CN114946172A - 摄像元件、摄像装置和测距装置 - Google Patents

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大竹悠介
村瀬拓郎
山崎武
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Abstract

本技术涉及能够以降低的噪声拍摄图像的摄像元件、摄像装置和测距装置。本发明包括：光电转换单元，其用于执行光电转换；电荷存储单元，其用于存储由所述光电转换单元获得的电荷；传输单元，其用于将电荷从所述光电转换单元传输到所述电荷存储单元；复位单元，其用于复位所述电荷存储单元；复位电压控制单元，其用于控制要施加到所述复位单元的电压；和附加控制单元，其用于控制所述电荷存储单元的容量添加，其中，所述电荷存储单元由多个区域构成。本技术能够应用于例如拍摄图像的摄像装置或进行测距的测距装置。

Description

摄像元件、摄像装置和测距装置
技术领域
本技术涉及摄像元件、摄像装置和测距装置，并且涉及例如能够减少噪声的摄像元件、摄像装置和测距装置。
背景技术
例如，在现有技术中，在具有数码相机或数码摄像机的摄像功能的电子设备中，使用诸如电荷耦合器件(CCD：charge coupled device)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS：complementary metal oxide semiconductor)图像传感器等图像传感器。
每个图像传感器包括其中嵌入了用于进行光电转换的光电二极管(PD)和多个晶体管的像素，并且基于从以平面形式排列的多个像素输出的像素信号构建图像。从像素输出的像素信号被并行地进行模数(AD)转换，并且由例如设置在像素的每列中的多个AD转换器输出。
作为用于执行包括每个像素的kTC噪声在内的消除的方法，专利文献1提出了在曝光开始前后执行两次读取。在该提案中，在曝光开始之前执行复位，针对所有有效像素获取每个像素的复位信号，并且将复位信号作为数字数据存储在存储器等中。通过从曝光完成之后获取的累积信号中减去数字数据，执行CDS。
[引用列表]
[专利文献]
[专利文献1]
JP 2004-140149A
发明内容
[技术问题]
在摄像元件中，优选进一步降低诸如kTC噪声等噪声。
本技术就是在这种情况下设计的，并且本技术能够降低噪声。
[解决问题的技术方案]
根据本发明的一个方面，第一摄像元件包括：光电转换单元，其被构造为执行光电转换；电荷累积单元，其被构造为累积由所述光电转换单元获得的电荷；传输单元，其被构造为将电荷从所述光电转换单元传输到所述电荷累积单元；复位单元，其被构造为复位所述电荷累积单元；复位电压控制单元，其被构造为控制要施加到所述复位单元的电压；和附加控制单元，其被构造为控制所述电荷累积单元的容量添加。所述电荷累积单元包括多个区域。
根据本发明的另一个方面，第二摄像元件包括：光电转换单元，其被构造为执行光电转换；多个电荷累积单元，其被构造为累积由所述光电转换单元获得的电荷；多个传输单元，其被构造为将电荷从所述光电转换单元分别传输到所述多个电荷累积单元；多个复位单元，其被构造为复位所述多个电荷累积单元；多个复位电压控制单元，其被构造为控制要施加到所述多个复位单元的电压；和多个附加控制单元，其被构造为控制所述多个电荷累积单元的容量添加。所述多个电荷累积单元中的每个电荷累积单元包括多个区域。
根据本发明的又一个方面，摄像装置包括摄像元件和用于处理来自所述摄像元件的信号的处理单元。所述摄像元件包括：光电转换单元，其被构造为执行光电转换；电荷累积单元，其被构造为累积由所述光电转换单元获得的电荷；传输单元，其被构造为将电荷从所述光电转换单元传输到所述电荷累积单元；复位单元，其被构造为复位所述电荷累积单元；复位电压控制单元，其被构造为控制要施加到所述复位单元的电压；和附加控制单元，其被构造为控制所述电荷累积单元的容量添加。所述摄像装置包括具有多个区域的电荷累积单元的摄像元件和用于处理来自所述摄像元件的信号的处理单元。
根据本发明的又一方面，测距装置包括：发光单元，其被构造为发射照射光；和光接收元件，其被构造为接收来自所述发光单元的光被物体反射时的反射光。所述光接收元件包括：光电转换单元，其被构造为执行光电转换；多个电荷累积单元，其被构造为累积由所述光电转换单元获得的电荷；多个传输单元，其被构造为将电荷从所述光电转换单元分别传输到所述多个电荷累积单元；多个复位单元，其被构造为分别复位所述多个电荷累积单元；多个复位电压控制单元，其被构造为控制要分别施加到所述多个复位单元的电压；和多个附加控制单元，其被构造为分别控制所述多个电荷累积单元的容量添加。所述多个电荷累积单元中的每个电荷累积单元包括多个区域。
根据本发明的又一个方面，第一摄像元件包括：光电转换单元，其被构造为执行光电转换；电荷累积单元，其被构造为累积由所述光电转换单元获得的电荷；传输单元，其被构造为将电荷从所述光电转换单元传输到所述电荷累积单元；复位单元，其被构造为复位所述电荷累积单元；复位电压控制单元，其被构造为控制要施加到所述复位单元的电压；和附加控制单元，其被构造为控制所述电荷累积单元的容量添加。所述电荷累积单元包括多个区域。
根据本发明的另一个方面，第二摄像元件包括：光电转换单元，其被构造为执行光电转换；多个电荷累积单元，其被构造为累积由所述光电转换单元获得的电荷；多个传输单元，其被构造为将电荷从所述光电转换单元传输到所述多个电荷累积单元；多个复位单元，其被构造为复位所述多个电荷累积单元；多个复位电压控制单元，其被构造为控制要施加到所述多个复位单元的电压；和多个附加控制单元，其被构造为控制所述多个电荷累积单元的容量添加。所述多个电荷累积单元中的每个电荷累积单元包括多个区域。
根据本发明的又一个方面，摄像装置包括所述第一摄像元件。
根据本发明的又一个方面，测距装置包括所述第二摄像元件。
所述摄像装置或所述测距装置可以是独立的设备，或者可以是被包括在一个设备中的内部模块。
附图说明
图1是示出根据应用了本技术的实施例的摄像装置的构造的图。
图2是示出像素的示例性电路构造的图。
图3是示出像素的示例性平面构造的图。
图4是示出多个像素的示例性平面构造的图。
图5是示出根据实施例的测距装置的构造的图。
图6是示出光接收单元的示例性构造的图。
图7是示出像素的示例性电路构造的图。
图8是示出像素中电荷的分布的图。
图9是示出信号的读取的图。
图10是示出根据第二实施例的像素的另一示例性平面构造的图。
图11是示出像素的示例性截面构造的图。
图12是示出像素的配线的布局示例的图。
图13是示出像素的配线的布局示例的图。
图14是示出根据第三实施例的像素的示例性平面构造的图。
图15是示出根据第四实施例的像素的示例性平面构造的图。
图16是示出像素的示例性平面构造的图。
图17是示出根据第五实施例的像素的示例性平面构造的图。
图18是示出根据第六实施例的像素的示例性平面构造的图。
图19是示出根据第七实施例的像素的示例性平面构造的图。
图20是示出根据第八实施例的像素的示例性平面构造的图。
图21是示出根据第九实施例的像素的示例性平面构造的图。
图22是示出栅极的形状的图。
图23是示出栅极的形状的图。
图24是示出电荷的传输方向的图。
图25是示出像素的示例性截面构造的图。
图26是示出根据第十实施例的像素的示例性平面构造的图。
图27是示出根据第十实施例的像素的示例性截面构造的图。
图28是示出根据第十一实施例的像素的示例性平面构造的图。
图29是示出根据第十一实施例的像素的另一示例性平面构造的图。
图30是示出根据第十一实施例的像素的示例性截面构造的图。
图31是示出形成垂直栅极时的直径的大小的图。
图32是示出根据第十一实施例的像素的示例性平面构造的图。
图33是示出根据第十一实施例的像素的示例性截面构造的图。
图34是示出根据第十一实施例的像素的另一示例性平面构造的图。
图35是示出根据第十一实施例的像素的另一示例性截面构造的图。
图36是示出根据第十二实施例的像素的示例性平面构造的图。
图37是示出根据第十二实施例的像素的示例性截面构造的图。
图38是示出根据第十三实施例的像素的示例性平面构造的图。
图39是示出根据第十三实施例的像素的示例性截面构造的图。
图40是示出电子设备的示例性构造的图。
图41是示出内窥镜手术系统的示例性示意性构造的图。
图42是示出摄像头和CCU的示例性功能构造的框图。
图43是车辆控制系统的示例性示意性构造的框图。
图44是示出车外信息检测单元和摄像单元的安装位置的示例的图。
具体实施方式
在下文中，将说明用于实施本技术的方式(以下称为实施例)。
<摄像装置的构造>
图1是示出根据本技术的实施例的摄像装置10的示例性功能构造的框图。
摄像装置10例如是所谓的全局快门方法的背面照射型图像传感器，例如互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。摄像装置10通过接收来自被摄体的光、执行光电转换并生成图像信号来拍摄图像。
全局快门方式基本上是通过所有像素同时开始曝光并且所有像素同时结束曝光来执行全局曝光的方式。这里，所有像素是图像中出现的部分的所有像素，并且排除虚设像素等。当时间差或图像失真足够小到不成问题时，在全局快门方式中也包括以多行(例如，几十行)为单位而不是所有像素同时进行全局曝光的同时移动进行全局曝光的区域的方式。在全局快门方式中也包括对预定区域的像素而不是图像中出现的部分的所有像素执行全局曝光的方式。
背面照射型图像传感器是被构造成这样的一种图像传感器：在来自被摄体的光入射到其上的光接收面和其中设置有诸如用于驱动每个像素的晶体管等配线的配线层之间设置有诸如光电二极管等光电转换单元，该光电转换单元接收来自被摄体的光并且将光转换为电信号。
例如，摄像装置10包括像素阵列单元21、垂直驱动单元22、列信号处理单元23、数据存储单元29、水平驱动单元24、系统控制单元25和信号处理单元28。
在摄像装置10中，在半导体基板11(下述的)上形成有像素阵列单元21。诸如垂直驱动单元22、列信号处理单元23、数据存储单元29、水平驱动单元24、系统控制单元25和信号处理单元28等周边电路例如形成在与像素阵列单元21相同的半导体基板11上。
像素阵列单元21具有包括光电转换单元(下述的)的多个像素20，该光电转换单元产生与从被摄体入射的光量对应的电荷并存储电荷。如图1所示，像素20在水平方向(行方向)和垂直方向(列方向)上排列。在像素阵列单元21中，对于由在行方向上排列成一行的像素20形成的每个像素行，在行方向上布设像素驱动线26，并且对于由在列方向上排列成一行的像素20形成的每个像素列，在列方向上布设垂直信号线(VSL)28。
垂直驱动单元22配置有移位寄存器或地址解码器。垂直驱动单元22通过多个像素驱动线26将信号等提供给多个像素20，来同时驱动像素阵列单元21中的多个像素20或者以像素行为单位驱动像素20。
垂直驱动单元22例如包括两个扫描系统，读取扫描系统和扫出扫描系统。读取扫描系统以行为单位选择性地依次扫描像素阵列单元21的单位像素，以从单位像素中读取信号。扫出扫描系统比读取扫描早一个快门速度的时间，对由读取扫描系统执行读取扫描的读取行执行扫出扫描。
通过扫出扫描系统的扫出扫描，从读取行的单位像素的光电转换单元51(下述)扫出不需要的电荷。这称为复位。通过扫出扫描系统扫出不需要的电荷，即复位，来执行所谓的电子快门操作。这里，电子快门操作是丢弃光电转换单元51的光电荷并重新开始曝光的操作，即重新开始光电荷的累积的操作。
通过读取扫描系统的读取操作读取的信号对应于紧接在前的读取操作或电子快门操作之后入射的光量。从紧接在前的读取操作的读取时刻或电子快门操作的扫出时刻到当前读取操作的读取时刻的时间段是单位像素中的光电荷的累积时间，即曝光时间。
从垂直驱动单元22选择性扫描的像素行的各单位像素输出的信号通过各垂直信号线27被提供给列信号处理单元23。列信号处理单元23针对像素阵列单元21的各像素列，对从选择的行的各单位像素通过VSL 27输出的信号进行预定的信号处理，并且临时保留经过信号处理的像素信号。
具体地，列信号处理单元23例如配置有移位寄存器或地址解码器，并通过执行噪声去除处理、相关双采样处理、模拟像素信号的模拟/数字(A/D)转换处理等来生成数字像素信号。列信号处理单元23将生成的像素信号提供给信号处理单元28。
水平驱动单元24配置有移位寄存器或地址解码器等，并依次选择列信号处理单元23的与像素列对应的单元电路。通过水平驱动单元24的选择性扫描，列信号处理单元23中各单元电路的经过信号处理的像素信号被依次输出到信号处理单元28。
系统控制单元25配置有生成各种时序信号的时序发生器等。系统控制单元25基于时序发生器生成的时序信号，对垂直驱动单元22、列信号处理单元23和水平驱动单元24进行驱动控制。
信号处理单元28对从列信号处理单元23提供的像素信号进行诸如算术处理等信号处理，同时根据需要将数据临时存储在数据存储单元29中，并且输出由各像素信号构成的图像信号。
数据存储单元29临时存储在信号处理单元28的信号处理期间信号处理所需的数据。
<像素的示例性电路构造>
接下来，将参照图2说明设置在图1中的像素阵列单元21中的像素20的示例性电路构造。图2是示出设置在像素阵列单元21中的多个像素20中的任何一个像素20的示例性电路构造的图。图2所示的像素20在第一实施例中被称为像素20，并且为了与其他实施例的像素区分开，其被称为像素20a。
在图2所示的示例中，像素20a实现FD型全局快门。在图2的示例中，像素阵列单元21中的像素20a例如包括光电转换单元(PD)51、电荷传输单元(TG)52、用作电荷保持单元和电荷电压转换单元的浮动扩散部(FD)53、复位晶体管(RST)54、反馈使能晶体管(FBEN)55、放电晶体管(OFG)56、放大晶体管(AMP)57、选择晶体管(SEL)58、转换效率切换晶体管(FDG)59和附加电容单元60。
在该示例中，TG 52、FD 53、RST 54、FBEN 55、OFG 56、AMP 57和SEL 58都是N型MOS晶体管。TG 52、FD 53、RST 54、FBEN 55、OFG 56、AMP 57和SEL 58中的每一个的栅电极被提供有驱动信号。各驱动信号是脉冲信号，其中，高电平状态是激活状态，即导通状态，低电平状态是非激活状态，即关断状态。在下文中，将驱动信号设置为激活状态也被称为接通驱动信号，将驱动信号设置为非激活状态也被称为关断驱动信号。
PD 51例如是配置有PN结光电二极管的光电转换元件，并且用作接收来自被摄体的光、通过光电转换产生与所接收的光量对应的电荷并累积电荷的光电转换单元。
TG 52连接在PD 51和FD 53之间，并且用作根据施加到TG 52的栅电极的驱动信号将PD 51中累积的电荷传输到FD 53的传输单元。
FD 53用作临时保持累积在PD 51中的电荷以实现全局快门功能的电荷保持单元。FD 53也是将从PD 51通过TG 52传输的电荷转换为电信号(例如，电压信号)并输出电信号的浮动扩散区域。RST 54连接到FD 53，并且VSL 27通过AMP 57和SEL 58与FD 53连接。
此外，作为将电荷转换为电信号(例如，电压信号)的浮动扩散区域(FD)的附加电容单元60通过FDG 59也连接到FD 53。附加电容单元60是浮动扩散区域(FD)，但是由于使用与FD 53相同的电容执行操作，因此假定使用电容器电路符号来表示。
FDG 59根据驱动信号FDG导通或关断，以将连接状态切换到FD 53和附加电容单元60电连接或电分离的状态中的一种。FDG 59用作控制附加电容单元60的添加的附加控制单元。
向构成FDG 59的栅电极提供驱动信号FDG。当驱动信号FDG导通时，FDG 59正下方的电位变深，因此FD 53和附加电容单元60电连接。
相反，当驱动信号FDG关闭时，FDG 59正下方的电位变浅，因此FD 53和附加电容单元60电分离。因此，驱动信号FDG导通或关断，以将电容添加到FD 53并改变像素的灵敏度。具体地，当ΔQ是累积电荷的变化量、ΔV是当时电压的变化并且C是电容值时，建立ΔV＝ΔQ/C的关系。
现在，当CFD是FD 53的电容值并且CFD2是附加电容单元60的电容值时，在驱动信号FDG接通的状态下，执行信号电平的读取的像素区域中的电容值C是CFD+CFD2。相反，当驱动信号FDG关闭时，电容值C改变为CFD。因此，电压相对于电荷的变化量的灵敏度(电压的变化量：FD转换效率)提高。
这样，在像素20a中，通过接通或关闭驱动信号FDG来适当地改变像素的灵敏度。例如，当驱动信号FDG接通时，附加电容单元60电连接到FD 53。因此，从PD 61传输到FD 53的电荷的一部分不仅累积在FD 53中，而且还累积在附加电容单元60中。
RST 54包括连接到FBEN 55的漏极和连接到FD 53的源极。RST 54用作根据施加到栅电极的驱动信号初始化(即，复位)FD 53的复位单元。如图2所示，RST 54的漏极与地之间形成寄生电容C_ST，与AMP 57的栅电极之间形成寄生电容C_FB。
FBEN 55用作执行控制要施加到RST 54的复位电压的复位电压控制单元。
OFG 56包括连接到电源VDD的漏极和连接到PD 51的源极。PD 51的阴极共同连接到OFG 56的源极和TG 52的源极。OFG 56根据施加到栅电极的驱动信号初始化PD 51，即复位PD 51。PD 51的复位意味着耗尽PD 51。
AMP 57包括连接到FD 53的栅电极和连接到电源VDD的漏极，并且用作读取通过PD51的光电转换获得的电荷的源极跟随器电路的输入单元。即，源极通过SEL 58与VSL 27连接的AMP 57与连接到VSL 27的一端的恒流源一起构成源极跟随器电路。
SEL 58连接在AMP 57的源极和VSL 27之间，以将选择信号提供给SEL 58的栅电极。当选择信号接通时，SEL 58进入导通状态，并且设置有SEL 58的像素20a进入选择状态。当像素20a进入选择状态时，从AMP 57输出的像素信号由列信号处理单元23通过VSL 27读取。
在像素阵列单元21中，例如针对各像素行分别布设多个像素驱动线26。各驱动信号通过多个像素驱动线26从垂直驱动单元22提供给所选的像素20a。
图2所示的像素电路是能够用于像素阵列单元21的像素电路的示例，并且也能够使用具有不同构造的像素电路。
<像素的示例性平面构造>
图3是示出根据第一实施例的像素20a的构造的平面图。在图3及后续附图的说明中，附图中的左右方向被称为X轴方向，并且附图中的上下方向被称为Y轴方向。在图3中，在下面的说明中，X方向对应于图2的行方向(水平方向)，Y方向对应于图2的列方向(垂直方向)。
如图3所示，PD 51设置在矩形像素20a的中心部分的区域中。在图中PD 51的左上侧，设置有TG 52。TG 52是传输晶体管52的栅极部。
在TG 52的上侧设置有FD53-1，FD 53由FD 53-1和FD 53-2这两个区域形成。FD53-1和FD 53-2在下层的配线层(未示出)中连接，并且用作一个FD 53。形成在同一像素20a内的FD 53-1和FD 53-2也能够连接。如参照图4所述的，形成在另一像素20a内的FD 53-1和FD 53-2也能够连接。
FD 53-1和FD 53-2这两个区域是在形成有PD 51的基板(例如，硅基板)中形成的区域。在下面的说明中，除非特别提及，否则区域被假定为形成有PD 51的基板中的区域。
FD 53由在基板的不同区域中形成的FD 53-1和FD 53-2构成。换句话说，通过用配线连接在基板中分布形成的多个区域，来形成FD 53。在下面的说明中，假设不同区域是基板中的多个区域或在基板中分布形成的区域。
FD 53-2形成在与FDG 59接触的位置。在图3中，FDG 59设置在图中PD 51的右侧，FD 53-2形成在FDG 59的上侧。附加电容单元(FDext)60形成在图中FDG 59的下侧。由于FD53形成在FD 53-1和FD 53-2这两个区域中，因此能够增加FD 53本身的电容。通过设置FDG59和附加电容单元60，能够进一步增加FD 53的电容。
RST 54形成在图中PD 51的右上侧。FBEN 55形成在图中RST 54的左侧。放大来自FD 53的信号量的AMP 57(其栅极)形成在图中PD 51的底部下侧。SEL 58形成在图中AMP 57的右侧。
在图中SEL 58的右侧且图中像素20a的右下侧设置有阱触点61。OFG 56设置在图中PD 51的左侧。
图3及随后的附图所示的布局是示例性的，并不意味着限制说明。在图3及随后的附图中给出的示例中，将说明设置有OFG 56的构造，但是也能够使用不设置OFG 56的构造。
图3所示的布局是适合于如图4所示设置在相邻像素20a中的FD 53-1和FD 53-2连接的情况的布局。在同一像素20a中的FD 53-1和FD 53-2连接的情况等中，能够使用另一种布局作为更合适的布局。
参照图4，图4是示出设置在像素阵列单元21中的四个(2×2)像素20a的图。图的左上角的像素被称为像素20a-1，图的右上角的像素被称为像素20a-2，图的右下角的像素被称为像素20a-3，图的左下角的像素被称为像素20a-4。在图4中，对需要说明的部分标注附图标记，并且适当地省略附图标记。
形成在像素20a-4中的FD 53-2-4和形成在像素20a-3中的FD 53-1-3通过配线65连接。配线65形成于在其中形成有PD 51的层上层叠的配线层(未示出)中。
像素20a-4和20a-3是在水平方向上相邻的像素20a。形成在相邻像素20a之间的一个像素20a中的FD 53-1和形成在像素20a之间的另一个像素20a中的FD 53-2连接，以用作一个FD 53。
执行从由FD 53-2-4和FD 53-1-3构成的FD 53读取的AMP 57是形成在像素20a-2中的AMP 57-2。形成在像素20a-3中的FD 53-1-3和像素20a-2的AMP 57-2通过配线66连接。
在这种情况下，来自形成在像素20a-3中的PD 51-3的信号被形成在同一像素20a-3中的TG 52-3读取，并且被传送到同一像素20a-3中的FD 53-1-3。由于FD 53-1-3通过配线65连接到形成在相邻像素20a-4中的FD 53-2-4，因此来自PD 51-3的信号被传送到由FD53-1-3和FD 53-2-4构成的FD 53。
当与FD 53-2-4连接的FDG 59-4导通时，FD 53-2-4和附加电容60-4进入连接状态，并且FD 53由FD 53-1-3、FD 53-2-4和附加电容60-4形成。
传送到由FD 53-2-4和FD 53-1-3形成的FD 53的电荷(信号)由形成在布置于像素20a-3上侧的像素20a-2中的AMP 57-2读取，并被放大。由AMP 57-2放大的信号通过形成在其中形成有AMP 57-2的像素20a-2中的SEL 58-2输出到VSL 27(图4中未示出)。
通过将FD 53分布并设置在FD 53-1和FD 53-2中，可以将FD 53自身的容量(换句话说，用作FD的区域)形成为较大的区域。通过将FD 53分布到FD 53-1和FD 53-2，可以增加设置FD 53的位置(区域)的自由度。例如，如图4所示，设置在相邻的两个像素20a中的FD53-1和FD 53-2能够被构造为相连接。
尽管增加了FD 53的容量，但是也能够增加设置FD 53的位置(区域)的自由度，从而能够确保设置FBEN 55的区域。通过设置FBEN 55，可以降低噪声。
因此，根据实施例，可以增加FD的容量并且可以降低噪声。
<将像素应用于执行测距的摄像装置的情况>
下面，将另外说明如下情况，其中将如上述像素20a那样被构造为具有大容量的FD并且具有降低噪声的功能(FBEN 55)的像素应用于执行测距的摄像装置。首先，将另外说明执行测距的摄像装置。
本技术能够应用于例如通过间接TOF方法进行测距的测距系统中所包括的光接收元件或包括该光接收元件的摄像装置等。
例如，测距系统能够应用于安装在车辆中并且测量到车辆外部目标的距离的车载系统、或测量到诸如用户的手等目标的距离并且基于测量结果来识别用户的手势的手势识别系统等。在这种情况下，手势识别的结果能够用于例如汽车导航系统的操作等。
<测距装置的示例性构造>
图5是示出根据应用了本技术的实施例的测距装置的示例性构造的图。
测距装置210包括透镜211、光接收单元212、信号处理单元213、发光单元214和发光控制单元215。信号处理单元213包括模式切换单元221和距离图像生成单元222。图5中的测距装置210用光照射物体，接收在来自物体的光的反射时获得的光(反射光)，并且测量到物体的距离。
测距装置210的发光系统由发光单元214和发光控制单元215构成。在发光系统中，发光控制单元215在信号处理单元213的控制下使发光单元214发射红外光(IR)。可以在透镜211和光接收单元212之间设置IR带通滤波器，并且发光单元214可以被构造为发射与IR带通滤波器的透射波段对应的红外光。
发光单元214可以被设置在测距装置210的壳体内，也可以被设置在测距装置210的壳体外部。发光控制单元215以预定模式使发光单元214发光。该模式由模式切换单元221设定，并且在预定时刻进行切换。
能够将模式切换单元221设置为切换发光模式，使得发光模式不与例如另一测距装置210的模式重叠。可以不设置模式切换单元221。
信号处理单元213能够用作例如基于从光接收单元212提供的图像信号计算从测距装置210到物体的距离的计算单元。当计算出的距离被输出为图像时，信号处理单元213的距离图像生成单元222生成距离图像并输出该距离图像，在该距离图像中，针对每个像素表示到物体的距离。
<摄像元件的构造>
图6是示出光接收单元212的示例性构造的框图。能够将光接收单元212设为互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
光接收单元212包括像素阵列单元241、垂直驱动单元242、列处理单元243、水平驱动单元244和系统控制单元245。像素阵列单元241、垂直驱动单元242、列处理单元243、水平驱动单元244和系统控制单元245设置在半导体基板(芯片)(未示出)上。
在像素阵列单元241中，包括光电转换元件的单位像素(例如，图7中的像素250)以矩阵状二维排列，该光电转换元件产生与入射光量对应的电荷量的光电荷并且在其中累积光电荷。
在像素阵列单元241中，在矩阵状的像素阵列中，针对各行在图的左右方向(像素行中的像素的排列方向)上布置像素驱动线246，并且针对各列在图的上下方向(像素列中的像素的排列方向)上布置垂直信号线247。像素驱动线246的一端连接到垂直驱动单元242的与各行对应的输出端。
垂直驱动单元242是这样的像素驱动单元：其由移位寄存器或地址解码器等构成，并且同时驱动像素阵列单元241的所有像素或以行为单位驱动像素。从垂直驱动单元242选择性扫描的像素行中的各单位像素输出的像素信号通过各垂直信号线247提供给列处理单元243。列处理单元243对从像素阵列单元241的各像素列的通过垂直信号线247从所选行的各单位像素输出的像素信号进行预定的信号处理，并且临时保持经过信号处理的像素信号。
具体地，列处理单元243至少执行噪声去除处理作为信号处理，例如，相关双采样(CDS)处理。通过列处理单元243的相关双采样，消除像素特定的复位噪声或固定模式噪声，例如放大晶体管的阈值变化。除了噪声去除处理之外，列处理单元243还能够具有例如模数(AD)转换功能并且将信号电平作为数字信号输出。
水平驱动单元244由移位寄存器或地址解码器等构成，并且依次选择列处理单元243的与像素列对应的单元电路。通过水平驱动单元244的选择性扫描，由列处理单元243进行过信号处理的像素信号被依次输出到信号处理单元248。
系统控制单元245由产生各种时序信号的时序发生器等构成，并且基于时序发生器产生的各种时序信号对垂直驱动单元242、列处理单元243和水平驱动单元244等进行驱动控制。
在像素阵列单元241中，在矩阵形式的像素阵列中，针对各像素行在行方向上布设像素驱动线246，并且针对各像素列在列方向上布设两个垂直信号线247。例如，像素驱动线246传输在从像素读取信号时用于驱动的驱动信号。在图6中，尽管将一根配线表示为像素驱动线246，但是本技术不限于一根配线。像素驱动线246的一端连接到垂直驱动单元242的与各行对应的输出端。
<单位像素的结构>
接下来，将说明在像素阵列单元241中以矩阵状排列的像素250的具体结构。
像素250包括作为光电转换元件的光电二极管261(以下称为PD 261)，并且在PD261中产生的电荷被分配给分接部251A和251B。在PD 261中产生的电荷中，从垂直信号线247A读取分配给分接部251A的电荷，并且该电荷作为检测信号SIG1输出。从垂直信号线247B读取分配给分接部251B的电荷，并且该电荷作为检测信号SIG2输出。
像素250的基本构造具有图2所示的两个像素20a的两个像素组合的构造。分接部251A和251B分别具有与像素20a的结构基本相似的结构。
分接部251A包括传输晶体管252A、FD 253A、复位晶体管254A、反馈使能晶体管(FBEN)255A、放电晶体管(OFG)256、放大晶体管257A、选择晶体管258A、转换效率切换晶体管(FDG)259A和附加电容单元260A。
类似地，分接部251B包括传输晶体管252B、FD 253B、复位晶体管254B、FBEN 255B、放大晶体管257B、选择晶体管258B、FDG 259B和附加电容单元260B。
如图7所示，复位晶体管254可以具有分别设置FD 253A和FD 253B的构造，或者可以具有共享FD 253A和FD 253B的构造。
如图7所示，当复位晶体管254A和254B分别设置在FD 253A和FD 253B中时，能够单独控制FD 253A和FD 253B各自的复位时刻。因此，能够进行详细的控制。当设置在FD 253A和FD 253B之间共享的复位晶体管254时，能够将FD 253A和FD 253B的复位时序设为相同。因此，能够简化控制，并且能够简化电路构造。
在下面的说明中，将以复位晶体管254分别设置在FD 253A和FD253B中的构造为例进行说明。
将参照图8说明像素250中的电荷分布。这里，分布是指在不同时刻读取像素250(PD 251)中累积的电荷并且在各分接部处进行读取。
如图8所示，从发光单元214输出调制以在照射时间T重复照射的开/关的照射光(一个周期＝Tp)，该照射光被延迟与到物体的距离对应的延迟时间Td。在PD 251中接收反射光。传输控制信号TRT1控制传输晶体管252A的开/关，传输控制信号TRT2控制传输晶体管252B的开/关。如图所示，尽管传输控制信号TRT1具有与照射光相同的相位，但是传输控制信号TRT2具有与传输控制信号TRT1的相位相反的相位。
因此，在传输晶体管252A根据传输控制信号TRT1导通的同时，当PD 251接收到反射光时产生的电荷被传送到FD 253A。在传输晶体管252B根据传输控制信号TRT2导通的同时，电荷被传送到FD 253B。因此，在照射时间T周期性地执行照射光的照射的预定时段，通过传输晶体管252A传送的电荷被依次累积在FD 253A中，并且通过传输晶体管252B传送的电荷被依次累积在FD 253B中。这样，FD 253用作累积在PD 251中产生的电荷的电荷累积单元。
当在累积电荷的时段结束之后根据选择信号SELm1导通选择晶体管258A时，通过垂直信号线247A读取累积在FD 253A中的电荷，并且从光接收单元212输出与电荷量对应的检测信号SIG1。类似地，当根据选择信号SELm2导通选择晶体管258B时，通过垂直信号线247B读取累积在FD 253B中的电荷，并且从光接收单元212输出与电荷量对应的检测信号SIG2。
当复位晶体管254根据复位信号RST导通时，在FD 253A中累积的电荷和在FD 253B中累积的电荷被排出。
这样，在像素50中，由PD 251接收的反射光产生的电荷能够根据延迟时间Td分配到分接部251A和251B，并且能够输出检测信号SIG1和SIG2。延迟时间Td对应于从发光单元214发射的光到物体并且从物体反射的光到光接收单元212的时间，即，对应于到物体的距离。因此，测距装置210能够基于检测信号SIG1和SIG2，根据延迟时间Td获得到物体的距离(深度)。
<间接TOF方案的测距方法>
如上所述，将参照图9说明在使用两个分接部251读取在一个PD 251中累积的电荷的两个分接部方案中根据间接TOF方案计算距离。将参照图9另外说明测距方法。在参照图9进行的说明中，将以作为使用两个分接部和四个相位的检测方法的2分接部-4相位方案为例进行说明。
生成距离图像的一个帧周期被划分为两个信号检测时段，A帧和B帧。例如，将生成距离图像的一个帧周期设为约1/30秒。因此，A帧的时段和B帧的时段分别设为约1/60秒。
从发光单元214输出调制以在照射时间Tp(一个周期＝Tp)重复照射的开/关的照射光(图5)。例如，能够将照射时间Tp设为约210ns。光接收单元212接收被延迟了与到物体的距离对应的延迟时间Td的反射光。
在4相位方案中，光接收单元212在分接部251A和251B中的任何一个中，在与照射光相同的相位(相位0)、偏移90°的相位(相位90)、偏移180°的相位(相位180)和偏移270°的相位(相位270)的四个时刻接收光。这里，假设光接收包括在通过导通传输晶体管252来将在PD 251中产生的电荷传送到FD 253之前的处理。
在图9中，在A帧中，传输控制信号TRT1在与照射光具有相同相位(相位0)的时刻接通，并且分接部251A开始接收光。在A帧中，传输控制信号TRT2在与照射光偏移180°的相位(相位180)的时刻接通，并且分接部251B开始接收光。
在B帧中，传输控制信号TRT1在与照射光偏移90°的相位(相位90)的时刻接通，并且分接部251A开始接收光。在B帧中，传输控制信号TRT2在与照射光偏移270°的相位(相位270)的时刻接通，并且分接部251B开始接收光。
在这种情况下，分接部251A和251B在相位反转180°的时刻接收光。当在照射时间Tp内在相位0的时刻累积在分接部251A的FD 253A中的电荷是A帧时段的电荷Q1时，在A帧时段中，在A帧时段内的照射时间Tp的累积时间的电荷Q1’被累积在FD 253A中。在读取时段内，从FD 253A读取累积在FD 253A中的电荷Q1’作为与检测信号SIG1对应的信号。与电荷Q1’对应的检测信号SIG1的信号值被假设为信号值I1。
当在照射时间Tp内在相位180的时刻累积在分接部251B的FD 253B中的电荷是A帧时段的电荷Q2时，在A帧时段中，在A帧时段内的照射时间Tp的累积时间的电荷Q2’被累积在FD 253B中。在读取时段内，从FD 253B读取累积在FD 253B中的电荷Q2’作为与检测信号SIG2对应的信号。与电荷Q2’对应的检测信号SIG2的信号值被假设为信号值I2。
当在照射时间Tp内在相位90的时刻累积在分接部251A的FD 253A中的电荷是B帧时段的电荷Q3时，在B帧时段中，在B帧时段内的照射时间Tp的累积时间的电荷Q3’被累积在FD 253A中。在读取时段内，从FD 253A读取累积在FD 253A中的电荷Q3’作为与检测信号SIG1对应的信号。与电荷Q3’对应的检测信号SIG1的信号值被假设为信号值I3。
当在照射时间Tp内在相位270的时刻累积在分接部251B的FD 253A中的电荷是B帧时段的电荷Q4时，在B帧时段中，在B帧时段内的照射时间Tp的累积时间的电荷Q4’被累积在FD 253B中。在读取时段内，从FD 253B读取累积在FD 253B中的电荷Q4’作为与检测信号SIG2对应的信号。与电荷Q4’对应的检测信号SIG2的信号值被假设为信号值I4。
能够以信号值I1、I2、I3和I4的分布比检测对应于延迟时间Td的偏移量θ。即，由于基于相位偏移量θ获得延迟时间Td，因此根据延迟时间Td获得到目标的距离。
利用下式(1)获得相位偏移量θ，并且利用下式(2)计算到目标的距离D。在式(2)中，C表示光速，Tp表示脉冲宽度。
[数学表达式1]
Figure BDA0003730673000000181
[数学表达式2]
Figure BDA0003730673000000191
这样，可以计算到预定目标的距离。根据这样的测距方案，可以执行减少环境光的影响的测距。在前面和下面的说明中，假设仅接收发射的脉冲光的反射光。然而，实际上，除了发射的脉冲光之外，还同时接收到各种环境光。因此，PD 251中累积的电荷取决于所发射的脉冲光和环境光。
然而，当环境光相对于脉冲周期被认为是规则的并因此是规则光时，环境光被叠加为相当于信号值I1、I2、I3和I4的偏移光。因此，在式(1)的计算中环境光的分量(偏移分量)被抵消，因此对测距结果没有影响。
这里，已经以2分接部-4相位方案的TOF型传感器的情况为例进行了说明。本技术也能够应用于其他方案的TOF型传感器。例如，也能够应用4分接部-4相位的TOF型传感器。
<像素的示例性平面构造>
在图10中，示出了与图7所示的示例性电路示例对应的像素250的示例性平面构造。图10所示的像素250b将作为第二实施例中的像素250b继续说明。
如图10所示，在矩形像素250a的中央部附近的区域中设置有PD 261。在图中PD261的上侧(上边)设置有TG 252A和TG 252B。TG 252A是传输晶体管252A的栅极部，TG 252B是传输晶体管252B的栅极部。
TG 252A和TG 252B被设置为与PD 261的四个边中的一个边相邻。在图10所示的示例中，TG 252A和TG 252B在PD 261的上侧的X轴方向上并排布置。
在TG 252A的上侧设置有FD 253A-1。FD 253A-1构成分接部251A所包括的FD 253A的一部分。即，在像素250b中，如同第一实施例中的像素20a(参见图3)一样，FD 253由两个区域构成。
分接部251A所包括的FD 253A由FD 253A-1和FD 253A-2构成。FD 253A-1和FD253A-2形成在不同的区域中。FD 253A-1形成在图中TG 252A的上侧，FD 253A-2形成在远离FD 253A-1的位置和FD 253A-1的右斜上侧的位置。如将描述的，FD 253A-1和FD 253A-2通过配线层中的配线连接并被视为一个区域。
在图中FD 253A-2的上侧形成有FDG 259A。在图中FDG 259A的上侧形成有附加电容单元260A。当FDG 259A导通时，FD 253A-1、FD 253A-2和附加电容单元260A的三个区域处于连接状态。
分接部251A所包括的放大晶体管257A(其栅极部)形成在图中TG 252A的左侧。在图中TG 252A的上侧形成有选择晶体管258A(其栅极部)。此外，在分接部251A中设置有FBEN255A。FBEN 255A形成在图中复位晶体管254A的上侧。
这样，FD 253A被分布和形成在FD 253A-1和FD 253A-2的两个区域中。FD 253A-1连接到RST 254A，FBEN 255A连接到RST 254A。FDG 259A连接到FD 253A-2。这样，FD 253A被划分并设置在FD 253A-1和FD 253A-2的两个区域中，FBEN 255A通过RST 254A连接到FD253A-1和FD 253A-2中的一个，并且FDG 259A连接到其中的另一个。
构成分接部251B的每个单元设置在图中分接部251A的右侧。分接部251B具有与分接部251A类似的构造。
分接部251B所包括的TG 252B形成在图中PD 261的右上侧。在图中TG 252B的上侧设置有FD 253B-1。分接部251B所包括的FD 253B由FD 253B-1和FD 253B-2构成。FD 253B-1形成在图中TG 252B的上侧，FD 253B-2形成在远离FD 253B-1的位置和FD 253B-1的左斜上侧的位置。如将描述的，FD 253B-1和FD 253B-2通过配线层中的配线连接并被视为一个区域。
在图中FD 253B-2的上侧形成有FDG 259B。在图中FDG 259B的上侧形成有附加电容单元260B。当FDG 259B导通时，FD 253B-1、FD 253B-2和附加电容单元260B的三个区域处于连接状态。
分接部251B所包括的放大晶体管257B(其栅极部)形成在图中TG 252B的右侧。在图中TG 252B的上侧形成有选择晶体管258B(其栅极部)。此外，在分接部251B中设置有FBEN255B。FBEN 255B形成在图中复位晶体管254B的上侧。
在PD 261的上侧设置有阱触点265。在PD 261的下侧设置有放电晶体管(OFG)256(其栅极部)。放电晶体管256是用于防止晕染的溢出栅极，并且由分接部251A和251B共享。如图10所示，在像素250b中形成一个OFD 256。
图10及随后的附图所示的布局是示例性的，并不意味着限制的说明。在图10及随后的附图给出的示例中，已经说明了设置有放电晶体管256的构造，但是也能够使用不设置放电晶体管256的构造。
在图10所示的示例中，分接部251A所包括的每个单元和分接部251B所包括的每个单元相对于像素250b的中心线L1(图中虚线表示的线L1)线性对称。
即，分接部251A所包括的TG 252A、FD 253A-1、FD 253A-2、复位晶体管254A、FBEN255A、放大晶体管257A、选择晶体管258A、FDG 259A和附加电容单元260A分别与分接部251B所包括的TG 252B、FD 253B-1、FD 253B-2、复位晶体管254B、FBEN 255B、放大晶体管257B、选择晶体管258B、FDG 259B和附加电容单元260B线性对称。
在图10中，虽然未示出配线，但是FD 253A-1和放大晶体管257A被连接，并且来自FD 253A-1的信号量被提供给放大晶体管257A。FD 253B-1和放大晶体管257B被连接，并且来自FD 253B-1的信号量被提供给放大晶体管257B。
如上所述，在线性对称的构成中，FD 253A-1和放大晶体管257A之间的配线长度与FD 253B-1和放大晶体管257B之间的配线长度能够基本相同。其他配线与两侧对称目标的配线具有相同的长度。
<像素的示例性截面构造>
图11是示出包括图7和图10所示的两个分接部251的像素250b的示例性截面构造的图。
像素250b包括半导体基板341和形成在表面侧(图中的下侧)的多层配线层342。
半导体基板341由例如硅(Si)形成，并且以例如约几μm的厚度形成。在半导体基板341中，例如，在P型(第一导电类型)半导体区域351中以像素为单位形成N型(第二导电类型)半导体区域352，并且以像素为单位形成光电二极管261。设置在半导体基板341的前表面和后表面上的P型半导体区域351用作用于抑制暗电流的空穴或电荷累积区域。
在图11中，作为上侧的半导体基板341的上表面是半导体基板341的后表面并且是光入射到其上的光入射面。在后表面侧，在半导体基板341的上表面上形成有抗反射膜343。
抗反射膜343具有其中层叠有固定电荷膜和氧化物膜的层叠结构。能够使用基于例如原子层沉积(ALD：atomic layer deposition)法的高介电常数(High-k)的绝缘薄膜。具体地，能够使用氧化铪(HfO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)或氧化锶钛(STO)等。在图11的示例中，通过将氧化铪膜353、氧化铝膜354和氧化硅膜355层叠而构成抗反射膜343。
在作为抗反射膜343的上表面并且与半导体基板341相邻的像素250b的边界344(以下也称为像素边界344)中，形成有用于防止入射光入射到相邻像素上的像素间遮光膜345。像素间遮光膜345的材料可以是遮光的材料。例如，能够使用诸如钨(W)、铝(Al)或铜(Cu)等金属材料。
在抗反射膜343的上表面和像素间遮光膜345的上表面上，例如，平坦化膜346由诸如氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)等绝缘膜或诸如树脂等有机材料形成。
在平坦化膜346的上表面上以像素为单位形成有芯片上透镜347。例如，芯片上透镜347由诸如苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、苯乙烯-丙烯酸共聚物树脂或硅氧烷树脂等树脂材料形成。由芯片上透镜347会聚的光有效地入射在PD 261上。
在半导体基板341的背面侧的像素边界344中，从半导体基板341的背面侧(芯片上透镜347侧)沿基板深度方向到预定深度形成用于分离相邻像素的像素间分离单元361。包括像素间分离单元361的底面和侧壁的外周部被作为抗反射膜343的一部分的氧化铪膜353覆盖。像素间分离单元361防止入射光通过附近像素250b以将入射光限制在自身像素内，并且防止入射光从相邻像素250b泄漏。
在图11的示例中，作为抗反射膜343的最上层的材料的氧化硅膜355被埋入在背面侧雕刻的沟槽(槽)中，因此同时形成氧化硅膜355和像素间分离单元361。因此，作为用作抗反射膜343的层叠膜的一部分的像素间分离单元361和氧化硅膜355由相同材料形成，但是也可以不由相同材料形成。例如，用作像素间分离单元361的埋入在背面侧的膜的材料可以是诸如钨(W)、铝(Al)、钛(Ti)或氮化钛(TiN)等金属材料。
另一方面，在半导体基板341的形成有多层配线层342的前表面侧，相对于形成在每个像素250b中的一个PD 261，形成两个传输晶体管TRG1和TRG2。例如，传输晶体管TRG1对应于TG 252A(参见图10)，传输晶体管TRG2对应于TG 252B(参见图10)。
在半导体基板341的前表面侧，用作临时保持从PD 261传输的电荷的电荷累积单元的浮动扩散区域FD1和FD2由高密度N型半导体区域(N型扩散区域)形成。例如，浮动扩散区域FD1对应于FD 253A(FD 253A所包括的FD 253A-1或FD 253A-2(参见图10))，浮动扩散区域FD2对应于FD 253B(FD 253B所包括的FD 253B-1或FD 253B-2(参见图10))。
多层配线层342包括多个配线层M和其间的层间绝缘膜362。图11示出构造了四个层(配线层M1至M4)的示例。
在多层配线层342的多个配线层M中分别形成有配线371至374。例如，配线371至374由诸如铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)、钛(Ti)或氮化钛(TiN)等金属膜形成。这里，设置在配线层M1中的配线被称为配线371，设置在配线层M2中的配线被称为配线372，设置在配线层M3中的配线被称为配线373，设置在配线层M4中的配线被称为配线374。
设置在配线层M1至M4中的配线371至374通过形成在垂直方向上的通孔366在必要部分中连接。
如上所述，像素250b具有背面照射型结构，其中，作为半导体层的半导体基板341设置在芯片上透镜347和多层配线层342之间，并且入射光从形成有芯片上透镜347的背面侧入射到PD 261上。
像素250b具有这样的结构：其中，针对设置在每个像素中的PD 261，包括两个传输晶体管TRG1和TRG2，并且在PD 261中通过光电转换产生的电荷(电子)能够被分布到浮动扩散区域FD1和FD2。
<配线>
如上所述，例如，分接部251A所包括的FD 253A形成在FD 253A-1和FD 253A-2的两个区域中，并且这两个区域通过配线连接。将参照图12和图13说明配线。
配线形成在层叠于半导体基板341(其中形成有PD 261)上的多层配线层342(参见图11)中。图12是示出在图10所示的像素250b的平面图中添加的配线层M1的配线的图。图13是示出在图10所示的像素250b的平面图中添加的配线层M2的配线的图。
参照图12，PD 261和TG 252A通过形成在配线层M1中的配线431A连接。在作为配线431A的一端的图12中的PD 261的下侧，形成与配线层M2连接的通孔411A。在作为配线431A的另一端的图12中的TG 252A的下侧，形成将TG 251A连接到配线431A的触点412A。
在前面的说明和下面的说明中，连接包括物理连接，并且还包括尽管是非物理连接但能够读取电荷或信号的连接。
参照图13，通孔411A连接到形成于配线层M2中的像素驱动线246A。由于通孔411A连接到配线431A(参见图12)并且配线431连接到TG 252A，因此像素驱动线246A连接到TG251A。像素驱动线246A是传输用于驱动传输晶体管252A的信号的配线。
参照图12，FD 253A-2、FD 253A-1和AMP 257A通过配线432A连接。在FD 253A-2、FD253A-1和AMP 257A中，分别形成触点413A、414A和415A。这些触点连接到配线432A。
配线432A也能够用作构成FD 253A的区域。通过延长配线432A的配线长度，可以增加FD 253A的容量。因此，如图13所示，在配线层M2中形成用于构成FD 253A的一部分的配线441A。配线441A通过通孔416A连接到配线432A。
在图12和图13中，通孔416A形成在TG 252A和AMP 257A之间。配线432A形成在配线层M1中并且配线441A形成在配线层M2中，以连接到通孔416A。
如上所述，配线441A形成为增加FD 253A的容量，并且不是用于连接的配线。因此，能够省略配线441A。这里，将说明在配线层M2中形成配线441A的示例。然而，配线441A可以形成在除了配线层M2以外的配线层M3或M4中。
参照图12，配线433A形成在与SEL 258A和AMP 257A的下侧对应的区域中。配线433A连接到形成在SEL 258A中的通孔417A以及形成在RST 254A和FBEN 255A之间(与复位晶体管254A的漏极对应的区域)的触点418A。
配线433A是与图7所示的电路图中的寄生电容C_ST对应的部分。通过增加寄生电容C_ST的电容，可以进一步降低KTC噪声。因此，作为与寄生电容C_ST对应的区域，如图12所示，在配线层M1中设置配线434A，并且如图13所示，在配线层M2中设置配线442A。与寄生电容C_ST对应的部分由配线433A、434A和442A构成。
形成于配线层M1中的配线433A连接到通孔417A。形成在配线层M1中的配线434A连接到通孔419A。形成在配线层M2中的配线442A连接到通孔417A和419A。因此，配线433A、通孔417A、配线442A、通孔419A和配线434A形成为连接状态，从而形成寄生电容C_ST。
参照图12，配线434A形成为从图中FD 253A-2的右侧的区域穿过阱触点265和PD261的下侧并延伸至OFD 256的配线。
与分接部251A相关的配线被形成为线性对称于与分接部251B相关的配线。将参照图12和图13说明与分接部251B相关的配线。
参照图12，PD 261和TG 252B通过形成于配线层M1中的配线431B连接。在作为配线431B的一端的图12中的PD 261的下侧，形成与配线层M2连接的通孔411B。在作为配线431B的另一端的图12中的TG 252B的下侧，形成将TG 251B连接到配线431B的触点412B。
参照图13，通孔411B连接到形成于配线层M2中的像素驱动线246B。因此，像素驱动线246B连接到TG 251B。像素驱动线246B是传输用于驱动传输晶体管252B的信号的配线。
参照图12，FD 253B-1、FD 253B-2和AMP 257B通过配线432B连接。在FD 253B-1、FD253B-2和AMP 257B中，分别形成触点413B、414B和415B。这些触点连接到配线432B。
如图13所示，在配线层M2中形成用于构成FD 253B的一部分的配线441B。配线441B通过通孔416B连接到配线432B。
参照图12，配线433B形成在与SEL 258B和AMP 257B的下侧对应的区域中。配线433B连接到形成在SEL 258B中的通孔417B以及形成在RST 254B和FBEN 255B之间(与复位晶体管254B的漏极对应的区域)的触点418B。
形成于配线层M1中的配线433B连接到通孔417B。形成在配线层M1中的配线434B连接到通孔419B。形成在配线层M2中的配线442B连接到通孔417B和通孔419B。因此，配线433B、通孔417B、配线442B、通孔419B和配线434B形成为连接状态，从而形成寄生电容C_ST。
参照图12，配线434B形成为从图中FD 253B-2的右侧的区域穿过阱触点265和PD261的下侧并延伸至OFD 256的配线。
这样，与分接部251B相关的配线被形成为线性对称于与分接部251A相关的配线。
像素250b中包括的分接部251A所包括的晶体管和配线等与像素250b中包括的分接部251B所包括的晶体管和配线等被设置成沿着像素250b中的中心线L1(参见图10)呈线性对称。
因此，例如，能够抑制有助于噪声消除的配线的长度(与例如寄生电容C_ST对应的配线433或配线434等的长度)变化。因此，可以抑制分接部251A和251B的与降噪相关的性能差异，从而可以改进测距系统。
<第三实施例中的像素的示例性构造>
将参照图14说明根据第三实施例的像素250c的构造。图14是示出根据第三实施例的像素250c的示例性平面构造的图。
根据第三实施例的像素250c的示例性电路构造与图7所示的像素250的示例性电路构造相同。根据第三实施例的像素250c的示例性截面构造能够与图11所示的像素250b的示例性截面构造相同。这里，将省略电路构造和截面构造的说明。
在图14所示的像素250c中，对与图10所示的第二实施例中的像素250b相同的部分标注相同的附图标记，并且适当地省略其说明。在图14所示的像素250c与图10所示的像素250b之间进行比较，像素250c的不同之处在于，FDG 259Ac和FDG 259Bc设置在图中PD 261的下侧。
FDG 259Ac和FDG 259Bc移动到PD 261的下侧，因此连接到FDG 259Ac的FD 253A-2c和连接到FDG 259Bc的FD 253B-2c也设置在下侧。类似地，连接到FDG 259Ac的附加电容单元260Ac和连接到FDG 259Bc的附加电容单元260Bc也设置在下侧。
FD 253A-2c、FDG 259Ac和附加电容单元260Ac在图中并排设置。FD 253B-2c、FDG259Bc和附加电容单元260Bc在图中并排设置。FD 253A-2c、FDG 259Ac和附加电容单元260Ac与FD 253B-2c、FDG 259Bc和附加电容单元260Bc被设置为关于中心线L1线性对称。
在图14所示的像素250c的构造中，如同图10所示的像素250b那样，分接部251A中包括的每个单元和分接部251B中包括的每个单元被设置为线性对称。
尽管未示出，但是在图14所示的像素250c中，如同第二实施例中的像素250b那样，分接部251A中包括的配线和分接部251B中包括的配线被布置成线性对称。
因此，像素250c中包括的分接部251A所包括的晶体管和配线等与像素250c中包括的分接部251B所包括的晶体管和配线等能够被布置成关于像素250c中的中心线L1(参见图14)线性对称。因此，例如，可以抑制有助于噪声消除的配线的变化，例如，抑制与寄生电容C_ST对应的配线等的变化。
<第四实施例中的像素的示例性构造>
将参照图15说明根据第四实施例的像素250d的构造。图15是示出根据第四实施例的像素250d的示例性平面构造的图。
根据第四实施例的像素250d的示例性电路构造与图7所示的像素250的示例性电路构造相同。根据第四实施例的像素250d的示例性截面构造能够与图11所示的像素250b的示例性截面构造相同。这里，将省略对电路构造和截面构造的说明。
在图15所示的像素250d中，对与图10所示的第二实施例中的像素250b相同的部分标注相同的附图标记，并且将适当地省略其说明。在图15所示的像素250d与图10所示的像素250b之间进行比较，像素250d的不同之处在于，FDG 259Ad和FDG 259Bd设置在图中PD261的下侧。
当将图15所示的像素250d与图14所示的像素250c进行比较时，像素250d的相同之处在于，FDG 259Ad和FDG 259Bd设置在图中PD 261的下侧。然而，像素250d的不同之处在于，FD 253A-2d、FDG 259Ad和附加电容单元260Ad设置在图中的垂直方向，FD 253B-2d、FDG259Bd和附加电容单元260Bd设置在图中的垂直方向。
即使当FD 253A-2d、FDG 259Ad和附加电容单元260Ad被布置在垂直方向并且FD253B-2d、FDG 259Bd和附加电容单元260Bd被布置在垂直方向时，这些单元也都被布置成关于中心线L1线性对称。
在图15所示的像素250d中，FBEN 255的位置被布置在与像素250b和250c不同的位置。在像素250d中，FDG 259等设置在PD 261的下侧，因此能够将FBEN 255等设置在布置有FDG 259等的区域中。
图15示出了FBEN 255A和FBEN 255B设置在图中的上侧并且FBEN 255A和FBEN255B形成在水平方向上的情况。当FBEN 255Ac的位置被布置在像素250d的上方的中央侧时，RST 254A的位置向上偏移，从而可以广泛地形成RST 254A和TG 252A之间的区域，即，对应于FD 253A-1的区域。
在图15所示的像素250d的构造中，如同图10所示的像素250b一样，分接部251A中包括的每个单元和分接部251B中包括的每个单元被设置为线性对称。
尽管未示出，但是在图15所示的像素250d中，如同第二实施例中的像素250b那样，分接部251A中包括的配线和分接部251B中包括的配线被布置成线性对称。
因此，像素250d中包括的分接部251A所包括的晶体管和配线等与像素250d中包括的分接部251B所包括的晶体管和配线等能够被布置成关于像素250d中的中心线L1(参见图15)线性对称。因此，例如，可以抑制有助于噪声消除的配线的变化，例如，抑制与寄生电容D_ST对应的配线等的变化。
这里，已经给出了其中改变第二至第四实施例中的晶体管的布置和尺寸等的示例。然而，布置和尺寸是示例性的。本技术也能够适用于除了示例中给出的布置和尺寸以外的布置和尺寸。
如上所述，通过将用作浮动扩散区域(FD)的区域分散地布置在两个区域中并且连接这两个区域，能够将应用了本技术的像素视为一个FD。通过将FD分散地布置在两个区域中，能够增加布置的自由度。通过将FD分散地布置在两个区域中，也可以将FD形成为比在一个区域中设置FD时更大的区域。
在上述实施例中，已经以FD 253A形成在两个区域(例如，图10所示的像素250b中的FD 253A-1和FD 253A-2)中的情况为例进行了说明。然而，可以将FD划分并布置在两个以上的区域中。
如上所述，应用了本技术的像素被构造成这样：通过设置附加电容单元和切换FD的容量的转换效率切换晶体管(FDG)，能够进一步增加FD的容量。通过在层叠配线层中也设置构成FD的一部分的配线，可以进一步增加FD的容量。根据这一事实，能够将应用了本技术的像素形成为FD的容量增加的像素。
如上所述，应用了本技术的像素具有如下的构造：其中，能够设置反馈使能晶体管(FBEN)，并且能够通过配线保证寄生电容C_ST或寄生电容C_FB。因此，可以降低诸如KTC噪声等噪声。
如上所述，当本技术应用于具有2-分接部构造的像素时，分接部中的晶体管或配线在像素中线性对称地设置。因此，可以消除配线长度的变化。当配线的长度有变化时，配线的电容会产生差异，因此有可能无法适当地抑制噪声的产生。然而，通过应用本技术，可以降低发生这种问题的可能性。
<第五实施例>
在下面的说明中，将说明TG 252、FD 253、OFD 256和PD 261的布置。由于其他单元能够应用于第二至第四实施例中的任何一个，因此将省略其说明。
图16是示出根据第二至第四实施例的像素250中的TG 252、FD 253、OFD 256和PD261的布置示例的图。TG 252A和TG 252B被设置为与PD 261的四个边中的一个边相邻。在图16所示的示例中，TG 252A和TG 252B在PD 261的上边的X轴方向上平行并排地设置。
FD 253A-1设置在TG 252A的上侧，FD 253B-1设置在TG 252B的上侧。OFG 256设置在PD 261的与设置有TG 252的那侧相反的一侧上。
在图16所示的示例中，TG 252A和FD 253A-1、TG 252B和FD 253B-1也被布置成关于像素250的中心线L1线性对称。当OFG 256设置在中心线L1上并且OFG 256被临时划分为中心线L1的左右两侧时，左右区域线性对称地设置。
在第二至第四实施例中，如图16所示，TG 252、FD 253和OFG 256线性对称地设置。TG 252、FD 253和OFG 256的布置和数量可以是除了在图16所示的示例中以外的位置和数量，或者可以是将在下面说明的位置或数量。
图17是示出根据第五实施例的像素250e的示例性构造的图。在图17所示的像素250e和图16所示的像素250之间进行比较，图17所示的像素250e与图16所示的像素250的不同之处在于，设置有两个OFG 256。
在图17所示的像素250e中，OFG 256-1和OFG 256-2在PD 261的下边的X轴方向上并排设置。OFG 256-1和OFG 256-2被设置成关于像素250的中心线L1线性对称。
这样，通过设置多个OFG 256，可以提高放电能力。如图17所示，OFG 256被构造为如同TG 252那样关于中心线L1线性对称。因此，可以进一步提高像素250e的对称性并且可以提高光学对称性。
<第六实施例>
图18是示出根据第六实施例的像素250f的示例性平面构造的图。
在图18所示的像素250f和图17所示的像素250e之间进行比较，图18所示的像素250f的相同之处在于，设置有两个OFG 256，但是不同之处在于设置OFG 256的位置。
在图18所示的像素250f中，OFG 256-1设置在PD 261的左侧，而OFG 256-2设置在PD 261的右侧。在像素250f中，OFG 256-1和OFG 256-2被设置在相对侧。OFG 256-1和OFG256-2关于像素250f的中心线L1线性对称地布置。
在像素250f中，TG 252和OFG 256未设置在相对侧。OFG 256被设置在靠近TG 252的位置。具体地，TG 252和OFG 256设置在TG 252和OFG 256形成直角的位置。这样，TG 252和OFG 256设置在不相对的位置，因此电荷传输方向不是相反的。可以实现防止在将电荷传送到TG 252的传送速度和将电荷传送到OFG 256的传送速度之间出现差异的构造。
<第七实施例>
图19是示出根据第七实施例的像素250g的示例性平面构造的图。
在图19所示的像素250g和图17所示的像素250e之间进行比较，图19所示的像素250g的相同之处在于，设置有两个OFG 256，但是不同之处在于设置OFG 256的位置。
在图19所示的像素250g中，TG 252A、TG 252B、OFG 256-1和OFG 256-2都设置在PD261的上侧。在像素250g中，TG 252A、FD 253A-1和OFG 256-1以及TG 252B、FD 253B-1和OFG256-2关于像素250g的中心线L1线性对称地设置。
在像素250g中，TG 252和OFG 256被设置在PD 261的预定一侧，并且能够使电荷传输方向在所述一侧所在的方向上对齐。通过使电荷传输方向在一个方向上对齐，例如容易将电位梯度设计为朝向该方向的梯度。防止了在电荷向TG 252传输的传输速度与电荷向OFG 256传输的传输速度之间产生差异。因此，可以提高TG 252的电荷传输能力，并且可以提高OFG 256的电荷排出能力。
<第八实施例>
图20是示出根据第八实施例的像素250h的示例性平面构造的图。
在图20所示的像素250h和图19所示的像素250g之间进行比较，像素250h的相同之处在于，TG 253和OFG 256设置在PD 261的一侧，但是不同之处在于，OFG 256的数量为1。
在像素250h中，TG 252A、OFG 256和TG 252B在PD 261的上侧的X轴方向上依次布置。OFG 256位于像素250h的中心线L1上，TG 252A和TG 252B设置在OFG 256的两侧。
在像素250h中，TG 252和OFG 256设置在一侧。因此，如像素250g中那样(参见图19)，可以提高TG 252的电荷传输能力，并且可以提高OFG 256的电荷排出能力。
<第九实施例>
图21是示出根据第九实施例的像素250i的示例性平面构造的图。
根据第一至第八实施例的像素250是具有2-分接部构造的像素，并且以设置有两个TG 252的构造为例进行了说明。然而，像素能够具有4-分接部构造。当像素具有4-分接部构造时，如图21所示，设置有四个TG 252。在图21所示的像素250i中，在PD 261的上侧的X轴方向上从左边起依次设置TG 252A-2、TG 252A-1、TG 252B-1和TG 252B-2。
在TG 252A-2中设置有FD 253A-1-2，在TG 252A-1中设置有FD 253A-1-1，在TG252B-1中设置有FD 253B-1-1，在TG 252B-2中设置有FD 253B-1-2。在PD 261的下边的中间设置有一个OFG 256。也能够使用如同根据第五实施例的像素250e(参见图17)那样设置有两个OFG 256的构造或者与TG 252的数量相匹配地设置有四个OFG 256的构造。
这样，通过设置四个TG 256，换句话说，通过使用4-分接部构造，可以一次获得四个相位信息。例如，可以减少获取测距图像所需的帧数，并且可以抑制运动模糊。
<平面图中栅极的形状>
图22是示出平面图中栅极的形状的图。
在第一至第九实施例中，已经说明了其中栅极的形状为矩形的TG 252或OFG 256。然而，可以使用矩形以外的形状。图22示出了在图16所示的像素250的构造中栅极的形状是具有矩形以外的形状的构造的示例。
在图22中，TG 252A、TG 252B和OFG 256均是六边形。换句话说，矩形栅极的角在形状上被切掉。这样，通过切掉栅极形状中的角，可以降低栅极电容，并且可以提高传输能力。
图22所示的TG 252A、TG 252B和OFG 256被设置在跨越PD 261的位置处。这样，能够将平面图中栅极的一部分构造为形成在PD 261上。
图23示出了在图18所示的像素250f的构造中栅极的形状是具有矩形以外的形状的构造的示例。如图23所示，能够将栅极的形状设置为切掉角的形状，因此切掉角的部分能够彼此靠近。如图23所示，TG 252A和OFG 256-1以及TG 252B和OFG 256-2的正交栅极能够彼此靠近，因此能够增加TG 252或OFG 256的布局或其他栅极的布局的自由度。
通过将TG 252和OFG 256设置得更近，如参照图18中的像素250f所述的，能够使电荷传输方向在一个方向上对齐。可以提高TG 252的电荷传输能力，并且可以提高OFG 256的电荷排出能力。
<截面图中栅极的形状>
接下来，将另外说明截面图中栅极的形状。
图24是再次在平面图中示出图16所示的像素250的图。图25是示出在图24所示的像素250的平面图中沿着线A-A’截取的截面构造的图。
如图25所示，PD 261设置在由硅(Si)基板形成的P阱区域401中。PD 261具有这样的结构：其中，例如，形成N型杂质层(电荷累积层)，并且在N型杂质层的上方形成有作为耗尽防止层(钉扎层)的高密度P型杂质层。
在图中PD 261的左侧，设置有累积在PD 61中产生的电荷的FD 253A-1。在图25中，TG 252A设置在PD 261和FD 253A-1之间。另一方面，在图中的右侧，设置有OFD 256。
参照图24，在TG 252A或TG 252B导通或关断的时刻，在PD 261中产生的电荷被分配到分接部251A中包括的TG 252A和分接部251B中包括的TG 252B。电荷也能够通过用于放电的OFG 256排出。即，在栅极导通或关断的时刻，在PD 261中产生的电荷被分配到不同的3个方向中的一个。
例如，在TG 252A导通时，当位于TG 252A和TG 252B之间的电荷没有全部进入TG252A而是进入相对的TG 252B时，Cmod(Contrast between active and inactive tap：电荷分离效率)可能降低，或者可能产生深度不均匀(DNU：depth non uniformity)。
TG 252可以是垂直栅极晶体管。通过使用垂直栅极晶体管，可以增加由硅(Si)基板形成的P阱区域401中的电位调制，因此可以提高电荷分配到TG 252A和TG 252B的能力。
通过添加了OFG 256的构造，能够增大PD 261的复位能力。因此，可以抑制通过TG252A或TG 252B检测由于PD 261中的传输不良等而残存的电荷作为信号分量。因此，可以提高电荷分离效率，并且可以提高测距精度。
在下文中，将另外说明TG 252和OFG 256是垂直栅极晶体管的情况。在下面的实施例中，能够应用第一至第九实施例的组合。
<第十实施例>
图26是示出根据第十实施例的像素250j的示例性构造的平面图。图27是示出在图26的像素250j的平面图中沿着线A-A’截取的截面构造的截面图。
图26所示的像素250j包括TG 252A中的垂直栅极单元421A，包括TG 252B中的垂直栅极单元421B，并且包括OFG 256中的垂直栅极单元422。
参照图27的截面图，TG 252A包括垂直栅极单元421A。垂直栅极单元421A是形成为传输栅极的部分，在传输栅极中垂直晶体管沟槽被开口并且从PD 261读取电荷。TG 252A是平面栅电极和垂直栅电极一体化的传输栅电极。垂直栅电极在本文中被称为垂直栅极单元421A。
尽管在图27中未示出，但是如同TG 252A一样，TG 252B也包括平面栅电极和垂直栅极单元421B。类似地，如同TG 252A一样，OFG 256也包括平面栅电极和垂直栅极单元422。
这样，通过将TG 253形成为包括垂直栅极单元421的垂直晶体管，可以有效地读取来自PD 261的较深部分的电荷。可以传输其中利用垂直栅极单元422的电位梯度高速分配PD 261中通过光电转换产生的电荷。
通过改变施加到栅极的施加电压，也可以容易地控制体内部的电位调制度。这比掺杂了杂质并且调制电位的情况更有效，更容易完成。
例如，当通过使用垂直栅极单元421的调制来形成TG 253时，可能发生掩模图案的对准偏差，并且平面栅电极可能以偏移状态形成。然而，垂直栅极单元421也能够不受其影响而稳健化。
通过设置有OFG 256的构造，能够添加电荷排出功能。因此，通过在OFG 256中也包括垂直栅极单元422，可以进一步抑制通过TG 252A和TG 252B检测PD 261中由于传输不良而残存的电荷作为信号分量。因此，可以提高Cmod，并且可以提高测距精度。
包括垂直栅极单元的栅极的构造也能够应用于其他晶体管的栅极。
<第十一实施例>
图28是示出根据第十一实施例的像素250k的示例性构造的平面图。每个栅极可以设置有多个垂直栅极单元。
图28是示出每个栅极包括两个垂直栅极单元的像素250k的示例性构造的图。在像素250k的TG 252A中，垂直栅极单元421A-1和垂直栅极单元421A-2在图中的左右方向(X轴方向)上并排设置。在像素250k的TG 252B中，垂直栅极单元421B-1和垂直栅极单元421B-2在图中的左右方向上并排设置。在像素250k的OFG 256中，垂直栅极单元422-1和垂直栅极单元422-2在图中的左右方向上并排设置。
这样，一个TG 252可以包括两个垂直栅极单元421。在TG 252中并排设置的两个垂直栅极单元421可以在上述X轴方向或Y轴方向(图中的上下方向)。如同TG 252一样，其他栅极也能够包括两个垂直栅极单元。
如图29所示，示出了一个TG 252包括四个垂直栅极单元421的像素250k’的示例性构造。在像素250k’的TG 252A中，垂直栅极单元421A-1至421A-4被设置在TG 252A的四个角中。在像素250k’的TG 252B中，垂直栅极单元421B-1至421B-4被设置在TG 252B的四个角中。在像素250k’的OFG 256中，垂直栅极单元422-1至422-4被设置在OFG 256的四个角中。
这样，四个垂直栅极单元421可以被包括在一个TG 252中。在其他栅极中，如同TG252一样，也能够包括四个垂直栅极单元。
尽管未示出，但是除了两个或四个垂直栅极单元以外的多个垂直栅极单元也能够被包括在一个栅极中。当在一个栅极中设置有多个垂直栅极单元时，垂直栅极单元的布置可以是除了根据栅极的形状在上述预定方向上将垂直栅极单元设置在例如栅极的四个角中的并排布置以外的布置。
通过增加垂直栅极单元的数量，可以提高电位调制的优势。
图30是示出在图29的像素250k’的平面图中沿着线A-A’截取的截面构造的截面图。在图30中，在设置于TG 252A中的四个垂直栅极单元421A-1至421A-4中，示出了设置在将FD 253A-1连接到PD 261的直线(线A-A’)上的垂直栅极单元421A-2和421A-4。
垂直栅极单元421可以形成在相同的深度而不取决于垂直栅极单元的布置位置，或者可以根据垂直栅极单元的布置位置形成在不同的深度。当深度根据垂直栅极单元的布置位置而改变时，如图30所示，设置在最靠近PD 261的位置处的垂直栅极单元421A-4的深度A能够比设置在距离PD 261更远的位置处的垂直栅极单元421A-2的深度B深。
这样，通过设置多个垂直栅极单元421并且根据垂直栅极单元的布置位置改变深度，可以获得图30的下方图所示的电位梯度(可以调整深度，以便能够获得电位梯度)。如图31所示，可以通过调整垂直栅极单元421A-2和421A-4的深度来产生从PD 261到FD 253A-1的P阱区域401内的电位下降的电位梯度。
当形成深度不同的垂直栅极单元421时，如图31所示，垂直栅极单元421能够在形成时以不同的直径形成。如图30所示，当垂直栅极单元421A-3(421A-4)形成为比垂直栅极单元421A-1(421A-2)深时，如图31所示，形成垂直栅极单元421A-3时的沟槽的直径L2被设为大于形成垂直栅极单元421A-1时的沟槽的直径L1。
通过设置形成垂直栅极单元421A-3时沟槽的直径L2>形成垂直栅极单元421A-1时沟槽的直径L1，可以在相同的工艺中改变雕刻量，进行雕刻直至直径较大的位置，并且在不同深度处形成垂直栅极单元421。
这样，通过形成多个垂直栅极单元421并且使垂直栅极单元421的深度不同，可以形成期望的电位梯度，并且可以提高电荷传输效率。
<第十二实施例>
图32是示出根据第十二实施例的像素250m的示例性构造的平面图。图33是示出在图32的像素250m的平面图中沿着线A-A’截取的截面构造的截面图。
图32所示的像素250m具有如下构造：其中，将TG 252A-2、TG 252B-2和OFG 256-2添加到图26所示的像素250j中。
图32和图33所示的像素250m在PD 261的一侧包括TG 252A-1和TG 252B-1，并且在PD 261上包括TG 252A-2和TG 252B-2。TG 252A-1和TG 252A-2是分接部251A中包括的传输晶体管的栅极，TG 252B-1和TG 252B-2是分接部251B中包括的传输晶体管的栅极。
如图33所示，TG 252A-1设置在PD 261和FD 253A-1之间，TG 252A-2设置在PD 261上。TG 252A-2设置在平面图中与PD 261重叠的位置处。TG 252B-1和TG 252B-2以与TG252A-1和TG 252A-2相似的位置关系布置。
这样，通过将TG 252A-2设置在PD 261和TG 252A-1的电荷传输的路径中，可以使电位梯度倾斜到像素250m的中央附近，并且可以提高电荷传输能力。通过类似地构成TG252B，也可以提高电荷传输能力。通过在TG 252A和TG 252B中提高电荷传输能力，也可以提高电荷分配能力。
通过构成其他栅极，例如OFG 256，与TG 252类似，也可以提高电荷排出能力。
这里，已经说明了由TG 252-1和TG 252-2构成TG 252的示例，但是设置在PD 261上的TG 252-2的数量可以是多个，而不是一个。
当TG 252A配置有TG 252A-1和TG 252B-2这两个栅极时，可以执行通过同时施加驱动电压来同时导通TG 252A-1和TG 252B-2的驱动。当执行同时导通TG 252A-1和TG252B-2的驱动时，可以向TG 252A-1和TG 252B-2施加相同的电压，或者可以向TG 252A-1和TG 252B-2施加不同的电压。
例如，当施加不同的电压时，可以控制施加到TG 252A-1的电压，使得该电压大于施加到TG 252A-2的电压。
可以执行这样的驱动：在不同的时刻将驱动电压施加到TG 252A-1和TG 252B-2以使导通时序偏移。例如，可以驱动TG 252A-2，随后可以在保持TG 252A-2的驱动状态的同时驱动TG 252B-1。在TG 252A-2被驱动并且TG 252A-2被关断之后，可以驱动TG 252B-1。
TG 252A-2或TG 252B-2可以形成为大于图32和图33所示的尺寸。图33和图34示出了当TG 252A-2或TG 252B-2被设置成大的时像素250m的示例性构造。
图34是示出根据第十二实施例的像素250m(称为像素250m’)的另一示例性构造的平面图。图35是示出在图34的像素250m’的平面图中沿着线A-A’截取的截面构造的截面图。
参照图34，设置在PD 261上的TG 252A-2’、TG 252B-2’、OFG 256-2’各自形成有PD261的面积在平面图中被分成三部分的尺寸。参照图35，TG 252A-2’形成在PD 261上，比TG252A-1大。
这样，如同图32和图33所示的示例一样，TG 252-2’的尺寸可以与TG 252-1的尺寸大致相同，或者如同图34和图35所示的示例一样，可以大于TG 252-1的尺寸。
<第十三实施例>
图36是示出根据第十三实施例的像素250n的示例性构造的平面图。图37是示出在图36的像素250n的平面图中沿着线A-A’截取的截面构造的截面图。
图36所示的像素250n与图32所示的像素250m的不同之处在于，TG 252A-2、TG252B-2和OFG 256-2各自被构造为垂直栅极晶体管，并且其他构造相似。
在TG 252A-2中设置有垂直栅极单元421A-2，在TG 252B-2中设置有垂直栅极单元421B-2，在OFG 256-2中设置有垂直栅极单元422-2。
当TG 252-1和TG 252-2都是垂直栅极单元421时，如图37的A所示，深度可以相同，并且如图37的B所示，深度可以不同。
在图37的A所示的示例中，TG 252A-1的垂直栅极单元421A-1的深度B可以与TG252A-2的垂直栅极单元421A-2的深度A相同。
在图37的B所示的示例中，TG 252A-1的垂直栅极单元421A-1的深度B可以与TG252A-2的垂直栅极单元421A-2的深度A不同。图37的B示出了垂直栅极单元421A-1的深度B浅于垂直栅极单元421A-2的深度A的情况。然而，垂直栅极单元421A-1的深度B可以深于垂直栅极单元421A-2的深度A。
这样，通过将在PD 261上形成的TG 252-2形成为包括垂直栅极单元421的垂直栅极晶体管，可以形成期望的电位梯度，并且可以提高电荷传输效率。
<第十四实施例>
图38是示出根据第十四实施例的像素250p的示例性构造的平面图。图39是示出在图38的像素250p的平面图中沿着线A-A’截取的截面构造的截面图。
图38和图39所示的像素250p与图36所示的像素250n的不同之处在于，TG 252A-1、TG 252B-1和OFG 256-1都不是垂直栅极，换句话说，是水平栅极，并且其他构造相同。
在图38所示的像素250p中，TG 252A-1是不包括垂直栅极单元的水平栅极。类似地，TG 252B-1是不包括垂直栅极的水平栅极。OFG 256-1是不包括垂直栅极单元的水平栅极。
这样，例如，分接部251A中包括的TG 252A-1和TG 252A-2中的一个可以被构造为垂直栅极，并且另一个可以被构造为水平栅极。
如图39所示，通过将TG 252A-2构造为垂直栅极，可以在深度方向上靠近PD 261的位置处形成栅极，并且可以提高传输能力。因此，在像素250p中，也可以提高电荷传输效率。
可以组合前述第一至第九实施例中的一个实施例和第十至第十四实施例中的一个实施例。即，在根据第一至第九实施例中的一个实施例的像素250中，能够将像素250中包括的栅极设为垂直栅极。
<电子设备的应用>
本技术不限于摄像元件的应用。即，本技术能够适用于在摄像单元(光电转换单元)中使用摄像元件的一般电子设备，例如，诸如数码相机或摄像机等摄像装置、具有摄像功能的便携式终端设备、或在图像读取单元中使用摄像元件的复印机。摄像元件可以形成为单芯片，或者可以形成为其中摄像单元和信号处理单元或光学系统被共同封装并且具有摄像功能的模块。
图40是示出作为应用了本技术的电子设备的摄像装置的示例性构造的框图。
图40中的摄像装置1000包括由透镜组形成的光学单元1001、采用图1中的摄像装置10的构造的摄像元件(摄像装置)1002和作为相机信号处理电路的数字信号处理器(DSP)电路1003。摄像装置1000包括帧存储器1004、显示单元1005、记录单元1006、操作单元1007、电源单元1008。DSP电路1003、帧存储器1004、显示单元1005、记录单元1006、操作单元1007和电源单元1008通过总线1009彼此连接。
光学单元1001获取来自被摄体的入射光(图像光)，并且在摄像元件1002的成像面上形成图像。摄像元件1002以像素为单位将由光学单元1001在成像面上形成的入射光量转换为电信号，并且将电信号作为像素信号输出。能够将图1中的摄像装置1用作摄像元件1002。
例如，显示单元1005被构造为诸如液晶显示器(LCD)或有机电致发光(EL)显示器等薄型显示器，并且显示由摄像元件1002获取的运动图像或静止图像。记录单元1006将由摄像元件1002获取的运动图像或静止图像记录在诸如硬盘或半导体存储器等记录介质上。
操作单元1007在用户进行操作时给出摄像装置1000的各种功能的操作指令。电源单元1008将用作DSP电路1003、帧存储器1004、显示单元1005、记录单元1006和操作单元1007的操作电源的各种电源适当地供给到供应目标。
<内窥镜手术系统的应用>
根据本公开的技术(本技术)能够应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜手术系统。
图41是示出应用了根据本公开的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。
图41示出了外科医生(医生)11131使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的状态。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜(endoscope)11100、诸如气腹管(pneumoperitoneum tube)11111或能量治疗工具11112等其他手术工具11110、支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120、和安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。
内窥镜11100包括：镜筒11101，镜筒11101的具有预定长度的区域从远端插入到患者11132的体腔中；以及摄像头11102，摄像头11102连接到镜筒11101的近端。在所示的示例中，示出了被构造为具有刚性镜筒11101的所谓的刚性镜的内窥镜11100，但是内窥镜11100也可以被构造为具有柔性镜筒的所谓的柔性镜。
在镜筒11101的远端设置有开口，物镜安装在该开口中。光源装置11203连接到内窥镜11100，由光源装置11203产生的光通过在镜筒11101内延伸的光引导件被引导到镜筒的远端，并且该光经由物镜照射到患者11132体腔中的观察目标上。内窥镜11100可以是直视镜、斜视镜或侧视镜。
在摄像头11102内设置有光学系统和摄像元件，并且从观察目标反射的光(观察光)通过该光学系统会聚到该摄像元件上。观察光被摄像元件光电转换，并产生对应于观察光的电信号，即，对应于观察图像的图像信号。该图像信号作为原始数据被发送到相机控制单元(CCU：camera control unit)11201。
CCU 11201由中央处理单元(CPU：central processing unit)或图形处理单元(GPU：graphics processing unit)等构成，并且CCU 11201整体控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。此外，CCU 11201接收来自摄像头11102的图像信号，并且例如对该图像信号进行诸如显像处理(去马赛克处理)等用于显示基于该图像信号的图像的各种图像处理。
在CCU 11201的控制下，显示装置11202显示基于在CCU 11201中进行图像处理的图像信号的图像。
例如，光源装置11203由诸如发光二极管(LED：light emitting diode)等光源构成，并且在对手术部位等进行摄像时将照射光提供给内窥镜11100。
输入装置11204是内窥镜手术系统11000的输入接口。用户能够通过输入装置11204将各种信息或指令输入到内窥镜手术系统11000。例如，用户输入用于改变内窥镜11100的摄像条件(照射光的类型、倍率和焦距等)的指令等。
治疗工具控制装置11205控制用于组织烧灼或切割、或血管闭合等的能量治疗工具11112的驱动。气腹装置11206通过气腹管11111将气体输送到患者11132的体腔中以使体腔膨胀，从而确保内窥镜11100的视野以及确保外科医生的工作空间。记录仪11207是能够记录与手术有关的各种信息的装置。打印机11208是能够以文本、图像或图表等各种形式打印与手术有关的各种信息的装置。
例如，在对手术部位进行摄像时将照射光提供给内窥镜11100的光源装置11203能够由LED、激光光源、或由LED和激光光源的组合构成的白光源构成。当白光源由RGB激光光源的组合构成时，能够以高精度来控制各颜色(各波长)的输出强度和输出时序。因此，光源装置11203能够调整所拍摄图像的白平衡。在这种情况下，通过按时间顺序用来自RGB激光光源的激光束照射观察对象，并与照射时序同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动，也能够按时间顺序来拍摄对应于R、G和B的图像。根据这种方法，即使在摄像元件中不设置彩色滤光片，也能够获得彩色图像。
可以控制光源装置11203的驱动，从而在每预定时间改变要输出的光强度。通过与光强度的变化时序同步地控制摄像头11102的摄像元件的驱动，按时间顺序获取图像，并且组合这些图像，能够产生没有所谓的黑点和白点的高动态范围图像。
光源装置11203可以被构造成能够提供与特殊光观察对应的预定波长带的光。在特殊光观察中，例如，执行所谓的窄带观察(narrow band imaging：窄带摄像)，即，利用人体组织中的光吸收的波长依赖性，通过照射比普通观察时的照射光(即，白光)的带域更窄的带域的光，来以高对比度对诸如黏膜表层的血管等预定组织进行摄像。可替代地，在特殊光观察中，可以执行通过照射激发光而产生的荧光来获得图像的荧光观察。在荧光观察中，例如，能够用激发光照射人体组织并且能够观察来自该人体组织的荧光(自发荧光观察)，或者能够将诸如吲哚菁绿(ICG：indocyanine green)等试剂局部注射到人体组织中并且能够利用与该试剂的荧光波长对应的激发光照射人体组织来获得荧光图像。光源装置11203能够被构造成能够提供与特殊光观察对应的激发光和/或窄带光。
图42是示出图41所示的摄像头11102和CCU 11201的功能构造的示例的框图。
摄像头11102包括透镜单元11401、摄像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像头控制单元11405。CCU 11201包括通信单元11411、图像处理单元11412和控制单元11413。摄像头11102和CCU 11201通过传输线缆11400彼此可通信地连接。
透镜单元11401是设置在与镜筒11101的连接单元中的光学系统。从镜筒11101的远端接收的观察光被引导到摄像头11102，并入射到透镜单元11401。透镜单元11401被构造为组合包括变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜。
构成摄像单元11402的摄像元件的数量可以是一个(所谓的单板型)，也可以是多个(所谓的多板型)。例如，当摄像单元11402被构造为多板型时，可以通过各个摄像元件产生分别与R、G和B对应的图像信号，并且可以通过合成这些图像信号来产生彩色图像。可替代地，摄像单元11402可以包括一对摄像元件，用以获取与三维(3D)显示对应的右眼图像信号和左眼图像信号。通过执行3D显示，外科医生11131能够更精确地掌握手术部位中的活体组织的深度。当摄像单元11402被构造为多板型时，可以与各个摄像元件对应地设置透镜单元11401的多个系统。
摄像单元11402并非必须设置在摄像头11102中。例如，摄像单元11402可以设置在镜筒11101内的物镜正后方。
驱动单元11403由致动器构成，并且在摄像头控制单元11405的控制下，驱动单元11403将透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定距离。这样，能够适当地调节通过摄像单元11402拍摄的图像的倍率和焦点。
通信单元11404由用于向CCU 11201发送各种信息和从CCU 11201接收各种信息的通信装置构成。通信单元11404将从摄像单元11402获得的图像信号作为原始数据通过传输线缆11400发送到CCU 11201。
另外，通信单元11404从CCU 11201接收用于控制摄像头11102的驱动的控制信号，并将该控制信号提供给摄像头控制单元11405。例如，控制信号包括与摄像条件相关的信息，例如，表示规定所拍摄图像的帧率的信息、表示规定摄像时的曝光值的信息、和/或表示规定所拍摄图像的倍率和焦点的信息。
诸如上述的帧率、曝光值、倍率和焦点等摄像条件可以由用户适当地指定，或者可以由CCU 11201的控制单元11413基于所获取的图像信号来自动地设置。在后一种情况下，在内窥镜11100上安装有所谓的自动曝光(AE：auto exposure)功能、所谓的自动聚焦(AF：auto focus)功能和所谓的自动白平衡(AWB：auto white balance)功能。
摄像头控制单元11405基于通过通信单元11404从CCU 11201接收的控制信号来控制摄像头11102的驱动。
通信单元11411由用于向摄像头11102发送各种信息和从摄像头11102接收各种信息的通信装置构成。通信单元11411接收通过传输线缆11400从摄像头11102发送来的图像信号。
通信单元11411将用于控制摄像头11102的驱动的控制信号发送到摄像头11102。图像信号或控制信号能够通过电通信或光通信等进行传输。
图像处理单元11412对从摄像头11102发送来的作为原始数据的图像信号进行各种图像处理。
控制单元11413对通过手术部位等的摄像而获得的拍摄图像的显示或通过内窥镜11100对手术部位等进行摄像进行各种控制。例如，控制单元11413产生用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。
基于在图像处理单元11412中进行了图像处理的图像信号，控制单元11413使显示装置11202显示表示手术部位等的拍摄图像。此时，控制单元11413可以利用各种图像识别技术来识别拍摄图像中的各种物体。例如，通过检测拍摄图像所包括的物体的边缘的形状或颜色等，控制单元11413能够识别出诸如镊子等手术工具、特定活体部位、出血、或在使用能量治疗工具11112时的薄雾等。当显示装置11202显示拍摄图像时，控制单元11413可以利用识别结果在手术部位的图像上叠加并显示各种手术辅助信息。通过叠加并显示手术辅助信息并且将手术辅助信息呈现给外科医生11131，能够减轻外科医生11131的负担，或者使外科医生11131能够稳妥地进行手术。
连接摄像头11102和CCU 11201的传输线缆11400是与电信号通信对应的电信号线缆、与光通信对应的光纤、或者与电通信和光通信对应的复合线缆。
这里，在所示的示例中，尽管使用传输线缆11400进行有线通信，但是也可以无线地执行摄像头11102与CCU 11201之间的通信。
<移动体的应用>
根据本公开的技术(本技术)能够适用于各种产品。例如，本公开的技术可以被实现为安装在以下任何类型的移动体上的装置，所述移动体例如是：汽车、电动汽车、混合动力汽车、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人机、轮船和机器人。
图43是示出了作为应用本公开的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示例性整体构造的框图。
车辆控制系统12000包括通过通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图43所示的示例中，车辆控制系统12000包括：驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040以及集成控制单元12050。作为集成控制单元12050的功能构造，示出了微型计算机12051、声音图像输出单元12052以及车载网络接口(I/F)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动系统有关的设备的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作下述各设备的控制装置，这些设备例如是：用于产生车辆的驱动力的驱动力产生设备，例如内燃机或驱动电机等；用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构；用于调节车辆的舵角的转向机构；和用于产生车辆的制动力的制动设备。
车身系统控制单元12020根据各种程序来控制安装在车体上的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020用作以下各设备的控制装置，这些设备是：无钥匙进入系统；智能钥匙系统；电动车窗装置；或诸如前灯、尾灯、刹车灯、信号灯或雾灯等各种灯。在这种情况下，能够将从代替钥匙的便携式设备发送来的无线电波或各种开关的信号输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这种无线电波或信号的输入，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置和灯等。
车外信息检测单元12030检测其中安装有车辆控制系统12000的车辆的外部信息。例如，车外信息检测单元12030与摄像单元12031连接。车外信息检测单元12030使摄像单元12031拍摄车辆外部的图像，并且接收所拍摄的图像。基于所接收到的图像，车外信息检测单元12030可以对行人、车辆、障碍物、标志和路面上的字母执行距离检测处理或物体检测处理。
摄像单元12031是用于接收光并且输出与所接收的光量对应的电信号的光学传感器。摄像单元12031能够将该电信号作为图像输出，或者也能够将该电信号作为测距信息输出。由摄像单元12031接收的光可以是可见光或诸如红外线等非可见光。
车内信息检测单元12040检测车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040与用于检测驾驶员状态的驾驶员状态检测单元12041连接。例如，驾驶员状态检测单元12041包括用于对驾驶员进行摄像的相机。基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或专注程度，或者可以判断驾驶员是否在打瞌睡。
基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车外或车内的信息，微型计算机12051能够计算驱动力产生设备、转向机构、或制动设备的控制目标值，并且能够向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051能够执行用于实现高级驾驶员辅助系统(ADAS：advanced driver assistance system)功能的协同控制，所述高级驾驶员辅助系统功能包括：车辆的碰撞避免或撞击吸收、基于车间距离的跟随行驶、车速保持行驶、车辆碰撞警告或车辆的车道偏离警告。
微型计算机12051能够基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆周围的信息来控制驱动力产生设备、转向机构或制动设备等，从而执行协同控制以执行自动驾驶等，在自动驾驶中，车辆自主行驶而无需驾驶员的操作。
基于由车外信息检测单元12030获取的车辆外部信息，微型计算机12051能够向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051能够根据由车外信息检测单元12030检测到的前车或对面来车的位置来控制前灯，并且能够执行用于实现防眩光的协同控制，例如将远光灯切换到近光灯。
声音图像输出单元12052将声音和图像中的至少一者的输出信号发送到输出设备，该输出设备能够在视觉上或听觉上向车上的乘客或车辆外部通知信息。在图43的示例中，作为输出设备，举例说明了音频扬声器12061、显示单元12062和仪表板12063。例如，显示单元12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。
图44是示出摄像单元12031的安装位置的示例的图。
在图44中，作为摄像单元12031，包括摄像单元12101、12102、12103、12104和12105。
例如，摄像单元12101、12102、12103、12104和12105被设置于车辆12100的前鼻、后视镜、后保险杠和后门以及车内的前挡风玻璃的上部等位置。设置于前鼻的摄像单元12101和设置于车内的前挡风玻璃的上部的摄像单元12105主要获取车辆12100前方的图像。设置于后视镜的摄像单元12102和12103主要获取车辆12100侧面的图像。设置于后保险杠或后门的摄像单元12104主要获取车辆12100后方的图像。设置于车内的前挡风玻璃的上部的摄像单元12105主要用于检测前车、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志或车道等。
在图44中，示出了摄像单元12101～12104的摄像范围的示例。摄像范围12111是设置于前鼻的摄像单元12101的摄像范围，摄像范围12112和12113分别是设置于后视镜的摄像单元12102和12103的摄像范围，摄像范围12114是设置于后保险杠或后门的摄像单元12104的摄像范围。例如，通过将由摄像单元12101～12104获取的图像数据叠加，可以获得从车辆12100的上方看到的鸟瞰图像。
摄像单元12101～12104中的至少一者可以具有获取距离信息的功能。例如，摄像单元12101～12104中的至少一者可以是由多个摄像元件构成的立体相机，或者可以是具有相位差检测像素的摄像元件。
例如，微型计算机12051能够基于从摄像单元12101～12104获得的距离信息来得到距摄像范围12111～12114内的各三维物体的距离以及该距离随时间的变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而将尤其在行驶道路上最靠近车辆12100并且在与车辆12100几乎相同的方向上以预定速度(例如，大于或等于0km/h)行驶的三维物体提取为前车。此外，微型计算机12051能够预先设置与前车的前方要保持的车间距离，并且能够执行自动制动控制(也包括跟随停止控制)或自动加速控制(也包括跟随起动控制)。以这种方式，可以执行用于执行车辆自主行驶而无需驾驶员的操作的自动驾驶等的协同控制。
例如，基于从摄像单元12101～12104获得的距离信息，微型计算机12051能够将关于三维物体的三维物体数据分类为诸如两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人和电线杆等其他三维物体，并提取其他三维物体，且能够使用其他三维物体来自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员能够看见的障碍物和难以看见的障碍物。微型计算机12051判定用于表示与各障碍物发生碰撞的危险度的碰撞风险。在碰撞风险等于或大于设定值的碰撞可能性的情形下，通过音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告，或者通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或避让转向。因此，可以执行驾驶辅助以避免碰撞。
摄像单元12101～12104中的至少一者可以是用于检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051能够通过判定摄像单元12101～12104所拍摄的图像中是否存在行人来识别该行人。例如，通过以下过程来进行这种行人的识别：提取作为红外相机的摄像单元12101～12104所拍摄的图像中的特征点；以及通过对表示物体的轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理并判定是否存在行人。当微型计算机12051判定摄像单元12101～12104所拍摄的图像中存在行人并识别出该行人时，声音图像输出单元12052控制显示单元12062，使得在识别出的行人上叠加并显示用于强调的矩形轮廓线。声音图像输出单元12052还可以控制显示单元12062，使得在所期望的位置处显示用于表示行人的图标等。
本技术能够应用于对透过物体的光进行幅度调制的方案，例如间接ToF方案中的连续波方案。能够将光电二极管261的结构应用于具有将电荷分配到两个电荷累积单元的结构的测距传感器，例如，具有电流辅助光子解调器(CAPD)结构的测距传感器或者具有将光电二极管的电荷的脉冲交替地施加到两个栅极的栅极方式的测距传感器。
在上述实施例中，已经说明了像素250具有其中光电二极管261产生的电荷被分配到两个分接部(分接部251A和251B)的2-分接部结构的情况。然而，本技术也能够应用于具有其他的分接部数量的像素结构，例如1-分接部结构或4-分接部结构。
本技术的实施例不限于上述实施例，并且在不脱离本技术的主旨的情况下，能够在本技术的范围内以各种形式进行修改。
只要不产生矛盾，本说明书中描述的多个本技术就能够分别独立地单独实施。当然，也能够组合实施多个本技术中的任何一种。例如，一个实施例中描述的本技术的一部分或全部也能够与在其他实施例中描述的本技术的一部分或全部结合来实施。上述本技术的一部分或全部能够与上面未说明的其他技术组合实施。
例如，描述为一个装置(或处理单元)的构造可以被划分以构造为多个装置(或多个处理单元)。反之，多个上述装置(或处理单元)可以共同组合以构造为一个装置(或处理单元)。可以将上述其他构造添加到每个装置(或每个处理单元)的构造中。此外，当整个系统的构造或操作基本相同时，某个装置(或处理单元)的构造的一部分可以被包括在其他装置(或其他处理单元)的构造中。
此外，在本说明书中，系统是指多个构成要素(装置或模块(组件)等)的集合，并且所有构成要素是否被包含在同一壳体中无关紧要。因此，容纳在单独壳体中并经由网络连接的多个装置以及在一个壳体中容纳多个模块的一个装置都是系统。
在本说明书中描述的有益效果仅仅是示例性的并且不受限制，而且可以实现在本说明书中描述的有益效果的其他有益效果。
本技术能够如下构造。
(1)
一种摄像元件，其包括：
光电转换单元，其被构造为执行光电转换；
电荷累积单元，其被构造为累积由所述光电转换单元获得的电荷；
传输单元，其被构造为将电荷从所述光电转换单元传输到所述电荷累积单元；
复位单元，其被构造为复位所述电荷累积单元；
复位电压控制单元，其被构造为控制要施加到所述复位单元的电压；和
附加控制单元，其被构造为控制所述电荷累积单元的容量添加，
其中，所述电荷累积单元包括多个区域。
(2)
根据(1)所述的摄像元件，其中，所述电荷累积单元中包括的所述多个区域中，一个区域连接到所述传输单元，另一个区域连接到所述附加控制单元。
(3)
根据(1)或(2)所述的摄像元件，其中，所述电荷累积单元中包括的所述多个区域设置在其中设有所述光电转换单元的基板中，并且
其中，连接所述多个区域的配线设置在层叠于所述基板上的配线层中。
(4)
根据(1)至(3)中任一项所述的摄像元件，其中，所述多个区域是两个区域，一个区域设置在第一像素中，另一个区域设置在与所述第一像素相邻的第二像素中。
(5)
一种摄像元件，其包括：
光电转换单元，其被构造为执行光电转换；
多个电荷累积单元，其被构造为累积由所述光电转换单元获得的电荷；
多个传输单元，其被构造为将电荷从所述光电转换单元分别传输到所述多个电荷累积单元；
多个复位单元，其被构造为分别复位所述多个电荷累积单元；
多个复位电压控制单元，其被构造为控制要分别施加到所述多个复位单元的电压；和
多个附加控制单元，其被构造为分别控制所述多个电荷累积单元的容量添加，
其中，所述多个电荷累积单元中的每个电荷累积单元包括多个区域。
(6)
根据(5)所述的摄像元件，其中，所述电荷累积单元中包括的所述多个区域中，一个区域连接到所述传输单元，另一个区域连接到所述附加控制单元。
(7)
根据(5)或(6)所述的摄像元件，其中，所述电荷累积单元中包括的所述多个区域设置在其中设有所述光电转换单元的基板中，并且
其中，连接所述多个区域的配线设置在层叠于所述基板上的配线层中。
(8)
根据(7)所述的摄像元件，其中，形成所述电荷累积单元的一部分的配线设置在与设置有连接所述多个区域的所述配线的层不同的层中。
(9)
根据(8)所述的摄像元件，其中，在所述配线层中，设置有连接到所述复位电压控制单元并用作寄生电容的配线。
(10)
根据(5)至(9)中任一项所述的摄像元件，其中，所述多个电荷累积单元、所述多个传输单元、所述多个复位单元、所述多个复位电压控制单元和所述多个附加控制单元是线性对称的。
(11)
根据(10)所述的摄像元件，还包括：
排出单元，其被构造为排出由所述光电转换单元获得的电荷，
其中，所述排出单元是线性对称的。
(12)
根据(11)所述的摄像元件，其中，所述排出单元设置在所述排出单元与所述传输单元形成直角的位置处。
(13)
根据(11)所述的摄像元件，其中，所述排出单元和所述传输单元并排布置在所述光电转换单元的一侧。
(14)
根据(5)至(13)中任一项所述的摄像元件，其中，所述传输单元包括垂直栅极。
(15)
根据(14)所述的摄像元件，其中，所述传输单元包括多个所述垂直栅极，并且
其中，所述垂直栅极的深度不同。
(16)
根据(5)至(15)中任一项所述的摄像元件，其中，所述传输单元包括第一栅极和第二栅极，并且
其中，所述第一栅极设置在所述光电转换单元和所述电荷累积单元之间，所述第二栅极设置在与所述光电转换单元重叠的位置处。
(17)
根据(16)所述的摄像元件，其中，所述第一栅极和所述第二栅极中的至少一者是垂直栅极。
(18)
根据(17)所述的摄像元件，其中，所述第一栅极和所述第二栅极被同时驱动。
(19)
一种摄像装置，其包括：
摄像元件；和
处理单元，其被构造为处理来自所述摄像元件的信号，
其中，所述摄像元件包括：
光电转换单元，其被构造为执行光电转换；
电荷累积单元，其被构造为累积由所述光电转换单元获得的电荷；
传输单元，其被构造为将电荷从所述光电转换单元传输到所述电荷累积单元；
复位单元，其被构造为复位所述电荷累积单元；
复位电压控制单元，其被构造为控制要施加到所述复位单元的电压；和
附加控制单元，其被构造为控制所述电荷累积单元的容量添加，
其中，所述电荷累积单元包括多个区域。
(20)
一种测距装置，其包括：
发光单元，其被构造为发射照射光；和
光接收元件，其被构造为接收来自所述发光单元的光被物体反射时的反射光，
其中，所述光接收元件包括：
光电转换单元，其被构造为执行光电转换；
多个电荷累积单元，其被构造为累积由所述光电转换单元获得的电荷；
多个传输单元，其被构造为将电荷从所述光电转换单元分别传输到所述多个电荷累积单元；
多个复位单元，其被构造为分别复位所述多个电荷累积单元；
多个复位电压控制单元，其被构造为控制要分别施加到所述多个复位单元的电压；和
多个附加控制单元，其被构造为分别控制所述多个电荷累积单元的容量添加，
其中，所述多个电荷累积单元中的每个电荷累积单元包括多个区域。
[附图标记列表]
10 摄像装置
11 半导体基板
20 像素
21 像素阵列单元
22 垂直驱动单元
23 列信号处理单元
24 水平驱动单元
25 系统控制单元
26 像素驱动线
27 垂直信号线
28 信号处理单元
29 数据存储单元
50 像素
51 光电转换单元
52 传输晶体管
60 附加电容单元
61 阱触点
62 层间绝缘膜
65,66 配线
210 测距装置
211 透镜
212 光接收单元
213 信号处理单元
214 发光单元
215 发光控制单元
221 模式切换单元
222 距离图像生成单元
241 像素阵列单元
242 垂直驱动单元
243 列处理单元
244 水平驱动单元
245 系统控制单元
246 像素驱动线
247 垂直信号线
248 信号处理单元
250 像素
251 分接部
252 传输晶体管
254 复位晶体管
256 放电晶体管
257 放大晶体管
258 选择晶体管
260 附加电容单元
261 光电二极管
265 阱触点
341 半导体基板
342 多层配线层
343 抗反射膜
345 像素间遮光膜
346 平坦化膜
347 芯片上透镜
351 半导体区域
352 半导体区域
353 氧化铪膜
354 氧化铝膜
355 氧化硅膜
361 像素间分离单元
366 通孔
371至374 配线
411 通孔
412至415 触点
416,417 通孔
418 触点
419 通孔
431至434 配线
441,442 配线

Claims (20)

1.一种摄像元件，其包括：
光电转换单元，其被构造为执行光电转换；
电荷累积单元，其被构造为累积由所述光电转换单元获得的电荷；
传输单元，其被构造为将电荷从所述光电转换单元传输到所述电荷累积单元；
复位单元，其被构造为复位所述电荷累积单元；
复位电压控制单元，其被构造为控制要施加到所述复位单元的电压；和
附加控制单元，其被构造为控制所述电荷累积单元的容量添加，
其中，所述电荷累积单元包括多个区域。
2.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述电荷累积单元中包括的所述多个区域中，一个区域连接到所述传输单元，另一个区域连接到所述附加控制单元。
3.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述电荷累积单元中包括的所述多个区域设置在其中设有所述光电转换单元的基板中，并且
其中，连接所述多个区域的配线设置在层叠于所述基板上的配线层中。
4.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述多个区域是两个区域，一个区域设置在第一像素中，另一个区域设置在与所述第一像素相邻的第二像素中。
5.一种摄像元件，其包括：
光电转换单元，其被构造为执行光电转换；
多个电荷累积单元，其被构造为累积由所述光电转换单元获得的电荷；
多个传输单元，其被构造为将电荷从所述光电转换单元传输到所述多个电荷累积单元中的各者；
多个复位单元，其被构造为复位所述多个电荷累积单元中的各者；
多个复位电压控制单元，其被构造为控制要分别施加到所述多个复位单元的电压；和
多个附加控制单元，其被构造为分别控制所述多个电荷累积单元的容量添加，
其中，所述多个电荷累积单元中的每个电荷累积单元包括多个区域。
6.根据权利要求5所述的摄像元件，其中，所述电荷累积单元中包括的所述多个区域中，一个区域连接到所述传输单元，另一个区域连接到所述附加控制单元。
7.根据权利要求5所述的摄像元件，其中，所述电荷累积单元中包括的所述多个区域设置在其中设有所述光电转换单元的基板中，并且
其中，连接所述多个区域的配线设置在层叠于所述基板上的配线层中。
8.根据权利要求7所述的摄像元件，其中，形成所述电荷累积单元的一部分的配线设置在与设置有连接所述多个区域的所述配线的层不同的层中。
9.根据权利要求8所述的摄像元件，其中，在所述配线层中，设置有连接到所述复位电压控制单元并用作寄生电容的配线。
10.根据权利要求5所述的摄像元件，其中，所述多个电荷累积单元、所述多个传输单元、所述多个复位单元、所述多个复位电压控制单元和所述多个附加控制单元是线性对称的。
11.根据权利要求10所述的摄像元件，还包括：
排出单元，其被构造为排出由所述光电转换单元获得的电荷，
其中，所述排出单元是线性对称的。
12.根据权利要求11所述的摄像元件，其中，所述排出单元设置在所述排出单元与所述传输单元形成直角的位置处。
13.根据权利要求11所述的摄像元件，其中，所述排出单元和所述传输单元并排布置在所述光电转换单元的一侧。
14.根据权利要求5所述的摄像元件，其中，所述传输单元包括垂直栅极。
15.根据权利要求14所述的摄像元件，其中，所述传输单元包括多个所述垂直栅极，并且
其中，所述垂直栅极的深度不同。
16.根据权利要求5所述的摄像元件，其中，所述传输单元包括第一栅极和第二栅极，并且
其中，所述第一栅极设置在所述光电转换单元和所述电荷累积单元之间，所述第二栅极设置在与所述光电转换单元重叠的位置处。
17.根据权利要求16所述的摄像元件，其中，所述第一栅极和所述第二栅极中的至少一者是垂直栅极。
18.根据权利要求17所述的摄像元件，其中，所述第一栅极和所述第二栅极被同时驱动。
19.一种摄像装置，其包括：
摄像元件；和
处理单元，其被构造为处理来自所述摄像元件的信号，
其中，所述摄像元件包括：
光电转换单元，其被构造为执行光电转换；
电荷累积单元，其被构造为累积由所述光电转换单元获得的电荷；
传输单元，其被构造为将电荷从所述光电转换单元传输到所述电荷累积单元；
复位单元，其被构造为复位所述电荷累积单元；
复位电压控制单元，其被构造为控制要施加到所述复位单元的电压；和
附加控制单元，其被构造为控制所述电荷累积单元的容量添加，
其中，所述电荷累积单元包括多个区域。
20.一种测距装置，其包括：
发光单元，其被构造为发射照射光；和
光接收元件，其被构造为接收来自所述发光单元的光被物体反射时的反射光，
其中，所述光接收元件包括：
光电转换单元，其被构造为执行光电转换；
多个电荷累积单元，其被构造为累积由所述光电转换单元获得的电荷；
多个传输单元，其被构造为将电荷从所述光电转换单元传输到所述多个电荷累积单元中的各者；
多个复位单元，其被构造为复位所述多个电荷累积单元中的各者；
多个复位电压控制单元，其被构造为控制要分别施加到所述多个复位单元的电压；和
多个附加控制单元，其被构造为分别控制所述多个电荷累积单元的容量添加，
其中，所述多个电荷累积单元中的每个电荷累积单元包括多个区域。
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