(57)【要約】対向車がハイビームを点灯させているか否かを判断できる移動体および移動体用システムを提供する。第１および第２のセンサと、記憶回路と、演算回路と、窓部と、を有する移動体および移動体用システム。第１のセンサは、移動体に乗車している運転手の目の位置を検出する機能を有する。第２のセンサは、対向車が存在しているか否か、当該対向車がハイビームを点灯させているか否かおよび当該ハイビームが照射される領域を検出する機能を有する。記憶回路は、ハイビームの照射距離および、窓部の光の透過率の低下量を記憶する機能を有する。演算回路は、第１のセンサおよび第２のセンサにより検出された情報および記憶回路に記憶された情報をもとに、光の透過率を変化させる窓部の領域に関する情報を窓部に出力する機能を有する。窓部は、演算回路から出力された情報をもとに、光の透過率を局所的に低下させる機能を有する。
2017168295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のセンサと、第２のセンサと、第１の回路と、演算回路と、窓部と、を有する移動体であり、
前記第１のセンサは、前記移動体に乗車している運転手の目の位置を検出する機能を有し、
前記第２のセンサは、対向車が存在しているか否かを検出する機能を有し、
前記第２のセンサは、前記対向車がハイビームを点灯させているか否かを検出する機能を有し、
前記第２のセンサは、前記対向車が点灯させているハイビームが照射される領域を検出する機能を有し、
前記第１の回路は、ハイビームの照射距離を記憶する機能を有し、
前記第１の回路は、前記窓部の光の透過率を低下させる場合における、前記光の透過率の低下量を記憶する機能を有し、
前記演算回路は、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサにより検出された情報および前記第１の回路に記憶された情報をもとに、光の透過率を変化させる前記窓部の領域に関する情報を前記窓部に出力する機能を有し、
前記窓部は、前記演算回路から出力された、光の透過率を変化させる前記窓部の領域に関する情報をもとに、光の透過率を局所的に低下させる機能を有することを特徴とする移動体。
【請求項２】
第１のセンサと、第２のセンサと、第１の回路と、演算回路と、窓部と、を有する移動体であり、
前記第１のセンサは、第１の信号を前記演算回路に出力する機能を有し、
前記第２のセンサは、第２の信号を前記演算回路に出力する機能を有し、
前記第２のセンサは、第３の信号を前記演算回路に出力する機能を有し、
前記第２のセンサは、第４の信号を前記演算回路に出力する機能を有し、
前記第１の回路は、第５の信号を前記演算回路に出力する機能を有し、
前記第１の回路は、第６の信号を前記演算回路に出力する機能を有し、
前記演算回路は、前記第１乃至第６の信号に応じて、第７の信号を前記窓部に出力する機能を有し、
前記窓部は、前記第７の信号に従って、光の透過率を局所的に低下させる機能を有し、
前記第１の信号は、前記移動体に乗車している運転手の目の位置に関する情報を有し、
前記第２の信号は、対向車が存在しているか否かに関する情報を有し、
前記第３の信号は、前記対向車がハイビームを点灯させているか否かに関する情報を有し、
前記第４の信号は、前記対向車が点灯させているハイビームが照射される領域に関する情報を有し、
前記第５の信号は、ハイビームの照射距離に関する情報を有し、
前記第６の信号は、前記光の透過率を低下させる場合における、前記光の透過率の低下量に関する情報を有し、
前記第７の信号は、光の透過率を変化させる前記窓部の領域に関する情報を有することを特徴とする移動体。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１のセンサは前記移動体の内側に設けられ、
前記第２のセンサは前記移動体の外側に設けられることを特徴とする移動体。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記第２のセンサのダイナミックレンジは、前記第１のセンサのダイナミックレンジより大きく、
前記第２のセンサのフレーム周波数は、前記第１のセンサのフレーム周波数より高いことを特徴とする移動体。
【請求項５】
請求項１または２において、
前記第１のセンサは、第１の撮像素子を有し、
前記第２のセンサは、第２の撮像素子を有し、
前記第１の撮像素子は、ローリングシャッタ方式により動作し、
前記第２の撮像素子は、グローバルシャッタ方式により動作する機能を有することを特徴とする移動体。
【請求項６】
請求項１または２において、
前記第２のセンサは、画素を有し、
前記画素は、光電変換素子と、第１乃至第４のトランジスタと、を有し、
前記光電変換素子の一方の端子は、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一方は、前記第３のトランジスタのゲート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４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１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有し、
前記酸化物半導体は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｇａ、ＹまたはＳｎ）と、を有することを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明の一態様は、移動体および移動体用システムに関する。【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技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書等で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、撮像装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
【背景技術】
【０００３】自動車等において、運転を支援するシステムの研究が活発である。【０００４】例えば、特許文献１では、車両と光源との位置関係に基づいて適切に防眩装置を制御し、乗員が感じる眩しさを低減する方法および装置が開示されている。【０００５】具体的には、乗員の顔面が位置する領域を撮像し、撮像された画像を画像処理することで、乗員が眩しさを感じる状態を検出する。車両に搭載された防眩装置は、乗員が眩しさを感じる状態であれば、乗員が感じる眩しさを低減するよう制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開２０１３／１０８７４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】夜間走行時、対向車がハイビームを点灯させている場合、高照度の光が運転手の目に照射され、運転手が眩しさを感じる場合がある。眩しさを低減する方法として、対向車がハイビームを点灯させている場合はフロントガラス等の光の透過率を低下させる方法が挙げられる。しかしながら、例えばフロントガラス全体の光の透過率を低下させるとハイビームが照射されない部分まで光の透過率が低下することになるため、前方の視認性が低下する場合がある。【０００８】本発明の一態様は、対向車がハイビームを点灯させているか否かを判断できる移動体を提供することを課題の一とする。または本発明の一態様は、光の透過率を局所的に制御することができる窓部を有する移動体を提供することを課題の一とする。または本発明の一態様は運転手が、対向車が点灯させているハイビームにより感じる眩しさを低減できる移動体を提供することを課題の一とする。または本発明の一態様は、対向車がハイビームを点灯させている場合であっても視認性の低下を抑制できる移動体を提供することを課題の一とする。または本発明の一態様は、居眠り運転を抑制できる移動体を提供することを課題の一とする。または本発明の一態様は、障害物への衝突を抑制できる移動体を提供することを課題の一とする。または本発明の一態様は、低価格の移動体を提供することを課題の一とする。または本発明の一態様は、小型のセンサを有する移動体を提供することを課題の一とする。または本発明の一態様は、電気特性変動の温度依存性が小さいトランジスタを有する移動体を提供することを課題の一とする。【０００９】または本発明の一態様は、新規な移動体および新規な移動体用システム等を提供することを課題の一とする。【００１０】なお本発明の一態様の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書または図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した記載、および／または他の課題のうち、少なくとも一つの課題を解決するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】本発明の一態様は、第１のセンサと、第２のセンサと、第１の回路と、演算回路と、窓部と、を有する移動体である。第１のセンサは、移動体に乗車している運転手の目の位置を検出する機能を有し、第２のセンサは、対向車が存在しているか否かを検出する機能を有し、第２のセンサは、対向車がハイビームを点灯させているか否かを検出する機能を有し、第２のセンサは、対向車が点灯させているハイビームが照射される領域を検出する機能を有し、第１の回路は、ハイビームの照射距離を記憶する機能を有し、第１の回路は、窓部の光の透過率を低下させる場合における、光の透過率の低下量を記憶する機能を有し、演算回路は、第１のセンサおよび第２のセンサにより検出された情報および第１の回路に記憶された情報をもとに、光の透過率を変化させる窓部の領域に関する情報を窓部に出力する機能を有し、窓部は、演算回路から出力された、光の透過率を変化させる窓部の領域に関する情報をもとに、光の透過率を局所的に低下させる機能を有する。【００１２】また、本発明の一態様は、第１のセンサと、第２のセンサと、第１の回路と、演算回路と、窓部と、を有する移動体である。第１のセンサは、第１の信号を演算回路に出力する機能を有し、第２のセンサは、第２の信号を演算回路に出力する機能を有し、第２のセンサは、第３の信号を演算回路に出力する機能を有し、第２のセンサは、第４の信号を演算回路に出力する機能を有し、第１の回路は、第５の信号を演算回路に出力する機能を有し、第１の回路は、第６の信号を演算回路に出力する機能を有し、演算回路は、第１乃至第６の信号に応じて、第７の信号を窓部に出力する機能を有し、窓部は、第７の信号に従って、光の透過率を局所的に低下させる機能を有する。第１の信号は、移動体に乗車している運転手の目の位置に関する情報を有し、第２の信号は、対向車が存在しているか否かに関する情報を有し、第３の信号は、対向車がハイビームを点灯させているか否かに関する情報を有し、第４の信号は、対向車が点灯させているハイビームが照射される領域に関する情報を有し、第５の信号は、ハイビームの照射距離に関する情報を有し、第６の信号は、光の透過率を低下させる場合における、光の透過率の低下量に関する情報を有し、第７の信号は、光の透過率を変化させる窓部の領域に関する情報を有する。【００１３】また、第１のセンサは移動体の内側に設けられ、第２のセンサは移動体の外側に設けられていてもよい。【００１４】また、第２のセンサのダイナミックレンジは、第１のセンサのダイナミックレンジより大きく、第２のセンサのフレーム周波数は、第１のセンサのフレーム周波数より高くてもよい。【００１５】また、第１のセンサは、第１の撮像素子を有し、第２のセンサは、第２の撮像素子を有し、第１の撮像素子は、ローリングシャッタ方式により動作し、第２の撮像素子は、グローバルシャッタ方式により動作する機能を有していてもよい。【００１６】また、第２のセンサは、画素を有し、画素は、光電変換素子と、第１乃至第４のトランジスタと、を有し、光電変換素子の一方の端子は、第１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１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、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一方は、第３のトランジスタのゲート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４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１のトランジスタおよび第２のトランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有し、酸化物半導体は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｇａ、ＹまたはＳｎ）と、を有していてもよい。
【発明の効果】
【００１７】本発明の一態様は、対向車がハイビームを点灯させているか否かを判断できる移動体を提供することができる。または本発明の一態様は、光の透過率を局所的に制御することができる窓部を有する移動体を提供することができる。または本発明の一態様は運転手が、対向車が点灯させているハイビームにより感じる眩しさを低減できる移動体を提供することができる。または本発明の一態様は、対向車がハイビームを点灯させている場合であっても視認性の低下を抑制できる移動体を提供することができる。または本発明の一態様は、居眠り運転を抑制できる移動体を提供することができる。または本発明の一態様は、障害物への衝突を抑制できる移動体を提供することができる。または本発明の一態様は、低価格の移動体を提供することができる。または本発明の一態様は、小型のセンサを有する移動体を提供することができる。または本発明の一態様は、電気特性変動の温度依存性が小さいトランジスタを有する移動体を提供することができる。【００１８】本発明の一態様は、新規な移動体および移動体用システム等を提供することができる。【００１９】なお本発明の一態様の効果は、上記列挙した効果に限定されない。上記列挙した効果は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお他の効果は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書または図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した効果、および／または他の効果のうち、少なくとも一つの効果を有するものである。従って本発明の一態様は、場合によっては、上記列挙した効果を有さない場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】移動体の構成の一例を説明するブロック図。
【図２】ハイビームおよびロービームについて説明する図。
【図３】動作の一例を説明するフローチャート。
【図４】動作の一例を説明するための図。
【図５】動作の一例を説明するための図。
【図６】動作の一例を説明するための図。
【図７】動作の一例を説明するための図。
【図８】撮像素子のブロック図。
【図９】液晶パネルの構成例を説明するための図。
【図１０】液晶パネルの使用例を説明するための図。
【図１１】液晶パネルの使用例を説明するための図。
【図１２】撮像装置の構成例を説明するブロック図。
【図１３】グローバルシャッタおよびローリングシャッタの動作を説明するための図。
【図１４】画素の回路を説明する図。
【図１５】画素の回路を説明する図。
【図１６】画素の回路を説明する図。
【図１７】画素の回路の動作を説明する図。
【図１８】画素の回路を説明する図。
【図１９】センサの取り付け位置の例を説明するための図。
【図２０】センサの取り付け位置の例を説明するための図。
【図２１】センサの取り付け位置の例を説明するための図。
【図２２】動作の一例を説明するための図およびセンサの取り付け位置の例を説明するための図。
【図２３】動作の一例を説明するための図。
【図２４】閉眼率の算出について説明する図。
【図２５】動作の一例を説明するための図および移動体の構成の一例を説明するブロック図。
【図２６】動作の一例を説明するフローチャート。
【図２７】撮像素子の画素を説明する図。
【図２８】光電変換素子の構成を説明する図。
【図２９】光電変換素子とトランジスタとの接続構成を説明する図。
【図３０】トランジスタを説明する上面図および断面図。
【図３１】トランジスタを説明する上面図および断面図。
【図３２】トランジスタを説明する上面図および断面図。
【図３３】トランジスタを説明する上面図および断面図。
【図３４】トランジスタを説明する上面図および断面図。
【図３５】トランジスタを説明する上面図および断面図。
【図３６】トランジスタを説明する上面図および断面図。
【図３７】トランジスタを説明する上面図および断面図。
【図３８】酸化物半導体の原子数比の範囲を説明する図。
【図３９】ＩｎＭＺｎＯ４の結晶を説明する図。
【図４０】酸化物半導体の積層構造におけるバンド図。
【図４１】移動体の一例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】以下、本発明の一態様について図面を参照しながら説明する。但し、本発明の一態様は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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。従って、本発明は、以下の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２２】なお本明細書等において、「第１」、「第２」、「第３」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものである。従って、構成要素の数を限定するものではない。また、構成要素の順序を限定するものではない。
【００２３】なお図面において、同一の要素または同様な機能を有する要素、同一の材質の要素、あるいは同時に形成される要素等には同一の符号を付す場合があり、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００２４】本明細書等において、「上に」、「下に」等の配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化する。そのため、配置を示す語句は、明細書で説明した記載に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
【００２５】また、「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上または直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層Ａ上の電極Ｂ」の表現であれば、絶縁層Ａの上に電極Ｂが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Ａと電極Ｂとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。
【００２６】また本明細書等において、ブロック図では、構成要素を機能毎に分類し、互いに独立したブロックとして示している。しかしながら実際の回路等においては、構成要素を機能毎に切り分けることが難しく、一つの回路に複数の機能が係わる場合や、複数の回路にわたって一つの機能が関わる場合があり得る。そのため、ブロック図のブロックは、明細書で説明した構成要素に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
【００２７】また、図面において、大きさ、層の厚さ、または領域は、説明の便宜上任意の大きさに示したものである。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は明確性を期すために模式的に示したものであり、図面に示す形状または値等に限定されない。例えば、ノイズによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、または、タイミングのずれによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき等を含むことが可能である。
【００２８】また、図面において、上面図（平面図、レイアウト図ともいう）や斜視図等において、図面の明確性を期すために、一部の構成要素の記載を省略している場合がある。
【００２９】本明細書等において、トランジスタの接続関係を説明する際、ソースとドレインとの一方を、「ソースまたはドレインの一方」（または第１電極、または第１端子）と表記し、ソースとドレインとの他方を「ソースまたはドレインの他方」（または第２電極、または第２端子）と表記している。これは、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの構造または動作条件等によって変わるためである。なおトランジスタのソースとドレインの呼称については、ソース（ドレイン）端子や、ソース（ドレイン）電極等、状況に応じて適切に言い換えることができる。
【００３０】また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合等も含む。
【００３１】また、本明細書等において、電圧と電位は、適宜言い換えることができる。電圧は、基準となる電位からの電位差のことであり、例えば基準となる電位をグラウンド電圧（接地電圧）とすると、電圧を電位に言い換えることができる。グラウンド電位は必ずしも０Ｖを意味するとは限らない。なお電位は相対的なものであり、基準となる電位によっては、配線等に与える電位を変化させる場合がある。
【００３２】なお本明細書等において、「膜」、「層」等の語句は、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
【００３３】本明細書等において、スイッチとは、導通状態（オン状態）、または、非導通状態（オフ状態）になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有するものをいう。または、スイッチとは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有するものをいう。
【００３４】一例としては、電気的スイッチまたは機械的なスイッチ等を用いることができる。つまり、スイッチは、電流を制御できるものであればよく、特定のものに限定されない。
【００３５】電気的なスイッチの一例としては、トランジスタ（例えば、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタ等）、ダイオード（例えば、ＰＮダイオード、ＰＩＮダイオード、ショットキーダイオード、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）ダイオード、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ダイオード、ダイオード接続のトランジスタ等）、またはこれらを組み合わせた論理回路等がある。
【００３６】なお、スイッチとしてトランジスタを用いる場合、トランジスタの「導通状態」とは、トランジスタのソースとドレインが電気的に短絡されているとみなせる状態をいう。また、トランジスタの「非導通状態」とは、トランジスタのソースとドレインが電気的に遮断されているとみなせる状態をいう。なおトランジスタを単なるスイッチとして動作させる場合には、トランジスタの極性（導電型）は特に限定されない。
【００３７】機械的なスイッチの一例としては、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）のように、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）技術を用いたスイッチがある。そのスイッチは、機械的に動かすことが可能な電極を有し、その電極が動くことによって、導通と非導通とを制御して動作する。
【００３８】本明細書等において、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲートとが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとの間の距離をいう。
【００３９】なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
【００４０】本明細書等において、チャネル幅とは、例えば、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。
【００４１】なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
【００４２】本明細書等において、画素とは、例えば、明るさを制御できる要素一つ分を示すものとする。よって、一例としては、一画素とは、一つの色要素を示すものとし、その色要素一つで明るさを表現する。従って、そのときは、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の色要素からなるカラー表示装置の場合には、画像の最小単位は、Ｒの画素とＧの画素とＢの画素との三画素から構成されるものとする。
【００４３】なお、色要素は、三色に限定されず、それ以上でもよく、例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白）や、ＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタを追加したもの等がある。
【００４４】本明細書等において、ＡとＢとが接続されている、とは、ＡとＢとが直接接続されているものの他、電気的に接続されているものを含むものとする。ここで、ＡとＢとが電気的に接続されているとは、ＡとＢとの間で、何らかの電気的作用を有する対象物が存在するとき、ＡとＢとの電気信号の授受を可能とするものをいう。
【００４５】なお、例えば、トランジスタのソース（または第１の端子等）が、Ｚ１を介して（または介さず）、Ｘと電気的に接続され、トランジスタのドレイン（または第２の端子等）が、Ｚ２を介して（または介さず）、Ｙと電気的に接続されている場合や、トランジスタのソース（または第１の端子等）が、Ｚ１の一部と直接的に接続され、Ｚ１の別の一部がＸと直接的に接続され、トランジスタのドレイン（または第２の端子等）が、Ｚ２の一部と直接的に接続され、Ｚ２の別の一部がＹと直接的に接続されている場合では、以下のように表現することができる。
【００４６】例えば、「ＸとＹとトランジスタのソース（または第１の端子等）とドレイン（または第２の端子等）とは、互いに電気的に接続されており、Ｘ、トランジスタのソース（または第１の端子等）、トランジスタのドレイン（または第２の端子等）、Ｙの順序で電気的に接続されている。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース（または第１の端子等）は、Ｘと電気的に接続され、トランジスタのドレイン（または第２の端子等）はＹと電気的に接続され、Ｘ、トランジスタのソース（または第１の端子等）、トランジスタのドレイン（または第２の端子等）、Ｙは、この順序で電気的に接続されている」と表現することができる。または、「Ｘは、トランジスタのソース（または第１の端子等）とドレイン（または第２の端子等）とを介して、Ｙと電気的に接続され、Ｘ、トランジスタのソース（または第１の端子等）、トランジスタのドレイン（または第２の端子等）、Ｙは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トランジスタのソース（または第１の端子等）と、ドレイン（または第２の端子等）とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。
【００４７】または、別の表現方法として、例えば、「トランジスタのソース（または第１の端子等）は、少なくとも第１の接続経路を介して、Ｘと電気的に接続され、前記第１の接続経路は、第２の接続経路を有しておらず、前記第２の接続経路は、トランジスタを介した、トランジスタのソース（または第１の端子等）とトランジスタのドレイン（または第２の端子等）との間の経路であり、前記第１の接続経路は、Ｚ１を介した経路であり、トランジスタのドレイン（または第２の端子等）は、少なくとも第３の接続経路を介して、Ｙと電気的に接続され、前記第３の接続経路は、前記第２の接続経路を有しておらず、前記第３の接続経路は、Ｚ２を介した経路である。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース（または第１の端子等）は、少なくとも第１の接続経路によって、Ｚ１を介して、Ｘと電気的に接続され、前記第１の接続経路は、第２の接続経路を有しておらず、前記第２の接続経路は、トランジスタを介した接続経路を有し、トランジスタのドレイン（または第２の端子等）は、少なくとも第３の接続経路によって、Ｚ２を介して、Ｙと電気的に接続され、前記第３の接続経路は、前記第２の接続経路を有していない。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース（または第１の端子等）は、少なくとも第１の電気的パスによって、Ｚ１を介して、Ｘと電気的に接続され、前記第１の電気的パスは、第２の電気的パスを有しておらず、前記第２の電気的パスは、トランジスタのソース（または第１の端子等）からトランジスタのドレイン（または第２の端子等）への電気的パスであり、トランジスタのドレイン（または第２の端子等）は、少なくとも第３の電気的パスによって、Ｚ２を介して、Ｙと電気的に接続され、前記第３の電気的パスは、第４の電気的パスを有しておらず、前記第４の電気的パスは、トランジスタのドレイン（または第２の端子等）からトランジスタのソース（または第１の端子等）への電気的パスである。」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続経路について規定することにより、トランジスタのソース（または第１の端子等）と、ドレイン（または第２の端子等）とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。
【００４８】なお、これらの表現方法は、一例であり、これらの表現方法に限定されない。ここで、Ｘ、Ｙ、Ｚ１、Ｚ２は、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、等）であるとする。
【００４９】（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である移動体および移動体用システムについて、図面を用いて説明する。
【００５０】図１（Ａ）は、本発明の一態様の移動体および移動体用システムの構成例を示すブロック図である。移動体１００は、制御回路１０１、窓部１０２、センサ１０３およびセンサ１０４を有する。制御回路１０１は、検出回路１１１、記憶回路１１２および演算回路１１３を有する。
【００５１】移動体１００は、例えば夜間に走行している車両に相当する。移動体の例としては、自動車、バスおよび列車等がある。以下の説明で特に断りのない場合移動体は、自動車であるとして説明する。
【００５２】窓部１０２は、窓部１０２を透過する光の透過率を局所的に制御する機能を有する。例えば、窓部１０２は、一定照度以上の光が照射されている領域と、移動体１００に乗車している運転手の目と、の間の領域のみ、光の透過率を低下させる機能を有する。なお、窓部１０２として、例えばフロントガラスとすることができる。また、一定照度の光として、例えば人間の目に照射された場合に当該人間が眩しさを感じる程度の照度の光とすることができる。
【００５３】制御回路１０１は、窓部１０２における光の透過率を変化させるための信号ＳＴＲを出力する機能を有する。信号ＳＴＲは、光の透過率を変化させる窓部１０２の領域に関する情報を有する。
【００５４】窓部１０２には、信号ＳＴＲによって光の透過率を変化させる機能を有する素子が設けられる。例えば窓部１０２は、液晶を設けたガラスを有する構成とすることができる。または窓部１０２は、液晶を設けたガラスを窓ガラスに貼りつけた構成とすることができる。窓部１０２は、液晶の配向状態を制御して光の透過率を変更する機能を有する。
【００５５】センサ１０３は、対象物を検出し、信号を演算回路１１３に出力する機能を有する。例えば、移動体１００に乗車している運転手の目の位置を検出し、当該位置に関する情報を有する信号ＳＥＹＥを演算回路１１３に出力する機能を有する。
【００５６】センサ１０４は、対象物を検出し、信号を演算回路１１３に出力する機能を有する。また、センサ１０４は、光の照度を検出し、信号を演算回路１１３に出力する機能を有する。例えば、対向車を検出し、当該対向車に関する情報を有する信号ＳＯＣを演算回路１１３に出力する機能を有する。なお、信号ＳＯＣは、例えば対向車が存在しているか否かに関する情報、および移動体１００と対向車との距離に関する情報等を有する。
【００５７】また、例えば対向車が点灯させている光の状態を検出し、信号ＳＨＬを演算回路１１３に出力する機能を有する。ここで、対向車が点灯させている光の状態を検出するとは、例えば対向車がハイビームを点灯させているか否かを検出することを意味する。
【００５８】さらに、例えば対向車が点灯させているハイビームが照射される領域を検出し、当該領域に関する情報を有する信号ＳＨＢを演算回路１１３に出力する機能を有する。なお、ハイビームが照射される領域は、例えば対向車のヘッドライトの位置をセンサ１０４により検出し、検出されたヘッドライトの位置等から求めることができる。
【００５９】本明細書等において、ハイビームが照射されるとは、一定照度以上のハイビーム由来の光が照射されることを意味する。ここで、一定照度とは、例えば人間の目に照射された場合に当該人間が眩しさを感じる程度の照度とすることができる。
【００６０】なお、図１（Ａ）では信号ＳＯＣ、信号ＳＨＬおよび信号ＳＨＢがすべてセンサ１０４から出力されているが、図１（Ｂ）に示すように、例えば信号ＳＯＣおよび信号ＳＨＢをセンサ１０４から出力し、信号ＳＨＬをセンサ１０５から出力してもよい。この場合、対向車が点灯させているハイビームが照射される領域を、前述のように例えば対向車のヘッドライトの位置をセンサ１０４により検出し、検出されたヘッドライトの位置から求めるようにすれば、センサ１０４は対象物のみを検出するセンサとすることができる。また、センサ１０５は光の照度のみを検出するセンサとすることができる。
【００６１】対向車がハイビームを点灯させているか否かを検出する方法について説明する。図２（Ａ）は、対向車１３０のヘッドライト１３１がハイビーム１３２を点灯させている場合の様子を示す。図２（Ｂ）は、対向車１３０のヘッドライト１３１がロービーム１３３を点灯させている場合の様子を示す。なお、図２（Ａ）、（Ｂ）等に示すハイビーム１３２およびロービーム１３３は、一定照度以上の領域、例えば人間の目に照射された場合に当該人間が眩しさを感じる程度の照度の光が照射されている領域を表している。
【００６２】図２（Ａ）、（Ｂ）において、位置Ｐ１はヘッドライト１３１の位置を表し、位置Ｐ２は位置Ｐ１から一定距離ｘだけ離れた地点を表す。また、高さｙ１は位置Ｐ１における、対向車１３０が走行している路面１３４からヘッドライト１３１までの高さを表し、高さｙ２は位置Ｐ２における、路面１３４からハイビーム１３２またはロービーム１３３までの高さを表す。なお、高さｙ２は、具体的には位置Ｐ２における、光の照度が一定照度以下となる箇所までの路面１３４からの高さとすることができる。この場合、位置Ｐ２において、高さｙ２以上の場所では人間が眩しさを感じない程度の照度の光が照射されており、高さｙ２より低い場所では人間が眩しさを感じる程度の照度の光が照射されている。
【００６３】図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ハイビーム１３２は、ロービーム１３３より上向きに照射されている。したがって、高さｙ１と高さｙ２をセンサ１０４またはセンサ１０５等で測定し、高さｙ２から高さｙ１を引いた値があらかじめ指定した規定値以上である場合は対向車１３０のヘッドライト１３１がハイビーム１３２を点灯させていると判断することができる。また、高さｙ２から高さｙ１を引いた値があらかじめ指定した規定値より小さい場合、あるいは負の値である場合は対向車１３０のヘッドライト１３１がロービーム１３３を点灯させていると判断することができる。
【００６４】なお、高さｙ２と高さｙ１の差を距離ｘで除した値、すなわち（ｙ２−ｙ１）／ｘを、対向車１３０のヘッドライト１３１が点灯させている光がハイビーム１３２であるか否かを判断する際に用いてもよい。つまり、（ｙ２−ｙ１）／ｘがあらかじめ指定した規定値以上である場合は対向車１３０のヘッドライト１３１がハイビーム１３２を点灯させていると判断することができる。また、（ｙ２−ｙ１）／ｘがあらかじめ指定した規定値より小さい場合、あるいは負の値である場合は対向車１３０のヘッドライト１３１がロービーム１３３を点灯させていると判断することができる。以上の方法では、対向車１３０のヘッドライト１３１が点灯させている光がハイビーム１３２であるか否かを正確に判断することができる。
【００６５】検出回路１１１は、移動体１００と、移動体１００の前方の対向車との相対速度ＶＲＥに関する情報を有する信号ＳＶＲＥを演算回路１１３に出力する機能を有する。なお、例えば、移動体１００の速度をＶ、対向車の速度をＶ’とすると、相対速度ＶＲＥはＶ＋Ｖ’となる。
【００６６】検出回路１１１は、例えば直近の相対速度ＶＲＥの平均値を算出し、信号ＳＶＲＥとして演算回路１１３に出力することができる。
【００６７】記憶回路１１２は、窓部１０２の光の透過率を変化させるためにかける時間ＴＴＲを記憶し、記憶したＴＴＲに関する情報を有する信号ＳＴＴＲを演算回路１１３に出力する機能を有する。時間ＴＴＲは、例えば運転手が窓部１０２の光の透過率の変化に順応するために必要な時間とすることができる。時間ＴＴＲは、例えば運転手が外の景色が突然暗くなったと感じないようにするために必要な時間とすることができる。
【００６８】また、時間ＴＴＲを０としてもよい。この場合、対向車が点灯させているハイビームが運転手の目に照射される直前まで窓部１０２の光の透過率を高く保つことができる。また、対向車が通り過ぎてハイビームが運転手の目に照射されなくなったら、窓部１０２の光の透過率をすぐに元の値まで上昇させることができる。なお、窓部１０２の光の透過率を低下させるために要する時間と、低下した透過率を元に戻す時間を異ならせてもよい。例えば、窓部１０２の光の透過率を低下させる場合はゆっくりと低下させ、低下した透過率を元に戻す場合は素早く元に戻してもよい。
【００６９】なお、時間ＴＴＲを０とする場合、相対速度ＶＲＥは検出しなくてもよい。これにより、制御回路１０１が検出回路１１１を有しない構成とすることができる。また、時間ＴＴＲを例えば０とする場合、記憶回路１１２は信号ＳＴＴＲを出力する機能を有さなくてもよい。
【００７０】本明細書等において、ハイビームが運転手の目に照射されるとは、一定照度以上のハイビーム由来の光が当該運転手の目に照射されることを意味する。ここで、一定照度とは、例えば当該運転手の目に照射された場合に当該運転手が眩しさを感じる程度の照度とすることができる。
【００７１】また、記憶回路１１２は、ハイビームの照射距離ＤＨＢを記憶し、照射距離ＤＨＢに関する情報を有する信号ＳＤＨＢを演算回路１１３に出力する機能を有する。なお、照射距離ＤＨＢは、例えば１００ｍとすることができる。
【００７２】さらに、記憶回路１１２は、窓部１０２の光の透過率を低下させる場合における、透過率の低下量ＲＤを記憶し、低下量ＲＤに関する情報を有する信号ＳＲＤを演算回路１１３に出力する機能を有する。低下量ＲＤは、移動体１００に乗車している運転手がハイビームの眩しさを感じない程度に設定することが好ましい。また、視認性の低下をできる限り抑制するために、低下量ＲＤは運転手がハイビームの眩しさを感じない程度にできる限り小さくすることが好ましい。
【００７３】なお、時間ＴＴＲ、照射距離ＤＨＢおよび低下量ＲＤは、あらかじめ設定した値でもよいし、センサ１０３、センサ１０４、センサ１０５および検出回路１１１から出力された信号等をもとに低下させてもよい。時間ＴＴＲ、照射距離ＤＨＢおよび低下量ＲＤをあらかじめ設定する場合、記憶回路１１２として書き換え可能な記憶媒体を用いることが好ましい。例えば記憶回路１１２は、ハードディスクおよびフラッシュメモリ等の書き換え可能な不揮発性メモリを用いることができる。
【００７４】演算回路１１３は、前述した信号ＳＥＹＥ、信号ＳＯＣ、信号ＳＨＬ、信号ＳＨＢ、信号ＳＶＲＥ、信号ＳＴＴＲ、信号ＳＤＨＢおよび信号ＳＲＤ等に応じて、窓部１０２に信号ＳＴＲを出力する機能を有する。演算回路１１３は、複数の信号をもとに信号ＳＴＲを得るため、マイクロコンピュータ等の信号処理回路であることが好ましい。
【００７５】前述のように、信号ＳＴＲは、光の透過率を変化させる窓部１０２の領域に関する情報を有する。例えば、演算回路１１３は信号ＳＨＢおよび信号ＳＥＹＥから、信号ＳＨＢの取得時において対向車が点灯させているハイビームが照射されている領域と、移動体１００に乗車している運転手の目と、の間の領域を算出する。また、信号ＳＨＢおよび相対速度ＶＲＥ等をもとに、信号ＳＨＢの取得から時刻ＴＲ経過後において対向車が点灯させているハイビームが照射される領域を算出する。さらに、当該領域と信号ＳＥＹＥをもとに、信号ＳＨＢの取得から時刻ＴＲ経過後において対向車が点灯させているハイビームが照射される領域と、移動体１００に乗車している運転手の目と、の間の領域を算出する。そして、上記２つの領域に関する情報を有する信号ＳＴＲを窓部１０２に出力することができる。これにより、対向車が点灯させているハイビームが照射される領域と、移動体１００に乗車している運転手の目と、の間の領域のみ、窓部１０２の透過率を低下させることができる。したがって、移動体１００に乗車している運転手が感じる眩しさを低減することができる一方、視認性の低下を、窓部１０２全体の透過率を低下させる場合より抑えることができる。
【００７６】なお移動体１００は、光の透過率を低下させる窓部１０２の領域を運転手が任意に調整できる機能を有していてもよい。
【００７７】また、信号ＳＴＲは、窓部１０２の光の透過率を、時間ＴＴＲだけかけて段階的に変化させる信号とすることができる。具体的には、窓部１０２の光の透過率を１００％から５０％に段階的に引き下げる場合、９９％次いで９８％というように、連続的に透過率を変化させていくように制御することができる。
【００７８】本発明の一態様の移動体および移動体用システムは、例えば対向車がハイビームを点灯させている場合は窓部１０２の光の透過率を低下させ、対向車が例えばロービームを点灯させている場合は窓部１０２の光の透過率を低下させないとすることができる。また、対向車がハイビームを点灯させている場合であっても、例えばハイビームが照射される領域と、移動体１００に乗車している運転手の目と、の間の領域のみ、窓部１０２の光の透過率を低下させることができる。対向車が点灯させている光が例えばロービーム１３３である場合は、ハイビームである場合より移動体１００に乗車している運転手は眩しさを感じない。したがって、本発明の一態様の移動体および移動体用システムにより、例えば移動体１００に乗車している運転手がハイビームにより感じる眩しさを低減することができる一方、ハイビームが点灯されていない場合における視認性の低下を抑制することができる。さらに、ハイビームが点灯されている場合であっても、視認性の低下を、窓部１０２全体の透過率を低下させる場合より抑えることができる。
【００７９】次に、図１（Ａ）に示す構成の移動体１００の動作例について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。
【００８０】ステップＳ０１において、演算回路１１３がセンサ１０４から対向車に関する情報を取得する。当該情報は、前述のように信号ＳＯＣとしてセンサ１０４から演算回路１１３に出力される。なお、信号ＳＯＣは、前述のように対向車が存在しているか否かに関する情報、および移動体１００と対向車との距離に関する情報等を有する。
【００８１】ステップＳ０２において、演算回路１１３が信号ＳＯＣをもとにして、対向車が検出されたか否かを判断する。対向車が検出されなかった場合は、ステップＳ０１に戻って再度演算回路１１３がセンサ１０４から対向車に関する情報を取得する。対向車が検出された場合はステップＳ０３に進む。
【００８２】ステップＳ０３において、演算回路１１３がセンサ１０４から、対向車が点灯させている光の状態に関する情報を取得する。当該情報は、前述のように信号ＳＨＬとして演算回路１１３に出力される。これにより、対向車がハイビームを点灯させているか否かを判断することができる。
【００８３】ステップＳ０４において、演算回路１１３が信号ＳＨＬをもとにして対向車がハイビームを点灯させているか否かを判断する。対向車がハイビームを点灯させていない場合はステップＳ０１に戻る。対向車がハイビームを点灯させている場合はステップＳ０５に進む。
【００８４】ステップＳ０５において、演算回路１１３は記憶回路１１２から窓部１０２の透過率を低下させるためにかける時間ＴＴＲおよび、ハイビームの照射距離ＤＨＢに関する情報を取得する。前述のように時間ＴＴＲに関する情報は信号ＳＴＴＲとして演算回路１１３に出力され、照射距離ＤＨＢに関する情報は信号ＳＤＨＢとして演算回路１１３に出力される。
【００８５】ステップＳ０６において、演算回路１１３は検出回路１１１から、移動体１００から見た対向車の相対速度ＶＲＥに関する情報を取得する。当該情報は、前述のように信号ＳＶＲＥとして演算回路１１３に出力される。
【００８６】ステップＳ０７において、演算回路１１３は照射距離ＤＨＢ、相対速度ＶＲＥおよび信号ＳＯＣが有する移動体１００と対向車との距離に関する情報等から、対向車が点灯させているハイビームが移動体１００に乗車している運転手の目に照射されるまでの時間ＴＦＬＡＧを算出する。
【００８７】ステップＳ０８において、ステップＳ０７で算出した時間ＴＦＬＡＧと、ステップＳ０５で取得した時間ＴＴＲとを比較する。時間ＴＦＬＡＧが時間ＴＴＲより大きい場合、ステップＳ０６に戻って再度移動体１００から見た対向車の相対速度ＶＲＥに関する情報を取得する。この場合、センサ１０４は信号ＳＯＣを再び取得して演算回路１１３に出力してもよい。これにより、移動体１００と対向車との距離を再び測定することができる。したがって、時間ＴＦＬＡＧをより正確に算出することができる。
【００８８】ＴＦＬＡＧがＴＴＲ以下の場合、ステップＳ０９に進む。ステップＳ０９において、演算回路１１３は窓部１０２の透過率の低下量ＲＤに関する情報を取得する。当該情報は、前述のように信号ＳＲＤとして演算回路１１３に出力される。
【００８９】ステップＳ１０において、センサ１０３は移動体１００に乗車している運転手の目を検出する。そして、演算回路１１３はセンサ１０３から移動体１００に乗車している運転手の目の位置に関する情報を取得する。当該情報は、前述のように信号ＳＥＹＥとして演算回路１１３に出力される。また、演算回路１１３はセンサ１０４から対向車が点灯させているハイビームが照射される領域に関する情報を取得する。当該情報は、前述のように信号ＳＨＢとして演算回路１１３に出力される。なお、前述のように例えば対向車のヘッドライトをセンサ１０４により検出し、当該ヘッドライトの位置から対向車が点灯させているハイビームが照射される領域に関する情報を取得することができる。
【００９０】ステップＳ１１において、演算回路１１３は相対速度ＶＲＥおよび、ステップＳ１０で取得した信号ＳＥＹＥおよび信号ＳＨＢ等から、光の透過率を低下させる窓部１０２の領域を算出する。当該領域に関する情報は、前述のように信号ＳＴＲとして窓部１０２に出力される。光の透過率を低下させる窓部１０２の領域として、例えば信号ＳＨＢの取得時乃至信号ＳＨＢの取得から時刻ＴＲ経過後のいずれかの時刻において対向車が点灯させているハイビームが照射される領域と、移動体１００に乗車している運転手の目と、の間の領域とすることができる。また、当該領域の近傍の領域も、光の透過率を低下させる窓部１０２の領域とすることができる。
【００９１】ステップＳ１２において、ステップＳ１１で算出された領域の窓部１０２の光の透過率を、ステップＳ０９で取得した低下量ＲＤだけ低下させる。また、ステップＳ１１で算出された領域以外の領域について、窓部１０２の光の透過率が低下している場合、当該領域における窓部１０２の光の透過率を元に戻す。
【００９２】ステップＳ１３において、ステップＳ０１と同様に、演算回路１１３がセンサ１０４から対向車に関する情報を取得する。当該情報は、前述のように信号ＳＯＣとして演算回路１１３に出力される。
【００９３】ステップＳ１４において、ステップＳ０２と同様に、演算回路１１３が信号ＳＯＣをもとにして対向車が検出されたか否かを判断する。これにより、ステップＳ０１で検出された対向車が移動体１００を通り過ぎたか否かを判断することができる。対向車が検出された場合はステップＳ１５に進む。
【００９４】ステップＳ１５において、ステップＳ０３と同様に、演算回路１１３がセンサ１０４から、対向車が点灯させている光の状態に関する情報を取得する。当該情報は、前述のように信号ＳＨＬとして演算回路１１３に出力される。これにより、対向車がハイビームを点灯させているか否かを判断することができる。
【００９５】ステップＳ１６において、ステップＳ０４と同様に、演算回路１１３が信号ＳＨＬをもとにして対向車がハイビームを点灯させているか否かを判断する。これにより、対向車がハイビームから、例えばロービーム等に切り替えたか否かを判断することができる。対向車が引き続きハイビームを点灯させている場合、ステップＳ１７において移動体１００から見た対向車の相対速度ＶＲＥに関する情報を取得した後、ステップＳ１０に戻って再度移動体１００に乗車している運転手の目の位置に関する情報およびハイビームが照射される領域に関する情報を取得する。
【００９６】なお、ステップＳ１７は省略してもよい。この場合、例えば相対速度ＶＲＥが変化しなかったとすることができる。また、運転手の目の位置に関する情報は取得しなくてもよい。この場合、運転手の目の位置は、例えばステップＳ０９の終了直後に実行したステップＳ１０において検出された目の位置と同様とすることができる。
【００９７】ステップＳ１４において対向車が検出されなかったと判断された場合およびステップＳ１６において対向車がハイビームを点灯させていないと判断された場合、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、ステップＳ１２により低下させた、窓部１０２の光の透過率を元に戻す。
【００９８】ステップＳ１８の終了後、ステップＳ０１に戻る。なお、ステップＳ１８は省略してもよい。この場合、ステップＳ１４において対向車が検出されなかったと判断された場合およびステップＳ１６において対向車がハイビームを点灯させていないと判断された場合、ステップＳ０１に戻る。以上が本発明の一態様の移動体および移動体用システムの動作の一例である。
【００９９】なお、図３に示した動作手順はあくまで一例であり、本発明の一態様を実現可能であれば任意の動作手順とすることができる。
【０１００】本発明の一態様の移動体および移動体用システムについて、具体的な適用例を示して説明する。図４、図５、図７および図８は、移動体１００が一定速度Ｖで走行し、対向車が一定速度Ｖ’で走行している様子を示している。対向車１３０のヘッドライト１３１はハイビーム１３２を点灯させている。なお位置ＰＦＬＡＧは、ハイビーム１３２の照射距離ＤＨＢだけ対向車１３０から離れた地点を表し、移動体１００が位置ＰＦＬＡＧに達するとハイビーム１３２が移動体１００に乗車している運転手の目に照射される。つまり、時間ＴＦＬＡＧは、移動体１００が位置ＰＦＬＡＧに達するまでに要する時間を示している。
【０１０１】図４は、ハイビーム１３２が、移動体１００に乗車している運転手の目に照射されず、さらに時間ＴＦＬＡＧが窓部１０２の光の透過率を変化させるためにかける時間ＴＴＲより長い場合を示している。この場合、窓部１０２の光の透過率を高い状態としても、運転手は眩しさを感じない。
【０１０２】図４の状態から時間が経過すると、図５の状態となる。図５は、図４の状態より移動体１００が対向車１３０に近づき、時間ＴＦＬＡＧが時間ＴＴＲと等しくなった場合を示す。また、この場合における移動体１００の内側を図６に示す。なお、図６において、ハイビーム１３２は図示していない。
【０１０３】図５の状態となった場合、図６に示すセンサ１０３により、移動体１００に乗車している運転手１２０の目１２１の位置を検出する。また、図６に示すセンサ１０４により、対向車１３０のヘッドライト１３１が点灯させているハイビーム１３２が照射される領域を検出する。そして、検出した目１２１の位置およびハイビーム１３２の位置等から、光の透過率を変化させる窓部１０２の領域１４０を算出し、領域１４０の透過率を変化させる。これにより、運転手１２０が感じる眩しさを低減することができる一方、視認性の低下を、窓部１０２全体の透過率を変化させる場合より抑えることができる。
【０１０４】図５の状態から時間が経過すると、図７の状態となる。図７は、図５の状態より移動体１００が対向車１３０に近づき、移動体１００が位置ＰＦＬＡＧを通過したが、ハイビーム１３２は引き続き図６に示す目１２１に照射されている場合を示す。この場合においてもハイビーム１３２の位置を検出し続け、ハイビーム１３２の位置の変化に応じて領域１４０の位置を変化させる。そして、領域１４０における窓部１０２の光の透過率を低下させる。また、領域１４０以外の領域における窓部１０２の光の透過率が低下している場合は、当該領域における窓部１０２の光の透過率を元に戻す。
【０１０５】なお、前述のように、領域１４０として例えば信号ＳＨＢの取得時乃至信号ＳＨＢの取得から時刻ＴＲ経過後のいずれかの時刻においてハイビーム１３２が照射される領域と、目１２１と、の間の領域とすることができる。また、当該領域の近傍の領域も領域１４０とすることができる。
【０１０６】図７の状態から時間が経過すると、図８の状態となる。図７は、ハイビーム１３２が図６に示す目１２１に照射されなくなった場合を示す。この状態になった場合、窓部１０２のすべての領域において、低下させた透過率を元に戻す。
【０１０７】なお、図５乃至図７の状態において、対向車１３０のヘッドライト１３１からハイビーム１３２が点灯されなくなった場合、例えばハイビーム１３２がロービーム１３３に変化した場合等は、すべての領域の窓部１０２において、低下させた透過率を元に戻す。
【０１０８】図４乃至図８に示した適用例はあくまで一例であり、本発明の一態様を実現可能であれば任意の状況において適用することができる。
【０１０９】次に、窓部１０２に適用可能な構成について説明する。図９（Ａ）には、窓部１０２に適用可能な液晶パネル２００を図示している。
【０１１０】図９（Ａ）の液晶パネル２００は、基板２０１Ａ、基板２０１Ｂおよび液晶２０２を有する。基板２０１Ａ、および基板２０１Ｂは電極を備え、液晶に印加する電界を制御し、光の透過率を制御することができる。
【０１１１】液晶の駆動方法としては、例えば、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ  Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＶＡモード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＭＶＡモード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＩＰＳモード、ＦＦＳモード、またはＴＢＡ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｂｅｎｄ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード等を用いてもよい。また、液晶の駆動方法としては、上述した駆動方法の他、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＰＤＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＰＮＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ゲストホストモード等がある。
【０１１２】液晶には、電圧が０である時に光の透過率が小さくなるノーマリーブラック型と、電圧が０である時に光の透過率が大きくなるノーマリーホワイト型がある。ノーマリーブラック型の液晶パネルとする場合には、ＶＡモードまたはＩＰＳモードの液晶を用いればよい。ノーマリーホワイト型の液晶パネルとする場合には、ＴＮモードまたはＯＣＢモードの液晶を用いればよい。
【０１１３】液晶は、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。
【０１１４】また、配向膜を用いないブルー相（Ｂｌｕｅ  Ｐｈａｓｅ）を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、かつ、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができる。
【０１１５】図９（Ｂ）の液晶パネル２００は、基板２０１Ａ、基板２０１Ｂおよび液晶２０２の他、偏光板２０３Ａ、偏光板２０３Ｂを有する。
【０１１６】液晶パネルは、液晶を複数の層に有する構成でもよい。図９（Ｃ）の液晶パネル２００は、基板２０１Ａおよび基板２０１Ｂの他、基板２０１Ｃ、液晶２０２Ａおよび液晶２０２Ｂを有する。当該構成とすることで液晶を有する層ごとに個別に制御できるため、光の透過率の複雑な制御を実現できる。
【０１１７】図１０（Ａ）には、移動体１００を上方からみた図を示す。図１０（Ａ）では、移動体１００の窓部として、フロントガラス２１１、フロントドアガラス２１２、リアドアガラス２１３、およびリアガラス２１４を図示している。図９（Ａ）、（Ｂ）で説明した液晶パネル２００は、少なくともフロントガラス２１１に適用することができる。または、本発明の一態様は、窓部に限らず、サンバイザー等に適用してもよい。
【０１１８】図１０（Ｂ）には、図１０（Ａ）と同様に、移動体１００を上方からみた図を示す。上述したように液晶パネル２００の液晶は、ノーマリーホワイト型の液晶、またはノーマリーブラック型の液晶を用いることができる。図１０（Ｂ）において、ノーマリーホワイト型の液晶を有する液晶パネルをフロントガラス２１１Ｗおよびフロントドアガラス２１２Ｗに用い、ノーマリーブラック型の液晶を有する液晶パネルをリアドアガラス２１３Ｂおよびリアガラス２１４Ｂに用いる例を図示している。
【０１１９】図１０（Ｂ）の構成とすることで、電圧を印加していない状態で後方座席の窓部の光を非透過とすることができ、乗員のプライバシーを確保することができる。また、図１０（Ｂ）の構成とすることで、前方の座席の窓部の光を透過とすることができ、電気的な制御が難しい状態となっても光の透過性を確保することができる。
【０１２０】図１１には、図９（Ａ）、（Ｂ）で説明した液晶パネル２００をフロントガラス２１１にパネル状に適用した際の模式図を示す。図１１に示すように、フロントガラス２１１に液晶パネル２００が敷き詰められている。当該構成とすることで、光の透過率をそれぞれの液晶パネルで異ならせる制御をすることができる。当該構成とすることで、例えば対向車が点灯させているハイビームが照射される領域と、移動体１００に乗車している運転手の目との間にある液晶パネルのみの光の透過率を制御する構成とすることができる。また、例えば対向車が点灯させているハイビームが照射される領域と、移動体１００に乗車している運転手の目との間にある液晶パネルおよび当該液晶パネルの近傍に設けられた液晶パネルのみの光の透過率を制御する構成とすることができる。なお、図１１に示す構成では、フロントガラス２１１として赤外線および／または紫外線等を通さない材料を用いてもよい。
【０１２１】次に、移動体１００が有するセンサについて説明する。センサ１０３の性能およびセンサ１０４の性能は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。例えばセンサ１０４は対向車および、対向車が点灯させている光がハイビームであるか否かを正確に検出するため、明暗のダイナミックレンジが大きいセンサを用いることが好ましい。また、例えばセンサ１０４は対向車が点灯させているハイビームが照射される領域を、対向車が高速に動いていても正確に検出するために、フレーム周波数が高いセンサを用いることが好ましい。一方、センサ１０３は、センサ１０４より低性能のセンサを用いてもよい。つまり、センサ１０３は、センサ１０４より明暗のダイナミックレンジが小さくてもよいし、センサ１０４よりフレーム周波数が低くてもよい。センサ１０３としてセンサ１０４より低性能のセンサを用いることで、本発明の一態様の移動体を低価格で作製することができる。
【０１２２】なお、図１（Ｂ）に示すように、移動体１００がセンサ１０３およびセンサ１０４の他、センサ１０５を有する場合、センサ１０４およびセンサ１０５は、センサ１０３より高性能であることが好ましい。つまり、センサ１０４およびセンサ１０５は、センサ１０３より明暗のダイナミックレンジが大きく、さらにセンサ１０３よりフレーム周波数が高いことが好ましい。
【０１２３】図１２は、本発明の一態様の移動体が有する、センサ等の撮像装置の回路構成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２０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２０の出力信号に対してＣＤＳ動作を行うための回路２３（ＣＤＳ回路）と、回路２３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２４（Ａ／Ｄ変換回路等）と、回路２４で変換されたデータを選択して読み出す機能を有する回路２５（カラムドライバ）と、を有する。なお、回路２３を設けない構成とすることもできる。また、回路２２乃至回路２５をまとめて回路３０とする。
【０１２４】撮像素子１１は、グローバルシャッタ方式およびローリングシャッタ方式により動作することができる。図１３（Ａ）はグローバルシャッタ方式の動作方法を模式化した図であり、図１３（Ｂ）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る。図１３（Ａ）、（Ｂ）において、”Ｅ”は露光動作が行える期間、”Ｒ”は読み出し動作が行える期間を意味する。また、ｎは任意のｎ番目（ｎは２以上の自然数）のフレームである第ｎフレームを意味する。また、ｎ−１は第ｎフレームの一つ前のフレーム、ｎ＋１は第ｎフレームの一つ後のフレームを意味する。画素は、図１２に示すようにマトリクス状に配置されているものとする。また、Ｒｏｗ［１］は１行目の画素、Ｒｏｗ［Ｍ］はＭ行目（最終行）の画素を意味する。
【０１２５】図１３（Ａ）はグローバルシャッタ方式の動作方法を模式化した図である。グローバルシャッタ方式は、全画素で同時に露光を行い、その後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のない画像を得ることができる。つまり、センサ１０４およびセンサ１０５は、グローバルシャッタ方式で動作する撮像素子１１を有することが好ましい。
【０１２６】図１３（Ｂ）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る。ローリングシャッタ方式は、行毎に露光とデータの読み出しを順次行う動作方法である。全画素において撮像の同時性がないため、動体の撮像においては画像に歪が生じる。しかしながら、詳細は後述するが、一部のトランジスタを複数の画素間で共有する構成とする場合、ローリングシャッタ方式で動作する撮像素子１１が有する画素２０は、グローバルシャッタ方式で動作する撮像素子１１が有する画素２０より、１つの画素２０が有するトランジスタの数を減らすことができる。これにより、撮像素子１１を小型化することができる。したがって、センサ１０３がローリングシャッタ方式で動作する撮像素子１１を有する場合、センサ１０３を小型化することができ好ましい。
【０１２７】図１４は画素２０の回路図である。なお、以下の説明では、トランジスタがｎ−ｃｈ型である場合の例を示すが、これに限定されず、一部のトランジスタをｐ−ｃｈ型トランジスタに置き換えてもよい。
【０１２８】画素２０は、光電変換素子ＰＤと、トランジスタ４１乃至トランジスタ４４と、を有する。また、光電変換素子ＰＤの一方の電極は、トランジスタ４１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４１のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ４２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４１のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ４３のゲートと電気的に接続される。トランジスタ４３のソースまたはドレインの一方は、トランジスタ４４のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。
【０１２９】ここで、トランジスタ４１のソースまたはドレインの他方、トランジスタ４２のソースまたはドレインの一方、トランジスタ４３のゲートが接続されるノードＦＤを電荷蓄積部とする。
【０１３０】光電変換素子ＰＤの他方の電極は、配線７１（ＶＰＤ）に電気的に接続される。トランジスタ４２のソースまたはドレインの他方は、配線７２（ＶＲＳ）に電気的に接続される。トランジスタ４３のソースまたはドレインの他方は、配線７３（ＶＰＩ）に電気的に接続される。トランジスタ４４のソースまたはドレインの他方は、配線９１（ＯＵＴ１）に電気的に接続される。
【０１３１】なお、トランジスタおよび光電変換素子等の要素と、配線との接続形態は一例であり、それぞれの要素が異なる配線と電気的に接続される場合や、複数の要素が同一の配線に電気的に接続される場合もある。
【０１３２】配線７１（ＶＰＤ）、配線７２（ＶＲＳ）および配線７３（ＶＰＩ）は、電源線としての機能を有する。例えば、配線７１（ＶＰＤ）は、低電位電源線として機能させることができる。配線７２（ＶＲＳ）および配線７３（ＶＰＩ）は、高電位電源線として機能させることができる。
【０１３３】トランジスタ４１のゲートは、配線６１（ＴＸ）と電気的に接続される。トランジスタ４２のゲートは、配線６２（ＲＳ）と電気的に接続される。トランジスタ４４のゲートは、配線６３（ＳＥ）と電気的に接続される。
【０１３４】配線６１（ＴＸ）、配線６２（ＲＳ）および配線６３（ＳＥ）は、それぞれが接続される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。
【０１３５】トランジスタ４１は、光電変換素子ＰＤのカソードの電位をノードＦＤに転送するためのトランジスタとして機能させることができる。トランジスタ４２は、ノードＦＤの電位をリセットするためのトランジスタとして機能させることができる。トランジスタ４３は、ノードＦＤの電位に対応した出力を行うためのトランジスタとして機能させることができる。トランジスタ４４は、画素２０を選択するためのトランジスタとして機能させることができる。
【０１３６】なお、上述した画素２０の構成は一例であり、一部の回路、一部のトランジスタ、一部の容量素子、または一部の配線等が含まれない場合もある。または、上述した構成に含まれない回路、トランジスタ、容量素子、配線等が含まれる場合もある。また、一部の配線の接続形態が上述した構成とは異なる場合もある。
【０１３７】トランジスタ４１およびトランジスタ４２には、酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタ）を用いることができる。ＯＳトランジスタはシリコンをチャネル形成領域に用いたトランジスタ（以下、Ｓｉトランジスタ）よりもオフ電流が小さい。つまり、トランジスタ４１およびトランジスタ４２にＯＳトランジスタを用いることにより、ノードＦＤに蓄積された電荷を長期間保持することができる。したがって、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。つまり、センサ１０４およびセンサ１０５が有する、トランジスタ４１およびトランジスタ４２には、ＯＳトランジスタを用いることが好ましい。なお、トランジスタ４３およびトランジスタ４４にＯＳトランジスタを用いてもよい。
【０１３８】ＯＳトランジスタは、Ｓｉトランジスタよりも電気特性変動の温度依存性が小さいため、極めて広い温度範囲で使用することができる。したがって、自動車等に搭載するセンサ等の半導体装置にはＯＳトランジスタを用いることが好ましい。
【０１３９】なお、画素２０は図１５（Ａ）に示すように、ノードＦＤに容量素子が接続される構成であってもよい。また、画素２０は図１５（Ｂ）に示すように、図１４とは光電変換素子ＰＤの向きが逆であってもよい。
【０１４０】また、画素２０に用いるトランジスタは、図１６（Ａ）に示すように、トランジスタ４１乃至トランジスタ４４にバックゲートを設けた回路構成であってもよい。図１６（Ａ）はバックゲートに定電位を印加する構成であり、しきい値電圧を制御することができる。
【０１４１】それぞれのバックゲートに接続される配線７５乃至配線７８には、個別に異なる電位を供給することができる。または、図１６（Ｂ）に示すように、トランジスタ４１およびトランジスタ４２が有するバックゲートに接続される配線は電気的に接続されていてもよい。また、トランジスタ４３およびトランジスタ４４が有するバックゲートに接続される配線は電気的に接続されていてもよい。
【０１４２】ｎ−ｃｈ型のトランジスタでは、バックゲートにソース電位よりも低い電位を印加すると、しきい値電圧はプラス方向にシフトする。逆に、バックゲートにソース電位よりも高い電位を印加すると、しきい値電圧はマイナス方向にシフトする。したがって、予め定められたゲート電圧で各トランジスタのオン、オフを制御する場合、バックゲートにソース電位よりも低い電位を印加すると、オフ電流を小さくすることができる。また、バックゲートにソース電位よりも高い電位を印加すると、オン電流を大きくすることができる。
【０１４３】また、前述したように、トランジスタ４３およびトランジスタ４４にはオン電流の高いトランジスタを用いることが好ましい。トランジスタ４３およびトランジスタ４４のバックゲートにソース電位よりも高い電位を印加することで、オン電流をより大きくすることができる。したがって、配線９１（ＯＵＴ１）に出力される読み出し電位を速やかに確定することができる、すなわち、高い周波数で動作させることができる。
【０１４４】なお、トランジスタ４４は、図１６（Ｃ）に示すようにフロントゲートと同じ電位がバックゲートに印加される構成であってもよい。
【０１４５】また、撮像装置の内部では、各電源電位の他、信号電位および上記バックゲートに印加する電位等、複数の電位を用いる。撮像装置の外部から複数の電位を供給すると、端子数等が増加するため、撮像装置の内部で複数の電位を生成する電源回路を有することが好ましい。
【０１４６】図１７に示すタイミングチャートを用いて、図１６（Ａ）に示す画素回路の動作を説明する。タイミングチャートにおいて、Ｖ１は基準電位よりも高い電位であり、例えば高電源電位（ＶＤＤ）とすることができる。Ｖ０は基準電位、すなわちソース電位であり、例えば、０Ｖ、ＧＮＤ電位または低電源電位（ＶＳＳ）とすることができる。
【０１４７】まず、時刻Ｔ１において、配線７５（ＲＳ）および配線６１（ＴＸ）の電位をＶ１とすると、トランジスタ４１およびトランジスタ４２が導通し、ノードＦＤはリセット電位（例えばＶＤＤ）にリセットされる（リセット動作）。このとき、配線７５および配線７６をＶ０より高い電位（＞Ｖ０）とすることで、トランジスタ４１およびトランジスタ４２のオン電流が高められ、速やかにリセット動作を行うことができる。
【０１４８】時刻Ｔ２に配線７５（ＲＳ）の電位をＶ０とすると、トランジスタ４２が非導通となり、リセット動作が終了して蓄積動作が開始される。このとき、配線７６をＶ０より低い電位とすることで、トランジスタ４２のオフ電流を低くすることができ、リーク電流によるノードＦＤへの電荷の供給を防止することができる。なお、時刻Ｔ２において、配線７５の電位をＶ０としてもよい。
【０１４９】時刻Ｔ３に配線６１（ＴＸ）の電位をＶ０とすると、トランジスタ４１が非導通となり、ノードＦＤの電位が確定して保持される（保持動作）。このとき、配線７５をＶ０より低い電位（＜Ｖ０）とすることで、トランジスタ４１のオフ電流を低くすることができ、リーク電流によるノードＦＤから電荷の流出を防止することができる。
【０１５０】時刻Ｔ４に配線６３（ＳＥ）の電位をＶ１とすると、トランジスタ４４が導通し、トランジスタ４３に流れる電流に従って配線９１（ＯＵＴ１）の電位が変化する（読み出し動作）。このとき、配線７７および配線７８をＶ０より高い電位（＞Ｖ０）とすることで、トランジスタ４３およびトランジスタ４４のオン電流が高められ、速やかに配線９１（ＯＵＴ１）の電位の確定することができる。
【０１５１】時刻Ｔ５に配線６３（ＳＥ）の電位をＶ０とすると、トランジスタ４４が非導通となり、読み出し動作が完了する。なお、読み出し動作が終了するまで、ノードＦＤの電位が変化しないように配線７５および配線７６の電位をＶ０より低い電位（＜Ｖ０）に保持しておくことが好ましい。なお、上記説明において、配線７６は配線７５と同じタイミングで電位を変化させてもよい。
【０１５２】以上により、ノードＦＤの電位に従った信号を読み出すことができる。なお、図１４に示す画素２０は、図１７に示すタイミングチャートの配線７５乃至７８の制御を省いて動作させればよい。図１６（Ｂ）に示す画素２０は、図１７に示すタイミングチャートの配線７６および配線７８の制御を省いて動作させればよい。
【０１５３】また、本発明の一態様の画素回路は、図１８（Ａ）、（Ｂ）に示すように複数の画素でトランジスタを共有する構成としてもよい。
【０１５４】図１８（Ａ）に示すトランジスタ共有型の画素は、画素２０ａ乃至画素２０ｄはそれぞれ光電変換素子ＰＤ、トランジスタ４１およびトランジスタ４５を個別に有し、トランジスタ４２乃至トランジスタ４４を共有している構成である。画素２０ａ乃至画素２０ｄが有するトランジスタ４１のそれぞれは、配線６１ａ至配線６１ｄで動作が制御される。また、配線６５（ＧＰＤ）の電位により動作が制御されるトランジスタ４５を光電変換素子ＰＤと配線７１（ＶＰＤ）との間に設けることで、光電変換素子ＰＤのカソードに電位を保持することができる。したがって、全ての画素で同時にリセット動作、蓄積動作、保持動作を行い、画素ごとに読み出し動作を行うグローバルシャッタ方式を用いた撮像に適している。つまり、センサ１０４およびセンサ１０５が有する撮像素子１１の画素２０は、図１８（Ａ）に示した回路構成とすることが好ましい。
【０１５５】図１８（Ｂ）に示すトランジスタ共有型の画素は、画素２０ａ乃至画素２０ｄはそれぞれ光電変換素子ＰＤおよびトランジスタ４１を個別に有し、トランジスタ４２乃至トランジスタ４４を共有している構成である。当該構成では、画素ごとにリセット動作、蓄積動作、保持動作、読み出し動作を順次行うことができ、主にローリングシャッタ方式を用いた撮像に適している。また、トランジスタ４５を有しないため、画素１個あたりのトランジスタの数を少なくすることができる。以上より、センサ１０３が有する撮像素子１１の画素２０は、図１８（Ｂ）に示した回路構成とすることが好ましい。
【０１５６】図１８（Ａ）、（Ｂ）に示す画素回路は、配線９１（ＯＵＴ１）が延在する方向（以下、垂直方向）に並んだ複数の画素（画素２０ａ、画素２０ｂ、画素２０ｃ、画素２０ｄ）でトランジスタを共有する構成を示しているが、配線６４（ＳＥ）が延在する方向（以下、水平方向）に並んだ複数の画素でトランジスタを共有する構成であってもよい。または、水平垂直方向に並んだ複数の画素でトランジスタを共有する構成であってもよい。
【０１５７】また、トランジスタを共有する画素数は４画素に限らず、２画素、３画素、または５画素以上であってもよい。
【０１５８】図１８（Ａ）、（Ｂ）においては、図１４に示す配線７２（ＶＲＳ）と配線７３（ＶＰＩ）とを統合して、配線７２（ＶＲＳ）を省く構成を示しているが、配線７２（ＶＲＳ）を有する構成であってもよい。
【０１５９】図６では、１個のセンサ１０３をダッシュボードの上に設けた場合を示したが、本発明の一態様はこれに限らない。図１９（Ａ）に示すように、センサ１０３として例えばセンサ１０３Ｌおよびセンサ１０３Ｒの２つを設けてもよい。この場合、例えばセンサ１０３Ｌにより運転手１２０の左目１２１Ｌの位置を検出し、センサ１０３Ｒにより右目１２１Ｒの位置を検出することができる。これにより、運転手１２０の目１２１の位置をより正確に検出することができる。
【０１６０】センサ１０３はダッシュボードの上に限らず任意の位置に設けることができ、例えば窓部１０２にセンサ１０３を設けてもよい。また、センサ１０３としてセンサ１０３Ｌおよびセンサ１０３Ｒの２つを設ける場合、例えばセンサ１０３Ｌおよびセンサ１０３Ｒを運転手１２０の顔面の前面に設けることができる。例えば、センサ１０３Ｌおよびセンサ１０３Ｒをダッシュボード上に設けることができる。例えば、センサ１０３Ｌをダッシュボード上に設け、センサ１０３Ｒをピラーまたはサイドドアに設けることができる。
【０１６１】なお、センサ１０３は、例えば移動体１００に乗車している運転手１２０の目１２１の位置を検出する機能を有するので、移動体１００の内側に設けることが好ましいが、センサ１０３を移動体１００の外側に設けてもよい。
【０１６２】また、センサ１０３Ｌおよびセンサ１０３Ｒの一方を赤外線センサとし、センサ１０３Ｌおよびセンサ１０３Ｒの他方を可視光線を検出するセンサとしてもよい。この場合、赤外線センサにより運転手１２０の位置を検出して、可視光線を検出するセンサにより運転手１２０の目１２１を検出することができる。また、センサ１０３を３個以上設け、１個以上のセンサ１０３を赤外線センサとし、残りのセンサ１０３を可視光線を検出するセンサとしてもよい。
【０１６３】また、図１９（Ｂ）に示すように、移動体１００には、運転席に設けられた座席１５０の位置および背もたれの角度等を検出する機能を有するセンサ１５１を設けてもよい。これにより、運転手１２０の目１２１の位置をより正確に検出することができる。なお、図１９（Ｂ）ではセンサ１５１を移動体１００の天井に設ける構成としたが、センサ１５１は任意の位置に設けることができる。例えば、移動体１００のダッシュボード上にセンサ１５１を設けてもよい。例えば、移動体１００の窓部１０２にセンサ１５１を設けてもよい。また、センサ１５１を設けず、センサ１０３により座席１５０の位置および背もたれの角度等を検出してもよい。
【０１６４】なお、本発明の一態様では窓部１０２の光の透過率を制御しているが、図２０に示すようにサンバイザー１５２を運転手１２０の顔面付近に配置する構成としてもよい。この場合、サンバイザー１５２の光の透過率を局所的に制御する。また、センサ１０３をサンバイザー１５２に設けることができる。
【０１６５】図６では、センサ１０４を窓部１０２に１個設けた場合を示したが、本発明の一態様はこれに限らない。センサ１０４として例えばセンサ１０４Ｌおよびセンサ１０４Ｒの２つを設けてもよい。この場合、例えば移動体１００と対向車との距離を正確に測定することができるため好ましい。
【０１６６】センサ１０４Ｌおよびセンサ１０４Ｒは、例えば図２１（Ａ）に示すようにフロントバンパーに設けることができる。また、例えば図２１（Ｂ）に示すようにサイドミラーに設けることができる。また、例えば図２１（Ｃ）に示すようにルーフに設けることができる。
【０１６７】センサ１０４は、例えば対向車を検出する機能を有するので、移動体１００の外側に設けることが好ましいが、センサ１０４を移動体１００の内側に設けてもよい。センサ１０４を移動体１００の内側に設ける場合、例えば図６に示すようにセンサ１０４を窓部１０２に設けることができる。なお、センサ１０４を窓部１０２に設ける場合、センサ１０４の正面およびその近傍の領域の窓部１０２は光の透過率が変化しない構成とすることが好ましい。これにより、センサ１０４の対向車等の検出精度が低下することを抑制することができる。
【０１６８】なお、図１（Ｂ）に示すように移動体１００がセンサ１０５を有する場合、センサ１０５を設ける位置は図６および図２１を適宜参照することができる。つまり、センサ１０４と同様の位置にセンサ１０５を設けることができる。例えば、センサ１０４をフロントバンパーに設け、センサ１０５を窓部１０２に設けることができる。また、例えばセンサ１０４をルーフに設け、センサ１０５をフロントバンパーに設けることができる。
【０１６９】本発明の一態様の移動体および移動体用システムでは、フロントドアガラス２１２、リアドアガラス２１３およびリアガラス２１４等の光の透過率を制御してもよい。例えばフロントドアガラス２１２、リアドアガラス２１３およびリアガラス２１４等に液晶パネルを貼りつけることにより光の透過率を制御することができる。
【０１７０】例えば、図２２（Ａ）に示すように移動体１００の後続車１６０が有するヘッドライト１６１がハイビーム１６２を点灯させている場合、ハイビーム１６２が移動体１００に乗車している運転手の目に照射され、当該運転手が眩しさを感じる場合がある。そこで、ヘッドライト１６１がハイビーム１６２を点灯させている場合、フロントドアガラス２１２、リアドアガラス２１３およびリアガラス２１４等の光の透過率を低下させることにより、移動体１００に乗車している運転手が感じる眩しさを低減することができる。
【０１７１】フロントドアガラス２１２、リアドアガラス２１３およびリアガラス２１４等の光の透過率は、すべての領域について同時に制御してもよいし、局所的に制御してもよい。例えば、ハイビーム１６２と、移動体１００に乗車している運転手の目との間の領域のみ、フロントドアガラス２１２、リアドアガラス２１３およびリアガラス２１４等の光の透過率を低下させてもよい。例えば、ハイビーム１６２と、移動体１００に乗車している運転手の目との間の領域およびその近傍の領域のみ、フロントドアガラス２１２、リアドアガラス２１３およびリアガラス２１４等の光の透過率を低下させてもよい。このように光の透過率を局所的に制御する場合、移動体１００に乗車している運転手が感じる眩しさを低減することができる一方、視認性の低下を抑えることができる。
【０１７２】また、本発明の一態様の移動体および移動体用システムでは、移動体１００が有するバックミラーの反射率を制御してもよい。例えば、ヘッドライト１６１がハイビーム１６２を点灯させている場合、バックミラーの反射率を低下させることにより、移動体１００に乗車している運転手が感じる眩しさを低減することができる。
【０１７３】なお、ハイビーム１６２を検出するセンサとして、センサ１０４またはセンサ１０５を用いても良いし、他のセンサを用いてもよい。他のセンサを用いる場合、図２２（Ｂ）に示すようにハイビーム１６２を検出する機能を有するセンサ１６４を、例えばリアバンパーに設けることができる。または例えばルーフ、サイドミラー等に設けることができる。
【０１７４】なお、図２２（Ｂ）ではセンサ１６４を１個設ける場合を示したが、本発明の一態様はこれに限らない。図２２（Ｃ）に示すように、センサ１６４として例えばセンサ１６４Ｌおよびセンサ１６４Ｒの２つを設けてもよい。
【０１７５】また、移動体１００には、後続車１６０を検出する機能を有するセンサを設けてもよい。後続車１６０は、センサ１０４、センサ１０５またはセンサ１６４により検出してもよいし、専用のセンサにより検出してもよい。
【０１７６】本発明の一態様の移動体および移動体用システムでは、運転手１２０の顔が横を向いているときには、運転手１２０の顔が前を向いているときに目１２１が存在すると思われる場所を予測してもよい。例えば、図２３に示すように、運転席側のピラーまたはサイドドアにセンサ１２３Ｒを、助手席側のピラーまたはサイドドアにセンサ１２３Ｌをそれぞれ設け、センサ１２３Ｒまたはセンサ１２３Ｌにより運転手１２０の顔が横を向いているか否かを検出する。運転手１２０の顔が横を向いている場合、例えば図１（Ａ）、（Ｂ）に示す演算回路１１３が、目１２１の位置に関する情報の代わりに、運転手１２０の顔が前を向いている場合に目１２１が存在すると予測される領域１２２に関する情報を取得する。そして、領域１２２をもとにして、光の透過率を変化させる窓部１０２の領域１４０の算出等を行う。
【０１７７】領域１２２に関する情報は、例えば図１（Ａ）、（Ｂ）に示す記憶回路１１２に記憶することができる。この場合、記憶回路１１２は、領域１２２に関する情報を有する信号を演算回路１１３に出力する機能を有する。なお、領域１２２は、例えば運転手１２０の顔が前を向いている時にセンサ１０３によって検出された目１２１の位置をもとに算出することができる。
【０１７８】図２３では、センサ１２３Ｒおよびセンサ１２３Ｌにより運転手１２０の顔が横を向いているか否かを検出する場合を示しているが、本発明の一態様はこれに限らない。例えば、１個のセンサ１２３により運転手１２０の顔が横を向いているか否かを検出してもよい。この場合、センサ１２３は例えばダッシュボード上または窓部１０２等に設けることができる。また、センサ１０３により運転手１２０の顔が横を向いているか否かを検出してもよい。
【０１７９】センサ１０３は、運転手１２０が居眠りしているか否かを検出する機能を有してもよい。例えば、運転手１２０の閉眼率を算出し、当該閉眼率があらかじめ指定した規定値以下である場合は運転手１２０が居眠りをしていると判断する。なお、閉眼率の規定値は、例えば図１（Ａ）、（Ｂ）に示す記憶回路１１２に記憶させることができる。
【０１８０】図２４（Ａ）は、覚醒時における目１２１の状態を示す。図２４（Ｂ）は、居眠り時における目１２１の状態を示す。例えば、覚醒時における目１２１の下まぶたから上まぶたまでの長さをＬＯＰ、居眠り時における目１２１の下まぶたから上まぶたまでの長さをＬＣＬとすると、閉眼率は例えばＬＣＬ／ＬＯＰにより算出することができる。
【０１８１】なお、運転手１２０の閉眼率の計算は、例えば図１（Ａ）、（Ｂ）に示す検出回路１１１により行うことができる。また、運転手１２０が居眠りをしているか否かの判断は、例えば図１（Ａ）、（Ｂ）に示す演算回路１１３により行うことができる。演算回路１１３は、例えば運転手１２０が居眠りをしているか否かに関する情報を有する信号ＳＤＯＺを出力する機能を有する。
【０１８２】なお、覚醒時における目１２１の下まぶたから上まぶたまでの長さＬＯＰは人によって異なる。そこで、運転手ごとにあらかじめ長さＬＯＰを測定しておき、記憶回路１１２等に記憶させておくことが好ましい。また、運転手１２０が居眠りをしているか否かを判断する際に用いる運転手１２０の閉眼率の規定値を、運転手ごとに変えてもよい。
【０１８３】また、運転手１２０がまばたきを行った場合、運転手１２０の閉眼率は低下する。そこで、運転手１２０の閉眼率が規定値以下となったとしても、一定時間以内に運転手１２０の閉眼率が規定値を上回った場合は、運転手１２０は居眠りをしていないと判断することが好ましい。当該一定時間として、例えば０．１５ｓとすることができる。以上により、運転手１２０が居眠りをしているか否かを正確に判断することができる。
【０１８４】本発明の一態様では、例えば目１２１に光を照射する機能を有するライトを移動体１００に設け、運転手１２０が居眠りをしていると判断された場合は当該ライトを点灯することができる。また、例えば警報機を移動体１００に設け、運転手１２０が居眠りをしていると判断された場合は当該警報機を作動させることができる。以上により、運転手１２０の居眠りを抑制することができる。なお、演算回路１１３は前述のライトまたは警報機に信号ＳＤＯＺを出力することができ、当該ライトまたは当該警報機は信号ＳＤＯＺに応じて動作する機能を有する。
【０１８５】センサ１０３およびセンサ１０４は、障害物を検出する機能を有してもよい。例えば、図２５（Ａ）に示すように、移動体１００の前方を横切る歩行者１３５等の障害物を検出する機能を有してもよい。そして、移動体１００が減速しなければ移動体１００と障害物が衝突すると予測される場合、衝突しなくなる速度まで移動体１００を自動的に減速する。以上により、例えば移動体１００が障害物に衝突することを抑制することができる。
【０１８６】図２５（Ｂ）は、センサ１０３およびセンサ１０４が障害物を検出する機能を有する場合の、本発明の一態様の移動体および移動体用システムの構成例を示すブロック図である。
【０１８７】センサ１０３およびセンサ１０４は、障害物を検出し、当該障害物に関する情報を有する信号ＳＯＢを演算回路に出力する機能を有する。なお、信号ＳＯＢは、例えば移動体１００の前方に障害物が存在しているか否かに関する情報、および移動体１００と障害物との距離に関するに関する情報等を有する。
【０１８８】検出回路１１１は、障害物の移動方向ＤＯＢに関する情報を有する信号ＳＤＯＢを演算回路１１３に出力する機能を有する。また、検出回路１１１は、障害物の移動速度ＶＯＢに関する情報を有する信号ＳＶＯＢを演算回路１１３に出力する機能を有する。また、検出回路１１１は、移動体１００の速度ＶＭＯＶに関する情報を有する信号ＳＶＭＯＶを演算回路１１３に出力する機能を有する。
【０１８９】演算回路１１３は、制動装置１１４を動作させるための信号ＳＢＲを出力する機能を有する。信号ＳＢＲは、移動体１００と障害物との接触を防ぐために必要な、移動体１００の減速度に関する情報を有する。
【０１９０】なお、図２５（Ｂ）では記憶回路１１２に関する記載は省略しているが、実際には移動体１００は図１（Ａ）で説明した機能を有する記憶回路１１２を有する。また、図２５（Ｂ）では図１（Ａ）に示した信号は省略しているが、図２５（Ｂ）に示すセンサおよび回路は、図１（Ａ）に示した信号の入出力を行う機能を有する。
【０１９１】次に、図２５（Ｂ）に示す構成の移動体１００の動作例について、図２６に示すフローチャートを用いて説明する。
【０１９２】ステップＳ２１において、演算回路１１３がセンサ１０３およびセンサ１０４から障害物に関する情報を取得する。当該情報は、前述のように信号ＳＯＢとして演算回路１１３に出力される。なお、信号ＳＯＢは、前述のように例えば移動体１００の前方に障害物が存在しているか否かに関する情報、および移動体１００と障害物との距離に関するに関する情報等を有する。
【０１９３】ステップＳ２２において、演算回路１１３が信号ＳＯＢをもとにして障害物が検出されたか否かを判断する。障害物が検出されなかった場合は、ステップＳ２１に戻って再度演算回路１１３がセンサ１０３およびセンサ１０４から障害物に関する情報を取得する。障害物が検出された場合はステップＳ２３に進む。
【０１９４】ステップＳ２３において、演算回路１１３が検出回路１１１から障害物の移動方向ＤＯＢに関する情報および障害物の移動速度ＶＯＢに関する情報を取得する。前述のように、移動方向ＤＯＢに関する情報は信号ＳＤＯＢとして演算回路１１３に出力され、移動速度ＶＯＢに関する情報は信号ＳＶＯＢとして演算回路１１３に出力される。
【０１９５】ステップＳ２４において、演算回路１１３は障害物の移動方向ＤＯＢ、障害物の移動速度ＶＯＢおよび信号ＳＯＢが有する移動体１００と障害物との距離に関する情報等から、移動体１００が減速しなかった場合に移動体１００と障害物が衝突するか否かを判断する。移動体１００が減速しなくても移動体１００と障害物が衝突しない場合はステップＳ２１に戻る。移動体１００が減速しなければ移動体１００と障害物が衝突する場合は、ステップＳ２５に進む。
【０１９６】ステップＳ２５において、演算回路１１３が検出回路１１１から移動体１００の速度ＶＭＯＶに関する情報を取得する。前述のように、速度ＶＭＯＶに関する情報は信号ＳＶＭＯＶとして演算回路１１３に出力される。
【０１９７】ステップＳ２６において、演算回路１１３は移動体１００の速度ＶＭＯＶおよび信号ＳＯＢが有する移動体１００と障害物との距離に関する情報等から、移動体１００が障害物と衝突しないようにするために必要な、移動体１００の減速度を算出する。当該減速度に関する情報は、前述のように信号ＳＢＲとして制動装置１１４に出力される。そして、制動装置１１４は信号ＳＢＲをもとに移動体１００を自動的に減速する。
【０１９８】ステップＳ２６の終了後、ステップＳ２１に戻る。以上が図２５（Ｂ）に示す構成の移動体１００の動作例である。
【０１９９】なお、移動体１００の減速度は、移動体１００が障害物と接触しない範囲でできる限り小さくすることが好ましい。これにより、後続車が移動体１００と衝突する可能性を低減することができる。また、移動体１００の乗員にかかる衝撃を低減することができる。
【０２００】また、移動体１００と障害物があらかじめ定めた規定値以上の距離を保つように移動体１００の減速度を制御してもよい。当該規定値は、例えば記憶回路１１２に記憶させることができる。以上の場合、例えばステップＳ２４において、移動体１００が減速しなかった場合に移動体１００と障害物との距離が規定値を下回るか否かを判定することができる。ステップＳ２４において、移動体１００が減速しなくても移動体１００と障害物は衝突しないが、移動体１００と障害物との距離が規定値を下回ると判断された時は、ステップをＳ２１に戻らずにステップＳ２５に進めることができる。これにより、例えば障害物の移動方向ＤＯＢおよび障害物の移動速度ＶＯＢが急に変化した場合等においても、移動体１００が障害物へ衝突する可能性を低減することができる。
【０２０１】図２６に示した動作手順はあくまで一例であり、本発明の一態様を実現可能であれば任意の動作手順とすることができる。
【０２０２】次に、撮像素子１１が有する画素２０の断面構造について説明する。図２７（Ａ）は、３画素分（画素２０ｅ、画素２０ｆ、画素２０ｇ）の画素２０の構成を示している。
【０２０３】図２７に示すように、画素２０は、層１１００、層１２００および層１３００を有する構成とすることができる。例えば、層１１００は、画素回路を構成するトランジスタ４１乃至トランジスタ４４等を有する。層１２００は、光電変換素子ＰＤ等を有する。層１３００はカラーフィルタおよびマイクロレンズアレイ等を有する。図２７に示すように、光電変換素子およびトランジスタを３次元的に集積化する構成とし、それぞれに適した材料を用いて製造工程を行うことで、より高機能のイメージセンサを作製することができる。
【０２０４】なお断面図において、各層には保護膜、層間絶縁膜または平坦化膜としての機能を有する絶縁層８１ａ乃至絶縁層８１ｅ等が設けられる。例えば、絶縁層８１ａ乃至絶縁層８１ｅは、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等で成膜する酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等の無機絶縁膜を用いることができる。または、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の有機絶縁膜等を用いてもよい。絶縁層８１ａ乃至絶縁層８１ｅ等の上面は、必要に応じてＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法等で平坦化処理を行ってもよい。
【０２０５】図２７は、トップゲート型のＯＳトランジスタを用いた例であり、トランジスタ４１を例示している。ＯＳトランジスタは、層１２００上に形成された絶縁層（絶縁層８１ｄ）上に設けられ、酸化物半導体層３３０と、ソース電極またはドレイン電極として機能する導電層３４０と、ゲート絶縁層として機能する絶縁層３６０と、ゲート電極として機能する導電層３７０を有する。なお、絶縁層８１ｃはバックゲート側のゲート絶縁層としての機能を有することもできる。
【０２０６】図２７では、トランジスタ４１にバックゲート電極として機能する導電層３７３を設ける構成を例示している。画素回路に設けるＯＳトランジスタをトップゲート型トランジスタとする場合は、層１２００側を透過した光が層１１００に照射されることがあるため、バックゲート電極を設けて遮光する構成とすることが好ましい。ただし、層１２００の厚さが十分にあり、光の透過率が許容範囲であれば、バックゲート電極を設けない構成とすることもできる。または、遮光層等が別途設けられている場合もバックゲート電極を設けない構成とすることもできる。
【０２０７】層１２００に設ける光電変換素子ＰＤには、単結晶シリコン基板に設けたフォトダイオードを用いることができる。当該フォトダイオードは、光電変換特性に優れている。また、母材の単結晶シリコン基板が光電変換層として機能するため、比較的簡易に製造することができる。単結晶シリコン基板は必要に応じて研磨し、例えば３乃至３０μｍの厚さとすればよい。
【０２０８】なお、図２７ではｐｎ接合型フォトダイオードを例示しており、図１４に示す回路図に従って、領域５１０をカソード（ｎ型領域）、領域５２０をアノード（ｐ型領域）とすることができる。例えば、ｐ型の単結晶シリコン基板を用い、領域５１０にリン等のドーパントを添加することでｎ型化すればよい。なお、画素２０が図１５（Ｂ）に示すように、図１４とは光電変換素子ＰＤの向きが逆である場合は、領域５１０をアノード（ｐ型領域）、領域５２０カソード（ｎ型領域）をとすることができる。例えば、ｎ型の単結晶シリコン基板を用い、領域５１０にホウ素等のドーパントを添加することでｐ型化すればよい。
【０２０９】また、層１２００に設けるフォトダイオードは、図２８（Ａ）に示すように領域５１０と絶縁層８１ｄとの間の一部に領域５１０とは逆の導電型を有する領域５３０を設けてもよい。なお、図２８（Ｂ）に示すように領域５１０と絶縁層８１ｄとの間の全域に領域５３０が設けられていてもよい。このような構成とすることで、フォトダイオードが埋め込み型となるため、シリコンと絶縁層の界面で発生するノイズを抑えることができる。
【０２１０】また、層１２００に設けるフォトダイオードは、図２８（Ｃ）に示すように画素間に隔壁を設ける構成としてもよい。当該隔壁は、画素間に溝を形成し、絶縁層８１ｅで当該溝を充填するように形成すればよい。このような構成とすることで、斜め方向から照射される光（迷光）の侵入を防止することができる。
【０２１１】なお、隔壁としては、シリコンよりも屈折率の低い材料を用いることが好ましい。例えば、絶縁層８１ｅには前述した材料を用いればよい。または、光を吸収しやすい材料を用いて隔壁を形成してもよい。例えば、カーボンブラック等のカーボン系黒色顔料、チタンブラック等のチタン系黒色顔料、鉄の酸化物、銅およびクロムの複合酸化物、銅、クロムおよび亜鉛の複合酸化物、等の材料が添加された樹脂等を用いることもできる。
【０２１２】また、層１２００に設けるフォトダイオードは、図２８（Ｄ）に示すように領域５２０と絶縁層８１ｅとの間に領域５２０と同じ導電型で領域５２０よりもドーパント濃度の高い領域５４０を設けてもよい。このような構成とすることで、キャリアを効率良く収集することができる。
【０２１３】また、層１２００に設けるフォトダイオードは、図２８（Ｅ）に示すように領域５３０と隣接して領域５４０を設けてもよい。このような構成とすることで、フォトダイオードと接続する配線を一方の面に集約することができる。
【０２１４】なお、図２７、図２８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の構成では、複数の画素毎に領域５２０と配線７１が電気的に接続する構成とすればよい。また、図２８（Ｄ）の構成では、複数の画素毎に領域５４０と配線７１が領域５４５を介して電気的に接続する構成とすればよい。なお、領域５４５は領域５４０と同様に領域５２０と同じ導電型で領域５２０よりもドーパント濃度の高い領域である。また、図２８（Ｅ）の構成では、各領域５４０が配線７１と電気的に接続する構成とすればよい。
【０２１５】本発明の一態様の撮像装置では、図２７に示すように、トランジスタ４１のソースまたはドレインの一方と光電変換素子ＰＤの一方の電極との電気的な接続は、導電体８２を介して行う。導電体８２は、絶縁層８１ｂ、導電層３４０、酸化物半導体層３３０、絶縁層８１ｃおよび絶縁層８１ｄを貫通するように設けられる。
【０２１６】このような構成とすることで、複数の導電体８２、および接続配線等を用いたブリッジ接続を行うことなく上記電気的な接続を得ることができ、工程を簡略化することができる。また、トランジスタ４１の形成前に絶縁層８１ｃおよび絶縁層８１ｄ等に開口部を設ける必要がなく、段差等の形状に起因した工程不良の発生を抑えることができる。
【０２１７】なお、導電体８２と光電変換素子ＰＤの一方の電極との電気的な接続は、図２９（Ａ）に示すように導電層５５０を介して行ってもよい。導電層５５０には、例えばＷ、Ｔａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、ステンレス・スチール、Ｐｄ等の金属層を用いることができる。導電層５５０は、光電変換素子ＰＤの電極として作用するほか、導電体８２を設ける貫通口を形成する際のエッチングストッパーとしても作用する。また、トランジスタに対する遮光層、および光電変換素子ＰＤの反射電極としても作用する。
【０２１８】また、導電体８２は、図２９（Ｂ）に示すように導電層３４０および酸化物半導体層３３０を貫通せず、導電層３４０の上面および側面、ならびに酸化物半導体層３３０の側面と接することで電気的な接続を得てもよい。導電層３４０には、主に難エッチング材料である金属層が用いられるため、このような構成とすることで貫通口を形成する際のエッチング工程の負荷を低減することができる。
【０２１９】また、図２９（Ｃ）に示すように、光電変換素子ＰＤの一方の電極と電気的な接続を有する導電層５６０と導電体８２が電気的な接続を有する構成としてもよい。導電層５６０は、絶縁層８１ｄに開口部を設けた後、導電層３７３と同一の工程で形成すればよい。導電層５６０は、導電体８２を設ける貫通口を形成する際のエッチングストッパーとして作用する。
【０２２０】層１３００には、遮光層１５３０、光学変換層１５５０ａ、光電変換層１５５０ｂ、光電変換層１５５０ｃおよびマイクロレンズアレイ１５４０等を設けることができる。
【０２２１】層１２００と接する領域には、絶縁層８１ｅが形成される。絶縁層８１ｅは可視光に対して透光性の高い酸化シリコン膜等を用いることができる。また、パッシベーション膜として窒化シリコン膜を積層する構成としてもよい。また、反射防止膜として、酸化ハフニウム等の誘電体膜を積層する構成としてもよい。
【０２２２】絶縁層８１上には遮光層１５３０を設けることができる。遮光層１５３０は隣り合う画素の境に配置され、斜め方向から侵入する迷光を遮蔽する機能を有する。遮光層１５３０には、アルミニウム、タングステン等の金属層や当該金属層と反射防止膜としての機能を有する誘電体膜を積層する構成とすることができる。
【０２２３】絶縁層８１および遮光層１５３０上には光学変換層１５５０ａ、光電変換層１５５０ｂおよび光電変換層１５５０ｃを設けることができる。例えば、光学変換層１５５０ａ、光電変換層１５５０ｂ、光電変換層１５５０ｃに、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｙ（黄）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）等のカラーフィルタを割り当てることにより、カラー画像を得ることができる。
【０２２４】なお、光学変換層に可視光線の波長以下の光を遮るフィルタを用いれば赤外線撮像装置とすることができる。また、光学変換層に近赤外線の波長以下の光を遮るフィルタを用いれば遠赤外線撮像装置とすることができる。また、光学変換層に可視光線の波長以上の光を遮るフィルタを用いれば紫外線撮像装置とすることができる。
【０２２５】光学変換層１５５０ａ、光電変換層１５５０ｂおよび光電変換層１５５０ｃ上には、マイクロレンズアレイ１５４０を設けることができる。マイクロレンズアレイ１５４０が有する個々のレンズを通る光が直下の光学変換層１５５０ａ、光電変換層１５５０ｂおよび光電変換層１５５０ｃを通り、光電変換素子ＰＤに照射されるようになる。
【０２２６】本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【０２２７】（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様に用いることのできるＯＳトランジスタについて図面を用いて説明する。なお、本実施の形態における図面では、明瞭化のために一部の要素を拡大、縮小、または省略して図示している。
【０２２８】図３０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明の一態様のトランジスタ３０１の上面図および断面図である。図３０（Ａ）は上面図であり、図３０（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２方向の断面が図３０（Ｂ）に相当する。また、図３０（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２方向の断面が図３０（Ｃ）に相当する。
【０２２９】なお、本実施の形態で説明する図面において、一点鎖線Ｘ１−Ｘ２方向をチャネル長方向、一点鎖線Ｙ１−Ｙ２方向をチャネル幅方向と呼ぶ。
【０２３０】トランジスタ３０１は、基板３１５と接する絶縁層３２０と、絶縁層３２０と接する導電層３７３と、絶縁層３２０と接する酸化物半導体層３３０と、酸化物半導体層３３０と電気的に接続する導電層３４０と、酸化物半導体層３３０および導電層３４０と接する絶縁層３６０と、絶縁層３６０と接する導電層３７０を有する。
【０２３１】また、トランジスタ３０１上には、酸化物半導体層３３０、導電層３４０、絶縁層３６０および導電層３７０と接する絶縁層３８０を必要に応じて設けてもよい。
【０２３２】酸化物半導体層３３０は、一例として、酸化物半導体層３３０ａ、酸化物半導体層３３０ｂおよび酸化物半導体層３３０ｃの三層構造とすることができる。
【０２３３】導電層３４０はソース電極層またはドレイン電極層、絶縁層３６０はゲート絶縁膜、導電層３７０はゲート電極層としてそれぞれ機能することができる。
【０２３４】また、導電層３７３を第２のゲート電極層（バックゲート）として用いることで、オン電流の増加や、しきい値電圧の制御を行うことができる。なお、導電層３７３は、遮光層としても機能させることができる。
【０２３５】オン電流を増加させるには、例えば、導電層３７０と導電層３７３を同電位とし、ダブルゲートトランジスタとして駆動させればよい。また、しきい値電圧の制御を行うには、導電層３７０とは異なる定電位を導電層３７３に供給すればよい。
【０２３６】酸化物半導体層３３０において、導電層３４０と接する領域は、ソース領域またはドレイン領域として機能することができる。
【０２３７】酸化物半導体層３３０と導電層３４０とが接することで酸化物半導体層３３０内に酸素欠損が生じ、当該酸素欠損と酸化物半導体層３３０内に残留または外部から拡散する水素との相互作用により、当該領域は導電型がｎ型の低抵抗領域となる。
【０２３８】なお、トランジスタの「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合等には入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」という用語は、入れ替えて用いることができるものとする。また、「電極層」は、「配線」と言い換えることもできる。
【０２３９】導電層３４０は、酸化物半導体層３３０の上面と接し、側面には接しない構成となっている。このような構成にすることにより、絶縁層３２０が有する酸素による酸化物半導体層３３０内の酸素欠損を補填しやすくなる。
【０２４０】本発明の一態様のトランジスタは、図３１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す構成であってもよい。図３１（Ａ）はトランジスタ３０２の上面図であり、図３１（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２方向の断面が図３１（Ｂ）に相当する。また、図３１（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２方向の断面が図３１（Ｃ）に相当する。
【０２４１】トランジスタ３０２は、導電層３４０が絶縁層３２０と接している点、および導電層３４０が酸化物半導体層３３０の側面と接している点を除き、トランジスタ３０１と同様の構成を有する。
【０２４２】また、本発明の一態様のトランジスタは、図３２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す構成であってもよい。図３２（Ａ）はトランジスタ３０３の上面図であり、図３２（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２方向の断面が図３２（Ｂ）に相当する。また、図３２（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２方向の断面が図３２（Ｃ）に相当する。
【０２４３】トランジスタ３０３は、酸化物半導体層３３０ａ、酸化物半導体層３３０ｂおよび導電層３４０が酸化物半導体層３３０ｃおよび絶縁層３６０で覆われている点を除き、トランジスタ３０１と同様の構成を有する。
【０２４４】酸化物半導体層３３０ｃで酸化物半導体層３３０ａ、酸化物半導体層３３０ｂを覆うことで、酸化物半導体層３３０ａ、酸化物半導体層３３０ｂおよび絶縁層３２０に対する酸素の補填効果を高めることができる。また、酸化物半導体層３３０ｃが介在することにより、絶縁層３８０による導電層３４０の酸化を抑制することができる。
【０２４５】また、本発明の一態様のトランジスタは、図３３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す構成であってもよい。図３３（Ａ）はトランジスタ３０４の上面図であり、図３３（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２方向の断面が図３３（Ｂ）に相当する。また、図３３（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２方向の断面が図３３（Ｃ）に相当する。
【０２４６】トランジスタ３０４は、酸化物半導体層３３０ａ、酸化物半導体層３３０ｂおよび導電層３４０が酸化物半導体層３３０ｃで覆われている点、導電層３７０が絶縁層４１０で覆われている点を除き、トランジスタ３０１と同様の構成を有する。
【０２４７】絶縁層４１０には、酸素に対するブロッキング性を有する材料を用いることができる。絶縁層４１０としては、例えば酸化アルミニウム等の金属酸化物を用いることができる。絶縁層４１０が介在することにより、絶縁層３８０による導電層３７０の酸化を抑制することができる。
【０２４８】トランジスタ３０１乃至トランジスタ３０４は、導電層３７０と導電層３４０が重なる領域を有するトップゲート構造である。当該領域のチャネル長方向の幅は、寄生容量を小さくするために３ｎｍ以上３００ｎｍ未満とすることが好ましい。当該構成では、酸化物半導体層３３０にオフセット領域が形成されないため、オン電流の高いトランジスタを形成しやすい。
【０２４９】本発明の一態様のトランジスタは、図３４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す構成であってもよい。図３４（Ａ）はトランジスタ３０５の上面図であり、図３４（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２方向の断面が図３４（Ｂ）に相当する。また、図３４（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２方向の断面が図３４（Ｃ）に相当する。
【０２５０】トランジスタ３０５は、基板３１５と接する絶縁層３２０と、絶縁層３２０と接する導電層３７３と、絶縁層３２０と接する酸化物半導体層３３０と、酸化物半導体層３３０と接する絶縁層３６０と、絶縁層３６０と接する導電層３７０を有する。
【０２５１】また、層間絶縁膜として機能する絶縁層３８０には、酸化物半導体層３３０の領域４３１と接する導電体４００と、酸化物半導体層３３０の領域４３２と接する導電体４０１が設けられる。導電体４００および導電体４０１は、ソース電極層の一部またはドレイン電極層の一部として機能することができる。
【０２５２】トランジスタ３０５における領域４３１および領域４３２には、酸素欠損を形成し導電率を高めるための不純物を添加することが好ましい。酸化物半導体層に酸素欠損を形成する不純物としては、例えば、リン、砒素、アンチモン、ホウ素、アルミニウム、シリコン、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、インジウム、フッ素、塩素、チタン、亜鉛、および炭素のいずれかから選択される一つ以上を用いることができる。当該不純物の添加方法としては、プラズマ処理法、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法等を用いることができる。
【０２５３】不純物元素として、上記元素が酸化物半導体層に添加されると、酸化物半導体層中の金属元素および酸素の結合が切断され、酸素欠損が形成される。酸化物半導体層に含まれる酸素欠損と酸化物半導体層中に残存または後から添加される水素の相互作用により、酸化物半導体層の導電率を高くすることができる。
【０２５４】不純物元素の添加により酸素欠損が形成された酸化物半導体に水素を添加すると、酸素欠損サイトに水素が入り伝導帯近傍にドナー準位が形成される。その結果、酸化物導電体を形成することができる。ここでは、導電体化された酸化物半導体を酸化物導電体という。
【０２５５】トランジスタ３０５は、導電層３７０と導電層３４０が重なる領域を有さないセルフアライン構造である。セルフアライン構造のトランジスタはゲート電極層とソース電極層およびドレイン電極層間の寄生容量が極めて小さいため、高速動作用途に適している。
【０２５６】本発明の一態様のトランジスタは、図３５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す構成であってもよい。図３５（Ａ）はトランジスタ３０６の上面図であり、図３５（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２方向の断面が図３５（Ｂ）に相当する。また、図３５（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２方向の断面が図３５（Ｃ）に相当する。
【０２５７】トランジスタ３０６は、基板３１５と、基板３１５上の絶縁層３２０と、絶縁層３２０と接する導電層３７３と、絶縁層３２０上の酸化物半導体層３３０（酸化物半導体層３３０ａ、酸化物半導体層３３０ｂ、酸化物半導体層３３０ｃ）と、酸化物半導体層３３０に接し、間隔を開けて配置された導電層３４０と、酸化物半導体層３３０ｃと接する絶縁層３６０と、絶縁層３６０と接する導電層３７０を有する。
【０２５８】なお、酸化物半導体層３３０、絶縁層３６０および導電層３７０は、トランジスタ３０６上の絶縁層３８０に設けられた酸化物半導体層３３０ａ、酸化物半導体層３３０ｂおよび絶縁層３２０に達する開口部に設けられている。
【０２５９】本発明の一態様のトランジスタは、図３６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す構成であってもよい。図３６（Ａ）はトランジスタ３０７の上面図であり、図３６（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２方向の断面が図３６（Ｂ）に相当する。また、図３６（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２方向の断面が図３６（Ｃ）に相当する。
【０２６０】トランジスタ３０７は、酸化物半導体層３３０ａ、酸化物半導体層３３０ｂおよび導電層３４０が酸化物半導体層３３０ｃおよび酸化物半導体層３３０ｄで覆われている点を除き、トランジスタ３０６と同様の構成を有する。酸化物半導体層３３０ｄは酸化物半導体層３３０ｃと同じ材料で形成することができる。
【０２６１】酸化物半導体層３３０ｃおよび酸化物半導体層３３０ｄで酸化物半導体層３３０ａおよび酸化物半導体層３３０ｂを覆うことで、酸化物半導体層３３０ａ、酸化物半導体層３３０ｂおよび絶縁層３２０に対する酸素の補填効果を高めることができる。また、酸化物半導体層３３０ｄが介在することにより、絶縁層３８０による導電層３４０の酸化を抑制することができる。
【０２６２】トランジスタ３０６およびトランジスタ３０７の構成は、ソースまたはドレインとなる導電体とゲート電極となる導電体の重なる領域が少ないため、寄生容量を小さくすることができる。したがって、トランジスタ３０６およびトランジスタ３０７は、高速動作を必要とする回路の要素として適している。
【０２６３】また、本発明の一態様のトランジスタは、図３７（Ａ）に示すように、酸化物半導体層３３０を単層で形成してもよい。また、図３７（Ｂ）に示すように、酸化物半導体層３３０を２層で形成してもよい。
【０２６４】また、本発明の一態様のトランジスタは、図３７（Ｃ）に示すように、導電層３７３を有さない構成であってもよい。
【０２６５】また、本発明の一態様のトランジスタにおいて、導電層３７０と導電層３７３を電気的に接続するには、例えば、図３７（Ｄ）に示すように、絶縁層３２０、酸化物半導体層３３０ｃおよび絶縁層３６０に導電層３７３に達する開口部を設け、当該開口部を覆うように導電層３７０を形成すればよい。
【０２６６】また、本発明の一態様のトランジスタは、図３７（Ｅ）に示すように導電層３４０と接する絶縁層３４５を設けてもよい。絶縁層３４５により導電層３４０の酸化を抑制することができる。
【０２６７】絶縁層３４５および絶縁層３５５としては、酸素に対するブロッキング性を有する材料を用いることができる。例えば、絶縁層３４５および絶縁層３５５として、酸化アルミニウム等の金属酸化物を用いることができる。
【０２６８】また、本発明の一態様のトランジスタは、図３７（Ｆ）に示すように、導電層３７０を導電層３７１および導電層３７２の積層で形成してもよい。
【０２６９】また、酸化物半導体層３３０上に導電層３４０が設けられる本発明の一態様のトランジスタにおいては、図３７（Ｇ）、（Ｈ）に示す上面図（酸化物半導体層３３０および導電層３４０のみを図示）のように酸化物半導体層３３０の幅（ＷＯＳ）よりも導電層３４０の幅（ＷＳＤ）が短く形成されていてもよい。ＷＯＳ≧ＷＳＤ（ＷＳＤはＷＯＳ以下）とすることで、ゲート電界がチャネル形成領域全体にかかりやすくなり、トランジスタの電気特性を向上させることができる。
【０２７０】なお、図３７（Ａ）乃至（Ｆ）では、トランジスタ３０１の変形例として例示したが、当該変形例は本実施の形態で説明したその他のトランジスタにも適用可能である。
【０２７１】本発明の一態様のトランジスタでは、いずれの構成においても、ゲート電極層である導電層３７０（および導電層３７３）が絶縁層を介して酸化物半導体層３３０のチャネル幅方向を電気的に取り囲む構成である。このような構成ではオン電流を高めることができ、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ（ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造とよぶ。
【０２７２】酸化物半導体層３３０ａおよび酸化物半導体層３３０ｂを有するトランジスタ、ならびに酸化物半導体層３３０ａ、酸化物半導体層３３０ｂおよび酸化物半導体層３３０ｃを有するトランジスタにおいては、酸化物半導体層３３０を構成する二層または三層の材料を適切に選択することで酸化物半導体層３３０ｂに電流を流すことができる。酸化物半導体層３３０ｂに電流が流れることで、界面散乱の影響を受けにくく、高いオン電流を得ることができる。
【０２７３】以上の構成のトランジスタを用いることにより、半導体装置に良好な電気特性を付与することができる。
【０２７４】本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【０２７５】（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２に示したトランジスタの構成要素について詳細を説明する。
【０２７６】基板３１５には、ガラス基板、石英基板、半導体基板、セラミックス基板、表面が絶縁処理された金属基板等を用いることができる。または、トランジスタやフォトダイオードが形成されたシリコン基板、および当該シリコン基板上に絶縁層、配線、コンタクトプラグとして機能を有する導電体等が形成されたものを用いることができる。なお、シリコン基板にｐ−ｃｈ型のトランジスタを形成する場合は、ｎ−型の導電型を有するシリコン基板を用いることが好ましい。または、ｎ−型またはｉ型のシリコン層を有するＳＯＩ基板であってもよい。また、シリコン基板に設けるトランジスタがｐ−ｃｈ型である場合は、トランジスタを形成する面の面方位は、（１１０）面であるシリコン基板を用いることが好ましい。（１１０）面にｐ−ｃｈ型トランジスタを形成することで、移動度を高くすることができる。
【０２７７】絶縁層３２０は、基板３１５に含まれる要素からの不純物の拡散を防止する役割を有するほか、酸化物半導体層３３０に酸素を供給する役割を担うことができる。したがって、絶縁層３２０は酸素を含む絶縁膜であることが好ましく、化学量論組成よりも多い酸素を含む絶縁膜であることがより好ましい。例えば、膜の表面温度が１００℃以上７００℃以下、好ましくは１００℃以上５００℃以下の加熱処理で行われるＴＤＳ法にて、酸素原子に換算した酸素の放出量が１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である膜とする。また、基板３１５が他のデバイスが形成された基板である場合、絶縁層３２０は、層間絶縁膜としての機能も有する。その場合は、表面が平坦になるようにＣＭＰ法等で平坦化処理を行うことが好ましい。
【０２７８】バックゲート電極層として作用する導電層３７３には、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｎｄ、Ｓｃ、ＴａおよびＷ等の導電膜を用いることができる。また、上記材料の合金や上記材料の導電性窒化物を用いてもよい。また、上記材料、上記材料の合金、および上記材料の導電性窒化物から選ばれた複数の材料の積層であってもよい。
【０２７９】例えば、絶縁層３２０には、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタル等の酸化物絶縁膜、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム等の窒化物絶縁膜、またはこれらの混合材料を用いることができる。また、上記材料の積層であってもよい。
【０２８０】酸化物半導体層３３０は、酸化物半導体層３３０ａ、酸化物半導体層３３０ｂおよび酸化物半導体層３３０ｃを絶縁層３２０側から順に積んだ三層構造とすることができる。
【０２８１】なお、酸化物半導体層３３０が単層の場合は、本実施の形態に示す、酸化物半導体層３３０ｂに相当する層を用いればよい。
【０２８２】酸化物半導体層３３０が二層の場合は、酸化物半導体層３３０ａに相当する層および酸化物半導体層３３０ｂに相当する層を絶縁層３２０側から順に積んだ積層を用いればよい。この構成の場合、酸化物半導体層３３０ａと酸化物半導体層３３０ｂとを入れ替えることもできる。
【０２８３】一例としては、酸化物半導体層３３０ｂには、酸化物半導体層３３０ａおよび酸化物半導体層３３０ｃよりも電子親和力（真空準位から伝導帯下端までのエネルギー）が大きい酸化物半導体を用いる。
【０２８４】このような構造において、導電層３７０に電圧を印加すると、酸化物半導体層３３０のうち、伝導帯下端のエネルギーが最も小さい酸化物半導体層３３０ｂにチャネルが形成される。したがって、酸化物半導体層３３０ｂは半導体として機能する領域を有するといえるが、酸化物半導体層３３０ａおよび酸化物半導体層３３０ｃは絶縁体または半絶縁体として機能する領域を有するともいえる。
【０２８５】酸化物半導体層３３０ａ、酸化物半導体層３３０ｂ、および酸化物半導体層３３０ｃとして用いることのできる酸化物半導体は、少なくともＩｎもしくはＺｎを含むことが好ましい。または、ＩｎとＺｎの双方を含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすため、それらと共に、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、またはＳｎ等のスタビライザーを含むことが好ましい。
【０２８６】例えば、酸化物半導体層３３０ａおよび酸化物半導体層３３０ｃにはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２、１：３：３、１：３：４、１：３：６、１：４：５、１：６：４または１：９：６（原子数比）、およびその近傍の原子数比を有するＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物等を用いることができる。また、酸化物半導体層３３０ｂにはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、２：１：３、５：５：６、３：１：２、３：１：４、５：１：６、または４：２：３（原子数比）およびその近傍の原子数比を有するＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物等を用いることができる。
【０２８７】酸化物半導体層３３０ａ、酸化物半導体層３３０ｂおよび酸化物半導体層３３０ｃには、結晶部が含まれていてもよい。例えばｃ軸に配向した結晶を用いることでトランジスタに安定した電気特性を付与することができる。また、ｃ軸に配向した結晶は歪曲に強く、フレキシブル基板を用いた半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【０２８８】ソース電極層またはドレイン電極層として作用する導電層３４０には、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｎｄ、Ｓｃ、および当該金属材料の合金または導電性窒化物から選ばれた材料の単層、あるいは積層を用いることができる。なお、導電性窒化物である窒化タンタルを用いることで酸化を防止することができる。また、低抵抗のＣｕやＣｕ−Ｍｎ等の合金と上記材料との積層を用いてもよい。
【０２８９】上記材料は酸化物半導体層から酸素を引き抜く性質を有する。そのため、上記材料と接した酸化物半導体層の一部の領域では酸化物半導体層中の酸素が脱離し、酸素欠損が形成される。層中に僅かに含まれる水素と当該酸素欠損が結合することにより当該領域は顕著にｎ型化する。したがって、ｎ型化した当該領域はトランジスタのソースまたはドレインとして作用させることができる。
【０２９０】ゲート絶縁膜として作用する絶縁層３６０には、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルを一種以上含む絶縁膜を用いることができる。また、絶縁層３６０は上記材料の積層であってもよい。
【０２９１】また、酸化物半導体層３３０と接する絶縁層３２０および絶縁層３６０は、窒素酸化物の放出量の少ない膜を用いることが好ましい。窒素酸化物の放出量の多い絶縁層と酸化物半導体が接した場合、窒素酸化物に起因する準位密度が高くなることがある。
【０２９２】絶縁層３２０および絶縁層３６０として、上記絶縁膜を用いることで、トランジスタのしきい値電圧のシフトを低減することが可能であり、トランジスタの電気特性の変動を低減することができる。
【０２９３】ゲート電極層として作用する導電層３７０には、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｎｄ、Ｓｃ、ＴａおよびＷ等の導電膜を用いることができる。また、上記材料の合金や上記材料の導電性窒化物を用いてもよい。また、上記材料、上記材料の合金、および上記材料の導電性窒化物から選ばれた複数の材料の積層であってもよい。代表的には、タングステン、タングステンと窒化チタンの積層、タングステンと窒化タンタルの積層等を用いることができる。また、低抵抗のＣｕまたはＣｕ−Ｍｎ等の合金や上記材料とＣｕまたはＣｕ−Ｍｎ等の合金との積層を用いてもよい。例えば、導電層３７１に窒化チタン、導電層３７２にタングステンを用いて導電層３７０を形成することができる。
【０２９４】また、導電層３７０にはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズ等の酸化物導電層を用いてもよい。絶縁層３６０と接するように酸化物導電層を設けることで、当該酸化物導電層から酸化物半導体層３３０に酸素を供給することができる。
【０２９５】絶縁層３８０には、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルを一種以上含む絶縁膜を用いることができる。また、当該絶縁層は上記材料の積層であってもよい。
【０２９６】ここで、絶縁層３８０は絶縁層３２０と同様に化学量論組成よりも多くの酸素を有することが好ましい。絶縁層３８０から放出される酸素は絶縁層３６０を経由して酸化物半導体層３３０のチャネル形成領域に拡散させることができることから、チャネル形成領域に形成された酸素欠損に酸素を補填することができる。したがって、安定したトランジスタの電気特性を得ることができる。
【０２９７】また、トランジスタ上または絶縁層３８０上には、不純物をブロッキングする効果を有する膜を設けることが好ましい。当該ブロッキング膜には窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜または酸化アルミニウム膜等を用いることができる。
【０２９８】窒化絶縁膜は水分等をブロッキングする機能を有し、トランジスタの信頼性を向上させることができる。また、酸化アルミニウム膜は、水素、水分等の不純物、および酸素の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸化アルミニウム膜は、トランジスタの作製工程中および作製後において、水素、水分等の不純物の酸化物半導体層３３０への混入防止、酸素の酸化物半導体層からの放出防止、絶縁層３２０からの酸素の不必要な放出を防止する効果を有する保護膜として適している。
【０２９９】半導体装置を高集積化するにはトランジスタの微細化が必須である。一方、トランジスタの微細化によりトランジスタの電気特性は悪化する傾向にあり、例えばチャネル幅を縮小させるとオン電流は低下してしまう。
【０３００】本発明の一態様のトランジスタでは、チャネルが形成される酸化物半導体層３３０ｂを酸化物半導体層３３０ｃで覆う構成とすることができる。当該構成では、チャネル形成層とゲート絶縁膜が接しないため、チャネル形成層とゲート絶縁膜との界面で生じるキャリアの散乱を抑えることができ、トランジスタのオン電流を大きくすることができる。
【０３０１】本発明の一態様のトランジスタでは、前述したように酸化物半導体層３３０のチャネル幅方向を電気的に取り囲むようにゲート電極層（導電層３７０）が形成されているため、酸化物半導体層３３０に対しては上面に垂直な方向からのゲート電界に加えて、側面に垂直な方向からのゲート電界が印加される。すなわち、チャネル形成層に対して全体的にゲート電界が印加されることになり実効チャネル幅が拡大するため、さらにオン電流を高められる。
【０３０２】本実施の形態で説明した金属膜、半導体膜、無機絶縁膜等様々な膜は、代表的にはスパッタ法やプラズマＣＶＤ法により形成することができるが、他の方法、例えば、熱ＣＶＤ法により形成してもよい。熱ＣＶＤ法の例としては、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等がある。
【０３０３】熱ＣＶＤ法は、プラズマを使わない成膜方法のため、プラズマダメージにより欠陥が生成されることが無いという利点を有する。
【０３０４】また、熱ＣＶＤ法では、原料ガスと酸化剤を同時にチャンバー内に送り、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで成膜を行ってもよい。
【０３０５】ＡＬＤ法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、反応のための原料ガスをチャンバーに導入・反応させ、これを繰り返すことで成膜を行う。原料ガスと一緒に不活性ガス（アルゴン、或いは窒素等）をキャリアガスとして導入しても良い。例えば２種類以上の原料ガスを順番にチャンバーに供給してもよい。その際、複数種の原料ガスが混ざらないように第１の原料ガスの反応後、不活性ガスを導入し、第２の原料ガスを導入する。あるいは、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第１の原料ガスを排出した後、第２の原料ガスを導入してもよい。第１の原料ガスが基板の表面に吸着・反応して第１の層を成膜し、後から導入される第２の原料ガスが第１の層上に吸着・反応する。つまり、第２の層が第１の層上に積層されて薄膜が形成される。このガス導入順序を制御しつつ所望の厚さになるまで複数回繰り返すことで、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、ガス導入の繰り返す回数によって調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり、微細なＦＥＴを作製する場合に適している。
【０３０６】また、酸化物半導体層の成膜には、対向ターゲット式スパッタ装置を用いることもできる。当該対向ターゲット式スパッタ装置を用いた成膜法を、ＶＤＳＰ（ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ＳＰ）と呼ぶこともできる。
【０３０７】対向ターゲット式スパッタ装置を用いて酸化物半導体層を成膜することによって、酸化物半導体層の成膜時におけるプラズマ損傷を低減することができる。そのため、膜中の酸素欠損を低減することができる。また、対向ターゲット式スパッタ装置を用いることで低圧での成膜が可能となるため、成膜された酸化物半導体層中の不純物濃度（例えば水素、希ガス（アルゴン等）、水等）を低減させることができる。
【０３０８】本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【０３０９】（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様に用いることのできる酸化物半導体の材料について説明する。
【０３１０】酸化物半導体は、少なくともインジウムまたは亜鉛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、イットリウムまたはスズなどが含まれていることが好ましい。また、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。
【０３１１】ここで、酸化物半導体が、インジウム、元素Ｍ及び亜鉛を有する場合を考える。なお、元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどとする。そのほかの元素Ｍに適用可能な元素としては、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、マグネシウムなどがある。ただし、元素Ｍとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。
【０３１２】まず、図３８（Ａ）、図３８（Ｂ）、および図３８（Ｃ）を用いて、本発明に係る酸化物半導体が有するインジウム、元素Ｍ及び亜鉛の原子数比の好ましい範囲について説明する。なお、図３８には、酸素の原子数比については記載しない。また、酸化物半導体が有するインジウム、元素Ｍ、及び亜鉛の原子数比のそれぞれの項を［Ｉｎ］、［Ｍ］、および［Ｚｎ］とする。
【０３１３】図３８（Ａ）、図３８（Ｂ）、および図３８（Ｃ）において、破線は、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝（１＋α）：（１−α）：１の原子数比（−１≦α≦１）となるライン、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝（１＋α）：（１−α）：２の原子数比となるライン、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝（１＋α）：（１−α）：３の原子数比となるライン、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝（１＋α）：（１−α）：４の原子数比となるライン、および［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝（１＋α）：（１−α）：５の原子数比となるラインを表す。
【０３１４】また、一点鎖線は、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝１：１：βの原子数比（β≧０）となるライン、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝１：２：βの原子数比となるライン、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝１：３：βの原子数比となるライン、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝１：４：βの原子数比となるライン、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝２：１：βの原子数比となるライン、及び［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝５：１：βの原子数比となるラインを表す。
【０３１５】また、二点鎖線は、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝（１＋γ）：２：（１−γ）の原子数比（−１≦γ≦１）となるラインを表す。また、図３８に示す、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝０：２：１の原子数比またはその近傍値の酸化物半導体は、スピネル型の結晶構造をとりやすい。
【０３１６】図３８（Ａ）および図３８（Ｂ）では、本発明の一態様の酸化物半導体が有する、インジウム、元素Ｍ、及び亜鉛の原子数比の好ましい範囲の一例について示している。
【０３１７】一例として、図３９に、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝１：１：１である、ＩｎＭＺｎＯ４の結晶構造を示す。また、図３９は、ｂ軸に平行な方向から観察した場合のＩｎＭＺｎＯ４の結晶構造である。なお、図３９に示すＭ、Ｚｎ、酸素を有する層（以下、（Ｍ，Ｚｎ）層）における金属元素は、元素Ｍまたは亜鉛を表している。この場合、元素Ｍと亜鉛の割合が等しいものとする。元素Ｍと亜鉛とは、置換が可能であり、配列は不規則である。
【０３１８】ＩｎＭＺｎＯ４は、層状の結晶構造（層状構造ともいう）をとり、図３９に示すように、インジウム、および酸素を有する層（以下、Ｉｎ層）が１に対し、元素Ｍ、亜鉛、および酸素を有する（Ｍ，Ｚｎ）層が２となる。
【０３１９】また、インジウムと元素Ｍは、互いに置換可能である。そのため、（Ｍ，Ｚｎ）層の元素Ｍがインジウムと置換し、（Ｉｎ，Ｍ，Ｚｎ）層と表すこともできる。その場合、Ｉｎ層が１に対し、（Ｉｎ，Ｍ，Ｚｎ）層が２である層状構造をとる。
【０３２０】［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝１：１：２となる原子数比の酸化物半導体は、Ｉｎ層が１に対し、（Ｍ，Ｚｎ）層が３である層状構造をとる。つまり、［Ｉｎ］および［Ｍ］に対し［Ｚｎ］が大きくなると、酸化物半導体が結晶化した場合、Ｉｎ層に対する（Ｍ，Ｚｎ）層の割合が増加する。
【０３２１】ただし、酸化物半導体中において、Ｉｎ層が１に対し、（Ｍ，Ｚｎ）層が非整数である場合、Ｉｎ層が１に対し、（Ｍ，Ｚｎ）層が整数である層状構造を複数種有する場合がある。例えば、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝１：１：１．５である場合、Ｉｎ層が１に対し、（Ｍ，Ｚｎ）層が２である層状構造と、（Ｍ，Ｚｎ）層が３である層状構造とが混在する層状構造となる場合がある。
【０３２２】例えば、酸化物半導体をスパッタリング装置にて成膜する場合、ターゲットの原子数比からずれた原子数比の膜が形成される。特に、成膜時の基板温度によっては、ターゲットの［Ｚｎ］よりも、膜の［Ｚｎ］が小さくなる場合がある。
【０３２３】また、酸化物半導体中に複数の相が共存する場合がある（二相共存、三相共存など）。例えば、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝０：２：１の原子数比の近傍値である原子数比では、スピネル型の結晶構造と層状の結晶構造との二相が共存しやすい。また、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝１：０：０を示す原子数比の近傍値である原子数比では、ビックスバイト型の結晶構造と層状の結晶構造との二相が共存しやすい。酸化物半導体中に複数の相が共存する場合、異なる結晶構造の間において、粒界（グレインバウンダリーともいう）が形成される場合がある。
【０３２４】また、インジウムの含有率を高くすることで、酸化物半導体のキャリア移動度（電子移動度）を高くすることができる。これは、インジウム、元素Ｍ及び亜鉛を有する酸化物半導体では、主として重金属のｓ軌道がキャリア伝導に寄与しており、インジウムの含有率を高くすることにより、ｓ軌道が重なる領域がより大きくなるため、インジウムの含有率が高い酸化物半導体はインジウムの含有率が低い酸化物半導体と比較してキャリア移動度が高くなるためである。
【０３２５】一方、酸化物半導体中のインジウムおよび亜鉛の含有率が低くなると、キャリア移動度が低くなる。従って、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝０：１：０を示す原子数比、およびその近傍値である原子数比（例えば図３８（Ｃ）に示す領域Ｃ）では、絶縁性が高くなる。
【０３２６】従って、本発明の一態様の酸化物半導体は、キャリア移動度が高く、かつ、粒界が少ない層状構造となりやすい、図３８（Ａ）の領域Ａで示される原子数比を有することが好ましい。
【０３２７】また、図３８（Ｂ）に示す領域Ｂは、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝４：２：３から４．１、およびその近傍値を示している。近傍値には、例えば、原子数比が［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝５：３：４が含まれる。領域Ｂで示される原子数比を有する酸化物半導体は、特に、結晶性が高く、キャリア移動度も高い優れた酸化物半導体である。
【０３２８】なお、酸化物半導体が、層状構造を形成する条件は、原子数比によって一義的に定まらない。原子数比により、層状構造を形成するための難易の差はある。一方、同じ原子数比であっても、形成条件により、層状構造になる場合も層状構造にならない場合もある。従って、図示する領域は、酸化物半導体が層状構造を有する原子数比を示す領域であり、領域Ａ乃至領域Ｃの境界は厳密ではない。
【０３２９】続いて、上記酸化物半導体をトランジスタに用いる場合について説明する。
【０３３０】なお、上記酸化物半導体をトランジスタに用いることで、粒界におけるキャリア散乱等を減少させることができるため、高い電界効果移動度のトランジスタを実現することができる。また、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
【０３３１】また、トランジスタには、キャリア密度の低い酸化物半導体を用いることが好ましい。例えば、酸化物半導体は、キャリア密度が８×１０１１／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１０／ｃｍ３未満であり、１×１０−９／ｃｍ３以上とすればよい。
【０３３２】なお、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。
【０３３３】また、酸化物半導体のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い酸化物半導体にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。
【０３３４】従って、トランジスタの電気特性を安定にするためには、酸化物半導体中の不純物濃度を低減することが有効である。また、酸化物半導体中の不純物濃度を低減するためには、近接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
【０３３５】ここで、酸化物半導体中における各不純物の影響について説明する。
【０３３６】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、酸化物半導体において欠陥準位が形成される。このため、酸化物半導体におけるシリコンや炭素の濃度と、酸化物半導体との界面近傍の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、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【０３３７】また、酸化物半導体にアルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれると、欠陥準位を形成し、キャリアを生成する場合がある。従って、アルカリ金属またはアルカリ土類金属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、酸化物半導体中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を低減することが好ましい。具体的には、ＳＩＭＳにより得られる酸化物半導体中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。
【０３３８】また、酸化物半導体において、窒素が含まれると、キャリアである電子が生じ、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半導体に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。従って、該酸化物半導体において、窒素はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、酸化物半導体中の窒素濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【０３３９】また、酸化物半導体に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸素欠損を形成する場合がある。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。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ことがある。従って、水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、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、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、より好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。
【０３４０】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。
【０３４１】続いて、該酸化物半導体を２層構造、または３層構造とした場合について述べる。酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ２、および酸化物半導体Ｓ３の積層構造、および積層構造に接する絶縁体のバンド図と、酸化物半導体Ｓ２および酸化物半導体Ｓ３の積層構造、および積層構造に接する絶縁体のバンド図と、について、図４０を用いて説明する。
【０３４２】図４０（Ａ）は、絶縁体Ｉ１、酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ２、酸化物半導体Ｓ３、及び絶縁体Ｉ２を有する積層構造の膜厚方向のバンド図の一例である。また、図４０（Ｂ）は、絶縁体Ｉ１、酸化物半導体Ｓ２、酸化物半導体Ｓ３、及び絶縁体Ｉ２を有する積層構造の膜厚方向のバンド図の一例である。なお、バンド図は、理解を容易にするため絶縁体Ｉ１、酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ２、酸化物半導体Ｓ３、及び絶縁体Ｉ２の伝導帯下端のエネルギー準位（Ｅｃ）を示す。
【０３４３】酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ３は、酸化物半導体Ｓ２よりも伝導帯下端のエネルギー準位が真空準位に近く、代表的には、酸化物半導体Ｓ２の伝導帯下端のエネルギー準位と、酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ３の伝導帯下端のエネルギー準位との差が、０．１５ｅＶ以上、または０．５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、または１ｅＶ以下であることが好ましい。すなわち、酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ３の電子親和力よりも、酸化物半導体Ｓ２の電子親和力が大きく、酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ３の電子親和力と、酸化物半導体Ｓ２の電子親和力との差は、０．１５ｅＶ以上、または０．５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、または１ｅＶ以下であることが好ましい。
【０３４４】図４０（Ａ）、および図４０（Ｂ）に示すように、酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ２、酸化物半導体Ｓ３において、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようなバンド図を有するためには、酸化物半導体Ｓ１と酸化物半導体Ｓ２との界面、または酸化物半導体Ｓ２と酸化物半導体Ｓ３との界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。
【０３４５】具体的には、酸化物半導体Ｓ１と酸化物半導体Ｓ２、酸化物半導体Ｓ２と酸化物半導体Ｓ３が、酸素以外に共通の元素を有する（主成分とする）ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、酸化物半導体Ｓ２がＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物半導体の場合、酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ３として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物半導体、Ｇａ−Ｚｎ酸化物半導体、酸化ガリウムなどを用いるとよい。
【０３４６】このとき、キャリアの主たる経路は酸化物半導体Ｓ２となる。酸化物半導体Ｓ１と酸化物半導体Ｓ２との界面、および酸化物半導体Ｓ２と酸化物半導体Ｓ３との界面における欠陥準位密度を低くすることができるため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さく、高いオン電流が得られる。
【０３４７】トラップ準位に電子が捕獲されることで、捕獲された電子は固定電荷のように振る舞うため、トランジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ３を設けることにより、トラップ準位を酸化物半導体Ｓ２より遠ざけることができる。当該構成とすることで、トランジスタのしきい値電圧がプラス方向にシフトすることを防止することができる。
【０３４８】酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ３は、酸化物半導体Ｓ２と比較して、導電率が十分に低い材料を用いる。このとき、酸化物半導体Ｓ２、酸化物半導体Ｓ２と酸化物半導体Ｓ１との界面、および酸化物半導体Ｓ２と酸化物半導体Ｓ３との界面が、主にチャネル領域として機能する。例えば、酸化物半導体Ｓ１、酸化物半導体Ｓ３には、図３８（Ｃ）において、絶縁性が高くなる領域Ｃで示す原子数比の酸化物半導体を用いればよい。なお、図３８（Ｃ）に示す領域Ｃは、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝０：１：０、またはその近傍値である原子数比を示している。
【０３４９】特に、酸化物半導体Ｓ２に領域Ａで示される原子数比の酸化物半導体を用いる場合、酸化物半導体Ｓ１および酸化物半導体Ｓ３には、［Ｍ］／［Ｉｎ］が１以上、好ましくは２以上である酸化物半導体を用いることが好ましい。また、酸化物半導体Ｓ３として、十分に高い絶縁性を得ることができる［Ｍ］／（［Ｚｎ］＋［Ｉｎ］）が１以上である酸化物半導体を用いることが好適である。
【０３５０】本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【０３５１】（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様の移動体等の具体例について図面を用いて説明する。
【０３５２】図４１（Ａ）は自動車６０１である。自動車６０１は、窓部６１１を有する。本発明の一態様の移動体は、窓部６１１を有する自動車６０１に用いることができる。当該構成によって、対向車がハイビームを点灯させている場合であっても自動車６０１の運転手が感じる眩しさを低減できる、新規な自動車６０１とすることができる。
【０３５３】図４１（Ｂ）はバス６０２である。バス６０２は、窓部６１１を有する。本発明の一態様の移動体は、窓部６１１を有するバス６０２に用いることができる。当該構成によって、対向車がハイビームを点灯させている場合であってもバス６０２の運転手が感じる眩しさを低減できる、新規なバス６０２とすることができる。
【０３５４】図４１（Ｃ）は列車６０３である。列車６０３は、窓部６１１を有する。本発明の一態様の移動体は、窓部６１１を有する列車６０３に用いることができる。当該構成によって、対向列車がハイビームを点灯させている場合であっても列車６０３の運転手が感じる眩しさを低減できる、新規な列車６０３とすることができる。
【０３５５】図４１（Ｄ）はヘルメット６０４である。ヘルメット６０４は、移動体である自動二輪車等を運転する際、乗員が安全のため装着する。ヘルメット６０４は、窓部６１１を有する。本発明の一態様の移動体は、窓部６１１を有するヘルメット６０４に用いることができる。当該構成によって、対向車がハイビームを点灯させている場合であってもヘルメット６０４を装着している、自動二輪車等の運転手が感じる眩しさを低減できる、新規なヘルメット６０４とすることができる。なおヘルメットに限らず、眼鏡型の装着具であれば、他の構成であってもよい。
【０３５６】本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【符号の説明】
【０３５７】１１    撮像素子
２０    画素
２０ａ    画素
２０ｂ    画素
２０ｃ    画素
２０ｄ    画素
２０ｅ    画素
２０ｆ    画素
２０ｇ    画素
２１    画素アレイ
２２    回路
２３    回路
２４    回路
２５    回路
３０    回路
４１    トランジスタ
４２    トランジスタ
４３    トランジスタ
４４    トランジスタ
４５    トランジスタ
６１    配線
６１ａ    配線
６１ｄ    ａ至配線
６２    配線
６３    配線
６４    配線
６５    配線
７１    配線
７２    配線
７３    配線
７５    配線
７６    配線
７７    配線
７８    配線
８１    絶縁層
８１ａ    絶縁層
８１ｂ    絶縁層
８１ｃ    絶縁層
８１ｄ    絶縁層
８１ｅ    絶縁層
８２    導電体
９１    配線
１００    移動体
１０１    制御回路
１０２    窓部
１０３    センサ
１０３Ｌ    センサ
１０３Ｒ    センサ
１０４    センサ
１０４Ｌ    センサ
１０４Ｒ    センサ
１０５    センサ
１１１    検出回路
１１２    記憶回路
１１３    演算回路
１１４    制動装置
１２０    運転手
１２１    目
１２１Ｌ    左目
１２１Ｒ    右目
１２２    領域
１２３    センサ
１２３Ｌ    センサ
１２３Ｒ    センサ
１３０    対向車
１３１    ヘッドライト
１３２    ハイビーム
１３３    ロービーム
１３４    路面
１３５    歩行者
１４０    領域
１５０    座席
１５１    センサ
１５２    サンバイザー
１６０    後続車
１６１    ヘッドライト
１６２    ハイビーム
１６４    センサ
１６４Ｌ    センサ
１６４Ｒ    センサ
２００    液晶パネル
２０１Ａ    基板
２０１Ｂ    基板
２０１Ｃ    基板
２０２    液晶
２０２Ａ    液晶
２０２Ｂ    液晶
２０３Ａ    偏光板
２０３Ｂ    偏光板
２１１    フロントガラス
２１２    フロントドアガラス
２１３    リアドアガラス
２１３Ｂ    リアドアガラス
２１４    リアガラス
２１４Ｂ    リアガラス
３０１    トランジスタ
３０２    トランジスタ
３０３    トランジスタ
３０４    トランジスタ
３０５    トランジスタ
３０６    トランジスタ
３０７    トランジスタ
３１５    基板
３２０    絶縁層
３３０    酸化物半導体層
３３０ａ    酸化物半導体層
３３０ｂ    酸化物半導体層
３３０ｃ    酸化物半導体層
３３０ｄ    酸化物半導体層
３４０    導電層
３４５    絶縁層
３５５    絶縁層
３６０    絶縁層
３７０    導電層
３７１    導電層
３７２    導電層
３７３    導電層
３８０    絶縁層
４００    導電体
４０１    導電体
４１０    絶縁層
４３１    領域
４３２    領域
５１０    領域
５２０    領域
５３０    領域
５４０    領域
５４５    領域
５５０    導電層
５６０    導電層
６０１    自動車
６０２    バス
６０３    列車
６０４    ヘルメット
６１１    窓部
１１００    層
１２００    層
１３００    層
１５３０    遮光層
１５４０    マイクロレンズアレイ
１５５０ａ    光学変換層
１５５０ｂ    光電変換層
１５５０ｃ    光電変換層
【図１】
2017168295.tif 000003
【図２】
2017168295.tif 000004
【図３】
2017168295.tif 000005
【図４】
2017168295.tif 000006
【図５】
2017168295.tif 000007
【図６】
2017168295.tif 000008
【図７】
2017168295.tif 000009
【図８】
2017168295.tif 000010
【図９】
2017168295.tif 000011
【図１０】
2017168295.tif 000012
【図１１】
2017168295.tif 000013
【図１２】
2017168295.tif 000014
【図１３】
2017168295.tif 000015
【図１４】
2017168295.tif 000016
【図１５】
2017168295.tif 000017
【図１６】
2017168295.tif 000018
【図１７】
2017168295.tif 000019
【図１８】
2017168295.tif 000020
【図１９】
2017168295.tif 000021
【図２０】
2017168295.tif 000022
【図２１】
2017168295.tif 000023
【図２２】
2017168295.tif 000024
【図２３】
2017168295.tif 000025
【図２４】
2017168295.tif 000026
【図２５】
2017168295.tif 000027
【図２６】
2017168295.tif 000028
【図２７】
2017168295.tif 000029
【図２８】
2017168295.tif 000030
【図２９】
2017168295.tif 000031
【図３０】
2017168295.tif 000032
【図３１】
2017168295.tif 000033
【図３２】
2017168295.tif 000034
【図３３】
2017168295.tif 000035
【図３４】
2017168295.tif 000036
【図３５】
2017168295.tif 000037
【図３６】
2017168295.tif 000038
【図３７】
2017168295.tif 000039
【図３８】
2017168295.tif 000040
【図３９】
2017168295.tif 000041
【図４０】
2017168295.tif 000042
【図４１】
2017168295.tif 000043
【国際調査報告】
2017168295.tif 000044
2017168295.tif 000045
2017168295.tif 000046
2017168295.tif 000047