JP4360041B2 - Imaging device - Google Patents

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Description

【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素子を有する撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、入射光量に対して線形変換する固体撮像素子においては、そのダイナミックレンジが2桁と狭いため、広い輝度範囲の輝度分布を構成する被写体を撮像したときは、ダイナミックレンジ以外の範囲の輝度情報は出力されない。又、それに対して、入射光量に対して対数変換する固体撮像素子においては、そのダイナミックレンジが5〜6桁と広いため、少々広い輝度範囲の輝度分布を構成する被写体を撮像しても、輝度分布内の全輝度情報を電気信号に変換して出力することができる。
【0003】
しかしながら、一般的に被写体の輝度範囲は、2〜3桁程度のものが多いため、ダイナミックレンジが5〜6桁となる対数変換する固体撮像素子の場合、被写体の輝度分布に対してその撮像可能領域が広くなるので、撮像可能領域内の低輝度領域又は高輝度領域において、輝度データの無い領域ができてしまう。そのため、対数変換する固体撮像素子からの電気信号を用いて前記輝度分布の被写体の画像を再生したとき、輝度が最小となる黒色が濃い灰色に、輝度が最大となる白色が薄い灰色に再生され、全体的にコントラスト不足の画像が再生されることがある。
【0004】
このような問題を解消するために、固体撮像素子から出力される電気信号をデジタル信号に変換した後、輝度分布を計測して、輝度分布の最小値がデジタル出力のダイナミックレンジの最小値に、輝度分布の最大値がデジタル出力のダイナミックレンジの最大値に一致させるように、デジタル信号の値を変換させて、輝度分布とデジタル出力のダイナミックレンジを一致させる方法が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように、固体撮像素子からの出力がデジタル変換されたデジタル信号を処理することで、被写体の輝度分布と固体撮像素子からの出力をデジタル変換して得られたデジタル出力のダイナミックレンジを一致させたとき、デジタル出力において、ビット落ちが生じてしまい、結果的に階調性が落ちてしまう。よって、再生された画像の輝度の変化にガタツキが生じ、滑らかさを失う恐れがある。
【0006】
このような問題を鑑みて、本発明は、階調性を落とすことなく、被写体のダイナミックレンジを、固体撮像素子のダイナミックレンジに適合させることができる撮像装置を提供することを目的とする。
【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に記載の撮像装置は、入射光量に応じた電気信号を出力する感光素子と該感光素子からの電気信号が与えられるトランジスタとを有するとともに線形変換して出力する第1状態と入射光量に応じた電気信号を対数変換して出力する第2状態との間で自動的に切換可能な複数の画素より成る固体撮像素子を有する撮像装置において、リセット直後の前記トランジスタのポテンシャル状態を、該固体撮像素子によって撮像される被写体の輝度分布の状態に応じて変化させるバイアス調整部を有し、リセット時において前記トランジスタに与えるバイアス電圧を与える時間の長さを切り換えることによって、前記バイアス調整部がリセット直後の前記トランジスタのポテンシャル状態を調整することを特徴とする。
【0008】
このような撮像装置において、被写体の輝度分布が広い場合は、トランジスタが低い輝度でサブスレッショルド領域で動作可能とするように、リセット時のトランジスタのポテンシャル状態を調整する。又、被写体の輝度分布が狭い場合は、トランジスタが高い輝度までカットオフ状態で動作可能とするように、リセット時のトランジスタのポテンシャル状態を調整する。
【0013】
又、請求項に記載の撮像装置は、入射光量に応じた電気信号を出力する感光素子と該感光素子からの電気信号が与えられるトランジスタとを有するとともに線形変換して出力する第1状態と入射光量に応じた電気信号を対数変換して出力する第2状態との間で自動的に切換可能な複数の画素より成る固体撮像素子を有する撮像装置において、リセット直後の前記トランジスタのポテンシャル状態を、該固体撮像素子によって撮像される被写体の輝度分布の状態に応じて変化させるバイアス調整部を有し、前記画素が、前記感光素子となるとともに、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、ゲート電極から電気信号を出力するMOSトランジスタと、を有し、前記バイアス調整部によって、前記被写体の輝度分布の輝度範囲が狭いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が大きくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整されるとともに、前記被写体の輝度分布の輝度範囲が広いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が小さくなるように、リセット直後の前記MOSトランジス タのポテンシャル状態が調整され、前記MOSトランジスタの第2電極へ与える電圧を切り換えることによって、前記画素がリセットされ、前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトランジスタの第2電極へ与える電圧値を切り換える時間を調整することによって、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態を調整することを特徴とする。
【0014】
このとき、MOSトランジスタをNチャネルのMOSトランジスタとすると、被写体の輝度範囲が広いとき、リセット時に前記MOSトランジスタの第2電極へ与える電圧値を切り換える時間を短く設定し、被写体の輝度範囲が狭いとき、リセット時に前記MOSトランジスタの第2電極へ与える電圧値を切り換える時間を長く設定する。
【0017】
、請求項に記載の撮像装置は、入射光量に応じた電気信号を出力する感光素子と該感光素子からの電気信号が与えられるトランジスタとを有するとともに線形変換して出力する第1状態と入射光量に応じた電気信号を対数変換して出力する第2状態との間で自動的に切換可能な複数の画素より成る固体撮像素子を有する撮像装置において、リセット直後の前記トランジスタのポテンシャル状態を、該固体撮像素子によって撮像される被写体の輝度分布の状態に応じて変化させるバイアス調整部を有し、前記画素が、前記感光素子となるとともに、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、ゲート電極から電気信号を出力するMOSトランジスタと、を有し、前記バイアス調整部によって、前記被写体の輝度分布の輝度範囲が狭いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が大きくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整されるとともに、前記被写体の輝度分布の輝度範囲が広いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が小さくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整され、前記MOSトランジスタのゲート電極及び第2電極へ与える電圧を切り換えることによって、前記画素がリセットされ、前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電極及び第2電極へ与える電圧値を調整することによって、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態を調整することを特徴とする。
【0018】
このとき、MOSトランジスタをNチャネルのMOSトランジスタとすると、被写体の輝度範囲が広いとき、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電極及び第2電極へ与える電圧値を高く設定し、被写体の輝度範囲が狭いとき、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電極及び第2電極へ与える電圧値を低く設定する。
【0020】
又、請求項に記載の撮像装置は、入射光量に応じた電気信号を出力する感光素子と該感光素子からの電気信号が与えられるトランジスタとを有するとともに線形変換して出力する第1状態と入射光量に応じた電気信号を対数変換して出力する第2状態との間で自動的に切換可能な複数の画素より成る固体撮像素子を有する撮像装置において、リセット直後の前記トランジスタのポテンシャル状態を、該固体撮像素子によって撮像される被写体の輝度分布の状態に応じて変化させるバイアス調整部を有し、前記画素が、前記感光素子となるとともに、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電極が接続されるとともに第2電極から電気信号を出力するMOSトランジスタと、を有し、前記バイアス調整部によって、前記被写体の輝度分布の輝度範囲が狭いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が大きくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整されるとともに、前記被写体の輝度分布の輝度範囲が広いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が小さくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整され、前記MOSトランジスタの第1電極及びゲート電極それぞれへ与える電圧を切り換えることによって、前記画素がリセットされ、前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電極へ与える電圧値を調整することによって、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態を調整することを特徴とする。
【0021】
このとき、MOSトランジスタをNチャネルのMOSトランジスタとすると、被写体の輝度範囲が広いとき、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電極へ与える電圧値を低く設定し、被写体の輝度範囲が狭いとき、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電極へ与える電圧値を高く設定する。
【0022】
又、請求項に記載の撮像装置は、入射光量に応じた電気信号を出力する感光素子と該感光素子からの電気信号が与えられるトランジスタとを有するとともに線形変換して出力する第1状態と入射光量に応じた電気信号を対数変換して出力する第2状態との間で自動的に切換可能な複数の画素より成る固体撮像素子を有する撮像装置において、リセット直後の前記トランジスタのポテンシャル状態を、該固体撮像素子によって撮像される被写体の輝度分布の状態に応じて変化させるバイアス調整部を有し、前記画素が、前記感光素子となるとともに、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電極が接続されるとともに第2電極から電気信号を出力するMOSトランジスタと、を有し、前記バイアス調整部によって、前記被写体の輝度分布の輝度範囲が狭いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が大きくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整されるとともに、前記被写体の輝度分布の輝度範囲が広いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が小さくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整され、前記MOSトランジスタの第1電極及びゲート電極それぞれへ与える電圧を切り換えることによって、前記画素がリセットされ、前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電極へ与える電圧値を切り換える時間を調整することによって、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態を調整することを特徴とする。
【0023】
このとき、MOSトランジスタをNチャネルのMOSトランジスタとすると、被写体の輝度範囲が広いとき、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電極へ与える電圧値を切り換える時間を短く設定し、被写体の輝度範囲が狭いとき、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電極へ与える電圧値を切り換える時間を長く設定する。
【0026】
又、請求項に記載の撮像装置は、入射光量に応じた電気信号を出力する感光素子と該感光素子からの電気信号が与えられるトランジスタとを有するとともに線形変換して出力する第1状態と入射光量に応じた電気信号を対数変換して出力する第2状態との間で自動的に切換可能な複数の画素より成る固体撮像素子を有する撮像装置において、リセット直後の前記トランジスタのポテンシャル状態を、該固体撮像素子によって撮像される被写体の輝度分布の状態に応じて変化させるバイアス調整部を有し、前記画素が、前記感光素子となるとともに、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電極が接続されるとともに第2電極から電気信号を出力するMOSトランジスタと、を有し、前記バイアス調整部によって、前記被写体の輝度分布の輝度範囲が狭いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が大きくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整されるとともに、前記被写体の輝度分布の輝度範囲が広いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が小さくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整され、前記MOSトランジスタのゲート電極及び第2電極へ与える電圧を切り換えることによって、前記画素がリセットされ、前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電極へ与える電圧値を調整することによって、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態を調整することを特徴とする。
【0027】
このとき、MOSトランジスタをNチャネルのMOSトランジスタとすると、被写体の輝度範囲が広いとき、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電極へ与える電圧値を低く設定し、被写体の輝度範囲が狭いとき、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電極へ与える電圧値を高く設定する。
【0028】
又、請求項に記載の撮像装置は、入射光量に応じた電気信号を出力する感光素子と該感光素子からの電気信号が与えられるトランジスタとを有するとともに線形変換して出力する第1状態と入射光量に応じた電気信号を対数変換して出力する第2状態との間で自動的に切換可能な複数の画素より成る固体撮像素子を有する撮像装置において、リセット直後の前記トランジスタのポテンシャル状態を、該固体撮像素子によって撮像される被写体の輝度分布の状態に応じて変化させるバイアス調整部を有し、前記画素が、前記感光素子となるとともに、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電極が接続されるとともに第2電極から電気信号を出力するMOSトランジスタと、を有し、前記バイアス調整部によって、前記被写体の輝度分布の輝度範囲が狭いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が大きくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整されるとともに、前記被写体の輝度分布の輝度範囲が広いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が小さくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整され、前記MOSトランジスタのゲート電極及び第2電極へ与える電圧を切り換えることによって、前記画素がリセットされ、前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電極へ与える電圧値を切り換える時間を調整することによって、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態を調整することを特徴とする。
【0029】
このとき、MOSトランジスタをNチャネルのMOSトランジスタとすると、被写体の輝度範囲が広いとき、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電極へ与える電圧値を切り換える時間を短く設定し、被写体の輝度範囲が狭いとき、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電極へ与える電圧値を切り換える時間を長く設定する。
【0030】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、以下に説明する。
【0031】
<固体撮像素子の構成例>
まず、本発明の撮像装置に設けられる固体撮像素子の一構成例について、説明する。図1は本発明の二次元の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毎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、クロックライン等)も接続されるが、図1ではこれらについて省略する。
【0032】
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。そして、出力信号線6−1、6−2、・・・、6−mを通して出力される各画素の撮像時の画像データ及びリセット時の補正データが順次サンプルホールド回路9に与えられる。
【0033】
このサンプルホールド回路9に対して、行毎に、画像データ及び補正データが出力されてサンプルホールドされる。そして、サンプルホールドされた画像データ及び補正データは、列毎に、出力回路10に出力され、出力回路10で感度バラツキによるノイズ成分が除去されるように、補正データに基づいて画像データが補正される。よって、出力回路10より、各画素の感度バラツキが補正された画像データが、各画素毎にシリアルに出力される。
【0034】
画素G11〜Gmnには、後述するように、それらの画素で発生した光電荷に基づく信号を出力するNチャネルのMOSトランジスタ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。
【0035】
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。尚、図1及び図2に示す構成は以下に説明する画素の第1例〜第6例に共通の構成である。
【0036】
図2のように構成することにより信号を大きく出力することができる。従って、画素がダイナミックレンジ拡大のために感光素子から発生する光電流を自然対数的に変換しているような場合は、そのままでは出力信号が小さいが、本増幅回路により充分大きな信号に増幅されるため、後続の信号処理回路(図示せず)での処理が容易になる。また、増幅回路の負荷抵抗部分を構成するMOSトランジスタQ1を画素内に設けずに、列方向に配置された複数の画素が接続される出力信号線6−1、6−2、…、6−mごとに設けることにより、負荷抵抗又は定電流源の数を低減でき、半導体チップ上で増幅回路が占める面積を少なくできる。
【0037】
<画素構成の第1例>
図1に示した固体撮像素子の各画素に適用される第1例について、図面を参照して説明する。図3は、本例に使用する固体撮像素子に設けられた画素の構成を示す回路図である。
【0038】
図3において、pnフォトダイオードPDが感光部(光電変換部)を形成している。そのフォトダイオードPDのアノードはMOSトランジスタT4のドレインに接続され、このMOSトランジスタT4のソースは、MOSトランジスタT1のドレインとゲート及び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〜T4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。
【0039】
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が印加される。又、MOSトランジスタT4のゲートに信号φSが入力され、MOS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。
【0040】
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φSをローレベルとしてMOSトランジスタT4をOFFにすることで、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MOSトランジスタT4のソース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。
【0041】
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。
【0042】
このように信号φVPSをVLとしてリセットを行った後、信号φVPSをVHとして、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補正データを読み出す。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。
【0043】
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、補正データとして出力信号線6に現れる。このようにして補正データが読み出されると、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、次の撮像動作に備える。
【0044】
信号φSをハイレベル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。
【0045】
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。
【0046】
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φV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、画像データとして出力信号線6に現れる。
【0047】
このとき、対数変換動作に変わるときのMOS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くなる。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。
【0048】
又、リセット時における信号φVPSの電圧値VL又は電圧値VLとなる信号φVPSを与える時間(図4における時間taに相当する)を変化させることによって、リセット直後のMOSトランジスタT1のゲート電圧を変化させて、MOSトランジスタT1のゲート・ソース間のポテンシャルを変化させることができる。今、図5に、電圧値VLの大きさを変えたときの被写体輝度と固体撮像素子の出力との関係を示し、又、図6に、電圧値VLとなる信号φVPSを与える時間を変化させたときの被写体輝度と固体撮像素子の出力との関係を示す。
【0049】
電圧値VLが低くなるほど、MOSトランジスタT1のゲート・ソース間のポテンシャルの差が大きくなるので、MOSトランジスタT1がカットオフ状態で動作する被写体輝度の割合が大きくなる。そのため、図5のように、電圧値VLが低いほど、線形変換する被写体輝度の割合が大きくなる。よって、被写体の輝度範囲が狭いほど電圧値VLを低くし、被写体の輝度範囲が広いほど電圧値VLを高くすればよいことがわかる。
【0050】
又、電圧値VLとなる信号φVPSを与える時間taが長くなるほど、MOSトランジスタT1のゲート電圧が低くなり、MOSトランジスタT1のゲート・ソース間のポテンシャルの差が大きくなるので、MOSトランジスタT1がカットオフ状態で動作する被写体輝度の割合が大きくなる。そのため、図6のように、電圧値VLとなる信号φVPSを与える時間taが長いほど、線形変換する被写体輝度の割合が大きくなる。よって、被写体の輝度範囲が狭いほど電圧値VLとなる信号φVPSを与える時間taを長くし、被写体の輝度範囲が広いほど電圧値VLとなる信号φVPSを与える時間taを短くすればよいことがわかる。
【0051】
<画素構成の第2例>
図1に示した固体撮像素子の各画素に適用される第2例について、図面を参照して説明する。図7は、本例に使用する固体撮像素子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。
【0052】
図7に示す画素は、第1例(図3)の構成の画素に、MOSトランジスタT1のゲート及びドレインの接続ノードにソースが接続されたMOSトランジスタT5が追加されるとともに、MOSトランジスタT4が削除された構成となる。このとき、MOSトランジスタT1は、そのソースに直流電圧VPSが印加され、又、そのゲート及びドレインがフォトダイオードPDのアノードに接続される。そして、MOSトランジスタT5のドレインには、直流電圧RLが印加される。そして、MOSトランジスタT5のゲートに信号φSWが与えられる。その他の構成は、図3の画素と同様である。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。
【0053】
図8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をハイレベルとしてMOSトランジスタT5をONにすることで、リセット動作を行う。このとき、MOSトランジスタT1のゲート電圧に直流電圧RLが与えられて、MOSトランジスタT5のドレイン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、MOSトランジスタT1がリセットされて、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。
【0054】
このように信号φSWをハイレベル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補正データを読み出す。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。そして、補正データが読み出されると、信号φSWをローレベルとしてMOSトランジスタT5をOFFにして、次の撮像動作に備える。
【0055】
このようにして、撮像動作に移ると、第1例と同様、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。
【0056】
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。
【0057】
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φV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T3を介して出力信号線6に画像データが出力される。
【0058】
又、リセット時における直流電圧RLの電圧値を変化させることによって、リセット直後のMOSトランジスタT1のゲート電圧を変化させて、MOSトランジスタT1のゲート・ソース間のポテンシャルを変化させることができる。
【0059】
直流電圧RLが低くなるほど、MOSトランジスタT1のゲート・ソース間のポテンシャルの差が大きくなるので、MOSトランジスタT1がカットオフ状態で動作する被写体輝度の割合が大きくなる。よって、被写体の輝度範囲が狭いほど直流電圧RLを低くし、被写体の輝度範囲が広いほど直流電圧RLを高くすればよい。
【0060】
<画素構成の第3例>
図1に示した固体撮像素子の各画素に適用される第3例について、図面を参照して説明する。図9は、本例に使用する固体撮像素子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。
【0061】
図9に示す画素は、第2例(図7)の構成の画素に、MOSトランジスタT1のソースにドレインが接続されたMOSトランジスタT6,T7が追加された構成となる。このとき、MOSトランジスタT6は、ソースに直流電圧VPSHが印加されるとともにゲートに信号φS1が与えられ、MOSトランジスタT7は、ソースに直流電圧VPSLが印加されるとともにゲートに信号φS2が与えられる。その他の構成は、図7の画素と同様である。
【0062】
尚、MOSトランジスタT6,T7は、MOSトランジスタT1〜T3,T5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。又、直流電圧VPSHは、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VPSLとする。
【0063】
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φS1がローレベルとされてMOSトランジスタT6がOFFとされるとともに、信号φS2がハイレベルとされてMOSトランジスタT7がONとされ、MOSトランジスタT1のソースに直流電圧VPSLが印加される。そして、信号φSWをハイレベルとしてMOSトランジスタT5をONにすることで、リセット動作を行う。
【0064】
このとき、MOSトランジスタT1のゲート電圧に直流電圧RLが与えられて、MOSトランジスタT5のドレイン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、MOSトランジスタT1がリセットされて、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。
【0065】
このように信号φSWをハイレベル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補正データを読み出す。そして、補正データが読み出されると、信号φSWをローレベルとしてMOSトランジスタT5をOFFにする。その後、信号φS1をローレベルとしてMOSトランジスタT6をOFFとするとともに、信号φS2をハイレベルとしてMOSトランジスタT7をONとし、MOSトランジスタT1のソースに直流電圧VPSHを印加して、次の撮像動作に備える。
【0066】
このようにして、撮像動作に移ると、第2例と同様、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、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。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、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のゲートに現れる。そして、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、入射光量に対して線形的に又は自然対数的に比例した画像データが出力される。
【0067】
又、リセット時における直流電圧RLと直流電圧VPSLの電圧値を変化させることによって、リセット直後のMOSトランジスタT1のゲート電圧を変化させて、MOSトランジスタT1のゲート・ソース間のポテンシャルを変化させることができる。
【0068】
直流電圧RL及び直流電圧VPSLが共に低くなるほど、MOSトランジスタT1のゲート・ソース間のポテンシャルの差が大きくなるので、MOSトランジスタT1がカットオフ状態で動作する被写体輝度の割合が大きくなる。よって、被写体の輝度範囲が狭いほど直流電圧RL及び直流電圧VPSLを共に低くし、被写体の輝度範囲が広いほど直流電圧RL及び直流電圧VPSLを共に高くすればよい。
【0069】
<画素構成の第4例>
図1に示した固体撮像素子の各画素に適用される第4例について、図面を参照して説明する。図11は、本例に使用する固体撮像素子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。
【0070】
図11に示す画素において、フォトダイオードPDのカソードにMOSトランジスタT4のソースが接続され、このMOSトランジスタT4のドレインにMOSトランジスタT2のゲート及びMOSトランジスタT8のソースが接続される。フォトダイオードPDのアノードには直流電圧VPSが印加される。そして、MOSトランジスタT8は、そのドレインに信号φVPDが印加されるとともに、そのゲートに信号φVPGが印加される。その他の構成は、第1の実施形態(図3)の画素と同様である。尚、MOSトランジスタT8は、それぞれ、MOSトランジスタT2〜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。
【0071】
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T4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T4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。
【0072】
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φSがローレベルとされてMOSトランジスタT4がOFFとされた後、信号φVPDをローレベルとしてリセット動作を行う。撮像動作が終了した直後、MOSトランジスタT8は、例えば、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、或いは、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、これらいずれの場合にあっても、信号φVPDをローレベルにしたとき、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荷が注入され、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。
【0073】
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、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。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。
【0074】
そして、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補正データが出力される。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。
【0075】
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る。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。その後、信号φSをハイレベルとして、次の撮像動作に備える。
【0076】
信号φSをハイレベル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T8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。
【0077】
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、MOS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。
【0078】
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、画像データとして出力信号線6に現れる。このようにして画像データが読み出された後、上述したリセット動作が行われる。
【0079】
このとき、対数変換動作に変わるときのMOS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くなる。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。
【0080】
又、リセット時における信号φVPGの電圧値Vb又は電圧値Vbとなる信号φVPGを与える時間(図12における時間tbに相当する)を変化させることによって、リセット直後のMOSトランジスタT8のソース電圧を変化させて、MOSトランジスタT8のゲート・ソース間のポテンシャルを変化させることができる。
【0081】
電圧値Vbが高くなるほど、MOSトランジスタT8のゲート・ソース間のポテンシャルの差が大きくなるので、MOSトランジスタT8がカットオフ状態で動作する被写体輝度の割合が大きくなる。よって、被写体の輝度範囲が狭いほど電圧値Vbを高くし、被写体の輝度範囲が広いほど電圧値Vbを低くすればよいことがわかる。
【0082】
又、電圧値Vbとなる信号φVPGを与える時間tbが長くなるほど、MOSトランジスタT8のゲート・ソース間のポテンシャルの差が大きくなるので、MOSトランジスタT8がカットオフ状態で動作する被写体輝度の割合が大きくなる。よって、被写体の輝度範囲が狭いほど電圧値Vbとなる信号φVPGを与える時間tbを長くし、被写体の輝度範囲が広いほど電圧値Vbとなる信号φVPGを与える時間tbを短くすればよいことがわかる。
【0083】
<画素構成の第5例>
図1に示した固体撮像素子の各画素に適用される第5例について、図面を参照して説明する。図13は、本例に使用する固体撮像素子に設けられた画素の構成を示す回路図である。尚、図11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。
【0084】
図13に示す画素は、第4例(図11)の構成の画素に、MOSトランジスタT8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たMOSトランジスタT9が追加されるとともに、MOSトランジスタT4が削除された構成とされる。このとき、MOSトランジスタT8は、そのゲートに直流電圧VPGが印加され、そのソースにはフォトダイオードPDのカソードが接続される。そして、MOSトランジスタT9は、そのゲートに信号φSWが与えられ、そのソースに直流電圧RLが印加される。又、MOSトランジスタT8のドレインには直流電圧VPDが印加される。尚、MOSトランジスタT9は、MOSトランジスタT2,T3,T8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。
【0085】
図14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、信号φSWをハイレベルとしてリセット動作を行う。よって、MOSトランジスタT8のソースに直流電圧RLが印加され、MOSトランジスタT8のソース電圧が直流電圧RLによってリセットされる。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補正データが出力される。そして、再び、信号φSWをローレベルにすることによって、MOSトランジスタT9をOFFとして、次の撮像動作に備える。
【0086】
このようにして、撮像動作に移ると、第4例と同様、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、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。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T8のソースに蓄積された光電荷量に応じた電圧が高くなると、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のゲートに現れる。そして、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、入射光量に対して線形的に又は自然対数的に比例した画像データが出力される。
【0087】
又、リセット時における直流電圧RLの電圧値を変化させることによって、リセット直後のMOSトランジスタT8のソース電圧を変化させて、MOSトランジスタT8のゲート・ソース間のポテンシャルを変化させることができる。
【0088】
直流電圧RLが高くなるほど、MOSトランジスタT8のゲート・ソース間のポテンシャルの差が大きくなるので、MOSトランジスタT8がカットオフ状態で動作する被写体輝度の割合が大きくなる。よって、被写体の輝度範囲が狭いほど直流電圧RLを高くし、被写体の輝度範囲が広いほど直流電圧RLを低くすればよい。
【0089】
<画素構成の第6例>
図1に示した固体撮像素子の各画素に適用される第6例について、図面を参照して説明する。図15は、本例に使用する固体撮像素子に設けられた画素の構成を示す回路図である。尚、図11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。
【0090】
図13に示す画素は、第4例(図11)の構成の画素に、MOSトランジスタT8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たMOSトランジスタT9が追加された構成とされる。このとき、MOSトランジスタT9は、そのゲートに信号φSWが与えられ、そのソースに直流電圧RLが印加される。又、MOSトランジスタT8のドレインには直流電圧VPDが印加される。尚、MOSトランジスタT9は、MOSトランジスタT2〜T4,T8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。
【0091】
図16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φSがローレベルとされてMOSトランジスタT4がOFFとされた後、信号φSWをハイレベルとして、MOSトランジスタT9をONにして、リセット動作を行う。尚、このとき、信号φVPGの電圧値はVaである。
【0092】
その後、信号φSWをローレベルに戻してMOSトランジスタT9をOFFとすると、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。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。
【0093】
そして、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補正データが出力される。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に切り換えた後、信号φSをハイレベルとして、次の撮像動作に備える。
【0094】
このようにして、撮像動作に移ると、第4例と同様、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、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。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T8のソースに蓄積された光電荷量に応じた電圧が高くなると、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のゲートに現れる。そして、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、入射光量に対して線形的に又は自然対数的に比例した画像データが出力される。
【0095】
又、リセット時における信号φVPGの電圧値Vb又は電圧値Vbとなる信号φVPGを与える時間(図16における時間tbに相当する)を変化させることによって、リセット直後のMOSトランジスタT8のソース電圧を変化させて、MOSトランジスタT8のゲート・ソース間のポテンシャルの差を変化させることができる。よって、電圧値Vbについては、第4例と同様に、被写体の輝度範囲が狭いほど電圧値Vbを高くし、被写体の輝度範囲が広いほど電圧値Vbを低くすればよい。又、時間tbについても、第4例と同様に、被写体の輝度範囲が狭いほど時間tbを長くし、被写体の輝度範囲が広いほど時間tbを短くすればよい。
【0096】
<第1の実施形態>
上述した各例の画素を有する固体撮像素子を有する撮像装置の第1の実施形態について、図面を参照して、説明する。図17は、本実施形態の撮像装置の内部構成を示すブロック図である。
【0097】
図17に示す撮像素子は、上述した各例の構成をした自動的に線形変換動作から対数変換動作に切換可能な画素を有する固体撮像素子100と、固体撮像素子100の出力回路10(図1)より出力された補正データで補正された画像データをデジタルデータに変換するA/Dコンバータ101と、A/Dコンバータ101からのデジタルデータより被写体の輝度分布を求める演算回路102と、演算回路102で求められた輝度分布に基づいてリセットバイアス供給回路104を制御する演算回路103と、固体撮像素子102のリセット時のバイアス電圧を演算回路103の制御信号に応じて切り換えて供給するリセットバイアス供給回路104とを有する。
【0098】
以下では、説明を簡単にするために、固体撮像素子100が、上述した第1例(図3)の構成をした画素を有する固体撮像素子であるものとして、説明する。よって、本実施形態では、リセットバイアス供給電圧104によって切り換えられる電圧は、信号φVPSの電圧値VLである。又、被写体の輝度分布を測定するために、所定時間毎に一度、信号φVPSの電圧値VLを高くして、広い輝度範囲を測定可能とし、このときの固体撮像素子100からの出力がA/Dコンバータ101でデジタルデータに変換された後、演算回路102に送出されるものとする。
【0099】
このように構成される撮像装置は、所定時間毎に固体撮像素子100より出力される輝度分布測定用の出力が、A/Dコンバータ101でデジタルデータに変換されて演算回路102に送出されると、各輝度の頻度が求められて、輝度分布が求められる。そして、求められた輝度分布より、最高輝度と最低輝度とが求められる。
【0100】
このとき、A/Dコンバータ101より送出される各画素毎のデジタルデータが、演算回路101に与えられるたびに、最も高い輝度となるデジタルデータと最も低い輝度となるデジタルデータを求め、それぞれ、最高輝度及び最低輝度として保持する。そして、次に与えられる画素のデジタルデータの値を、最高輝度及び最低輝度として保持しているデジタルデータの値とそれぞれ比較し、最高輝度より高い場合は保持している最高輝度の代わりに最高輝度として保持し、又、最低輝度より低い場合は保持している最低輝度の代わりに最低輝度として保持する。更に、最高輝度より低く最低輝度より高い場合は、保持している最高輝度及び最低輝度を、そのまま保持する。
【0101】
このようにして、演算回路102において、1フィールド分のデジタルデータより被写体の輝度分布における最高輝度及び最低輝度が求められると、この求められた最高輝度及び最低輝度が演算回路103に送出される。演算回路103では、まず、与えられた最高輝度と最低輝度との差を求めることによって、被写体の輝度範囲を求める。求められた輝度範囲によって、リセットバイアス供給回路104を制御するための制御信号を送出する。
【0102】
即ち、演算回路103において、最高輝度と最低輝度の差が大きく、被写体の輝度範囲が広いと判断されると、低い輝度で対数変換動作への切換が行われるように、MOSトランジスタT1のポテンシャル状態を決定するため、リセット時の信号φVPSの電圧値VLを高くするような制御信号がリセットバイアス供給回路104に送出される。逆に、最高輝度と最低輝度の差が小さく、被写体の輝度範囲が狭いと判断されると、高い輝度で対数変換動作への切換が行われるように、MOSトランジスタT1のポテンシャル状態を決定するため、リセット時の信号φVPSの電圧値VLを低くするような制御信号がリセットバイアス供給回路104に送出される。
【0103】
よって、演算回路103において輝度範囲が広いと判断されると、次に輝度範囲が狭いと判断されるまで、リセットバイアス供給回路104において、リセット時の信号φVPSの電圧値VLが低い値に設定されて、固体撮像素子100に供給される。又、演算回路103において輝度範囲が狭いと判断されると、次に輝度範囲が広いと判断されるまで、リセットバイアス供給回路104において、リセット時の信号φVPSの電圧値VLが高い値に設定されて、固体撮像素子100に供給される。尚、この輝度範囲については、複数段階の閾値と比較されて、その値が含まれる閾値の範囲に応じて、リセットバイアス供給回路104より供給されるリセット時の信号φVPSの電圧値VLが切り換えられる。
【0104】
<第2の実施形態>
上述した各例の画素を有する固体撮像素子を有する撮像装置の第2の実施形態について、図面を参照して、説明する。図18は、本実施形態の撮像装置の内部構成を示すブロック図である。尚、図18の撮像装置において、図17に示す撮像装置と同一の目的で使用する部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【0105】
図18の撮像装置は、第1の実施形態(図17)の撮像装置に対して、リセットバイアス供給回路104の代わりにタイミングジェネレータ105が設けられた構成となる。このタイミングジェネレータ105によって、固体撮像素子100の各画素に与えられる各信号のタイミングが決定される。又、タイミングジェネレータ105によって、上述した各例におけるリセット時に各画素にバイアス電圧の与える時間が切り換えられる。尚、他のブロック100〜103については、接続関係が第1の実施形態と同様であるとともに、その動作についても同様となる。
【0106】
以下では、説明を簡単にするために、第1の実施形態と同様、固体撮像素子100が、上述した第1例(図3)の構成をした画素を有する固体撮像素子であるものとして、説明する。よって、本実施形態では、リセット時に、信号φVPSの電圧が電圧値VLに切り換えられる。又、被写体の輝度分布を測定するために、所定時間毎に一度、リセット時に信号φVPSの電圧値VLを与える時間ta(図4)を短くして、広い輝度範囲を測定可能とし、このときの固体撮像素子100からの出力がA/Dコンバータ101でデジタルデータに変換された後、演算回路102に送出されるものとする。
【0107】
このように構成される撮像装置によると、第1の実施形態と同様、固体撮像素子100から出力される画像データがA/Dコンバータ101でデジタルデータに変換され、所定時間毎に1フィールド分、演算回路102に与えられると、被写体の最高輝度と最低輝度が求められ、演算回路103に送出される。そして、演算回路103において、送出された最高輝度と最低輝度の差より被写体の輝度分布の輝度範囲が求められる。この輝度範囲の広さに応じた制御信号を、演算回路103がタイミングジェネレータ105に与える。
【0108】
即ち、演算回路103において、最高輝度と最低輝度の差が大きく、被写体の輝度範囲が広いと判断されると、低い輝度で対数変換動作への切換が行われるように、MOSトランジスタT1のポテンシャル状態を決定するため、リセット時の信号φVPSの電圧値VLを与える時間taを短くするような制御信号がタイミングジェネレータ105に送出される。逆に、最高輝度と最低輝度の差が小さく、被写体の輝度範囲が狭いと判断されると、高い輝度で対数変換動作への切換が行われるように、MOSトランジスタT1のポテンシャル状態を決定するため、リセット時の信号φVPSの電圧値VLを与える時間taを長くするような制御信号がタイミングジェネレータ105に送出される。
【0109】
よって、演算回路103において輝度範囲が広いと判断されると、次に輝度範囲が狭いと判断されるまで、タイミングジェネレータ105において、リセット時の信号φVPSの電圧値VLを与える時間taが短く設定されて、信号φVPSの電圧VLが固体撮像素子100に供給される。又、演算回路103において輝度範囲が狭いと判断されると、次に輝度範囲が広いと判断されるまで、タイミングジェネレータ105において、リセット時の信号φVPSの電圧値VLを与える時間taが長く設定されて、信号φVPSの電圧値VLが固体撮像素子100に供給される。尚、第1の実施形態と同様、この輝度範囲については、複数段階の閾値と比較されて、その値が含まれる閾値の範囲に応じて、タイミングジェネレータ105より供給されるリセット時の信号φVPSの電圧値VLを与える時間taが切り換えられる。
【0110】
又、タイミングジェネレータ105より与えられるリセット時の信号φVPSは、図4のような1つのパルス信号でなく、図19のように、複数のパルス信号として与えられるものとしても構わない。このとき、演算回路103において輝度範囲が広いと判断されると、次に輝度範囲が狭いと判断されるまで、タイミングジェネレータ105において、リセット時の電圧値VLのパルス信号φVPSの発生回数が少なく設定されて、固体撮像素子100に供給される。又、演算回路103において輝度範囲が狭いと判断されると、次に輝度範囲が広いと判断されるまで、タイミングジェネレータ105において、リセット時の電圧値VLのパルス信号φVPSの発生回数が多く設定されて、固体撮像素子100に供給される。
【0111】
【発明の効果】
本発明によると、被写体の輝度によって、固体撮像素子内に設けられた各画素ないのトランジスタのポテンシャル状態を調整して、固体撮像素子からの出力のダイナミックレンジを調整することができる。よって、従来のように、デジタルデータを調整することでダイナミックレンジの調整を行う場合とことなり、デジタルデータのビット落ちを防ぐことができる。そのため、階調性を落とすことなく、被写体の輝度分布のダイナミックレンジに調整させることができる。よって、被写体の輝度分布に応じた高精細な画像データを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】固体撮像素子の構成を示すブロック回路図。
【図2】図1の固体撮像素子の一部を示す回路図。
【図3】図1の固体撮像素子内の画素構成の一例を示す回路図。
【図4】図3の構成の画素の動作を示すタイミングチャート。
【図5】被写体の輝度と固体撮像素子の出力との関係を示すグラフ。
【図6】被写体の輝度と固体撮像素子の出力との関係を示すグラフ。
【図7】図1の固体撮像素子内の画素構成の一例を示す回路図。
【図8】図7の構成の画素の動作を示すタイミングチャート。
【図9】図1の固体撮像素子内の画素構成の一例を示す回路図。
【図10】図9の構成の画素の動作を示すタイミングチャート。
【図11】図1の固体撮像素子内の画素構成の一例を示す回路図。
【図12】図11の構成の画素の動作を示すタイミングチャート。
【図13】図1の固体撮像素子内の画素構成の一例を示す回路図。
【図14】図13の構成の画素の動作を示すタイミングチャート。
【図15】図1の固体撮像素子内の画素構成の一例を示す回路図。
【図16】図15の構成の画素の動作を示すタイミングチャート。
【図17】第1の実施形態の撮像装置の内部構成を示すブロック図。
【図18】第2の実施形態の撮像装置の内部構成を示すブロック図。
【図19】図3の構成の画素の動作を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
100 固体撮像素子
101 A/Dコンバータ
102 演算回路
103 演算回路
104 リセットバイアス供給回路
105 タイミングジェネレータ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a solid that can be switched between a first state that outputs an electric signal that linearly changes with respect to the amount of incident light and a second state that outputs an electric signal that naturally changes logarithm with respect to the amount of incident light. The present invention relates to an imaging apparatus having an imaging element.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a solid-state imaging device that linearly converts the amount of incident light, its dynamic range is as narrow as two orders of magnitude, so when imaging a subject that constitutes a luminance distribution in a wide luminance range, luminance information in a range other than the dynamic range Is not output. On the other hand, a solid-state imaging device that performs logarithmic conversion with respect to the amount of incident light has a wide dynamic range of 5 to 6 digits. All luminance information in the distribution can be converted into an electrical signal and output.
[0003]
However, generally, the luminance range of a subject is often about 2 to 3 digits, so in the case of a solid-state image sensor that performs logarithmic conversion with a dynamic range of 5 to 6 digits, it is possible to image the luminance distribution of the subject. Since the area becomes wide, an area without luminance data is formed in the low luminance area or the high luminance area in the imageable area. Therefore, when an image of a subject having the luminance distribution is reproduced using an electrical signal from a solid-state imaging device that performs logarithmic conversion, the black with the lowest luminance is reproduced as dark gray and the white with the highest luminance is reproduced as light gray. In some cases, an image with insufficient contrast is reproduced as a whole.
[0004]
In order to solve such a problem, after converting the electrical signal output from the solid-state imaging device into a digital signal, the luminance distribution is measured, and the minimum value of the luminance distribution becomes the minimum value of the dynamic range of the digital output. There has been proposed a method of converting the value of a digital signal so that the maximum value of the luminance distribution matches the maximum value of the dynamic range of the digital output so that the luminance distribution matches the dynamic range of the digital output.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In this way, by processing the digital signal in which the output from the solid-state image sensor is digitally converted, the luminance distribution of the subject and the dynamic range of the digital output obtained by digitally converting the output from the solid-state image sensor are matched. In this case, a bit drop occurs in the digital output, resulting in a drop in gradation. Therefore, there is a risk that the change in luminance of the reproduced image will be unstable and lose smoothness.
[0006]
In view of such a problem, an object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of adapting the dynamic range of a subject to the dynamic range of a solid-state imaging element without degrading gradation.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, an imaging apparatus according to claim 1 includes a photosensitive element that outputs an electrical signal corresponding to an incident light amount and a transistor to which an electrical signal from the photosensitive element is applied, and performs linear conversion. In an imaging apparatus having a solid-state imaging device composed of a plurality of pixels that can be automatically switched between a first state to be output and a second state in which an electrical signal corresponding to the amount of incident light is logarithmically converted and output, A bias adjustment unit is provided that changes the potential state of the transistor according to the state of the luminance distribution of the subject imaged by the solid-state imaging device.The bias adjusting unit adjusts the potential state of the transistor immediately after the reset by switching the length of time for applying the bias voltage applied to the transistor at the time of resetting.It is characterized by that.
[0008]
In such an imaging apparatus, when the luminance distribution of the subject is wide, the potential state of the transistor at the time of reset is adjusted so that the transistor can operate in the subthreshold region with low luminance. When the luminance distribution of the object is narrow, the potential state of the transistor at the time of reset is adjusted so that the transistor can operate in a cutoff state up to a high luminance.
[0013]
  Claims2Described inThe image pickup apparatus includes a photosensitive element that outputs an electric signal corresponding to the amount of incident light and a transistor that receives the electric signal from the photosensitive element, and also performs linear conversion and outputs the first state and an electric signal corresponding to the amount of incident light. In an imaging apparatus having a solid-state imaging device composed of a plurality of pixels that can be automatically switched between a second state that is logarithmically converted and output, the potential state of the transistor immediately after resetting is imaged by the solid-state imaging device A bias adjusting unit that changes the luminance distribution of the subject to be detected, the pixel serving as the photosensitive element, and a DC voltage applied to the first electrode, and a first of the photodiodes A first electrode and a gate electrode connected to the two electrodes, and a MOS transistor that outputs an electrical signal from the gate electrode, When the luminance range of the luminance distribution of the subject is narrow by the bias adjustment unit, the potential state of the MOS transistor immediately after the reset so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor becomes large. When the brightness range of the brightness distribution of the subject is wide, the MOS transistor immediately after resetting is reduced so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor is reduced. The potential state is adjusted,The pixel is reset by switching the voltage applied to the second electrode of the MOS transistor, and the bias adjusting unit is reset by adjusting the time for switching the voltage value applied to the second electrode of the MOS transistor at the time of resetting. Adjust the potential state of the MOS transistor immediately afterIt is characterized by that.
[0014]
At this time, when the MOS transistor is an N-channel MOS transistor, when the luminance range of the subject is wide, the time for switching the voltage value applied to the second electrode of the MOS transistor at the time of reset is set short, and the luminance range of the subject is narrow The time for switching the voltage value applied to the second electrode of the MOS transistor at the time of reset is set to be long.
[0017]
  , Claims3Described inThe image pickup apparatus includes a photosensitive element that outputs an electric signal corresponding to the amount of incident light and a transistor that receives the electric signal from the photosensitive element, and also performs linear conversion and outputs the first state and an electric signal corresponding to the amount of incident light. In an imaging apparatus having a solid-state imaging device composed of a plurality of pixels that can be automatically switched between a second state that is logarithmically converted and output, the potential state of the transistor immediately after resetting is imaged by the solid-state imaging device A bias adjusting unit that changes the luminance distribution of the subject to be detected, the pixel serving as the photosensitive element, and a DC voltage applied to the first electrode, and a first of the photodiodes A first electrode and a gate electrode connected to the two electrodes, and a MOS transistor that outputs an electrical signal from the gate electrode, When the luminance range of the luminance distribution of the subject is narrow by the bias adjustment unit, the potential state of the MOS transistor immediately after the reset so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor becomes large. Is adjusted and the potential of the MOS transistor immediately after resetting is reduced so that the difference in potential between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor becomes small when the luminance range of the luminance distribution of the subject is wide. Condition is adjusted,The pixel is reset by switching a voltage applied to the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor, and the bias adjustment unit adjusts a voltage value applied to the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor at the time of reset. To adjust the potential state of the MOS transistor immediately after resettingIt is characterized by that.
[0018]
At this time, when the MOS transistor is an N-channel MOS transistor, when the luminance range of the subject is wide, the voltage value applied to the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor at the time of reset is set high, and the luminance range of the subject is narrow The voltage value applied to the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor during reset is set low.
[0020]
  Claims4Described inThe image pickup apparatus includes a photosensitive element that outputs an electric signal corresponding to the amount of incident light and a transistor that receives the electric signal from the photosensitive element, and also performs linear conversion and outputs the first state and an electric signal corresponding to the amount of incident light. In an imaging apparatus having a solid-state imaging device composed of a plurality of pixels that can be automatically switched between a second state that is logarithmically converted and output, the potential state of the transistor immediately after resetting is imaged by the solid-state imaging device A bias adjusting unit that changes the luminance distribution of the subject to be detected, the pixel serving as the photosensitive element, and a DC voltage applied to the second electrode, and a second of the photodiode A first transistor connected to the second electrode and outputting an electric signal from the second electrode; Thus, when the luminance range of the luminance distribution of the subject is narrow, the potential state of the MOS transistor immediately after reset is adjusted so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor becomes large. In addition, when the luminance range of the luminance distribution of the subject is wide, the potential state of the MOS transistor immediately after the reset is small so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor is small. Adjusted,The pixel is reset by switching the voltage applied to each of the first electrode and the gate electrode of the MOS transistor, and the bias adjustment unit is reset by adjusting the voltage value applied to the gate electrode of the MOS transistor at the time of reset. Adjust the potential state of the MOS transistor immediately afterIt is characterized by that.
[0021]
At this time, if the MOS transistor is an N-channel MOS transistor, the voltage value applied to the gate electrode of the MOS transistor at the time of resetting is set low when the luminance range of the subject is wide. The voltage value applied to the gate electrode of the MOS transistor is set high.
[0022]
  Claims5Described inThe imaging apparatus includes a photosensitive element that outputs an electrical signal corresponding to the amount of incident light and a transistor that receives the electrical signal from the photosensitive element, and performs linear conversion and outputs an electrical signal corresponding to the amount of incident light. In an imaging device having a solid-state imaging device composed of a plurality of pixels that can be automatically switched between a second state logarithmically converted and output, the potential state of the transistor immediately after reset is imaged by the solid-state imaging device. A photodiode that has a bias adjustment unit that changes in accordance with a state of luminance distribution of the subject to be photographed, the pixel serves as the photosensitive element, and a DC voltage is applied to the second electrode, and a first of the photodiode And a MOS transistor that is connected to the second electrode and outputs an electric signal from the second electrode. When the luminance range of the luminance distribution of the subject is narrow, the potential state of the MOS transistor immediately after reset is adjusted so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor becomes large. In addition, when the luminance range of the luminance distribution of the subject is wide, the potential state of the MOS transistor immediately after the reset is adjusted so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor becomes small. AndThe pixel is reset by switching the voltage applied to each of the first electrode and the gate electrode of the MOS transistor, and the bias adjustment unit adjusts the time for switching the voltage value applied to the gate electrode of the MOS transistor at the time of reset. To adjust the potential state of the MOS transistor immediately after resettingIt is characterized by that.
[0023]
At this time, when the MOS transistor is an N-channel MOS transistor, when the luminance range of the subject is wide, the time for switching the voltage value applied to the gate electrode of the MOS transistor at the time of reset is set short, and when the luminance range of the subject is narrow, The time for switching the voltage value applied to the gate electrode of the MOS transistor at the time of resetting is set to be long.
[0026]
  Claims6Described inThe imaging apparatus includes a photosensitive element that outputs an electrical signal corresponding to the amount of incident light and a transistor that receives the electrical signal from the photosensitive element, and performs linear conversion and outputs an electrical signal corresponding to the amount of incident light. In an imaging device having a solid-state imaging device composed of a plurality of pixels that can be automatically switched between a second state logarithmically converted and output, the potential state of the transistor immediately after reset is imaged by the solid-state imaging device. A photodiode that has a bias adjustment unit that changes in accordance with a state of luminance distribution of the subject to be photographed, the pixel serves as the photosensitive element, and a DC voltage is applied to the second electrode, and a first of the photodiode And a MOS transistor that is connected to the second electrode and outputs an electric signal from the second electrode. When the luminance range of the luminance distribution of the subject is narrow, the potential state of the MOS transistor immediately after reset is adjusted so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor becomes large. In addition, when the luminance range of the luminance distribution of the subject is wide, the potential state of the MOS transistor immediately after the reset is adjusted so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor becomes small. BeforeThe pixel is reset by switching the voltage applied to the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor, and the bias adjustment unit adjusts the voltage value applied to the gate electrode of the MOS transistor at the time of reset, immediately after the reset. Adjusting the potential state of the MOS transistorIt is characterized by that.
[0027]
At this time, if the MOS transistor is an N-channel MOS transistor, the voltage value applied to the gate electrode of the MOS transistor at the time of resetting is set low when the luminance range of the subject is wide. The voltage value applied to the gate electrode of the MOS transistor is set high.
[0028]
  Claims7Described inThe imaging apparatus includes a photosensitive element that outputs an electrical signal corresponding to the amount of incident light and a transistor that receives the electrical signal from the photosensitive element, and performs linear conversion and outputs an electrical signal corresponding to the amount of incident light. In an imaging device having a solid-state imaging device composed of a plurality of pixels that can be automatically switched between a second state logarithmically converted and output, the potential state of the transistor immediately after reset is imaged by the solid-state imaging device. A photodiode that has a bias adjustment unit that changes in accordance with a state of luminance distribution of the subject to be photographed, the pixel serves as the photosensitive element, and a DC voltage is applied to the second electrode, and a first of the photodiode And a MOS transistor that is connected to the second electrode and outputs an electric signal from the second electrode. When the luminance range of the luminance distribution of the subject is narrow, the potential state of the MOS transistor immediately after reset is adjusted so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor becomes large. In addition, when the luminance range of the luminance distribution of the subject is wide, the potential state of the MOS transistor immediately after the reset is adjusted so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor becomes small. AndBy switching the voltage applied to the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor, the pixel is reset, and the bias adjusting unit adjusts the time for switching the voltage value applied to the gate electrode of the MOS transistor at the time of resetting. Adjust the potential state of the MOS transistor immediately after resetIt is characterized by that.
[0029]
At this time, when the MOS transistor is an N-channel MOS transistor, when the luminance range of the subject is wide, the time for switching the voltage value applied to the gate electrode of the MOS transistor at the time of reset is set short, and when the luminance range of the subject is narrow, The time for switching the voltage value applied to the gate electrode of the MOS transistor at the time of resetting is set to be long.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0031]
<Configuration example of solid-state imaging device>
First, a configuration example of a solid-state imaging device provided in the imaging apparatus of the present invention will be described. FIG. 1 schematically shows the structure of a part of the two-dimensional MOS solid-state imaging device of the present invention. In the drawing, G11 to Gmn indicate pixels arranged in a matrix (matrix arrangement). Reference numeral 2 denotes a vertical scanning circuit, which sequentially scans rows (lines) 4-1, 4-2,. A horizontal scanning circuit 3 sequentially reads out photoelectric conversion signals derived from the pixels to the output signal lines 6-1, 6-2, ..., 6-m in the horizontal direction for each pixel. Reference numeral 5 denotes a power supply line. For each pixel, not only the lines 4-1, 4-2, ..., 4-n, the output signal lines 6-1, 6-2, ..., 6-m, and the power supply line 5, but also other lines (for example, , Clock lines, etc.) are also connected, but these are omitted in FIG.
[0032]
One set of N-channel MOS transistors Q1 is provided for each of the output signal lines 6-1, 6-2,. Taking the output signal line 6-1 as an example, the gate of the MOS transistor Q1 is connected to the DC voltage line 7, the drain is connected to the output signal line 6-1 and the source is connected to the line 8 of the DC voltage VPS '. ing. Then, image data at the time of imaging and correction data at the time of resetting of each pixel output through the output signal lines 6-1, 6-2,.
[0033]
Image data and correction data are output to the sample and hold circuit 9 for each row and sampled and held. The sampled and held image data and correction data are output to the output circuit 10 for each column, and the image data is corrected based on the correction data so that noise components due to sensitivity variations are removed by the output circuit 10. The Therefore, the image data in which the sensitivity variation of each pixel is corrected is output serially from the output circuit 10 for each pixel.
[0034]
As will be described later, the pixels G11 to Gmn are provided with an N-channel MOS transistor T2 that outputs a signal based on the photocharge generated in these pixels. The connection relationship between the MOS transistor T2 and the MOS transistor Q1 is as shown in FIG. Here, the relationship between the DC voltage VPS ′ connected to the source of the MOS transistor Q1 and the DC voltage VPD ′ connected to the drain of the MOS transistor T2 is VPD ′> VPS ′, and the DC voltage VPS ′ is, for example, the ground Voltage (ground).
[0035]
In this circuit configuration, a signal is input to the gate of the upper MOS transistor T2, and a DC voltage DC is constantly applied to the gate of the lower MOS transistor Q1. Therefore, the lower MOS transistor Q1 is equivalent to a resistor or a constant current source, and the circuit of FIG. 2 is a source follower type amplifier circuit. In this case, it may be considered that a current is amplified and output from the MOS transistor T2. The configuration shown in FIGS. 1 and 2 is common to the first to sixth examples of pixels described below.
[0036]
By configuring as shown in FIG. 2, a large signal can be output. Therefore, when the pixel naturally converts the photocurrent generated from the photosensitive element to expand the dynamic range, the output signal is small as it is, but is amplified to a sufficiently large signal by this amplifier circuit. Therefore, the subsequent signal processing circuit (not shown) can be easily processed. Further, without providing the MOS transistor Q1 constituting the load resistance portion of the amplifier circuit in the pixel, output signal lines 6-1, 6-2,..., 6 to which a plurality of pixels arranged in the column direction are connected. By providing for each m, the number of load resistors or constant current sources can be reduced, and the area occupied by the amplifier circuit on the semiconductor chip can be reduced.
[0037]
<First Example of Pixel Configuration>
A first example applied to each pixel of the solid-state imaging device shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the pixels provided in the solid-state imaging device used in this example.
[0038]
In FIG. 3, a pn photodiode PD forms a photosensitive portion (photoelectric conversion portion). The anode of the photodiode PD is connected to the drain of the MOS transistor T4, and the source of the MOS transistor T4 is connected to the drain and gate of the MOS transistor T1 and the gate of the MOS transistor T2. The source of the MOS transistor T2 is connected to the drain of the row selection MOS transistor T3. The source of the MOS transistor T3 is connected to the output signal line 6 (the output signal line 6 corresponds to 6-1, 6-2,..., 6-m in FIG. 1). Each of the MOS transistors T1 to T4 is an N-channel MOS transistor and the back gate is grounded.
[0039]
A DC voltage VPD is applied to the cathode of the photodiode PD and the drain of the MOS transistor T2. On the other hand, the signal φVPS is applied to the source of the MOS transistor T1. The signal φS is input to the gate of the MOS transistor T4, and the signal φV is input to the gate of the MOS transistor T3. The signal φVPS is a binary voltage signal, and when the amount of incident light exceeds a predetermined value, the voltage for operating the MOS transistor T1 in the subthreshold region is VH, and the voltage lower than this voltage is used to set the MOS transistor T1. Let VL be a voltage for conducting. The operation of the pixel having such a configuration will be described below.
[0040]
As shown in the timing chart of FIG. 4, when the pulse signal φV is applied to the gate of the MOS transistor T3 and the output signal is read, first, the signal φS is set to the low level to turn off the MOS transistor T4, thereby resetting it. Perform the action. At this time, negative charges flow in from the source side of the MOS transistor T1, and the positive charges accumulated in the gate and drain of the MOS transistor T1, the gate of the MOS transistor T2, and the source of the MOS transistor T4 are recombined. Therefore, it is reset to a certain extent, and the potential of the drain and under-gate region of the MOS transistor T1 is lowered.
[0041]
As described above, the potential of the drain and gate region of the MOS transistor T1 is to be reset to the original state. However, when the potential reaches a certain value, the reset speed is reduced. This tendency is particularly noticeable when a bright subject suddenly becomes dark. Therefore, next, the signal φVPS given to the source of the MOS transistor T1 is set to VL. Thus, by lowering the source voltage of the MOS transistor T1, the amount of negative charge flowing from the source of the MOS transistor T1 increases, and the gate and drain of the MOS transistor T1, the gate of the MOS transistor T2, and the photodiode The positive charge stored on the PD anode is quickly recombined.
[0042]
After resetting with the signal φVPS set to VL in this way, the signal φVPS is set to VH, and a high level pulse signal φV is applied to the gate of the MOS transistor T3, thereby reading correction data at the time of reset. At this time, the reset gate voltage of the MOS transistor T1 is applied to the gate of the MOS transistor T2, and the gate voltage of the MOS transistor T1 is amplified by the MOS transistor T2, and is output to the output signal line 6 via the MOS transistor T3. Is output.
[0043]
Further, the drain voltage of the MOS transistor Q1 determined by the resistance of the MOS transistor T2 and the MOS transistor Q1 (FIG. 2) and the current flowing therethrough appears on the output signal line 6 as correction data. When the correction data is read out in this manner, after the MOS transistor T3 is turned off, the signal φS is set to the high level to prepare for the next imaging operation.
[0044]
When the imaging operation is started by setting the signal φS to the high level, photocharge corresponding to the amount of incident light flows from the photodiode PD into the MOS transistor T1. Now, since the MOS transistor T1 is in the cut-off state, photocharge is accumulated in the gate of the MOS transistor T1. Therefore, when the brightness of the subject to be imaged is low and the amount of incident light incident on the photodiode PD is small, a voltage corresponding to the amount of photocharge accumulated at the gate of the MOS transistor T1 appears at the gate of the MOS transistor T1, A voltage linearly proportional to the integrated value of the light quantity appears at the gate of the MOS transistor T2.
[0045]
Also, when the luminance of the object to be imaged is high and the amount of incident light entering the photodiode PD is large, and the voltage according to the amount of photocharge accumulated at the gate of the MOS transistor T1 increases, the MOS transistor T1 operates in the subthreshold region. Therefore, a voltage that is naturally logarithmically proportional to the amount of incident light appears at the gate of the MOS transistor T1.
[0046]
In this way, a voltage linearly or naturally logarithmically proportional to the amount of incident light appears at the gates of the MOS transistors T1 and T2, and, as before, by applying the pulse signal φV to the gate of the MOS transistor T3. The gate voltage of the MOS transistor T1 that is linearly or naturally logarithmically proportional to the amount of incident light is amplified by the MOS transistor T2 and output to the output signal line 6 via the MOS transistor T3. Further, the drain voltage of the MOS transistor Q1 determined by the resistance of the MOS transistor T2 and the MOS transistor Q1 and the current flowing therethrough appears on the output signal line 6 as image data.
[0047]
At this time, the amount of photoelectric charge flowing into the MOS transistor T1 before reaching the gate voltage of the MOS transistor T1 when changing to the logarithmic conversion operation becomes equal in all the pixels. In this way, since the amount of photocharge generated from the photodiode PD when the conversion operation in each pixel is switched to the logarithmic conversion operation is the same, it is incident on the photodiode PD when the conversion operation in each pixel is switched to the logarithmic conversion operation. The amount of incident light is also equal. That is, in all the pixels, the luminance of the subject becomes the same when the conversion operation is switched from the linear conversion operation to the logarithmic conversion operation, and the difference in threshold voltage of the MOS transistor T1 affects the switching of the conversion operation of each pixel. Can be reduced.
[0048]
In addition, the gate voltage of the MOS transistor T1 immediately after the reset is changed by changing the voltage value VL of the signal φVPS at the time of reset or the time for applying the signal φVPS to be the voltage value VL (corresponding to the time ta in FIG. 4). Thus, the potential between the gate and the source of the MOS transistor T1 can be changed. FIG. 5 shows the relationship between the subject luminance and the output of the solid-state imaging device when the voltage value VL is changed, and FIG. 6 shows the change in the time for applying the signal φVPS that becomes the voltage value VL. The relationship between the subject brightness and the output of the solid-state imaging device is shown.
[0049]
As the voltage value VL decreases, the potential difference between the gate and the source of the MOS transistor T1 increases, so that the ratio of subject luminance at which the MOS transistor T1 operates in the cutoff state increases. Therefore, as shown in FIG. 5, the lower the voltage value VL, the larger the ratio of subject luminance to be linearly converted. Therefore, it is understood that the voltage value VL should be lowered as the luminance range of the subject is narrow, and the voltage value VL should be increased as the luminance range of the subject is wide.
[0050]
Further, as the time ta for applying the signal φVPS having the voltage value VL becomes longer, the gate voltage of the MOS transistor T1 becomes lower and the potential difference between the gate and the source of the MOS transistor T1 becomes larger, so that the MOS transistor T1 is cut off. The ratio of the subject brightness operating in the state increases. Therefore, as shown in FIG. 6, as the time ta for applying the signal φVPS having the voltage value VL is longer, the ratio of the subject luminance to be linearly converted becomes larger. Therefore, it can be understood that the time ta for applying the signal φVPS having the voltage value VL becomes longer as the luminance range of the subject becomes narrower, and the time ta for giving the signal φVPS having the voltage value VL becomes shorter as the luminance range of the subject becomes wider. .
[0051]
<Second Example of Pixel Configuration>
A second example applied to each pixel of the solid-state imaging device shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a circuit diagram showing the configuration of the pixels provided in the solid-state imaging device used in this example. Note that elements and signal lines used for the same purpose as the pixel shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0052]
In the pixel shown in FIG. 7, the MOS transistor T5 whose source is connected to the gate and drain connection node of the MOS transistor T1 is added to the pixel having the configuration of the first example (FIG. 3), and the MOS transistor T4 is deleted. It becomes the composition which was done. At this time, the DC voltage VPS is applied to the source of the MOS transistor T1, and the gate and drain thereof are connected to the anode of the photodiode PD. A DC voltage RL is applied to the drain of the MOS transistor T5. A signal φSW is applied to the gate of the MOS transistor T5. Other configurations are the same as those of the pixel of FIG. Note that the MOS transistor T5 is an N-channel MOS transistor, like the MOS transistors T1 to T3, and has a back gate grounded.
[0053]
As shown in the timing chart of FIG. 8, when the pulse signal φV is applied to the gate of the MOS transistor T3 and the output signal is read, first, the signal φSW is set to the high level to turn on the MOS transistor T5, thereby resetting it. Perform the action. At this time, the DC voltage RL is applied to the gate voltage of the MOS transistor T1, and negative charges flow from the drain of the MOS transistor T5. The gate and drain of the MOS transistor T1, the gate of the MOS transistor T2, and the anode of the photodiode PD The positive charges stored in the are recombined. Therefore, the MOS transistor T1 is reset, and the potential of the drain and gate region of the MOS transistor T1 is lowered.
[0054]
When reset is performed with the signal φSW at the high level as described above, the correction data at the time of reset is read by applying the high-level pulse signal φV to the gate of the MOS transistor T3. At this time, the reset gate voltage of the MOS transistor T1 is applied to the gate of the MOS transistor T2, and the gate voltage of the MOS transistor T1 is amplified by the MOS transistor T2, and is output to the output signal line 6 via the MOS transistor T3. Is output. When the correction data is read out, the signal φSW is set to the low level to turn off the MOS transistor T5 to prepare for the next imaging operation.
[0055]
In this way, when the imaging operation is started, as in the first example, when the luminance of the subject to be imaged is low and the amount of incident light entering the photodiode PD is small, the amount of photocharge accumulated at the gate of the MOS transistor T1 Therefore, a voltage linearly proportional to the integral value of the incident light quantity appears at the gate of the MOS transistor T2.
[0056]
Also, when the luminance of the object to be imaged is high and the amount of incident light entering the photodiode PD is large, and the voltage according to the amount of photocharge accumulated at the gate of the MOS transistor T1 increases, the MOS transistor T1 operates in the subthreshold region. Therefore, a voltage that is naturally logarithmically proportional to the amount of incident light appears at the gate of the MOS transistor T1.
[0057]
In this way, a voltage linearly or naturally logarithmically proportional to the amount of incident light appears at the gates of the MOS transistors T1 and T2, and, as before, by applying the pulse signal φV to the gate of the MOS transistor T3. The gate voltage of the MOS transistor T1 that is linearly or proportional to the natural logarithm with respect to the amount of incident light is amplified by the MOS transistor T2, and the image data is output to the output signal line 6 via the MOS transistor T3.
[0058]
Further, by changing the voltage value of the DC voltage RL at the time of resetting, the gate voltage of the MOS transistor T1 immediately after resetting can be changed, and the potential between the gate and source of the MOS transistor T1 can be changed.
[0059]
The lower the DC voltage RL, the greater the potential difference between the gate and source of the MOS transistor T1, and the greater the ratio of subject brightness at which the MOS transistor T1 operates in the cutoff state. Therefore, the DC voltage RL may be decreased as the luminance range of the subject is narrow, and the DC voltage RL may be increased as the luminance range of the subject is wide.
[0060]
<Third example of pixel configuration>
A third example applied to each pixel of the solid-state imaging device shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a configuration of a pixel provided in the solid-state imaging device used in this example. Note that elements and signal lines used for the same purpose as the pixel shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0061]
The pixel shown in FIG. 9 has a configuration in which MOS transistors T6 and T7 each having a drain connected to the source of the MOS transistor T1 are added to the pixel having the configuration of the second example (FIG. 7). At this time, the DC voltage VPSH is applied to the source of the MOS transistor T6 and the signal φS1 is applied to the gate, and the DC voltage VPSL is applied to the source of the MOS transistor T7 and the signal φS2 is applied to the gate. Other configurations are the same as those of the pixel in FIG.
[0062]
The MOS transistors T6 and T7 are N-channel MOS transistors, and the back gates are grounded, like the MOS transistors T1 to T3 and T5. The DC voltage VPSH is a voltage for operating the MOS transistor T1 in the subthreshold region when the amount of incident light exceeds a predetermined value, and a voltage lower than this voltage to make the MOS transistor T1 conductive is VPSL. And
[0063]
As shown in the timing chart of FIG. 10, when the pulse signal φV is applied to the gate of the MOS transistor T3 and the output signal is read, first, the signal φS1 is set to the low level and the MOS transistor T6 is turned off. The signal φS2 is set to the high level, the MOS transistor T7 is turned on, and the DC voltage VPSL is applied to the source of the MOS transistor T1. Then, the reset operation is performed by setting the signal φSW to a high level and turning on the MOS transistor T5.
[0064]
At this time, the DC voltage RL is applied to the gate voltage of the MOS transistor T1, and negative charges flow from the drain of the MOS transistor T5. The gate and drain of the MOS transistor T1, the gate of the MOS transistor T2, and the anode of the photodiode PD The positive charges stored in the are recombined. Therefore, the MOS transistor T1 is reset, and the potential of the drain and gate region of the MOS transistor T1 is lowered.
[0065]
When reset is performed with the signal φSW at the high level as described above, the correction data at the time of reset is read by applying the high-level pulse signal φV to the gate of the MOS transistor T3. When the correction data is read, the signal φSW is set to a low level to turn off the MOS transistor T5. Thereafter, the signal φS1 is set to the low level to turn off the MOS transistor T6, the signal φS2 is set to the high level to turn on the MOS transistor T7, and the DC voltage VPSH is applied to the source of the MOS transistor T1 to prepare for the next imaging operation. .
[0066]
Thus, when the imaging operation is started, as in the second example, when the luminance of the subject to be imaged is low and the incident light amount incident on the photodiode PD is small, it is linearly proportional to the integral value of the incident light amount. This voltage appears at the gate of the MOS transistor T2. In addition, when the luminance of a subject to be imaged is high and the amount of incident light incident on the photodiode PD is large, and the voltage corresponding to the amount of photocharge accumulated in the gate of the MOS transistor T1 increases, A proportional voltage appears at the gate of the MOS transistor T2. Then, by applying the pulse signal φV to the gate of the MOS transistor T3, image data that is linearly or naturally logarithmically proportional to the amount of incident light is output.
[0067]
Further, by changing the voltage values of the DC voltage RL and the DC voltage VPSL at the time of resetting, the gate voltage of the MOS transistor T1 immediately after the resetting is changed, thereby changing the potential between the gate and the source of the MOS transistor T1. it can.
[0068]
As both the DC voltage RL and the DC voltage VPSL are lowered, the potential difference between the gate and the source of the MOS transistor T1 increases, so that the ratio of subject luminance at which the MOS transistor T1 operates in the cutoff state increases. Therefore, the DC voltage RL and the DC voltage VPSL may both be lowered as the subject brightness range is narrow, and both the DC voltage RL and the DC voltage VPSL may be increased as the subject brightness range is widened.
[0069]
<Fourth Example of Pixel Configuration>
A fourth example applied to each pixel of the solid-state imaging device shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a configuration of a pixel provided in a solid-state imaging device used in this example. Note that elements and signal lines used for the same purpose as the pixel shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0070]
In the pixel shown in FIG. 11, the source of the MOS transistor T4 is connected to the cathode of the photodiode PD, and the gate of the MOS transistor T2 and the source of the MOS transistor T8 are connected to the drain of the MOS transistor T4. A DC voltage VPS is applied to the anode of the photodiode PD. In the MOS transistor T8, the signal φVPD is applied to its drain and the signal φVPG is applied to its gate. Other configurations are the same as those of the pixel of the first embodiment (FIG. 3). The MOS transistor T8 is an N-channel MOS transistor, and the back gate is grounded, like the MOS transistors T2 to T4.
[0071]
The signal φVPG is a binary voltage signal, and when the incident light quantity exceeds a predetermined value, the voltage for operating the MOS transistor T4 in the subthreshold region is Va, and the voltage of the MOS transistor T4 is higher than this voltage. The voltage Vb for initializing the source voltage is used. The signal φVPD is a binary voltage signal. The higher one is a voltage higher than Vb, and the lower one is a voltage lower than Va. The operation of the pixel having such a configuration will be described below.
[0072]
As shown in the timing chart of FIG. 12, when the pulse signal φV is applied to the gate of the MOS transistor T3 and the output signal is read, first, the signal φS is set to the low level and the MOS transistor T4 is turned off. The reset operation is performed by setting the signal φVPD to the low level. Immediately after the imaging operation is finished, the MOS transistor T8 has, for example, a potential state in which the source, the lower gate region, and the drain are higher in order than the source, or a potential state in which the lower gate region, the source, and the drain are higher in this order. It is in. In any of these cases, when the signal φVPD is set to the low level, charges are injected from the drain side of the MOS transistor T8 into the region under the gate and the source of the MOS transistor T8, and the drain, the region under the gate, the source Becomes a potential corresponding to the low level of the signal φVPD. At this time, the voltage value of the signal φVPG is Va.
[0073]
Thereafter, when the signal φVPD is returned to the high level, the drain of the MOS transistor T8 becomes a potential corresponding to the high level of the signal φVPD, and the region under the gate and the source of the MOS transistor T8 correspond to the voltage value Va of the signal φVPG. It becomes potential. Further, from this state, the voltage of the signal φVPG applied to the gate of the MOS transistor T8 is switched from Va to Vb, so that the region under the gate and the source of the MOS transistor T8 have a potential corresponding to the voltage value Vb of the signal φVPG.
[0074]
Then, by applying a high level pulse signal φV to the gate of the MOS transistor T3, correction data at the time of resetting is output. At this time, the reset source voltage of the MOS transistor T8 is applied to the gate of the MOS transistor T2, and the source voltage of the MOS transistor T8 is current-amplified by the MOS transistor T2, and is output to the output signal line 6 via the MOS transistor T3. Is output.
[0075]
Then, by again switching the voltage of the signal φVPG applied to the gate of the MOS transistor T8 from Vb to Va, the region under the gate of the MOS transistor T8 has a potential corresponding to the voltage value Va of the signal φVPG. At this time, the potential of the source of the MOS transistor T8 becomes higher than the potential of the region under the gate. Thus, by operating the signals φVPD and φVPG, the potential state of the MOS transistor T8 is reset. Thereafter, the signal φS is set to a high level to prepare for the next imaging operation.
[0076]
When the imaging operation is started with the signal φS at the high level, photocharge corresponding to the amount of incident light flows into the MOS transistor T8 from the photodiode PD. Now, since the gate voltage of the MOS transistor T8 is lower than the source voltage, the MOS transistor T8 enters a cut-off state, and photocharge is accumulated in the source of the MOS transistor T8. Therefore, when the brightness of the subject to be imaged is low and the amount of incident light incident on the photodiode PD is small, a voltage corresponding to the amount of photocharge accumulated in the source of the MOS transistor T8 appears at the source of the MOS transistor T8. A voltage linearly proportional to the integrated value of the light amount appears at the source of the MOS transistor T8. At this time, since the photoelectric charge generated in the photodiode PD is a negative photoelectric charge, the source voltage of the MOS transistor T8 becomes lower as the intense light is incident.
[0077]
In addition, when the luminance of a subject to be imaged is high and the amount of incident light incident on the photodiode PD increases, the MOS transistor T8 operates in the subthreshold region. Appears in T8 source.
[0078]
In this way, when a voltage linearly or naturally logarithmically proportional to the amount of incident light appears at the gate of the MOS transistor T2, the pulse signal φV is applied to the gate of the MOS transistor T3 as before, and the incident light is incident. The source voltage of the MOS transistor T8 that is linearly or proportional to the natural logarithm with respect to the amount of light is amplified by the MOS transistor T2 and output to the output signal line 6 via the MOS transistor T3. Further, the drain voltage of the MOS transistor Q1 determined by the resistance of the MOS transistor T2 and the MOS transistor Q1 and the current flowing therethrough appears on the output signal line 6 as image data. After the image data is read in this way, the reset operation described above is performed.
[0079]
At this time, the amount of photoelectric charge flowing into the MOS transistor T8 before reaching the source voltage of the MOS transistor T8 when changing to the logarithmic conversion operation becomes equal in all the pixels. In this way, since the amount of photocharge generated from the photodiode PD when the conversion operation in each pixel is switched to the logarithmic conversion operation is the same, it is incident on the photodiode PD when the conversion operation in each pixel is switched to the logarithmic conversion operation. The amount of incident light is also equal. That is, in all the pixels, the luminance of the subject becomes the same when the conversion operation is switched from the linear conversion operation to the logarithmic conversion operation, and the difference in threshold voltage of the MOS transistor T8 has an effect on the switching of the conversion operation of each pixel. Can be reduced.
[0080]
Further, the source voltage of the MOS transistor T8 immediately after the reset is changed by changing the voltage value Vb of the signal φVPG at the time of reset or the time for applying the signal φVPG to be the voltage value Vb (corresponding to the time tb in FIG. 12). Thus, the potential between the gate and the source of the MOS transistor T8 can be changed.
[0081]
As the voltage value Vb increases, the potential difference between the gate and the source of the MOS transistor T8 increases, and therefore the proportion of subject brightness at which the MOS transistor T8 operates in the cutoff state increases. Therefore, it can be seen that the voltage value Vb should be increased as the luminance range of the subject is narrow, and the voltage value Vb should be decreased as the luminance range of the subject is wide.
[0082]
Further, as the time tb for applying the signal φVPG having the voltage value Vb becomes longer, the potential difference between the gate and the source of the MOS transistor T8 becomes larger. Therefore, the ratio of the subject luminance at which the MOS transistor T8 operates in the cutoff state increases. Become. Therefore, it can be understood that the time tb for applying the signal φVPG having the voltage value Vb is lengthened as the luminance range of the subject is narrow, and the time tb for providing the signal φVPG having the voltage value Vb is shortened as the luminance range of the subject is wide. .
[0083]
<Fifth Example of Pixel Configuration>
A fifth example applied to each pixel of the solid-state imaging device shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 13 is a circuit diagram illustrating a configuration of a pixel provided in a solid-state imaging device used in this example. Note that elements and signal lines used for the same purpose as the pixel shown in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0084]
In the pixel shown in FIG. 13, a MOS transistor T9 having a drain connected to a connection node between the source of the MOS transistor T8 and the gate of the MOS transistor T2 is added to the pixel having the configuration of the fourth example (FIG. 11). The MOS transistor T4 is removed. At this time, the DC voltage VPG is applied to the gate of the MOS transistor T8, and the cathode of the photodiode PD is connected to the source. In the MOS transistor T9, the signal φSW is applied to the gate, and the DC voltage RL is applied to the source. A DC voltage VPD is applied to the drain of the MOS transistor T8. The MOS transistor T9 is an N-channel MOS transistor and the back gate is grounded, like the MOS transistors T2, T3, and T8.
[0085]
As shown in the timing chart of FIG. 14, when the pulse signal φV is applied to the gate of the MOS transistor T3 and the output signal is read, the signal φSW is set to the high level to perform the reset operation. Therefore, the DC voltage RL is applied to the source of the MOS transistor T8, and the source voltage of the MOS transistor T8 is reset by the DC voltage RL. At this time, by applying a high level pulse signal φV to the gate of the MOS transistor T3, correction data at the time of resetting is output. Then, by again setting the signal φSW to the low level, the MOS transistor T9 is turned off to prepare for the next imaging operation.
[0086]
In this way, when the imaging operation is started, as in the fourth example, when the luminance of the subject to be imaged is low and the incident light amount incident on the photodiode PD is small, it is linearly proportional to the integral value of the incident light amount. This voltage appears at the gate of the MOS transistor T2. Further, when the luminance of the object to be imaged is high and the amount of incident light incident on the photodiode PD is large, and the voltage according to the amount of photocharge accumulated in the source of the MOS transistor T8 increases, the logarithm of the incident light amount is natural logarithmically. A proportional voltage appears at the gate of the MOS transistor T2. Then, by applying the pulse signal φV to the gate of the MOS transistor T3, image data that is linearly or naturally logarithmically proportional to the amount of incident light is output.
[0087]
Further, by changing the voltage value of the DC voltage RL at the time of resetting, the source voltage of the MOS transistor T8 immediately after resetting can be changed to change the potential between the gate and source of the MOS transistor T8.
[0088]
The higher the DC voltage RL, the greater the potential difference between the gate and source of the MOS transistor T8, so the proportion of subject brightness at which the MOS transistor T8 operates in the cutoff state increases. Therefore, the DC voltage RL may be increased as the luminance range of the subject is narrow, and the DC voltage RL may be decreased as the luminance range of the subject is wide.
[0089]
<Sixth Example of Pixel Configuration>
A sixth example applied to each pixel of the solid-state imaging device shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 15 is a circuit diagram illustrating a configuration of a pixel provided in a solid-state imaging device used in this example. Note that elements and signal lines used for the same purpose as the pixel shown in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0090]
The pixel shown in FIG. 13 has a configuration in which a MOS transistor T9 having a drain connected to a connection node between the source of the MOS transistor T8 and the gate of the MOS transistor T2 is added to the pixel having the configuration of the fourth example (FIG. 11). Is done. At this time, the MOS transistor T9 is supplied with the signal φSW at its gate and applied with the DC voltage RL at its source. A DC voltage VPD is applied to the drain of the MOS transistor T8. The MOS transistor T9 is an N-channel MOS transistor and the back gate thereof is grounded, like the MOS transistors T2 to T4 and T8.
[0091]
As shown in the timing chart of FIG. 16, when the pulse signal φV is applied to the gate of the MOS transistor T3 and the output signal is read, first, after the signal φS is set to the low level and the MOS transistor T4 is turned off. The signal φSW is set to the high level, the MOS transistor T9 is turned on, and the reset operation is performed. At this time, the voltage value of the signal φVPG is Va.
[0092]
Thereafter, when the signal φSW is returned to the low level and the MOS transistor T9 is turned off, the region under the gate and the source of the MOS transistor T8 have a potential corresponding to the voltage value Va of the signal φVPG. Further, from this state, the voltage of the signal φVPG applied to the gate of the MOS transistor T8 is switched from Va to Vb, so that the region under the gate and the source of the MOS transistor T8 have a potential corresponding to the voltage value Vb of the signal φVPG.
[0093]
Then, by applying a high level pulse signal φV to the gate of the MOS transistor T3, correction data at the time of resetting is output. Then, after switching the voltage of the signal φVPG applied to the gate of the MOS transistor T8 from Vb to Va, the signal φS is set to the high level to prepare for the next imaging operation.
[0094]
In this way, when the imaging operation is started, as in the fourth example, when the luminance of the subject to be imaged is low and the incident light amount incident on the photodiode PD is small, it is linearly proportional to the integral value of the incident light amount. This voltage appears at the gate of the MOS transistor T2. Further, when the luminance of the object to be imaged is high and the amount of incident light incident on the photodiode PD is large, and the voltage according to the amount of photocharge accumulated in the source of the MOS transistor T8 increases, the logarithm of the incident light amount is natural logarithmically. A proportional voltage appears at the gate of the MOS transistor T2. Then, by applying the pulse signal φV to the gate of the MOS transistor T3, image data that is linearly or naturally logarithmically proportional to the amount of incident light is output.
[0095]
Further, the source voltage of the MOS transistor T8 immediately after the reset is changed by changing the voltage value Vb of the signal φVPG at the time of resetting or the time for applying the signal φVPG that becomes the voltage value Vb (corresponding to the time tb in FIG. 16). Thus, the potential difference between the gate and source of the MOS transistor T8 can be changed. Therefore, as in the fourth example, the voltage value Vb may be increased as the subject luminance range is narrower and the voltage value Vb may be decreased as the subject luminance range is wider. As for the time tb, similarly to the fourth example, the time tb may be lengthened as the luminance range of the subject is narrow, and the time tb may be shortened as the luminance range of the subject is wide.
[0096]
<First Embodiment>
A first embodiment of an imaging apparatus having a solid-state imaging device having the pixels of each example described above will be described with reference to the drawings. FIG. 17 is a block diagram illustrating an internal configuration of the imaging apparatus according to the present embodiment.
[0097]
The image pickup device shown in FIG. 17 includes the solid-state image pickup device 100 configured as described above and having pixels that can be automatically switched from a linear conversion operation to a logarithmic conversion operation, and an output circuit 10 of the solid-state image pickup device 100 (FIG. 1). The A / D converter 101 that converts the image data corrected with the correction data output from the digital data to the digital data, the arithmetic circuit 102 that obtains the luminance distribution of the subject from the digital data from the A / D converter 101, and the arithmetic circuit 102 The reset bias supply circuit 104 for controlling the reset bias supply circuit 104 on the basis of the luminance distribution obtained in step (2), and the reset bias supply circuit for switching and supplying the bias voltage when the solid-state imaging device 102 is reset according to the control signal of the arithmetic circuit 103. 104.
[0098]
Hereinafter, in order to simplify the description, it is assumed that the solid-state imaging device 100 is a solid-state imaging device having pixels having the configuration of the first example (FIG. 3) described above. Therefore, in this embodiment, the voltage switched by the reset bias supply voltage 104 is the voltage value VL of the signal φVPS. Further, in order to measure the luminance distribution of the subject, the voltage value VL of the signal φVPS is increased once every predetermined time so that a wide luminance range can be measured. At this time, the output from the solid-state imaging device 100 is A / It is assumed that the data is converted to digital data by the D converter 101 and then sent to the arithmetic circuit 102.
[0099]
In the imaging apparatus configured as described above, when the output for luminance distribution measurement output from the solid-state imaging device 100 every predetermined time is converted into digital data by the A / D converter 101 and sent to the arithmetic circuit 102. The frequency of each luminance is obtained, and the luminance distribution is obtained. Then, the highest luminance and the lowest luminance are obtained from the obtained luminance distribution.
[0100]
At this time, whenever the digital data for each pixel sent from the A / D converter 101 is given to the arithmetic circuit 101, the digital data with the highest luminance and the digital data with the lowest luminance are obtained, Hold as luminance and minimum luminance. Then, compare the digital data value of the next given pixel with the digital data value held as the maximum luminance and the minimum luminance, respectively, and if it is higher than the maximum luminance, the maximum luminance instead of the maximum luminance held If the luminance is lower than the lowest luminance, the luminance is held as the lowest luminance instead of the lowest luminance held. Further, when the luminance is lower than the highest luminance and higher than the lowest luminance, the held highest luminance and the lowest luminance are held as they are.
[0101]
Thus, when the arithmetic circuit 102 obtains the maximum luminance and the minimum luminance in the luminance distribution of the subject from the digital data for one field, the obtained maximum luminance and the minimum luminance are sent to the arithmetic circuit 103. The arithmetic circuit 103 first obtains the luminance range of the subject by obtaining the difference between the given maximum luminance and the minimum luminance. A control signal for controlling the reset bias supply circuit 104 is sent out according to the obtained luminance range.
[0102]
That is, when the arithmetic circuit 103 determines that the difference between the maximum luminance and the minimum luminance is large and the luminance range of the subject is wide, the potential state of the MOS transistor T1 is switched to the logarithmic conversion operation with low luminance. Therefore, a control signal for increasing the voltage value VL of the reset signal φVPS is sent to the reset bias supply circuit 104. On the contrary, when the difference between the maximum luminance and the minimum luminance is small and the luminance range of the subject is determined to be narrow, the potential state of the MOS transistor T1 is determined so that the switching to the logarithmic conversion operation is performed with high luminance. Then, a control signal for lowering the voltage value VL of the signal φVPS at the time of resetting is sent to the reset bias supply circuit 104.
[0103]
Therefore, if the arithmetic circuit 103 determines that the luminance range is wide, the reset bias supply circuit 104 sets the voltage value VL of the reset signal φVPS to a low value until it is determined that the luminance range is next narrow. And supplied to the solid-state imaging device 100. If the arithmetic circuit 103 determines that the luminance range is narrow, the reset bias supply circuit 104 sets the voltage value VL of the reset signal φVPS to a high value until it is determined that the luminance range is next wide. And supplied to the solid-state imaging device 100. This luminance range is compared with a threshold value in a plurality of stages, and the voltage value VL of the reset signal φVPS supplied from the reset bias supply circuit 104 is switched according to the threshold value range including the value. .
[0104]
<Second Embodiment>
A second embodiment of an imaging apparatus having a solid-state imaging device having the pixels of each example described above will be described with reference to the drawings. FIG. 18 is a block diagram illustrating an internal configuration of the imaging apparatus according to the present embodiment. In the imaging apparatus of FIG. 18, parts used for the same purpose as those of the imaging apparatus shown in FIG. 17 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0105]
The imaging apparatus in FIG. 18 has a configuration in which a timing generator 105 is provided instead of the reset bias supply circuit 104 in the imaging apparatus of the first embodiment (FIG. 17). The timing generator 105 determines the timing of each signal given to each pixel of the solid-state imaging device 100. In addition, the timing generator 105 switches the time for applying a bias voltage to each pixel at the time of reset in each of the above-described examples. In addition, about the other blocks 100-103, while the connection relationship is the same as that of 1st Embodiment, it becomes the same also about the operation | movement.
[0106]
Hereinafter, in order to simplify the description, it is assumed that the solid-state imaging device 100 is a solid-state imaging device having pixels having the configuration of the above-described first example (FIG. 3), as in the first embodiment. To do. Therefore, in the present embodiment, at the time of resetting, the voltage of the signal φVPS is switched to the voltage value VL. Further, in order to measure the luminance distribution of the object, the time ta (FIG. 4) for applying the voltage value VL of the signal φVPS at the time of reset is shortened once every predetermined time, and a wide luminance range can be measured. Assume that the output from the solid-state imaging device 100 is converted into digital data by the A / D converter 101 and then sent to the arithmetic circuit 102.
[0107]
According to the imaging apparatus configured as described above, as in the first embodiment, the image data output from the solid-state imaging device 100 is converted into digital data by the A / D converter 101, and is equivalent to one field every predetermined time. When given to the arithmetic circuit 102, the maximum luminance and the minimum luminance of the subject are obtained and sent to the arithmetic circuit 103. Then, the arithmetic circuit 103 obtains the luminance range of the luminance distribution of the subject from the difference between the transmitted maximum luminance and minimum luminance. The arithmetic circuit 103 gives a control signal corresponding to the width of the luminance range to the timing generator 105.
[0108]
That is, when the arithmetic circuit 103 determines that the difference between the maximum luminance and the minimum luminance is large and the luminance range of the subject is wide, the potential state of the MOS transistor T1 is switched to the logarithmic conversion operation with low luminance. Therefore, a control signal is sent to the timing generator 105 to shorten the time ta for applying the voltage value VL of the signal φVPS at the time of reset. On the contrary, when the difference between the maximum luminance and the minimum luminance is small and the luminance range of the subject is determined to be narrow, the potential state of the MOS transistor T1 is determined so that the switching to the logarithmic conversion operation is performed with high luminance. Then, a control signal is sent to the timing generator 105 so as to lengthen the time ta for applying the voltage value VL of the signal φVPS at the time of reset.
[0109]
Therefore, when the arithmetic circuit 103 determines that the luminance range is wide, the timing generator 105 sets the time ta to apply the voltage value VL of the signal φVPS at the reset time until it is determined that the luminance range is next narrow. Thus, the voltage VL of the signal φVPS is supplied to the solid-state imaging device 100. If the arithmetic circuit 103 determines that the luminance range is narrow, the timing generator 105 sets the time ta to apply the voltage value VL of the reset signal φVPS until the next determination that the luminance range is wide. Thus, the voltage value VL of the signal φVPS is supplied to the solid-state imaging device 100. As in the first embodiment, this luminance range is compared with a threshold value of a plurality of stages, and the reset signal φVPS supplied from the timing generator 105 is compared with the threshold value range including the value. The time ta for giving the voltage value VL is switched.
[0110]
Further, the reset signal φVPS given from the timing generator 105 may be given as a plurality of pulse signals as shown in FIG. 19 instead of one pulse signal as shown in FIG. At this time, if the arithmetic circuit 103 determines that the luminance range is wide, the timing generator 105 sets the number of occurrences of the pulse signal φVPS of the voltage value VL at the time of reset until it is determined that the luminance range is next narrow. And supplied to the solid-state imaging device 100. If the arithmetic circuit 103 determines that the luminance range is narrow, the timing generator 105 sets the number of occurrences of the pulse signal φVPS at the reset voltage value VL until the next determination that the luminance range is wide. And supplied to the solid-state imaging device 100.
[0111]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to adjust the dynamic range of the output from the solid-state imaging device by adjusting the potential state of the transistor without each pixel provided in the solid-state imaging device according to the luminance of the subject. Therefore, unlike the conventional case, the dynamic range is adjusted by adjusting the digital data, and the bit loss of the digital data can be prevented. Therefore, the dynamic range of the luminance distribution of the subject can be adjusted without degrading the gradation. Therefore, high-definition image data corresponding to the luminance distribution of the subject can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block circuit diagram showing a configuration of a solid-state image sensor.
2 is a circuit diagram showing a part of the solid-state imaging device of FIG. 1;
3 is a circuit diagram showing an example of a pixel configuration in the solid-state imaging device of FIG. 1. FIG.
4 is a timing chart showing the operation of the pixel having the configuration shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the luminance of a subject and the output of a solid-state image sensor.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the luminance of a subject and the output of a solid-state image sensor.
7 is a circuit diagram showing an example of a pixel configuration in the solid-state imaging device of FIG. 1;
8 is a timing chart showing the operation of the pixel having the configuration shown in FIG.
9 is a circuit diagram showing an example of a pixel configuration in the solid-state imaging device of FIG. 1. FIG.
10 is a timing chart showing the operation of the pixel having the configuration shown in FIG. 9;
11 is a circuit diagram illustrating an example of a pixel configuration in the solid-state imaging device of FIG. 1;
12 is a timing chart showing the operation of the pixel having the configuration shown in FIG.
13 is a circuit diagram showing an example of a pixel configuration in the solid-state imaging device of FIG. 1. FIG.
14 is a timing chart showing the operation of the pixel having the configuration shown in FIG.
15 is a circuit diagram showing an example of a pixel configuration in the solid-state image sensor of FIG. 1;
16 is a timing chart showing the operation of the pixel having the configuration shown in FIG.
FIG. 17 is a block diagram showing an internal configuration of the imaging apparatus according to the first embodiment.
FIG. 18 is a block diagram showing an internal configuration of the imaging apparatus according to the second embodiment.
FIG. 19 is a timing chart showing the operation of the pixel having the configuration of FIG. 3;
[Explanation of symbols]
100 Solid-state image sensor
101 A / D converter
102 Arithmetic circuit
103 arithmetic circuit
104 Reset bias supply circuit
105 Timing generator

Claims (7)

入射光量に応じた電気信号を出力する感光素子と該感光素子からの電気信号が与えられるトランジスタとを有するとともに線形変換して出力する第1状態と入射光量に応じた電気信号を対数変換して出力する第2状態との間で自動的に切換可能な複数の画素より成る固体撮像素子を有する撮像装置において、
リセット直後の前記トランジスタのポテンシャル状態を、該固体撮像素子によって撮像される被写体の輝度分布の状態に応じて変化させるバイアス調整部を有し、
リセット時において前記トランジスタに与えるバイアス電圧を与える時間の長さを切り換えることによって、前記バイアス調整部がリセット直後の前記トランジスタのポテンシャル状態を調整する
ことを特徴とする撮像装置。
A first state that includes a photosensitive element that outputs an electrical signal corresponding to the amount of incident light and a transistor that is supplied with the electrical signal from the photosensitive element, and logarithmically converts the electrical signal corresponding to the amount of incident light that is linearly converted and output. In an imaging apparatus having a solid-state imaging device composed of a plurality of pixels that can be automatically switched between a second state to be output,
The potential state of the transistor immediately after the reset, have a bias adjustment portion that changes according to the state of the luminance distribution of the subject to be imaged by the solid-state image pickup element,
The imaging apparatus , wherein the bias adjusting unit adjusts the potential state of the transistor immediately after resetting by switching a length of time for applying a bias voltage to be applied to the transistor at the time of resetting .
入射光量に応じた電気信号を出力する感光素子と該感光素子からの電気信号が与えられるトランジスタとを有するとともに線形変換して出力する第1状態と入射光量に応じた電気信号を対数変換して出力する第2状態との間で自動的に切換可能な複数の画素より成る固体撮像素子を有する撮像装置において、A first state that includes a photosensitive element that outputs an electrical signal corresponding to the amount of incident light and a transistor that is supplied with the electrical signal from the photosensitive element, and logarithmically converts the electrical signal corresponding to the amount of incident light that is linearly converted and output. In an imaging apparatus having a solid-state imaging device composed of a plurality of pixels that can be automatically switched between a second state to be output,
リセット直後の前記トランジスタのポテンシャル状態を、該固体撮像素子によって撮像される被写体の輝度分布の状態に応じて変化させるバイアス調整部を有し、A bias adjusting unit that changes a potential state of the transistor immediately after reset according to a state of a luminance distribution of a subject imaged by the solid-state imaging device;
前記画素が、The pixel is
前記感光素子となるとともに、第1電極に直流電圧が印加されたフォトダイオードと、A photodiode having a DC voltage applied to the first electrode, and the photosensitive element;
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、ゲート電極から電気信号を出力するMOSトランジスタと、A MOS transistor for connecting the first electrode and the gate electrode to the second electrode of the photodiode and outputting an electric signal from the gate electrode;
を有し、Have
前記バイアス調整部によって、By the bias adjustment unit,
前記被写体の輝度分布の輝度範囲が狭いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が大きくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整されるとともに、When the luminance range of the luminance distribution of the subject is narrow, the potential state of the MOS transistor immediately after reset is adjusted so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor is increased. ,
前記被写体の輝度分布の輝度範囲が広いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が小さくなるように、リセット直後の前記MOSトランジス タのポテンシャル状態が調整され、When the luminance range of the luminance distribution of the subject is wide, the potential state of the MOS transistor immediately after the reset is adjusted so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor is small.
前記MOSトランジスタの第2電極へ与える電圧を切り換えることによって、前記画素がリセットされ、By switching the voltage applied to the second electrode of the MOS transistor, the pixel is reset,
前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトランジスタの第2電極へ与える電圧値を切り換える時間を調整することによって、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態を調整することを特徴とする撮像装置。The image pickup apparatus, wherein the bias adjustment unit adjusts a potential state of the MOS transistor immediately after the reset by adjusting a time for switching a voltage value applied to the second electrode of the MOS transistor at the time of reset.
入射光量に応じた電気信号を出力する感光素子と該感光素子からの電気信号が与えられるトランジスタとを有するとともに線形変換して出力する第1状態と入射光量に応じた電気信号を対数変換して出力する第2状態との間で自動的に切換可能な複数の画素より成る固体撮像素子を有する撮像装置において、A first state that includes a photosensitive element that outputs an electrical signal corresponding to the amount of incident light and a transistor that is supplied with the electrical signal from the photosensitive element, and logarithmically converts the electrical signal corresponding to the amount of incident light that is linearly converted and output. In an imaging apparatus having a solid-state imaging device composed of a plurality of pixels that can be automatically switched between a second state to be output,
リセット直後の前記トランジスタのポテンシャル状態を、該固体撮像素子によって撮像される被写体の輝度分布の状態に応じて変化させるバイアス調整部を有し、A bias adjusting unit that changes a potential state of the transistor immediately after reset according to a state of a luminance distribution of a subject imaged by the solid-state imaging device;
前記画素が、The pixel is
前記感光素子となるとともに、第1電極に直流電圧が印加されたフォトダイオードと、A photodiode having a DC voltage applied to the first electrode, and the photosensitive element;
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、ゲート電極から電気信号を出力するMOSトランジスタと、A MOS transistor for connecting the first electrode and the gate electrode to the second electrode of the photodiode and outputting an electric signal from the gate electrode;
を有し、Have
前記バイアス調整部によって、By the bias adjustment unit,
前記被写体の輝度分布の輝度範囲が狭いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が大きくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整されるとともに、When the luminance range of the luminance distribution of the subject is narrow, the potential state of the MOS transistor immediately after reset is adjusted so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor is increased. ,
前記被写体の輝度分布の輝度範囲が広いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が小さくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整され、When the luminance range of the luminance distribution of the subject is wide, the potential state of the MOS transistor immediately after the reset is adjusted so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor is reduced,
前記MOSトランジスタのゲート電極及び第2電極へ与える電圧を切り換えることによって、前記画素がリセットされ、By switching the voltage applied to the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor, the pixel is reset,
前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電極及び第2電極へ与える電圧値を調整することによって、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態を調整することを特徴とする撮像装置。The imaging apparatus, wherein the bias adjusting unit adjusts a potential value of the MOS transistor immediately after resetting by adjusting a voltage value applied to the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor at resetting.
入射光量に応じた電気信号を出力する感光素子と該感光素子からの電気信号が与えられるトランジスタとを有するとともに線形変換して出力する第1状態と入射光量に応じた電気信号を対数変換して出力する第2状態との間で自動的に切換可能な複数の画素より成る固体撮像素子を有する撮像装置において、A first state that includes a photosensitive element that outputs an electrical signal corresponding to the amount of incident light and a transistor that is supplied with the electrical signal from the photosensitive element, and logarithmically converts the electrical signal corresponding to the amount of incident light that is linearly converted and output. In an imaging apparatus having a solid-state imaging device composed of a plurality of pixels that can be automatically switched between a second state to be output,
リセット直後の前記トランジスタのポテンシャル状態を、該固体撮像素子によって撮像される被写体の輝度分布の状態に応じて変化させるバイアス調整部を有し、A bias adjusting unit that changes a potential state of the transistor immediately after reset according to a state of a luminance distribution of a subject imaged by the solid-state imaging device;
前記画素が、The pixel is
前記感光素子となるとともに、第2電極に直流電圧が印加されたフォトダイオードと、A photodiode in which a direct-current voltage is applied to the second electrode;
該フォトダイオードの第1電極に、第2電極が接続されるとともに第2電極から電気信号を出力するMOSトランジスタと、A MOS transistor connected to the first electrode of the photodiode and connected to the second electrode and outputting an electric signal from the second electrode;
を有し、Have
前記バイアス調整部によって、By the bias adjustment unit,
前記被写体の輝度分布の輝度範囲が狭いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が大きくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整されるとともに、When the luminance range of the luminance distribution of the subject is narrow, the potential state of the MOS transistor immediately after reset is adjusted so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor is increased. ,
前記被写体の輝度分布の輝度範囲が広いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が小さくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整され、When the luminance range of the luminance distribution of the subject is wide, the potential state of the MOS transistor immediately after the reset is adjusted so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor is reduced,
前記MOSトランジスタの第1電極及びゲート電極それぞれへ与える電圧を切り換えることによって、前記画素がリセットされ、By switching the voltage applied to each of the first electrode and the gate electrode of the MOS transistor, the pixel is reset,
前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電極へ与える電圧値を調整することによって、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態を調整することを特徴とする撮像装置。The imaging apparatus, wherein the bias adjusting unit adjusts a potential value of the MOS transistor immediately after resetting by adjusting a voltage value applied to the gate electrode of the MOS transistor at resetting.
入射光量に応じた電気信号を出力する感光素子と該感光素子からの電気信号が与えられるトランジスタとを有するとともに線形変換して出力する第1状態と入射光量に応じた電気信号を対数変換して出力する第2状態との間で自動的に切換可能な複数の画素より成る固体撮像素子を有する撮像装置において、A first state that includes a photosensitive element that outputs an electrical signal corresponding to the amount of incident light and a transistor that is supplied with the electrical signal from the photosensitive element, and logarithmically converts the electrical signal corresponding to the amount of incident light that is linearly converted and output. In an imaging apparatus having a solid-state imaging device composed of a plurality of pixels that can be automatically switched between a second state to be output,
リセット直後の前記トランジスタのポテンシャル状態を、該固体撮像素子によって撮像される被写体の輝度分布の状態に応じて変化させるバイアス調整部を有し、A bias adjusting unit that changes a potential state of the transistor immediately after reset according to a state of a luminance distribution of a subject imaged by the solid-state imaging device;
前記画素が、The pixel is
前記感光素子となるとともに、第2電極に直流電圧が印加されたフォトダイオードと、A photodiode in which a direct-current voltage is applied to the second electrode;
該フォトダイオードの第1電極に、第2電極が接続されるとともに第2電極から電気信号を出力するMOSトランジスタと、A MOS transistor connected to the first electrode of the photodiode and connected to the second electrode and outputting an electric signal from the second electrode;
を有し、Have
前記バイアス調整部によって、By the bias adjustment unit,
前記被写体の輝度分布の輝度範囲が狭いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が大きくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整されるとともに、When the luminance range of the luminance distribution of the subject is narrow, the potential state of the MOS transistor immediately after reset is adjusted so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor is increased. ,
前記被写体の輝度分布の輝度範囲が広いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が小さくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整され、When the luminance range of the luminance distribution of the subject is wide, the potential state of the MOS transistor immediately after the reset is adjusted so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor is reduced,
前記MOSトランジスタの第1電極及びゲート電極それぞれへ与える電圧を切り換えることによって、前記画素がリセットされ、  By switching the voltage applied to each of the first electrode and the gate electrode of the MOS transistor, the pixel is reset,
前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電極へ与える電圧値を切り換える時間を調整することによって、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態を調整することを特徴とする撮像装置。The image pickup apparatus, wherein the bias adjusting unit adjusts a potential state of the MOS transistor immediately after the reset by adjusting a time for switching a voltage value applied to the gate electrode of the MOS transistor at the time of reset.
入射光量に応じた電気信号を出力する感光素子と該感光素子からの電気信号が与えられるトランジスタとを有するとともに線形変換して出力する第1状態と入射光量に応じた電気信号を対数変換して出力する第2状態との間で自動的に切換可能な複数の画素より成る固体撮像素子を有する撮像装置において、A first state that includes a photosensitive element that outputs an electrical signal corresponding to the amount of incident light and a transistor that is supplied with the electrical signal from the photosensitive element, and logarithmically converts the electrical signal corresponding to the amount of incident light that is linearly converted and output. In an imaging apparatus having a solid-state imaging device composed of a plurality of pixels that can be automatically switched between a second state to be output,
リセット直後の前記トランジスタのポテンシャル状態を、該固体撮像素子によって撮像される被写体の輝度分布の状態に応じて変化させるバイアス調整部を有し、A bias adjusting unit that changes a potential state of the transistor immediately after reset according to a state of a luminance distribution of a subject imaged by the solid-state imaging device;
前記画素が、The pixel is
前記感光素子となるとともに、第2電極に直流電圧が印加されたフォトダイオードと、A photodiode in which a direct-current voltage is applied to the second electrode;
該フォトダイオードの第1電極に、第2電極が接続されるとともに第2電極から電気信号を出力するMOSトランジスタと、A MOS transistor connected to the first electrode of the photodiode and connected to the second electrode and outputting an electric signal from the second electrode;
を有し、Have
前記バイアス調整部によって、By the bias adjustment unit,
前記被写体の輝度分布の輝度範囲が狭いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が大きくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整されるとともに、When the luminance range of the luminance distribution of the subject is narrow, the potential state of the MOS transistor immediately after reset is adjusted so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor is increased. ,
前記被写体の輝度分布の輝度範囲が広いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が小さくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整され、When the luminance range of the luminance distribution of the subject is wide, the potential state of the MOS transistor immediately after the reset is adjusted so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor is reduced,
前記MOSトランジスタのゲート電極及び第2電極へ与える電圧を切り換えることによって、前記画素がリセットされ、By switching the voltage applied to the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor, the pixel is reset,
前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電極へ与える電圧値を調整することによって、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態を調整することを特徴とする撮像装置。The imaging apparatus, wherein the bias adjusting unit adjusts a potential value of the MOS transistor immediately after resetting by adjusting a voltage value applied to the gate electrode of the MOS transistor at resetting.
入射光量に応じた電気信号を出力する感光素子と該感光素子からの電気信号が与えられるトランジスタとを有するとともに線形変換して出力する第1状態と入射光量に応じた電気信号を対数変換して出力する第2状態との間で自動的に切換可能な複数の画素より成る固体撮像素子を有する撮像装置において、A first state that includes a photosensitive element that outputs an electrical signal corresponding to the amount of incident light and a transistor that is supplied with the electrical signal from the photosensitive element, and logarithmically converts the electrical signal corresponding to the amount of incident light that is linearly converted and output. In an imaging apparatus having a solid-state imaging device composed of a plurality of pixels that can be automatically switched between a second state to be output,
リセット直後の前記トランジスタのポテンシャル状態を、該固体撮像素子によって撮像される被写体の輝度分布の状態に応じて変化させるバイアス調整部を有し、A bias adjusting unit that changes a potential state of the transistor immediately after reset according to a state of a luminance distribution of a subject imaged by the solid-state imaging device;
前記画素が、The pixel is
前記感光素子となるとともに、第2電極に直流電圧が印加されたフォトダイオードと、A photodiode in which a direct-current voltage is applied to the second electrode;
該フォトダイオードの第1電極に、第2電極が接続されるとともに第2電極から電気信号を出力するMOSトランジスタと、A MOS transistor connected to the first electrode of the photodiode and connected to the second electrode and outputting an electric signal from the second electrode;
を有し、Have
前記バイアス調整部によって、By the bias adjustment unit,
前記被写体の輝度分布の輝度範囲が狭いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が大きくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整されるとともに、When the luminance range of the luminance distribution of the subject is narrow, the potential state of the MOS transistor immediately after reset is adjusted so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor is increased. ,
前記被写体の輝度分布の輝度範囲が広いときは、前記MOSトランジスタのゲート電極と第2電極との間のポテンシャルの差が小さくなるように、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態が調整され、When the luminance range of the luminance distribution of the subject is wide, the potential state of the MOS transistor immediately after the reset is adjusted so that the potential difference between the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor is reduced,
前記MOSトランジスタのゲート電極及び第2電極へ与える電圧を切り換えることによって、前記画素がリセットされ、By switching the voltage applied to the gate electrode and the second electrode of the MOS transistor, the pixel is reset,
前記バイアス調整部が、リセット時に前記MOSトランジスタのゲート電極へ与える電圧値を切り換える時間を調整することによって、リセット直後の前記MOSトランジスタのポテンシャル状態を調整することを特徴とする撮像装置。The image pickup apparatus, wherein the bias adjusting unit adjusts a potential state of the MOS transistor immediately after the reset by adjusting a time for switching a voltage value applied to the gate electrode of the MOS transistor at the time of reset.
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