JP2001197370A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
- Publication number
- JP2001197370A JP2001197370A JP2000005780A JP2000005780A JP2001197370A JP 2001197370 A JP2001197370 A JP 2001197370A JP 2000005780 A JP2000005780 A JP 2000005780A JP 2000005780 A JP2000005780 A JP 2000005780A JP 2001197370 A JP2001197370 A JP 2001197370A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- luminance
- electrode
- pixel
- state
- luminance distribution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Studio Devices (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
>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。
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。
>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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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1】本発明の固体撮像装置の内部構造を示すブロッ
ク図。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
の回路構成の一例。
【図18】LOGセンサの出力特性を示す図。
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〜T6 N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 (16)
- 【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。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000005780A JP2001197370A (ja) | 2000-01-06 | 2000-01-06 | 固体撮像装置 |
US10/963,084 US8379126B2 (en) | 1999-06-24 | 2004-10-12 | Image-sensing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000005780A JP2001197370A (ja) | 2000-01-06 | 2000-01-06 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001197370A true JP2001197370A (ja) | 2001-07-19 |
Family
ID=18534403
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000005780A Pending JP2001197370A (ja) | 1999-06-24 | 2000-01-06 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001197370A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004088312A (ja) * | 2002-08-26 | 2004-03-18 | Minolta Co Ltd | 撮像装置 |
JP2006060292A (ja) * | 2004-08-17 | 2006-03-02 | Konica Minolta Holdings Inc | 撮像装置 |
JPWO2005083790A1 (ja) * | 2004-02-27 | 2007-11-29 | 須川 成利 | 固体撮像装置、ラインセンサ、光センサおよび固体撮像装置の動作方法 |
JP2008182209A (ja) * | 2006-12-27 | 2008-08-07 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置およびそれを用いた電子機器 |
JP2010193529A (ja) * | 2004-05-31 | 2010-09-02 | Konica Minolta Holdings Inc | 撮像装置 |
US8233059B2 (en) | 2004-05-31 | 2012-07-31 | Konica Minolta Holdings, Inc. | Image sensing apparatus |
-
2000
- 2000-01-06 JP JP2000005780A patent/JP2001197370A/ja active Pending
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004088312A (ja) * | 2002-08-26 | 2004-03-18 | Minolta Co Ltd | 撮像装置 |
JPWO2005083790A1 (ja) * | 2004-02-27 | 2007-11-29 | 須川 成利 | 固体撮像装置、ラインセンサ、光センサおよび固体撮像装置の動作方法 |
JP4502278B2 (ja) * | 2004-02-27 | 2010-07-14 | 国立大学法人東北大学 | 固体撮像装置、ラインセンサ、光センサおよび固体撮像装置の動作方法 |
US7820467B2 (en) | 2004-02-27 | 2010-10-26 | National University Corporation Tohoku University | Imaging device and method that cancels voltage signal noise based on pre-saturated charges and supersaturated charges |
US8120016B2 (en) | 2004-02-27 | 2012-02-21 | National University Corporation Tohoku University | Imaging device |
JP2010193529A (ja) * | 2004-05-31 | 2010-09-02 | Konica Minolta Holdings Inc | 撮像装置 |
US8233059B2 (en) | 2004-05-31 | 2012-07-31 | Konica Minolta Holdings, Inc. | Image sensing apparatus |
US8427575B2 (en) | 2004-05-31 | 2013-04-23 | Konica Minolta Holdings, Inc. | Image sensing apparatus with exposure controller |
JP2006060292A (ja) * | 2004-08-17 | 2006-03-02 | Konica Minolta Holdings Inc | 撮像装置 |
JP4725052B2 (ja) * | 2004-08-17 | 2011-07-13 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 撮像装置 |
JP2008182209A (ja) * | 2006-12-27 | 2008-08-07 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置およびそれを用いた電子機器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7586487B2 (en) | Solid state imaging apparatus and method for driving the same | |
US6130713A (en) | CMOS active pixel cell with self reset for improved dynamic range | |
US6018365A (en) | Imaging system and method for increasing the dynamic range of an array of active pixel sensor cells | |
US5485004A (en) | Photosensor device including means for designating a plurality of pixel blocks of any desired size | |
JP6573186B2 (ja) | 撮像装置及びそれを備えたカメラシステム | |
US8379126B2 (en) | Image-sensing apparatus | |
TWI461054B (zh) | 用於控制抗暈光時序以減少暗電流效應之方法及裝置 | |
US20070159546A1 (en) | Wide dynamic range active pixel with knee response | |
JP4770618B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
JP4013700B2 (ja) | 撮像装置 | |
US20090237538A1 (en) | Solid-state image pickup device | |
US20040141074A1 (en) | System and method for automatic exposure control and white balancing for CMOS sensors | |
JP2001168311A (ja) | 固体撮像装置 | |
JP2001197370A (ja) | 固体撮像装置 | |
JP2001103379A (ja) | 固体撮像装置 | |
US7486322B2 (en) | Light sensor circuit having source/drain voltage changing-over circuit to minimize afterglow | |
JP3948433B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
JP7155420B2 (ja) | 超高ダイナミックレンジcmosセンサ | |
JP4292628B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
JP2002223392A (ja) | 固体撮像装置 | |
JP2000253320A (ja) | 固体撮像装置 | |
US10623642B2 (en) | Image capturing apparatus and control method thereof with change, in exposure period for generating frame, of conversion efficiency | |
JP2001008110A (ja) | 固体撮像装置 | |
JP4345175B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
JP2001024953A (ja) | 固体撮像装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20050613 |