、ａ＋ｂ≦１００であ
る）以上となるときの第２輝度とを検知し、前記第１輝度から前記第２輝度までの輝度範囲によって
前記画素の動作状態を切り換えることを特徴とする請求
項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】前記輝度範囲が狭いとき、前記画素の
動作状態を第１状態とし、前記輝度範囲が広いとき、前
記画素の動作状態を第２状態とすることを特徴とする請
求項８又は請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】前記切換手段が、２値の電圧信号とな
る切換信号を発生し、該切換信号によって、前記画素の動作状態が切り換えら
れることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか
に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】前記画素が、第１電極に直流電圧が印加された感光素子と、第１電極と第２電極と制御電極とを備え、第１電極及び
制御電極が前記感光素子の第２電極に接続され、前記感
光素子からの出力電流が流れ込むトランジスタと、を有
し、前記トランジスタの第１電極と第２電極の間の電位差を
変化させることによって、前記画素の動作を、第１状態
と第２状態とに切り換えることを特徴とする請求項１〜
請求項１１のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１３】前記画素が、第１電極に直流電圧が印加された感光素子と、第１電極と第２電極と制御電極とを備え、第１電極が前
記感光素子の第２電極に接続され、前記感光素子からの
出力電流が流れ込むとともに、第２電極と制御電極とが
接続されたトランジスタと、を有し、前記トランジスタの第１電極と第２電極の間の電位差を
変化させることによって、前記画素の動作を、第１状態
と第２状態とに切り換えることを特徴とする請求項１〜
請求項１１のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１４】前記画素が、第１電極に直流電圧が印加された感光素子と、第１電極と第２電極と制御電極とを備え、制御電極に直
流電圧が印加されるともに、第１電極が前記感光素子の
第２電極に接続され、前記感光素子からの出力電流が流
れ込むトランジスタと、を有し、前記トランジスタの第１電極と第２電極の間の電位差を
変化させることによって、前記画素の動作を、第１状態
と第２状態とに切り換えることを特徴とする請求項１〜
請求項１１のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１５】前記画素が、第２電極に固定電圧が印加された感光素子と、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、を有し、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、前記画素の動作を、前記第１状態
と前記第２状態とに切り替えることができることを特徴
とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の固体撮
像装置。
【請求項１６】入射光量に応じた電気信号を発生する
複数の画素と、前記電気信号をそれぞれ対数変換する対数変換手段と、前記対数変換手段の出力信号から輝度に応じた度数を表
す輝度分布を計測する輝度分布計測手段と、を備え、前記輝度分布計測手段で計測した輝度分布の形状に応じ
て、被写体の輝度範囲を決定することを特徴とする固体
撮像装置。