JP2002077733A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、バイアス電圧を切り換えることな
く、光電変換部に入射される入射光量に応じて、自動的
に対数変換動作及び線形変換動作を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。 【解決手段】信号φＶPSに、撮像時にＭＯＳトランジス
タＴ１のソースに与える電圧ＶＨより低い電圧ＶＬとな
るパルス信号を与えることによって、撮像開始時におけ
るＭＯＳトランジスタＴ１のゲート電圧をソース電圧よ
り低い電圧とする。よって、撮像時において、被写体が
所定の輝度値を超えるまでは、ＭＯＳトランジスタＴ１
がカットオフ状態となるので、線形変換された電気信号
が出力され、又、被写体が所定の輝度値を超えたとき、
ＭＯＳトランジスタＴ１がサブスレッショルド領域で動
作するので、対数変換された電気信号が出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射光量に対して
線形的に変化する電気信号を出力する第１状態と入射光
量に対して自然対数的に変化する電気信号を出力する第
２状態との間で切換可能な固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より使用されている固体撮像装置に
は、光電変換素子で発生した光電荷を読み出す手段によ
ってＣＣＤ型とＭＯＳ型に大きく分けられる。ＣＣＤ型
は光電荷をポテンシャルの井戸に蓄積しつつ、転送する
ようになっており、又、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
して読み出すようになっている。しかしながら、このよ
うな従来の固体撮像装置は、発生した光電荷の電荷量に
比例した出力が出力されるため、ダイナミックレンジが
狭いという欠点がある。

【０００３】ダイナミックレンジを広くするために、入
射した光量に応じた光電流を発生しうる感光手段と、光
電流を入力するＭＯＳトランジスタと、このＭＯＳトラ
ンジスタをサブスレッショルド電流が流れうる状態にバ
イアスするバイアス手段とが備えられることによって、
入射光量に対して自然対数的に変換された電気信号を出
力することができる固体撮像装置も提案されている。こ
のような固体撮像装置は、広いダイナミックレンジを有
しているものの、低輝度の場合の特性やＳ／Ｎ比などが
十分でないという問題があった。

【０００４】一方、入射した光量に応じた光電流を発生
しうる感光手段と、光電流を入力するＭＯＳトランジス
タと、を有するとともに、光電流に対して線形的に変換
された出力を出力する第１状態と、光電流に対して自然
対数的に変換された出力を出力する第２状態と、切り換
えることができる光センサ回路も提案されている（特開
平１０−９００５８号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開平１０−９００５
８号公報で提示されている線形変換動作と対数変換動作
の切換可能な光センサ回路は、ＭＯＳトランジスタのゲ
ート電圧をドレイン電圧より十分高くしてＭＯＳトラン
ジスタのドレイン−ソース間のインピーダンスを低抵抗
とすることによって、フォトダイオードとコンデンサと
の接続ノードをリセットする。これにより、ソースの電
位はドレインの電位とほぼ等しくなる。そのため、この
ような回路を複数設けた場合、全ての回路について、フ
ォトダイオードとコンデンサとの接続ノードの電圧が同
一となるようにリセットされることとなり、各回路から
の出力にＭＯＳトランジスタの閾値電圧の差異による各
回路の感度バラツキが反映されず、線形出力動作から対
数出力動作に変わる変化点が各画素毎に異なるという不
具合を生じていた。

【０００６】このような問題を鑑みて、本発明は、光電
変換部に入射される入射光量に応じて、自動的に対数変
換動作及び線形変換動作を切り換えることができる新規
且つ有効な固体撮像装置を提供することを目的とする。
又、本発明は、複数の画素を有し、線形変換動作から対
数変換動作に切り替わる変化点が全画素でほぼ等しい固
体撮像装置を提供することを他の目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の固体撮像装置は、入射光量に応じ
た電気信号を発生する感光素子と、該感光素子の一方の
電極に、第１電極及び制御電極が接続されたトランジス
タと、該トランジスタの第２電極に所定のパルス信号を
与えることにより、前記トランジスタをリセットするリ
セット手段と、を備え、該リセット手段は、感光素子へ
の入射光量が所定値まではトランジスタのサブスレッシ
ョルド領域での動作を禁止するように、前記トランジス
タをリセットすることを特徴とする。

【０００８】又、請求項２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感光素子と、該感光
素子の一方の電極に、第１電極及び制御電極が接続され
たトランジスタと、該トランジスタの第２電極に所定の
パルス信号を与えることにより、前記トランジスタをリ
セットするリセット手段と、を備え、該リセット手段
は、感光素子への入射光量が所定値以上になったときに
トランジスタがサブスレッショルド領域で動作するよう
に、前記トランジスタをリセットすることを特徴とす
る。

【０００９】又、請求項３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感光素子と、該感光
素子の一方の電極に、第１電極及び制御電極が接続され
たトランジスタと、該トランジスタの第２電極に所定の
パルス信号を与えることにより、前記トランジスタをリ
セットするリセット手段と、を備え、該リセット手段
は、感光素子への入射光量が所定値まではトランジスタ
が不作動状態となり、感光素子への入射光量が所定値以
上になるとトランジスタがサブスレッショルド領域で動
作を行うように、前記トランジスタをリセットすること
を特徴とする。

【００１０】又、請求項４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感光素子と、該感光
素子の一方の電極に、第１電極及び制御電極が接続され
たトランジスタと、該トランジスタの第２電極に所定の
パルス信号を与えることにより、前記トランジスタをリ
セットするリセット手段と、を備え、該リセット手段
は、感光素子への入射光量が所定値まではトランジスタ
が不作動状態となることにより、感光素子への入射光量
に対して線形的に変化する出力が制御電極に現れるとと
もに、感光素子への入射光量が所定値以上になるとトラ
ンジスタがサブスレッショルド領域で動作を行うことに
より、感光素子への入射光量に対して対数的に変化する
出力が制御電極に現れるように、前記トランジスタをリ
セットすることを特徴とする。

【００１１】又、請求項５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
る複数の画素を備えた固体撮像装置において、前記各画
素が、第１電極と制御電極とが前記感光素子の一方の電
極に接続されるトランジスタを有し、前記各トランジス
タの第２電極に前記パルス信号を与えることによって、
前記各トランジスタをリセットするリセット手段を備
え、該リセット手段は、前記感光素子への入射光量が所
定値までは前記トランジスタが不作動状態となることに
より、前記トランジスタの制御電極に前記感光素子への
入射光量に対して線形的に変化する出力が現れるととも
に、前記感光素子への入射光量が所定値以上になったと
きは前記トランジスタがサブスレッショルド領域で動作
を行うことにより、前記トランジスタの制御電極に前記
感光素子への入射光量に対して対数的に変化する出力が
現れることを特徴とする。

【００１２】このような固体撮像装置は、リセット時
に、トランジスタの第２電極にパルス信号を与えること
によって、トランジスタの制御電極に蓄積された電荷と
逆極性の電荷を流し込むことによって、トランジスタの
制御電極の電圧をリセットする。このとき、例えば、ト
ランジスタをＮチャネルのＭＯＳトランジスタとしたと
き、撮像動作時にトランジスタの第２電極に与える電圧
より低い電圧のパルス信号を与えることによって、トラ
ンジスタのゲート電極を第２電極より低い電圧にリセッ
トすることができる。又、トランジスタを通じてリセッ
トを行うため、トランジスタの閾値に応じた電圧にリセ
ットされ、結果的に、各画素において、その撮像時にお
ける光電変換特性の切換が、同一の輝度で行われる。

【００１３】又、このような固体撮像装置において、請
求項６に記載するように、前記各画素に、前記トランジ
スタの制御電極からの出力を増幅する増幅回路を設け
て、出力信号を増幅するようにしても構わない。

【００１４】又、請求項７に記載するように、前記各画
素に、前記トランジスタの制御電極に現れる電圧をサン
プリングする第１サンプリング回路と、該第１サンプリ
ング回路に一端が接続された第１スイッチと、該第１ス
イッチの他端に接続されるとともに、該第１スイッチが
ＯＮとなったときに、前記第１サンプリング回路でサン
プリングされた電圧をサンプリングする第２サンプリン
グ回路と、を設けて、同時に撮像して第１サンプリング
回路でサンプリングされた出力信号を、第１スイッチを
同時にＯＮして第２サンプリング回路にサンプリング
し、各画素毎に出力するようにしても構わない。

【００１５】又、請求項８に記載するように、前記各画
素に、前記トランジスタの制御電極に現れる電圧を積分
する積分回路を設けて、光源の変動成分や高周波のノイ
ズを吸収するＳＮ比の良好な出力信号が出力されるよう
にしても構わない。更に、この請求項８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、前記各画
素に、前記積分回路に一端が接続された第１スイッチ
と、該第１スイッチの他端に接続されるとともに、該第
１スイッチがＯＮとなったときに、前記積分回路から出
力される電圧をサンプリングするサンプリング回路と、
を設けて、同時に撮像して積分回路より出力される出力
信号を、第１スイッチを同時にＯＮして第２サンプリン
グ回路にサンプリングし、各画素毎に出力するようにし
ても構わない。

【００１６】請求項１０に記載の固体撮像装置は、請求
項５〜請求項９のいずれかに記載の固体撮像装置におい
て、前記各画素が、前記感光素子と前記トランジスタの
第１電極との間に接続された第２スイッチを有し、リセ
ット時に前記第２スイッチをＯＦＦとするととともに、
撮像時に前記第２スイッチをＯＮとすることによって、
全輝度範囲において前記トランジスタがサブスレッショ
ルド領域で動作を行い、前記トランジスタの制御電極に
前記感光素子に入射される光量に対して対数変換された
電圧が現れることを特徴とする。

【００１７】このような固体撮像装置は、リセット時
に、第２スイッチをＯＦＦすることによって、感光素子
より発生する光電流の影響なくトランジスタのポテンシ
ャル状態をリセットすることができるため、撮像時に
は、常に、入射光量に対して対数変換された電気信号を
出力することができる。

【００１８】請求項１１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感光素子と、該感光素
子の一方の電極に第２の電極が接続されたトランジスタ
と、該トランジスタをリセットするリセット手段と、を
備え、該リセット手段は、前記トランジスタの制御電極
に所定の第２パルス信号を与えるとともに、第１電極に
所定の第１パルス信号を与えることにより、感光素子へ
の入射光量が所定値まではトランジスタが不作動状態と
なり、感光素子への入射光量が所定値以上になるとトラ
ンジスタがサブスレッショルド領域で動作を行うよう
に、前記トランジスタをリセットすることを特徴とす
る。

【００１９】又、請求項１２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感光素子と、該感
光素子の一方の電極に第２電極が接続されたトランジス
タと、該トランジスタをリセットするリセット手段と、
を備え、該リセット手段は、前記トランジスタの少なく
とも制御電極に、トランジスタの第２電極の電位がトラ
ンジスタの閾値を反映し得る範囲内の所定のパルス電圧
を与えることにより、感光素子への入射光量が所定値ま
ではトランジスタが不作動状態となり、感光素子への入
射光量が所定値以上になるとトランジスタがサブスレッ
ショルド領域で動作を行うように、前記トランジスタを
リセットすることを特徴とする。

【００２０】又、請求項１３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
する複数の画素を備えた固体撮像装置において、前記各
画素が、第２電極が前記感光素子の一方の電極に接続さ
れ、リセット時に第１電圧値の第１パルス信号が第１電
極に与えられるとともに第２電圧値の第２パルス信号が
制御電極に与えられるトランジスタを有し、前記トラン
ジスタの第１電極に前記第１パルス信号を与えるととも
に、前記トランジスタの制御電極に前記第２パルス信号
を与えることによって、前記トランジスタを通して前記
トランジスタの第２電極の電圧がリセットされるととも
に、前記感光素子への入射光量が所定値までは前記トラ
ンジスタが不作動状態となることにより、前記トランジ
スタの第２電極に前記感光素子への入射光量に対して線
形的に変化する出力が現れるとともに、前記感光素子へ
の入射光量が所定値以上になったときは前記トランジス
タがサブスレッショルド領域で動作を行うことにより、
前記トランジスタの第２電極に前記感光素子への入射光
量に対して対数的に変化する出力が現れることを特徴と
する。

【００２１】このような固体撮像装置は、リセット時
に、トランジスタの第１電極に第１パルス信号を与えた
後、制御電極に第２パルスを与えることによって、トラ
ンジスタの第２電極に蓄積された電荷と逆極性の電荷を
流し込むことによって、トランジスタの第２電極の電圧
をリセットする。このとき、トランジスタをＮチャネル
のＭＯＳトランジスタとした場合は、例えば、撮像動作
時にトランジスタの第１電極に与える電圧より低い電圧
のパルス信号を与えた後、撮像動作時にトランジスタの
制御電極に与える電圧より高い電圧のパルス信号を与え
ることによって、トランジスタのゲート電極を第２電極
より低い電圧にリセットすることができる。又、トラン
ジスタを通じてリセットを行うため、トランジスタの閾
値に応じた電圧にリセットされ、結果的に、各画素にお
いて、その撮像時における光電変換特性の切換が、同一
の輝度で行われる。

【００２２】又、このような固体撮像装置において、請
求項１４に記載するように、前記各画素に、前記トラン
ジスタの第２電極からの出力を増幅する増幅回路を設け
て、出力信号を増幅するようにしても構わない。

【００２３】又、請求項１５に記載するように、前記各
画素に、前記トランジスタの第２電極からの出力を積分
する積分回路を設けて、光源の変動成分や高周波のノイ
ズを吸収するＳＮ比の良好な出力信号が出力されるよう
にしても構わない。

【００２４】請求項１６に記載の固体撮像装置は、複数
の画素を有する固体撮像装置において、前記各画素が、
第１電極に直流電圧が印加されたフォトダイオードと、
該フォトダイオードの第２電極に第１電極及びゲート電
極が接続されるとともに、第２電極に所定の電圧値のパ
ルス信号が与えられる第１ＭＯＳトランジスタと、を有
し、前記第１ＭＯＳトランジスタの第２電極に前記パル
ス信号が与えられることによって、前記第１ＭＯＳトラ
ンジスタを通して前記第１ＭＯＳトランジスタのゲート
電極の電圧がリセットされるとともに、撮像時におい
て、前記ダイオードに入射される光量が所定の明るさま
では前記第１ＭＯＳトランジスタが不作動状態となり、
前記第１ＭＯＳトランジスタのゲート電極に前記ダイオ
ードに入射される光量に対して線形的に変化する出力が
現れるとともに、前記ダイオードに入射される光量が所
定の明るさを超えたときは前記第１ＭＯＳトランジスタ
がサブスレッショルド領域で動作を行い、前記第１ＭＯ
Ｓトランジスタのゲート電極に前記ダイオードに入射さ
れる光量に対して対数的に変化する出力が現れることを
特徴とする。

【００２５】このような固体撮像装置において、請求項
１７に記載するように、前記各画素に、前記第１ＭＯＳ
トランジスタの第１電極及びゲート電極にゲート電極が
接続されるとともに、第２電極より出力信号を出力する
第２ＭＯＳトランジスタを増幅用のＭＯＳトランジスタ
として設けても構わない。更に、請求項１８に記載する
ように、前記各画素に、前記第２ＭＯＳトランジスタの
第２電極に第１電極が接続されるとともに、ゲート電極
に行選択線が接続され、第２電極より出力信号を出力す
る第３ＭＯＳトランジスタを、行選択用のＭＯＳトラン
ジスタとして設けても構わない。

【００２６】又、請求項１９に記載するように、前記各
画素に、前記第２ＭＯＳトランジスタの第２電極に一端
が接続されるとともに、他端に直流電圧が印加された第
１キャパシタを設けて、光源の変動成分や高周波のノイ
ズを吸収するＳＮ比の良好な出力信号が出力されるよう
にしても構わない。又、請求項２０に記載するように、
前記各画素に、前記第２ＭＯＳトランジスタの第２電極
にゲート電極が接続されるとともに、第１電極に直流電
圧が印加された第４ＭＯＳトランジスタを、増幅用のＭ
ＯＳトランジスタとして設けても構わない。更に、請求
項２１に記載するように、前記各画素に、前記第４ＭＯ
Ｓ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、ゲート電極に行選択線が接続され、第２電極より
出力信号を出力する第３ＭＯＳトランジスタを、行選択
用のＭＯＳトランジスタとして設けても構わない。

【００２７】又、請求項２２に記載するように、前記各
画素に、前記第１ＭＯＳトランジスタの第１電極及びゲ
ート電極に一端が接続されるとともに、他端に直流電圧
が印加された第１キャパシタを設けて、前記第１ＭＯＳ
トランジスタの第１電極及びゲート電極に現れた信号を
サンプリングするようにしても構わない。

【００２８】請求項２３に記載の固体撮像装置は、請求
項１９又は請求項２２に記載の固体撮像装置において、
前記各画素が、前記第１キャパシタの一端に第１電極が
接続された第５ＭＯＳトランジスタと、前記第５ＭＯＳ
トランジスタの第２電極に一端が接続されるとともに、
他端に直流電圧が印加された第２キャパシタと、前記第
２キャパシタの一端に第１電極が接続されるとともに、
第２電極に直流電圧が印加され、前記第２キャパシタを
リセットする第６ＭＯＳトランジスタと、を有し、前記
各画素が同時に撮像動作を行うことによって、前記フォ
トダイオードに入射される光量に応じた電圧が前記第１
キャパシタの一端に現れるとともに、前記各画素の前記
第５ＭＯＳトランジスタを同時にＯＮすることによっ
て、前記第１キャパシタの一端に現れた電圧を前記第２
キャパシタでサンプリングすることを特徴とする。

【００２９】このような固体撮像装置において、請求項
２４に記載するように、前記各画素に、前記第２キャパ
シタの一端にゲート電極が接続されるとともに、第１電
極に直流電圧が印加された第４ＭＯＳトランジスタを、
増幅用のＭＯＳトランジスタとして設けても構わない。
更に、請求項２５に記載するように、前記各画素に、前
記第４ＭＯＳ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、ゲート電極に行選択線が接続され、第
２電極より出力信号を出力する第３ＭＯＳトランジスタ
を、行選択用のＭＯＳトランジスタとして設けても構わ
ない。

【００３０】請求項２６に記載の固体撮像装置は、請求
項１６〜請求項２５のいずれかに記載の固体撮像装置に
おいて、前記各画素が、前記フォトダイオードの第２電
極に第１電極が接続されるとともに、前記第１ＭＯＳト
ランジスタの第１電極及びゲート電極に第２電極が接続
された第７ＭＯＳトランジスタを有し、リセット時に前
記第７ＭＯＳトランジスタをＯＦＦとするととともに、
撮像時に前記第７ＭＯＳトランジスタをＯＮとすること
によって、全輝度範囲において前記第１ＭＯＳトランジ
スタがサブスレッショルド領域で動作を行い、前記第１
ＭＯＳトランジスタのゲート電極に前記ダイオードに入
射される光量に対して対数変換された電圧が現れること
を特徴とする。

【００３１】請求項２７に記載の固体撮像装置は、複数
の画素を有する固体撮像装置において、前記各画素が、
第２電極に直流電圧が印加されたフォトダイオードと、
該フォトダイオードの第１電極に第２電極が接続され、
第１電極に第１電圧値の第１パルス信号が与えられると
ともに、ゲート電極に第２電圧内の第２パルス信号が与
えられる第１ＭＯＳトランジスタと、を有し、前記第１
ＭＯＳトランジスタの第１電極に前記第１パルス信号が
与えられた後、前記第１ＭＯＳトランジスタのゲート電
極に前記第２パルス信号が与えられることによって、前
記第１ＭＯＳトランジスタを通して前記第１ＭＯＳトラ
ンジスタの第２電極の電圧がリセットされるとともに、
撮像時において、前記ダイオードに入射される光量が所
定の明るさまでは前記第１ＭＯＳトランジスタが不作動
状態となり、前記第１ＭＯＳトランジスタの第２電極に
前記ダイオードに入射される光量に対して線形的に変化
する出力が現れるとともに、前記ダイオードに入射され
る光量が所定の明るさを超えたときは前記第１ＭＯＳト
ランジスタがサブスレッショルド領域で動作を行い、前
記第１ＭＯＳトランジスタの第２電極に前記ダイオード
に入射される光量に対して対数的に変化する出力が現れ
ることを特徴とする。

【００３２】このような固体撮像装置において、請求項
２８に記載するように、前記各画素に、前記第１ＭＯＳ
トランジスタの第２電極にゲート電極が接続されるとと
もに、第２電極より出力信号を出力する第２ＭＯＳトラ
ンジスタを、増幅用のＭＯＳトランジスタとして設けて
も構わない。更に、請求項２９に記載するように、前記
各画素に、前記第２ＭＯＳトランジスタの第２電極に第
１電極が接続されるとともに、ゲート電極に行選択線が
接続され、第２電極より出力信号を出力する第３ＭＯＳ
トランジスタを、行選択用のＭＯＳトランジスタとして
設けても構わない。

【００３３】又、請求項３０に記載するように、前記各
画素に、前記第２ＭＯＳトランジスタの第２電極に一端
が接続されるとともに、他端に直流電圧が印加された第
１キャパシタを設けて、光源の変動成分や高周波のノイ
ズを吸収するＳＮ比の良好な出力信号が出力されるよう
にしても構わない。又、請求項３１に記載するように、
前記各画素に、前記第２ＭＯＳトランジスタの第２電極
にゲート電極が接続されるとともに、第１電極に直流電
圧が印加された第４ＭＯＳトランジスタを、増幅用のＭ
ＯＳトランジスタとして設けても構わない。更に、請求
項３２に記載するように、前記各画素に、前記第４ＭＯ
Ｓ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、ゲート電極に行選択線が接続され、第２電極より
出力信号を出力する第３ＭＯＳトランジスタを、行選択
用のＭＯＳトランジスタとして設けても構わない。

【００３４】又、請求項３３に記載の固体撮像装置は、
請求項３１又は請求項３２に記載の固体撮像装置におい
て、前記第２ＭＯＳトランジスタが、前記第１ＭＯＳト
ランジスタと逆極性のＭＯＳトランジスタであることを
特徴とする。

【００３５】又、請求項３４に記載の固体撮像装置は、
請求項５〜請求項１０又は請求項１３〜請求項３３のい
ずれかに記載の固体撮像装置において、前記画素マトリ
クス状に配されることを特徴とする。

【００３６】

【発明の実施の形態】＜画素構成＞図１は本発明の他の
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〜Ｇｍ
ｎ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
について省略する。

【００３７】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７に接続され、ドレインは出力信号線
６−１に接続され、ソースは直流電圧ＶPS’のライン８
に接続されている。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９に接続され、ゲートは水平走査回路３に接続
されている。

【００３８】画素Ｇ11〜Ｇｍｎには、後述するように、
それらの画素で発生した光電荷に基づく信号を出力する
ＮチャネルのＭＯＳトランジスタＴａが設けられてい
る。ＭＯＳトランジスタＴａと上記ＭＯＳトランジスタ
Ｑ１との接続関係は図２（ａ）のようになる。このＭＯ
ＳトランジスタＴａは、第２〜第４、第６〜第８、第１
０及び第１１の実施形態では、ＭＯＳトランジスタＴ４
に、第１、第５及び第９の実施形態では、ＭＯＳトラン
ジスタＴ２に相当する。ここで、ＭＯＳトランジスタＱ
１のソースに接続される直流電圧ＶPS’と、ＭＯＳトラ
ンジスタＴａのドレインに接続される直流電圧ＶPD’と
の関係はＶPD’＞ＶPS’であり、直流電圧ＶPS’は例え
ばグランド電圧（接地）である。この回路構成は上段の
ＭＯＳトランジスタＴａのゲートに信号が入力され、下
段のＭＯＳトランジスタＱ１のゲートには直流電圧ＤＣ
が常時印加される。このため下段のＭＯＳトランジスタ
Ｑ１は抵抗又は定電流源と等価であり、図２（ａ）の回
路はソースフォロワ型の増幅回路となっている。この場
合、ＭＯＳトランジスタＴａから増幅出力されるのは電
流であると考えてよい。

【００３９】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ＭＯＳ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１１の実施形態に共通の構成
である。

【００４０】図２のように構成することにより信号を大
きく出力することができる。従って、画素がダイナミッ
クレンジ拡大のために感光素子から発生する光電流を自
然対数的に変換しているような場合は、そのままでは出
力信号が小さいが、本増幅回路により充分大きな信号に
増幅されるため、後続の信号処理回路（図示せず）での
処理が容易になる。また、増幅回路の負荷抵抗部分を構
成するＭＯＳトランジスタＱ１を画素内に設けずに、列
方向に配置された複数の画素が接続される出力信号線６
−１、６−２、・・・、６−ｍごとに設けることによ
り、負荷抵抗又は定電流源の数を低減でき、半導体チッ
プ上で増幅回路が占める面積を少なくできる。

【００４１】＜第１の実施形態＞図１に示した画素構成
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。

【００４２】図３において、ｐｎフォトダイオードＰＤ
が感光部（光電変換部）を形成している。そのフォトダ
イオードＰＤのアノードはＭＯＳトランジスタＴ１のゲ
ート及びドレイン、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに
接続されている。ＭＯＳトランジスタＴ２のソースは行
選択用のＭＯＳトランジスタＴ３のドレインに接続され
ている。ＭＯＳトランジスタＴ３のソースは出力信号線
６（この出力信号線６は図１の６−１、６−２、・・
・、６−ｍに対応する）へ接続されている。尚、ＭＯＳ
トランジスタＴ１〜Ｔ３は、それぞれ、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。

【００４３】又、フォトダイオードＰＤのカソード及び
ＭＯＳトランジスタＴ２のドレインには直流電圧ＶPDが
印加されるようになっている。一方、ＭＯＳトランジス
タＴ１のソースには信号φＶPSが入力される。又、ＭＯ
ＳトランジスタＴ３のゲートには信号φＶが入力され
る。尚、信号φＶPSは２値の電圧信号で、入射光量が所
定値を超えたときにＭＯＳトランジスタＴ１をサブスレ
ッショルド領域で動作させるための電圧をＶＨとし、
又、この電圧よりも低くＭＯＳトランジスタＴ１を導通
状態にする電圧をＶＬとする。このような構成の画素の
動作について、以下に説明する。

【００４４】図４に示すタイミングチャートのように、
パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与
えられて、出力信号が読み出されると、まず、信号φＶ
PSをＶＬとしてリセット動作を行う。このとき、ＭＯＳ
トランジスタＴ１を通してＭＯＳトランジスタＴ１のソ
ース・ドレイン間に蓄積された電荷と逆極性の電荷が流
入されて、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲート電圧がリセ
ットされる。

【００４５】このように信号φＶPSをＶＬとしてリセッ
トを行っている際に、ハイレベルのパルス信号φＶをＭ
ＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えることによって、
リセット時におけるノイズ信号を読み出す。このとき、
リセットされたＭＯＳトランジスタＴ１のゲート電圧が
ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに与えられ、このＭＯ
ＳトランジスタＴ１のゲート電圧がＭＯＳトランジスタ
Ｔ２で電流増幅されて、ＭＯＳトランジスタＴ３を介し
て出力信号線６に出力される。

【００４６】又、ＭＯＳトランジスタＴ２及びＭＯＳト
ランジスタＱ１（図２）の導通時抵抗とそれらを流れる
電流によって決まるＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン
電圧が、ノイズ信号として出力信号線６に現れる。この
ようにしてノイズ信号が読み出されると、ＭＯＳトラン
ジスタＴ３をＯＦＦにした後、信号φＶPSをＶＨにし
て、次の撮像動作に備える。

【００４７】信号φＶPSをＶＨとして撮像動作が開始す
ると、フォトダイオードＰＤより入射光量に応じた光電
荷がＭＯＳトランジスタＴ１に流れ込む。今、ＭＯＳト
ランジスタＴ１はカットオフ状態であるので、光電荷が
ＭＯＳトランジスタＴ１のゲートに蓄積される。よっ
て、撮像する被写体の輝度が低くフォトダイオードＰＤ
に入射される入射光量が少ない場合は、ＭＯＳトランジ
スタＴ１のゲートに蓄積された光電荷量に応じた電圧が
ＭＯＳトランジスタＴ１のゲートに現れるため、入射光
量の積分値に対して線形的に比例した電圧がＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲートに現れる。

【００４８】又、撮像する被写体の輝度が高くフォトダ
イオードＰＤに入射される入射光量が多く、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ１のゲートに蓄積された光電荷量に応じた電
圧が高くなると、ＭＯＳトランジスタＴ１がサブスレッ
ショルド領域で動作を行うため、入射光量に対して自然
対数的に比例した電圧がＭＯＳトランジスタＴ１のゲー
トに現れる。

【００４９】このようにして、入射光量に対して線形的
に又は自然対数的に比例した電圧がＭＯＳトランジスタ
Ｔ１，Ｔ２のゲートに現れ、先と同様に、パルス信号φ
ＶをＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えることによ
って、入射光量に対して線形的に又は自然対数的に比例
したＭＯＳトランジスタＴ１のゲート電圧がＭＯＳトラ
ンジスタＴ２で電流増幅されて、ＭＯＳトランジスタＴ
３を介して出力信号線６に出力される。又、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ２及びＭＯＳトランジスタＱ１の導通時抵抗
とそれらを流れる電流によって決まるＭＯＳトランジス
タＱ１のドレイン電圧が、映像信号として出力信号線６
に現れる。

【００５０】このような動作を行う各画素において、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ１には閾値電圧にバラツキがあるた
めに、信号φＶPSがＶＨとされた場合、線形変換動作か
ら対数変換動作に切り替わる電圧値は、ＶＨ＋ＶTH−Ｋ
（但し、ＶTHはＭＯＳトランジスタＴ１の閾値電圧、Ｋ
は定数を表す）となる。本実施形態においては、信号φ
ＶPSがＶＬとされた場合、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲ
ート電極の電圧値は、実用上、ほぼVL＋ＶTHとなる。従
って、差をとると、ΔＶ＝ＶＨ−ＶＬ−Ｋとなり、リセ
ットされた状態から上記切り替わり点に至らしめるため
に必要な電荷量は、各画素のＭＯＳトランジスタＴ１の
閾値バラツキによらずほぼ一定である。

【００５１】よって、対数変換動作に変わるときのＭＯ
ＳトランジスタＴ１のゲート電圧に至るまでにＭＯＳト
ランジスタＴ１に流れ込む光電荷量が、全ての画素にお
いて等しい。このように、各画素における変換動作が対
数変換動作に切り替わるときのフォトダイオードＰＤよ
り発生する光電荷量が等しいので、各画素における変換
動作が対数変換動作に切り替わるときのフォトダイオー
ドＰＤに入射される入射光量も等しい。即ち、全ての画
素において、その変換動作が線形変換動作から対数変換
動作に切り替わるときの被写体の輝度が等しいものとな
り、ＭＯＳトランジスタＴ１の閾値電圧の差異による各
画素の変換動作の切換への影響を低減することができ
る。

【００５２】又、リセット時における信号φＶPSの電圧
値ＶＬを変化させることによって、線形変換動作を行う
際のＭＯＳトランジスタＴ１のゲート電圧ＶＧが変化す
る範囲を変化させることができる。よって、リセット時
における信号φＶPSの電圧値ＶＬを変化させることで、
各画素の変換動作が線形変換動作から対数変換動作に切
り替わるときの被写体の輝度を所望の切換点に変化させ
ることができる。

【００５３】更に、ノイズ信号が図１の信号線９から画
素毎にシリアルに出力され、後続回路においてメモリに
画素毎のノイズ信号として記憶しておく。そして、映像
信号を記憶されているノイズ信号で画素毎に補正すれ
ば、映像信号から画素のバラツキによる成分を取り除く
ことができる。尚、この補正方法の具体例は後述する図
５０に示している。この補正方法は、ラインメモリなど
のメモリを画素内に設けることによっても実現できる。

【００５４】＜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。

【００５５】図５に示すように、本実施形態では、第１
の実施形態（図３）の画素に、ＭＯＳトランジスタＴ２
のソースに一端が接続されたキャパシタＣ１と、同じ
く、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースにゲートが接続さ
れたＭＯＳトランジスタＴ４とが付加された構成とな
る。ＭＯＳトランジスタＴ４は、ソースがＭＯＳトラン
ジスタＴ３のドレインに接続されるとともに、ドレイン
に直流電圧VPDが印加されている。又、ＭＯＳトランジ
スタＴ２のドレインには信号φＤが与えられ、キャパシ
タＣ１の他端に直流電圧ＶPSが印加される。尚、ＭＯＳ
トランジスタＴ４も、ＭＯＳ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。このような構成の画素の動作につ
いて、以下に説明する。

【００５６】図６に示すタイミングチャートのように、
パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与
えられて、出力信号が読み出されると、まず、信号φＶ
PSをＶＬとしてリセット動作を行う。このとき、ＭＯＳ
トランジスタＴ１を通して、ＭＯＳトランジスタＴ１の
ゲート電圧がリセットされる。このように信号φＶPSを
ＶＬとしてリセットを行っている際に、まず、ローレベ
ルのパルス信号φＤをＭＯＳトランジスタＴ２のドレイ
ンに与えることによって、キャパシタＣ１に蓄積された
電荷をＭＯＳトランジスタＴ２を通して信号φＤの信号
線路に放出して、キャパシタＣ１とＭＯＳトランジスタ
Ｔ２のソースとの接続ノードの電圧を初期化する。

【００５７】そして、リセットされたＭＯＳトランジス
タＴ１のゲート電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲート
に与えられ、このＭＯＳトランジスタＴ１のゲート電圧
に応じたドレイン電流がＭＯＳトランジスタＴ２を通じ
てキャパシタＣ１に流れて、キャパシタＣ１に蓄電され
る。よって、キャパシタＣ１とＭＯＳトランジスタＴ２
のソースとの接続ノードの電圧が、リセットされたＭＯ
ＳトランジスタＴ１のゲート電圧に応じたものとなる。

【００５８】そして、次に、ハイレベルのパルス信号φ
ＶをＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えることによ
って、リセット時におけるノイズ信号を読み出す。この
とき、キャパシタＣ１とＭＯＳトランジスタＴ２のソー
スとの接続ノードの電圧がＭＯＳトランジスタＴ４に与
えられ、ＭＯＳトランジスタＴ４で電流増幅された出力
電流が、ＭＯＳトランジスタＴ３を介して出力信号線６
に出力される。このようにして、リセット時のノイズ信
号が読み出されると、再び、ローレベルのパルス信号φ
ＤをＭＯＳトランジスタＴ２のドレインに与えて、キャ
パシタＣ１とＭＯＳトランジスタＴ２のソースとの接続
ノードの電圧をリセットした後、信号φＶPSをＶＨとし
て撮像動作に備える。

【００５９】信号φＶPSをＶＨとして撮像動作が開始す
ると、フォトダイオードＰＤへの入射光量に対して線形
的に又は自然対数的に比例した電圧がＭＯＳトランジス
タＴ１，Ｔ２のゲートに現れる。そして、この入射光量
に対して線形的に又は自然対数的に比例した電圧がＭＯ
ＳトランジスタＴ２で電流増幅されたドレイン電流がキ
ャパシタＣ１に流れて、キャパシタＣ１に蓄電される。
よって、キャパシタＣ１とＭＯＳトランジスタＴ２のソ
ースとの接続ノードの電圧が、入射光量の積分値に対し
て線形的に又は自然対数的に比例した電圧となる。

【００６０】そして、先と同様に、ハイレベルのパルス
信号φＶをＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えるこ
とによって、撮像時における映像信号を読み出す。この
とき、キャパシタＣ１とＭＯＳトランジスタＴ２のソー
スとの接続ノードの電圧がＭＯＳトランジスタＴ４に与
えられ、ＭＯＳトランジスタＴ４で電流増幅された出力
電流が、ＭＯＳトランジスタＴ３を介して出力信号線６
に出力される。よって、出力信号線６に出力される出力
電流が、入射光量の積分値に対して線形的に又は自然対
数的に比例した電流となる。

【００６１】このように撮像動作を行っているとき、第
１の実施形態と同様、所定の明るさまでは入射光量の積
分値に対して線形的に比例した電圧が、所定の明るさ以
上のときは入射光量の積分値に対して自然対数的に比例
した電圧が、それぞれ、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲー
トに与えられる。

【００６２】このような構成の画素において、リセット
時における信号φＶPSの電圧値ＶＬを変化させること
で、各画素の変換動作が線形変換動作から対数変換動作
に切り替わるときの被写体の輝度を変化させることがで
きる。又、本実施形態において、キャパシタＣ１を用い
ることで、一旦キャパシタＣ１で積分された信号となる
ので、光源の変動成分や高周波のノイズがキャパシタで
吸収されて除去され、ＳＮ比の良好な信号が得られる。

【００６３】更に、ノイズ信号が図１の信号線９から画
素毎にシリアルに出力され、後続回路においてメモリに
画素毎のノイズ信号として記憶しておく。そして、映像
信号を記憶されているノイズ信号で画素毎に補正すれ
ば、映像信号から画素のバラツキによる成分を取り除く
ことができる。尚、この補正方法の具体例は後述する図
５０に示している。この補正方法は、ラインメモリなど
のメモリを画素内に設けることによっても実現できる。

【００６４】＜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。

【００６５】図７に示すように、本実施形態では、第２
の実施形態（図５）の画素に、ＭＯＳトランジスタＴ２
のソースとキャパシタＣ１との接続ノードにドレインが
接続されたＭＯＳトランジスタＴ５と、ＭＯＳトランジ
スタＴ５のソースに一端が接続されたキャパシタＣ２
と、同じく、ＭＯＳトランジスタＴ５のソースにドレイ
ンが接続されたＭＯＳトランジスタＴ６とが付加された
構成となる。ＭＯＳトランジスタＴ６は、ソースに直流
電圧ＶRSが印加されるとともに、ゲートに信号φＲＳが
与えられている。又、ＭＯＳトランジスタＴ５のゲート
には信号φＳが与えられ、キャパシタＣ２の他端に直流
電圧ＶPSが印加される。尚、ＭＯＳトランジスタＴ５，
Ｔ６も、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ４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。このような構成の画素の動作について、以下に
説明する。

【００６６】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φＶPSをＶＬとしてリセット動作を行う。この
とき、ＭＯＳトランジスタＴ１を通して、ＭＯＳトラン
ジスタＴ１のゲート電圧がリセットされる。このように
信号φＶPSをＶＬとしてリセットを行っている際に、ま
ず、ローレベルのパルス信号φＤをＭＯＳトランジスタ
Ｔ２のドレインに与えることによって、キャパシタＣ１
に蓄積された電荷をＭＯＳトランジスタＴ２を通して信
号φＤの信号線路に放出して、キャパシタＣ１とＭＯＳ
トランジスタＴ２のソースとの接続ノードの電圧を初期
化する。又、信号φＲＳにパルス信号を与えることによ
ってキャパシタＣ２を初期化する。

【００６７】そして、リセットされたＭＯＳトランジス
タＴ１のゲート電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲート
に与えられ、このＭＯＳトランジスタＴ１のゲート電圧
に応じたドレイン電流がＭＯＳトランジスタＴ２を通じ
てキャパシタＣ１に流れて、キャパシタＣ１に蓄電され
る。よって、キャパシタＣ１とＭＯＳトランジスタＴ２
のソースとの接続ノードの電圧が、リセットされたＭＯ
ＳトランジスタＴ１のゲート電圧に応じたものとなる。
そして、信号φＶPSをＶＨとして、次の撮像動作に備え
る。尚、この信号φＤ，φＶPSの動作については、図１
の画素Ｇ11〜Ｇmn全てに対して、同時に行われる。

【００６８】信号φＶPSをＶＨとして撮像動作が開始す
ると、フォトダイオードＰＤへの入射光量に対して線形
的に又は自然対数的に比例した電圧がＭＯＳトランジス
タＴ１，Ｔ２のゲートに現れる。そして、この入射光量
に対して線形的に又は自然対数的に比例した電圧がＭＯ
ＳトランジスタＴ２で電流増幅されたドレイン電流がキ
ャパシタＣ１に流れて、キャパシタＣ１に蓄電される。
よって、キャパシタＣ１とＭＯＳトランジスタＴ２のソ
ースとの接続ノードの電圧が、入射光量の積分値に対し
て線形的に又は自然対数的に比例した電圧となる。

【００６９】そして、次に、ハイレベルのパルス信号φ
ＳをＭＯＳトランジスタＴ５のゲートに与えることによ
ってＭＯＳトランジスタＴ５が導通し、キャパシタＣ１
とＭＯＳトランジスタＴ２のソースとの接続ノードの電
圧がキャパシタＣ２によってサンプリングされる。よっ
て、キャパシタＣ２とＭＯＳトランジスタＴ４のゲート
との接続ノードの電圧が、入射光量の積分値に対して線
形的に又は自然対数的に比例した電圧となる。尚、撮像
動作が開始してからパルス信号φＳが与えられるまでの
動作については、図１の画素Ｇ11〜Ｇmn全てに対して、
同時に行われる。

【００７０】このように撮像動作を行っているとき、第
１の実施形態と同様、所定の明るさまでは入射光量に対
して線形的に比例した電圧が、又、所定以上の明るさの
ときは入射光量に対して自然対数的に比例した電圧が、
それぞれ、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに与えられ
る。

【００７１】その後、ハイレベルのパルス信号φＶをＭ
ＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えることによって、
撮像時における映像信号を読み出す。このとき、キャパ
シタＣ２とＭＯＳトランジスタＴ４のゲートとの接続ノ
ードの電圧がＭＯＳトランジスタＴ４に与えられ、ＭＯ
ＳトランジスタＴ４で電流増幅された出力電流が、ＭＯ
ＳトランジスタＴ３を介して出力信号線６に出力され
る。よって、出力信号線６に出力される出力電流が、入
射光量の積分値に対して線形的に又は自然対数的に比例
した電流となる。

【００７２】このような構成の画素において、リセット
時における信号φＶPSの電圧値ＶＬを変化させること
で、各画素の変換動作が線形変換動作から対数変換動作
に切り替わるときの被写体の輝度を変化させることがで
きる。又、本実施形態において、キャパシタＣ１を用い
ることで、一旦キャパシタＣ１で積分された信号となる
ので、光源の変動成分や高周波のノイズがキャパシタで
吸収されて除去され、ＳＮ比の良好な信号が得られる。
又、信号φＳを同時に与えることによって、全画素にお
いて同一時間に積分して得た映像信号をキャパシタＣ２
にサンプリングすることができる。よって、高速で異動
する被写体を撮像しても、画像歪みが生じない。

【００７３】＜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８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。

【００７４】図８に示すように、本実施形態では、第３
の実施形態（図７）の画素より、ＭＯＳトランジスタＴ
２が省かれた構成となる。即ち、ＭＯＳトランジスタＴ
１のドレインとゲートの接続ノードが、キャパシタＣ１
とＭＯＳトランジスタＴ５のドレインとの接続ノードに
接続される。このような構成の画素の動作について、以
下に説明する。

【００７５】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φＶPSをＶＬとしてリセット動作を行う。この
とき、ＭＯＳトランジスタＴ１を通して、ＭＯＳトラン
ジスタＴ１のゲート電圧がリセットされるとともに、キ
ャパシタＣ１が初期化される。又、信号φＲＳにパルス
信号を与えることによってキャパシタＣ２を初期化す
る。

【００７６】その後、信号φＶPSをＶＨとして撮像動作
が開始すると、フォトダイオードＰＤへの入射光量に対
して線形的に又は自然対数的に比例した電圧がＭＯＳト
ランジスタＴ１のゲートに現れる。そして、この入射光
量に対して線形的に又は自然対数的に比例した電圧がキ
ャパシタＣ１によってサンプリングされる。次に、ハイ
レベルのパルス信号φＳをＭＯＳトランジスタＴ５のゲ
ートに与えることによってＭＯＳトランジスタＴ５が導
通し、キャパシタＣ１でサンプリングされた電圧がキャ
パシタＣ２によってサンプリングされる。よって、キャ
パシタＣ２とＭＯＳトランジスタＴ４のゲートとの接続
ノードの電圧が、入射光量に対して線形的に又は自然対
数的に比例した電圧となる。尚、撮像動作が開始してか
らパルス信号φＳが与えられるまでの動作については、
図１の画素Ｇ11〜Ｇmn全てに対して、同時に行われる。

【００７７】このように撮像動作を行っているとき、第
１の実施形態と同様、入射光量に対して線形的に変化し
た出力、又は、入射光量に対して自然対数的に変化した
出力が、それぞれ、キャパシタＣ１にサンプリングされ
る。

【００７８】このような構成の画素において、リセット
時における信号φＶPSの電圧値ＶＬを変化させること
で、各画素の変換動作が線形変換動作から対数変換動作
に切り替わるときの被写体の輝度を変化させることがで
きる。又、本実施形態において、キャパシタＣ１を用い
ることで、一旦キャパシタＣ１で積分された信号となる
ので、光源の変動成分や高周波のノイズがキャパシタで
吸収されて除去され、ＳＮ比の良好な信号が得られる。
又、信号φＳを同時に与えることによって、全画素にお
いて同一時間にキャパシタＣ１でサンプリングして得た
映像信号をキャパシタＣ２にサンプリングすることがで
きる。よって、高速で異動する被写体を撮像しても、画
像歪みが生じない。

【００７９】＜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。

【００８０】図９に示すように、本実施形態では、第１
の実施形態（図３）の画素に、フォトダイオードＰＤの
アノードとＭＯＳトランジスタＴ１のドレインとの間に
接続されたＭＯＳトランジスタＴ７が付加された構成と
なる。ＭＯＳトランジスタＴ７は、ドレインがフォトダ
イオードＰＤのアノードに、そして、ソースがＭＯＳト
ランジスタＴ１のドレインにそれぞれ接続されるととも
に、ゲートに信号φＳＷが与えられる。尚、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ７も、ＭＯＳ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。

【００８１】このような構成の画素は、リセット時及び
撮像時のそれぞれにおいて、常に、ハイレベルの信号φ
ＳＷをＭＯＳトランジスタＴ７のゲートに与えて、ＭＯ
ＳトランジスタＴ７をＯＮにすることによって、第１の
実施形態の画素と同様の状態とすることができる。即
ち、常に、ＭＯＳトランジスタＴ７をＯＮにして、フォ
トダイオードＰＤのアノードとＭＯＳトランジスタＴ１
のドレインとを電気的に接続することで、被写体の輝度
に応じて自動的に線形変換動作と対数変換動作とを切り
換えることができる。よって、このように、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ７を常にＯＮしたときの動作については、第
１の実施形態を参照するものとして、本実施形態では、
その説明を省略する。

【００８２】又、リセット時にＭＯＳトランジスタＴ７
を所定のタイミングでＯＮ／ＯＦＦさせることによっ
て、図９のような構成の画素は、その撮像時に、全ての
輝度範囲において対数変換動作を行う。このように、撮
像時に、全ての輝度範囲において対数変換動作を行うと
きにおける、図９のような構成の画素の動作について、
以下に説明する。尚、このとき、信号φＶPSは、直流電
圧ＶPSと略等しい電圧でＭＯＳトランジスタＴ１をサブ
スレッショルド領域で動作させるための電圧をＶｈと
し、又、この電圧よりも低くＭＯＳトランジスタＴ１を
導通状態にする電圧をＶｌとする。

【００８３】図１０に示すタイミングチャートのよう
に、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ３のゲート
に与えられて、出力信号が読み出されると、まず、信号
φＳＷをローレベルにしてリセット動作を行う。このと
き、ＭＯＳトランジスタＴ１のソース側より負の電荷が
流れ込み、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲート及びドレイ
ン、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート、そしてフォトダ
イオードＰＤのアノードに蓄積された正の電荷が再結合
される。よって、ある程度までリセットされて、ＭＯＳ
トランジスタＴ１のドレイン及びゲート下領域のポテン
シャルが下がる。

【００８４】このように、ＭＯＳトランジスタＴ１のド
レイン及びゲート下領域のポテンシャルが基の状態にリ
セットされようとするが、そのポテンシャルがある値に
なると、そのリセットされる速度が遅くなる。特に、明
るい被写体が急に暗くなった場合にこの傾向が顕著とな
る。よって、次に、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースに
与える信号φＶPSをＶｌとする。このように、ＭＯＳト
ランジスタＴ１のソース電圧を低くすることによって、
ＭＯＳトランジスタＴ１のソースから流入する負の電荷
の量が増加し、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲート及びド
レイン、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート、そしてフォ
トダイオードＰＤのアノードに蓄積された正の電荷が速
やかに再結合される。

【００８５】そして、ＭＯＳトランジスタＴ１のドレイ
ン及びゲート下領域のポテンシャルが低くなると、ＭＯ
ＳトランジスタＴ１のソースに与える信号φＶPSをＶｈ
にする。よって、ＭＯＳトランジスタＴ１のポテンシャ
ル状態が、基の状態にリセットされる。このようにＭＯ
ＳトランジスタＴ１のポテンシャル状態のリセットが行
われると、ハイレベルのパルス信号φＶをＭＯＳトラン
ジスタＴ３のゲートに与えることによって、リセット時
におけるノイズ信号を読み出す。このようにしてノイズ
信号が読み出されると、ＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦ
Ｆにした後、信号φＳＷをハイレベルにして、次の撮像
動作に備える。

【００８６】信号φＳＷをハイレベルにして撮像動作が
開始すると、フォトダイオードＰＤより入射光量に応じ
た光電荷がＭＯＳトランジスタＴ１に流れ込む。今、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ１のソース電圧にＶｈとなる信号φ
ＶPSが与えられるため、ＭＯＳトランジスタＴ１はサブ
スレッショルド領域で動作を行う。よって、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Ｔ
１，Ｔ２のゲートに発生する。

【００８７】このようにして、入射光量に対して自然対
数的に比例した電圧がＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２の
ゲートに現れると、先と同様に、パルス信号φＶがＭＯ
ＳトランジスタＴ３のゲートに与えられる。よって、入
射光量に対して自然対数的に比例したＭＯＳトランジス
タＴ１のゲート電圧がＭＯＳトランジスタＴ２で電流増
幅されて、ＭＯＳトランジスタＴ３を介して出力信号線
６に出力される。このようにして映像信号が読み出され
た後、上述したリセット動作が行われる。

【００８８】このように、リセット時に、ＭＯＳトラン
ジスタＴ７をＯＦＦさせることによって、フォトダイオ
ードＰＤから流れる光電流の影響なくＭＯＳトランジス
タＴ１のリセットを行うことができる。又、撮像時に
は、常に、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、全輝度範囲で対数変換動作を行
うようにすることができる。

【００８９】又、ノイズ信号が図１の信号線９から画素
毎にシリアルに出力され、後続回路においてメモリに画
素毎のノイズ信号として記憶しておく。そして、映像信
号を記憶されているノイズ信号で画素毎に補正すれば、
映像信号から画素のバラツキによる成分を取り除くこと
ができる。尚、この補正方法の具体例は後述する図５０
に示している。この補正方法は、ラインメモリなどのメ
モリを画素内に設けることによっても実現できる。

【００９０】＜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１１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。

【００９１】図１１に示すように、本実施形態では、第
５の実施形態（図９）と同様、第２の実施形態（図５）
の画素に、フォトダイオードＰＤのアノードとＭＯＳト
ランジスタＴ１のドレインとの間に接続されたＭＯＳト
ランジスタＴ７が付加された構成となる。ＭＯＳトラン
ジスタＴ７は、ドレインがフォトダイオードＰＤのアノ
ードに、そして、ソースがＭＯＳトランジスタＴ１のド
レインにそれぞれ接続されるとともに、ゲートに信号φ
ＳＷが与えられる。

【００９２】このような構成の画素は、第５の実施形態
と同様、リセット時及び撮像時のそれぞれにおいて、常
に、ハイレベルの信号φＳＷをＭＯＳトランジスタＴ７
のゲートに与えて、ＭＯＳトランジスタＴ７をＯＮにす
ることによって、第２の実施形態の画素と同様の状態と
することができる。即ち、常に、ＭＯＳトランジスタＴ
７をＯＮにして、フォトダイオードＰＤのアノードとＭ
ＯＳトランジスタＴ１のドレインとを電気的に接続する
ことで、被写体の輝度に応じて自動的に線形変換動作と
対数変換動作とを切り換えることができる。よって、こ
のように、ＭＯＳトランジスタＴ７を常にＯＮしたとき
の動作については、第２の実施形態を参照するものとし
て、本実施形態では、その説明を省略する。

【００９３】又、第５の実施形態と同様、リセット時に
ＭＯＳトランジスタＴ７を所定のタイミングでＯＮ／Ｏ
ＦＦさせることによって、図１１のような構成の画素
は、その撮像時に、全ての輝度範囲において対数変換動
作を行う。このように、撮像時に、全ての輝度範囲にお
いて対数変換動作を行うときにおける、図１１のような
構成の画素の動作について、以下に説明する。尚、この
とき、信号φＶPSは、直流電圧ＶPSと略等しい電圧でＭ
ＯＳトランジスタＴ１をサブスレッショルド領域で動作
させるための電圧をＶｈとし、又、この電圧よりも低く
ＭＯＳトランジスタＴ１を導通状態にする電圧をＶｌと
する。

【００９４】図１２に示すタイミングチャートのよう
に、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ３のゲート
に与えられて、出力信号が読み出されると、まず、信号
φＳＷをローレベルにしてリセット動作を行う。このと
き、ＭＯＳトランジスタＴ１のソース側より負の電荷が
流れ込み、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲート及びドレイ
ン、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート、そしてフォトダ
イオードＰＤのアノードに蓄積された正の電荷が再結合
されて、ある程度までリセットされる。

【００９５】次に、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースに
与える信号φＶPSをＶｌとする。このように、ＭＯＳト
ランジスタＴ１のソース電圧を低くすることによって、
ＭＯＳトランジスタＴ１のソースから流入する負の電荷
の量を増加させる。よって、ＭＯＳトランジスタＴ１の
ゲート及びドレイン、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲー
ト、そしてフォトダイオードＰＤのアノードに蓄積され
た正の電荷が速やかに再結合される。

【００９６】そして、ＭＯＳトランジスタＴ１のドレイ
ン及びゲート下領域のポテンシャルが低くなると、ＭＯ
ＳトランジスタＴ１のソースに与える信号φＶPSをＶｈ
にして、ＭＯＳトランジスタＴ１のポテンシャル状態
を、基の状態にリセットする。このようにＭＯＳトラン
ジスタＴ１のポテンシャル状態のリセットが行われる
と、まず、ローレベルのパルス信号φＤをＭＯＳトラン
ジスタＴ２のドレインに与えることによって、キャパシ
タＣ１に蓄積された電荷をＭＯＳトランジスタＴ２を通
して信号φＤの信号線路に放出して、キャパシタＣ１と
ＭＯＳトランジスタＴ２のソースとの接続ノードの電圧
を初期化する。

【００９７】そして、リセットされたＭＯＳトランジス
タＴ１のゲート電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲート
に与えられ、このＭＯＳトランジスタＴ１のゲート電圧
がＭＯＳトランジスタＴ２で電流増幅されたドレイン電
流がキャパシタＣ１に流れて、キャパシタＣ１に蓄電さ
れる。よって、キャパシタＣ１とＭＯＳトランジスタＴ
２のソースとの接続ノードの電圧が、リセットされたＭ
ＯＳトランジスタＴ１のゲート電圧に応じたものとな
る。

【００９８】そして、次に、ハイレベルのパルス信号φ
ＶをＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えることによ
って、リセット時におけるノイズ信号を読み出す。この
とき、キャパシタＣ１とＭＯＳトランジスタＴ２のソー
スとの接続ノードの電圧がＭＯＳトランジスタＴ４に与
えられ、ＭＯＳトランジスタＴ４で電流増幅された出力
電流が、ＭＯＳトランジスタＴ３を介して出力信号線６
に出力される。このようにしてノイズ信号が読み出され
ると、再び、ローレベルのパルス信号φＤをＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のドレインに与えて、キャパシタＣ１とＭ
ＯＳトランジスタＴ２のソースとの接続ノードの電圧を
リセットした後、信号φＳＷをハイレベルにして、次の
撮像動作に備える。

【００９９】信号φＳＷをハイレベルにして撮像動作が
開始すると、フォトダイオードＰＤより入射光量に応じ
た光電荷がＭＯＳトランジスタＴ１に流れ込む。今、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ１のソース電圧にＶｈとなる信号φ
ＶPSが与えられるため、ＭＯＳトランジスタＴ１はサブ
スレッショルド領域で動作を行う。よって、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Ｔ
１，Ｔ２のゲートに発生する。

【０１００】このようにして、入射光量に対して自然対
数的に比例した電圧がＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２の
ゲートに現れると、この入射光量に対して自然対数的に
比例した電圧がＭＯＳトランジスタＴ２で電流増幅され
たドレイン電流がキャパシタＣ１に流れて、キャパシタ
Ｃ１に蓄電される。よって、キャパシタＣ１とＭＯＳト
ランジスタＴ２のソースとの接続ノードの電圧が、入射
光量の積分値に対して自然対数的に比例した電圧とな
る。

【０１０１】そして、先と同様に、ハイレベルのパルス
信号φＶをＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えるこ
とによって、撮像時における映像信号を読み出す。この
とき、キャパシタＣ１とＭＯＳトランジスタＴ２のソー
スとの接続ノードの電圧がＭＯＳトランジスタＴ４に与
えられ、ＭＯＳトランジスタＴ４で電流増幅された出力
電流が、ＭＯＳトランジスタＴ３を介して出力信号線６
に出力される。よって、出力信号線６に出力される出力
電流が、入射光量の積分値に対して自然対数的に比例し
た電流となる。このようにして映像信号が読み出された
後、上述したリセット動作が行われる。

【０１０２】このように、リセット時に、ＭＯＳトラン
ジスタＴ７をＯＦＦさせることによって、フォトダイオ
ードＰＤから流れる光電流の影響なくＭＯＳトランジス
タＴ１のリセットを行うことができる。又、撮像時に
は、常に、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、全輝度範囲で対数変換動作を行
うようにすることができる。

【０１０３】又、ノイズ信号が図１の信号線９から画素
毎にシリアルに出力され、後続回路においてメモリに画
素毎のノイズ信号として記憶しておく。そして、映像信
号を記憶されているノイズ信号で画素毎に補正すれば、
映像信号から画素のバラツキによる成分を取り除くこと
ができる。尚、この補正方法の具体例は後述する図５０
に示している。この補正方法は、ラインメモリなどのメ
モリを画素内に設けることによっても実現できる。

【０１０４】＜第７の実施形態＞第７の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図１３は、本実施形態に
使用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回
路図である。尚、図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。

【０１０５】図１３に示すように、本実施形態では、第
５の実施形態（図９）と同様、第３の実施形態（図７）
の画素に、フォトダイオードＰＤのアノードとＭＯＳト
ランジスタＴ１のドレインとの間に接続されたＭＯＳト
ランジスタＴ７が付加された構成となる。ＭＯＳトラン
ジスタＴ７は、ドレインがフォトダイオードＰＤのアノ
ードに、そして、ソースがＭＯＳトランジスタＴ１のド
レインにそれぞれ接続されるとともに、ゲートに信号φ
ＳＷが与えられる。

【０１０６】このような構成の画素は、第５の実施形態
と同様、リセット時及び撮像時のそれぞれにおいて、常
に、ハイレベルの信号φＳＷをＭＯＳトランジスタＴ７
のゲートに与えて、ＭＯＳトランジスタＴ７をＯＮにす
ることによって、第３の実施形態の画素と同様の状態と
することができる。即ち、常に、ＭＯＳトランジスタＴ
７をＯＮにして、フォトダイオードＰＤのアノードとＭ
ＯＳトランジスタＴ１のドレインとを電気的に接続する
ことで、被写体の輝度に応じて自動的に線形変換動作と
対数変換動作とを切り換えることができる。よって、こ
のように、ＭＯＳトランジスタＴ７を常にＯＮしたとき
の動作については、第３の実施形態を参照するものとし
て、本実施形態では、その説明を省略する。

【０１０７】又、第５の実施形態と同様、リセット時に
ＭＯＳトランジスタＴ７を所定のタイミングでＯＮ／Ｏ
ＦＦさせることによって、図１３のような構成の画素
は、その撮像時に、全ての輝度範囲において対数変換動
作を行う。このように、撮像時に、全ての輝度範囲にお
いて対数変換動作を行うときにおける、図１３のような
構成の画素の動作について、以下に説明する。尚、この
とき、信号φＶPSは、直流電圧ＶPSと略等しい電圧でＭ
ＯＳトランジスタＴ１をサブスレッショルド領域で動作
させるための電圧をＶｈとし、又、この電圧よりも低く
ＭＯＳトランジスタＴ１を導通状態にする電圧をＶｌと
する。

【０１０８】パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ３
のゲートに与えられて、出力信号が読み出されると、ま
ず、信号φＳＷをローレベルにしてリセット動作を行
う。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースに与え
る信号φＶPSをＶｌにして、ＭＯＳトランジスタＴ１を
導通状態にすることによって、ＭＯＳトランジスタＴ１
のソースから流入する負の電荷の量を増加させて、ＭＯ
ＳトランジスタＴ１のゲート及びドレイン、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲート、そしてフォトダイオードＰＤの
アノードに蓄積された正の電荷が速やかに再結合され
る。

【０１０９】そして、ＭＯＳトランジスタＴ１のソース
に与える信号φＶPSをＶｈにして、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ１のポテンシャル状態を基の状態にリセットする。こ
のように、ＭＯＳトランジスタＴ１のポテンシャルの状
態を基の状態にリセットした後、ローレベルのパルス信
号φＤをＭＯＳトランジスタＴ２のドレインに与えるこ
とによって、キャパシタＣ１に蓄積された電荷をＭＯＳ
トランジスタＴ２を通して信号φＤの信号線路に放出し
て、キャパシタＣ１とＭＯＳトランジスタＴ２のソース
との接続ノードの電圧を初期化する。又、信号φＲＳに
パルス信号を与えることによってキャパシタＣ２を初期
化する。

【０１１０】そして、リセットされたＭＯＳトランジス
タＴ１のゲート電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲート
に与えられ、このＭＯＳトランジスタＴ１のゲート電圧
がＭＯＳトランジスタＴ２で電流増幅されたドレイン電
流がキャパシタＣ１に流れて、キャパシタＣ１に蓄電さ
れる。よって、キャパシタＣ１とＭＯＳトランジスタＴ
２のソースとの接続ノードの電圧が、リセットされたＭ
ＯＳトランジスタＴ１のゲート電圧に応じたものとな
る。

【０１１１】そして、信号φＳＷをハイレベルにして撮
像動作が開始すると、ＭＯＳトランジスタＴ１のソース
電圧にＶｈとなる信号φＶPSが与えられるため、ＭＯＳ
トランジスタＴ１はサブスレッショルド領域で動作を行
うので、フォトダイオードＰＤへの入射光量に対して自
然対数的に比例した電圧がＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ
２のゲートに現れる。そして、この入射光量に対して自
然対数的に比例した電圧がＭＯＳトランジスタＴ２で電
流増幅されたドレイン電流がキャパシタＣ１に流れて、
キャパシタＣ１に蓄電される。よって、キャパシタＣ１
とＭＯＳトランジスタＴ２のソースとの接続ノードの電
圧が、入射光量の積分値に対して自然対数的に比例した
電圧となる。

【０１１２】そして、次に、ハイレベルのパルス信号φ
ＳをＭＯＳトランジスタＴ５のゲートに与えることによ
ってＭＯＳトランジスタＴ５が導通し、キャパシタＣ１
とＭＯＳトランジスタＴ２のソースとの接続ノードの電
圧がキャパシタＣ２によってサンプリングされる。よっ
て、キャパシタＣ２とＭＯＳトランジスタＴ４のゲート
との接続ノードの電圧が、入射光量の積分値に対して自
然対数的に比例した電圧となる。尚、撮像動作が開始し
てからパルス信号φＳが与えられるまでの動作について
は、図１の画素Ｇ11〜Ｇmn全てに対して、同時に行われ
る。

【０１１３】その後、ハイレベルのパルス信号φＶをＭ
ＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えることによって、
撮像時における映像信号を読み出す。このとき、キャパ
シタＣ２とＭＯＳトランジスタＴ４のゲートとの接続ノ
ードの電圧がＭＯＳトランジスタＴ４に与えられ、ＭＯ
ＳトランジスタＴ４で電流増幅された出力電流が、ＭＯ
ＳトランジスタＴ３を介して出力信号線６に出力され
る。よって、出力信号線６に出力される出力電流が、入
射光量の積分値に対して自然対数的に比例した電流とな
る。

【０１１４】このように、リセット時に、ＭＯＳトラン
ジスタＴ７をＯＦＦさせることによって、フォトダイオ
ードＰＤから流れる光電流の影響なくＭＯＳトランジス
タＴ１のリセットを行うことができる。又、撮像時に
は、常に、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、全輝度範囲で対数変換動作を行
うようにすることができる。

【０１１５】＜第８の実施形態＞第８の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図１４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８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。

【０１１６】図１４に示すように、本実施形態では、第
５の実施形態（図９）と同様、第４の実施形態（図８）
の画素に、フォトダイオードＰＤのアノードとＭＯＳト
ランジスタＴ１のドレインとの間に接続されたＭＯＳト
ランジスタＴ７が付加された構成となる。ＭＯＳトラン
ジスタＴ７は、ドレインがフォトダイオードＰＤのアノ
ードに、そして、ソースがＭＯＳトランジスタＴ１のド
レインにそれぞれ接続されるとともに、ゲートに信号φ
ＳＷが与えられる。

【０１１７】このような構成の画素は、第５の実施形態
と同様、リセット時及び撮像時のそれぞれにおいて、常
に、ハイレベルの信号φＳＷをＭＯＳトランジスタＴ７
のゲートに与えて、ＭＯＳトランジスタＴ７をＯＮにす
ることによって、第４の実施形態の画素と同様の状態と
することができる。即ち、常に、ＭＯＳトランジスタＴ
７をＯＮにして、フォトダイオードＰＤのアノードとＭ
ＯＳトランジスタＴ１のドレインとを電気的に接続する
ことで、被写体の輝度に応じて自動的に線形変換動作と
対数変換動作とを切り換えることができる。よって、こ
のように、ＭＯＳトランジスタＴ７を常にＯＮしたとき
の動作については、第４の実施形態を参照するものとし
て、本実施形態では、その説明を省略する。

【０１１８】又、第５の実施形態と同様、リセット時に
ＭＯＳトランジスタＴ７を所定のタイミングでＯＮ／Ｏ
ＦＦさせることによって、図１４のような構成の画素
は、その撮像時に、全ての輝度範囲において対数変換動
作を行う。このように、撮像時に、全ての輝度範囲にお
いて対数変換動作を行うときにおける、図１４のような
構成の画素の動作について、以下に説明する。尚、この
とき、信号φＶPSは、直流電圧ＶPSと略等しい電圧でＭ
ＯＳトランジスタＴ１をサブスレッショルド領域で動作
させるための電圧をＶｈとし、又、この電圧よりも低く
ＭＯＳトランジスタＴ１を導通状態にする電圧をＶｌと
する。

【０１１９】パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ３
のゲートに与えられて、出力信号が読み出されると、ま
ず、信号φＳＷをローレベルにしてリセット動作を行
う。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースに与え
る信号φＶPSをＶｌにして、ＭＯＳトランジスタＴ１を
導通状態にすることによって、ＭＯＳトランジスタＴ１
のソースから流入する負の電荷の量を増加させて、ＭＯ
ＳトランジスタＴ１のゲート及びドレイン、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のゲート、そしてフォトダイオードＰＤの
アノードに蓄積された正の電荷が速やかに再結合され
る。

【０１２０】そして、ＭＯＳトランジスタＴ１のソース
に与える信号φＶPSをＶｈにして、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ１のポテンシャル状態を基の状態にリセットする。次
に、信号φＳＷをハイレベルにして撮像動作が開始する
と、ＭＯＳトランジスタＴ１のソース電圧にＶｈとなる
信号φＶPSが与えられるため、ＭＯＳトランジスタＴ１
はサブスレッショルド領域で動作を行うので、フォトダ
イオードＰＤへの入射光量に対して自然対数的に比例し
た電圧がＭＯＳトランジスタＴ１のゲートに現れる。そ
して、この入射光量に対して自然対数的に比例した電圧
がキャパシタＣ１でサンプリングされる。

【０１２１】このように、撮像時のＭＯＳトランジスタ
Ｔ１のゲート電圧がキャパシタＣ１でサンプリングされ
ると、次に、ハイレベルのパルス信号φＳをＭＯＳトラ
ンジスタＴ５のゲートに与えることによってＭＯＳトラ
ンジスタＴ５が導通し、キャパシタＣ１でサンプリング
された電圧がキャパシタＣ２によってサンプリングされ
る。よって、キャパシタＣ２とＭＯＳトランジスタＴ４
のゲートとの接続ノードの電圧が、入射光量に対して自
然対数的に比例した電圧となる。尚、撮像動作が開始し
てからパルス信号φＳが与えられるまでの動作について
は、図１の画素Ｇ11〜Ｇmn全てに対して、同時に行われ
る。

【０１２２】その後、ハイレベルのパルス信号φＶをＭ
ＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えることによって、
撮像時における映像信号を読み出す。このとき、キャパ
シタＣ２とＭＯＳトランジスタＴ４のゲートとの接続ノ
ードの電圧がＭＯＳトランジスタＴ４に与えられ、ＭＯ
ＳトランジスタＴ４で電流増幅された出力電流が、ＭＯ
ＳトランジスタＴ３を介して出力信号線６に出力され
る。よって、出力信号線６に出力される出力電流が、入
射光量に対して自然対数的に比例した電流となる。

【０１２３】このように、リセット時に、ＭＯＳトラン
ジスタＴ７をＯＦＦさせることによって、フォトダイオ
ードＰＤから流れる光電流の影響なくＭＯＳトランジス
タＴ１のリセットを行うことができる。又、撮像時に
は、常に、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、全輝度範囲で対数変換動作を行
うようにすることができる。

【０１２４】＜ディプレッション型ＭＯＳトランジスタ
を組み合わせた構成の画素＞又、第５〜第８の実施形態
（図９、図１１、図１３、図１４）において、ＭＯＳト
ランジスタＴ７をディプレッション型のＮチャネルのＭ
ＯＳトランジスタとしても構わない。この画素の構成
を、図１５〜図１８に示す。図１５〜図１８に示すよう
に、ＭＯＳトランジスタＴ７以外のＭＯＳトランジスタ
Ｔ１〜Ｔ６は、エンハンスメント型のＮチャネルのＭＯ
Ｓトランジスタである。

【０１２５】図９、図１１、図１３、図１４の構成の画
素ように、画素内に設けられたＭＯＳトランジスタを全
てエンハンスメント型のＭＯＳトランジスタで構成した
とき、ＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ７が直列に接続され
るため、ＭＯＳトランジスタＴ７のゲートに与える信号
φＳＷのハイレベルの電圧が、通常は、この画素に供給
する電圧よりも高くなる。そのため、通常はＭＯＳトラ
ンジスタＴ７に信号φＳＷを与えるための別の電源を設
ける必要がある。

【０１２６】それに対して、上述したように、このＭＯ
ＳトランジスタＴ７をディプレッション型のＭＯＳトラ
ンジスタとすることによって、そのゲートに与える信号
φＳＷのハイレベルの電圧を低くすることができ、他の
ＭＯＳトランジスタに与えるハイレベルの信号と同じ電
圧にすることが可能になる。これは、ディプレッション
型のＭＯＳトランジスタの閾値が負の値となるため、エ
ンハンスメント型のＭＯＳトランジスタと比べて、低い
ゲート電圧でＯＮすることができるからである。

【０１２７】＜ＰチャネルＭＯＳトランジスタを組み合
わせた構成の画素＞更に、第５〜第８の実施形態におい
て、ＭＯＳトランジスタＴ１をＰチャネルのＭＯＳトラ
ンジスタとしても構わない。この画素の構成を、図１９
〜図２２に示す。図１９〜図２２に示すように、ＭＯＳ
トランジスタＴ７以外のＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ６
は、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタである。又、ＭＯ
ＳトランジスタＴ７のソースがフォトダイオードＰＤの
アノードと接続されるとともに、ドレインがＭＯＳトラ
ンジスタＴ１のドレインに接続される。

【０１２８】このような構成にしたとき、ＭＯＳトラン
ジスタＴ７は、ゲート・ドレイン間の電圧差が閾値より
大きければＯＮとなり、又、ゲート・ドレイン間の電圧
差が閾値より小さければＯＦＦとなる。よって、ＭＯＳ
トランジスタＴ７のゲートに与える信号φＳＷが、第５
〜第８の実施形態の信号φＳＷとそのタイミングが逆転
するとともに、ＭＯＳトランジスタＴ７のドレインに直
列に接続されたＭＯＳトランジスタＴ１の影響を受ける
ことなく、ＯＮ／ＯＦＦ動作を行うことができる。

【０１２９】又、ＭＯＳトランジスタＴ７のＯＮ／ＯＦ
Ｆ動作が、ＭＯＳトランジスタＴ１の影響を受けること
がないので、信号φＳＷを供給するための別の電源を設
ける必要が無くなる。更に、このようにすることによっ
て、ＭＯＳトランジスタＴ７を、他のＭＯＳトランジス
タと同様にエンハンスメント型のＭＯＳトランジスタと
することができるので、他のＭＯＳトランジスタと同一
の工程でＭＯＳトランジスタＴ７を生成することが可能
である。よって、上述したように、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ７のみをディプレッション型のＭＯＳトランジスタと
するときと比べて、その生産工程が簡素化される。

【０１３０】＜第９の実施形態＞第９の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図２３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。

【０１３１】図２３に示すように、本実施形態では、フ
ォトダイオードＰＤのカソードは、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ８のソース及びＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに接
続されている。又、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースは
行選択用のＭＯＳトランジスタＴ３のドレインに接続さ
れている。ＭＯＳトランジスタＴ３のソースは出力信号
線６（この出力信号線６は図１の６−１、６−２、・・
・、６−ｍに対応する）へ接続されている。尚、ＭＯＳ
トランジスタＴ２，Ｔ３，Ｔ８は、それぞれ、Ｎチャネ
ルのＭＯＳトランジスタでバックゲートが接地されてい
る。

【０１３２】又、フォトダイオードＰＤのアノードには
直流電圧ＶPSが、ＭＯＳトランジスタＴ２のドレインに
は直流電圧ＶPDが印加されるようになっている。又、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ３のゲートには信号φＶが入力され
る。一方、ＭＯＳトランジスタＴ８のドレインには信号
φＶPDが、又、ゲートには信号φＶPGが、それぞれ入力
されるようになっている。

【０１３３】尚、信号φＶPGは２値の電圧信号で、入射
光量が所定値を超えたときにＭＯＳトランジスタＴ８を
サブスレッショルド領域で動作させるための電圧をＶａ
とし、又、この電圧よりも高くＭＯＳトランジスタＴ８
のソース電圧を初期化するための電圧Ｖｂとする。又、
信号φＶPDは２値の電圧信号で、高い方は前記Ｖｂ以上
の電圧、低い方は前記Ｖａ以下の電圧である。このよう
な構成の画素の動作について、以下に説明する。

【０１３４】図２４に示すタイミングチャートのよう
に、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ３のゲート
に与えられて、出力信号が読み出されると、まず、信号
φＶPDをローレベルとしてリセット動作を行う。このリ
セット動作について、図２４のタイミングチャート及び
図２５のＭＯＳトランジスタＴ８におけるポテンシャル
変遷図を参照して説明する。

【０１３５】ところで、ＭＯＳトランジスタＴ８は、例
えば、図２５（ａ）のように、Ｐ型の半導体基板（以
下、「Ｐ型基板」という。）１０にＮ型拡散層１１，１
２を形成し、且つ、そのＮ型拡散層１１，１２間のチャ
ンネル上に順次、酸化膜１３とポリシリコン層１４を形
成することによって構成される。ここで、Ｎ型拡散層１
１，１２が、それぞれＭＯＳトランジスタＴ８のドレイ
ン、ソースを形成するとともに、酸化膜１３及びポリシ
リコン層１４がそれぞれゲート絶縁膜とゲート電極を形
成する。尚、ここで、Ｐ型基板１０において、Ｎ型拡散
層１１，１２の間の領域をゲート下領域である。又、図
２５（ｂ）〜（ｆ）において、矢印の方向が、ポテンシ
ャルが高いことを表す。

【０１３６】よって、撮像動作が終了した直後、ＭＯＳ
トランジスタＴ８は、例えば、図２５（ｂ）に実線で示
すように、ソースより、ソース、ゲート下領域、ドレイ
ンの順に高くなるようなポテンシャル状態にある。或い
は、図２５（ｂ）に実線及び一点鎖線で示すように、ゲ
ート下領域、ソース、ドレインの順に高くなるようなポ
テンシャル状態にある。そして、これらいずれの状態に
あっても、信号φＶPDをローレベルにしたとき、図２５
（ｃ）のように、ＭＯＳトランジスタＴ８のドレイン側
から、ＭＯＳトランジスタＴ８のゲート下領域及びソー
スに電化が注入され、ドレイン、ゲート下領域、ソース
がこの信号φＶPDのローレベルに応じたポテンシャルと
なる。尚、このとき、信号φＶPGの電圧値はＶａであ
る。

【０１３７】その後、信号φＶPDをハイレベルに戻す
と、図２５（ｄ）のように、ＭＯＳトランジスタＴ８の
ドレインが信号φＶPDのハイレベルに応じたポテンシャ
ルとなるとともに、ＭＯＳトランジスタＴ８のゲート下
領域及びソースが、信号φＶPGの電圧値Ｖａに応じたポ
テンシャルとなる。

【０１３８】更に、この状態から、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ８のゲートに与える信号φＶPGの電圧をＶａからＶｂ
に切り換えることによって、図２５（ｅ）のように、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ８のゲート下領域及びソースが、信
号φＶPGの電圧値Ｖｂに応じたポテンシャルとなり、図
２５（ｄ）の状態に比べて高くなる。

【０１３９】このとき、ハイレベルのパルス信号φＶを
ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えることによっ
て、リセット時におけるノイズ信号を読み出す。このと
き、リセットされたＭＯＳトランジスタＴ８のソース電
圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに与えられ、この
ＭＯＳトランジスタＴ８のソース電圧がＭＯＳトランジ
スタＴ２で電流増幅されて、ＭＯＳトランジスタＴ３を
介して出力信号線６に出力される。

【０１４０】そして、再び、ＭＯＳトランジスタＴ８の
ゲートに与える信号φＶPGの電圧をＶｂからＶａに切り
換えることによって、図２５（ｆ）のように、ＭＯＳト
ランジスタＴ８のゲート下領域が、信号φＶPGの電圧値
Ｖａに応じたポテンシャルとなり、図２５（ｅ）の状態
に比べて低くなる。よって、このとき、ＭＯＳトランジ
スタＴ８のソースの電位がゲート下領域の電位に比べて
高くなる。このように、信号φＶPD，φＶPGが動作され
ることによって、ＭＯＳトランジスタＴ８のポテンシャ
ル状態がリセットされる。

【０１４１】信号φＶPGをＶａとして撮像動作が開始さ
れると、フォトダイオードＰＤより入射光量に応じた光
電荷がＭＯＳトランジスタＴ８に流れ込む。今、ＭＯＳ
トランジスタＴ８のゲート電圧がソース電圧より低いの
で、ＭＯＳトランジスタＴ８はカットオフ状態となり、
光電荷がＭＯＳトランジスタＴ８のソースに蓄積され
る。よって、撮像する被写体の輝度が低くフォトダイオ
ードＰＤに入射される入射光量が少ない場合は、ＭＯＳ
トランジスタＴ８のソースに蓄積された光電荷量に応じ
た電圧がＭＯＳトランジスタＴ８のソースに現れるた
め、入射光量の積分値に対して線形的に比例した電圧が
ＭＯＳトランジスタＴ２のソースに現れる。尚、このと
き、フォトダイオードＰＤで発生する光電荷が負の光電
荷であるので、強い光が入射されるほど、ＭＯＳトラン
ジスタＴ８のソース電圧が低くなる。

【０１４２】又、撮像する被写体の輝度が高くフォトダ
イオードＰＤに入射される入射光量が多くなると、ＭＯ
ＳトランジスタＴ８がサブスレッショルド領域で動作を
行うため、入射光量に対して自然対数的に比例した電圧
がＭＯＳトランジスタＴ８のソースに現れる。

【０１４３】このようにして、入射光量に対して線形的
に又は自然対数的に比例した電圧がＭＯＳトランジスタ
Ｔ２のゲートに現れると、先と同様に、パルス信号φＶ
がＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えられ、入射光
量に対して線形的に又は自然対数的に比例したＭＯＳト
ランジスタＴ８のソース電圧がＭＯＳトランジスタＴ２
で電流増幅されて、ＭＯＳトランジスタＴ３を介して出
力信号線６に出力される。又、ＭＯＳトランジスタＴ２
及びＭＯＳトランジスタＱ１の導通時抵抗とそれらを流
れる電流によって決まるＭＯＳトランジスタＱ１のドレ
イン電圧が、映像信号として出力信号線６に現れる。こ
のようにして映像信号が読み出された後、上述したリセ
ット動作が行われる。

【０１４４】このような動作を行う各画素において、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ８の閾値電圧にバラツキがあるため
に、φＶPGがＶａとされた場合、線形変換動作から対数
変換動作に切り替わる電圧値は、Ｖａ＋Ｖｘ（但し、Ｖ
ｘはＭＯＳトランジスタＴ８の閾値バラツキによる電圧
の変動成分を表す）となる。本実施形態においては、φ
ＶPGがＶｂとされた場合、ＭＯＳトランジスタＴ８のソ
ース電極の電圧値は、実用上、ほぼＶｂ＋Ｖｘとなる。
従って、差をとると、ΔＶ＝Ｖｂ−Ｖａとなり、リセッ
トされた状態から上記切り替わり点に至らしめるために
必要な電荷量は、各画素のＭＯＳトランジスタＴ８の閾
値バラツキによらずほぼ一定である。

【０１４５】よって、対数変換動作に変わるときのＭＯ
ＳトランジスタＴ８のソース電圧に至るまでにＭＯＳト
ランジスタＴ８に流れ込む光電荷量が、全ての画素にお
いて等しい。このように、各画素における変換動作が対
数変換動作に切り替わるときのフォトダイオードＰＤよ
り発生する光電荷量が等しいので、各画素における変換
動作が対数変換動作に切り替わるときのフォトダイオー
ドＰＤに入射される入射光量も等しい。即ち、全ての画
素において、その変換動作が線形変換動作から対数変換
動作に切り替わるときの被写体の輝度が等しいものとな
り、ＭＯＳトランジスタＴ８の閾値電圧の差異による各
画素の変換動作の切換への影響を低減することができ
る。

【０１４６】又、リセット時における信号φＶPGの電圧
値Ｖｂを変化させることによって、線形変換動作を行う
際のＭＯＳトランジスタＴ８のゲート電圧ＶＳが変化す
る範囲を変化させることができる。よって、リセット時
における信号φＶPGの電圧値Ｖｂを変化させることで、
各画素の変換動作が線形変換動作から対数変換動作に切
り替わるときの被写体の輝度を変化させることができ
る。

【０１４７】更に、ノイズ信号が図１の信号線９から画
素毎にシリアルに出力され、後続回路においてメモリに
画素毎のノイズ信号として記憶しておく。そして、映像
信号を記憶されているノイズ信号で画素毎に補正すれ
ば、映像信号から画素のバラツキによる成分を取り除く
ことができる。尚、この補正方法の具体例は後述する図
５０に示している。この補正方法は、ラインメモリなど
のメモリを画素内に設けることによっても実現できる。
尚、本実施ケイタイにおいては、φＶPDを一旦ローレベ
ルにした後、φＶPGをハイレベルにしているが、両者の
タイミングはこれに限るものではなく、例えば、φＶPG
をハイレベルにしている間に、φＶPDを一旦ローレベル
にするようにしても構わない。

【０１４８】＜第１０の実施形態＞第１０の実施形態に
ついて、図面を参照して説明する。図２６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２３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。

【０１４９】図２６に示すように、本実施形態では、第
９の実施形態（図２３）の画素に、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ４，Ｔ９，Ｔ１０及びキャパシタＣ３が付加された構
成となる。ＭＯＳトランジスタＴ９のゲートがフォトダ
イオードＰＤのアノードとＭＯＳトランジスタＴ８のソ
ースが接続され、そのソースが一端に直流電圧ＶPDが印
加されたキャパシタＣ３の他端に接続される。又、ＭＯ
ＳトランジスタＴ９のソースとキャパシタＣ３との接続
ノードにＭＯＳトランジスタＴ４のゲート及びＭＯＳト
ランジスタＴ１０のソースが接続される。尚、ＭＯＳト
ランジスタＴ９，Ｔ１０は、ＰチャネルのＭＯＳトラン
ジスタでバックゲートに電源電圧が印加されている。

【０１５０】直流電圧ＶPDがＭＯＳトランジスタＴ４の
ドレインに印加されるとともに、直流電圧ＶPSがＭＯＳ
トランジスタＴ９のドレインに印加される。又、ＭＯＳ
トランジスタＴ１０のドレインに直流電圧ＶRSが印加さ
れるとともに、そのゲートに信号φＲＳが印加される。
更に、ＭＯＳトランジスタＴ４のソースにＭＯＳトラン
ジスタＴ３のドレインが接続される。このような構成の
画素の動作について、以下に説明する。

【０１５１】図２７に示すタイミングチャートのよう
に、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ３のゲート
に与えられて、出力信号が読み出されると、まず、信号
φＶPDをローレベルとしてリセット動作を行う。このと
き、ＭＯＳトランジスタＴ８のドレイン、ゲート下領
域、ソースがこの信号φＶPDのローレベルに応じたポテ
ンシャルとなる。その後、信号φＶPDをハイレベルに戻
すと、ＭＯＳトランジスタＴ８のドレインが信号φＶPD
のハイレベルに応じたポテンシャルとなるとともに、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ８のゲート下領域及びソースが、信
号φＶPGの電圧値Ｖａに応じたポテンシャルとなる。

【０１５２】更に、この状態から、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ８のゲートに与える信号φＶPGの電圧をＶａからＶｂ
に切り換えることによって、ＭＯＳトランジスタＴ８の
ゲート下領域及びソースが、信号φＶPGの電圧値Ｖｂに
応じたポテンシャルとなる。そして、まず、ローレベル
のパルス信号φＲＳをＭＯＳトランジスタＴ１０のゲー
トに与えることによって、キャパシタＣ３に蓄電して、
キャパシタＣ３とＭＯＳトランジスタＴ９のソースとの
接続ノードの電圧を初期化する。

【０１５３】このとき、ハイレベルのパルス信号φＶを
ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えることによっ
て、リセット時におけるノイズ信号を読み出す。このと
き、リセットされたＭＯＳトランジスタＴ８のソース電
圧に応じた電圧がＭＯＳトランジスタＴ４のゲートに与
えられる。そして、ＭＯＳトランジスタＴ４で電流増幅
されて、ＭＯＳトランジスタＴ３を介して出力信号線６
に出力される。このようにノイズ信号が読み出される
と、再度、ローレベルのパルス信号φＲＳをＭＯＳトラ
ンジスタＴ１０のゲートに与えることによって、キャパ
シタＣ３とＭＯＳトランジスタＴ９のソースとの接続ノ
ードの電圧を初期化する。

【０１５４】そして、再び、ＭＯＳトランジスタＴ８の
ゲートに与える信号φＶPGの電圧をＶｂからＶａに切り
換えることによって、ＭＯＳトランジスタＴ８のゲート
下領域が、信号φＶPGの電圧値Ｖａに応じたポテンシャ
ルとなり、ソースの電位がゲート下領域の電位に比べて
高くなる。このように、信号φＶPD，φＶPGが動作され
ることによって、ＭＯＳトランジスタＴ８のポテンシャ
ル状態がリセットされる。

【０１５５】信号φＶPGをＶａとして撮像動作が開始す
ると、フォトダイオードＰＤへの入射光量に対して線形
的に又は自然対数的に比例した電圧が、ＭＯＳトランジ
スタＴ８のソース及びＭＯＳトランジスタＴ９のゲート
に現れる。尚、このとき、フォトダイオードＰＤで発生
する光電荷が負の光電荷であるので、強い光が入射され
るほど、ＭＯＳトランジスタＴ８のソース電圧が低くな
る。

【０１５６】このようにして光電流に対して線形的に又
は自然対数的に変化した電圧がＭＯＳトランジスタＴ９
のゲートに現れると、ＭＯＳトランジスタＴ９がリセッ
トされてＭＯＳトランジスタＴ９のゲート電圧により決
定される表面ポテンシャルより高い電圧になっているの
で、キャパシタＣ３から正の電荷がＭＯＳトランジスタ
Ｔ９を介して流れる。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ
９のゲート電圧によって、キャパシタＣ３から流れる正
の電荷量が決定される。即ち、強い光が入射されてＭＯ
ＳトランジスタＴ８のソース電圧が低くなるときほど、
キャパシタＣ３から流れる正の電荷量が多い。

【０１５７】このようにしてキャパシタＣ３から正の電
荷が流れ、キャパシタＣ３とＭＯＳトランジスタＴ９の
ソースとの接続ノードの電圧が入射光量の積分値を線形
的に又は自然対数的に比例した値となる。そして、パル
ス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮにし
たとき、前記光電流の積分値を線形的に又は自然対数的
に比例した値となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ３，
Ｔ４を介して出力信号線６に導出される。このようにし
て入射光量の線形的に又は対数値に比例した信号（出力
電流）を読み出すと、ＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦ
にする。このようにして映像信号が読み出された後、上
述したリセット動作が行われる。

【０１５８】このように撮像動作を行っているとき、第
９の実施形態と同様、ＭＯＳトランジスタＴ８のソース
電圧ＶＳが入射光量の積分値に対して線形的に比例した
電圧又は、入射光量に対して自然対数的に比例した電圧
が、それぞれ、ＭＯＳトランジスタＴ９のゲートに与え
られる。

【０１５９】このような構成の画素において、リセット
時における信号φＶPGの電圧値Ｖｂを変化させること
で、各画素の変換動作が線形変換動作から対数変換動作
に切り替わるときの被写体の輝度を変化させることがで
きる。又、本実施形態において、キャパシタＣ３を用い
ることで、一旦キャパシタＣ３で積分された信号となる
ので、光源の変動成分や高周波のノイズがキャパシタで
吸収されて除去され、ＳＮ比の良好な信号が得られる。

【０１６０】更に、ノイズ信号が図１の信号線９から画
素毎にシリアルに出力され、後続回路においてメモリに
画素毎のノイズ信号として記憶しておく。そして、映像
信号を記憶されているノイズ信号で画素毎に補正すれ
ば、映像信号から画素のバラツキによる成分を取り除く
ことができる。尚、この補正方法の具体例は後述する図
５０に示している。この補正方法は、ラインメモリなど
のメモリを画素内に設けることによっても実現できる。

【０１６１】＜第１１の実施形態＞第１１の実施形態に
ついて、図面を参照して説明する。図２８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２６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。

【０１６２】図２８に示すように、本実施形態では、第
１０の実施形態（図２６）の画素より、ＭＯＳトランジ
スタＴ１０が省かれた構成となる。このとき、ＭＯＳト
ランジスタＴ９のドレインに信号φＶPSが印加される。
このように構成することによって、キャパシタＣ３とＭ
ＯＳトランジスタＴ９のソースとの接続ノードにおける
電圧のリセットをＭＯＳトランジスタＴ９を通して行
う。よって、その他の動作については、第１０の実施形
態の動作と同様であるので、本実施形態の画素の動作に
ついては、第１０の実施形態を参照するものとして省略
する。

【０１６３】尚、本実施形態において、ハイレベルのパ
ルス信号φＶPSをＭＯＳトランジスタＴ９のドレインに
与えることによって、キャパシタＣ３とＭＯＳトランジ
スタＴ９のソースとの接続ノードにおける電圧のリセッ
トが行われる。又、本実施形態のように、ＭＯＳトラン
ジスタＴ１０を省略できる分、第１０の実施形態に比べ
て、その構成がシンプルになる。

【０１６４】更に、ノイズ信号が図１の信号線９から画
素毎にシリアルに出力され、後続回路においてメモリに
画素毎のノイズ信号として記憶しておく。そして、映像
信号を記憶されているノイズ信号で画素毎に補正すれ
ば、映像信号から画素のバラツキによる成分を取り除く
ことができる。尚、この補正方法の具体例は後述する図
５０に示している。この補正方法は、ラインメモリなど
のメモリを画素内に設けることによっても実現できる。

【０１６５】以上説明した各実施形態において、各画素
からの信号読み出しは電荷結合素子（ＣＣＤ）を用いて
行うようにしてもかまわない。この場合、ＭＯＳトラン
ジスタＴ４に相当するポテンシャルレベルを可変とした
ポテンシャルの障壁を設けることにより、ＣＣＤへの電
荷読み出しを行えばよい。又、上述した各実施形態で
は、感光素子としてフォトダイオードを用いたが、フォ
トダイオードに限らず、フォトトランジスタの他の感光
素子を用いても構わない。更に、第２、第３、第６及び
第７の実施形態において、キャパシタＣ１のリセットを
ＭＯＳトランジスタＴ２を通じて行うようにしたが、キ
ャパシタＣ１のリセットを行うためのＭＯＳトランジス
タを別途設けるようにしても構わない。

【０１６６】以上説明した第１〜第９の実施形態は、画
素内の能動素子であるＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ８を
全てＮチャネルのＭＯＳトランジスタで構成している
が、これらのＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ８を全てＰチ
ャネルのＭＯＳトランジスタで構成してもよい。又、第
１０及び第１１の実施形態において、画素内のＮチャネ
ルのＭＯＳトランジスタをＰチャネルのＭＯＳトランジ
スタに、ＰチャネルのＭＯＳトランジスタをＮチャネル
のＭＯＳトランジスタに変えて構成しても構わない。

【０１６７】図３１〜図３８及び図４７には、上記第１
〜第９の実施形態をＰチャネルのＭＯＳトランジスタで
構成した例である第１２〜第２０の実施形態を示してい
る。又、図４８及び図４９には、上記第１０及び第１１
の実施形態の画素のＭＯＳトランジスタを逆極性のＭＯ
Ｓトランジスタで構成した例である第２１及び第２２の
実施形態を示している。又、図３９〜図４２は、第１７
〜第２０の実施形態において、ＭＯＳトランジスタＴ７
をディプレッション型のＰチャネルのＭＯＳトランジス
タとしたものである。更に、図４３〜図４６は、第１７
〜第２０の実施形態において、ＭＯＳトランジスタＴ７
をＮチャネルのＭＯＳトランジスタとしたものである。
そのため図２９〜図４９では接続の極性や印加電圧の極
性が逆になっている。例えば、図３１（第１２の実施形
態）において、フォトダイオードＰＤはアノードに直流
電圧ＶPDに接続され、カソードがＭＯＳトランジスタＴ
１のドレイン及びゲートとＭＯＳトランジスタＴ２のゲ
ートに接続されている。ＭＯＳトランジスタＴ１のソー
スには信号φＶPSが与えられる。

【０１６８】ところで、図３１のような画素が対数変換
を行うとき、直流電圧ＶPSと直流電圧ＶPDは、ＶPS＞Ｖ
PD となっており、図３（第１の実施形態）と逆であ
る。又、図３２のような画素において、キャパシタＣ１
の出力電圧は初期値が高い電圧で、積分によって降下す
る。又、ＭＯＳトランジスタＴ３〜Ｔ７をＯＮさせると
きには、低い電圧をゲートに印加する。又、図４３〜図
４６に示す構成の画素において、ＮチャネルのＭＯＳト
ランジスタとなるＭＯＳトランジスタＴ７をＯＮさせる
ときには、高い電圧をゲートに印加する。更に、図４８
の実施形態（第２１の実施形態）において、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ１０をＯＮさせるときには低い電圧をゲート
に印加する。以上の通り、逆極性のＭＯＳトランジスタ
を用いる場合は、電圧関係や接続関係が一部異なるが、
構成は実質的に同一であり、また基本的な動作も同一で
あるので、図３１〜図４９については図面で示すのみ
で、その構成や動作についての説明は省略する。

【０１６９】第１２〜第２２の実施形態の画素を含む固
体撮像装置の全体構成を説明するためのブロック回路構
成図を図２９に示している。図２９については、図１と
同一部分（同一の役割部分）に同一の符号を付して説明
を省略する。以下、図２９の構成について簡単に説明す
る。列方向に配列された出力信号線６−１、６−２、・
・・、６−ｍに対してＰチャネルのＭＯＳトランジスタ
Ｑ１とＰチャネルのＭＯＳトランジスタＱ２が接続され
ている。ＭＯＳトランジスタＱ１のゲートは直流電圧線
７に接続され、ドレインは出力信号線６−１に接続さ
れ、ソースは直流電圧ＶPS’のライン８に接続されてい
る。

【０１７０】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９に接続され、ゲートは水平走査回路３に接続されて
いる。ここで、ＭＯＳトランジスタＱ１は画素内のＰチ
ャネルのＭＯＳトランジスタＴａと共に図３０（ａ）に
示すような増幅回路を構成している。尚、ＭＯＳトラン
ジスタＴａは、第１３〜第１５、第１７〜第１９、第２
１及び第２２の実施形態ではＭＯＳトランジスタＴ４に
相当し、又、第１２、第１６及び第２０の実施形態では
ＭＯＳトランジスタＴ２に相当する。

【０１７１】この場合、ＭＯＳトランジスタＱ１はＭＯ
ＳトランジスタＴａの負荷抵抗又は定電流源となってい
る。従って、このＭＯＳトランジスタＱ１のソースに接
続される直流電圧ＶPS’と、ＭＯＳトランジスタＴａの
ドレインに接続される直流電圧ＶPD’との関係は、ＶP
D’＜ＶPS’であり、直流電圧ＶPD’は例えばグランド
電圧（接地）である。ＭＯＳトランジスタＱ１のドレイ
ンはＭＯＳトランジスタＴａに接続され、ゲートには直
流電圧が印加されている。ＰチャネルのＭＯＳトランジ
スタＱ２は水平走査回路３によって制御され、増幅回路
の出力を最終的な信号線９へ導出する。画素内に設けら
れたＭＯＳトランジスタＴ３を考慮すると、図３０
（ａ）の回路は図３０（ｂ）のように表わされる。

【０１７２】＜映像信号の補正方法＞上述した第１〜第
２２の実施形態のような回路構成の画素が設けられた固
体撮像装置がデジタルカメラなどの画像入力装置に使用
されたときの実施例を、図面を参照して説明する。

【０１７３】図５０に示す画像入力装置は、対物レンズ
５１と、該対物レンズ５１を通して入射される光の光量
に応じて電気信号を出力する固体撮像装置５２と、撮像
時の固体撮像装置５２の映像信号が入力されて一時記憶
されるメモリ５３と、リセット時の固体撮像装置５２の
ノイズ信号が入力されて一時記憶されるためのメモリ５
４と、メモリ５３から送出される映像信号からメモリ５
４から記憶されるノイズ信号を補正演算する補正演算回
路５５と、補正演算回路５５でノイズ信号により補正の
施された映像信号を演算処理して外部に出力する処理部
５６と、リセット回路５７とを有する。尚、固体撮像装
置５２は、第１〜第２２の実施形態のような回路構成の
画素が設けられた固体撮像装置である。リセット回路５
７は、先に説明した各実施形態におけるリセット動作を
行うための物であり、少なくとも電源とこの電源をＯＮ
／ＯＦＦする所定のタイミングジェネレータ及びスイッ
チを備えている。これにより、第１の実施形態であれ
ば、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースに対してφＶPS
が、第９の実施形態であれば、ＭＯＳトランジスタＴ８
のゲートに対してφＶPG、ドレインに対してφＶPDがそ
れぞれ与えられＭＯＳトランジスタがリセットされる。
リセット回路５７は、垂直及び水平走査回路で兼用して
も良い。

【０１７４】このような構成の画像入力装置は、まず、
撮像動作を行って、固体撮像装置５２から各画素毎に映
像信号がメモリ５３に出力される。そして、各画素が撮
像動作を終えて、リセット動作を行ったときに、上記で
説明したように、各画素の感度のバラツキを調べて、ノ
イズ信号をメモリ５４に出力する。そして、メモリ５３
内の各画素の映像信号とメモリ５４内の各画素のノイズ
信号を、補正演算回路５５にこの映像信号を各画素毎に
送出する。

【０１７５】補正演算回路５５では、メモリ５３から送
出された映像信号がこの映像信号を出力した同一画素の
メモリ５４から送出されたノイズ信号によって各画素毎
に補正演算される。このノイズ信号が補正演算された映
像信号が処理部５６に送出されて、演算処理された後、
外部に出力される。又、このような画像入力装置におい
て、メモリ５３，５４は、それぞれ、固体撮像装置５２
からライン毎に送出されるデータが記録されるラインメ
モリなどが用いられる。従って、メモリ５３，５４を固
体撮像装置内に組み込むことも容易である。

【０１７６】

【発明の効果】本発明によると、光電変換動作を、入射
光量に応じて線形変換動作と対数変換動作の間で自動的
に切り換えることができる。よって、被写体が暗く、入
射光量の少ない場合は、線形変換動作を行うので、リセ
ットした後に撮像した信号に残像が生じない。逆に、被
写体が明るく、入射光量の多い場合は、対数変換動作を
行うので、ダイナミックレンジの広い信号を出力するこ
とができる。又、線形変換動作から対数変換動作に切り
替わる輝度を、各画素全てについてほぼ一定の輝度とす
ることができる。又、トランジスタに与えるパルス信号
の電圧値を変化させることによって、線形変換動作から
対数変換動作に切り替わる輝度を変換させることができ
る。更に、サンプリング回路を設けることによって、全
画素同時に撮像時の出力信号のサンプリングを行うこと
ができるので、高速で異動する被写体を撮像しても画像
歪みが生じない。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】図１の一部を示す図。

【図３】本発明の第１の実施形態の１画素の構成を示す
回路図。

【図４】本発明の第１の実施形態の画素の動作を示すタ
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。

【図６】本発明の第２の実施形態の画素の動作を示すタ
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。

【図８】本発明の第４の実施形態の１画素の構成を示す
回路図。

【図９】本発明の第５の実施形態の１画素の構成を示す
回路図。

【図１０】本発明の第５の実施形態の画素の動作を示す
タイミングチャート。

【図１１】本発明の第６の実施形態の１画素の構成を示
す回路図。

【図１２】本発明の第６の実施形態の画素の動作を示す
タイミングチャート。

【図１３】本発明の第７の実施形態の１画素の構成を示
す回路図。

【図１４】本発明の第８の実施形態の１画素の構成を示
す回路図。

【図１５】本発明の第５の実施形態の１画素の構成を示
す回路図。

【図１６】本発明の第６の実施形態の１画素の構成を示
す回路図。

【図１７】本発明の第７の実施形態の１画素の構成を示
す回路図。

【図１８】本発明の第８の実施形態の１画素の構成を示
す回路図。

【図１９】本発明の第５の実施形態の１画素の構成を示
す回路図。

【図２０】本発明の第６の実施形態の１画素の構成を示
す回路図。

【図２１】本発明の第７の実施形態の１画素の構成を示
す回路図。

【図２２】本発明の第８の実施形態の１画素の構成を示
す回路図。

【図２３】本発明の第９の実施形態の１画素の構成を示
す回路図。

【図２４】本発明の第９の実施形態の画素の動作を示す
タイミングチャート。

【図２５】図２３の画素の構成及びポテンシャルの関係
を表した図。

【図２６】本発明の第１０の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図２７】本発明の第１０の実施形態の画素の動作を示
すタイミングチャート。

【図２８】本発明の第１１の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図２９】画素内の能動素子をＰチャネルのＭＯＳトラ
ンジスタで構成した実施形態の場合の本発明の二次元固
体撮像装置の全体の構成を説明するためのブロック回路
図。

【図３０】図２９の一部を示す図。

【図３１】本発明の第１２の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図３２】本発明の第１３の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図３３】本発明の第１４の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図３４】本発明の第１５の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図３５】本発明の第１６の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図３６】本発明の第１７の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図３７】本発明の第１８の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図３８】本発明の第１９の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図３９】本発明の第１６の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図４０】本発明の第１７の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図４１】本発明の第１８の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図４２】本発明の第１９の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図４３】本発明の第１６の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図４４】本発明の第１７の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図４５】本発明の第１８の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図４６】本発明の第１９の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図４７】本発明の第２０の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図４８】本発明の第２１の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図４９】本発明の第２２の実施形態の１画素の構成を
示す回路図。

【図５０】各実施形態の画素を用いた個体撮像装置を備
えた画像入力装置の内部構造を示すブロック図。

【符号の説明】

Ｇ11〜Ｇmn 画素 ２ 垂直走査回路 ３ 水平走査回路 ４−１〜４−ｎ ライン ５ 電源ライン ６−１〜６−ｍ 出力信号線 ７ 直流電圧線 ８ ライン ９ 信号線 ＰＤ フォトダイオード Ｃ１，Ｃ２ キャパシタ Ｔ１〜Ｔ１０，Ｑ１，Ｑ２ ＭＯＳトランジスタ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年８月２０日（２００１．８．２
０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項６

【補正方法】変更

【補正内容】

Claims (34)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射光量に応じた電気信号を発生する感
   光素子と、 該感光素子の一方の電極に、第１電極及び制御電極が接
   続されたトランジスタと、 該トランジスタの第２電極に所定のパルス信号を与える
   ことにより、前記トランジスタをリセットするリセット
   手段と、を備え、 該リセット手段は、感光素子への入射光量が所定値まで
   はトランジスタのサブスレッショルド領域での動作を禁
   止するように、前記トランジスタをリセットすることを
   特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 入射光量に応じた電気信号を発生する感
   光素子と、 該感光素子の一方の電極に、第１電極及び制御電極が接
   続されたトランジスタと、 該トランジスタの第２電極に所定のパルス信号を与える
   ことにより、前記トランジスタをリセットするリセット
   手段と、を備え、 該リセット手段は、感光素子への入射光量が所定値以上
   になったときにトランジスタがサブスレッショルド領域
   で動作するように、前記トランジスタをリセットするこ
   とを特徴とする固体撮像装置。
3. 【請求項３】 入射光量に応じた電気信号を発生する感
   光素子と、 該感光素子の一方の電極に、第１電極及び制御電極が接
   続されたトランジスタと、 該トランジスタの第２電極に所定のパルス信号を与える
   ことにより、前記トランジスタをリセットするリセット
   手段と、を備え、 該リセット手段は、感光素子への入射光量が所定値まで
   はトランジスタが不作動状態となり、感光素子への入射
   光量が所定値以上になるとトランジスタがサブスレッシ
   ョルド領域で動作を行うように、前記トランジスタをリ
   セットすることを特徴とする固体撮像装置。
4. 【請求項４】 入射光量に応じた電気信号を発生する感
   光素子と、 該感光素子の一方の電極に、第１電極及び制御電極が接
   続されたトランジスタと、 該トランジスタの第２電極に所定のパルス信号を与える
   ことにより、前記トランジスタをリセットするリセット
   手段と、を備え、 該リセット手段は、感光素子への入射光量が所定値まで
   はトランジスタが不作動状態となることにより、感光素
   子への入射光量に対して線形的に変化する出力が制御電
   極に現れるとともに、感光素子への入射光量が所定値以
   上になるとトランジスタがサブスレッショルド領域で動
   作を行うことにより、感光素子への入射光量に対して対
   数的に変化する出力が制御電極に現れるように、前記ト
   ランジスタをリセットすることを特徴とする固体撮像装
   置。
5. 【請求項５】 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複数の画素を備えた固体撮像装置に
   おいて、 前記各画素が、第１電極と制御電極とが前記感光素子の
   一方の電極に接続されるトランジスタを有し、 前記各トランジスタの第２電極に前記パルス信号を与え
   ることによって、前記各トランジスタをリセットするリ
   セット手段を備え、 該リセット手段は、前記感光素子への入射光量が所定値
   までは前記トランジスタが不作動状態となることによ
   り、前記トランジスタの制御電極に前記感光素子への入
   射光量に対して線形的に変化する出力が現れるととも
   に、前記感光素子への入射光量が所定値以上になったと
   きは前記トランジスタがサブスレッショルド領域で動作
   を行うことにより、前記トランジスタの制御電極に前記
   感光素子への入射光量に対して対数的に変化する出力が
   現れることを特徴とする固体撮像装置。
6. 【請求項６】 前記各画素が、前記トランジスタの制御
   電極からの出力を増幅する増幅回路を有することを特徴
   とする請求項１に記載の固体撮像装置。
7. 【請求項７】 前記各画素が、 前記トランジスタの制御電極に現れる電圧をサンプリン
   グする第１サンプリング回路と、 該第１サンプリング回路に一端が接続された第１スイッ
   チと、 該第１スイッチの他端に接続されるとともに、該第１ス
   イッチがＯＮとなったときに、前記第１サンプリング回
   路でサンプリングされた電圧をサンプリングする第２サ
   ンプリング回路と、 を有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載
   の固体撮像装置。
8. 【請求項８】 前記各画素が、前記トランジスタの制御
   電極からの出力を積分する積分回路を有することを特徴
   とする請求項５に記載の固体撮像装置。
9. 【請求項９】 前記各画素が、 前記積分回路に一端が接続された第１スイッチと、 該第１スイッチの他端に接続されるとともに、該第１ス
   イッチがＯＮとなったときに、前記積分回路からの出力
   をサンプリングするサンプリング回路と、 を有することを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装
   置。
10. 【請求項１０】 前記各画素が、前記感光素子と前記ト
    ランジスタの第１電極との間に接続された第２スイッチ
    を有し、 リセット時に前記第２スイッチをＯＦＦとするとととも
    に、撮像時に前記第２スイッチをＯＮとすることによっ
    て、全輝度範囲において前記トランジスタがサブスレッ
    ショルド領域で動作を行い、前記トランジスタの制御電
    極に前記感光素子への入射光量に対して対数的に変化す
    る出力が現れることを特徴とする請求項５〜請求項９の
    いずれかに記載の固体撮像装置。
11. 【請求項１１】 入射光量に応じた電気信号を発生する
    感光素子と、 該感光素子の一方の電極に第２の電極が接続されたトラ
    ンジスタと、 該トランジスタをリセットするリセット手段と、を備
    え、 該リセット手段は、前記トランジスタの制御電極に所定
    の第２パルス信号を与えるとともに、第１電極に所定の
    第１パルス信号を与えることにより、感光素子への入射
    光量が所定値まではトランジスタが不作動状態となり、
    感光素子への入射光量が所定値以上になるとトランジス
    タがサブスレッショルド領域で動作を行うように、前記
    トランジスタをリセットすることを特徴とする固体撮像
    装置。
12. 【請求項１２】 入射光量に応じた電気信号を発生する
    感光素子と、 該感光素子の一方の電極に第２の電極が接続されたトラ
    ンジスタと、 該トランジスタをリセットするリセット手段と、を備
    え、 該リセット手段は、前記トランジスタの少なくとも制御
    電極に、トランジスタの第２電極の電位がトランジスタ
    の閾値を反映し得る範囲内の所定のパルス電圧を与える
    ことにより、感光素子への入射光量が所定値まではトラ
    ンジスタが不作動状態となり、感光素子への入射光量が
    所定値以上になるとトランジスタがサブスレッショルド
    領域で動作を行うように、前記トランジスタをリセット
    することを特徴とする固体撮像装置。
13. 【請求項１３】 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複数の画素を備えた固体撮像装置
    において、 前記各画素が、 第２電極が前記感光素子の一方の電極に接続され、リセ
    ット時に第１電圧値の第１パルス信号が第１電極に与え
    られるとともに第２電圧値の第２パルス信号が制御電極
    に与えられるトランジスタを有し、 前記トランジスタの第１電極に前記第１パルス信号を与
    えるとともに、前記トランジスタの制御電極に前記第２
    パルス信号を与えることによって、前記トランジスタを
    通して前記トランジスタの第２電極の電圧がリセットさ
    れるとともに、 前記感光素子への入射光量が所定値までは前記トランジ
    スタが不作動状態となることにより、前記トランジスタ
    の第２電極に前記感光素子への入射光量に対して線形的
    に変化する出力が現れるとともに、前記感光素子への入
    射光量が所定値以上になったときは前記トランジスタが
    サブスレッショルド領域で動作を行うことにより、前記
    トランジスタの第２電極に前記感光素子への入射光量に
    対して対数的に変化する出力が現れることを特徴とする
    固体撮像装置。
14. 【請求項１４】 前記各画素が、前記トランジスタの第
    ２電極からの出力を増幅する増幅回路を有することを特
    徴とする請求項１３に記載の固体撮像装置。
15. 【請求項１５】 前記各画素が、前記トランジスタの第
    ２電極からの出力を積分する積分回路を有することを特
    徴とする請求項１３に記載の固体撮像装置。
16. 【請求項１６】 複数の画素を有する固体撮像装置にお
    いて、 前記各画素が、 第１電極に直流電圧が印加されたフォトダイオードと、 該フォトダイオードの第２電極に第１電極及びゲート電
    極が接続されるとともに、第２電極に所定の電圧値のパ
    ルス信号が与えられる第１ＭＯＳトランジスタと、を有
    し、 前記第１ＭＯＳトランジスタの第２電極に前記パルス信
    号が与えられることによって、前記第１ＭＯＳトランジ
    スタを通して前記第１ＭＯＳトランジスタのゲート電極
    の電圧がリセットされるとともに、 撮像時において、前記ダイオードに入射される光量が所
    定の明るさまでは前記第１ＭＯＳトランジスタが不作動
    状態となり、前記第１ＭＯＳトランジスタのゲート電極
    に前記ダイオードに入射される光量に対して線形的に変
    化する出力が現れるとともに、前記ダイオードに入射さ
    れる光量が所定の明るさを超えたときは前記第１ＭＯＳ
    トランジスタがサブスレッショルド領域で動作を行い、
    前記第１ＭＯＳトランジスタのゲート電極に前記ダイオ
    ードに入射される光量に対して対数的に変化する出力が
    現れることを特徴とする固体撮像装置。
17. 【請求項１７】 前記各画素が、前記第１ＭＯＳトラン
    ジスタの第１電極及びゲート電極にゲート電極が接続さ
    れるとともに、第２電極より出力信号を出力する第２Ｍ
    ＯＳトランジスタを有することを特徴とする請求項１６
    に記載の固体撮像装置。
18. 【請求項１８】 前記各画素が、前記第２ＭＯＳトラン
    ジスタの第２電極に第１電極が接続されるとともに、ゲ
    ート電極に行選択線が接続され、第２電極より出力信号
    を出力する第３ＭＯＳトランジスタを有することを特徴
    とする請求項１７に記載の固体撮像装置。
19. 【請求項１９】 前記各画素が、前記第２ＭＯＳトラン
    ジスタの第２電極に一端が接続されるとともに、他端に
    直流電圧が印加された第１キャパシタを有することを特
    徴とする請求項１７に記載の固体撮像装置。
20. 【請求項２０】 前記各画素が、前記第２ＭＯＳトラン
    ジスタの第２電極にゲート電極が接続されるとともに、
    第１電極に直流電圧が印加された第４ＭＯＳトランジス
    タを有することを特徴とする請求項１９に記載の固体撮
    像装置。
21. 【請求項２１】 前記各画素が、前記第４ＭＯＳ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、ゲ
    ート電極に行選択線が接続され、第２電極より出力信号
    を出力する第３ＭＯＳトランジスタを有することを特徴
    とする請求項２０に記載の固体撮像装置。
22. 【請求項２２】 前記各画素が、前記第１ＭＯＳトラン
    ジスタの第１電極及びゲート電極に一端が接続されると
    ともに、他端に直流電圧が印加された第１キャパシタを
    有することを特徴とする請求項１６に記載の固体撮像装
    置。
23. 【請求項２３】 前記各画素が、 前記第１キャパシタの一端に第１電極が接続された第５
    ＭＯＳトランジスタと、 前記第５ＭＯＳトランジスタの第２電極に一端が接続さ
    れるとともに、他端に直流電圧が印加された第２キャパ
    シタと、 前記第２キャパシタの一端に第１電極が接続されるとと
    もに、第２電極に直流電圧が印加され、前記第２キャパ
    シタをリセットする第６ＭＯＳトランジスタと、を有
    し、 前記各画素が同時に撮像動作を行うことによって、前記
    フォトダイオードに入射される光量に応じた電圧が前記
    第１キャパシタの一端に現れるとともに、前記各画素の
    前記第５ＭＯＳトランジスタを同時にＯＮすることによ
    って、前記第１キャパシタの一端に現れた電圧を前記第
    ２キャパシタでサンプリングすることを特徴とする請求
    項１９又は請求項２２に記載の固体撮像装置。
24. 【請求項２４】 前記各画素が、前記第２キャパシタの
    一端にゲート電極が接続されるとともに、第１電極に直
    流電圧が印加された第４ＭＯＳトランジスタを有するこ
    とを特徴とする請求項２３に記載の固体撮像装置。
25. 【請求項２５】 前記各画素が、前記第４ＭＯＳ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、ゲ
    ート電極に行選択線が接続され、第２電極より出力信号
    を出力する第３ＭＯＳトランジスタを有することを特徴
    とする請求項２４に記載の固体撮像装置。
26. 【請求項２６】 前記各画素が、前記フォトダイオード
    の第２電極に第１電極が接続されるとともに、前記第１
    ＭＯＳトランジスタの第１電極及びゲート電極に第２電
    極が接続された第７ＭＯＳトランジスタを有し、 リセット時に前記第７ＭＯＳトランジスタをＯＦＦとす
    るととともに、撮像時に前記第７ＭＯＳトランジスタを
    ＯＮとすることによって、全輝度範囲において前記第１
    ＭＯＳトランジスタがサブスレッショルド領域で動作を
    行い、前記第１ＭＯＳトランジスタのゲート電極に前記
    ダイオードに入射される光量に対して対数変換された電
    圧が現れることを特徴とする請求項１６〜請求項２５の
    いずれかに記載の固体撮像装置。
27. 【請求項２７】 複数の画素を有する固体撮像装置にお
    いて、 前記各画素が、 第２電極に直流電圧が印加されたフォトダイオードと、 該フォトダイオードの第１電極に第２電極が接続され、
    第１電極に第１電圧値の第１パルス信号が与えられると
    ともに、ゲート電極に第２電圧値の第２パルス信号が与
    えられる第１ＭＯＳトランジスタと、を有し、 前記第１ＭＯＳトランジスタの第１電極に前記第１パル
    ス信号が与えられた後、前記第１ＭＯＳトランジスタの
    ゲート電極に前記第２パルス信号が与えられることによ
    って、前記第１ＭＯＳトランジスタを通して前記第１Ｍ
    ＯＳトランジスタの第２電極の電圧がリセットされると
    ともに、 撮像時において、前記ダイオードに入射される光量が所
    定の明るさまでは前記第１ＭＯＳトランジスタが不作動
    状態となり、前記第１ＭＯＳトランジスタの第２電極に
    前記ダイオードに入射される光量に対して線形的に変化
    する出力が現れるとともに、前記ダイオードに入射され
    る光量が所定の明るさを超えたときは前記第１ＭＯＳト
    ランジスタがサブスレッショルド領域で動作を行い、前
    記第１ＭＯＳトランジスタの第２電極に前記ダイオード
    に入射される光量に対して対数的に変化する出力が現れ
    ることを特徴とする固体撮像装置。
28. 【請求項２８】 前記各画素が、前記第１ＭＯＳトラン
    ジスタの第２電極にゲート電極が接続されるとともに、
    第２電極より出力信号を出力する第２ＭＯＳトランジス
    タを有することを特徴とする請求項２７に記載の固体撮
    像装置。
29. 【請求項２９】 前記各画素が、前記第２ＭＯＳトラン
    ジスタの第２電極に第１電極が接続されるとともに、ゲ
    ート電極に行選択線が接続され、第２電極より出力信号
    を出力する第３ＭＯＳトランジスタを有することを特徴
    とする請求項２８に記載の固体撮像装置。
30. 【請求項３０】 前記各画素が、前記第２ＭＯＳトラン
    ジスタの第２電極に一端が接続されるとともに、他端に
    直流電圧が印加された第１キャパシタを有することを特
    徴とする請求項２８に記載の固体撮像装置。
31. 【請求項３１】 前記各画素が、前記第２ＭＯＳトラン
    ジスタの第２電極にゲート電極が接続されるとともに、
    第１電極に直流電圧が印加された第４ＭＯＳトランジス
    タを有することを特徴とする請求項３０に記載の固体撮
    像装置。
32. 【請求項３２】 前記各画素が、前記第４ＭＯＳ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、ゲ
    ート電極に行選択線が接続され、第２電極より出力信号
    を出力する第３ＭＯＳトランジスタを有することを特徴
    とする請求項３１に記載の固体撮像装置。
33. 【請求項３３】 前記第２ＭＯＳトランジスタが、前記
    第１ＭＯＳトランジスタと逆極性のＭＯＳトランジスタ
    であることを特徴とする請求項３１又は請求項３２に記
    載の固体撮像装置。
34. 【請求項３４】 前記画素がマトリクス状に配されるこ
    とを特徴とする請求項５〜請求項１０又は請求項１３〜
    請求項３３のいずれかに記載の固体撮像装置。