光検出装置及び光検出装置の駆動方法
【課題】ノイズによる影響を抑制する。
【解決手段】光検出回路と、差分データ生成回路と、データ入力選択回路と、を具備する。光検出回路は、光データ信号を生成する機能を有する。また、差分データ生成回路は、第１のデータ信号及び第２のデータ信号が入力され、第１のデータ信号のデータと第２の信号のデータとの差分データを生成する機能を有する。また、データ入力選択回路は、光データ信号のデータを、第１のデータ信号のデータみなすか第２のデータ信号のデータとみなすかを決定する機能を有する。
【解決手段】光検出回路と、差分データ生成回路と、データ入力選択回路と、を具備する。光検出回路は、光データ信号を生成する機能を有する。また、差分データ生成回路は、第１のデータ信号及び第２のデータ信号が入力され、第１のデータ信号のデータと第２の信号のデータとの差分データを生成する機能を有する。また、データ入力選択回路は、光データ信号のデータを、第１のデータ信号のデータみなすか第２のデータ信号のデータとみなすかを決定する機能を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、光検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、入射する光の照度に応じた値のデータを生成することが可能な光検出回路（光センサともいう）を用いて情報を入力する光検出装置、又は該光検出回路を用いて情報を入力し、且つ入力した情報に応じて情報を出力する光検出装置などの技術開発が進められている。
【０００３】
光検出装置としては、例えばイメージセンサが挙げられる。イメージセンサとしては、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどが挙げられる（例えば特許文献１）。
【０００４】
さらに、ＣＭＯＳイメージセンサの駆動方式としては、ローリングシャッター方式及びグローバルシャッター方式がある。ローリングシャッター方式は、行列方向に配列された複数の光検出回路において、行毎に順次露光する方式であり、グローバルシャッター方式は、全ての行の光検出回路において、一括で露光する方式である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１０４１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の光検出装置は、ノイズの影響により生成されるデータのばらつきが大きいといった問題があった。上記ノイズとしては、ランダムノイズ又は固定パターンノイズなどがある。例えば、ランダムノイズとしては、リセットノイズが挙げられる。リセットノイズは、光検出回路により生成される光データ信号に含まれるノイズである。上記ランダムノイズは、例えば光検出回路内における各素子間の接続抵抗などに応じて生じる。また、固定パターンノイズは、例えば光検出装置内における素子の電気特性のばらつきなどに応じて生じる。
【０００７】
例えば、光検出装置では、光検出回路における受光面積が小さくなると、受光量に応じて生成される光電流の量が少なくなる。そのため、リーク電流やノイズの影響が大きくなり、正確なデータの取得（撮像ともいう）が困難になる。例えば、携帯電話などの小型機器に搭載される光検出装置は、微細化が進み、受光量に対するリーク電流やノイズの影響がより深刻な問題となる。
【０００８】
本発明の一態様では、ノイズによる影響を低減することを課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様では、光検出回路で生成される互いに異なる２つの期間のデータの差分データを生成する。差分データを生成することにより、データ中におけるノイズによる変化分の除去を図る。
【００１０】
本発明の一態様は、光検出回路と、差分データ生成回路と、データ入力選択回路と、を具備する光検出装置である。
【００１１】
光検出回路は、光データ信号を生成する機能を有する。
【００１２】
差分データ生成回路には、第１のデータ信号及び第２のデータ信号が入力される。また、差分データ生成回路は、第１のデータ信号のデータと第２のデータ信号のデータとの差分データを生成する機能を有する。
【００１３】
データ入力選択回路は、光データ信号のデータを第１のデータ信号のデータとみなすか第２のデータ信号のデータとみなすかを決定する機能を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一態様により、生成されるデータからノイズによる変化分を除去できるため、ノイズによる影響を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】光検出装置の例を説明するための図。
【図２】光検出装置の例を説明するための図。
【図３】光検出装置の例を説明するための図。
【図４】光検出装置の例を説明するための図。
【図５】光検出装置の例を説明するための図。
【図６】電子機器の例を説明するための図。
【図７】電子機器の例を説明するための図。
【図８】光検出装置の例を説明するための図。
【図９】光検出装置の例を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を説明するための実施形態の一例について、図面を用いて以下に説明する。なお、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなく実施形態の内容を変更することは、当業者であれば容易である。よって、本発明は、以下に示す実施形態の記載内容に限定されない。
【００１７】
なお、各実施形態の内容を互いに適宜組み合わせることができる。また、各実施形態の内容を互いに適宜置き換えることができる。
【００１８】
また、第１、第２などの序数は、構成要素の混同を避けるために付しており、各構成要素の数は、序数の数に限定されない。
【００１９】
（実施形態１）
本実施形態では、差分データの生成が可能な光検出装置の例について図１を用いて説明する。
【００２０】
図１（Ａ）に示す光検出装置は、光検出回路ＰＳと、差分データ生成回路Ｄｉｆと、データ入力選択回路ＤＩＳと、を具備する。
【００２１】
光検出回路ＰＳは、光データ信号を生成する機能を有する。例えば、撮像期間に取得した光データ信号のデータは、光検出回路に入射する光の照度に応じた値（受光量に応じた値）となる。なお、複数の光検出回路を光検出装置に設けてもよい。
【００２２】
光検出回路ＰＳは、光電変換素子及び電界効果トランジスタを用いて構成される。
【００２３】
差分データ生成回路Ｄｉｆの第１の入力端子及び第２の入力端子には、データ信号Ｓ１１及びデータ信号Ｓ１２がそれぞれ入力される。差分データ生成回路Ｄｉｆは、データ信号Ｓ１１のデータとデータ信号Ｓ１２のデータとの差分データを生成する機能を有する。
【００２４】
差分データ生成回路Ｄｉｆは、データ信号Ｓ１１のデータとデータ信号Ｓ１２のデータの減算処理を行う機能を有する回路を用いて構成される。差分データ生成回路Ｄｉｆとしては、例えば差動増幅器又は減算器などを用いることができる。
【００２５】
データ入力選択回路ＤＩＳは、光検出回路ＰＳにより生成され、差分データ生成回路Ｄｉｆに入力される光データ信号のデータを、データ信号Ｓ１１のデータとみなすかデータ信号Ｓ１２のデータとみなすかを決定する機能を有する。
【００２６】
データ入力選択回路ＤＩＳは、例えばスイッチＳｗ１及びスイッチＳｗ２を用いて構成される。スイッチＳｗ１は、光データ信号のデータを、データ信号Ｓ１１のデータとして差分データ生成回路Ｄｉｆに入力するか否かを制御する機能を有する。また、スイッチＳｗ２は、光データ信号のデータを、データ信号Ｓ１２のデータとして差分データ生成回路Ｄｉｆに入力するか否かを制御する機能を有する。なお、複数の素子によりスイッチＳｗ１及びスイッチＳｗ２のそれぞれを構成してもよい。
【００２７】
次に、本実施形態における光検出装置の駆動方法例として、図１（Ａ）に示す光検出装置の駆動方法例について、図１（Ｂ−１）及び図１（Ｂ−２）の動作模式図を用いて説明する。
【００２８】
図１（Ａ）に示す光検出装置の駆動方法例では、光検出回路ＰＳにより光データ信号を生成する。このとき、光データ信号のデータが期間ＴＡのデータの場合には、光データ信号のデータ（Ｄ＿ＰＤともいう）をＤＡとする（Ｄ＿ＰＤ＝ＤＡ）。また、光データ信号のデータが期間ＴＢのデータの場合には、光データ信号のデータ（Ｄ＿ＰＤともいう）をＤＢとする（Ｄ＿ＰＤ＝ＤＢ）。期間ＴＡは、例えば光検出回路ＰＳがリセット状態になる期間（リセット期間ともいう）である。また、期間ＴＢは、例えば光検出回路ＰＳが撮像状態になる期間（撮像期間ともいう）である。
【００２９】
また、ＤＡである光データ信号のデータ及びＤＢである光データ信号のデータのそれぞれには、互いに共通のノイズ成分が含まれる。
【００３０】
光データ信号のデータがＤＡ（Ｄ＿ＰＤ＝ＤＡ）のとき、図１（Ｂ−１）に示すように、データ入力選択回路ＤＩＳにより、光データ信号のデータを、データ信号Ｓ１２のデータとして差分データ生成回路Ｄｉｆに入力する。例えば、スイッチＳｗ２をオン状態にし、スイッチＳｗ１をオフ状態にすることにより、光データ信号のデータを、データ信号Ｓ１２のデータとして差分データ生成回路Ｄｉｆに入力できる。
【００３１】
また、光データ信号のデータがＤＢ（Ｄ＿ＰＤ＝ＤＢ）のとき、図１（Ｂ−２）に示すように、データ入力選択回路ＤＩＳにより、光データ信号のデータを、データ信号Ｓ１１のデータとして差分データ生成回路Ｄｉｆに入力する。例えば、スイッチＳｗ１をオン状態にし、スイッチＳｗ２をオフ状態にすることにより、光データ信号のデータを、データ信号Ｓ１１のデータとして差分データ生成回路Ｄｉｆに入力できる。
【００３２】
また、差分データ生成回路Ｄｉｆにより、データ信号Ｓ１１のデータとデータ信号Ｓ１２のデータとの差分データを生成する。よって、生成される差分データから、データ信号Ｓ１１のデータ（ＤＢ）及びデータ信号Ｓ１２のデータ（ＤＡ）のそれぞれに含まれていた共通のノイズによる変化分が除去される。
【００３３】
さらに、差分データ生成回路Ｄｉｆにより、生成した差分データを信号として出力する。
【００３４】
以上が図１（Ａ）に示す光検出装置の駆動方法例である。
【００３５】
図１を用いて説明したように、本実施形態における光検出装置の一例では、光検出回路で生成される、異なる２つの期間での光データ信号の差分データを生成する。２つの期間における光データ信号のデータのそれぞれには共通のノイズ成分が含まれるため、差分データを生成することにより、ノイズによる変化分を除去できる。よって、ノイズによる影響を抑制できる。また、撮像画像の品質を向上させることができる。なお、上記ノイズによる変化分の除去手段を相関二重サンプリング（ＣＤＳともいう）ともいう。
【００３６】
また、本実施形態における光検出装置の一例では、データ入力選択回路により光検出回路における光データ信号のデータに応じて、該データを、第１のデータ信号のデータとみなすか第２のデータ信号のデータとみなすかを決定する。これにより、１種類の光データ信号から差分データを生成できるため、光検出回路の素子の数を少なくできる。よって、光検出装置の開口率を向上できる。
【００３７】
（実施形態２）
本実施形態では、実施形態１に示す光検出装置の構成例について図２乃至図４を用いて説明する。なお、実施形態１に示す光検出装置の説明と同じ部分については、実施形態１に示す光検出装置の説明を適宜援用できるため、本実施形態では説明を省略する。
【００３８】
図２（Ａ）に示す光検出装置は、図１（Ａ）に示す光検出装置と同様に、光検出回路ＰＳと、差分データ生成回路Ｄｉｆと、データ入力選択回路ＤＩＳと、を具備する。さらに、図２（Ａ）に示す光検出装置は、データバスＤＢと、スイッチＳｗ＿ＢＲと、を具備する。
【００３９】
光検出回路ＰＳは、光電変換素子１１０と、電界効果トランジスタ１２１乃至電界効果トランジスタ１２５と、容量素子１３１及び容量素子１３２と、を備える。
【００４０】
光電変換素子１１０は、第１の電流端子及び第２の電流端子を有し、入射する光の照度に応じて第１の電流端子及び第２の電流端子の間に電流（光電流ともいう）が流れる。
【００４１】
光電変換素子１１０の第１の電流端子には、パルス信号である光検出リセット信号が入力される。また、光電変換素子１１０の第１の電流端子に単位電位である電位Ｖｘを供給してもよい。
【００４２】
光電変換素子１１０としては、例えばフォトダイオード又はフォトトランジスタなどを用いることができる。フォトダイオードの場合、フォトダイオードにおけるアノード及びカソードの一方が光電変換素子の第１の電流端子に相当する。また、フォトダイオードにおけるアノード及びカソードの他方が光電変換素子の第２の電流端子に相当する。また、電界効果型のフォトトランジスタの場合、フォトトランジスタにおけるソース及びドレインの一方が光電変換素子の第１の電流端子に相当する。また、フォトトランジスタにおけるソース及びドレインの他方が光電変換素子の第２の電流端子に相当する。なおこれに限定されず、バイポーラ型のフォトトランジスタを用いてもよい。
【００４３】
電界効果トランジスタ１２１におけるソース及びドレインの一方は、光電変換素子１１０における第２の電流端子に接続され、電界効果トランジスタ１２１におけるゲートには、パルス信号である第１の電荷伝送制御信号が入力される。電界効果トランジスタ１２１は、光電変換素子１１０に入射する光の照度に応じた電荷の伝送を制御する機能を有する。このとき、上記機能を有するトランジスタを電荷伝送制御トランジスタともいう。
【００４４】
電界効果トランジスタ１２２におけるソース及びドレインの一方は、光電変換素子１１０における第２の電流端子に接続され、電界効果トランジスタ１２２におけるゲートには、パルス信号である第２の電荷伝送制御信号が入力される。電界効果トランジスタ１２２は、光電変換素子１１０に入射する光の照度に応じた電荷の伝送を制御する機能を有する。
【００４５】
容量素子１３１における一対の電極の一方は、電界効果トランジスタ１２１におけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される。また、容量素子１３１における一対の電極の他方には、電位Ｖｃが与えられる。電位Ｖｃは、任意の値の電位である。容量素子１３１は、第１の電荷保持容量としての機能を有する。
【００４６】
容量素子１３２における一対の電極の一方は、電界効果トランジスタ１２２におけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される。また、容量素子１３２における一対の電極の他方には、単位電位である電位Ｖｃが供給される。容量素子１３２は、第２の電荷保持容量としての機能を有する。
【００４７】
電界効果トランジスタ１２３におけるソース及びドレインの一方は、電界効果トランジスタ１２１におけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２３におけるゲートには、パルス信号である第３の電荷伝送制御信号が入力される。なお、電界効果トランジスタ１２３におけるソース及びドレインの一方と電界効果トランジスタ１２１におけるソース及びドレインの他方との接続箇所をノードＦＤ１ともいう。電界効果トランジスタ１２３は、光電変換素子１１０に入射する光の照度に応じた電荷の伝送を制御する機能を有する。
【００４８】
電界効果トランジスタ１２４におけるソース及びドレインの一方には、単位電位である電位Ｖｂが供給される。また、電界効果トランジスタ１２４におけるゲートは、電界効果トランジスタ１２２におけるソース及びドレインの他方、並びに電界効果トランジスタ１２３におけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２４におけるゲートと電界効果トランジスタ１２２におけるソース及びドレインの他方、並びに電界効果トランジスタ１２３におけるソース及びドレインの他方との接続箇所をノードＦＤ２ともいう。さらに、電界効果トランジスタ１２４におけるソース及びドレインの間に流れる電流に応じて光データ信号の電位が設定される。電界効果トランジスタ１２４は、光電変換素子１１０の光電流に応じたデータを増幅する機能を有する。上記機能を有するトランジスタを増幅トランジスタともいう。
【００４９】
電界効果トランジスタ１２５におけるソース及びドレインの一方は、電界効果トランジスタ１２４におけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２５におけるソース及びドレインの他方は、データバスＤＢに電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２５におけるゲートには、パルス信号である出力選択信号が入力される。電界効果トランジスタ１２５は、光検出回路ＰＳにより生成する光データ信号を出力するか否かを選択する機能を有する。上記機能を有するトランジスタを出力選択トランジスタともいう。なお、電界効果トランジスタ１２５におけるソース及びドレインの他方とデータバスＤＢとの接続箇所をノードＦＤ３ともいう。
【００５０】
差分データ生成回路Ｄｉｆは、差動増幅器１４０を備える。
【００５１】
差動増幅器１４０は、負入力端子（端子ＩＮ−ともいう）、正入力端子（端子ＩＮ＋ともいう）、及び出力端子（端子Ｏｕｔともいう）を有する。差動増幅器１４０は、負入力端子（端子ＩＮ−）を介して入力される信号のデータと正入力端子（端子ＩＮ＋）を介して入力される信号のデータの差分データを生成し、出力端子（端子Ｏｕｔ）を介して該差分データに応じた電位の信号を出力する機能を有する。
【００５２】
データ入力選択回路ＤＩＳは、電界効果トランジスタ１２６と、電界効果トランジスタ１２７と、を備える。
【００５３】
電界効果トランジスタ１２６におけるソース及びドレインの一方は、データバスＤＢに電気的に接続される。よって、電界効果トランジスタ１２６におけるソース及びドレインの一方は、電界効果トランジスタ１２５におけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２６におけるソース及びドレインの他方は、差動増幅器１４０における負入力端子に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２６におけるゲートには、パルス信号である第１のデータ入力選択信号が入力される。電界効果トランジスタ１２６は、差分データ生成回路Ｄｉｆへのデータの入力を選択する機能を有する。上記機能を有するトランジスタをデータ入力選択トランジスタともいう。
【００５４】
電界効果トランジスタ１２７におけるソース及びドレインの一方は、データバスＤＢに電気的に接続される。よって、電界効果トランジスタ１２７におけるソース及びドレインの一方は、電界効果トランジスタ１２５におけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２７におけるソース及びドレインの他方は、差動増幅器１４０における正入力端子に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２７におけるゲートには、パルス信号である第２のデータ入力選択信号が入力される。電界効果トランジスタ１２７は、差分データ生成回路Ｄｉｆへのデータの入力を選択する機能を有する。
【００５５】
電界効果トランジスタ１２１乃至電界効果トランジスタ１２７の一つ又は複数としては、例えばオフ電流の低い電界効果トランジスタを用いることができる。このとき、電界効果トランジスタ１２１乃至電界効果トランジスタ１２７のオフ電流は、チャネル幅１μｍあたり１０ａＡ（１×１０−１７Ａ）以下、好ましくはチャネル幅１μｍあたり１ａＡ（１×１０−１８Ａ）以下、さらに好ましくはチャネル幅１μｍあたり１０ｚＡ（１×１０−２０Ａ）以下、さらに好ましくはチャネル幅１μｍあたり１ｚＡ（１×１０−２１Ａ）以下、さらに好ましくはチャネル幅１μｍあたり１００ｙＡ（１×１０−２２Ａ）以下である。
【００５６】
上記オフ電流の低い電界効果トランジスタとしては、例えばシリコンよりバンドギャップが広く、例えば２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上であり、チャネルが形成される半導体層を含む電界効果トランジスタを用いることができる。上記バンドギャップの広い電界効果トランジスタとしては、例えばチャネルが形成される酸化物半導体層を含む電界効果トランジスタなどを用いることができる。
【００５７】
上記酸化物半導体層としては、例えばＩｎ系酸化物（例えば酸化インジウムなど）、Ｓｎ系酸化物（例えば酸化スズなど）、又はＺｎ系酸化物（例えば酸化亜鉛など）などを用いることができる。
【００５８】
また、上記酸化物半導体層としては、例えば、四元系金属酸化物、三元系金属酸化物、二元系金属酸化物などの金属酸化物を用いることもできる。なお、上記酸化物半導体層としては、特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとしてガリウムを含んでいてもよい。また、上記酸化物半導体層として適用可能な金属酸化物は、上記スタビライザーとしてスズを含んでいてもよい。また、上記酸化物半導体層として適用可能な金属酸化物は、上記スタビライザーとしてハフニウムを含んでいてもよい。また、上記酸化物半導体層として適用可能な金属酸化物は、上記スタビライザーとしてアルミニウムを含んでいてもよい。また、上記酸化物半導体層として適用可能な金属酸化物は、上記スタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムの一つ又は複数を含んでいてもよい。また、上記酸化物半導体層として適用可能な金属酸化物は、酸化シリコンを含んでいてもよい。
【００５９】
例えば、四元系金属酸化物としては、例えばＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物などを用いることができる。
【００６０】
また、三元系金属酸化物としては、例えばＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−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、又はＩｎ−Ｈｆ−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、又はＩｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物などを用いることができる。
【００６１】
また、二元系金属酸化物としては、例えば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−Ｓｎ系酸化物、又はＩｎ−Ｇａ系酸化物などを用いることができる。
【００６２】
また、上記酸化物半導体層としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を含む酸化物半導体層を用いてもよい。
【００６３】
ＣＡＡＣ−ＯＳとは、結晶領域と非晶質領域の混相構造であり、且つ結晶領域の結晶において、ｃ軸が半導体層の被形成面又は表面に垂直であり、ａｂ面に垂直な方向から見て三角形状又は六角形状の原子配列を有し、ｃ軸に垂直な方向から見て金属原子が層状又は金属原子と酸素原子とが層状に配列する構造のことをいう。よって、ＣＡＡＣ−ＯＳは、完全な単結晶ではなく、完全な非晶質でもない。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳが複数の結晶領域を有する場合、複数の結晶領域の結晶同士は、ａ軸及びｂ軸の向きが異なってもよい。
【００６４】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳにおける結晶領域は、一辺が１００ｎｍ未満の三次元領域内に存在することが多い。また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭともいう）によるＣＡＡＣ−ＯＳの観察では、ＣＡＡＣ−ＯＳにおける結晶領域と非晶質領域との境界が必ずしも明確ではない。また、ＣＡＡＣ−ＯＳにおいて、結晶粒界は確認されない。よって、ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が少ない。
【００６５】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳにおいて、層の深さ方向において結晶領域が均一に分布していなくてもよい。例えば、酸化物半導体層の表面側から結晶成長させてＣＡＡＣ−ＯＳを含む酸化物半導体層を形成した場合、ＣＡＡＣ−ＯＳ部分における酸化物半導体層の表面の近傍は、結晶領域の占める割合が高くなり、ＣＡＡＣ−ＯＳ部分における酸化物半導体層の被形成面の近傍は非晶質領域の占める割合が高くなることがある。
【００６６】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳの結晶領域における結晶のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ部分における酸化物半導体層の被形成面又は表面に垂直であるため、ＣＡＡＣ−ＯＳ部分における酸化物半導体層の形状（被形成面の断面形状又は表面の断面形状）により、ｃ軸の方向が異なることがある。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳの結晶領域におけるｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ部分における酸化物半導体層の被形成面又は表面に略垂直になる。
【００６７】
例えば、多結晶である酸化物半導体スパッタリング用ターゲットを用いたスパッタリング法によってＣＡＡＣ−ＯＳを形成できる。スパッタリング用ターゲットにイオンが衝突すると、スパッタリング用ターゲットに含まれる結晶領域がａ−ｂ面から劈開し、ａ−ｂ面に平行な面を有する平板状又はペレット状のスパッタリング粒子として剥離することがある。この場合、平板状のスパッタリング粒子が、結晶状態を維持したまま基板に到達することにより、スパッタリング用ターゲットの結晶状態が基板に転写される。これにより、ＣＡＡＣ−ＯＳが形成される。
【００６８】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳを形成するために、以下の条件を適用することが好ましい。
【００６９】
例えば、不純物濃度を低減してＣＡＡＣ−ＯＳを形成することにより、不純物による酸化物半導体の結晶状態の崩壊を抑制できる。例えば、成膜室内に存在する不純物（水素、水、二酸化炭素、及び窒素など）を低減することが好ましい。また、成膜ガス中の不純物を低減することが好ましい。例えば、成膜ガスとして露点が−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下である成膜ガスを用いることが好ましい。
【００７０】
また、成膜時の基板加熱温度を高めることで、基板付着後にスパッタリング粒子のマイグレーションが起こる。具体的には、基板加熱温度を１００℃以上７４０℃以下、好ましくは２００℃以上５００℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、平板状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーションし、平板状のスパッタリング粒子の平らな面を向けて基板に付着する。
【００７１】
また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化して成膜時のプラズマダメージを軽減させることが好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、３０体積％以上、好ましくは１００体積％とする。
【００７２】
上記スパッタリング用ターゲットの一例として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物ターゲットについて以下に示す。
【００７３】
ＩｎＯＸ粉末、ＧａＯＹ粉末、及びＺｎＯＺ粉末を所定の比率で混合し、加圧処理後、１０００℃以上１５００℃以下の温度で加熱処理をすることにより、多結晶であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物ターゲットを形成する。なお、Ｘ、Ｙ、及びＺは任意の正数である。ここで、所定の比率は、例えば、ＩｎＯＸ粉末、ＧａＯＹ粉末、及びＺｎＯＺ粉末が、２：２：１、８：４：３、３：１：１、１：１：１、４：２：３又は３：１：２のｍｏｌ数比である。なお、粉末の種類、及びその混合する比率は、作製するスパッタリング用ターゲットによって適宜変更すればよい。
【００７４】
電界効果トランジスタのチャネルが形成される層にＣＡＡＣ−ＯＳを含む酸化物半導体層を用いることにより、可視光や紫外光の照射による電界効果トランジスタの電気特性の変動を抑制できるため、電界効果トランジスタの信頼性を向上させることができる。
【００７５】
また、複数の異なる特性の電界効果トランジスタを用いて電界効果トランジスタ１２１乃至電界効果トランジスタ１２７を構成してもよい。
【００７６】
また、光検出装置において、電界効果トランジスタ１２１乃至電界効果トランジスタ１２７へ入射する光を遮光する遮光層を設けてもよい。遮光層を設けることにより、電界効果トランジスタの電気特性の変動を抑制できる。
【００７７】
データバスＤＢは、光検出回路ＰＳにより生成される光データ信号のデータを伝送する機能を有する。
【００７８】
スイッチＳｗ＿ＢＲは、データバスＤＢをリセットするか否かを制御する機能を有する。なお、複数の素子を用いてスイッチＳｗ＿ＢＲを構成してもよい。
【００７９】
さらに、図２（Ｂ）に示す光検出装置は、図２（Ａ）に示す光検出装置の電界効果トランジスタ１２３の接続関係及び容量素子１３１の接続関係が異なる構成である。
【００８０】
図２（Ｂ）に示す光検出装置において、電界効果トランジスタ１２３及び容量素子１３２は、光検出回路ＰＳ以外に設けられる。電界効果トランジスタ１２３におけるソース及びドレインの一方は、電界効果トランジスタ１２７におけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される。また、容量素子１３２における一対の電極の一方は、電界効果トランジスタ１２３におけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される。また、容量素子１３２における一対の電極の他方には、電位Ｖｃが供給される。また、電界効果トランジスタ１２４におけるゲートは、電界効果トランジスタ１２１におけるソース及びドレインの他方、並びに電界効果トランジスタ１２２におけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される。
【００８１】
図３（Ａ）に示す光検出装置は、図２（Ａ）に示す光検出装置の電界効果トランジスタ１２５の代わりに電界効果トランジスタ１２５＿１及び電界効果トランジスタ１２５＿２を備える構成である。また、図３（Ｂ）に示す光検出装置は、図２（Ｂ）に示す光検出装置の電界効果トランジスタ１２５の代わりに電界効果トランジスタ１２５＿１及び電界効果トランジスタ１２５＿２を備える構成である。
【００８２】
このとき、光検出装置は、データバスＤＢの代わりにデータバスＤＢ＿１と、データバスＤＢ＿２と、をさらに備える。また、スイッチＳｗ＿ＢＲの代わりにデータバスＤＢ＿１をリセットするか否かを制御するスイッチＳｗ＿ＢＲ１と、データバスＤＢ＿２をリセットするか否かを制御するスイッチＳｗ＿ＢＲ２と、をさらに備える。
【００８３】
電界効果トランジスタ１２５＿１及び電界効果トランジスタ１２５＿２のそれぞれにおけるソース及びドレインの一方は、電界効果トランジスタ１２４におけるソース及びドレインの一方に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２５＿１におけるソース及びドレインの他方は、データバスＤＢ＿１に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２５＿２におけるソース及びドレインの他方は、データバスＤＢ＿２に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２６におけるソース及びドレインの一方は、データバスＤＢ＿１に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２７におけるソース及びドレインの一方は、データバスＤＢ＿２に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２５＿１におけるソース及びドレインの他方とデータバスＤＢ＿１との接続箇所をノードＦＤ３＿１ともいう。また、電界効果トランジスタ１２５＿２におけるソース及びドレインの他方とデータバスＤＢ＿２との接続箇所をノードＦＤ３＿２ともいう。
【００８４】
次に、本実施形態における光検出装置の駆動方法例として、図４（Ａ）に示す光検出装置の駆動方法例について、図４（Ｂ）のタイミングチャートを用いて説明する。図４（Ａ）に示す光検出装置は、図２（Ａ）に示す光検出装置の光電変換素子１１０がフォトダイオードであり、スイッチＳｗ＿ＢＲが電界効果トランジスタ１２８により構成され、電界効果トランジスタ１２１乃至電界効果トランジスタ１２８のそれぞれがＮチャネル型トランジスタである場合の光検出装置である。
【００８５】
このとき、光電変換素子１１０であるフォトダイオードにおけるアノードは、光検出リセット信号を入力するための光検出リセット信号線ＰＲに電気的に接続される。
【００８６】
また、電界効果トランジスタ１２１におけるソース及びドレインの一方は、光電変換素子１１０におけるカソードに電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２１におけるゲートは、第１の電荷伝送制御信号を入力するための第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１に電気的に接続される。
【００８７】
また、電界効果トランジスタ１２２におけるソース及びドレインの一方は、光電変換素子１１０におけるカソードに電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２２におけるゲートは、第２の電荷伝送制御信号を入力するための第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２に電気的に接続される。
【００８８】
また、電界効果トランジスタ１２３におけるゲートは、第３の電荷伝送制御信号を入力するための第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３に電気的に接続される。
【００８９】
また、電界効果トランジスタ１２５におけるゲートは、出力選択信号を入力するための出力選択信号線Ｓｅｌに電気的に接続される。
【００９０】
また、電界効果トランジスタ１２６におけるゲートは、第１のデータ入力選択信号を入力するための第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１に電気的に接続される。
【００９１】
また、電界効果トランジスタ１２７におけるゲートは、第２のデータ入力選択信号を入力するための第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２に電気的に接続される。
【００９２】
また、電界効果トランジスタ１２８におけるソース及びドレインの一方には、単位電位である電位Ｖａが供給される。また、電界効果トランジスタ１２８のソース及びドレインの他方は、データバスＤＢに電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２８におけるゲートは、バスリセット信号を入力するためのバスリセット信号線ＢＲに電気的に接続される。
【００９３】
また、電位Ｖａをロー電位とし、電位Ｖｂをハイ電位とし、電位Ｖｃを接地電位とする。ハイ電位は、２値のデジタル信号のハイレベルの電位と同等の値であり、ロー電位は、２値のデジタル信号のローレベルの電位と同等の値である。また、ロー電位は、接地電位と同等の値とする。
【００９４】
また、バスリセット信号線ＢＲをハイ電位にする毎にデータバスＤＢがリセットされるとする。
【００９５】
図４（Ａ）に示す光検出装置の駆動方法例では、図４（Ｂ）に示すように、時刻Ｔ１１（リセット動作開始時刻ともいう）において、光検出リセット信号線ＰＲ、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１、及び第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２をハイ電位（ＶＨともいう）にし、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３、出力選択信号線Ｓｅｌ、第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１、及び第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２をロー電位（ＶＬともいう）にする。
【００９６】
このとき、光電変換素子１１０に電流が順方向に流れることにより、容量素子１３１及び容量素子１３２に電荷が蓄積され、ノードＦＤ１及びノードＦＤ２の電位がハイ電位と同等の値となる。これにより、光検出回路ＰＳは、リセット状態になる。
【００９７】
次に、時刻Ｔ１２（リセット動作完了時刻ともいう）に第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２をロー電位にする。また、光検出リセット信号線ＰＲ及び第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１は、ハイ電位のままである。また、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３、出力選択信号線Ｓｅｌ、第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１、第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２はロー電位のままである。
【００９８】
このとき、ノードＦＤ２が浮遊状態になり、ノードＦＤ２の電位は、ハイ電位と同等の値に保持される。
【００９９】
次に、時刻Ｔ１３（撮像動作開始時刻ともいう）において、光検出リセット信号線ＰＲをロー電位にする。なお、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１は、ハイ電位のままである。また、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３、出力選択信号線Ｓｅｌ、第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１、及び第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２はロー電位のままである。
【０１００】
このとき、光電変換素子１１０は、逆バイアスが印加された状態になる。このため、光電変換素子１１０では、入射する光の照度に応じて光電流が生成される。さらに、光電流に応じて容量素子１３１に蓄積された電荷が失われる。一方、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２がロー電位であるため、容量素子１３２の電荷は保持される。よって、光検出回路ＰＳは、撮像状態になる。
【０１０１】
次に、時刻Ｔ１４（撮像動作完了時刻ともいう）において、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１をロー電位にする。なお、光検出リセット信号線ＰＲ、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３、出力選択信号線Ｓｅｌ、第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１、及び第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２はロー電位のままである。
【０１０２】
このとき、撮像動作が完了する。また、光電流によりノードＦＤ１の電位がＶＡになる。ＶＡの値は、光電変換素子１１０における光電流の値に応じて決まる。なお、ノードＦＤ２の電位は、ハイ電位と同等の値に維持される。
【０１０３】
なお、複数のフレーム期間において、本実施形態における光検出回路を駆動させる場合、あるフレーム期間におけるリセット開始時刻から次のフレーム期間におけるリセット開始時刻までの間、リセット状態における光検出回路の光データ信号のデータ及び撮像状態における光データ信号のデータには、共通したノイズ成分が含まれる。
【０１０４】
次に、時刻Ｔ１５（光検出回路選択動作開始時刻ともいう）において、出力選択信号線Ｓｅｌをハイ電位にし、バスリセット信号線ＢＲをハイ電位にする。なお、光検出リセット信号線ＰＲ、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３、第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１、及び第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２はロー電位のままである。
【０１０５】
このとき、ノードＦＤ３の電位がＶＤとなる。ＶＤは、電界効果トランジスタ１２４、電界効果トランジスタ１２５、及び電界効果トランジスタ１２８のそれぞれのチャネル抵抗、並びに配線抵抗に依存し、ＶＤの値は、ＶａとＶｂの間の電位となる。
【０１０６】
次に、時刻Ｔ１６（第１の選択動作開始時刻ともいう）において、バスリセット信号線ＢＲをロー電位にし、第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２をハイ電位にする。なお、出力選択信号線Ｓｅｌは、ハイ電位のままである。また、光検出リセット信号線ＰＲ、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３、及び第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１はロー電位のままである。
【０１０７】
このとき、ノードＦＤ３の電位と差動増幅器１４０における正入力端子（端子ＩＮ＋）の電位が変化する。その後、ノードＦＤ３の電位と差動増幅器１４０における正入力端子（端子ＩＮ＋）の電位がＶＣとなる。ＶＣは、電界効果トランジスタ１２４のソースとドレインの間に流れる電流に応じた値である。つまり、正入力端子（端子ＩＮ＋）の電位が電界効果トランジスタ１２４のゲートの電位に応じた値になるため、正入力端子（端子ＩＮ＋）の電位がリセット状態における電界効果トランジスタ１２４のゲートの電位に応じた値になる。
【０１０８】
次に、時刻Ｔ１７（第１の選択動作完了時刻ともいう）において、第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２をロー電位にする。なお、出力選択信号線Ｓｅｌは、ハイ電位のままである。また、光検出リセット信号線ＰＲ、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３、及び第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１はロー電位のままである。
【０１０９】
このとき、差動増幅器１４０における正入力端子（端子ＩＮ＋）の電位がＶＣのまま保持される。一方、ノードＦＤ３の電位は、次のデータバスＤＢのリセット動作が行われるまで上昇する。このときのノードＦＤ３の最大電位は、ＶＨである。
【０１１０】
次に、時刻Ｔ１８（撮像データ読み出し動作開始時刻）において、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３をハイ電位にし、バスリセット信号線ＢＲをハイ電位にする。なお、出力選択信号線Ｓｅｌは、ハイ電位のままである。また、光検出リセット信号線ＰＲ、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２、第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１、及び第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２はロー電位のままである。
【０１１１】
このとき、ノードＦＤ１とノードＦＤ２が導通状態になる。このときのノードＦＤ１（ＦＤ２）の電位は、（Ｃ１３１／Ｃ１３１＋Ｃ１３２）×ＶＦＤ１＋（Ｃ１３２／Ｃ１３１＋Ｃ１３２）×ＶＦＤ２となる。なお、ＶＦＤ１は、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１をロー電位にした後ノードＦＤ２と導通状態になる前のノードＦＤ１の電位（時刻Ｔ１４から時刻Ｔ１８までのノードＦＤ１の電位）であり、ＶＦＤ２は、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１をロー電位にした後ノードＦＤ１と導通状態になる前のノードＦＤ２の電位（時刻Ｔ１４から時刻Ｔ１８までのノードＦＤ２の電位）である。このように、上記一つのノードの電位は、容量素子１３１と容量素子１３２との容量比によって決まる。例えば、このときのノードＦＤ１（ＦＤ２）の電位を、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１をロー電位にした後ノードＦＤ２と導通状態になる前のノードＦＤ１の電位（時刻Ｔ１４から時刻Ｔ１８までのノードＦＤ１の電位）と同等の値に近づけるには、容量素子１３１の容量値を容量素子１３２の容量値より大きくすればよい。
【０１１２】
また、時刻Ｔ１８において、ノードＦＤ３の電位がＶＥになる。このとき、ＶＥは、ＶＣよりも低い値となる。
【０１１３】
次に、時刻Ｔ１９（第２の選択動作開始時刻ともいう）において、バスリセット信号線ＢＲをロー電位にし、第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１をハイ電位にする。なお、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３及び出力選択信号線Ｓｅｌは、ハイ電位のままである。また、光検出リセット信号線ＰＲ、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２、及び第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２はロー電位のままである。
【０１１４】
このとき、ノードＦＤ３の電位と差動増幅器１４０における負入力端子（端子ＩＮ−）の電位が変化する。その後、ノードＦＤ３の電位と差動増幅器１４０における負入力端子（端子ＩＮ−）の電位がＶＢとなる。ＶＢは、電界効果トランジスタ１２４のソースとドレインの間に流れる電流に応じた値である。つまり、負入力端子（端子ＩＮ−）の電位が電界効果トランジスタ１２４のゲートの電位に応じた値になるため、負入力端子（端子ＩＮ−）の電位が光電変換素子１１０に入射する光の照度に応じた値になる。
【０１１５】
次に、時刻Ｔ２０（第２の選択動作完了時刻ともいう）において、第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１をロー電位にする。なお、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３及び出力選択信号線Ｓｅｌは、ハイ電位のままである。また、バスリセット信号線ＢＲ、光検出リセット信号線ＰＲ、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２、及び第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２はロー電位のままである。
【０１１６】
このとき、差動増幅器１４０における負入力端子（端子ＩＮ−）の電位がＶＢのまま保持される。一方、ノードＦＤ３の電位は、次のデータバスＤＢのリセット動作が行われるまで上昇する。このときのノードＦＤ３の最大電位は、ＶＨである。
【０１１７】
次に、時刻Ｔ２１（光検出回路選択動作完了時刻ともいう）において、バスリセット信号線ＢＲをハイ電位にし、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３をロー電位にし、出力選択信号線Ｓｅｌをロー電位にする。なお、光検出リセット信号線ＰＲ、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２、第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１、及び第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２はロー電位のままである。
【０１１８】
これにより、光検出回路選択動作が完了する。
【０１１９】
さらに、差動増幅器１４０における負入力端子（端子ＩＮ−）がＶＢ（撮像期間における光データ信号のデータ）となり、差動増幅器１４０における正入力端子（端子ＩＮ＋）がＶＣ（リセット期間における光データ信号のデータ）となった時点から、差動増幅器１４０における出力端子（端子Ｏｕｔ）の電位は、ＶＣ−ＶＢとなる。例えば、図４（Ａ）に示す光検出装置の駆動方法例では、時刻Ｔ２０（第２の選択動作完了時刻）に差動増幅器１４０における出力端子（端子Ｏｕｔ）の電位が設定される。
【０１２０】
以上が図４（Ａ）に示す光検出装置の駆動方法例である。
【０１２１】
図２乃至図４を用いて説明したように、本実施形態における光検出装置の一例では、リセット状態における光データ信号のデータと撮像状態における光データ信号のデータとの差分データを生成する。同じフレーム期間において、２つのデータには、共通のノイズが含まれる。例えば、リセット状態における光データ信号のデータをＶｒ＋Ｖｚ（Ｖｚは、ノイズによる変化分）とし、撮像状態における光データ信号のデータをＶｒ＋Ｖｚ−Ｖｐ又はＶｒ＋Ｖｚ＋Ｖｐとした場合、２つのデータの差分データを生成すると、差分データは、Ｖｐ又は−Ｖｐとなり、Ｖｚに依存しない値となる。よって、差分データを生成することにより、生成されるデータからノイズ成分を除去できるため、ノイズによる影響を抑制できる。
【０１２２】
また、本実施形態における光検出装置の一例では、一つの光電変換素子に対し、ゲートに異なる信号が入力される複数の電荷伝送制御トランジスタを用いることにより、１種類の光データ信号から差分データを生成できるため、光検出回路の素子の数を少なくできる。よって、光検出装置の開口率を向上させることができる。また、２つの光データ信号はアナログ信号であるため、２つのアナログ信号のデータを用いて差分データを生成することができ、デジタル信号のデータを用いて差分データを生成する場合に比べ、生成されるデータからノイズによる変化分を除去する精度を高めることができる。
【０１２３】
また、本実施形態における光検出装置の一例では、電荷伝送制御トランジスタとしてオフ電流の低いトランジスタを用いることにより、トランジスタによるリーク電流を少なくできるため、リセット電位保持容量を小さくできる。よって、光電変換素子の面積を大きくできるため、ノイズによる影響を抑制できる。
【０１２４】
（実施形態３）
本実施形態では、光検出装置の例について説明する。
【０１２５】
まず、本実施形態における光検出装置の構成例について、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態における光検出装置の構成例を示すブロック図である。
【０１２６】
図５に示す光検出装置は、光により情報の入力が可能な入力装置である。
【０１２７】
図５に示す光検出装置は、光検出部（Ｐｈｏｔｏともいう）４０１と、制御部（Ｃｔｌともいう）４０２と、データ処理部（ＤａｔａＰともいう）４０３と、を含む。
【０１２８】
また、図５に示す光検出装置は、光検出駆動回路（ＰＳＤｒｖともいう）４１１と、複数の光検出回路（ＰＳともいう）４１２と、データ入力選択回路（ＳＣｔｌともいう）４１３と、差分データ生成回路（Ｄｉｆともいう）４１４と、読み出し回路（Ｒｅａｄともいう）４１５と、Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄともいう）４１６と、光検出制御回路４２１と、画像処理回路（ＩｍｇＰともいう）４３１と、を具備する。
【０１２９】
光検出駆動回路４１１は、光検出部４０１に設けられる。光検出駆動回路４１１は、光検出動作を制御するための回路である。
【０１３０】
光検出駆動回路４１１は、パルス信号である光検出リセット信号、パルス信号である電荷蓄積制御信号、及びパルス信号である出力選択信号を少なくとも出力する。
【０１３１】
光検出駆動回路４１１は、例えば少なくとも３つのシフトレジスタを備える。このとき、光検出駆動回路４１１は、第１のシフトレジスタからパルス信号を出力させることにより、光検出リセット信号を出力し、第２のシフトレジスタからパルス信号を出力させることにより電荷蓄積制御信号を出力し、第３のシフトレジスタからパルス信号を出力させることにより、出力選択信号を出力できる。
【０１３２】
複数の光検出回路４１２は、光検出部４０１の画素部Ｐｉｘにおいて行列方向に設けられる。なお、図５に示す光検出装置では、１個以上の光検出回路４１２により１つの画素が構成される。光検出回路４１２は、入射する光の照度に応じた値の電位である光データ信号を生成する。
【０１３３】
光検出回路４１２としては、実施形態１の光検出装置における光検出回路のいずれかを用いることができる。また、光検出回路４１２に冷却手段を設けてもよい。冷却手段を設けることにより熱によるノイズの発生を抑制できる。
【０１３４】
なお、複数の光検出回路４１２として、赤色を呈する光を受光する光検出回路、緑色を呈する光を受光する光検出回路、及び青色を呈する光を受光する光検出回路を設け、それぞれの光検出回路により光データ信号を生成し、生成した光データ信号のデータを合成してフルカラーの画像信号のデータを生成することもできる。また、上記光検出回路に加え、シアン、マゼンタ、及びイエローの一つ又は複数の色を呈する光を受光する光検出回路を設けてもよい。シアン、マゼンタ、及びイエローの一つ又は複数の色を呈する光を受光する光検出回路を設けることにより、生成される画像信号に基づく画像において、再現可能な色の種類を増やすことができる。例えば、光検出回路に、特定の色を呈する光を透過する着色層を設け、該着色層を介して光検出回路に光を入射させることにより、特定の色を呈する光の照度に応じた値の電位である光データ信号を生成できる。
【０１３５】
データ入力選択回路４１３は、画素部に各列の光検出回路毎に１つ設けられる。データ入力選択回路４１３には、１列分の光検出回路４１２から光データ信号が入力される。データ入力選択回路４１３としては、実施形態１の光検出装置におけるデータ入力選択回路を用いることができる。
【０１３６】
差分データ生成回路４１４は、画素部に各列のデータ入力選択回路４１３に電気的に接続される。差分データ生成回路４１４としては、実施形態１の光検出装置における差分データ生成回路を用いることができる。
【０１３７】
読み出し回路４１５は、光検出部４０１に設けられる。読み出し回路４１５は、光検出回路からデータを読み出す機能を有する。読み出し回路４１５は、各差分データ生成回路４１４の出力端子に電気的に接続される。
【０１３８】
読み出し回路４１５は、例えば選択回路を用いて構成される。例えば、選択回路は、トランジスタを備え、該トランジスタに従って光データ信号が入力されることにより、光データ信号のデータを読み出すことができる。
【０１３９】
Ａ／Ｄ変換回路４１６は、光検出部４０１に設けられる。Ａ／Ｄ変換回路４１６は、読み出し回路４１５から入力されたアナログデータをデジタルデータに変換する機能を有する。なお、必ずしもＡ／Ｄ変換回路４１６を光検出部４０１に設けなくてもよい。
【０１４０】
光検出制御回路４２１は、制御部４０２に設けられる。光検出制御回路４２１は、光検出動作を行うための回路の動作を制御する機能を有する。
【０１４１】
画像処理回路４３１は、データ処理部４０３に設けられる。画像処理回路４３１は、光検出部により生成された光データ信号を用いて画像データの生成を行う機能を有する。
【０１４２】
なお、画素部に表示回路を設けてもよい。これにより、光検出装置をタッチパネルとして機能させることもできる。
【０１４３】
次に、図５に示す光検出装置の駆動方法例について説明する。
【０１４４】
図５に示す光検出装置では、光検出回路４１２において、光データ信号を生成する。このとき、グローバルシャッター方式により、複数の光検出回路４１２において撮像を行うことにより、生成される画像の歪みを抑制できる。
【０１４５】
さらに、データ入力選択回路４１３により、光検出回路４１２がリセット状態における光データ信号を差分データ生成回路４１４の第１の入力端子に入力し、光検出回路４１２が撮像状態における光データ信号を差分データ生成回路４１４の第２の入力端子に入力する。
【０１４６】
さらに、差分データ生成回路４１４により差分データを生成する。
【０１４７】
さらに、読み出し回路４１５により差分データを読み出す。
【０１４８】
さらに、読み出した差分データをＡ／Ｄ変換回路４１６によりデジタルデータに変換する。該データは、例えば画像処理回路４３１などにより所定の処理に用いられる。
【０１４９】
以上が図５に示す光検出装置の駆動方法例の説明である。
【０１５０】
図５を用いて説明したように、本実施形態における光検出装置の一例では、列毎に差分データを生成することにより、差分データ生成回路の数を少なくできる。
【０１５１】
また、本実施形態における光検出装置の一例では、アナログデータによる差分データを生成した後にデジタルデータに変換することにより、生成されるデータからノイズによる変化分を除去する精度を高めることができる。よって、撮像画像の品質を向上させることができる。
【０１５２】
（実施形態４）
本実施形態では、上記実施形態における光検出装置を備えた電子機器の例について説明する。
【０１５３】
本実施形態における電子機器の構成例について、図６及び図７を用いて説明する。
【０１５４】
図６（Ａ）に示す電子機器は、デジタルカメラである。図６（Ａ）に示すデジタルカメラは、筐体１００１ａと、レンズ１００２ａと、シャッターボタン１００３と、電源ボタン１００４と、フラッシュライト１００５と、を具備する。
【０１５５】
さらに、筐体１００１ａ内部に上記実施形態における光検出装置を具備する。これにより、例えばシャッターボタン１００３を押すことにより、レンズ１００２ａを介して入射する光を光検出装置により検出し、撮影などを行うことができる。
【０１５６】
図６（Ｂ）に示す電子機器は、ビデオカメラである。図６（Ｂ）に示すビデオカメラは、筐体１００１ｂと、レンズ１００２ｂと、表示部１００６と、を具備する。
【０１５７】
さらに、筐体１００１ｂ内部に上記実施形態における光検出装置を具備する。これにより、例えばレンズ１００２ｂを介して入射する光を光検出装置により検出することにより、撮影などを行うことができる。
【０１５８】
さらに、図７に示す電子機器は、折り畳み式の情報端末の例であり、図７（Ａ）は外観模式図であり、図７（Ｂ）は、ブロック図である。
【０１５９】
図７に示す電子機器は、図７（Ａ）に示すように、筐体１６００ａと、筐体１６００ｂと、パネル１６０１ａと、パネル１６０１ｂと、軸部１６０２と、ボタン１６０３と、接続端子１６０４と、記録媒体挿入部１６０５と、レンズ１６０８と、を備える。また、図７に示す電子機器は、図７（Ｂ）に示すように、電源部１６１１と、無線通信部１６１２と、演算部１６１３と、音声部１６１４と、パネル部１６１５と、撮像部１６１６と、を有する。
【０１６０】
パネル１６０１ａは、筐体１６００ａに設けられる。
【０１６１】
パネル１６０１ｂは、筐体１６００ｂに設けられる。また、筐体１６００ｂは、軸部１６０２により筐体１６００ａに接続される。
【０１６２】
パネル１６０１ａ及びパネル１６０１ｂは、表示パネルとしての機能を有する。例えば、パネル１６０１ａ及びパネル１６０１ｂに、互いに異なる画像又は一続きの画像を表示させてもよい。
【０１６３】
また、パネル１６０１ａ及びパネル１６０１ｂの一方又は両方がタッチパネルとしての機能を有してもよい。このとき、例えばパネル１６０１ａ及びパネル１６０１ｂの一方又は両方にキーボードの画像を表示させ、キーボードの画像に指１６０９などが触れることにより入力動作を行ってもよい。また、表示パネル及びタッチパネルを積層してパネル１６０１ａ及びパネル１６０１ｂの一方又は両方を構成してもよい。また、表示回路及び光検出回路を備える入出力パネルを用いてパネル１６０１ａ及びパネル１６０１ｂの一方又は両方を構成してもよい。
【０１６４】
図７（Ａ）に示す電子機器では、軸部１６０２があるため、例えば筐体１６００ａ又は筐体１６００ｂを動かして筐体１６００ａを筐体１６００ｂに重畳させ、電子機器を折り畳むことができる。
【０１６５】
ボタン１６０３は、筐体１６００ｂに設けられる。なお、筐体１６００ａにボタン１６０３を設けてもよい。また、複数のボタン１６０３を筐体１６００ａ及び筐体１６００ｂの一方又は両方に設けてもよい。例えば、電源ボタンであるボタン１６０３を設けることにより、ボタン１６０３を押すことで電子機器をオン状態にするか否かを制御できる。
【０１６６】
接続端子１６０４は、筐体１６００ａに設けられる。なお、筐体１６００ｂに接続端子１６０４を設けてもよい。また、複数の接続端子１６０４を筐体１６００ａ及び筐体１６００ｂの一方又は両方に設けてもよい。例えば、接続端子１６０４を介してパーソナルコンピュータと電子機器を接続することにより、パーソナルコンピュータにより、電子機器に記憶されたデータの内容を書き換えてもよい。
【０１６７】
記録媒体挿入部１６０５は、筐体１６００ａに設けられる。なお、筐体１６００ｂに記録媒体挿入部１６０５を設けてもよい。また、複数の記録媒体挿入部１６０５を筐体１６００ａ及び筐体１６００ｂの一方又は両方に設けてもよい。例えば、記録媒体挿入部にカード型記録媒体を挿入することにより、カード型記録媒体から電子機器へのデータの読み出し、又は電子機器内データのカード型記録媒体への書き込みを行うことができる。
【０１６８】
レンズ１６０８は、筐体１６００ｂに設けられる。なお、筐体１６００ａにレンズ１６０８を設けてもよい。また、複数のレンズ１６０８を筐体１６００ａ及び筐体１６００ｂの一方又は両方に設けてもよい。
【０１６９】
また、筐体１６００ａ及び筐体１６００ｂの内部に上記実施形態における光検出装置を具備する。レンズ１６０８を介して入射する光を光検出装置により検出し、静止画又は動画の撮影などを行うことができる。また、パネル１６０１ａ及びパネル１６０１ｂに上記実施形態における光検出装置を設けてもよい。光検出装置としては、例えば実施形態２に示す光検出装置を用いることができる。
【０１７０】
また、電源部１６１１は、電子機器を動作するための電力の供給を制御する機能を有する。例えば、電源部１６１１から無線通信部１６１２、演算部１６１３、音声部１６１４、及びパネル部１６１５に電力が供給される。電源部１６１１は、例えば蓄電装置を備える。蓄電装置は、筐体１６００ａ及び筐体１６００ｂの一方又は両方の内部に設けられる。なお、電子機器を動作するための電源電圧を生成する電源回路を電源部１６１１に設けてもよい。このとき、蓄電装置により供給される電力を用いて電源回路において電源電圧が生成される。また、電源部１６１１を商用電源に接続してもよい。
【０１７１】
無線通信部１６１２は、電波の送受信を行う機能を有する。例えば、無線通信部１６１２は、アンテナ、復調回路、変調回路などを備える。このとき、例えばアンテナによる電波の送受信を用いて外部とのデータのやりとりを行う。なお、無線通信部１６１２に複数のアンテナを設けてもよい。
【０１７２】
演算部１６１３は、例えば無線通信部１６１２、音声部１６１４、パネル部１６１５、及び撮像部１６１６から入力される命令信号に従って演算処理を行う機能を有する。例えば、演算部１６１３には、ＣＰＵ、論理回路、及び記憶回路などが設けられる。
【０１７３】
音声部１６１４は、音声データである音の入出力を制御する機能を有する。例えば、音声部１６１４は、スピーカー、及びマイクを備える。
【０１７４】
電源部１６１１、無線通信部１６１２、演算部１６１３、及び音声部１６１４は、例えば筐体１６００ａ及び筐体１６００ｂの一方又は両方の内部に設けられる。
【０１７５】
パネル部１６１５は、パネル１６０１ａ（パネルＡともいう）及びパネル１６０１ｂ（パネルＢともいう）の動作を制御する機能を有する。なお、パネル部１６１５にパネル１６０１ａ及びパネル１６０１ｂの駆動を制御する駆動回路を設け、パネル１６０１ａ及びパネル１６０１ｂにおける動作を制御してもよい。
【０１７６】
撮像部１６１６は、光検出装置１６１０を有する。撮像部１６１６は、光検出装置１６１０の動作を制御する機能を有する。
【０１７７】
なお、電源部１６１１、無線通信部１６１２、演算部１６１３、音声部１６１４、パネル部１６１５、及び撮像部１６１６の一つ又は複数に制御回路を設け、制御回路により動作を制御してもよい。また、演算部１６１３に制御回路を設け、演算部１６１３の制御回路により、電源部１６１１、無線通信部１６１２、音声部１６１４、パネル部１６１５、及び撮像部１６１６の一つ又は複数の動作を制御してもよい。
【０１７８】
また、電源部１６１１、無線通信部１６１２、音声部１６１４、パネル部１６１５、及び撮像部１６１６の一つ又は複数に記憶回路を設け、記憶回路により動作させる際に必要なデータを記憶させてもよい。これにより、動作速度を速くできる。
【０１７９】
また、図７に示す電子機器は、商用電源から電力の供給を受けることができ、また蓄電装置に蓄積された電力を用いることもできる。よって、例えば停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない場合であっても、蓄電装置を電源として用いることで、電子機器を駆動させることができる。
【０１８０】
図７に示す構成にすることにより、図７に示す電子機器を、例えば電話機、電子書籍、パーソナルコンピュータ、及び遊技機の一つ又は複数としての機能を有する構成にすることができる。
【０１８１】
図６及び図７を用いて説明したように、本実施形態における電子機器の一例は、上記実施形態における光検出装置を用いることができる。上記光検出装置を用いることにより、精度の高い撮像が可能な電子機器を提供できる。
【実施例１】
【０１８２】
本実施例では、実際に作製した光検出装置について説明する。
【０１８３】
本実施例における光検出装置は、行列方向に配列された複数の光検出回路と、各列の光検出回路の光データ信号が入力される複数の差分データ生成回路と、各差分データ生成回路の入力端子の電位を制御する複数のデータ入力選択回路と、を具備する。なお、光検出回路の行数は１５０行である。
【０１８４】
さらに、ｎ行目（ｎは２以上の自然数）の光検出回路を含む光検出装置の回路構成について図８を用いて説明する。
【０１８５】
図８（Ａ）に示す光検出装置は、光検出回路ＰＳと、差分データ生成回路Ｄｉｆと、データ入力選択回路ＤＩＳと、カラムバスＣＢ１と、カラムバスＣＢ２と、電界効果トランジスタ９０２８＿１と、電界効果トランジスタ９０２８＿２と、を具備する。
【０１８６】
光検出回路ＰＳは、フォトダイオード９０１０と、電界効果トランジスタ９０２１乃至電界効果トランジスタ９０２４と、容量素子９０３１と、容量素子９０３２と、電界効果トランジスタ９０２５＿１と、電界効果トランジスタ９０２５＿２と、を備える。
【０１８７】
フォトダイオード９０１０のカソードは、光検出リセット信号線ＰＲに接続される。
【０１８８】
電界効果トランジスタ９０２１におけるソース及びドレインの一方は、フォトダイオード９０１０におけるアノードに接続される。また、電界効果トランジスタ９０２１におけるゲートは、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１に接続される。
【０１８９】
電界効果トランジスタ９０２２におけるソース及びドレインの一方は、フォトダイオード９０１０におけるアノードに接続される。また、電界効果トランジスタ９０２２におけるゲートは、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２に接続される。
【０１９０】
容量素子９０３１における一対の電極の一方は、電界効果トランジスタ９０２１におけるソース及びドレインの他方に接続される。また、容量素子９０３１における一対の電極の他方には、接地電位が供給される。
【０１９１】
容量素子９０３２における一対の電極の一方は、電界効果トランジスタ９０２２におけるソース及びドレインの他方に接続される。また、容量素子９０３２における一対の電極の他方には、接地電位が供給される。
【０１９２】
電界効果トランジスタ９０２３におけるソース及びドレインの一方は、電界効果トランジスタ９０２１におけるソース及びドレインの他方に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２３におけるゲートは、データ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１［ｎ］に接続される。
【０１９３】
電界効果トランジスタ９０２４におけるソース及びドレインの一方には、電位Ｖｐｉが供給される。また、電界効果トランジスタ９０２４におけるゲートは、電界効果トランジスタ９０２２におけるソース及びドレインの他方、並びに電界効果トランジスタ９０２３におけるソース及びドレインの他方に接続される。
【０１９４】
電界効果トランジスタ９０２５＿１におけるソース及びドレインの一方は、電界効果トランジスタ９０２４におけるソース及びドレインの他方に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２５＿１におけるソース及びドレインの他方は、カラムバスＣＢ１に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２５＿１におけるゲートは、データ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１［ｎ］に接続される。
【０１９５】
電界効果トランジスタ９０２５＿２におけるソース及びドレインの一方は、電界効果トランジスタ９０２４におけるソース及びドレインの他方に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２５＿２におけるソース及びドレインの他方は、カラムバスＣＢ２に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２５＿２におけるゲートは、データ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２［ｎ］に接続される。
【０１９６】
差分データ生成回路Ｄｉｆは、差動増幅器（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ａｍｐともいう）９０４０を備える。
【０１９７】
データ入力選択回路ＤＩＳは、電界効果トランジスタ９０２６と、電界効果トランジスタ９０２７と、を備える。
【０１９８】
電界効果トランジスタ９０２６におけるソース及びドレインの一方は、カラムバスＣＢ１に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２６におけるソース及びドレインの他方は、差分データ生成回路Ｄｉｆにおける差動増幅器９０４０の負入力端子に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２６におけるゲートは、データ入力選択信号線ＳｅｌｅｃｔＰに接続される。
【０１９９】
電界効果トランジスタ９０２７におけるソース及びドレインの一方は、カラムバスＣＢ２に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２７におけるソース及びドレインの他方は、差分データ生成回路Ｄｉｆにおける差動増幅器９０４０の正入力端子に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２７におけるゲートは、データ入力選択信号線ＳｅｌｅｃｔＤに接続される。
【０２００】
電界効果トランジスタ９０２８＿１におけるソース及びドレインの一方には、電位Ｖｐ０が与えられる。また、電界効果トランジスタ９０２８＿１におけるソース及びドレインの他方は、カラムバスＣＢ１に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２８＿１におけるゲートは、電圧供給線Ｂｉａｓに接続される。
【０２０１】
電界効果トランジスタ９０２８＿２におけるソース及びドレインの一方には、電位Ｖｐ０が与えられる。また、電界効果トランジスタ９０２８＿２におけるソース及びドレインの他方は、カラムバスＣＢ２に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２８＿２におけるゲートは、電圧供給線Ｂｉａｓに接続される。
【０２０２】
また、容量素子９０３３及び容量素子９０３４は、寄生容量である。
【０２０３】
次に、本実施例における光検出装置の駆動方法について図８（Ｂ）のタイミングチャートを用いて説明する。
【０２０４】
図８（Ｂ）に示すように、まず光検出リセット信号線ＰＲのパルス、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１のパルス、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２のパルスを入力して光検出回路ＰＳをリセット状態にする。
【０２０５】
次に、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２のパルスにより、電界効果トランジスタ９０２２をオフ状態にしてノードＦＤ２の電荷を保持する。
【０２０６】
また、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１のパルスにより、電界効果トランジスタ９０２１をオフ状態にしてノードＦＤ１の電荷を保持する。
【０２０７】
上記動作を光検出回路毎に行う。
【０２０８】
次に、データ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２［Ｋ（Ｋは１以上１５０以下の自然数）］のパルスを入力し、カラムバスＣＢ２に光データ信号を出力する。このときの光データ信号のデータは、光検出回路ＰＳがリセット状態のときにおけるデータである。
【０２０９】
次に、データ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１［Ｋ（Ｋは１以上１５０以下の自然数）］のパルスを入力し、カラムバスＣＢ１に光データ信号を出力する。このときの光データ信号のデータは、光検出回路ＰＳが撮像状態のときにおけるデータである。
【０２１０】
また、データ入力選択信号線ＳｅｌｅｃｔＰのパルスにより、カラムバスＣＢ１を介して入力される光データ信号を差分データ生成回路Ｄｉｆにおける差動増幅器９０４０に出力し、データ入力選択信号線ＳｅｌｅｃｔＤのパルスによりカラムバスＣＢ２を介して入力される光データ信号を差分データ生成回路Ｄｉｆにおける差動増幅器９０４０に出力する。
【０２１１】
差分データ生成回路Ｄｉｆにおける差動増幅器９０４０では、カラムバスＣＢ１を介して入力される光データ信号のデータとカラムバスＣＢ２を介して入力される光データ信号のデータの差分データを生成し、該差分データを出力信号としてＡ／Ｄコンバータに出力する。
【０２１２】
以上が本実施例における光検出装置の駆動方法である。
【０２１３】
次に、図８（Ａ）に示す光検出装置における光検出回路の構造について図９を用いて説明する。図９（Ａ）は、平面模式図である。また、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）における線分Ａ−Ｂの断面模式図である。なお、図９では、実際の寸法と異なる構成要素を含む。また、便宜のため、図９（Ｂ）では、図９（Ａ）における線分Ａ−Ｂの断面の一部を省略している。
【０２１４】
図９に示す光検出回路は、フォトダイオード９０１０、電界効果トランジスタ９０２１、電界効果トランジスタ９０２２と、容量素子９０３１と、容量素子９０３２と、電界効果トランジスタ９０２３と、電界効果トランジスタ９０２４と、電界効果トランジスタ９０２５＿１と、及び電界効果トランジスタ９０２５＿２と、を含む。
【０２１５】
電界効果トランジスタ９０２１乃至電界効果トランジスタ９０２３は、チャネルが形成される酸化物半導体層を含むトランジスタにより構成されるＮチャネル型トランジスタである。また、電界効果トランジスタ９０２４、電界効果トランジスタ９０２５＿１、及び電界効果トランジスタ９０２５＿２は、チャネルが形成されるシリコン半導体層を含むＮチャネル型トランジスタである。また、フォトダイオード９０１０は、シリコン半導体層を用いて構成される横接合型のＰＩＮダイオードである。
【０２１６】
また、図９（Ｂ）に示すように、光検出回路は、半導体層９５１３ａ及び半導体層９５１３ｂと、絶縁層９５１６と、導電層９５１７と、絶縁層９５１８と、酸化物半導体層９５１９と、導電層９５２０ａ乃至導電層９５２０ｅと、絶縁層９５２１と、導電層９５２２ａ乃至導電層９５２２ｃと、絶縁層９５２３と、導電層９５２４と、を含む。
【０２１７】
半導体層９５１３ａ及び半導体層９５１３ｂは、絶縁層９５０２を介して基板９５００の上に設けられる。
【０２１８】
基板９５００としては、単結晶シリコン基板を用いた。
【０２１９】
絶縁層９５０２としては、厚さ４００ｎｍの酸化シリコン層、厚さ５０ｎｍ窒化酸化シリコン層、及び厚さ１００ｎｍの酸化シリコン層の積層を用いた。
【０２２０】
半導体層９５１３ａは、Ｎ型領域９５１４ａ及びＰ型領域９５１５を含む。
【０２２１】
半導体層９５１３ｂは、Ｎ型領域９５１４ｂ及びＮ型領域９５１４ｃを含む。
【０２２２】
半導体層９５１３ｂとしては、厚さ１３０ｎｍの単結晶シリコン層を用いた。また、半導体層９５１３ａとしては、厚さ１３０ｎｍの単結晶シリコン層をエッチングした厚さ６０ｎｍの単結晶シリコン層を用いた。
【０２２３】
絶縁層９５１６は、半導体層９５１３ａ及び半導体層９５１３ｂの上に設けられる。絶縁層９５１６としては、厚さ２０ｎｍの酸化シリコン層を用いた。
【０２２４】
導電層９５１７は、絶縁層９５１６を介して半導体層９５１３ｂの上に設けられる。導電層９５１７としては、厚さ３０ｎｍの窒化タンタル層と厚さ１７０ｎｍのタングステン層の積層を用いた。
【０２２５】
絶縁層９５１８は、絶縁層９５１６及び導電層９５１７の上に設けられる。絶縁層９５１８としては、厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン層と厚さ５００ｎｍの酸化シリコン層の積層を用いた。
【０２２６】
酸化物半導体層９５１９は、絶縁層９５１８の上に設けられる。酸化物半導体層９５１９としては、厚さ２０ｎｍのＩＧＺＯ層を用いた。
【０２２７】
導電層９５２０ａは、絶縁層９５１６及び絶縁層９５１８を貫通して設けられた開口部を介して半導体層９５１３ａにおけるＮ型領域９５１４ａに接する。
【０２２８】
導電層９５２０ｂは、絶縁層９５１６及び絶縁層９５１８を貫通して設けられた開口部を介して半導体層９５１３ａにおけるＰ型領域９５１５に接する。また、導電層９５２０ｂは、酸化物半導体層９５１９に接する。
【０２２９】
導電層９５２０ｃは、酸化物半導体層９５１９に接する。
【０２３０】
導電層９５２０ｄは、絶縁層９５１６及び絶縁層９５１８を貫通して設けられた開口部を介して半導体層９５１３ｂにおけるＮ型領域９５１４ｂに接する。
【０２３１】
導電層９５２０ｅは、絶縁層９５１６及び絶縁層９５１８を貫通して設けられた開口部を介して半導体層９５１３ｂにおけるＮ型領域９５１４ｃに接する。
【０２３２】
導電層９５２０ａ乃至導電層９５２０ｅとしては、厚さ１００ｎｍのタングステン層を用いた。
【０２３３】
絶縁層９５２１は、絶縁層９５１８、酸化物半導体層９５１９、及び導電層９５２０ａ乃至導電層９５２０ｅの上に設けられる。
【０２３４】
絶縁層９５２１としては、厚さ３０ｎｍの酸化窒化シリコン層を用いた。
【０２３５】
導電層９５２２ａは、絶縁層９５２１を介して酸化物半導体層９５１９の上に設けられる。
【０２３６】
導電層９５２２ｂは、絶縁層９５２１を介して導電層９５２０ｃに重畳する。
【０２３７】
導電層９５２２ｃは、絶縁層９５２１の上に設けられる。
【０２３８】
導電層９５２２ａ乃至導電層９５２２ｃとしては、厚さ３０ｎｍの窒化タンタル層と厚さ１３５ｎｍのタングステン層の積層を用いた。
【０２３９】
絶縁層９５２３は、絶縁層９５２１、及び導電層９５２２ａ乃至導電層９５２２ｃの上に設けられる。
【０２４０】
絶縁層９５２３としては、厚さ５０ｎｍの酸化アルミニウム層と厚さ３００ｎｍの酸化窒化シリコン層の積層を用いた。
【０２４１】
導電層９５２４は、絶縁層９５２３を貫通して設けられた開口部を介して導電層９５２２ｂに接する。
【０２４２】
導電層９５２４としては、厚さ５０ｎｍのチタン層と厚さ２００ｎｍのアルミニウム層と厚さ５０ｎｍのチタン層の積層を用いた。
【０２４３】
酸化物半導体層を含む電界効果トランジスタ（例えば電界効果トランジスタ９０２１）は、フォトダイオード９０１０及びシリコン半導体層を含む電界効果トランジスタ（例えば電界効果トランジスタ９０２４）の上に設けられる。これにより、面積の増大を抑制できる。
【０２４４】
以上が図８（Ａ）に示す光検出装置における光検出回路の構造の説明である。
【０２４５】
図８及び図９を用いて説明したように、本実施例における光検出装置では、シリコン半導体層を用いてフォトダイオード及び電界効果トランジスタを形成し、さらにシリコン半導体層の上に酸化物半導体層を用いて電界効果トランジスタを形成することにより、上記実施形態における光検出装置を作製することができた。
【符号の説明】
【０２４６】
１１０ 光電変換素子
１２１ 電界効果トランジスタ
１２２ 電界効果トランジスタ
１２３ 電界効果トランジスタ
１２４ 電界効果トランジスタ
１２５ 電界効果トランジスタ
１２５＿１ 電界効果トランジスタ
１２５＿２ 電界効果トランジスタ
１２６ 電界効果トランジスタ
１２７ 電界効果トランジスタ
１２８ 電界効果トランジスタ
１３１ 容量素子
１３２ 容量素子
１４０ 差動増幅器
４０１ 光検出部
４０２ 制御部
４０３ データ処理部
４１１ 光検出駆動回路
４１２ 光検出回路
４１３ データ入力選択回路
４１４ 差分データ生成回路
４１５ 読み出し回路
４１６ Ａ／Ｄ変換回路
４２１ 光検出制御回路
４３１ 画像処理回路
１００１ａ 筐体
１００１ｂ 筐体
１００２ａ レンズ
１００２ｂ レンズ
１００３ シャッターボタン
１００４ 電源ボタン
１００５ フラッシュライト
１００６ 表示部
１６００ａ 筐体
１６００ｂ 筐体
１６０１ａ パネル
１６０１ｂ パネル
１６０２ 軸部
１６０３ ボタン
１６０４ 接続端子
１６０５ 記録媒体挿入部
１６０８ レンズ
１６０９ 指
１６１０ 光検出装置
１６１１ 電源部
１６１２ 無線通信部
１６１３ 演算部
１６１４ 音声部
１６１５ パネル部
１６１６ 撮像部
９０１０ フォトダイオード
９０２１ 電界効果トランジスタ
９０２２ 電界効果トランジスタ
９０２３ 電界効果トランジスタ
９０２４ 電界効果トランジスタ
９０２５＿１ 電界効果トランジスタ
９０２５＿２ 電界効果トランジスタ
９０２６ 電界効果トランジスタ
９０２７ 電界効果トランジスタ
９０２８＿１ 電界効果トランジスタ
９０２８＿２ 電界効果トランジスタ
９０３１ 容量素子
９０３２ 容量素子
９０３３ 容量素子
９０３４ 容量素子
９０４０ 差動増幅器
９５００ 基板
９５０２ 絶縁層
９５１３ａ 半導体層
９５１３ｂ 半導体層
９５１４ａ Ｎ型領域
９５１４ｂ Ｎ型領域
９５１４ｃ Ｎ型領域
９５１５ Ｐ型領域
９５１６ 絶縁層
９５１７ 導電層
９５１８ 絶縁層
９５１９ 酸化物半導体層
９５２０ａ 導電層
９５２０ｂ 導電層
９５２０ｃ 導電層
９５２０ｄ 導電層
９５２０ｅ 導電層
９５２１ 絶縁層
９５２２ａ 導電層
９５２２ｂ 導電層
９５２２ｃ 導電層
９５２３ 絶縁層
９５２４ 導電層
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、光検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、入射する光の照度に応じた値のデータを生成することが可能な光検出回路（光センサともいう）を用いて情報を入力する光検出装置、又は該光検出回路を用いて情報を入力し、且つ入力した情報に応じて情報を出力する光検出装置などの技術開発が進められている。
【０００３】
光検出装置としては、例えばイメージセンサが挙げられる。イメージセンサとしては、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどが挙げられる（例えば特許文献１）。
【０００４】
さらに、ＣＭＯＳイメージセンサの駆動方式としては、ローリングシャッター方式及びグローバルシャッター方式がある。ローリングシャッター方式は、行列方向に配列された複数の光検出回路において、行毎に順次露光する方式であり、グローバルシャッター方式は、全ての行の光検出回路において、一括で露光する方式である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１０４１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の光検出装置は、ノイズの影響により生成されるデータのばらつきが大きいといった問題があった。上記ノイズとしては、ランダムノイズ又は固定パターンノイズなどがある。例えば、ランダムノイズとしては、リセットノイズが挙げられる。リセットノイズは、光検出回路により生成される光データ信号に含まれるノイズである。上記ランダムノイズは、例えば光検出回路内における各素子間の接続抵抗などに応じて生じる。また、固定パターンノイズは、例えば光検出装置内における素子の電気特性のばらつきなどに応じて生じる。
【０００７】
例えば、光検出装置では、光検出回路における受光面積が小さくなると、受光量に応じて生成される光電流の量が少なくなる。そのため、リーク電流やノイズの影響が大きくなり、正確なデータの取得（撮像ともいう）が困難になる。例えば、携帯電話などの小型機器に搭載される光検出装置は、微細化が進み、受光量に対するリーク電流やノイズの影響がより深刻な問題となる。
【０００８】
本発明の一態様では、ノイズによる影響を低減することを課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様では、光検出回路で生成される互いに異なる２つの期間のデータの差分データを生成する。差分データを生成することにより、データ中におけるノイズによる変化分の除去を図る。
【００１０】
本発明の一態様は、光検出回路と、差分データ生成回路と、データ入力選択回路と、を具備する光検出装置である。
【００１１】
光検出回路は、光データ信号を生成する機能を有する。
【００１２】
差分データ生成回路には、第１のデータ信号及び第２のデータ信号が入力される。また、差分データ生成回路は、第１のデータ信号のデータと第２のデータ信号のデータとの差分データを生成する機能を有する。
【００１３】
データ入力選択回路は、光データ信号のデータを第１のデータ信号のデータとみなすか第２のデータ信号のデータとみなすかを決定する機能を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一態様により、生成されるデータからノイズによる変化分を除去できるため、ノイズによる影響を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】光検出装置の例を説明するための図。
【図２】光検出装置の例を説明するための図。
【図３】光検出装置の例を説明するための図。
【図４】光検出装置の例を説明するための図。
【図５】光検出装置の例を説明するための図。
【図６】電子機器の例を説明するための図。
【図７】電子機器の例を説明するための図。
【図８】光検出装置の例を説明するための図。
【図９】光検出装置の例を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を説明するための実施形態の一例について、図面を用いて以下に説明する。なお、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなく実施形態の内容を変更することは、当業者であれば容易である。よって、本発明は、以下に示す実施形態の記載内容に限定されない。
【００１７】
なお、各実施形態の内容を互いに適宜組み合わせることができる。また、各実施形態の内容を互いに適宜置き換えることができる。
【００１８】
また、第１、第２などの序数は、構成要素の混同を避けるために付しており、各構成要素の数は、序数の数に限定されない。
【００１９】
（実施形態１）
本実施形態では、差分データの生成が可能な光検出装置の例について図１を用いて説明する。
【００２０】
図１（Ａ）に示す光検出装置は、光検出回路ＰＳと、差分データ生成回路Ｄｉｆと、データ入力選択回路ＤＩＳと、を具備する。
【００２１】
光検出回路ＰＳは、光データ信号を生成する機能を有する。例えば、撮像期間に取得した光データ信号のデータは、光検出回路に入射する光の照度に応じた値（受光量に応じた値）となる。なお、複数の光検出回路を光検出装置に設けてもよい。
【００２２】
光検出回路ＰＳは、光電変換素子及び電界効果トランジスタを用いて構成される。
【００２３】
差分データ生成回路Ｄｉｆの第１の入力端子及び第２の入力端子には、データ信号Ｓ１１及びデータ信号Ｓ１２がそれぞれ入力される。差分データ生成回路Ｄｉｆは、データ信号Ｓ１１のデータとデータ信号Ｓ１２のデータとの差分データを生成する機能を有する。
【００２４】
差分データ生成回路Ｄｉｆは、データ信号Ｓ１１のデータとデータ信号Ｓ１２のデータの減算処理を行う機能を有する回路を用いて構成される。差分データ生成回路Ｄｉｆとしては、例えば差動増幅器又は減算器などを用いることができる。
【００２５】
データ入力選択回路ＤＩＳは、光検出回路ＰＳにより生成され、差分データ生成回路Ｄｉｆに入力される光データ信号のデータを、データ信号Ｓ１１のデータとみなすかデータ信号Ｓ１２のデータとみなすかを決定する機能を有する。
【００２６】
データ入力選択回路ＤＩＳは、例えばスイッチＳｗ１及びスイッチＳｗ２を用いて構成される。スイッチＳｗ１は、光データ信号のデータを、データ信号Ｓ１１のデータとして差分データ生成回路Ｄｉｆに入力するか否かを制御する機能を有する。また、スイッチＳｗ２は、光データ信号のデータを、データ信号Ｓ１２のデータとして差分データ生成回路Ｄｉｆに入力するか否かを制御する機能を有する。なお、複数の素子によりスイッチＳｗ１及びスイッチＳｗ２のそれぞれを構成してもよい。
【００２７】
次に、本実施形態における光検出装置の駆動方法例として、図１（Ａ）に示す光検出装置の駆動方法例について、図１（Ｂ−１）及び図１（Ｂ−２）の動作模式図を用いて説明する。
【００２８】
図１（Ａ）に示す光検出装置の駆動方法例では、光検出回路ＰＳにより光データ信号を生成する。このとき、光データ信号のデータが期間ＴＡのデータの場合には、光データ信号のデータ（Ｄ＿ＰＤともいう）をＤＡとする（Ｄ＿ＰＤ＝ＤＡ）。また、光データ信号のデータが期間ＴＢのデータの場合には、光データ信号のデータ（Ｄ＿ＰＤともいう）をＤＢとする（Ｄ＿ＰＤ＝ＤＢ）。期間ＴＡは、例えば光検出回路ＰＳがリセット状態になる期間（リセット期間ともいう）である。また、期間ＴＢは、例えば光検出回路ＰＳが撮像状態になる期間（撮像期間ともいう）である。
【００２９】
また、ＤＡである光データ信号のデータ及びＤＢである光データ信号のデータのそれぞれには、互いに共通のノイズ成分が含まれる。
【００３０】
光データ信号のデータがＤＡ（Ｄ＿ＰＤ＝ＤＡ）のとき、図１（Ｂ−１）に示すように、データ入力選択回路ＤＩＳにより、光データ信号のデータを、データ信号Ｓ１２のデータとして差分データ生成回路Ｄｉｆに入力する。例えば、スイッチＳｗ２をオン状態にし、スイッチＳｗ１をオフ状態にすることにより、光データ信号のデータを、データ信号Ｓ１２のデータとして差分データ生成回路Ｄｉｆに入力できる。
【００３１】
また、光データ信号のデータがＤＢ（Ｄ＿ＰＤ＝ＤＢ）のとき、図１（Ｂ−２）に示すように、データ入力選択回路ＤＩＳにより、光データ信号のデータを、データ信号Ｓ１１のデータとして差分データ生成回路Ｄｉｆに入力する。例えば、スイッチＳｗ１をオン状態にし、スイッチＳｗ２をオフ状態にすることにより、光データ信号のデータを、データ信号Ｓ１１のデータとして差分データ生成回路Ｄｉｆに入力できる。
【００３２】
また、差分データ生成回路Ｄｉｆにより、データ信号Ｓ１１のデータとデータ信号Ｓ１２のデータとの差分データを生成する。よって、生成される差分データから、データ信号Ｓ１１のデータ（ＤＢ）及びデータ信号Ｓ１２のデータ（ＤＡ）のそれぞれに含まれていた共通のノイズによる変化分が除去される。
【００３３】
さらに、差分データ生成回路Ｄｉｆにより、生成した差分データを信号として出力する。
【００３４】
以上が図１（Ａ）に示す光検出装置の駆動方法例である。
【００３５】
図１を用いて説明したように、本実施形態における光検出装置の一例では、光検出回路で生成される、異なる２つの期間での光データ信号の差分データを生成する。２つの期間における光データ信号のデータのそれぞれには共通のノイズ成分が含まれるため、差分データを生成することにより、ノイズによる変化分を除去できる。よって、ノイズによる影響を抑制できる。また、撮像画像の品質を向上させることができる。なお、上記ノイズによる変化分の除去手段を相関二重サンプリング（ＣＤＳともいう）ともいう。
【００３６】
また、本実施形態における光検出装置の一例では、データ入力選択回路により光検出回路における光データ信号のデータに応じて、該データを、第１のデータ信号のデータとみなすか第２のデータ信号のデータとみなすかを決定する。これにより、１種類の光データ信号から差分データを生成できるため、光検出回路の素子の数を少なくできる。よって、光検出装置の開口率を向上できる。
【００３７】
（実施形態２）
本実施形態では、実施形態１に示す光検出装置の構成例について図２乃至図４を用いて説明する。なお、実施形態１に示す光検出装置の説明と同じ部分については、実施形態１に示す光検出装置の説明を適宜援用できるため、本実施形態では説明を省略する。
【００３８】
図２（Ａ）に示す光検出装置は、図１（Ａ）に示す光検出装置と同様に、光検出回路ＰＳと、差分データ生成回路Ｄｉｆと、データ入力選択回路ＤＩＳと、を具備する。さらに、図２（Ａ）に示す光検出装置は、データバスＤＢと、スイッチＳｗ＿ＢＲと、を具備する。
【００３９】
光検出回路ＰＳは、光電変換素子１１０と、電界効果トランジスタ１２１乃至電界効果トランジスタ１２５と、容量素子１３１及び容量素子１３２と、を備える。
【００４０】
光電変換素子１１０は、第１の電流端子及び第２の電流端子を有し、入射する光の照度に応じて第１の電流端子及び第２の電流端子の間に電流（光電流ともいう）が流れる。
【００４１】
光電変換素子１１０の第１の電流端子には、パルス信号である光検出リセット信号が入力される。また、光電変換素子１１０の第１の電流端子に単位電位である電位Ｖｘを供給してもよい。
【００４２】
光電変換素子１１０としては、例えばフォトダイオード又はフォトトランジスタなどを用いることができる。フォトダイオードの場合、フォトダイオードにおけるアノード及びカソードの一方が光電変換素子の第１の電流端子に相当する。また、フォトダイオードにおけるアノード及びカソードの他方が光電変換素子の第２の電流端子に相当する。また、電界効果型のフォトトランジスタの場合、フォトトランジスタにおけるソース及びドレインの一方が光電変換素子の第１の電流端子に相当する。また、フォトトランジスタにおけるソース及びドレインの他方が光電変換素子の第２の電流端子に相当する。なおこれに限定されず、バイポーラ型のフォトトランジスタを用いてもよい。
【００４３】
電界効果トランジスタ１２１におけるソース及びドレインの一方は、光電変換素子１１０における第２の電流端子に接続され、電界効果トランジスタ１２１におけるゲートには、パルス信号である第１の電荷伝送制御信号が入力される。電界効果トランジスタ１２１は、光電変換素子１１０に入射する光の照度に応じた電荷の伝送を制御する機能を有する。このとき、上記機能を有するトランジスタを電荷伝送制御トランジスタともいう。
【００４４】
電界効果トランジスタ１２２におけるソース及びドレインの一方は、光電変換素子１１０における第２の電流端子に接続され、電界効果トランジスタ１２２におけるゲートには、パルス信号である第２の電荷伝送制御信号が入力される。電界効果トランジスタ１２２は、光電変換素子１１０に入射する光の照度に応じた電荷の伝送を制御する機能を有する。
【００４５】
容量素子１３１における一対の電極の一方は、電界効果トランジスタ１２１におけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される。また、容量素子１３１における一対の電極の他方には、電位Ｖｃが与えられる。電位Ｖｃは、任意の値の電位である。容量素子１３１は、第１の電荷保持容量としての機能を有する。
【００４６】
容量素子１３２における一対の電極の一方は、電界効果トランジスタ１２２におけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される。また、容量素子１３２における一対の電極の他方には、単位電位である電位Ｖｃが供給される。容量素子１３２は、第２の電荷保持容量としての機能を有する。
【００４７】
電界効果トランジスタ１２３におけるソース及びドレインの一方は、電界効果トランジスタ１２１におけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２３におけるゲートには、パルス信号である第３の電荷伝送制御信号が入力される。なお、電界効果トランジスタ１２３におけるソース及びドレインの一方と電界効果トランジスタ１２１におけるソース及びドレインの他方との接続箇所をノードＦＤ１ともいう。電界効果トランジスタ１２３は、光電変換素子１１０に入射する光の照度に応じた電荷の伝送を制御する機能を有する。
【００４８】
電界効果トランジスタ１２４におけるソース及びドレインの一方には、単位電位である電位Ｖｂが供給される。また、電界効果トランジスタ１２４におけるゲートは、電界効果トランジスタ１２２におけるソース及びドレインの他方、並びに電界効果トランジスタ１２３におけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２４におけるゲートと電界効果トランジスタ１２２におけるソース及びドレインの他方、並びに電界効果トランジスタ１２３におけるソース及びドレインの他方との接続箇所をノードＦＤ２ともいう。さらに、電界効果トランジスタ１２４におけるソース及びドレインの間に流れる電流に応じて光データ信号の電位が設定される。電界効果トランジスタ１２４は、光電変換素子１１０の光電流に応じたデータを増幅する機能を有する。上記機能を有するトランジスタを増幅トランジスタともいう。
【００４９】
電界効果トランジスタ１２５におけるソース及びドレインの一方は、電界効果トランジスタ１２４におけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２５におけるソース及びドレインの他方は、データバスＤＢに電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２５におけるゲートには、パルス信号である出力選択信号が入力される。電界効果トランジスタ１２５は、光検出回路ＰＳにより生成する光データ信号を出力するか否かを選択する機能を有する。上記機能を有するトランジスタを出力選択トランジスタともいう。なお、電界効果トランジスタ１２５におけるソース及びドレインの他方とデータバスＤＢとの接続箇所をノードＦＤ３ともいう。
【００５０】
差分データ生成回路Ｄｉｆは、差動増幅器１４０を備える。
【００５１】
差動増幅器１４０は、負入力端子（端子ＩＮ−ともいう）、正入力端子（端子ＩＮ＋ともいう）、及び出力端子（端子Ｏｕｔともいう）を有する。差動増幅器１４０は、負入力端子（端子ＩＮ−）を介して入力される信号のデータと正入力端子（端子ＩＮ＋）を介して入力される信号のデータの差分データを生成し、出力端子（端子Ｏｕｔ）を介して該差分データに応じた電位の信号を出力する機能を有する。
【００５２】
データ入力選択回路ＤＩＳは、電界効果トランジスタ１２６と、電界効果トランジスタ１２７と、を備える。
【００５３】
電界効果トランジスタ１２６におけるソース及びドレインの一方は、データバスＤＢに電気的に接続される。よって、電界効果トランジスタ１２６におけるソース及びドレインの一方は、電界効果トランジスタ１２５におけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２６におけるソース及びドレインの他方は、差動増幅器１４０における負入力端子に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２６におけるゲートには、パルス信号である第１のデータ入力選択信号が入力される。電界効果トランジスタ１２６は、差分データ生成回路Ｄｉｆへのデータの入力を選択する機能を有する。上記機能を有するトランジスタをデータ入力選択トランジスタともいう。
【００５４】
電界効果トランジスタ１２７におけるソース及びドレインの一方は、データバスＤＢに電気的に接続される。よって、電界効果トランジスタ１２７におけるソース及びドレインの一方は、電界効果トランジスタ１２５におけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２７におけるソース及びドレインの他方は、差動増幅器１４０における正入力端子に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２７におけるゲートには、パルス信号である第２のデータ入力選択信号が入力される。電界効果トランジスタ１２７は、差分データ生成回路Ｄｉｆへのデータの入力を選択する機能を有する。
【００５５】
電界効果トランジスタ１２１乃至電界効果トランジスタ１２７の一つ又は複数としては、例えばオフ電流の低い電界効果トランジスタを用いることができる。このとき、電界効果トランジスタ１２１乃至電界効果トランジスタ１２７のオフ電流は、チャネル幅１μｍあたり１０ａＡ（１×１０−１７Ａ）以下、好ましくはチャネル幅１μｍあたり１ａＡ（１×１０−１８Ａ）以下、さらに好ましくはチャネル幅１μｍあたり１０ｚＡ（１×１０−２０Ａ）以下、さらに好ましくはチャネル幅１μｍあたり１ｚＡ（１×１０−２１Ａ）以下、さらに好ましくはチャネル幅１μｍあたり１００ｙＡ（１×１０−２２Ａ）以下である。
【００５６】
上記オフ電流の低い電界効果トランジスタとしては、例えばシリコンよりバンドギャップが広く、例えば２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上であり、チャネルが形成される半導体層を含む電界効果トランジスタを用いることができる。上記バンドギャップの広い電界効果トランジスタとしては、例えばチャネルが形成される酸化物半導体層を含む電界効果トランジスタなどを用いることができる。
【００５７】
上記酸化物半導体層としては、例えばＩｎ系酸化物（例えば酸化インジウムなど）、Ｓｎ系酸化物（例えば酸化スズなど）、又はＺｎ系酸化物（例えば酸化亜鉛など）などを用いることができる。
【００５８】
また、上記酸化物半導体層としては、例えば、四元系金属酸化物、三元系金属酸化物、二元系金属酸化物などの金属酸化物を用いることもできる。なお、上記酸化物半導体層としては、特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとしてガリウムを含んでいてもよい。また、上記酸化物半導体層として適用可能な金属酸化物は、上記スタビライザーとしてスズを含んでいてもよい。また、上記酸化物半導体層として適用可能な金属酸化物は、上記スタビライザーとしてハフニウムを含んでいてもよい。また、上記酸化物半導体層として適用可能な金属酸化物は、上記スタビライザーとしてアルミニウムを含んでいてもよい。また、上記酸化物半導体層として適用可能な金属酸化物は、上記スタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムの一つ又は複数を含んでいてもよい。また、上記酸化物半導体層として適用可能な金属酸化物は、酸化シリコンを含んでいてもよい。
【００５９】
例えば、四元系金属酸化物としては、例えばＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物などを用いることができる。
【００６０】
また、三元系金属酸化物としては、例えばＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−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、又はＩｎ−Ｈｆ−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、又はＩｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物などを用いることができる。
【００６１】
また、二元系金属酸化物としては、例えば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−Ｓｎ系酸化物、又はＩｎ−Ｇａ系酸化物などを用いることができる。
【００６２】
また、上記酸化物半導体層としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を含む酸化物半導体層を用いてもよい。
【００６３】
ＣＡＡＣ−ＯＳとは、結晶領域と非晶質領域の混相構造であり、且つ結晶領域の結晶において、ｃ軸が半導体層の被形成面又は表面に垂直であり、ａｂ面に垂直な方向から見て三角形状又は六角形状の原子配列を有し、ｃ軸に垂直な方向から見て金属原子が層状又は金属原子と酸素原子とが層状に配列する構造のことをいう。よって、ＣＡＡＣ−ＯＳは、完全な単結晶ではなく、完全な非晶質でもない。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳが複数の結晶領域を有する場合、複数の結晶領域の結晶同士は、ａ軸及びｂ軸の向きが異なってもよい。
【００６４】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳにおける結晶領域は、一辺が１００ｎｍ未満の三次元領域内に存在することが多い。また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭともいう）によるＣＡＡＣ−ＯＳの観察では、ＣＡＡＣ−ＯＳにおける結晶領域と非晶質領域との境界が必ずしも明確ではない。また、ＣＡＡＣ−ＯＳにおいて、結晶粒界は確認されない。よって、ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が少ない。
【００６５】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳにおいて、層の深さ方向において結晶領域が均一に分布していなくてもよい。例えば、酸化物半導体層の表面側から結晶成長させてＣＡＡＣ−ＯＳを含む酸化物半導体層を形成した場合、ＣＡＡＣ−ＯＳ部分における酸化物半導体層の表面の近傍は、結晶領域の占める割合が高くなり、ＣＡＡＣ−ＯＳ部分における酸化物半導体層の被形成面の近傍は非晶質領域の占める割合が高くなることがある。
【００６６】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳの結晶領域における結晶のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ部分における酸化物半導体層の被形成面又は表面に垂直であるため、ＣＡＡＣ−ＯＳ部分における酸化物半導体層の形状（被形成面の断面形状又は表面の断面形状）により、ｃ軸の方向が異なることがある。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳの結晶領域におけるｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ部分における酸化物半導体層の被形成面又は表面に略垂直になる。
【００６７】
例えば、多結晶である酸化物半導体スパッタリング用ターゲットを用いたスパッタリング法によってＣＡＡＣ−ＯＳを形成できる。スパッタリング用ターゲットにイオンが衝突すると、スパッタリング用ターゲットに含まれる結晶領域がａ−ｂ面から劈開し、ａ−ｂ面に平行な面を有する平板状又はペレット状のスパッタリング粒子として剥離することがある。この場合、平板状のスパッタリング粒子が、結晶状態を維持したまま基板に到達することにより、スパッタリング用ターゲットの結晶状態が基板に転写される。これにより、ＣＡＡＣ−ＯＳが形成される。
【００６８】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳを形成するために、以下の条件を適用することが好ましい。
【００６９】
例えば、不純物濃度を低減してＣＡＡＣ−ＯＳを形成することにより、不純物による酸化物半導体の結晶状態の崩壊を抑制できる。例えば、成膜室内に存在する不純物（水素、水、二酸化炭素、及び窒素など）を低減することが好ましい。また、成膜ガス中の不純物を低減することが好ましい。例えば、成膜ガスとして露点が−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下である成膜ガスを用いることが好ましい。
【００７０】
また、成膜時の基板加熱温度を高めることで、基板付着後にスパッタリング粒子のマイグレーションが起こる。具体的には、基板加熱温度を１００℃以上７４０℃以下、好ましくは２００℃以上５００℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、平板状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーションし、平板状のスパッタリング粒子の平らな面を向けて基板に付着する。
【００７１】
また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化して成膜時のプラズマダメージを軽減させることが好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、３０体積％以上、好ましくは１００体積％とする。
【００７２】
上記スパッタリング用ターゲットの一例として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物ターゲットについて以下に示す。
【００７３】
ＩｎＯＸ粉末、ＧａＯＹ粉末、及びＺｎＯＺ粉末を所定の比率で混合し、加圧処理後、１０００℃以上１５００℃以下の温度で加熱処理をすることにより、多結晶であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物ターゲットを形成する。なお、Ｘ、Ｙ、及びＺは任意の正数である。ここで、所定の比率は、例えば、ＩｎＯＸ粉末、ＧａＯＹ粉末、及びＺｎＯＺ粉末が、２：２：１、８：４：３、３：１：１、１：１：１、４：２：３又は３：１：２のｍｏｌ数比である。なお、粉末の種類、及びその混合する比率は、作製するスパッタリング用ターゲットによって適宜変更すればよい。
【００７４】
電界効果トランジスタのチャネルが形成される層にＣＡＡＣ−ＯＳを含む酸化物半導体層を用いることにより、可視光や紫外光の照射による電界効果トランジスタの電気特性の変動を抑制できるため、電界効果トランジスタの信頼性を向上させることができる。
【００７５】
また、複数の異なる特性の電界効果トランジスタを用いて電界効果トランジスタ１２１乃至電界効果トランジスタ１２７を構成してもよい。
【００７６】
また、光検出装置において、電界効果トランジスタ１２１乃至電界効果トランジスタ１２７へ入射する光を遮光する遮光層を設けてもよい。遮光層を設けることにより、電界効果トランジスタの電気特性の変動を抑制できる。
【００７７】
データバスＤＢは、光検出回路ＰＳにより生成される光データ信号のデータを伝送する機能を有する。
【００７８】
スイッチＳｗ＿ＢＲは、データバスＤＢをリセットするか否かを制御する機能を有する。なお、複数の素子を用いてスイッチＳｗ＿ＢＲを構成してもよい。
【００７９】
さらに、図２（Ｂ）に示す光検出装置は、図２（Ａ）に示す光検出装置の電界効果トランジスタ１２３の接続関係及び容量素子１３１の接続関係が異なる構成である。
【００８０】
図２（Ｂ）に示す光検出装置において、電界効果トランジスタ１２３及び容量素子１３２は、光検出回路ＰＳ以外に設けられる。電界効果トランジスタ１２３におけるソース及びドレインの一方は、電界効果トランジスタ１２７におけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される。また、容量素子１３２における一対の電極の一方は、電界効果トランジスタ１２３におけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される。また、容量素子１３２における一対の電極の他方には、電位Ｖｃが供給される。また、電界効果トランジスタ１２４におけるゲートは、電界効果トランジスタ１２１におけるソース及びドレインの他方、並びに電界効果トランジスタ１２２におけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される。
【００８１】
図３（Ａ）に示す光検出装置は、図２（Ａ）に示す光検出装置の電界効果トランジスタ１２５の代わりに電界効果トランジスタ１２５＿１及び電界効果トランジスタ１２５＿２を備える構成である。また、図３（Ｂ）に示す光検出装置は、図２（Ｂ）に示す光検出装置の電界効果トランジスタ１２５の代わりに電界効果トランジスタ１２５＿１及び電界効果トランジスタ１２５＿２を備える構成である。
【００８２】
このとき、光検出装置は、データバスＤＢの代わりにデータバスＤＢ＿１と、データバスＤＢ＿２と、をさらに備える。また、スイッチＳｗ＿ＢＲの代わりにデータバスＤＢ＿１をリセットするか否かを制御するスイッチＳｗ＿ＢＲ１と、データバスＤＢ＿２をリセットするか否かを制御するスイッチＳｗ＿ＢＲ２と、をさらに備える。
【００８３】
電界効果トランジスタ１２５＿１及び電界効果トランジスタ１２５＿２のそれぞれにおけるソース及びドレインの一方は、電界効果トランジスタ１２４におけるソース及びドレインの一方に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２５＿１におけるソース及びドレインの他方は、データバスＤＢ＿１に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２５＿２におけるソース及びドレインの他方は、データバスＤＢ＿２に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２６におけるソース及びドレインの一方は、データバスＤＢ＿１に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２７におけるソース及びドレインの一方は、データバスＤＢ＿２に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２５＿１におけるソース及びドレインの他方とデータバスＤＢ＿１との接続箇所をノードＦＤ３＿１ともいう。また、電界効果トランジスタ１２５＿２におけるソース及びドレインの他方とデータバスＤＢ＿２との接続箇所をノードＦＤ３＿２ともいう。
【００８４】
次に、本実施形態における光検出装置の駆動方法例として、図４（Ａ）に示す光検出装置の駆動方法例について、図４（Ｂ）のタイミングチャートを用いて説明する。図４（Ａ）に示す光検出装置は、図２（Ａ）に示す光検出装置の光電変換素子１１０がフォトダイオードであり、スイッチＳｗ＿ＢＲが電界効果トランジスタ１２８により構成され、電界効果トランジスタ１２１乃至電界効果トランジスタ１２８のそれぞれがＮチャネル型トランジスタである場合の光検出装置である。
【００８５】
このとき、光電変換素子１１０であるフォトダイオードにおけるアノードは、光検出リセット信号を入力するための光検出リセット信号線ＰＲに電気的に接続される。
【００８６】
また、電界効果トランジスタ１２１におけるソース及びドレインの一方は、光電変換素子１１０におけるカソードに電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２１におけるゲートは、第１の電荷伝送制御信号を入力するための第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１に電気的に接続される。
【００８７】
また、電界効果トランジスタ１２２におけるソース及びドレインの一方は、光電変換素子１１０におけるカソードに電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２２におけるゲートは、第２の電荷伝送制御信号を入力するための第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２に電気的に接続される。
【００８８】
また、電界効果トランジスタ１２３におけるゲートは、第３の電荷伝送制御信号を入力するための第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３に電気的に接続される。
【００８９】
また、電界効果トランジスタ１２５におけるゲートは、出力選択信号を入力するための出力選択信号線Ｓｅｌに電気的に接続される。
【００９０】
また、電界効果トランジスタ１２６におけるゲートは、第１のデータ入力選択信号を入力するための第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１に電気的に接続される。
【００９１】
また、電界効果トランジスタ１２７におけるゲートは、第２のデータ入力選択信号を入力するための第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２に電気的に接続される。
【００９２】
また、電界効果トランジスタ１２８におけるソース及びドレインの一方には、単位電位である電位Ｖａが供給される。また、電界効果トランジスタ１２８のソース及びドレインの他方は、データバスＤＢに電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ１２８におけるゲートは、バスリセット信号を入力するためのバスリセット信号線ＢＲに電気的に接続される。
【００９３】
また、電位Ｖａをロー電位とし、電位Ｖｂをハイ電位とし、電位Ｖｃを接地電位とする。ハイ電位は、２値のデジタル信号のハイレベルの電位と同等の値であり、ロー電位は、２値のデジタル信号のローレベルの電位と同等の値である。また、ロー電位は、接地電位と同等の値とする。
【００９４】
また、バスリセット信号線ＢＲをハイ電位にする毎にデータバスＤＢがリセットされるとする。
【００９５】
図４（Ａ）に示す光検出装置の駆動方法例では、図４（Ｂ）に示すように、時刻Ｔ１１（リセット動作開始時刻ともいう）において、光検出リセット信号線ＰＲ、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１、及び第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２をハイ電位（ＶＨともいう）にし、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３、出力選択信号線Ｓｅｌ、第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１、及び第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２をロー電位（ＶＬともいう）にする。
【００９６】
このとき、光電変換素子１１０に電流が順方向に流れることにより、容量素子１３１及び容量素子１３２に電荷が蓄積され、ノードＦＤ１及びノードＦＤ２の電位がハイ電位と同等の値となる。これにより、光検出回路ＰＳは、リセット状態になる。
【００９７】
次に、時刻Ｔ１２（リセット動作完了時刻ともいう）に第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２をロー電位にする。また、光検出リセット信号線ＰＲ及び第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１は、ハイ電位のままである。また、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３、出力選択信号線Ｓｅｌ、第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１、第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２はロー電位のままである。
【００９８】
このとき、ノードＦＤ２が浮遊状態になり、ノードＦＤ２の電位は、ハイ電位と同等の値に保持される。
【００９９】
次に、時刻Ｔ１３（撮像動作開始時刻ともいう）において、光検出リセット信号線ＰＲをロー電位にする。なお、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１は、ハイ電位のままである。また、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３、出力選択信号線Ｓｅｌ、第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１、及び第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２はロー電位のままである。
【０１００】
このとき、光電変換素子１１０は、逆バイアスが印加された状態になる。このため、光電変換素子１１０では、入射する光の照度に応じて光電流が生成される。さらに、光電流に応じて容量素子１３１に蓄積された電荷が失われる。一方、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２がロー電位であるため、容量素子１３２の電荷は保持される。よって、光検出回路ＰＳは、撮像状態になる。
【０１０１】
次に、時刻Ｔ１４（撮像動作完了時刻ともいう）において、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１をロー電位にする。なお、光検出リセット信号線ＰＲ、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３、出力選択信号線Ｓｅｌ、第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１、及び第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２はロー電位のままである。
【０１０２】
このとき、撮像動作が完了する。また、光電流によりノードＦＤ１の電位がＶＡになる。ＶＡの値は、光電変換素子１１０における光電流の値に応じて決まる。なお、ノードＦＤ２の電位は、ハイ電位と同等の値に維持される。
【０１０３】
なお、複数のフレーム期間において、本実施形態における光検出回路を駆動させる場合、あるフレーム期間におけるリセット開始時刻から次のフレーム期間におけるリセット開始時刻までの間、リセット状態における光検出回路の光データ信号のデータ及び撮像状態における光データ信号のデータには、共通したノイズ成分が含まれる。
【０１０４】
次に、時刻Ｔ１５（光検出回路選択動作開始時刻ともいう）において、出力選択信号線Ｓｅｌをハイ電位にし、バスリセット信号線ＢＲをハイ電位にする。なお、光検出リセット信号線ＰＲ、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３、第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１、及び第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２はロー電位のままである。
【０１０５】
このとき、ノードＦＤ３の電位がＶＤとなる。ＶＤは、電界効果トランジスタ１２４、電界効果トランジスタ１２５、及び電界効果トランジスタ１２８のそれぞれのチャネル抵抗、並びに配線抵抗に依存し、ＶＤの値は、ＶａとＶｂの間の電位となる。
【０１０６】
次に、時刻Ｔ１６（第１の選択動作開始時刻ともいう）において、バスリセット信号線ＢＲをロー電位にし、第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２をハイ電位にする。なお、出力選択信号線Ｓｅｌは、ハイ電位のままである。また、光検出リセット信号線ＰＲ、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３、及び第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１はロー電位のままである。
【０１０７】
このとき、ノードＦＤ３の電位と差動増幅器１４０における正入力端子（端子ＩＮ＋）の電位が変化する。その後、ノードＦＤ３の電位と差動増幅器１４０における正入力端子（端子ＩＮ＋）の電位がＶＣとなる。ＶＣは、電界効果トランジスタ１２４のソースとドレインの間に流れる電流に応じた値である。つまり、正入力端子（端子ＩＮ＋）の電位が電界効果トランジスタ１２４のゲートの電位に応じた値になるため、正入力端子（端子ＩＮ＋）の電位がリセット状態における電界効果トランジスタ１２４のゲートの電位に応じた値になる。
【０１０８】
次に、時刻Ｔ１７（第１の選択動作完了時刻ともいう）において、第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２をロー電位にする。なお、出力選択信号線Ｓｅｌは、ハイ電位のままである。また、光検出リセット信号線ＰＲ、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３、及び第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１はロー電位のままである。
【０１０９】
このとき、差動増幅器１４０における正入力端子（端子ＩＮ＋）の電位がＶＣのまま保持される。一方、ノードＦＤ３の電位は、次のデータバスＤＢのリセット動作が行われるまで上昇する。このときのノードＦＤ３の最大電位は、ＶＨである。
【０１１０】
次に、時刻Ｔ１８（撮像データ読み出し動作開始時刻）において、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３をハイ電位にし、バスリセット信号線ＢＲをハイ電位にする。なお、出力選択信号線Ｓｅｌは、ハイ電位のままである。また、光検出リセット信号線ＰＲ、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２、第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１、及び第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２はロー電位のままである。
【０１１１】
このとき、ノードＦＤ１とノードＦＤ２が導通状態になる。このときのノードＦＤ１（ＦＤ２）の電位は、（Ｃ１３１／Ｃ１３１＋Ｃ１３２）×ＶＦＤ１＋（Ｃ１３２／Ｃ１３１＋Ｃ１３２）×ＶＦＤ２となる。なお、ＶＦＤ１は、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１をロー電位にした後ノードＦＤ２と導通状態になる前のノードＦＤ１の電位（時刻Ｔ１４から時刻Ｔ１８までのノードＦＤ１の電位）であり、ＶＦＤ２は、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１をロー電位にした後ノードＦＤ１と導通状態になる前のノードＦＤ２の電位（時刻Ｔ１４から時刻Ｔ１８までのノードＦＤ２の電位）である。このように、上記一つのノードの電位は、容量素子１３１と容量素子１３２との容量比によって決まる。例えば、このときのノードＦＤ１（ＦＤ２）の電位を、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１をロー電位にした後ノードＦＤ２と導通状態になる前のノードＦＤ１の電位（時刻Ｔ１４から時刻Ｔ１８までのノードＦＤ１の電位）と同等の値に近づけるには、容量素子１３１の容量値を容量素子１３２の容量値より大きくすればよい。
【０１１２】
また、時刻Ｔ１８において、ノードＦＤ３の電位がＶＥになる。このとき、ＶＥは、ＶＣよりも低い値となる。
【０１１３】
次に、時刻Ｔ１９（第２の選択動作開始時刻ともいう）において、バスリセット信号線ＢＲをロー電位にし、第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１をハイ電位にする。なお、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３及び出力選択信号線Ｓｅｌは、ハイ電位のままである。また、光検出リセット信号線ＰＲ、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２、及び第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２はロー電位のままである。
【０１１４】
このとき、ノードＦＤ３の電位と差動増幅器１４０における負入力端子（端子ＩＮ−）の電位が変化する。その後、ノードＦＤ３の電位と差動増幅器１４０における負入力端子（端子ＩＮ−）の電位がＶＢとなる。ＶＢは、電界効果トランジスタ１２４のソースとドレインの間に流れる電流に応じた値である。つまり、負入力端子（端子ＩＮ−）の電位が電界効果トランジスタ１２４のゲートの電位に応じた値になるため、負入力端子（端子ＩＮ−）の電位が光電変換素子１１０に入射する光の照度に応じた値になる。
【０１１５】
次に、時刻Ｔ２０（第２の選択動作完了時刻ともいう）において、第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１をロー電位にする。なお、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３及び出力選択信号線Ｓｅｌは、ハイ電位のままである。また、バスリセット信号線ＢＲ、光検出リセット信号線ＰＲ、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２、及び第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２はロー電位のままである。
【０１１６】
このとき、差動増幅器１４０における負入力端子（端子ＩＮ−）の電位がＶＢのまま保持される。一方、ノードＦＤ３の電位は、次のデータバスＤＢのリセット動作が行われるまで上昇する。このときのノードＦＤ３の最大電位は、ＶＨである。
【０１１７】
次に、時刻Ｔ２１（光検出回路選択動作完了時刻ともいう）において、バスリセット信号線ＢＲをハイ電位にし、第３の電荷伝送制御信号線ＴＸ３をロー電位にし、出力選択信号線Ｓｅｌをロー電位にする。なお、光検出リセット信号線ＰＲ、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２、第１のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１、及び第２のデータ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２はロー電位のままである。
【０１１８】
これにより、光検出回路選択動作が完了する。
【０１１９】
さらに、差動増幅器１４０における負入力端子（端子ＩＮ−）がＶＢ（撮像期間における光データ信号のデータ）となり、差動増幅器１４０における正入力端子（端子ＩＮ＋）がＶＣ（リセット期間における光データ信号のデータ）となった時点から、差動増幅器１４０における出力端子（端子Ｏｕｔ）の電位は、ＶＣ−ＶＢとなる。例えば、図４（Ａ）に示す光検出装置の駆動方法例では、時刻Ｔ２０（第２の選択動作完了時刻）に差動増幅器１４０における出力端子（端子Ｏｕｔ）の電位が設定される。
【０１２０】
以上が図４（Ａ）に示す光検出装置の駆動方法例である。
【０１２１】
図２乃至図４を用いて説明したように、本実施形態における光検出装置の一例では、リセット状態における光データ信号のデータと撮像状態における光データ信号のデータとの差分データを生成する。同じフレーム期間において、２つのデータには、共通のノイズが含まれる。例えば、リセット状態における光データ信号のデータをＶｒ＋Ｖｚ（Ｖｚは、ノイズによる変化分）とし、撮像状態における光データ信号のデータをＶｒ＋Ｖｚ−Ｖｐ又はＶｒ＋Ｖｚ＋Ｖｐとした場合、２つのデータの差分データを生成すると、差分データは、Ｖｐ又は−Ｖｐとなり、Ｖｚに依存しない値となる。よって、差分データを生成することにより、生成されるデータからノイズ成分を除去できるため、ノイズによる影響を抑制できる。
【０１２２】
また、本実施形態における光検出装置の一例では、一つの光電変換素子に対し、ゲートに異なる信号が入力される複数の電荷伝送制御トランジスタを用いることにより、１種類の光データ信号から差分データを生成できるため、光検出回路の素子の数を少なくできる。よって、光検出装置の開口率を向上させることができる。また、２つの光データ信号はアナログ信号であるため、２つのアナログ信号のデータを用いて差分データを生成することができ、デジタル信号のデータを用いて差分データを生成する場合に比べ、生成されるデータからノイズによる変化分を除去する精度を高めることができる。
【０１２３】
また、本実施形態における光検出装置の一例では、電荷伝送制御トランジスタとしてオフ電流の低いトランジスタを用いることにより、トランジスタによるリーク電流を少なくできるため、リセット電位保持容量を小さくできる。よって、光電変換素子の面積を大きくできるため、ノイズによる影響を抑制できる。
【０１２４】
（実施形態３）
本実施形態では、光検出装置の例について説明する。
【０１２５】
まず、本実施形態における光検出装置の構成例について、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態における光検出装置の構成例を示すブロック図である。
【０１２６】
図５に示す光検出装置は、光により情報の入力が可能な入力装置である。
【０１２７】
図５に示す光検出装置は、光検出部（Ｐｈｏｔｏともいう）４０１と、制御部（Ｃｔｌともいう）４０２と、データ処理部（ＤａｔａＰともいう）４０３と、を含む。
【０１２８】
また、図５に示す光検出装置は、光検出駆動回路（ＰＳＤｒｖともいう）４１１と、複数の光検出回路（ＰＳともいう）４１２と、データ入力選択回路（ＳＣｔｌともいう）４１３と、差分データ生成回路（Ｄｉｆともいう）４１４と、読み出し回路（Ｒｅａｄともいう）４１５と、Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄともいう）４１６と、光検出制御回路４２１と、画像処理回路（ＩｍｇＰともいう）４３１と、を具備する。
【０１２９】
光検出駆動回路４１１は、光検出部４０１に設けられる。光検出駆動回路４１１は、光検出動作を制御するための回路である。
【０１３０】
光検出駆動回路４１１は、パルス信号である光検出リセット信号、パルス信号である電荷蓄積制御信号、及びパルス信号である出力選択信号を少なくとも出力する。
【０１３１】
光検出駆動回路４１１は、例えば少なくとも３つのシフトレジスタを備える。このとき、光検出駆動回路４１１は、第１のシフトレジスタからパルス信号を出力させることにより、光検出リセット信号を出力し、第２のシフトレジスタからパルス信号を出力させることにより電荷蓄積制御信号を出力し、第３のシフトレジスタからパルス信号を出力させることにより、出力選択信号を出力できる。
【０１３２】
複数の光検出回路４１２は、光検出部４０１の画素部Ｐｉｘにおいて行列方向に設けられる。なお、図５に示す光検出装置では、１個以上の光検出回路４１２により１つの画素が構成される。光検出回路４１２は、入射する光の照度に応じた値の電位である光データ信号を生成する。
【０１３３】
光検出回路４１２としては、実施形態１の光検出装置における光検出回路のいずれかを用いることができる。また、光検出回路４１２に冷却手段を設けてもよい。冷却手段を設けることにより熱によるノイズの発生を抑制できる。
【０１３４】
なお、複数の光検出回路４１２として、赤色を呈する光を受光する光検出回路、緑色を呈する光を受光する光検出回路、及び青色を呈する光を受光する光検出回路を設け、それぞれの光検出回路により光データ信号を生成し、生成した光データ信号のデータを合成してフルカラーの画像信号のデータを生成することもできる。また、上記光検出回路に加え、シアン、マゼンタ、及びイエローの一つ又は複数の色を呈する光を受光する光検出回路を設けてもよい。シアン、マゼンタ、及びイエローの一つ又は複数の色を呈する光を受光する光検出回路を設けることにより、生成される画像信号に基づく画像において、再現可能な色の種類を増やすことができる。例えば、光検出回路に、特定の色を呈する光を透過する着色層を設け、該着色層を介して光検出回路に光を入射させることにより、特定の色を呈する光の照度に応じた値の電位である光データ信号を生成できる。
【０１３５】
データ入力選択回路４１３は、画素部に各列の光検出回路毎に１つ設けられる。データ入力選択回路４１３には、１列分の光検出回路４１２から光データ信号が入力される。データ入力選択回路４１３としては、実施形態１の光検出装置におけるデータ入力選択回路を用いることができる。
【０１３６】
差分データ生成回路４１４は、画素部に各列のデータ入力選択回路４１３に電気的に接続される。差分データ生成回路４１４としては、実施形態１の光検出装置における差分データ生成回路を用いることができる。
【０１３７】
読み出し回路４１５は、光検出部４０１に設けられる。読み出し回路４１５は、光検出回路からデータを読み出す機能を有する。読み出し回路４１５は、各差分データ生成回路４１４の出力端子に電気的に接続される。
【０１３８】
読み出し回路４１５は、例えば選択回路を用いて構成される。例えば、選択回路は、トランジスタを備え、該トランジスタに従って光データ信号が入力されることにより、光データ信号のデータを読み出すことができる。
【０１３９】
Ａ／Ｄ変換回路４１６は、光検出部４０１に設けられる。Ａ／Ｄ変換回路４１６は、読み出し回路４１５から入力されたアナログデータをデジタルデータに変換する機能を有する。なお、必ずしもＡ／Ｄ変換回路４１６を光検出部４０１に設けなくてもよい。
【０１４０】
光検出制御回路４２１は、制御部４０２に設けられる。光検出制御回路４２１は、光検出動作を行うための回路の動作を制御する機能を有する。
【０１４１】
画像処理回路４３１は、データ処理部４０３に設けられる。画像処理回路４３１は、光検出部により生成された光データ信号を用いて画像データの生成を行う機能を有する。
【０１４２】
なお、画素部に表示回路を設けてもよい。これにより、光検出装置をタッチパネルとして機能させることもできる。
【０１４３】
次に、図５に示す光検出装置の駆動方法例について説明する。
【０１４４】
図５に示す光検出装置では、光検出回路４１２において、光データ信号を生成する。このとき、グローバルシャッター方式により、複数の光検出回路４１２において撮像を行うことにより、生成される画像の歪みを抑制できる。
【０１４５】
さらに、データ入力選択回路４１３により、光検出回路４１２がリセット状態における光データ信号を差分データ生成回路４１４の第１の入力端子に入力し、光検出回路４１２が撮像状態における光データ信号を差分データ生成回路４１４の第２の入力端子に入力する。
【０１４６】
さらに、差分データ生成回路４１４により差分データを生成する。
【０１４７】
さらに、読み出し回路４１５により差分データを読み出す。
【０１４８】
さらに、読み出した差分データをＡ／Ｄ変換回路４１６によりデジタルデータに変換する。該データは、例えば画像処理回路４３１などにより所定の処理に用いられる。
【０１４９】
以上が図５に示す光検出装置の駆動方法例の説明である。
【０１５０】
図５を用いて説明したように、本実施形態における光検出装置の一例では、列毎に差分データを生成することにより、差分データ生成回路の数を少なくできる。
【０１５１】
また、本実施形態における光検出装置の一例では、アナログデータによる差分データを生成した後にデジタルデータに変換することにより、生成されるデータからノイズによる変化分を除去する精度を高めることができる。よって、撮像画像の品質を向上させることができる。
【０１５２】
（実施形態４）
本実施形態では、上記実施形態における光検出装置を備えた電子機器の例について説明する。
【０１５３】
本実施形態における電子機器の構成例について、図６及び図７を用いて説明する。
【０１５４】
図６（Ａ）に示す電子機器は、デジタルカメラである。図６（Ａ）に示すデジタルカメラは、筐体１００１ａと、レンズ１００２ａと、シャッターボタン１００３と、電源ボタン１００４と、フラッシュライト１００５と、を具備する。
【０１５５】
さらに、筐体１００１ａ内部に上記実施形態における光検出装置を具備する。これにより、例えばシャッターボタン１００３を押すことにより、レンズ１００２ａを介して入射する光を光検出装置により検出し、撮影などを行うことができる。
【０１５６】
図６（Ｂ）に示す電子機器は、ビデオカメラである。図６（Ｂ）に示すビデオカメラは、筐体１００１ｂと、レンズ１００２ｂと、表示部１００６と、を具備する。
【０１５７】
さらに、筐体１００１ｂ内部に上記実施形態における光検出装置を具備する。これにより、例えばレンズ１００２ｂを介して入射する光を光検出装置により検出することにより、撮影などを行うことができる。
【０１５８】
さらに、図７に示す電子機器は、折り畳み式の情報端末の例であり、図７（Ａ）は外観模式図であり、図７（Ｂ）は、ブロック図である。
【０１５９】
図７に示す電子機器は、図７（Ａ）に示すように、筐体１６００ａと、筐体１６００ｂと、パネル１６０１ａと、パネル１６０１ｂと、軸部１６０２と、ボタン１６０３と、接続端子１６０４と、記録媒体挿入部１６０５と、レンズ１６０８と、を備える。また、図７に示す電子機器は、図７（Ｂ）に示すように、電源部１６１１と、無線通信部１６１２と、演算部１６１３と、音声部１６１４と、パネル部１６１５と、撮像部１６１６と、を有する。
【０１６０】
パネル１６０１ａは、筐体１６００ａに設けられる。
【０１６１】
パネル１６０１ｂは、筐体１６００ｂに設けられる。また、筐体１６００ｂは、軸部１６０２により筐体１６００ａに接続される。
【０１６２】
パネル１６０１ａ及びパネル１６０１ｂは、表示パネルとしての機能を有する。例えば、パネル１６０１ａ及びパネル１６０１ｂに、互いに異なる画像又は一続きの画像を表示させてもよい。
【０１６３】
また、パネル１６０１ａ及びパネル１６０１ｂの一方又は両方がタッチパネルとしての機能を有してもよい。このとき、例えばパネル１６０１ａ及びパネル１６０１ｂの一方又は両方にキーボードの画像を表示させ、キーボードの画像に指１６０９などが触れることにより入力動作を行ってもよい。また、表示パネル及びタッチパネルを積層してパネル１６０１ａ及びパネル１６０１ｂの一方又は両方を構成してもよい。また、表示回路及び光検出回路を備える入出力パネルを用いてパネル１６０１ａ及びパネル１６０１ｂの一方又は両方を構成してもよい。
【０１６４】
図７（Ａ）に示す電子機器では、軸部１６０２があるため、例えば筐体１６００ａ又は筐体１６００ｂを動かして筐体１６００ａを筐体１６００ｂに重畳させ、電子機器を折り畳むことができる。
【０１６５】
ボタン１６０３は、筐体１６００ｂに設けられる。なお、筐体１６００ａにボタン１６０３を設けてもよい。また、複数のボタン１６０３を筐体１６００ａ及び筐体１６００ｂの一方又は両方に設けてもよい。例えば、電源ボタンであるボタン１６０３を設けることにより、ボタン１６０３を押すことで電子機器をオン状態にするか否かを制御できる。
【０１６６】
接続端子１６０４は、筐体１６００ａに設けられる。なお、筐体１６００ｂに接続端子１６０４を設けてもよい。また、複数の接続端子１６０４を筐体１６００ａ及び筐体１６００ｂの一方又は両方に設けてもよい。例えば、接続端子１６０４を介してパーソナルコンピュータと電子機器を接続することにより、パーソナルコンピュータにより、電子機器に記憶されたデータの内容を書き換えてもよい。
【０１６７】
記録媒体挿入部１６０５は、筐体１６００ａに設けられる。なお、筐体１６００ｂに記録媒体挿入部１６０５を設けてもよい。また、複数の記録媒体挿入部１６０５を筐体１６００ａ及び筐体１６００ｂの一方又は両方に設けてもよい。例えば、記録媒体挿入部にカード型記録媒体を挿入することにより、カード型記録媒体から電子機器へのデータの読み出し、又は電子機器内データのカード型記録媒体への書き込みを行うことができる。
【０１６８】
レンズ１６０８は、筐体１６００ｂに設けられる。なお、筐体１６００ａにレンズ１６０８を設けてもよい。また、複数のレンズ１６０８を筐体１６００ａ及び筐体１６００ｂの一方又は両方に設けてもよい。
【０１６９】
また、筐体１６００ａ及び筐体１６００ｂの内部に上記実施形態における光検出装置を具備する。レンズ１６０８を介して入射する光を光検出装置により検出し、静止画又は動画の撮影などを行うことができる。また、パネル１６０１ａ及びパネル１６０１ｂに上記実施形態における光検出装置を設けてもよい。光検出装置としては、例えば実施形態２に示す光検出装置を用いることができる。
【０１７０】
また、電源部１６１１は、電子機器を動作するための電力の供給を制御する機能を有する。例えば、電源部１６１１から無線通信部１６１２、演算部１６１３、音声部１６１４、及びパネル部１６１５に電力が供給される。電源部１６１１は、例えば蓄電装置を備える。蓄電装置は、筐体１６００ａ及び筐体１６００ｂの一方又は両方の内部に設けられる。なお、電子機器を動作するための電源電圧を生成する電源回路を電源部１６１１に設けてもよい。このとき、蓄電装置により供給される電力を用いて電源回路において電源電圧が生成される。また、電源部１６１１を商用電源に接続してもよい。
【０１７１】
無線通信部１６１２は、電波の送受信を行う機能を有する。例えば、無線通信部１６１２は、アンテナ、復調回路、変調回路などを備える。このとき、例えばアンテナによる電波の送受信を用いて外部とのデータのやりとりを行う。なお、無線通信部１６１２に複数のアンテナを設けてもよい。
【０１７２】
演算部１６１３は、例えば無線通信部１６１２、音声部１６１４、パネル部１６１５、及び撮像部１６１６から入力される命令信号に従って演算処理を行う機能を有する。例えば、演算部１６１３には、ＣＰＵ、論理回路、及び記憶回路などが設けられる。
【０１７３】
音声部１６１４は、音声データである音の入出力を制御する機能を有する。例えば、音声部１６１４は、スピーカー、及びマイクを備える。
【０１７４】
電源部１６１１、無線通信部１６１２、演算部１６１３、及び音声部１６１４は、例えば筐体１６００ａ及び筐体１６００ｂの一方又は両方の内部に設けられる。
【０１７５】
パネル部１６１５は、パネル１６０１ａ（パネルＡともいう）及びパネル１６０１ｂ（パネルＢともいう）の動作を制御する機能を有する。なお、パネル部１６１５にパネル１６０１ａ及びパネル１６０１ｂの駆動を制御する駆動回路を設け、パネル１６０１ａ及びパネル１６０１ｂにおける動作を制御してもよい。
【０１７６】
撮像部１６１６は、光検出装置１６１０を有する。撮像部１６１６は、光検出装置１６１０の動作を制御する機能を有する。
【０１７７】
なお、電源部１６１１、無線通信部１６１２、演算部１６１３、音声部１６１４、パネル部１６１５、及び撮像部１６１６の一つ又は複数に制御回路を設け、制御回路により動作を制御してもよい。また、演算部１６１３に制御回路を設け、演算部１６１３の制御回路により、電源部１６１１、無線通信部１６１２、音声部１６１４、パネル部１６１５、及び撮像部１６１６の一つ又は複数の動作を制御してもよい。
【０１７８】
また、電源部１６１１、無線通信部１６１２、音声部１６１４、パネル部１６１５、及び撮像部１６１６の一つ又は複数に記憶回路を設け、記憶回路により動作させる際に必要なデータを記憶させてもよい。これにより、動作速度を速くできる。
【０１７９】
また、図７に示す電子機器は、商用電源から電力の供給を受けることができ、また蓄電装置に蓄積された電力を用いることもできる。よって、例えば停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない場合であっても、蓄電装置を電源として用いることで、電子機器を駆動させることができる。
【０１８０】
図７に示す構成にすることにより、図７に示す電子機器を、例えば電話機、電子書籍、パーソナルコンピュータ、及び遊技機の一つ又は複数としての機能を有する構成にすることができる。
【０１８１】
図６及び図７を用いて説明したように、本実施形態における電子機器の一例は、上記実施形態における光検出装置を用いることができる。上記光検出装置を用いることにより、精度の高い撮像が可能な電子機器を提供できる。
【実施例１】
【０１８２】
本実施例では、実際に作製した光検出装置について説明する。
【０１８３】
本実施例における光検出装置は、行列方向に配列された複数の光検出回路と、各列の光検出回路の光データ信号が入力される複数の差分データ生成回路と、各差分データ生成回路の入力端子の電位を制御する複数のデータ入力選択回路と、を具備する。なお、光検出回路の行数は１５０行である。
【０１８４】
さらに、ｎ行目（ｎは２以上の自然数）の光検出回路を含む光検出装置の回路構成について図８を用いて説明する。
【０１８５】
図８（Ａ）に示す光検出装置は、光検出回路ＰＳと、差分データ生成回路Ｄｉｆと、データ入力選択回路ＤＩＳと、カラムバスＣＢ１と、カラムバスＣＢ２と、電界効果トランジスタ９０２８＿１と、電界効果トランジスタ９０２８＿２と、を具備する。
【０１８６】
光検出回路ＰＳは、フォトダイオード９０１０と、電界効果トランジスタ９０２１乃至電界効果トランジスタ９０２４と、容量素子９０３１と、容量素子９０３２と、電界効果トランジスタ９０２５＿１と、電界効果トランジスタ９０２５＿２と、を備える。
【０１８７】
フォトダイオード９０１０のカソードは、光検出リセット信号線ＰＲに接続される。
【０１８８】
電界効果トランジスタ９０２１におけるソース及びドレインの一方は、フォトダイオード９０１０におけるアノードに接続される。また、電界効果トランジスタ９０２１におけるゲートは、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１に接続される。
【０１８９】
電界効果トランジスタ９０２２におけるソース及びドレインの一方は、フォトダイオード９０１０におけるアノードに接続される。また、電界効果トランジスタ９０２２におけるゲートは、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２に接続される。
【０１９０】
容量素子９０３１における一対の電極の一方は、電界効果トランジスタ９０２１におけるソース及びドレインの他方に接続される。また、容量素子９０３１における一対の電極の他方には、接地電位が供給される。
【０１９１】
容量素子９０３２における一対の電極の一方は、電界効果トランジスタ９０２２におけるソース及びドレインの他方に接続される。また、容量素子９０３２における一対の電極の他方には、接地電位が供給される。
【０１９２】
電界効果トランジスタ９０２３におけるソース及びドレインの一方は、電界効果トランジスタ９０２１におけるソース及びドレインの他方に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２３におけるゲートは、データ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１［ｎ］に接続される。
【０１９３】
電界効果トランジスタ９０２４におけるソース及びドレインの一方には、電位Ｖｐｉが供給される。また、電界効果トランジスタ９０２４におけるゲートは、電界効果トランジスタ９０２２におけるソース及びドレインの他方、並びに電界効果トランジスタ９０２３におけるソース及びドレインの他方に接続される。
【０１９４】
電界効果トランジスタ９０２５＿１におけるソース及びドレインの一方は、電界効果トランジスタ９０２４におけるソース及びドレインの他方に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２５＿１におけるソース及びドレインの他方は、カラムバスＣＢ１に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２５＿１におけるゲートは、データ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１［ｎ］に接続される。
【０１９５】
電界効果トランジスタ９０２５＿２におけるソース及びドレインの一方は、電界効果トランジスタ９０２４におけるソース及びドレインの他方に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２５＿２におけるソース及びドレインの他方は、カラムバスＣＢ２に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２５＿２におけるゲートは、データ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２［ｎ］に接続される。
【０１９６】
差分データ生成回路Ｄｉｆは、差動増幅器（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ａｍｐともいう）９０４０を備える。
【０１９７】
データ入力選択回路ＤＩＳは、電界効果トランジスタ９０２６と、電界効果トランジスタ９０２７と、を備える。
【０１９８】
電界効果トランジスタ９０２６におけるソース及びドレインの一方は、カラムバスＣＢ１に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２６におけるソース及びドレインの他方は、差分データ生成回路Ｄｉｆにおける差動増幅器９０４０の負入力端子に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２６におけるゲートは、データ入力選択信号線ＳｅｌｅｃｔＰに接続される。
【０１９９】
電界効果トランジスタ９０２７におけるソース及びドレインの一方は、カラムバスＣＢ２に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２７におけるソース及びドレインの他方は、差分データ生成回路Ｄｉｆにおける差動増幅器９０４０の正入力端子に電気的に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２７におけるゲートは、データ入力選択信号線ＳｅｌｅｃｔＤに接続される。
【０２００】
電界効果トランジスタ９０２８＿１におけるソース及びドレインの一方には、電位Ｖｐ０が与えられる。また、電界効果トランジスタ９０２８＿１におけるソース及びドレインの他方は、カラムバスＣＢ１に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２８＿１におけるゲートは、電圧供給線Ｂｉａｓに接続される。
【０２０１】
電界効果トランジスタ９０２８＿２におけるソース及びドレインの一方には、電位Ｖｐ０が与えられる。また、電界効果トランジスタ９０２８＿２におけるソース及びドレインの他方は、カラムバスＣＢ２に接続される。また、電界効果トランジスタ９０２８＿２におけるゲートは、電圧供給線Ｂｉａｓに接続される。
【０２０２】
また、容量素子９０３３及び容量素子９０３４は、寄生容量である。
【０２０３】
次に、本実施例における光検出装置の駆動方法について図８（Ｂ）のタイミングチャートを用いて説明する。
【０２０４】
図８（Ｂ）に示すように、まず光検出リセット信号線ＰＲのパルス、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１のパルス、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２のパルスを入力して光検出回路ＰＳをリセット状態にする。
【０２０５】
次に、第２の電荷伝送制御信号線ＴＸ２のパルスにより、電界効果トランジスタ９０２２をオフ状態にしてノードＦＤ２の電荷を保持する。
【０２０６】
また、第１の電荷伝送制御信号線ＴＸ１のパルスにより、電界効果トランジスタ９０２１をオフ状態にしてノードＦＤ１の電荷を保持する。
【０２０７】
上記動作を光検出回路毎に行う。
【０２０８】
次に、データ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ２［Ｋ（Ｋは１以上１５０以下の自然数）］のパルスを入力し、カラムバスＣＢ２に光データ信号を出力する。このときの光データ信号のデータは、光検出回路ＰＳがリセット状態のときにおけるデータである。
【０２０９】
次に、データ入力選択信号線Ｓｅｌｅｃｔ１［Ｋ（Ｋは１以上１５０以下の自然数）］のパルスを入力し、カラムバスＣＢ１に光データ信号を出力する。このときの光データ信号のデータは、光検出回路ＰＳが撮像状態のときにおけるデータである。
【０２１０】
また、データ入力選択信号線ＳｅｌｅｃｔＰのパルスにより、カラムバスＣＢ１を介して入力される光データ信号を差分データ生成回路Ｄｉｆにおける差動増幅器９０４０に出力し、データ入力選択信号線ＳｅｌｅｃｔＤのパルスによりカラムバスＣＢ２を介して入力される光データ信号を差分データ生成回路Ｄｉｆにおける差動増幅器９０４０に出力する。
【０２１１】
差分データ生成回路Ｄｉｆにおける差動増幅器９０４０では、カラムバスＣＢ１を介して入力される光データ信号のデータとカラムバスＣＢ２を介して入力される光データ信号のデータの差分データを生成し、該差分データを出力信号としてＡ／Ｄコンバータに出力する。
【０２１２】
以上が本実施例における光検出装置の駆動方法である。
【０２１３】
次に、図８（Ａ）に示す光検出装置における光検出回路の構造について図９を用いて説明する。図９（Ａ）は、平面模式図である。また、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）における線分Ａ−Ｂの断面模式図である。なお、図９では、実際の寸法と異なる構成要素を含む。また、便宜のため、図９（Ｂ）では、図９（Ａ）における線分Ａ−Ｂの断面の一部を省略している。
【０２１４】
図９に示す光検出回路は、フォトダイオード９０１０、電界効果トランジスタ９０２１、電界効果トランジスタ９０２２と、容量素子９０３１と、容量素子９０３２と、電界効果トランジスタ９０２３と、電界効果トランジスタ９０２４と、電界効果トランジスタ９０２５＿１と、及び電界効果トランジスタ９０２５＿２と、を含む。
【０２１５】
電界効果トランジスタ９０２１乃至電界効果トランジスタ９０２３は、チャネルが形成される酸化物半導体層を含むトランジスタにより構成されるＮチャネル型トランジスタである。また、電界効果トランジスタ９０２４、電界効果トランジスタ９０２５＿１、及び電界効果トランジスタ９０２５＿２は、チャネルが形成されるシリコン半導体層を含むＮチャネル型トランジスタである。また、フォトダイオード９０１０は、シリコン半導体層を用いて構成される横接合型のＰＩＮダイオードである。
【０２１６】
また、図９（Ｂ）に示すように、光検出回路は、半導体層９５１３ａ及び半導体層９５１３ｂと、絶縁層９５１６と、導電層９５１７と、絶縁層９５１８と、酸化物半導体層９５１９と、導電層９５２０ａ乃至導電層９５２０ｅと、絶縁層９５２１と、導電層９５２２ａ乃至導電層９５２２ｃと、絶縁層９５２３と、導電層９５２４と、を含む。
【０２１７】
半導体層９５１３ａ及び半導体層９５１３ｂは、絶縁層９５０２を介して基板９５００の上に設けられる。
【０２１８】
基板９５００としては、単結晶シリコン基板を用いた。
【０２１９】
絶縁層９５０２としては、厚さ４００ｎｍの酸化シリコン層、厚さ５０ｎｍ窒化酸化シリコン層、及び厚さ１００ｎｍの酸化シリコン層の積層を用いた。
【０２２０】
半導体層９５１３ａは、Ｎ型領域９５１４ａ及びＰ型領域９５１５を含む。
【０２２１】
半導体層９５１３ｂは、Ｎ型領域９５１４ｂ及びＮ型領域９５１４ｃを含む。
【０２２２】
半導体層９５１３ｂとしては、厚さ１３０ｎｍの単結晶シリコン層を用いた。また、半導体層９５１３ａとしては、厚さ１３０ｎｍの単結晶シリコン層をエッチングした厚さ６０ｎｍの単結晶シリコン層を用いた。
【０２２３】
絶縁層９５１６は、半導体層９５１３ａ及び半導体層９５１３ｂの上に設けられる。絶縁層９５１６としては、厚さ２０ｎｍの酸化シリコン層を用いた。
【０２２４】
導電層９５１７は、絶縁層９５１６を介して半導体層９５１３ｂの上に設けられる。導電層９５１７としては、厚さ３０ｎｍの窒化タンタル層と厚さ１７０ｎｍのタングステン層の積層を用いた。
【０２２５】
絶縁層９５１８は、絶縁層９５１６及び導電層９５１７の上に設けられる。絶縁層９５１８としては、厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン層と厚さ５００ｎｍの酸化シリコン層の積層を用いた。
【０２２６】
酸化物半導体層９５１９は、絶縁層９５１８の上に設けられる。酸化物半導体層９５１９としては、厚さ２０ｎｍのＩＧＺＯ層を用いた。
【０２２７】
導電層９５２０ａは、絶縁層９５１６及び絶縁層９５１８を貫通して設けられた開口部を介して半導体層９５１３ａにおけるＮ型領域９５１４ａに接する。
【０２２８】
導電層９５２０ｂは、絶縁層９５１６及び絶縁層９５１８を貫通して設けられた開口部を介して半導体層９５１３ａにおけるＰ型領域９５１５に接する。また、導電層９５２０ｂは、酸化物半導体層９５１９に接する。
【０２２９】
導電層９５２０ｃは、酸化物半導体層９５１９に接する。
【０２３０】
導電層９５２０ｄは、絶縁層９５１６及び絶縁層９５１８を貫通して設けられた開口部を介して半導体層９５１３ｂにおけるＮ型領域９５１４ｂに接する。
【０２３１】
導電層９５２０ｅは、絶縁層９５１６及び絶縁層９５１８を貫通して設けられた開口部を介して半導体層９５１３ｂにおけるＮ型領域９５１４ｃに接する。
【０２３２】
導電層９５２０ａ乃至導電層９５２０ｅとしては、厚さ１００ｎｍのタングステン層を用いた。
【０２３３】
絶縁層９５２１は、絶縁層９５１８、酸化物半導体層９５１９、及び導電層９５２０ａ乃至導電層９５２０ｅの上に設けられる。
【０２３４】
絶縁層９５２１としては、厚さ３０ｎｍの酸化窒化シリコン層を用いた。
【０２３５】
導電層９５２２ａは、絶縁層９５２１を介して酸化物半導体層９５１９の上に設けられる。
【０２３６】
導電層９５２２ｂは、絶縁層９５２１を介して導電層９５２０ｃに重畳する。
【０２３７】
導電層９５２２ｃは、絶縁層９５２１の上に設けられる。
【０２３８】
導電層９５２２ａ乃至導電層９５２２ｃとしては、厚さ３０ｎｍの窒化タンタル層と厚さ１３５ｎｍのタングステン層の積層を用いた。
【０２３９】
絶縁層９５２３は、絶縁層９５２１、及び導電層９５２２ａ乃至導電層９５２２ｃの上に設けられる。
【０２４０】
絶縁層９５２３としては、厚さ５０ｎｍの酸化アルミニウム層と厚さ３００ｎｍの酸化窒化シリコン層の積層を用いた。
【０２４１】
導電層９５２４は、絶縁層９５２３を貫通して設けられた開口部を介して導電層９５２２ｂに接する。
【０２４２】
導電層９５２４としては、厚さ５０ｎｍのチタン層と厚さ２００ｎｍのアルミニウム層と厚さ５０ｎｍのチタン層の積層を用いた。
【０２４３】
酸化物半導体層を含む電界効果トランジスタ（例えば電界効果トランジスタ９０２１）は、フォトダイオード９０１０及びシリコン半導体層を含む電界効果トランジスタ（例えば電界効果トランジスタ９０２４）の上に設けられる。これにより、面積の増大を抑制できる。
【０２４４】
以上が図８（Ａ）に示す光検出装置における光検出回路の構造の説明である。
【０２４５】
図８及び図９を用いて説明したように、本実施例における光検出装置では、シリコン半導体層を用いてフォトダイオード及び電界効果トランジスタを形成し、さらにシリコン半導体層の上に酸化物半導体層を用いて電界効果トランジスタを形成することにより、上記実施形態における光検出装置を作製することができた。
【符号の説明】
【０２４６】
１１０ 光電変換素子
１２１ 電界効果トランジスタ
１２２ 電界効果トランジスタ
１２３ 電界効果トランジスタ
１２４ 電界効果トランジスタ
１２５ 電界効果トランジスタ
１２５＿１ 電界効果トランジスタ
１２５＿２ 電界効果トランジスタ
１２６ 電界効果トランジスタ
１２７ 電界効果トランジスタ
１２８ 電界効果トランジスタ
１３１ 容量素子
１３２ 容量素子
１４０ 差動増幅器
４０１ 光検出部
４０２ 制御部
４０３ データ処理部
４１１ 光検出駆動回路
４１２ 光検出回路
４１３ データ入力選択回路
４１４ 差分データ生成回路
４１５ 読み出し回路
４１６ Ａ／Ｄ変換回路
４２１ 光検出制御回路
４３１ 画像処理回路
１００１ａ 筐体
１００１ｂ 筐体
１００２ａ レンズ
１００２ｂ レンズ
１００３ シャッターボタン
１００４ 電源ボタン
１００５ フラッシュライト
１００６ 表示部
１６００ａ 筐体
１６００ｂ 筐体
１６０１ａ パネル
１６０１ｂ パネル
１６０２ 軸部
１６０３ ボタン
１６０４ 接続端子
１６０５ 記録媒体挿入部
１６０８ レンズ
１６０９ 指
１６１０ 光検出装置
１６１１ 電源部
１６１２ 無線通信部
１６１３ 演算部
１６１４ 音声部
１６１５ パネル部
１６１６ 撮像部
９０１０ フォトダイオード
９０２１ 電界効果トランジスタ
９０２２ 電界効果トランジスタ
９０２３ 電界効果トランジスタ
９０２４ 電界効果トランジスタ
９０２５＿１ 電界効果トランジスタ
９０２５＿２ 電界効果トランジスタ
９０２６ 電界効果トランジスタ
９０２７ 電界効果トランジスタ
９０２８＿１ 電界効果トランジスタ
９０２８＿２ 電界効果トランジスタ
９０３１ 容量素子
９０３２ 容量素子
９０３３ 容量素子
９０３４ 容量素子
９０４０ 差動増幅器
９５００ 基板
９５０２ 絶縁層
９５１３ａ 半導体層
９５１３ｂ 半導体層
９５１４ａ Ｎ型領域
９５１４ｂ Ｎ型領域
９５１４ｃ Ｎ型領域
９５１５ Ｐ型領域
９５１６ 絶縁層
９５１７ 導電層
９５１８ 絶縁層
９５１９ 酸化物半導体層
９５２０ａ 導電層
９５２０ｂ 導電層
９５２０ｃ 導電層
９５２０ｄ 導電層
９５２０ｅ 導電層
９５２１ 絶縁層
９５２２ａ 導電層
９５２２ｂ 導電層
９５２２ｃ 導電層
９５２３ 絶縁層
９５２４ 導電層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光データ信号を生成する機能を有する光検出回路と、
第１のデータ信号及び第２のデータ信号が入力され、前記第１のデータ信号のデータと前記第２のデータ信号のデータとの差分データを生成する機能を有する差分データ生成回路と、
前記光データ信号のデータを、前記第１のデータ信号のデータとみなすか前記第２のデータ信号のデータとみなすかを決定する機能を有するデータ入力選択回路と、を具備することを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
光検出回路と、
差分データ生成回路と、
データ入力選択回路と、
データバスと、
前記データバスをリセットするか否かを制御するスイッチと、を具備し、
前記光検出回路が、
第１の電流端子及び第２の電流端子を有し、入射する光の照度に応じて前記第１の電流端子及び前記第２の電流端子の間に電流が流れる光電変換素子と、
ソース及びドレインの一方が前記光電変換素子の第２の電流端子に電気的に接続される第１の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記光電変換素子の第２の電流端子に電気的に接続される第２の電界効果トランジスタと、
一対の電極の一方が前記第１の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第１の容量素子と、
一対の電極の一方が前記第２の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第２の容量素子と、
ソース及びドレインの一方が前記第１の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第３の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方に単位電位が供給され、ゲートが前記第２の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方、並びに前記第３の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第４の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記第４の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記データバスに電気的に接続される第５の電界効果トランジスタと、を備え、
前記差分データ生成回路が、
負入力端子及び正入力端子を有する差動増幅器を備え、
前記データ入力選択回路が、
ソース及びドレインの一方が前記データバスに電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記差動増幅器における負入力端子に電気的に接続される第６の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記データバスに電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記差動増幅器における正入力端子に電気的に接続される第７の電界効果トランジスタと、を備えることを特徴とする光検出装置。
【請求項３】
光検出回路と、
差分データ生成回路と、
データ入力選択回路と、
データバスと、
前記データバスをリセットするか否かを制御するスイッチと、を具備し、
前記光検出回路が、
第１の電流端子及び第２の電流端子を有し、入射する光の照度に応じて前記第１の電流端子及び前記第２の電流端子の間に電流が流れる光電変換素子と、
ソース及びドレインの一方が前記光電変換素子の第２の電流端子に電気的に接続される第１の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記光電変換素子の第２の電流端子に電気的に接続される第２の電界効果トランジスタと、
一対の電極の一方が前記第１の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第１の容量素子と、
ソース及びドレインの一方に単位電位が供給され、ゲートが前記第１の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方、並びに前記第２の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第３の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記第３の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記データバスに電気的に接続される第４の電界効果トランジスタと、を備え、
前記差分データ生成回路が、
負入力端子及び正入力端子を有する差動増幅器を備え、
前記データ入力選択回路が、
ソース及びドレインの一方が前記データバスに電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記差動増幅器における負入力端子に電気的に接続される第５の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記データバスに電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記差動増幅器における正入力端子に電気的に接続される第６の電界効果トランジスタと、を備え、
ソース及びドレインの一方が前記差動増幅器における正入力端子に電気的に接続される第７の電界効果トランジスタと、
一対の電極の一方が前記第７の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第２の容量素子と、をさらに具備することを特徴とする光検出装置。
【請求項４】
光検出回路と、
差分データ生成回路と、
データ入力選択回路と、
第１のデータバスと、
第２のデータバスと、
前記第１のデータバスをリセットするか否かを制御する第１のスイッチと、
前記第２のデータバスをリセットするか否かを制御する第２のスイッチと、を具備し、
前記光検出回路が、
第１の電流端子及び第２の電流端子を有し、入射する光の照度に応じて前記第１の電流端子及び前記第２の電流端子の間に電流が流れる光電変換素子と、
ソース及びドレインの一方が前記光電変換素子の第２の電流端子に電気的に接続される第１の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記光電変換素子の第２の電流端子に電気的に接続される第２の電界効果トランジスタと、
一対の電極の一方が前記第１の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第１の容量素子と、
一対の電極の一方が前記第２の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第２の容量素子と、
ソース及びドレインの一方が前記第１の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第３の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方に単位電位が供給され、ゲートが前記第２の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方、並びに前記第３の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第４の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記第４の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記第１のデータバスに電気的に接続される第５の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記第４の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記第２のデータバスに電気的に接続される第６の電界効果トランジスタと、を備え、
前記差分データ生成回路が、
負入力端子及び正入力端子を有する差動増幅器を備え、
前記データ入力選択回路が、
ソース及びドレインの一方が前記第１のデータバスに電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記差動増幅器における負入力端子に電気的に接続される第７の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記第２のデータバスに電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記差動増幅器における正入力端子に電気的に接続される第８の電界効果トランジスタと、を備えることを特徴とする光検出装置。
【請求項５】
光検出回路と、
差分データ生成回路と、
データ入力選択回路と、
第１のデータバスと、
第２のデータバスと、
前記第１のデータバスをリセットするか否かを制御する第１のスイッチと、
前記第２のデータバスをリセットするか否かを制御する第２のスイッチと、を具備し、
前記光検出回路が、
第１の電流端子及び第２の電流端子を有し、入射する光の照度に応じて前記第１の電流端子及び前記第２の電流端子の間に電流が流れる光電変換素子と、
ソース及びドレインの一方が前記光電変換素子の第２の電流端子に電気的に接続される第１の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記光電変換素子の第２の電流端子に電気的に接続される第２の電界効果トランジスタと、
一対の電極の一方が前記第１の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第１の容量素子と、
ソース及びドレインの一方に単位電位が供給され、ゲートが前記第１の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方、並びに前記第２の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第３の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記第３の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記第１のデータバスに電気的に接続される第４の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記第３の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記第２のデータバスに電気的に接続される第５の電界効果トランジスタと、を備え、
前記差分データ生成回路が、
負入力端子及び正入力端子を有する差動増幅器を備え、
前記データ入力選択回路が、
ソース及びドレインの一方が前記第１のデータバスに電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記差動増幅器における負入力端子に電気的に接続される第６の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記第２のデータバスに電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記差動増幅器における正入力端子に電気的に接続される第７の電界効果トランジスタと、を備え、
ソース及びドレインの一方が前記差動増幅器における正入力端子に電気的に接続される第８の電界効果トランジスタと、
一対の電極の一方が前記第７の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第２の容量素子と、をさらに具備することを特徴とする光検出装置。
【請求項６】
光データ信号を生成する光検出回路と、
第１のデータ信号及び第２のデータ信号が入力され、前記第１のデータ信号のデータと前記第２のデータ信号のデータとの差分データを生成する差分データ生成回路と、
前記光データ信号のデータを、前記第１のデータ信号のデータとみなすか前記第２のデータ信号のデータとみなすかを決定する機能を有するデータ入力選択回路と、を具備する光検出装置の駆動方法であって、
前記光データ信号のデータがリセット期間に取得したデータの場合に、前記光データ信号のデータを前記第２のデータ信号のデータとして前記差分データ生成回路に入力することと、
前記光データ信号のデータが撮像期間に取得したデータの場合に、前記光データ信号のデータを前記第１のデータ信号のデータとして前記差分データ生成回路に入力することと、を含むことを特徴とする光検出装置の駆動方法。
【請求項１】
光データ信号を生成する機能を有する光検出回路と、
第１のデータ信号及び第２のデータ信号が入力され、前記第１のデータ信号のデータと前記第２のデータ信号のデータとの差分データを生成する機能を有する差分データ生成回路と、
前記光データ信号のデータを、前記第１のデータ信号のデータとみなすか前記第２のデータ信号のデータとみなすかを決定する機能を有するデータ入力選択回路と、を具備することを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
光検出回路と、
差分データ生成回路と、
データ入力選択回路と、
データバスと、
前記データバスをリセットするか否かを制御するスイッチと、を具備し、
前記光検出回路が、
第１の電流端子及び第２の電流端子を有し、入射する光の照度に応じて前記第１の電流端子及び前記第２の電流端子の間に電流が流れる光電変換素子と、
ソース及びドレインの一方が前記光電変換素子の第２の電流端子に電気的に接続される第１の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記光電変換素子の第２の電流端子に電気的に接続される第２の電界効果トランジスタと、
一対の電極の一方が前記第１の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第１の容量素子と、
一対の電極の一方が前記第２の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第２の容量素子と、
ソース及びドレインの一方が前記第１の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第３の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方に単位電位が供給され、ゲートが前記第２の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方、並びに前記第３の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第４の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記第４の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記データバスに電気的に接続される第５の電界効果トランジスタと、を備え、
前記差分データ生成回路が、
負入力端子及び正入力端子を有する差動増幅器を備え、
前記データ入力選択回路が、
ソース及びドレインの一方が前記データバスに電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記差動増幅器における負入力端子に電気的に接続される第６の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記データバスに電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記差動増幅器における正入力端子に電気的に接続される第７の電界効果トランジスタと、を備えることを特徴とする光検出装置。
【請求項３】
光検出回路と、
差分データ生成回路と、
データ入力選択回路と、
データバスと、
前記データバスをリセットするか否かを制御するスイッチと、を具備し、
前記光検出回路が、
第１の電流端子及び第２の電流端子を有し、入射する光の照度に応じて前記第１の電流端子及び前記第２の電流端子の間に電流が流れる光電変換素子と、
ソース及びドレインの一方が前記光電変換素子の第２の電流端子に電気的に接続される第１の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記光電変換素子の第２の電流端子に電気的に接続される第２の電界効果トランジスタと、
一対の電極の一方が前記第１の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第１の容量素子と、
ソース及びドレインの一方に単位電位が供給され、ゲートが前記第１の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方、並びに前記第２の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第３の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記第３の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記データバスに電気的に接続される第４の電界効果トランジスタと、を備え、
前記差分データ生成回路が、
負入力端子及び正入力端子を有する差動増幅器を備え、
前記データ入力選択回路が、
ソース及びドレインの一方が前記データバスに電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記差動増幅器における負入力端子に電気的に接続される第５の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記データバスに電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記差動増幅器における正入力端子に電気的に接続される第６の電界効果トランジスタと、を備え、
ソース及びドレインの一方が前記差動増幅器における正入力端子に電気的に接続される第７の電界効果トランジスタと、
一対の電極の一方が前記第７の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第２の容量素子と、をさらに具備することを特徴とする光検出装置。
【請求項４】
光検出回路と、
差分データ生成回路と、
データ入力選択回路と、
第１のデータバスと、
第２のデータバスと、
前記第１のデータバスをリセットするか否かを制御する第１のスイッチと、
前記第２のデータバスをリセットするか否かを制御する第２のスイッチと、を具備し、
前記光検出回路が、
第１の電流端子及び第２の電流端子を有し、入射する光の照度に応じて前記第１の電流端子及び前記第２の電流端子の間に電流が流れる光電変換素子と、
ソース及びドレインの一方が前記光電変換素子の第２の電流端子に電気的に接続される第１の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記光電変換素子の第２の電流端子に電気的に接続される第２の電界効果トランジスタと、
一対の電極の一方が前記第１の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第１の容量素子と、
一対の電極の一方が前記第２の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第２の容量素子と、
ソース及びドレインの一方が前記第１の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第３の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方に単位電位が供給され、ゲートが前記第２の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方、並びに前記第３の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第４の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記第４の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記第１のデータバスに電気的に接続される第５の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記第４の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記第２のデータバスに電気的に接続される第６の電界効果トランジスタと、を備え、
前記差分データ生成回路が、
負入力端子及び正入力端子を有する差動増幅器を備え、
前記データ入力選択回路が、
ソース及びドレインの一方が前記第１のデータバスに電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記差動増幅器における負入力端子に電気的に接続される第７の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記第２のデータバスに電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記差動増幅器における正入力端子に電気的に接続される第８の電界効果トランジスタと、を備えることを特徴とする光検出装置。
【請求項５】
光検出回路と、
差分データ生成回路と、
データ入力選択回路と、
第１のデータバスと、
第２のデータバスと、
前記第１のデータバスをリセットするか否かを制御する第１のスイッチと、
前記第２のデータバスをリセットするか否かを制御する第２のスイッチと、を具備し、
前記光検出回路が、
第１の電流端子及び第２の電流端子を有し、入射する光の照度に応じて前記第１の電流端子及び前記第２の電流端子の間に電流が流れる光電変換素子と、
ソース及びドレインの一方が前記光電変換素子の第２の電流端子に電気的に接続される第１の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記光電変換素子の第２の電流端子に電気的に接続される第２の電界効果トランジスタと、
一対の電極の一方が前記第１の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第１の容量素子と、
ソース及びドレインの一方に単位電位が供給され、ゲートが前記第１の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方、並びに前記第２の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第３の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記第３の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記第１のデータバスに電気的に接続される第４の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記第３の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記第２のデータバスに電気的に接続される第５の電界効果トランジスタと、を備え、
前記差分データ生成回路が、
負入力端子及び正入力端子を有する差動増幅器を備え、
前記データ入力選択回路が、
ソース及びドレインの一方が前記第１のデータバスに電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記差動増幅器における負入力端子に電気的に接続される第６の電界効果トランジスタと、
ソース及びドレインの一方が前記第２のデータバスに電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が前記差動増幅器における正入力端子に電気的に接続される第７の電界効果トランジスタと、を備え、
ソース及びドレインの一方が前記差動増幅器における正入力端子に電気的に接続される第８の電界効果トランジスタと、
一対の電極の一方が前記第７の電界効果トランジスタにおけるソース及びドレインの他方に電気的に接続される第２の容量素子と、をさらに具備することを特徴とする光検出装置。
【請求項６】
光データ信号を生成する光検出回路と、
第１のデータ信号及び第２のデータ信号が入力され、前記第１のデータ信号のデータと前記第２のデータ信号のデータとの差分データを生成する差分データ生成回路と、
前記光データ信号のデータを、前記第１のデータ信号のデータとみなすか前記第２のデータ信号のデータとみなすかを決定する機能を有するデータ入力選択回路と、を具備する光検出装置の駆動方法であって、
前記光データ信号のデータがリセット期間に取得したデータの場合に、前記光データ信号のデータを前記第２のデータ信号のデータとして前記差分データ生成回路に入力することと、
前記光データ信号のデータが撮像期間に取得したデータの場合に、前記光データ信号のデータを前記第１のデータ信号のデータとして前記差分データ生成回路に入力することと、を含むことを特徴とする光検出装置の駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−８１１６４（Ｐ２０１３−８１１６４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２０５１５３（Ｐ２０１２−２０５１５３）
【出願日】平成２４年９月１９日（２０１２．９．１９）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月１９日（２０１２．９．１９）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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