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KR102345975B1 - 촬상 장치, 감시 장치, 및 전자 기기 - Google Patents

촬상 장치, 감시 장치, 및 전자 기기 Download PDF

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KR102345975B1
KR102345975B1 KR1020150067315A KR20150067315A KR102345975B1 KR 102345975 B1 KR102345975 B1 KR 102345975B1 KR 1020150067315 A KR1020150067315 A KR 1020150067315A KR 20150067315 A KR20150067315 A KR 20150067315A KR 102345975 B1 KR102345975 B1 KR 102345975B1
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KR
South Korea
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imaging
transistor
pixel
mode
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요시유키 구로카와
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 소비 전력이 낮은 차분 검지가 가능한 촬상 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 촬상 장치는 광전 변환 소자와 트랜지스터를 포함하는 화소, 아날로그 처리 회로, 및 디지털 처리 회로를 구비한다. 촬상 장치는 제 1 모드와 제 2 모드에서 동작된다. 제 1 모드에서 아날로그 처리 회로는 화소가 촬상한 제 1 촬상 데이터와 화소가 촬상한 제 2 촬상 데이터의 차분을 검출하고 상기 차분의 값에 기초하여 트리거 신호를 생성한다. 제 2 모드에서 디지털 처리 회로는 화소가 촬상한 제 3 촬상 데이터를 디지털 데이터로 변환한다. 제 1 모드로부터 제 2 모드로의 천이는 트리거 신호에 기초하여 수행된다.

Description

촬상 장치, 감시 장치, 및 전자 기기{IMAGING DEVICE, MONITORING DEVICE, AND ELECTRONIC APPLIANCE}
본 발명의 일 형태는 촬상 기능을 갖는 촬상 장치, 감시 장치, 및 전자 기기에 관한 것이다.
다만, 본 발명의 일 형태는 상술한 기술 분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에 개시(開示)되는 발명의 일 형태의 기술 분야는 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는, 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 본 명세서에 개시되는 본 발명의 일 형태의 기술 분야의 더 구체적인 예로서는 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 축전 장치, 기억 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 들 수 있다.
촬상 장치는 휴대 전화에 표준 탑재되어 있으며 보급되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 특히 CMOS 이미지 센서는 CCD 이미지 센서에 비하여 저렴하고 해상도가 높고 소비 전력이 낮은 등의 특징이 있으며, 촬상 장치의 대부분은 CMOS 이미지 센서로 구성되어 있다.
미국 특허 제 7046282호
CMOS 이미지 센서를 방범 카메라에 이용하는 경우에, 침입자를 발견하자 벨을 울리는 등의 시스템을 고안할 수 있다. 구체적으로는, CMOS 이미지 센서로 촬상한 감시 구역 내에 침입자가 없는 상태에서의 촬상 화상의 촬상 데이터와, 현재의 촬상 화상의 촬상 데이터를 비교하는 화상 처리를 수행하고, 거기에 차이가 있으면 트리거(trigger) 신호를 생성하는 구성을 고안할 수 있다.
상기 화상 처리를 수행하는 경우, 우선 CMOS 이미지 센서의 각 화소의 데이터를 판독하고 A/D변환하여 디지털 데이터로 변환한다. 이어서, 상기 디지털 데이터를 컴퓨터에 전송(轉送)하고, 컴퓨터 상에서 화상 처리 소프트웨어를 실행시킨다. 따라서, CMOS 이미지 센서로부터 판독되는 데이터의 A/D변환, 대량 디지털 데이터를 컴퓨터로 전송하는 데이터 전송, 컴퓨터 내의 기억 장치에 상기 디지털 데이터를 저장, 기억 장치로부터 디지털 데이터를 판독, 화상 처리 소프트웨어의 실행 등에 의하여 방대한 전력을 소비하면서 상기 트리거 신호를 생성하게 된다.
그러므로, 본 발명의 일 형태는 신규 촬상 장치 등을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
또는, 본 발명의 일 형태는 소비 전력이 낮은 차분 검지가 가능한 신규 구성을 갖는 촬상 장치 등을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
다만, 본 발명의 일 형태의 과제는 상술한 것에 한정되지 않는다. 상술한 과제는 다른 과제의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한, 다른 과제는 이 항목에서 언급되지 않은 과제이며, 이하에서 기재한다. 이 항목에서 언급되지 않은 과제는 당업자라면 명세서 또는 도면 등에서의 기재로부터 도출할 수 있으며, 이들 기재로부터 적절히 추출할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 과제 및/또는 다른 과제 중 적어도 하나의 과제를 해결하는 것이다.
본 발명의 일 형태는 상술한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 복수의 화소와, 아날로그 처리 회로와, 디지털 처리 회로를 구비하는 촬상 장치에 있어서, 화소는 제 1 모드에서는 제 1 상태에서의 제 1 촬상 데이터와 제 2 상태에서의 제 2 촬상 데이터의 차분 데이터를 저장하고, 상기 차분 데이터를 판독할 수 있고, 제 2 모드에서는 제 3 상태에서의 제 3 촬상 데이터를 저장하고, 상기 제 3 데이터를 판독할 수 있고, 아날로그 처리 회로는 제 1 모드에서는 각 화소로부터 판독한 차분 데이터의 차분 절대값의 합을 연산하고, 상기 연산의 결과가 규정값보다 큰 경우에는 트리거 신호를 생성하고, 디지털 처리 회로는 제 2 모드에서는 각 화소로부터 판독한 제 3 촬상 데이터를 A/D변환하여 디지털 데이터로 변환한다. 또한, 본 촬상 장치는 트리거 신호가 생성된 경우에는 제 1 모드로부터 제 2 모드로 천이한다. 또한, 제 2 모드에서 일정 시간이 지난 경우, 또는 제 1 모드로 되돌아가는 신호가 공급된 경우에는 제 2 모드로부터 제 1 모드로 천이한다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 상술한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 복수의 화소와, 아날로그 처리 회로와, 디지털 처리 회로를 구비하는 촬상 장치에 있어서, 화소는 제 1 모드에서는 제 1 상태에서의 제 1 촬상 데이터와 제 2 상태에서의 제 2 촬상 데이터의 차분 데이터를 저장하고, 상기 차분 데이터를 판독할 수 있고, 제 2 모드에서는 제 3 상태에서의 제 3 촬상 데이터를 저장하고, 상기 제 3 데이터를 판독할 수 있고, 아날로그 처리 회로는 제 1 모드에서는 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차분에 따른 전류값과, 기준 전류값을 비교하고, 차이를 검출한 경우에는 트리거 신호를 생성하고, 디지털 처리 회로는 제 2 모드에서는 각 화소로부터 판독한 제 3 촬상 데이터를 A/D변환하여 디지털 데이터로 변환한다. 또한, 본 촬상 장치는 트리거 신호가 생성된 경우에는 제 1 모드로부터 제 2 모드로 천이한다. 또한, 제 2 모드에서 일정 시간이 지난 경우, 또는 제 1 모드로 되돌아가는 신호가 공급된 경우에는 제 2 모드로부터 제 1 모드로 천이한다.
상기 구성에 있어서, 제 1 모드에서는 방대한 전력을 소비하는 디지털 처리를 수행하지 않고 트리거 신호를 생성하기 위한 최소한의 아날로그 처리를 수행하기만 하면 되기 때문에, 소비 전력을 저감할 수 있다. 또한, 제 2 모드에서는 디지털 처리에 의하여 트리거 신호가 생성된 원인, 즉 제 1 모드에서의 촬상 데이터와의 차이를 자세히 확인할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 촬상 장치는 광전 변환 소자와 트랜지스터를 포함하는 화소, 아날로그 처리 회로, 및 디지털 처리 회로를 구비한다. 촬상 장치는 제 1 모드와 제 2 모드에서 동작된다. 제 1 모드에서 아날로그 처리 회로는 화소가 촬상한 제 1 촬상 데이터와, 화소가 촬상한 제 2 촬상 데이터의 차분을 검출하고, 차분의 값에 기초하여 트리거 신호를 생성한다. 제 2 모드에서 디지털 처리 회로는 화소가 촬상한 제 3 촬상 데이터를 디지털 데이터로 변환한다. 제 1 모드로부터 제 2 모드로의 천이는 트리거 신호에 기초하여 수행된다.
본 발명의 일 형태에 따른 촬상 장치가 포함하는 아날로그 처리 회로는 상기 제 1 촬상 데이터와 상기 제 2 촬상 데이터의 차분 절대값의 합을 연산하고, 상기 연산의 결과가 규정값과 동일하지 않은 경우에 상기 트리거 신호를 생성하는 회로이다. 또한, 아날로그 처리 회로는 감산 회로, 절대값 회로, 및 가산 회로를 구비한다.
본 발명의 일 형태에 따른 촬상 장치가 포함하는 디지털 처리 회로는 A/D변환 회로를 구비한다.
본 발명의 일 형태에 따른 촬상 장치는 일정 시간이 지나면 상기 제 2 모드로부터 상기 제 1 모드로 천이한다.
본 발명의 일 형태는 신규 구성을 갖는 반도체 장치 등을 제공할 수 있다.
또는, 본 발명의 일 형태에 의하여, 소비 전력이 낮은 차분 검지가 가능한 촬상 장치를 제공할 수 있다.
다만, 본 발명의 일 형태의 효과는 상술한 것에 한정되지 않는다. 상술한 효과는 다른 효과의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한, 다른 효과는 이 항목에서 언급되지 않은 효과이며, 이하에서 기재한다. 이 항목에서 언급되지 않은 효과는 당업자라면 명세서 또는 도면 등에서의 기재로부터 도출할 수 있으며, 이들 기재로부터 적절히 추출할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 효과 및/또는 다른 효과 중 적어도 하나의 효과를 갖는 것이다. 본 발명의 일 형태는 경우에 따라서는 상술한 효과를 갖지 않을 수도 있다.
도 1은 촬상 장치의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 2는 촬상 장치의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 3은 촬상 장치의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 4는 촬상 장치의 구성과 동작을 설명하기 위한 도면.
도 5는 촬상 장치의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 6은 촬상 장치의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 7은 촬상 장치의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 8은 촬상 장치의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 9는 촬상 장치를 설명하기 위한 회로도.
도 10은 촬상 장치를 설명하기 위한 회로도.
도 11은 촬상 장치를 설명하기 위한 단면도.
도 12는 촬상 장치를 설명하기 위한 단면도.
도 13은 감시 시스템의 구성의 일례를 도시한 블록도.
도 14는 촬상 장치를 사용한 전자 기기를 도시한 도면.
도 15는 촬상 장치를 설명하기 위한 회로도 및 단면도.
이하에서, 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 다만, 실시형태는 많은 다양한 형태로 실시할 수 있으며, 그 취지 및 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하의 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
트랜지스터는 반도체 소자의 한가지이며, 전류나 전압의 증폭이나 도통 또는 비도통을 제어하는 스위칭 동작 등을 실현할 수 있다. 본 명세서에서 트랜지스터는 IGFET(Insulated-Gate Field Effect Transistor)나 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)를 포함한다.
또한, 도면 등에서 각 구성의 위치, 크기, 범위 등은 이해하기 쉽게 하기 위하여 실제 위치, 크기, 범위 등을 나타내지 않은 경우가 있다. 그러므로, 본 발명은 반드시 도면 등에 나타낸 위치, 크기, 범위 등에 한정되지 않는다.
또한, 본 명세서 등에서의 '제 1', '제 2', '제 3' 등의 서수는 구성 요소의 혼동을 피하기 위하여 붙인 것이며, 수적으로 한정하는 것이 아님을 부기한다.
또한, 본 명세서 등에서 'X와 Y가 접속되어 있다'라고 명시적으로 기재되었을 때는 X와 Y가 전기적으로 접속되어 있는 경우와, X와 Y가 기능적으로 접속되어 있는 경우와, X와 Y가 직접 접속되어 있는 경우를 포함하는 것으로 한다. 따라서, 소정의 접속 관계, 예를 들어 도면 또는 문장으로 기재된 접속 관계에 한정되지 않고, 도면 또는 문장으로 기재된 접속 관계 이외의 것도 포함하는 것으로 한다.
여기서, X, Y는 대상물(예를 들어 장치, 소자, 회로, 배선, 전극, 단자, 도전막, 층 등)이다.
X와 Y가 전기적으로 접속되어 있는 경우의 일례로서는, X와 Y의 전기적인 접속을 가능하게 하는 소자(예를 들어, 스위치, 트랜지스터, 용량 소자, 인덕터, 저항 소자, 다이오드, 표시 소자, 발광 소자, 부하 등)가 X와 Y 사이에 하나 이상 접속되어 있는 경우를 들 수 있다. 또한, 스위치는 온 상태와 오프 상태가 제어된다. 즉, 스위치는 도통 상태(온 상태) 또는 비도통 상태(오프 상태)가 되어 전류를 흘릴지 여부를 제어하는 기능을 갖는다. 또는, 스위치는 전류를 흘리는 경로를 선택하여 전환하는 기능을 갖는다.
X와 Y가 기능적으로 접속되어 있는 경우의 일례로서는, X와 Y의 기능적인 접속을 가능하게 하는 회로(예를 들어, 논리 회로(인버터, NAND 회로, NOR 회로 등), 신호 변환 회로(DA 변환 회로, AD 변환 회로, 감마 보정 회로 등), 전위 레벨 변환 회로(전원 회로(승압 회로, 강압 회로 등), 신호의 전위 레벨을 바꾸는 레벨 시프터 회로 등), 전압원, 전류원, 전환 회로, 증폭 회로(신호 진폭 또는 전류량 등을 크게 할 수 있는 회로, 연산 증폭기, 차동 증폭 회로, 소스 폴로어 회로, 버퍼 회로 등), 신호 생성 회로, 기억 회로, 제어 회로 등)가 X와 Y 사이에 하나 이상 접속되어 있는 경우를 들 수 있다. 또한, 일례로서, X와 Y 사이에 다른 회로가 존재하더라도, X로부터 출력된 신호가 Y로 전달되면, X와 Y는 기능적으로 접속되어 있는 것으로 한다.
또한, 'X와 Y가 전기적으로 접속되어 있다'라고 명시적으로 기재하는 경우에는, X와 Y가 전기적으로 접속되어 있는 경우(즉, X와 Y 사이에 다른 소자 또는 다른 회로를 끼워 접속되어 있는 경우)와, X와 Y가 기능적으로 접속되어 있는 경우(즉, X와 Y 사이에 다른 회로를 끼워 기능적으로 접속되어 있는 경우)와, X와 Y가 직접 접속되어 있는 경우(즉, X와 Y 사이에 다른 소자 또는 다른 회로를 끼우지 않고 접속되어 있는 경우)를 포함하는 것으로 한다. 즉, '전기적으로 접속되어 있다'라고 명시적으로 기재하는 경우에는 단순히 '접속되어 있다'라고만 명시적으로 기재되어 있는 경우와 같은 것으로 한다.
또한, 예를 들어 트랜지스터의 소스(또는 제 1 단자 등)가 Z1을 통하여(또는 통하지 않고) X와, 트랜지스터의 드레인(또는 제 2 단자 등)이 Z2를 통하여(또는 통하지 않고) Y와 각각 전기적으로 접속되어 있는 경우나, 트랜지스터의 소스(또는 제 1 단자 등)가 Z1의 일부와, Z1의 다른 일부가 X와, 트랜지스터의 드레인(또는 제 2 단자 등)이 Z2의 일부와, Z2의 다른 일부가 Y와 각각 직접적으로 접속되어 있는 경우에는 이하와 같이 표현할 수 있다.
예를 들어, 'X와 Y와 트랜지스터의 소스(또는 제 1 단자 등)와 트랜지스터의 드레인(또는 제 2 단자 등)은 서로 전기적으로 접속되어 있으며, X, 트랜지스터의 소스(또는 제 1 단자 등), 트랜지스터의 드레인(또는 제 2 단자 등), Y의 순서로 전기적으로 접속되어 있다'라고 표현할 수 있다. 또는, '트랜지스터의 소스(또는 제 1 단자 등)는 X와, 트랜지스터의 드레인(또는 제 2 단자 등)은 Y와 각각 전기적으로 접속되어 있으며, X, 트랜지스터의 소스(또는 제 1 단자 등), 트랜지스터의 드레인(또는 제 2 단자 등), Y는 이 순서로 전기적으로 접속되어 있다'라고 표현할 수 있다. 또는, 'X는 트랜지스터의 소스(또는 제 1 단자 등)와 트랜지스터의 드레인(또는 제 2 단자 등)을 통하여 Y와 전기적으로 접속되어 있으며, X, 트랜지스터의 소스(또는 제 1 단자 등), 트랜지스터의 드레인(또는 제 2 단자 등), Y는 이 접속 순서로 제공된다'라고 표현할 수 있다. 이러한 예와 같은 표현 방법을 이용하여 회로 구성에서의 접속 순서를 규정함으로써, 트랜지스터의 소스(또는 제 1 단자 등)와 트랜지스터의 드레인(또는 제 2 단자 등)을 구별하여 기술적 범위를 결정할 수 있다. 다만, 이러한 표현 방법은 일례이며, 이들에 한정되지 않는다. 여기서, X, Y, Z1, Z2는 대상물(예를 들어, 장치, 소자, 회로, 배선, 전극, 단자, 도전막, 층 등)을 뜻한다.
또한, 회로도상으로는 독립되어 있는 구성 요소들이 서로 전기적으로 접속되어 있는 것처럼 도시되어 있어도, 하나의 구성 요소가 복수의 구성 요소의 기능을 아울러 갖는 경우도 있다. 예를 들어, 배선의 일부가 전극으로서도 기능하는 경우에는 하나의 도전막이 배선 기능 및 전극 기능의 양쪽 구성 요소의 기능을 아울러 갖는다. 따라서, 본 명세서에서 '전기적으로 접속'이란, 이러한 하나의 도전막이 복수의 구성 요소의 기능을 아울러 갖는 경우도 그 범주에 포함된다.
또한, 블록도에서의 각 회로 블록의 배치는 설명을 위하여 위치 관계를 특정한 것에 불과하고, 상이한 회로 블록이 서로 다른 기능을 갖도록 도시되더라도, 실제의 회로 블록에서는 같은 회로 블록이 서로 다른 기능을 갖도록 제공되는 경우도 있다. 또한, 설명을 위하여 블록도에서의 각 회로 블록의 기능을 특정하였지만, 하나의 회로 블록이 도시되더라도 실제의 회로 블록에서는 그 하나의 회로 블록에 의한 처리가, 복수의 회로 블록에 의하여 수행되는 경우도 있다.
본 명세서에 있어서, '평행'이란, 2개의 직선이 -10° 이상 10° 이하의 각도로 배치된 상태를 말한다. 따라서, -5° 이상 5° 이하의 경우도 그 범주에 포함된다. 또한, '수직'이란, 2개의 직선이 80° 이상 100° 이하의 각도로 배치된 상태를 말한다. 따라서, 85° 이상 95° 이하의 경우도 그 범주에 포함된다.
또한, 본 명세서에 있어서, 삼방정 및 능면체정은 육방정계에 포함된다.
(실시형태 1)
본 발명의 일 형태에 따른 촬상 장치의 구성에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다. 본 발명의 일 형태에 따른 촬상 장치는 매트릭스 형태로 배치된 복수의 화소(100)를 포함하는 화소부(105), 아날로그 처리 회로(101), 디지털 처리 회로인 A/D변환 회로(102), 열 드라이버(103), 및 행 드라이버(104)를 구비한다.
화소(100)는 광전 변환 소자로서의 기능을 갖는 포토다이오드와, 적어도 하나 이상의 트랜지스터를 구비한다. 아날로그 처리 회로(101)는 각 화소(100)로부터 출력된 아날로그 데이터인 촬상 데이터의 아날로그 데이터 처리를 수행한다. 더 구체적으로는, 각 화소(100)로부터 출력된 촬상 데이터의 차분 절대값의 합을 연산한다. 상기 연산의 결과가 규정값과 다른 경우에는 트리거 신호(TRIG라고 함)를 생성한다. A/D변환 회로(102)는 각 화소(100)로부터 출력된 촬상 데이터를 A/D변환하여 디지털 데이터로 변환한다. A/D변환된 디지털 데이터는 열 드라이버(103)에 의하여 순차적으로 데이터 DATA로서 외부로 추출된다. 열 드라이버(103)와 행 드라이버(104)에는 다양한 회로, 예를 들어 디코더나 시프트 레지스터 등이 사용된다.
다음에, 본 발명의 일 형태에 따른 촬상 장치의 동작에 대하여 도 2, 도 3을 참조하여 설명한다.
우선, 제 1 모드의 동작에 대하여 설명한다(도 2 참조). 제 1 모드에서는 아날로그 처리 회로(101)에서 아날로그 처리인 차분 절대값의 합의 연산을 수행하고, 화소(100)가 촬상한 제 1 촬상 데이터와, 제 2 촬상 데이터의 차분을 검출한다. 상기 아날로그 처리에서 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차분이 없으면, 즉 트리거 신호가 생성되지 않으면 아날로그 처리를 계속 수행한다. 한편, 상기 아날로그 처리에서 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차분이 있는 경우, 즉 트리거 신호가 생성된 경우에는, 제 2 모드로 천이한다.
또한, 다른 동작으로서, 제 1 모드에서는 아날로그 처리 회로(101)에서 촬상 데이터의 차분에 따른 전류값과, 기준 전류값을 비교하고, 화소(100)가 촬상한 제 1 촬상 데이터와, 제 2 촬상 데이터의 차분을 검출한다. 상기 아날로그 처리에 의하여 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차분이 검출하기 힘들 정도로 작은 경우, 즉 트리거 신호가 생성되지 않는 경우에는, 아날로그 처리를 계속 수행한다. 한편, 상기 아날로그 처리에서 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차분이 있는 경우, 즉 트리거 신호가 생성된 경우에는, 제 2 모드로 천이한다.
예를 들어, 제 1 촬상 데이터가 나무숲의 화상 데이터(도 3의 (A1) 참조)이고, 제 2 촬상 데이터도 나무숲의 화상 데이터(도 3의 (A2) 참조)인 경우, 그 차분은 0이다. 따라서, 트리거 신호는 생성되지 않는다. 한편, 제 1 촬상 데이터가 나무숲의 화상 데이터(도 3의 (B1) 참조)이고 제 2 촬상 데이터가 나무숲과 사람의 화상 데이터(도 3의 (B2) 참조)인 경우, 그 차분은 0가 아니므로 트리거 신호가 생성된다. 그리고, 트리거 신호의 생성에 따라, 촬상 장치의 모드는 제 1 모드로부터 제 2 모드로 천이한다. 또한, 도시한 예에서는 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터는 같은 풍경을 촬상한 것이며, 촬상한 시간이 다른 것이다. 그러므로, 제 1 촬상 데이터는 제 1 상태의 촬상 데이터라고 표기하고 제 2 촬상 데이터는 제 2 상태의 촬상 데이터라고 표기하는 경우가 있다.
이어서, 제 2 모드의 동작에 대하여 설명한다(도 2 참조). 제 2 모드에서는 화소(100)가 촬상한 제 3 촬상 데이터를 A/D변환하여 디지털 데이터로 변환한다. 예를 들어, 제 3 촬상 데이터가 나무숲과 사람의 화상 데이터인 경우(도 3의 (C) 참조), 제 3 촬상 데이터를 디지털 데이터로 변환하고 이 데이터에 관한 자세한 해석을 실행함으로써, 데이터 내의 사람의 자세한 정보를 취득할 수 있다. 또한, 촬상 데이터의 해석에는 컴퓨터의 화상 처리 소프트웨어를 사용하여 디지털 처리를 수행하면 좋다.
이어서, 제 2 모드로부터 제 1 모드로 천이할 때의 동작에 대하여 설명한다(도 2의 단계(110) 참조). 이것은 미리 조건을 설정해 둠으로써 수행된다. 예를 들어, 특정한 기간이 지나거나, 디지털 처리를 종료하는 제어 신호의 입력 등의 조건이다. 이 조건을 만족시킨 경우에는 제 2 모드로부터 제 1 모드로 천이한다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 일 형태에 따른 촬상 장치에 있어서, 제 1 모드는 방대한 전력을 소비하는 디지털 처리를 수행하지 않고, 트리거 신호를 생성하기 위한 최소한의 아날로그 처리를 수행하기만 하면 되기 때문에, 소비 전력을 저감할 수 있다. 또한, 제 2 모드에서는 디지털 처리에 의하여 트리거 신호가 생성된 원인, 즉 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차이를 자세히 확인할 수 있다.
(실시형태 2)
본 발명의 일 형태에 따른 촬상 장치가 포함하는 화소(100)의 구성에 대하여 도 4의 (A)를 참조하여 설명한다. 화소(100)는 트랜지스터(111), 트랜지스터(112), 트랜지스터(113), 트랜지스터(114), 트랜지스터(115), 용량 소자(121), 용량 소자(122), 및 포토다이오드(123)를 구비한다. 또한, 화소(100)는 전원선(VPD), 전원선(VPR), 전원선(VC), 전원선(VFR), 및 전원선(VO)으로부터 전위가 공급되고, 신호선(TX), 신호선(PR), 신호선(FR), 및 신호선(SEL)으로부터 제어 신호가 공급되고, 신호선(OUT)에 화소(100)의 촬상 데이터가 출력된다. 또한, 전하 유지 노드(FD1)에 촬상 데이터에 대응하는 전하가 축적된다. 여기서, 용량 소자(121)의 용량값은 용량 소자(122)의 용량값과 트랜지스터(114)의 게이트 용량의 용량값의 합보다 큰 구성이 바람직하다.
트랜지스터(111)는 게이트가 신호선(TX)에, 소스 및 드레인 중 하나가 포토다이오드(123)의 한쪽 단자에, 소스 및 드레인 중 다른 하나가 트랜지스터(112)의 소스 및 드레인 중 하나에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(112)는 게이트가 신호선(PR)에, 소스 및 드레인 중 다른 하나가 전원선(VPR)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(113)는 게이트가 신호선(FR)에, 소스 및 드레인 중 하나가 용량 소자(122)의 한쪽 전극에, 소스 및 드레인 중 다른 하나가 전원선(VFR)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(114)는 게이트가 용량 소자(122)의 한쪽 전극에, 소스 및 드레인 중 하나가 전원선(VO)에, 소스 및 드레인 중 다른 하나가 트랜지스터(115)의 소스 및 드레인 중 하나에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(115)는 게이트가 신호선(SEL)에, 소스 및 드레인 중 다른 하나가 신호선(OUT)에 전기적으로 접속된다. 용량 소자(121)는 한쪽 전극이 트랜지스터(111)의 소스 및 드레인 중 다른 하나와 트랜지스터(112)의 소스 및 드레인 중 하나에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽 전극이 용량 소자(122)의 한쪽 전극과 트랜지스터(113)의 소스 및 드레인 중 하나에 전기적으로 접속된다. 용량 소자(122)의 다른 쪽 전극은 전원선(VC)에 전기적으로 접속된다. 포토다이오드(123)의 다른 쪽 단자는 전원선(VPD)에 전기적으로 접속된다.
화소(100)의 동작에 대하여 도 4의 (B), 도 5를 참조하여 설명한다. 여기서, 예를 들어 전원선(VPD)은 저전위, 전원선(VPR)은 고전위, 전원선(VC)은 저전위, 전원선(VFR)은 고전위, 전원선(VO)은 고전위로 한다. 우선, 제 2 모드에서의 동작에 대하여 도 4의 (B)를 참조하여 설명한다.
시각 T1~시각 T2에, 신호선(PR)을 "H", 신호선(FR)을 "H", 신호선(TX)을 "H"로 한다. 이 때, 전하 유지 노드(FD1)의 전위는 전원선(VFR)의 전위(V1로 함)로 설정되고, 노드(FD2)의 전위는 전원선(VPR)의 전위(V2로 함)로 설정된다. 시각 T2~시각 T3에 신호선(PR)을 "L", 신호선(FR)을 "L", 신호선(TX)을 "H"로 한다. 이 때, 포토다이오드(123)에 조사되는 빛에 따라, 노드(FD2)의 전위는 저하된다. 여기서, 노드(FD2)의 전압 강하분을 ΔV2로 하면, 노드(FD2)의 전위는 V2-ΔV2가 된다. 또한, 용량 소자(121)(용량값 C1)와, 용량 소자(122)(용량값 C2)와 트랜지스터(114)의 게이트 용량(용량값 Cg)의 합성 용량의 용량 결합에 의하여 전하 유지 노드(FD1)의 전위도 저하된다. 여기서, 전하 유지 노드(FD1)의 전압 강하분을 ΔV1로 하면, ΔV1=ΔV2·C1/(C1+C2+Cg)=ΔV2·α이며, 전하 유지 노드(FD1)의 전위는 V1-ΔV1이 된다. 또한, 포토다이오드(123)에 조사하는 빛이 강할수록 노드(FD2)의 전위는 저하된다. 또한, 전하 유지 노드(FD1)의 전위도 저하된다. 시각 T4~시각 T5에 신호선(SEL)을 "H"로 한다. 이 때, 전하 유지 노드(FD1)의 전위에 따라, 신호선(OUT)에 촬상 데이터에 대응하는 신호가 출력된다. 또한, 전하 유지 노드(FD1)의 전위가 낮을수록 신호선(OUT)의 전위가 저하된다. 즉, 포토다이오드(123)에 조사되는 빛이 강할수록 신호선(OUT)의 전위가 저하된다. 시각 T6~시각 T10에 대해서도 시각 T1~시각 T5와 같은 설명을 할 수 있다.
다음에, 제 1 모드에서의 동작에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다.
시각 T01~시각 T06은 제 1 상태에서의 제 1 촬상 데이터를 취득하는 기간에 상당한다. 시각 T01~시각 T02에, 신호선(PR)을 "H", 신호선(FR)을 "H", 신호선(TX)을 "H"로 한다. 이 때, 전하 유지 노드(FD1)의 전위는 전원선(VFR)의 전위(V1)로 설정되고, 노드(FD2)의 전위는 전원선(VPR)의 전위(V2)로 설정된다. 시각 T02~시각 T03에 신호선(PR)을 "L", 신호선(FR)을 "H", 신호선(TX)을 "H"로 한다. 이 때, 포토다이오드(123)에 조사하는 빛에 따라, 노드(FD2)의 전위는 저하된다. 여기서, 노드(FD2)의 전압 강하분을 ΔV2로 하면, 노드(FD2)의 전위는 V2-ΔV2가 된다. 이 때, 포토다이오드(123)에 조사하는 빛이 강할수록, 노드(FD2)의 전위는 저하된다. 또한, 전하 유지 노드(FD1)의 전위는 변화되지 않는다. 시각 T03~T04에 신호선(PR)을 "L", 신호선(FR)을 "L", 신호선(TX)을 "H"로 한다. 또한, 시각 T02~T03의 길이와 시각 T03~T04의 길이는 T로 같은 것으로 한다. 이 때, 포토다이오드(123)에 조사하는 빛에 따라, 노드(FD2)의 전위는 저하되어 V2-2·ΔV2가 된다. 또한, 용량 소자(121)와, 용량 소자(122)와, 트랜지스터(114)의 게이트 용량의 용량 결합에 의하여 전하 유지 노드(FD1)의 전위도 저하된다. 여기서, 전하 유지 노드(FD1)의 전압 강하분을 ΔV1로 하면, ΔV1=ΔV2·α이며, 전하 유지 노드(FD1)의 전위는 V1-ΔV1이 된다. 또한, 포토다이오드(123)에 조사하는 빛이 강할수록 노드(FD2)의 전위는 저하된다. 또한, 전하 유지 노드(FD1)의 전위도 저하된다. 또한, 여기서는 시각 T02~T03의 길이와 시각 T03~T04의 길이는 T로 같은 것으로 하였지만, 시각 T02~T03과 T03~T04에서의 노드(FD2)의 전압 강하분이 같게 되도록 설정하는 것이 본 발명의 일 형태의 본질이다. 따라서, 상기 조건을 만족시키도록 시각 T02~시각 T03과 시각 T03~시각 T04의 길이를 적절히 설정하는 구성이 바람직하다. 시각 T05~시각 T06에 신호선(SEL)을 "H"로 한다. 이 때, 전하 유지 노드(FD1)의 전위에 따라 신호선(OUT)에 촬상 데이터에 대응하는 신호가 출력된다. 또한, 전하 유지 노드(FD1)의 전위가 낮을수록 신호선(OUT)의 전위가 저하된다. 즉, 포토다이오드(123)에 조사하는 빛이 강할수록 신호선(OUT)의 전위가 저하된다.
시각 T11~시각 T15는 제 2 상태에서의 제 2 촬상 데이터를 취득하는 기간에 상당한다. 특히 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차분이 0인 경우에 상당한다. 시각 T11~시각 T12에 신호선(PR)을 "H", 신호선(FR)을 "L", 신호선(TX)을 "H"로 한다. 이 때, 노드(FD2)의 전위는 전원선(VPR)의 전위(V2)로 설정된다. 즉, 시각 T02~시각 T04에서의 전압 강하분(2·ΔV2) 전위가 상승된다. 한편, 용량 소자(121)와, 용량 소자(122)와, 트랜지스터(114)의 게이트 용량의 용량 결합에 의하여 전하 유지 노드(FD1)의 전위도 상승되지만, 상승분(2·ΔV1)은 시각 T03~시각 T04에서의 전압 강하분의 2배에 상당한다. 즉, 전원선(VFR)의 전위(V1)에 시각 T03~시각 T04에서의 전압 강하분(ΔV1)을 더한 전위(V1+ΔV1)가 된다. 시각 T12~시각 T13에, 신호선(PR)을 "L", 신호선(FR)을 "L", 신호선(TX)을 "H"로 한다. 이 때, 포토다이오드(123)에 조사하는 빛에 따라, 노드(FD2)의 전위는 저하되고, 용량 소자(121)와, 용량 소자(122)와, 트랜지스터(114)의 게이트 용량의 용량 결합에 의하여 전하 유지 노드(FD1)의 전위도 저하된다. 또한, 포토다이오드(123)에 조사하는 빛이 강할수록 노드(FD2)의 전위는 저하된다. 또한, 전하 유지 노드(FD1)의 전위도 저하된다.
여기서, 시각 T12~시각 T13의 길이를 T로 하고, 시각 T02~시각 T04와 같은 강도의 빛이 포토다이오드(123)에 조사되는 것으로 하면, 노드(FD2)의 전압 강하분은 시각 T03~시각 T04에서의 강하분 ΔV2와 같다. 또한, 전하 유지 노드(FD1)의 전압 강하분도 시각 T03~시각 T04에서의 강하분 ΔV1과 같다. 따라서, 전하 유지 노드(FD1)의 전위는 V1이 된다. 이것은 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차분이 0라는 것이다.
시각 T14~시각 T15에 신호선(SEL)을 "H"로 한다. 이 때, 전하 유지 노드(FD1)의 전위에 따라, 신호선(OUT)에 촬상 데이터에 대응하는 신호가 출력된다. 또한, 상기 신호의 전위는 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차분이 0인 경우의 전위가 된다.
시각 T21~시각 T25는 제 2 상태에서의 제 2 촬상 데이터를 취득하는 기간에 상당한다. 특히 시각 T11~시각 T15와 마찬가지로 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차분이 0인 경우에 상당한다.
시각 T31~시각 T35는 제 2 상태에서의 제 2 촬상 데이터를 취득하는 기간에 상당한다. 특히 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차분이 유한(음의 값)인 경우에 상당한다. 시각 T31~시각 T32에 신호선(PR)을 "H", 신호선(FR)을 "L", 신호선(TX)을 "H"로 한다. 이 때, 노드(FD2)의 전위는 전원선(VPR)의 전위(V2)로 설정된다. 즉, 시각 T12~시각 T13에서의 전압 강하분(ΔV2) 전위가 상승된다. 한편, 용량 소자(121)와, 용량 소자(122)와, 트랜지스터(114)의 게이트 용량의 용량 결합에 의하여 전하 유지 노드(FD1)의 전위도 상승되지만, 상승분(ΔV1)은 시각 T12~시각 T13에서의 전압 강하분에 상당한다. 즉, 전원선(VFR)의 전위(V1)에 시각 T03~시각 T04에서의 전압 강하분(ΔV1)을 더한 전위(V1+ΔV1)가 된다. 시각 T32~시각 T33에, 신호선(PR)을 "L", 신호선(FR)을 "L", 신호선(TX)을 "H"로 한다. 이 때, 포토다이오드(123)에 조사하는 빛에 따라, 노드(FD2)의 전위는 저하되고, 용량 소자(121)와, 용량 소자(122)와, 트랜지스터(114)의 게이트 용량의 용량 결합에 의하여 전하 유지 노드(FD1)의 전위도 저하된다. 또한, 포토다이오드(123)에 조사하는 빛은 시각 T12~시각 T13에 조사한 빛보다 강하다. 여기서, 시각 T32~시각 T33의 길이를 T로 하면, 노드(FD2)의 전압 강하분(ΔV2')은 시각 T12~시각 T13에서의 전압 강하분(ΔV2)보다 크다(ΔV2'>ΔV2). 또한, 전하 유지 노드(FD1)의 전압 강하분(ΔV1'=ΔV2'·α)도 시각 T12~시각 T13에서의 강하분(ΔV1)보다 크다(ΔV1'>ΔV1). 따라서, 전하 유지 노드(FD1)의 전위(V1+ΔV1-ΔV1')는 전원선(VFR)의 전위(V1)보다 낮다. 이것은 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차분이 유한(음의 값)이라는 것이다.
시각 T34~시각 T35에 신호선(SEL)을 "H"로 한다. 이 때, 전하 유지 노드(FD1)의 전위에 따라, 신호선(OUT)에 촬상 데이터에 대응하는 신호가 출력된다. 또한, 상기 신호의 전위는 시각 T24~시각 T25에서의 상기 신호의 전위보다 낮고, 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차분이 유한(음의 값)인 경우의 전위가 된다.
시각 T41~시각 T45는 제 2 상태에서의 제 2 촬상 데이터를 취득하는 기간에 상당한다. 특히 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차분이 다시 0가 된 경우에 상당한다. 시각 T41~시각 T42에 신호선(PR)을 "H", 신호선(FR)을 "L", 신호선(TX)을 "H"로 한다. 이 때, 노드(FD2)의 전위는 전원선(VPR)의 전위(V2)로 설정된다. 즉, 시각 T32~시각 T33에서의 전압 강하분(ΔV2') 전위가 상승된다. 한편, 용량 소자(121)와, 용량 소자(122)와, 트랜지스터(114)의 게이트 용량의 용량 결합에 의하여 전하 유지 노드(FD1)의 전위도 상승되지만, 상승분(ΔV1')은 시각 T32~시각 T33에서의 전압 강하분에 상당한다. 즉, 전원선(VFR)의 전위(V1)에 시각 T03~시각 T04에서의 전압 강하분(ΔV1)을 더한 전위(V1+ΔV1)가 된다. 시각 T42~시각 T43에, 신호선(PR)을 "L", 신호선(FR)을 "L", 신호선(TX)을 "H"로 한다. 이 때, 포토다이오드(123)에 조사하는 빛에 따라, 노드(FD2)의 전위는 저하되고, 용량 소자(121)와, 용량 소자(122)와, 트랜지스터(114)의 게이트 용량의 용량 결합에 의하여 전하 유지 노드(FD1)의 전위도 저하된다. 또한, 포토다이오드(123)에 조사하는 빛이 강할수록 노드(FD2)의 전위는 저하된다. 또한, 전하 유지 노드(FD1)의 전위도 저하된다. 여기서, 시각 T42~시각 T43의 길이를 T로 하고, 시각 T02~시각 T04와 같은 강도의 빛이 포토다이오드(123)에 조사되는 것으로 하면, 노드(FD2)의 전압 강하분은 시각 T03~시각 T04에서의 강하분(ΔV2)과 같다. 또한, 전하 유지 노드(FD1)의 전압 강하분도 시각 T03~시각 T04에서의 강하분(ΔV1)과 같다. 따라서, 전하 유지 노드(FD1)의 전위는 V1이 된다. 이것은 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차분이 0라는 것이다. 시각 T44~시각 T45에 신호선(SEL)을 "H"로 한다. 이 때, 전하 유지 노드(FD1)의 전위에 따라, 신호선(OUT)에 촬상 데이터에 대응하는 신호가 출력된다. 또한, 상기 신호의 전위는 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차분이 0인 경우의 전위가 된다.
시각 T51~시각 T55는 제 2 상태에서의 제 2 촬상 데이터를 취득하는 기간에 상당한다. 특히 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차분이 유한(양의 값)인 경우에 상당한다. 시각 T51~시각 T52에 신호선(PR)을 "H", 신호선(FR)을 "L", 신호선(TX)을 "H"로 한다. 이 때, 노드(FD2)의 전위는 전원선(VPR)의 전위(V2)로 설정된다. 즉, 시각 T42~시각 T43에서의 전압 강하분(ΔV2) 전위가 상승된다. 한편, 용량 소자(121)와, 용량 소자(122)와, 트랜지스터(114)의 게이트 용량의 용량 결합에 의하여 전하 유지 노드(FD1)의 전위도 상승되지만, 상승분(ΔV1)은 시각 T42~시각 T43에서의 전압 강하분에 상당한다. 즉, 전원선(VFR)의 전위(V1)에 시각 T03~시각 T04에서의 전압 강하분(ΔV1)을 더한 전위(V1+ΔV1)가 된다.
시각 T52~시각 T53에, 신호선(PR)을 "L", 신호선(FR)을 "L", 신호선(TX)을 "H"로 한다. 이 때, 포토다이오드(123)에 조사하는 빛에 따라, 노드(FD2)의 전위는 저하되고, 용량 소자(121)와, 용량 소자(122)와, 트랜지스터(114)의 게이트 용량의 용량 결합에 의하여 전하 유지 노드(FD1)의 전위도 저하된다. 또한, 포토다이오드(123)에 조사하는 빛은 시각 T12~시각 T13에 조사한 빛보다 약하다.
여기서, 시각 T52~시각 T53의 길이를 T로 하면, 노드(FD2)의 전압 강하분(ΔV2'')은 시각 T12~시각 T13에서의 강하분(ΔV2)보다 작다(ΔV2''<ΔV2). 또한, 전하 유지 노드(FD1)의 전압 강하분(ΔV1''=ΔV2''·α)도 시각 T12~시각 T13에서의 전압 강하분(ΔV1)보다 작다(ΔV1''<ΔV1). 따라서, 전하 유지 노드(FD1)의 전위(V1+ΔV1-ΔV1'')는 전원선(VFR)의 전위(V1)보다 높다. 이것은 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차분이 유한(양의 값)이라는 것이다.
시각 T54~시각 T55에 신호선(SEL)을 "H"로 한다. 이 때, 전하 유지 노드(FD1)의 전위에 따라, 신호선(OUT)에 촬상 데이터에 대응하는 신호가 출력된다. 또한, 상기 신호의 전위는 시각 T24~시각 T25에서의 상기 신호의 전위보다 높고, 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차분이 유한(양의 값)인 경우의 전위가 된다.
또한, 본 실시형태에서는 시각 T05~시각 T06에 제 1 촬상 데이터를 출력하는 경우에 대하여 설명하였지만, 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터의 차분 데이터를 취득할 수 있으면 충분한 경우, 즉 제 1 촬상 데이터를 출력할 필요가 없는 경우에는 시각 T03~시각 T06의 동작을 생략할 수 있다. 시각 T03~시각 T06의 동작을 생략한 경우의 동작은 다음과 같이 된다. 즉, 시각 T11~시각 T12에, 신호선(PR)을 "H", 신호선(FR)을 "L", 신호선(TX)을 "H"로 하였을 때, 노드(FD2)의 전위는 시각 T03에서의 전위 V2-ΔV2로부터 전위 V2로 변화된다. 또한, 전하 유지 노드(FD1)의 전위는 시각 T03에서의 전위 V1로부터 전위 V1+ΔV1로 상승된다. 또한, 시각 T12 이후의 동작은 상기와 마찬가지로 설명할 수 있다.
또한, 본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
본 발명의 일 형태에 따른 촬상 장치가 포함하는 아날로그 처리 회로의 구성의 일례에 대하여 도 6을 참조하여 설명한다. 아날로그 처리 회로는 감산 회로(SUB[1]~SUB[n]), 절대값 회로(ABS[1]~ABS[n]), 가산 회로(SUM)를 구비한다.
감산 회로(SUB[1]~SUB[n])는 각 화소의 신호선(OUT[1]~OUT[n])의 전위와 참조 전위 VREF의 감산을 수행한다. 참조 전위 VREF는 화소(100)와 등가인 더미 회로를 준비하고, 전하 유지 노드(FD1)의 전위를 VFR로 하였을 때의 신호선(OUT)의 전위를 이용하여 생성할 수 있다. 감산 회로(SUB[1]~SUB[n])는 각각 OP앰프(OP0), 저항(R01~R04)을 구비한다. 여기서, 감산 회로(SUB[1])에 대하여 신호선(OUT[1])의 전위를 V10, VREF의 전위를 V20으로 한다. 또한, 저항(R01~R04)의 저항값을 다음 수학식 (1), 수학식 (2)를 만족시키도록 설정한다.
[수학식 (1)]
R01=R04
[수학식 (2)]
R04/R01=R03/R02
이와 같이 하면, 감산 회로(SUB[1])의 출력은 다음 수학식 (3)을 만족시킨다.
[수학식 (3)]
V0=V20-V10
또한, 감산 회로(SUB[2]~SUB[n])의 출력에 대해서도 마찬가지로 설명할 수 있다.
절대값 회로(ABS[1]~ABS[n])는 감산 회로(SUB[1]~SUB[n])의 출력의 절대값을 각각 출력한다. 절대값 회로(ABS[1]~ABS[n])는 각각 OP앰프(OP11), OP앰프(OP12), 저항(R11~R15), 다이오드(D11), 다이오드(D12)를 구비한다. 여기서, 절대값 회로(ABS[1])에 대하여 입력 신호의 전위를 V10'로 하고, 저항값을 R11=R12, R13×2=R14=R15가 되도록 설정하면, 절대값 회로(ABS[1])의 출력이 |V10'|이 된다.
또한, 절대값 회로(ABS[2]~ABS[n])의 출력에 대해서도 마찬가지로 설명할 수 있다.
가산 회로(SUM)는 절대값 회로(ABS[1]~ABS[n])의 출력의 합을 출력한다. 가산 회로(SUM)는 OP앰프(OP21), OP앰프(OP22), 저항(R21~R2n), 저항(R31~R33)을 구비한다. 여기서, 절대값 회로(ABS[1]~ABS[n])의 각각의 출력의 전위를 V10''~Vn0''로 하고, 저항값을 R21=(중략)=R2n=R31, R32=R33이 되도록 설정하면, 가산 회로(SUM)의 출력은 V10''+(중략)+Vn0''이 된다. 이것을 트리거 신호 TRIG로 하면, 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터가 동일한 경우에 TRIG=0가 된다. 한편, 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터가 다른 경우에는 TRIG=1이 된다.
상술한 바와 같은 구성으로 함으로써, 소비 전력이 낮은 차분 검지가 가능한 촬상 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 4)
본 발명의 일 형태에 따른 촬상 장치가 포함하는 아날로그 처리 회로의 구성의 일례에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다. 아날로그 처리 회로는 트랜지스터(136), 트랜지스터(137), 트랜지스터(138), 트랜지스터(139), 트랜지스터(140), 트랜지스터(141), 트랜지스터(142), 트랜지스터(143), 트랜지스터(144), 트랜지스터(145), 트랜지스터(146), 트랜지스터(147), 트랜지스터(148), 용량 소자(149), 콤퍼레이터(CMP+), 콤퍼레이터(CMP-)로 구성된다. 참조 전위선(Vref+), 참조 전위선(Vref-)의 전위는 적절히 설정한다.
도 8은 아날로그 처리 회로의 동작을 설명하는 타이밍 차트이다.
시각 T61~시각 T62에, 신호선(ABU)을 "H", 신호선(AOP)을 "L", 신호선(ATC)을 "H"로 한다. 또한, 신호선(FR)을 "H", 신호선(SEL[x])을 "H"로 한다. 또한, 신호선(SEL[x])은 임의의 행(제 x 행; x는 m 이하의 자연수)의 신호선(SEL)이다. 이 때, 제 y 열의 신호선(OUT[y])(y는 n 이하의 자연수)에 공급되는 전류는 제 x 행의 각 화소(PIX)의 트랜지스터(114)의 게이트 전위를 VFR로 하였을 때의 전류량, 즉 초기 프레임의 촬상 데이터와 현재의 프레임의 촬상 데이터에서 차분이 0일 때의 전류량 I0[y]가 된다. 이 전류량 I0[y]를 (제 y 열의) 기준 전류량이라고 하는 경우도 있다. 또한, 각 열의 기준 전류량에 상당하는 전류량 I0[1]~I0[n]는 상시적으로 같은 값은 아니지만, 아래의 설명에서 알 수 있듯이 전류량 I0[1]~I0[n]의 각 값은 회로 동작에 직접 영향을 미치지 않는다. 따라서, 아래에서 전류량 I0[1]~I0[n]는 모두 전류량 I0라고 표기한다.
트랜지스터(136)를 통하여 흐르는 전류 Ip[1]~전류 Ip[n]는 전류량 I0와 동일하고, 전류 Ic[1]~전류 Ic[n]도 전류량 I0와 동일하다. 또한, 트랜지스터(138)에 의하여 드레인과 게이트가 접속된 트랜지스터(137)에 흐르는 전류도 전류량 I0와 동일하다. 특히 용량 소자(149)에 충전되는 전위는 전류량 I0를 흘리는 데에 필요한 게이트 전압에 상당하는 전위로 설정된다.
시각 T63~시각 T64에, 신호선(ABU)을 "H", 신호선(AOP)을 "H", 신호선(ATC)을 "L"로 하고, 신호선(SEL[1])을 "H"로 한다. 이 때, 제 1 행의 각 화소의 차분 데이터에 상당하는 전류가 각 열의 신호선(OUT[1]~OUT[n])에 공급된다. 여기서, 제 1 행의 각 화소의 차분 데이터를 0로 하면, 각 열의 신호선(OUT[1]~OUT[n])에 공급되는 전류는 I0, 트랜지스터(136)를 통하여 흐르는 전류 Ip[1]~전류 Ip[n]는 I0와 동일하고, 전류 Ic[1]~전류 Ic[n]도 전류량 I0와 동일하다.
시각 T64~시각 T65에, 신호선(ABU)을 "H", 신호선(AOP)을 "H", 신호선(ATC)을 "L"로 하고, 신호선(SEL[2])을 "H"로 한다. 이 때, 제 2 행의 각 화소의 차분 데이터에 상당하는 전류가 각 열의 신호선(OUT[1]~OUT[n])에 공급된다. 여기서, 제 2 행의 각 화소의 차분 데이터는 유한(음의 값)으로 하고, 제 y 열의 신호선(OUT[y])에 공급되는 전류를 (I0-ΔIy)로 하면, 제 y 열의 트랜지스터(136)를 통하여 흐르는 전류 Ip[y]는 (I0-ΔIy)와 동일하고, 전류 Ic[y]는 전류량 I0와 동일하기 때문에, 제 y 열의 트랜지스터(139)와 트랜지스터(140)를 통하여 전류 ΔIy가 흐르게 된다.
여기서, 각 열의 트랜지스터(140)에 전류 ΔI1~ΔIn을 흘리기 위해서는 이들의 합에 상당하는 전류 I-를 공급할 필요가 있다. 여기서, 콤퍼레이터(CMP-)와 트랜지스터(142)에 의하여 상기 전류 I-가 공급된다. 즉, 각 열의 트랜지스터(140)에 흐르는 전류의 합이 I-보다 작은(큰) 경우에는 콤퍼레이터(CMP-)의 +단자의 전위가 저하(상승)되어, 콤퍼레이터(CMP-)의 출력은 저하(상승)된다. 즉, 트랜지스터(142)의 게이트 전압이 저하(상승)되어, 더 큰(작은) 전류 I-를 공급할 수 있게 된다.
또한, 트랜지스터(142)의 게이트와 같은 전위가 트랜지스터(143)에 인가되기 때문에, 트랜지스터(142)에 대한 트랜지스터(143)의 W/L비(n1)를 전류 I-에 곱한 전류 n1·I-가 트랜지스터(143)에 흐른다. 또한, 트랜지스터(148)와 트랜지스터(143)로 구성되는 버퍼에 의하여 신호 TRIG가 "H"가 된다. 또한, 트랜지스터(148)는 게이트에 바이어스 전압 bias가 인가된다.
시각 T66~시각 T67에, 신호선(ABU)을 "H", 신호선(AOP)을 "H", 신호선(ATC)을 "L"로 하고, 신호선(SEL[m])을 "H"로 한다. 이 때, 제 m 행의 각 화소의 차분 데이터에 상당하는 전류가 각 열의 신호선(OUT[1]~OUT[n])에 공급된다. 여기서 제 m 행의 각 화소의 차분 데이터는 제 1 열을 유한(양의 값), 제 2 열을 유한(양의 값), 제 n 열을 유한(음의 값), 다른 열을 0로 하고, 각 열의 신호선(OUT[1]), 신호선(OUT[2]), 신호선(OUT[n])에 공급되는 전류를 각각 (I0+ΔI1), (I0+ΔI2), (I0-ΔIn)으로 하면, 트랜지스터(136)를 통하여 흐르는 전류 Ip[1], 전류 Ip[2], 전류 Ip[n]는 (I0+ΔI1), (I0+ΔI2), (I0-ΔIn)과 동일하고, 전류 Ic[1]~전류 Ic[n]는 전류량 I0와 동일하기 때문에, 제 1 열 및 제 2 열의 트랜지스터(139)와 트랜지스터(140)를 통하여 전류 ΔI1 및 전류 ΔI2가 흐르고, 제 n 열의 트랜지스터(139)와 트랜지스터(141)를 통하여 전류 ΔIn이 흐르게 된다.
여기서, 제 1 열 및 제 2 열의 트랜지스터(140)에 전류 ΔI1 및 전류 ΔI2를 흘리기 위해서는 이들의 합에 상당하는 전류 I-=ΔI1+ΔI2를 공급할 필요가 있다. 여기서, 콤퍼레이터(CMP-)와 트랜지스터(142)에 의하여 상기 전류 I-가 공급된다. 즉, 각 열의 트랜지스터(140)에 흐르는 전류가 ΔI보다 작은(큰) 경우에는 콤퍼레이터(CMP-)의 +단자의 전위가 저하(상승)되어, 콤퍼레이터(CMP-)의 출력은 저하(상승)된다. 즉, 트랜지스터(142)의 게이트 전압이 저하(상승)되어, 더 큰(작은) 전류 I-를 공급할 수 있게 된다.
또한, 제 n 열의 트랜지스터(141)에 전류 ΔIn을 흘리기 위해서는 전류 I+=ΔIn을 흘릴 필요가 있다. 여기서, 콤퍼레이터(CMP+)와 트랜지스터(144)에 의하여 상기 전류 I+를 흘릴 수 있다. 즉, 제 n 열의 트랜지스터(141)에 흐르는 전류가 ΔIn보다 작은(큰) 경우에는 콤퍼레이터(CMP+)의 +단자의 전위가 상승(저하)되어, 콤퍼레이터(CMP+)의 출력은 상승(저하)된다. 즉, 트랜지스터(144)의 게이트 전압이 상승(저하)되어, 더 큰(작은) 전류 I+를 흘릴 수 있게 된다.
또한, 트랜지스터(142)의 게이트와 같은 전위가 트랜지스터(143)에 인가되기 때문에, 트랜지스터(142)에 대한 트랜지스터(143)의 W/L비(n1)를 전류 I-에 곱한 전류 n1·I-가 트랜지스터(143)에 흐른다.
또한, 트랜지스터(144)의 게이트와 같은 전위가 트랜지스터(145)에 인가되기 때문에, 트랜지스터(144)에 대한 트랜지스터(145)의 W/L비(n2)를 전류 I+에 곱한 전류 n2·I+가 트랜지스터(145)에 흐른다. 트랜지스터(145)에 흐르는 전류가 트랜지스터(146)에도 흐르고, 트랜지스터(146)에 대한 트랜지스터(147)의 W/L비(n3)를 전류 n2·I+에 곱한 전류 n3·n2·I+가 트랜지스터(147)에 흐른다. 트랜지스터(148)와 트랜지스터(143)와 트랜지스터(147)로 구성되는 버퍼에 의하여 신호 TRIG가 "H"가 된다.
상술한 바와 같은 구성으로 함으로써, 소비 전력이 낮은 차분 검지가 가능한 촬상 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 상술한 실시형태에서 설명한 화소의 변형예에 대하여 설명한다.
도 9의 (A)는 도 4의 (A)의 회로도에서의 트랜지스터의 반도체층에 산화물 반도체를 사용한 회로도의 변형예이다. 도 9의 (A)에 도시된 화소(100A)는 트랜지스터(111~115)의 반도체층에 산화물 반도체가 포함되는 구성이다.
또한, 회로도에 있어서, 반도체층에 산화물 반도체가 포함되는 트랜지스터(OS 트랜지스터라고도 함)임을 명시하기 위하여 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터의 회로 기호로서 'OS'를 붙였다.
OS 트랜지스터는 매우 낮은 오프 전류 특성을 갖는 등의 특성을 갖는다. 그러므로, 촬상 다이내믹 레인지를 확대할 수 있다. 도 9의 (A)에 도시된 회로도에서는 포토다이오드(123)에 입사되는 빛의 강도가 크면, 전하 유지 노드(FD1)의 전위가 작아진다. OS 트랜지스터는 매우 낮은 오프 전류 특성을 갖기 때문에, 게이트 전위가 매우 작은 경우에도 상기 게이트 전위에 따른 전류를 정확히 출력할 수 있다. 이로써, 검출할 수 있는 조도(照度)폭, 즉 다이내믹 레인지를 넓힐 수 있다.
또한, OS 트랜지스터는 매우 낮은 오프 전류 특성을 갖기 때문에, 전하 유지 노드(FD1)가 전하를 유지할 수 있는 기간을 매우 길게 할 수 있으므로, 회로 구성이나 동작 방법을 복잡하게 하지 않고 글로벌 셔터 방식을 적용할 수 있다. 따라서, 동체(動體)이어도 왜곡이 작은 화상을 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 같은 이유로 노광 시간(전하의 축적 동작을 수행하는 기간)을 길게 할 수도 있으므로 조도가 낮은 환경에서의 촬상에도 적합하다.
또한, OS 트랜지스터는 Si 트랜지스터보다 전기 특성 변동의 온도 의존성이 작다. 그러므로, 매우 넓은 온도 범위에서 사용할 수 있다. 따라서, OS 트랜지스터를 갖는 촬상 장치 및 반도체 장치는 자동차, 항공기, 우주선 등에 탑재하기에도 적합하다.
또한, 도 9의 (B)는 도 9의 (A)를 더 변형한 화소(100B)의 회로도의 변형예이다. 도 9의 (B)에 도시된 화소(100B)는 트랜지스터(114), 트랜지스터(115)의 반도체층에 실리콘을 갖는다.
또한, 회로도에서, 반도체층에 실리콘을 갖는 트랜지스터(Si 트랜지스터라고도 함)임을 명시하기 위하여, 실리콘을 사용한 트랜지스터의 회로 기호로서 'Si'를 붙였다.
Si 트랜지스터는 OS 트랜지스터에 비하여 우수한 전계 효과 이동도를 갖는 등의 특성을 갖는다. 그러므로, 증폭 트랜지스터로서 기능하는 트랜지스터에 흐르는 전류량을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 도 9의 (B)에서는 전하 유지 노드(FD1)에 축적된 전하에 따라, 트랜지스터(114), 트랜지스터(115)에 흐르는 전류량을 증대시킬 수 있다.
또한, 도 10은 도 4의 (A)의 회로도에서의 포토다이오드(123)를 센서(123A)로 바꾼 화소(100C)의 회로도이다.
센서(123A)는 주어지는 물리량을, 소자에 흐르는 전류량으로 변환할 수 있는 소자이면 바람직하다. 또는, 주어지는 물리량을 한 번 다른 물리량으로 변환한 후, 소자에 흐르는 전류량으로 변환할 수 있는 소자이면 바람직하다.
센서(123A)에는 다양한 센서를 사용할 수 있다. 예를 들어, 센서(123A)로서 온도 센서, 광 센서, 가스 센서, 불꽃 센서, 염기 센서, 습도 센서, 압력 센서, 유량 센서, 진동 센서, 음성 센서, 자기 센서, 방사선 센서, 냄새 센서, 화분 센서, 가속도 센서, 경사각 센서, 자이로 센서, 방위 센서, 전력 센서 등을 사용할 수 있다.
예를 들어, 센서(123A)로서 광 센서를 사용하는 경우에는 상술한 포토다이오드나 포토트랜지스터를 사용할 수 있다.
또한, 센서(123A)로서 가스 센서를 사용하는 경우에는 산화 주석 등의 금속 산화물 반도체에 가스가 흡착되는 것에 의한 저항의 변화를 검출하는 반도체식 가스 센서, 접촉 연소(燃燒)식 가스 센서, 고체 전해질식 가스 센서 등을 사용할 수 있다.
또한, 도 15의 (A)는 도 4의 (A)의 회로도에서의 포토다이오드(123), 또는 도 10의 회로도에서의 센서(123A)를 광전 변환 소자인 셀레늄계 반도체 소자(SSe)로 한 화소(PIX_SE)의 회로도이다.
셀레늄계 반도체 소자(SSe)는 전압을 인가함으로써 하나의 입사 광자로부터 복수의 전자를 추출할 수 있는 애벌란시 증배(avalanche multiplication)라는 현상을 이용하여 광전 변환이 가능한 소자이다. 따라서, 셀레늄계 반도체 소자(SSe)를 갖는 화소(PIX_SE)에서는 입사되는 광량에 비하여, 추출하는 전자의 양을 많게 할 수 있는, 고감도의 센서로 할 수 있다.
셀레늄계 반도체 소자(SSe)에는 비정질성을 갖는 셀레늄계 반도체, 또는 결정성을 갖는 셀레늄계 반도체를 사용할 수 있다. 결정성을 갖는 셀레늄계 반도체는 일례로서 비정질성을 갖는 셀레늄계 반도체를 성막한 후, 열처리하여 얻으면 좋다. 또한, 결정성을 갖는 셀레늄계 반도체의 결정 입경을 화소 피치보다 작게 함으로써 화소들의 특성 편차가 저감되고, 얻어지는 화상의 화질이 균일하게 되어 바람직하다.
셀레늄계 반도체 중에서도 결정성을 갖는 셀레늄계 반도체는 넓은 파장 대역의 광 흡수 계수를 갖는 등의 특성을 갖는다. 그러므로, 가시광이나 자외광뿐만 아니라 X선이나 감마선 등 폭넓은 파장 대역의 촬상 소자로서 이용할 수 있고 X선이나 감마선 등 짧은 파장 대역의 빛을 직접 전하로 변환할 수 있는, 소위 직접 변환형 소자로서 사용할 수 있다.
도 15의 (B)는 도 15의 (A)에 도시된 회로 구성의 일부에 대응하는 단면 구조의 모식도이다. 도 15의 (B)에는 트랜지스터(111), 트랜지스터(111)에 접속되는 전극(EPix), 셀레늄계 반도체 소자(SSe), 전극(EVPD), 및 기판(Sub)이 도시되어 있다.
전극(EVPD) 및 기판(Sub)이 제공되는 측으로부터 셀레늄계 반도체(SSe)를 향하여 빛이 입사된다. 그러므로, 전극(EVPD) 및 기판(Sub)은 투광성을 갖는 것이 바람직하다. 전극(EVPD)으로서는 인듐 주석 산화물(ITO: Indium Tin Oxide)을 사용하고, 기판(Sub)으로서 유리 기판을 사용할 수 있다.
셀레늄계 반도체 소자(SSe), 및 셀레늄계 반도체 소자(SSe)에 적층하여 제공하는 전극(EVPD)은 화소마다 형상을 가공하지 않고 사용할 수 있다. 형상을 가공하기 위한 공정을 삭감할 수 있기 때문에, 제작 비용의 저감 및 제조 수율 향상을 도모할 수 있다.
또한, 셀레늄계 반도체의 일례로서는 황동석(chalcopyrite)계 반도체를 사용할 수 있다. 구체적인 예로서는 CuIn1 - xGaxSe2(0≤x≤1)(CIGS라고 약기함)를 들 수 있다. CIGS는 증착법이나 스퍼터링법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
황동석계 반도체인 셀레늄계 반도체는 몇 V(5V~20V) 정도의 전압을 인가함으로써, 애벌란시 증배를 발현할 수 있다. 셀레늄계 반도체에 전압을 인가함으로써, 빛의 조사에 의하여 생기는 신호 전하의 이동에서의 직진성을 높일 수 있다. 또한, 셀레늄계 반도체의 막 두께는 1μm 이하로 얇게 하면, 인가 전압을 작게 할 수 있다.
또한, 셀레늄계 반도체의 막 두께가 작은 경우, 전압 인가 시에 암 전류가 흐르지만, 상술한 황동석계 반도체인 CIGS에 암 전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 층(정공 주입 장벽층)을 제공함으로써, 암 전류가 흐르는 것을 억제할 수 있다. 정공 주입 장벽층으로서는 산화물 반도체를 사용하면 좋고, 일례로서는 산화 갈륨을 사용할 수 있다. 정공 주입 장벽층의 막 두께는 셀레늄계 반도체의 막 두께보다 작은 것이 바람직하다.
도 15의 (C)는 도 15의 (B)와는 다른 단면 구조의 모식도이다. 도 15의 (C)에서는 트랜지스터(111), 트랜지스터(111)에 접속되는 전극(EPix), 셀레늄계 반도체(SSe), 전극(EVPD), 및 기판(Sub)에 더하여, 정공 주입 장벽층(EOS)이 도시되었다.
상술한 바와 같이 하여 센서로서 셀레늄계 반도체(SSe)를 사용함으로써 제작 비용의 저감 및 제조 수율의 향상이 가능하고, 화소들의 특성 편차를 저감할 수 있어, 고감도의 센서로 할 수 있다.
또한, 본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 촬상 장치를 구성하는 소자의 단면 구조에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시형태에서는 일례로서, 실시형태 4에서 도 9의 (B)를 참조하여 설명한, Si 트랜지스터 및 OS 트랜지스터를 사용하여 화소를 구성하는 단면 구조에 대하여 설명한다.
도 11은 촬상 장치를 구성하는 소자의 단면도이다. 도 11에 도시된 촬상 장치는 실리콘 기판(40)에 제공된 Si 트랜지스터(51), Si 트랜지스터(51) 위에 적층하여 제공된 OS 트랜지스터(52) 및 OS 트랜지스터(53), 및 실리콘 기판(40)에 제공된 포토다이오드(60)를 포함한다. 각 트랜지스터 및 포토다이오드(60)는 각종 콘택트 플러그(70) 및 배선층(71)과 전기적으로 접속된다. 또한, 포토다이오드(60)의 애노드(61)는 저저항 영역(63)을 통하여 콘택트 플러그(70)와 전기적으로 접속된다.
또한, 촬상 장치는 실리콘 기판(40)에 제공된 Si 트랜지스터(51) 및 포토다이오드(60)를 갖는 층(1100)과, 층(1100)과 접촉하여 제공되고 배선층(71)을 갖는 층(1200)과, 층(1200)과 접촉하여 제공되고 OS 트랜지스터(52) 및 OS 트랜지스터(53)를 갖는 층(1300)과, 층(1300)과 접촉하여 제공되고 배선층(72) 및 배선층(73)을 갖는 층(1400)을 구비한다.
또한, 도 11의 단면도의 일례에서는 실리콘 기판(40)에서 Si 트랜지스터(51)가 형성된 면과는 반대의 면에 포토다이오드(60)의 수광면을 갖는 구성으로 한다. 상기 구성으로 함으로써, 각종 트랜지스터나 배선 등의 영향을 받지 않고 광로를 확보할 수 있다. 그러므로, 고개구율의 화소를 형성할 수 있다. 또한, 포토다이오드(60)의 수광면을 Si 트랜지스터(51)가 형성된 면과 같게 할 수도 있다.
또한, 실시형태 4에서 도 9의 (A)를 참조하여 설명한 OS트랜지스터를 사용하여 화소를 구성하는 경우에는 층(1100)을 OS 트랜지스터를 갖는 층으로 하면 좋다. 또는, 층(1100)을 생략하고 OS 트랜지스터만으로 화소를 구성하여도 좋다.
또한, 실리콘 기판(40)은 벌크 실리콘 기판에 한정되지 않고 SOI 기판이어도 좋다. 또한, 실리콘 기판(40) 대신에 저마늄, 실리콘 저마늄, 탄소화 실리콘, 갈륨 비소, 알루미늄 갈륨 비소, 인화 인듐, 질화 갈륨, 유기 반도체를 재료로 하는 기판을 사용할 수도 있다.
여기서, 위치는 제한되지 않지만, Si 트랜지스터(51) 및 포토다이오드(60)를 갖는 층(1100)과, OS 트랜지스터(52) 및 OS 트랜지스터(53)를 갖는 층(1300) 사이에는 절연층(80)이 제공된다.
Si 트랜지스터(51)의 활성 영역 근방에 제공되는 절연층 내의 수소는 실리콘의 댕글링 본드를 종단시켜 Si 트랜지스터(51)의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다. 한편, 위에 제공되는 OS 트랜지스터(52) 및 OS 트랜지스터(53) 등의 활성층인 산화물 반도체층의 근방에 제공되는 절연층 내의 수소는 산화물 반도체 내에 캐리어를 생성하는 하나의 요인이 되기 때문에, OS 트랜지스터(52) 및 OS 트랜지스터(53) 등의 신뢰성을 저하시키는 요인이 될 수 있다. 따라서, 실리콘계 반도체 재료를 사용한 트랜지스터 위에 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터를 적층하여 제공하는 경우, 이들 사이에 수소의 확산을 방지하는 기능을 갖는 절연층(80)을 제공하는 것이 바람직하다. 절연층(80)에 의하여 그 아래에 수소를 가둠으로써 Si 트랜지스터(51)의 신뢰성이 향상됨과 함께, 아래로부터 위로 수소가 확산되는 것이 억제됨으로써 OS 트랜지스터(52) 및 OS 트랜지스터(53) 등의 신뢰성도 향상시킬 수 있다.
절연층(80)으로서는 예를 들어, 산화 알루미늄, 산화질화 알루미늄, 산화 갈륨, 산화질화 갈륨, 산화 이트륨, 산화질화 이트륨, 산화 하프늄, 산화질화 하프늄, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 등을 사용할 수 있다.
또한, 도 11의 단면도에서, 층(1100)에 제공되는 포토다이오드(60)와 층(1300)에 제공되는 트랜지스터를 중첩하도록 형성할 수 있다. 이렇게 하면, 화소의 집적도를 향상시킬 수 있다. 즉, 촬상 장치의 해상도를 높일 수 있다.
또한, 본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 7)
본 실시형태에서는 촬상 장치에 컬러 필터 등을 부가한 형태의 일례의 단면 구조에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 12의 (A)는 도 11에 도시된 촬상 장치에 컬러 필터 등을 부가한 형태의 일례의 단면도이며, 3화소분의 회로(회로(91a), 회로(91b), 회로(91c))가 차지하는 영역을 도시한 것이다. 층(1100)에 형성되는 포토다이오드(60) 위에 절연층(1500)이 형성된다. 절연층(1500)에는 가시광에 대한 투광성이 높은 산화 실리콘막 등을 사용할 수 있다. 또한, 패시베이션막으로서 질화 실리콘막을 적층하는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 반사 방지막으로서 산화 하프늄 등의 유전체막을 적층하는 구성으로 하여도 좋다.
절연층(1500) 위에 차광층(1510)이 형성된다. 차광층(1510)은 상부의 컬러 필터를 통과하는 빛의 혼색을 방지하는 작용을 갖는다. 차광층(1510)에는 알루미늄, 텅스텐 등의 금속층이나 상기 금속층과 반사 방지막으로서의 기능을 갖는 유전체막의 적층을 사용할 수 있다.
절연층(1500) 및 차광층(1510) 위에 평탄화막으로서 유기 수지층(1520)이 형성되고, 회로(91a), 회로(91b), 및 회로(91c) 위에 각각 컬러 필터(1530a), 컬러 필터(1530b), 및 컬러 필터(1530c)가 쌍이 되도록 형성된다. 컬러 필터(1530a), 컬러 필터(1530b), 및 컬러 필터(1530c)에는 각각 R(적색), G(녹색), B(청색) 등의 색을 할당함으로써 컬러 화상을 얻을 수 있다.
컬러 필터(1530a), 컬러 필터(1530b), 및 컬러 필터(1530c) 위에는 마이크로 렌즈 어레이(1540)가 제공되고, 하나의 렌즈를 통과하는 빛이 바로 아래의 컬러 필터를 통과하여 포토다이오드에 조사된다.
또한, 층(1400)과 접촉하도록 지지 기판(1600)이 제공된다. 지지 기판(1600)으로서는 실리콘 기판 등의 반도체 기판, 유리 기판, 금속 기판, 세라믹 기판 등의 경질(硬質) 기판을 사용할 수 있다. 또한, 층(1400)과 지지 기판(1600) 사이에는 접착층으로서 기능하는 무기 절연층이나 유기 수지층이 형성되어도 좋다.
상기 촬상 장치의 구성에 있어서, 컬러 필터(1530a), 컬러 필터(1530b), 및 컬러 필터(1530c) 대신에 광학 변환층(1550)을 사용하여도 좋다(도 12의 (B) 참조). 광학 변환층(1550)을 사용함으로써, 다양한 파장 대역에서의 화상이 얻어지는 촬상 장치로 할 수 있다.
예를 들어, 광학 변환층(1550)에 가시광의 파장 이하의 빛을 차단하는 필터를 사용하면, 적외선 촬상 장치로 할 수 있다. 또한, 광학 변환층(1550)에 근적외선의 파장 이하의 빛을 차단하는 필터를 사용하면, 원적외선 촬상 장치로 할 수 있다. 또한, 광학 변환층(1550)에 가시광의 파장 이상의 빛을 차단하는 필터를 사용하면, 자외선 촬상 장치로 할 수 있다.
또한, 광학 변환층(1550)에 신틸레이터를 사용하면, 의료용 X선 촬상 장치 등 방사선의 강약을 가시화한 화상을 얻는 촬상 장치로 할 수 있다. 피사체를 투과한 X선 등의 방사선이 신틸레이터에 입사되면, 포토루미네선스라는 현상에 의하여 가시광이나 자외광 등의 빛(형광)으로 변환된다. 그리고, 상기 빛을 포토다이오드(60)에 의하여 검지함으로써 화상 데이터를 취득한다.
신틸레이터는 X선이나 감마선 등의 방사선이 조사되면 그 에너지를 흡수하여 가시광이나 자외광을 발하는 물질, 또는 상기 물질을 포함하는 재료로 이루어지고, 예를 들어 Gd2O2S:Tb, Gd2O2S:Pr, Gd2O2S:Eu, BaFCl:Eu, NaI, CsI, CaF2, BaF2, CeF3, LiF, LiI, ZnO 등의 재료나 이들을 수지나 세라믹에 분산시킨 것이 알려져 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 8)
본 실시형태에서는 상술한 실시형태에서 설명한 OS 트랜지스터에 대하여 설명한다.
OS 트랜지스터는 산화물 반도체 중의 불순물 농도를 저감하고 산화물 반도체를 진성 또는 실질적으로 진성으로 함으로써, 오프 전류를 낮게 할 수 있다. 여기서, 실질적으로 진성이란, 산화물 반도체 중의 캐리어 밀도가 1×1017/cm3 미만, 바람직하게는 1×1015/cm3 미만, 더 바람직하게는 1×1013/cm3 미만임을 뜻한다. 산화물 반도체에서 수소, 질소, 탄소, 실리콘, 및 주성분 외의 금속 원소는 불순물이다. 예를 들어, 수소 및 질소는 도너 준위의 형성에 기여하며 캐리어 밀도를 증대시킨다.
진성 또는 실질적으로 진성으로 한 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 캐리어 밀도가 낮기 때문에 전기 특성에 있어서 문턱 전압이 음이 되는 일이 적다. 또한, 상기 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 산화물 반도체의 캐리어 트랩이 적기 때문에, 전기 특성의 변동이 작고 신뢰성이 높은 트랜지스터가 된다. 또한, 상기 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 오프 전류를 매우 낮게 할 수 있다.
또한, 오프 전류가 낮은 OS 트랜지스터에서는, 실온(25℃ 정도)에서 채널 폭 1μm당 정규화된 오프 전류를 1×10-18A 이하, 바람직하게는 1×10-21A 이하, 더 바람직하게는 1×10-24A 이하, 또는 85℃에서 1×10-15A 이하, 바람직하게는 1×10-18A 이하, 더 바람직하게는 1×10-21A 이하로 할 수 있다.
또한, 오프 전류란, n채널형 트랜지스터의 경우에는 트랜지스터가 오프 상태일 때 소스와 드레인 사이에 흐르는 전류를 말한다. n채널형 트랜지스터의 문턱 전압이 예를 들어 0V~2V 정도이면, 게이트와 소스 사이에 인가되는 전압이 음인 경우에 소스와 드레인 사이에 흐르는 전류를 오프 전류라고 할 수 있다.
또한, OS 트랜지스터의 반도체층에 사용되는 산화물 반도체로서는 적어도 인듐(In) 또는 아연(Zn)을 포함하는 것이 바람직하다. 특히 In 및 Zn을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, In 및 Zn에 더하여, 산소를 강하게 연결시키는 스테빌라이저를 갖는 것이 바람직하다. 스테빌라이저로서는 갈륨(Ga), 주석(Sn), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 및 알루미늄(Al) 중 적어도 어느 하나를 가지면 좋다.
또한 다른 스테빌라이저로서, 란타노이드인 란타넘(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb), 루테튬(Lu) 중 어느 한 종류 또는 복수 종류를 포함하여도 좋다.
트랜지스터의 반도체층에 사용될 수 있는 산화물 반도체로서는 예를 들어, 산화 인듐, 산화 주석, 산화 아연, In-Zn계 산화물, Sn-Zn계 산화물, Al-Zn계 산화물, Zn-Mg계 산화물, Sn-Mg계 산화물, In-Mg계 산화물, In-Ga계 산화물, In-Ga-Zn계 산화물(IGZO라고도 표기함), In-Al-Zn계 산화물, In-Sn-Zn계 산화물, Sn-Ga-Zn계 산화물, Al-Ga-Zn계 산화물, Sn-Al-Zn계 산화물, In-Hf-Zn계 산화물, In-Zr-Zn계 산화물, In-Ti-Zn계 산화물, In-Sc-Zn계 산화물, In-Y-Zn계 산화물, In-La-Zn계 산화물, In-Ce-Zn계 산화물, In-Pr-Zn계 산화물, In-Nd-Zn계 산화물, In-Sm-Zn계 산화물, In-Eu-Zn계 산화물, In-Gd-Zn계 산화물, In-Tb-Zn계 산화물, In-Dy-Zn계 산화물, In-Ho-Zn계 산화물, In-Er-Zn계 산화물, In-Tm-Zn계 산화물, In-Yb-Zn계 산화물, In-Lu-Zn계 산화물, In-Sn-Ga-Zn계 산화물, In-Hf-Ga-Zn계 산화물, In-Al-Ga-Zn계 산화물, In-Sn-Al-Zn계 산화물, In-Sn-Hf-Zn계 산화물, In-Hf-Al-Zn계 산화물 등이 있다.
예를 들어, 원자수비가 In:Ga:Zn=1:1:1, In:Ga:Zn=3:1:2, 또는 In:Ga:Zn=2:1:3인 In-Ga-Zn계 산화물이나 그 근방의 조성을 갖는 산화물을 사용하면 좋다.
반도체층을 구성하는 산화물 반도체막에 수소가 다량으로 포함되면, 산화물 반도체와 결합함으로써 수소의 일부가 도너가 되어, 캐리어인 전자를 생성하게 된다. 이에 의하여 트랜지스터의 문턱 전압이 음의 방향으로 변동된다. 그러므로, 산화물 반도체막을 형성한 후에 탈수화 처리(탈수소화 처리)를 수행하여 산화물 반도체막으로부터 수소 또는 수분을 제거함으로써 불순물이 가능한 한 포함되지 않도록 고순도화시키는 것이 바람직하다.
또한, 산화물 반도체막의 탈수화 처리(탈수소화 처리)에 의하여 산화물 반도체막에서 산소가 감소되는 경우가 있다. 따라서, 산화물 반도체막의 탈수화 처리(탈수소화 처리)에 의하여 감소된 산소를 산화물 반도체에 첨가하거나, 또는 산소를 공급하여 산화물 반도체막의 산소 결손을 보전(補塡)하는 것이 바람직하다.
이와 같이 산화물 반도체막은 탈수화 처리(탈수소화 처리)에 의하여 수소 또는 수분이 제거되고, 가산소화 처리에 의하여 산소 결손을 보전함으로써, i형(진성)화 또는 i형에 한없이 가깝고 실질적으로 i형(진성)인 산화물 반도체막으로 할 수 있다. 또한, 실질적으로 진성이라는 것은 산화물 반도체막 내에 도너에서 유래하는 캐리어가 매우 적고(0에 가까움) 캐리어 밀도가 1×1017/cm3 이하, 1×1016/cm3 이하, 1×1015/cm3 이하, 1×1014/cm3 이하, 1×1013/cm3 이하임을 말한다.
이와 같이 i형 또는 실질적으로 i형인 산화물 반도체막을 구비하는 트랜지스터는 매우 우수한 오프 전류 특성을 실현할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 9)
본 실시형태에서는 상술한 실시형태에서 설명한 촬상 장치를 감시 장치(감시 시스템이라고도 함)에 이용하는 경우에 대하여 설명한다.
도 13은 본 실시형태의 감시 장치의 구성예를 도시한 블록도이다. 감시 장치는 카메라(200), 기억 장치(211), 표시 장치(212), 및 경보 장치(213)를 구비한다. 카메라(200)는 촬상 장치(220)를 구비한다. 카메라(200)로 촬상된 화상은 기억 장치(211)에 기록되고 표시 장치(212)에 표시된다. 또한, 경보 장치(213)는 카메라(200)가 움직임을 검출한 경우 등에 관리자에게 알리도록 경보를 발한다.
촬상 장치(220)는 카메라(200)에서 차분 데이터를 검지하였을 때, 트리거 신호를 생성한다. 트리거 신호가 생성되지 않은 경우에는 아날로그 처리를 계속 수행하고, 트리거 신호를 생성한 경우에는 디지털 처리를 수행한다. 그러므로, 방대한 전력을 소비하는 디지털 처리를 계속적으로 수행하지 않아도 되기 때문에, 소비 전력을 저감할 수 있다.
예를 들어, 제 1 상태를 감시 구역 내에 침입자가 확실히 없는 상태, 제 2 상태를 현재의 상태로 한다. 여기서 촬상 장치(220)가 제 1 모드에서 동작하는 경우에 침입자가 없는 경우에는 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터는 동일하기 때문에, 차분 데이터는 0이다. 따라서, 아날로그 처리 회로에서 각 화소로부터 판독한 차분 데이터의 차분 절대값의 합을 연산한 결과는 0이므로 트리거 신호가 생성되지 않는다. 한편, 침입자가 있는 경우에는 제 1 촬상 데이터와 제 2 촬상 데이터는 다르기 때문에 차분 데이터는 유한이다. 따라서, 아날로그 처리 회로에서 각 화소로부터 판독한 차분 데이터의 차분 절대값의 합을 연산한 결과는 유한이므로, 트리거 신호가 생성된다. 트리거 신호의 생성에 따라, 촬상 장치(220)는 제 2 모드로 천이하고 제 3 촬상 데이터를 디지털 처리 회로에서 디지털 데이터로 변환하고, PC 등의 디지털 처리에 의하여 촬상 화상의 자세한 해석을 실행한다. 이로써, 침입자의 자세한 정보를 취득할 수 있다.
그러므로, 화상에 움직임이 검출되지 않는 기간에는 촬상 장치(220)는 디지털 처리를 수행하지 않는다. 이로써, 카메라(200)에서의 전력 소비를 억제할 수 있다. 또한, 기억 장치(211)는 움직임이 검출되지 않는 기간에서의 화상 데이터분 기억 장치(211)의 기억 용량을 절약할 수 있기 때문에, 더 장시간의 녹화가 가능하게 된다.
또한, 트리거 신호가 생성된 경우에 경보 장치(213)에 의하여 주위에 경보를 발하면 좋다. 또는, 인증 시스템에서의 조합(照合)을 기초로 판정하고, 경보를 발할지 여부를 판정하여도 좋다.
본 실시형태는 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 10)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 촬상 장치를 사용한 전자 기기의 일례에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태에 따른 촬상 장치를 사용한 전자 기기로서, 텔레비전이나 모니터 등의 표시 장치, 조명 장치, 데스크톱 또는 노트북 퍼스널 컴퓨터, 워드 프로세서, DVD(Digital Versatile Disc) 등의 기록 매체에 기억된 정지 화상 또는 동영상을 재생하는 화상 재생 장치, 포터블 CD 플레이어, 라디오, 테이프 리코더, 헤드폰 스테레오, 스테레오, 내비게이션 시스템, 탁상 시계, 벽걸이 시계, 무선 전화 핸드셋, 트랜스시버, 휴대 전화, 자동차 전화, 휴대용 게임기, 태블릿 단말, 파친코기 등의 대형 게임기, 계산기, 휴대 정보 단말, 전자 수첩, 전자 서적 단말, 전자 번역기, 음성 입력 기기, 비디오 카메라, 디지털 스틸 카메라, 전기 면도기, 전자 레인지 등의 고주파 가열 장치, 전기 밥솥, 전기 세탁기, 전기 청소기, 온수기, 선풍기, 헤어드라이어, 에어컨디셔너, 가습기, 제습기 등의 공기 조절 설비, 식기 세척기, 식기 건조기, 의류 건조기, 이불 건조기, 전기 냉장고, 전기 냉동고, 전기 냉동 냉장고, DNA 보존용 냉동고, 손전등, 체인 톱 등의 공구, 연기 감지기, 투석 장치 등의 의료 기기, 팩시밀리, 프린터, 프린터 복합기, 현금 자동 입출금기(ATM), 자동 판매기 등을 들 수 있다. 또한, 유도등, 신호기, 벨트 컨베이어, 엘리베이터, 에스컬레이터, 산업용 로봇, 전력 저장 시스템, 전력의 평준화나 스마트 그리드를 위한 축전 장치 등의 산업 기기를 들 수 있다. 또한, 연료를 사용한 엔진이나, 비수계 2차 전지로부터의 전력을 사용한 전동기에 의하여 추진하는 이동체 등도 전자 기기의 범주에 포함되는 것으로 한다. 상기 이동체로서 예를 들어, 전기 자동차(EV), 내연 기관과 전동기를 아울러 갖는 하이브리드 자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 자동차(PHEV), 이들의 타이어 차륜이 무한 궤도로 바뀐 장궤(裝軌) 차량, 전동 어시스트 자전거를 포함한 원동기가 달린 자전거, 자동 이륜차, 전동 휠체어, 골프용 카트, 소형 또는 대형 선박, 잠수함, 헬리콥터, 항공기, 로켓, 인공 위성, 우주 탐사기, 혹성 탐사기, 우주선 등을 들 수 있다.
도 14의 (A)에 도시된 비디오 카메라는 하우징(941), 하우징(942), 표시부(943), 조작 키(944), 렌즈(945), 접속부(946) 등을 구비한다. 조작 키(944) 및 렌즈(945)는 하우징(941)에 제공되고, 표시부(943)는 하우징(942)에 제공된다. 그리고, 하우징(941)과 하우징(942)은 접속부(946)로 접속되어 있고, 하우징(941)과 하우징(942) 사이의 각도는 접속부(946)에 의하여 변경이 가능하다. 표시부(943)에 표시되는 영상을 접속부(946)에 의한 하우징(941)과 하우징(942) 사이의 각도에 따라 전환하는 구성으로 하여도 좋다. 렌즈(945)의 초점이 되는 위치에는 본 발명의 일 형태에 따른 촬상 장치를 구비할 수 있다.
도 14의 (B)는 휴대 전화이며, 하우징(951)에 표시부(952), 마이크로폰(957), 스피커(954), 카메라(959), 입출력 단자(956), 조작용 버튼(955) 등을 구비한다. 카메라(959)에는 본 발명의 일 형태에 따른 촬상 장치를 사용할 수 있다.
도 14의 (C)에 도시된 디지털 카메라는 하우징(921), 셔터 버튼(922), 마이크로폰(923), 발광부(927), 렌즈(925) 등을 구비한다. 렌즈(925)의 초점이 되는 위치에는 본 발명의 일 형태에 따른 촬상 장치를 구비할 수 있다.
도 14의 (D)에 도시된 휴대용 게임기는 하우징(901), 하우징(902), 표시부(903), 표시부(904), 마이크로폰(905), 스피커(906), 조작 키(907), 스타일러스(908), 카메라(909) 등을 구비한다. 또한, 도 14의 (A)에 도시된 휴대용 게임기는 2개의 표시부(903)와 표시부(904)를 갖고 있지만, 휴대용 게임기가 갖는 표시부의 개수는 이에 한정되지 않는다. 카메라(909)에는 본 발명의 일 형태에 따른 촬상 장치를 사용할 수 있다.
도 14의 (E)에 도시된 손목시계형 정보 단말은 하우징(931), 표시부(932), 리스트밴드(933), 카메라(939) 등을 구비한다. 표시부(932)는 터치 패널이 되어 있어도 좋다. 카메라(939)에는 본 발명의 일 형태에 따른 촬상 장치를 사용할 수 있다.
도 14의 (F)에 도시된 휴대 정보 단말은 하우징(911), 표시부(912), 카메라(919) 등을 구비한다. 표시부(912)가 구비하는 터치 패널 기능에 의하여 정보의 입출력을 수행할 수 있다. 카메라(919)에는 본 발명의 일 형태에 따른 촬상 장치를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 촬상 장치를 구비하기만 하면, 상술한 전자 기기에 특별히 제한되지 않는 것은 말할 나위도 없다.
본 실시형태는 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
40: 실리콘 기판
51: Si 트랜지스터
52: OS 트랜지스터
53: OS 트랜지스터
60: 포토다이오드
61: 애노드
63: 저저항 영역
70: 콘택트 플러그
71: 배선층
72: 배선층
73: 배선층
80: 절연층
91a: 회로
91b: 회로
91c: 회로
100: 화소
100A: 화소
100B: 화소
100C: 화소
101: 아날로그 처리 회로
102: A/D변환 회로
103: 열 드라이버
104: 행 드라이버
105: 화소부
111: 트랜지스터
112: 트랜지스터
113: 트랜지스터
114: 트랜지스터
115: 트랜지스터
121: 용량 소자
122: 용량 소자
123: 포토다이오드
123A: 센서
136: 트랜지스터
137: 트랜지스터
138: 트랜지스터
139: 트랜지스터
140: 트랜지스터
141: 트랜지스터
142: 트랜지스터
143: 트랜지스터
144: 트랜지스터
145: 트랜지스터
146: 트랜지스터
147: 트랜지스터
148: 트랜지스터
149: 용량 소자
FD1: 전하 유지 노드
FD2: 노드
SUB: 감산 회로
ABS: 절대값 회로
SUM: 가산 회로
200: 카메라
211: 기억 장치
212: 표시 장치
213: 경보 장치
220: 촬상 장치
901: 하우징
902: 하우징
903: 표시부
904: 표시부
905: 마이크로폰
906: 스피커
907: 조작 키
908: 스타일러스
909: 카메라
911: 하우징
912: 표시부
919: 카메라
921: 하우징
922: 셔터 버튼
923: 마이크로폰
925: 렌즈
927: 발광부
931: 하우징
932: 표시부
933: 리스트 밴드
939: 카메라
941: 하우징
942: 하우징
943: 표시부
944: 조작 키
945: 렌즈
946: 접속부
951: 하우징
952: 표시부
954: 스피커
955: 버튼
956: 입출력 단자
957: 마이크로폰
959: 카메라
1100: 층
1200: 층
1300: 층
1400: 층
1500: 절연층
1510: 차광층
1520: 유기 수지층
1530a: 컬러 필터
1530b: 컬러 필터
1530c: 컬러 필터
1540: 마이크로 렌즈 어레이
1550: 광학 변환층
1600: 지지 기판

Claims (23)

  1. 촬상 장치에 있어서,
    광전 변환 소자와 트랜지스터를 포함하는 화소;
    아날로그 처리 회로; 및
    디지털 처리 회로를 포함하고,
    상기 촬상 장치는 제 1 모드와 제 2 모드에서 동작되고,
    상기 제 1 모드에서, 상기 아날로그 처리 회로는, 상기 화소가 촬상한 제 1 촬상 데이터와, 상기 화소가 촬상한 제 2 촬상 데이터의 차분을 검출하고, 상기 차분의 값에 기초하여 트리거(trigger) 신호를 생성하고,
    상기 제 2 모드에서, 상기 디지털 처리 회로는, 상기 화소가 촬상한 제 3 촬상 데이터를 디지털 데이터로 변환하고,
    상기 제 1 모드로부터 상기 제 2 모드로의 천이는 상기 트리거 신호에 기초하여 수행되는, 촬상 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 아날로그 처리 회로는, 상기 제 1 촬상 데이터와 상기 제 2 촬상 데이터의 차분 절대값의 합을 연산하고, 상기 연산의 결과가 규정값과 동일하지 않은 경우에 상기 트리거 신호를 생성하는, 촬상 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 아날로그 처리 회로는, 상기 제 1 촬상 데이터와 상기 제 2 촬상 데이터의 상기 차분에 따른 전류값과, 기준 전류값의 차분에 따라 전류를 공급하고, 상기 전류 공급에 대응하여 상기 트리거 신호를 생성하는, 촬상 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 아날로그 처리 회로는 감산 회로, 절대값 회로, 및 가산 회로를 포함하는, 촬상 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 처리 회로는 A/D 변환 회로를 포함하는, 촬상 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 촬상 장치는, 일정 시간이 지나면 상기 제 2 모드로부터 상기 제 1 모드로 천이하는, 촬상 장치.
  7. 감시 장치에 있어서,
    제 1 항에 따른 촬상 장치를 포함하는 카메라;
    상기 카메라에 전기적으로 접속된 표시 장치;
    상기 카메라에 전기적으로 접속된 기억 장치; 및
    상기 카메라에 전기적으로 접속된 경보 장치를 포함하는, 감시 장치.
  8. 전자 기기에 있어서,
    제 1 항에 따른 촬상 장치; 및
    조작 키를 포함하는, 전자 기기.
  9. 촬상 장치에 있어서,
    광전 변환 소자, 제 1 내지 제 5 트랜지스터, 및 제 1 및 제 2 용량 소자를 포함하는 화소;
    아날로그 처리 회로; 및
    디지털 처리 회로를 포함하고,
    상기 촬상 장치는 제 1 모드와 제 2 모드에서 동작되고,
    상기 제 1 모드에서, 상기 화소가 제 1 시간에서 촬상한 제 1 촬상 데이터와, 상기 화소가 제 2 시간에서 촬상한 제 2 촬상 데이터의 차분 데이터를 상기 화소가 취득하고, 상기 아날로그 처리 회로는, 상기 차분 데이터의 차분 절대값의 합을 연산하고, 상기 제 1 및 제 2 촬상 데이터로부터 움직임이 검출되는 경우에 트리거 신호를 생성하고,
    상기 제 2 모드에서, 상기 디지털 처리 회로는, 상기 화소가 제 3 시간에서 촬상한 제 3 촬상 데이터를 디지털 데이터로 변환하고,
    상기 제 1 모드로부터 상기 제 2 모드로의 천이는 상기 트리거 신호에 기초하여 수행되고,
    상기 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 하나는 상기 광전 변환 소자에 전기적으로 접속되고,
    상기 제 1 트랜지스터의 상기 소스 및 상기 드레인 중 다른 하나는 상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 하나, 및 상기 제 1 용량 소자의 제 1 단자에 전기적으로 접속되고,
    상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 하나는 상기 제 1 용량 소자의 제 2 단자, 상기 제 2 용량 소자의 제 1 단자, 및 상기 제 4 트랜지스터의 게이트에 전기적으로 접속되고,
    상기 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 하나는 상기 제 5 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 하나에 전기적으로 접속되고,
    상기 제 5 트랜지스터의 상기 소스 및 상기 드레인 중 다른 하나는 상기 아날로그 처리 회로에 전기적으로 접속되는, 촬상 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 아날로그 처리 회로는, 전류값과 기준 전류값의 차분에 따라 전류를 공급하고, 상기 전류에 대응하여 상기 트리거 신호를 생성하고,
    상기 전류값은 상기 제 1 촬상 데이터와 상기 제 2 촬상 데이터의 차분에 의해 결정되는, 촬상 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 아날로그 처리 회로는 감산 회로, 절대값 회로, 및 가산 회로를 포함하는, 촬상 장치.
  12. 촬상 장치에 있어서,
    광전 변환 소자를 포함하는 화소를 포함하고,
    상기 촬상 장치는 제 1 모드와 제 2 모드에서 동작되고,
    상기 제 1 모드에서, 상기 화소가 제 1 시간에서 제 1 촬상 데이터를 촬상하고, 상기 화소가 제 2 시간에서 제 2 촬상 데이터를 촬상하고, 상기 제 1 촬상 데이터와 상기 제 2 촬상 데이터의 차분 데이터가 결정되고, 상기 차분 데이터에 따라 트리거 신호를 생성하여 상기 촬상 장치의 모드를 상기 제 1 모드로부터 상기 제 2 모드로 천이하고,
    상기 촬상 장치의 상기 모드는 일정 시간이 지나면 상기 제 2 모드로부터 상기 제 1 모드로 천이하는, 촬상 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 모드에서의 상기 촬상 장치의 소비 전력은 상기 제 2 모드에서의 상기 촬상 장치의 소비 전력보다 낮은, 촬상 장치.
  14. 전자 기기에 있어서,
    하우징;
    상기 하우징에 부착되고, 렌즈를 포함하는 촬상 장치; 및
    터치 패널을 포함하고,
    상기 촬상 장치는,
    제 1 촬상 데이터를 촬상하고, 상기 제 1 촬상 데이터를 촬상한 이후에 제 2 촬상 데이터를 촬상하고, 상기 제 1 촬상 데이터와 상기 제 2 촬상 데이터를 이용하여 연산을 수행하는 화소; 및
    상기 화소와 전기적으로 접속되고, 상기 연산의 결과에 따라 트리거 신호를 생성하는 처리 회로를 더 포함하는, 전자 기기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 연산의 상기 결과는 상기 제 1 촬상 데이터와 상기 제 2 촬상 데이터의 차분에 기초하여 결정되는, 전자 기기.
  16. 촬상 장치에 있어서,
    제 1 촬상 데이터를 촬상하고, 상기 제 1 촬상 데이터를 촬상한 이후에 제 2 촬상 데이터를 촬상하고, 상기 제 1 촬상 데이터와 상기 제 2 촬상 데이터를 이용하여 연산을 수행하는 화소;
    상기 화소에 전기적으로 접속되고, 상기 연산의 결과에 따라 트리거 신호를 생성하는 처리 회로를 포함하는, 촬상 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 연산의 상기 결과는 상기 제 1 촬상 데이터와 상기 제 2 촬상 데이터의 차분에 기초하여 결정되는, 촬상 장치.
  18. 촬상 장치에 있어서,
    제 1 촬상 데이터를 촬상하고, 상기 제 1 촬상 데이터를 촬상한 이후에 제 2 촬상 데이터를 촬상하고, 상기 제 1 촬상 데이터와 상기 제 2 촬상 데이터를 이용하여 연산을 수행하는 화소;
    상기 화소에 전기적으로 접속되고, 상기 연산의 결과에 따라 트리거 신호를 생성하는 아날로그 처리 회로; 및
    상기 화소에 전기적으로 접속되는 디지털 처리 회로를 포함하고,
    상기 화소는 상기 트리거 신호가 생성된 이후에 제 3 촬상 데이터를 촬상하고,
    상기 디지털 처리 회로는 상기 제 3 촬상 데이터를 디지털 데이터로 변환하는, 촬상 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 연산의 상기 결과는 상기 제 1 촬상 데이터와 상기 제 2 촬상 데이터의 차분에 기초하여 결정되는, 촬상 장치.
  20. 촬상 장치에 있어서,
    상기 촬상 장치의 화소에서, 상기 촬상 장치는 제 1 촬상 데이터를 촬상하고, 상기 제 1 촬상 데이터를 촬상한 이후에 제 2 촬상 데이터를 촬상하고, 상기 제 1 촬상 데이터와 상기 제 2 촬상 데이터를 이용하여 연산을 수행하고;
    상기 촬상 장치는 상기 연산의 결과에 따라 상기 화소 외부에서 트리거 신호를 생성하는, 촬상 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 연산의 상기 결과는 상기 제 1 촬상 데이터와 상기 제 2 촬상 데이터의 차분에 기초하여 결정되는, 촬상 장치.
  22. 촬상 장치에 있어서,
    상기 촬상 장치의 화소에서, 상기 촬상 장치는 제 1 촬상 데이터를 촬상하고, 상기 제 1 촬상 데이터를 촬상한 이후에 제 2 촬상 데이터를 촬상하고, 상기 제 1 촬상 데이터와 상기 제 2 촬상 데이터를 이용하여 연산을 수행하고;
    상기 촬상 장치는 상기 연산의 결과에 따라 상기 화소 외부에서 트리거 신호를 생성하고,
    상기 화소에서, 상기 촬상 장치는 상기 트리거 신호가 생성된 이후에 제 3 촬상 데이터를 촬상하고,
    상기 촬상 장치는 상기 화소 외부에서 상기 제 3 촬상 데이터를 디지털 데이터로 변환하는, 촬상 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 연산의 상기 결과는 상기 제 1 촬상 데이터와 상기 제 2 촬상 데이터의 차분에 기초하여 결정되는, 촬상 장치.
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