(57)【要約】【課題】  製造ばらつきを抑制して、ノイズを除去することができる画像センサを提供する。【解決手段】  画素回路３は、フォトダイオード４および定電流トランジスタ１１を含んでいる。フォトダイオード４のアノードには、グランド電圧ＧＮＤが印加される。フォトダイオード４のカソードには、定電流トランジスタ１１を介して電源電圧Ｖddが印加される。定電流トランジスタ１１は、カレントミラー回路１２の二次側トランジスタを構成している。カレントミラー回路１２は、定電流トランジスタ１１と、一次側トランジスタ１３と、定電流源１４とによって構成されている。カレントミラー回路１２は、一次側トランジスタ１３に流れる電流Ｉ1に対して予め決められた比率の電流Ｉ2を、定電流トランジスタ１１に流す。【選択図】        図１
2019106561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードと、
前記フォトダイオードに接続され、前記フォトダイオードに蓄積された光電荷を減少させるトランジスタとを備え、
前記トランジスタは予め決められた所定値の電流を流す定電流トランジスタであることを特徴とする画像センサ。
【請求項２】
前記定電流トランジスタは、一次側トランジスタに流れる電流に対して予め決められた比率の電流を流すカレントミラー回路の二次側トランジスタである請求項１に記載の画像センサ。
【請求項３】
前記カレントミラー回路は、前記一次側トランジスタに流れる電流を増加または減少させることができる請求項２に記載の画像センサ。
【請求項４】
前記カレントミラー回路の一次側トランジスタに接続された複数個の他の二次側トランジスタを有し、前記他の二次側トランジスタは他の一次側トランジスタに流れる電流に対して予め決められた比率の電流を流してなる他のカレントミラー回路をさらに備え、
前記他のカレントミラー回路は、複数個の他の二次側トランジスタのうち前記カレントミラー回路の一次側トランジスタに電流を流すものが選択可能な構成としてなる請求項３に記載の画像センサ。
【請求項５】
前記他のカレントミラー回路は、前記フォトダイオードに入力される光の露光量に応じて前記カレントミラー回路の一次側トランジスタに電流を流す前記他の二次側トランジスタを選択してなる請求項４に記載の画像センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電荷によって画像を検出する画像センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フォトダイオードにＭＯＳトランジスタを接続し、このトランジスタを用いて余剰な光電荷をフォトダイオードから除去する画像センサが知られている（例えば、非特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】David Stoppa, ISSCC(International Solid State Circuit Conference) 2015 Tutorial 10, "CMOS Sensors for 3D Imaging" p.42
【非特許文献２】相澤清晴、浜本隆之編著、「映像情報メディア基幹技術シリーズ９  ＣＭＯＳイメージセンサ」、コロナ社、2012年8月、p.177
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、非特許文献１に記載された画像センサは、フォトダイオードに接続されたＭＯＳトランジスタをスイッチとして動作させて、フォトダイオードに蓄積された光電荷を全て除去して、フォトダイオードをリセットさせるものである。しかしながら、この構成は、例えば高背景光のようなノイズ成分の光電荷だけを除去するものではないため、必要な光電荷を残すことができないという問題がある。
【０００５】
また、非特許文献２に記載された画像センサは、フォトダイオードに接続されたＭＯＳトランジスタをサブスレッショルド領域で動作させて、余剰な光電荷だけを除去している。しかしながら、この構成は、素子を作成する際のプロセスの影響を受け易く、製造ばらつきが生じる傾向がある。これに加え、非特許文献２に記載された画像センサは、電源電圧の変動や温度変動のような種々の影響も受け易いという問題がある。
【０００６】
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、製造ばらつきを抑制して、ノイズを除去することができる画像センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１の発明による画像センサは、フォトダイオードと、前記フォトダイオードに接続され、前記フォトダイオードに蓄積された光電荷を減少させるトランジスタとを備え、前記トランジスタは予め決められた所定値の電流を流す定電流トランジスタであることを特徴としている。
【０００８】
請求項２の発明では、前記定電流トランジスタは、一次側トランジスタに流れる電流に対して予め決められた比率の電流を流すカレントミラー回路の二次側トランジスタである。
【０００９】
請求項３の発明では、前記カレントミラー回路は、前記一次側トランジスタに流れる電流を増加または減少させることができる。
【００１０】
請求項４の発明では、前記カレントミラー回路の一次側トランジスタに接続された複数個の他の二次側トランジスタを有し、前記他の二次側トランジスタは他の一次側トランジスタに流れる電流に対して予め決められた比率の電流を流してなる他のカレントミラー回路をさらに備え、前記他のカレントミラー回路は、複数個の他の二次側トランジスタのうち前記カレントミラー回路の一次側トランジスタに電流を流すものが選択可能な構成としている。
【００１１】
請求項５の発明では、前記他のカレントミラー回路は、前記フォトダイオードに入力される光の露光量に応じて前記カレントミラー回路の一次側トランジスタに電流を流す前記他の二次側トランジスタを選択する構成としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、フォトダイオードには定電流トランジスタを接続したから、定電流トランジスタに流れる電流の大きさを適宜設定することによって、例えば背景光等のノイズ成分の光電荷をフォトダイオードから除去することができる。また、定電流トランジスタは所定値の電流を流すように動作するから、電流値が安定する。このため、例えばサブスレッショルド領域で動作させるトランジスタを用いた場合に比べて、プロセス、電源電圧、温度等の変動のような種々の影響を受け難く、ノイズの除去特性を安定化させることができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、定電流トランジスタはカレントミラー回路の二次側トランジスタであるから、カレントミラー回路の一次側トランジスタに流れる電流に対して一定比率の電流を、定電流トランジスタに流すことができる。また、カレントミラー回路の一次側トランジスタに流れる電流の大きさに応じて、定電流トランジスタに流れる電流の大きさを設定することができる。このため、例えば素子の製造後であっても、定電流トランジスタに流れる電流の大きさを調整することができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、カレントミラー回路は、一次側トランジスタに流れる電流を増加または減少させることができるから、一次側トランジスタに流れる電流の大きさに応じて、二次側トランジスタである定電流トランジスタに流れる電流の大きさを調整することができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、カレントミラー回路の一次側トランジスタには、他のカレントミラー回路の複数個の他の二次側トランジスタを接続した。このため、複数個の他の二次側トランジスタについて、個別にＯＮとＯＦＦを切り換えることによって、複数個の他の二次側トランジスタに流れる電流の総和を増加または減少させることができる。この結果、複数個の他の二次側トランジスタに流れる電流の総和に応じて、カレントミラー回路の一次側トランジスタに流れる電流の大きさを調整することができる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、フォトダイオードに入力される光の露光量に応じて、ＯＮ状態となる他の二次側トランジスタを選択することができる。このため、他の二次側トランジスタに流れる電流の総和を調整することができ、カレントミラー回路の一次側トランジスタに流す電流を増加または減少させることができる。また、ＯＮ状態となった他の二次側トランジスタの個数、または、互いに電流の大きさが異なる複数個の他の二次側トランジスタを切り換えることによって、カレントミラー回路の一次側トランジスタに流す電流の大きさを、デジタル量として調整することができる。このため、カレントミラー回路の一次側トランジスタに流す電流を、デジタル制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態による画像センサを示す回路図である。
【図２】図１中のフォトダイオードのカソード電圧等の一例を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態による画像センサを示す回路図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態による画像センサを示す回路図である。
【図５】本発明の第４，第５の実施の形態による画像撮影システムを示すブロック図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態による電圧設定処理を示す流れ図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態による電圧設定処理を示す流れ図である。
【図８】比較例による画像センサを示す回路図である。
【図９】図８中のフォトダイオードのカソード電圧等の一例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態による画像センサについて添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の第１の実施の形態による画像センサ１を示している。この画像センサ１は、複数の画素回路３（１個のみ図示）からなる画素部２と、電流源回路１５とを備えている。画像センサ１は、画素部２に入力される画像を撮影し、電気信号に変換して出力する。
【００２０】
画素回路３は、フォトダイオード４（ＰＤ）と、転送トランジスタ５と、フローティングディフュージョン容量６（ＦＤ）と、リセットトランジスタ７と、増幅トランジスタ８と、選択トランジスタ９と、定電流トランジスタ１１とを含んでいる。画素回路３は、半導体基板に形成されている。
【００２１】
転送トランジスタ５、リセットトランジスタ７、増幅トランジスタ８、および、選択トランジスタ９は、いずれもＮＭＯＳトランジスタによって構成されている。転送トランジスタ５のゲートには、転送トランジスタ制御信号ＴＸが印加される。リセットトランジスタ７のゲートには、リセットトランジスタ制御信号ＲＳＴが印加される。選択トランジスタ９のゲートには、選択トランジスタ制御信号ＳＥＬが印加される。
【００２２】
フォトダイオード４は、入射光の強度や光量に応じた光電荷（電子）を蓄積する。フォトダイオード４のアノードには、グランド電圧ＧＮＤが印加される。フォトダイオード４のカソードは、転送トランジスタ５のソースと接続されている。転送トランジスタ５のドレインは、リセットトランジスタ７のソースに接続されると共に、増幅トランジスタ８のゲートに接続されている。リセットトランジスタ７のドレインには、電源電圧Ｖddが印加される。増幅トランジスタ８のドレインには、電源電圧Ｖddが印加される。選択トランジスタ９のソースは、垂直信号線１０と接続されている。選択トランジスタ９のドレインは、増幅トランジスタ８のソースと接続されている。
【００２３】
フローティングディフュージョン容量６の一方の端子は、転送トランジスタ５のドレインと接続される。フローティングディフュージョン容量６は、一般に配線寄生容量で主に構成されるが、その他方の端子に、グランド電圧ＧＮＤが印加された構成とみなせる。フローティングディフュージョン容量６は、光電荷を信号電荷として蓄積し、光電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョン（フローティング領域）の等価容量である。
【００２４】
定電流トランジスタ１１は、ＰＭＯＳトランジスタによって構成されている。定電流トランジスタ１１は、カレントミラー回路１２の折返し先になる二次側トランジスタを構成している。カレントミラー回路１２は、定電流トランジスタ１１と、一次側トランジスタ１３と、定電流源１４とによって構成されている。カレントミラー回路１２は、折返し元になる一次側トランジスタ１３に流れる電流Ｉ1に対して予め決められた比率の電流Ｉ2を、定電流トランジスタ１１に流す。
【００２５】
なお、一次側トランジスタ１３に流れる電流Ｉ1と、定電流トランジスタ１１に流れる電流Ｉ2との比率は、一次側トランジスタ１３のサイズと定電流トランジスタ１１のサイズとの比率によって決まる。即ち、一次側トランジスタ１３のサイズＷ1と定電流トランジスタ１１のサイズＷ2の比率（Ｗ1／Ｗ2）に応じて、電流Ｉ1に対する電流Ｉ2の比率（Ｉ2＝Ｉ1×Ｗ2／Ｗ1）が決まる。
【００２６】
以下では、説明を簡略化するために、一次側トランジスタ１３のサイズと定電流トランジスタ１１のサイズとが同じ場合を前提に説明する。この場合、カレントミラー回路１２は、一次側トランジスタ１３の電流Ｉ1と同じ大きさの電流Ｉ2を定電流トランジスタ１１に流す。本発明はこれに限らず、一次側トランジスタ１３と定電流トランジスタ１１が、互いに異なるサイズであってもよい。
【００２７】
定電流トランジスタ１１のドレインは、フォトダイオード４のカソードに接続されている。定電流トランジスタ１１のソースには、電源電圧Ｖddが印加される。このため、定電流トランジスタ１１は、フォトダイオード４のうち光電荷（電子）を蓄積する側（カソード側）に接続されている。
【００２８】
一次側トランジスタ１３は、定電流トランジスタ１１と同じく、ＰＭＯＳトランジスタによって構成されている。一次側トランジスタ１３のドレインは、定電流源１４に接続されている。このため、一次側トランジスタ１３には、定電流源１４による電流Ｉbiasが流れる。一次側トランジスタ１３のソースには、電源電圧Ｖddが印加される。一次側トランジスタ１３のゲートは、一次側トランジスタ１３のドレインに接続されると共に、二次側トランジスタとなる定電流トランジスタ１１のゲートに接続されている。これにより、一次側トランジスタ１３のドレイン−ソース間に電流Ｉ1（Ｉ1＝Ｉbias）が流れたときには、二次側トランジスタとなる定電流トランジスタ１１のドレイン−ソース間にも、電流Ｉ1と同じ大きさの電流Ｉ2が流れる。このとき、カレントミラー回路１２のうち定電流トランジスタ１１を省いた部分が、定電流トランジスタ１１に流れる電流Ｉ2の大きさを設定する電流源回路１５を構成している。
【００２９】
なお、図１には、構成を簡略化するために、１つの増幅トランジスタ８に対し、１つのフォトダイオード４を接続した構成を示した。一般的な構成では、画素部２の面積効率を上げるために、１つの増幅トランジスタ８に対し、フォトダイオード４および転送トランジスタ５の組を複数並列接続する。この場合でも、各組の１つのフォトダイオード４に対し、１つの定電流トランジスタ１１を接続することで、図１に示した構成と同じ効果を得ることができる。
【００３０】
本発明の第１の実施の形態による画像センサ１は以上のような構成を有するものであり、次に画素回路３の動作について、図１および図２を参照して説明する。
【００３１】
図２に示すように、リセットトランジスタ７は、リセットトランジスタ制御信号ＲＳＴにより導通状態（ＯＮ）に設定される。このとき、転送トランジスタ５も、転送トランジスタ制御信号ＴＸにより導通状態に設定される。これにより、フォトダイオード４およびフローティングディフュージョン容量６は、いずれもリセットされる。リセット動作が終了すると、転送トランジスタ５およびリセットトランジスタ７は、遮断状態（ＯＦＦ）に切り換わる。
【００３２】
画素回路３のフォトダイオード４は、入射光に応じた光電荷が発生する。このため、フォトダイオード４のカソード電圧は、光電荷に応じて低下する。このとき、定電流トランジスタ１１には、カレントミラー回路１２の一次側トランジスタ１３の電流Ｉ1と同じ大きさの電流Ｉ2が流れる。このため、フォトダイオード４に発生した光電荷の一部は、電流Ｉ2に応じて除去される。これにより、カソード電圧が降下するときの傾きは、電流Ｉ2の大きさに応じて緩やかになる。
【００３３】
リセット動作が終了してから予め決められた電荷蓄積期間Ｔcが経過する前に、フローティングディフュージョン容量６の基準レベルの電圧を読み出す。このとき、選択トランジスタ９は、選択トランジスタ制御信号ＳＥＬにより一時的に導通状態（ＯＮ）に設定される。これにより、フォトダイオード４の光電荷の転送前の状態で、フローティングディフュージョン容量６の電圧が垂直信号線１０へ出力される。基準レベルの読み出し動作が終了すると、選択トランジスタ９は遮断状態（ＯＦＦ）に切り換わる。
【００３４】
次に、リセット動作が終了してから電荷蓄積期間Ｔcが経過すると、フォトダイオード４に蓄積された光電荷の信号を読み出す。このとき、転送トランジスタ５は、転送トランジスタ制御信号ＴＸにより導通状態（ＯＮ）に設定される。選択トランジスタ９も、選択トランジスタ制御信号ＳＥＬにより導通状態（ＯＮ）に設定される。
【００３５】
フォトダイオード４に蓄積された光電荷は、導通状態に設定された転送トランジスタ５を経由して、フローティングディフュージョンに転送され、フローティングディフュージョン容量６は、充電される。増幅トランジスタ８は、このフローティングディフュージョン容量６の電圧を増幅し、選択トランジスタ９を経由して、垂直信号線１０へ出力する。
【００３６】
ここで、フォトダイオード４には、入射光の光量に応じた光電荷が蓄積される。従って、図２中の二点鎖線に示すように、定電流トランジスタ１１からの電流Ｉ2が供給されない場合（Ｉ2＝０）には、背景光の光電荷によって、フォトダイオード４が飽和してしまうことがある。
【００３７】
そこで、本実施の形態による画像センサ１は、定電流トランジスタ１１に電流Ｉ2を流すことによって、背景光の光電荷を除去している。このような、余剰な光電荷の除去効果について、以下に具体的に説明する。
【００３８】
まず、図８に示す比較例による画像センサ２１について、背景光の光電荷の除去動作を説明する。この比較例による画像センサ２１は、第１の実施の形態による画素回路３と同様な画素回路２２を備えている。このため、画素回路２２は、フォトダイオード４と、転送トランジスタ５と、フローティングディフュージョン容量６と、リセットトランジスタ７と、増幅トランジスタ８と、選択トランジスタ９とを含んでいる。
【００３９】
但し、フォトダイオード４のカソードは、ＮＭＯＳトランジスタ２３のソースと接続されている。ＮＭＯＳトランジスタ２３のドレインには、電源電圧Ｖddを供給している。この点で、比較例の画像センサ２１は、第１の実施の形態による画像センサ１とは異なる。
【００４０】
図９に、比較例による画像センサ２１を動作させる場合のタイミングチャートの一例を示す。このタイミングチャートは、例えばデジタルカメラのようにメカニカルなシャッタを想定せず、常に光が入射していることを想定している。そのため、常に光電荷がフォトダイオード４で発生する。さらに、入射光強度を一定と想定すると、電荷蓄積期間Ｔc中にフォトダイオード４では単位時間当たり一定量の光電荷が発生し、フォトダイオード４のカソード電圧は、一定の傾きで下降する。
【００４１】
例えば、ＮＭＯＳトランジスタ２３からの電流Ｉstが供給されない場合（Ｉst＝０）には、入射光強度が強過ぎると、フォトダイオード４に蓄積された光電荷が、飽和電子数まで達する。この場合には、図９中の二点鎖線に示すように、電荷蓄積期間Ｔcの途中で下限電圧まで達し、正常な信号レベルが読み出すことができなくなる。
【００４２】
このとき、比較例による画像センサ２１では、ＮＭＯＳトランジスタ２３を閾値以下のサブスレッショルド領域で動作（弱反転動作）させている。これにより、フォトダイオード４に電流Ｉstが流れるから、図９中の実線に示すように、フォトダイオード４のカソード電圧は、その変化の傾きが緩やかになる。このため、信号レベルの読み出しタイミングで下限電圧に張り付くことは、回避できる。
【００４３】
しかしながら、ＮＭＯＳトランジスタ２３を弱反転動作させた場合には、プロセス変動、電源変動、ゲート電圧変化、温度変化の影響を受け易く、電流Ｉstは不安定な傾向がある。この結果、図９中に破線で示すように、フォトダイオード４のカソード電圧の傾きは、画素毎に、また同じ画素でも時間によってばらついてしまうという問題がある。
【００４４】
次に、第１の実施の形態による画像センサ１について、背景光の光電荷の除去動作を説明する。
【００４５】
図２に、第１の実施の形態による画像センサ１を動作させる場合のタイミングチャートの一例を示す。図２では、図９と同様に、入射光強度が一定の場合を想定している。このとき、電荷蓄積期間Ｔc中にフォトダイオード４では単位時間当たり一定の光電荷が発生し、フォトダイオード４のカソード電圧は、一定の傾きで下降する。
【００４６】
このとき、本実施の形態の画像センサ１では、フォトダイオード４にはカレントミラー回路１２の二次側トランジスタとなる定電流トランジスタ１１を接続した。この定電流トランジスタ１１を経由して一定の電流Ｉ2が供給されると、フォトダイオード４に蓄積された光電荷が、電源電圧Ｖdd側（電源）に排出される。
【００４７】
第１の実施の形態では、定電流トランジスタ１１はカレントミラー回路１２を構成しているため、フォトダイオード４に予め決められた電流Ｉ2を安定的に供給することができる。これにより、フォトダイオード４に過剰な光電荷が蓄積されるのを抑制することができる。この結果、高強度の背景光が入射されたときでも、電荷蓄積期間Ｔcの間にフォトダイオード４が飽和するのを抑制することができる。従って、背景光の影響を低減して、検出対象物からの光に応じた所望の信号レベルを検出することができる。
【００４８】
また、第１の実施の形態では、定電流トランジスタ１１を飽和領域で動作させる。このため、プロセスの影響を受け難く、素子毎の特性ばらつきを抑制することができる。これに加えて、電源電圧Ｖddの変動や温度変化の影響を受け難く、信号レベルを安定させることができる。この結果、第１の実施の形態では、画素毎のばらつきや同じ画素での経時変化を抑えることができる。
【００４９】
かくして、第１の実施の形態によれば、フォトダイオード４には定電流トランジスタ１１を接続したから、定電流トランジスタ１１に流れる電流Ｉ2の大きさを適宜設定することによって、例えば背景光等のノイズ成分の光電荷をフォトダイオード４から除去することができる。また、定電流トランジスタ１１は所定値の電流Ｉ2を流すように動作するから、電流Ｉ2の大きさ（電流値）が安定する。このため、プロセス、電源電圧、温度等の変動のような種々の影響を受け難く、ノイズの除去特性を安定化させることができる。
【００５０】
また、定電流トランジスタ１１はカレントミラー回路１２の二次側トランジスタであるから、カレントミラー回路１２の一次側トランジスタ１３に流れる電流Ｉ1と同じ大きさの電流Ｉ2を定電流トランジスタ１１に流すことができる。また、カレントミラー回路１２の一次側トランジスタ１３に流れる電流Ｉ1の大きさに応じて、定電流トランジスタ１１に流れる電流Ｉ2の大きさを設定することができる。このため、例えば素子の製造後であっても、定電流トランジスタ１１に流れる電流の大きさを調整することができる。
【００５１】
なお、比較例のように、ＮＭＯＳトランジスタのみで構成される画素回路２２に対し、第１の実施の形態では、定電流トランジスタ１１となるＰＭＯＳトランジスタを追加している。このため、画像センサ１は、画素サイズが大きくなる傾向がある。一方、観賞用で一般的なデジタルカメラや携帯端末などに要求される高画素数の画像センサと比較して、測距用の画像センサ１では、低画素数のため画素サイズ縮小の要求が低く、高背景光対策が必要となる。このため、測距用の画像センサ１に本発明を適用したときには、その効果が大きい。
【００５２】
次に、図３は本発明の第２の実施の形態を示している。第２の実施の形態の特徴は、ＮＭＯＳトランジスタを用いてカレントミラー回路を構成したことにある。なお、第２の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５３】
第２の実施の形態による画像センサ３１は、第１の実施の形態による画像センサ１と同様に、複数の画素回路３３（１個のみ図示）からなる画素部３２と、電流源回路３７とを備えている。
【００５４】
画素回路３３は、第１の実施の形態による画素回路３とほぼ同様に構成されている。このため、画素回路３３は、フォトダイオード４と、転送トランジスタ５と、フローティングディフュージョン容量６と、リセットトランジスタ７と、増幅トランジスタ８と、選択トランジスタ９と、定電流トランジスタ３４とを含んでいる。
【００５５】
第２の実施の形態では、フォトダイオード４のカソードには、電源電圧Ｖddが印加される。フォトダイオード４のアノードは、転送トランジスタ５のソースと接続されている。この場合、フォトダイオード４は、入射光の強度や光量に応じた光電荷（正孔）を蓄積する。
【００５６】
また、リセットトランジスタ７のドレインには、グランド電圧ＧＮＤとＮＭＯＳトランジスタの閾値電圧Ｖthとを加算した値よりも大きなリセット電圧Ｖreset（Ｖreset＞ＧＮＤ＋Ｖth）が印加される。
【００５７】
定電流トランジスタ３４は、他のトランジスタ５，７，８，９と同様に、ＮＭＯＳトランジスタによって構成されている。定電流トランジスタ３４は、カレントミラー回路３５の折返し先になる二次側トランジスタを構成している。カレントミラー回路３５は、定電流トランジスタ３４と、一次側トランジスタ３６と、定電流源１４とによって構成されている。カレントミラー回路３５は、折返し元になる一次側トランジスタ３６に流れる電流Ｉ1に対して予め決められた比率の電流Ｉ2を、定電流トランジスタ３４に流す。
【００５８】
なお、一次側トランジスタ３６に流れる電流Ｉ1と、定電流トランジスタ３４に流れる電流Ｉ2との比率は、一次側トランジスタ３６のサイズと定電流トランジスタ３４のサイズとの比率によって決まる。以下では、説明を簡略化するために、一次側トランジスタ３６のサイズと定電流トランジスタ３４のサイズとが同じ場合、即ち電流Ｉ1と電流Ｉ2が同じ大きさとなる場合を前提に説明する。本発明はこれに限らず、一次側トランジスタ３６と定電流トランジスタ３４が、互いに異なるサイズであってもよい。
【００５９】
定電流トランジスタ３４のドレインは、フォトダイオード４のアノードに接続されている。定電流トランジスタ３４のソースには、グランド電圧ＧＮＤが印加される。このため、定電流トランジスタ３４は、フォトダイオード４のうち光電荷（正孔）を蓄積する側（アノード側）に接続されている。
【００６０】
一次側トランジスタ３６は、定電流トランジスタ３４と同じく、ＮＭＯＳトランジスタによって構成されている。一次側トランジスタ３６のドレインには、定電流源１４を介して、電源電圧Ｖddが印加される。一次側トランジスタ３６のソースには、グランド電圧ＧＮＤが印加される。一次側トランジスタ３６のゲートは、一次側トランジスタ３６のドレインに接続されると共に、二次側トランジスタとなる定電流トランジスタ３４のゲートに接続されている。これにより、一次側トランジスタ３６のドレイン−ソース間に電流Ｉ1（Ｉ1＝Ｉbias）が流れたときには、二次側トランジスタとなる定電流トランジスタ３４のドレイン−ソース間にも、電流Ｉ1と同じ大きさの電流Ｉ2が流れる。このとき、カレントミラー回路３５のうち定電流トランジスタ３４を省いた部分が、定電流トランジスタ３４に流れる電流Ｉ2の大きさを設定する電流源回路３７を構成している。
【００６１】
かくして、第２の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。第１の実施の形態と比較して、第２の実施の形態では、ＰＭＯＳトランジスタを追加せずＮＭＯＳトランジスタのみで画素回路３３を構成することができるから、製造工程において、マスク追加が不要となり、製造コストの増大を抑制することができる。
【００６２】
一方、光電荷が正孔を用いているため、電荷移動度が低くなる。これに加えて、リセット電圧Ｖresetは、電源電圧Ｖddやグランド電圧ＧＮＤとは別個に安定して供給する必要がある。即ち、フォトダイオード４に蓄積された光電荷をリセットする場合、第１の実施の形態では、電源電圧Ｖdd側に光電荷（電子）を放出することで、増幅トランジスタ８のソース電圧は、電源電圧Ｖdd寄りに上昇する。これに対し、第２の実施の形態では、光電荷（正孔）をグランド寄りに放出するため、リセット時、増幅トランジスタ８のソース電圧は、グランド電圧ＧＮＤ寄りに下降する。しかし、増幅トランジスタ８のゲート電圧は、ソース電圧より閾値電圧Ｖth分、高く設定しなければ、増幅トランジスタ８がオフ状態となり、リセット電圧Ｖresetに対応する電圧を増幅トランジスタ８のソースに出力できなくなる。そのため、リセットトランジスタ７のドレインに供給するリセット電圧Ｖresetをグランド電圧ＧＮＤより閾値電圧Ｖth以上、高く設定する必要があり、別途リセット電圧線３８が必要となる。
【００６３】
次に、図４は本発明の第３の実施の形態を示している。第３の実施の形態の特徴は、カレントミラー回路が一次側トランジスタに流れる電流を可変に設定できる構成としたことにある。なお、第３の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６４】
第３の実施の形態による画像センサ４１は、第１の実施の形態による画像センサ１と同様に、複数の画素回路３（１個のみ図示）からなる画素部２と、電流源回路４９とを備えている。
【００６５】
定電流トランジスタ１１は、カレントミラー回路４２の折返し先になる二次側トランジスタを構成している。カレントミラー回路４２は、定電流トランジスタ１１と、一次側トランジスタ４３と、定電流源１４を含む可変電流源回路４４とによって構成されている。カレントミラー回路４２は、折返し元になる一次側トランジスタ４３に流れる電流Ｉ1に対して予め決められた比率の電流Ｉ2を、定電流トランジスタ１１に流す。
【００６６】
なお、一次側トランジスタ４３に流れる電流Ｉ1と、定電流トランジスタ１１に流れる電流Ｉ2との比率は、一次側トランジスタ４３のサイズと定電流トランジスタ１１のサイズとの比率によって決まる。以下では、説明を簡略化するために、一次側トランジスタ４３のサイズと定電流トランジスタ１１のサイズとが同じ場合、即ち電流Ｉ1と電流Ｉ2が同じ大きさとなる場合を前提に説明する。本発明はこれに限らず、一次側トランジスタ４３と定電流トランジスタ１１が、互いに異なるサイズであってもよい。
【００６７】
一次側トランジスタ４３は、定電流トランジスタ１１と同じく、ＰＭＯＳトランジスタによって構成されている。一次側トランジスタ４３のドレインは、可変電流源回路４４を構成する複数個（例えばｍ個）の電流設定用二次側トランジスタ４６のドレインに接続されている。一次側トランジスタ４３のソースには、電源電圧Ｖddが印加される。一次側トランジスタ４３のゲートは、一次側トランジスタ４３のドレインに接続されると共に、二次側トランジスタとなる定電流トランジスタ１１のゲートに接続されている。これにより、一次側トランジスタ４３のドレイン−ソース間に電流Ｉ1が流れたときには、二次側トランジスタとなる定電流トランジスタ１１のドレイン−ソース間にも、電流Ｉ1と同じ大きさの電流Ｉ2が流れる。
【００６８】
可変電流源回路４４は、他のカレントミラー回路を構成している。可変電流源回路４４は、定電流源１４と、電流設定用一次側トランジスタ４５（他の一次側トランジスタ）と、複数個の電流設定用二次側トランジスタ４６（他の二次側トランジスタ）とを含んでいる。可変電流源回路４４は、折返し元になる電流設定用一次側トランジスタ４５に流れる電流Ｉaに対して予め決められた比率の電流Ｉbを、折返し先になる電流設定用二次側トランジスタ４６に流す。
【００６９】
なお、電流設定用一次側トランジスタ４５に流れる電流Ｉaと、電流設定用二次側トランジスタ４６に流れる電流Ｉbとの比率は、電流設定用一次側トランジスタ４５のサイズと電流設定用二次側トランジスタ４６のサイズとの比率によって決まる。以下では、説明を簡略化するために、電流設定用一次側トランジスタ４５のサイズと電流設定用二次側トランジスタ４６のサイズとが同じ場合、即ち電流Ｉaと電流Ｉbが同じ大きさとなる場合を前提に説明する。
【００７０】
本発明はこれに限らず、電流設定用一次側トランジスタ４５と電流設定用二次側トランジスタ４６が、互いに異なるサイズであってもよい。また、複数個の電流設定用二次側トランジスタ４６も、互いに異なるサイズであってもよい。この場合、複数個の電流設定用二次側トランジスタ４６のサイズの比率は、例えばバイナリー符号や温度計符号に応じたものでもよく、他の符号に応じたものでもよい。複数個の電流設定用二次側トランジスタ４６を互いに異なるサイズに形成した場合には、複数個の電流設定用二次側トランジスタ４６に流れる電流Ｉbを、互いに異なる大きさにすることができる。このため、一次側トランジスタ４３に流れる電流Ｉ1の大きさを調整するときの自由度を高めることができる。
【００７１】
電流設定用一次側トランジスタ４５および電流設定用二次側トランジスタ４６は、いずれもＮＭＯＳトランジスタによって構成されている。電流設定用一次側トランジスタ４５のドレインには、定電流源１４を介して、電源電圧Ｖddが印加される。電流設定用一次側トランジスタ４５のソースには、グランド電圧ＧＮＤが印加される。電流設定用一次側トランジスタ４５のゲートは、電流設定用一次側トランジスタ４５のドレインに接続されると共に、第１のスイッチ４７を介して電流設定用二次側トランジスタ４６のゲートに接続されている。
【００７２】
電流設定用二次側トランジスタ４６のドレインは、一次側トランジスタ４３のドレインに接続されている。電流設定用二次側トランジスタ４６のソースには、グランド電圧ＧＮＤが印加される。電流設定用二次側トランジスタ４６のゲートは、第１のスイッチ４７を介して電流設定用二次側トランジスタ４６のゲートに接続されると共に、第２のスイッチ４８を介してグランドに接続されている。
【００７３】
第１のスイッチ４７には、例えばデータ処理部（図示せず）から制御信号がそのまま入力される。第２のスイッチ４８には、データ処理部から制御信号がＮＯＴ回路４８Ａを介して入力される。このため、第１，第２のスイッチ４７，４８には、データ処理部から互いに逆の切換状態となるような制御信号が入力される。これにより、第１，第２のスイッチ４７，４８は、一方が接続状態（ＯＮ）となったときに、他方が遮断状態（ＯＦＦ）となるように動作する。
【００７４】
このとき、複数個の電流設定用二次側トランジスタ４６のうち、そのゲートが電流設定用一次側トランジスタ４５のゲートに接続されたものは、電流設定用一次側トランジスタ４５のドレイン−ソース間の電流Ｉa（Ｉa＝Ｉbias）をコピーする。即ち、電流設定用二次側トランジスタ４６のドレイン−ソース間にも、電流Ｉaと同じ大きさの電流Ｉbが流れる。一方、複数個の電流設定用二次側トランジスタ４６のうちそのゲートがグランドに接続されたものは、ＯＦＦ状態となり、ドレイン−ソース間には電流Ｉbは流れなくなる（Ｉb＝０）。
【００７５】
このように、第１，第２のスイッチ４７，４８は、複数個の電流設定用二次側トランジスタ４６から電流Ｉaのコピーを実行するものを選択するものである。従って、全ての第１のスイッチ４７がＯＮのときには、電流Ｉa（Ｉa＝Ｉbias）のｍ倍の大きさとなった電流Ｉ1が、カレントミラー回路４２の一次側トランジスタ４３に流れる。一方、全ての第１のスイッチ４７がＯＦＦのときには、カレントミラー回路４２の一次側トランジスタ４３には電流Ｉ1が流れなくなる。一次側トランジスタ４３に流れる電流Ｉ1の大きさは電流Ｉbの総和によって決まるから、電流Ｉ1の大きさを、第１のスイッチ４７がＯＮになる個数によって調整することができる。
【００７６】
このとき、カレントミラー回路４２のうち定電流トランジスタ１１を省いた部分が、定電流トランジスタ１１に流れる電流Ｉ2の大きさを設定する電流源回路４９を構成している。
【００７７】
かくして、第３の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。第３の実施の形態では、カレントミラー回路４２の一次側トランジスタ４３に接続された複数個の電流設定用二次側トランジスタ４６を有する他のカレントミラー回路（可変電流源回路４４）をさらに備えた。これに加え、可変電流源回路４４は、複数個の電流設定用二次側トランジスタ４６のうちカレントミラー回路４２の一次側トランジスタ４３に電流を流すものが選択可能な構成とした。このため、複数個の電流設定用二次側トランジスタ４６の動作状態を切り換えることによって、カレントミラー回路４２の一次側トランジスタ４３に流れる電流の大きさを調整することができる。
【００７８】
なお、第３の実施の形態では、複数個の電流設定用二次側トランジスタ４６に流れる電流Ｉbを互いに同じ大きさにしたが、複数個の電流設定用二次側トランジスタ４６に流れる電流Ｉbを、互いに異なる大きさにしてもよい。この場合、ＯＮ状態となる電流設定用二次側トランジスタ４６の個数に限らず、ＯＮ状態となる電流設定用二次側トランジスタ４６を切り換えることによって、カレントミラー回路４２の一次側トランジスタ４３に流す電流Ｉ1を調整することができる。このため、例えば複数個の電流設定用二次側トランジスタ４６に流れる電流Ｉbの比率をバイナリー符号等に応じて設定したときには、カレントミラー回路４２の一次側トランジスタ４３に流す電流Ｉ1を、デジタル制御することができる。
【００７９】
また、第３の実施の形態は、第１の実施の形態による画素部２（画素回路３）に適用した場合を例示したが、第２の実施の形態による画素部３２（画素回路３３）に適用してもよい。
【００８０】
次に、図５および図６は本発明の第４の実施の形態を示している。第４の実施の形態の特徴は、第１の実施の形態による画像センサを用いて画像撮影システムを構成したことにある。なお、第４の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００８１】
画像撮影システム５１は、第１の実施の形態による画像センサ１と、読み出し部５２と、データ処理部５３とを備えている。なお、画像撮影システム５１の画像センサ１、読み出し部５２およびデータ処理部５３は、近年、互いの半導体基板が同一化される傾向にある。本発明では、画像センサ１、読み出し部５２およびデータ処理部５３の半導体基板は、互いに同一か、別個かは問わない。
【００８２】
読み出し部５２は、プログラマブルゲインアンプおよびＡ／Ｄ変換回路を備えている。読み出し部５２は、画素部２（画素回路３）が垂直信号線１０を経由して出力するアナログ信号を、デジタル信号に変換して出力する。このため、読み出し部５２は、画素部２によって撮影された撮影画像のデジタル信号を、画素出力信号としてデータ処理部５３に出力する。
【００８３】
データ処理部５３は、ロジックＩＣ、マイクロプロセッサ等によって構成されている。データ処理部５３は、入力側が読み出し部５２に接続され、出力側が電流源回路１５に接続されている。データ処理部５３は、図６に示す電流設定処理を実行し、読み出し部５２からの画素出力信号に応じて、電流源回路１５を制御する。これにより、画素回路３の定電流トランジスタ１１に流れる電流Ｉ2は、画素出力信号に応じて調整される。
【００８４】
次に、データ処理部５３による電流設定処理について、図６を参照しつつ説明する。なお、電流設定処理の開始時には、フレーム用のカウンタｎの初期値は「１」に設定されているものとする。
【００８５】
電流設定処理が開始されると、まずステップ１〜３が実行される。ステップ１では、データ処理部５３等の電源をＯＮに切り換えて、データ処理部５３等を起動する。ステップ２では、フォトダイオード４が飽和するか否かを判定するための判定値Ｄsatをレジスタに設定する。ステップ３では、画像センサ１によって撮像を開始する。
【００８６】
続くステップ４では、現在のカウンタｎの値に応じてｎ番目のフレームについて画素出力信号の平均値Ｄaveを取得し、ステップ５に移行する。なお、平均値Ｄaveは、フレーム内の全画素の演算結果に限定せず、間引いた画素での演算結果であってもよい。
【００８７】
ステップ５では、画素出力信号の平均値Ｄaveが判定値Ｄsatよりも小さいか否かを判定する。ステップ５で「ＮＯ」と判定したときには、画素出力信号の平均値Ｄaveが判定値Ｄsatよりも大きく（Ｄsat≦Ｄave）、フォトダイオード４が入射光によって飽和する状態になっている。このため、ステップ６に移行して、データ処理部５３は電流源回路１５を制御し、次フレーム（ｎ＋１番目のフレーム）の画素出力信号を取得するときに、一次側トランジスタ１３に流れる電流Ｉ1の供給を開始させる。これにより、画素回路３の定電流トランジスタ１１は、電流Ｉ1と同じ大きさの電流Ｉ2が流れるから、フォトダイオード４に蓄積される光電荷は、その一部が電流Ｉ2に応じて除去される。この結果、フォトダイオード４の飽和を抑制して、撮影画像に応じた信号レベルを取得することができる。
【００８８】
一方、ステップ５で「ＹＥＳ」と判定したときには、画素出力信号の平均値Ｄaveが判定値Ｄsatよりも小さく（Ｄsat＞Ｄave）、フォトダイオード４が入射光によって飽和しない状態となっている。このため、ステップ７に移行して、データ処理部５３は電流源回路１５を制御し、次フレーム（ｎ＋１番目のフレーム）の画素出力信号を取得するときに、一次側トランジスタ１３に流れる電流Ｉ1の供給を停止させる。これにより、画素回路３の定電流トランジスタ１１に流れる電流Ｉ2も停止するから、フォトダイオード４は、入射光の強度等に応じた光電荷を全て蓄積する。この結果、フォトダイオード４に蓄積された光電荷に基づいて、撮影画像に応じた信号レベルを取得することができる。
【００８９】
ステップ６，７の処理が終了すると、ステップ８に移行して、カウンタｎの値を１つ増加させる。続くステップ９では、カウンタｎの値に基づいて、撮像が終了しているか否かを判定する。具体的には、カウンタｎの値が全てのフレームの数に応じた値Ｎよりも大きい（ｎ＞Ｎ）か否かを判定する。ステップ９で「ＮＯ」と判定したときには、撮像が終了していないから、ステップ４以降の処理を繰り返す。
【００９０】
一方、ステップ９で「ＹＥＳ」と判定したときには、全てのフレームについて電流の設定が終了している。このため、ステップ１０に移行して、データ処理部５３等の電源をＯＦＦに切り換えて、データ処理部５３等を停止させる。
【００９１】
かくして、第４の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。第４の実施の形態では、前フレームでの露光量に応じて、次フレームの画素出力信号を取得するときに、電流源回路１５（一次側トランジスタ１３）に流れる電流Ｉ1のＯＮとＯＦＦを設定する。このため、フォトダイオード４の飽和を抑制しつつ、撮影画像の画素出力信号を取得することができる。
【００９２】
なお、第４の実施の形態では、第１の実施の形態による画像センサ１を用いた場合を例示したが、第２の実施の形態による画像センサ３１を用いてもよい。
【００９３】
次に、図５および図７は本発明の第５の実施の形態を示している。第５の実施の形態の特徴は、第３の実施の形態による画像センサを用いて画像撮影システムを構成したことにある。なお、第５の実施の形態では、前述した第３の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００９４】
画像撮影システム６１は、第３の実施の形態による画像センサ４１と、読み出し部６２と、データ処理部６３とを備えている。
【００９５】
読み出し部６２は、第４の実施の形態による読み出し部５２をほぼ同様に構成されている。読み出し部６２は、画素回路３が垂直信号線１０を経由して出力するアナログ信号を、デジタル信号に変換して出力する。このため、読み出し部６２は、画素部２によって撮影された撮影画像のデジタル信号を、画素出力信号としてデータ処理部６３に出力する。
【００９６】
データ処理部６３は、ロジックＩＣ、マイクロプロセッサ等によって構成されている。データ処理部６３は、入力側が読み出し部６２に接続され、出力側が電流源回路４９に接続されている。データ処理部６３は、図７に示す電流設定処理を実行し、読み出し部６２からの画素出力信号に応じて、電流源回路４９を制御する。これにより、画素回路３の定電流トランジスタ１１に流れる電流Ｉ2は、画素出力信号に応じて調整される。
【００９７】
次に、データ処理部６３による電流設定処理について、図７を参照しつつ説明する。なお、電流設定処理の開始時には、フレーム用のカウンタｎの初期値は「１」に設定されているものとする。
【００９８】
電流設定処理が開始されると、まずステップ１１〜１３が実行される。ステップ１１では、データ処理部６３等の電源をＯＮに切り換えて、データ処理部６３等を起動する。ステップ１２では、フォトダイオード４が飽和するか否かを判定するための判定値Ｄsatと、フォトダイオード４に蓄積される光電荷が不足するか否かを判定するための判定値Ｄminとをそれぞれレジスタに設定する。このとき、判定値Ｄsatは、適切な撮像を行うために必要な画素出力信号の最高値に対応している。また、判定値Ｄminは、適切な撮像を行うために必要な画素出力信号の最低値に対応している。ステップ１３では、画像センサ４１によって撮像を開始する。
【００９９】
続くステップ１４では、現在のカウンタｎの値に応じてｎ番目のフレームについて画素出力信号の平均値Ｄaveを取得する。なお、平均値Ｄaveは、フレーム内の全画素の演算結果に限定せず、間引いた画素での演算結果であってもよい。
【０１００】
続くステップ１５では、画素出力信号の平均値Ｄaveが判定値Ｄsatよりも小さいか否かを判定する。ステップ１５で「ＮＯ」と判定したときには、画素出力信号の平均値Ｄaveが判定値Ｄsatよりも大きく（Ｄsat≦Ｄave）、フォトダイオード４が入射光によって飽和する状態になっている。このため、ステップ１６に移行して、データ処理部６３は電流源回路４９を制御し、次フレーム（ｎ＋１番目のフレーム）の画素出力信号を取得するときに、一次側トランジスタ４３に流れる電流Ｉ1を増加させる。
【０１０１】
一方、ステップ１５で「ＹＥＳ」と判定したときには、画素出力信号の平均値Ｄaveは判定値Ｄsatよりも小さい（Ｄsat＞Ｄave）。このため、ステップ１７に移行して、画素出力信号の平均値Ｄaveが判定値Ｄminよりも大きいか否かを判定する。
【０１０２】
ステップ１７で「ＮＯ」と判定したときには、画素出力信号の平均値Ｄaveが判定値Ｄminよりも小さく（Ｄmin≧Ｄave）、画素出力信号が過度に低下した状態になっている。このため、ステップ１８に移行して、データ処理部６３は電流源回路４９を制御し、次フレーム（ｎ＋１番目のフレーム）の画素出力信号を取得するときに、一次側トランジスタ４３に流れる電流Ｉ1を減少させる。
【０１０３】
一方、ステップ１７で「ＹＥＳ」と判定したときには、画素出力信号の平均値Ｄaveは判定値Ｄminよりも大きい（Ｄmin＜Ｄave）。このため、ステップ１９に移行して、データ処理部６３は、次フレーム（ｎ＋１番目のフレーム）の画素出力信号を取得するときに、一次側トランジスタ４３に流れる電流Ｉ1の大きさを、現在の値に固定する。
【０１０４】
ステップ１６，１８，１９の処理が終了すると、ステップ２０に移行して、カウンタｎの値を１つ増加させる。続くステップ２１では、カウンタｎの値に基づいて、撮像が終了しているか否かを判定する。具体的には、カウンタｎの値が全てのフレームの数に応じた値Ｎよりも大きい（ｎ＞Ｎ）か否かを判定する。ステップ２１で「ＮＯ」と判定したときには、撮像が終了していないから、ステップ１４以降の処理を繰り返す。
【０１０５】
一方、ステップ２１で「ＹＥＳ」と判定したときには、全てのフレームについて電流の設定が終了している。このため、ステップ２２に移行して、データ処理部６３等の電源をＯＦＦに切り換えて、データ処理部６３等を停止させる。
【０１０６】
次に、図７に示す電流設定処理を踏まえて、画像撮影システム６１の具体的な動作について説明する。
【０１０７】
第１のフレームでの画像データの平均値Ｄaveが所定の明るさ以上の場合、高背景光であると判定する。このため、画像撮影システム６１は、フォトダイオード４の蓄積部の過剰な光電荷を一定電流Ｉ2で放出するために、次の第２のフレームで一定電流Ｉ2を大きくする。さらに、第２のフレームでも画像データの平均値Ｄaveが所定の明るさ以上の場合、再び高背景光であると判定する。このため、画像撮影システム６１は、その次の第３のフレームで一定電流Ｉ2をさらに大きくする。
【０１０８】
このように、画像撮影システム６１は、画像データの平均値Ｄaveが、レジスタ等で設定された判定値Ｄsatによって設定した所定の明るさ以下に収まるまで、一定電流Ｉ2を大きくする。これにより、画像撮影システム６１は、高背景光による光電荷を除去する。
【０１０９】
また、被写体や背景光も常に変化する。このため、背景光が弱くなった場合は、画像撮影システム６１は、レジスタ等で設定された判定値Ｄminにより設定した所定の明るさ以上に収まるまで、一定電流Ｉ2を小さくする、または、一定電流Ｉ2を停止させる。これにより、画像撮影システム６１は、被写体の所望信号が黒潰れするのを防止する。
【０１１０】
従って、図２のタイミングチャートにおいて、画像撮影システム６１の電流制御を反映した場合、フォトダイオード４のカソード電圧の傾きが制御されることになる。即ち、定電流トランジスタ１１の電流Ｉ2が大きいほど光電荷の排出が増える。このため、電荷蓄積期間Ｔc等では、フォトダイオード４の電圧の傾きは小さくなり、光電荷がフォトダイオード４内に飽和し難くなる。一方、入射光強度が弱い場合、定電流トランジスタ１１の電流Ｉ2を小さくすれば、フォトダイオード４の電圧の傾きが大きくなるよう制御することができる。
【０１１１】
かくして、第５の実施の形態でも、第１，第３，第４の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。第５の実施の形態では、前のフレームの露光量に対応して、定電流トランジスタ１１に流れる電流Ｉ2の大きさをデジタル制御する。このとき、フォトダイオード４に入力される光の露光量に応じてカレントミラー回路４２の一次側トランジスタ４３に流す電流を増加または減少させる。このため、画像撮影システム６１は、撮影環境（被写体の光量）の変化に適応的に動作することができる。
【０１１２】
また、カレントミラー回路４２の一次側トランジスタ４３に流す電流Ｉ1の大きさを、可変電流源回路４４の電流設定用二次側トランジスタ４６が駆動する個数等によって、デジタル量として調整することができる。このため、例えばデータ処理部６３のレジスタの設定に応じて、カレントミラー回路４２の一次側トランジスタ４３に流す電流Ｉ1をデジタル制御することができる。
【０１１３】
なお、前記各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１１４】
１，３１，４１  画像センサ
３，３３  画素回路
４  フォトダイオード
１１，３４  定電流トランジスタ（二次側トランジスタ）
１２，３５，４２  カレントミラー回路
１３，３６，４３  一次側トランジスタ
１４  定電流源
１５，３７，４９  電流源回路
４４  可変電流源回路（他のカレントミラー回路）
４５  電流設定用一次側トランジスタ（他の一次側トランジスタ）
４６  電流設定用二次側トランジスタ（他の二次側トランジスタ）
５１，６１  画像撮影システム
５３，６３  データ処理部
【図１】
2019106561.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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