JP2001268442A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
- Publication number
- JP2001268442A JP2001268442A JP2000083202A JP2000083202A JP2001268442A JP 2001268442 A JP2001268442 A JP 2001268442A JP 2000083202 A JP2000083202 A JP 2000083202A JP 2000083202 A JP2000083202 A JP 2000083202A JP 2001268442 A JP2001268442 A JP 2001268442A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mos transistor
- electrode
- transistor
- signal
- voltage
- 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)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、このような点に鑑みなされたもので
あって、画素からの出力が大きく、高品質の撮像信号を
得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。 【解決手段】フォトトランジスタＰＴｒに光が入射され
たとき、そのベース・エミッタＰＮ接合によって、フォ
トトランジスタＰＴｒのベースに入射光量に応じた電流
が流れる。このベース電流が増幅されたエミッタ電流が
光電流として流れ、サブスレッショルド領域で動作を行
うＭＯＳトランジスタＴ１のソースに対数変換された電
圧が現れる。そして、この対数変換された電圧に応じた
電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現れるととも
に、ＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮにしたとき、この電
圧に応じた出力電流が、出力信号線に導出される。
あって、画素からの出力が大きく、高品質の撮像信号を
得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。 【解決手段】フォトトランジスタＰＴｒに光が入射され
たとき、そのベース・エミッタＰＮ接合によって、フォ
トトランジスタＰＴｒのベースに入射光量に応じた電流
が流れる。このベース電流が増幅されたエミッタ電流が
光電流として流れ、サブスレッショルド領域で動作を行
うＭＯＳトランジスタＴ１のソースに対数変換された電
圧が現れる。そして、この対数変換された電圧に応じた
電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現れるととも
に、ＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮにしたとき、この電
圧に応じた出力電流が、出力信号線に導出される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像装置に関す
るものであり、特に画素を二次元に配置した固体撮像装
置に関する。
るものであり、特に画素を二次元に配置した固体撮像装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】フォトダイオード等の光電変換素子（感
光素子）と、その光電変換素子で発生した光電荷を出力
信号線へ取り出す手段とを含む画素をマトリクス状（行
列状）に配してなる二次元固体撮像装置は種々の用途に
供されている。ところで、このような固体撮像装置は光
電変換素子で発生した光電荷を読み出す（取り出す）手
段によってＣＣＤ型とＭＯＳ型に大きく分けられる。Ｃ
ＣＤ型は光電荷をポテンシャルの井戸に蓄積しつつ、転
送するようになっており、ダイナミックレンジが狭いと
いう欠点がある。一方、ＭＯＳ型はフォトダイオードの
ｐｎ接合容量に蓄積した電荷をＭＯＳトランジスタを通
して直接読み出すようになっていた。
光素子）と、その光電変換素子で発生した光電荷を出力
信号線へ取り出す手段とを含む画素をマトリクス状（行
列状）に配してなる二次元固体撮像装置は種々の用途に
供されている。ところで、このような固体撮像装置は光
電変換素子で発生した光電荷を読み出す（取り出す）手
段によってＣＣＤ型とＭＯＳ型に大きく分けられる。Ｃ
ＣＤ型は光電荷をポテンシャルの井戸に蓄積しつつ、転
送するようになっており、ダイナミックレンジが狭いと
いう欠点がある。一方、ＭＯＳ型はフォトダイオードの
ｐｎ接合容量に蓄積した電荷をＭＯＳトランジスタを通
して直接読み出すようになっていた。
【０００３】ここで、従来のＭＯＳ型固体撮像装置の１
画素当りの構成を図１８に示し説明する。同図におい
て、ＰＤはフォトダイオードであり、そのカソードがＭ
ＯＳトランジスタＴ１のゲートとＭＯＳトランジスタＴ
２のソースに接続されている。ＭＯＳトランジスタＴ１
のソースはＭＯＳトランジスタＴ３のドレインに接続さ
れ、ＭＯＳトランジスタＴ３のソースは出力信号線Ｖou
tへ接続されている。またＭＯＳトランジスタＴ１のド
レイン及びＭＯＳトランジスタＴ２のドレインには直流
電圧ＶPDが印加され、フォトダイオードのアノードには
直流電圧ＶPSが印加されている。
画素当りの構成を図１８に示し説明する。同図におい
て、ＰＤはフォトダイオードであり、そのカソードがＭ
ＯＳトランジスタＴ１のゲートとＭＯＳトランジスタＴ
２のソースに接続されている。ＭＯＳトランジスタＴ１
のソースはＭＯＳトランジスタＴ３のドレインに接続さ
れ、ＭＯＳトランジスタＴ３のソースは出力信号線Ｖou
tへ接続されている。またＭＯＳトランジスタＴ１のド
レイン及びＭＯＳトランジスタＴ２のドレインには直流
電圧ＶPDが印加され、フォトダイオードのアノードには
直流電圧ＶPSが印加されている。
【０００４】フォトダイオードＰＤに光が入射すると、
光電荷が発生し、その電荷はＭＯＳトランジスタＴ１の
ゲートに蓄積される。ここで、ＭＯＳトランジスタＴ３
のゲートにパルス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタ
Ｔ３をＯＮすると、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲートの
電荷に比例した電流がＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ３を
通って出力信号線へ導出される。このようにして入射光
量に比例した出力電流を読み出すことができる。信号読
み出し後はＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにしてＭＯ
ＳトランジスタＴ２をＯＮすることでＭＯＳトランジス
タＴ１のゲート電圧を初期化させることができる。
光電荷が発生し、その電荷はＭＯＳトランジスタＴ１の
ゲートに蓄積される。ここで、ＭＯＳトランジスタＴ３
のゲートにパルス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタ
Ｔ３をＯＮすると、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲートの
電荷に比例した電流がＭＯＳトランジスタＴ１、Ｔ３を
通って出力信号線へ導出される。このようにして入射光
量に比例した出力電流を読み出すことができる。信号読
み出し後はＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにしてＭＯ
ＳトランジスタＴ２をＯＮすることでＭＯＳトランジス
タＴ１のゲート電圧を初期化させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のＭ
ＯＳ型の固体撮像装置は各画素においてフォトダイオー
ドで発生しＭＯＳトランジスタのゲートに蓄積された光
電荷をそのまま読み出すものであったからダイナミック
レンジが狭く、そのため露光量を精密に制御しなければ
ならず、しかも露光量を精密に制御しても暗い部分が黒
くつぶれたり、明るい部分が飽和したりしていた。又、
フォトダイオードによる光電変換における電気信号への
増幅率が小さいため、出力信号が小さいレベルとなるた
め、Ｓ／Ｎ比が悪く全体として高品質の撮像信号を得る
ことができないという欠点もある。
ＯＳ型の固体撮像装置は各画素においてフォトダイオー
ドで発生しＭＯＳトランジスタのゲートに蓄積された光
電荷をそのまま読み出すものであったからダイナミック
レンジが狭く、そのため露光量を精密に制御しなければ
ならず、しかも露光量を精密に制御しても暗い部分が黒
くつぶれたり、明るい部分が飽和したりしていた。又、
フォトダイオードによる光電変換における電気信号への
増幅率が小さいため、出力信号が小さいレベルとなるた
め、Ｓ／Ｎ比が悪く全体として高品質の撮像信号を得る
ことができないという欠点もある。
【０００６】本発明は、このような点に鑑みなされたも
のであって、画素からの出力が大きく、高品質の撮像信
号を得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。又、本発明の他の目的は、ダイナミックレン
ジの広い固体撮像装置を提供することにある。
のであって、画素からの出力が大きく、高品質の撮像信
号を得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。又、本発明の他の目的は、ダイナミックレン
ジの広い固体撮像装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の固体撮像装置は、入射した光量に
応じた電気信号を発生する感光素子を有する光電変換手
段と、該光電変換手段の出力信号を出力信号線へ導出す
る導出路とを備えた複数の画素を有する固体撮像装置に
おいて、前記光電変換手段が、制御電極がフローティン
グ状態にされるとともに、第２電極に直流電圧が印加さ
れ、制御電極に入射された光量によって発生した光電流
を増幅するフォトトランジスタと、第１電極と第２電極
と制御電極とを備え、前記フォトトランジスタの第１電
極に第２電極が接続され、前記フォトトランジスタから
の出力電流が流れ込む第１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トランジスタの制
御電極とは非接続で且つ前記第１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ト
ランジスタとから構成され、前記第１トランジスタをサ
ブスレッショルド領域で動作させることによって、前記
フォトトランジスタから流れる出力電流を自然対数的に
変換することを特徴とする。
に、請求項１に記載の固体撮像装置は、入射した光量に
応じた電気信号を発生する感光素子を有する光電変換手
段と、該光電変換手段の出力信号を出力信号線へ導出す
る導出路とを備えた複数の画素を有する固体撮像装置に
おいて、前記光電変換手段が、制御電極がフローティン
グ状態にされるとともに、第２電極に直流電圧が印加さ
れ、制御電極に入射された光量によって発生した光電流
を増幅するフォトトランジスタと、第１電極と第２電極
と制御電極とを備え、前記フォトトランジスタの第１電
極に第２電極が接続され、前記フォトトランジスタから
の出力電流が流れ込む第１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トランジスタの制
御電極とは非接続で且つ前記第１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ト
ランジスタとから構成され、前記第１トランジスタをサ
ブスレッショルド領域で動作させることによって、前記
フォトトランジスタから流れる出力電流を自然対数的に
変換することを特徴とする。
【０００８】このような構成の固体撮像装置によると、
フォトダイオードに比べて、その入射光量に対する増幅
率の大きいフォトトランジスタで増幅された電気信号
を、第１トランジスタで対数変換することで出力信号が
得られる。そのため、固体撮像装置のダイナミックレン
ジが広くなるとともに、その信号レベルの大きい出力信
号が得られる。
フォトダイオードに比べて、その入射光量に対する増幅
率の大きいフォトトランジスタで増幅された電気信号
を、第１トランジスタで対数変換することで出力信号が
得られる。そのため、固体撮像装置のダイナミックレン
ジが広くなるとともに、その信号レベルの大きい出力信
号が得られる。
【０００９】又、請求項２に記載の固体撮像装置は、入
射した光量に応じた電気信号を発生する感光素子を有す
る光電変換手段と、該光電変換手段の出力信号を出力信
号線へ導出する導出路とを備えた複数の画素を有する固
体撮像装置において、定電流源を有するとともに、前記
光電変換手段が、第２電極に直流電圧が印加され、制御
電極に入射された光量によって発生した光電流を増幅す
るフォトトランジスタと、第１電極と第２電極と制御電
極とを備え、前記フォトトランジスタの第１電極に第２
電極が接続され、前記フォトトランジスタからの出力電
流が流れ込む第１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トランジスタの制御電極と
は非接続で且つ前記第１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トランジス
タと、前記フォトトランジスタの制御電極と前記定電流
源との間に接続されるとともに、前記フォトトランジス
タの制御電極と前記定電流源との接続を電気的に接離す
る第１スイッチと、から構成され、撮像動作を行うとき
は、前記第１スイッチをＯＦＦにするとともに、前記第
１トランジスタをサブスレッショルド領域で動作させる
ことによって、前記フォトトランジスタから流れる出力
電流を自然対数的に変換し、又、前記光電変換手段の感
度のバラツキを検出するときは前記第１スイッチをＯＮ
にすることを特徴とする。
射した光量に応じた電気信号を発生する感光素子を有す
る光電変換手段と、該光電変換手段の出力信号を出力信
号線へ導出する導出路とを備えた複数の画素を有する固
体撮像装置において、定電流源を有するとともに、前記
光電変換手段が、第２電極に直流電圧が印加され、制御
電極に入射された光量によって発生した光電流を増幅す
るフォトトランジスタと、第１電極と第２電極と制御電
極とを備え、前記フォトトランジスタの第１電極に第２
電極が接続され、前記フォトトランジスタからの出力電
流が流れ込む第１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トランジスタの制御電極と
は非接続で且つ前記第１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トランジス
タと、前記フォトトランジスタの制御電極と前記定電流
源との間に接続されるとともに、前記フォトトランジス
タの制御電極と前記定電流源との接続を電気的に接離す
る第１スイッチと、から構成され、撮像動作を行うとき
は、前記第１スイッチをＯＦＦにするとともに、前記第
１トランジスタをサブスレッショルド領域で動作させる
ことによって、前記フォトトランジスタから流れる出力
電流を自然対数的に変換し、又、前記光電変換手段の感
度のバラツキを検出するときは前記第１スイッチをＯＮ
にすることを特徴とする。
【００１０】このような構成の固体撮像装置によると、
各画素に設けられたフォトトランジスタの制御電極に、
定電流源より十分大きな定電流を流すとともに、このと
きの出力信号を読み出すことによって、フォトトランジ
スタの増幅率の差異に起因する各画素の感度のバラツキ
を検出することができる。
各画素に設けられたフォトトランジスタの制御電極に、
定電流源より十分大きな定電流を流すとともに、このと
きの出力信号を読み出すことによって、フォトトランジ
スタの増幅率の差異に起因する各画素の感度のバラツキ
を検出することができる。
【００１１】又、上記固体撮像装置は、例えば、ビデオ
ムービーなどの撮像装置のように撮像動作とリセット動
作を繰り返し行うことで、動画を撮像する場合、光電変
換素子に光が入射された状態でも、定電流源に接続され
た第１スイッチをＯＮすることにより、フォトトランジ
スタを、光電変換素子への光入射に影響されにくい状態
とすることができ、各画素の感度バラツキを速やかに検
出することができる。従って、被写体の撮像時に各画素
毎の出力を補正するための補正データを獲得するため
に、従来のように一様光を照射する必要がなくなるとと
もに、一様光を照射したときに得られた補正データを記
録し続けておく必要もなくなる。
ムービーなどの撮像装置のように撮像動作とリセット動
作を繰り返し行うことで、動画を撮像する場合、光電変
換素子に光が入射された状態でも、定電流源に接続され
た第１スイッチをＯＮすることにより、フォトトランジ
スタを、光電変換素子への光入射に影響されにくい状態
とすることができ、各画素の感度バラツキを速やかに検
出することができる。従って、被写体の撮像時に各画素
毎の出力を補正するための補正データを獲得するため
に、従来のように一様光を照射する必要がなくなるとと
もに、一様光を照射したときに得られた補正データを記
録し続けておく必要もなくなる。
【００１２】更に、このような固体撮像装置において、
請求項３に記載するように、前記定電流源に印加される
直流電圧の電圧値が切り換え可能とすることで、前記第
１スイッチをＯＮにするとともに、前記フォトトランジ
スタに順バイアスとは異なるバイアスがかかるように前
記直流電圧の電圧値を切り換えることによって、前記フ
ォトトランジスタの増幅率を変更可能となる。よって、
被写体が明るく強い光が入射されるときは、増幅率を低
くするとともに、被写体が暗く弱い光が入射されるとき
は、増幅率を高くすることによって、効率の良い安定し
た信号が得られる。
請求項３に記載するように、前記定電流源に印加される
直流電圧の電圧値が切り換え可能とすることで、前記第
１スイッチをＯＮにするとともに、前記フォトトランジ
スタに順バイアスとは異なるバイアスがかかるように前
記直流電圧の電圧値を切り換えることによって、前記フ
ォトトランジスタの増幅率を変更可能となる。よって、
被写体が明るく強い光が入射されるときは、増幅率を低
くするとともに、被写体が暗く弱い光が入射されるとき
は、増幅率を高くすることによって、効率の良い安定し
た信号が得られる。
【００１３】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、前記光電変換手段が、前記第１トランジスタの第２
電極と前記第２トランジスタの制御電極との間に接続さ
れた第２スイッチを有し、前記固体撮像装置に設けられ
た前記各光電変換手段内の前記第２スイッチが、同一の
タイミングで動作することによって、同一時間に撮像し
た電気信号が前記各光電変換手段から出力されることを
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、前記光電変換手段が、前記第１トランジスタの第２
電極と前記第２トランジスタの制御電極との間に接続さ
れた第２スイッチを有し、前記固体撮像装置に設けられ
た前記各光電変換手段内の前記第２スイッチが、同一の
タイミングで動作することによって、同一時間に撮像し
た電気信号が前記各光電変換手段から出力されることを
特徴とする。
【００１４】このような構成の固体撮像装置によると、
前記第２スイッチを同一のタイミングでＯＮすることに
よって、同一時間の電気信号が前記第２トランジスタの
制御電極にサンプルホールドすることができる。このよ
うに同一時間の映像情報となる電気信号が得られるた
め、各画素毎に順次出力する動作を行って、その出力信
号をシリアルデータとして出力する場合であっても、こ
の出力信号の映像情報が同一時間における映像情報であ
るため、時間的な誤差をなくすことができる。
前記第２スイッチを同一のタイミングでＯＮすることに
よって、同一時間の電気信号が前記第２トランジスタの
制御電極にサンプルホールドすることができる。このよ
うに同一時間の映像情報となる電気信号が得られるた
め、各画素毎に順次出力する動作を行って、その出力信
号をシリアルデータとして出力する場合であっても、こ
の出力信号の映像情報が同一時間における映像情報であ
るため、時間的な誤差をなくすことができる。
【００１５】又、請求項５に記載の固体撮像装置は、請
求項１〜請求項４のいずれかに記載の固体撮像装置にお
いて、前記光電変換手段の動作状態を、前記電気信号を
線形的に変換する第１状態と、自然対数的に変換する第
２状態とに切り換え可能とし、前記第１トランジスタを
ＯＦＦにすることによって、前記光電変換手段が前記第
１状態で動作を行い、又、前記第１トランジスタをサブ
スレッショルド領域で動作させることによって、前記光
電変換手段が前記第２状態で動作を行うことを特徴とす
る。
求項１〜請求項４のいずれかに記載の固体撮像装置にお
いて、前記光電変換手段の動作状態を、前記電気信号を
線形的に変換する第１状態と、自然対数的に変換する第
２状態とに切り換え可能とし、前記第１トランジスタを
ＯＦＦにすることによって、前記光電変換手段が前記第
１状態で動作を行い、又、前記第１トランジスタをサブ
スレッショルド領域で動作させることによって、前記光
電変換手段が前記第２状態で動作を行うことを特徴とす
る。
【００１６】このような構成にすることで、被写体の輝
度状態及び撮像時の環境に応じて、ダイナミックレンジ
を変更することができる。例えば、フォトトランジスタ
で発生した光電荷をＭＯＳトランジスタを用いて変換す
る場合、このＭＯＳトランジスタを閾値以下のサブスレ
ッショルド領域で動作させると、対数変換状態（第２状
態）となり、ダイナミックレンジが大きくとれる。しか
しながら、低輝度で動く被写体を撮像すると、対数変換
動作では、残像が目立つようになる。
度状態及び撮像時の環境に応じて、ダイナミックレンジ
を変更することができる。例えば、フォトトランジスタ
で発生した光電荷をＭＯＳトランジスタを用いて変換す
る場合、このＭＯＳトランジスタを閾値以下のサブスレ
ッショルド領域で動作させると、対数変換状態（第２状
態）となり、ダイナミックレンジが大きくとれる。しか
しながら、低輝度で動く被写体を撮像すると、対数変換
動作では、残像が目立つようになる。
【００１７】それは、対数変換動作では、ＭＯＳトラン
ジスタがＯＮ状態となっていてフォトトランジスタの発
生する電気信号をリアルタイムで対数変換してＭＯＳト
ランジスタから出力するが、ＭＯＳトランジスタのゲー
ト側の電荷及びこのゲートに接続されたフォトトランジ
スタなどに蓄積された電荷が放電されず、前の情報が残
るからである。これは、輝度が低い場合に特に目立つ。
又、対数変換では、一般に変換出力が小さいので、Ｓ／
Ｎ比（信号／ノイズ比）が悪い。
ジスタがＯＮ状態となっていてフォトトランジスタの発
生する電気信号をリアルタイムで対数変換してＭＯＳト
ランジスタから出力するが、ＭＯＳトランジスタのゲー
ト側の電荷及びこのゲートに接続されたフォトトランジ
スタなどに蓄積された電荷が放電されず、前の情報が残
るからである。これは、輝度が低い場合に特に目立つ。
又、対数変換では、一般に変換出力が小さいので、Ｓ／
Ｎ比（信号／ノイズ比）が悪い。
【００１８】これに対して、ＭＯＳトランジスタをＯＦ
Ｆ状態にしている線形変換状態（第１状態）では、ダイ
ナミックレンジは狭いが、光電変換手段から出力される
信号は大きく得られるので、Ｓ／Ｎ比がよい。従って、
低輝度から高輝度の広い範囲にわたる被写体の撮像に
は、光電変換手段を第２状態（対数変換）に切り換えて
使用し、低輝度の被写体や、輝度範囲の狭い被写体の撮
像には、光電変換手段を第１状態（線形変換）に切り換
えて使用すると良い。
Ｆ状態にしている線形変換状態（第１状態）では、ダイ
ナミックレンジは狭いが、光電変換手段から出力される
信号は大きく得られるので、Ｓ／Ｎ比がよい。従って、
低輝度から高輝度の広い範囲にわたる被写体の撮像に
は、光電変換手段を第２状態（対数変換）に切り換えて
使用し、低輝度の被写体や、輝度範囲の狭い被写体の撮
像には、光電変換手段を第１状態（線形変換）に切り換
えて使用すると良い。
【００１９】又、請求項６に記載の固体撮像装置のよう
に、前記各画素が、前記光電変換手段の出力信号を増幅
する増幅用トランジスタを有し、該増幅用トランジスタ
の出力信号を前記導出路を介して前記出力信号線へ出力
するようになっていると、各画素からの信号が大きく安
定した状態で読み出される。
に、前記各画素が、前記光電変換手段の出力信号を増幅
する増幅用トランジスタを有し、該増幅用トランジスタ
の出力信号を前記導出路を介して前記出力信号線へ出力
するようになっていると、各画素からの信号が大きく安
定した状態で読み出される。
【００２０】更に、請求項７に記載するように、請求項
６に記載の固体撮像装置において、前記出力信号線に接
続されたその総数が全画素数より少ない負荷抵抗又は定
電流源を有するような固体撮像装置であっても良い。こ
の負荷抵抗又は定電流源を設けることによって、各画素
から出力される電流信号を電圧信号として読み出すこと
ができる。このような固体撮像装置において、請求項８
に記載するように、前記負荷抵抗又は定電流源は、前記
出力信号線に接続された第１電極と、直流電圧に接続さ
れた第２電極と、直流電圧に接続された制御電極とを有
するトランジスタであっても良い。
６に記載の固体撮像装置において、前記出力信号線に接
続されたその総数が全画素数より少ない負荷抵抗又は定
電流源を有するような固体撮像装置であっても良い。こ
の負荷抵抗又は定電流源を設けることによって、各画素
から出力される電流信号を電圧信号として読み出すこと
ができる。このような固体撮像装置において、請求項８
に記載するように、前記負荷抵抗又は定電流源は、前記
出力信号線に接続された第１電極と、直流電圧に接続さ
れた第２電極と、直流電圧に接続された制御電極とを有
するトランジスタであっても良い。
【００２１】更に、請求項１〜請求項８のいずれかに記
載の固体撮像装置において、請求項９に記載するよう
に、前記導出路に、全画素の中から所定のものを順次選
択し、選択された画素から増幅された信号を出力信号線
に導出するスイッチを設けることによって、各画素から
前記出力信号線に出力される信号を順次読み出してシリ
アルデータとして出力することができる。
載の固体撮像装置において、請求項９に記載するよう
に、前記導出路に、全画素の中から所定のものを順次選
択し、選択された画素から増幅された信号を出力信号線
に導出するスイッチを設けることによって、各画素から
前記出力信号線に出力される信号を順次読み出してシリ
アルデータとして出力することができる。
【００２２】請求項１０に記載の固体撮像装置は、請求
項１〜請求項９のいずれかに記載の固体撮像装置におい
て、前記複数の画素をマトリクス状に配してなる二次元
の固体撮像装置であることを特徴とする。
項１〜請求項９のいずれかに記載の固体撮像装置におい
て、前記複数の画素をマトリクス状に配してなる二次元
の固体撮像装置であることを特徴とする。
【００２３】請求項１１に記載の固体撮像装置は、画素
をマトリクス状に配してなる二次元の固体撮像装置にお
いて、各画素が、ベース電極がフローティング状態にさ
れるとともに、エミッタ電極に直流電圧が印加され、ベ
ース電極に入射された光量によって発生した光電流を増
幅するｎｐｎ型フォトトランジスタと、該フォトトラン
ジスタのコレクタ電極に第２電極が接続された第１ＭＯ
Ｓトランジスタと、該第１ＭＯＳトランジスタの第２電
極にゲート電極が接続された第２ＭＯＳトランジスタ
と、を有し、前記第１ＭＯＳトランジスタを閾値以下の
サブスレッショルド領域で動作させることで、前記フォ
トトランジスタから出力される電気信号を自然対数的に
変換して前記第２ＭＯＳトランジスタの第２電極から出
力させることを特徴とする。
をマトリクス状に配してなる二次元の固体撮像装置にお
いて、各画素が、ベース電極がフローティング状態にさ
れるとともに、エミッタ電極に直流電圧が印加され、ベ
ース電極に入射された光量によって発生した光電流を増
幅するｎｐｎ型フォトトランジスタと、該フォトトラン
ジスタのコレクタ電極に第２電極が接続された第１ＭＯ
Ｓトランジスタと、該第１ＭＯＳトランジスタの第２電
極にゲート電極が接続された第２ＭＯＳトランジスタ
と、を有し、前記第１ＭＯＳトランジスタを閾値以下の
サブスレッショルド領域で動作させることで、前記フォ
トトランジスタから出力される電気信号を自然対数的に
変換して前記第２ＭＯＳトランジスタの第２電極から出
力させることを特徴とする。
【００２４】請求項１２に記載の固体撮像装置は、画素
をマトリクス状に配してなる二次元の固体撮像装置にお
いて、各画素に定電流を供給する定電流源を有するとと
もに、各画素が、エミッタ電極に直流電圧が印加され、
ベース電極に入射された光量によって発生した光電流を
増幅するｎｐｎ型フォトトランジスタと、該フォトトラ
ンジスタのコレクタ電極に第２電極が接続された第１Ｍ
ＯＳトランジスタと、該第１ＭＯＳトランジスタの第２
電極にゲート電極が接続された第２ＭＯＳトランジスタ
と、前記定電流源に第１電極が接続されるとともに、前
記フォトトランジスタのベース電極に第２電極が接続さ
れた第３ＭＯＳトランジスタと、を有し、撮像動作を行
うときは、前記第３ＭＯＳトランジスタにＯＦＦとする
とともに、前記第１ＭＯＳトランジスタを閾値以下のサ
ブスレッショルド領域で動作させることで、前記フォト
トランジスタから出力される電気信号を自然対数的に変
換して前記第２ＭＯＳトランジスタの第２電極から出力
させ、前記画素の感度のバラツキを検出するときは前記
第３ＭＯＳトランジスタをＯＮにすることを特徴とす
る。
をマトリクス状に配してなる二次元の固体撮像装置にお
いて、各画素に定電流を供給する定電流源を有するとと
もに、各画素が、エミッタ電極に直流電圧が印加され、
ベース電極に入射された光量によって発生した光電流を
増幅するｎｐｎ型フォトトランジスタと、該フォトトラ
ンジスタのコレクタ電極に第２電極が接続された第１Ｍ
ＯＳトランジスタと、該第１ＭＯＳトランジスタの第２
電極にゲート電極が接続された第２ＭＯＳトランジスタ
と、前記定電流源に第１電極が接続されるとともに、前
記フォトトランジスタのベース電極に第２電極が接続さ
れた第３ＭＯＳトランジスタと、を有し、撮像動作を行
うときは、前記第３ＭＯＳトランジスタにＯＦＦとする
とともに、前記第１ＭＯＳトランジスタを閾値以下のサ
ブスレッショルド領域で動作させることで、前記フォト
トランジスタから出力される電気信号を自然対数的に変
換して前記第２ＭＯＳトランジスタの第２電極から出力
させ、前記画素の感度のバラツキを検出するときは前記
第３ＭＯＳトランジスタをＯＮにすることを特徴とす
る。
【００２５】請求項１１又は請求項１２に記載の固体撮
像装置において、請求項１３に記載するように、前記定
電流源に印加される直流電圧の電圧値が切り換え可能と
することで、前記第３ＭＯＳトランジスタをＯＮにする
とともに、前記フォトトランジスタに順バイアスとは異
なるバイアスがかかるように前記直流電圧の電圧値を切
り換えることによって、前記フォトトランジスタの増幅
率を変更可能としても構わない。
像装置において、請求項１３に記載するように、前記定
電流源に印加される直流電圧の電圧値が切り換え可能と
することで、前記第３ＭＯＳトランジスタをＯＮにする
とともに、前記フォトトランジスタに順バイアスとは異
なるバイアスがかかるように前記直流電圧の電圧値を切
り換えることによって、前記フォトトランジスタの増幅
率を変更可能としても構わない。
【００２６】又、請求項１４に記載するように、前記第
１ＭＯＳトランジスタをＯＦＦすることによって、前記
画素が前記光電流を線形的に変換する第１状態で動作を
行い、又、前記第１ＭＯＳトランジスタをＯＮにすると
ともに、前記第１ＭＯＳトランジスタをサブスレッショ
ルド領域で動作させることによって、前記画素が前記光
電流を対数的に変換する第２状態で動作を行うようにし
て、１つの画素でその光電変換動作を被写体の状況に応
じて切り換えることを可能とすることができる。
１ＭＯＳトランジスタをＯＦＦすることによって、前記
画素が前記光電流を線形的に変換する第１状態で動作を
行い、又、前記第１ＭＯＳトランジスタをＯＮにすると
ともに、前記第１ＭＯＳトランジスタをサブスレッショ
ルド領域で動作させることによって、前記画素が前記光
電流を対数的に変換する第２状態で動作を行うようにし
て、１つの画素でその光電変換動作を被写体の状況に応
じて切り換えることを可能とすることができる。
【００２７】又、請求項１５に記載するように、前記第
１ＭＯＳトランジスタの第２電極に第１電極が接続され
るとともに、前記フォトトランジスタのコレクタ電極に
第２電極が接続された第４ＭＯＳトランジスタを設ける
ことによって、第４ＭＯＳトランジスタをＯＦＦとする
ことによって、フォトトランジスタのベース電極をフロ
ーティング状態のままで、第１ＭＯＳトランジスタの閾
値電圧が原因となる第２状態における各画素の感度バラ
ツキの検出を行うことができる。
１ＭＯＳトランジスタの第２電極に第１電極が接続され
るとともに、前記フォトトランジスタのコレクタ電極に
第２電極が接続された第４ＭＯＳトランジスタを設ける
ことによって、第４ＭＯＳトランジスタをＯＦＦとする
ことによって、フォトトランジスタのベース電極をフロ
ーティング状態のままで、第１ＭＯＳトランジスタの閾
値電圧が原因となる第２状態における各画素の感度バラ
ツキの検出を行うことができる。
【００２８】請求項１１〜請求項１５に記載の固体撮像
装置前記画素において、請求項１５に記載するように、
前記第１ＭＯＳトランジスタの第２電極に第１電極が接
続されるとともに、前記第２ＭＯＳトランジスタのゲー
ト電極に第２電極が接続された第５ＭＯＳトランジスタ
を設けることで、前記固体撮像装置内に設けられた各画
素内の前記第５ＭＯＳトランジスタが、同一のタイミン
グで動作することによって、同一時間に撮像した電気信
号を前記各画素から出力できる。
装置前記画素において、請求項１５に記載するように、
前記第１ＭＯＳトランジスタの第２電極に第１電極が接
続されるとともに、前記第２ＭＯＳトランジスタのゲー
ト電極に第２電極が接続された第５ＭＯＳトランジスタ
を設けることで、前記固体撮像装置内に設けられた各画
素内の前記第５ＭＯＳトランジスタが、同一のタイミン
グで動作することによって、同一時間に撮像した電気信
号を前記各画素から出力できる。
【００２９】又、請求項１１〜請求項１６に記載する固
体撮像装置において、請求項１７に記載するように、前
記画素に、第１電極が前記第２ＭＯＳトランジスタの第
２電極に接続され、第２電極が出力信号線に接続され、
ゲート電極が行選択線に接続された第７ＭＯＳトランジ
スタを設けることで、この第７ＭＯＳトランジスタを行
選択用のスイッチとすることができる。
体撮像装置において、請求項１７に記載するように、前
記画素に、第１電極が前記第２ＭＯＳトランジスタの第
２電極に接続され、第２電極が出力信号線に接続され、
ゲート電極が行選択線に接続された第７ＭＯＳトランジ
スタを設けることで、この第７ＭＯＳトランジスタを行
選択用のスイッチとすることができる。
【００３０】請求項１８に記載の固体撮像装置は、請求
項１１〜請求項１７のいずれかに記載の固体撮像装置前
記画素に対し前記出力信号線を介して接続された負荷抵
抗又は定電流源を成すＭＯＳトランジスタを備えている
ことを特徴とする。
項１１〜請求項１７のいずれかに記載の固体撮像装置前
記画素に対し前記出力信号線を介して接続された負荷抵
抗又は定電流源を成すＭＯＳトランジスタを備えている
ことを特徴とする。
【００３１】又、請求項１９に記載の固体撮像装置は、
請求項１１〜請求項１８のいずれかに記載の固体撮像装
置において、前記ＭＯＳトランジスタが全てＮチャネル
のＭＯＳトランジスタであることを特徴とする。
請求項１１〜請求項１８のいずれかに記載の固体撮像装
置において、前記ＭＯＳトランジスタが全てＮチャネル
のＭＯＳトランジスタであることを特徴とする。
【００３２】又、請求項２０に記載の固体撮像装置は、
請求項１１〜請求項１９のいずれかに記載の固体撮像装
置において、前記第１ＭＯＳトランジスタのゲート電極
と前記第２ＭＯＳトランジスタのゲート電極とが非接続
であることを特徴とする。
請求項１１〜請求項１９のいずれかに記載の固体撮像装
置において、前記第１ＭＯＳトランジスタのゲート電極
と前記第２ＭＯＳトランジスタのゲート電極とが非接続
であることを特徴とする。
【００３３】
【発明の実施の形態】＜画素構成の第１例＞図１は本発
明の実施形態である二次元のＭＯＳ型固体撮像装置の一
部の構成を概略的に示している。同図において、Ｇ11〜
Ｇｍｎは行列配置（マトリクス配置）された画素を示し
ている。２は垂直走査回路であり、行（ライン）４−
１、４−２、・・・、４−ｎを順次走査していく。３は
水平走査回路であり、画素から出力信号線６−１、６−
２、・・・、６−ｍに導出された光電変換信号を画素ご
とに水平方向に順次読み出す。５は電源ラインである。
各画素に対し、上記ライン４−１、４−２・・・、４−
ｎや出力信号線６−１、６−２・・・、６−ｍ、電源ラ
イン５だけでなく、他のライン（例えば、クロックライ
ンやバイアス供給ライン等）も接続されるが、図１では
これらについて省略し、図３以降の各実施形態において
示している。
明の実施形態である二次元のＭＯＳ型固体撮像装置の一
部の構成を概略的に示している。同図において、Ｇ11〜
Ｇｍｎは行列配置（マトリクス配置）された画素を示し
ている。２は垂直走査回路であり、行（ライン）４−
１、４−２、・・・、４−ｎを順次走査していく。３は
水平走査回路であり、画素から出力信号線６−１、６−
２、・・・、６−ｍに導出された光電変換信号を画素ご
とに水平方向に順次読み出す。５は電源ラインである。
各画素に対し、上記ライン４−１、４−２・・・、４−
ｎや出力信号線６−１、６−２・・・、６−ｍ、電源ラ
イン５だけでなく、他のライン（例えば、クロックライ
ンやバイアス供給ライン等）も接続されるが、図１では
これらについて省略し、図３以降の各実施形態において
示している。
【００３４】出力信号線６−１、６−２、・・・、６−
ｍごとにＮチャネルのＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２が
図示の如く１組ずつ設けられている。出力信号線６−１
を例にとって説明すると、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲ
ートは直流電圧線１１に接続され、ドレインは出力信号
線６−１に接続され、ソースは直流電圧ＶPS’のライン
１２に接続されている。一方、ＭＯＳトランジスタＱ２
のドレインは出力信号線６−１に接続され、ソースは最
終的な信号線７に接続され、ゲートは水平走査回路３に
接続されている。
ｍごとにＮチャネルのＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２が
図示の如く１組ずつ設けられている。出力信号線６−１
を例にとって説明すると、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲ
ートは直流電圧線１１に接続され、ドレインは出力信号
線６−１に接続され、ソースは直流電圧ＶPS’のライン
１２に接続されている。一方、ＭＯＳトランジスタＱ２
のドレインは出力信号線６−１に接続され、ソースは最
終的な信号線７に接続され、ゲートは水平走査回路３に
接続されている。
【００３５】画素Ｇ11〜Ｇｍｎには、後述するように、
それらの画素で発生した光電荷に基づく信号を出力する
ＮチャネルのＭＯＳトランジスタＴ２が設けられてい
る。ＭＯＳトランジスタＴ２と上記ＭＯＳトランジスタ
Ｑ１との接続関係は図２（ａ）のようになる。ここで、
ＭＯＳトランジスタＱ１のソースに接続される直流電圧
ＶPS’と、ＭＯＳトランジスタＴ２のドレインに接続さ
れる直流電圧ＶPD’との関係はＶPD’＞ＶPS’であり、
直流電圧ＶPS’は例えばグランド電圧（接地）である。
この回路構成は上段のＭＯＳトランジスタＴ２のゲート
に信号が入力され、下段のＭＯＳトランジスタＱ１のゲ
ートには直流電圧ＤＣが常時印加される。このため下段
のＭＯＳトランジスタＱ１は抵抗又は定電流源と等価で
あり、図２（ａ）の回路はソースフォロワ型の増幅回路
となっている。この場合、ＭＯＳトランジスタＴ２から
増幅出力されるのは電流であると考えてよい。
それらの画素で発生した光電荷に基づく信号を出力する
ＮチャネルのＭＯＳトランジスタＴ２が設けられてい
る。ＭＯＳトランジスタＴ２と上記ＭＯＳトランジスタ
Ｑ１との接続関係は図２（ａ）のようになる。ここで、
ＭＯＳトランジスタＱ１のソースに接続される直流電圧
ＶPS’と、ＭＯＳトランジスタＴ２のドレインに接続さ
れる直流電圧ＶPD’との関係はＶPD’＞ＶPS’であり、
直流電圧ＶPS’は例えばグランド電圧（接地）である。
この回路構成は上段のＭＯＳトランジスタＴ２のゲート
に信号が入力され、下段のＭＯＳトランジスタＱ１のゲ
ートには直流電圧ＤＣが常時印加される。このため下段
のＭＯＳトランジスタＱ１は抵抗又は定電流源と等価で
あり、図２（ａ）の回路はソースフォロワ型の増幅回路
となっている。この場合、ＭＯＳトランジスタＴ２から
増幅出力されるのは電流であると考えてよい。
【００３６】ＭＯＳトランジスタＱ２は水平走査回路３
によって制御され、スイッチ素子として動作する。尚、
後述するように図３以降の各実施形態の画素内にはスイ
ッチ用のＮチャネルの第３ＭＯＳトランジスタＴ３も設
けられている。この第３ＭＯＳトランジスタＴ３も含め
て表わすと、図２（ａ）の回路は正確には図２（ｂ）の
ようになる。即ち、ＭＯＳトランジスタＴ３がＭＯＳト
ランジスタＱ１とＭＯＳトランジスタＴ２との間に挿入
されている。ここで、ＭＯＳトランジスタＴ３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。尚、図１および図２に示す構成は以下に
説明する第１の実施形態〜第４の実施形態に共通の構成
である。
によって制御され、スイッチ素子として動作する。尚、
後述するように図３以降の各実施形態の画素内にはスイ
ッチ用のＮチャネルの第３ＭＯＳトランジスタＴ３も設
けられている。この第３ＭＯＳトランジスタＴ３も含め
て表わすと、図２（ａ）の回路は正確には図２（ｂ）の
ようになる。即ち、ＭＯＳトランジスタＴ３がＭＯＳト
ランジスタＱ１とＭＯＳトランジスタＴ２との間に挿入
されている。ここで、ＭＯＳトランジスタＴ３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。尚、図１および図２に示す構成は以下に
説明する第１の実施形態〜第４の実施形態に共通の構成
である。
【００３７】図２のように構成することにより信号のゲ
インを大きく出力することができる。従って、画素がダ
イナミックレンジ拡大のために感光素子から発生する光
電流を自然対数的に変換しているような場合は、そのま
までは出力信号が小さいが、本増幅回路により充分大き
な信号に増幅されるため、後続の信号処理回路（図示せ
ず）での処理が容易になる。また、増幅回路の負荷抵抗
部分を構成するトランジスタＱ１を画素内に設けずに、
列方向に配置された複数の画素が接続される出力信号線
６−１、６−２、・・・、６−ｍごとに設けることによ
り、負荷抵抗又は定電流源の数を低減でき、半導体チッ
プ上で増幅回路が占める面積を少なくできる。
インを大きく出力することができる。従って、画素がダ
イナミックレンジ拡大のために感光素子から発生する光
電流を自然対数的に変換しているような場合は、そのま
までは出力信号が小さいが、本増幅回路により充分大き
な信号に増幅されるため、後続の信号処理回路（図示せ
ず）での処理が容易になる。また、増幅回路の負荷抵抗
部分を構成するトランジスタＱ１を画素内に設けずに、
列方向に配置された複数の画素が接続される出力信号線
６−１、６−２、・・・、６−ｍごとに設けることによ
り、負荷抵抗又は定電流源の数を低減でき、半導体チッ
プ上で増幅回路が占める面積を少なくできる。
【００３８】＜第１の実施形態＞図１に示した画素構成
の第１例の各画素に適用される第１の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図３は、本実施形態に使
用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路
図である。
の第１例の各画素に適用される第１の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図３は、本実施形態に使
用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路
図である。
【００３９】図３において、ｎｐｎ型フォトトランジス
タＰＴｒが感光部（光電変換部）を形成している。その
フォトトランジスタＰＴｒのコレクタは第１ＭＯＳトラ
ンジスタＴ１のソースと第２ＭＯＳトランジスタＴ２の
ゲートに接続されている。そして、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ２のソースに第３ＭＯＳトランジスタＴ３のドレイン
が接続され、このＭＯＳトランジスタＴ３のソースは出
力信号線６（この出力信号線６は図１の６−１、６−
２、・・・、６−ｍに対応する）へ接続されている。
尚、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ３は、ＮチャネルのＭ
ＯＳトランジスタでバックゲートが接地されている。
タＰＴｒが感光部（光電変換部）を形成している。その
フォトトランジスタＰＴｒのコレクタは第１ＭＯＳトラ
ンジスタＴ１のソースと第２ＭＯＳトランジスタＴ２の
ゲートに接続されている。そして、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ２のソースに第３ＭＯＳトランジスタＴ３のドレイン
が接続され、このＭＯＳトランジスタＴ３のソースは出
力信号線６（この出力信号線６は図１の６−１、６−
２、・・・、６−ｍに対応する）へ接続されている。
尚、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ３は、ＮチャネルのＭ
ＯＳトランジスタでバックゲートが接地されている。
【００４０】又、フォトトランジスタＰＴｒのエミッタ
には直流電圧ＶPSが印加されるようになっている。一
方、ＭＯＳトランジスタＴ１のドレインには信号φＶPD
が印加され、そして、ゲートに信号φＶPGが印加され
る。ＭＯＳトランジスタＴ２のドレインには直流電圧Ｖ
PDが印加される。又、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲート
には信号φＶが入力される。
には直流電圧ＶPSが印加されるようになっている。一
方、ＭＯＳトランジスタＴ１のドレインには信号φＶPD
が印加され、そして、ゲートに信号φＶPGが印加され
る。ＭＯＳトランジスタＴ２のドレインには直流電圧Ｖ
PDが印加される。又、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲート
には信号φＶが入力される。
【００４１】又、フォトトランジスタＰＴｒのベース
は、電圧が印加されないフローティング状態とする。こ
のフォトトランジスタＰＴｒは、ベース・エミッタ間の
ＰＮ接合に入射される光の光量に応じてベース電流が発
生し、このベース電流が増幅されたエミッタ電流を電気
信号（以下、「光電流」と呼ぶ）としてＭＯＳトランジ
スタＴ１のソースに与える。このフォトトランジスタＰ
Ｔｒは、ベース電流をその大きさが略１００倍となるエ
ミッタ電流に増幅するため、フォトダイオードに比べ
て、大きな光電流を得ることができる。
は、電圧が印加されないフローティング状態とする。こ
のフォトトランジスタＰＴｒは、ベース・エミッタ間の
ＰＮ接合に入射される光の光量に応じてベース電流が発
生し、このベース電流が増幅されたエミッタ電流を電気
信号（以下、「光電流」と呼ぶ）としてＭＯＳトランジ
スタＴ１のソースに与える。このフォトトランジスタＰ
Ｔｒは、ベース電流をその大きさが略１００倍となるエ
ミッタ電流に増幅するため、フォトダイオードに比べ
て、大きな光電流を得ることができる。
【００４２】この実施形態において、信号φＶPGの電圧
値を切り換えてＭＯＳトランジスタＴ１をＯＮ／ＯＦＦ
することにより、単一の画素において出力信号線６に導
出される出力信号をフォトトランジスタＰＴｒが入射光
に応じて出力する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、これらの各場合について説明する。尚、
信号φＶPDは２値の電圧信号であり、光電流に対して自
然対数的に変換する際にＭＯＳトランジスタＴ１をサブ
スレッショルド領域で動作させるために与える直流電圧
ＶPDと略等しい値となる電圧を「第１電圧」、又、光電
流に対して線形的に変換する際にＭＯＳトランジスタＴ
２の動作点となる電圧を「第２電圧」とする。
値を切り換えてＭＯＳトランジスタＴ１をＯＮ／ＯＦＦ
することにより、単一の画素において出力信号線６に導
出される出力信号をフォトトランジスタＰＴｒが入射光
に応じて出力する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、これらの各場合について説明する。尚、
信号φＶPDは２値の電圧信号であり、光電流に対して自
然対数的に変換する際にＭＯＳトランジスタＴ１をサブ
スレッショルド領域で動作させるために与える直流電圧
ＶPDと略等しい値となる電圧を「第１電圧」、又、光電
流に対して線形的に変換する際にＭＯＳトランジスタＴ
２の動作点となる電圧を「第２電圧」とする。
【００４３】（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φＶPDが第１電圧とされるとともに、そし
て、信号φＶPGが、ＭＯＳトランジスタＴ１がサブスレ
ッショルド領域で動作で動作するための電圧値とされ
る。このとき、フォトトランジスタＰＴｒに光が入射す
ると光電流が発生し、ＭＯＳトランジスタのサブスレッ
ショルド特性により、光電流を自然対数的に変換した値
の電圧がＭＯＳトランジスタＴ１のソース及びＭＯＳト
ランジスタＴ２のゲートに発生する。尚、このとき、フ
ォトトランジスタＰＴｒで発生した正孔により決定され
る電流がＭＯＳトランジスタＴ１のソースに流れ込むた
め、強い光が入射されるほどＭＯＳトランジスタＴ１の
ソース電圧が低くなる。
する場合 まず、信号φＶPDが第１電圧とされるとともに、そし
て、信号φＶPGが、ＭＯＳトランジスタＴ１がサブスレ
ッショルド領域で動作で動作するための電圧値とされ
る。このとき、フォトトランジスタＰＴｒに光が入射す
ると光電流が発生し、ＭＯＳトランジスタのサブスレッ
ショルド特性により、光電流を自然対数的に変換した値
の電圧がＭＯＳトランジスタＴ１のソース及びＭＯＳト
ランジスタＴ２のゲートに発生する。尚、このとき、フ
ォトトランジスタＰＴｒで発生した正孔により決定され
る電流がＭＯＳトランジスタＴ１のソースに流れ込むた
め、強い光が入射されるほどＭＯＳトランジスタＴ１の
ソース電圧が低くなる。
【００４４】このようにして光電流に対して自然対数的
に変化した電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現
れると、次に、信号φＶをハイレベルにしてＭＯＳトラ
ンジスタＴ３をＯＮにする。このとき、ＭＯＳトランジ
スタＴ２のゲート電圧が入射光量を対数変換した値に比
例した値となるため、前記光電流を自然対数的に変換し
た値となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を介
して出力信号線６に導出される。そして、ＭＯＳトラン
ジスタＴ２及びＭＯＳトランジスタＱ１（図２）の導通
時抵抗とそれらを流れる電流によって決まるＭＯＳトラ
ンジスタＱ１のドレイン電圧が、信号として出力信号線
６に現れる。このようにして入射光量の対数値に比例し
た信号を読み出すと、ＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦ
にして次の撮像動作に備える。
に変化した電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現
れると、次に、信号φＶをハイレベルにしてＭＯＳトラ
ンジスタＴ３をＯＮにする。このとき、ＭＯＳトランジ
スタＴ２のゲート電圧が入射光量を対数変換した値に比
例した値となるため、前記光電流を自然対数的に変換し
た値となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を介
して出力信号線６に導出される。そして、ＭＯＳトラン
ジスタＴ２及びＭＯＳトランジスタＱ１（図２）の導通
時抵抗とそれらを流れる電流によって決まるＭＯＳトラ
ンジスタＱ１のドレイン電圧が、信号として出力信号線
６に現れる。このようにして入射光量の対数値に比例し
た信号を読み出すと、ＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦ
にして次の撮像動作に備える。
【００４５】（２）光電流を線形的に変換して出力する
場合 このとき、信号φＶPDを第２電圧（ＭＯＳトランジスタ
Ｔ２が正しく動作するように回路構成が最適化されてい
れば、信号φＶPDの電圧を第１電圧とすることも可能で
ある）とする。又、信号φＶPGは、２値の電圧信号とし
て切り換えられ、ハイレベルのときＭＯＳトランジスタ
Ｔ１をＯＮするとともに、ローレベルのときＭＯＳトラ
ンジスタＴ１をＯＦＦする。このような信号φＶPD及び
信号φＶPGが与えられて線形変換動作を行う際におい
て、その撮像動作とリセット動作について以下に説明す
る。又、このとき、ＭＯＳトランジスタＴ１がリセット
用のトランジスタとして、ＭＯＳトランジスタＴ２が信
号増幅用のトランジスタとして、それぞれ働く構成とな
る。
場合 このとき、信号φＶPDを第２電圧（ＭＯＳトランジスタ
Ｔ２が正しく動作するように回路構成が最適化されてい
れば、信号φＶPDの電圧を第１電圧とすることも可能で
ある）とする。又、信号φＶPGは、２値の電圧信号とし
て切り換えられ、ハイレベルのときＭＯＳトランジスタ
Ｔ１をＯＮするとともに、ローレベルのときＭＯＳトラ
ンジスタＴ１をＯＦＦする。このような信号φＶPD及び
信号φＶPGが与えられて線形変換動作を行う際におい
て、その撮像動作とリセット動作について以下に説明す
る。又、このとき、ＭＯＳトランジスタＴ１がリセット
用のトランジスタとして、ＭＯＳトランジスタＴ２が信
号増幅用のトランジスタとして、それぞれ働く構成とな
る。
【００４６】（２−ａ）撮像動作 まず、信号φＶPGをハイレベルにして、ＭＯＳトランジ
スタＴ１を介してＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧
がリセットされた後、信号φＶPGをローレベルにして、
ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦにした状態にする。こ
のとき、フォトトランジスタＰＴｒに光電流が流れるこ
とによって、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧が変
化する。即ち、フォトトランジスタＰＴｒより正孔によ
り決定される電流がＴ２のゲートに与えられ、ＭＯＳト
ランジスタＴ２のゲート電圧が、光電流に対して線形的
に変化した値になる。尚、このとき、フォトトランジス
タＰＴｒで発生した正孔により決定される電流がＴ２の
ゲートに流れ込むため、強い光が入射されるほどＭＯＳ
トランジスタＴ２のゲート電圧が低くなる。
スタＴ１を介してＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧
がリセットされた後、信号φＶPGをローレベルにして、
ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦにした状態にする。こ
のとき、フォトトランジスタＰＴｒに光電流が流れるこ
とによって、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧が変
化する。即ち、フォトトランジスタＰＴｒより正孔によ
り決定される電流がＴ２のゲートに与えられ、ＭＯＳト
ランジスタＴ２のゲート電圧が、光電流に対して線形的
に変化した値になる。尚、このとき、フォトトランジス
タＰＴｒで発生した正孔により決定される電流がＴ２の
ゲートに流れ込むため、強い光が入射されるほどＭＯＳ
トランジスタＴ２のゲート電圧が低くなる。
【００４７】このようにして光電流に対して線形的に変
化した電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現れる
と、次に、信号φＶをハイレベルにしてＭＯＳトランジ
スタＴ３をＯＮにする。このとき、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ２のゲート電圧が入射光量を積分した値に比例した値
となるため、前記光電流を線形的に変換した値となる電
流が、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を介して出力信号
線６に導出される。このようにして入射光量の値に比例
した信号（出力電流）を読み出すと、ＭＯＳトランジス
タＴ３をＯＦＦにする。
化した電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現れる
と、次に、信号φＶをハイレベルにしてＭＯＳトランジ
スタＴ３をＯＮにする。このとき、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ２のゲート電圧が入射光量を積分した値に比例した値
となるため、前記光電流を線形的に変換した値となる電
流が、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を介して出力信号
線６に導出される。このようにして入射光量の値に比例
した信号（出力電流）を読み出すと、ＭＯＳトランジス
タＴ３をＯＦＦにする。
【００４８】（２−ｂ）リセット動作 各画素のリセット動作を行うときの、各信号のタイミン
グチャートを図４に示す。上記のように、パルス信号φ
ＶがＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えられて、出
力信号が読み出されると、まず、パルス信号φＶPGをハ
イレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ１をＯＮにする。
このとき、ＭＯＳトランジスタＴ１のドレインに印加さ
れる信号φＶPDは第２電圧であるため、この第２電圧に
相当する電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに印加
されて、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧がこの電
圧にリセットされる。このようにリセットされると、信
号φＶPGをローレベルとしてＭＯＳトランジスタＴ１を
ＯＦＦにする。
グチャートを図４に示す。上記のように、パルス信号φ
ＶがＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えられて、出
力信号が読み出されると、まず、パルス信号φＶPGをハ
イレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ１をＯＮにする。
このとき、ＭＯＳトランジスタＴ１のドレインに印加さ
れる信号φＶPDは第２電圧であるため、この第２電圧に
相当する電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに印加
されて、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧がこの電
圧にリセットされる。このようにリセットされると、信
号φＶPGをローレベルとしてＭＯＳトランジスタＴ１を
ＯＦＦにする。
【００４９】次に、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに
パルス信号φＶを与えて、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲ
ート電圧がリセットされた状態における出力電流を出力
信号線６に導出して、このときの信号を読み出す。この
信号は、ＭＯＳトランジスタＴ２の閾値などの特性に起
因する各画素の感度のバラツキを表す補正データとな
る。この補正データとなる出力信号が読み出されると、
ＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにして次の撮像動作に
備える。
パルス信号φＶを与えて、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲ
ート電圧がリセットされた状態における出力電流を出力
信号線６に導出して、このときの信号を読み出す。この
信号は、ＭＯＳトランジスタＴ２の閾値などの特性に起
因する各画素の感度のバラツキを表す補正データとな
る。この補正データとなる出力信号が読み出されると、
ＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにして次の撮像動作に
備える。
【００５０】＜第２の実施形態＞第２の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図５は、本実施形態に使
用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路
図である。尚、図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。
て、図面を参照して説明する。図５は、本実施形態に使
用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路
図である。尚、図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。
【００５１】図５に示すように、本実施形態では、ＭＯ
ＳトランジスタＴ１のソースとＭＯＳトランジスタＴ２
のゲートとの接続ノードにドレインが接続されるととも
に、フォトトランジスタＰＴｒのコレクタにソースが接
続された第４ＭＯＳトランジスタＴ４が新たに設けられ
た構成となっている。ＭＯＳトランジスタＴ４のゲート
には、信号φＳが入力される。その他の構成は第１の実
施形態（図３）と同一である。尚、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ４は、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ３と同様、Ｎチャ
ネルのＭＯＳトランジスタでバックゲートが接地されて
いる。
ＳトランジスタＴ１のソースとＭＯＳトランジスタＴ２
のゲートとの接続ノードにドレインが接続されるととも
に、フォトトランジスタＰＴｒのコレクタにソースが接
続された第４ＭＯＳトランジスタＴ４が新たに設けられ
た構成となっている。ＭＯＳトランジスタＴ４のゲート
には、信号φＳが入力される。その他の構成は第１の実
施形態（図３）と同一である。尚、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ４は、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ３と同様、Ｎチャ
ネルのＭＯＳトランジスタでバックゲートが接地されて
いる。
【００５２】又、信号φＶPDは３値の電圧信号で、対数
変換動作を行う際、光電流に対して自然対数的に変換す
る際にＭＯＳトランジスタＴ１をサブスレッショルド領
域で動作させるために与える直流電圧ＶPDと略等しい値
となる電圧を「第１電圧」、又、光電流に対して線形的
に変換する際にＭＯＳトランジスタＴ２の動作点となる
電圧を「第２電圧」とし、更に、光電流に対して自然対
数的に変換する際にＭＯＳトランジスタＴ１の閾値のバ
ラツキを検出するために直流電圧ＶPSに略等しい値とな
る電圧となる電圧を「第３電圧」とする。
変換動作を行う際、光電流に対して自然対数的に変換す
る際にＭＯＳトランジスタＴ１をサブスレッショルド領
域で動作させるために与える直流電圧ＶPDと略等しい値
となる電圧を「第１電圧」、又、光電流に対して線形的
に変換する際にＭＯＳトランジスタＴ２の動作点となる
電圧を「第２電圧」とし、更に、光電流に対して自然対
数的に変換する際にＭＯＳトランジスタＴ１の閾値のバ
ラツキを検出するために直流電圧ＶPSに略等しい値とな
る電圧となる電圧を「第３電圧」とする。
【００５３】（１）光電流を自然対数的に変換して出力
する場合 （１−ａ）撮像動作 信号φＶPDを第１電圧として、ＭＯＳトランジスタＴ１
をサブスレッショルド領域で動作させるとともに、ＭＯ
ＳトランジスタＴ４のゲートに与えられる信号φＳをハ
イレベルにし、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮの状態に
する。このとき、第１の実施形態と同様、フォトトラン
ジスタＰＴｒに光が入射すると光電流が発生し、ＭＯＳ
トランジスタのサブスレッショルド特性により、光電流
を自然対数的に変換した値の電圧がＭＯＳトランジスタ
Ｔ１のソース及びＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに発
生する。
する場合 （１−ａ）撮像動作 信号φＶPDを第１電圧として、ＭＯＳトランジスタＴ１
をサブスレッショルド領域で動作させるとともに、ＭＯ
ＳトランジスタＴ４のゲートに与えられる信号φＳをハ
イレベルにし、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮの状態に
する。このとき、第１の実施形態と同様、フォトトラン
ジスタＰＴｒに光が入射すると光電流が発生し、ＭＯＳ
トランジスタのサブスレッショルド特性により、光電流
を自然対数的に変換した値の電圧がＭＯＳトランジスタ
Ｔ１のソース及びＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに発
生する。
【００５４】次に、信号φＶをハイレベルにしてＭＯＳ
トランジスタＴ３をＯＮにする。このとき、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲート電圧が入射光量を対数変換した値
に比例した値となるため、前記光電流を自然対数的に変
換した値となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３
を介して出力信号線６に導出される。このようにして入
射光量の値に比例した信号を読み出すと、信号φＶをロ
ーレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにす
る。
トランジスタＴ３をＯＮにする。このとき、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲート電圧が入射光量を対数変換した値
に比例した値となるため、前記光電流を自然対数的に変
換した値となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３
を介して出力信号線６に導出される。このようにして入
射光量の値に比例した信号を読み出すと、信号φＶをロ
ーレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにす
る。
【００５５】（１−ｂ）感度のバラツキ検出 各画素の感度のバラツキを検出するときの、各信号のタ
イミングチャートを図６に示す。上記のように、パルス
信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えられ
て、出力信号が読み出されると、まず、信号φＳをロー
レベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＦＦにす
る。そして、信号φＶPDを第３電圧にして、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ１のドレイン・ソース間に負の電荷を蓄積さ
せる。
イミングチャートを図６に示す。上記のように、パルス
信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えられ
て、出力信号が読み出されると、まず、信号φＳをロー
レベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＦＦにす
る。そして、信号φＶPDを第３電圧にして、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ１のドレイン・ソース間に負の電荷を蓄積さ
せる。
【００５６】次に、信号φＶPDを第１電圧に戻すと、こ
の蓄積された負の電荷が信号φＶPDの信号線に流れ出し
て、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースに負の電荷が蓄積
された状態になる。この負の電荷の蓄積量は、ＭＯＳト
ランジスタＴ１のゲート・ソース間の閾値電圧によって
決まる。このように、ＭＯＳトランジスタＴ１のソース
に負の電荷が蓄積されると、ＭＯＳトランジスタＴ３の
ゲートにパルス信号φＶを与えて出力信号を読み出す。
の蓄積された負の電荷が信号φＶPDの信号線に流れ出し
て、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースに負の電荷が蓄積
された状態になる。この負の電荷の蓄積量は、ＭＯＳト
ランジスタＴ１のゲート・ソース間の閾値電圧によって
決まる。このように、ＭＯＳトランジスタＴ１のソース
に負の電荷が蓄積されると、ＭＯＳトランジスタＴ３の
ゲートにパルス信号φＶを与えて出力信号を読み出す。
【００５７】このとき、読み出された出力信号は、ＭＯ
ＳトランジスタＴ１の閾値電圧などの特性に起因する各
画素の感度のバラツキを表す補正データとなる。そし
て、最後に、撮像動作が行えるように、ＭＯＳトランジ
スタＴ３をＯＦＦにした後、信号φＳをハイレベルにし
てＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮにする。
ＳトランジスタＴ１の閾値電圧などの特性に起因する各
画素の感度のバラツキを表す補正データとなる。そし
て、最後に、撮像動作が行えるように、ＭＯＳトランジ
スタＴ３をＯＦＦにした後、信号φＳをハイレベルにし
てＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮにする。
【００５８】（２）光電流を線形的に変換して出力する
場合 このとき、第１の実施形態と同様に、信号φＶPDが第２
電圧とされる。又、信号φＶPGは、２値の電圧信号とし
て切り換えられ、ハイレベルのときＭＯＳトランジスタ
Ｔ１をＯＮするとともに、ローレベルのときＭＯＳトラ
ンジスタＴ１をＯＦＦする。又、信号φＳは常にハイレ
ベルで、信号φＳがゲートに与えられるＭＯＳトランジ
スタＴ４は常にＯＮの状態である。このようにすること
によって、ＭＯＳトランジスタＴ１がリセット用のトラ
ンジスタとして、ＭＯＳトランジスタＴ２が信号増幅用
のトランジスタとして、それぞれ働く構成となる。
場合 このとき、第１の実施形態と同様に、信号φＶPDが第２
電圧とされる。又、信号φＶPGは、２値の電圧信号とし
て切り換えられ、ハイレベルのときＭＯＳトランジスタ
Ｔ１をＯＮするとともに、ローレベルのときＭＯＳトラ
ンジスタＴ１をＯＦＦする。又、信号φＳは常にハイレ
ベルで、信号φＳがゲートに与えられるＭＯＳトランジ
スタＴ４は常にＯＮの状態である。このようにすること
によって、ＭＯＳトランジスタＴ１がリセット用のトラ
ンジスタとして、ＭＯＳトランジスタＴ２が信号増幅用
のトランジスタとして、それぞれ働く構成となる。
【００５９】（２−ａ）撮像動作 まず、信号φＶPGをハイレベルにして、ＭＯＳトランジ
スタＴ１を介してＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧
がリセットされた後、信号φＶPGをローレベルにして、
ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦにした状態にする。こ
のとき、フォトトランジスタＰＴｒに光電流が流れるこ
とによって、第１の実施形態と同様に、ＭＯＳトランジ
スタＴ２のゲート電圧が線形的に変化した値になる。
スタＴ１を介してＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧
がリセットされた後、信号φＶPGをローレベルにして、
ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦにした状態にする。こ
のとき、フォトトランジスタＰＴｒに光電流が流れるこ
とによって、第１の実施形態と同様に、ＭＯＳトランジ
スタＴ２のゲート電圧が線形的に変化した値になる。
【００６０】次に、信号φＶをハイレベルにしてＭＯＳ
トランジスタＴ３をＯＮにする。このとき、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲート電圧が入射光量を積分した値に比
例した値となるため、前記光電流を線形的に変換した値
となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を介して
出力信号線６に導出される。このようにして入射光量の
値に比例した信号を読み出すと、ＭＯＳトランジスタＴ
３をＯＦＦにする。
トランジスタＴ３をＯＮにする。このとき、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲート電圧が入射光量を積分した値に比
例した値となるため、前記光電流を線形的に変換した値
となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を介して
出力信号線６に導出される。このようにして入射光量の
値に比例した信号を読み出すと、ＭＯＳトランジスタＴ
３をＯＦＦにする。
【００６１】（２−ｂ）リセット動作 光電流を線形的に変換する際のリセット動作は、第１の
実施形態と同様、図４のタイミングチャートにおけるタ
イミングで各信号を与えることによって実現される。上
記のように、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ３
のゲートに与えられて、出力信号が読み出されると、ま
ず、パルス信号φＶPGをＭＯＳトランジスタＴ１に与え
て、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧をリセットす
る。次に、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信
号φＶを与えて、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧
がリセットされた状態における出力電流を出力信号線６
に導出して、このときの信号を読み出すことにより、感
度のバラツキを検出する。そして、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ３をＯＦＦにして次の撮像動作に備える。
実施形態と同様、図４のタイミングチャートにおけるタ
イミングで各信号を与えることによって実現される。上
記のように、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ３
のゲートに与えられて、出力信号が読み出されると、ま
ず、パルス信号φＶPGをＭＯＳトランジスタＴ１に与え
て、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧をリセットす
る。次に、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信
号φＶを与えて、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧
がリセットされた状態における出力電流を出力信号線６
に導出して、このときの信号を読み出すことにより、感
度のバラツキを検出する。そして、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ３をＯＦＦにして次の撮像動作に備える。
【００６２】＜第３の実施形態＞第３の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図７は、本実施形態に使
用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路
図である。尚、図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。
て、図面を参照して説明する。図７は、本実施形態に使
用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路
図である。尚、図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。
【００６３】図７に示すように、本実施形態では、ＭＯ
ＳトランジスタＴ１のソースにドレインが接続されると
ともに、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにソースが接
続された第５ＭＯＳトランジスタＴ５が新たに設けられ
た構成となっている。ＭＯＳトランジスタＴ５のゲート
には、信号φＳＷが入力される。その他の構成は第１の
実施形態（図３）と同一である。尚、ＭＯＳトランジス
タＴ５は、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ３と同様、Ｎチ
ャネルのＭＯＳトランジスタでバックゲートが接地され
ている。
ＳトランジスタＴ１のソースにドレインが接続されると
ともに、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにソースが接
続された第５ＭＯＳトランジスタＴ５が新たに設けられ
た構成となっている。ＭＯＳトランジスタＴ５のゲート
には、信号φＳＷが入力される。その他の構成は第１の
実施形態（図３）と同一である。尚、ＭＯＳトランジス
タＴ５は、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ３と同様、Ｎチ
ャネルのＭＯＳトランジスタでバックゲートが接地され
ている。
【００６４】この実施形態において、信号φＶPGの電圧
値を切り換えてＭＯＳトランジスタＴ１をＯＮ／ＯＦＦ
することにより、単一の画素において出力信号線６に導
出される出力信号をフォトトランジスタＰＴｒが入射光
に応じて出力する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、これらの各場合について説明する。尚、
信号φＶPDは２値の電圧信号であり、光電流に対して自
然対数的に変換する際にＭＯＳトランジスタＴ１をサブ
スレッショルド領域で動作させるために与える直流電圧
ＶPDと略等しい値となる電圧を「第１電圧」、又、光電
流に対して線形的に変換する際にＭＯＳトランジスタＴ
２の動作点となる電圧を「第２電圧」とする。
値を切り換えてＭＯＳトランジスタＴ１をＯＮ／ＯＦＦ
することにより、単一の画素において出力信号線６に導
出される出力信号をフォトトランジスタＰＴｒが入射光
に応じて出力する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、これらの各場合について説明する。尚、
信号φＶPDは２値の電圧信号であり、光電流に対して自
然対数的に変換する際にＭＯＳトランジスタＴ１をサブ
スレッショルド領域で動作させるために与える直流電圧
ＶPDと略等しい値となる電圧を「第１電圧」、又、光電
流に対して線形的に変換する際にＭＯＳトランジスタＴ
２の動作点となる電圧を「第２電圧」とする。
【００６５】（１）光電流を自然対数的に変換して出力
する場合 このような構成の回路において、信号φＶPDが第１電圧
とされるとともに、そして、信号φＶPGが、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ため
の電圧値とする。そして、まず、信号φＳＷをローレベ
ルにして、図１のような構成の固体撮像装置内の画素Ｇ
11〜Ｇmn（図１）に設けられたＭＯＳトランジスタＴ５
を全てＯＦＦの状態にする。
する場合 このような構成の回路において、信号φＶPDが第１電圧
とされるとともに、そして、信号φＶPGが、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ため
の電圧値とする。そして、まず、信号φＳＷをローレベ
ルにして、図１のような構成の固体撮像装置内の画素Ｇ
11〜Ｇmn（図１）に設けられたＭＯＳトランジスタＴ５
を全てＯＦＦの状態にする。
【００６６】このとき、フォトトランジスタＰＴｒは入
射される光の光量に応じた光電流を発生し、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ１のソース電圧はこの光電流を対数変換した
値に相当する電圧となる。次に、同一のタイミングで画
素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ５のゲートにパ
ルス信号φＳＷを与える。尚、ＭＯＳトランジスタＴ５
は、パルス信号φＳＷがハイレベルのときＯＮとなり、
このとき、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースに現れる光
電流を対数変換した値に相当する電圧がＭＯＳトランジ
スタＴ２のゲートにサンプルホールドされる。即ち、同
一時間に撮像した映像情報が、各画素の出力側の回路に
サンプルホールドされたことになる。このようにＭＯＳ
トランジスタＴ２のゲートにサンプルホールドされる
と、ＭＯＳトランジスタＴ５をＯＦＦする。
射される光の光量に応じた光電流を発生し、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ１のソース電圧はこの光電流を対数変換した
値に相当する電圧となる。次に、同一のタイミングで画
素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ５のゲートにパ
ルス信号φＳＷを与える。尚、ＭＯＳトランジスタＴ５
は、パルス信号φＳＷがハイレベルのときＯＮとなり、
このとき、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースに現れる光
電流を対数変換した値に相当する電圧がＭＯＳトランジ
スタＴ２のゲートにサンプルホールドされる。即ち、同
一時間に撮像した映像情報が、各画素の出力側の回路に
サンプルホールドされたことになる。このようにＭＯＳ
トランジスタＴ２のゲートにサンプルホールドされる
と、ＭＯＳトランジスタＴ５をＯＦＦする。
【００６７】そして、垂直走査回路２（図１）及び水平
走査回路３（図１）によって、画素Ｇ11〜Ｇmnに設けら
れたＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶ
が順次与えられて、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＮする
ことにより、光電流を対数変換した出力電流が出力信号
線６に出力される。このとき、各画素では、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ３がＯＮすることによって、ＭＯＳトランジ
スタＴ２のゲートにサンプルホールドされた光電流を対
数変換した電圧に比例したドレイン電流が、出力電流と
してＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を通して出力信号線
６に導出される。このようにして信号が読み出された
後、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＦＦになる。
走査回路３（図１）によって、画素Ｇ11〜Ｇmnに設けら
れたＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶ
が順次与えられて、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＮする
ことにより、光電流を対数変換した出力電流が出力信号
線６に出力される。このとき、各画素では、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ３がＯＮすることによって、ＭＯＳトランジ
スタＴ２のゲートにサンプルホールドされた光電流を対
数変換した電圧に比例したドレイン電流が、出力電流と
してＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を通して出力信号線
６に導出される。このようにして信号が読み出された
後、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＦＦになる。
【００６８】このように、本実施形態では、固体撮像装
置内の全ての画素が同一時間に撮像動作を行った後、垂
直走査回路や水平走査回路が各画素を操作することで、
各画素が順番にその撮像した際の映像情報を有する出力
信号を出力する。よって、固体撮像装置は、同一時間の
映像情報の出力信号をシリアルデータとして出力できる
ため、このようなシリアルデータとなる出力信号を再生
したとき、その映像情報に時間的な誤差が含まれること
がなくなる。
置内の全ての画素が同一時間に撮像動作を行った後、垂
直走査回路や水平走査回路が各画素を操作することで、
各画素が順番にその撮像した際の映像情報を有する出力
信号を出力する。よって、固体撮像装置は、同一時間の
映像情報の出力信号をシリアルデータとして出力できる
ため、このようなシリアルデータとなる出力信号を再生
したとき、その映像情報に時間的な誤差が含まれること
がなくなる。
【００６９】（２）光電流を線形的に変換して出力する
場合 このとき、信号φＶPDが第２電圧とされる。又、信号φ
ＶPGは、２値の電圧信号として切り換えられ、ハイレベ
ルのときＭＯＳトランジスタＴ１をＯＮするとともに、
ローレベルのときＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦす
る。このような信号φＶPD及び信号φＶPGが与えられて
線形変換動作を行う際において、その撮像動作とリセッ
ト動作について以下に説明する。又、このとき、ＭＯＳ
トランジスタＴ１がリセット用のトランジスタとして、
ＭＯＳトランジスタＴ２が信号増幅用のトランジスタと
して、それぞれ働く構成となる。
場合 このとき、信号φＶPDが第２電圧とされる。又、信号φ
ＶPGは、２値の電圧信号として切り換えられ、ハイレベ
ルのときＭＯＳトランジスタＴ１をＯＮするとともに、
ローレベルのときＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦす
る。このような信号φＶPD及び信号φＶPGが与えられて
線形変換動作を行う際において、その撮像動作とリセッ
ト動作について以下に説明する。又、このとき、ＭＯＳ
トランジスタＴ１がリセット用のトランジスタとして、
ＭＯＳトランジスタＴ２が信号増幅用のトランジスタと
して、それぞれ働く構成となる。
【００７０】（２−ａ）撮像動作 まず、信号φＶPGをハイレベルにして、ＭＯＳトランジ
スタＴ１を介してＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧
がリセットされた後、信号φＶPGをローレベルにして、
ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦにした状態にする。
又、信号φＳＷをローレベルにして、図１のような構成
の固体撮像装置内の画素Ｇ11〜Ｇmn（図１）に設けられ
たＭＯＳトランジスタＴ５を全てＯＦＦの状態にする。
スタＴ１を介してＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧
がリセットされた後、信号φＶPGをローレベルにして、
ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦにした状態にする。
又、信号φＳＷをローレベルにして、図１のような構成
の固体撮像装置内の画素Ｇ11〜Ｇmn（図１）に設けられ
たＭＯＳトランジスタＴ５を全てＯＦＦの状態にする。
【００７１】このとき、フォトトランジスタＰＴｒに光
電流が流れることによって、ＭＯＳトランジスタＴ５の
ドレイン電圧が変化する。即ち、フォトトランジスタＰ
Ｔｒより正孔により決定される電流がＴ５のドレインに
与えられ、ＭＯＳトランジスタＴ５のドレイン電圧が、
光電流に対して線形的に変化した値になる。尚、このと
き、フォトトランジスタＰＴｒで発生した正孔により決
定される電流がＴ５のドレインに流れ込むため、強い光
が入射されるほどＭＯＳトランジスタＴ５のドレイン電
圧が低くなる。
電流が流れることによって、ＭＯＳトランジスタＴ５の
ドレイン電圧が変化する。即ち、フォトトランジスタＰ
Ｔｒより正孔により決定される電流がＴ５のドレインに
与えられ、ＭＯＳトランジスタＴ５のドレイン電圧が、
光電流に対して線形的に変化した値になる。尚、このと
き、フォトトランジスタＰＴｒで発生した正孔により決
定される電流がＴ５のドレインに流れ込むため、強い光
が入射されるほどＭＯＳトランジスタＴ５のドレイン電
圧が低くなる。
【００７２】次に、同一のタイミングで画素Ｇ11〜Ｇmn
内のＭＯＳトランジスタＴ５のゲートにパルス信号φＳ
Ｗを与える。尚、ＭＯＳトランジスタＴ５は、パルス信
号φＳＷがハイレベルのときＯＮとなり、このとき、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ５のドレインに現れる光電流を線形
変換した値に相当する電圧がＭＯＳトランジスタＴ２の
ゲートにサンプルホールドされる。即ち、同一時間に撮
像した映像情報が、各画素の出力側の回路にサンプルホ
ールドされたことになる。このようにＭＯＳトランジス
タＴ２のゲートにサンプルホールドされると、ＭＯＳト
ランジスタＴ５がＯＦＦになる。
内のＭＯＳトランジスタＴ５のゲートにパルス信号φＳ
Ｗを与える。尚、ＭＯＳトランジスタＴ５は、パルス信
号φＳＷがハイレベルのときＯＮとなり、このとき、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ５のドレインに現れる光電流を線形
変換した値に相当する電圧がＭＯＳトランジスタＴ２の
ゲートにサンプルホールドされる。即ち、同一時間に撮
像した映像情報が、各画素の出力側の回路にサンプルホ
ールドされたことになる。このようにＭＯＳトランジス
タＴ２のゲートにサンプルホールドされると、ＭＯＳト
ランジスタＴ５がＯＦＦになる。
【００７３】そして、垂直走査回路２（図１）及び水平
走査回路３（図１）によって、画素Ｇ11〜Ｇmnに設けら
れたＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶ
が順次与えられて、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＮする
ことにより、光電流を線形変換した出力電流が出力信号
線６に出力される。このとき、各画素では、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ３がＯＮすることによって、ＭＯＳトランジ
スタＴ２のゲートにサンプルホールドされた光電流を線
形変換した電圧に比例したドレイン電流が、出力電流と
してＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を通して出力信号線
６に導出される。このようにして信号が読み出された
後、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＦＦになる。
走査回路３（図１）によって、画素Ｇ11〜Ｇmnに設けら
れたＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶ
が順次与えられて、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＮする
ことにより、光電流を線形変換した出力電流が出力信号
線６に出力される。このとき、各画素では、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ３がＯＮすることによって、ＭＯＳトランジ
スタＴ２のゲートにサンプルホールドされた光電流を線
形変換した電圧に比例したドレイン電流が、出力電流と
してＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を通して出力信号線
６に導出される。このようにして信号が読み出された
後、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＦＦになる。
【００７４】（２−ｂ）リセット動作 各画素のリセット動作を行うときの、各信号のタイミン
グチャートを図８に示す。上記のように、パルス信号φ
ＳＷが画素Ｇ11〜ＧmnのＭＯＳトランジスタＴ５のゲー
トに同時に与えられて１フレーム分の映像情報がサンプ
ルホールドされた後、パルス信号φＶが画素Ｇ11〜Ｇmn
内のＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに順次与えられて
出力信号が読み出されると、まず、信号φＶPGをハイレ
ベルにして画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ１
をＯＮにする。尚、図８は、１つの画素におけるリセッ
ト動作を示したタイミングチャートであり、全画素に関
しては、信号φＳＷがローレベルになってから信号φＶ
PGがハイレベルとなる間に、画素Ｇ11〜ＧmnのＭＯＳト
ランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶが順次与えら
れる。
グチャートを図８に示す。上記のように、パルス信号φ
ＳＷが画素Ｇ11〜ＧmnのＭＯＳトランジスタＴ５のゲー
トに同時に与えられて１フレーム分の映像情報がサンプ
ルホールドされた後、パルス信号φＶが画素Ｇ11〜Ｇmn
内のＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに順次与えられて
出力信号が読み出されると、まず、信号φＶPGをハイレ
ベルにして画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ１
をＯＮにする。尚、図８は、１つの画素におけるリセッ
ト動作を示したタイミングチャートであり、全画素に関
しては、信号φＳＷがローレベルになってから信号φＶ
PGがハイレベルとなる間に、画素Ｇ11〜ＧmnのＭＯＳト
ランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶが順次与えら
れる。
【００７５】このとき、ＭＯＳトランジスタＴ１のドレ
インに印加される信号φＶPDは第２電圧であるため、こ
の第２電圧に相当する電圧がＭＯＳトランジスタＴ５の
ドレインに印加されて、ＭＯＳトランジスタＴ５のドレ
イン電圧がこの電圧にリセットされる。このようにリセ
ットされると、同一のタイミングで画素Ｇ11〜Ｇmn内の
ＭＯＳトランジスタＴ５のゲートにパルス信号φＳＷを
与えて、このリセット電圧をＭＯＳトランジスタＴ２の
ゲートにサンプルホールドする。
インに印加される信号φＶPDは第２電圧であるため、こ
の第２電圧に相当する電圧がＭＯＳトランジスタＴ５の
ドレインに印加されて、ＭＯＳトランジスタＴ５のドレ
イン電圧がこの電圧にリセットされる。このようにリセ
ットされると、同一のタイミングで画素Ｇ11〜Ｇmn内の
ＭＯＳトランジスタＴ５のゲートにパルス信号φＳＷを
与えて、このリセット電圧をＭＯＳトランジスタＴ２の
ゲートにサンプルホールドする。
【００７６】このように画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲートにリセット電圧がサンプルホール
ドされると、次に、信号φＶPGがローレベルにされた
後、画素Ｇ11〜Ｇmnに設けられたＭＯＳトランジスタＴ
３のゲートにパルス信号φＶが順次与えられて、ＭＯＳ
トランジスタＴ３がＯＮすることにより、各画素毎にＭ
ＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧がリセットされた状
態における出力電流が出力信号線６に導出されて、シリ
アルデータとして出力される。この補正データとなる出
力信号が読み出されると、ＭＯＳトランジスタＴ３をＯ
ＦＦにする。尚、このときＭＯＳトランジスタＴ３に与
えられるパルス信号φＶは、信号φＶPGがローレベルに
なってから信号φＳＷがハイレベルになる間、画素Ｇ11
〜Ｇmnに順次与えられる。
ンジスタＴ２のゲートにリセット電圧がサンプルホール
ドされると、次に、信号φＶPGがローレベルにされた
後、画素Ｇ11〜Ｇmnに設けられたＭＯＳトランジスタＴ
３のゲートにパルス信号φＶが順次与えられて、ＭＯＳ
トランジスタＴ３がＯＮすることにより、各画素毎にＭ
ＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧がリセットされた状
態における出力電流が出力信号線６に導出されて、シリ
アルデータとして出力される。この補正データとなる出
力信号が読み出されると、ＭＯＳトランジスタＴ３をＯ
ＦＦにする。尚、このときＭＯＳトランジスタＴ３に与
えられるパルス信号φＶは、信号φＶPGがローレベルに
なってから信号φＳＷがハイレベルになる間、画素Ｇ11
〜Ｇmnに順次与えられる。
【００７７】尚、本実施形態において、撮像時及び感度
バラツキの検出時のそれぞれの場合において画素Ｇ11〜
Ｇmnより読み出された出力信号は、画像データ及び補正
データとして、少なくとも一方のデータを全て記憶する
ことが可能なメモリなどに記憶しておくと良い。例え
ば、画素毎の補正データをこのようなメモリに記憶して
おく。そして、画像データをメモリに記憶された補正デ
ータで補正することによって、画像データから画素毎の
バラツキを取り除くことができる。
バラツキの検出時のそれぞれの場合において画素Ｇ11〜
Ｇmnより読み出された出力信号は、画像データ及び補正
データとして、少なくとも一方のデータを全て記憶する
ことが可能なメモリなどに記憶しておくと良い。例え
ば、画素毎の補正データをこのようなメモリに記憶して
おく。そして、画像データをメモリに記憶された補正デ
ータで補正することによって、画像データから画素毎の
バラツキを取り除くことができる。
【００７８】＜第４の実施形態＞第４の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図９は、本実施形態に使
用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路
図である。尚、図７に示す画素と同様の目的で使用され
る素子及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳
細な説明は省略する。
て、図面を参照して説明する。図９は、本実施形態に使
用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路
図である。尚、図７に示す画素と同様の目的で使用され
る素子及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳
細な説明は省略する。
【００７９】図９に示すように、本実施形態では、第２
の実施形態（図５）のように、ＭＯＳトランジスタＴ１
のソースにドレインが接続されるとともに、フォトトラ
ンジスタＰＴｒのコレクタにソースが接続された第４Ｍ
ＯＳトランジスタＴ４が新たに設けられた構成となって
いる。ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートには、信号φＳ
が入力される。その他の構成は第３の実施形態（図７）
と同一である。
の実施形態（図５）のように、ＭＯＳトランジスタＴ１
のソースにドレインが接続されるとともに、フォトトラ
ンジスタＰＴｒのコレクタにソースが接続された第４Ｍ
ＯＳトランジスタＴ４が新たに設けられた構成となって
いる。ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートには、信号φＳ
が入力される。その他の構成は第３の実施形態（図７）
と同一である。
【００８０】又、第２の実施形態と同様、信号φＶPDは
３値の電圧信号で、対数変換動作を行う際、光電流に対
して自然対数的に変換する際にＭＯＳトランジスタＴ１
をサブスレッショルド領域で動作させるために与える直
流電圧ＶPDと略等しい値となる電圧を「第１電圧」、
又、光電流に対して線形的に変換する際にＭＯＳトラン
ジスタＴ２の動作点となる電圧を「第２電圧」とし、更
に、光電流に対して自然対数的に変換する際にＭＯＳト
ランジスタＴ１の閾値のバラツキを検出するために直流
電圧ＶPSに略等しい値となる電圧を「第３電圧」とす
る。
３値の電圧信号で、対数変換動作を行う際、光電流に対
して自然対数的に変換する際にＭＯＳトランジスタＴ１
をサブスレッショルド領域で動作させるために与える直
流電圧ＶPDと略等しい値となる電圧を「第１電圧」、
又、光電流に対して線形的に変換する際にＭＯＳトラン
ジスタＴ２の動作点となる電圧を「第２電圧」とし、更
に、光電流に対して自然対数的に変換する際にＭＯＳト
ランジスタＴ１の閾値のバラツキを検出するために直流
電圧ＶPSに略等しい値となる電圧を「第３電圧」とす
る。
【００８１】（１）光電流を自然対数的に変換して出力
する場合 （１−ａ）撮像動作 信号φＶPDを第１電圧として、ＭＯＳトランジスタＴ１
をサブスレッショルド領域で動作させるとともに、ＭＯ
ＳトランジスタＴ４のゲートに与えられる信号φＳをハ
イレベルにし、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮの状態に
する。このとき、第３の実施形態と同様、まず、画素Ｇ
11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ５がＯＦＦの間、フ
ォトトランジスタＰＴｒは入射される光の光量に応じた
光電流を発生し、ＭＯＳトランジスタＴ１のソース電圧
はこの光電流を対数変換した値に相当する電圧となる。
次に、同一のタイミングで画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳト
ランジスタＴ５のゲートにパルス信号φＳＷを与えて、
光電流を対数変換した値に相当する電圧がＭＯＳトラン
ジスタＴ２のゲートにサンプルホールドされる。そし
て、画素Ｇ11〜Ｇmnにパルス信号φＶが順次与えられ
て、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＮすることにより、光
電流を対数変換した出力電流が出力信号線６に出力され
る。このようにして信号が読み出された後、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ３がＯＦＦになる。
する場合 （１−ａ）撮像動作 信号φＶPDを第１電圧として、ＭＯＳトランジスタＴ１
をサブスレッショルド領域で動作させるとともに、ＭＯ
ＳトランジスタＴ４のゲートに与えられる信号φＳをハ
イレベルにし、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮの状態に
する。このとき、第３の実施形態と同様、まず、画素Ｇ
11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ５がＯＦＦの間、フ
ォトトランジスタＰＴｒは入射される光の光量に応じた
光電流を発生し、ＭＯＳトランジスタＴ１のソース電圧
はこの光電流を対数変換した値に相当する電圧となる。
次に、同一のタイミングで画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳト
ランジスタＴ５のゲートにパルス信号φＳＷを与えて、
光電流を対数変換した値に相当する電圧がＭＯＳトラン
ジスタＴ２のゲートにサンプルホールドされる。そし
て、画素Ｇ11〜Ｇmnにパルス信号φＶが順次与えられ
て、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＮすることにより、光
電流を対数変換した出力電流が出力信号線６に出力され
る。このようにして信号が読み出された後、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ３がＯＦＦになる。
【００８２】（１−ｂ）感度のバラツキ検出 各画素の感度のバラツキを検出するときの、各信号のタ
イミングチャートを図１０に示す。上記のように、パル
ス信号φＳＷが画素Ｇ11〜ＧmnのＭＯＳトランジスタＴ
５のゲートに同時に与えられて１フレーム分の映像情報
がサンプルホールドされた後、パルス信号φＶが画素Ｇ
11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに順次与
えられて出力信号が読み出されると、まず、信号φＳを
ローレベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＦＦに
する。尚、図１０は、１つの画素におけるリセット動作
を示したタイミングチャートであり、全画素に関して
は、信号φＳＷがローレベルになってから信号φＳがロ
ーレベルとなる間に、画素Ｇ11〜ＧmnのＭＯＳトランジ
スタＴ３のゲートにパルス信号φＶが順次与えられる。
そして、信号φＶPDを第３電圧にして、ＭＯＳトランジ
スタＴ１のドレイン・ソース間に負の電荷を蓄積させ
る。このとき、信号φＳＷはローレベルでＭＯＳトラン
ジスタＴ５は、ＯＦＦである。
イミングチャートを図１０に示す。上記のように、パル
ス信号φＳＷが画素Ｇ11〜ＧmnのＭＯＳトランジスタＴ
５のゲートに同時に与えられて１フレーム分の映像情報
がサンプルホールドされた後、パルス信号φＶが画素Ｇ
11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに順次与
えられて出力信号が読み出されると、まず、信号φＳを
ローレベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＦＦに
する。尚、図１０は、１つの画素におけるリセット動作
を示したタイミングチャートであり、全画素に関して
は、信号φＳＷがローレベルになってから信号φＳがロ
ーレベルとなる間に、画素Ｇ11〜ＧmnのＭＯＳトランジ
スタＴ３のゲートにパルス信号φＶが順次与えられる。
そして、信号φＶPDを第３電圧にして、ＭＯＳトランジ
スタＴ１のドレイン・ソース間に負の電荷を蓄積させ
る。このとき、信号φＳＷはローレベルでＭＯＳトラン
ジスタＴ５は、ＯＦＦである。
【００８３】次に、信号φＶPDを第１電圧に戻すと、こ
の蓄積された負の電荷が信号φＶPDの信号線に流れ出し
て、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースにＭＯＳトランジ
スタＴ１のゲート・ソース間の閾値電圧によってその蓄
積量が決まる負の電荷が蓄積された状態になる。このよ
うに、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースに負の電荷が蓄
積されると、ＭＯＳトランジスタＴ５のゲートにパルス
信号φＳＷを与えてＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに
ＭＯＳトランジスタＴ１のソース電圧をサンプルホール
ドする。尚、信号φＳ、φＳＷ、φＶPDは、画素Ｇ11〜
Ｇmnにおいて、同時に切り換えられる。
の蓄積された負の電荷が信号φＶPDの信号線に流れ出し
て、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースにＭＯＳトランジ
スタＴ１のゲート・ソース間の閾値電圧によってその蓄
積量が決まる負の電荷が蓄積された状態になる。このよ
うに、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースに負の電荷が蓄
積されると、ＭＯＳトランジスタＴ５のゲートにパルス
信号φＳＷを与えてＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに
ＭＯＳトランジスタＴ１のソース電圧をサンプルホール
ドする。尚、信号φＳ、φＳＷ、φＶPDは、画素Ｇ11〜
Ｇmnにおいて、同時に切り換えられる。
【００８４】このように画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲートに電圧がサンプルホールドされる
と、次に、画素Ｇ11〜Ｇmnに設けられたＭＯＳトランジ
スタＴ３のゲートにパルス信号φＶが順次与えられて、
各画素毎にＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧に応じ
た出力電流が出力信号線６に導出されて、シリアルデー
タとして出力される。この補正データとなる出力信号が
読み出されると、ＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにす
る。又、このときＭＯＳトランジスタＴ３に与えられる
パルス信号φＶは、信号φＳがハイレベルになってから
信号φＳＷがハイレベルになる間、画素Ｇ11〜Ｇmnに順
次与えられる。
ンジスタＴ２のゲートに電圧がサンプルホールドされる
と、次に、画素Ｇ11〜Ｇmnに設けられたＭＯＳトランジ
スタＴ３のゲートにパルス信号φＶが順次与えられて、
各画素毎にＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧に応じ
た出力電流が出力信号線６に導出されて、シリアルデー
タとして出力される。この補正データとなる出力信号が
読み出されると、ＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにす
る。又、このときＭＯＳトランジスタＴ３に与えられる
パルス信号φＶは、信号φＳがハイレベルになってから
信号φＳＷがハイレベルになる間、画素Ｇ11〜Ｇmnに順
次与えられる。
【００８５】（２）光電流を線形的に変換して出力する
場合 このとき、第１の実施形態と同様に、信号φＶPDが第２
電圧とされる。又、信号φＶPGは、２値の電圧信号とし
て切り換えられ、ハイレベルのときＭＯＳトランジスタ
Ｔ１をＯＮするとともに、ローレベルのときＭＯＳトラ
ンジスタＴ１をＯＦＦする。又、信号φＳは常にハイレ
ベルで、信号φＳがゲートに与えられるＭＯＳトランジ
スタＴ４は常にＯＮの状態である。このようにすること
によって、ＭＯＳトランジスタＴ１がリセット用のトラ
ンジスタとして、ＭＯＳトランジスタＴ２が信号増幅用
のトランジスタとして、それぞれ働く構成となる。
場合 このとき、第１の実施形態と同様に、信号φＶPDが第２
電圧とされる。又、信号φＶPGは、２値の電圧信号とし
て切り換えられ、ハイレベルのときＭＯＳトランジスタ
Ｔ１をＯＮするとともに、ローレベルのときＭＯＳトラ
ンジスタＴ１をＯＦＦする。又、信号φＳは常にハイレ
ベルで、信号φＳがゲートに与えられるＭＯＳトランジ
スタＴ４は常にＯＮの状態である。このようにすること
によって、ＭＯＳトランジスタＴ１がリセット用のトラ
ンジスタとして、ＭＯＳトランジスタＴ２が信号増幅用
のトランジスタとして、それぞれ働く構成となる。
【００８６】（２−ａ）撮像動作 まず、信号φＶPGをハイレベルにして、ＭＯＳトランジ
スタＴ１を介してＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧
がリセットされた後、信号φＶPGをローレベルにして、
ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦにした状態にする。
又、信号φＳＷをローレベルにして、図１のような構成
の固体撮像装置内の画素Ｇ11〜Ｇmn（図１）に設けられ
たＭＯＳトランジスタＴ５を全てＯＦＦの状態にする。
スタＴ１を介してＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧
がリセットされた後、信号φＶPGをローレベルにして、
ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦにした状態にする。
又、信号φＳＷをローレベルにして、図１のような構成
の固体撮像装置内の画素Ｇ11〜Ｇmn（図１）に設けられ
たＭＯＳトランジスタＴ５を全てＯＦＦの状態にする。
【００８７】このとき、フォトトランジスタＰＴｒに光
電流が流れることによって、第３の実施形態と同様に、
ＭＯＳトランジスタＴ５のドレイン電圧が、光電流に対
して線形的に変化した値になる。次に、同一のタイミン
グで画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ５のゲー
トにパルス信号φＳＷを与えて、ＭＯＳトランジスタＴ
５のドレインに現れる光電流を線形変換した値に相当す
る電圧をＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにサンプルホ
ールドする。
電流が流れることによって、第３の実施形態と同様に、
ＭＯＳトランジスタＴ５のドレイン電圧が、光電流に対
して線形的に変化した値になる。次に、同一のタイミン
グで画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ５のゲー
トにパルス信号φＳＷを与えて、ＭＯＳトランジスタＴ
５のドレインに現れる光電流を線形変換した値に相当す
る電圧をＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにサンプルホ
ールドする。
【００８８】そして、画素Ｇ11〜Ｇmnにパルス信号φＶ
が順次与えられて、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＮする
ことにより、光電流を線形変換した出力電流が出力信号
線６に出力される。このとき、各画素では、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ３がＯＮすることによって、ＭＯＳトランジ
スタＴ２のゲートにサンプルホールドされた光電流を線
形変換した電圧に比例したドレイン電流が、出力電流と
してＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を通して出力信号線
６に導出される。このようにして信号が読み出された
後、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＦＦになる。
が順次与えられて、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＮする
ことにより、光電流を線形変換した出力電流が出力信号
線６に出力される。このとき、各画素では、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ３がＯＮすることによって、ＭＯＳトランジ
スタＴ２のゲートにサンプルホールドされた光電流を線
形変換した電圧に比例したドレイン電流が、出力電流と
してＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を通して出力信号線
６に導出される。このようにして信号が読み出された
後、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＦＦになる。
【００８９】（２−ｂ）リセット動作 光電流を線形的に変換する際のリセット動作は、第３の
実施形態と同様、図８のタイミングチャートにおけるタ
イミングで各信号を与えることによって実現される。上
記のように、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ３
のゲートに与えられて、出力信号が読み出されると、ま
ず、信号φＶPGをハイレベルにして画素Ｇ11〜Ｇmn内の
ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＮにして、ＭＯＳトランジ
スタＴ５のドレイン電圧をリセットする。このようにリ
セットされると、同一のタイミングで画素Ｇ11〜Ｇmn内
のＭＯＳトランジスタＴ５のゲートにパルス信号φＳＷ
を与えて、このリセット電圧をＭＯＳトランジスタＴ２
のゲートにサンプルホールドする。
実施形態と同様、図８のタイミングチャートにおけるタ
イミングで各信号を与えることによって実現される。上
記のように、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ３
のゲートに与えられて、出力信号が読み出されると、ま
ず、信号φＶPGをハイレベルにして画素Ｇ11〜Ｇmn内の
ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＮにして、ＭＯＳトランジ
スタＴ５のドレイン電圧をリセットする。このようにリ
セットされると、同一のタイミングで画素Ｇ11〜Ｇmn内
のＭＯＳトランジスタＴ５のゲートにパルス信号φＳＷ
を与えて、このリセット電圧をＭＯＳトランジスタＴ２
のゲートにサンプルホールドする。
【００９０】このように画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲートにリセット電圧がサンプルホール
ドされると、次に、信号φＶPGをローレベルにした後、
画素Ｇ11〜Ｇmnにパルス信号φＶが順次与えられて、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ３がＯＮすることにより、各画素毎
にＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧がリセットされ
た状態における出力電流を出力信号線６に導出する。こ
の補正データとなる出力信号が読み出されると、ＭＯＳ
トランジスタＴ３をＯＦＦにする。
ンジスタＴ２のゲートにリセット電圧がサンプルホール
ドされると、次に、信号φＶPGをローレベルにした後、
画素Ｇ11〜Ｇmnにパルス信号φＶが順次与えられて、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ３がＯＮすることにより、各画素毎
にＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧がリセットされ
た状態における出力電流を出力信号線６に導出する。こ
の補正データとなる出力信号が読み出されると、ＭＯＳ
トランジスタＴ３をＯＦＦにする。
【００９１】尚、本実施形態において、撮像時及び感度
バラツキの検出時のそれぞれの場合において画素Ｇ11〜
Ｇmnより読み出された出力信号は、画像データ及び補正
データとして、少なくとも一方のデータを全て記憶する
ことが可能なメモリなどに記憶しておくと良い。例え
ば、画素毎の補正データをこのようなメモリに記憶して
おく。そして、画像データをメモリに記憶された補正デ
ータで補正することによって、画像データから画素毎の
バラツキを取り除くことができる。
バラツキの検出時のそれぞれの場合において画素Ｇ11〜
Ｇmnより読み出された出力信号は、画像データ及び補正
データとして、少なくとも一方のデータを全て記憶する
ことが可能なメモリなどに記憶しておくと良い。例え
ば、画素毎の補正データをこのようなメモリに記憶して
おく。そして、画像データをメモリに記憶された補正デ
ータで補正することによって、画像データから画素毎の
バラツキを取り除くことができる。
【００９２】＜画素構成の第２例＞図１１は本発明の実
施形態である二次元のＭＯＳ型固体撮像装置の一部の構
成を概略的に示している。尚、図１に示す二次元のＭＯ
Ｓ型固体撮像装置の一部の構成において、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。
施形態である二次元のＭＯＳ型固体撮像装置の一部の構
成を概略的に示している。尚、図１に示す二次元のＭＯ
Ｓ型固体撮像装置の一部の構成において、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。
【００９３】図１１における固体撮像装置は、図１の固
体撮像装置に、定電流源９−１、９−２、・・・、９−
ｍと、電流供給線８−１、８−２、・・・、８−ｍと、
が設けられる。又、定電流源９−１、９−２、・・・、
９−ｍが列毎にそれぞれ、電流供給線８−１、８−２、
・・・、８−ｍを介して、画素Ｇ11〜Ｇ1n、Ｇ21〜Ｇ2
n、・・・、Ｇm1〜Ｇmnに電流を供給する。各画素に対
し、上記ライン４−１、４−２・・・、４−ｎ及びライ
ン７−１、７−２、・・・、７−ｎや出力信号線６−
１、６−２・・・、６−ｍ、電流供給線８−１、８−
２、・・・、８−ｍ、電源ライン５だけでなく、他のラ
イン（例えば、クロックラインやバイアス供給ライン
等）も接続されるが、図１１ではこれらについて省略す
る。
体撮像装置に、定電流源９−１、９−２、・・・、９−
ｍと、電流供給線８−１、８−２、・・・、８−ｍと、
が設けられる。又、定電流源９−１、９−２、・・・、
９−ｍが列毎にそれぞれ、電流供給線８−１、８−２、
・・・、８−ｍを介して、画素Ｇ11〜Ｇ1n、Ｇ21〜Ｇ2
n、・・・、Ｇm1〜Ｇmnに電流を供給する。各画素に対
し、上記ライン４−１、４−２・・・、４−ｎ及びライ
ン７−１、７−２、・・・、７−ｎや出力信号線６−
１、６−２・・・、６−ｍ、電流供給線８−１、８−
２、・・・、８−ｍ、電源ライン５だけでなく、他のラ
イン（例えば、クロックラインやバイアス供給ライン
等）も接続されるが、図１１ではこれらについて省略す
る。
【００９４】出力信号線６−１、６−２、・・・、６−
ｍごとにＮチャネルのＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２が
図示の如く１組ずつ設けられている。出力信号線６−１
を例にとって説明すると、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲ
ートは直流電圧線１１に接続され、ドレインは出力信号
線６−１に接続され、ソースは直流電圧ＶPS’のライン
１２に接続されている。一方、ＭＯＳトランジスタＱ２
のドレインは出力信号線６−１に接続され、ソースは最
終的な信号線７に接続され、ゲートは水平走査回路３に
接続されている。
ｍごとにＮチャネルのＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２が
図示の如く１組ずつ設けられている。出力信号線６−１
を例にとって説明すると、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲ
ートは直流電圧線１１に接続され、ドレインは出力信号
線６−１に接続され、ソースは直流電圧ＶPS’のライン
１２に接続されている。一方、ＭＯＳトランジスタＱ２
のドレインは出力信号線６−１に接続され、ソースは最
終的な信号線７に接続され、ゲートは水平走査回路３に
接続されている。
【００９５】画素Ｇ11〜Ｇｍｎには、後述するように、
それらの画素で発生した光電荷に基づく信号を出力する
Ｎチャネルの第２ＭＯＳトランジスタＴ２が設けられて
いる。ＭＯＳトランジスタＴ２と上記ＭＯＳトランジス
タＱ１との接続関係は、図１の場合と同様に、図２
（ａ）のようになり、図２（ａ）の回路はソースフォロ
ワ型の増幅回路となる。
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２ＭＯＳトランジスタＴ２が設けられて
いる。ＭＯＳトランジスタＴ２と上記ＭＯＳトランジス
タＱ１との接続関係は、図１の場合と同様に、図２
（ａ）のようになり、図２（ａ）の回路はソースフォロ
ワ型の増幅回路となる。
【００９６】ＭＯＳトランジスタＱ２は水平走査回路３
によって制御され、スイッチ素子として動作する。尚、
後述するように図１２以降の各実施形態の画素内にはス
イッチ用のＮチャネルの第３ＭＯＳトランジスタＴ３も
設けられている。このＭＯＳトランジスタＴ３も含めて
表わすと、図２（ａ）の回路は正確には図２（ｂ）のよ
うになる。即ち、ＭＯＳトランジスタＴ３がＭＯＳトラ
ンジスタＱ１とＭＯＳトランジスタＴａとの間に挿入さ
れている。ここで、ＭＯＳトランジスタＴ３は行の選択
を行うものであり、ＭＯＳトランジスタＱ２は列の選択
を行うものである。尚、図１１および図２に示す構成は
以下に説明する第５，第６の実施形態に共通の構成であ
る。
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１２以降の各実施形態の画素内にはス
イッチ用のＮチャネルの第３ＭＯＳトランジスタＴ３も
設けられている。このＭＯＳトランジスタＴ３も含めて
表わすと、図２（ａ）の回路は正確には図２（ｂ）のよ
うになる。即ち、ＭＯＳトランジスタＴ３がＭＯＳトラ
ンジスタＱ１とＭＯＳトランジスタＴａとの間に挿入さ
れている。ここで、ＭＯＳトランジスタＴ３は行の選択
を行うものであり、ＭＯＳトランジスタＱ２は列の選択
を行うものである。尚、図１１および図２に示す構成は
以下に説明する第５，第６の実施形態に共通の構成であ
る。
【００９７】図２のように構成することにより信号のゲ
インを大きく出力することができる。従って、画素がダ
イナミックレンジ拡大のために感光素子から発生する光
電流を自然対数的に変換しているような場合は、そのま
までは出力信号が小さいが、本増幅回路により充分大き
な信号に増幅されるため、後続の信号処理回路（図示せ
ず）での処理が容易になる。また、増幅回路の負荷抵抗
部分を構成するＭＯＳトランジスタＱ１を画素内に設け
ずに、列方向に配置された複数の画素が接続される出力
信号線６−１、６−２、・・・、６−ｍごとに設けるこ
とにより、負荷抵抗又は定電流源の数を低減でき、半導
体チップ上で増幅回路が占める面積を少なくできる。
インを大きく出力することができる。従って、画素がダ
イナミックレンジ拡大のために感光素子から発生する光
電流を自然対数的に変換しているような場合は、そのま
までは出力信号が小さいが、本増幅回路により充分大き
な信号に増幅されるため、後続の信号処理回路（図示せ
ず）での処理が容易になる。また、増幅回路の負荷抵抗
部分を構成するＭＯＳトランジスタＱ１を画素内に設け
ずに、列方向に配置された複数の画素が接続される出力
信号線６−１、６−２、・・・、６−ｍごとに設けるこ
とにより、負荷抵抗又は定電流源の数を低減でき、半導
体チップ上で増幅回路が占める面積を少なくできる。
【００９８】＜第５の実施形態＞第５の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図１２は、本実施形態に
使用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回
路図である。尚、図５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。
て、図面を参照して説明する。図１２は、本実施形態に
使用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回
路図である。尚、図５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。
【００９９】図１２に示すように、本実施形態では、定
電流源９（この定電流源９は、図１１の９−１、９−
２、・・・、９−ｍに対応する）に電流供給線８（この
電流供給線８は、図１１の８−１、８−２、・・・、８
−ｍに対応する）を介してドレインが接続されるととも
に、フォトトランジスタＰＴｒのベースにソースが接続
された第６ＭＯＳトランジスタＴ６が新たに設けられた
構成となっている。ＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに
は、信号φＲＳが入力される。その他の構成は第２の実
施形態（図５）と同一である。尚、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ６は、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ４と同様、Ｎチャ
ネルのＭＯＳトランジスタでバックゲートが接地されて
いる。
電流源９（この定電流源９は、図１１の９−１、９−
２、・・・、９−ｍに対応する）に電流供給線８（この
電流供給線８は、図１１の８−１、８−２、・・・、８
−ｍに対応する）を介してドレインが接続されるととも
に、フォトトランジスタＰＴｒのベースにソースが接続
された第６ＭＯＳトランジスタＴ６が新たに設けられた
構成となっている。ＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに
は、信号φＲＳが入力される。その他の構成は第２の実
施形態（図５）と同一である。尚、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ６は、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ４と同様、Ｎチャ
ネルのＭＯＳトランジスタでバックゲートが接地されて
いる。
【０１００】又、定電流源９には信号φＲＬが与えられ
る。この信号φＲＬは、２値の電圧信号で、電圧ＶPS以
下の電圧値で、フォトトランジスタＰＴｒを順バイアス
でない状態とする電圧を「第４電圧」、電圧ＶPSより若
干大きく、フォトトランジスタＰＴｒに順バイアスに近
い状態とする電圧を「第５電圧」とする。
る。この信号φＲＬは、２値の電圧信号で、電圧ＶPS以
下の電圧値で、フォトトランジスタＰＴｒを順バイアス
でない状態とする電圧を「第４電圧」、電圧ＶPSより若
干大きく、フォトトランジスタＰＴｒに順バイアスに近
い状態とする電圧を「第５電圧」とする。
【０１０１】更に、第２の実施形態と同様、信号φＶPD
は３値の電圧信号で、対数変換動作を行う際、光電流に
対して自然対数的に変換する際にＭＯＳトランジスタＴ
１をサブスレッショルド領域で動作させるために与える
直流電圧ＶPDと略等しい値となる電圧を「第１電圧」、
又、光電流に対して線形的に変換する際にＭＯＳトラン
ジスタＴ２の動作点となる電圧を「第２電圧」とし、更
に、光電流に対して自然対数的に変換する際にＭＯＳト
ランジスタＴ１の閾値のバラツキを検出するために直流
電圧ＶPSに略等しい値となる電圧を「第３電圧」とす
る。
は３値の電圧信号で、対数変換動作を行う際、光電流に
対して自然対数的に変換する際にＭＯＳトランジスタＴ
１をサブスレッショルド領域で動作させるために与える
直流電圧ＶPDと略等しい値となる電圧を「第１電圧」、
又、光電流に対して線形的に変換する際にＭＯＳトラン
ジスタＴ２の動作点となる電圧を「第２電圧」とし、更
に、光電流に対して自然対数的に変換する際にＭＯＳト
ランジスタＴ１の閾値のバラツキを検出するために直流
電圧ＶPSに略等しい値となる電圧を「第３電圧」とす
る。
【０１０２】１．信号φＲＬを第４電圧にしたとき このとき、信号φＲＳを常にハイレベルとしてＭＯＳト
ランジスタＴ６をＯＮした状態とすると、フォトトラン
ジスタＰＴｒには順バイアスとは異なるバイアスがかか
った状態、例えば、逆バイアスがかけられた状態となる
ためトランジスタとしての動作を行わない。コレクタ・
ベースのＮＰ接合が、フォトダイオードとして働く。よ
って、アノードがＭＯＳトランジスタＴ４のソースに接
続されたフォトダイオードと等価の状態となる。尚、フ
ォトトランジスタＰＴｒがフォトダイオードと等価な状
態で動作するため、フォトトランジスタＰＴｒから発生
する光電流は、第１〜第４の実施形態とは異なる増幅率
の信号となる。
ランジスタＴ６をＯＮした状態とすると、フォトトラン
ジスタＰＴｒには順バイアスとは異なるバイアスがかか
った状態、例えば、逆バイアスがかけられた状態となる
ためトランジスタとしての動作を行わない。コレクタ・
ベースのＮＰ接合が、フォトダイオードとして働く。よ
って、アノードがＭＯＳトランジスタＴ４のソースに接
続されたフォトダイオードと等価の状態となる。尚、フ
ォトトランジスタＰＴｒがフォトダイオードと等価な状
態で動作するため、フォトトランジスタＰＴｒから発生
する光電流は、第１〜第４の実施形態とは異なる増幅率
の信号となる。
【０１０３】（１） 光電流を自然対数的に変換して出
力する場合。 （１−ａ）撮像動作 第２の実施形態と同様、信号φＶPDを第１電圧として、
ＭＯＳトランジスタＴ２をサブスレッショルド領域で動
作させるとともに、信号φＳをハイレベルにし、ＭＯＳ
トランジスタＴ４をＯＮの状態にする。このとき、第２
の実施形態と同様、フォトトランジスタＰＴｒに光が入
射すると光電流が発生し、ＭＯＳトランジスタのサブス
レッショルド特性により、光電流を自然対数的に変換し
た値の電圧がＭＯＳトランジスタＴ１のソース及びＭＯ
ＳトランジスタＴ２のゲートに発生する。
力する場合。 （１−ａ）撮像動作 第２の実施形態と同様、信号φＶPDを第１電圧として、
ＭＯＳトランジスタＴ２をサブスレッショルド領域で動
作させるとともに、信号φＳをハイレベルにし、ＭＯＳ
トランジスタＴ４をＯＮの状態にする。このとき、第２
の実施形態と同様、フォトトランジスタＰＴｒに光が入
射すると光電流が発生し、ＭＯＳトランジスタのサブス
レッショルド特性により、光電流を自然対数的に変換し
た値の電圧がＭＯＳトランジスタＴ１のソース及びＭＯ
ＳトランジスタＴ２のゲートに発生する。
【０１０４】次に、信号φＶをハイレベルにしてＭＯＳ
トランジスタＴ３をＯＮにする。このとき、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲート電圧が入射光量を対数変換した値
に比例した値となるため、前記光電流を自然対数的に変
換した値となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３
を介して出力信号線６に導出される。このようにして入
射光量の値に比例した信号を読み出すと、信号φＶをロ
ーレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにす
る。
トランジスタＴ３をＯＮにする。このとき、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲート電圧が入射光量を対数変換した値
に比例した値となるため、前記光電流を自然対数的に変
換した値となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３
を介して出力信号線６に導出される。このようにして入
射光量の値に比例した信号を読み出すと、信号φＶをロ
ーレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにす
る。
【０１０５】（１−ｂ）感度のバラツキ検出 各画素の感度のバラツキを検出動作は、第２の実施形態
と同様、図６のタイミングチャートにおけるタイミング
で各信号を与えることによって実現される。上記のよう
に、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ３のゲート
に与えられて、出力信号が読み出されると、まず、信号
φＳをローレベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯ
ＦＦにする。そして、信号φＶPDを第３電圧にして、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ１のドレイン・ソース間に負の電荷
を蓄積させる。
と同様、図６のタイミングチャートにおけるタイミング
で各信号を与えることによって実現される。上記のよう
に、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ３のゲート
に与えられて、出力信号が読み出されると、まず、信号
φＳをローレベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯ
ＦＦにする。そして、信号φＶPDを第３電圧にして、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ１のドレイン・ソース間に負の電荷
を蓄積させる。
【０１０６】次に、信号φＶPDを第１電圧に戻すと、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ１のソースにＭＯＳトランジスタＴ
１のゲート・ソース間の閾値電圧によってその蓄積量が
決まる負の電荷が蓄積された状態になる。そして、ＭＯ
ＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶを与えて
出力信号を読み出す。このとき、読み出された出力信号
は、ＭＯＳトランジスタＴ１の閾値電圧に応じた値とな
り、各画素の感度のバラツキを検出することができる。
そして、最後に、撮像動作が行えるように、信号φＳを
ハイレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮにす
る。
ＯＳトランジスタＴ１のソースにＭＯＳトランジスタＴ
１のゲート・ソース間の閾値電圧によってその蓄積量が
決まる負の電荷が蓄積された状態になる。そして、ＭＯ
ＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶを与えて
出力信号を読み出す。このとき、読み出された出力信号
は、ＭＯＳトランジスタＴ１の閾値電圧に応じた値とな
り、各画素の感度のバラツキを検出することができる。
そして、最後に、撮像動作が行えるように、信号φＳを
ハイレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮにす
る。
【０１０７】（２）光電流を線形的に変換して出力する
場合 このとき、第２の実施形態と同様に、信号φＶPDが第２
電圧とされる。又、信号φＶPGは、２値の電圧信号とし
て切り換えられ、ハイレベルのときＭＯＳトランジスタ
Ｔ１をＯＮするとともに、ローレベルのときＭＯＳトラ
ンジスタＴ１をＯＦＦする。又、信号φＳは常にハイレ
ベルで、信号φＳがゲートに与えられるＭＯＳトランジ
スタＴ４は常にＯＮの状態である。このようにすること
によって、ＭＯＳトランジスタＴ１がリセット用のトラ
ンジスタとして、ＭＯＳトランジスタＴ２が信号増幅用
のトランジスタとして、それぞれ働く構成となる。
場合 このとき、第２の実施形態と同様に、信号φＶPDが第２
電圧とされる。又、信号φＶPGは、２値の電圧信号とし
て切り換えられ、ハイレベルのときＭＯＳトランジスタ
Ｔ１をＯＮするとともに、ローレベルのときＭＯＳトラ
ンジスタＴ１をＯＦＦする。又、信号φＳは常にハイレ
ベルで、信号φＳがゲートに与えられるＭＯＳトランジ
スタＴ４は常にＯＮの状態である。このようにすること
によって、ＭＯＳトランジスタＴ１がリセット用のトラ
ンジスタとして、ＭＯＳトランジスタＴ２が信号増幅用
のトランジスタとして、それぞれ働く構成となる。
【０１０８】（２−ａ）撮像動作 まず、信号φＶPGをハイレベルにして、ＭＯＳトランジ
スタＴ１を介してＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧
がリセットされた後、信号φＶPGをローレベルにして、
ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦにした状態にする。こ
のとき、フォトトランジスタＰＴｒに光電流が流れるこ
とによって、第２の実施形態と同様に、ＭＯＳトランジ
スタＴ２のゲート電圧が線形的に変化した値になる。
スタＴ１を介してＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧
がリセットされた後、信号φＶPGをローレベルにして、
ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦにした状態にする。こ
のとき、フォトトランジスタＰＴｒに光電流が流れるこ
とによって、第２の実施形態と同様に、ＭＯＳトランジ
スタＴ２のゲート電圧が線形的に変化した値になる。
【０１０９】次に、信号φＶをハイレベルにしてＭＯＳ
トランジスタＴ３をＯＮにする。このとき、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲート電圧が入射光量を積分した値に比
例した値となるため、前記光電流を線形的に変換した値
となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を介して
出力信号線６に導出される。このようにして入射光量の
値に比例した信号を読み出すと、ＭＯＳトランジスタＴ
３をＯＦＦにする。
トランジスタＴ３をＯＮにする。このとき、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲート電圧が入射光量を積分した値に比
例した値となるため、前記光電流を線形的に変換した値
となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を介して
出力信号線６に導出される。このようにして入射光量の
値に比例した信号を読み出すと、ＭＯＳトランジスタＴ
３をＯＦＦにする。
【０１１０】（２−ｂ）リセット動作 光電流を線形的に変換する際のリセット動作は、第２の
実施形態と同様、図４のタイミングチャートにおけるタ
イミングで各信号を与えることによって実現される。上
記のように、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ３
のゲートに与えられて、出力信号が読み出されると、ま
ず、パルス信号φＶPGをＭＯＳトランジスタＴ１に与え
て、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧をリセットす
る。次に、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信
号φＶを与えて、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧
がリセットされた状態における出力電流を出力信号線６
に導出する。この補正データとなる出力信号が読み出さ
れると、ＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにして次の撮
像動作に備える。
実施形態と同様、図４のタイミングチャートにおけるタ
イミングで各信号を与えることによって実現される。上
記のように、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ３
のゲートに与えられて、出力信号が読み出されると、ま
ず、パルス信号φＶPGをＭＯＳトランジスタＴ１に与え
て、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧をリセットす
る。次に、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信
号φＶを与えて、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧
がリセットされた状態における出力電流を出力信号線６
に導出する。この補正データとなる出力信号が読み出さ
れると、ＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにして次の撮
像動作に備える。
【０１１１】２．信号φＲＬを第５電圧にしたとき このとき、信号φＲＳをハイレベルとしてＭＯＳトラン
ジスタＴ６をＯＮした状態とすると、フォトトランジス
タＰＴｒには順バイアスがかけられた状態となるため、
定電流源９より流れる電流に応じたコレクタ電流がフォ
トトランジスタＰＴｒを流れることができる。又、信号
φＳは常にハイレベルとして、ＭＯＳトランジスタＴ４
をＯＮの状態にする。
ジスタＴ６をＯＮした状態とすると、フォトトランジス
タＰＴｒには順バイアスがかけられた状態となるため、
定電流源９より流れる電流に応じたコレクタ電流がフォ
トトランジスタＰＴｒを流れることができる。又、信号
φＳは常にハイレベルとして、ＭＯＳトランジスタＴ４
をＯＮの状態にする。
【０１１２】（１） 光電流を自然対数的に変換して出
力する場合 （１−ａ）撮像動作 まず、ローレベルの信号φＲＳをＭＯＳトランジスタＴ
６のゲートに与えることで、ＭＯＳトランジスタＴ６を
ＯＦＦにして、フォトトランジスタＰＴｒのベースをフ
ローティング状態にするとともに、信号φＶPDを第１電
圧にして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。このとき、１．の場合と同様、フォ
トトランジスタＰＴｒに光が入射すると光電流が発生
し、ＭＯＳトランジスタのサブスレッショルド特性によ
り、光電流を自然対数的に変換した値の電圧がＭＯＳト
ランジスタＴ１のソース及びＭＯＳトランジスタＴ２の
ゲートに発生する。
力する場合 （１−ａ）撮像動作 まず、ローレベルの信号φＲＳをＭＯＳトランジスタＴ
６のゲートに与えることで、ＭＯＳトランジスタＴ６を
ＯＦＦにして、フォトトランジスタＰＴｒのベースをフ
ローティング状態にするとともに、信号φＶPDを第１電
圧にして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。このとき、１．の場合と同様、フォ
トトランジスタＰＴｒに光が入射すると光電流が発生
し、ＭＯＳトランジスタのサブスレッショルド特性によ
り、光電流を自然対数的に変換した値の電圧がＭＯＳト
ランジスタＴ１のソース及びＭＯＳトランジスタＴ２の
ゲートに発生する。
【０１１３】次に、信号φＶをハイレベルにしてＭＯＳ
トランジスタＴ３をＯＮにする。このとき、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲート電圧が入射光量を対数変換した値
に比例した値となるため、前記光電流を自然対数的に変
換した値となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３
を介して出力信号線６に導出される。このようにして入
射光量の値に比例した信号を読み出すと、信号φＶをロ
ーレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにす
る。
トランジスタＴ３をＯＮにする。このとき、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲート電圧が入射光量を対数変換した値
に比例した値となるため、前記光電流を自然対数的に変
換した値となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３
を介して出力信号線６に導出される。このようにして入
射光量の値に比例した信号を読み出すと、信号φＶをロ
ーレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにす
る。
【０１１４】（１−ｂ）画素の感度バラツキ検出 画素の感度バラツキ検出動作について、図１３を参照し
て説明する。上記のようにパルス信号φＶを与えて出力
電流を出力すると、まず、ハイレベルの信号φＲＳをＭ
ＯＳトランジスタＴ６のゲートに与えてＭＯＳトランジ
スタＴ６をＯＮにして、フォトトランジスタＰＴｒのベ
ースに定電流源９より電流供給線８を介して定電流が流
れるようにする。
て説明する。上記のようにパルス信号φＶを与えて出力
電流を出力すると、まず、ハイレベルの信号φＲＳをＭ
ＯＳトランジスタＴ６のゲートに与えてＭＯＳトランジ
スタＴ６をＯＮにして、フォトトランジスタＰＴｒのベ
ースに定電流源９より電流供給線８を介して定電流が流
れるようにする。
【０１１５】このように、各画素に定電流源９より一定
の電流が流れると、この定電流源９より与えられる電流
によって決定される光電流がフォトトランジスタＰＴｒ
より流れる。このときの光電流の値が、感度のバラツキ
の原因となるフォトトランジスタＰＴｒの増幅率を表
す。よって、ＭＯＳトランジスタＴ１のソース及びＴ２
のゲートに、定電流源９によって決定された光電流を対
数変換した値の電圧が現れる。この電圧により、前記光
電流に対して自然対数的に比例した値のドレイン電流が
ＭＯＳトランジスタＴ２を流れようとする。
の電流が流れると、この定電流源９より与えられる電流
によって決定される光電流がフォトトランジスタＰＴｒ
より流れる。このときの光電流の値が、感度のバラツキ
の原因となるフォトトランジスタＰＴｒの増幅率を表
す。よって、ＭＯＳトランジスタＴ１のソース及びＴ２
のゲートに、定電流源９によって決定された光電流を対
数変換した値の電圧が現れる。この電圧により、前記光
電流に対して自然対数的に比例した値のドレイン電流が
ＭＯＳトランジスタＴ２を流れようとする。
【０１１６】そして、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲート
に信号φＶを与えてＯＮとすると、前記光電流に対して
自然対数的に比例した値のドレイン電流が、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ２，Ｔ３を通して出力信号線６に導出され
る。この光電流が感度のバラツキの原因となるフォトト
ランジスタＰＴｒの増幅率を表すため、出力信号線６に
出力される出力信号が、各画素の感度のバラツキを表し
た信号となる。このように、パルス信号φＶを与えて、
各画素の感度バラツキが検出されると、信号φＲＳをロ
ーレベルにして、再び、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＦ
Ｆにして、次の撮像動作に備える。
に信号φＶを与えてＯＮとすると、前記光電流に対して
自然対数的に比例した値のドレイン電流が、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ２，Ｔ３を通して出力信号線６に導出され
る。この光電流が感度のバラツキの原因となるフォトト
ランジスタＰＴｒの増幅率を表すため、出力信号線６に
出力される出力信号が、各画素の感度のバラツキを表し
た信号となる。このように、パルス信号φＶを与えて、
各画素の感度バラツキが検出されると、信号φＲＳをロ
ーレベルにして、再び、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＦ
Ｆにして、次の撮像動作に備える。
【０１１７】（２） 光電流を線形的に変換して出力す
る場合 このとき、１．の場合と同様に、信号φＶPDが第２電圧
とされる。又、信号φＶPGは、２値の電圧信号として切
り換えられ、ハイレベルのときＭＯＳトランジスタＴ１
をＯＮするとともに、ローレベルのときＭＯＳトランジ
スタＴ１をＯＦＦする。更に、ＭＯＳトランジスタＴ１
がリセット用のトランジスタとして、ＭＯＳトランジス
タＴ２が信号増幅用のトランジスタとして、それぞれ働
く構成となる。
る場合 このとき、１．の場合と同様に、信号φＶPDが第２電圧
とされる。又、信号φＶPGは、２値の電圧信号として切
り換えられ、ハイレベルのときＭＯＳトランジスタＴ１
をＯＮするとともに、ローレベルのときＭＯＳトランジ
スタＴ１をＯＦＦする。更に、ＭＯＳトランジスタＴ１
がリセット用のトランジスタとして、ＭＯＳトランジス
タＴ２が信号増幅用のトランジスタとして、それぞれ働
く構成となる。
【０１１８】（２−ａ）撮像動作 まず、ローレベルの信号φＲＳをＭＯＳトランジスタＴ
６のゲートに与えることで、ＭＯＳトランジスタＴ６を
ＯＦＦにして、フォトトランジスタＰＴｒのベースをフ
ローティング状態にする。そして、信号φＶPGをハイレ
ベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ１を介してＭＯＳト
ランジスタＴ２のゲート電圧がリセットされた後、信号
φＶPGをローレベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ１を
ＯＦＦにした状態にする。このとき、フォトトランジス
タＰＴｒに光電流が流れることによって、ＭＯＳトラン
ジスタＴ２のゲート電圧が線形的に変化した値になる。
６のゲートに与えることで、ＭＯＳトランジスタＴ６を
ＯＦＦにして、フォトトランジスタＰＴｒのベースをフ
ローティング状態にする。そして、信号φＶPGをハイレ
ベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ１を介してＭＯＳト
ランジスタＴ２のゲート電圧がリセットされた後、信号
φＶPGをローレベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ１を
ＯＦＦにした状態にする。このとき、フォトトランジス
タＰＴｒに光電流が流れることによって、ＭＯＳトラン
ジスタＴ２のゲート電圧が線形的に変化した値になる。
【０１１９】次に、信号φＶをハイレベルにしてＭＯＳ
トランジスタＴ３をＯＮにする。このとき、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲート電圧が入射光量を積分した値に比
例した値となるため、前記光電流を線形的に変換した値
となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を介して
出力信号線６に導出される。このようにして入射光量の
値に比例した信号を読み出すと、ＭＯＳトランジスタＴ
３をＯＦＦにする。
トランジスタＴ３をＯＮにする。このとき、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲート電圧が入射光量を積分した値に比
例した値となるため、前記光電流を線形的に変換した値
となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を介して
出力信号線６に導出される。このようにして入射光量の
値に比例した信号を読み出すと、ＭＯＳトランジスタＴ
３をＯＦＦにする。
【０１２０】（２−ｂ）画素の感度バラツキ検出 画素の感度バラツキ検出動作について、図１４を参照し
て説明する。上記のようにパルス信号φＶを与えて出力
電流を出力すると、まず、パルス信号φＶPGを与えてＭ
ＯＳトランジスタＴ１をＯＮすることで、ＭＯＳトラン
ジスタＴ２のゲート電圧をリセットする。そして、ハイ
レベルの信号φＲＳをＭＯＳトランジスタＴ６のゲート
に与えてＭＯＳトランジスタＴ６をＯＮにして、フォト
トランジスタＰＴｒのベースに定電流源９より電流供給
線８を介して定電流が流れるようにする。
て説明する。上記のようにパルス信号φＶを与えて出力
電流を出力すると、まず、パルス信号φＶPGを与えてＭ
ＯＳトランジスタＴ１をＯＮすることで、ＭＯＳトラン
ジスタＴ２のゲート電圧をリセットする。そして、ハイ
レベルの信号φＲＳをＭＯＳトランジスタＴ６のゲート
に与えてＭＯＳトランジスタＴ６をＯＮにして、フォト
トランジスタＰＴｒのベースに定電流源９より電流供給
線８を介して定電流が流れるようにする。
【０１２１】このように、各画素に定電流源９より一定
の電流が流れると、この定電流源９より与えられる電流
によって決定される光電流がフォトトランジスタＰＴｒ
より流れる。このときの光電流の値が、感度のバラツキ
の原因となるフォトトランジスタＰＴｒの増幅率を表
す。よって、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに、定電
流源９によって決定された光電流を線形変換した値の電
圧が現れる。この電圧により、前記光電流に対して線形
的に比例した値のドレイン電流がＭＯＳトランジスタＴ
２を流れようとする。
の電流が流れると、この定電流源９より与えられる電流
によって決定される光電流がフォトトランジスタＰＴｒ
より流れる。このときの光電流の値が、感度のバラツキ
の原因となるフォトトランジスタＰＴｒの増幅率を表
す。よって、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに、定電
流源９によって決定された光電流を線形変換した値の電
圧が現れる。この電圧により、前記光電流に対して線形
的に比例した値のドレイン電流がＭＯＳトランジスタＴ
２を流れようとする。
【０１２２】そして、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲート
に信号φＶを与えてＯＮとすると、前記光電流に対して
線形的に比例した値のドレイン電流が、ＭＯＳトランジ
スタＴ２，Ｔ３を通して出力信号線６に導出される。こ
の光電流が感度のバラツキの原因となるフォトトランジ
スタＰＴｒの増幅率を表すため、出力信号線６に出力さ
れる出力信号が、各画素の感度のバラツキを表した信号
となる。
に信号φＶを与えてＯＮとすると、前記光電流に対して
線形的に比例した値のドレイン電流が、ＭＯＳトランジ
スタＴ２，Ｔ３を通して出力信号線６に導出される。こ
の光電流が感度のバラツキの原因となるフォトトランジ
スタＰＴｒの増幅率を表すため、出力信号線６に出力さ
れる出力信号が、各画素の感度のバラツキを表した信号
となる。
【０１２３】このように、パルス信号φＶを与えて、各
画素の感度バラツキが検出されると、信号φＲＳをロー
レベルにして、再び、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＦＦ
にする。その後、パルス信号φＶPGをＭＯＳトランジス
タＴ１に与えて、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧
をリセットすることによって、次の撮像動作に備える。
画素の感度バラツキが検出されると、信号φＲＳをロー
レベルにして、再び、ＭＯＳトランジスタＴ６をＯＦＦ
にする。その後、パルス信号φＶPGをＭＯＳトランジス
タＴ１に与えて、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧
をリセットすることによって、次の撮像動作に備える。
【０１２４】＜第６の実施形態＞第６の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図１５は、本実施形態に
使用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回
路図である。尚、図１２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。
て、図面を参照して説明する。図１５は、本実施形態に
使用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回
路図である。尚、図１２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。
【０１２５】図１５に示すように、本実施形態では、第
３の実施形態（図７）と同様に、ＭＯＳトランジスタＴ
１のソースにドレインが接続されるとともに、ＭＯＳト
ランジスタＴ２のゲートにソースが接続された第５ＭＯ
ＳトランジスタＴ５が新たに設けられた構成となってい
る。ＭＯＳトランジスタＴ５のゲートには、信号φＳＷ
が入力される。その他の構成は第５の実施形態（図１
２）と同一である。
３の実施形態（図７）と同様に、ＭＯＳトランジスタＴ
１のソースにドレインが接続されるとともに、ＭＯＳト
ランジスタＴ２のゲートにソースが接続された第５ＭＯ
ＳトランジスタＴ５が新たに設けられた構成となってい
る。ＭＯＳトランジスタＴ５のゲートには、信号φＳＷ
が入力される。その他の構成は第５の実施形態（図１
２）と同一である。
【０１２６】又、定電流源９には信号φＲＬが与えられ
る。この信号φＲＬは、２値の電圧信号で、電圧ＶPS以
下の電圧値で、フォトトランジスタＰＴｒを順バイアス
でない状態とする電圧を「第４電圧」、電圧ＶPSより若
干大きく、フォトトランジスタＰＴｒに順バイアスに近
い状態とする電圧を「第５電圧」とする。
る。この信号φＲＬは、２値の電圧信号で、電圧ＶPS以
下の電圧値で、フォトトランジスタＰＴｒを順バイアス
でない状態とする電圧を「第４電圧」、電圧ＶPSより若
干大きく、フォトトランジスタＰＴｒに順バイアスに近
い状態とする電圧を「第５電圧」とする。
【０１２７】更に、第４の実施形態と同様、信号φＶPD
は３値の電圧信号で、対数変換動作を行う際、光電流に
対して自然対数的に変換する際にＭＯＳトランジスタＴ
１をサブスレッショルド領域で動作させるために与える
直流電圧ＶPDと略等しい値となる電圧を「第１電圧」、
又、光電流に対して線形的に変換する際にＭＯＳトラン
ジスタＴ２の動作点となる電圧を「第２電圧」とし、更
に、光電流に対して自然対数的に変換する際にＭＯＳト
ランジスタＴ１の閾値のバラツキを検出するために直流
電圧ＶPSに略等しい値となる電圧を「第３電圧」とす
る。
は３値の電圧信号で、対数変換動作を行う際、光電流に
対して自然対数的に変換する際にＭＯＳトランジスタＴ
１をサブスレッショルド領域で動作させるために与える
直流電圧ＶPDと略等しい値となる電圧を「第１電圧」、
又、光電流に対して線形的に変換する際にＭＯＳトラン
ジスタＴ２の動作点となる電圧を「第２電圧」とし、更
に、光電流に対して自然対数的に変換する際にＭＯＳト
ランジスタＴ１の閾値のバラツキを検出するために直流
電圧ＶPSに略等しい値となる電圧を「第３電圧」とす
る。
【０１２８】１．信号φＲＬを第４電圧にしたとき このとき、第５の実施形態と同様に、信号φＲＳを常に
ハイレベルとしてＭＯＳトランジスタＴ６をＯＮした状
態とすると、フォトトランジスタＰＴｒには順バイアス
とは異なるバイアスがかかった状態、例えば、逆バイア
スがかけられた状態となるため、コレクタ・ベースのＮ
Ｐ接合がフォトダイオードとして働く。よって、アノー
ドがＭＯＳトランジスタＴ４のソースに接続されたフォ
トダイオードと等価の状態となる。尚、フォトトランジ
スタＰＴｒがフォトダイオードと等価な状態で動作する
ため、フォトトランジスタＰＴｒから発生する光電流
は、第１〜第４の実施形態とは異なる増幅率の信号とな
る。
ハイレベルとしてＭＯＳトランジスタＴ６をＯＮした状
態とすると、フォトトランジスタＰＴｒには順バイアス
とは異なるバイアスがかかった状態、例えば、逆バイア
スがかけられた状態となるため、コレクタ・ベースのＮ
Ｐ接合がフォトダイオードとして働く。よって、アノー
ドがＭＯＳトランジスタＴ４のソースに接続されたフォ
トダイオードと等価の状態となる。尚、フォトトランジ
スタＰＴｒがフォトダイオードと等価な状態で動作する
ため、フォトトランジスタＰＴｒから発生する光電流
は、第１〜第４の実施形態とは異なる増幅率の信号とな
る。
【０１２９】（１）光電流を自然対数的に変換して出力
する場合 （１−ａ）撮像動作 信号φＶPDを第１電圧として、ＭＯＳトランジスタＴ１
をサブスレッショルド領域で動作させるとともに、ＭＯ
ＳトランジスタＴ４のゲートに与えられる信号φＳをハ
イレベルにし、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮの状態に
する。このとき、第４の実施形態と同様、まず、画素Ｇ
11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ５がＯＦＦの間、フ
ォトトランジスタＰＴｒは入射される光の光量に応じた
光電流を発生し、ＭＯＳトランジスタＴ１のソース電圧
はこの光電流を対数変換した値に相当する電圧となる。
する場合 （１−ａ）撮像動作 信号φＶPDを第１電圧として、ＭＯＳトランジスタＴ１
をサブスレッショルド領域で動作させるとともに、ＭＯ
ＳトランジスタＴ４のゲートに与えられる信号φＳをハ
イレベルにし、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮの状態に
する。このとき、第４の実施形態と同様、まず、画素Ｇ
11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ５がＯＦＦの間、フ
ォトトランジスタＰＴｒは入射される光の光量に応じた
光電流を発生し、ＭＯＳトランジスタＴ１のソース電圧
はこの光電流を対数変換した値に相当する電圧となる。
【０１３０】次に、同一のタイミングで画素Ｇ11〜Ｇmn
内のＭＯＳトランジスタＴ５のゲートにパルス信号φＳ
Ｗを与えて、光電流を対数変換した値に相当する電圧が
ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにサンプルホールドさ
れる。そして、画素Ｇ11〜Ｇmnにパルス信号φＶが順次
与えられて、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＮすることに
より、光電流を対数変換した出力電流が出力信号線６に
出力される。このようにして信号が読み出された後、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦする。
内のＭＯＳトランジスタＴ５のゲートにパルス信号φＳ
Ｗを与えて、光電流を対数変換した値に相当する電圧が
ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにサンプルホールドさ
れる。そして、画素Ｇ11〜Ｇmnにパルス信号φＶが順次
与えられて、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＮすることに
より、光電流を対数変換した出力電流が出力信号線６に
出力される。このようにして信号が読み出された後、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦする。
【０１３１】（１−ｂ）感度のバラツキ検出 各画素の感度のバラツキを検出動作は、第４の実施形態
と同様、図１０のタイミングチャートにおけるタイミン
グで各信号を与えることによって実現される。上記のよ
うに、パルス信号φＳＷが画素Ｇ11〜ＧmnのＭＯＳトラ
ンジスタＴ５のゲートに同時に与えられて１フレーム分
の映像情報がサンプルホールドされた後、パルス信号φ
Ｖが画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ３のゲー
トに順次与えられて出力信号が読み出されると、まず、
信号φＳをローレベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ４
をＯＦＦにする。尚、信号φＳＷがローレベルになって
から信号φＳがローレベルとなる間に、画素Ｇ11〜Ｇmn
のＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶが
順次与えられる。そして、信号φＶPDを第３電圧にし
て、ＭＯＳトランジスタＴ１のドレイン・ソース間に負
の電荷を蓄積させる。尚、このとき、信号φＳＷはロー
レベルでＭＯＳトランジスタＴ５は、ＯＦＦである。
と同様、図１０のタイミングチャートにおけるタイミン
グで各信号を与えることによって実現される。上記のよ
うに、パルス信号φＳＷが画素Ｇ11〜ＧmnのＭＯＳトラ
ンジスタＴ５のゲートに同時に与えられて１フレーム分
の映像情報がサンプルホールドされた後、パルス信号φ
Ｖが画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ３のゲー
トに順次与えられて出力信号が読み出されると、まず、
信号φＳをローレベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ４
をＯＦＦにする。尚、信号φＳＷがローレベルになって
から信号φＳがローレベルとなる間に、画素Ｇ11〜Ｇmn
のＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶが
順次与えられる。そして、信号φＶPDを第３電圧にし
て、ＭＯＳトランジスタＴ１のドレイン・ソース間に負
の電荷を蓄積させる。尚、このとき、信号φＳＷはロー
レベルでＭＯＳトランジスタＴ５は、ＯＦＦである。
【０１３２】次に、信号φＶPDを第１電圧に戻すと、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ１のソースにＭＯＳトランジスタＴ
１のゲート・ソース間の閾値電圧によってその蓄積量が
決まる負の電荷が蓄積された状態になる。このように、
ＭＯＳトランジスタＴ１のソースに負の電荷が蓄積され
ると、ＭＯＳトランジスタＴ５のゲートにパルス信号φ
ＳＷを与えてＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにＭＯＳ
トランジスタＴ１のソース電圧をサンプルホールドす
る。尚、信号φＳ、φＳＷ、φＶPDは、画素Ｇ11〜Ｇmn
において、同時に切り換えられる。
ＯＳトランジスタＴ１のソースにＭＯＳトランジスタＴ
１のゲート・ソース間の閾値電圧によってその蓄積量が
決まる負の電荷が蓄積された状態になる。このように、
ＭＯＳトランジスタＴ１のソースに負の電荷が蓄積され
ると、ＭＯＳトランジスタＴ５のゲートにパルス信号φ
ＳＷを与えてＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにＭＯＳ
トランジスタＴ１のソース電圧をサンプルホールドす
る。尚、信号φＳ、φＳＷ、φＶPDは、画素Ｇ11〜Ｇmn
において、同時に切り換えられる。
【０１３３】このように画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲートに電圧がサンプルホールドされる
と、次に、画素Ｇ11〜Ｇmnに設けられたＭＯＳトランジ
スタＴ３のゲートにパルス信号φＶが順次与えられて、
各画素毎にＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧に応じ
た出力電流が出力信号線６に導出されて、シリアルデー
タとして出力される。この補正データとなる出力信号が
読み出されると、ＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにす
る。又、このときＭＯＳトランジスタＴ３に与えられる
パルス信号φＶは、信号φＳがハイレベルになってから
信号φＳＷがハイレベルになる間、画素Ｇ11〜Ｇmnに順
次与えられる。
ンジスタＴ２のゲートに電圧がサンプルホールドされる
と、次に、画素Ｇ11〜Ｇmnに設けられたＭＯＳトランジ
スタＴ３のゲートにパルス信号φＶが順次与えられて、
各画素毎にＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧に応じ
た出力電流が出力信号線６に導出されて、シリアルデー
タとして出力される。この補正データとなる出力信号が
読み出されると、ＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにす
る。又、このときＭＯＳトランジスタＴ３に与えられる
パルス信号φＶは、信号φＳがハイレベルになってから
信号φＳＷがハイレベルになる間、画素Ｇ11〜Ｇmnに順
次与えられる。
【０１３４】（２）光電流を線形的に変換して出力する
場合 このとき、第４の実施形態と同様に、信号φＶPDが第２
電圧とされる。又、信号φＶPGは、２値の電圧信号とし
て切り換えられ、ハイレベルのときＭＯＳトランジスタ
Ｔ１をＯＮするとともに、ローレベルのときＭＯＳトラ
ンジスタＴ１をＯＦＦする。又、信号φＳは常にハイレ
ベルで、信号φＳがゲートに与えられるＭＯＳトランジ
スタＴ４は常にＯＮの状態である。このようにすること
によって、ＭＯＳトランジスタＴ１がリセット用のトラ
ンジスタとして、ＭＯＳトランジスタＴ２が信号増幅用
のトランジスタとして、それぞれ働く構成となる。
場合 このとき、第４の実施形態と同様に、信号φＶPDが第２
電圧とされる。又、信号φＶPGは、２値の電圧信号とし
て切り換えられ、ハイレベルのときＭＯＳトランジスタ
Ｔ１をＯＮするとともに、ローレベルのときＭＯＳトラ
ンジスタＴ１をＯＦＦする。又、信号φＳは常にハイレ
ベルで、信号φＳがゲートに与えられるＭＯＳトランジ
スタＴ４は常にＯＮの状態である。このようにすること
によって、ＭＯＳトランジスタＴ１がリセット用のトラ
ンジスタとして、ＭＯＳトランジスタＴ２が信号増幅用
のトランジスタとして、それぞれ働く構成となる。
【０１３５】（２−ａ）撮像動作 まず、信号φＶPGをハイレベルにして、ＭＯＳトランジ
スタＴ１を介してＭＯＳトランジスタＴ５のドレイン電
圧がリセットされた後、信号φＶPGをローレベルにし
て、ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦにした状態にす
る。又、信号φＳＷをローレベルにして、図１のような
構成の固体撮像装置内の画素Ｇ11〜Ｇmn（図１）に設け
られたＭＯＳトランジスタＴ５を全てＯＦＦの状態にす
る。
スタＴ１を介してＭＯＳトランジスタＴ５のドレイン電
圧がリセットされた後、信号φＶPGをローレベルにし
て、ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦにした状態にす
る。又、信号φＳＷをローレベルにして、図１のような
構成の固体撮像装置内の画素Ｇ11〜Ｇmn（図１）に設け
られたＭＯＳトランジスタＴ５を全てＯＦＦの状態にす
る。
【０１３６】このとき、フォトトランジスタＰＴｒに光
電流が流れることによって、第４の実施形態と同様に、
ＭＯＳトランジスタＴ５のドレイン電圧が、光電流に対
して線形的に変化した値になる。次に、同一のタイミン
グで画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ５のゲー
トにパルス信号φＳＷを与えて、ＭＯＳトランジスタＴ
５のドレインに現れる光電流を線形変換した値に相当す
る電圧をＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにサンプルホ
ールドする。
電流が流れることによって、第４の実施形態と同様に、
ＭＯＳトランジスタＴ５のドレイン電圧が、光電流に対
して線形的に変化した値になる。次に、同一のタイミン
グで画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ５のゲー
トにパルス信号φＳＷを与えて、ＭＯＳトランジスタＴ
５のドレインに現れる光電流を線形変換した値に相当す
る電圧をＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにサンプルホ
ールドする。
【０１３７】そして、画素Ｇ11〜Ｇmnにパルス信号φＶ
が順次与えられて、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＮし
て、出力信号線６へ出力する。このとき、各画素では、
ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＮすることによって、ＭＯ
ＳトランジスタＴ２のゲートにサンプルホールドされた
光電流を線形変換した電圧に比例したドレイン電流が、
出力電流としてＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を通して
出力信号線６に導出される。このようにして信号が読み
出された後、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＦＦになる。
が順次与えられて、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＮし
て、出力信号線６へ出力する。このとき、各画素では、
ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＮすることによって、ＭＯ
ＳトランジスタＴ２のゲートにサンプルホールドされた
光電流を線形変換した電圧に比例したドレイン電流が、
出力電流としてＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を通して
出力信号線６に導出される。このようにして信号が読み
出された後、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＦＦになる。
【０１３８】（２−ｂ）リセット動作 光電流を線形的に変換する際のリセット動作は、第４の
実施形態と同様、図８のタイミングチャートにおけるタ
イミングで各信号を与えることによって実現される。上
記のように、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ３
のゲートに与えられて、出力信号が読み出されると、ま
ず、ハイレベルの信号φＶPGを与えて、画素Ｇ11〜Ｇmn
内のＭＯＳトランジスタＴ５のドレイン電圧をリセット
する。このようにリセットされると、同一のタイミング
で画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ５のゲート
にパルス信号φＳＷを与えて、このリセット電圧をＭＯ
ＳトランジスタＴ２のゲートにサンプルホールドする。
実施形態と同様、図８のタイミングチャートにおけるタ
イミングで各信号を与えることによって実現される。上
記のように、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ３
のゲートに与えられて、出力信号が読み出されると、ま
ず、ハイレベルの信号φＶPGを与えて、画素Ｇ11〜Ｇmn
内のＭＯＳトランジスタＴ５のドレイン電圧をリセット
する。このようにリセットされると、同一のタイミング
で画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ５のゲート
にパルス信号φＳＷを与えて、このリセット電圧をＭＯ
ＳトランジスタＴ２のゲートにサンプルホールドする。
【０１３９】このように画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲートにリセット電圧がサンプルホール
ドされると、次に、信号φＶPGをローレベルにした後、
画素Ｇ11〜Ｇmnにパルス信号φＶが順次与えられて、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ３がＯＮすることにより、各画素毎
にＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧がリセットされ
た状態の出力が出力信号線６に導出される。この補正デ
ータとなる出力信号が読み出されると、ＭＯＳトランジ
スタＴ３をＯＦＦにする。
ンジスタＴ２のゲートにリセット電圧がサンプルホール
ドされると、次に、信号φＶPGをローレベルにした後、
画素Ｇ11〜Ｇmnにパルス信号φＶが順次与えられて、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ３がＯＮすることにより、各画素毎
にＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧がリセットされ
た状態の出力が出力信号線６に導出される。この補正デ
ータとなる出力信号が読み出されると、ＭＯＳトランジ
スタＴ３をＯＦＦにする。
【０１４０】２．信号φＲＬを第５電圧にしたとき このとき、信号φＲＳをハイレベルとしてＭＯＳトラン
ジスタＴ６をＯＮした状態とすると、フォトトランジス
タＰＴｒには順バイアスがかけられた状態となるため、
このとき、定電流源９より流れる電流に応じたコレクタ
電流がフォトトランジスタＰＴｒを流れることができ
る。又、信号φＳは常にハイレベルとして、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ４をＯＮの状態にする。
ジスタＴ６をＯＮした状態とすると、フォトトランジス
タＰＴｒには順バイアスがかけられた状態となるため、
このとき、定電流源９より流れる電流に応じたコレクタ
電流がフォトトランジスタＰＴｒを流れることができ
る。又、信号φＳは常にハイレベルとして、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ４をＯＮの状態にする。
【０１４１】（１） 光電流を自然対数的に変換して出
力する場合 （１−ａ）撮像動作 まず、ローレベルの信号φＲＳをＭＯＳトランジスタＴ
６のゲートに与えることで、ＭＯＳトランジスタＴ６を
ＯＦＦにして、フォトトランジスタＰＴｒのベースをフ
ローティング状態にするとともに、信号φＶPDを第１電
圧にして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。このとき、１．の場合と同様、ま
ず、画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ５がＯＦ
Ｆの間、フォトトランジスタＰＴｒは入射される光の光
量に応じた光電流を発生し、ＭＯＳトランジスタＴ１の
ソース電圧はこの光電流を対数変換した値に相当する電
圧となる。
力する場合 （１−ａ）撮像動作 まず、ローレベルの信号φＲＳをＭＯＳトランジスタＴ
６のゲートに与えることで、ＭＯＳトランジスタＴ６を
ＯＦＦにして、フォトトランジスタＰＴｒのベースをフ
ローティング状態にするとともに、信号φＶPDを第１電
圧にして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。このとき、１．の場合と同様、ま
ず、画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ５がＯＦ
Ｆの間、フォトトランジスタＰＴｒは入射される光の光
量に応じた光電流を発生し、ＭＯＳトランジスタＴ１の
ソース電圧はこの光電流を対数変換した値に相当する電
圧となる。
【０１４２】次に、同一のタイミングで画素Ｇ11〜Ｇmn
内のＭＯＳトランジスタＴ５のゲートにパルス信号φＳ
Ｗを与えて、光電流を対数変換した値に相当する電圧が
ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにサンプルホールドさ
れる。そして、画素Ｇ11〜Ｇmnにパルス信号φＶが順次
与えられて、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＮすることに
より、光電流を対数変換した出力電流が出力信号線６に
出力される。このようにして信号が読み出された後、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ３がＯＦＦになる。
内のＭＯＳトランジスタＴ５のゲートにパルス信号φＳ
Ｗを与えて、光電流を対数変換した値に相当する電圧が
ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにサンプルホールドさ
れる。そして、画素Ｇ11〜Ｇmnにパルス信号φＶが順次
与えられて、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＮすることに
より、光電流を対数変換した出力電流が出力信号線６に
出力される。このようにして信号が読み出された後、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ３がＯＦＦになる。
【０１４３】（１−ｂ）画素の感度バラツキ検出 画素の感度バラツキ検出動作について、図１６を参照し
て説明する。上記のように、パルス信号φＳＷが画素Ｇ
11〜ＧmnのＭＯＳトランジスタＴ５のゲートに同時に与
えられて１フレーム分の映像情報がサンプルホールドさ
れた後、パルス信号φＶが画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳト
ランジスタＴ３のゲートに順次与えられて出力信号が読
み出されると、まず、ハイレベルの信号φＲＳが画素Ｇ
11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに同一の
タイミングで与えられてＭＯＳトランジスタＴ６をＯＮ
にする。このようにＭＯＳトランジスタＴ６がＯＮする
ことで、フォトトランジスタＰＴｒのベースに定電流源
９より電流供給線８を介して定電流が流れる。尚、図１
６は、１つの画素におけるリセット動作を示したタイミ
ングチャートであり、信号φＳＷがローレベルになって
から信号φＲＳがハイレベルとなる間に、画素Ｇ11〜Ｇ
mnのＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶ
が順次与えられる。
て説明する。上記のように、パルス信号φＳＷが画素Ｇ
11〜ＧmnのＭＯＳトランジスタＴ５のゲートに同時に与
えられて１フレーム分の映像情報がサンプルホールドさ
れた後、パルス信号φＶが画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳト
ランジスタＴ３のゲートに順次与えられて出力信号が読
み出されると、まず、ハイレベルの信号φＲＳが画素Ｇ
11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに同一の
タイミングで与えられてＭＯＳトランジスタＴ６をＯＮ
にする。このようにＭＯＳトランジスタＴ６がＯＮする
ことで、フォトトランジスタＰＴｒのベースに定電流源
９より電流供給線８を介して定電流が流れる。尚、図１
６は、１つの画素におけるリセット動作を示したタイミ
ングチャートであり、信号φＳＷがローレベルになって
から信号φＲＳがハイレベルとなる間に、画素Ｇ11〜Ｇ
mnのＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにパルス信号φＶ
が順次与えられる。
【０１４４】このように、各画素に定電流源９より一定
の電流が流れると、この定電流源９より与えられる電流
によって決定される光電流がフォトトランジスタＰＴｒ
より流れて、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースに、定電
流源９によって決定された光電流を対数変換した値の電
圧が現れる。画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ
５のゲートに、パルス信号φＳＷを与えてＭＯＳトラン
ジスタＴ２のゲートにＭＯＳトランジスタＴ１のソース
電圧をサンプルホールドする。尚、信号φＲＳ、φＳＷ
は、画素Ｇ11〜Ｇmn全てにおいて、同時に切り換えられ
る。
の電流が流れると、この定電流源９より与えられる電流
によって決定される光電流がフォトトランジスタＰＴｒ
より流れて、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースに、定電
流源９によって決定された光電流を対数変換した値の電
圧が現れる。画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ
５のゲートに、パルス信号φＳＷを与えてＭＯＳトラン
ジスタＴ２のゲートにＭＯＳトランジスタＴ１のソース
電圧をサンプルホールドする。尚、信号φＲＳ、φＳＷ
は、画素Ｇ11〜Ｇmn全てにおいて、同時に切り換えられ
る。
【０１４５】このように画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲートに電圧がサンプルホールドされる
と、次に、信号φＲＳがローレベルにされるとともに、
画素Ｇ11〜Ｇmnに設けられたＭＯＳトランジスタＴ３の
ゲートにパルス信号φＶが順次与えられて、各画素毎に
ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧に応じた出力電流
が出力信号線６に導出されて、シリアルデータとして出
力される。このように、パルス信号φＶを与えて、各画
素の感度バラツキが検出されると、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ３をＯＦＦにする。又、このときＭＯＳトランジスタ
Ｔ３に与えられるパルス信号φＶは、信号φＲＳがロー
レベルになってから信号φＳＷがハイレベルになる間、
画素Ｇ11〜Ｇmnに順次与えられる。
ンジスタＴ２のゲートに電圧がサンプルホールドされる
と、次に、信号φＲＳがローレベルにされるとともに、
画素Ｇ11〜Ｇmnに設けられたＭＯＳトランジスタＴ３の
ゲートにパルス信号φＶが順次与えられて、各画素毎に
ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧に応じた出力電流
が出力信号線６に導出されて、シリアルデータとして出
力される。このように、パルス信号φＶを与えて、各画
素の感度バラツキが検出されると、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ３をＯＦＦにする。又、このときＭＯＳトランジスタ
Ｔ３に与えられるパルス信号φＶは、信号φＲＳがロー
レベルになってから信号φＳＷがハイレベルになる間、
画素Ｇ11〜Ｇmnに順次与えられる。
【０１４６】（２） 光電流を線形的に変換して出力す
る場合 このとき、１．の場合と同様に、信号φＶPDが第２電圧
とされる。又、信号φＶPGは、２値の電圧信号として切
り換えられ、ハイレベルのときＭＯＳトランジスタＴ１
をＯＮするとともに、ローレベルのときＭＯＳトランジ
スタＴ１をＯＦＦする。このようにすることによって、
ＭＯＳトランジスタＴ１がリセット用のトランジスタと
して、ＭＯＳトランジスタＴ２が信号増幅用のトランジ
スタとして、それぞれ働く構成となる。
る場合 このとき、１．の場合と同様に、信号φＶPDが第２電圧
とされる。又、信号φＶPGは、２値の電圧信号として切
り換えられ、ハイレベルのときＭＯＳトランジスタＴ１
をＯＮするとともに、ローレベルのときＭＯＳトランジ
スタＴ１をＯＦＦする。このようにすることによって、
ＭＯＳトランジスタＴ１がリセット用のトランジスタと
して、ＭＯＳトランジスタＴ２が信号増幅用のトランジ
スタとして、それぞれ働く構成となる。
【０１４７】（２−ａ）撮像動作 まず、ローレベルの信号φＲＳをＭＯＳトランジスタＴ
６のゲートに与えることで、ＭＯＳトランジスタＴ６を
ＯＦＦにして、フォトトランジスタＰＴｒのベースをフ
ローティング状態にする。そして、信号φＶPGをハイレ
ベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ１を介してＭＯＳト
ランジスタＴ５のドレイン電圧がリセットされた後、信
号φＶPGをローレベルにするとともに、図１のような構
成の固体撮像装置内の画素Ｇ11〜Ｇmn（図１）に設けら
れたＭＯＳトランジスタＴ５を全てＯＦＦの状態にす
る。このとき、フォトトランジスタＰＴｒに光電流が流
れることによって、１．の場合と同様に、ＭＯＳトラン
ジスタＴ５のドレイン電圧が線形的に変化した値にな
る。
６のゲートに与えることで、ＭＯＳトランジスタＴ６を
ＯＦＦにして、フォトトランジスタＰＴｒのベースをフ
ローティング状態にする。そして、信号φＶPGをハイレ
ベルにして、ＭＯＳトランジスタＴ１を介してＭＯＳト
ランジスタＴ５のドレイン電圧がリセットされた後、信
号φＶPGをローレベルにするとともに、図１のような構
成の固体撮像装置内の画素Ｇ11〜Ｇmn（図１）に設けら
れたＭＯＳトランジスタＴ５を全てＯＦＦの状態にす
る。このとき、フォトトランジスタＰＴｒに光電流が流
れることによって、１．の場合と同様に、ＭＯＳトラン
ジスタＴ５のドレイン電圧が線形的に変化した値にな
る。
【０１４８】次に、同一のタイミングで画素Ｇ11〜Ｇmn
にパルス信号φＳＷを与えて、ＭＯＳトランジスタＴ５
のドレイン電圧をＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにサ
ンプルホールドする。そして、画素Ｇ11〜Ｇmnにパルス
信号φＶが順次与えられて、信号φＶをハイレベルにし
てＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮにする。このとき、前
記光電流を線形的に変換した値となる電流が、ＭＯＳト
ランジスタＴ２，Ｔ３を介して出力信号線６に導出され
る。このようにして入射光量の値に比例した信号を読み
出すと、ＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにする。
にパルス信号φＳＷを与えて、ＭＯＳトランジスタＴ５
のドレイン電圧をＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにサ
ンプルホールドする。そして、画素Ｇ11〜Ｇmnにパルス
信号φＶが順次与えられて、信号φＶをハイレベルにし
てＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮにする。このとき、前
記光電流を線形的に変換した値となる電流が、ＭＯＳト
ランジスタＴ２，Ｔ３を介して出力信号線６に導出され
る。このようにして入射光量の値に比例した信号を読み
出すと、ＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにする。
【０１４９】（２−ｂ）画素の感度バラツキ検出 画素の感度バラツキ検出動作について、図１７を参照し
て説明する。上記のように、パルス信号φＳＷが画素Ｇ
11〜ＧmnのＭＯＳトランジスタＴ５のゲートに同時に与
えられて１フレーム分の映像情報がサンプルホールドさ
れた後、パルス信号φＶが画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳト
ランジスタＴ３のゲートに順次与えられて出力信号が読
み出されると、まず、パルス信号φＶPGを与えて、画素
Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ５のドレイン電圧
をリセットする。尚、図１７は、１つの画素におけるリ
セット動作を示したタイミングチャートであり、信号φ
ＳＷがローレベルになってから信号φＶPGがハイレベル
となる間に、画素Ｇ11〜ＧmnのＭＯＳトランジスタＴ３
のゲートにパルス信号φＶが順次与えられる。そして、
ハイレベルの信号φＲＳをＭＯＳトランジスタＴ６のゲ
ートに与えてＭＯＳトランジスタＴ６をＯＮにして、フ
ォトトランジスタＰＴｒのベースに定電流源９より電流
供給線８を介して定電流が流れるようにする。
て説明する。上記のように、パルス信号φＳＷが画素Ｇ
11〜ＧmnのＭＯＳトランジスタＴ５のゲートに同時に与
えられて１フレーム分の映像情報がサンプルホールドさ
れた後、パルス信号φＶが画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳト
ランジスタＴ３のゲートに順次与えられて出力信号が読
み出されると、まず、パルス信号φＶPGを与えて、画素
Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ５のドレイン電圧
をリセットする。尚、図１７は、１つの画素におけるリ
セット動作を示したタイミングチャートであり、信号φ
ＳＷがローレベルになってから信号φＶPGがハイレベル
となる間に、画素Ｇ11〜ＧmnのＭＯＳトランジスタＴ３
のゲートにパルス信号φＶが順次与えられる。そして、
ハイレベルの信号φＲＳをＭＯＳトランジスタＴ６のゲ
ートに与えてＭＯＳトランジスタＴ６をＯＮにして、フ
ォトトランジスタＰＴｒのベースに定電流源９より電流
供給線８を介して定電流が流れるようにする。
【０１５０】このように、各画素に定電流源９より一定
の電流が流れると、この定電流源９より与えられる電流
によって決定される光電流がフォトトランジスタＰＴｒ
より流れることによって、ＭＯＳトランジスタＴ５のド
レインに、定電流源９によって決定された光電流を線形
変換した値の電圧が現れる。次に、同一のタイミングで
画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ５のゲートに
パルス信号φＳＷを与えて、このリセット電圧をＭＯＳ
トランジスタＴ２のゲートにサンプルホールドする。
の電流が流れると、この定電流源９より与えられる電流
によって決定される光電流がフォトトランジスタＰＴｒ
より流れることによって、ＭＯＳトランジスタＴ５のド
レインに、定電流源９によって決定された光電流を線形
変換した値の電圧が現れる。次に、同一のタイミングで
画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ５のゲートに
パルス信号φＳＷを与えて、このリセット電圧をＭＯＳ
トランジスタＴ２のゲートにサンプルホールドする。
【０１５１】このように画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲートにサンプルホールドされると、次
に、信号φＲＳがローレベルにされるとともに、画素Ｇ
11〜Ｇmnにパルス信号φＶが順次与えられて、ＭＯＳト
ランジスタＴ３がＯＮすることにより、各画素毎にその
感度のバラツキを表す出力が出力信号線６に導出され
る。
ンジスタＴ２のゲートにサンプルホールドされると、次
に、信号φＲＳがローレベルにされるとともに、画素Ｇ
11〜Ｇmnにパルス信号φＶが順次与えられて、ＭＯＳト
ランジスタＴ３がＯＮすることにより、各画素毎にその
感度のバラツキを表す出力が出力信号線６に導出され
る。
【０１５２】このように、パルス信号φＶを与えて、各
画素の感度バラツキが検出されると、パルス信号φＶPG
をＭＯＳトランジスタＴ１に与えて、ＭＯＳトランジス
タＴ５のドレイン電圧をリセットする。尚、信号φＲ
Ｓ、φＳＷ、φＶPGは、画素Ｇ11〜Ｇmnにおいて、同時
に切り換えられる。又、このときＭＯＳトランジスタＴ
３に与えられるパルス信号φＶは、信号φＲＳがローレ
ベルになってから信号φＶPGがハイレベルになる間、画
素Ｇ11〜Ｇmnに順次与えられる。
画素の感度バラツキが検出されると、パルス信号φＶPG
をＭＯＳトランジスタＴ１に与えて、ＭＯＳトランジス
タＴ５のドレイン電圧をリセットする。尚、信号φＲ
Ｓ、φＳＷ、φＶPGは、画素Ｇ11〜Ｇmnにおいて、同時
に切り換えられる。又、このときＭＯＳトランジスタＴ
３に与えられるパルス信号φＶは、信号φＲＳがローレ
ベルになってから信号φＶPGがハイレベルになる間、画
素Ｇ11〜Ｇmnに順次与えられる。
【０１５３】尚、本実施形態において、撮像時及び感度
バラツキの検出時のそれぞれの場合において画素Ｇ11〜
Ｇmnより読み出された出力信号は、画像データ及び補正
データとして、少なくとも一方のデータを全て記憶する
ことが可能なメモリなどに記憶する必要がある。例え
ば、画素毎の補正データをこのようなメモリに記憶して
おく。そして、画像データをメモリに記憶された補正デ
ータで補正することによって、画像データから画素毎の
バラツキを取り除くことができる。
バラツキの検出時のそれぞれの場合において画素Ｇ11〜
Ｇmnより読み出された出力信号は、画像データ及び補正
データとして、少なくとも一方のデータを全て記憶する
ことが可能なメモリなどに記憶する必要がある。例え
ば、画素毎の補正データをこのようなメモリに記憶して
おく。そして、画像データをメモリに記憶された補正デ
ータで補正することによって、画像データから画素毎の
バラツキを取り除くことができる。
【０１５４】尚、上述した第１〜第３及び第５の実施形
態において、画素毎に、その感度バラツキを検出したと
き又は各画素をリセットしたときの信号を出力信号線６
に出力すると、この検出時の信号がシリアルに出力さ
れ、後続回路においてメモリに画素毎の補正データとし
て記憶しておく。そして、実際の撮像時の信号を前記記
憶されている補正データで画素毎に補正すれば、出力信
号から画素毎のバラツキを取り除くことができる。この
補正方法はラインメモリなどのメモリを素子内に設ける
ことによっても実現できる。
態において、画素毎に、その感度バラツキを検出したと
き又は各画素をリセットしたときの信号を出力信号線６
に出力すると、この検出時の信号がシリアルに出力さ
れ、後続回路においてメモリに画素毎の補正データとし
て記憶しておく。そして、実際の撮像時の信号を前記記
憶されている補正データで画素毎に補正すれば、出力信
号から画素毎のバラツキを取り除くことができる。この
補正方法はラインメモリなどのメモリを素子内に設ける
ことによっても実現できる。
【０１５５】又、第１〜第６の実施形態において、ＭＯ
ＳトランジスタＴ２のソースにキャパシタや信号増幅用
のＭＯＳトランジスタのゲートなどを接続することで、
積分回路を設けるような構成にしても構わない。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、行選択用
のスイッチとなるＭＯＳトランジスタＴ３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。
ＳトランジスタＴ２のソースにキャパシタや信号増幅用
のＭＯＳトランジスタのゲートなどを接続することで、
積分回路を設けるような構成にしても構わない。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、行選択用
のスイッチとなるＭＯＳトランジスタＴ３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。
【０１５６】又、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ６をＮチ
ャネルのＭＯＳトランジスタとするとともに、フォトト
ランジスタＰＴｒをｎｐｎ型トランジスタとしたが、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ６をＰチャネルのＭＯＳトラ
ンジスタとするとともに、フォトトランジスタＰＴｒを
ｐｎｐ型トランジスタとした構成としても構わない。ま
た、このとき、図１又は図１０の画素構成において、Ｍ
ＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２もＰチャネルのＭＯＳトラ
ンジスタで構成される。このように、ＰチャネルのＭＯ
Ｓトランジスタ及びｐｎｐ型トランジスタで固体撮像装
置を構成したとき、その構成及び動作が逆となるもの
の、実質的には同一の構成となる。
ャネルのＭＯＳトランジスタとするとともに、フォトト
ランジスタＰＴｒをｎｐｎ型トランジスタとしたが、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ６をＰチャネルのＭＯＳトラ
ンジスタとするとともに、フォトトランジスタＰＴｒを
ｐｎｐ型トランジスタとした構成としても構わない。ま
た、このとき、図１又は図１０の画素構成において、Ｍ
ＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２もＰチャネルのＭＯＳトラ
ンジスタで構成される。このように、ＰチャネルのＭＯ
Ｓトランジスタ及びｐｎｐ型トランジスタで固体撮像装
置を構成したとき、その構成及び動作が逆となるもの
の、実質的には同一の構成となる。
【０１５７】
【発明の効果】本願第１発明の固体撮像装置によると、
光電変換手段の感光素子にフォトトランジスタを使用す
るので、このフォトトランジスタによって光電変換され
た電気信号が光電流を増幅した信号となるので高感度な
撮像を行うことが可能となる。又、本願第２発明の固体
撮像装置によると、フォトトランジスタの制御電極に定
電流を流す定電流源が設けられることによって、各画素
のフォトトランジスタの制御電極に同一の定電流を流す
ことで、そのフォトトランジスタの増幅率を表す出力信
号が得られる。そのため、従来のように、一様光を与え
ることなく、このフォトトランジスタの増幅率のバラツ
キに起因する画素の感度バラツキを検出できる。
光電変換手段の感光素子にフォトトランジスタを使用す
るので、このフォトトランジスタによって光電変換され
た電気信号が光電流を増幅した信号となるので高感度な
撮像を行うことが可能となる。又、本願第２発明の固体
撮像装置によると、フォトトランジスタの制御電極に定
電流を流す定電流源が設けられることによって、各画素
のフォトトランジスタの制御電極に同一の定電流を流す
ことで、そのフォトトランジスタの増幅率を表す出力信
号が得られる。そのため、従来のように、一様光を与え
ることなく、このフォトトランジスタの増幅率のバラツ
キに起因する画素の感度バラツキを検出できる。
【０１５８】又、本願第３発明の固体撮像装置による
と、定電流源に印加される直流電圧を切換可能とするこ
とで、フォトトランジスタの増幅率を変化させることが
できるので、撮像する被写体の輝度に応じてその感度を
切り換えることができる。更に、本願第４発明の固体撮
像装置によると、各画素内に、固体撮像装置内の全画素
を同時に撮像動作させるスイッチを設けたので、時間的
な誤差のない高品位な画像信号が得られる。
と、定電流源に印加される直流電圧を切換可能とするこ
とで、フォトトランジスタの増幅率を変化させることが
できるので、撮像する被写体の輝度に応じてその感度を
切り換えることができる。更に、本願第４発明の固体撮
像装置によると、各画素内に、固体撮像装置内の全画素
を同時に撮像動作させるスイッチを設けたので、時間的
な誤差のない高品位な画像信号が得られる。
【図１】本発明の一実施形態である二次元固体撮像装置
の全体の構成を説明するためのブロック回路図。
の全体の構成を説明するためのブロック回路図。
【図２】図１の一部の回路図。
【図３】本発明の第１の実施形態の１画素の構成を示す
回路図。
回路図。
【図４】第１の実施形態で使用する画素の各素子に与え
る信号のタイミングチャート。
る信号のタイミングチャート。
【図５】本発明の第２の実施形態の１画素の構成を示す
回路図。
回路図。
【図６】第２の実施形態で使用する画素の各素子に与え
る信号のタイミングチャート。
る信号のタイミングチャート。
【図７】本発明の第３の実施形態の１画素の構成を示す
回路図。
回路図。
【図８】第３の実施形態で使用する画素の各素子に与え
る信号のタイミングチャート。
る信号のタイミングチャート。
【図９】本発明の第４の実施形態の１画素の構成を示す
回路図。
回路図。
【図１０】第４の実施形態で使用する画素の各素子に与
える信号のタイミングチャート。
える信号のタイミングチャート。
【図１１】本発明の一実施形態である二次元固体撮像装
置の全体の構成を説明するためのブロック回路図。
置の全体の構成を説明するためのブロック回路図。
【図１２】本発明の第５の実施形態の１画素の構成を示
す回路図。
す回路図。
【図１３】第５の実施形態で使用する画素の各素子に与
える信号のタイミングチャート。
える信号のタイミングチャート。
【図１４】第５の実施形態で使用する画素の各素子に与
える信号のタイミングチャート。
える信号のタイミングチャート。
【図１５】本発明の第６の実施形態の１画素の構成を示
す回路図。
す回路図。
【図１６】第６の実施形態で使用する画素の各素子に与
える信号のタイミングチャート。
える信号のタイミングチャート。
【図１７】第６の実施形態で使用する画素の各素子に与
える信号のタイミングチャート。
える信号のタイミングチャート。
【図１８】従来例の１画素の構成を示す回路図。
Ｇ11〜Ｇｍｎ 画素 ２ 垂直走査回路 ３ 水平走査回路 ４−１〜４−ｎ 行選択線 ６−１〜６−ｍ 出力信号線 ７ 信号線 ８−１〜８−ｍ 電流供給線 ９−１〜９−ｍ 定電流源 １０ 直流電圧線 １１ ライン ＰＴｒ フォトトランジスタ Ｔ１〜Ｔ６ 第１〜第６ＭＯＳトランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA02 AB01 BA14 CA09 DB09 DD09 DD12 FA06 5C024 AX01 CX41 CX43 GX04 GY31 GY36 GY37 HX12 HX40 5F088 AA07 BA01 BA07 BB03 FA09 FA11 KA01 KA08
Claims (20)
- 【請求項１】 入射した光量に応じた電気信号を発生す
る感光素子を有する光電変換手段と、該光電変換手段の
出力信号を出力信号線へ導出する導出路とを備えた複数
の画素を有する固体撮像装置において、 前記光電変換手段が、 制御電極がフローティング状態にされるとともに、第２
電極に直流電圧が印加され、制御電極に入射された光量
によって発生した光電流を増幅するフォトトランジスタ
と、 第１電極と第２電極と制御電極とを備え、前記フォトト
ランジスタの第１電極に第２電極が接続され、前記フォ
トトランジスタからの出力電流が流れ込む第１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トラン
ジスタの制御電極とは非接続で且つ前記第１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トランジスタとから構成され、 前記第１トランジスタをサブスレッショルド領域で動作
させることによって、前記フォトトランジスタから流れ
る出力電流を自然対数的に変換することを特徴とする固
体撮像装置。 - 【請求項２】 入射した光量に応じた電気信号を発生す
る感光素子を有する光電変換手段と、該光電変換手段の
出力信号を出力信号線へ導出する導出路とを備えた複数
の画素を有する固体撮像装置において、 定電流源を有するとともに、 前記光電変換手段が、 第２電極に直流電圧が印加され、制御電極に入射された
光量によって発生した光電流を増幅するフォトトランジ
スタと、 第１電極と第２電極と制御電極とを備え、前記フォトト
ランジスタの第１電極に第２電極が接続され、前記フォ
トトランジスタからの出力電流が流れ込む第１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トラン
ジスタの制御電極とは非接続で且つ前記第１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トランジスタと、 前記フォトトランジスタの制御電極と前記定電流源との
間に接続されるとともに、前記フォトトランジスタの制
御電極と前記定電流源との接続を電気的に接離する第１
スイッチと、から構成され、 撮像動作を行うときは、前記第１スイッチをＯＦＦにす
るとともに、前記第１トランジスタをサブスレッショル
ド領域で動作させることによって、前記フォトトランジ
スタから流れる出力電流を自然対数的に変換し、 又、前記光電変換手段の感度のバラツキを検出するとき
は前記第１スイッチをＯＮにすることを特徴とする固体
撮像装置。 - 【請求項３】 前記定電流源に印加される直流電圧の電
圧値が切り換え可能とし、 前記第１スイッチをＯＮにするとともに、前記フォトト
ランジスタに順バイアスとは異なるバイアスがかかるよ
うに前記直流電圧の電圧値を切り換えることによって、
前記フォトトランジスタの増幅率を変更可能とすること
を特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。 - 【請求項４】 前記光電変換手段が、前記第１トランジ
スタの第２電極と前記第２トランジスタの制御電極との
間に接続された第２スイッチを有し、 前記固体撮像装置に設けられた前記各光電変換手段内の
前記第２スイッチが、同一のタイミングで動作すること
によって、同一時間に撮像した電気信号が前記各光電変
換手段から出力され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】 前記光電変換手段の動作状態を、前記電
気信号を線形的に変換する第１状態と、自然対数的に変
換する第２状態とに切り換え可能とし、 前記第１トランジスタをＯＦＦにすることによって、前
記光電変換手段が前記第１状態で動作を行い、又、前記
第１トランジスタをサブスレッショルド領域で動作させ
ることによって、前記光電変換手段が前記第２状態で動
作を行うことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれ
かに記載の固体撮像装置。 - 【請求項６】 前記各画素が、前記光電変換手段の出力
信号を増幅する増幅用トランジスタを有しており、該増
幅用トランジスタの出力信号を前記導出路を介して前記
出力信号線へ出力することを特徴とする請求項１〜請求
項５のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 【請求項７】 前記出力信号線に接続された負荷抵抗又
は定電流源を有し、前記負荷抵抗又は定電流源の総数が
全画素数より少ないことを特徴とする請求項６に記載の
固体撮像装置。 - 【請求項８】 前記負荷抵抗又は定電流源は、前記出力
信号線に接続された第１電極と、直流電圧に接続された
第２電極と、直流電圧に接続された制御電極とを有する
トランジスタであることを特徴とする請求項７に記載の
固体撮像装置。 - 【請求項９】 前記導出路は、全画素の中から所定のも
のを順次選択し、選択された画素から増幅された信号を
出力信号線に導出する選択スイッチを含むことを特徴と
する請求項１〜請求項８のいずれかに記載の固体撮像装
置。 - 【請求項１０】 前記複数の画素をマトリクス状に配し
てなる二次元の固体撮像装置であることを特徴とする請
求項１〜請求項９のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 【請求項１１】 画素をマトリクス状に配してなる二次
元の固体撮像装置において、 各画素が、 ベース電極がフローティング状態にされるとともに、エ
ミッタ電極に直流電圧が印加され、ベース電極に入射さ
れた光量によって発生した光電流を増幅するｎｐｎ型フ
ォトトランジスタと、 該フォトトランジスタのコレクタ電極に第２電極が接続
された第１ＭＯＳトランジスタと、 該第１ＭＯＳトランジスタの第２電極にゲート電極が接
続された第２ＭＯＳトランジスタと、を有し、 前記第１ＭＯＳトランジスタを閾値以下のサブスレッシ
ョルド領域で動作させることで、前記フォトトランジス
タから出力される電気信号を自然対数的に変換して前記
第２ＭＯＳトランジスタの第２電極から出力させること
を特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項１２】 画素をマトリクス状に配してなる二次
元の固体撮像装置において、 各画素に定電流を供給する定電流源を有するとともに、 各画素が、 エミッタ電極に直流電圧が印加され、ベース電極に入射
された光量によって発生した光電流を増幅するｎｐｎ型
フォトトランジスタと、 該フォトトランジスタのコレクタ電極に第２電極が接続
された第１ＭＯＳトランジスタと、 該第１ＭＯＳトランジスタの第２電極にゲート電極が接
続された第２ＭＯＳトランジスタと、 前記定電流源に第１電極が接続されるとともに、前記フ
ォトトランジスタのベース電極に第２電極が接続された
第３ＭＯＳトランジスタと、 を有し、 撮像動作を行うときは、前記第３ＭＯＳトランジスタに
ＯＦＦとするとともに、前記第１ＭＯＳトランジスタを
閾値以下のサブスレッショルド領域で動作させること
で、前記フォトトランジスタから出力される電気信号を
自然対数的に変換して前記第２ＭＯＳトランジスタの第
２電極から出力させ、 前記画素の感度のバラツキを検出するときは前記第３Ｍ
ＯＳトランジスタをＯＮにすることを特徴とする固体撮
像装置。 - 【請求項１３】 前記定電流源に印加される直流電圧の
電圧値が切り換え可能とし、 前記第３ＭＯＳトランジスタをＯＮにするとともに、前
記フォトトランジスタに順バイアスとは異なるバイアス
がかかるように前記直流電圧の電圧値を切り換えること
によって、前記フォトトランジスタの増幅率を変更可能
とすることを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装
置。 - 【請求項１４】 前記第１ＭＯＳトランジスタをＯＦＦ
することによって、前記画素が前記光電流を線形的に変
換する第１状態で動作を行い、 又、前記第１ＭＯＳトランジスタをＯＮにするととも
に、前記第１ＭＯＳトランジスタをサブスレッショルド
領域で動作させることによって、前記画素が前記光電流
を対数的に変換する第２状態で動作を行うことを特徴と
する請求項１１〜請求項１３のいずれかに記載の固体撮
像装置。 - 【請求項１５】 前記第１ＭＯＳトランジスタの第２電
極に第１電極が接続されるとともに、前記フォトトラン
ジスタのコレクタ電極に第２電極が接続された第４ＭＯ
Ｓトランジスタを有することを特徴とする請求項１１〜
請求項１４に記載の固体撮像装置。 - 【請求項１６】 前記画素が、 前記第１ＭＯＳトランジスタの第２電極に第１電極が接
続されるとともに、前記第２ＭＯＳトランジスタのゲー
ト電極に第２電極が接続された第５ＭＯＳトランジスタ
を有し、 前記固体撮像装置内に設けられた各画素内の前記第５Ｍ
ＯＳトランジスタが、同一のタイミングで動作すること
によって、同一時間に撮像した電気信号が前記各画素か
ら出力されることを特徴とする請求項１１〜請求項１５
のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 【請求項１７】 前記画素が、第１電極が前記第２ＭＯ
Ｓトランジスタの第２電極に接続され、第２電極が出力
信号線に接続され、ゲート電極が行選択線に接続された
第６ＭＯＳトランジスタを有することを特徴とする請求
項１１〜請求項１６のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 【請求項１８】 前記画素に対し前記出力信号線を介し
て接続された負荷抵抗又は定電流源を成すＭＯＳトラン
ジスタを備えていることを特徴とする請求項１１〜請求
項１７のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 【請求項１９】 前記ＭＯＳトランジスタが全てＮチャ
ネルのＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求
項１１〜請求項１８のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 【請求項２０】 前記第１ＭＯＳトランジスタのゲート
電極と前記第２ＭＯＳトランジスタのゲート電極とが非
接続であることを特徴とする請求項１１〜請求項１９の
いずれかに記載の固体撮像装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000083202A JP2001268442A (ja) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | 固体撮像装置 |
| US09/774,212 US20010015404A1 (en) | 2000-02-18 | 2001-01-30 | Solid-state image-sensing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000083202A JP2001268442A (ja) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001268442A true JP2001268442A (ja) | 2001-09-28 |
Family
ID=18599881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000083202A Pending JP2001268442A (ja) | 2000-02-18 | 2000-03-21 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001268442A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6927884B2 (en) | 2000-08-31 | 2005-08-09 | Minolta Co., Ltd. | Solid-state image sensing device |
| JP2010519825A (ja) * | 2007-02-24 | 2010-06-03 | フラウンホーファーゲゼルシャフト ツール フォルデルング デル アンゲヴァンテン フォルシユング エー．フアー． | ピクセルセル、ピクセルセルを駆動する方法、アナログ振幅変調信号の包絡線の最大の位置を決定する方法、電荷量を決定する装置、容量性要素の電荷量を決定する装置及び方法、回路ノードを所定の電圧に設定する装置及び方法、電荷ベースでアナログ／デジタル変換する装置及び方法、並びに電荷ベースで信号を処理する装置及び方法 |
| JP2015056702A (ja) * | 2013-09-10 | 2015-03-23 | 株式会社リコー | 撮像装置、撮像装置の駆動方法、および、カメラ |
-
2000
- 2000-03-21 JP JP2000083202A patent/JP2001268442A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6927884B2 (en) | 2000-08-31 | 2005-08-09 | Minolta Co., Ltd. | Solid-state image sensing device |
| JP2010519825A (ja) * | 2007-02-24 | 2010-06-03 | フラウンホーファーゲゼルシャフト ツール フォルデルング デル アンゲヴァンテン フォルシユング エー．フアー． | ピクセルセル、ピクセルセルを駆動する方法、アナログ振幅変調信号の包絡線の最大の位置を決定する方法、電荷量を決定する装置、容量性要素の電荷量を決定する装置及び方法、回路ノードを所定の電圧に設定する装置及び方法、電荷ベースでアナログ／デジタル変換する装置及び方法、並びに電荷ベースで信号を処理する装置及び方法 |
| US8669511B2 (en) | 2007-02-24 | 2014-03-11 | Jens Doege | Device and method for determination of a charge amount on a capacitive element, and a device and method for setting a circuit node at a predetermined voltage |
| US9478582B2 (en) | 2007-02-24 | 2016-10-25 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Pixel cell and its method for applying voltage generated in a photosensor to a gate capacitance and alternately resetting the applied voltage |
| US10115760B2 (en) | 2007-02-24 | 2018-10-30 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Pixel cell and its method for applying voltage generated in a photosensor to a gate capacitance and alternately resetting the applied voltage |
| US10553636B2 (en) | 2007-02-24 | 2020-02-04 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Pixel cell and its method for applying voltage generated in a photosensor to a gate capacitance and alternately resetting the applied voltage |
| JP2015056702A (ja) * | 2013-09-10 | 2015-03-23 | 株式会社リコー | 撮像装置、撮像装置の駆動方法、および、カメラ |
| US9762822B2 (en) | 2013-09-10 | 2017-09-12 | Ricoh Company, Ltd. | Imaging device including a phototransistor, method of driving the imaging device, and camera including the imaging device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3493405B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| US7586487B2 (en) | Solid state imaging apparatus and method for driving the same | |
| US7679666B2 (en) | Solid-state logarithmic image sensing device | |
| US6836291B1 (en) | Image pickup device with integral amplification | |
| US20120256078A1 (en) | Solid-state imaging device and driving method thereof, and electronic apparatus using the same | |
| JP3724188B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| US6831691B1 (en) | Solid-state image pickup device | |
| JP3664035B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP4300635B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| WO2000005874A1 (en) | Multiple storage node active pixel sensors | |
| JP3948433B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP4300654B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP3882594B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP4345175B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP2001268442A (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP2001103379A (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP4292628B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP4320693B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| US20010015404A1 (en) | Solid-state image-sensing device | |
| JP2001218113A (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP4345145B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP2001036059A (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP2001230399A (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP3740840B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP4352571B2 (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 |