JP2017005423A - 撮像装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の受光素子の受光量の検出精度を均一化する。
【解決手段】撮像装置は、検出線２４に接続された複数の単位回路Ｕと、信号出力回路とを具備し、複数の単位回路Ｕの各々は、配線４２に接続された電極Ｅ1と、電極Ｅ2とを含む受光素子Ｄ1と、電極Ｅ2と検出線２４との電気的な接続を制御するトランジスターＴ1とを含み、信号出力回路は、配線４４に接続された電極Ｅ3と、電極Ｅ4とを含む遮光状態の受光素子Ｄ2と、配線４２と配線４４との間で受光素子Ｄ1および受光素子Ｄ2が逆バイアス状態にあるときに、電極Ｅ2と電極Ｅ4との間の検出点ＰSの電位に応じた検出信号Ｓ[n]を出力する検出回路５０とを含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数の受光素子を利用した撮像に関する。

特許文献１には、複数の単位素子を行列状に配列した光電変換装置が開示されている。複数の単位素子の各々は、受光量に応じた電荷を発生する受光素子と、受光素子の一端の電圧に応じた検出信号を生成する増幅用のトランジスターとを包含する。

特開２０１２−１９９４８５号公報

特許文献１の技術では、増幅用のトランジスターが単位素子毎に形成される。したがって、各単位素子のトランジスターの閾値電圧等の特性の誤差に起因して各受光素子の受光量の検出精度（受光感度）にばらつきが発生するという問題がある。以上の事情を考慮して、本発明は、複数の受光素子の受光量の検出精度を均一化することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る撮像装置は、検出線に接続された複数の単位回路と、信号出力回路とを具備し、複数の単位回路の各々は、第１配線に接続された第１電極と、第２電極とを含む第１受光素子と、第２電極と検出線との電気的な接続を制御する第１トランジスターとを含み、信号出力回路は、第２配線に接続された第３電極と、第４電極とを含む遮光状態の第２受光素子と、第１配線と第２配線との間で第１受光素子および第２受光素子が逆バイアス状態にあるときに、第２電極と第４電極との間の検出点の電位に応じた検出信号を出力する検出回路とを含む。以上の構成では、第１配線と第２配線との間で第１受光素子および第２受光素子が逆バイアス状態にあるときの検出点の電位（すなわち、第１配線と第２配線との間の電圧を第１受光素子と第２受光素子とで分割した電位）に応じた検出信号が出力されるから、各単位回路の第１受光素子の受光量を高精度に検出できる。また、複数の単位回路について第２受光素子が共用されるから、第１受光素子および第２受光素子の双方が単位回路毎に設置された構成と比較して、第１受光素子の受光量の検出精度を複数の単位回路にわたり均一化することが可能である。

本発明の好適な態様において、検出回路は、検出点にゲートが接続された第２トランジスターを含む。例えば、検出回路を構成する差動増幅回路の差動トランジスター対に第２トランジスターが利用される。以上の構成では、検出点の電位を検出するための第２トランジスターが複数の単位回路について共用されるから、第２トランジスターを単位回路毎に設置した構成と比較して、第１受光素子の受光量の検出精度を複数の単位回路にわたり均一化することが可能である。

本発明の第１態様において、複数の単位回路は、相異なる検出線に接続された複数列に配列され、信号出力回路は、複数列の各々について、第２受光素子と検出回路とを含む。また、本発明の第２態様において、複数の単位回路は、相異なる検出線に接続された複数列に配列され、信号出力回路は、出力線と、複数列の各々に対応して設置されて出力線と当該列の検出線との電気的な接続を制御する第３トランジスターと、第３トランジスターを順次にオン状態に制御する列選択回路と、第４電極が出力線に接続された第２受光素子と、出力線上の検出点の電位に応じた検出信号を出力する検出回路とを含む。第１態様では、複数列の各々について第２受光素子と検出回路とが設置されるから、第２態様と比較して各第１受光素子の受光量を高速に検出できるという利点がある。他方、第２態様では、複数列にわたり共通回路が共用されるから、第１態様と比較して信号出力回路の構成が簡素化されるという利点がある。

本発明の第３態様において、複数の単位回路は、相異なる検出線に接続された複数列に配列され、信号出力回路は、所定数の出力線および共通回路と、複数列の各々に対応して設置された第３トランジスターと、複数列を所定数単位で区分したグループ毎に第３トランジスターを順次にオン状態に制御する列選択回路とを含み、各グループの所定数の検出線は、第３トランジスターを介して相異なる出力線に接続され、所定数の共通回路の各々は、当該共通回路に対応する出力線に第４電極が接続された第２受光素子と、当該出力線上の検出点の電位に応じた検出信号を出力する検出回路とを含む。以上の態様では、各第１受光素子の受光量を高速に検出できるという前述の第１態様の利点と、信号出力回路の構成が簡素化されるという第２態様の利点とを両立することが可能である。

本発明の好適な態様において、第１配線には、第１電位と第２電位とが選択的に供給され、第１トランジスターは、第１配線にゲートが接続され、当該第１配線に第１電位が供給された場合に、第２電極と検出線とを電気的に接続させるオン状態となる。以上の態様では、第１受光素子の第１電極に接続された第１配線が第１トランジスターの制御に兼用されるから、第１配線とは別個の配線で第１トランジスターを制御する構成と比較して撮像装置の構成が簡素化されるという利点がある。

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

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

第１実施形態の撮像システムの断面図である。 第１実施形態の撮像装置の電気的な構成図である。 行選択回路の動作の説明図である。 単位回路の構成図である。 共通回路の構成図である。 受光素子の状態（逆バイアス状態）の説明図である。 対比例における単位回路の構成図である。 第２実施形態の撮像装置の電気的な構成図である。 第２実施形態における列選択回路の動作の説明図である。 第３実施形態の撮像装置の電気的な構成図である。 第３実施形態における列選択回路の動作の説明図である。 第４実施形態における単位回路の構成図である。 第４実施形態の他の態様における単位回路の構成図である。 変形例の構成図である。

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

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

集光部１４は、照明部１２で照明された被写体２００から到来する撮像光を集光する要素であり、光透過性の基板１４２と複数のレンズ１４４とを具備する。複数のレンズ１４４は、基板１４２のうち撮像装置１８との対向面に形成されて被写体２００からの撮像光を集光する凸レンズである。遮光部１６は、光透過性の基板１６２と遮光層１６４とを具備する。遮光層１６４は、基板１６２のうち撮像装置１８との対向面に形成された遮光性の薄膜であり、相異なるレンズ１４４からの出射光が通過する複数の開口部１６６が形成される。

撮像装置１８は、照明部１２と集光部１４と遮光部１６とを透過した被写体２００からの撮像光を撮像する。第１実施形態の撮像装置１８は、相異なるレンズ１４４に対応する複数の受光素子Ｄ1が基板１８２の表面に配列された固体撮像素子である。基板１８２は例えば半導体材料で形成される。

図２は、撮像装置１８の電気的な構成図である。図２に例示される通り、第１実施形態の撮像装置１８は、撮像部２０と行選択回路３２と電源回路３４と信号出力回路３６Aとを具備する。電源回路３４は、電位ＶHと電位ＶLとを生成する。電位ＶHは電位ＶLを上回る（ＶH＞ＶL）。例えば電位ＶHは高位側の電源電位であり、電位ＶLは接地電位である。電位ＶHは例えば信号出力回路３６Aに供給され、電位ＶLは撮像部２０に供給される。

撮像部２０には、Ｘ方向に延在するＭ本の選択線２２と、Ｘ方向に交差するＹ方向に延在するＮ本の検出線２４とが形成される（ＭおよびＮは自然数）。各選択線２２と各検出線２４との交差に対応した位置には単位回路Ｕが設置される。すなわち、撮像部２０には複数の単位回路Ｕが縦Ｍ行×横Ｎ列の行列状に配列する。行選択回路３２は、Ｍ本の選択線２２の各々に選択信号Ｙ[m]（ｍ＝１〜Ｍ）を供給することで選択期間Ｈ毎に選択線２２を順次に選択する。具体的には、図３に例示される通り、第ｍ行の選択線２２に供給される選択信号Ｙ[m]は、第ｍ番目の選択期間Ｈで選択電位（ハイレベル）ＶYに設定される。選択電位ＶYは、選択線２２の選択を意味する電位である。

図４は、撮像部２０のうち第ｍ行の第ｎ列（ｎ＝１〜Ｎ）に位置する任意の１個の単位回路Ｕの構成図である。図４に例示される通り、第１実施形態の単位回路Ｕは、受光素子Ｄ1とトランジスターＴ1（第１トランジスターの例示）とを具備する。受光素子Ｄ1は、受光量に応じた電荷を発生するフォトダイオードであり、電極Ｅ1（陽極）と電極Ｅ2（陰極）との間に光電変換層を積層した積層構造を包含する。第１実施形態の受光素子Ｄ1は、ＣuＩnＳe₂（ＣＩＳ）やＣu(Ｉn,Ｇa)Ｓe₂（ＣＩＧＳ）等のカルコパイライト型の光電変換層で被写体２００からの撮像光を受光する。カルコパイライト型の光電変換層は、量子効率が高く高感度の撮像を容易に実現できる反面、非受光時の電流のリーク（暗電流）が大きいという傾向がある。なお、例えば多結晶または非晶質のシリコンで受光素子Ｄ1の光電変換層を形成した構成でも同様の傾向が観測される。

図４に例示される通り、受光素子Ｄ1の電極Ｅ1は、電源回路３４から電位ＶLが供給される配線４２に接続される。配線４２は、選択線２２に沿って行毎に形成された配線である。トランジスターＴ1は、受光素子Ｄ1の電極Ｅ2と検出線２４との間に介在して両者間の電気的な接続（導通／絶縁）を制御するスイッチである。図４ではＮチャネル型のトランジスターＴ1を例示したが、トランジスターＴ1の導電型は任意である。図４に例示される通り、トランジスターＴ1のゲートは選択線２２に接続され、選択線２２に供給される選択信号Ｙ[m]が選択期間Ｈにて選択電位ＶYに設定されることでトランジスターＴ1はオン状態に遷移する。トランジスターＴ1がオン状態に遷移すると、受光素子Ｄ1の電極Ｅ2が検出線２４に電気的に接続される。以上の説明から理解される通り、第１実施形態では、複数の単位回路Ｕが、相異なる検出線２４に対応する複数列（Ｎ列）に配列される。

図２の信号出力回路３６Aは、受光素子Ｄ1による受光量に応じたＮ系統の検出信号Ｓ[1]〜Ｓ[N]を生成する。任意の１系統の検出信号Ｓ[n]は、撮像部２０の第ｎ列を構成するＭ個の単位回路Ｕにおける各受光素子Ｄ1の受光量に応じた電位に設定される電圧信号である。図２に例示される通り、第１実施形態の信号出力回路３６Aは、単位回路Ｕの各列に対応するＮ個の共通回路Ｃ[1]〜Ｃ[N]を具備する。第ｎ列の共通回路Ｃ[n]は検出信号Ｓ[n]を生成する。すなわち、第ｎ列のＭ個の単位回路Ｕにおける受光素子Ｄ1の受光量の検出に１個の共通回路Ｃ[n]が共用される。

図５は、第ｎ列の共通回路Ｃ[n]の構成図である。第ｎ列の各単位回路Ｕ（第(m-1)行〜第(m+1)行）が図５では便宜的に併記されている。図５に例示される通り、共通回路Ｃ[n]は、受光素子Ｄ2と検出回路５０とを具備する。すなわち、第１実施形態では受光素子Ｄ2と検出回路５０とがＮ列の各々について設置される。

受光素子Ｄ2は、受光素子Ｄ1と同様に、受光量に応じた電荷を発生するフォトダイオードであり、電極Ｅ3（陰極）と電極Ｅ4（陽極）との間に光電変換層を積層した積層構造を包含する。ただし、受光素子Ｄ1が被写体２００からの撮像光を受光可能な状態にあるのとは対照的に、受光素子Ｄ2は、周囲からの到来光を受光できない遮光状態にある。具体的には、遮光性または光反射性の遮光層１８４により被覆することで受光素子Ｄ2は遮光状態に維持される。また、受光素子Ｄ1と受光素子Ｄ2とは構造（寸法および形状）や材料が相互に共通するとともに同一の工程で形成される。したがって、受光素子Ｄ1と受光素子Ｄ2とは電気的な特性（例えば電圧-電流特性）が相互に近似するという傾向がある。

なお、受光素子Ｄ2を遮光状態とするための構成は以上の例示（遮光層１８４）に限定されない。例えば、遮光層１６４のうち受光素子Ｄ2に重なる部分に開口部１６６を形成しない構成（すなわち受光素子Ｄ2を遮光層１６４で被覆する構成）により、受光素子Ｄ2を遮光層１６４により遮光することも可能である。以上のように遮光層１６４で受光素子Ｄ2を遮光する構成によれば、受光素子Ｄ2の遮光に専用される遮光層１８４を形成する構成と比較して撮像装置１８の製造工程が簡素化されるという利点がある。以上の例示から理解される通り、遮光状態は、被写体２００からの撮像光が受光素子Ｄ2に実質的に到達しない状態を意味し、遮光状態を実現するための具体的な構成は任意である。

図５に例示される通り、受光素子Ｄ2の電極Ｅ3は、電源回路３４から電位ＶHが供給される配線４４（第２配線の例示）に接続される。配線４４は、Ｎ個の共通回路Ｃ[1]〜Ｃ[N]にわたる配線である。他方、受光素子Ｄ2の電極Ｅ4は、第ｎ列の検出線２４のうちの特定の地点（以下「検出点」という）ＰSに接続される。図５から理解される通り、第ｍ番目の選択期間Ｈにて選択信号Ｙ[m]が選択電位ＶYに設定されることで第ｍ行の第ｎ列の単位回路ＵのトランジスターＴ1がオン状態に遷移すると、当該単位回路Ｕの受光素子Ｄ1の電極Ｅ2と第ｎ列の共通回路Ｃ[n]の受光素子Ｄ2の電極Ｅ4とが検出線２４（検出点ＰS）を介して直列に接続される。すなわち、図６に例示される通り、受光素子Ｄ1および受光素子Ｄ2が、電位ＶLの配線４２と電位ＶHの配線４４との間に逆バイアス状態で接続される。

図６から理解される通り、検出点ＰSの電位（以下「検出電位」という）ＶSは、配線４２の電位ＶLと配線４４の電位ＶHとの差分の電圧を受光素子Ｄ1の抵抗と受光素子Ｄ2の抵抗とで分圧した電位に設定される。遮光状態にある受光素子Ｄ2の抵抗は実質的に変動しないが、受光素子Ｄ1の抵抗は当該受光素子Ｄ1の受光量に応じて変動するから、検出点ＰSの検出電位ＶSは受光素子Ｄ1の受光量に応じて変動する。すなわち、第ｍ番目の選択期間Ｈでは、第ｍ行の第ｎ列に位置する単位回路Ｕの受光素子Ｄ1の受光量に応じた検出電位ＶSが第ｎ列の検出点ＰSに発生する。具体的には、受光素子Ｄ1の受光量が増加する（受光素子Ｄ1の抵抗が低下する）ほど検出電位ＶSは電位ＶL側に低下する。図５に例示された共通回路Ｃ[n]の検出回路５０は、第ｎ列の検出点ＰSの検出電位ＶSに応じた検出信号Ｓ[n]を生成する。

図５に例示される通り、第１実施形態の検出回路５０は、差動トランジスター対５２と負荷トランジスター対５４と電流源トランジスターＱCとを具備するカレントミラー負荷型の差動増幅回路を包含する。差動トランジスター対５２はトランジスターＴ2AとトランジスターＴ2Bとで構成され、負荷トランジスター対５４はトランジスターＱAとトランジスターＱBとで構成される。なお、検出回路５０を構成する各トランジスターの導電型は図５の例示（Ｎチャネル型）から適宜に変更され得る。

差動トランジスター対５２のトランジスターＴ2AおよびトランジスターＴ2Bの各々のドレインは電位ＶHの配線４４に接続される。トランジスターＴ2A（第２トランジスターの例示）のゲートは検出点ＰSに接続され、トランジスターＴ2Bのゲートには所定の基準電位ＶREFが供給される。基準電位ＶREFは、例えば電位ＶHと電位ＶLとの中間の電位に設定される。負荷トランジスター対５４は、差動トランジスター対５２の負荷回路として機能するカレントミラー回路である。トランジスターＱAのドレインはトランジスターＴ2Aのソースに接続され、トランジスターＱBのドレインはトランジスターＴ2Bのソースに接続される。トランジスターＱAおよびトランジスターＱBの各々のゲートはトランジスターＱAのドレインに共通に接続される。電流源トランジスターＱCは負荷トランジスター対５４と配線４２との間に設置されて電流源として機能する。

図５に例示した構成により、トランジスターＴ2Aのゲートに供給される検出電位ＶSに応じた検出信号Ｓ[n]が、トランジスターＴ2BとトランジスターＱBとの間の出力点ＰOUTから外部装置に出力される。以上の説明から理解される通り、検出信号Ｓ[n]は、第ｍ番目の選択期間Ｈにおいて第ｍ行の第ｎ列の単位回路Ｕの受光素子Ｄ1の受光量に応じた電位に設定される。すなわち、検出信号Ｓ[n]の電位は、選択期間Ｈ毎に時分割で、第ｎ列のＭ個の単位回路Ｕの各々の受光素子Ｄ2の受光量に応じた電位に設定される。

ところで、受光素子Ｄ1の受光量に応じた検出信号を生成する構成としては、例えば図７に図示された単位回路Ｕの複数個を行列状に配列した構成（以下「対比例」という）も想定される。図７から理解される通り、対比例では、遮光状態の受光素子Ｄ2と増幅用のトランジスターＴBとが個々の単位回路Ｕに設置される。すなわち、配線４２と配線４４との間に受光素子Ｄ1と受光素子Ｄ2とが逆バイアス状態で直列に接続され、受光素子Ｄ1と受光素子Ｄ2との接続点の電位に応じた検出信号をトランジスターＴBが生成して検出線２４に出力する。

しかし、対比例では、各単位回路ＵのトランジスターＴBの電気的な特性（例えば閾値電圧）の誤差に起因して受光素子Ｄ1の受光感度（受光量と検出信号の電位との関係）が単位回路Ｕ毎に相違する可能性がある。対比例とは対照的に、第１実施形態では、受光素子Ｄ1の受光量に応じた検出信号Ｓ[n]の生成に、１個のトランジスターＴ2AがＭ個の単位回路Ｕにわたり共用されるから、対比例と比較してトランジスターの電気的な特性の誤差の影響が抑制され、複数の受光素子Ｄ1にわたり検出精度を均一化できるという利点がある。

また、対比例の構成では、遮光状態の受光素子Ｄ2の電気的な特性（例えば抵抗）が誤差により単位回路Ｕ毎に相違し得るから、受光素子Ｄ1の受光感度が単位回路Ｕ毎に相違する可能性がある。対比例とは対照的に、第１実施形態では、受光素子Ｄ1の受光量に応じた検出信号Ｓ[n]の生成に、Ｍ個の単位回路Ｕにわたり１個の受光素子Ｄ2が共用されるから、対比例と比較して受光素子Ｄ2の電気的な特性の誤差の影響が抑制され、複数の受光素子Ｄ1にわたり検出精度を均一化できるという利点がある。また、トランジスターＴ2Aおよび受光素子Ｄ2を単位回路Ｕ毎に設置する必要がないから、撮像部２０の構成が簡素化されるという利点や、多数の単位回路Ｕの高集積化が容易であるという利点もある。

また、第１実施形態では、逆バイアス状態の受光素子Ｄ1および受光素子Ｄ2の間の検出点ＰSの検出電位ＶS（すなわち、受光素子Ｄ1の抵抗と受光素子Ｄ2の抵抗とで電位ＶHと電位ＶLとの差分の電圧を分割した電位）に応じた検出信号Ｓ[n]が生成される。したがって、受光素子Ｄ1や受光素子Ｄ2の電流のリーク（暗電流）が大きい場合でも、受光素子Ｄ1の受光量を高精度に検出できるという利点がある。したがって、非受光時の電流のリークが大きい反面で量子効率の高い光電変換層を利用した高感度かつ高精度の撮像装置１８を実現することが可能である。

＜第２実施形態＞
図８は、第２実施形態における撮像装置１８の構成図である。図８に例示される通り、第２実施形態の撮像装置１８は、第１実施形態における信号出力回路３６Aを信号出力回路３６Bに置換した構成である。第２実施形態の信号出力回路３６Bは、列選択回路３８と出力線６２と共通回路ＣとＮ個のトランジスターＴ3（第３トランジスターの例示）とを包含する。第１実施形態の信号出力回路３６AではＮ列の各々について共通回路Ｃ[n]が設置されるのに対し、第２実施形態の信号出力回路３６BではＮ列に対して１個の共通回路Ｃが設置される。共通回路Ｃは、第１実施形態の共通回路Ｃ[n]と同様に受光素子Ｄ2および検出回路５０を具備する。共通回路Ｃの検出回路５０は、第１実施形態と同様の構成であるが、出力線６２上の検出点ＰSの検出電位ＶSに応じた１系統の検出信号Ｓを外部装置に出力する。また、受光素子Ｄ2の電極Ｅ4は出力線６２（検出点ＰS）に接続される。

図８に例示される通り、トランジスターＴ3はＮ列の各々に対応して設置される。任意の第ｎ列のトランジスターＴ3は、出力線６２と第ｎ列の検出線２４との間に介在して両者間の電気的な接続（導通／絶縁）を制御する。すなわち、第ｎ列のトランジスターＴ3がオン状態に遷移することで第ｎ列の検出線２４が出力線６２に電気的に接続される。列選択回路３８は、図８に例示される通り、Ｎ系統の制御信号Ｘ[1]〜Ｘ[N]の供給でＮ個のトランジスターＴ3の各々を順次にオン状態に制御する。制御信号Ｘ[n]は第ｎ列のトランジスターＴ3のゲートに供給される。

図９は、列選択回路３８の動作の説明図である。図９に例示される通り、列選択回路３８は、行選択回路３２が第ｍ行の選択線２２を選択する選択期間Ｈ毎に、Ｎ系統の制御信号Ｘ[1]〜Ｘ[N]の各々を所定の順番で択一的に選択電位ＶXに設定する。選択電位ＶXは、トランジスターＴ3をオン状態に遷移させる電位（第ｎ列の選択を意味する電位）である。制御信号Ｘ[n]を選択電位ＶXに設定することで第ｎ列の検出線２４が出力線６２に接続される。以上の説明から理解される通り、第２実施形態では、Ｎ本の検出線２４の各々を択一的に出力線６２に接続する動作が選択期間Ｈ毎に反復される。したがって、行選択回路３２が第ｍ行を選択する選択期間Ｈにおいて、出力線６２の検出点ＰSの検出電位ＶSは、第ｍ行のＮ個の単位回路Ｕの各々の受光素子Ｄ2の受光量に応じた電位に順次に変動する。すなわち、撮像部２０の縦Ｍ行×横Ｎ列の各単位回路Ｕの受光素子Ｄ2の受光量に応じた電位に時分割で設定される１系統の検出信号Ｓが検出回路５０で生成される。

第２実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。また、第２実施形態では、複数列（Ｎ列）に対して１個の共通回路Ｃが共用されるから、共通回路Ｃ[n]が列毎に設置される第１実施形態と比較して信号出力回路３６Bの構成が簡素化されるという利点がある。他方、第１実施形態では、Ｎ列にわたり検出信号Ｓ[n]が並列に出力されるから、第２実施形態と比較して撮像部２０の各受光素子Ｄ2の受光量を高速に検出できるという利点がある。

＜第３実施形態＞
図１０は、第３実施形態における撮像装置１８の構成図である。図１０に例示される通り、第３実施形態の撮像装置１８では、Ｘ方向に相互に隣合うＪ列単位（Ｊは２以上の自然数）で単位回路ＵのＮ列がＫ個のグループＧ[1]〜Ｇ[K]に区分される（Ｎ＝Ｊ×Ｋ）。以下の説明では、任意の１個のグループＧ[k]（ｋ＝１〜Ｋ）が３列を包含する場合（Ｊ＝３）を便宜的に例示するが、１個のグループＧ[k]の列数Ｊは任意である。

第３実施形態の撮像装置１８は、第１実施形態の信号出力回路３６Aを図１０の信号出力回路３６Cに置換した構成である。信号出力回路３６Cは、列選択回路３８と３本（Ｊ本）の出力線６２[1]〜６２[3]と３個（Ｊ個）の共通回路Ｃ[1]〜Ｃ[3]とＮ個のトランジスターＴ3とを包含する。任意の１本の出力線６２[j]（ｊ＝１〜３）は、Ｋ個のグループＧ[1]〜Ｇ[K]の各々における第ｊ列目の検出線２４に対応する。また、共通回路Ｃ[j]は第１実施形態の共通回路Ｃ[n]と同様に受光素子Ｄ2および検出回路５０を具備する。共通回路Ｃ[j]の検出回路５０は、第１実施形態と同様の構成であるが、出力線６２[j]上の検出点ＰSに応じた検出信号Ｓ[j]を外部装置に出力する。また、共通回路Ｃ[j]の受光素子Ｄ2の電極Ｅ4は出力線６２[j]の検出点ＰSに接続される。

トランジスターＴ3はＮ列の各々に対応して設置される。任意の１個のグループＧ[k]における第ｊ列の検出線２４に対応するトランジスターＴ3は、出力線６２[j]と当該検出線２４との間に介在して両者間の電気的な接続（導通／絶縁）を制御する。すなわち、任意の１本の出力線６２[j]には、Ｋ個のグループＧ[1]〜Ｇ[K]の各々における第ｊ列の検出線２４（合計Ｋ本）が各トランジスターＴ3を介して共通に接続される。Ｋ個のグループＧ[1]〜Ｇ[K]の各々におけるＪ本の検出線２４がトランジスターＴ3を介して相異なる出力線６２[j]に接続された構成とも換言され得る。

図１０の列選択回路３８は、相異なるグループＧ[k]に対応するＫ系統の制御信号Ｘ[1]〜Ｘ[K]の供給でＮ個のトランジスターＴ3をグループＧ[k]毎（３個毎）に順次にオン状態に制御する。図１１は、列選択回路３８の動作の説明図である。図１１に例示される通り、列選択回路３８は、行選択回路３２が任意の第ｍ行の選択線２２を選択する選択期間Ｈ内に、Ｋ系統の制御信号Ｘ[1]〜Ｘ[K]の各々を所定の順番で択一的に選択電位ＶXに設定する。制御信号Ｘ[k]が選択電位ＶXに設定されると、当該制御信号Ｘ[k]に対応するグループＧ[k]の３個のトランジスターＴ3が並列にオン状態に遷移する。したがって、第ｍ行におけるグループＧ[k]の３個の単位回路Ｕの各々の受光素子Ｄ2の受光量に応じた電位が３本の出力線６２[1]〜６２[3]に並列に供給される。すなわち、Ｋ個のグループＧ[1]〜Ｇ[K]の各々における第ｊ列の単位回路Ｕの受光素子Ｄ1の受光量に応じた電位が検出電位ＶSとして時分割で順次に出力線６２[j]に供給される。したがって、検出信号Ｓ[j]の電位は、Ｋ個のグループＧ[1]〜Ｇ[K]の各々における第ｊ列の受光素子Ｄ1の受光量に応じた電位に時分割で設定される。

第３実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。第３実施形態では、Ｋ個のグループＧ[1]〜Ｇ[K]の各々における第ｊ列の単位回路Ｕ（Ｋ個）について１個の共通回路Ｃ[j]が共用されるから、共通回路Ｃ[n]が列毎に設置される第１実施形態と比較して信号出力回路３６Cの構成が簡素化されるという利点がある。また、第３実施形態では、任意の１個のグループＧ[k]の３列（Ｊ列）について検出信号Ｓ[1]〜Ｓ[3]が並列に出力されるから、Ｎ列にわたり１個の共通回路Ｃを共用する第２実施形態と比較して撮像部２０の各受光素子Ｄ2の受光量を高速に検出できるという利点がある。以上の説明から理解される通り、第３実施形態によれば、受光量の高速な検出という第１実施形態の効果と、信号出力回路３６Cの簡素化という第２実施形態の効果とを両立することが可能である。１個のグループＧ[k]の列数Ｊは、受光量の高速な検出と構成の簡素化とが高い水準で両立するように適宜に選定される。

＜第４実施形態＞
図１２は、第４実施形態における撮像装置１８の単位回路Ｕの構成図である。第１実施形態の単位回路Ｕ（図４）では、受光素子Ｄ1の電極Ｅ1が配線４２に接続されるとともにＮチャネル型のトランジスターＴ1のゲートが選択線２２に接続された構成を例示した。第４実施形態では、図１２に例示される通り、単位回路Ｕの受光素子Ｄ1の電極Ｅ1とＰチャネル型のトランジスターＴ1のゲートとが選択線２２（第１配線の例示）に共通に接続される。

第４実施形態の行選択回路３２は、第ｍ行の選択線２２に供給する選択信号Ｙ[m]を電位ＶHまたは電位ＶLに設定する。具体的には、行選択回路３２は、図１２に例示される通り、第ｍ行の選択線２２が選択される第ｍ番目の選択期間Ｈでは選択信号Ｙ[m]を電位ＶLに設定し、第ｍ行が非選択となる期間（第ｍ番目の選択期間Ｈ以外）では選択信号Ｙ[m]を電位ＶHに設定する。選択信号Ｙ[m]が電位ＶLに設定される選択期間Ｈでは、受光素子Ｄ1の電極Ｅ1に電位ＶLが供給されるとともにトランジスターＴ1がオン状態に制御される。したがって、第ｍ行の選択線２２と配線４４との間で、受光素子Ｄ1と受光素子Ｄ2とが、図６の例示の同様の逆バイアス状態で相互に直列に接続される。検出回路５０は、以上の状態で受光素子Ｄ1の電極Ｅ2と受光素子Ｄ2の電極Ｅ4との間の検出点ＰSの検出電位ＶSに応じた検出信号Ｓを生成する。

第４実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。また、第４実施形態では、受光素子Ｄ1の電極Ｅ1に対する電位ＶLの供給とトランジスターＴ1の制御とに共通の選択線２２が利用されるから、選択線２２とは別個の配線４２を電源回路３４から各単位回路Ｕまで形成する必要がない。したがって、撮像部２０の構成が簡素化されるという利点がある。なお、第２実施形態や第３実施形態の構成のもとでも第４実施形態の単位回路Ｕが採用され得る。

図１２ではＰチャネル型のトランジスターＴ1を単位回路Ｕに設置したが、受光素子Ｄ1とトランジスターＴ1とで配線を共用する構成は、Ｎチャネル型のトランジスターＴ1を利用する図１３の構成でも実現され得る。図１３の構成では、受光素子Ｄ1の陰極である電極Ｅ1とトランジスターＴ1のゲートとが選択線２２に共通に接続され、受光素子Ｄ1の陽極である電極Ｅ2と検出線２４との電気的な接続がトランジスターＴ1により制御される。他方、遮光状態の受光素子Ｄ2の陽極である電極Ｅ3が電位ＶLの配線４４に接続され、電極Ｅ4（陰極）は検出点ＰSに接続される。以上の構成において、行選択回路３２は、第ｍ番目の選択期間Ｈで選択信号Ｙ[m]を電位ＶHに設定する。したがって、選択期間Ｈでは、電位ＶHの選択線２２と電位ＶLの配線４４との間に受光素子Ｄ1と受光素子Ｄ2とが逆バイアス状態で相互に直列に接続され、受光素子Ｄ1の電極Ｅ2と受光素子Ｄ2の電極Ｅ4との間の経路上の検出点ＰSの検出電位ＶSを検出回路５０が検出する。なお、第２実施形態や第３実施形態にも図１３の構成を採用することが可能である。

＜変形例＞
以上の形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。

（１）第１実施形態から第３実施形態では、図６の例示の通り、電位ＶLの配線４２と電位ＶHの配線４４との間に受光素子Ｄ1と受光素子Ｄ2とが逆バイアス状態で直列に接続される構成を例示した。しかし、第４実施形態で例示した図１３の構成からも理解される通り、第１実施形態から第３実施形態において、電位ＶHの配線４２と電位ＶLの配線４４との間に受光素子Ｄ1と受光素子Ｄ2とを逆バイアス状態で接続することも可能である。例えば、第１実施形態の構成を基礎として、図１４に例示される通り、電位ＶHが供給される配線４２に受光素子Ｄ1の電極Ｅ1（陰極）を接続し、電位ＶLが供給される配線４４に受光素子Ｄ2の電極Ｅ3（陽極）を接続することも可能である。検出回路５０は、受光素子Ｄ1の電極Ｅ2（陽極）と受光素子Ｄ2の電極Ｅ4（陽極）との間の検出点ＰSの検出電位ＶSに応じた検出信号Ｓを生成する。なお、図１４では第１実施形態の構成を基礎としたが、第２実施形態や第３実施形態においても同様に、受光素子Ｄ1の陰極である電極Ｅ1に高位側の電位ＶHを供給し、受光素子Ｄ2の陽極である電極Ｅ3に低位側の電位ＶLを供給することで、受光素子Ｄ1および受光素子Ｄ2を逆バイアス状態にすることが可能である。

（２）行選択回路３２や信号出力回路３６（３６A，３６B，３６C）は、基板１８２に実装された集積回路（ＩＣチップ）の形態で実現されるほか、基板１８２に直接に形成されたトランジスター等で実現することも可能である。また、信号出力回路３６の検出回路５０の構成は、前述の各形態で例示した差動増幅回路には限定されない。

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

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

１００…撮像システム、１２…照明部、１４…集光部、１６…遮光部、１８…撮像装置、１８２…基板、１８４…遮光層、２０…撮像部、２２…選択線、２４…検出線、３２…行選択回路、３４…電源回路、３６（３６A，３６B，３６C）…信号出力回路、３８…列選択回路、Ｃ[n]（Ｃ[1]〜Ｃ[N]），Ｃ，Ｃ[j]（Ｃ[1]〜Ｃ[3]）…共通回路、４２…配線（第１配線）、４４…配線（第２配線）、５０…検出回路、５２…差動トランジスター対、５４…負荷トランジスター対、Ｕ…単位回路、Ｄ1…受光素子（第１受光素子）、Ｅ1…電極（第１電極）、Ｅ2…電極（第２電極）、Ｄ2…受光素子（第２受光素子）、Ｅ3…電極（第３電極）、Ｅ4…電極（第４電極）、Ｔ1…トランジスター（第１トランジスター）、Ｔ2…トランジスター（第２トランジスター）、Ｔ3…トランジスター（第３トランジスター）。

Claims (8)

1. 検出線に接続された複数の単位回路と、
   信号出力回路とを具備し、
   前記複数の単位回路の各々は、
   第１配線に接続された第１電極と、第２電極とを含む第１受光素子と、
   前記第２電極と前記検出線との電気的な接続を制御する第１トランジスターとを含み、
   前記信号出力回路は、
   第２配線に接続された第３電極と、第４電極とを含む遮光状態の第２受光素子と、
   前記第１配線と前記第２配線との間で前記第１受光素子および前記第２受光素子が逆バイアス状態にあるときに、前記第２電極と前記第４電極との間の検出点の電位に応じた検出信号を出力する検出回路とを含む
   撮像装置。
2. 前記検出回路は、前記検出点にゲートが接続された第２トランジスターを含む
   請求項１の撮像装置。
3. 前記検出回路は、前記第２トランジスターを含む差動トランジスター対を具備する差動増幅回路である
   請求項２の撮像装置。
4. 前記複数の単位回路は、相異なる検出線に接続された複数列に配列され、
   前記信号出力回路は、前記複数列の各々について、前記第２受光素子と前記検出回路とを含む
   請求項１から請求項３の何れかの撮像装置。
5. 前記複数の単位回路は、相異なる検出線に接続された複数列に配列され、
   前記信号出力回路は、
   出力線と、
   前記複数列の各々に対応して設置されて前記出力線と当該列の前記検出線との電気的な接続を制御する第３トランジスターと、
   前記第３トランジスターを順次にオン状態に制御する列選択回路と、
   前記第４電極が前記出力線に接続された前記第２受光素子と、
   前記出力線上の前記検出点の電位に応じた検出信号を出力する前記検出回路とを含む
   請求項１から請求項３の何れかの撮像装置。
6. 前記複数の単位回路は、相異なる検出線に接続された複数列に配列され、
   前記信号出力回路は、
   所定数の出力線および共通回路と、
   前記複数列の各々に対応して設置された第３トランジスターと、
   前記複数列を前記所定数単位で区分したグループ毎に前記第３トランジスターを順次にオン状態に制御する列選択回路とを含み、
   前記各グループの前記所定数の検出線は、前記第３トランジスターを介して相異なる前記出力線に接続され、
   前記所定数の共通回路の各々は、
   当該共通回路に対応する前記出力線に前記第４電極が接続された前記第２受光素子と、
   当該出力線上の前記検出点の電位に応じた検出信号を出力する前記検出回路とを含む
   請求項１から請求項３の何れかの撮像装置。
7. 前記第１配線には、第１電位と第２電位とが選択的に供給され、
   前記第１トランジスターは、前記第１配線にゲートが接続され、当該第１配線に前記第１電位が供給された場合に、前記第２電極と前記検出線とを電気的に接続させるオン状態となる
   請求項１から請求項６の何れかの撮像装置。
8. 請求項１から請求項７の何れかの撮像装置を具備する電子機器。
   
   

Images