(57)【要約】  センサアレイを構成する少なくとも１つのセル（Ｘij）が、信号電荷を生成して蓄積する光電変換蓄積素子（９）、この光電変換蓄積素子（９）が生成した信号電荷を電位の変化として検出する電位検出回路（１４）、電位の変化を増幅して出力信号線（Ｂj）に出力する増幅回路（１５）、増幅回路（１５）と出力信号線（Ｂj）との間に設けられた選択回路（１９）を備える。光電変換蓄積素子（９）と電位検出回路（１４）とは第１電位端子（Ｔ１）と第２電位端子（Ｔ２）の間に直列に接続される。電位検出回路（１４）が、光通信信号の受信時に、電位の変化を弱反転状態で検出する絶縁ゲート型トランジスタ（Ｔｒ１４）を有する。
2010032842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルを配置したセンサアレイと、
前記セルのそれぞれの動作を制御し、前記セルのそれぞれから出力された信号を処理する周辺回路
とを含み、前記複数のセルの内の少なくとも１つのセルが、信号電荷を生成して蓄積する光電変換蓄積素子と、該光電変換蓄積素子が生成した信号電荷を電位の変化として検出する電位検出回路と、前記電位の変化を増幅して出力信号線に出力する増幅回路とを備え、
前記光電変換蓄積素子と前記電位検出回路とが、第１電位端子と第２電位端子の間に直列に接続され、前記電位検出回路が、光通信信号の受信時に、前記電位の変化を弱反転状態で検出する絶縁ゲート型トランジスタを有することを特徴とする情報取得装置。
【請求項２】
前記複数のセルのそれぞれが、前記光電変換蓄積素子と、前記電位検出回路と、前記増幅回路とを備え、
前記複数のセルのそれぞれにおいて、前記絶縁ゲート型トランジスタが導通状態となることにより、前記光電変換蓄積素子に蓄積された電荷をリセットするリセットトランジスタとして機能し、前記リセット後に前記絶縁ゲート型トランジスタが遮断状態となることにより、前記光電変換蓄積素子に画像情報としての信号電荷を蓄積し、前記増幅回路が前記画像情報としての電位の変化を増幅して出力信号線に出力することを特徴とする請求項１に記載の情報取得装置。
【請求項３】
前記周辺回路から、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極に、前記絶縁ゲート型トランジスタを前記弱反転状態、前記導通状態、及び前記遮断状態に設定する信号がそれぞれ出力されることを特徴とする請求項２に記載の情報取得装置。
【請求項４】
前記複数のセルのそれぞれが、前記光電変換蓄積素子と前記電位検出回路との間に、電荷転送回路を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の情報取得装置。
【請求項５】
前記センサアレイは前記複数のセルをマトリクス状に配列したことを特徴とする請求項２に記載の情報取得装置。
【請求項６】
前記複数のセルのそれぞれが、前記増幅回路と前記出力信号線との間に、前記マトリクス状の配列の内の特定の行のセルを選択する選択回路を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の情報取得装置。
【請求項７】
前記複数のセルのそれぞれにおいて、前記増幅回路を前記画像情報としての電位の変化を増幅して第１の出力信号線に出力する第１の増幅回路とし、
前記複数のセルのそれぞれが、光通信信号の受信時に、前記光通信信号による信号電荷による電位の変化を増幅して第２の出力信号線に出力する第２の増幅回路を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の情報取得装置。
【請求項８】
前記センサアレイは前記複数のセルをマトリクス状に配列したことを特徴とする請求項７に記載の情報取得装置。
【請求項９】
前記複数のセルのそれぞれが、
前記第１の増幅回路と前記第１の出力信号線との間に、前記マトリクス状の配列の内の特定の行のセルを選択する第１の選択回路と、
前記第２の増幅回路と前記第２の出力信号線との間に、前記マトリクス状の配列の内の特定の行のセルを選択する第２の選択回路
とを更に備えることを特徴とする請求項８に記載の情報取得装置。
【請求項１０】
光通信信号を送信する情報送信系と、
複数のセルを配置したセンサアレイ、前記光通信信号を受信するように前記セルのそれぞれの動作を制御し、前記複数のセルの内の少なくとも１つのセルから出力された前記光通信信号による信号を処理する周辺回路とを含む情報取得装置を有する情報受信系
とを備え、前記少なくとも１つのセルが、前記光通信信号による信号電荷を生成して蓄積する光電変換蓄積素子と、該光電変換蓄積素子が生成した信号電荷を電位の変化として検出する電位検出回路と、前記電位の変化を増幅して出力信号線に出力する増幅回路とを備え、前記光電変換蓄積素子と前記電位検出回路とが、第１電位端子と第２電位端子の間に直列に接続され、前記電位検出回路が、前記光通信信号の受信時に、前記電位の変化を弱反転状態で検出する絶縁ゲート型トランジスタを有することを特徴とする光通信システム。
【請求項１１】
前記複数のセルのそれぞれが、前記光電変換蓄積素子と、前記電位検出回路と、前記増幅回路とを備え、
前記複数のセルのそれぞれにおいて、前記絶縁ゲート型トランジスタが導通状態となることにより、前記光電変換蓄積素子に蓄積された電荷をリセットするリセットトランジスタとして機能し、前記リセット後に前記絶縁ゲート型トランジスタが遮断状態となることにより、前記光電変換蓄積素子に画像情報としての信号電荷を蓄積し、前記増幅回路が前記画像情報としての電位の変化を増幅して出力信号線に出力することを特徴とする請求項１０に記載の光通信システム。
【請求項１２】
前記周辺回路から、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極に、前記絶縁ゲート型トランジスタを前記弱反転状態、前記導通状態、及び前記遮断状態に設定する信号がそれぞれ出力されることを特徴とする請求項１１に記載の光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信信号情報を取得可能な情報取得装置及びこの情報取得装置を用いた光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び非特許文献１には、画像情報と光通信信号情報の双方を取得可能な情報取得装置の一例が開示されている。これら文献に開示される情報取得装置は、ＣＭＯＳイメージセンサを利用しており、１画素を構成する単位セルが画像情報を取得する機能と光通信信号情報を取得する機能を併せ持つことを特徴としている。図１８に、これら文献に開示されるセルの回路構成の概略を示す。【０００３】
図１８に示すように、従来の情報取得装置のセル１００は、フォトダイオード１１１と、リセットトランジスタ１１４と、バッファ回路１１５と、読み出し用スイッチＳＷ１００と、２つのモード切換用スイッチＳＷ２００，３００と、電流アンプ回路１２０と、画像情報出力信号線ＳＬ１００と、光通信信号情報出力信号線ＳＬ１１０を備えている。なお、フォトダイオード１１１の接合容量は、電荷蓄積用コンデンサ１１２として機能する。従来の情報取得装置においては、セル１００で取得された画像情報は、画像情報出力信号線ＳＬ１００を介して出力ＯＵＴ２に提供される。セル１００で取得された光通信信号情報は、光通信信号情報出力信号線ＳＬ１１０を介して出力ＯＵＴ１に提供される。【０００４】
従来の情報取得装置の画像情報取得モードでは、モード切換用スイッチＳＷ２００がオフし、モード切換用スイッチＳＷ３００が接地側に接続される。パルス波のリセット信号ＶＲＳＴがリセットトランジスタ１１４のゲート電極に入力してリセットトランジスタ１１４がオンすると、電荷蓄積用コンデンサ１１２の電荷量がリセット電圧ＶＲに応じて初期化される。初期化後は、リセットトランジスタ１１４がオフするので、バッファ回路１１５の入力側の配線（典型的には、浮遊拡散層で形成されることが多い）がフローティング状態となる。このため、バッファ回路１１５の入力電圧ＶＦＤは、電荷蓄積用コンデンサ１１２に蓄積されている電荷量に応じて変動する。画像情報取得モードでは、読み出し用スイッチＳＷ１００のオン・オフを切換えることによって、電荷蓄積期間と電荷転送期間が切換えられる。読み出し用スイッチＳＷ１００がオフしている期間が電荷蓄積期間であり、読み出し用スイッチＳＷ１００がオンしている期間が電荷転送期間である。電荷蓄積期間においてセル１００に光が入射すると、フォトダイオード１１１で電荷が生成される。生成した電荷が電荷蓄積用コンデンサ１１２に蓄積すると、バッファ回路１１５の入力電圧ＶＦＤが低下する。所定期間が経過した後に読み出し用スイッチＳＷ１００をオンさせると、バッファ回路１１５を介して入力電圧ＶＦＤ（又は、入力電圧ＶＦＤに応じた増幅電圧）が画像情報出力信号線ＳＬ１００に転送される。これにより、出力ＯＵＴ２には画像情報に応じた電圧信号が提供される。【０００５】
従来の情報取得装置の光通信信号情報取得モードでは、モード切換用スイッチＳＷ２００がオンし、モード切換用スイッチＳＷ３００が電流アンプ回路１２０側に接続される。更に、光通信信号情報取得モードでは、リセットトランジスタ１１４及び読み出し用スイッチＳＷ１００の双方がオフ状態に制御される。この状態でセル１００に光通信信号が入射すると、フォトダイオード１１１で電荷が生成し、微弱なダイオード電流が流れる。この微弱なダイオード電流は、電流アンプ回路１２０で増幅され、電気信号として出力ＯＵＴ１に提供される。これにより、出力ＯＵＴ１には光通信信号情報に応じた電流信号が提供される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２５８７３６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】香川景一郎，西村智博，平井隆夫，太田淳，布下正宏，山嵜康司，山田雅司，杉下正蔵，渡辺國寛、「ＢｉＣＭＯＳプロセスを用いた光無線用ＬＡＮビジョンチップの開発」、映像情報メディア学会、情報センシング・コンシューマエレクトロニクス研究会、社団法人映像情報メディア学会（ＩＴＥ）技術報告（Technical Report）第２６巻第２６号、ｐ．３５−４０（東京、２００２）
【発明の概要】
【０００８】
（発明が解決しようとする課題）
図１８に示す従来の情報取得装置のセル１００は、光通信信号情報を取得するために、電流アンプ回路１２０を利用している。しかしながら、電流アンプ回路１２０の利用は、素子面積の増大、消費電力の増大、ノイズの発生という点で問題となる。なお、上記の従来技術の説明では、画像情報と光通信信号情報の双方を取得可能な情報取得装置を例にしてその課題を説明した。しかし、上記課題は、画像情報と光通信信号情報の双方を取得可能な情報取得装置の場合に限られない。光通信信号情報のみを取得可能な情報取得装置にも、電流アンプ回路を利用することによって、素子面積の増大、消費電力の増大、ノイズの発生という点で問題となる。
【０００９】
本発明は、素子面積の小型化、消費電力の低減化、ノイズの抑制が可能な情報取得装置、及びこの情報取得装置を用いた光通信システムを提供することを目的とする。
【００１０】
（課題を解決するための手段）
本発明の第１の態様は、複数のセルを配置したセンサアレイと、セルのそれぞれの動作を制御し、セルのそれぞれから出力された信号を処理する周辺回路とを含む情報取得装置に関する。本発明の第１の態様に係る情報取得装置においては、複数のセルの内の少なくとも１つのセルが、信号電荷を生成して蓄積する光電変換蓄積素子と、この光電変換蓄積素子が生成した信号電荷を電位の変化として検出する電位検出回路と、電位の変化を増幅して出力信号線に出力する増幅回路とを備える。そして、光電変換蓄積素子と電位検出回路とが、第１電位端子と第２電位端子の間に直列に接続され、電位検出回路が、光通信信号の受信時に、電位の変化を弱反転状態で検出する絶縁ゲート型トランジスタを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の態様は  光通信信号を送信する情報送信系と、複数のセルを配置したセンサアレイ、光通信信号を受信するようにセルのそれぞれの動作を制御し、複数のセルの内の少なくとも１つのセルから出力された光通信信号による信号を処理する周辺回路とを含む情報取得装置を有する情報受信系とを備える光通信システムに関する。本発明の第２の態様に係る光通信システムに０いては、少なくとも１つのセルが、光通信信号による信号電荷を生成して蓄積する光電変換蓄積素子と、この光電変換蓄積素子が生成した信号電荷を電位の変化として検出する電位検出回路と、電位の変化を増幅して出力信号線に出力する増幅回路とを備える。そして、光電変換蓄積素子と電位検出回路とが、第１電位端子と第２電位端子の間に直列に接続され、電位検出回路が、光通信信号の受信時に、電位の変化を弱反転状態で検出する絶縁ゲート型トランジスタを有することを特徴とする。
【００１２】
（発明の効果）
本発明によれば、電流アンプ回路を利用することがないので、素子面積の小型化、消費電力の低減化、ノイズの抑制が可能な情報取得装置、及びこの情報取得装置を用いた光通信システムを提供できる。  
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光通信システムの概略の構成を説明するブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る情報受信系が備える情報取得装置の一例としてのＣＭＯＳ型センサアレイの半導体チップ上のレイアウトを説明する模式的平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る情報取得装置のセンサアレイの概略を示す模式的平面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るセンサアレイを構成するセルの回路構成の概略を示す図である。
【図５】図４に係るセルの具体的な回路構成を示す図である。
【図６】図６（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る情報取得装置において、光通信信号の受信時と非受信時のリセットトランジスタ及び読み出しトランジスタの駆動方式を示す表で、図６（ｂ）は、画像の撮像時と非撮像時のリセットトランジスタ及び読み出しトランジスタの駆動方式を示す表である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る情報取得装置のセンサアレイの光通信信号の受信時のセルの動作波形を示す図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る情報取得装置のセンサアレイのセルの構造の概略を説明する断面図で、図８（ｂ）は、ｐ型半導体基板の表面部の伝導帯の電位レベルを示す模式図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るセンサアレイを構成するセルの具体的な回路構成を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る情報取得装置のセンサアレイのセルの構造の概略を説明する断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係るセンサアレイを構成するセルの具体的な回路構成を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）は、図１１に示した第３の実施の形態に係る情報取得装置のセンサアレイのセルの構造の概略を説明する断面図で、図１２（ｂ）は、ｐ型半導体基板の表面部の伝導帯の電位レベルを示す模式図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係るセンサアレイを構成するセルの回路構成を示す図である。
【図１４】図１４（ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係る情報取得装置において、光通信信号の受信時と非受信時のリセットトランジスタ及びバリアトランジスタの駆動方式を示す表で、図１４（ｂ）は、画像の撮像時と非撮像時のリセットトランジスタ及びバリアトランジスタの駆動方式を示す表である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態に係る情報取得装置の具体的な回路構成を示す図である。
【図１６】本発明の第５の実施の形態に係る情報取得装置の具体的な回路構成を示す図である。
【図１７】本発明の第６の実施の形態に係る情報取得装置の具体的な回路構成を示す図である。
【図１８】従来のセンサアレイを構成するセルの回路構成の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第６の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１５】
又、以下に示す第１〜第６の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、請求項に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１６】
（第１の実施の形態）
−光通信システム−
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る光通信システムは、情報送信系１と、画像情報と情報送信系１からの光通信信号情報の双方を取得することが可能な情報受信系２とを備える。ここでいう「画像情報」とは、撮像範囲内の光を所定期間積分した光強度のことをいい、「光通信信号情報」とは、光パルス信号波から成形されたデジタル情報のことをいう。情報送信系１は、光源３と、その光源３を制御する情報送信用制御回路４を備えている。例えば、光源３には、発光ダイオードが用いられる。送信したいデジタル情報に基づいて、情報送信用制御回路４が発光ダイオードを点滅制御し、光通信信号を送信する。
【００１７】
情報受信系２は、カメラ５と、そのカメラ５の動作を制御し、且つ、そのカメラ５が取得した画像情報及び光通信信号情報を処理する受信用制御・処理回路６を備えている。カメラ５には、本発明の第１の実施の形態に係る情報取得装置７が設けられている。情報取得装置７は、このカメラ５に搭載されるＣＭＯＳ型センサアレイを含む。情報取得装置７は、撮像範囲内の光から明るさ（輝度）情報を取得する機能と光源３から送信される光通信信号から光通信信号情報を取得する機能の双方を備えていることを特徴としている。なお、情報取得装置７には、ＣＭＯＳ型センサアレイ以外のデバイスを利用することも可能である。受信用制御・処理回路６は、取得された画像情報及び光通信信号情報を利用して様々な処理を実行する。受信用制御・処理回路６は、例えばパーソナルコンピュータ等に搭載される。但し、図１は情報送信系１及び情報受信系２の概略を説明する論理的なブロック図であり、現実のハードウェア構成としては、受信用制御・処理回路６の一部がカメラ５に搭載されていてもよく、受信用制御・処理回路６の一部がＣＭＯＳ型センサアレイと同一の半導体チップ上にモノリシックに集積化されていてもよい。
【００１８】
−情報取得装置−
本発明の第１の実施の形態に係る情報取得装置は、図２に示すように、センサアレイ２１と周辺回路部（２２，２３，２４，ＤＣＣ1〜ＤＣＣm）とを同一の半導体チップ上に集積化している。センサアレイ２１には、２次元マトリクス状に多数のセルＸij（ｉ＝１〜ｍ；ｊ＝１〜ｎ：ｍ，ｎはそれぞれ整数である。）が配列されており、方形状の撮像領域を構成している。センサアレイ２１に設けられているセルＸijは、光通信信号情報を取得する機能を有するタイプ、画像情報を取得する機能を有するタイプ、光通信信号情報を取得する機能と画像情報を取得する機能の双方を有するタイプのいずれかに該当する。そして、このセンサアレイ２１の下辺部には、セル行Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm方向に沿って水平走査回路２２が設けられ、センサアレイ２１の左辺部にはセル列Ｘ11〜Ｘn1；Ｘ12〜Ｘn2；……；Ｘ1j〜Ｘnj；……；Ｘ1m〜Ｘnm方向に沿って垂直走査回路（垂直ドライバ回路）２３が設けられている。垂直走査回路（垂直ドライバ回路）２３及び水平走査回路２２には、タイミング発生回路２４が接続されている。
【００１９】
タイミング発生回路２４、水平走査回路２２及び垂直走査回路（垂直ドライバ回路）２３によってセンサアレイ２１内のセルＸijが順次走査され、セル信号の読み出しや電子シャッタ動作が実行される。即ち、本発明の第１の実施の形態に係る情報取得装置では、センサアレイ２１を各セル行Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm単位で垂直方向に走査することにより、各セル行Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnmのセル信号を各セル列Ｘ11〜Ｘn1；Ｘ12〜Ｘn2；……；Ｘ1j〜Ｘnj；……；Ｘ1m〜Ｘnm毎に設けられた垂直出力信号線Ｂ1，Ｂ2，Ｂ3，…，Ｂj，…，Ｂmによってセル信号を読み出す構成となっている。各垂直出力信号線Ｂ1，Ｂ2，Ｂ3，…，Ｂj，…，Ｂmには、それぞれ直流成分除去回路ＤＣＣ1，ＤＣＣ2，ＤＣＣ3，…，ＤＣＣj，…，ＤＣＣmが接続されている。即ち、１水平ライン毎に、対応するカラムの直流成分除去回路ＤＣＣ1〜ＤＣＣmに信号電荷に依存したレベルを読み出し、それぞれの直流成分除去回路ＤＣＣ1〜ＤＣＣmにおいて直流成分の除去を行った後、水平走査を行う。
【００２０】
例えば、図３に示すように、斜線で表されたセル行Ｘi,j-2，Ｘi,j-1，Ｘi,j，Ｘi,j+1，Ｘi,j+2，Ｘi,j+3，…に沿って、光通信信号情報を取得する機能を有するセルが配置され、その他のセル行に画像情報を取得する機能を有するセルが配置される。あるいは、斜線で表されたセル行Ｘi,j-2，Ｘi,j-1，Ｘi,j，Ｘi,j+1，Ｘi,j+2，Ｘi,j+3，…に沿って、光通信信号情報を取得する機能と画像情報を取得する機能の双方を有するセルが配置され、その他のセル行に画像情報のみを取得する機能を有するセルが配置される。あるいは、全てのセルが光通信信号情報を取得する機能と画像情報を取得する機能の双方を有していてもよい。
【００２１】
図４に、図２に示した情報取得装置７のセンサアレイ２１が有する複数のセルの内、光通信信号情報を取得する機能のみを有するセル行Ｘi,j-2，Ｘi,j-1，Ｘi,j，Ｘi,j+1，Ｘi,j+2，Ｘi,j+3，…のセルＸijの回路構成の一例を示す。なお、セルＸijの回路構成は、画像情報を取得する機能を有するセルの回路構成と共通している。即ち、センサアレイ２１内のセルは、全て共通した回路構成を有する。詳細は後述するが、光通信信号情報を取得するセルと画像情報を取得するセルの相違は、駆動方式が異なる点である。又、光通信信号情報を取得するセルは、出力信号線に直流成分除去回路が接続されている点でも画像情報を取得するセルから相違する。
【００２２】
図４に示すように、第１の実施の形態に係る情報取得装置のセルＸijは、信号電荷を生成して蓄積する光電変換蓄積素子９と、この光電変換蓄積素子９が生成した信号電荷を電位の変化として検出する電位検出回路１４と、電位の変化を増幅して出力信号線Ｂjに出力する増幅回路１５と、増幅回路１５と出力信号線Ｂjとの間に設けられ、センサアレイ２１の内の特定の行のセルＸijを選択する選択回路１９とを備える。光電変換蓄積素子９と電位検出回路１４とは、第１電位端子Ｔ１と第２電位端子Ｔ２の間に直列に接続されている。電位検出回路１４は、光通信信号の受信時に、電位の変化を弱反転状態で検出する絶縁ゲート型トランジスタ（リセットトランジスタ）Ｔｒ１４を有する。光電変換蓄積素子９は、図４に示すように、信号電荷を生成するフォトダイオード１１と、フォトダイオード１１に並列に接続され、光電変換によって生成された電荷を蓄積する電荷蓄積用コンデンサ１２とを有する。図４に示す光電変換蓄積素子９は等価回路表示であり、物理的構造の意味合いからは、電荷蓄積用コンデンサ１２はフォトダイオード１１の接合容量が主なる容量成分である。選択回路１９は読み出し用スイッチＳＷ１０を有する。
【００２３】
図４に示す回路構成をトランジスタ等の半導体素子レベルで記述すれば、フォトダイオード１１とリセットトランジスタＴｒ１４が、第１電位端子Ｔ１と第２電位端子Ｔ２の間に直列に接続されていることになる。フォトダイオード１１のアノードが第１電位端子Ｔ１に接続されており、フォトダイオード１１のカソードがリセットトランジスタＴｒ１４のソース電極に接続されており、リセットトランジスタＴｒ１４のドレイン電極が第２電位端子Ｔ２に接続されている。第１電位端子Ｔ１は、接地電位（低位電源）ＧＮＤに接続されている。第２電位端子Ｔ２は、リセット電圧ＶＲに接続されている。リセット電圧ＶＲは正の固定電位である。リセットトランジスタＴｒ１４のゲート電極は、第１制御信号入力端子Ｔ３に接続されている。第１制御信号入力端子Ｔ３は、垂直走査回路２３に接続されている。
【００２４】
垂直走査回路２３は、リセットトランジスタＴｒ１４のゲート電極にパルス波のリセット信号を出力するリセット信号生成回路２３１と、リセットトランジスタＴｒ１４のゲート電極にサブスレッショルド電圧を出力するサブスレッショルド電圧生成回路２３２と、読み出し用スイッチＳＷ１０を制御する制御信号を生成する読み出し信号生成回路２３３とを備える。リセット信号生成回路２３１はリセット信号スイッチＳＷRを介して第１制御信号入力端子Ｔ３に接続され、サブスレッショルド電圧生成回路２３２はサブスレッショルド電圧スイッチＳＷthを介して第１制御信号入力端子Ｔ３に接続されている。リセットトランジスタＴｒ１４のゲート閾値電圧をＶthとすると、サブスレッショルド電圧スイッチＳＷthを導通状態にすることにより、リセットトランジスタＴｒ１４のゲートには、サブスレッショルド電圧生成回路２３２から第１制御信号入力端子Ｔ３を介して、Ｖgs＜Ｖthのゲート電圧Ｖgsが印加され、これによりリセットトランジスタＴｒ１４のゲート電極直下のチャネル領域の表面は弱反転状態となり、リセットトランジスタＴｒ１４はサブスレッショルド領域で動作する。
【００２５】
読み出し信号生成回路２３３は第１の読み出し信号スイッチＳＷS1を介して第２制御信号入力端子Ｔ４に接続される画像情報を取得する際の信号伝達経路と、第２の読み出し信号スイッチＳＷS2を介して第２制御信号入力端子Ｔ４に接続される光通信信号情報を取得する際の信号伝達経路とを備え、読み出し用スイッチＳＷ１０は、第２制御信号入力端子Ｔ４に接続されている。リセット信号スイッチＳＷRは受信用制御・処理回路６からのリセット信号出力制御信号ＣＳRにより開閉され、サブスレッショルド電圧スイッチＳＷthは受信用制御・処理回路６からのサブスレッショルド電圧出力制御信号ＣＳthにより開閉され、第１の読み出し信号スイッチＳＷS1は受信用制御・処理回路６からの第１の読み出し信号出力制御信号ＣＳS1により開閉され、第２の読み出し信号スイッチＳＷS2は受信用制御・処理回路６からの第２の読み出し信号出力制御信号ＣＳS2により開閉される。
【００２６】
なお、図４に示す垂直走査回路２３の構成は例示であり、図４に示す構成に限定されるものではない。例えば、垂直走査回路２３は、リセットトランジスタＴｒ１４と読み出し用スイッチＳＷ１０の駆動方式に係るデータを保存するメモリとメモリに格納されたデータによって、リセット信号スイッチＳＷR、サブスレッショルド電圧スイッチＳＷth、第１の読み出し信号スイッチＳＷS1及び第２の読み出し信号スイッチＳＷS2を制御する制御回路を有するように構成してもよい。この場合、メモリに格納される駆動方式に係るデータは逐次更新可能であり、垂直走査回路２３の制御回路は、そのデータに基づいてリセットトランジスタＴｒ１４と読み出し用スイッチＳＷ１０を制御する制御信号を第１制御信号入力端子Ｔ３及び第２制御信号入力端子Ｔ４に伝達するようにすることができる。
【００２７】
フォトダイオード１１とリセットトランジスタＴｒ１４の中間点Ｐ１０は、増幅回路１５と読み出し用スイッチＳＷ１０を介して垂直出力信号線Ｂjに接続されている。増幅回路１５と読み出し用スイッチＳＷ１０は、中間点Ｐ１０と出力信号線Ｂjの間に直列に接続されている。出力信号線Ｂjは、出力信号端子Ｔ５に接続されている。出力信号端子Ｔ５は、直流成分除去回路ＤＣＣjに接続されている。直流成分除去回路ＤＣＣjはアナログ／デジタル変換回路を有しており、セルＸijで取得された光通信信号情報は、そのアナログ／デジタル変換回路でデジタル信号に変換され、出力ＶＯＵＴ１に提供される。
【００２８】
図５に、セルＸij及び直流成分除去回路ＤＣＣjの具体的な回路構成の一例を示す。図５に示すように、増幅回路１５は、ソースフォロア回路で構成されており、バッファトランジスタＴｒ１５を備えている。図４において読み出し用スイッチＳＷ１０で表現されていた選択回路１９は、読み出しトランジスタＴｒ１０で構成されている。バッファトランジスタＴｒ１５のゲート電極はフォトダイオード１１のカソードに接続されており、ドレイン電極は高位電源ＶＤＤに接続されており、ソース電極は読み出しトランジスタＴｒ１０に接続されている。読み出しトランジスタＴｒ１０のゲート電極は、第２制御信号入力端子Ｔ４に接続されており、ドレイン電極は増幅回路１５に接続されており、ソース電極は出力信号線Ｂjに接続されている。
【００２９】
直流成分除去回路ＤＣＣjは、バンドパスフィルタ回路１６ａとコンパレータ回路１６ｂ（アナログ／デジタル変換回路の一例）を備えている。バンドパスフィルタ回路１６ａとコンパレータ回路１６ｂには、比較電圧ＶＣＯＭが入力している。バンドパスフィルタ回路１６ａは、光通信信号のキャリア周波数周辺の周波数を通過させるように、カットオフ周波数が設定されている。これにより、光通信信号から直流成分を除去するとともに、光通信信号以外のノイズ成分を除去することができる。コンパレータ回路１６ｂは、バンドパスフィルタ回路１６ａを通過した信号成分をパルス化し、光通信信号をデジタル情報に復元する。なお、増幅回路１５、選択回路１９及び直流成分除去回路ＤＣＣjに係る回路構成は、図５に示す回路構成例に代えて他の回路構成を利用することもできる。
【００３０】
図６（ａ）に、光通信信号情報を取得するセルＸijにおいて、光通信信号の受信時と非受信時におけるリセットトランジスタＴｒ１４及び読み出しトランジスタＴｒ１０の駆動方式を示す。参照のために、図６（ｂ）には、センサアレイ２１内の他の画像情報を取得するセルにおいて、画像の撮像時と非撮像時におけるリセットトランジスタＴｒ１４及び読み出しトランジスタＴｒ１０の駆動方式を示す。
【００３１】
まず、図５に示すように、リセットトランジスタＴｒ１４及び読み出しトランジスタＴｒ１０がｎＭＯＳＦＥＴであるとして、画像情報を取得するセルに関して説明する。図６（ｂ）に示すように、画像の撮像時は、電荷蓄積用コンデンサ１２の電荷量を初期化するために、リセットトランジスタＴｒ１４のゲート電極にパルス波のリセット信号としてハイレベルの電圧（オン信号）が入力し、リセットトランジスタＴｒ１４がオンする。リセットトランジスタＴｒ１４は、初期化後において、パルス波のリセット信号としてローレベルの電圧（オフ信号）が入力しオフ状態に制御される。読み出しトランジスタＴｒ１０は、電荷蓄積期間にローレベルの電圧（オフ信号）が印加されオフし、電荷転送期間にハイレベルの電圧（オン信号）が印加されオンするようにパルス波の読み出し信号により制御される。電荷蓄積期間においてセルＸijに光が入射すると、フォトダイオード１１で電荷が生成される。生成した電荷が電荷蓄積用コンデンサ１２に蓄積すると、増幅回路１５の入力電圧ＶＦＤが低下する。所定期間が経過した後に読み出しトランジスタＴｒ１０をオンさせると、増幅回路１５を介して入力電圧ＶＦＤ（又は、入力電圧ＶＦＤに応じた増幅電圧）が出力信号線Ｂjに転送される。画像情報を取得するセルＸijでは、出力信号線Ｂjが受信用制御・処理回路６（図１参照。）の画像情報処理回路に接続されている。画像情報処理回路により、画像情報を取得するセルでは、画像情報を取得することができる。画像の非撮像時は、リセットトランジスタＴｒ１４及び読み出しトランジスタＴｒ１０のいずれもローレベルの電圧（オフ信号）が印加されオフ状態に制御される。
【００３２】
一方、図６（ａ）に示すように、光通信信号情報を取得するセルＸijは、画像情報を取得するセルとは明らかに異なる駆動方式で駆動される。光通信信号の受信時は、リセットトランジスタＴｒ１４及び読み出しトランジスタＴｒ１０がいずれもオン状態に制御される。光通信信号の非受信時は、リセットトランジスタＴｒ１４及び読み出しトランジスタＴｒ１０のいずれもオフ状態に制御される。
【００３３】
図７に、光通信信号の受信時におけるセルの動作波形を示す。図７（ａ）はフォトダイオード１１が無負荷状態と仮定した場合のセルＸijに入射する光通信信号に応じて変動するフォトダイオード電流Ｉphであり、図７（ｂ）はフォトダイオード１１に接続されたリセットトランジスタＴｒ１４に流れるドレイン電流Ｉdであり、図７（ｃ）は増幅回路１５の入力電圧ＶＦＤであり、図７（ｄ）はアナログ／デジタル変換回路１６で変換された後の出力ＶＯＵＴ１である。
【００３４】
図７（ａ）に示すように、フォトダイオード１１が無負荷状態では、光通信信号に応じてフォトダイオード電流Ｉphもハイとローを繰返す。タイミングｔ１，ｔ３で光通信信号がローからハイに変化すると、フォトダイオード１１で電荷が生成され、フォトダイオード電流Ｉphもローからハイに変化する。光通信信号情報を取得するセルＸijでは、フォトダイオード１１に接続されたリセットトランジスタＴｒ１４のゲートにサブスレッショルド電圧生成回路２３２からサブスレッショルド電圧スイッチＳＷthを介してＶgs＜Ｖthのゲート電圧Ｖgsが印加され、弱反転状態で拡散電流が流れるように設定されているので、図７（ｂ）に示すようにフォトダイオード電流Ｉphに呼応してドレイン電流Ｉdも流れる。Ｖgs＜Ｖthのサブスレッショルド領域では、リセットトランジスタＴｒ１４のドレイン電流は微少であるので、フォトダイオード１１で生成した電荷は、電荷蓄積用コンデンサ１２に蓄積される。これにより、リセットトランジスタＴｒ１４のソース電極の電位が低下する。サブスレッショルド領域におけるリセットトランジスタＴｒ１４のドレイン電流Ｉdは：
Ｉd＝Ｉsoexp(ｑＶgs/ｎｋＴ){１−exp(−ｑＶds/ｋＴ)}   …（１）
のようになる。ここでＩsoは構造に依存した常数、ｑは素電荷、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、nは理想化定数である。リセットトランジスタＴｒ１４のソース・ドレイン間電圧ＶdsはｋＴ/ｑ＝ＶTを熱抵抗として、Ｖds>>ＶTであるので、式(１)は、
Ｉd＝Ｉsoexp(ｑＶgs/ｎｋＴ)                          …（２）
となる。実際には、第１電位端子Ｔ１と第２電位端子Ｔ２の間に抵抗成分Ｒと容量成分Ｃとによる時定数τ＝ＲＣが存在する。リセットトランジスタＴｒ１４の弱反転状態における動作抵抗ＲOPは、式（２）をゲートソース間電圧Ｖdsで微分して：
ＲOP＝nＶT/Ｉp                                       …（３）
となる。リセットトランジスタＴｒ１４のバルクの抵抗等、他の内部抵抗成分を無視すれば、第１電位端子Ｔ１と第２電位端子Ｔ２の間の時定数τは、増幅回路１５の入力側の配線の寄生容量をＣＦＤとすると：
τ＝nＣＦＤＶT/Ｉp                                  …（４）
となる。よって、ドレイン電流Ｉdの大きさは、図７（ｂ）に示すような立ち上がり特性で立ち上がる。即ち、フォトダイオード電流Ｉphがハイレベルの時のドレイン電流Ｉdの大きさは：
Ｉd＝Ｉp/{１＋(Ｉp/ＩdＭ−１)exp(−ｔ/τ)}          …（５）
で表すことができる。図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｉpはドレイン電流Ｉd及びフォトダイオード電流Ｉphの最大値であり、ＩdＭはドレイン電流Ｉdの最小値である。リセットトランジスタＴｒ１４のソース電極の電位の低下に応じてドレイン電流Ｉdが流れると、リセットトランジスタＴｒ１４のサブスレッショルド領域における内部抵抗分の電圧降下により、図７（ｃ）に示すように、増幅回路１５の入力電圧ＶＦＤも変動する。
【００３５】
タイミングｔ２，ｔ４で光通信信号がハイからローに変化すると、フォトダイオード１１で電荷の生成が停止する。しかし、リセットトランジスタＴｒ１４が弱反転状態に設定されているので、図７（ｂ）に示すように、ドレイン電流Ｉdは時定数τで減衰しながら、電荷蓄積用コンデンサ１２に向けて流れ続ける。 即ち、フォトダイオード電流Ｉphがローレベルの時のドレイン電流Ｉdの大きさは：
Ｉd＝（Ｉp−ＩdＭ）exp(−ｔ/τ)＋ＩdＭ                …（６）
で表すことができる。Ｉp≫ＩdＭ，且つｔ≫τの条件では、式（６）は：
Ｉd＝Ｉp/(１＋ｔ/τ)                                …（７）
で近似できる。即ち、電荷蓄積用コンデンサ１２に蓄積されていた電荷がリセットトランジスタＴｒ１４を介し、時定数τで放電され、図７（ｃ）に示すように、増幅回路１５の入力電圧ＶＦＤが増加する。これにより、増幅回路１５の入力電圧ＶＦＤは、フォトダイオード電流Ｉphがローとハイの間で変化するのに応じて脈動する。この脈動する増幅回路１５の入力電圧ＶＦＤは、増幅回路１５を介して出力信号線Ｂjに読み出される。直流成分除去回路ＤＣＣjは、図７（ｄ）に示すように、脈動する入力電圧ＶＦＤに応じたデジタル信号を生成する。このデジタル信号は、光通信信号に応じた変動を示す。このようにして、セルＸijは、光通信信号情報を取得することができる。
【００３６】
式（４）〜（７）に示すように、寄生容量ＣＦＤを十分に小さくすれば、微小な光電流振幅ＩＰに対して高速に応答させることが可能になることが分かる。例えば、寄生容量ＣＦＤを２．５ｐＦとし、振幅ＩＰを１００ｐＡとすると、常温（２７℃）における時定数τは０．６５μｓとなる。時定数の１０倍が光通信信号の周期とすると、１００ｋＨｚ以上のビットレートで通信が可能になる。
【００３７】
図８（ａ）に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るセンサアレイ２１のセルＸijは、第１導電型（ｐ型）の半導体層１１ｂと、半導体層１１ｂの上に配置された第２導電型（ｎ型）の表面埋込領域１１ａを備える。表面埋込領域１１ａは受光カソード領域（電荷生成領域）として機能し、表面埋込領域（受光カソード領域）１１ａの直下の半導体層１１ｂが受光アノード領域として機能することにより、表面埋込領域１１ａと半導体層１１ｂでフォトダイオード１１を構成している。表面埋込領域（受光カソード領域）１１ａの上部には、接地電位（低位電源）ＧＮＤに接続された第１導電型（ｐ+型）のピニング層３１と浮遊拡散領域となる第２導電型（ｎ+型）の電荷蓄積領域３２が配置されている。ピニング層３１は、ダーク時の表面でのキャリアの生成を抑制する層であり、ダーク電流削減のために好ましい層として用いている。ダーク電流が問題とならない用途（応用）等では、構造上、ピニング層３１を省略しても構わない。又、「第１導電型の半導体領域」として半導体基板１１ｂを用いる代わりに、不純物密度４×１０17ｃｍ-3程度以上、１×１０21ｃｍ-3程度以下の第１導電型（ｐ+型）の半導体基板と、半導体基板の上に配置され、半導体基板より不純物密度の方が低い第１導電型（ｐ型）のエピタキシャル成長層の２層構造を形成し、第１導電型のエピタキシャル成長層を「第１導電型の半導体領域」として採用してもよい。
【００３８】
そして、図８（ａ）の右側に示すように、第１導電型の半導体層１１ｂの表面には、電荷蓄積領域３２と離間して、リセットトランジスタＴｒ１４の第２導電型（ｎ+型）のリセットドレイン領域３３が配置されている。電荷蓄積領域３２は、リセットトランジスタＴｒ１４のリセットソース領域としても機能することとなる。半導体層１１ｂの上にはゲート絶縁膜１４２が形成されている。ゲート絶縁膜１４２としては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）が好適であるが、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）以外の種々の絶縁膜を用いた絶縁ゲート型トランジスタ（ＭＩＳトランジスタ）の絶縁ゲート構造をなしてもよい。例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）／シリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4膜）／シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）の３層積層膜からなるＯＮＯ膜でもよい。更には、ストロンチウム（Ｓｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、イットリウム（Ｙ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、ビスマス（Ｂｉ）のいずれか１つの元素を少なくとも含む酸化物、又はこれらの元素を含むシリコン窒化物等がゲート絶縁膜１４２として使用可能である。ゲート絶縁膜１４２上には、リセットゲート電極１４１が配置され、電荷蓄積領域３２、リセットゲート電極１４１及びリセットドレイン領域３３とでリセットトランジスタＴｒ１４としてのｎＭＯＳＦＥＴを構成している。
【００３９】
電荷蓄積領域３２には、図８（ａ）に示すように、増幅回路１５を構成するバッファトランジスタＴｒ１５のゲート電極が接続されている。バッファトランジスタＴｒ１５のドレイン電極は高位電源ＶDDに接続され、ソース電極は読み出しトランジスタＴｒ１０のドレイン電極に接続されている（図５参照。）。図８（ａ）に示した断面構造において、半導体層１１ｂを不純物密度６×１０11ｃｍ-3程度以上、２×１０１５ｃｍ-3程度以下のシリコン基板とすれば、通常のＣＭＯＳプロセスが採用できる。
【００４０】
図８（ｂ）は、リセットゲート電極１４１にハイレベルの電圧が印加され、リセットトランジスタＴｒ１４が導通状態になっているときの、半導体層１１ｂの表面部における伝導帯の電位レベルを示す。電荷生成領域（受光アノード領域）で生成されたキャリア（電子）は、電荷生成領域の直上の表面埋込領域１１ａの一部に設けられ、表面埋込領域１１ａよりもポテンシャルレベルの低い電荷蓄積領域３２に注入される。表面埋込領域１１ａの不純物密度を電荷蓄積領域３２の不純物密度よりも低く設定することにより、フォトダイオード１１を完全空乏化電位で動作させ、そのキャパシタンスの大きさが電荷蓄積領域３２での応答とは無関係にし、寄生容量ＣＦＤを小さくすることができる。このため、フォトダイオード１１の面積を十分に確保しながら、光通信信号に対して高速で応答することが可能になる。
【００４１】
本発明の第１の実施の形態に係る情報取得装置によれば、光通信信号を受信時にリセットトランジスタＴｒ１４を弱反転状態で動作させるようにしているので、微弱な光通信信号を受信した場合であっても、リセットトランジスタＴｒ１４に流れるドレイン電流Ｉdが大きな値に増幅され、増幅回路１５への入力電圧ＶＦＤが大きくなるので、より高感度な光通信信号の検出が可能となる。又、第１の実施の形態に係る情報取得装置は、従来の技術のような電流アンプ回路を利用していないので、素子面積の小型化、消費電力の低減化、ノイズの抑制が可能である。特に、小型化された構造で、画像情報と光通信信号情報の双方を取得し、処理することが可能な情報取得装置を提供することができる。
【００４２】
更に、本発明の第１の実施の形態によれば、第１の実施の形態に係る情報取得装置を有する情報受信系に、光通信信号を送信する情報送信系とを組み合わせた構成にすることにより、高感度、小型化、低消費電力、低ノイズの光通信システムを提供できる。
【００４３】
（第２の実施の形態）
図示を省略するが、本発明の第２の実施の形態に係る光通信システムは、図１に示したブロック図と同様に、情報送信系１と、画像情報と情報送信系１からの光通信信号情報の双方を取得することが可能な情報受信系２とを備え、情報受信系２のカメラ５が備える情報取得装置７は、画像情報を取得する機能と光通信信号から光通信信号情報を取得する機能の双方を備えている。更に、本発明の第２の実施の形態に係る情報取得装置は、図２に示したのと同様に、一態様として、センサアレイ２１と周辺回路部（２２，２３，２４，ＤＣＣ1〜ＤＣＣm）とを同一の半導体チップ上に集積化することが可能であるが、センサアレイ２１を構成するセルＸij（ｉ＝１〜ｍ；ｊ＝１〜ｎ：ｍ，ｎはそれぞれ整数である。）の構造が、図９に示すように第１の実施の形態に係る情報取得装置７とは異なる。
【００４４】
ＭＯＳＦＥＴのチャネル長が短くなると半導体表面が反転しやすくなるので、ｎＭＯＳＦＥＴの場合、ゲート閾値電圧が次第に負の方向にシフトし、サブスレッショルド電圧の設定が次第に困難になる。図９に示すように、第２の実施の形態に係る情報取得装置のセルＸijは、信号電荷を生成して蓄積する光電変換蓄積素子９と、この光電変換蓄積素子９が生成した信号電荷を電位の変化として検出する電位検出回路１４と、電位の変化を増幅して出力信号線Ｂjに出力する増幅回路１５と、増幅回路１５と出力信号線Ｂjとの間に設けられ、センサアレイ２１の内の特定の行のセルＸijを選択する選択回路１９とを備える。光電変換蓄積素子９と電位検出回路１４とは、第１電位端子Ｔ１と第２電位端子Ｔ２の間に直列に接続されている。電位検出回路１４は、光通信信号の受信時に、電位の変化を弱反転状態で検出するｐＭＯＳＦＥＴをリセットトランジスタＴｒ１４として有する。一方、増幅回路１５はｎＭＯＳＦＥＴをバッファトランジスタＴｒ１５として有し、選択回路１９はｎＭＯＳＦＥＴを読み出しトランジスタＴｒ１０として有する。光電変換蓄積素子９は、図９に示すように、信号電荷を生成するフォトダイオード１１と、フォトダイオード１１に並列に接続され、光電変換によって生成された電荷を蓄積する電荷蓄積用コンデンサ１２とを有する。第１の実施の形態で説明したとおり、図９に示す光電変換蓄積素子９は等価回路表示であり、物理的構造の意味合いからは、電荷蓄積用コンデンサ１２はフォトダイオード１１の接合容量が主なる容量成分である。
【００４５】
図９に示す回路構成をトランジスタ等の半導体素子レベルで記述すれば、第２の実施の形態に係る情報取得装置のセンサアレイ２１を構成するセルＸijは、第２電位端子Ｔ２を介してドレイン電極をリセット電圧ＶＲに接続し、ゲート電極を第１制御信号入力端子Ｔ３に接続したｐＭＯＳＦＥＴであるリセットトランジスタＴｒ１４と、リセットトランジスタＴｒ１４のソース電極にカソードを接続し、アノードを第１電位端子Ｔ１を介して接地電位（低位電源）ＧＮＤに接続したフォトダイオード１１と、フォトダイオード１１とリセットトランジスタＴｒ１４の中間点Ｐ１０の電位をゲート電極に入力し、ドレイン電極を高位電源ＶＤＤに接続したｎＭＯＳＦＥＴであるバッファトランジスタＴｒ１５と、ドレイン電極をバッファトランジスタＴｒ１５のソース電極に接続し、ゲート電極を第２制御信号入力端子Ｔ４に接続し、ソース電極を出力信号線Ｂjに接続したｎＭＯＳＦＥＴである読み出しトランジスタＴｒ１０とを備える。出力信号線Ｂjに接続される直流成分除去回路ＤＣＣjの回路構成は、第１の実施の形態に係る情報取得装置と同様であるので、重複した説明を省略する。
【００４６】
詳細な構造の図示を省略するが、図４に示したのと同様に、垂直走査回路２３は、リセットトランジスタＴｒ１４のゲート電極にパルス波のリセット信号を出力するリセット信号生成回路２３１と、リセットトランジスタＴｒ１４のゲート電極にサブスレッショルド電圧を出力するサブスレッショルド電圧生成回路２３２と、読み出しトランジスタＴｒ１０を制御する制御信号を生成する読み出し信号生成回路２３３とを備える。リセット信号生成回路２３１はリセット信号スイッチＳＷRを介して第１制御信号入力端子Ｔ３に接続され、サブスレッショルド電圧生成回路２３２はサブスレッショルド電圧スイッチＳＷthを介して第１制御信号入力端子Ｔ３に接続されている。リセットトランジスタＴｒ１４のゲート閾値電圧をＶthとすると、サブスレッショルド電圧スイッチＳＷthを導通状態にすることにより、リセットトランジスタＴｒ１４のゲートには、サブスレッショルド電圧生成回路２３２から第１制御信号入力端子Ｔ３を介して、Ｖgs＜Ｖthのゲート電圧Ｖgsが印加され、これによりリセットトランジスタＴｒ１４はサブスレッショルド領域で動作する。読み出し信号生成回路２３３は第１の読み出し信号スイッチＳＷS1を介して第２制御信号入力端子Ｔ４に接続される画像情報を取得する際の信号伝達経路と、第２の読み出し信号スイッチＳＷS2を介して第２制御信号入力端子Ｔ４に接続される光通信信号情報を取得する際の信号伝達経路とを備え、読み出しトランジスタＴｒ１０は、第２制御信号入力端子Ｔ４に接続されている。リセット信号スイッチＳＷRは受信用制御・処理回路６からのリセット信号出力制御信号ＣＳRにより開閉され、サブスレッショルド電圧スイッチＳＷthは受信用制御・処理回路６からのサブスレッショルド電圧出力制御信号ＣＳthにより開閉され、第１の読み出し信号スイッチＳＷS1は受信用制御・処理回路６からの第１の読み出し信号出力制御信号ＣＳS1により開閉され、第２の読み出し信号スイッチＳＷS2は受信用制御・処理回路６からの第２の読み出し信号出力制御信号ＣＳS2により開閉される。
【００４７】
図９に示すセルＸijの構造において、画像の撮像時は、電荷蓄積用コンデンサ１２の電荷量を初期化するために、ｐＭＯＳＦＥＴであるリセットトランジスタＴｒ１４のゲート電極にパルス波のリセット信号としてローレベルの電圧（オン信号）が入力し、リセットトランジスタＴｒ１４がオンする。リセットトランジスタＴｒ１４は、初期化後において、パルス波のリセット信号としてハイレベルの電圧（オフ信号）がゲート電極に入力しオフ状態に制御される。ｎＭＯＳＦＥＴである読み出しトランジスタＴｒ１０は、電荷蓄積期間にローレベルの電圧（オフ信号）がゲート電極に印加されオフし、電荷転送期間にハイレベルの電圧（オン信号）がゲート電極に印加されオンするようにパルス波の読み出し信号により制御される。電荷蓄積期間においてフォトダイオード１１で生成した電荷が電荷蓄積用コンデンサ１２に蓄積すると、増幅回路１５の入力電圧ＶＦＤが低下する。所定期間が経過した後に読み出しトランジスタＴｒ１０をオンさせると、増幅回路１５を介して入力電圧ＶＦＤ（又は、入力電圧ＶＦＤに応じた増幅電圧）が出力信号線Ｂjに転送される。画像の非撮像時は、リセットトランジスタＴｒ１４のゲート電極にはハイレベルの電圧（オフ信号）が印加され、読み出しトランジスタＴｒ１０のゲート電極にはローレベルの電圧（オフ信号）が印加され、いずれもオフ状態に制御される。
【００４８】
図７（ａ）に示したのと同様に、タイミングｔ１，ｔ３で光通信信号がローからハイに変化すると、フォトダイオード１１で電荷が生成され、フォトダイオード電流Ｉphもローからハイに変化する。リセットトランジスタＴｒ１４のゲートにサブスレッショルド電圧生成回路２３２からサブスレッショルド電圧スイッチＳＷthを介してＶgs＜Ｖthのゲート電圧Ｖgsが印加されると、リセットトランジスタＴｒ１４は弱反転状態となり、フォトダイオード１１で生成した電荷は、電荷蓄積用コンデンサ１２に蓄積され、リセットトランジスタＴｒ１４のソース電極の電位が低下する。リセットトランジスタＴｒ１４のソース電極の電位の低下に応じてドレイン電流Ｉdが流れると、リセットトランジスタＴｒ１４のサブスレッショルド領域における内部抵抗分の電圧降下により、図７（ｃ）に示したのと同様に増幅回路１５の入力電圧ＶＦＤも変動する。
【００４９】
タイミングｔ２，ｔ４で光通信信号がハイからローに変化すると、フォトダイオード１１で電荷の生成が停止する。しかし、リセットトランジスタＴｒ１４が弱反転状態に設定されているので、図７（ｂ）に示したのと同様にドレイン電流Ｉdは時定数τで減衰しながら、電荷蓄積用コンデンサ１２に向けて流れ続け、図７（ｃ）に示したのと同様に増幅回路１５の入力電圧ＶＦＤが増加する。これにより、増幅回路１５の入力電圧ＶＦＤは、フォトダイオード電流Ｉphがローとハイの間で変化するのに応じて脈動する。この脈動する増幅回路１５の入力電圧ＶＦＤは、増幅回路１５を介して出力信号線Ｂjに読み出される。
【００５０】
第１の実施の形態に係る情報取得装置７においては、リセットトランジスタＴｒ１４にｎＭＯＳＦＥＴを用いていたので、リセットトランジスタＴｒ１４のチャネル長が短くなるとゲート閾値電圧が負の方向にシフトし、サブスレッショルド電圧の設定が困難になる問題があった。第２の実施の形態に係る情報取得装置のセンサアレイ２１を構成するセルＸijは、ｐＭＯＳＦＥＴをリセットトランジスタＴｒ１４に用いているので、ゲート閾値電圧のシフトの問題は顕著ではなく、サブスレッショルド電圧の設定が容易であるので、リセットトランジスタＴｒ１４をサブスレッショルド領域で動作させるための設計が容易になる。よって、第２の実施の形態に係る情報取得装置のセンサアレイ２１によれば、セル構造を微細化し、画素数の多いセンサアレイ２１を実現し、より解像度の高い情報取得装置を実現することができる。
【００５１】
図１０に示すように、本発明の第２の実施の形態に係るセンサアレイ２１のセルＸijは、第１導電型（ｐ型）の半導体層１１ｂと、半導体層１１ｂの上に配置された第２導電型（ｎ型）の表面埋込領域１１ａとでをフォトダイオード１１を構成し、表面埋込領域（受光カソード領域）１１ａの上部に、接地電位（低位電源）ＧＮＤに接続された第１導電型（ｐ+型）のピニング層３１と浮遊拡散領域となる第２導電型（ｎ+型）の電荷蓄積領域３５を配置した点では第１の実施の形態に係るセルＸijと同様である。
【００５２】
図８（ｂ）は、半導体層１１ｂの表面部における伝導帯の電位レベルを示す。電荷生成領域（受光アノード領域）で生成されたキャリア（電子）は、電荷生成領域の直上の表面埋込領域１１ａの一部に設けられ、表面埋込領域１１ａよりもポテンシャルレベルの低い電荷蓄積領域３５に注入される。表面埋込領域１１ａの不純物密度を電荷蓄積領域３５の不純物密度よりも低く設定することにより、フォトダイオード１１を完全空乏化電位で動作させ、そのキャパシタンスの大きさが電荷蓄積領域３５での応答とは無関係にし、寄生容量ＣＦＤを小さくすることができる。このため、フォトダイオード１１の面積を十分に確保しながら、光通信信号に対して高速で応答することが可能になる。
【００５３】
そして、図１０に示すように第１導電型の半導体層１１ｂの表面には、電荷蓄積領域３５と隣接して第１導電型（ｐ+型）のリセットソース領域３６が配置され、リセットソース領域３６と離間して、第２導電型（ｎ+型）のリセットドレイン領域３３が配置されている。電荷蓄積領域３５とリセットソース領域３６は表面配線１４５により互いに短絡されている。半導体層１１ｂの上にはゲート絶縁膜１４４が形成されている。ゲート絶縁膜１４４としては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）が好適であるが、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）以外の種々の絶縁膜を用いた絶縁ゲート型トランジスタ（ＭＩＳトランジスタ）の絶縁ゲート構造をなしてもよい。ゲート絶縁膜１４４上には、リセットゲート電極１４３が配置され、リセットソース領域３６、リセットゲート電極１４３及びリセットドレイン領域３３とでリセットトランジスタとしてのｐＭＯＳＦＥＴを構成している。
【００５４】
電荷蓄積領域３５には、図１０に示すように増幅回路１５を構成するバッファトランジスタＴｒ１５のゲート電極が接続されている。バッファトランジスタＴｒ１５のドレイン電極は高位電源ＶDDに接続され、ソース電極は読み出しトランジスタＴｒ１０のドレイン電極に接続されている（図９参照。）。図９に示すように、読み出しトランジスタＴｒ１０のソース電極は、垂直出力信号線Ｂjに接続され、読み出しトランジスタＴｒ１０のゲート電極には第２制御信号入力端子Ｔ４を経由して、パルス波の読み出し信号が印加される。即ち、読み出しトランジスタＴｒ１０のゲート電極をハイ（Ｈ）レベルにすることにより、読み出しトランジスタＴｒ１０が導通し、バッファトランジスタＴｒ１５で増幅された電荷蓄積領域３２の電位に対応する電流が垂直出力信号線Ｂjに流れる。
【００５５】
本発明の第２の実施の形態に係る情報取得装置によれば、光通信信号を受信時にリセットトランジスタＴｒ１４を弱反転状態で動作させるようにしているので、微弱な光通信信号を受信した場合であっても、リセットトランジスタＴｒ１４に流れるドレイン電流Ｉdが大きな値に増幅され、増幅回路１５への入力電圧ＶＦＤが大きくなるので、より高感度な光通信信号の検出が可能となる。特に、第２の実施の形態に係る情報取得装置のセンサアレイ２１を構成するセルＸijにおいては、ｐＭＯＳＦＥＴをリセットトランジスタＴｒ１４に用いているので、基板効果も発生しないので、より安定した動作と、より微細化されたセル構造が実現可能であり、イメージセンサとしての解像度が向上する。なお、ピニング層３１を省略しても構わない点や、第１導電型（ｐ+型）の半導体基板と、半導体基板の上に配置され、半導体基板より不純物密度の方が低い第１導電型（ｐ型）のエピタキシャル成長層の２層構造を形成して、エピタキシャル成長層を「第１導電型の半導体領域」として採用してもよいことは第１の実施の形態に係るセルＸijと同様である。又、第２の実施の形態に係る情報取得装置は、従来の技術のような電流アンプ回路を利用していないので、素子面積の小型化、消費電力の低減化、ノイズの抑制が可能である。特に、小型化された構造で、画像情報と光通信信号情報の双方を取得し、処理することが可能な情報取得装置を提供することができる。
【００５６】
更に、本発明の第２の実施の形態によれば、第２の実施の形態に係る情報取得装置に光通信信号を送信する情報送信系と組み合わせることにより、高感度、小型化、低消費電力、低ノイズの光通信システムを提供できる。
【００５７】
（第３の実施の形態）
第２の実施の形態と同様に図示を省略するが、本発明の第３の実施の形態に係る光通信システムは、図１に示したように、情報送信系１と情報受信系２とを備え、情報受信系２の情報取得装置７が、画像情報と光通信信号情報を取得する機能を備えている。更に、本発明の第３の実施の形態に係る情報取得装置は、図２に示したのと同様に、一態様として、センサアレイ２１と周辺回路部（２２，２３，２４，ＤＣＣ1〜ＤＣＣm）とを同一の半導体チップ上に集積化することが可能であるが、センサアレイ２１を構成するセルＸij（ｉ＝１〜ｍ；ｊ＝１〜ｎ：ｍ，ｎはそれぞれ整数である。）の構造が、図１１に示すように第１及び第２の実施の形態に係る情報取得装置７とは異なり、より高速応答を実現するための回路構成をなしている。
【００５８】
図１１の第３の実施の形態に係る情報取得装置７のセルＸijは、信号電荷を生成して蓄積する光電変換蓄積素子９と、この光電変換蓄積素子９が生成した信号電荷を電位の変化として検出する電位検出回路１４と、電位の変化を増幅して出力信号線Ｂjに出力する増幅回路１５と、光電変換蓄積素子９と電位検出回路１４との間に設けられた電荷転送回路１７とを備える。光電変換蓄積素子９と電荷転送回路１７と電位検出回路１４とは、第１電位端子Ｔ１と第２電位端子Ｔ２の間に直列に接続されている。電位検出回路１４は、光通信信号の受信時に、電位の変化を弱反転状態で検出するｎＭＯＳＦＥＴをリセットトランジスタＴｒ１４として有し、電位検出回路１４はｎＭＯＳＦＥＴをバリアトランジスタＴｒ１７として有する。一方、増幅回路１５はｎＭＯＳＦＥＴをバッファトランジスタＴｒ１５として有する。光電変換蓄積素子９は、図１１に示すように、信号電荷を生成するフォトダイオード１１と、フォトダイオード１１に並列に接続され、光電変換によって生成された電荷を蓄積する電荷蓄積用コンデンサ１２とを有する。第１の実施の形態で説明したとおり、図１１に示す光電変換蓄積素子９は等価回路表示であり、物理的構造の意味合いからは、電荷蓄積用コンデンサ１２はフォトダイオード１１の接合容量が主なる容量成分である。バリアトランジスタＴｒ１７のゲート電極は第２制御信号入力端子Ｔ４に接続されており、ドレイン電極が増幅回路１５に接続されており、ソース電極がフォトダイオード１１のカソードに接続されている。なお、バリアトランジスタＴｒ１７は、センサアレイ２１内の他の画像情報を取得するセルにおいて、電荷蓄積期間と電荷転送期間を切換える読み出しトランジスタとしても機能させることができる。即ち、図１１に示す回路構成では、バリアトランジスタＴｒ１７を有するので、図４及び図５で示す選択回路１９が省略されている。
【００５９】
図１２（ａ）に示すように、本発明の第３の実施の形態に係るセンサアレイ２１のセルＸijは、第１導電型（ｐ型）の半導体層１１ｂと、半導体層１１ｂの上に配置された第２導電型（ｎ型）の表面埋込領域１１ａとでフォトダイオード１１を構成している。表面埋込領域（受光カソード領域）１１ａの上部には、接地電位（低位電源）ＧＮＤに接続された第１導電型（ｐ+型）のピニング層３１が配置されている。更に、図１２（ａ）の右側に示すように、第１導電型の半導体層１１ｂの表面には、表面埋込領域１１ａと離間して浮遊拡散領域となる第２導電型（ｎ+型）の電荷蓄積領域３２が配置され、電荷蓄積領域３２と離間して、リセットトランジスタＴｒ１４の第２導電型（ｎ+型）のリセットドレイン領域３３が配置されている。電荷蓄積領域３２は、リセットトランジスタＴｒ１４のリセットソース領域としても機能する。表面埋込領域１１ａと電荷蓄積領域３２の間の半導体層１１ｂの上にはゲート絶縁膜１７２が形成され、電荷蓄積領域３２とリセットドレイン領域３３の間の半導体層１１ｂの上にはゲート絶縁膜１４２が形成されている。ゲート絶縁膜１４２としては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）の他、種々の絶縁膜が採用可能である。ゲート絶縁膜１４２上には、リセットゲート電極１４１が配置され、電荷蓄積領域３２、リセットゲート電極１４１及びリセットドレイン領域３３とでリセットトランジスタとしてのｎＭＯＳＦＥＴを構成し、ゲート絶縁膜１７２上には、バリアゲート電極１７１が配置され、半導体層１１ｂソース領域とし、バリアゲート電極１７１及びドレイン領域となる電荷蓄積領域３２とでバリアトランジスタＴｒ１７としてのｎＭＯＳＦＥＴを構成している。
【００６０】
ピニング層３１は、ダーク時の表面でのキャリアの生成を抑制する層であり、ダーク電流が問題とならない用途（応用）等では、構造上、ピニング層３１を省略しても構わない。又、半導体基板の上に半導体基板より不純物密度の方が低い第１導電型（ｐ型）のエピタキシャル成長層を形成し、エピタキシャル成長層を「第１導電型の半導体領域」として採用してもよい。
【００６１】
図１２（ｂ）は、バリアゲート電極１７１にハイレベルの電圧が印加され、バリアトランジスタＴｒ１７が導通状態になり、同時に、リセットゲート電極１４１にハイレベルの電圧が印加され、リセットトランジスタＴｒ１４が導通状態になっているときの、半導体層１１ｂの表面部における伝導帯の電位レベルを示す。電荷生成領域（受光アノード領域）で生成されたキャリア（電子）は、表面埋込領域１１ａよりもポテンシャルレベルの低い電荷蓄積領域３２に注入される。表面埋込領域１１ａの不純物密度を電荷蓄積領域３２の不純物密度よりも低く設定することにより、フォトダイオード１１を完全空乏化電位で動作させ、そのキャパシタンスの大きさが電荷蓄積領域３２での応答とは無関係にし、寄生容量ＣＦＤを小さくすることができる。このため、フォトダイオード１１の面積を十分に確保しながら、光通信信号に対して高速で応答することが可能になる。
【００６２】
バリアトランジスタＴｒ１７のゲート電極には第２制御信号入力端子Ｔ４を経由して、パルス波の読み出し信号が印加される。バリアトランジスタＴｒ１７のゲートに入力する電圧は、フォトダイオード１１で発生した全ての電子が電荷蓄積領域３２に流れ込むことができる電位に設定されている。電荷蓄積領域３２には、図１２（ａ）に示すように、増幅回路１５を構成するバッファトランジスタＴｒ１５のゲート電極が接続されている。バッファトランジスタＴｒ１５のドレイン電極は高位電源ＶDDに接続され、ソース電極は、図１１に示すように、垂直出力信号線Ｂjに接続されている。バリアトランジスタＴｒ１７のゲート電極に第２制御信号入力端子Ｔ４を経由して、パルス波の読み出し信号が印加されると、電荷蓄積領域３２に転送された電荷量に対応した電位として入力電圧ＶＦＤがバッファトランジスタＴｒ１５のゲート電極に印加され、電荷蓄積領域３２の電位に対応する電流がバッファトランジスタＴｒ１５で増幅されて垂直出力信号線Ｂjに読み出される。
【００６３】
本発明の第３の実施の形態に係る情報取得装置によれば、電流アンプ回路を利用していないので、素子面積の小型化、消費電力の低減化、ノイズの抑制が可能である。特に、小型化された構造で、画像情報と光通信信号情報の双方を取得し、処理することが可能な情報取得装置を提供することができる。
【００６４】
特に、第３の実施の形態に係る情報取得装置において、第１及び第2の実施の形態と同様に、光通信信号を受信時にリセットトランジスタＴｒ１４を弱反転状態で動作させるようにすれば、微弱な光通信信号を受信した場合であっても、リセットトランジスタＴｒ１４に流れるドレイン電流Ｉdが大きな値に増幅され、増幅回路１５への入力電圧ＶＦＤが大きくなるように設計できるので、より高感度な光通信信号の検出が可能となる。
【００６５】
更に、フォトダイオード１１と増幅回路１５の間に、バリアトランジスタＴｒ１７を接続した構成を採用しているので、表面埋込領域１１ａの不純物密度を電荷蓄積領域３２の不純物密度よりも低く設定する構造設計が容易になる。このため、第３の実施の形態に係る情報取得装置によれば、フォトダイオード１１を完全空乏化電位で動作させ、そのキャパシタンスの大きさが電荷蓄積領域３２での応答とは無関係にすることが可能になるので、寄生容量ＣＦＤを小さくすることができる。よって、第３の実施の形態に係る情報取得装置によれば、フォトダイオード１１の面積を十分に確保して高感度を維持しながら、光通信信号に対して高速で応答することが可能な情報取得装置を提供できる。
【００６６】
更に、本発明の第３の実施の形態によれば、第３の実施の形態に係る情報取得装置を有する情報受信系に、光通信信号を送信する情報送信系とを組み合わせた構成にすることにより、高感度、小型化、低消費電力、低ノイズの光通信システムを提供できる。
【００６７】
（第４の実施の形態）
第２及び第３の実施の形態と同様に図示を省略するが、本発明の第４の実施の形態に係る光通信システムは、図１に示したように、情報送信系１と情報受信系２とを備え、情報受信系２の情報取得装置７が、画像情報と光通信信号情報を取得する機能を備えている。更に、本発明の第４の実施の形態に係る情報取得装置は、図２に示したのと同様に、一態様として、センサアレイ２１と周辺回路部（２２，２３，２４，ＤＣＣ1〜ＤＣＣm）とを同一の半導体チップ上に集積化することが可能であるが、図１３に示すように、読み出し回路が、直流成分除去回路ＤＣＣjとノイズキャンセラ回路ＮＣjを備えている特徴が、第１〜第３の実施の形態に係る情報取得装置７とは異なる。
【００６８】
一方、図１３に示すように、第４の実施の形態に係る情報取得装置のセンサアレイ２１を構成するセルＸijは、第２電位端子Ｔ２を介してドレイン電極をリセット電圧ＶＲに接続し、ゲート電極を第１制御信号入力端子Ｔ３に接続したｎＭＯＳＦＥＴであるリセットトランジスタＴｒ１４と、リセットトランジスタＴｒ１４のソース電極にドレイン電極を接続し、ゲート電極を第２制御信号入力端子Ｔ４に接続したｎＭＯＳＦＥＴであるバリアトランジスタＴｒ１７と、バリアトランジスタＴｒ１７のソース電極にカソードを接続し、アノードを第１電位端子Ｔ１を介して接地電位（低位電源）ＧＮＤに接続したフォトダイオード１１と、バリアトランジスタＴｒ１７とリセットトランジスタＴｒ１４の中間点Ｐ１０の電位を増幅し、出力信号線Ｂjに出力する増幅回路１５とを備えた回路構成は、第３の実施の形態に係る情報取得装置と同様であるので、重複した説明を省略する。
【００６９】
図１３に示す第４の実施の形態に係る情報取得装置７においては、直流成分除去回路ＤＣＣjとノイズキャンセラ回路ＮＣjが、出力信号端子Ｔ５に共通に接続されている。このため、第４の実施の形態に係る情報取得装置７のセルＸijは、光通信信号を受信するモードと画像を撮像するモードのいずれか一方に切換えることによって、光通信信号情報と画像情報のいずれか一方を選択的に取得することが可能となる。又、バリアトランジスタＴｒ１７が、画像情報の撮像時の電荷蓄積期間と電荷転送期間を切り替える読み出しトランジスタの役割を兼用している。
【００７０】
図１４（ａ）に、第４の実施の形態に係る情報取得装置７が光通信信号受信モードを選択した場合における、図１３に示すセルＸijの駆動方式を示す。図１４（ａ）には、光通信信号の受信時と非受信時におけるリセットトランジスタＴｒ１４及びバリアトランジスタＴｒ１７の駆動方式が示されている。図１４（ｂ）に、画像撮像モードを選択した場合の図１３に示すセルＸijの駆動方式を示す。図１４（ｂ）には、画像の撮像時と非撮像時におけるリセットトランジスタＴｒ１４及びバリアトランジスタＴｒ１７の駆動方式が示されている。
【００７１】
図１４（ａ）に示すように、光通信信号受信モードにおける光通信信号の受信時は、リセットトランジスタＴｒ１４及びバリアトランジスタＴｒ１７はいずれもオン状態に制御される。リセットトランジスタＴｒ１４及びバリアトランジスタＴｒ１７がいずれもオン状態に制御されているので、増幅回路１５の入力側の電位がフローティング状態ではない。これにより、増幅回路１５の入力電圧ＶＦＤは、フォトダイオード１１で生成した電荷の蓄積と放電の繰返しに応じて脈動する。脈動する入力電圧ＶＦＤは、増幅回路１５を介して出力信号線Ｂjに読み出され、直流成分除去回路ＤＣＣjでデジタル信号に変換される。これにより、セルＸijは、光通信信号受信モードにおいて、光通信信号情報を取得することができる。又、セルＸijでは、バリアトランジスタＴｒ１７がオン状態に制御されるので、光通信信号に対して高速で応答することが可能になる。光通信信号受信モードにおける光通信信号の非受信時は、リセットトランジスタＴｒ１４及びバリアトランジスタＴｒ１７のいずれもオフ状態に制御される。
【００７２】
図１４（ｂ）に示すように、画像撮像モードにおける画像の撮像時は、電荷蓄積用コンデンサ１２の電荷量を初期化するために、リセットトランジスタＴｒ１４のゲート電極にパルス波のリセット信号が入力し、リセットトランジスタＴｒ１４がオンする。このとき、バリアトランジスタＴｒ１７もオン状態に制御されている。これにより、電荷蓄積用コンデンサ１２の電荷量がリセット電圧ＶＲに基づいて初期化される。リセットトランジスタＴｒ１４は、初期化後にオフ状態に制御される。バリアトランジスタＴｒ１７も初期化後にオフ状態に制御される。これにより、フォトダイオード１１のカソード側がフローティング状態になる。更に、バリアトランジスタＴｒ１７は、電荷蓄積期間にオフし、電荷転送期間にオンするように制御される。電荷蓄積期間においてセルＸijに光が入射すると、フォトダイオード１１で電荷が生成される。生成した電荷が電荷蓄積用コンデンサ１２に蓄積すると、増幅回路１５の入力電圧ＶＦＤが低下する。所定期間が経過した後にバリアトランジスタＴｒ１７をオンさせると、増幅回路１５を介して入力電圧ＶＦＤ（又は、入力電圧ＶＦＤに応じた増幅電圧）が出力信号線Ｂjに転送され、ノイズキャンセラ回路ＮＣjを介して出力ＶＯＵＴ２に供給される。これにより、セルＸijは、画像撮像モードにおいて、画像情報を取得することができる。画像の非撮像時は、リセットトランジスタＴｒ１４及びバリアトランジスタＴｒ１７のいずれもオフ状態に制御される。
【００７３】
図１５に、第４の実施の形態に係る情報取得装置７の垂直走査回路２３の回路構成の一例を示す。垂直走査回路２３は、パルス波であるリセット信号ＶＲＳＴをリセットトランジスタＴｒ１４のゲート電極へ出力する端子と、リセットトランジスタＴｒ１４のオン信号ＶＢ１をリセットトランジスタＴｒ１４のゲート電極へ出力する端子と、電荷蓄積期間と電荷転送期間を切り換えるパルス波である切換信号ＶＴＲＳをバリアトランジスタＴｒ１７のゲート電極へ出力する端子と、バリアトランジスタＴｒ１７のオン信号ＶＢ２をバリアトランジスタＴｒ１７のゲート電極へ出力する端子を備える。パルス波であるリセット信号ＶＲＳＴは第１スイッチＳＷ１を介してリセットトランジスタＴｒ１４のゲート電極に入力可能に構成されており、オン信号ＶＢ１は第２スイッチＳＷ２を介してリセットトランジスタＴｒ１４のゲート電極に入力可能に構成されており、パルス波である切換信号ＶＴＲＳは第３スイッチＳＷ３を介してバリアトランジスタＴｒ１７のゲート電極に入力可能に構成されており、オン信号ＶＢ２は第４スイッチＳＷ４を介してバリアトランジスタＴｒ１７のゲート電極に入力可能に構成されている。このため、垂直走査回路２３は、更に、受信用制御・処理回路６（図１参照。）から伝達されたモード切換信号ＶＭＯＤＥを、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３及び第４スイッチＳＷ４に対して出力するモード端子を備える。第１スイッチＳＷ１と第３スイッチＳＷ３は、モード切換信号ＶＭＯＤＥがインバータ回路で反転して入力する。モード切換信号ＶＭＯＤＥは、光通信信号受信モードと画像撮像モードを切換える。
【００７４】
光通信信号受信モードでは、第１スイッチＳＷ１と第３スイッチＳＷ３がオフし、第２スイッチＳＷ２と第４スイッチＳＷ４がオンする。これにより、リセットトランジスタＴｒ１４のゲート電極にはオン信号ＶＢ１が入力し、バリアトランジスタＴｒ１７にはオン信号ＶＢ２が入力する。したがって、リセットトランジスタＴｒ１４とバリアトランジスタＴｒ１７はいずれもオン状態に制御される。
【００７５】
画像撮像モードでは、第１スイッチＳＷ１と第３スイッチＳＷ３がオンし、第２スイッチＳＷ２と第４スイッチＳＷ４がオフする。これにより、リセットトランジスタＴｒ１４のゲート電極にはパルス波であるリセット信号ＶＲＳＴが入力し、バリアトランジスタＴｒ１７にはパルス波である切換信号ＶＴＲＳが入力する。パルス波であるリセット信号ＶＲＳＴと切換信号ＶＴＲＳが同期してハイになると、リセットトランジスタＴｒ１４とバリアトランジスタＴｒ１７が同時にオン状態に制御され、電荷蓄積用コンデンサ１２が初期化される。リセット信号ＶＲＳＴがローのときに、切換信号ＶＴＲＳがロー・ハイを切換えることで、電荷蓄積期間と電荷転送期間を切換えることができる。
【００７６】
本発明の第４の実施の形態に係る情報取得装置によれば、電流アンプ回路を利用していないので、素子面積の小型化、消費電力の低減化、ノイズの抑制が可能である。特に、小型化された構造で、画像情報と光通信信号情報の双方を取得し、処理することが可能な情報取得装置を提供することができる。特に、各セルＸijが直流成分除去回路ＤＣＣjとノイズキャンセラ回路ＮＣjとの両方を備えるように構成することにより、それぞれのセルＸijが、光通信信号を受信するモードと画像を撮像するモードのいずれか一方に切換えることによって、光通信信号情報と画像情報のいずれか一方を選択的に取得することが可能となる。
【００７７】
更に、第１〜第３の実施の形態と同様に、第４の実施の形態に係る情報取得装置において、光通信信号の受信時にリセットトランジスタＴｒ１４を弱反転状態で動作させるようにすれば、微弱な光通信信号を受信した場合であっても、増幅回路１５への入力電圧ＶＦＤが大きくなるように設計できるので、より高感度な光通信信号の検出が可能となる。
【００７８】
更に、本発明の第４の実施の形態によれば、第４の実施の形態に係る情報取得装置を有する情報受信系に、光通信信号を送信する情報送信系とを組み合わせた構成にすることにより、高感度、小型化、低消費電力、低ノイズの光通信システムを提供できる。
【００７９】
（第５の実施の形態）
第２〜第４の実施の形態と同様に図示を省略するが、本発明の第５の実施の形態に係る光通信システムは、図１に示したように、情報送信系１と情報受信系２とを備え、情報受信系２の情報取得装置７が、画像情報と光通信信号情報を取得する機能を備えている。更に、本発明の第５の実施の形態に係る情報取得装置は、図２に示したのと同様に、一態様として、センサアレイ２１と周辺回路部（２２，２３，２４，ＤＣＣ1〜ＤＣＣm）とを同一の半導体チップ上に集積化することが可能であるが、図１６に示すように、読み出し回路が、直流成分除去回路ＤＣＣjとノイズキャンセラ回路ＮＣjを備え、且つ、ノイズキャンセラ回路ＮＣjと直流成分除去回路ＤＣＣjとが、それぞれ独立した第１の出力信号線Ｂj1及び第２の出力信号線Ｂj2に接続した特徴が、第１〜第４の実施の形態に係る情報取得装置７とは異なる。図１６に示す第５の実施の形態に係る情報取得装置の構成によると、特定の行で光通信信号を受信し、それと同時に他の行で画像を撮像することができる。
【００８０】
図１６に示すように、第５の実施の形態に係る情報取得装置のセンサアレイ２１を構成するセルＸijは、第２電位端子Ｔ２を介してドレイン電極をリセット電圧ＶＲに接続し、ゲート電極を第１制御信号入力端子Ｔ３に接続したｎＭＯＳＦＥＴであるリセットトランジスタＴｒ１４と、リセットトランジスタＴｒ１４のソース電極にドレイン電極を接続し、ゲート電極を第２制御信号入力端子Ｔ４に接続したｎＭＯＳＦＥＴであるバリアトランジスタＴｒ１７と、バリアトランジスタＴｒ１７のソース電極にカソードを接続し、アノードを第１電位端子Ｔ１を介して接地電位（低位電源）ＧＮＤに接続したフォトダイオード１１とを備えた回路構成の特徴は、第３及び第４の実施の形態に係る情報取得装置と同様である。しかし、バリアトランジスタＴｒ１７とリセットトランジスタＴｒ１４の中間点Ｐ１０の電位が、第１の増幅回路１５ａと第２の増幅回路１５ｂにそれぞれ入力され、第１の増幅回路１５ａ及び第２の増幅回路１５ｂで増幅された出力信号が、それぞれ第１の選択回路１９ａ及び第２の選択回路１９ｂを介して第１の出力信号線Ｂj1及び第２の出力信号線Ｂj2に独立に出力される特徴が、第３及び第４の実施の形態に係る情報取得装置とは異なる。
【００８１】
図１６に示すように、第１の増幅回路１５ａは、ソースフォロア回路で構成されており、ドレイン電極が高位電源ＶＤＤに接続され、ゲート電極がバリアトランジスタＴｒ１７とリセットトランジスタＴｒ１４の中間点Ｐ１０に接続された第１のバッファトランジスタＴｒ１５ａを有する。第１の選択回路１９ａは、ドレイン電極が第１のバッファトランジスタＴｒ１５ａのソース電極に接続され、ゲート電極が第１選択信号Ｓ１の信号供給配線に接続され、ソース電極が第１の出力信号線Ｂj1に接続された第１の選択トランジスタＴｒ１９ａを有する。一方、第２の増幅回路１５ｂも、ソースフォロア回路で構成され、ドレイン電極が高位電源ＶＤＤに接続され、ゲート電極がバリアトランジスタＴｒ１７とリセットトランジスタＴｒ１４の中間点Ｐ１０に接続された第２のバッファトランジスタＴｒ１５ｂを有する。第２の選択回路１９ｂは、ドレイン電極が第２のバッファトランジスタＴｒ１５ｂのソース電極に接続され、ゲート電極が第２選択信号Ｓ２の信号供給配線に接続され、ソース電極が第２の出力信号線Ｂj2に接続された第２の選択トランジスタＴｒ１９ｂを有する。
【００８２】
第１出力信号線Ｂj1は、第１出力信号端子Ｔ５ａを介してノイズキャンセラ回路ＮＣjに接続されている。第２出力信号線Ｂj2は、第２出力信号端子Ｔ５ｂを介して直流成分除去回路ＤＣＣjに接続されている。第１の選択回路１９ａのゲート電極には、第１選択信号Ｓ１が入力しており、第２の選択回路１９ｂのゲート電極には、第２選択信号Ｓ２が入力している。
【００８３】
例えば、特定の行で光通信信号を受信させたい場合は、垂直走査回路２３の第２スイッチＳＷ２及び第４スイッチＳＷ４をモード切換信号ＶＭＯＤＥによってオンさせ、オン信号ＶＢ１及びオン信号ＶＢ２によりその行のリセットトランジスタＴｒ１４及びバリアトランジスタＴｒ１７をいずれもオン状態に制御する。これにより、第２の増幅回路１５ｂの入力電圧ＶＦＤは、フォトダイオード１１で生成した電荷の蓄積と放電の繰返しに応じて脈動する。脈動する入力電圧ＶＦＤは、第２の増幅回路１５ｂに入力される。垂直走査回路２３によって、その行の第１選択信号Ｓ１を低電位にし、その行の第２選択信号Ｓ２を高電位にすると、第２の増幅回路１５ｂと第２の選択回路１９ｂを介して第２の出力信号線Ｂj2に出力が読み出され、直流成分除去回路ＤＣＣjでデジタルに変換される。
【００８４】
特定の行で画像を撮像したい場合は、反転されたモード切換信号ＶＭＯＤＥによって、垂直走査回路２３の第１スイッチＳＷ１及び第３スイッチＳＷ３をオンにさせる。即ち、その行の電荷蓄積用コンデンサ１２の電荷量を初期化するために、リセットトランジスタＴｒ１４のゲート電極にパルス波のリセット信号ＶＲＳＴを入力し、リセットトランジスタＴｒ１４をオンする。このとき、バリアトランジスタＴｒ１７もパルス波である切換信号ＶＴＲＳによってオン状態に制御されている。これにより、電荷蓄積用コンデンサ１２の電荷量がリセット電圧ＶＲに基づいて初期化される。リセットトランジスタＴｒ１４は、初期化後にパルス波によりオフ状態に制御される。バリアトランジスタＴｒ１７も初期化後にパルス波の切換信号ＶＴＲＳによりオフ状態に制御される。これにより、フォトダイオード１１のカソード側がフローティング状態になる。更に、バリアトランジスタＴｒ１７は、パルス波の切換信号ＶＴＲＳによって電荷蓄積期間にオフし、電荷転送期間にオンするように制御される。電荷蓄積期間においてセルＸijに光が入射すると、フォトダイオード１１で電荷が生成される。生成した電荷が電荷蓄積用コンデンサ１２に蓄積すると、第１の増幅回路１５ａの入力電圧ＶＦＤが低下する。所定期間が経過した後に、その行の第１選択信号Ｓ１を高電位にし、その行の第２選択信号Ｓ２を低電位にすると、第１の増幅回路１５ａと第１の選択回路１９ａを介して第１の出力信号線Ｂj1に出力が読み出され、ノイズキャンセラ回路ＮＣjにノイズが除去される。このようにして、特定の行で光通信信号を受信し、それと同時に他の行で画像を撮像することができる。
【００８５】
なお、第１の増幅回路１５ａと第２の増幅回路１５ｂを１つのバッファ回路で構成することもできる。この場合、第１の選択回路１９ａと第２の選択回路１９ｂの双方が共通のバッファ回路に接続される。
【００８６】
本発明の第５の実施の形態に係る情報取得装置によれば、第１〜第４の実施の形態と同様に、素子面積の小型化、消費電力の低減化、ノイズの抑制が可能である。特に、小型化された構造で、画像情報と光通信信号情報の双方を取得し、処理することが可能な情報取得装置を提供することができる。特に、各セルＸijの読み出し回路が、直流成分除去回路ＤＣＣjとノイズキャンセラ回路ＮＣjを備え、且つ、ノイズキャンセラ回路ＮＣjと直流成分除去回路ＤＣＣjとが、それぞれ独立した第１の出力信号線Ｂj1及び第２の出力信号線Ｂj2に接続されるように構成しているので、特定の行で光通信信号を受信し、それと同時に他の行で画像を撮像することができる。
【００８７】
更に、第１〜第４の実施の形態と同様に、第５の実施の形態に係る情報取得装置において、光通信信号の受信時にリセットトランジスタＴｒ１４を弱反転状態で動作させるようにすれば、より高感度な光通信信号の検出が可能となる。
【００８８】
更に、本発明の第５の実施の形態によれば、第５の実施の形態に係る情報取得装置を有する情報受信系に、光通信信号を送信する情報送信系とを組み合わせた構成にすることにより、高感度、小型化、低消費電力、低ノイズの光通信システムを提供できる。
【００８９】
（第６の実施の形態）
第２〜第５の実施の形態と同様に図示を省略するが、本発明の第６の実施の形態に係る光通信システムは、図１に示したように、情報送信系１と情報受信系２とを備え、情報受信系２の情報取得装置７が、画像情報と光通信信号情報を取得する機能を備えている。更に、本発明の第６の実施の形態に係る情報取得装置は、図２に示したのと同様に、一態様として、センサアレイ２１と周辺回路部（２２，２３，２４，ＤＣＣ1〜ＤＣＣm）とを同一の半導体チップ上に集積化することが可能であるが、図１７に示すように、読み出し回路が、直流成分除去回路ＤＣＣjとノイズキャンセラ回路ＮＣjを備え、且つ、ノイズキャンセラ回路ＮＣjと直流成分除去回路ＤＣＣjとが、それぞれ独立した垂直出力信号線Ｂj1及び水平出力信号線Ｈiに接続され、光通信信号情報を水平出力信号線Ｈiにを介して水平方向から取り出す特徴が、第１〜第５の実施の形態に係る情報取得装置７とは異なる。
【００９０】
図１７に示すように、第６の実施の形態に係る情報取得装置のセンサアレイ２１を構成するセルＸijは、第２電位端子Ｔ２を介してドレイン電極をリセット電圧ＶＲに接続し、ゲート電極を第１制御信号入力端子Ｔ３に接続したｎＭＯＳＦＥＴであるリセットトランジスタＴｒ１４と、リセットトランジスタＴｒ１４のソース電極にドレイン電極を接続し、ゲート電極を第２制御信号入力端子Ｔ４に接続したｎＭＯＳＦＥＴであるバリアトランジスタＴｒ１７と、バリアトランジスタＴｒ１７のソース電極にカソードを接続し、アノードを第１電位端子Ｔ１を介して接地電位（低位電源）ＧＮＤに接続したフォトダイオード１１とを備え、バリアトランジスタＴｒ１７とリセットトランジスタＴｒ１４の中間点Ｐ１０の電位が、第１の増幅回路１５ａと第２の増幅回路１５ｂにそれぞれ入力される特徴は、第５の実施の形態に係る情報取得装置７と同様である。しかし、第６の実施の形態に係る情報取得装置においては、第１の増幅回路１５ａで増幅された出力信号は第１の選択回路１９ａを介して垂直出力信号線Ｂj1に出力され、第２の増幅回路１５ｂで増幅された出力信号は第２の選択回路１９ｂ及びセル内出力信号線ＳＬijを介して水平出力信号線Ｈiに、垂直出力信号線Ｂj1とは独立に出力される特徴が、第５の実施の形態に係る情報取得装置とは異なる。
【００９１】
図１７に示すように、第１の増幅回路１５ａは、ソースフォロア回路で構成されており、ドレイン電極が高位電源ＶＤＤに接続され、ゲート電極がバリアトランジスタＴｒ１７とリセットトランジスタＴｒ１４の中間点Ｐ１０に接続された第１のバッファトランジスタＴｒ１５ａを有する。第１の選択回路１９ａは、ドレイン電極が第１のバッファトランジスタＴｒ１５ａのソース電極に接続され、ゲート電極が第１選択信号Ｓ１の信号供給配線に接続され、ソース電極が垂直出力信号線Ｂj1に接続された第１の選択トランジスタＴｒ１９ａを有する。一方、第２の増幅回路１５ｂも、ソースフォロア回路で構成され、ドレイン電極が高位電源ＶＤＤに接続され、ゲート電極がバリアトランジスタＴｒ１７とリセットトランジスタＴｒ１４の中間点Ｐ１０に接続された第２のバッファトランジスタＴｒ１５ｂを有する。第２の選択回路１９ｂは、ドレイン電極が第２のバッファトランジスタＴｒ１５ｂのソース電極に接続され、ゲート電極が第２選択信号Ｓ２の信号供給配線に接続され、ソース電極がセル内出力信号線ＳＬijを介して水平出力信号線Ｈiに接続された第２の選択トランジスタＴｒ１９ｂを有する。
【００９２】
垂直出力信号線Ｂj1は、第１出力信号端子Ｔ５ａを介してノイズキャンセラ回路ＮＣjに接続されている。水平出力信号線Ｈiは、第２出力信号端子Ｔ５ｂを介して直流成分除去回路ＤＣＣjに接続されている。第１の選択回路１９ａのゲート電極には、垂直走査回路２３から第１選択信号Ｓ１が入力し、第２の選択回路１９ｂのゲート電極には、水平走査回路２２（図２参照。）から第２選択信号Ｓ２が入力する。
【００９３】
例えば、特定の行で光通信信号を受信させたい場合は、垂直走査回路２３の第２スイッチＳＷ２及び第４スイッチＳＷ４をモード切換信号ＶＭＯＤＥによってオンさせ、オン信号ＶＢ１及びオン信号ＶＢ２によりその行のリセットトランジスタＴｒ１４及びバリアトランジスタＴｒ１７をいずれもオン状態に制御する。これにより、第２の増幅回路１５ｂの入力電圧ＶＦＤは、フォトダイオード１１で生成した電荷の蓄積と放電の繰返しに応じて脈動する。脈動する入力電圧ＶＦＤは、第２の増幅回路１５ｂに入力される。垂直走査回路２３によってその行の第１選択信号Ｓ１を低電位にし、水平走査回路２２によって特定の列の第２選択信号Ｓ２を高電位にすると、第２の増幅回路１５ｂと第２の選択回路１９ｂを介して水平出力信号線Ｈiに出力が読み出され、直流成分除去回路ＤＣＣjでデジタルに変換された信号が出力端子ＶOUT1を介して水平方向に出力される。
【００９４】
特定の行で画像を撮像したい場合は、反転されたモード切換信号ＶＭＯＤＥによって、垂直走査回路２３の第１スイッチＳＷ１及び第３スイッチＳＷ３をオンにさせる。即ち、その行の電荷蓄積用コンデンサ１２の電荷量を初期化するために、リセットトランジスタＴｒ１４のゲート電極にパルス波のリセット信号ＶＲＳＴを入力し、リセットトランジスタＴｒ１４をオンする。このとき、バリアトランジスタＴｒ１７もパルス波である切換信号ＶＴＲＳによってオン状態に制御されている。これにより、電荷蓄積用コンデンサ１２の電荷量がリセット電圧ＶＲに基づいて初期化される。リセットトランジスタＴｒ１４は、初期化後にパルス波によりオフ状態に制御される。バリアトランジスタＴｒ１７も初期化後にパルスの波の切換信号ＶＴＲＳによりオフ状態に制御される。これにより、フォトダイオード１１のカソード側がフローティング状態になる。更に、バリアトランジスタＴｒ１７は、パルス波の切換信号ＶＴＲＳによって電荷蓄積期間にオフし、電荷転送期間にオンするように制御される。電荷蓄積期間においてセルＸijに光が入射すると、フォトダイオード１１で電荷が生成される。生成した電荷が電荷蓄積用コンデンサ１２に蓄積すると、第１の増幅回路１５ａの入力電圧ＶＦＤが低下する。所定期間が経過した後に、垂直走査回路２３によってその行の第１選択信号Ｓ１を高電位にし、水平走査回路２２によって特定の列の第２選択信号Ｓ２を低電位にすると、第１の増幅回路１５ａと第１の選択回路１９ａを介して垂直出力信号線Ｂj1に出力が読み出され、ノイズキャンセラ回路ＮＣjにノイズが除去され、画像信号が出力端子ＶOUT2を介して垂直方向に出力される。このようにして、特定の行で光通信信号を受信し、それと同時に他の行で画像を撮像することができる。
【００９５】
本発明の第６の実施の形態に係る情報取得装置においては、水平走査回路２２によって、特定の列の複数の行に対して、光通信信号を受信するように選択し、光通信信号情報をそれぞれ水平方向から取り出すようにすれば、特定の列の複数のセル（画素）に対して、同時に光通信信号を受信し、それぞれ水平方向に出力するようにすることもできる。
【００９６】
本発明の第６の実施の形態に係る情報取得装置によれば、第１〜第５の実施の形態と同様に、素子面積の小型化、消費電力の低減化、ノイズの抑制が可能である。特に、小型化された構造で、画像情報と光通信信号情報の双方を取得し、処理することが可能な情報取得装置を提供することができる。特に、第６の実施の形態に係る情報取得装置は、光通信信号情報を水平方向から取り出すようにしているので、複数の行のセルが光通信信号を同時に受信するように選択するモードの採用により、微弱な光通信信号をより高感度に検出することが可能となる。
【００９７】
更に、第６の実施の形態に係る情報取得装置において、第１〜第５の実施の形態と同様に、光通信信号の受信時にリセットトランジスタＴｒ１４を弱反転状態で動作させるようにすれば、より高感度な光通信信号の検出が可能となる。
【００９８】
更に、本発明の第６の実施の形態によれば、第６の実施の形態に係る情報取得装置を有する情報受信系に、光通信信号を送信する情報送信系とを組み合わせた構成にすることにより、高感度、小型化、低消費電力、低ノイズの光通信システムを提供できる。
【００９９】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第６の実施の形態によって記載したが、これらは例示に過ぎず、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【０１００】
例えば、第１〜第６の実施の形態においては、リセットトランジスタＴｒ１４、バリアトランジスタＴｒ１７と、バッファトランジスタＴｒ１５、選択トランジスタＴｒ１９等の絶縁ゲート型トランジスタがＭＯＳＦＥＴである場合について例示的に説明したが、これらの絶縁ゲート型トランジスタはＭＯＳＦＥＴに限定されるものではなく、絶縁ゲート型静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）等、種々の絶縁ゲート型トランジスタが採用可能であり、更には、絶縁ゲート型トランジスタには高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）等も含み得るものである。
【０１０１】
特に、リセットトランジスタＴｒ１４に、ＭＯＳＦＥＴの短チャネル化の極限構造とも考え得るＭＯＳＳＩＴやＭＩＳＳＩＴ（以下において「ＭＯＳＳＩＴ等」という。）を用いてもよい。ＭＯＳＳＩＴ等は、ＭＯＳＦＥＴにおけるサブスレッショルド電流を積極的に用いた半導体素子との解釈も可能であるが、ＭＯＳＳＩＴ等にはしきい値電圧やサブスレッショルド領域の概念はない。即ち、ＭＯＳＳＩＴ等においては、弱反転状態において拡散電流をソース領域の前面に設けたポテンシャルバリアを介して、ソース・ドレイン間のドリフト領域に注入し、ポテンシャルバリアの高さをゲート電圧で制御する半導体素子であるので、ドレイン電圧に対しドレイン電流が指数関数的に増加する３極菅型の電流電圧特性を示す。リセットトランジスタＴｒ１４としてＭＯＳＳＩＴ等を用いれば、微弱な光通信信号を受信した場合であっても、リセットトランジスタＴｒ１４に流れるドレイン電流Ｉdを大きな値に増幅することが可能になり、増幅回路１５への入力電圧ＶＦＤを大きくし、より高感度な光通信信号の検出が可能となる。更にＭＯＳＳＩＴ等はチャネルを空乏化した状態で動作させ得るので、半導体層１１ｂの不純物密度を低下できる。よって、ＭＯＳＳＩＴ等の採用により、フォトダイオード１１をｐｉｎダイオードにすることが可能になり、フォトダイオード１１を高感度化するためのプロセス的な整合性や適用性も良好となる。
【０１０２】
更に、例えば、セルと読み出し回路の間にマルチプレクサを接続し、選択されたセルのみを読み出し回路に接続し、光通信信号情報又は画像情報を出力させることもできる。
【０１０３】
又、第６の実施の形態で説明した構成において、アナログ／デジタル変換回路に接続する水平方向の出力信号線を各行毎に複数にすれば、各行毎に複数のセル（画素）を同時に読み出すことができる。
【０１０４】
又、第１〜第６の実施の形態においては、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型として説明した。そして、既に述べた第２の実施の形態の説明では、リセットトランジスタＴｒ１４を、第１の実施の形態のｎＭＯＳＦＥＴに代えて、ｐＭＯＳＦＥＴにする例を述べたが、第１〜第６の実施の形態において、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としても、電気的な極性を反対にすれば同様な効果が得られることは容易に理解できるであろう。このとき、例えば、図８に示した表面埋込領域１１ａは「受光アノード領域」になるように、対応して、呼称等を適宜極性を反転させればよい。
【０１０５】
更に、第１〜第６の実施の形態の説明においては、２次元固体撮像装置（エリアセンサ）を例示的に説明したが、本発明の画素は２次元固体撮像装置の画素のみに用いられるように限定して解釈するべきではない。例えば、図２に示した２次元マトリクスにおいて、ｉ＝ｎ＝１とした１次元固体撮像装置（ラインセンサ）のセル（画素）として複数のセル（画素）を１次元に配列してもよいことは、上記開示の内容から、容易に理解できるはずである。
【０１０６】
又、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、第１〜第６の実施の形態によって記載した開示内容のみに限定されるものでもない。又、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得る態様を含むものであるので、態様によって、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものと限定的に解釈されるものではない。
【０１０７】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当と解釈される範囲において、請求項に記載された発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明の情報取得装置は、微弱な光通信信号を高感度に受信する技術が必要な種々の産業に利用可能である。特に、情報取得装置を構成する素子面積の小型化、情報取得装置の消費電力の低減化、情報取得装置のノイズの抑制等が要求される技術が必要な種々の産業に利用可能である。【０１０９】
例えば、本発明の情報取得装置は、小型化された構造に加え、画像情報と光通信信号情報の双方を取得し処理するような動作モードも可能であるので、オフィス等においてコンピュータネットワークを構築する際、パーソナルコンピュータ等の各機器の位置を画像情報で確認し、更に、各機器の位置が確認された段階で、各機器の間で光を利用して相互にデータ通信を行うような情報取得装置として、産業に利用可能である。【０１１０】
又、本発明の情報取得装置を有する情報受信系に、光通信信号を送信する情報送信系とを組み合わせた構成により、光通信システムが提供できるので、高度道路交通システム（ＩＴＳ）において、標識や信号等の地上施設との通信や車両間通信を行う自動車・情報通信関連産業や、高感度、小型化、低消費電力、低ノイズの光通信システムが必要な物流や観光など幅広い分野の産業に利用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010032842.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
2010032842.tif 000021
2010032842.tif 000022
2010032842.tif 000023
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