JP6545541B2 - 撮像装置、監視装置、及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明の一態様は、撮像装置に関する。

なお本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。

撮像装置は、携帯電話に標準的に組み込まれるようになってきており、普及が進んでいる（例えば、特許文献１を参照）。特に、ＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＣＤイメージセンサに対して、低価格、高解像度、低消費電力などの特徴があり、撮像装置の大部分はＣＭＯＳイメージセンサで構成されるようになってきている。

米国特許第７０４６２８２号

本発明の一態様は、新規な撮像装置等を提供することを課題の一とする。

または、本発明の一態様は、精度の高い撮像データの取得を実現する、新規な構成の撮像装置等を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、精度の高い差分データの取得を実現する、新規な構成の撮像装置等を提供することを課題の一とする。

なお本発明の一態様の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した記載、及び／又は他の課題のうち、少なくとも一つの課題を解決するものである。

本発明の一態様は、画素を有する撮像装置であって、画素は、フォトダイオードと、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第１の容量素子と、第２の容量素子と、第１の配線と、第２の配線と、第３の配線と、を有し、フォトダイオードは、一方の電極が第１の配線に電気的に接続され、フォトダイオードは、光電変換された信号電荷を生成する機能を有し、第１の配線は、低電位を与える機能を有し、第１の容量素子は、一方の電極がフォトダイオードの他方の電極に電気的に接続され、第１の容量素子は、他方の電極が第１のトランジスタのゲートに電気的に接続され、第２の容量素子は、一方の電極が第１のトランジスタのゲートに電気的に接続され、第２の容量素子は、他方の電極が第１のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、第１のトランジスタは、ソース又はドレインの他方が第２の配線に電気的に接続され、第２の配線は、高電位を与える機能を有し、第２のトランジスタは、ソース又はドレインの一方が第１のトランジスタのゲートに電気的に接続され、第２のトランジスタは、ソース又はドレインの他方が第３の配線に電気的に接続され、第３の配線は、高電位を与える機能を有する撮像装置である。

本発明の一態様において、撮像装置は、第３のトランジスタと、を有し、第３のトランジスタは、ソース又はドレインの一方がフォトダイオードの他方の電極に電気的に接続され、第３のトランジスタは、ソース又はドレインの他方が第１の容量素子の一方の電極に電気的に接続され、第３のトランジスタは、信号電荷を第１の容量素子の一方の電極に与える機能を有する撮像装置が好ましい。

本発明の一態様において、撮像装置は、第４のトランジスタと、第４の配線と、を有し、第４のトランジスタは、ソース又はドレインの一方が第４の配線に電気的に接続され、第４のトランジスタは、ソース又はドレインの他方が第１の容量素子の一方の電極に電気的に接続され、第４の配線は、高電位を与える機能を有し、第４のトランジスタは、第４の配線の電位を、第１の容量素子の一方の電極に与える機能を有する撮像装置が好ましい。

本発明の一態様において、第１のトランジスタ乃至第４のトランジスタは、それぞれ半導体層を有し、半導体層は、酸化物半導体を有する撮像装置が好ましい。

本発明の一態様において、第２のトランジスタは、第２の容量素子の一方の電極に第３の配線の電位を供給することで、第２の容量素子に第１のトランジスタの閾値電圧を取得させる機能を有し、第１の容量素子は、第２の容量素子に閾値電圧を保持した状態で、他方の電極を電気的に浮遊状態とする機能を有し、信号電荷に従って一方の電極の電位が変動した際に、第１のトランジスタのゲートの電位を変動させる機能を有する撮像装置が好ましい。

本発明の一態様は、画素を有する撮像装置であって、画素は、フォトダイオードと、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第１の容量素子と、第２の容量素子と、第３の容量素子と、第１の配線と、第２の配線と、第３の配線と、第４の配線と、を有し、フォトダイオードは、一方の電極が第１の配線に電気的に接続され、フォトダイオードは、光電変換された信号電荷を生成する機能を有し、第１の配線は、低電位を与える機能を有し、第１の容量素子は、一方の電極がフォトダイオードの他方の電極に電気的に接続され、第１の容量素子は、他方の電極が第２の容量素子の一方の電極に電気的に接続され、第１のトランジスタは、ソース又はドレインの一方が第２の容量素子の一方の電極に電気的に接続され、第１のトランジスタは、ソース又はドレインの他方が第２の配線に電気的に接続され、第２の配線は、高電位又は低電位を与える機能を有し、第２の容量素子は、他方の電極が第２のトランジスタのゲートに電気的に接続され、第３の容量素子は、一方の電極が第２のトランジスタのゲートに電気的に接続され、第３の容量素子は、他方の電極が第２のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、第２のトランジスタは、ソース又はドレインの他方が第３の配線に電気的に接続され、第３の配線は、高電位を与える機能を有する撮像装置である。

本発明の一態様において、撮像装置は、第４のトランジスタと、を有し、第４のトランジスタは、ソース又はドレインの一方がフォトダイオードの他方の電極に電気的に接続され、第４のトランジスタは、ソース又はドレインの他方が第１の容量素子の一方の電極に電気的に接続され、第４のトランジスタは、信号電荷を第１の容量素子の一方の電極に与える機能を有する撮像装置が好ましい。

本発明の一態様において、撮像装置は、第５のトランジスタと、第５の配線と、を有し、第５のトランジスタは、ソース又はドレインの一方が第４の配線に電気的に接続され、第５のトランジスタは、ソース又はドレインの他方が第１の容量素子の一方の電極に電気的に接続され、第５の配線は、高電位を与える機能を有し、第５のトランジスタは、第５の配線の電位を、第１の容量素子の一方の電極に与える機能を有する撮像装置が好ましい。

本発明の一態様において、第１のトランジスタ乃至第５のトランジスタは、それぞれ半導体層を有し、半導体層は、酸化物半導体を有する撮像装置が好ましい。

本発明の一態様において、第３のトランジスタは、第３の容量素子の一方の電極に第４の配線の電位を供給することで、第３の容量素子に第２のトランジスタの閾値電圧を取得させる機能を有し、第１の容量素子は、他方の電極を電気的に浮遊状態とする機能を有し、信号電荷に従って一方の電極の電位が変動した際に、他方の電極の電位を変動させる機能を有し、第２の容量素子は、第３の容量素子に閾値電圧を保持した状態で、他方の電極を電気的に浮遊状態とする機能を有し、一方の電極の電位が変動した際に、第２のトランジスタのゲートの電位を変動させる機能を有する撮像装置が好ましい。

なおその他の本発明の一態様については、以下で述べる実施の形態における説明、及び図面に記載されている。

本発明の一態様は、新規な構成の撮像装置等を提供することができる。

または、本発明の一態様は、精度の高い撮像データの取得を実現する、新規な構成の撮像装置等を提供することができる。または、本発明の一態様は、精度の高い差分データの取得を実現する、新規な構成の撮像装置等を提供することができる。

なお本発明の一態様の効果は、上記列挙した効果に限定されない。上記列挙した効果は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお他の効果は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した効果、及び／又は他の効果のうち、少なくとも一つの効果を有するものである。従って本発明の一態様は、場合によっては、上記列挙した効果を有さない場合もある。

本発明の一態様を説明するための回路図及びタイミングチャート。 本発明の一態様を説明するためのブロック図。 本発明の一態様を説明するための回路図及びタイミングチャート。 本発明の一態様を説明するためのタイミングチャート。 本発明の一態様を説明するためのブロック図。 本発明の一態様を説明するためのフローチャート。 本発明の一態様を説明するための概念図。 本発明の一態様を説明するための回路図。 本発明の一態様を説明するための回路図。 本発明の一態様を説明するためのタイミングチャート。 撮像装置を説明する回路図。 撮像装置を説明する回路図。 撮像装置を説明する断面図。 撮像装置を説明する断面図。 監視システムの構成の一例を示すブロック図。 撮像装置を用いた電子機器を示す図。 本発明の一態様を説明するための回路図。 本発明の一態様を説明するための回路図。 本発明の一態様を説明するための回路図。 本発明の一態様を説明するための回路図。 本発明の一態様を説明するための回路図。 本発明の一態様を説明するための回路図及び断面図。

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。例えば、ノイズによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、又は、タイミングのずれによる信号、電圧、若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。

また本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン（ドレイン端子、ドレイン領域又はドレイン電極）とソース（ソース端子、ソース領域又はソース電極）の間にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すことができるものである。

ここで、ソースとドレインとは、トランジスタの構造又は動作条件等によって変わるため、いずれがソース又はドレインであるかを限定することが困難である。そこで、ソースとして機能する部分、及びドレインとして機能する部分を、ソース又はドレインと呼ばず、ソースとドレインとの一方を第１電極と表記し、ソースとドレインとの他方を第２電極と表記する場合がある。

なお本明細書にて用いる「第１」、「第２」、「第３」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。

なお本明細書において、ＡとＢとが接続されている、とは、ＡとＢとが直接接続されているものの他、電気的に接続されているものを含むものとする。ここで、ＡとＢとが電気的に接続されているとは、ＡとＢとの間で、何らかの電気的作用を有する対象物が存在するとき、ＡとＢとの電気信号の授受を可能とするものをいう。

なお、例えば、トランジスタのソース（又は第１の端子など）が、Ｚ１を介して（又は介さず）、Ｘと電気的に接続され、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）が、Ｚ２を介して（又は介さず）、Ｙと電気的に接続されている場合や、トランジスタのソース（又は第１の端子など）が、Ｚ１の一部と直接的に接続され、Ｚ１の別の一部がＸと直接的に接続され、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）が、Ｚ２の一部と直接的に接続され、Ｚ２の別の一部がＹと直接的に接続されている場合では、以下のように表現することが出来る。

例えば、「ＸとＹとトランジスタのソース（又は第１の端子など）とドレイン（又は第２の端子など）とは、互いに電気的に接続されており、Ｘ、トランジスタのソース（又は第１の端子など）、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）、Ｙの順序で電気的に接続されている。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース（又は第１の端子など）は、Ｘと電気的に接続され、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）はＹと電気的に接続され、Ｘ、トランジスタのソース（又は第１の端子など）、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）、Ｙは、この順序で電気的に接続されている」と表現することができる。または、「Ｘは、トランジスタのソース（又は第１の端子など）とドレイン（又は第２の端子など）とを介して、Ｙと電気的に接続され、Ｘ、トランジスタのソース（又は第１の端子など）、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）、Ｙは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トランジスタのソース（又は第１の端子など）と、ドレイン（又は第２の端子など）とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。

または、別の表現方法として、例えば、「トランジスタのソース（又は第１の端子など）は、少なくとも第１の接続経路を介して、Ｘと電気的に接続され、前記第１の接続経路は、第２の接続経路を有しておらず、前記第２の接続経路は、トランジスタを介した、トランジスタのソース（又は第１の端子など）とトランジスタのドレイン（又は第２の端子など）との間の経路であり、前記第１の接続経路は、Ｚ１を介した経路であり、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）は、少なくとも第３の接続経路を介して、Ｙと電気的に接続され、前記第３の接続経路は、前記第２の接続経路を有しておらず、前記第３の接続経路は、Ｚ２を介した経路である。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース（又は第１の端子など）は、少なくとも第１の接続経路によって、Ｚ１を介して、Ｘと電気的に接続され、前記第１の接続経路は、第２の接続経路を有しておらず、前記第２の接続経路は、トランジスタを介した接続経路を有し、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）は、少なくとも第３の接続経路によって、Ｚ２を介して、Ｙと電気的に接続され、前記第３の接続経路は、前記第２の接続経路を有していない。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース（又は第１の端子など）は、少なくとも第１の電気的パスによって、Ｚ１を介して、Ｘと電気的に接続され、前記第１の電気的パスは、第２の電気的パスを有しておらず、前記第２の電気的パスは、トランジスタのソース（又は第１の端子など）からトランジスタのドレイン（又は第２の端子など）への電気的パスであり、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）は、少なくとも第３の電気的パスによって、Ｚ２を介して、Ｙと電気的に接続され、前記第３の電気的パスは、前記第４の電気的パスを有しておらず、前記第４の電気的パスは、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）からトランジスタのソース（又は第１の端子など）への電気的パスである。」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続経路について規定することにより、トランジスタのソース（又は第１の端子など）と、ドレイン（又は第２の端子など）とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。

なお、これらの表現方法は、一例であり、これらの表現方法に限定されない。ここで、Ｘ、Ｙ、Ｚ１、Ｚ２は、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など）であるとする。

なお本明細書において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。

なお図面におけるブロック図の各回路ブロックの配置は、説明のため位置関係を特定するものであり、異なる回路ブロックで別々の機能を実現するよう示していても、実際の回路ブロックにおいては同じ回路ブロック内で別々の機能を実現しうるように設けられている場合もある。また図面における各回路ブロックの機能は、説明のため機能を特定するものであり、一つの回路ブロックとして示していても、実際の回路ブロックにおいては一つの回路ブロックで行う処理を、複数の回路ブロックで行うよう設けられている場合もある。

本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。

また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。

なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。

（実施の形態１）
本発明の一態様の撮像装置が有する画素の構成について、図１（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。

本明細書等において撮像装置とは、撮像機能を有する装置全般を指す。又は、撮像機能を有する回路、あるいは該回路を含むシステム全体を撮像装置という。

図１（Ａ）は、本発明の一態様の撮像装置が有する画素の構成を示す回路図である。図１（Ａ）において、画素ＰＩＸ＿Ａは、トランジスタＭ１乃至トランジスタＭ５と、容量素子ＣＰ１と、容量素子ＣＰ２と、フォトダイオードＰＤと、を有する。

図１（Ａ）に示すトランジスタ、容量素子、及びフォトダイオードの各素子には、電源線ＶＰＤ、電源線ＶＰＲ、電源線ＶＴＣ、電源線ＶＯから電位が供給される。また各素子には、信号線ＴＸ、信号線ＰＲ、信号線ＴＣ、信号線ＳＥＬから制御信号が供給され、信号線ＯＵＴに画素の撮像データが出力される。なお電源線は所定の電位を伝送する機能を有する配線であり、信号線は所定の制御信号を伝送する機能を有する配線である。そのため、電源線及び信号線を、それぞれ配線という場合がある。

フォトダイオードＰＤは、一方の電極が電源線ＶＰＤに接続される。電源線ＶＰＤは、第１の配線という場合がある。フォトダイオードＰＤは、光電変換された信号電荷を生成する機能を有する。フォトダイオードＰＤは、光電変換素子という場合がある。

容量素子ＣＰ１は、一方の電極がトランジスタＭ１のソース又はドレインの一方に接続される。容量素子ＣＰ１は、他方の電極がトランジスタＭ３のゲートに接続される。容量素子ＣＰ１は、第１の容量素子という場合がある。トランジスタＭ３は、第１のトランジスタという場合がある。

容量素子ＣＰ２は、一方の電極がトランジスタＭ３のゲートに接続される。容量素子ＣＰ２は、他方の電極がトランジスタＭ３のソース又はドレインの一方に接続される。

トランジスタＭ３は、ソース又はドレインの他方が電源線ＶＯに接続される。電源線ＶＯは、第２の配線という場合がある。

トランジスタＭ５は、ソース又はドレインの一方がトランジスタＭ３のゲートに接続される。トランジスタＭ５は、ソース又はドレインの他方が電源線ＶＴＣに接続される。トランジスタＭ５は、ゲートが信号線ＴＣに接続される。トランジスタＭ５は、第２のトランジスタという場合がある。電源線ＶＴＣは、第３の配線という場合がある。

トランジスタＭ１は、ソース又はドレインの他方がフォトダイオードＰＤの他方の電極に接続される。トランジスタＭ１は、ゲートが信号線ＴＸに接続される。トランジスタＭ１は、第３のトランジスタという場合がある。トランジスタＭ１は、容量素子ＣＰ１の一方の電極と、フォトダイオードＰＤの他方の電極との電気的な接続が制御されることで、フォトダイオードＰＤで生じる信号電荷を容量素子ＣＰ１の一方の電極に与える機能を有する。

トランジスタＭ２は、ソース又はドレインの一方が電源線ＶＰＲに接続される。トランジスタＭ２は、ソース又はドレインの他方が容量素子ＣＰ１の一方の電極に接続される。トランジスタＭ２は、ゲートが信号線ＰＲに接続される。トランジスタＭ２は、第４のトランジスタという場合がある。トランジスタＭ２は、電源線ＶＰＲの電位を、容量素子ＣＰ１の一方の電極に与える機能を有する。電源線ＶＰＲは、第４の配線という場合がある。

トランジスタＭ４は、ソース又はドレインの一方がトランジスタＭ３のソース又はドレインの一方に接続される。トランジスタＭ４は、ソース又はドレインの他方が信号線ＯＵＴに接続される。トランジスタＭ４は、ゲートが信号線ＳＥＬに接続される。トランジスタＭ４は、電源線ＶＯと信号線ＯＵＴとの間に流れる電流を信号線ＳＥＬの制御信号に従って選択的に制御する機能を有する。

トランジスタＭ５は、後述するように、容量素子ＣＰ２にトランジスタＭ３の閾値電圧を取得させる際に、容量素子ＣＰ２の一方の電極に電源線ＶＴＣの電位を供給する機能を有する。容量素子ＣＰ１は、容量素子ＣＰ２に閾値電圧を保持した状態で、他方の電極を電気的に浮遊状態とする機能を有し、フォトダイオードＰＤで生じる信号電荷に従って一方の電極の電位が変動した際に、トランジスタＭ３のゲートの電位を変動させる機能を有する。

なお各トランジスタ、容量素子、及びフォトダイオードの各素子の接続情報については、図１（Ａ）を参照すればよい。

なお図１（Ａ）に図示するトランジスタＭ１及びフォトダイオードＰＤは、複数設けられていてもよい。例えば、図１７（Ａ）に示す画素ＰＩＸ＿Ｆのように、フォトダイオードＰＤ＿Ａ及びフォトダイオードＰＤ＿Ｂを設け、トランジスタＭ１Ａのゲートに信号線ＴＸＡを接続し、トランジスタＭ１Ｂのゲートに信号線ＴＸＢを接続してもよい。あるいは、例えば、図１７（Ｂ）に示す画素ＰＩＸ＿Ｇのように、フォトダイオードＰＤ＿Ａ乃至ＰＤ＿Ｃを設け、トランジスタＭ１Ａのゲートに信号線ＴＸＡを接続し、トランジスタＭ１Ｂのゲートに信号線ＴＸＢを接続し、トランジスタＭ１Ｃのゲートに信号線ＴＸＣを接続してもよい。

なお、図１７（Ａ）、（Ｂ）のようにフォトダイオードを複数配置する場合、フォトダイオードの受光面の大きさを異ならせた素子を配置してもよい。この場合、図１８（Ａ）に図示する画素ＰＩＸ＿Ｈのように、トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂで異なる大きさの受光面を有するフォトダイオードＰＤ＿ＡとフォトダイオードＰＤ＿Ｄとを設ける構成とすればよい。なおフォトダイオードＰＤ＿Ａは電源線ＶＰＤ＿Ａに接続され、フォトダイオードＰＤ＿Ｄは電源線ＶＰＤ＿Ｄに接続される。電源線ＶＰＤ＿Ａと電源線ＶＰＤ＿Ｄとは、同じ電位でもよいし、異なる電位でもよい。または、図１８（Ｂ）に図示する画素ＰＩＸ＿Ｉのように、一つのトランジスタＭ１に異なる大きさの受光面を有するフォトダイオードＰＤ＿ＡとフォトダイオードＰＤ＿Ｄとを設ける構成としてもよい。図１８（Ａ）あるいは図１８（Ｂ）の構成とすることで、分光感度の異なるフォトダイオードを設け、明暗の異なる場所の撮像を同時に行うことができる。なおフォトダイオード間の分光感度を異ならせる手段としては、フォトダイオードの受光面の大きさを異ならせる他、異なる種類の半導体材料を受光面に設けて実現してもよい。

図１（Ａ）では、トランジスタＭ３のゲートに接続されるノードをノードＦＤ１として図示している。また、図１（Ａ）では、容量素子ＣＰ２の一方の電極に接続されるノードをノードＦＤ２として図示している。ノードＦＤ１、ＦＤ２には、撮像データに対応する電荷が蓄積される。

容量素子ＣＰ１と、容量素子ＣＰ２及びトランジスタＭ３のゲート容量の合成容量と、の容量結合により、ノードＦＤ２の電位変動に対してノードＦＤ１の電位は変動する。したがって、容量素子ＣＰ１の容量値は、容量素子ＣＰ２及びトランジスタＭ３のゲート容量の合成容量の容量値より大きい構成が好ましい。

図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す画素ＰＩＸ＿Ａの動作を説明するタイミングチャートである。図１（Ｂ）は撮像データを取得する際における動作に対応する。ここで、一例として、電源線ＶＰＤは低電位、電源線ＶＰＲは高電位、電源線ＶＴＣは高電位、電源線ＶＯは高電位とする。

なお図１（Ａ）では、同じ電位を与える配線であっても異なる配線として図示したが、同じ配線としてもよい。例えば、図２０（Ａ）に示す画素ＰＩＸ＿Ｋのように、高電位を与える電源線ＶＴＣと電源線ＶＯとを同じ配線としてもよい。または、図２０（Ｂ）に示す画素ＰＩＸ＿Ｌのように、高電位を与える電源線ＶＰＲと電源線ＶＴＣとを同じ配線としてもよい。または、図２１（Ａ）に示す画素ＰＩＸ＿Ｍのように、高電位を与える電源線ＶＰＲと電源線ＶＯとを同じ配線としてもよい。または、図２１（Ｂ）に示す画素ＰＩＸ＿Ｎのように、高電位を与える電源線ＶＰＲと電源線ＶＴＣと電源線ＶＯとを同じ配線としてもよい。

時刻ＴＣ１乃至時刻ＴＣ２において、信号線ＴＣを”Ｈ”とし、信号線ＳＥＬを”Ｈ”とした後に”Ｌ”とする。なお、信号線ＯＵＴの電位は、低電位とする。この時、トランジスタＭ３のゲートに電位ＶＴＣが供給され、容量素子ＣＰ２の一方の電極の電位は電位ＶＴＣとなる。また、容量素子ＣＰ２の他方の電極に接続されたトランジスタＭ３のソース又はドレインの一方（ここではソース）の電位は、信号線ＳＥＬが”Ｈ”の時には信号線ＯＵＴの電位である低電位になり、信号線ＳＥＬを”Ｌ”とした後にはトランジスタＭ３を介して、電源線ＶＯから電流が流れ、上昇していく。すなわち、容量素子ＣＰ２の他方の電極の電位も、信号線ＳＥＬが”Ｈ”の時には信号線ＯＵＴの電位である低電位になり、信号線ＳＥＬを”Ｌ”とした後には上昇していく。つまり、容量素子ＣＰ２の一方の電極と他方の電極との間の電位差は低下していく。ここで、容量素子ＣＰ２の一方の電極と他方の電極との間の電位差がトランジスタＭ３の閾値電圧Ｖｔｈに達すると、トランジスタＭ３はオフ状態となり、容量素子ＣＰ２の他方の電極の電位の変化は止まる。したがって、容量素子ＣＰ２の一方の電極と他方の電極との間に、トランジスタＭ３の閾値電圧Ｖｔｈに相当する電位を保持する。

なお、必ずしも、トランジスタＭ３は、完全にオフ状態となるようになるまで動作させなくてもよい。つまり、例えば、ある程度、電流値が小さくなるような状態となっていてもよい。したがって、容量素子ＣＰ２の一方の電極と他方の電極との間の電位差がトランジスタＭ３の閾値電圧Ｖｔｈに達しなくても、例えば、閾値電圧Ｖｔｈに近いような電位差、または、閾値電圧Ｖｔｈに応じた大きさ、となっていてもよい。

なお図１（Ａ）の画素の回路構成では、トランジスタＭ３を流れる電流を電源線ＶＯから信号線ＯＵＴの向きに流れるとして動作を説明するが、逆方向でもよい。すなわち、トランジスタＭ３を流れる電流は、電源線ＯＵＴから電源線ＶＯの向きに流れる回路構成としてもよい。この場合、例えば、図１９に示す画素ＰＩＸ＿Ｊの回路構成としてもよい。なお図１９に示す画素ＰＩＸ＿Ｊの回路構成の場合、電源線ＶＯに低電位を与え、電源線ＯＵＴに高電位を与える構成とすればよい。

時刻ＴＣ２乃至時刻Ｔ１において、信号線ＴＣを”Ｌ”とする。この間、ノードＦＤ１の電位は、保持される。

時刻Ｔ１乃至時刻Ｔ２において、信号線ＰＲを”Ｈ”、信号線ＴＸを”Ｈ”とする。この時、ノードＦＤ２の電位は電源線ＶＰＲの電位に設定される。ノードＦＤ１の電位は、ノードＦＤ２の電位上昇をＶ１、容量素子ＣＰ１の容量をＣ１、容量素子ＣＰ２の容量をＣ２、トランジスタＭ３のゲート容量をＣｇとすると、Ｖ１・Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃｇ）だけ上昇する。つまり、トランジスタＭ３のゲート電位は、Ｖ１・Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃｇ）＋Ｖｔｈとなる。

時刻Ｔ２乃至時刻Ｔ３において、信号線ＰＲを”Ｌ”、信号線ＴＸを”Ｈ”とする。この時、フォトダイオードＰＤに照射する光に応じて、ノードＦＤ２の電位は低下する。ノードＦＤ１の電位は、ノードＦＤ２の電位低下をＶ２、容量素子ＣＰ１の容量をＣ１、容量素子ＣＰ２の容量をＣ２、トランジスタＭ３のゲート容量をＣｇとすると、Ｖ２・Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃｇ）だけ低下する。つまり、トランジスタＭ３のゲート電位は、Ｖ１・Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃｇ）＋Ｖｔｈ−Ｖ２・Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃｇ）となる。

なお、フォトダイオードＰＤに照射する光が強い程、ノードＦＤ２の電位は低下する。従って、フォトダイオードＰＤに照射する光が強い程、ノードＦＤ１の電位は低下する。

時刻Ｔ３乃至時刻Ｔ４において、信号線ＴＸを”Ｌ”とする。この時、ノードＦＤ１、ＦＤ２の電位の低下が止まり、一定の電位に保持される。

時刻Ｔ４乃至時刻Ｔ５において、信号線ＳＥＬを”Ｈ”とする。この時、ノードＦＤ１の電位に応じて、信号線ＯＵＴに撮像データに対応する信号が出力される。なお、ノードＦＤ１の電位が低いほど、信号線ＯＵＴの電位は低くなる。すなわち、フォトダイオードＰＤに照射する光が強い程、信号線ＯＵＴの電位は低くなる。

なお、この時、トランジスタＭ３は飽和領域で動作するものとし、ドレイン電流Ｉｄを Ｉｄ＝（１／２）β（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）^２ で表すと、Ｉｄ＝（１／２）β（Ｖ１・Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃｇ）−Ｖ２・Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃｇ））^２ となり、閾値電圧Ｖｔｈに無関係となる。すなわち、トランジスタＭ３の閾値電圧Ｖｔｈのばらつきに関係なく、フォトダイオードＰＤに照射した光の強度に応じたドレイン電流Ｉｄが得られることになる。

時刻Ｔ６乃至時刻Ｔ１０についても、時刻Ｔ１乃至時刻Ｔ５と同様の説明ができる。なお、時刻Ｔ６乃至時刻Ｔ１０において、フォトダイオードＰＤに照射する光が、時刻Ｔ１乃至時刻Ｔ５の場合に比べて弱い場合について示している。この場合、時刻Ｔ９乃至時刻Ｔ１０における信号線ＯＵＴの電位は、時刻Ｔ４乃至時刻Ｔ５における信号線ＯＵＴの電位に対して高くなる。

次いで図２は、図１（Ａ）に示す画素ＰＩＸ＿Ａを有する撮像装置の構成を表すブロック図である。図２に示す撮像装置は、マトリクス状に配置された複数の画素ＰＩＸ＿Ａを含む画素部１０１と、デジタル処理回路であるＡ／Ｄ変換回路ＡＤＣと、列ドライバＣＤＲＶと、行ドライバＲＤＲＶと、を有する。

Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＣは、各列の画素ＰＩＸ＿Ａから出力された撮像データを各列におけるＡ／Ｄ変換によりデジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換された各列の画素ＰＩＸ＿Ａの撮像データに対応するデジタルデータは、列ドライバＣＤＲＶにより、順次データＤＡＴＡとして外部に取り出される。列ドライバＣＤＲＶと行ドライバＲＤＲＶには、例えば、デコーダやシフトレジスタ等が用いられる。

以上のような構成とすることで、精度の高い撮像データの取得が可能な撮像装置を提供することができる。

なお、本実施の形態において、本発明の一態様について述べた。または、他の実施の形態において、本発明の一態様について述べる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定されない。例えば、本発明の一態様として、撮像装置に適用した場合の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様は、撮像装置に適用しなくてもよい。例えば、本発明の一態様は、別の機能を有する回路に適用してもよい。または、例えば、本発明の一態様として、閾値電圧Ｖｔｈのばらつきの影響を低減する場合の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様は、閾値電圧Ｖｔｈのばらつきの影響を低減しなくてもよい。例えば、本発明の一態様は、別の特性のばらつきの影響を低減するようにしてもよい。

（実施の形態２）
実施の形態１で説明した異なる構成の画素について、図３（Ａ）、（Ｂ）、図４を用いて説明する。

本明細書等において撮像装置とは、撮像機能を有する装置全般を指す。又は、撮像機能を有する回路、あるいは該回路を含むシステム全体を撮像装置という。

図３（Ａ）は、本発明の一態様の撮像装置が有する画素の構成を示す回路図である。図３（Ａ）において、画素ＰＩＸ＿Ｂは、トランジスタｍ１乃至トランジスタｍ６と、容量素子ｃｐ１、容量素子ｃｐ２と、容量素子ｃｐ３と、フォトダイオードｐｄと、を有する。

図３（Ａ）に示すトランジスタ、容量素子、及びフォトダイオードの各素子には、電源線ＶＰＤ、電源線ＶＰＲ、電源線ＶＦＲ、電源線ＶＴＣ、電源線ＶＯから電位が供給される。また各素子には、信号線ＴＸ、信号線ＰＲ、信号線ＦＲ、信号線ＴＣ、信号線ＳＥＬから制御信号が供給され、信号線ＯＵＴに画素の撮像データが出力される。

フォトダイオードｐｄは、一方の電極が電源線ＶＰＤに接続される。電源線ＶＰＤは、第１の配線という場合がある。フォトダイオードｐｄは、光電変換された信号電荷を生成する機能を有する。フォトダイオードｐｄは、光電変換素子という場合がある。

容量素子ｃｐ１は、一方の電極がトランジスタｍ１のソース又はドレインの一方に接続される。容量素子ｃｐ１は、他方の電極が容量素子ｃｐ２の一方の電極に接続される。容量素子ｃｐ１は、第１の容量素子という場合がある。容量素子ｃｐ２は、第２の容量素子という場合がある。

トランジスタｍ６は、ソース又はドレインの一方が容量素子ｃｐ２の一方の電極に接続される。トランジスタｍ６は、ソース又はドレインの他方が電源線ＶＦＲに接続される。トランジスタｍ６は、ゲートが信号線ＦＲに接続される。電源線ＶＦＲは、第２の配線という場合がある。トランジスタｍ６は、第１のトランジスタという場合がある。

容量素子ｃｐ２は、他方の電極がトランジスタｍ３のゲートに接続される。トランジスタｍ３は、第２のトランジスタという場合がある。

容量素子ｃｐ３は、一方の電極がトランジスタｍ３のゲートに接続される。容量素子ｃｐ３は、他方の電極がトランジスタｍ３のソース又はドレインの一方に接続される。容量素子ｃｐ３は、第３の容量素子という場合がある。

トランジスタｍ３は、ソース又はドレインの他方が電源線ＶＯに接続される。電源線ＶＯは、第３の配線という場合がある。

トランジスタｍ５は、ソース又はドレインの一方がトランジスタｍ３のゲートに接続される。トランジスタｍ５は、ソース又はドレインの他方が電源線ＶＴＣに接続される。トランジスタｍ５は、ゲートが信号線ＴＣに接続される。トランジスタｍ５は、第３のトランジスタという場合がある。電源線ＶＴＣは、第４の配線という場合がある。

トランジスタｍ１は、ソース又はドレインの他方がフォトダイオードｐｄの他方の電極に接続される。トランジスタｍ１は、ゲートが信号線ＴＸに接続される。トランジスタｍ１は、第４のトランジスタという場合がある。トランジスタｍ１は、容量素子ｃｐ１の一方の電極と、フォトダイオードｐｄの他方の電極との電気的な接続が制御されることで、フォトダイオードｐｄで生じる信号電荷を容量素子ｃｐ１の一方の電極に与える機能を有する。

トランジスタｍ２は、ソース又はドレインの一方が電源線ＶＰＲに接続される。トランジスタｍ２は、ソース又はドレインの他方が容量素子ｃｐ１の一方の電極に接続される。トランジスタｍ２は、ゲートが信号線ＰＲに接続される。トランジスタｍ２は、第５のトランジスタという場合がある。トランジスタｍ２は、電源線ＶＰＲの電位を、容量素子ｃｐ１の一方の電極に与える機能を有する。電源線ＶＰＲは、第５の配線という場合がある。

トランジスタｍ４は、ソース又はドレインの一方がトランジスタｍ３のソース又はドレインの一方に接続される。トランジスタｍ４は、ソース又はドレインの他方が信号線ＯＵＴに接続される。トランジスタｍ４は、ゲートが信号線ＳＥＬに接続される。トランジスタｍ４は、電源線ＶＯと信号線ＯＵＴとの間に流れる電流を信号線ＳＥＬの制御信号に従って選択的に制御する機能を有する。

トランジスタｍ５は、後述するように、容量素子ｃｐ３にトランジスタｍ３の閾値電圧を取得させる際に、容量素子ｃｐ３の一方の電極に電源線ＶＴＣの電位を供給する機能を有する。容量素子ｃｐ１は、他方の電極を電気的に浮遊状態とする機能を有し、フォトダイオードｐｄで生じる信号電荷に従って一方の電極の電位が変動した際に、他方の電極の電位を変動させる機能を有する。容量素子ｃｐ２は、容量素子ｃｐ３に閾値電圧を保持した状態で、他方の電極を電気的に浮遊状態とする機能を有し、容量素子ｃｐ１の他方の電極の電位の変動に従って一方の電極の電位が変動した際に、トランジスタｍ３のゲートの電位を変動させる機能を有する。

なお各トランジスタ、容量素子、及びフォトダイオードの各素子の接続情報については、図３（Ａ）を参照すればよい。

図３（Ａ）では、トランジスタｍ３のゲートに接続されるノードをノードＦＮ１として図示している。また、図３（Ａ）では、容量素子ｃｐ２の一方の電極に接続されるノードをノードＦＮ２として図示している。図３（Ａ）では、容量素子ｃｐ１の一方の電極に接続されるノードをノードＦＮ３として図示している。ノードＦＮ１乃至ＦＮ３には、撮像データに対応する電荷が蓄積される。

容量素子ｃｐ１と、容量素子ｃｐ２と、の容量結合により、ノードＦＮ３の電位変動に対してノードＦＮ２の電位は変動する。したがって、容量素子ｃｐ１の容量値は、容量素子ｃｐ２の容量値より大きい構成が好ましい。また、容量素子ｃｐ２と、容量素子ｃｐ３及びトランジスタｍ３のゲート容量の合成容量と、の容量結合により、ノードＦＮ２の電位変動に対してノードＦＮ１の電位は変動する。したがって、容量素子ｃｐ２の容量値は、容量素子ｃｐ３及びトランジスタｍ３のゲート容量の合成容量の容量値より大きい構成が好ましい。

図３（Ｂ）、図４は、図３（Ａ）に示す画素ＰＩＸ＿Ｂの動作を説明するタイミングチャートである。図３（Ｂ）は通常の撮像データを取得する際における動作に対応する。また、図４は差分データを取得する際における動作に対応する。ここで、一例として、電源線ＶＰＤは低電位、電源線ＶＰＲは高電位、電源線ＶＴＣは高電位、電源線ＶＯは高電位とする。

まず、図３（Ｂ）について説明する。

時刻ｔｃ１乃至時刻ｔｃ２において、信号線ＦＲを”Ｈ”、信号線ＴＣを”Ｈ”、信号線ＳＥＬを”Ｈ”とした後に”Ｌ”とする。なお、電源線ＶＦＲの電位を低電位とする。また、信号線ＯＵＴの電位を低電位とする。この時、トランジスタｍ３のゲートに電位ＶＴＣが供給され、容量素子ｃｐ３の一方の電極の電位は電位ＶＴＣとなる。また、容量素子ｃｐ３の他方の電極に接続されたトランジスタｍ３のソース又はドレインの一方（ここではソース）の電位は、信号線ＳＥＬが”Ｈ”の時には信号線ＯＵＴの電位である低電位になり、信号線ＳＥＬを”Ｌ”とした後にはトランジスタｍ３を介して、電源線ＶＯから電流が流れ、上昇していく。すなわち、容量素子ｃｐ３の他方の電極の電位も、信号線ＳＥＬが”Ｈ”の時には信号線ＯＵＴの電位である低電位になり、信号線ＳＥＬを”Ｌ”とした後には上昇していく。つまり、容量素子ｃｐ３の一方の電極と他方の電極との間の電位差は低下していく。ここで、容量素子ｃｐ３の一方の電極と他方の電極との間の電位差がトランジスタｍ３の閾値電圧Ｖｔｈに達すると、トランジスタｍ３はオフ状態となり、容量素子ｃｐ３の他方の電極の電位の変化は止まる。したがって、容量素子ｃｐ３の一方の電極と他方の電極との間に、トランジスタｍ３の閾値電圧Ｖｔｈに相当する電位を保持する。

時刻ｔｃ２乃至時刻ｔｃ３において、信号線ＴＣを”Ｌ”とする。この間、ノードＦＮ１の電位は保持される。

続いて、時刻ｔｃ３において、電源線ＶＦＲの電位を高電位とする。この時、ノードＦＮ２の電位は電源線ＶＦＲの電位に設定される。また、ノードＦＮ１の電位は、ノードＦＮ２の電位上昇をｖ１、容量素子ｃｐ２の容量をｃ２、容量素子ｃｐ３の容量をｃ３、トランジスタｍ３のゲート容量をｃｇとすると、ｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）だけ上昇する。つまり、トランジスタｍ３のゲート電位は、ｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＋Ｖｔｈとなる。

時刻ｔ１乃至時刻ｔ２において、信号線ＰＲを”Ｈ”、信号線ＦＲを”Ｈ”、信号線ＴＸを”Ｈ”とする。この時、ノードＦＮ３の電位は電源線ＶＰＲの電位に設定される。

時刻ｔ２乃至時刻ｔ３において、信号線ＰＲを”Ｌ”、信号線ＦＲを”Ｌ”、信号線ＴＸを”Ｈ”とする。この時、フォトダイオードｐｄに照射する光に応じて、ノードＦＮ３の電位は低下する。また、ノードＦＮ２の電位は、ノードＦＮ３の電位低下をｖ２、容量素子ｃｐ１の容量をｃ１とすると、ｖ２・ｃ１／（ｃ１＋ｃ２）だけ低下する。さらに、ノードＦＮ１の電位は、ｖ２・ｃ１／（ｃ１＋ｃ２）・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）だけ低下する。つまり、トランジスタｍ３のゲート電位は、ｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＋Ｖｔｈ−ｖ２・ｃ１／（ｃ１＋ｃ２）・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）となる。

なお、フォトダイオードｐｄに照射する光が強い程、ノードＦＮ３の電位は低下する。したがって、フォトダイオードｐｄに照射する光が強い程、ノードＦＮ２の電位は低下する。さらに、フォトダイオードｐｄに照射する光が強い程、ノードＦＮ１の電位は低下する。

時刻ｔ３乃至時刻ｔ４において、信号線ＴＸを”Ｌ”とする。この時、ノードＦＮ１乃至ＦＮ３の電位の低下が止まり、一定の電位に保持される。

時刻ｔ４乃至時刻ｔ５において、信号線ＳＥＬを”Ｈ”とする。この時、ノードＦＮ１の電位に応じて、信号線ＯＵＴに撮像データに対応する信号が出力される。なお、ノードＦＮ１の電位が低いほど、信号線ＯＵＴの電位は低くなる。すなわち、フォトダイオードｐｄに照射する光が強い程、信号線ＯＵＴの電位は低くなる。

なお、この時、トランジスタｍ３は飽和領域で動作するものとし、ドレイン電流ＩｄをＩｄ＝（１／２）β（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）^２で表すと、Ｉｄ＝（１／２）β（ｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）−ｖ２・ｃ１／（ｃ１＋ｃ２）・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ））^２ となり、閾値電圧Ｖｔｈに無関係となる。すなわち、トランジスタｍ３の閾値電圧Ｖｔｈのばらつきに関係なく、フォトダイオードｐｄに照射した光の強度に応じたドレイン電流Ｉｄが得られることになる。

時刻ｔ６乃至時刻ｔ１０についても、時刻ｔ１乃至時刻ｔ５と同様の説明ができる。なお、時刻ｔ６乃至時刻ｔ１０において、フォトダイオードｐｄに照射する光が、時刻ｔ１乃至時刻ｔ５の場合に比べて弱い場合について示している。この場合、時刻ｔ９乃至時刻ｔ１０における信号線ＯＵＴの電位は、時刻ｔ４乃至時刻ｔ５における信号線ＯＵＴの電位に対して高くなる。

次に、図４について説明する。

時刻ｔｃ１乃至時刻ｔｃ３については、図３（Ｂ）における時刻ｔｃ１乃至時刻ｔｃ３と同様の説明ができる。

時刻ｔ０１乃至時刻ｔ０６は、初期フレームでの第１の撮像データを取得する動作期間に相当する。

時刻ｔ０１乃至時刻ｔ０２において、信号線ＰＲを”Ｈ”、信号線ＦＲを”Ｈ”、信号線ＴＸを”Ｈ”とする。この時、ノードＦＮ３の電位は電源線ＶＰＲの電位に設定され、ノードＦＮ２の電位は電源線ＶＦＲの電位に設定され、ノードＦＮ１の電位はｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＋Ｖｔｈとなる。

時刻ｔ０２乃至時刻ｔ０３において、信号線ＰＲを”Ｌ”、信号線ＦＲを”Ｈ”、信号線ＴＸを”Ｈ”とする。

この時、フォトダイオードｐｄに照射する光の強度に応じて、ノードＦＮ３の電位は低下する。ここで、ノードＦＮ３の電位の変化分をΔｖ２とすると、ノードＦＮ３の電位はＶＰＲ−Δｖ２となる。なお、フォトダイオードｐｄに照射する光が強い程、ノードＦＮ３の電位は低くなる。なお、ノードＦＮ２及びノードＦＮ１の電位は変化しない。

時刻ｔ０３乃至時刻ｔ０４において、信号線ＰＲを”Ｌ”、信号線ＦＲを”Ｌ”、信号線ＴＸを”Ｈ”とする。なお、時刻ｔ０２乃至時刻ｔ０３の間隔と時刻ｔ０３乃至時刻ｔ０４の間隔とは期間Ｔで等しいとする。この時、フォトダイオードｐｄに照射する光に応じて、ノードＦＮ３の電位はさらに低下し、ノードＦＮ３の電位はＶＰＲ−２・Δｖ２となる。

なお、時刻ｔ０２乃至時刻ｔ０３の間隔と、時刻ｔ０３乃至時刻ｔ０４の間隔と、を期間Ｔで等しくすることは、時刻ｔ０２乃至時刻ｔ０３と、時刻ｔ０３乃至時刻ｔ０４と、におけるノードＦＮ３の電位変化を等しくすることを目的としている。そのため、時刻ｔ０２乃至時刻ｔ０３の間隔と、時刻ｔ０３乃至時刻ｔ０４の間隔と、の期間を適宜調整し、当該期間におけるノードＦＮ３の電位変化を等しくする構成も有効である。

また時刻ｔ０３乃至時刻ｔ０４においては、容量素子ｃｐ１と容量素子ｃｐ２との容量結合により、ノードＦＮ２の電位も低下し、ノードＦＮ２の電位はＶＦＲ−Δｖ１となる。ここで、Δｖ１＝Δｖ２・ｃ１／（ｃ１＋ｃ２）である。さらに、容量素子ｃｐ２と容量素子ｃｐ３及びトランジスタｍ３のゲート容量ｃｇの合成容量との容量結合により、ノードＦＮ１の電位も低下し、ノードＦＮ１の電位はｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＋Ｖｔｈ−Δｖとなる。ここで、Δｖ＝Δｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＝Δｖ２・ｃ１／（ｃ１＋ｃ２）・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）である。

なお、フォトダイオードｐｄに照射する光が強い程、ノードＦＮ３の電位は低くなる。また、フォトダイオードｐｄに照射する光が強い程、ノードＦＮ２の電位は低くなる。さらに、フォトダイオードｐｄに照射する光が強い程、ノードＦＮ１の電位は低くなる。

時刻ｔ０４乃至時刻ｔ０５において、信号線ＴＸを”Ｌ”とする。この時、ノードＦＮ１乃至ＦＮ３の電位の低下が止まり、一定の電位に保持される。

時刻ｔ０５乃至時刻ｔ０６において、信号線ＳＥＬを”Ｈ”とする。この時、ノードＦＮ１の電位に応じて、信号線ＯＵＴに撮像データに対応する信号が出力される。なお、ノードＦＮ１の電位が低いほど、信号線ＯＵＴの電位は低くなる。すなわち、フォトダイオードｐｄに照射する光が強い程、信号線ＯＵＴの電位は低くなる。

なお、この時、トランジスタｍ３は飽和領域で動作するものとし、ドレイン電流ＩｄをＩｄ＝（１／２）β（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）^２で表すと、Ｉｄ＝（１／２）β（ｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）−Δｖ２・ｃ１／（ｃ１＋ｃ２）・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ））^２となり、閾値電圧Ｖｔｈに無関係となる。すなわち、トランジスタｍ３の閾値電圧Ｖｔｈのばらつきに関係なく、フォトダイオードｐｄに照射した光の強度に応じたドレイン電流Ｉｄが得られることになる。

次いで、時刻ｔ１１乃至時刻ｔ１５は、第２の撮像データを取得する動作期間に相当する。図４では、特に、第１の撮像データと第２の撮像データとの差分はゼロの場合、すなわち、フォトダイオードに照射する光の強度が時刻ｔ０１乃至時刻ｔ０５と等しい場合、として説明する。

時刻ｔ１１乃至時刻ｔ１２において、信号線ＰＲを”Ｈ”、信号線ＦＲを”Ｌ”、信号線ＴＸを”Ｈ”とする。この時、ノードＦＮ３の電位は電位ＶＰＲ、すなわち、２・Δｖ２上昇する。また、ノードＦＮ２の電位は２・Δｖ１上昇することになり、ＶＦＲ＋Δｖ１となる。さらに、ノードＦＮ１の電位は２・Δｖ上昇することになり、ｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＋Ｖｔｈ＋Δｖとなる。

時刻ｔ１２乃至時刻ｔ１３において、信号線ＰＲを”Ｌ”、信号線ＦＲを”Ｌ”、信号線ＴＸを”Ｈ”とする。なお、時刻ｔ１２乃至時刻ｔ１３の間隔は、時刻ｔ０３乃至時刻ｔ０４と等しい期間Ｔとする。

この時、フォトダイオードｐｄに照射する光の強度に応じて、ノードＦＮ２の電位はΔｖ２低下してＶＰＲ−Δｖ２となる。また、ノードＦＮ１の電位もΔｖ１低下してＶＦＲとなる。さらに、ノードＦＮ１の電位もΔｖ低下してｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＋Ｖｔｈとなる。つまり、ノードＦＮ１の電位は、時刻ｔ０３と時刻ｔ１３とで等しくなり、第１の撮像データと第２の撮像データとの差分がゼロであることに対応する。

時刻ｔ１３乃至時刻ｔ１４において、信号線ＴＸを”Ｌ”とする。ノードＦＮ１乃至ＦＮ３の電位の低下が止まる。

時刻ｔ１４乃至時刻ｔ１５において、信号線ＳＥＬを”Ｈ”とする。この時、ノードＦＮ１の電位に応じて、信号線ＯＵＴに撮像データに対応する信号が出力される。なお、当該信号の電位は、時刻ｔ０４乃至時刻ｔ０５における信号線ＯＵＴの電位と等しくなり、第１の撮像データと第２の撮像データとの差分がゼロの場合の電位になる。

次いで、時刻ｔ２１乃至時刻ｔ２５は、第３の撮像データを取得する動作期間に相当する。図４では、特に、第１の撮像データと第３の撮像データとの差分はゼロの場合、すなわち、フォトダイオードに照射する光の強度が時刻ｔ０１乃至時刻ｔ０５と等しい場合、として説明する。

時刻ｔ２１乃至時刻ｔ２２において、信号線ＰＲを”Ｈ”、信号線ＦＲを”Ｌ”、信号線ＴＸを”Ｈ”とする。この時、ノードＦＮ３の電位はＶＰＲすなわち、Δｖ２上昇する。また、ノードＦＮ２の電位はΔｖ１上昇することになり、ＶＦＲ＋Δｖ１となる。さらに、ノードＦＮ１の電位はΔｖ上昇することになり、ｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＋Ｖｔｈ＋Δｖとなる。

時刻ｔ２２乃至時刻ｔ２３において、信号線ＰＲを”Ｌ”、信号線ＦＲを”Ｌ”、信号線ＴＸを”Ｈ”とする。なお、時刻ｔ２２乃至時刻ｔ２３の間隔は、時刻ｔ０３乃至時刻ｔ０４と等しく期間Ｔとする。

この時、フォトダイオードｐｄに照射する光の強度に応じて、ノードＦＮ２の電位はΔｖ２低下してＶＰＲ−Δｖ２、また、ノードＦＮ２の電位もΔｖ１低下してＶＦＲ、ノードＦＮ１の電位もΔｖ低下してｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＋Ｖｔｈとなる。つまり、ノードＦＮ１の電位は、時刻ｔ０３と時刻ｔ２３とで等しくなり、第１の撮像データと第３の撮像データとの差分がゼロであることに対応する。

時刻ｔ２３乃至時刻ｔ２４において、信号線ＴＸを”Ｌ”とする。ノードＦＮ１乃至ＦＮ３の電位の低下が止まる。

時刻ｔ２４乃至時刻ｔ２５において、信号線ＳＥＬを”Ｈ”とする。この時、ノードＦＮ１の電位に応じて、信号線ＯＵＴに撮像データに対応する信号が出力される。なお、当該信号の電位は、時刻ｔ０４乃至時刻ｔ０５における信号線ＯＵＴの電位と等しくなり、第１の撮像データと第３の撮像データとの差分がゼロであることに対応した電位になる。

次いで時刻ｔ３１乃至時刻ｔ３５は、第４の撮像データを取得する動作期間に相当する。特に、第１の撮像データと第４の撮像データとの差分が有限（負）の場合、すなわち、フォトダイオードに照射する光の強度が時刻ｔ０１乃至時刻ｔ０５より強い場合に相当する。

時刻ｔ３１乃至時刻ｔ３２において、信号線ＰＲを”Ｈ”、信号線ＦＲを”Ｌ”、信号線ＴＸを”Ｈ”とする。この時、ノードＦＮ３の電位はＶＰＲすなわち、Δｖ２上昇する。また、ノードＦＮ２の電位はΔｖ１上昇することになり、ＶＦＲ＋Δｖ１となる。さらに、ノードＦＮ１の電位はΔｖ上昇することになり、ｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＋Ｖｔｈ＋Δｖとなる。

時刻ｔ３２乃至時刻ｔ３３において、信号線ＰＲを”Ｌ”、信号線ＦＲを”Ｌ”、信号線ＴＸを”Ｈ”とする。なお、時刻ｔ３２乃至時刻ｔ３３の間隔は、時刻ｔ０３乃至時刻ｔ０４と等しい期間Ｔとする。

この時、フォトダイオードｐｄに照射する光の強度に応じて、ノードＦＮ３の電位はΔｖ２’（Δｖ２’＞Δｖ２）低下してＶＰＲ−Δｖ２’、また、ノードＦＮ２の電位もΔｖ１’（Δｖ１’＞Δｖ１、Δｖ１’＝Δｖ２’・ｃ１／（ｃ１＋ｃ２））低下してＶＦＲ＋Δｖ１−Δｖ１’、ノードＦＮ１の電位もΔｖ’（Δｖ’＞Δｖ、Δｖ’＝Δｖ１’・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＝Δｖ２’・ｃ１／（ｃ１＋ｃ２）・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ））低下してｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＋Ｖｔｈ＋Δｖ−Δｖ’となる。これは、第１の撮像データと第４の撮像データとの差分が有限（負）であることに対応する。

時刻ｔ３３乃至時刻ｔ３４において、信号線ＴＸを”Ｌ”とする。ノードＦＮ１乃至ＦＮ３の電位の低下が止まる。

時刻ｔ３４乃至時刻ｔ３５において、信号線ＳＥＬを”Ｈ”とする。この時、ノードＦＮ１の電位に応じて、信号線ＯＵＴに撮像データに対応する信号が出力される。なお、当該信号の電位は、時刻ｔ０４乃至時刻ｔ０５における信号線ＯＵＴの電位より低くなり、第１の撮像データと第４の撮像データとの差分が有限（負）であることに対応した電位になる。

次いで時刻ｔ４１乃至時刻ｔ４５は、第５の撮像データを取得する動作期間に相当する。特に、第１の撮像データと第５の撮像データとの差分がゼロの場合、すなわち、フォトダイオードに照射する光の強度が時刻ｔ０１乃至時刻ｔ０５と等しい場合に相当する。

時刻ｔ４１乃至時刻ｔ４２において、信号線ＰＲを”Ｈ”、信号線ＦＲを”Ｌ”、信号線ＴＸを”Ｈ”とする。この時、ノードＦＮ３の電位はＶＰＲすなわち、Δｖ２’上昇する。また、ノードＦＮ２の電位はΔｖ１’上昇することになり、ＶＦＲ＋Δｖ１となる。さらに、ノードＦＮ１の電位はΔｖ’上昇することになり、ｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＋Ｖｔｈ＋Δｖとなる。

時刻ｔ４２乃至時刻ｔ４３において、信号線ＰＲを”Ｌ”、信号線ＦＲを”Ｌ”、信号線ＴＸを”Ｈ”とする。なお、時刻ｔ４２乃至時刻ｔ４３の間隔は、時刻ｔ０３乃至時刻ｔ０４と等しい期間Ｔとする。

この時、フォトダイオードｐｄに照射する光の強度に応じて、ノードＦＮ３の電位はΔｖ２低下してＶＰＲ−Δｖ２、また、ノードＦＮ２の電位もΔｖ１低下してＶＦＲ、ノードＦＮ１の電位もΔｖ低下してｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＋Ｖｔｈとなる。このノードＦＮ１での電位は、第１の撮像データと第５の撮像データとの差分はゼロに対応する電位となる。

時刻ｔ４３乃至時刻ｔ４４において、信号線ＴＸを”Ｌ”とする。ノードＦＮ１乃至ＦＮ３の電位の低下が止まる。

時刻ｔ４４乃至時刻ｔ４５において、信号線ＳＥＬを”Ｈ”とする。この時、ノードＦＮ１の電位に応じて、信号線ＯＵＴに撮像データに対応する信号が出力される。なお、当該信号の電位は、時刻ｔ０４乃至時刻ｔ０５における信号線ＯＵＴの電位と等しくなり、第１の撮像データと第５の撮像データとの差分はゼロであることに対応した電位になる。

次いで時刻ｔ５１乃至時刻ｔ５５は、第６の撮像データを取得する動作期間に相当する。特に、第１の撮像データと第６の撮像データとの差分が有限（正）の場合、すなわち、フォトダイオードに照射する光の強度が時刻ｔ０１乃至時刻ｔ０５より弱い場合に相当する。

時刻ｔ５１乃至時刻ｔ５２において、信号線ＰＲを”Ｈ”、信号線ＦＲを”Ｌ”、信号線ＴＸを”Ｈ”とする。この時、ノードＦＮ３の電位はＶＰＲすなわち、Δｖ２上昇する。また、ノードＦＮ２の電位はΔｖ１上昇することになり、ＶＦＲ＋Δｖ１となる。さらに、ノードＦＮ１の電位はΔｖ上昇することになり、ｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＋Ｖｔｈ＋Δｖとなる。

時刻ｔ５２乃至時刻ｔ５３において、信号線ＰＲを”Ｌ”、信号線ＦＲを”Ｌ”、信号線ＴＸを”Ｈ”とする。なお、時刻ｔ５２乃至時刻ｔ５３の間隔は、時刻ｔ０３乃至時刻ｔ０４と等しい期間Ｔとする。

この時、フォトダイオードｐｄに照射する光に応じて、ノードＦＮ３の電位はΔｖ２’’（Δｖ２’’＜Δｖ２）低下してＶＰＲ−Δｖ２’’、また、ノードＦＮ２の電位もΔｖ１’’（Δｖ１’’＜Δｖ１、Δｖ１’’＝Δｖ２’’・ｃ１／（ｃ１＋ｃ２））低下してＶＦＲ＋Δｖ１−Δｖ１’’、ノードＦＮ１の電位もΔｖ’’（Δｖ’’＜Δｖ、Δｖ’’＝Δｖ１’’・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＝Δｖ２’’・ｃ１／（ｃ１＋ｃ２）・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ））低下してｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＋Ｖｔｈ＋Δｖ−Δｖ’’となる。このノードＦＮ１での電位は、第１の撮像データと第６の撮像データとの差分が有限（正）であることに対応する。

時刻ｔ５３乃至時刻ｔ５４において、信号線ＴＸを”Ｌ”とする。ノードＦＮ１乃至ＦＮ３の電位の低下が止まる。

時刻ｔ５４乃至時刻ｔ５５において、信号線ＳＥＬを”Ｈ”とする。この時、ノードＦＮ１の電位に応じて、信号線ＯＵＴに撮像データに対応する信号が出力される。なお、当該信号の電位は、時刻ｔ０４乃至時刻ｔ０５における信号線ＯＵＴの電位より高く、第１の撮像データと第６の撮像データとの差分が有限（正）であることに対応した電位になる。

以上のように、本実施の形態における撮像装置では、第１の撮像データの取得後、繰り返して撮像データを取得し、第１の撮像データとの差分を出力することができる。これは、各撮像データを取得する動作期間の最初（時刻ｔ１１乃至時刻ｔ１２、時刻ｔ２１乃至時刻ｔ２２、時刻ｔ３１乃至時刻ｔ３２、時刻ｔ４１乃至時刻ｔ４２、時刻ｔ５１乃至時刻ｔ５２、に相当）において、信号線ＰＲを”Ｈ”、信号線ＦＲを”Ｌ”、信号線ＴＸを”Ｈ”とすることで、ノードＦＮ３の電位がＶＰＲ、ノードＦＮ２の電位がＶＦＲ＋Δｖ１、ノードＦＮ１の電位がｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＋Ｖｔｈ＋Δｖ、に、毎回同じ電位に設定されることにより可能となる。当該電位に設定しうる間は、第１の撮像データとの差分を検出することができる。つまり、連続したフレームで取得した撮像データによる画像比較では検出しきれないような、非常にゆっくりとした変化に対しても、差分を検出することができる。また、当該電位に設定した状態で、信号線ＳＥＬを”Ｈ”とすることで、第１の撮像データに対応した信号を読み出すことができる。つまり、撮像データと差分データとを同一の画素回路で取得することが可能である。

次いで図５は、図３（Ａ）に示す画素ＰＩＸ＿Ｂを有する撮像装置の構成を表すブロック図である。図５に示す撮像装置は、マトリクス状に配置された複数の画素ＰＩＸ＿Ｂを含む画素部１０１と、アナログ処理回路Ａｎａｌｏｇ、デジタル処理回路であるＡ／Ｄ変換回路ＡＤＣと、列ドライバＣＤＲＶと、行ドライバＲＤＲＶと、を有する。

アナログ処理回路Ａｎａｌｏｇは、各画素ＰＩＸ＿Ｂから出力されたアナログデータである撮像データに対してアナログデータ処理をする。より具体的には、各画素ＰＩＸ＿Ｂから出力された撮像データの差分に対応した電流値の検出を行う。当該検出の結果、当該電流値が基準電流値と異なる場合はトリガ信号（ＴＲＩＧと表記）を発生する。Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＣ、列ドライバＣＤＲＶ及び行ドライバＲＤＲＶの構成については、図２での説明と同様である。

次に、図３（Ａ）に示す画素ＰＩＸ＿Ｂを有する撮像装置の動作について、図６、７を用いて説明する。

まず、第１のモードの動作について説明する（図６参照）。第１のモードでは、アナログ処理回路Ａｎａｌｏｇにて、撮像データの差分に応じた電流値と、基準電流値と、の比較が行なわれ、画素ＰＩＸ＿Ｂが撮像した第１の撮像データと、第２の撮像データとの差分の有無を検出する。当該アナログ処理により第１の撮像データと第２の撮像データとの差分が無ければ、すなわち、トリガ信号が発生しなければ、引き続きアナログ処理を行う。一方、当該アナログ処理により第１の撮像データと第２の撮像データとの差分があれば、すなわち、トリガ信号が発生すれば、第２のモードに遷移する。

例えば、第１の撮像データが木立の画像のデータ（図７（Ａ１）参照）であり、第２の撮像データも木立の画像のデータ（図７（Ａ２）参照）である場合、その差分はゼロである。よって、トリガ信号は発生しない。一方、第１の撮像データが木立の画像のデータ（図７（Ｂ１）参照）であり、第２の撮像データは木立と人物の画像のデータ（図７（Ｂ２））である場合、その差分はゼロではないため、トリガ信号が発生する。そして、トリガ信号の発生に伴い、撮像装置のモードは第１のモードから第２のモードに遷移する。なお、図示した例では、第１の撮像データと第２の撮像データは同じ風景を撮像したものであり、撮像した時間が異なるものである。そのため、第１の撮像データは第１の状態の撮像データと表記し、第２の撮像データは第２の状態の撮像データと表記する場合がある。

続いて、第２のモードの動作について説明する（図６参照）。第２のモードでは、画素ＰＩＸ＿Ｂが撮像した第３の撮像データをＡ／Ｄ変換してデジタルデータに変換する。例えば、第３の撮像データが木立と人物の画像のデータである場合（図７（Ｃ）参照）、第３の撮像データをデジタルデータに変換し、このデータに関する詳細の解析を実行することで、データ内の人物の詳細な情報を取得することができる。なお、撮像データの解析には、コンピュータの画像処理ソフトウェアを用いたデジタル処理を行えばよい。

続いて、第２のモードから第１のモードに遷移するときの動作について説明する（図６のステップ１１０参照）。これは、あらかじめ条件を設定しておくことで行われる。例えば、特定の期間が経過、あるいは、デジタル処理を終了する制御信号の入力、などの条件である。この条件が満たされた場合に、第２のモードから第１のモードに遷移する。

図３（Ａ）に示す画素ＰＩＸ＿Ｂを有する撮像装置において、第１のモードでは、Ａ／Ｄ変換などの膨大な電力を消費するデジタル処理を行わず、また、トリガ信号を生成するための最低限のアナログ処理を行うだけで良いため、消費電力を低減することができる。また、第２のモードでは、デジタル処理により、トリガ信号が生成した原因、すなわち、第１の撮像データと第２の撮像データとの違いを詳細に確認することができる。

以上のような構成とすることで、精度の高い差分データの取得が可能な撮像装置を提供することができる。加えて、本実施の形態の撮像装置において、第１のモードでは、膨大な電力を消費するデジタル処理を行わず、また、トリガ信号を生成するための最低限のアナログ処理を行うだけで良いため、消費電力を低減することができる。また、第２のモードでは、デジタル処理により、トリガ信号が生成した原因、すなわち、第１の撮像データと第２の撮像データとの違いを詳細に確認することができる。

なお、本実施の形態では、時刻ｔ０５乃至時刻ｔ０６において、第１の撮像データを出力する場合について説明したが、第１の撮像データと第２の撮像データとの差分データのみが取得できれば十分な場合、すなわち、第１の撮像データを出力する必要が無い場合は、時刻ｔ０３乃至時刻ｔ０６の動作を省略することが可能である。なお、時刻ｔ０３乃至時刻ｔ０６の動作を省略した場合においても、時刻ｔ１１乃至時刻ｔ１２、時刻ｔ２１乃至時刻ｔ２２、時刻ｔ３１乃至時刻ｔ３２、時刻ｔ４１乃至時刻ｔ４２、及び時刻ｔ５１乃至時刻ｔ５２において、信号線ＰＲを”Ｈ”、信号線ＦＲを”Ｌ”、信号線ＴＸを”Ｈ”とした時、ノードＦＮ３の電位がＶＰＲ、ノードＦＮ２の電位がＶＦＲ＋Δｖ１、ノードＦＮ１の電位がｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＋Ｖｔｈ＋Δｖ、に、毎回同じ電位に設定される。なお、時刻ｔ１２以降の動作は、上記と同様に説明できる。

なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態３）
上記実施の形態２で説明した撮像装置が含むアナログ処理回路の構成の一例について図８乃至１０を用いて説明する。本実施の形態では、アナログ処理回路が取りうる回路構成について、２つの回路構成を説明する。

まず図８では、アナログ処理回路Ａｎａｌｏｇ＿Ａについて説明する。

アナログ処理回路Ａｎａｌｏｇ＿Ａは、減算回路ＳＵＢ［１］乃至ＳＵＢ［ｎ］、絶対値回路ＡＢＳ［１］乃至ＡＢＳ［ｎ］、加算回路ＳＵＭを有する。

減算回路ＳＵＢ［１］乃至減算回路ＳＵＢ［ｎ］は、参照電位ＶＲＥＦから各列の画素の出力ＯＵＴ［１］乃至出力ＯＵＴ［ｎ］の電位の減算演算を行う。ここで、参照電位ＶＲＥＦは、画素１００と等価な回路構成のダミー回路において、図４における時刻ｔｃ１から時刻ｔ０１と同様な駆動方法により、ノードＦＮ２の電位をＶＦＲ、ノードＦＮ１の電位をｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＋Ｖｔｈとした状態で信号線ＳＥＬを”Ｈ”とした時に得られる出力ＯＵＴの電位とする構成が好ましい。すなわち、第１の撮像データと第２の撮像データとの差分データがゼロの場合の画素の出力ＯＵＴの電位に等しい電位とする構成が好ましい。なお、減算回路ＳＵＢ［１］乃至減算回路ＳＵＢ［ｎ］は、各々ＯＰアンプＯＰ０、抵抗Ｒ０１乃至抵抗Ｒ０４を有する。ここで、減算回路ＳＵＢ［１］について、信号線ＯＵＴ［１］の電位Ｖ１０、ＶＲＥＦの電位Ｖ２０とする。また、抵抗Ｒ０１乃至抵抗Ｒ０４の抵抗値を下記の式（１）、（２）を満たすように設定する。

Ｒ０１＝Ｒ０４ （１）

Ｒ０４／Ｒ０１＝Ｒ０３／Ｒ０２ （２）

そうすると、減算回路ＳＵＢ［１］の出力は、下記式（３）を満たす。

Ｖ０＝Ｖ２０−Ｖ１０ （３）

なお、減算回路ＳＵＢ［２］乃至減算回路ＳＵＢ［ｎ］の出力についても同様に説明できる。

絶対値回路ＡＢＳ［１］乃至絶対値回路ＡＢＳ［ｎ］は、減算回路ＳＵＢ［１］乃至減算回路ＳＵＢ［ｎ］の出力の絶対値を各々出力する。絶対値回路ＡＢＳ［１］乃至絶対値回路ＡＢＳ［ｎ］は、各々ＯＰアンプＯＰ１１、ＯＰアンプＯＰ１２、抵抗Ｒ１１乃至抵抗Ｒ１５、ダイオードＤ１１、ダイオードＤ１２を有する。ここで、絶対値回路ＡＢＳ［１］について、入力信号の電位Ｖ１０’、Ｒ１１＝Ｒ１２、Ｒ１３×２＝Ｒ１４＝Ｒ１５となるように抵抗値を設定すると、絶対値回路ＡＢＳ［１］の出力Ｖ０’＝｜Ｖ１０’｜となる。

なお、絶対値回路ＡＢＳ［２］乃至絶対値回路ＡＢＳ［ｎ］の出力についても同様に説明できる。

加算回路ＳＵＭは、絶対値回路ＡＢＳ［１］乃至絶対値回路ＡＢＳ［ｎ］の出力の和を出力する。加算回路ＳＵＭは、ＯＰアンプＯＰ２１、ＯＰアンプＯＰ２２、抵抗Ｒ２１乃至抵抗Ｒ２ｎ、抵抗Ｒ３１乃至抵抗Ｒ３３を有する。ここで、絶対値回路ＡＢＳ［１］乃至絶対値回路ＡＢＳ［ｎ］の各々の出力の電位をＶ１０’’乃至Ｖｎ０’’とし、Ｒ２１＝（中略）＝Ｒ２ｎ＝Ｒ３１、Ｒ３２＝Ｒ３３となるように抵抗値を設定すると、加算回路ＳＵＭの出力Ｖ０’’＝Ｖ１０’’＋（中略）＋Ｖｎ０’’となる。これをトリガ信号ＴＲＩＧとすると、第１の撮像データと第２の撮像データが同一の場合、ＴＲＩＧ＝０となる。一方、第１の撮像データと第２の撮像データが異なる場合、ＴＲＩＧ＝１となる。

次いで図９では、アナログ処理回路Ａｎａｌｏｇ＿Ｂについて説明する。

アナログ処理回路は、トランジスタ１３６、トランジスタ１３７、トランジスタ１３８、トランジスタ１３９、トランジスタ１４０、トランジスタ１４１、トランジスタ１４２、トランジスタ１４３、トランジスタ１４４、トランジスタ１４５、トランジスタ１４６、トランジスタ１４７、トランジスタ１４８、容量１４９、コンパレータＣＭＰ＋、コンパレータＣＭＰ−、から構成される。参照電位線Ｖｒｅｆ＋、参照電位線Ｖｒｅｆ−の電位は適宜設定する。

図１０は、アナログ処理回路Ａｎａｌｏｇ＿Ｂの動作を示すタイミングチャートである。

時刻Ｔ６１乃至時刻Ｔ６２において、信号線ＡＢＵを”Ｈ”、信号線ＡＯＰを”Ｌ”、信号線ＡＴＣを”Ｈ”とする。また、信号線ＦＲを”Ｈ”、信号線ＳＥＬ［ｘ］を”Ｈ”とする。なお信号線ＳＥＬ［ｘ］は、任意の行（第ｘ行；ｘはｍ以下の自然数）の信号線ＳＥＬである。また、全画素について、あらかじめ、図４における時刻ｔｃ１から時刻ｔ０１と同様な駆動方法を実施しておくことで、各列の画素のノードＦＮ２の電位はＶＦＲ、ノードＦＮ１の電位はｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＋Ｖｔｈとなる。この時、各列の信号線ＯＵＴ［１］乃至信号線ＯＵＴ［ｎ］に供給される電流は、第ｘ行における各画素ＰＩＸのトランジスタｍ３のゲート電位（ノードＦＮ１の電位）をｖ１・ｃ２／（ｃ２＋ｃ３＋ｃｇ）＋Ｖｔｈ）とした時の電流値、すなわち、初期フレームの撮像データと現フレームの撮像データとで差分がゼロの時の電流値Ｉ０になる。この電流値Ｉ０は、基準電流値という場合もある。なお、各列の基準電流値にあたる電流値Ｉ０は常に同じではないが、以下の議論で明らかなように、個々の値は、回路の動作に直接影響しない。したがって、各列の基準電流値はすべて電流値Ｉ０と表記する。また、以下の議論では理解を容易にするため、各列の差分データに相当する電流はすべてΔＩと表記する。

トランジスタ１３６を介して流れる電流Ｉｐ［１］乃至電流Ｉｐ［ｎ］の電流値は電流値Ｉ０に等しく、また、電流Ｉｃ［１］乃至電流Ｉｃ［ｎ］の電流値も電流値Ｉ０に等しい。さらに、トランジスタ１３８により、ドレインとゲートを接続されたトランジスタ１３７に流れる電流の電流値も電流値Ｉ０に等しい。特に、容量１４９に充電される電位は、電流値Ｉ０を流すのに必要なゲート電圧に相当する電位に設定される。

時刻Ｔ６３乃至時刻Ｔ６４において、信号線ＡＢＵを”Ｈ”、信号線ＡＯＰを”Ｈ”、信号線ＡＴＣを”Ｌ”とし、信号線ＳＥＬ［１］を”Ｈ”とする。この時、第１の行における各画素の差分データに相当する電流が各列の信号線ＯＵＴ［１］乃至信号線ＯＵＴ［ｎ］に供給される。ここで、第１の行における各画素の差分データはゼロとすると、各列の信号線ＯＵＴ［１］乃至信号線ＯＵＴ［ｎ］に供給される電流の電流値はＩ０、トランジスタ１３６を介して流れる電流Ｉｐ［１］乃至電流Ｉｐ［ｎ］の電流値はＩ０に等しく、また、電流Ｉｃ［１］乃至電流Ｉｃ［ｎ］の電流値もＩ０に等しい。

時刻Ｔ６４乃至時刻Ｔ６５において、信号線ＡＢＵを”Ｈ”、信号線ＡＯＰを”Ｈ”、信号線ＡＴＣを”Ｌ”とし、信号線ＳＥＬ［２］を”Ｈ”とする。この時、第２の行における各画素の差分データに相当する電流が各列の信号線ＯＵＴ［１］乃至信号線ＯＵＴ［ｎ］に供給される。ここで、第２の行における各画素の差分データは有限（負）とし、各列の信号線ＯＵＴ［１］乃至信号線ＯＵＴ［ｎ］に供給される電流の電流値を（Ｉ０−ΔＩ）とすると、トランジスタ１３６を介して流れる電流Ｉｐ［１］乃至電流Ｉｐ［ｎ］の電流値は（Ｉ０−ΔＩ）に等しく、また、電流Ｉｃ［１］乃至電流Ｉｃ［ｎ］の電流値はＩ０に等しいため、トランジスタ１３９とトランジスタ１４０を介して、電流値ΔＩの電流が流れることになる。

ここで、各列のトランジスタ１４０に電流値ΔＩの電流を流すためには、これらの和に相当する電流値Ｉ⁻＝ｎ・ΔＩの電流を供給する必要がある。ここで、コンパレータＣＭＰ−とトランジスタ１４２の働きにより、当該電流Ｉ⁻が供給される。ここで、トランジスタ１４２を介して各列のトランジスタ１４０に供給される電流Ｉ⁻がｎ・ΔＩより少ない（多い）場合は、コンパレータＣＭＰ−の＋端子の電位が下がる（上がる）ことになり、コンパレータＣＭＰ−の出力は低下（上昇）する。すなわち、トランジスタ１４２のゲート電圧が低下（上昇）し、より多い（少ない）電流Ｉ⁻を供給することができるようになる。

さらに、トランジスタ１４２のゲートと同電位の電位がトランジスタ１４３に印加されるため、トランジスタ１４２に対するトランジスタ１４３のＷ／Ｌ比（ｎ１）倍した電流ｎ１・Ｉ⁻がトランジスタ１４３に流れる。また、トランジスタ１４８とトランジスタ１４３とで構成されるバッファにより、信号ＴＲＩＧが”Ｈ”となる。なおトランジスタ１４８は、ゲートにバイアス電圧ｂｉａｓが与えられる。バイアス電圧ｂｉａｓは適宜設定することができる。

時刻Ｔ６６乃至時刻Ｔ６７において、信号線ＡＢＵを”Ｈ”、信号線ＡＯＰを”Ｈ”、信号線ＡＴＣを”Ｌ”とし、信号線ＳＥＬ［ｍ］を”Ｈ”とする。この時、第ｍの行における各画素の差分データに相当する電流が各列の信号線ＯＵＴ［１］乃至信号線ＯＵＴ［ｎ］に供給される。ここで、第ｍの行における各画素の差分データは、第１列が有限（正）、第２列が有限（正）、第ｎ列が有限（負）、その他の列がゼロとし、各列の信号線ＯＵＴ［１］、信号線ＯＵＴ［２］、信号線ＯＵＴ［ｎ］に供給される電流の電流値は（Ｉ０＋ΔＩ_１）、（Ｉ０＋ΔＩ_２）、（Ｉ０−ΔＩ_ｎ）とすると、トランジスタ１３６を介して流れる電流Ｉｐ［１］、電流Ｉｐ［２］、電流Ｉｐ［ｎ］の電流値は（Ｉ０＋ΔＩ_１）、（Ｉ０＋ΔＩ_２）、（Ｉ０−ΔＩ_ｎ）に等しく、また、電流Ｉｃ［１］乃至電流Ｉｃ［ｎ］の電流値はＩ０に等しいため、第１列、第２列のトランジスタ１３９とトランジスタ１４０を介して、電流値ΔＩ_１、ΔＩ_２の電流が流れ、第ｎ列のトランジスタ１３９とトランジスタ１４１を介して、電流値ΔＩ_ｎの電流が流れることになる。

ここで、第１列、第２列のトランジスタ１４０に電流値ΔＩ_１、ΔＩ_２の電流を流すためには、これらの和に相当する電流値Ｉ⁻＝ΔＩ_１＋ΔＩ_２の電流を供給する必要がある。ここで、コンパレータＣＭＰ−とトランジスタ１４２の働きにより、当該電流Ｉ−が供給される。ここで、トランジスタ１４２を介して各列のトランジスタ１４０に供給される電流Ｉ⁻がΔＩ_１＋ΔＩ_２より少ない（多い）場合は、コンパレータＣＭＰ−の＋端子の電位が下がる（上がる）ことになり、コンパレータＣＭＰ−の出力は低下（上昇）する。すなわち、トランジスタ１４２のゲート電圧が低下（上昇）し、より多い（少ない）電流Ｉ⁻を供給することができるようになる。

また、第ｎ列のトランジスタ１４１に電流値ΔＩ_ｎの電流を流すためには、電流値Ｉ^＋＝ΔＩ_ｎの電流を流す必要がある。ここで、コンパレータＣＭＰ＋とトランジスタ１４４の働きにより、当該電流Ｉ^＋が流せる。ここで、第ｎ列のトランジスタ１４１からトランジスタ１４４に流れ込める電流Ｉ^＋がΔＩ_ｎより少ない（多い）場合は、コンパレータＣＭＰ＋の＋端子の電位が上がる（下がる）ことになり、コンパレータＣＭＰ＋の出力は上昇（低下）する。すなわち、トランジスタ１４４のゲート電圧が上昇（低下）し、より多い（少ない）電流Ｉ^＋を流すことができるようになる。

また、トランジスタ１４２のゲートと同電位の電位がトランジスタ１４３に印加されるため、トランジスタ１４２に対するトランジスタ１４３のＷ／Ｌ比（ｎ１）倍した電流ｎ１・Ｉ⁻がトランジスタ１４３に流れる。

さらに、トランジスタ１４４のゲートと同電位の電位がトランジスタ１４５に印加されるため、トランジスタ１４４に対するトランジスタ１４５のＷ／Ｌ比（ｎ２）倍した電流ｎ２・Ｉ^＋がトランジスタ１４５に流れる。トランジスタ１４５に流れる電流がトランジスタ１４６にも流れ、さらに、トランジスタ１４６に対するトランジスタ１４７のＷ／Ｌ比（ｎ３）倍した電流ｎ３・ｎ２・Ｉ^＋がトランジスタ１４７に流れる。トランジスタ１４８とトランジスタ１４３とトランジスタ１４７とで構成されるバッファにより、信号ＴＲＩＧが”Ｈ”となる。

以上のような構成とすることで、低消費電力で、且つ精度の高い差分検知が可能な撮像装置を提供することができる。

なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した画素の変形例について説明する。

図１１（Ａ）には、図１（Ａ）の回路図における、トランジスタの半導体層を酸化物半導体とする回路図の変形例を示す。図１１（Ａ）に示す画素ＰＩＸ＿Ｃでは、トランジスタＭ１乃至Ｍ５を、酸化物半導体を半導体層に有する構成としている。

なお回路図において、酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタ（ＯＳトランジスタともいう）であることを明示するために、酸化物半導体を用いたトランジスタの回路記号に「ＯＳ」の記載を付している。

ＯＳトランジスタは、極めて低いオフ電流特性を有するといった特性を有する。そのため、撮像のダイナミックレンジを拡大することができる。図１１（Ａ）に示す回路図では、フォトダイオードＰＤに入射される光の強度が大きいときにノードＦＤ１の電位が小さくなる。ＯＳトランジスタは極めて低いオフ電流特性を有するため、ゲート電位が極めて小さい場合においても当該ゲート電位に応じた電流を正確に出力することができる。したがって、検出することのできる照度のレンジ、すなわちダイナミックレンジを広げることができる。

また、ＯＳトランジスタは極めて低いオフ電流特性を有するため、ノードＦＤ１が電荷を保持できる期間を極めて長くすることができることから、回路構成や動作方法を複雑にすることなくグローバルシャッタ方式を適用することができる。したがって、動体であっても歪の小さい画像を容易に得ることができる。また、同様の理由により露光時間（電荷の蓄積動作を行う期間）を長くすることもできることから、低照度環境における撮像にも適する。

また、ＯＳトランジスタは、Ｓｉトランジスタよりも電気特性変動の温度依存性が小さい。そのため、極めて広い温度範囲で使用することができる。したがって、ＯＳトランジスタを有する撮像装置および半導体装置は、自動車、航空機、宇宙機などへの搭載にも適している。

図１１（Ａ）に示すような構成とすることで、画素をシリコンで形成したフォトダイオードと、ＯＳトランジスタと、で構成することができる。このような構成とすることで、画素にＳｉトランジスタを形成する必要が無いため、フォトダイオードの有効面積を増大することが容易になる。したがって、撮像感度を向上することができる。

また、画素ＰＩＸ＿Ｃだけでなく、アナログ処理回路Ａｎａｌｏｇ、Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＣ、列ドライバＣＤＲＶ、行ドライバＲＤＲＶなどの周辺回路をＯＳトランジスタで形成する構成が有効である。周辺回路をＯＳトランジスタのみで形成する構成は、Ｓｉトランジスタの形成工程が不要となるため、撮像装置の低価格化に有効である。また、周辺回路をＯＳトランジスタとＰ型Ｓｉトランジスタのみで形成する構成は、Ｎ型Ｓｉトランジスタの形成工程が不要となるため、撮像装置の低価格化に有効である。さらに、周辺回路をＣＭＯＳ回路とすることができるので、周辺回路の低消費電力化、すなわち、撮像装置の低消費電力化に有効である。

また図１１（Ｂ）には、図１１（Ａ）をさらに変形した画素ＰＩＸ＿Ｄの回路図の変形例を示す。図１１（Ｂ）に示す画素ＰＩＸ＿Ｄでは、トランジスタｍ３、ｍ４を、シリコンを半導体層に有する構成としている。

なお回路図において、シリコンを半導体層に有するトランジスタ（Ｓｉトランジスタともいう）であることを明示するために、シリコンを用いたトランジスタの回路記号に「Ｓｉ」の記載を付している。

Ｓｉトランジスタは、ＯＳトランジスタに比べて優れた電界効果移動度を有するといった特性を有する。そのため、増幅トランジスタとして機能するトランジスタに流れる電流量を増やすことができる。例えば、図１１（Ｂ）においてノードＦＤ１に蓄積された電荷に応じて、トランジスタＭ３、Ｍ４に流れる電流量を増やすことができる。

また図１２には、図１（Ａ）の回路図における、フォトダイオードＰＤをセンサＳ_ＩＳとする画素ＰＩＸ＿Ｅの回路図を示す。

センサＳ_ＩＳとしては、与えられる物理量を、素子を流れる電流量に変換できる素子であることが好ましい。あるいは、与えられる物理量を一度別の物理量に変換した上で、素子を流れる電流量に変換できる素子であることが好ましい。

センサＳ_ＩＳにはさまざまなセンサを用いることができる。例えば、センサＳ_ＩＳとして、温度センサ、光センサ、ガスセンサ、炎センサ、煙センサ、湿度センサ、圧力センサ、流量センサ、振動センサ、音声センサ、磁気センサ、放射線センサ、匂いセンサ、花粉センサ、加速度センサ、傾斜角センサ、ジャイロセンサ、方位センサ、電力センサなどを用いることができる。

例えば、センサＳ_ＩＳとして、光センサを用いる場合は、上述したフォトダイオードや、フォトトランジスタを用いることが可能である。

また、センサＳ_ＩＳとして、ガスセンサを用いる場合は、酸化スズなどの金属酸化物半導体にガスが吸着することによる抵抗の変化を検出する半導体式ガスセンサ、接触燃焼式ガスセンサ、固体電解質式ガスセンサなどを用いることが可能である。

また図２２（Ａ）には、図１（Ａ）の回路図におけるフォトダイオードＰＤ、あるいは図１２の回路図におけるセンサＳ_ＩＳをセレン系半導体素子Ｓ_Ｓｅとする画素ＰＩＸ＿Ｏの回路図を示す。

セレン系半導体素子Ｓ_Ｓｅとしては、電圧を印加することで１個の入射光子から複数の電子を取り出すことのできる、アバランシェ増倍という現象を利用して光電変換が可能な素子である。従って、セレン系半導体素子Ｓ_Ｓｅを有する画素ＰＩＸ＿Ｏでは、入射される光量に対する電子の増幅を大きく、高感度のセンサとすることができる。

セレン系半導体素子Ｓ_Ｓｅとしては、非晶質性を有するセレン系半導体、あるいは結晶性を有するセレン系半導体を用いることができる。結晶性を有するセレン系半導体は、一例として、非晶質性を有するセレン系半導体を成膜後、熱処理することで得ればよい。なお結晶性を有するセレン系半導体の結晶粒径を画素ピッチより小さくすることで、画素ごとの特性ばらつきが低減し、得られる画像の画質が均一になり好ましい。

セレン系半導体の中でも結晶性を有するセレン系半導体は、光吸収係数を広い波長帯域にわたって有するといった特性を有する。そのため、可視光や、紫外光に加えて、Ｘ線や、ガンマ線といった幅広い波長帯域の撮像素子として利用することができ、Ｘ線や、ガンマ線といった短い波長帯域の光を直接電荷に変換できる、所謂直接変換型の素子として用いることができる。

図２２（Ｂ）には、図２２（Ａ）に示す回路構成の一部に対応する、断面構造の模式図である。図２２（Ｂ）では、トランジスタＭ１、トランジスタＭ１に接続される電極Ｅ_Ｐｉｘ、セレン系半導体素子Ｓ_Ｓｅ、電極Ｅ_ＶＰＤ、及び基板Ｓｕｂを図示している。

電極Ｅ_ＶＰＤ、及び基板Ｓｕｂが設けられる側より、セレン系半導体素子Ｓ_Ｓｅに向けて光を入射する。そのため電極Ｅ_ＶＰＤ、及び基板Ｓｕｂは透光性を有することが好ましい。電極Ｅ_ＶＰＤとしては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を用い、基板Ｓｕｂとしては、ガラス基板を用いることができる。

セレン系半導体素子Ｓ_Ｓｅ、及びセレン系半導体素子Ｓ_Ｓｅに積層して設ける電極Ｅ_ＶＰＤは、画素ごとに形状を加工することなく用いることができる。形状を加工するための工程を削減することができるため、作製コストの低減、及び作製歩留まりの向上を図ることができる。

なお、セレン系半導体は、一例として、カルコパイライト系半導体を挙げることができる。具体例としては、ＣｕＩｎ_１−ｘＧａ_ｘＳｅ_２（０≦ｘ≦１）（ＣＩＧＳと略記）を挙げることができる。ＣＩＧＳは、蒸着法、スパッタリング法等を用いて形成することができる。

カルコパイライト系半導体であるセレン系半導体は、数Ｖ（５乃至２０Ｖ）程度の電圧を印加することで、アバランシェ増倍を発現できる。セレン系半導体に電圧を印加して光の照射によって生じる信号電荷の移動における直進性を高めることができる。なおセレン系半導体の膜厚は、１μｍ以下と薄くすることで、印加する電圧を小さくできる。

なおセレン系半導体の膜厚が小さい場合、電圧印加時に暗電流が流れるが、上述したカルコパイライト系半導体であるＣＩＧＳに暗電流が流れることを防ぐための層（正孔注入障壁層）を設けることで、暗電流が流れることを抑制できる。正孔注入障壁層としては、酸化物半導体を用いればよく、一例としては酸化ガリウムを用いることができる。正孔注入障壁層の膜厚は、セレン系半導体の膜厚より小さいことが好ましい。

図２２（Ｃ）には、図２２（Ｂ）とは異なる、断面構造の模式図である。図２２（Ｃ）では、トランジスタＭ１、トランジスタＭ１に接続される電極Ｅ_Ｐｉｘ、セレン系半導体Ｓ_Ｓｅ、電極Ｅ_ＶＰＤ、及び基板Ｓｕｂの他に、正孔注入障壁層Ｅ_ＯＳを図示している。

以上説明したようにセンサとしてセレン系半導体Ｓ_Ｓｅを用いることで、作製コストの低減、及び作製歩留まりの向上、画素ごとの特性ばらつき低減することができ、高感度のセンサとすることができる。従って、画素内で増幅トランジスタの閾値ばらつきを補正する本発明の一態様の回路構成と組み合わせることで、より精度の高い撮像データの取得が可能な撮像装置とすることができる。

なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、撮像装置を構成する素子の断面構造について、図面を参照して説明する。本実施の形態では一例として、上記実施の形態４で図１１（Ｂ）を用いて説明した、Ｓｉトランジスタ及びＯＳトランジスタを用いて画素を構成する断面構造について説明する。

図１３（Ａ）、（Ｂ）は、撮像装置を構成する素子の断面図である。図１３（Ａ）に示す撮像装置は、シリコン基板４０に設けられたＳｉトランジスタ５１、Ｓｉトランジスタ５１上に積層して設けられたＯＳトランジスタ５２およびＯＳトランジスタ５３、ならびにシリコン基板４０に設けられたフォトダイオード６０を含む。各トランジスタおよびフォトダイオード６０は、種々のコンタクトプラグ７０および配線層７１と電気的な接続を有する。また、フォトダイオード６０のアノード６１は、低抵抗領域６３を介してコンタクトプラグ７０と電気的な接続を有する。

また撮像装置は、シリコン基板４０に設けられたＳｉトランジスタ５１およびフォトダイオード６０を有する層１１００と、層１１００と接して設けられ、配線層７１を有する層１２００と、層１２００と接して設けられ、ＯＳトランジスタ５２およびＯＳトランジスタ５３を有する層１３００と、層１３００と接して設けられ、配線層７２および配線層７３を有する層１４００を備えている。

なお図１３（Ａ）の断面図の一例では、シリコン基板４０において、Ｓｉトランジスタ５１が形成された面とは逆側の面にフォトダイオード６０の受光面を有する構成とする。該構成とすることで、各種トランジスタや配線などの影響を受けずに光路を確保することができる。そのため、高開口率の画素を形成することができる。なお、フォトダイオード６０の受光面をＳｉトランジスタ５１が形成された面と同じとすることもできる。

なお上記実施の形態４で図１１（Ａ）を用いて説明した、ＯＳトランジスタを用いて画素を構成する場合には、層１１００を、ＯＳトランジスタを有する層とすればよい。または層１１００を省略し、ＯＳトランジスタのみで画素を構成してもよい。

なおＳｉトランジスタを用いて画素を構成する場合には、層１３００を省略すればよい。層１３００を省略した断面図の一例を図１３（Ｂ）に示す。

なお、シリコン基板４０はバルクのシリコン基板に限らず、ＳＯＩ基板であってもよい。また、シリコン基板４０に替えて、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、ガリウムヒ素、アルミニウムガリウムヒ素、インジウムリン、窒化ガリウム、有機半導体を材料とする基板を用いることもできる。

ここで、位置は限定されないが、Ｓｉトランジスタ５１およびフォトダイオード６０を有する層１１００と、ＯＳトランジスタ５２およびＯＳトランジスタ５３を有する層１３００との間には絶縁層８０が設けられる。

Ｓｉトランジスタ５１の活性領域近傍に設けられる絶縁層中の水素はシリコンのダングリングボンドを終端し、Ｓｉトランジスタ５１の信頼性を向上させる効果がある。一方、上層に設けられるＯＳトランジスタ５２およびＯＳトランジスタ５３等の活性層である酸化物半導体層の近傍に設けられる絶縁層中の水素は、酸化物半導体中にキャリアを生成する要因の一つとなるため、ＯＳトランジスタ５２およびＯＳトランジスタ５３等の信頼性を低下させる要因となる場合がある。したがって、シリコン系半導体材料を用いたトランジスタの上層に酸化物半導体を用いたトランジスタを積層して設ける場合、これらの間に水素の拡散を防止する機能を有する絶縁層８０を設けることが好ましい。絶縁層８０により、下層に水素を閉じ込めることでＳｉトランジスタ５１の信頼性が向上することに加え、下層から上層に水素が拡散することが抑制されることでＯＳトランジスタ５２およびＯＳトランジスタ５３等の信頼性も同時に向上させることができる。

絶縁層８０としては、例えば酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等を用いることができる。

また、図１３（Ａ）の断面図において、層１１００に設けるフォトダイオード６０と、層１３００に設けるトランジスタとを重なるように形成することができる。そうすると、画素の集積度を高めることができる。すなわち、撮像装置の解像度を高めることができる。

なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態６）
本実施の形態では、撮像装置にカラーフィルタ等を付加した形態の一例の断面構造について、図面を参照して説明する。

図１４（Ａ）は、図１３（Ａ）、（Ｂ）に示す撮像装置にカラーフィルタ等を付加した形態の一例の断面図であり、３画素分の回路（回路９１ａ、回路９１ｂ、回路９１ｃ）が占める領域を示している。層１１００に形成されるフォトダイオード６０上には絶縁層１５００が形成される。絶縁層１５００は可視光に対して透光性の高い酸化シリコン膜などを用いることができる。また、パッシベーション膜として窒化シリコン膜を積層する構成としてもよい。また、反射防止膜として、酸化ハフニウムなどの誘電体膜を積層する構成としてもよい。

絶縁層１５００上には、遮光層１５１０が形成される。遮光層１５１０は、上部のカラーフィルタを通る光の混色を防止する作用を有する。遮光層１５１０には、アルミニウム、タングステンなどの金属層や当該金属層と反射防止膜としての機能を有する誘電体膜を積層する構成とすることができる。

絶縁層１５００および遮光層１５１０上には平坦化膜として有機樹脂層１５２０が形成され、回路９１ａ、回路９１ｂおよび回路９１ｃ上においてそれぞれカラーフィルタ１５３０ａ、カラーフィルタ１５３０ｂおよびカラーフィルタ１５３０ｃが対になるように形成される。カラーフィルタ１５３０ａ、カラーフィルタ１５３０ｂおよびカラーフィルタ１５３０ｃには、それぞれＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）などの色を割り当てることにより、カラー画像を得ることができる。

カラーフィルタ１５３０ａ、カラーフィルタ１５３０ｂおよびカラーフィルタ１５３０ｃ上にはマイクロレンズアレイ１５４０が設けられ、一つのレンズを通る光が直下のカラーフィルタを通り、フォトダイオードに照射されるようになる。

また、層１４００に接して支持基板１６００が設けられる。支持基板１６００としては、シリコン基板などの半導体基板、ガラス基板、金属基板、セラミック基板などの硬質基板を用いることができる。なお、層１４００と支持基板１６００との間には接着層となる無機絶縁層や有機樹脂層が形成されていてもよい。

上記撮像装置の構成において、カラーフィルタ１５３０ａ、カラーフィルタ１５３０ｂおよびカラーフィルタ１５３０ｃの代わりに光学変換層１５５０を用いてもよい（図１４（Ｂ）参照）。光学変換層１５５０を用いることにより、様々な波長領域における画像が得られる撮像装置とすることができる。

例えば、光学変換層１５５０に可視光線の波長以下の光を遮るフィルタを用いれば、赤外線撮像装置とすることができる。また、光学変換層１５５０に近赤外線の波長以下の光を遮るフィルタを用いれば、遠赤外線撮像装置とすることができる。また、光学変換層１５５０に可視光線の波長以上の光を遮るフィルタを用いれば紫外線撮像装置とすることができる。

また、光学変換層１５５０にシンチレータを用いれば、医療用のＸ線撮像装置など、放射線の強弱を可視化した画像を得る撮像装置とすることができる。被写体を透過したＸ線等の放射線がシンチレータに入射されると、フォトルミネッセンスと呼ばれる現象により可視光線や紫外光線などの光（蛍光）に変換される。そして、当該光をフォトダイオード６０で検知することにより画像データを取得する。

シンチレータは、Ｘ線やガンマ線などの放射線が照射されると、そのエネルギーを吸収して可視光や紫外光を発する物質、または当該物質を含む材料からなり、例えば、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｐｒ、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、ＢａＦＣｌ：Ｅｕ、ＮａＩ、ＣｓＩ、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＣｅＦ_３、ＬｉＦ、ＬｉＩ、ＺｎＯなどの材料や、それらを樹脂やセラミクスに分散させたものが知られている。

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態７）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したＯＳトランジスタについて説明する。

ＯＳトランジスタは、酸化物半導体中の不純物濃度を低減し、酸化物半導体を真性または実質的に真性にすることでオフ電流を低くすることができる。ここで、実質的に真性とは、酸化物半導体中のキャリア密度が、１×１０^１７／ｃｍ^３未満であること、好ましくは１×１０^１５／ｃｍ^３未満であること、さらに好ましくは１×１０^１３／ｃｍ^３未満であることを指す。酸化物半導体において、水素、窒素、炭素、シリコン、および主成分以外の金属元素は不純物となる。例えば、水素および窒素はドナー準位の形成に寄与し、キャリア密度を増大させてしまう。

真性または実質的に真性にした酸化物半導体を用いたトランジスタは、キャリア密度が低いため、閾値電圧がマイナスとなる電気特性になることが少ない。また、当該酸化物半導体を用いたトランジスタは、酸化物半導体のキャリアトラップが少ないため、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。また、当該酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ電流を非常に低くすることが可能となる。

なおオフ電流を低くしたＯＳトランジスタでは、室温（２５℃程度）にてチャネル幅１μｍあたりの規格化されたオフ電流が１×１０^−１８Ａ以下、好ましくは１×１０^−２１Ａ以下、更に好ましくは１×１０^−２４Ａ以下、又は８５℃にて１×１０^−１５Ａ以下、好ましくは１×１０^−１８Ａ以下、更に好ましくは１×１０^−２１Ａ以下とすることができる。

なおオフ電流とは、ｎチャネル型トランジスタの場合、トランジスタが非導通状態のときにソースとドレインとの間に流れる電流をいう。ｎチャネル型トランジスタの閾値電圧が、例えば、０Ｖ乃至２Ｖ程度であれば、ゲートとソースの間に印加される電圧が負の電圧の場合に、ソースとドレインとの間を流れる電流をオフ電流ということができる。

なおＯＳトランジスタの半導体層に用いる酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）又は亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特にＩｎ及びＺｎを含むことが好ましい。また、それらに加えて、酸素を強く結びつけるスタビライザーを有することが好ましい。スタビライザーとしては、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）及びアルミニウム（Ａｌ）の少なくともいずれかを有すればよい。

また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）のいずれか一種又は複数種を有してもよい。

トランジスタの半導体層に用いる酸化物半導体としては、例えば、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｚｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｉ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｃ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物等がある。

例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２、あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：１：３の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。

半導体層を構成する酸化物半導体膜に水素が多量に含まれると、酸化物半導体と結合することによって、水素の一部がドナーとなり、キャリアである電子を生じてしまう。これにより、トランジスタの閾値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。そのため、酸化物半導体膜の形成後において、脱水化処理（脱水素化処理）を行い酸化物半導体膜から、水素、又は水分を除去して不純物が極力含まれないように高純度化することが好ましい。

なお、酸化物半導体膜への脱水化処理（脱水素化処理）によって、酸化物半導体膜から酸素が減少してしまうことがある。よって、酸化物半導体膜への脱水化処理（脱水素化処理）によって増加した酸素欠損を補填するため酸素を酸化物半導体膜に加える処理を行うことが好ましい。

このように、酸化物半導体膜は、脱水化処理（脱水素化処理）により、水素又は水分が除去され、加酸素化処理により酸素欠損を補填することによって、ｉ型（真性）化又はｉ型に限りなく近く実質的にｉ型（真性）である酸化物半導体膜とすることができる。なお、実質的に真性とは、酸化物半導体膜中にドナーに由来するキャリアが極めて少なく（ゼロに近く）、キャリア密度が１×１０^１７／ｃｍ^３以下、１×１０^１６／ｃｍ^３以下、１×１０^１５／ｃｍ^３以下、１×１０^１４／ｃｍ^３以下、１×１０^１３／ｃｍ^３以下であることをいう。

このように、ｉ型又は実質的にｉ型である酸化物半導体膜を備えるトランジスタは、極めて優れたオフ電流特性を実現できる。

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態８）
本実施の形態では、上記実施の形態２で説明した撮像装置を監視装置（監視システムともいう）に利用する場合について説明する。

図１５は、本実施の形態の監視装置の構成例を示すブロック図である。監視装置は、カメラ２００、記憶装置２１１、表示装置２１２、および警報装置２１３を有する。カメラ２００は、撮像装置２２０を有する。カメラ２００、記憶装置２１１、表示装置２１２、および警報装置２１３は、それぞれ機能的に接続される。カメラ２００で撮影された画像は、記憶装置２１１に記録され、表示装置２１２に表示される。また、警報装置２１３は、カメラ２００が動きを検出した場合等に管理者に警報を行う。

撮像装置２２０は、カメラ２００で差分データを検知したときに、トリガ信号を発生する。トリガ信号が発生しない場合にはアナログ処理を引き続き行い、発生する場合にはデジタル処理を行う。そのため、膨大な電力を消費するデジタル処理を継続的に行わなくてもよいため、消費電力を低減することができる。

例えば、第１の状態を監視区域内に侵入者が確実にいない状態、第２の状態を現在の状態とする。ここで、撮像装置２２０が第１のモードで動作する場合に侵入者がいない場合は、第１の撮像データと第２の撮像データとは同一のため、差分データはゼロである。したがって、アナログ処理回路で各画素から読み出した差分データに対して、差分絶対値和演算を行った結果はゼロで、トリガ信号が発生しない。一方、侵入者がいる場合は、第１の撮像データと第２の撮像データとは異なるため、差分データは有限である。したがって、アナログ処理回路で各画素から読み出した差分データに対して、差分絶対値和演算を行った結果は有限で、トリガ信号が発生する。トリガ信号の発生に伴い、撮像装置２２０は第２のモードに遷移し、第３の撮像データをデジタル処理回路でデジタルデータに変換し、ＰＣなどでのデジタル処理により、撮像画像に関する詳細の解析を実行する。その結果、侵入者の詳細な情報を取得することができる。

そのため画像に動きが検出されない期間は、撮像装置２２０はデジタル処理を行わない。その結果、カメラ２００での電力消費を抑えることができる。また、記憶装置２１１は、動きが検出されない期間での画像データ分の、記憶装置２１１の記憶容量の節約ができるため、より長時間の録画が可能になる。

なお、警報装置２１３による周囲への警報は、トリガ信号が発生した場合に行えばよい。あるいは、認証システムでの照合を基に判定し、警報を行うか否かの判定を行ってもよい。

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態９）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る撮像装置を用いた電子機器の一例について説明する。

本発明の一態様に係る撮像装置を用いた電子機器として、テレビ、モニタ等の表示装置、照明装置、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などの記録媒体に記憶された静止画又は動画を再生する画像再生装置、ポータブルＣＤプレーヤ、ラジオ、テープレコーダ、ヘッドホンステレオ、ステレオ、ナビゲーションシステム、置き時計、壁掛け時計、コードレス電話子機、トランシーバ、携帯電話、自動車電話、携帯型ゲーム機、タブレット型端末、パチンコ機などの大型ゲーム機、電卓、携帯情報端末、電子手帳、電子書籍端末、電子翻訳機、音声入力機器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電気シェーバ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、温水器、扇風機、毛髪乾燥機、エアコンディショナー、加湿器、除湿器などの空調設備、食器洗い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、ＤＮＡ保存用冷凍庫、懐中電灯、チェーンソー等の工具、煙感知器、透析装置等の医療機器、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。さらに、誘導灯、信号機、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、産業用ロボット、電力貯蔵システム、電力の平準化やスマートグリッドのための蓄電装置等の産業機器が挙げられる。また、燃料を用いたエンジンや、非水系二次電池からの電力を用いて電動機により推進する移動体なども、電子機器の範疇に含まれるものとする。上記移動体として、例えば、電気自動車（ＥＶ）、内燃機関と電動機を併せ持ったハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）、これらのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車、自動二輪車、電動車椅子、ゴルフ用カート、小型又は大型船舶、潜水艦、ヘリコプター、航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や惑星探査機、宇宙船などが挙げられる。

図１６（Ａ）はビデオカメラであり、筐体９４１、筐体９４２、表示部９４３、操作キー９４４、レンズ９４５、接続部９４６等を有する。操作キー９４４およびレンズ９４５は筐体９４１に設けられており、表示部９４３は筐体９４２に設けられている。そして、筐体９４１と筐体９４２とは、接続部９４６により接続されており、筐体９４１と筐体９４２の間の角度は、接続部９４６により変更が可能である。表示部９４３における映像を、接続部９４６における筐体９４１と筐体９４２との間の角度に従って切り替える構成としても良い。レンズ９４５の焦点となる位置には本発明の一態様の撮像装置を備えることができる。

図１６（Ｂ）は携帯電話であり、筐体９５１に、表示部９５２、マイク９５７、スピーカー９５４、カメラ９５９、入出力端子９５６、操作用のボタン９５５等を有する。カメラ９５９には本発明の一態様の撮像装置を用いることができる。

図１６（Ｃ）はデジタルカメラであり、筐体９２１、シャッターボタン９２２、マイク９２３、発光部９２７、レンズ９２５等を有する。レンズ９２５の焦点となる位置には本発明の一態様の撮像装置を備えることができる。

図１６（Ｄ）は携帯型ゲーム機であり、筐体９０１、筐体９０２、表示部９０３、表示部９０４、マイク９０５、スピーカー９０６、操作キー９０７、スタイラス９０８、カメラ９０９等を有する。なお、図１６（Ａ）に示した携帯型ゲーム機は、２つの表示部９０３と表示部９０４とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない。カメラ９０９には本発明の一態様の撮像装置を用いることができる。

図１６（Ｅ）は腕時計型の情報端末であり、筐体９３１、表示部９３２、リストバンド９３３、カメラ９３９等を有する。表示部９３２はタッチパネルとなっていてもよい。カメラ９３９には本発明の一態様の撮像装置を用いることができる。

図１６（Ｆ）は携帯データ端末であり、筐体９１１、表示部９１２、カメラ９１９等を有する。表示部９１２が有するタッチパネル機能により情報の入出力を行うことができる。カメラ９１９には本発明の一態様の撮像装置を用いることができる。

なお、本発明の一態様の撮像装置を具備していれば、上記で示した電子機器に特に限定されないことは言うまでもない。

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

ｃｐ１ 容量素子
ｃｐ２ 容量素子
ｃｐ３ 容量素子
ＣＰ１ 容量素子
ＣＰ２ 容量素子
Ｄ１１ ダイオード
Ｄ１２ ダイオード
ＦＤ１ ノード
ＦＤ２ ノード
ＦＮ１ ノード
ＦＮ２ ノード
ＦＮ３ ノード
Ｉ０ 電流値
Ｉｄ ドレイン電流
Ｉｃ 電流
Ｉｐ 電流
ｍ１ トランジスタ
ｍ２ トランジスタ
ｍ３ トランジスタ
ｍ４ トランジスタ
ｍ５ トランジスタ
ｍ６ トランジスタ
Ｍ１ トランジスタ
Ｍ２ トランジスタ
Ｍ３ トランジスタ
Ｍ４ トランジスタ
Ｍ５ トランジスタ
ｎ１ 電流
ｎ２ 電流
ｎ３ 電流
ＯＰ１１ ＯＰアンプ
ＯＰ１２ ＯＰアンプ
ＯＰ２１ ＯＰアンプ
ＯＰ２２ ＯＰアンプ
Ａｎａｌｏｇ アナログ処理回路
ＡＤＣ Ａ／Ｄ変換回路
ＡＢＳ 絶対値回路
ＳＵＢ 減算回路
ＳＵＭ 加算回路
Ｒ０１ 抵抗
Ｒ２ｎ 抵抗
Ｒ０４ 抵抗
Ｒ１１ 抵抗
Ｒ１５ 抵抗
Ｒ２１ 抵抗
Ｒ３１ 抵抗
Ｒ３３ 抵抗
ｔ０１ 時刻
ｔ１ 時刻
ｔ０２ 時刻
ｔ２ 時刻
ｔ０３ 時刻
ｔ３ 時刻
ｔ０４ 時刻
ｔ４ 時刻
ｔ０５ 時刻
ｔ５ 時刻
ｔ０６ 時刻
ｔ６ 時刻
ｔ１０ 時刻
ｔ１１ 時刻
ｔ１２ 時刻
ｔ１３ 時刻
ｔ１４ 時刻
ｔ１５ 時刻
ｔ２１ 時刻
ｔ２２ 時刻
ｔ２３ 時刻
ｔ２４ 時刻
ｔ２５ 時刻
ｔ３１ 時刻
ｔ３２ 時刻
ｔ３３ 時刻
ｔ３４ 時刻
ｔ３５ 時刻
ｔ４１ 時刻
ｔ４２ 時刻
ｔ４３ 時刻
ｔ４４ 時刻
ｔ４５ 時刻
ｔ５１ 時刻
ｔ５２ 時刻
ｔ５３ 時刻
ｔ５４ 時刻
ｔ５５ 時刻
Ｔ１ 時刻
Ｔ２ 時刻
Ｔ３ 時刻
Ｔ４ 時刻
Ｔ５ 時刻
Ｔ６ 時刻
Ｔ１０ 時刻
Ｔ１５ 時刻
Ｔ６１ 時刻
Ｔ６２ 時刻
Ｔ６３ 時刻
Ｔ６４ 時刻
Ｔ６５ 時刻
Ｔ６６ 時刻
Ｔ６７ 時刻
ｔｃ１ 時刻
ｔｃ２ 時刻
ｔｃ３ 時刻
ＴＣ１ 時刻
ＴＣ２ 時刻
ＰＤ フォトダイオード
ｐｄ フォトダイオード
ＰＩＸ＿Ａ 画素
ＰＩＸ＿Ｂ 画素
ＰＩＸ＿Ｃ 画素
ＰＩＸ＿Ｄ 画素
ＰＩＸ＿Ｅ 画素
４０ シリコン基板
５１ Ｓｉトランジスタ
５２ ＯＳトランジスタ
５３ ＯＳトランジスタ
６０ フォトダイオード
６１ アノード
６３ 低抵抗領域
７０ コンタクトプラグ
７１ 配線層
７２ 配線層
７３ 配線層
８０ 絶縁層
９１ａ 回路
９１ｂ 回路
９１ｃ 回路
１００ 画素
１０１ 画素部
１３６ トランジスタ
１３７ トランジスタ
１３８ トランジスタ
１３９ トランジスタ
１４０ トランジスタ
１４１ トランジスタ
１４２ トランジスタ
１４３ トランジスタ
１４４ トランジスタ
１４５ トランジスタ
１４６ トランジスタ
１４７ トランジスタ
１４８ トランジスタ
１４９ 容量
２００ カメラ
２１１ 記憶装置
２１２ 表示装置
２１３ 警報装置
２２０ 撮像装置
９０１ 筐体
９０２ 筐体
９０３ 表示部
９０４ 表示部
９０５ マイク
９０６ スピーカー
９０７ 操作キー
９０８ スタイラス
９０９ カメラ
９１１ 筐体
９１２ 表示部
９１９ カメラ
９２１ 筐体
９２２ シャッターボタン
９２３ マイク
９２５ レンズ
９２７ 発光部
９３１ 筐体
９３２ 表示部
９３３ リストバンド
９３９ カメラ
９４１ 筐体
９４２ 筐体
９４３ 表示部
９４４ 操作キー
９４５ レンズ
９４６ 接続部
９５１ 筐体
９５２ 表示部
９５４ スピーカー
９５５ ボタン
９５６ 入出力端子
９５７ マイク
９５９ カメラ
１１００ 層
１２００ 層
１３００ 層
１４００ 層
１５００ 絶縁層
１５１０ 遮光層
１５２０ 有機樹脂層
１５３０ａ カラーフィルタ
１５３０ｂ カラーフィルタ
１５３０ｃ カラーフィルタ
１５４０ マイクロレンズアレイ
１５５０ 光学変換層
１６００ 支持基板

Claims (12)

1. 画素を有する撮像装置であって、
   前記画素は、フォトダイオードと、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第１の容量素子と、第２の容量素子と、第１の配線と、第２の配線と、第３の配線と、を有し、
   前記フォトダイオードの一方の電極は、前記第１の配線に電気的に接続され、
   前記フォトダイオードは、光電変換された信号電荷を生成する機能を有し、
   前記第１の配線は、低電位を与える機能を有し、
   前記第１の容量素子の一方の電極は、前記フォトダイオードの他方の電極に電気的に接続され、
   前記第１の容量素子の他方の電極は、前記第１のトランジスタのゲートに電気的に接続され、
   前記第２の容量素子の一方の電極は、前記第１のトランジスタのゲートに電気的に接続され、
   前記第２の容量素子の他方の電極は、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、
   前記第１のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第２の配線に電気的に接続され、
   前記第２の配線は、高電位を与える機能を有し、
   前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第１のトランジスタのゲートに電気的に接続され、
   前記第２のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第３の配線に電気的に接続され、
   前記第３の配線は、高電位を与える機能を有する、
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１において、
   前記撮像装置は、第３のトランジスタと、を有し、
   前記第３のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記フォトダイオードの他方の電極に電気的に接続され、
   前記第３のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第１の容量素子の一方の電極に電気的に接続され、
   前記第３のトランジスタは、前記信号電荷を前記第１の容量素子の一方の電極に与える機能を有する、
   ことを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記撮像装置は、第４のトランジスタと、第４の配線と、を有し、
   前記第４のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第４の配線に電気的に接続され、
   前記第４のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第１の容量素子の一方の電極に電気的に接続され、
   前記第４の配線は、高電位を与える機能を有し、
   前記第４のトランジスタは、前記第４の配線の電位を、前記第１の容量素子の一方の電極に与える機能を有する、
   ことを特徴とする撮像装置。
4. 請求項３において、
   前記第１のトランジスタ乃至第４のトランジスタは、それぞれ半導体層を有し、
   前記半導体層は、酸化物半導体を有することを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一において、
   前記第２のトランジスタは、前記第２の容量素子の一方の電極に前記第３の配線の電位を供給することで、前記第２の容量素子に前記第１のトランジスタの閾値電圧を取得させる機能を有し、
   前記第１の容量素子は、前記第２の容量素子に前記閾値電圧を保持した状態で、前記他方の電極を電気的に浮遊状態とする機能を有し、前記信号電荷に従って一方の電極の電位が変動した際に、前記第１のトランジスタのゲートの電位を変動させる機能を有する、
   ことを特徴とする撮像装置。
6. 画素を有する撮像装置であって、
   前記画素は、フォトダイオードと、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第１の容量素子と、第２の容量素子と、第３の容量素子と、第１の配線と、第２の配線と、第３の配線と、第４の配線と、を有し、
   前記フォトダイオードの一方の電極は、前記第１の配線に電気的に接続され、
   前記フォトダイオードは、光電変換された信号電荷を生成する機能を有し、
   前記第１の配線は、低電位を与える機能を有し、
   前記第１の容量素子の一方の電極は、前記フォトダイオードの他方の電極に電気的に接続され、
   前記第１の容量素子の他方の電極は、前記第２の容量素子の一方の電極に電気的に接続され、
   前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第２の容量素子の一方の電極に電気的に接続され、
   前記第１のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第２の配線に電気的に接続され、
   前記第２の配線は、高電位又は低電位を与える機能を有し、
   前記第２の容量素子の他方の電極は、前記第２のトランジスタのゲートに電気的に接続され、
   前記第３の容量素子の一方の電極は、前記第２のトランジスタのゲートに電気的に接続され、
   前記第３の容量素子の他方の電極は、前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、
   前記第２のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第３の配線に電気的に接続され、
   前記第３の配線は、高電位を与える機能を有し、
   前記第３のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第２のトランジスタのゲートに電気的に接続され、
   前記第３のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第４の配線に電気的に接続され、
   前記第４の配線は、高電位を与える機能を有する、
   ことを特徴とする撮像装置。
7. 請求項６において、
   前記撮像装置は、第４のトランジスタと、を有し、
   前記第４のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記フォトダイオードの他方の電極に電気的に接続され、
   前記第４のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第１の容量素子の一方の電極に電気的に接続され、
   前記第４のトランジスタは、前記信号電荷を前記第１の容量素子の一方の電極に与える機能を有する、
   ことを特徴とする撮像装置。
8. 請求項６又は７において、
   前記撮像装置は、第５のトランジスタと、第５の配線と、を有し、
   前記第５のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第５の配線に電気的に接続され、
   前記第５のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第１の容量素子の一方の電極に電気的に接続され、
   前記第５の配線は、高電位を与える機能を有し、
   前記第５のトランジスタは、前記第５の配線の電位を、前記第１の容量素子の一方の電極に与える機能を有する、
   ことを特徴とする撮像装置。
9. 請求項８において、
   前記第１のトランジスタ乃至第５のトランジスタは、それぞれ半導体層を有し、
   前記半導体層は、酸化物半導体を有することを特徴とする撮像装置。
10. 請求項６乃至９のいずれか一において、
    前記第３のトランジスタは、前記第３の容量素子の一方の電極に前記第４の配線の電位を供給することで、前記第３の容量素子に前記第２のトランジスタの閾値電圧を取得させる機能を有し、
    前記第１の容量素子は、前記他方の電極を電気的に浮遊状態とする機能を有し、前記信号電荷に従って一方の電極の電位が変動した際に、前記他方の電極の電位を変動させる機能を有し、
    前記第２の容量素子は、前記第３の容量素子に前記閾値電圧を保持した状態で、前記他方の電極を電気的に浮遊状態とする機能を有し、前記一方の電極の電位が変動した際に、前記第２のトランジスタのゲートの電位を変動させる機能を有する、
    ことを特徴する撮像装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一に記載の撮像装置を有するカメラと、
    前記カメラに機能的に接続された表示装置と、
    前記カメラに機能的に接続された記憶装置と、
    前記カメラに機能的に接続された警報装置と、
    を有することを特徴とする監視装置。
12. 請求項１１に記載の監視装置と、
    操作キーと、
    を有することを特徴とする電子機器。

Images