特許 7396995 撮像装置および電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-04

(45)【発行日】2023-12-12

(54)【発明の名称】撮像装置および電子機器

(51)【国際特許分類】

   H04N 25/78 20230101AFI20231205BHJP

   H04N 25/70 20230101ALI20231205BHJP

【ＦＩ】

H04N25/78

H04N25/70

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020550958

(86)(22)【出願日】2019-10-07

(86)【国際出願番号】 IB2019058506

(87)【国際公開番号】W WO2020075031

(87)【国際公開日】2020-04-16

【審査請求日】2022-09-02

(31)【優先権主張番号】P 2018192666

(32)【優先日】2018-10-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000153878

【氏名又は名称】株式会社半導体エネルギー研究所

(72)【発明者】

【氏名】池田 隆之

(72)【発明者】

【氏名】根来 雄介

【審査官】鈴木 明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１３６４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１１８８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１１９７１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ ２５／００－２５／７９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の画素と、
第２の画素と、
第１の相関二重サンプリング回路と、
第２の相関二重サンプリング回路と、
Ａ／Ｄ変換回路と、を有し、
前記第１の画素および前記第２の画素は、それぞれ発光デバイスと、光電変換デバイスと、を有し、
前記第１の画素は、前記第１の相関二重サンプリング回路と電気的に接続され、
前記第２の画素は、前記第１の相関二重サンプリング回路と電気的に接続され、
前記第１の相関二重サンプリング回路は、前記第２の相関二重サンプリング回路と電気的に接続され、
前記第２の相関二重サンプリング回路は、前記Ａ／Ｄ変換回路と電気的に接続され、
前記第１の画素、前記第２の画素、前記第１の相関二重サンプリング回路および前記第２の相関二重サンプリング回路は、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタを有し、
前記第１の画素および前記第２の画素は、それぞれ、前記トランジスタとして第１のトランジスタと、さらに第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、第５のトランジスタと、を有し、
前記第１の画素および前記第２の画素は、さらに、それぞれ第１のキャパシタと、第２のキャパシタと、メモリ回路と、を有し、
前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記光電変換デバイスの一方の電極と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第１のキャパシタの一方の電極と電気的に接続され、
前記第１のキャパシタの一方の電極は、前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第３のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記第３のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第２のキャパシタの一方の電極と電気的に接続され、
前記第２のキャパシタの一方の電極は、前記第４のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第４のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第５のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記第５のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第１の相関二重サンプリング回路と電気的に接続され、
前記第２のキャパシタの他方の電極は、前記メモリ回路と電気的に接続されている撮像装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記メモリ回路は、第６のトランジスタと、第７のトランジスタと、第８のトランジスタと、第９のトランジスタと、を有し、
前記メモリ回路は、さらに、第３のキャパシタを有し、
前記第６のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第３のキャパシタの一方の電極と電気的に接続され、
前記第３のキャパシタの一方の電極は、前記第７のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第７のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第８のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記第７のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第９のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記第９のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第２のキャパシタの他方の電極と電気的に接続されている撮像装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２において、
前記第１の画素が有する前記第５のトランジスタのソースまたはドレインの他方と、前記第２の画素が有する前記第５のトランジスタのソースまたはドレインの他方とは、電気的に接続され、
前記第１の画素が有する前記第５のトランジスタのゲートと、前記第２の画素が有する前記第５のトランジスタのゲートとは、電気的に接続される撮像装置。

【請求項4】

請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記第１の画素が有する発光デバイスは、第１の波長にピークを有する近赤外光を発する機能を有し、
前記第２の画素が有する発光デバイスは、第２の波長にピークを有する近赤外光を発する機能を有し、
前記第１の波長は、前記第２の波長よりも短く、
前記第１の画素が有する前記光電変換デバイスは、吸収端波長が前記第２の波長よりも短く、
前記第２の画素が有する前記光電変換デバイスは、吸収端波長が前記第２の波長以上である撮像装置。

【請求項5】

請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、

前記第１の画素が有する発光デバイスは、第１の波長にピークを有する近赤外光を発する機能を有し、
前記第２の画素が有する発光デバイスは、第２の波長にピークを有する近赤外光を発する機能を有し、
前記第１の波長は、前記第２の波長よりも短く、
前記第１の画素および前記第２の画素が有する前記光電変換デバイスは、吸収端波長が前記第２の波長以上である撮像装置。

【請求項6】

請求項５において、
前記第１の画素には前記第１の波長およびその近傍の光を選択的に透過する第１の光学フィルタ層が設けられ、
前記第２の画素には前記第２の波長およびその近傍の光を選択的に透過する第２の光学フィルタ層が設けられる撮像装置。

【請求項7】

請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
前記第１の画素、前記第２の画素、前記第１の相関二重サンプリング回路および前記第２の相関二重サンプリング回路は、第１の可撓性基板と、前記第１の可撓性基板と対向する第２の可撓性基板との間に設けられている撮像装置。

【請求項8】

請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
前記金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）と、を有する撮像装置。

【請求項9】

請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の撮像装置と、表示装置と、を有する電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の一態様は、撮像装置に関する。

【0002】

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。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、液晶表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、撮像装置、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。

【0003】

なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタ、半導体回路は半導体装置の一態様である。また、記憶装置、表示装置、撮像装置、電子機器は、半導体装置を有する場合がある。

【背景技術】

【0004】

基板上に形成された酸化物半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。例えば、酸化物半導体を有するオフ電流が極めて低いトランジスタを画素回路に用いる構成の撮像装置が特許文献１に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１１－１１９７１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

撮像装置は、可視光を画像化する手段として用いられるだけでなく、様々な用途に用いられている。例えば、個人認証、不良解析、医療診断、セキュリティ用途などに用いられている。これらの用途では、可視光の他、Ｘ線などの短波長の光、赤外線などの長波長の光などを用途に応じて使い分けている。

【0007】

可視光および赤外線としては自然光や室内光を利用する場合もあるが、専用の光源を用いることも一般化している。光源としては電球型のランプ、ＬＥＤおよびレーザなどが用いられるが、撮像装置との組み合わせでは小型化、薄型化に課題がある。

【0008】

したがって、本発明の一態様では、光源を有する撮像装置を提供することを目的の一つとする。または、薄型の光源を有し、当該光源から発する光の被写体からの反射光を撮像する撮像装置を提供することを目的の一つとする。または、薄型の赤外光源を有する撮像装置を提供することを目的の一つとする。または複数の画素の積和演算が可能な撮像装置を提供することを目的の一つとする。

【0009】

または、低消費電力の撮像装置を提供することを目的の一つとする。または、高速に撮像が行える撮像装置を提供することを目的の一つとする。または、信頼性の高い撮像装置を提供することを目的の一つとする。または、新規な撮像装置を提供することを目的の一つとする。または、上記撮像装置の動作方法を提供することを目的の一つとする。または、新規な半導体装置などを提供することを目的の一つとする。

【0010】

なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一態様は、光源を有する薄型の撮像装置に関する。または、演算が可能な撮像装置に関する。

【0012】

本発明の一態様は、第１の画素と、第２の画素と、第１の相関二重サンプリング回路と、第２の相関二重サンプリング回路と、Ａ／Ｄ変換回路と、を有し、第１の画素および第２の画素は、それぞれ発光デバイスと、光電変換デバイスと、を有し、第１の画素は、第１の相関二重サンプリング回路と電気的に接続され、第２の画素は、第１の相関二重サンプリング回路と電気的に接続され、第１の相関二重サンプリング回路は、第２の相関二重サンプリング回路と電気的に接続され、第２の相関二重サンプリング回路は、Ａ／Ｄ変換回路と電気的に接続され、第１の画素、第２の画素、第１の相関二重サンプリング回路および第２の相関二重サンプリング回路は、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタを有する撮像装置である。

【0013】

第１の画素および第２の画素は、それぞれ、トランジスタとして第１のトランジスタと、さらに第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、第５のトランジスタと、を有し、第１の画素および第２の画素は、さらに、それぞれ第１のキャパシタと、第２のキャパシタと、メモリ回路と、を有し、第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、光電変換デバイスの一方の電極と電気的に接続され、第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第１のキャパシタの一方の電極と電気的に接続され、第１のキャパシタの一方の電極は、第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第３のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第３のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第２のキャパシタの一方の電極と電気的に接続され、第２のキャパシタの一方の電極は、第４のトランジスタのゲートと電気的に接続され、第４のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第５のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第５のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第１の相関二重サンプリング回路と電気的に接続され、第２のキャパシタの他方の電極は、メモリ回路と電気的に接続することができる。

【0014】

メモリ回路は、第６のトランジスタと、第７のトランジスタと、第８のトランジスタと、第９のトランジスタと、を有し、メモリ回路は、さらに、第３のキャパシタを有し、第６のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第３のキャパシタの一方の電極と電気的に接続され、第３のキャパシタの一方の電極は、第７のトランジスタのゲートと電気的に接続され、第７のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第８のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第７のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第９のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第９のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第２のキャパシタの他方の電極と電気的に接続することができる。

【0015】

第１の画素が有する第５のトランジスタのソースまたはドレインの他方と、第２の画素が有する第５のトランジスタのソースまたはドレインの他方と、は電気的に接続され、第１の画素が有する第５のトランジスタのゲートと、第２の画素が有する第５のトランジスタのゲートと、は電気的に接続される構成としてもよい。

【0016】

第１の波長＜第２の波長であって、第１の画素および第２の画素が有する発光デバイスは、第１の波長および第２の波長を含む近赤外光を発し、第１の画素が有する光電変換デバイスは、吸収端波長が第２の波長よりも短く、第２の画素が有する光電変換デバイスは、吸収端波長が第２の波長以上である構成とすることができる。

【0017】

また、第１の波長＜第２の波長であって、第１の画素が有する発光デバイスは、第１の波長にピークを有する近赤外光を発し、第２の画素が有する発光デバイスは、第２の波長にピークを有する近赤外光を発し、第１の画素が有する光電変換デバイスは、吸収端波長が第２の波長よりも短く、第２の画素が有する光電変換デバイスは、吸収端が第２の波長以上である構成としてもよい。

【0018】

また、第１の波長＜第２の波長であって、第１の画素が有する発光デバイスは、第１の波長にピークを有する近赤外光を発し、第２の画素が有する発光デバイスは、第２の波長にピークを有する近赤外光を発し、第１の画素および第２の画素が有する光電変換デバイスは、吸収端波長が第２の波長以上である構成としてもよい。当該構成において、第１の画素には第１の波長およびその近傍の光を選択的に透過する第１の光学フィルタ層が設けられ、第２の画素には第２の波長およびその近傍の光を選択的に透過する第２の光学フィルタ層が設けられていてもよい。

【0019】

第１の画素、第２の画素、第１の相関二重サンプリング回路および第２の相関二重サンプリング回路は、第１の可撓性基板と、第１の可撓性基板と対向する第２の可撓性基板との間に設けることができる。

【0020】

金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）と、を有することが好ましい。

【発明の効果】

【0021】

本発明の一態様を用いることで、光源を有する撮像装置を提供することができる。または、薄型の光源を有し、当該光源から発する光の被写体からの反射光を撮像する撮像装置を提供することができる。または、薄型の赤外光源を有する撮像装置を提供することができる。または複数の画素の積和演算が可能な撮像装置を提供することができる。

【0022】

または、低消費電力の撮像装置を提供することができる。または、高速に撮像が行える撮像装置を提供することができる。または、信頼性の高い撮像装置を提供することができる。または、新規な撮像装置を提供することができる。または、上記撮像装置の動作方法を提供することができる。または、新規な半導体装置などを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

図１は、撮像装置を説明するブロック図である。
図２Ａ～図２Ｃは、画素アレイを説明する図である。
図３は、画素回路を説明する図である。
図４Ａは、ローリングシャッタ方式を説明する図である。図４Ｂは、グローバルシャッタ方式を説明する図である。
図５は、読み出し回路を説明する図である。
図６は、撮像装置の動作を説明するタイミングチャートである。
図７は、撮像装置を説明するブロック図である。
図８Ａ～図８Ｃは、発光デバイスと光電変換デバイスを説明する図である。
図９Ａ～図９Ｃは、画素回路を説明する図である。
図１０Ａ～図１０Ｃは、画素回路を説明する図である。
図１１Ａ～図１１Ｃは、画素回路を説明する図である。
図１２Ａ～図１２Ｃは、画素回路を説明する図である。
図１３Ａ、図１３Ｂは、画素回路を説明する図である。
図１４Ａ～図１４Ｃは、撮像装置の画素の構成、光電変換デバイスの構成および発光デバイスの構成を説明する図である。
図１５は、撮像装置の画素の構成を説明する図である。
図１６Ａ～図１６Ｄは、トランジスタを説明する図である。
図１７Ａ１、図１７Ａ２、図１７Ｂ１、図１７Ｂ２は、電子機器を説明する図である。
図１８Ａ，図１８Ｂは、電子機器を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態およ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。したがって、本発明は以下に示す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。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略することがある。なお、図を構成する同じ要素のハッチングを異なる図面間で適宜省略または変更する場合もある。

【0025】

また、回路図上では単一の要素として図示されている場合であっても、機能的に不都合がなければ、当該要素が複数で構成されてもよい。例えば、スイッチとして動作するトランジスタは、複数が直列または並列に接続されてもよい場合がある。また、キャパシタ（容量素子ともいう）を分割して複数の位置に配置してもよい場合がある。

【0026】

また、一つの導電体が、配線、電極および端子のような複数の機能を併せ持っている場合があり、本明細書においては、同一の要素に対して複数の呼称を用いる場合がある。また、回路図上で要素間が直接接続されているように図示されている場合であっても、実際には当該要素間が複数の導電体を介して接続されている場合があり、本明細書ではこのような構成でも直接接続の範疇に含める。

【0027】

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である撮像装置について、図面を参照して説明する。

【0028】

本発明の一態様は、画素に発光デバイスおよび光電変換デバイスを有する撮像装置である。発光デバイスが発し、被写体で反射された光を光電変換デバイスで受光する。発光デバイスにはＥＬ素子を用いるため、薄型の光源付撮像装置を構成することができる。

【0029】

また、発光波長の異なるＥＬ素子が複数設けられた構成、および受光波長の異なる光電変換デバイスが複数設けられた構成とすることもできる。したがって、複数の波長に対する被写体の情報を得ることができる。

【0030】

また、撮像装置は、画素で取得した第１のデータに第２のデータ（重み）を乗じた第３のデータを出力する機能を有する。第３のデータを外部で演算することで、特定の波長に対する被写体の情報をより詳しく得ることができる。また、適切な重みを与えた複数の画素をまとめて読み出すことで、画素間の差分データなどを出力させることもでき、外部演算を省略することもできる。

【0031】

また、発光デバイスとして赤外光を発する素子を用いることで生体認証、身体活動の計測、工業製品の不良解析、農産物の選定などの用途に用いることができる。また、グローバルシャッタ方式での撮像が可能な画素回路を用いることで、動きのある被写体であっても歪みのない画像を得ることができる。

【0032】

＜撮像装置＞
図１は、本発明の一態様の撮像装置を説明するブロック図である。当該撮像装置は、マトリクス状に配列された画素を有する画素アレイ２１と、画素アレイ２１の行を選択する機能を有する回路２２（ロードライバ）と、画素回路１０からデータを読み出す機能を有する回路２３と、電源電位を供給する回路２８を有する。画素には画素回路１０および発光デバイス１１が設けられている。

【0033】

回路２３は読み出し回路であり、画素回路１０の出力データに対して相関二重サンプリング処理を行うための回路２４（第１のＣＤＳ回路）と、回路２４の出力データに対して相関二重サンプリング処理を行うための回路２５（第２のＣＤＳ回路）と、回路２５から出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回路２６（Ａ／Ｄ変換回路等）と、データを読み出す画素アレイ２１の列を選択する機能を有する回路２７（カラムドライバ）などを有することができる。回路２３には、そのほか電流源回路などを設けることができる。

【0034】

なお、画素回路１０と発光デバイス１１が重ならない構成としてもよい。例えば、図２Ａに示すように、画素回路１０と発光デバイス１１とを一定の間隔で交互に配置してもよい。また、図２Ｂに示すように、画素回路１０と発光デバイス１１とを行毎に交互に配置してもよい。図２Ｂに示す構成の変形例として、破線で示すように発光デバイス１１を一方向に延在させた構成であってもよい。

【0035】

また、図２Ｃに示すように、隣り合う２つの画素回路１０の間に発光デバイス１１を配置する構成であってもよい。この場合、発光デバイス１１は、画素回路１０と接続する配線と重なる領域を有して配置される。なお、図２Ａ乃至図２Ｃでは画素回路１０と同数の発光デバイス１１を図示しているが、発光デバイス１１の数は画素回路１０と異なっていてもよい。

【0036】

＜画素回路＞
図３は、本発明の一態様の撮像装置に用いることができる画素回路１０を説明する回路図である。画素回路１０は、光電変換デバイス１０１と、トランジスタ１０２と、トランジスタ１０３と、トランジスタ１０４と、トランジスタ１０５と、トランジスタ１０６と、キャパシタ１０７と、キャパシタ１０８と、メモリ回路３０を有することができる。なお、キャパシタ１０７を設けない構成としてもよい。

【0037】

光電変換デバイス１０１の一方の電極（カソード）は、トランジスタ１０２のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０２のソースまたはドレインの他方は、キャパシタ１０７の一方の電極と電気的に接続される。キャパシタ１０７の一方の電極は、トランジスタ１０３のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０３のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ１０４のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０４のソースまたはドレインの一方は、キャパシタ１０８の一方の電極と電気的に接続される。キャパシタ１０８の一方の電極は、トランジスタ１０５のゲートと電気的に接続される。トランジスタ１０５のソースまたはドレインの一方は、トランジスタ１０６のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。キャパシタ１０８の他方の電極は、メモリ回路３０と電気的に接続される。

【0038】

メモリ回路３０は、トランジスタ１１０と、トランジスタ１１１と、トランジスタ１１２と、トランジスタ１１３と、キャパシタ１１４を有することができる。

【0039】

トランジスタ１１０のソースまたはドレインの一方は、キャパシタ１１４の一方の電極と電気的に接続される。キャパシタ１１４の一方の電極は、トランジスタ１１２のゲートと電気的に接続される。トランジスタ１１２のソースまたはドレインの一方は、トランジスタ１１１のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１１２のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ１１３のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１１３のソースまたはドレインの一方は、キャパシタ１０８の他方の電極と電気的に接続される。

【0040】

ここで、トランジスタ１０２のソースまたはドレインの他方、キャパシタ１０７の一方の電極およびトランジスタ１０３のソースまたはドレインの一方を接続する配線をノードＦＤ１とする。トランジスタ１０３のソースまたはドレインの他方、トランジスタ１０４のソースまたはドレインの一方、キャパシタ１０８の一方の電極およびトランジスタ１０５のゲートを接続する配線をノードＦＤ２とする。

【0041】

ノードＦＤ１は、電荷蓄積部として機能させることができる。ノードＦＤ２は、電荷検出部として機能させることができる。

【0042】

また、メモリ回路３０において、トランジスタ１１０のソースまたはドレインの一方、キャパシタ１１４の一方の電極およびトランジスタ１１２のゲートを接続する配線をノードＮＷ１とする。トランジスタ１１２のソースまたはドレインの他方、トランジスタ１１３のソースまたはドレインの一方およびキャパシタ１０８の他方の電極を接続する配線をノードＮＷ２とする。

【0043】

ノードＮＷ１は、データ保持ノードとして機能させることができる。ノードＮＷ２は、データ読み出しノードとして機能させることができる。

【0044】

光電変換デバイス１０１の他方の電極（アノード）は、配線１２１と電気的に接続される。トランジスタ１０２のゲートは、配線１２４と電気的に接続される。トランジスタ１０３のゲートは、配線１２５と電気的に接続される。トランジスタ１０４のソースまたはドレインの他方およびトランジスタ１０５のソースまたはドレインの他方は、配線１２２に電気的に接続される。トランジスタ１０４のゲートは、配線１２６と電気的に接続される。トランジスタ１０６のゲートは、配線１２７と電気的に接続される。トランジスタ１０６のソースまたはドレインの他方は、配線１２３と電気的に接続される。キャパシタ１０７の他方の電極は、例えばＧＮＤ配線などの基準電位線と電気的に接続される。

【0045】

また、メモリ回路３０において、トランジスタ１１０のソースまたはドレインの他方は、配線１３３と電気的に接続される。トランジスタ１１１のソースまたはドレインの他方は、配線１３４と電気的に接続される。トランジスタ１１３のソースまたはドレインの他方は、配線１３５と電気的に接続される。キャパシタ１１４の他方の電極は、例えばＧＮＤ配線などの基準電位線と電気的に接続される。

【0046】

配線１２４、１２５、１２６、１２７、１３６、１３７、１３８は、各トランジスタの導通を制御する信号線として機能させることができる。

【0047】

配線１２１、１２２は、電源線としての機能を有することができる。図３に示す構成では光電変換デバイス１０１のカソード側がトランジスタ１０２と電気的に接続する構成であり、ノードＦＤ１およびノードＦＤ２を高電位にリセットして動作させる構成であるため、配線１２２は高電位（配線１２１よりも高い電位）とする。

【0048】

メモリ回路３０において、トランジスタ１１２およびトランジスタ１１３はソースフォロアとして動作し、ノードＮＷ１の電位をノードＮＷ２に読み出すことができる。配線１３４および配線１３５はトランジスタ１１２を動作させるための電源線としての機能を有することができ、配線１３４は高電位（配線１３５よりも高い電位）とする。

【0049】

配線１２３は出力線として機能させることができる。メモリ回路における配線１３３は、データ（重み）書き込み用の信号線として機能させることができる。

【0050】

光電変換デバイス１０１としては、フォトダイオードを用いることができる。本発明の一態様では、赤外線を用いた撮像を行う。したがって、光電変換デバイス１０１には、少なくとも赤外領域の光を光電変換できるフォトダイオードを用いる。

【0051】

例えば、光電変換層に有機光導電膜を有するフォトダイオードを用いることができる。有機光導電膜は薄膜であり、支持基板に可撓性があれば曲げることもできる。したがって、可撓性を有する撮像装置の形成に適する。また、撮像装置の大型化も容易である。なお、光電変換デバイス１０１として、有機光導電膜を有するフォトコンダクタを用いてもよい。

【0052】

また、単結晶シリコンを光電変換部に用いたｐｎ接合型フォトダイオード、多結晶シリコンまたは微結晶シリコンを光電変換層に用いたｐｉｎ型フォトダイオードなどを用いることもできる。または、化合物半導体など、赤外領域の光を光電変換できる材料を有するフォトダイオードを用いてもよい。

【0053】

なお、上記フォトダイオードまたはフォトコンダクタに用いることのできる材料の多くは可視光領域にも感度を有するため、可視光の画像を取得することもできる。なお、赤外光の画像を取得する際、可視光がノイズとなる場合は、光電変換デバイス１０１と被写体との間に赤外線透過フィルタ（可視光を遮断するフィルタ）を設けることが好ましい。

【0054】

トランジスタ１０２は、ノードＦＤ１の電位を制御する機能を有する。トランジスタ１０３は、ノードＦＤ２の電位を制御する機能を有する。トランジスタ１０４は、ノードＦＤ１およびノードＦＤ２の電位をリセットする機能を有する。トランジスタ１０５はソースフォロア回路として機能し、ノードＦＤ２の電位を画像データとして配線１２３に出力することができる。トランジスタ１０６は画像データを出力する画素を選択する機能を有する。

【0055】

トランジスタ１０２、トランジスタ１０３およびトランジスタ１０４にはチャネル形成領域に金属酸化物を用いたトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタ）を用いることが好ましい。ＯＳトランジスタは、オフ電流が極めて低い特性を有する。トランジスタ１０２、トランジスタ１０３およびトランジスタ１０４にＯＳトランジスタを用いることによって、ノードＦＤ１およびノードＦＤ２で電荷を保持できる期間を極めて長くすることができる。そのため、回路構成や動作方法を複雑にすることなく、全画素で同時に電荷の蓄積動作を行うグローバルシャッタ方式を適用することができる。

【0056】

＜撮像装置の動作モード＞
図４Ａはローリングシャッタ方式の動作方法を模式化した図であり、図４Ｂはグローバルシャッタ方式を模式化した図である。Ｅｎはｎ列目（ｎは自然数）の露光（蓄積動作）、Ｒｎはｎ列目の読み出し動作を表している。図４Ａ、図４Ｂでは、１行目（Ｌｉｎｅ［１］）からＭ行目（Ｌｉｎｅ［Ｍ］）（Ｍは自然数）までの動作を示している。

【0057】

ローリングシャッタ方式は、露光とデータの読み出しを順次行う動作方法であり、ある行の読み出し期間と他の行の露光期間を重ねる方式である。露光後すぐに読み出し動作を行うため、データの保持期間が比較的短い回路構成であっても撮像を行うことができる。しかしながら、撮像の同時性がないデータで１フレームの画像が構成されるため、動体の撮像においては画像に歪みが生じてしまう。

【0058】

一方で、グローバルシャッタ方式は、全画素で同時に露光を行って各画素にデータを保持し、行毎にデータを読み出す動作方法である。したがって、動体の撮像であっても歪みのない画像を得ることができる。

【0059】

画素回路にチャネル形成領域にＳｉを用いたトランジスタ（以下、Ｓｉトランジスタ）などの比較的オフ電流の高いトランジスタを用いた場合は、電荷蓄積部からデータ電位が流出しやすいためローリングシャッタ方式が用いられる。Ｓｉトランジスタを用いてグローバルシャッタ方式を実現するには、別途メモリ回路などを設ける必要があり、さらに複雑な動作を高速で行わなければならない。一方で、画素回路にＯＳトランジスタを用いた場合は、電荷蓄積部からのデータ電位の流出がほとんどないため、容易にグローバルシャッタ方式を実現することができる。

【0060】

メモリ回路３０におけるトランジスタ１１０、トランジスタ１１１、トランジスタ１１２、トランジスタ１１３にもＯＳトランジスタを用いることが好ましい。トランジスタ１１０にＯＳトランジスタを用いることによって、ノードＮＷ１の電位を極めて長く保持することができる。したがって、同じデータであれば、ノードＮＷ１に書き込む頻度を少なくすることができる。

【0061】

また、トランジスタ１１１、トランジスタ１１２、トランジスタ１１３にＯＳトランジスタを用いることによって、ノードＮＷ２の電位を極めて長く保持することができる。ノードＮＷ２の電位が長期に保持できることでノードＦＤ２の電位が安定するため、画素回路１０から信頼性のあるデータを読み出すことができる。

【0062】

なお、画素回路１０が有するその他のトランジスタにもＯＳトランジスタを適用してもよい。または、ＯＳトランジスタおよびＳｉトランジスタを任意に組み合わせて適用してもよい。または、全てのトランジスタをＯＳトランジスタとしてもよい。または、全てのトランジスタをＳｉトランジスタとしてもよい。Ｓｉトランジスタとしては、アモルファスシリコンを有するトランジスタ、結晶性のシリコン（代表的には、低温ポリシリコン、単結晶シリコンなど）を有するトランジスタなどが挙げられる。

【0063】

発光デバイス１１にはＥＬ素子を用いることができる。当該ＥＬ素子としては赤外光を発する素子を用いることができる。特に波長７００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下にピークを有する近赤外光を発するＥＬ素子であることが好ましい。例えば、波長７６０ｎｍおよびその近傍の光は静脈中の還元ヘモグロビンに吸収されやすいため、手のひらや指などからの反射光などを受光して画像化することで静脈の位置を検出することができる。当該作用は生体認証として利用することができる。

【0064】

また、還元ヘモグロビンの吸収の大きい波長の光および酸化ヘモグロビンの吸収の大きい波長（例えば９４０ｎｍ）の光の受光量を比較することで、生体の神経活動が活発な領域を検出することができる。当該機能は、脳機能の分析などに利用することができる。また、同様に還元ヘモグロビンが吸収する波長の光と酸化ヘモグロビンが吸収する波長の光の受光量を比較することで、血中酸素濃度を計測することもできる。なお、赤外光の吸収の対象を血液中のグルコースとすれば、血糖値を計測することもできる。

【0065】

そのほか、適切な波長の近赤外光を利用して食品内の異物検査や工業製品の不良解析などの非破壊検査を行うこともできる。また、グローバルシャッタ方式と組み合わせることで、被写体に動きがあっても精度の高いセンシングが可能となる。

【0066】

脳機能の分析では、比較的大面積の撮像装置（センサ）を頭部に密着させる必要があるため、当該撮像装置は可撓性を有すること、または頭部形状に合わせた湾曲面に可撓性を有する撮像装置が形成されていることが好ましい。撮像装置に可撓性を付与するには、まずは硬質基板上に撮像装置を完成させ、軟質基板に転置する方法がとられる。

【0067】

このとき、硬質基板から撮像装置を剥離するためのバッファ層にポリイミドなどの有機樹脂が用いられるため、トランジスタ等のプロセス温度が制限されることがある。そのため、トランジスタの電気特性および信頼性を低下させてしまうことがある。また、多結晶シリコンを用いたトランジスタを形成するにはレーザ照射が必要であり、バッファ層および周辺部材に与えたレーザダメージにより剥離不良が起こることもある。

【0068】

したがって、可撓性を有する撮像装置を形成する場合は、ＯＳトランジスタを用いることが好ましい。ＯＳトランジスタは比較的低温で形成することができ、レーザ照射工程が不要であるため、上記の問題がなく、可撓性を有する撮像装置に適するといえる。

【0069】

また、発光デバイス１１としてＥＬ素子を用いることで、薄型の光源付撮像装置を実現することができ、様々な機器へ搭載が容易となり、携帯性も向上させることができる。

【0070】

＜読み出し回路＞
図５は、画素アレイ２１の特定の一列に接続される回路２３を説明する図である。画素回路１０からデータが出力される配線１２３には、電流源回路２９が電気的に接続される。また、配線１２３には、回路２４（第１のＣＤＳ回路）、回路２５（第２のＣＤＳ回路）、回路２６（Ａ／Ｄ変換回路）、回路２７（シフトレジスタ）が順次接続される。

【0071】

回路２４は、トランジスタ１４１およびキャパシタ１４３を有する構成とすることができる。また、回路２５は、トランジスタ１４２およびキャパシタ１４４を有する構成とすることができる。

【0072】

キャパシタ１４３の一方の電極は、配線１２３と電気的に接続される。キャパシタ１４３の他方の電極は、トランジスタ１４１のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１４１のソースまたはドレインの一方は、キャパシタ１４４の一方の電極と電気的に接続される。キャパシタ１４４の他方の電極は、トランジスタ１４２のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１４２のソースまたはドレインの一方は、回路２６と電気的に接続される。回路２６は、回路２７と電気的に接続される。回路２６は、例えば、コンパレータ、カウンタおよび出力部（ＯＵＴ）などを有することができる。

【0073】

ここで、キャパシタ１４３の他方の電極、トランジスタ１４１のソースまたはドレインの一方およびキャパシタ１４４の一方の電極を接続する配線をノードＮＣ１とする。キャパシタ１４４の他方の電極、トランジスタ１４２のソースまたはドレインの一方および回路２６を接続する配線をノードＮＣ２とする。

【0074】

トランジスタ１４１のソースまたはドレインの他方、およびトランジスタ１４２のソースまたはドレインの他方は、基準電位（Ｖ_ＣＤＳ）を供給することのできる配線と電気的に接続される。

【0075】

＜撮像装置の出力データ＞
本発明の一態様の撮像装置では、画素で取得した第１のデータに第２のデータ（重み）を乗じた第３のデータを出力することができる。第３のデータは画素回路１０、回路２４および回路２５を用いて生成することができ、不要な成分は除かれる。次にその説明を行う。

【0076】

第３のデータは、画素回路１０が出力する露光なしのデータ（Ｄ_ｒ）、露光なしのデータに重みを加えたデータ（Ｄ_ｒ＋ｗ）、露光ありのデータ（Ｄ_ｒ＋ｘ）、露光ありのデータに重みを加えたデータ（Ｄ_{ｒ＋ｘ＋ｗ}）を用いて生成する。

【0077】

画素回路１０がＤ_ｒを出力するとき、配線１２３には式（１）の関数に比例した電流が流れる。ここで、ｒはリセット電位、Ｖ_ｔｈはトランジスタ１０５のしきい値電圧であり、ｒが読み出し時のノードＦＤ２の電位に相当する。

【0078】

（ｒ－Ｖ_ｔｈ）^２ （１）

【0079】

画素回路１０がＤ_ｒ＋ｗを出力するとき、配線１２３には式（２）の関数に比例した電流が流れる。ここで、ｗは重みであり、ｒ＋ｗが読み出し時のノードＦＤ２の電位に相当する。

【0080】

（ｒ＋ｗ－Ｖ_ｔｈ）^２ （２）

【0081】

画素回路１０がＤ_ｒ＋ｘを出力するとき、配線１２３には式（３）の関数に比例した電流が流れる。ここで、ｘは露光による電位の変動量であり、ｒ＋ｘが読み出し時のノードＦＤ２の電位に相当する。

【0082】

（ｒ＋ｘ－Ｖ_ｔｈ）^２ （３）

【0083】

画素回路１０がＤ_{ｒ＋ｘ＋ｗ}を出力するとき、配線１２３には式（４）の関数に比例した電流が流れる。ｒ＋ｘ＋ｗが読み出し時のノードＦＤ２の電位に相当する。

【0084】

（ｒ＋ｘ＋ｗ－Ｖ_ｔｈ）^２ （４）

【0085】

ここで、露光無しの場合と露光ありの場合で、それぞれ重みの有無における変化量（差分）を算出する。具体的には、式（２）－式（１）、および式（４）－式（３）を計算する。

【0086】

（ｒ＋ｗ－Ｖ_ｔｈ）^２－（ｒ－Ｖ_ｔｈ）^２＝ｗ（２ｒ＋ｗ－２Ｖ_ｔｈ） （５）

【0087】

（ｒ＋ｘ＋ｗ－Ｖ_ｔｈ）^２－（ｒ＋ｘ－Ｖ_ｔｈ）^２＝ｗ（２ｒ＋２ｘ＋ｗ－２Ｖ_ｔｈ） （６）

【0088】

さらに、式（６）－式（５）を計算すると、式（７）に示すように解は２ｗｘとなる。

【0089】

ｗ（２ｒ＋２ｘ＋ｗ－２Ｖ_ｔｈ）－ｗ（２ｒ＋ｗ－２Ｖ_ｔｈ）＝２ｗｘ （７）

【0090】

すなわち、露光データ（ｘ）と重み（ｗ）の積に関する情報を抽出することができる。上記式（１）乃至（４）に相当するデータを出力する動作は、画素回路１０で行うことができる。式（５）および式（６）に相当するデータの算出動作は、主に回路２４で行うことができる。式（７）に相当するデータの算出動作は、主に回路２５で行うことができる。

【0091】

＜撮像装置の動作＞
次に画素回路１０、回路２４および回路２５の具体的な動作の一例を図６のタイミングチャートを用いて説明する。なお、本明細書におけるタイミングチャートの説明においては、高電位を“Ｈ”、低電位を“Ｌ”で表す。なお、配線１２１、１２３、１３５には常時“Ｌ”が供給され、配線１２２、１３４には常時“Ｈ”が供給されている状態とする。

【0092】

なお、ここでは発光デバイス１１の動作に触れないが、少なくとも蓄積動作の期間に適切に発光させるための電源電位が発光デバイス１１に供給される状態とする。

【0093】

期間Ｔ１において、配線１２４の電位を“Ｈ”、配線１２５の電位を“Ｈ”、配線１２６の電位を“Ｈ”、配線１２７の電位を“Ｌ”、配線１３６の電位を“Ｈ”、配線１３７の電位を“Ｌ”、配線１３８の電位を“Ｈ”、配線１５１の電位を“Ｌ”、配線１５２の電位を“Ｌ”とすると、トランジスタ１０２、１０３、１０４が導通し、ノードＦＤ１およびノードＦＤ２には配線１２２の電位“Ｈ”（ｒ：リセット電位）が供給される（リセット動作）。

【0094】

また、メモリ回路３０において、トランジスタ１１３が導通し、ノードＮＷ２に配線１３５の電位“Ｌ”が書き込まれる。このとき、キャパシタ１０８には“ｒ－Ｌ”が保持される。さらに、トランジスタ１１０が導通し、ノードＮＷ１に配線１３３から供給される電位“ｗ”が書き込まれる。なお、ノードＮＷ１への重みの書き込みは、期間Ｔ１に限らず、重みがノードＮＷ２に読み出される前までに行われればよい。

【0095】

期間Ｔ２において、配線１２４の電位を“Ｈ”、配線１２５の電位を“Ｌ”、配線１２６の電位を“Ｌ”、配線１２７の電位を“Ｌ”、配線１３６の電位を“Ｌ”、配線１３７の電位を“Ｌ”、配線１３８の電位を“Ｈ”、配線１５１の電位を“Ｌ”、配線１５２の電位を“Ｌ”とすると、トランジスタ１０３，１０４が非導通となってノードＦＤ２にリセット電位“ｒ”が保持される。また、ノードＦＤ１の電位は、光電変換デバイス１０１の動作に応じて露光量の電位“ｘ”分変化し、“ｒ＋ｘ”となる（蓄積動作）。

【0096】

期間Ｔ３において、配線１２４の電位を“Ｌ”、配線１２５の電位を“Ｌ”、配線１２６の電位を“Ｌ”、配線１２７の電位を“Ｌ”、配線１３６の電位を“Ｌ”、配線１３７の電位を“Ｌ”、配線１３８の電位を“Ｈ”、配線１５１の電位を“Ｌ”、配線１５２の電位を“Ｌ”とすると、トランジスタ１０２が非導通となり、ノードＦＤ１の電位は確定し、保持される。また、トランジスタ１１０が非導通となり、ノードＮＷ１の電位は保持される。

【0097】

このとき、トランジスタ１０２、トランジスタ１０３、トランジスタ１０４およびトランジスタ１１０にオフ電流の低いＯＳトランジスタを用いることによって、ノードＦＤ１、ノードＦＤ２およびノードＮＷ１からの不必要な電荷の流出を抑えることができ、各データの保持時間を延ばすことができる。

【0098】

期間Ｔ４において、配線１２４の電位を“Ｌ”、配線１２５の電位を“Ｌ”、配線１２６の電位を“Ｌ”、配線１２７の電位を“Ｈ”、配線１３６の電位を“Ｌ”、配線１３７の電位を“Ｌ”、配線１３８の電位を“Ｈ”、配線１５１の電位を“Ｈ”、配線１５２の電位を“Ｈ”とすると、トランジスタ１０６が導通し、トランジスタ１０５のソースフォロア動作によりノードＦＤ２の電位“ｒ”を含む関数（ｒ－Ｖ_ｔｈ）^２に比例した電流が配線１２３に流れる（読み出し動作１）。当該動作は前述の式（１）に相当する。

【0099】

また、回路２４のトランジスタ１４１および回路２５のトランジスタ１４２が導通し、ノードＮＣ１およびノードＮＣ２にはそれぞれ基準電位“Ｖ_ＣＤＳ”が書き込まれる。

【0100】

期間Ｔ５において、配線１２４の電位を“Ｌ”、配線１２５の電位を“Ｌ”、配線１２６の電位を“Ｌ”、配線１２７の電位を“Ｈ”、配線１３６の電位を“Ｌ”、配腺１３７の電位を“Ｈ”、配線１３８の電位を“Ｌ”、配線１５１の電位を“Ｌ”、配線１５２の電位を“Ｈ”とすると、メモリ回路３０において、トランジスタ１１１が導通、トランジスタ１１３が非導通となり、トランジスタ１１２のソースフォロア動作によりノードＮＷ１の電位“ｗ”がノードＮＷ２に読み出される。

【0101】

このとき、ノードＦＤ２の電位は、キャパシタ１０８の容量結合により“ｒ－Ｌ＋ｗ”となる。ここで、“Ｌ”＝０Ｖであれば、ノードＦＤ２の電位は“ｒ＋ｗ”となる。したがって、トランジスタ１０５のソースフォロア動作により“ｒ＋ｗ”を含む関数（ｒ＋ｗ－Ｖ_ｔｈ）^２に比例した電流が配線１２３に流れる。当該動作は前述の式（２）に相当する。

【0102】

また、回路２４ではトランジスタ１４１が非導通となる。このとき、ノードＮＣ１の電位は、“Ｖ_ＣＤＳ”＝０Ｖのとき、キャパシタ１４３の容量結合によって（ｒ＋ｗ－Ｖ_ｔｈ）^２－（ｒ－Ｖ_ｔｈ）^２＝ｗ（２ｒ＋ｗ－２Ｖ_ｔｈ）となる。当該動作は前述の式（５）に相当する。

【0103】

期間Ｔ６において、配線１２４の電位を“Ｌ”、配線１２５の電位を“Ｈ”、配線１２６の電位を“Ｌ”、配線１２７の電位を“Ｈ”、配線１３６の電位を“Ｌ”、配線１３７の電位を“Ｌ”、配線１３８の電位を“Ｈ”、配線１５１の電位を“Ｈ”、配線１５２の電位を“Ｌ”とすると、トランジスタ１０３が導通し、ノードＦＤ２にノードＦＤ１の電位“ｒ＋ｘ”の電位が読み出される。したがって、トランジスタ１０５のソースフォロア動作により“ｒ＋ｘ”を含む関数（ｒ＋ｘ－Ｖ_ｔｈ）^２に比例した電流が配線１２３に流れる。当該動作は前述の式（３）に相当する。

【0104】

また、メモリ回路３０において、トランジスタ１１１が非導通、トランジスタ１１３が導通となり、ノードＮＷ２に配線１３５の電位“Ｌ”が書き込まれる。このとき、キャパシタ１０８には“ｒ＋ｘ－Ｌ”が保持される。

【0105】

また、回路２４のトランジスタ１４１が導通し、ノードＮＣ１には基準電位“Ｖ_ＣＤＳ”が書き込まれる。また、回路２５のトランジスタ１４２が非導通となる。したがって、ノードＮＣ２の電位は、キャパシタ１４４の容量結合により“Ｖ_ＣＤＳ－ｗ（２ｒ＋ｗ－２Ｖ_ｔｈ）”となる。すなわち、“Ｖ_ＣＤＳ”＝０Ｖであれば、ノードＮＣ２の電位は、“－ｗ（２ｒ＋ｗ－２Ｖ_ｔｈ）”となる。

【0106】

期間Ｔ７において、配線１２４の電位を“Ｌ”、配線１２５の電位を“Ｈ”、配線１２６の電位を“Ｌ”、配線１２７の電位を“Ｈ”、配線１３６の電位を“Ｌ”、配線１３７の電位を“Ｈ”、配線１３８の電位を“Ｌ”、配線１５１の電位を“Ｌ”、配線１５２の電位を“Ｌ”とすると、メモリ回路３０において、トランジスタ１１１が導通、トランジスタ１１３が非導通となり、トランジスタ１１２のソースフォロア動作によりノードＮＷ１の電位“ｗ”がノードＮＷ２に読み出される。

【0107】

このとき、ノードＦＤ２の電位は、キャパシタ１０８の容量結合により“ｒ＋ｘ－Ｌ＋ｗ”となる。ここで、“Ｌ”＝０Ｖであれば、ノードＦＤ２の電位は“ｒ＋ｘ＋ｗ”となる。したがって、トランジスタ１０５のソースフォロア動作により“ｒ＋ｘ＋ｗ”を含む関数（ｒ＋ｘ＋ｗ－Ｖ_ｔｈ）^２に比例した電流が配線１２３に流れる。当該動作は前述の式（４）に相当する。

【0108】

また、回路２４ではトランジスタ１４１が非導通となる。このとき、ノードＮＣ１の電位は、“Ｖ_ＣＤＳ”＝０Ｖのとき、キャパシタ１４３の容量結合によって（ｒ＋ｘ＋ｗ－Ｖ_ｔｈ）^２－（ｒ＋ｘ－Ｖ_ｔｈ）^２＝ｗ（２ｒ＋２ｘ＋ｗ－２Ｖ_ｔｈ）となる。当該動作は前述の式（６）に相当する。

【0109】

また、回路２５のトランジスタ１４２が非導通となる。このとき、ノードＮＣ２の電位は、“Ｖ_ＣＤＳ”＝０Ｖのとき、キャパシタ１４４の容量結合によってｗ（２ｒ＋２ｘ＋ｗ－２Ｖ_ｔｈ）－ｗ（２ｒ＋ｗ－２Ｖ_ｔｈ）＝２ｗｘとなる。当該動作は前述の式（７）に相当する。したがって、回路２５から露光データ（ｘ）と重み（ｗ）の積に関する情報を抽出することができる。

【0110】

以上が画素回路１０、回路２４および回路２５の具体的な動作の一例である。

【0111】

＜撮像装置の変形例＞
本発明の一態様の撮像装置は、図７に示すブロック図の構成としてもよい。図７に示す撮像装置は、複数の画素回路１０で読み出しのゲート線（配線１２８）、および出力線（配線１２３）を共有している点が図１の撮像装置と異なる。なお、図７では４つの画素で出力線等の配線を共有する例を示しているが、数は２以上であって、全画素数を等分割できる数であれば限定されない。

【0112】

当該構成により、複数の画素から得られる露光データ（ｘ）と重み（ｗ）の積の情報をまとめて読み出すことができる。すなわち、複数の画素を用いた積和演算を行うことができる。複数の画素のそれぞれは、任意の重みを乗じたデータを出力することができる。したがって、複数の画素の一部に反転符号を有する重みを乗じることで、外部にデータを取り出すことなく、その他の画素との差分を得ることができる。

【0113】

当該撮像装置も図６に示すタイミングチャートおよびその説明に従って動作させることができる。以下、導かれる関数を示す。なお、まとめて読み出す画素数が４の場合、ｎは１乃至４の整数である。

【0114】

時刻Ｔ４に配線１２３に読み出される電流は、Σ_ｎ（ｒ－Ｖ_ｔｈ）^２に比例する。

【0115】

時刻Ｔ５に配線１２３に読み出される電流は、Σ_ｎ（ｒ＋ｗ_ｎ－Ｖ_ｔｈ）^２に比例する。

【0116】

時刻Ｔ６に配線１２３に読み出される電流は、Σ_ｎ（ｒ＋ｘ_ｎ－Ｖ_ｔｈ）^２に比例する。

【0117】

時刻Ｔ７に配線１２３に読み出される電流は、Σ_ｎ（ｒ＋ｘ_ｎ＋ｗ_ｎ－Ｖ_ｔｈ）^２に比例する。

【0118】

そして、時刻Ｔ７のおわりに回路２５でΣ_ｎ（ｘ_ｎ＋ｗ_ｎ）を得ることができる。

【0119】

＜発光デバイスおよび撮像デバイス＞
次に、各画素が有することができる発光デバイスと光電変換デバイスの組み合わせについて説明する。図８Ａ乃至図８Ｃは、第１の画素１６０、第２の画素１７０および被写体１８０を説明する図である。第１の画素１６０および第２の画素１７０は、画素アレイ２１が有する画素に適用することができる。なお、一つの画素を正方形とみなしたときの一辺のサイズは１ｍｍ以下、好ましくは１００μｍ以下とする。

【0120】

図８Ａは、第１の画素１６０に光電変換デバイス１０１ａ、第２の画素１７０に光電変換デバイス１０１ｂ、両方の画素に発光デバイス１１ａを有する構成である。発光デバイス１１ａから発せられた光は被写体１８０でその一部が吸収され、被写体１８０で反射した光は各画素で受光される。なお、図中に示す矢印は、光の経路の一部を示している。

【0121】

撮像の目的となる中心波長が波長Ａおよび波長Ｂ（波長Ａ＜波長Ｂ）の二つであるとき、発光デバイス１１ａには波長Ａおよび波長Ｂを含むブロードな波長分布の光を発するＥＬ素子を用いることができる。ここで、光電変換デバイス１０１ａの吸収端波長は波長Ｂよりも短く、光電変換デバイス１０１ｂの吸収端波長は波長Ｂ以上とすることができる。

【0122】

光電変換デバイス１０１ａとしては、波長Ａ近傍を吸収端波長とする半導体材料を光電変換層に用いたフォトダイオードを用いることができる。光電変換デバイス１０１ｂとしては、波長Ｂ近傍を吸収端波長とする半導体材料を光電変換層に用いたフォトダイオードを用いることができる。

【0123】

または、光電変換デバイス１０１ａ、１０１ｂともに波長Ａおよび波長Ｂを含む波長域に感度を有する半導体材料で光電変換層を形成してもよい。このとき、光電変換デバイス１０１ａ上に波長Ａおよびその近傍を透過する光学フィルタを設け、光電変換デバイス１０１ｂ上に波長Ｂおよびその近傍を透過する光学フィルタを設ければよい。

【0124】

このような組み合わせにより、第１の画素１６０では波長Ａ近傍およびそれより波長の短い光の情報を得ることができる。また、第２の画素１７０では波長Ｂ近傍およびそれより波長の短い光の情報を得ることができる。つまり、第２の画素１７０で得られた情報から第１の画素１６０で得られた情報の差分をとれば、波長Ｂおよびその近傍のデータを抽出することができる。

【0125】

図１に示す撮像装置を用いることで、各画素で取得した画像データに重みを乗じたデータを出力することができる。したがって、当該データを外部に取り出して差分演算することで、波長Ｂおよびその近傍の情報のみを得ることができる。

【0126】

また、図７に示す撮像装置を用いれば、差分演算に用いる画素に適切な重みを加え、まとめて読み出すことで波長Ｂおよびその近傍の情報のみを得ることができる。

【0127】

なお、上記は二つの波長の光を利用する例であるが、さらに多くの波長の光を利用する構成としてもよい。

【0128】

図８Ｂは、第１の画素１６０に光電変換デバイス１０１ａおよび発光デバイス１１ｂを有し、第２の画素１７０に光電変換デバイス１０１ｂおよび発光デバイス１１ｂを有する構成である。発光デバイス１１ｂには、波長Ａにピークを有する光を発するＥＬ素子を用いることができる。発光デバイス１１ｃには、波長Ｂにピークを有する光を発するＥＬ素子を用いることができる。

【0129】

図８Ｂに示す構成では、光源の波長分布がブロードではないため、波長Ａにピークを有する光の情報を光電変換デバイス１０１ａで直接取得することができる。また、波長Ｂにピークを有する光の情報を光電変換デバイス１０１ｂで直接取得することができる。

【0130】

図８Ｃは、第１の画素１６０に発光デバイス１１ｂ、第２の画素１７０に発光デバイス１１ｃ、両方の画素に光電変換デバイス１０１ｂを有する構成である。光電変換デバイス１０１ｂの吸収端波長を波長Ｂ以上とし、第１の画素１６０と第２の画素１７０を時間差（Ｔ１、Ｔ２）で動作させる。この動作により、Ｔ１では、波長Ｂにピークを有する光の情報を画素１７０が有する光電変換デバイス１０１ｂで直接取得することができる。また、Ｔ２では、波長Ａにピークを有する光の情報を画素１６０が有する光電変換デバイス１０１ｂで直接取得することができる。

【0131】

なお、図８Ｂ、図８Ｃに示す構成では、必ずしも差分演算をする必要はないが、差分演算を行うことにより不要な波長のノイズ成分を削減できる場合がある。

【0132】

＜画素の変形例＞
図９Ａは、本発明の一態様の撮像装置の画素に設けることができる画素回路１０および発光デバイス１１を説明する回路図である。画素回路１０は、図３に示した構成と同じである。

【0133】

当該画素では画素回路１０と発光デバイス１１との電気的な接続はないため、発光デバイス１１に対する入力電位、および発光のタイミングは独立して制御することができる。発光デバイス１１の一方の電極は、配線１３０と電気的に接続される。配線１３０は、発光デバイス１１に順方向バイアスを供給して発光させるための電位を供給する機能を有する。発光デバイス１１の他方の電極は、例えばＧＮＤ配線などの基準電位線と電気的に接続される。

【0134】

図９Ｂは、発光デバイス１１の一方の電極が配線１２２と電気的に接続された構成である。ノードＦＤ１およびノードＦＤ２のリセット電位、トランジスタ１０５に供給する電源電位、および発光デバイス１１の入力電位を共通化できる場合は、当該構成とすることができる。

【0135】

また、図９Ｃに示すように、図９Ｂの構成にトランジスタ１０９を加えてもよい。トランジスタ１０９のソースまたはドレインの一方は、発光デバイス１１の一方の電極と電気的に接続される。トランジスタ１０９のソースまたはドレインの他方は、配線１２２と電気的に接続される。トランジスタ１０９のゲートは配線１２４と電気的に接続される。当該構成とすることによって、発光期間をトランジスタ１０２の導通の期間のみに制限することができ、消費電力を低減することができる。トランジスタ１０２の導通が必要な期間は、ノードＦＤ１に対するリセット動作期間および蓄積動作期間のみであり、読み出し動作期間などにおける不要な発光を抑えることができる。

【0136】

また、発光デバイス１１に入力する適切な電位に対して、ノードＦＤ１およびノードＦＤ２のリセット電位などが高すぎる場合は、図１０Ａに示すように発光デバイス１１の一方の電極と配線１２２との間に抵抗素子１１５を電気的に接続してもよい。抵抗素子１１５は電流制限抵抗として作用し、発光デバイス１１に流れる電流を制限することができ、発光デバイス１１の信頼性を高めることができる。抵抗素子１１５の抵抗値は、発光デバイス１１の電気特性にあわせて適切な値を選択すればよい。

【0137】

なお、図１０Ｂに示すように図９Ｃに示したトランジスタ１０９を抵抗素子１１５の代替えとして動作させてもよい。当該構成では、トランジスタ１０９のゲートは配線１３１と電気的に接続する。したがって、配線１３１の電位を可変することで、発光デバイス１１の照度および発光のタイミングを任意に制御することができ、消費電力を抑えることができる。

【0138】

また、図１０Ｃに示すように、トランジスタ１０９を設けた構成であって、トランジスタ１０９のソースまたはドレインの他方を配線１３０と電気的に接続し、トランジスタ１０９のゲートを配線１２４と電気的に接続する構成であってもよい。当該構成では、発光デバイス１１に対する入力電位は配線１３０で制御し、発光のタイミングは配線１２４で制御する。

【0139】

なお、図９Ａ乃至図９Ｃおよび図１０Ａ乃至図１０Ｃでは、光電変換デバイス１０１のカソードがトランジスタ１０２と電気的に接続する構成を示したが、図１１Ａ乃至図１１Ｃおよび図１２Ａ乃至図１２Ｃに示すように光電変換デバイス１０１のアノードがトランジスタ１０２と電気的に接続する構成としてもよい。

【0140】

図１１Ａ乃至図１１Ｃおよび図１２Ａ乃至図１２Ｃに示す構成では、光電変換デバイス１０１の一方の電極が配線１２２と電気的に接続され、光電変換デバイス１０１の他方の電極がトランジスタ１０２のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。また、トランジスタ１０４のソースまたはドレインの他方が配線１３２と電気的に接続される。

【0141】

配線１３２は、電源線またはリセット電位の供給線としての機能を有することができる。図１１Ａ乃至図１１Ｃおよび図１２Ａ乃至図１２Ｃに示す構成では、ノードＦＤ１およびノードＦＤ２を低電位にリセットして動作させる構成であるため、配線１３２は低電位（配線１２２よりも低い電位）とする。

【0142】

図１１Ａ乃至図１１Ｃおよび図１２Ａ乃至図１２Ｃに示す発光デバイス１１およびその周辺要素との接続形態の説明は、図９Ａ乃至図９Ｃおよび図１０Ａ乃至図１０Ｃの説明を参照することができる。

【0143】

撮像装置が有するＯＳトランジスタは、バックゲートを設けた構成としてもよい。図１３Ａは、バックゲートがフロントゲートと電気的に接続された構成を示しており、オン電流を高める効果を有する。図１３Ｂは、バックゲートが定電位を供給できる配線と電気的に接続された構成を示しており、トランジスタのしきい値電圧を制御することができる。

【0144】

また、図１３Ａ、図１３Ｂを組み合わせるなど、それぞれのトランジスタが適切な動作が行えるような構成としてもよい。また、バックゲートが設けられないトランジスタを画素回路が有していてもよい。なお、トランジスタにバックゲートを設ける構成は、本実施の形態に示す全ての画素回路および周辺回路に適用することができる。

【0145】

本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。

【0146】

（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様の撮像装置の構造例などについて説明する。

【0147】

図１４Ａに、撮像装置が有する画素の構造を例示する。画素は、発光デバイス１１および光電変換デバイス１０１を有する層５１０、画素回路１０を構成するトランジスタ等を有する層５２０の積層構造とすることができる。なお、それぞれの層は支持基板を有する。

【0148】

層５１０が有する発光デバイス１１としては、エレクトロルミネッセンスを利用する発光デバイス（ＥＬ素子）を適用することができる。ＥＬ素子は、一対の電極の間に発光性の化合物を含む層（ＥＬ層）を有する。一対の電極間に、ＥＬ素子のしきい値電圧よりも大きい電位差を生じさせると、ＥＬ層に陽極側から正孔が注入され、陰極側から電子が注入される。注入された電子と正孔はＥＬ層において再結合し、ＥＬ層に含まれる発光物質が発光する。

【0149】

また、ＥＬ素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。

【0150】

有機ＥＬ素子は、電圧を印加することにより、一方の電極から電子、他方の電極から正孔がそれぞれＥＬ層に注入される。そして、それらキャリア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光デバイスは、電流励起型の発光デバイスと呼ばれる。

【0151】

ＥＬ層は、蒸着法（真空蒸着法を含む）、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法などの方法で形成することができる。

【0152】

無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー－アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。

【0153】

図１４Ｂに発光デバイス１１（ＥＬ素子）の構成を示す。ＥＬ層３００は、層３３０、発光層３２０、層３４０などの複数の層で構成することができる。層３３０は、例えば電子注入性の高い物質を含む層（電子注入層）および電子輸送性の高い物質を含む層（電子輸送層）などを有することができる。発光層３２０は、例えば発光性の化合物を有する。層３４０は、例えば正孔注入性の高い物質を含む層（正孔注入層）および正孔輸送性の高い物質を含む層（正孔輸送層）を有することができる。

【0154】

電極３１１および電極３１２の間に設けられたＥＬ層３００は、単一の発光ユニットとして機能することができる。なお、層３３０と層３４０との間に複数の発光層が設けられていてもよい。なお、電極３１１および電極３１２のいずれか一方に透光性の導電膜を用いることで、光の射出方向が決定される。

【0155】

発光デバイス１１は、ＥＬ層３００を構成する材料に応じて様々な波長の光を発することができる。本発明の一態様では、ＥＬ層３００を構成する材料に近赤外光（波長７２０乃至２５００ｎｍ）にピークを有する光を発する材料を用いる。例えば、７２０ｎｍ、７６０ｎｍ、８５０ｎｍ、９００ｎｍ、９４０ｎｍおよびこれらの波長近傍の光を発する材料を用途に応じて用いればよい。

【0156】

なお、本発明の一態様においては、ＥＬ層３００の発光材料（ゲスト材料、またはドーパント材料ともいう）として、近赤外光を呈する有機金属イリジウム錯体を有すると好ましい。当該有機金属イリジウム錯体としては、ジメチルフェニル骨格とキノキサリン骨格とを有すると好適である。また、上記有機金属イリジウム錯体としては、代表的には、ビス｛４，６－ジメチル－２－［３－（３，５－ジメチルフェニル）－２－キノキサリニル－κＮ］フェニル－κＣ｝（２，２’，６，６’－テトラメチル－３，５－ヘプタンジオナト－κ^２Ｏ，Ｏ’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｄｍｄｐｑ）_２（ｄｐｍ））などを用いることができる。上記有機金属イリジウム錯体を用いることで、量子効率または発光効率の高い撮像素子を提供することができる。

【0157】

また、上記有機金属イリジウム錯体を分散状態にするために用いる物質（すなわちホスト材料）としては、例えば、２，３－ビス（４－ジフェニルアミノフェニル）キノキサリン（略称：ＴＰＡＱｎ）、ＮＰＢのようなアリールアミン骨格を有する化合物の他、ＣＢＰ、４，４’，４’’－トリス（カルバゾール－９－イル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）等のカルバゾール誘導体や、ビス［２－（２’－ヒドロキシフェニル）ピリジナト］亜鉛（略称：Ｚｎｐｐ_２）、ビス［２－（２－ヒドロキシフェニル）ベンズオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）_２）、ビス（２－メチル－８－キノリノラト）（４－フェニルフェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：ＢＡｌｑ）、トリス（８－キノリノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：Ａｌｑ_３）等の金属錯体が好ましい。また、ＰＶＫのような高分子化合物を用いることもできる。

【0158】

なお、上記有機金属イリジウム錯体を分散状態にするために用いる材料（ホスト材料）としては、Ｎ－（１，１’－ビフェニル－４－イル）－Ｎ－［４－（９－フェニル－９Ｈ－カルバゾール－３－イル）フェニル］－９，９－ジメチル－９Ｈ－フルオレン－２－アミン（略称：ＰＣＢＢｉＦ）を用いると好適である。

【0159】

なお、発光層３２０において、上述した有機金属イリジウム錯体（ゲスト材料）と上述したホスト材料とを含んで形成することにより、ＥＬ層３００からは、発光効率の高い近赤外の燐光発光を得ることができる。

【0160】

層５１０が有する光電変換デバイス１０１としては、フォトダイオード、フォトコンダクタなどを用いることができる。例えば、光電変換デバイス１０１は、図１４Ｃに示すように、層５３１と、層５４０と、層５３２との積層とすることができる。

【0161】

図１４Ｃに示す光電変換デバイス１０１は有機光導電膜の一例であり、層５３１、層５３２は電極に相当し、一方が透光性を有することで光電変換部に光を導入することができる。層５４０は光電変換部に相当し、層５４１、層５４２および層５４２を有する。

【0162】

光電変換部の層５４１、５４３のいずれか一方はホール輸送層、他方は電子輸送層とすることができる。また、層５４２は光電変換層とすることができる。

【0163】

ホール輸送層としては、例えば酸化モリブデンなどを用いることができる。電子輸送層としては、例えば、Ｃ６０、Ｃ７０などのフラーレン、またはそれらの誘導体などを用いることができる。

【0164】

光電変換層としては、ｎ型有機半導体およびｐ型有機半導体の混合層（バルクヘテロ接合構造）を用いることができる。光電変換層の材料の一例としては、銅（ＩＩ）フタロシアニン（Ｃｏｐｐｅｒ（ＩＩ）ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ；ＣｕＰｃ）やテトラフェニルジベンゾペリフランテン（Ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌｄｉｂｅｎｚｏｐｅｒｉｆｌａｎｔｈｅｎｅ；ＤＢＰ）等の有機半導体材料が挙げられる。

【0165】

また、光電変換デバイス１０１として、単結晶シリコンを用いて形成するｐｎ接合型フォトダイオード、単結晶シリコン、微結晶シリコン、または多結晶シリコンなどの薄膜を用いて形成するｐｉｎ接合型フォトダイオードなどを用いてもよい。単結晶シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコンは赤外光に感度を有し、赤外光の検知に適している。

【0166】

層５２０には、主に画素回路１０が有するトランジスタ等の要素が設けられる。また、実施の形態１で説明した周辺回路が有するトランジスタの一部または全てを有していてもよい。当該トランジスタにはＯＳトランジスタを用いることが好ましい。

【0167】

ＯＳトランジスタに用いる半導体材料としては、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である金属酸化物を用いることができる。代表的には、インジウムを含む酸化物半導体などであり、例えば、後述するＣＡＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ＯＳなどを用いることができる。ＣＡＡＣ－ＯＳは結晶を構成する原子が安定であり、信頼性を重視するトランジスタなどに適する。また、ＣＡＣ－ＯＳは、高移動度特性を示すため、高速駆動を行うトランジスタなどに適する。

【0168】

ＯＳトランジスタは半導体層のエネルギーギャップが大きいため、数ｙＡ／μｍ（チャネル幅１μｍあたりの電流値）という極めて低いオフ電流特性を示す。また、ＯＳトランジスタは、インパクトイオン化、アバランシェ降伏、および短チャネル効果などが生じないなどＳｉトランジスタとは異なる特徴を有し、高耐圧で信頼性の高い回路を形成することができる。また、Ｓｉトランジスタでは問題となる結晶性の不均一性に起因する電気特性のばらつきもＯＳトランジスタでは生じにくい。

【0169】

ＯＳトランジスタが有する半導体層は、例えばインジウム、亜鉛およびＭ（アルミニウム、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、スズ、ネオジムまたはハフニウム等の金属の一つまたは複数）を含むＩｎ－Ｍ－Ｚｎ系酸化物で表記される膜とすることができる。Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ系酸化物は代表的には、スパッタリング法で形成することができる。または、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成してもよい。

【0170】

Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ系酸化物をスパッタリング法で形成するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≧Ｍ、Ｚｎ≧Ｍを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：８等が好ましい。なお、成膜される半導体層の原子数比はそれぞれ、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。

【0171】

半導体層としては、キャリア密度の低い酸化物半導体を用いる。例えば、半導体層は、キャリア密度が１×１０^１７／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１５／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは１×１０^１３／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１１／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは１×１０^１０／ｃｍ^３未満であり、１×１０^－９／ｃｍ^３以上の酸化物半導体を用いることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。当該酸化物半導体は欠陥準位密度が低く、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。

【0172】

なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性および電気特性（電界効果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、半導体層のキャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。

【0173】

半導体層を構成する酸化物半導体において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう。このため、半導体層におけるシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる濃度）を、２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。

【0174】

また、アルカリ金属およびアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため、半導体層におけるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度（ＳＩＭＳにより得られる濃度）を、１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下にする。

【0175】

また、半導体層を構成する酸化物半導体に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じてキャリア密度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため半導体層における窒素濃度（ＳＩＭＳにより得られる濃度）は、５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下にすることが好ましい。

【0176】

また、半導体層を構成する酸化物半導体に水素が含まれていると、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸化物半導体中に酸素欠損を形成する場合がある。酸化物半導体中のチャネル形成領域に酸素欠損が含まれていると、トランジスタはノーマリーオン特性となる場合がある。さらに、酸素欠損に水素が入った欠陥はドナーとして機能し、キャリアである電子が生成されることがある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成する場合がある。したがって、水素が多く含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタは、ノーマリーオン特性となりやすい。

【0177】

酸素欠損に水素が入った欠陥は、酸化物半導体のドナーとして機能しうる。しかしながら、当該欠陥を定量的に評価することは困難である。そこで、酸化物半導体においては、ドナー濃度ではなく、キャリア濃度で評価される場合がある。よって、本明細書等では、酸化物半導体のパラメータとして、ドナー濃度ではなく、電界が印加されない状態を想定したキャリア濃度を用いる場合がある。つまり、本明細書等に記載の「キャリア濃度」は、「ドナー濃度」と言い換えることができる場合がある。

【0178】

酸化物半導体中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体において、ＳＩＭＳにより得られる水素濃度を、１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、より好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、さらに好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満とする。水素などの不純物が十分に低減された酸化物半導体をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。

【0179】

また、半導体層は、例えば非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、ｃ軸に配向した結晶を有するＣＡＡＣ－ＯＳ（Ｃ－Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶構造、微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高く、ＣＡＡＣ－ＯＳは最も欠陥準位密度が低い。

【0180】

非晶質構造の酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質構造の酸化物膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない。

【0181】

なお、半導体層が、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ－ＯＳの領域、単結晶構造の領域のうち、二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば上述した領域のうち、いずれか二種以上の領域を含む単層構造、または積層構造を有する場合がある。

【0182】

以下では、非単結晶の半導体層の一態様であるＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）－ＯＳの構成について説明する。

【0183】

ＣＡＣ－ＯＳとは、例えば、酸化物半導体を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、酸化物半導体において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。

【0184】

なお、酸化物半導体は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。

【0185】

例えば、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ－ＯＳ（ＣＡＣ－ＯＳの中でもＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物を、特にＣＡＣ－ＩＧＺＯと呼称してもよい。）とは、インジウム酸化物（以下、ＩｎＯ_Ｘ１（Ｘ１は０よりも大きい実数）とする。）、またはインジウム亜鉛酸化物（以下、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２（Ｘ２、Ｙ２、およびＺ２は０よりも大きい実数）とする。）と、ガリウム酸化物（以下、ＧａＯ_Ｘ３（Ｘ３は０よりも大きい実数）とする。）、またはガリウム亜鉛酸化物（以下、Ｇａ_Ｘ４Ｚｎ_Ｙ４Ｏ_Ｚ４（Ｘ４、Ｙ４、およびＺ４は０よりも大きい実数）とする。）などと、に材料が分離することでモザイク状となり、モザイク状のＩｎＯ_Ｘ１、またはＩｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２が、膜中に均一に分布した構成（以下、クラウド状ともいう。）である。

【0186】

つまり、ＣＡＣ－ＯＳは、ＧａＯ_Ｘ３が主成分である領域と、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合酸化物半導体である。なお、本明細書において、例えば、第１の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、第２の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比よりも大きいことを、第１の領域は、第２の領域と比較して、Ｉｎの濃度が高いとする。

【0187】

なお、ＩＧＺＯは通称であり、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯによる１つの化合物をいう場合がある。代表例として、ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ１（ｍ１は自然数）、またはＩｎ_{（１＋ｘ０）}Ｇａ_{（１－ｘ０）}Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ０（－１≦ｘ０≦１、ｍ０は任意数）で表される結晶性の化合物が挙げられる。

【0188】

上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、またはＣＡＡＣ構造を有する。なお、ＣＡＡＣ構造とは、複数のＩＧＺＯのナノ結晶がｃ軸配向を有し、かつａ－ｂ面においては配向せずに連結した結晶構造である。

【0189】

一方、ＣＡＣ－ＯＳは、酸化物半導体の材料構成に関する。ＣＡＣ－ＯＳとは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯを含む材料構成において、一部にＧａを主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。したがって、ＣＡＣ－ＯＳにおいて、結晶構造は副次的な要素である。

【0190】

なお、ＣＡＣ－ＯＳは、組成の異なる二種類以上の膜の積層構造は含まないものとする。例えば、Ｉｎを主成分とする膜と、Ｇａを主成分とする膜との２層からなる構造は、含まない。

【0191】

なお、ＧａＯ_Ｘ３が主成分である領域と、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。

【0192】

なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれている場合、ＣＡＣ－ＯＳは、一部に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。

【0193】

ＣＡＣ－ＯＳは、例えば基板を意図的に加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、ＣＡＣ－ＯＳをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス（代表的にはアルゴン）、酸素ガス、および窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を０％以上３０％未満、好ましくは０％以上１０％以下とすることが好ましい。

【0194】

ＣＡＣ－ＯＳは、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定法のひとつであるＯｕｔ－ｏｆ－ｐｌａｎｅ法によるθ／２θスキャンを用いて測定したときに、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、Ｘ線回折測定から、測定領域のａ－ｂ面方向、およびｃ軸方向の配向は見られないことが分かる。

【0195】

また、ＣＡＣ－ＯＳは、プローブ径が１ｎｍの電子線（ナノビーム電子線ともいう。）を照射することで得られる電子線回折パターンにおいて、リング状に輝度の高い領域（リング領域）と、該リング領域に複数の輝点が観測される。したがって、電子線回折パターンから、ＣＡＣ－ＯＳの結晶構造が、平面方向、および断面方向において、配向性を有さないｎｃ（ｎａｎｏ－ｃｒｙｓｔａｌ）構造を有することがわかる。

【0196】

また、例えば、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ－ＯＳでは、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて取得したＥＤＸマッピングにより、ＧａＯ_Ｘ３が主成分である領域と、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。

【0197】

ＣＡＣ－ＯＳは、金属元素が均一に分布したＩＧＺＯ化合物とは異なる構造であり、ＩＧＺＯ化合物と異なる性質を有する。つまり、ＣＡＣ－ＯＳは、ＧａＯ_Ｘ３などが主成分である領域と、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域と、に互いに相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有する。

【0198】

ここで、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域は、ＧａＯ_Ｘ３などが主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、酸化物半導体としての導電性が発現する。したがって、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域が、酸化物半導体中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度（μ）が実現できる。

【0199】

一方、ＧａＯ_Ｘ３などが主成分である領域は、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、ＧａＯ_Ｘ３などが主成分である領域が、酸化物半導体中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。

【0200】

したがって、ＣＡＣ－ＯＳを半導体素子に用いた場合、ＧａＯ_Ｘ３などに起因する絶縁性と、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１に起因する導電性とが、相補的に作用することにより、高いオン電流（Ｉ_ｏｎ）、および高い電界効果移動度（μ）を実現することができる。

【0201】

また、ＣＡＣ－ＯＳを用いた半導体素子は、信頼性が高い。したがって、ＣＡＣ－ＯＳは、様々な半導体装置の構成材料として適している。

【0202】

層５１０および層５２０が有する支持基板には、可撓性を有する基板を用いることが好ましい。支持基板が可撓性を有することで、可撓性を有する撮像装置を構成することができる。例えば、生体の一部に撮像装置を密着させて装着することが容易となる。

【0203】

可撓性を有する支持基板の材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリアミド樹脂（ナイロン、アラミド等）、ポリシロキサン樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、ＡＢＳ樹脂、セルロースナノファイバー等を用いることができる。

【0204】

また、層５２０が有する支持基板には、シリコンウエハなどの半導体基板、ガラス基板、セラミクス基板、絶縁表面を有する金属基板などを用いてもよい。これらの基板が可撓性を有するほど薄く加工することが好ましい。用途によっては、可撓性を有さない支持基板を用いてもよい。

【0205】

層５１０が有する支持基板には、利用する波長の光に対して透光性を有する基板を上記材料から選択して用いることができる。

【0206】

なお、層５２０が有する支持基板にシリコンウエハなどの半導体基板を用いる場合は、当該半導体基板に画素回路を駆動する回路、画像信号の読み出し回路、画像処理回路等を設けることができる。具体的には、実施の形態１で説明した回路（画素回路１０、回路２２、２３、２８など）が有する一部または全てのトランジスタを支持基板に設けることができる。当該構成とすることで、画素回路を構成する要素および周辺回路を複数の層に分散させ、当該要素同士または当該要素と当該周辺回路を重ねて設けることができるため、撮像装置の面積を小さくすることができる。

【0207】

図１５は、図１４Ａに示す画素の断面の一例を説明する図である。層５１０は発光デバイス１１として、図１４Ｂに示したＥＬ素子を有する。また、光電変換デバイス１０１として、図１４Ｃに示した有機光導電膜を有する。層５２０はＯＳトランジスタを有し、図１５では図９Ｃに示す構成を例として、光電変換デバイス１０１と接続するトランジスタ１０２、および発光デバイス１１と接続するトランジスタ１０９を例示する。

【0208】

発光デバイス１１において、電極３１２は図９Ｃに示す基準電位線（ＧＮＤ）に相当する。光電変換デバイス１０１において、層５３２は電源線（配線１２１）に相当する。

【0209】

図１６ＡにＯＳトランジスタの詳細を示す。図１６Ａに示すＯＳトランジスタは、酸化物半導体層および導電層の積層上に絶縁層を設け、当該半導体層に達する溝を設けることでソース電極２０５およびドレイン電極２０６を形成するセルフアライン型の構成である。

【0210】

ＯＳトランジスタは、酸化物半導体層２０７に形成されるチャネル形成領域、ソース領域２０３およびドレイン領域２０４のほか、ゲート電極２０１、ゲート絶縁膜２０２を有する構成とすることができる。当該溝には少なくともゲート絶縁膜２０２およびゲート電極２０１が設けられる。当該溝には、さらに酸化物半導体層２０８が設けられていてもよい。

【0211】

ＯＳトランジスタは、図１６Ｂに示すように、ゲート電極２０１をマスクとして半導体層にソース領域２０３およびドレイン領域２０４を形成するセルフアライン型の構成としてもよい。

【0212】

または、図１６Ｃに示すように、ソース電極２０５またはドレイン電極２０６とゲート電極２０１とが重なる領域を有するノンセルフアライン型のトップゲート型トランジスタであってもよい。

【0213】

トランジスタ１０２、１０９はバックゲート５３５を有する構造を示しているが、バックゲートを有さない構造であってもよい。バックゲート５３５は、図１６Ｄに示すトランジスタのチャネル幅方向の断面図のように、対向して設けられるトランジスタのフロントゲートと電気的に接続してもよい。なお、図１６Ｄは図１６Ａのトランジスタを例として示しているが、その他の構造のトランジスタも同様である。また、バックゲート５３５にフロントゲートとは異なる固定電位を供給することができる構成であってもよい。

【0214】

トランジスタ１０２、１０９上には平坦化膜５５１，５５２が設けられる。平坦化膜５５１、５５２によってトランジスタやコンタクト部で生じる凹凸部を平坦化した面に発光デバイス１１（電極３１１、ＥＬ層３００、電極３１２）および光電変換デバイス１０１（層５３１、層５４０、層５３２）が設けられる。

【0215】

電極３１１および層５３１には金属などの低抵抗の導電膜を用いることができる。例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）などの金属、またはその合金、もしくはその金属窒化物から一種以上を用いて形成することができる。

【0216】

電極３１２および層５３２には近赤外光を透過する透光性導電膜を用いることができる。例えば、電極３１２および層５３２には、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、インジウム錫酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。

【0217】

図１５に示す画素の構成では、層５１０が有する発光デバイス１１から外部に光６０１を射出し、その反射光６０２を層５１０が有する光電変換デバイス１０１で受光する。

【0218】

発光デバイス１１および光電変換デバイス１０１に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、発光デバイス１１および光電変換デバイス１０１上に保護層５５３を設けてもよい。保護層５５３としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）などの無機絶縁膜を用いることが好ましい。

【0219】

また、保護層５５３と基板５８２との間に封止層５７０を設けて密封することが好ましい。封止層５７０としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル系樹脂、ポリイミド、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）などを用いることができる。また、封止層５７０に乾燥剤が含まれていてもよい。

【0220】

また、保護層５５３と基板５８２との間において、発光デバイス１１と光電変換デバイス１０１との境およびその近傍に遮光層５７１を設けることが好ましい。発光デバイス１１から射出された光の一部は、封止層５７０、保護層５５３、基板５８２などで散乱または反射され、光電変換デバイス１０１で受光されてしまうことがある。遮光層５７１を設けることによって、これらの有用な情報を含まない迷光を光電変換デバイス１０１で受光することを防ぐことができる。遮光層５７１は、利用する波長の光の反射率の高い金属または吸収率の高い樹脂などで形成することが好ましい。

【0221】

基板５８１、５８２は支持基板である。基板５８１、５８２として可撓性を有する基板を用いる場合は、基板５８１とトランジスタ等が設けられる領域との間に層５９１を設けることが好ましい。また、基板５８２と封止層５７０が設けられる領域との間に層５９２を設けることが好ましい。

【0222】

形成温度が高く、精密に位置合わせが必要な構造物（例えばトランジスタなど）を可撓性基板上に直接形成することは困難であり、これらはまず硬質基板上に形成して可撓性基板に転置することが一般的である。層５９１、５９２は当該構造物を硬質基板から剥離するためのバッファ層であり、例えばポリイミドなどの耐熱性があり線膨張係数の小さい樹脂を用いることができる。なお、基板５８１を設けず、層５９１が支持基板としての機能を有していてもよい。また、基板５８２を設けず、層５９２が支持基板としての機能を有していてもよい。

【0223】

本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。

【0224】

（実施の形態３）
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ることができる電子機器の一例を説明する。

【0225】

図１７Ａ１は、脳機能を分析する赤外分光装置である。図１７Ａ２に示すように、人体には頭部に被せるように装着する。本発明の一態様の撮像装置９１２は可撓性を有し、ヘルメット型の筐体９１１の内側曲面に取り付けることができる。なお、撮像装置９１２は筐体９１１の内側全面ではなく、必要な部位のみに取り付けられていてもよい。また、赤外分光装置は、データ記録用メモリ、制御用ＬＳＩ、バッテリーなどを有することができる。データの取り出しおよび電源の供給は外部インターフェイス９１３を介して行うことができる。

【0226】

当該赤外分光装置では、酸化ヘモグロビンが吸収ピークを有する赤外光の吸光度と還元ヘモグロビンが吸収ピークを有する赤外光の吸光度を比較する（差分をとる）ことで大脳皮質中の神経活動を検知することができる。脳の活動部位および活動の強度を知ることができるため、傷病の把握や研究に用いることができる。本発明の一態様の撮像装置９１２は光源を有し薄型であるため、薄型軽量の赤外分光装置を形成することができる。

【0227】

図１７Ｂ１は、図１７Ａ１と基本的な機能は同じであるが、形状および用途の異なる脳機能を分析する赤外分光装置である。当該赤外分光装置は、バンド９２１に内蔵された二つの撮像装置９２２、バッテリー９２３および無線通信ユニット９２４を有する。図１７Ｂ２に示すように、人体にはバンド９２１の弾性を利用して頭部の一部に装着する。バンド９２１は樹脂または金属などの弾性体で形成されている。電源の供給はバッテリー９２３から行うことができ、データは無線通信ユニット９２４を介して送受信することができる。当該赤外分光装置は小型軽量で、脳の特定の部位の活動検知に用いることができる。

【0228】

図１８Ａは、血中酸素濃度計である。筐体９３１に設けられた検知部９３２に指をのせ、検知部９３２直下に配置された撮像装置９３４で撮像を行う。撮像結果は、筐体９３１上部に設けられた表示部９３３に表示される。当該血中酸素濃度計では、異なる二つの波長の光に対する酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光度の差分から血中の酸素濃度を算出することができる。本発明の一態様の撮像装置９１２は光源を有し薄型であるため、薄型軽量の血中酸素濃度計を形成することができる。

【0229】

図１８Ｂは食品選別機器であり、筐体９４１、操作ボタン９４２、表示部９４３、遮光フード９４４等を有する。果物などの被検査食材に受光部の周囲に設けられた遮光フード９４４を密着させて撮像することにより、食材内に混入した異物、虫、食材内部の空洞や腐敗などを検出することができる。また、検出した複数の赤外光の差分から赤外分光スペクトルを得ることができ、食材の糖度なども検出することができる。食品選別機器では、不良品やグレードの選別や収穫期の判断を行うことができる。受光部に設けられた本発明の一態様の撮像装置９４５は光源が不要であるため、薄型、軽量で携帯性の良い食品選別機器を安価に形成することができる。

【0230】

本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0231】

１０：画素回路、１１：発光デバイス、１１ａ：発光デバイス、１１ｂ：発光デバイス、１１ｃ：発光デバイス、２１：画素アレイ、２２：回路、２３：回路、２４：回路、２５：回路、２６：回路、２７：回路、２８：回路、２９：電流源回路、３０：メモリ回路、１０１：光電変換デバイス、１０１ａ：光電変換デバイス、１０１ｂ：光電変換デバイス、１０２：トランジスタ、１０３：トランジスタ、１０４：トランジスタ、１０５：トランジスタ、１０６：トランジスタ、１０７：キャパシタ、１０８：キャパシタ、１０９：トランジスタ、１１０：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：キャパシタ、１１５：抵抗素子、１２１：配線、１２２：配線、１２３：配線、１２４：配線、１２５：配線、１２６：配線、１２７：配線、１２８：配線、１３０：配線、１３１：配線、１３２：配線、１３３：配線、１３４：配線、１３５：配線、１３６：配線、１３７：配線、１３８：配線、１４１：トランジスタ、１４２：トランジスタ、１４３：キャパシタ、１４４：キャパシタ、１５１：配線、１５２：配線、１６０：画素、１７０：画素、１８０：被写体、２０１：ゲート電極、２０２：ゲート絶縁膜、２０３：ソース領域、２０４：ドレイン領域、２０５：ソース電極、２０６：ドレイン電極、２０７：酸化物半導体層、２０８：酸化物半導体層、３００：ＥＬ層、３１１：電極、３１２：電極、３２０：発光層、３３０：層、３４０：層、５１０：層、５２０：層、５３１：層、５３２：層、５３５：バックゲート、５４０：層、５４１：層、５４２：層、５４３：層、５５１：平坦化膜、５５２：平坦化膜、５５３：保護層、５７０：封止層、５７１：遮光層、５８１：基板、５８２：基板、５９１：層、５９２：層、６０１：光、６０２：反射光９１１：筐体、９１２：撮像装置、９１３：外部インターフェイス、９２１：バンド、９２２：撮像装置、９２３：バッテリー、９２４：無線通信ユニット、９３１：筐体、９３２：検知部、９３３：表示部、９３４：撮像装置、９４１：筐体、９４２：操作ボタン、９４３：表示部、９４４：遮光フード、９４５：撮像装置、

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図13A】

【図13B】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図15】

【図16A】

【図16B】

【図16C】

【図16D】

【図17A1】

【図17A2】

【図17B1】

【図17B2】

【図18A】

【図18B】