JP2017098698A - 撮像装置、電子機器および撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトダイオードの受光量を正確に検出する撮像装置、電子機器および撮像方法を提供する。
【解決手段】陽極Ｅ１と陰極Ｅ２とを含むフォトダイオードＤと、高電位電源電圧Ｖｄｄを供給する第１電源線４４と陽極との電気的な接続を制御する第１トランジスターＰ１と、Ｖｄｄとは異なる低電位電源電圧Ｖｓｓを供給する第２電源線４２と陽極との電気的な接続を制御する第２トランジスターＮ３とを含む。第１トランジスターと第２トランジスターとをオフ状態として、陰極の電圧を読み出す。
【選択図】図３

Description

本発明は、フォトダイオードを利用した撮像装置、その撮像装置を具備する電子機器およびその撮像装置の撮像方法に関する。

撮像装置に用いられるフォトダイオードでは、露光期間において受光量に応じた電荷が励起される。しかし、撮像装置では、露光後、フォトダイオードの電圧が読み出されるまでの間、フォトダイオードのＮ型不純物層からＰ型不純物層に向かう方向（逆方向）にリーク電流が流れ、フォトダイオードに励起された電荷が減少する。このため、フォトダイオードの受光量を正確に検出することが困難であるという問題があった。

この問題を解決するために、特許文献１には、受光量に応じた電荷が励起されるフォトダイオードと、フォトダイオードの陰極の電圧に応じた撮像信号を生成する増幅用のトランジスターと、フォトダイオードの陰極に接続されたリーク電流相殺用ダイオードとを包含する撮像装置が開示されている。この撮像装置では、フォトダイオードの陰極から陽極にリーク電流が流れる間、リーク電流相殺用ダイオードを介してフォトダイオードの陰極にリーク電流が流れ込み、フォトダイオードにおいてリーク電流により失われた電荷が補充される。

特開２００６−２１６６４３号公報

特許文献１に開示の技術では、リーク電流によりフォトダイオードから失われた電荷をリーク電流相殺用ダイオードのリーク電流により補充する。このため、フォトダイオードのリーク電流の大きさと、リーク電流相殺用ダイオードのリーク電流の大きさとを等しくする必要がある。しかし、フォトダイオードやリーク電流相殺用ダイオードは、個々のダイオードごとに特性にばらつきがあるため、フォトダイオードのリーク電流の大きさと、リーク電流相殺用ダイオードのリーク電流の大きさとを等しくするのは難しい。このため、特許文献１に開示の技術では、フォトダイオードの受光量を正確に示す撮像信号を取得するのが難しい。

以上の事情を考慮して、本発明は、フォトダイオードの受光量を正確に検出することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明は、第１電極と第２電極とを含むフォトダイオードと、第１電圧を供給する第１配線と第１電極との電気的な接続を制御する第１トランジスターと、第１電圧とは異なる第２電圧を供給する第２配線と第１電極との電気的な接続を制御する第２トランジスターとを含み、第１トランジスターと第２トランジスターとをオフ状態として、第２電極の電圧を読み出す撮像装置を提供する。

この発明によれば、第１トランジスターと第２トランジスターとをオフ状態とすることによりフォトダイオードのリーク電流の電流経路が断たれる。従って、第１トランジスターと第２トランジスターとをオフ状態として、フォトダイオードの第２電極の電圧を読み出すことにより、フォトダイオードの受光量を正確に検出することができる。

さらに、本発明の好適な態様において、第１トランジスターのゲートがリセット線に接続され、第２トランジスターのゲートが露光線に接続され、第１トランジスターをオン状態とする電圧をリセット線に出力し、かつ、第２トランジスターをオフ状態とする電圧を露光線に出力して、フォトダイオードを初期化し、第１トランジスターをオフ状態とする電圧をリセット線に出力し、かつ、第２トランジスターをオン状態とする電圧を露光線に出力して、フォトダイオードに受光量に応じた電荷を励起させ、第１トランジスターをオフ状態とする電圧をリセット線に出力し、かつ、第２トランジスターをオフ状態とする電圧を露光線に出力して、第２電極の電圧を読み出す。

以上の構成では、撮像装置が、第１トランジスターと第２トランジスターとの各々をオン状態或いはオフ状態にすることで、フォトダイオードの初期化と、受光量に応じた電荷の励起と、第２電極の電圧の読み出しとを行う。このため、本発明の撮像装置によれば、フォトダイオードの受光量を正確に検出することができる。

本発明の好適な態様において、第２電極と第２配線との間に介挿された容量素子を具備する。

以上の構成では、第２電極と第２配線との間に容量素子が介挿されているので、フォトダイオードの受光量に応じて励起された電荷を容量素子に充電された電荷から求めることができる。このため、フォトダイオードの受光量を正確に検出することができる。

本発明の好適な態様において、第２電極の電圧を増幅して出力する第３トランジスターと、選択線からゲートに供給される電圧に応じて第３トランジスターによる出力の可否を制御する第４トランジスターとを具備する。

以上の構成では、第３トランジスターが第２電極の電圧を増幅して出力するので、フォトダイオードの受光量をより正確に検出することができる。さらに、第４トランジスターは、選択線からゲートに供給される電圧に応じて第３トランジスターによる出力の可否を制御するので、選択線に接続された第４トランジスターごとに、フォトダイオードの受光量をより正確に検出することができる。

なお、本出願において、要素Ａと要素Ｂとが電気的に接続された状態とは、要素Ａと要素Ｂとが同等の論理状態（設計概念上の電圧）に設定され得ることを意味する。具体的には、要素Ａと要素Ｂとが配線を介して直接に接続された状態のほか、抵抗素子やスイッチング素子等の電気素子を介して間接的に接続された状態も、要素Ａと要素Ｂとが電気的に接続された状態に包含される。すなわち、要素Ａの電圧と要素Ｂの電圧とが僅かに相違していても、回路上で同等の論理として取扱われる場合には、要素Ａと要素Ｂとは電気的に接続された状態と解釈できる。したがって、例えば、第１トランジスターがオン状態に維持された状態では、フォトダイオードの第１電極と第１配線とは相互に電気的に接続された状態となる。

以上の各態様に係る撮像装置は、各種の電子機器に利用される。電子機器の典型例は、被写体の画像（静止画や動画）を撮像する映像機器であるが、例えば生体の静脈像の撮像により生体情報を測定する生体情報測定装置にも前述の各態様に係る撮像装置が好適に利用される。

また、本発明は、第１電極と第２電極とを含むフォトダイオードと、第１電圧を供給する第１配線と第１電極との電気的な接続を制御する第１トランジスターと、第１電圧と異なる第２電圧を供給する第２配線と第１電極との電気的な接続を制御する第２トランジスターとを含む撮像装置の撮像方法であって、第１トランジスターと第２トランジスターとをオフ状態として、第２電極の電圧を読み出すステップを含む撮像方法を提供する。

さらに、本発明の好適な態様において、撮像装置では、第１トランジスターのゲートがリセット線に接続され、第２トランジスターのゲートが露光線に接続され、撮像方法は、第１トランジスターをオン状態とする電圧をリセット線に出力し、かつ、第２トランジスターをオフ状態とする電圧を露光線に出力して、フォトダイオードを初期化するステップと、第１トランジスターをオフ状態とする電圧をリセット線に出力し、かつ、第２トランジスターをオン状態とする電圧を露光線に出力して、フォトダイオードに受光量に応じた電荷を励起させるステップと、第１トランジスターをオフ状態とする電圧をリセット線に出力し、かつ、第２トランジスターをオフ状態とする電圧を露光線に出力して、第２電極の電圧を読み出すステップとを含む。

第１実施形態である撮像装置を含む撮像システムの断面図である。 撮像装置の電気的な構成図である。 単位回路の電気的な構成図である。 撮像装置の動作を示すタイムチャートである。 列選択回路の動作を示すタイムチャートである。 第２実施形態の撮像装置の動作を示すタイムチャートである。

＜第１実施形態＞
（Ａ：構成）
図１は、本発明の第１実施形態である撮像装置１８を含む撮像システム１００の構成図である。この撮像システム１００は、被写体２００を撮像する電子機器であり、図１に例示される通り、照明部１２と集光部１４と遮光部１６と本実施形態による撮像装置１８とを具備する。撮像装置１８には、照明部１２と集光部１４と遮光部１６とが設置される。集光部１４は照明部１２と遮光部１６との間に位置し、遮光部１６は集光部１４と撮像装置１８との間に位置する。遮光部１６と撮像装置１８とは光透過性の接着剤１７を利用して相互に接合される。この撮像システム１００は、例えば酸素飽和度や血糖値等の生体情報を測定する生体情報測定装置に利用され、例えば被験者の手指等の静脈を被写体２００として撮像する。

図１に例示される通り、照明部１２は、光透過性の基板１２２と複数の発光素子１２４とを具備する。複数の発光素子１２４は、基板１２２のうち集光部１４と反対側の表面に形成され、特定波長の照明光を出射して被写体２００を照明する。例えば、複数の発光素子１２４は、近赤外光（７００ｎｍ以上かつ９００ｎｍ以下の波長）を照明光として被写体２００に照射する。近赤外光は、被写体２００の生体組織を透過し、一部が静脈中の血液の還元ヘモグロビンにより吸収される。また、被写体２００の生体組織を透過した近赤外光のうち還元ヘモグロビンにより吸収されない近赤外光は、照明部１２側に撮像光として反射される。なお、被写体２００を挟んで撮像装置１８とは反対側から被写体２００を照明することも可能である。

集光部１４は、被写体２００から到来する撮像光を集光する要素であり、光透過性の基板１４２と複数のレンズ１４４とを具備する。複数のレンズ１４４の各々は、基板１４２のうち遮光部１６との対向面に形成され、被写体２００からの撮像光を集光する凸レンズである。遮光部１６は、光透過性の基板１６２と遮光層１６４とを具備する。遮光層１６４は、基板１６２のうち撮像装置１８との対向面に形成された遮光性の薄膜である。遮光層１６４には、相異なるレンズ１４４からの出射光が通過する複数の開口部１６６が形成される。

撮像装置１８は、照明部１２と集光部１４と遮光部１６とを透過した被写体２００からの撮像光を撮像する。第１実施形態の撮像装置１８は、相異なるレンズ１４４に対応するフォトダイオードＤを含む単位回路Ｕ（図１では図示略）が基板１８２の表面に複数配列された固体撮像素子である。基板１８２は例えば半導体材料で形成される。

図２は、撮像装置１８の電気的な構成図である。図２に例示される通り、第１実施形態の撮像装置１８は、撮像部２０と行選択回路３２と電源回路３４と信号出力回路３６とリセット信号生成部４７と露光信号生成部４９とを具備する。電源回路３４は、高電位電源電圧Ｖｄｄと低電位電源電圧Ｖｓｓとを生成する（Ｖｄｄ＞Ｖｓｓ）。この例では、低電位電源電圧Ｖｓｓは接地電圧である。高電位電源電圧Ｖｄｄは、第１電源線４４とリセット信号生成部４７と露光信号生成部４９とに供給され、低電位電源電圧Ｖｓｓは、第２電源線４２とリセット信号生成部４７と露光信号生成部４９とに供給される。

図２の行選択回路３２と電源回路３４と信号出力回路３６とリセット信号生成部４７と露光信号生成部４９とは、撮像部２０を駆動してフォトダイオードＤの受光量を検出するための駆動回路として機能する。リセット信号生成部４７は、電源回路３４から供給される高電位電源電圧Ｖｄｄと低電位電源電圧Ｖｓｓとの一方を選択し、リセット信号Ｒｓｔとしてリセット線４６に供給するスイッチを含む。また、露光信号生成部４９は、電源回路３４から供給される高電位電源電圧Ｖｄｄと低電位電源電圧Ｖｓｓとの一方を選択し、露光信号Ｅｘｐとして露光線４８に供給するするスイッチを含む。なお、リセット信号生成部４７によるリセット信号Ｒｓｔの出力動作および露光信号生成部４９による露光信号Ｅｘｐの出力動作の詳細は、撮像システム１００の動作説明において明らかにする。

撮像部２０は、Ｘ方向に延在するＭ本の選択線２２と、Ｘ方向の選択線２２と交差しＹ方向に延在するＮ本の検出線２４とを有する（ＭおよびＮは自然数）。各選択線２２と各検出線２４との交差に対応した位置には単位回路Ｕが設置されている。すなわち、撮像部２０には複数の単位回路Ｕが縦Ｍ行×横Ｎ列の行列状に配列されている。各単位回路Ｕは、受光量に応じた電荷が励起されるフォトダイオードＤ（図２では図示略）を具備する。各単位回路Ｕには、第１電源線４４を介して高電位電源電圧Ｖｄｄが、第２電源線４２を介して低電位電源電圧Ｖｓｓが、リセット線４６を介してリセット信号Ｒｓｔが、露光線４８を介して露光信号Ｅｘｐが各々供給される。

本実施形態では、撮像指示の発生に応じて、全ての単位回路ＵのフォトダイオードＤの蓄積電荷を初期化させる初期化動作と、全ての単位回路ＵにおいてフォトダイオードＤに受光量に応じた電荷を励起させる露光動作と、各単位回路ＵのフォトダイオードＤの電荷量を各単位回路Ｕから読み出す読出動作が順次行われる。

行選択回路３２および信号出力回路３６は、各単位回路Ｕからの読出動作を制御する回路である。さらに詳述すると、行選択回路３２は、選択期間Ｈ毎に、読出対象とする単位回路Ｕの行を順次選択し、Ｍ本の選択線２２に出力する選択信号Ｙ［ｍ］（ｍ＝１〜Ｍ）のうち、選択した行の選択線２２に出力する選択信号をアクティブレベル（この例では高レベル＝Ｖｄｄ）とし、それ以外の行の選択線２２に出力する選択信号を非アクティブレベル（この例では低レベル＝Ｖｓｓ）とする。

信号出力回路３６は、撮像部２０の単位回路Ｕの列毎に設置されたＮ個のトランジスターＮ４と、列選択回路３８と、１本の出力線６２とを有する。任意の第ｎ列のトランジスターＮ４のドレインは、第ｎ列の検出線２４に接続される。Ｎ個のトランジスターＮ４のソースは、出力線６２に共通に接続される。第ｎ列のトランジスターＮ４は、出力線６２と第ｎ列（ｎ＝１〜Ｎ）の検出線２４との間に介在して両者間の電気的な接続（導通／絶縁）を制御するスイッチである。すなわち、第ｎ列のトランジスターＮ４がオン状態となることで、第ｎ列の検出線２４が出力線６２に電気的に接続される。Ｎ個のトランジスターＮ４のゲートは、列選択回路３８に接続される。列選択回路３８は、任意の第ｍ行が行選択回路３２により選択されている期間内に、読出対象とする単位回路Ｕの列を順次選択し、選択した列のトランジスターＮ４をオン状態とし、それ以外の列のトランジスターＮ４をオフ状態とする制御信号Ｘ［ｎ］を出力する。列選択回路３８は、選択した列に出力する制御信号をアクティブレベル（この例では高レベル＝Ｖｄｄ）とし、それ以外の列に出力する制御信号を非アクティブレベル（この例では低レベル＝Ｖｓｓ）とする。

図３は、撮像部２０のうち任意の第ｍ行第ｎ列に位置する１個の単位回路Ｕの電気的な構成図である。図３に例示される通り、第１実施形態の単位回路Ｕは、フォトダイオードＤ、トランジスターＮ１〜Ｎ３、トランジスターＰ１および容量素子を具備する。フォトダイオードＤは、受光量に応じた電荷が励起される受光素子であり、第１電極である陽極Ｅ１と第２電極である陰極Ｅ２との間に光電変換層を積層した積層構造を包含する。第１実施形態のフォトダイオードＤは、ＣuＩnＳe₂（ＣＩＳ）やＣu(Ｉn,Ｇa)Ｓe₂（ＣＩＧＳ）等のカルコパイライト型の光電変換層で被写体２００からの撮像光を受光する。カルコパイライト型の光電変換層は、受光感度が高く高感度の撮像を容易に実現できる反面、非受光時の電流のリーク（暗電流）が大きいという傾向がある。なお、例えば多結晶または非晶質のシリコンでフォトダイオードＤの光電変換層を形成した構成でも同様の傾向が観測される。

図３に例示される通り、フォトダイオードＤの陽極Ｅ１は、トランジスターＮ３のドレインと、トランジスターＰ１のドレインとに接続されている。トランジスターＮ３のソースは、低電位電源電圧Ｖｓｓが供給される第２電源線４２に接続されている。トランジスターＮ３のゲートは、露光信号Ｅｘｐが供給される露光線４８に接続されている。このトランジスターＮ３は、露光信号Ｅｘｐが高レベル（この例では高電位電源電圧Ｖｄｄ）となることによりオン状態となり、フォトダイオードＤの陽極Ｅ１を第２電源線４２に電気的に接続する。このように、第２トランジスターであるトランジスターＮ３は、第２電源線４２とフォトダイオードＤの陽極Ｅ１との間に介在して両者の電気的な接続（導通／絶縁）を制御するスイッチとして機能する。

トランジスターＰ１のソースは、高電位電源電圧Ｖｄｄが供給される第１電源線４４に接続されている。トランジスターＰ１のゲートは、リセット信号Ｒｓｔが供給されるリセット線４６に接続されている。このトランジスターＰ１は、リセット信号Ｒｓｔが低レベル（この例では低電位電源電圧Ｖｓｓ）となることによりオン状態となり、フォトダイオードＤの陽極Ｅ１を第１電源線４４に電気的に接続する。このように、第１トランジスターであるトランジスターＰ１は、第１電源線４４とフォトダイオードＤの陽極Ｅ１との間に介在して両者の電気的な接続（導通／絶縁）を制御するスイッチとして機能する。

容量素子Ｃは、一方の電極がフォトダイオードＤの陰極Ｅ２に接続され、他方が第２電源線４２に接続されている。この容量素子Ｃは、フォトダイオードＤの陰極Ｅ２の電圧を保持する。

トランジスターＮ１およびＮ２は、フォトダイオードＤの陰極Ｅ２の電圧に対応した電圧を検出線２４に出力する増幅回路を構成している。さらに詳述すると、トランジスターＮ２は、ゲートがフォトダイオードＤの陰極Ｅ２に接続され、ソースが検出線２４に接続され、ドレインがトランジスターＮ１のソースに接続されている。トランジスターＮ１は、ドレインが第１電源線４４に接続され、選択線２２を介してゲートに与えられる選択信号Ｙ［ｍ］が高レベル（この例では高電位電源電圧Ｖｄｄ）となることによりオン状態となり、トランジスターＮ２のドレインに高電位電源電圧Ｖｄｄを供給する。これによりトランジスターＮ２は、ソースフォロワ回路として機能し、フォトダイオードＤの陰極Ｅ２の電圧からトランジスターＮ２の閾値電圧を差し引いた電圧を検出線２４に出力する。このように第３トランジスターであるトランジスターＮ２は、フォトダイオードＤの陰極Ｅ２の電圧を増幅して出力する増幅用のトランジスターとして機能する。また、第４トランジスターであるトランジスターＮ１は、トランジスターＮ２と第１電源線４４との間に介在して両者間の電気的な接続（導通／絶縁）を制御するスイッチとして機能する。なお、トランジスターＮ１のドレインの接続先は、高電位電源電圧Ｖｄｄが供給される第１電源線４４に限定されない。例えば、高電位電源電圧Ｖｄｄ以外の定電圧が供給される配線とトランジスターＮ２のドレインとの間にトランジスターＮ１を配置することも可能である。この場合の配線に供給される高電位電源電圧Ｖｄｄ以外の定電圧は、外部電源が生成してもよいし電源回路３４が生成してもよい。
以上が、撮像システム１００の構成である。

（Ｂ：動作）
次に、撮像システム１００の動作について説明する。図４は、撮像システム１００に含まれる本実施形態の撮像装置１８の動作を示すタイムチャートである。図４に例示される通り、撮像装置１８では、例えば利用者からの撮像指示を契機として、初期化期間（待機期間を含む）と露光期間と読出期間とを順次に発生する。ここで、初期化期間は、露光期間の直前の待機期間と、この待機期間の前の所定時間長の期間とで構成される。

読出期間以前の各期間では、全ての選択信号Ｙ［１］〜Ｙ［Ｍ］が低レベルとされ、全ての単位回路ＵのトランジスターＮ１がオフ状態とされる。また、読出期間以前の各期間では、全ての制御信号Ｘ［１］〜Ｘ［Ｎ］が低レベルとされる。

初期化期間における待機期間の前の期間では、リセット線４６に対して低電位電源電圧Ｖｓｓがリセット信号Ｒｓｔとして供給され、露光線４８に対して低電位電源電圧Ｖｓｓが露光信号Ｅｘｐとして供給される。このため、撮像装置１８の全ての単位回路Ｕでは、トランジスターＮ３がオフ状態、トランジスターＰ１がオン状態となる。このため、全ての単位回路Ｕにおいて、第１電源線４４→トランジスターＰ１→フォトダイオードＤ→容量素子Ｃ→第２電源線４２という電流経路が形成され、この電流経路を介して電流が流れることによりフォトダイオードＤが初期化され、容量素子Ｃが充電される。

待機期間では、リセット線４６に高電位電源電圧Ｖｄｄがリセット信号Ｒｓｔとして供給され、露光線４８に低電位電源電圧Ｖｓｓが露光信号Ｅｘｐとして供給される。このため、全ての単位回路Ｕでは、トランジスターＮ３およびトランジスターＰ１がオフ状態となり、上記電流経路が切断される。この待機期間は、初期化期間から露光期間に遷移させるのに先立って、フォトダイオードＤの陰極Ｅ２の電圧を安定化させるために設けられている。

露光期間では、リセット線４６に高電位電源電圧Ｖｄｄがリセット信号Ｒｓｔとして供給され、露光線４８に高電位電源電圧Ｖｄｄが露光信号Ｅｘｐとして供給される。このため、全ての単位回路Ｕでは、トランジスターＮ３がオン状態、トランジスターＰ１がオフ状態となる。この露光期間では、フォトダイオードＤには逆方向にフォトダイオードＤの受光量に応じたリーク電流が流れる。このリーク電流により、フォトダイオードＤの陰極Ｅ２の電圧が低下し、この陰極Ｅ２の電圧が容量素子Ｃによって保持される。

読出期間になると、リセット線４６に高電位電源電圧Ｖｄｄがリセット信号Ｒｓｔとして供給され、露光線４８に低電位電源電圧Ｖｓｓが露光信号Ｅｘｐとして供給される。このため、全ての単位回路Ｕでは、トランジスターＮ３およびトランジスターＰ１がオフ状態となり、フォトダイオードＤのリーク電流を流す電流経路が断たれる。そして、読出期間において、行選択回路３２は、選択期間Ｈ毎に、読出対象とする単位回路Ｕの行を順次選択し、Ｍ本の選択線２２に出力する選択信号Ｙ［ｍ］のうち選択した行の選択線２２に出力する選択信号をアクティブレベル（この例では高レベル＝Ｖｄｄ）とし、それ以外の行の選択線２２に出力する選択信号を非アクティブレベル（この例では低レベル＝Ｖｓｓ）とする。行選択回路３２が第ｍ行の選択線２２に選択信号Ｙ［ｍ］を供給すると、第ｍ行の単位回路ＵのトランジスターＮ１はオン状態となる。この結果、第ｍ行の単位回路Ｕでは、トランジスターＮ２がソースフォロワ回路として機能し、フォトダイオードＤの陰極Ｅ２の電圧からトランジスターＮ２の閾値電圧を差し引いた電圧が検出線２４に出力される。

各選択期間Ｈにおいて、列選択回路３８は、Ｎ本の検出線２４から電圧を取り込むための動作を行う。図５は、この列選択回路３８の動作を示すタイムチャートである。図５に例示される通り、列選択回路３８は、任意の行が行選択回路３２により選択されている選択期間Ｈ内に、読出対象とする単位回路Ｕの列を順次選択し、選択した列のトランジスターＮ４をオン状態とし、それ以外の列のトランジスターＮ４をオフ状態とする制御信号Ｘ［ｎ］を出力する。列選択回路３８は、選択した列に出力する制御信号をアクティブレベル（この例では高レベル＝Ｖｄｄ）とし、それ以外の列に出力する制御信号を非アクティブレベル（この例では低レベル＝Ｖｓｓ）とする。この結果、列選択回路３８によって第ｎ列が選択されたときには、第ｎ列の検出線２４に出力された電圧が第ｎ列のトランジスターＮ４を介して出力線６２に出力され、図示しない処理回路に供給される。

以上のように、本実施形態によれば、露光期間が終了すると、全ての単位回路ＵにおいてトランジスターＮ３およびトランジスターＰ１がオフ状態とされ、フォトダイオードＤのリーク電流が流れる電流経路が断たれる。従って、読出期間において、各単位回路ＵのフォトダイオードＤの受光量を各単位回路Ｕから正確に検出することができる。

なお、容量素子Ｃの静電容量は、トランジスターＮ３およびトランジスターＰ１の寄生容量の１０倍以上であることが望ましい。この理由は以下の通りである。読出期間において、トランジスターＮ３およびトランジスターＰ１がオフ状態であるため、フォトダイオードＤには電流が流れないはずである。しかし、実際には読出期間においても、トランジスターＮ３およびトランジスターＰ１に僅かながら電流が流れるので、容量素子Ｃに蓄積された電荷がフォトダイオードＤを経由してトランジスターＮ３およびトランジスターＰ１に流れ込む。このため、フォトダイオードＤの陰極Ｅ２の電圧が低下する。しかし、容量素子Ｃの静電容量が、トランジスターＮ３およびトランジスターＰ１の寄生容量の１０倍以上であると、読出期間において、トランジスターＮ３およびトランジスターＰ１に流れる電流は僅かであるので、フォトダイオードＤの陰極Ｅ２の電圧の低下分も小さくなる。また、フォトダイオードＤの寄生容量がこのように十分に大きい場合には、容量素子Ｃを省略してもよい。この場合、フォトダイオードＤが容量素子Ｃの役割を果たすこととなる。

さらに本実施形態によれば、露光期間終了時にフォトダイオードＤに流れるリーク電流を止めるので、露光期間が短く調整された状況においても、リーク電流の影響を受けることなく、フォトダイオードＤの受光量を正確に検出することができる。

＜第２実施形態＞
この発明の第２実施形態である撮像装置１８は第１実施形態の撮像装置１８と同じ構成を有する。本実施形態の撮像装置１８は、第１実施形態の撮像装置１８の動作のみを変更したものである。図６は、本実施形態の撮像装置１８の動作を示すタイムチャートである。図６に例示の通り、本実施形態では、例えば利用者からの撮像指示を契機として、読出対象とする単位回路Ｕの行を切り換えつつ、単位回路Ｕの行数と同じ回数だけ、初期化期間（待機期間を含む）と露光期間と読出期間の組を繰り返す。また、各読出期間において、行選択回路３２は、選択信号Ｙ［１］〜Ｙ［Ｍ］のうち読出対象である行の選択信号のみをアクティブレベル（この例では高レベル＝Ｖｄｄ）とし、他の行の選択信号を非アクティブレベル（この例では低レベル＝Ｖｓｓ）とする。行選択回路３２が任意の第ｍ行を選択している選択期間Ｈ内の列選択回路３８の動作は第１実施形態と同様である（図５参照）。

第１実施形態のように、読出期間において、第１行から第Ｍ行までを順次選択し、選択した行の各単位回路Ｕから読み出すと、後に選択される行の単位回路Ｕになる程、露光期間の終了タイミングから読み出しまでのタイムラグが長くなる。このタイムラグのために、フォトダイオードＤの陰極Ｅ２の電圧が低下する。このため、タイムラグの長さによっては、フォトダイオードＤの受光量を正確に検出することが困難になる。しかし、本実施形態によれば、読出期間において、行選択回路３２は１つの行のみを選択するため、露光期間の終了タイミングから読み出しまでのタイムラグが長期化することがない。従って、例えば単位回路Ｕの行数が多いような場合であっても、各単位回路ＵからフォトダイオードＤの受光量を正確に検出することができる。

以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明には、これ以外にも他の実施形態が考えられる。例えば次の通りである。

（１）上記各実施形態では、初期化期間内に待機期間を設けたが、待機期間を設けなくてもよい。ただし、この場合、初期化期間が終了し露光期間が開始されるとき、露光信号Ｅｘｐの低電位電源電圧Ｖｓｓから高電位電源電圧Ｖｄｄへの立ち上がりに対して、リセット信号Ｒｓｔの低電位電源電圧Ｖｓｓから高電位電源電圧Ｖｄｄへの立ち上がりが遅れると、この遅れ時間の間、トランジスターＰ１およびトランジスターＮ３の両方がオン状態となり、第１電源線４４および第２電源線４２間に短絡電流が流れる可能性がある。従って、待機期間を設けない場合には、露光期間の開始時に、露光信号Ｅｘｐの低電位電源電圧Ｖｓｓから高電電源電圧Ｖｄｄへの立ち上がりに対して、リセット信号Ｒｓｔの低電位電源電圧Ｖｓｓから高電位電源電圧Ｖｄｄへの立ち上がりが遅れないように回路を設計する必要がある。

（２）上記各実施形態において、トランジスターＮ２が存在しなくてもよい。この場合、トランジスターＮ１のソースは検出線２４に接続され、トランジスターＮ１のドレインはフォトダイオードＤの陰極Ｅ２に接続される。このため、この場合には、フォトダイオードＤの陰極Ｅ２の電圧が検出線２４に出力される。

（３）上記各実施形態において、トランジスターＮ１が存在しなくてもよい。この場合、単位回路Ｕごとに異なる検出線２４とトランジスターＮ４とを設ける必要がある。

（４）上記各実施形態では、容量素子Ｃは、一方の電極がフォトダイオードＤの陰極Ｅ２に接続され、他方が第２電源線４２に接続されていたが、一方の電極がフォトダイオードＤの陰極Ｅ２に接続され、他方が高電位電源電圧Ｖｄｄ以外の定電圧を供給する外部電源に接続されていてもよい。この外部電源が供給する電圧は、低電位電源電圧Ｖｓｓと等しい電圧であってもよい。この場合でも、初期化期間における待機期間の前の期間では、トランジスターＮ３がオフ状態、トランジスターＰ１がオン状態となり、フォトダイオードＤが所定の電位に初期化されるので、その後、露光期間を経ることにより、露光期間の受光量に応じた電圧をフォトダイオードＤから読み出すことができる。また、上記外部電源が電源回路３４であってもよい。例えば、電源回路３４が、高電位電源電圧Ｖｄｄと低電位電源電圧Ｖｓｓの他に、高電位電源電圧Ｖｄｄと低電位電源電圧Ｖｓｓの中間の電圧値を示す中間電圧Ｖｃｅを生成し、容量素子Ｃは、一方の電極がフォトダイオードＤの陰極Ｅ２に接続され、他方が電源回路３４から中間電圧Ｖｃｅを供給されていてもよい。この場合でも、初期化期間における待機期間の前の期間では、トランジスターＮ３がオフ状態、トランジスターＰ１がオン状態となり、フォトダイオードＤが所定の電位に初期化されるので、その後、露光期間を経ることにより、露光期間の受光量に応じた電圧をフォトダイオードＤから読み出すことができる。

（５）上記各実施形態では、トランジスターＮ３がＮチャネルであったが、異なる導電型であるＰチャネルであってもよい。ただし、この場合、初期化期間（待機期間を含む）と読出期間において、露光線４８に対して高電位電源電圧Ｖｄｄが露光信号Ｅｘｐとして供給され、露光期間において、露光線４８に対して低電位電源電圧Ｖｓｓが露光信号Ｅｘｐとして供給される。この場合、リセット信号Ｒｓｔについては、上記各実施形態と同様である。また、上記各実施形態では、トランジスターＰ１がＰチャネルであったが、異なる導電型であるＮチャネルであってもよい。ただし、この場合、初期化期間における待機期間の前の期間において、リセット線４６に対して高電位電源電圧Ｖｄｄがリセット信号Ｒｓｔとして供給され、待機期間、露光期間および読出期間において、リセット線４６に対して低電位電源電圧Ｖｓｓがリセット信号Ｒｓｔとして供給される。この場合、露光信号Ｅｘｐについては、上記各実施形態と同様である。

（６）上記各実施形態では、高電位電源電圧Ｖｄｄが供給される第１電源線４４とフォトダイオードＤとの間にトランジスターＰ１を配置したが、トランジスターＰ１を介したフォトダイオードＤの接続先は第１電源線４４に限定されない。例えば、高電位電源電圧Ｖｄｄ以外の定電圧が供給される配線とフォトダイオードＤとの間にトランジスターＰ１を配置することも可能である。同様に、トランジスターＮ３を介したフォトダイオードＤの接続先は第２電源線４２に限定されない。例えば、低電位電源電圧Ｖｓｓ以外の定電圧が供給される配線とフォトダイオードＤとの間にトランジスターＮ３を配置することも可能である。以上の説明から理解される通り、高電位電源電圧Ｖｄｄが供給される第１電源線４４は、第１電圧が供給される第１配線の一例であり、低電位電源電圧Ｖｓｓが供給される第２電源線４２は、第１電圧とは異なる第２電圧が供給される第２配線の一例である。

（７）行選択回路３２や列選択回路３８、信号出力回路３６は、基板１８２に実装された集積回路（ＩＣチップ）の形態で実現されるほか、基板１８２に直接に形成されたトランジスター等で実現することも可能である。

（８）上記各実施形態の撮像システム１００を利用した生体情報測定装置が測定可能な生体情報は、前述の各形態で例示した情報（酸素飽和度，血糖値）に限定されない。例えば、静脈血中のアルコール濃度やコレステロール値等の生体情報の測定にも、前述の各形態に係る撮像システム１００を利用することが可能である。

（９）上記各実施形態で例示した撮像装置１８（撮像システム１００）が適用される電子機器は、各形態で例示した生体情報測定装置に限定されない。例えば、静止画や動画等の画像を撮像するデジタルスチルカメラやデジタルカムコーダ（ビデオカメラ）等の各種の電子機器に、前述の各形態で例示した撮像装置１８を利用することが可能である。

１００…撮像システム、１２…照明部、１４…集光部、１６…遮光部、１８，１９…撮像装置、１８２…基板、１８４…遮光層、２０…撮像部、２２…選択線、２４…検出線、３２…行選択回路、３４…電源回路、３６…信号出力回路、３８…列選択回路、４２…第２電源線、４４…第１電源線、４６…リセット線、４７…リセット信号生成部、４８…露光線、４９…露光信号生成部、６２…出力線、Ｕ…単位回路、Ｄ…フォトダイオード、Ｅ１…陽極（第１電極）、Ｅ２…陰極（第２電極）、Ｎ１…トランジスター（第４トランジスター）、Ｎ２…トランジスター（第３トランジスター）、Ｎ３…トランジスター（第２トランジスター）、Ｎ４…トランジスター、Ｐ１…トランジスター（第１トランジスター）。

Claims (7)

1. 第１電極と第２電極とを含むフォトダイオードと、
   第１電圧を供給する第１配線と前記第１電極との電気的な接続を制御する第１トランジスターと、
   前記第１電圧とは異なる第２電圧を供給する第２配線と前記第１電極との電気的な接続を制御する第２トランジスターとを含み、
   前記第１トランジスターと前記第２トランジスターとをオフ状態として、前記第２電極の電圧を読み出す
   撮像装置。
2. 前記第１トランジスターのゲートがリセット線に接続され、
   前記第２トランジスターのゲートが露光線に接続され、
   前記第１トランジスターをオン状態とする電圧を前記リセット線に出力し、かつ、前記第２トランジスターをオフ状態とする電圧を前記露光線に出力して、前記フォトダイオードを初期化し、
   前記第１トランジスターをオフ状態とする電圧を前記リセット線に出力し、かつ、前記第２トランジスターをオン状態とする電圧を前記露光線に出力して、前記フォトダイオードに受光量に応じた電荷を励起させ、
   前記第１トランジスターをオフ状態とする電圧を前記リセット線に出力し、かつ、前記第２トランジスターをオフ状態とする電圧を前記露光線に出力して、前記第２電極の電圧を読み出す
   請求項１の撮像装置。
3. 前記第２電極と前記第２配線との間に介挿された容量素子
   を具備する請求項１から請求項２の何れかの撮像装置。
4. 前記第２電極の電圧を増幅して出力する第３トランジスターと、
   選択線からゲートに供給される電圧に応じて前記第３トランジスターによる出力の可否を制御する第４トランジスターと
   を具備する請求項１から請求項３の何れかの撮像装置。
5. 請求項１から請求項４の何れかの撮像装置を具備する電子機器。
6. 第１電極と第２電極とを含むフォトダイオードと、
   第１電圧を供給する第１配線と前記第１電極との電気的な接続を制御する第１トランジスターと、
   前記第１電圧と異なる第２電圧を供給する第２配線と前記第１電極との電気的な接続を制御する第２トランジスターとを含む撮像装置の撮像方法であって、
   前記第１トランジスターと前記第２トランジスターとをオフ状態として、前記第２電極の電圧を読み出すステップを含む
   撮像方法。
7. 前記撮像装置では、
   前記第１トランジスターのゲートがリセット線に接続され、
   前記第２トランジスターのゲートが露光線に接続され、
   前記撮像方法は、
   前記第１トランジスターをオン状態とする電圧を前記リセット線に出力し、かつ、前記第２トランジスターをオフ状態とする電圧を前記露光線に出力して、前記フォトダイオードを初期化するステップと、
   前記第１トランジスターをオフ状態とする電圧を前記リセット線に出力し、かつ、前記第２トランジスターをオン状態とする電圧を前記露光線に出力して、前記フォトダイオードに受光量に応じた電荷を励起させるステップと、
   前記第１トランジスターをオフ状態とする電圧を前記リセット線に出力し、かつ、前記第２トランジスターをオフ状態とする電圧を前記露光線に出力して、前記第２電極の電圧を読み出すステップとを含む
   請求項６の撮像方法。
   

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