JP2020074622A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低消費電力な差分検知が可能な撮像装置を提供すること。【解決手段】撮像装置は、光電変換素子とトランジスタを含む画素と、アナログ処理回路と、デジタル処理回路と、を有する。撮像装置は、第１のモードと第２のモードで動作される。第１のモードにおいて、アナログ処理回路は、画素が撮像した第１の撮像データと、画素が撮像した第２の撮像データの差分を検出し、前記差分の値に基づきトリガ信号を生成する。第２のモードにおいて、デジタル処理回路は、画素が撮像した第３の撮像データをデジタルデータに変換する。第１のモードから第２のモードへの遷移は、トリガ信号に基づき行われる。【選択図】図１

Description

本発明の一態様は、撮像機能を有する撮像装置、監視装置、及び電子機器に関する。

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
一態様の技術分野は、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
サで構成されている。

米国特許第７０４６２８２号

ＣＭＯＳイメージセンサを防犯カメラに利用する場合、侵入者を発見した時にアラームを
鳴らすというシステムが考えられる。具体的には、ＣＭＯＳイメージセンサで撮像した監
視区域内に侵入者がいない状態での撮像画像の撮像データと、現時点での撮像画像の撮像
データと、を比較する画像処理を行い、違いがあった場合にトリガ信号を発生するといっ
た構成が考えられる。

上記画像処理を行う場合、まず、ＣＭＯＳイメージセンサの各画素のデータを読み出して
、Ａ／Ｄ変換によりデジタルデータに変換する。続いて、当該デジタルデータをコンピュ
ータに取り込み、コンピュータ上で画像処理ソフトウェアを実行させるという手順になる
。したがって、ＣＭＯＳイメージセンサから読み出されるデータのＡ／Ｄ変換、大量のデ
ジタルデータをコンピュータに取り込むためのデータ転送、当該デジタルデータのコンピ
ュータ内の記憶装置への格納、読み出し、画像処理ソフトウェアの実行、など、膨大な電
力を消費しながら上記トリガ信号を生成することになる。

そこで本発明の一態様は、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、低消費電力な差分検知が可能な、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、上記課題を鑑みなされたもので、複数の画素と、アナログ処理回路
と、デジタル処理回路と、を有する撮像装置において、画素は、第１のモードでは、第１
の状態での第１の撮像データと第２の状態での第２の撮像データとの差分データを格納し
、当該差分データを読み出すことができ、また、第２のモードでは、第３の状態での第３
の撮像データを格納し、当該第３のデータを読み出すことができ、アナログ処理回路は、
第１のモードでは、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い
、当該演算の結果が規定の値より大きい場合はトリガ信号を発生し、デジタル処理回路は
、第２のモードでは、各画素から読み出した第３の撮像データをＡ／Ｄ変換によりデジタ
ルデータに変換する。なお、本撮像装置は、トリガ信号が発生した場合は、第１のモード
から第２のモードに遷移する。また、第２のモードで一定時間が経過した場合、もしくは
、第１のモードに戻る信号が供給された場合は、第２のモードから第１のモードに遷移す
る。

また別の本発明の一態様は、上記課題を鑑みなされたもので、複数の画素と、アナログ
処理回路と、デジタル処理回路と、を有する撮像装置において、画素は、第１のモードで
は、第１の状態での第１の撮像データと第２の状態での第２の撮像データとの差分データ
を格納し、当該差分データを読み出すことができ、また、第２のモードでは、第３の状態
での第３の撮像データを格納し、当該第３のデータを読み出すことができ、アナログ処理
回路は、第１のモードでは、第１の撮像データと第２の撮像データの差分に応じた電流値
と、基準電流値と、の比較を行い、差を検出した場合にトリガ信号を発生し、デジタル処
理回路は、第２のモードでは、各画素から読み出した第３の撮像データをＡ／Ｄ変換によ
りデジタルデータに変換する。なお、本撮像装置は、トリガ信号が発生した場合は、第１
のモードから第２のモードに遷移する。また、第２のモードで一定時間が経過した場合、
もしくは、第１のモードに戻る信号が供給された場合は、第２のモードから第１のモード
に遷移する。

上記構成において、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のモードでの撮像データとの違いを詳細に確認することが
できる。

本発明の一態様の撮像装置は、光電変換素子とトランジスタを含む画素と、アナログ処理
回路と、デジタル処理回路と、を有する。撮像装置は、第１のモードと第２のモードで動
作する。第１のモードにおいて、アナログ処理回路は、画素が撮像した第１の撮像データ
と、画素が撮像した第２の撮像データの差分を検出し、差分の値に基づきトリガ信号を生
成する。第２のモードにおいて、デジタル処理回路は、画素が撮像した第３の撮像データ
をデジタルデータに変換する。第１のモードから第２のモードへの遷移は、トリガ信号に
基づき行われる。

本発明の一態様の撮像装置が含むアナログ処理回路は、前記第１の撮像データと前記第２
の撮像データの差分絶対値和演算を行い、前記演算の結果が規定値と同一でない場合に前
記トリガ信号を発生する回路である。また、アナログ処理回路は、減算回路、絶対値回路
及び加算回路を有する。

本発明の一態様の撮像装置が含むデジタル処理回路は、Ａ／Ｄ変換回路を有する。

本発明の一態様の撮像装置は、一定時間が経過した場合に、前記第２のモードから前記第
１のモードに遷移する。

本発明の一態様は、新規な構成の半導体装置等を提供することができる。

または本発明の一態様により、低消費電力な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。

撮像装置の構成を説明する図。 撮像装置の動作を説明する図。 撮像装置の動作を説明する図。 撮像装置の構成と動作を説明する図。 撮像装置の動作を説明する図。 撮像装置の構成を説明する図。 撮像装置の構成を説明する図。 撮像装置の動作を説明する図。 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。 撮像装置を説明する回路図及び断面図。

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。

トランジスタは半導体素子の一種であり、電流や電圧の増幅や、導通または非導通を制御
するスイッチング動作などを実現することができる。本明細書におけるトランジスタは、
ＩＧＦＥＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉ
ｓｔｏｒ）や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）
を含む。

なお、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実
際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必
ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。

なお、本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの序数は、構成要素の混同
を避けるために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。

なお、本明細書等において、ＸとＹとが接続されている、と明示的に記載する場合は、Ｘ
とＹとが電気的に接続されている場合と、ＸとＹとが機能的に接続されている場合と、Ｘ
とＹとが直接接続されている場合とを含むものとする。したがって、所定の接続関係、例
えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または文章に示された接続関係
以外のものも含むものとする。

ここで、Ｘ、Ｙ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。

ＸとＹとが電気的に接続されている場合の一例としては、ＸとＹとの電気的な接続を可
能とする素子（例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダ
イオード、表示素子、発光素子、負荷など）が、ＸとＹとの間に１個以上接続されること
が可能である。なお、スイッチは、オンオフが制御される機能を有している。つまり、ス
イッチは、導通状態（オン状態）、または、非導通状態（オフ状態）になり、電流を流す
か流さないかを制御する機能を有している。または、スイッチは、電流を流す経路を選択
して切り替える機能を有している。

ＸとＹとが機能的に接続されている場合の一例としては、ＸとＹとの機能的な接続を可能
とする回路（例えば、論理回路（インバータ、ＮＡＮＤ回路、ＮＯＲ回路など）、信号変
換回路（ＤＡ変換回路、ＡＤ変換回路、ガンマ補正回路など）、電位レベル変換回路（電
源回路（昇圧回路、降圧回路など）、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など）
、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路（信号振幅または電流量などを大きく出来る
回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など）、信号生成
回路、記憶回路、制御回路など）が、ＸとＹとの間に１個以上接続されることが可能であ
る。なお、一例として、ＸとＹとの間に別の回路を挟んでいても、Ｘから出力された信号
がＹへ伝達される場合は、ＸとＹとは機能的に接続されているものとする。

なお、ＸとＹとが電気的に接続されている、と明示的に記載する場合は、ＸとＹとが電
気的に接続されている場合（つまり、ＸとＹとの間に別の素子又は別の回路を挟んで接続
されている場合）と、ＸとＹとが機能的に接続されている場合（つまり、ＸとＹとの間に
別の回路を挟んで機能的に接続されている場合）と、ＸとＹとが直接接続されている場合
（つまり、ＸとＹとの間に別の素子又は別の回路を挟まずに接続されている場合）とを含
むものとする。つまり、電気的に接続されている、と明示的に記載する場合は、単に、接
続されている、とのみ明示的に記載されている場合と同じであるとする。

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、Ｚ
２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。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、回路図上は独立している構成要素同士が電気的に接続しているように図示されてい
る場合であっても、１つの構成要素が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もあ
る。例えば配線の一部が電極としても機能する場合は、一の導電膜が、配線の機能、及び
電極の機能の両方の構成要素の機能を併せ持っている。したがって、本明細書における電
気的に接続とは、このような、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場
合も、その範疇に含める。

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
。

（実施の形態１）
本発明の一態様の撮像装置の構成について、図１を用いて説明する。本発明の一態様の撮
像装置は、マトリクス状に配置された複数の画素１００（ＰＩＸ１００）を含む画素部１
０５、アナログ処理回路１０１（Ａｎａｌｏｇ１０１）、デジタル処理回路であるＡ／Ｄ
変換回路１０２（ＡＤＣ１０２）、列ドライバ１０３（ＣＤＲＶ１０３）及び行ドライバ
１０４（ＲＤＲＶ１０４）を有する。

画素１００は、光電変換素子としての機能を有するフォトダイオードと、少なくとも一つ
以上のトランジスタと、を有する。アナログ処理回路１０１は、各画素１００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１００から出力された撮像データに対して、差分絶対値和演算を行う。当該演
算の結果が規定の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１０２は、各画素１００から出力された撮像データをＡ／Ｄ変換によりデジタルデ
ータに変換する。Ａ／Ｄ変換されたデジタルデータは、列ドライバ１０３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１０３と行ドライバ１０４には、様
々な回路、例えば、デコーダやシフトレジスタ等が用いられる。

次に、本発明の一態様の撮像装置の動作について、図２、３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２参照）。第１のモードでは、アナログ
処理回路１０１にて、アナログ処理である差分絶対値和演算が行われ、画素１００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。

また別の動作として、第１のモードでは、アナログ処理回路１０１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１００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検出できないほど小さければ、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３（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３（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
３（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３（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２参照）。第２のモードでは、画素１
００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３（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２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。

上記構成を有する本発明の一態様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。
（実施の形態２）

本発明の一態様の撮像装置が含む画素１００の構成について図４（Ａ）を用いて説明する
。画素１００は、トランジスタ１１１、トランジスタ１１２、トランジスタ１１３、トラ
ンジスタ１１４、トランジスタ１１５、容量１２１、容量１２２及びフォトダイオード１
２３を有する。また、画素１００は、電源線ＶＰＤ、電源線ＶＰＲ、電源線ＶＣ、電源線
ＶＦＲ及び電源線ＶＯから電位が供給され、信号線ＴＸ、信号線ＰＲ、信号線ＦＲ及び信
号線ＳＥＬから制御信号が供給され、信号線ＯＵＴに画素１００の撮像データが出力され
る。また、電荷保持ノードＦＤ１に撮像データに対応する電荷が蓄積する。ここで、容量
１２１の容量値は、容量１２２の容量値とトランジスタ１１４のゲート容量の容量値との
和より大きい構成が好ましい。

トランジスタ１１１は、ゲートが信号線ＴＸに、ソース又はドレインの一方がフォトダイ
オード１２３の一方の端子に、ソース又はドレインの他方がトランジスタ１１２のソース
又はドレインの一方に電気的に接続されている。トランジスタ１１２は、ゲートが信号線
ＰＲに、ソース又はドレインの他方が電源線ＶＰＲに電気的に接続されている。トランジ
スタ１１３は、ゲートが信号線ＦＲに、ソース又はドレインの一方が容量１２２の一方の
電極に、ソース又はドレインの他方が電源線ＶＦＲに電気的に接続されている。トランジ
スタ１１４は、ゲートが容量１２２の一方の電極に、ソース又はドレインの一方が電源線
ＶＯに、ソース又はドレインの他方がトランジスタ１１５のソース又はドレインの一方に
電気的に接続されている。トランジスタ１１５は、ゲートが信号線ＳＥＬに、ソース又は
ドレインの他方が信号線ＯＵＴに電気的に接続されている。容量１２１は、一方の電極が
トランジスタ１１１のソース又はドレインの他方とトランジスタ１１２のソース又はドレ
インの一方に電気的に接続され、他方の電極が容量１２２の一方の電極とトランジスタ１
１３のソース又はドレインの一方に電気的に接続されている。容量１２２の他方の電極は
電源線ＶＣに電気的に接続されている。フォトダイオード１２３の他方の端子は電源線Ｖ
ＰＤに電気的に接続されている。

画素１００の動作について、図４（Ｂ）、図５を用いて説明する。ここで、例えば、電源
線ＶＰＤは低電位、電源線ＶＰＲは高電位、電源線ＶＣは低電位、電源線ＶＦＲは高電位
、電源線ＶＯは高電位とする。まず、第２のモードにおける動作について、図４（Ｂ）を
用いて説明する。

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、電荷保持ノードＦＤ１の電位は電源線ＶＦＲの電位（Ｖ１とす
る）に設定され、ノードＦＤ２の電位は電源線ＶＰＲの電位（Ｖ２とする）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Ｔ
Ｘを”Ｈ”とする。この時、フォトダイオード１２３に照射する光に応じて、ノードＦＤ
２の電位は低下する。ここで、ノードＦＤ２の電圧降下分をΔＶ２とすると、ノードＦＤ
２の電位はＶ２−ΔＶ２となる。また、容量１２１（容量値Ｃ１）と、容量１２２（容量
値Ｃ２）とトランジスタ１１４のゲート容量（容量値Ｃｇ）との合成容量と、の容量結合
により、電荷保持ノードＦＤ１の電位も低下する。ここで、電荷保持ノードＦＤ１の電圧
降下分をΔＶ１とすると、ΔＶ１＝ΔＶ２・Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃｇ）＝ΔＶ２・αで
あり、電荷保持ノードＦＤ１の電位はＶ１−ΔＶ１となる。なお、フォトダイオード１２
３に照射する光が強い程、ノードＦＤ２の電位は低下する。また、電荷保持ノードＦＤ１
の電位も低下する。時刻Ｔ４乃至時刻Ｔ５において、信号線ＳＥＬを”Ｈ”とする。この
時、電荷保持ノード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、電荷保持ノード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１２３に照射する光が強い程、信号線ＯＵＴの電位は
低くなる。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。

次に、第１のモードにおける動作について、図５を用いて説明する。

時刻Ｔ０１乃至時刻Ｔ０６は、第１の状態での第１の撮像データを取得する期間に相当す
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、電荷保持ノードＦＤ１の電位は電源線ＶＦＲの電位（
Ｖ１）に設定され、ノードＦＤ２の電位は電源線ＶＰＲの電位（Ｖ２）に設定される。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Ｔ
Ｘを”Ｈ”とする。この時、フォトダイオード１２３に照射する光に応じて、ノードＦＤ
２の電位は低下する。ここで、ノードＦＤ２の電圧降下分をΔＶ２とすると、ノードＦＤ
２の電位はＶ２−ΔＶ２となる。なお、フォトダイオード１２３に照射する光が強い程、
ノードＦＤ２の電位は低下する。なお、電荷保持ノードＦＤ１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Ｔで等しいとする。この時、フォトダイオード１２３に照射する光に応じて、ノ
ードＦＤ２の電位は低下し、Ｖ２−２・ΔＶ２となる。また、容量１２１と、容量１２２
とトランジスタ１１４のゲート容量と、の容量結合により、電荷保持ノードＦＤ１の電位
も低下する。ここで、電荷保持ノードＦＤ１の電圧降下分をΔＶ１とすると、ΔＶ１＝Δ
Ｖ２・αであり、電荷保持ノードＦＤ１の電位はＶ１−ΔＶ１となる。なお、フォトダイ
オード１２３に照射する光が強い程、ノードＦＤ２の電位は低下する。また、電荷保持ノ
ードＦＤ１の電位も低下する。なお、ここでは、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Ｔで等しいとしたが、時刻Ｔ０２乃至時刻Ｔ０３と時刻
Ｔ０３乃至時刻Ｔ０４におけるノードＦＤ２の電圧降下分が等しくなるように設定するこ
とが本発明の一態様の本質である。したがって、上記条件を満たすように、時刻Ｔ０２乃
至時刻Ｔ０３と時刻Ｔ０３乃至時刻Ｔ０４の間隔を適宜調整する構成が好ましい。時刻Ｔ
０５乃至時刻Ｔ０６において、信号線ＳＥＬを”Ｈ”とする。この時、電荷保持ノードＦ
Ｄ１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、電
荷保持ノード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１２３に照射する光が強い程、信号線ＯＵＴの電位は低くなる。

時刻Ｔ１１乃至時刻Ｔ１５は、第２の状態での第２の撮像データを取得する期間に相当す
る。特に、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に相当する。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ＦＤ２の電位は電源線ＶＰＲの電位（Ｖ２）に設定され
る。すなわち、時刻Ｔ０２乃至時刻Ｔ０４における電圧降下分（２・ΔＶ２）、電位が上
昇する。一方、容量１２１と、容量１２２とトランジスタ１１４のゲート容量と、の容量
結合により、電荷保持ノードＦＤ１の電位も上昇するが、上昇分（２・ΔＶ１）は、時刻
Ｔ０３乃至時刻Ｔ０４における電圧降下分の２倍に相当する。すなわち、電源線ＶＦＲの
電位（Ｖ１）に、時刻Ｔ０３乃至時刻Ｔ０４における電圧降下分（ΔＶ１）を加えた電位
（Ｖ１＋ΔＶ１）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。この時、フォトダイオード１２３に照射
する光に応じて、ノードＦＤ２の電位は低下し、また、容量１２１と、容量１２２とトラ
ンジスタ１１４のゲート容量と、の容量結合により、電荷保持ノードＦＤ１の電位も低下
する。なお、フォトダイオード１２３に照射する光が強い程、ノードＦＤ２の電位は低下
する。また、電荷保持ノードＦＤ１の電位も低下する。

ここで、時刻Ｔ１２乃至時刻Ｔ１３の間隔をＴとし、時刻Ｔ０２乃至時刻Ｔ０４と同強度
の光がフォトダイオード１２３に照射しているものとすると、ノードＦＤ２の電圧降下分
は時刻Ｔ０３乃至時刻Ｔ０４での降下分ΔＶ２に等しい。また、電荷保持ノードＦＤ１の
電圧降下分も時刻Ｔ０３乃至時刻Ｔ０４での降下分ΔＶ１に等しい。したがって、電荷保
持ノードＦＤ１の電位は、Ｖ１になる。これは、第１の撮像データと第２の撮像データと
の差分がゼロに対応する。

時刻Ｔ１４乃至時刻Ｔ１５において、信号線ＳＥＬを”Ｈ”とする。この時、電荷保持ノ
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、当該信号の電位は、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。

時刻Ｔ２１乃至時刻Ｔ２５は、第２の状態での第２の撮像データを取得する期間に相当す
る。特に、時刻Ｔ１１乃至時刻Ｔ１５と同様に第１の撮像データと第２の撮像データとの
差分がゼロの場合に相当する。

時刻Ｔ３１乃至時刻Ｔ３５は、第２の状態での第２の撮像データを取得する期間に相当す
る。特に、第１の撮像データと第２の撮像データとの差分が有限（負）の場合に相当する
。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ＦＤ２の電位は電源線ＶＰＲの電位（Ｖ２）に設
定される。すなわち、時刻Ｔ１２乃至時刻Ｔ１３における電圧降下分（ΔＶ２）、電位が
上昇する。一方、容量１２１と、容量１２２とトランジスタ１１４のゲート容量と、の容
量結合により、電荷保持ノードＦＤ１の電位も上昇するが、上昇分（ΔＶ１）は、時刻Ｔ
１２乃至時刻Ｔ１３における電圧降下分に相当する。すなわち、電源線ＶＦＲの電位（Ｖ
１）に、時刻Ｔ０３乃至時刻Ｔ０４における電圧降下分（ΔＶ１）を加えた電位（Ｖ１＋
ΔＶ１）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。この時、フォトダイオード１２３に照射する光に
応じて、ノードＦＤ２の電位は低下し、また、容量１２１と、容量１２２とトランジスタ
１１４のゲート容量との容量結合により、電荷保持ノードＦＤ１の電位も低下する。なお
、フォトダイオード１２３に照射する光は、時刻Ｔ１２乃至時刻Ｔ１３に照射した光より
強いとする。ここで、時刻Ｔ３２乃至時刻Ｔ３３の間隔をＴとすると、ノードＦＤ２の電
圧降下分（ΔＶ２’）は時刻Ｔ１２乃至時刻Ｔ１３での降下分（ΔＶ２）より大きい（Δ
Ｖ２’＞ΔＶ２）。また、電荷保持ノードＦＤ１の電圧降下分（ΔＶ１’＝ΔＶ２’・α
）も時刻Ｔ１２乃至時刻Ｔ１３での降下分（ΔＶ１）より大きい（ΔＶ１’＞ΔＶ１）。
したがって、電荷保持ノードＦＤ１の電位（Ｖ１＋ΔＶ１−ΔＶ１’）は、電源線ＶＦＲ
の電位（Ｖ１）より低いことになる。これは、第１の撮像データと第２の撮像データとの
差分が有限（負）に対応する。

時刻Ｔ３４乃至時刻Ｔ３５において、信号線ＳＥＬを”Ｈ”とする。この時、電荷保持ノ
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、当該信号の電位は、時刻Ｔ２４乃至時刻Ｔ２５における当該信号の電位より低く、第
１の撮像データと第２の撮像データとの差分が有限（負）の場合の電位になる。

時刻Ｔ４１乃至時刻Ｔ４５は、第２の状態での第２の撮像データを取得する期間に相当す
る。特に、第１の撮像データと第２の撮像データとの差分が再びゼロの場合に相当する。
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ＦＤ２の電位は電源線ＶＰＲの電位（Ｖ２）に設定
される。すなわち、時刻Ｔ３２乃至時刻Ｔ３３における電圧降下分（ΔＶ２’）、電位が
上昇する。一方、容量１２１と、容量１２２とトランジスタ１１４のゲート容量と、の容
量結合により、電荷保持ノードＦＤ１の電位も上昇するが、上昇分（ΔＶ１’）は、時刻
Ｔ３２乃至時刻Ｔ３３における電圧降下分に相当する。すなわち、電源線ＶＦＲの電位（
Ｖ１）に、時刻Ｔ０３乃至時刻Ｔ０４における電圧降下分（ΔＶ１）を加えた電位（Ｖ１
＋ΔＶ１）となる。時刻Ｔ４２乃至時刻Ｔ４３において、信号線ＰＲを”Ｌ”、信号線Ｆ
Ｒを”Ｌ”、信号線ＴＸを”Ｈ”とする。この時、フォトダイオード１２３に照射する光
に応じて、ノードＦＤ２の電位は低下し、また、容量１２１と、容量１２２とトランジス
タ１１４のゲート容量と、の容量結合により、電荷保持ノードＦＤ１の電位も低下する。
なお、フォトダイオード１２３に照射する光が強い程、ノードＦＤ２の電位は低下する。
また、電荷保持ノードＦＤ１の電位も低下する。ここで、時刻Ｔ４２乃至時刻Ｔ４３の間
隔をＴとし、時刻Ｔ０２乃至時刻Ｔ０４と同強度の光がフォトダイオード１２３に照射し
ているものとすると、ノードＦＤ２の電圧降下分は時刻Ｔ０３乃至時刻Ｔ０４での降下分
ΔＶ２に等しい。また、電荷保持ノードＦＤ１の電圧降下分も時刻Ｔ０３乃至時刻Ｔ０４
での降下分ΔＶ１に等しい。したがって、電荷保持ノードＦＤ１の電位は、Ｖ１になる。
これは、第１の撮像データと第２の撮像データとの差分がゼロに対応する。時刻Ｔ４４乃
至時刻Ｔ４５において、信号線ＳＥＬを”Ｈ”とする。この時、電荷保持ノード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、当該信号
の電位は、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。

時刻Ｔ５１乃至時刻Ｔ５５は、第２の状態での第２の撮像データを取得する期間に相当す
る。特に、第１の撮像データと第２の撮像データとの差分が有限（正）の場合に相当する
。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ＦＤ２の電位は電源線ＶＰＲの電位（Ｖ２）に設
定される。すなわち、時刻Ｔ４２乃至時刻Ｔ４３における電圧降下分（ΔＶ２）、電位が
上昇する。一方、容量１２１と、容量１２２とトランジスタ１１４のゲート容量と、の容
量結合により、電荷保持ノードＦＤ１の電位も上昇するが、上昇分（ΔＶ１）は、時刻Ｔ
４２乃至時刻Ｔ４３における電圧降下分に相当する。すなわち、電源線ＶＦＲの電位（Ｖ
１）に、時刻Ｔ０３乃至時刻Ｔ０４における電圧降下分（ΔＶ１）を加えた電位（Ｖ１＋
ΔＶ１）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。この時、フォトダイオード１２３に照射する光に応じて、ノードＦ
Ｄ２の電位は低下し、また、容量１２１と、容量１２２とトランジスタ１１４のゲート容
量と、の容量結合により、電荷保持ノードＦＤ１の電位も低下する。なお、フォトダイオ
ード１２３に照射する光は、時刻Ｔ１２乃至時刻Ｔ１３に照射した光より弱いとする。

ここで、時刻Ｔ５２乃至時刻Ｔ５３の間隔をＴとすると、ノードＦＤ２の電圧降下分（Δ
Ｖ２’’）は時刻Ｔ１２乃至時刻Ｔ１３での降下分（ΔＶ２）より小さい（ΔＶ２’’＜
ΔＶ２）。また、電荷保持ノードＦＤ１の電圧降下分（ΔＶ１’’＝ΔＶ２’’・α）も
時刻Ｔ１２乃至時刻Ｔ１３での降下分（ΔＶ１）より小さい（ΔＶ１’’＜ΔＶ１）。し
たがって、電荷保持ノードＦＤ１の電位（Ｖ１＋ΔＶ１−ΔＶ１’’）は、電源線ＶＦＲ
の電位（Ｖ１）より高いことになる。これは、第１の撮像データと第２の撮像データとの
差分が有限（正）に対応する。

時刻Ｔ５４乃至時刻Ｔ５５において、信号線ＳＥＬを”Ｈ”とする。この時、電荷保持ノ
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、当該信号の電位は、時刻Ｔ２４乃至時刻Ｔ２５における当該信号の電位より高く、第
１の撮像データと第２の撮像データとの差分が有限（正）の場合の電位になる。

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。時刻Ｔ０３乃至時刻Ｔ０６の
動作を省略した場合の動作は次のようになる。すなわち、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”とした時、ノード
ＦＤ２の電位は時刻Ｔ０３における電位Ｖ２−ΔＶ２から電位Ｖ２に設定される。また、
電荷保持ノードＦＤ１の電位は時刻Ｔ０３における電位Ｖ１から電位Ｖ１＋ΔＶ１に上昇
する。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）

本発明の一態様の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６を用いて説
明する。アナログ処理回路は、減算回路ＳＵＢ［１］乃至ＳＵＢ［ｎ］、絶対値回路ＡＢ
Ｓ［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、各々画素の信号線ＯＵＴ［１］乃至
信号線ＯＵＴ［ｎ］の電位と参照電位ＶＲＥＦとの減算を行う。参照電位ＶＲＥＦは、画
素１００と等価のダミー回路を用意し、電荷保持ノードＦＤ１の電位をＶＦＲとした時の
信号線ＯＵＴの電位とすることで、生成することができる。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］の電位をＶ１０、ＶＲＥＦの
電位を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、入力信号を電位Ｖ１０’とし、Ｒ１１＝Ｒ１２、Ｒ１３×２＝Ｒ１４＝Ｒ１
５となるように抵抗値を設定すると、絶対値回路ＡＢＳ［１］の出力は｜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の出力は、Ｖ１０’’＋（中略）＋ Ｖｎ０’’、となる。これをトリガ信号ＴＲ
ＩＧ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。

以上のような構成とすることで、低消費電力な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）
本発明の一態様の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７を用いて説
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８は、アナログ処理回路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Ｓ
ＥＬである。この時、第ｙ列の信号線ＯＵＴ［ｙ］（ｙはｎ以下の自然数）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１１４のゲート電位をＶＦＲとした
時の電流量、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
ゼロの時の電流量Ｉ０［ｙ］になる。この電流量Ｉ０［ｙ］は、（第ｙ列の）基準電流量
という場合もある。なお、各列の基準電流量にあたる電流量Ｉ０［１］乃至電流量Ｉ０［
ｎ］は常に同じではないが、以下の議論で明らかなように、電流量Ｉ０［１］乃至電流量
Ｉ０［ｎ］の個々の値は、回路の動作に直接影響しない。したがって、以後、電流量Ｉ０
［１］乃至電流量Ｉ０［ｎ］はすべて電流量Ｉ０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］は電流量Ｉ０に等
しく、また、電流Ｉｃ［１］乃至電流Ｉｃ［ｎ］も電流量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に流れる電流も
電流量Ｉ０に等しい。特に、容量１４９に充電される電位は、電流量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］に供給される電流はＩ０、トランジスタ１３
６を介して流れる電流Ｉｐ［１］乃至電流Ｉｐ［ｎ］はＩ０に等しく、また、電流Ｉｃ［
１］乃至電流Ｉｃ［ｎ］も電流量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、第ｙ
列の信号線ＯＵＴ［ｙ］に供給される電流を（Ｉ０−ΔＩｙ）とすると、第ｙ列のトラン
ジスタ１３６を介して流れる電流Ｉｐ［ｙ］は（Ｉ０−ΔＩｙ）に等しく、また、電流Ｉ
ｃ［ｙ］は電流量Ｉ０に等しいため、第ｙ列のトランジスタ１３９とトランジスタ１４０
を介して、電流ΔＩｙ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ΔＩ１乃至電流ΔＩｎを流すためには、これら
の和に相当する電流 Ｉ⁻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。すなわち、各列のトランジ
スタ１４０に流れる電流の和がＩ⁻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。

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ＯＵ
Ｔ［１］、信号線ＯＵＴ［２］、信号線ＯＵＴ［ｎ］に供給される電流が（Ｉ０＋ΔＩ１
）、（Ｉ０＋ΔＩ２）、（Ｉ０−ΔＩｎ）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］は（Ｉ０＋ΔＩ１）、（Ｉ０＋ΔＩ２
）、（Ｉ０−ΔＩｎ）に等しく、また、電流Ｉｃ［１］乃至電流Ｉｃ［ｎ］は電流量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ΔＩ１、ΔＩ２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ΔＩｎ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ΔＩ１、ΔＩ２を流すためには、こ
れらの和に相当する電流 Ｉ⁻＝ΔＩ１＋ΔＩ２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。すな
わち、各列のトランジスタ１４０に流れる電流が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。

また、第ｎ列のトランジスタ１４１に電流ΔＩｎを流すためには、電流 Ｉ^＋＝ΔＩｎ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。すなわち、第ｎ列のトランジスタ１４１に流れる電流がΔＩｎ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１４
６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、低消費電力な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５）
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９（Ａ）には、図４（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９（Ａ）に示す画素１００Ａでは、トランジスタ１１１
乃至１１５は、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９（Ａ）に示す回路図では、フ
ォトダイオード１２３に入射される光の強度が大きいときに電荷保持ノード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、電荷保持ノード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。

また図９（Ｂ）には、図９（Ａ）をさらに変形した画素１００Ｂの回路図の変形例を示す
。図９（Ｂ）に示す画素１００Ｂでは、トランジスタ１１４、１１５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９（Ｂ）において電荷保持ノードＦＤ１に蓄積された
電荷に応じて、トランジスタ１１４、１１５に流れる電流量を増やすことができる。

また図１０には、図４（Ａ）の回路図における、フォトダイオード１２３をセンサ１２３
Ａとする画素１００Ｃの回路図を示す。

センサ１２３Ａ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１２３Ａ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１２３Ａ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１２３Ａ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１２３Ａ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１５（Ａ）には、図４（Ａ）の回路図におけるフォトダイオード１２３、あるいは
図１０の回路図におけるセンサ１２３Ａを、光電変換素子であるセレン系半導体素子Ｓ_Ｓ
ｅとする画素ＰＩＸ＿ＳＥ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＿ＳＥでは、入射され
る光量に対する電子の増幅率を大きく、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１５（Ｂ）には、図１５（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１５（Ｂ）では、トランジスタ１１１、トランジスタ１１１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_ＶＰ
Ｄ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１５（Ｃ）には、図１５（Ｂ）とは異なる、断面構造の模式図である。図１５（Ｃ）で
は、トランジスタ１１１、トランジスタ１１１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。

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９（Ｂ）を用いて説明した、Ｓ
ｉ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１１は、撮像装置を構成する素子の断面図である。図１１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７
３を有する層１４００を備えている。

なお図１１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９（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、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１３０
０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１１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１３０
０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７）
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１２（Ａ）は、図１１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１５３
０ａ、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１
５３０ｃ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１２（
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１５
５０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６
０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、Ｃ
ｓＩ、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８）
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１μ
ｍ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−Ｓ
ｎ−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−Ｚ
ｎ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）によって減少してしまった酸素を酸化物半導体に加える、又は酸素を供給し酸化物半
導体膜の酸素欠損を補填することが好ましい。

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９）
本実施の形態では、上記実施の形態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１３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２
００は、撮像装置２２０を有する。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１０）
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、Ｄ
ＮＡ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１４（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９４
２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１４（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１４（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９
２３、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１４（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１４（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１４（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９
３３、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１４（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。

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
１００Ａ 画素
１００Ｂ 画素
１００Ｃ 画素
１０１ アナログ処理回路
１０２ Ａ／Ｄ変換回路
１０３ 列ドライバ
１０４ 行ドライバ
１０５ 画素部
１１１ トランジスタ
１１２ トランジスタ
１１３ トランジスタ
１１４ トランジスタ
１１５ トランジスタ
１２１ 容量
１２２ 容量
１２３ フォトダイオード
１２３Ａ センサ
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
ＦＤ１ 電荷保持ノード
ＦＤ２ ノード
ＳＵＢ 減算回路
ＡＢＳ 絶対値回路
ＳＵＭ 加算回路
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 (5)

1. 第１の画像データを取得し、前記第１の画像データを取得した後に第２の画像データを取得し、前記第２の画像データを取得した後に前記第１の画像データと前記第２の画像データとを用いた演算を行う画素と、
   前記画素外に設けられ、前記画素内での演算の結果に応じてトリガ信号を発生させる処理回路と、を備える撮像装置。
2. 第１の画像データを取得し、前記第１の画像データを取得した後に第２の画像データを取得し、前記第２の画像データを取得した後に前記第１の画像データと前記第２の画像データとを用いた演算を行う画素と、
   前記画素外に設けられ、前記画素内での演算の結果に応じてトリガ信号を発生させるアナログ処理回路と、
   前記画素外に設けられるデジタル処理回路と、を備え、
   前記画素は、前記トリガ信号の発生後に第３の画像データを取得し、
   前記デジタル処理回路は、前記第３の画像データをデジタルデータに変換する、撮像装置。
3. 画素内において、第１の画像データを取得し、前記第１の画像データを取得した後に第２の画像データを取得し、前記第２の画像データを取得した後に前記第１の画像データと前記第２の画像データとを用いた演算を行い、
   前記画素外において、前記画素内での演算の結果に応じてトリガ信号を発生させる撮像装置。
4. 画素内において、第１の画像データを取得し、前記第１の画像データを取得した後に第２の画像データを取得し、前記第２の画像データを取得した後に前記第１の画像データと前記第２の画像データとを用いた演算を行い、
   前記画素外において、前記画素内での演算の結果に応じてトリガ信号を発生させ、
   前記画素内において、前記トリガ信号の発生後に第３の画像データを取得し、
   前記画素外において、前記第３の画像データをデジタルデータに変換する、撮像装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項において、
   前記演算の結果は、前記第１の画像データと第２の画像データとの差分の値である、撮像装置。

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