DE102016114416A1 - Fotoelektrisches wandlungselement, fotoelektrische wandlungsvorrichtung unter verwendung desselben, abstandsdetektionssensor und informationsverarbeitungssystem - Google Patents

Fotoelektrisches wandlungselement, fotoelektrische wandlungsvorrichtung unter verwendung desselben, abstandsdetektionssensor und informationsverarbeitungssystem Download PDF

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Abstract

Ein fotoelektrisches Wandlungselement umfasst eine erste fotoelektrische Wandlungseinheit, die konfiguriert ist zum Erzeugen eines Elektrons, das als Signalladung dient, eine zweite fotoelektrische Wandlungseinheit, die konfiguriert ist zum Erzeugen eines Lochs, das als Signalladung dient, einen ersten Floating-Diffusion-Bereich, an den das in der ersten fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugte Elektron übertragen wird, einen zweiten Floating-Diffusion-Bereich, an den das in der zweiten fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugte Loch übertragen wird, einen Verstärkungstransistor mit einem Gate, das mit dem ersten Floating-Diffusion-Bereich und dem zweiten Floating-Diffusion-Bereich elektrisch verbunden ist, eine erste Ladungsentladeeinheit, die konfiguriert ist zum Entladen des in der ersten fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugten Elektrons, und eine zweite Ladungsentladeeinheit, die konfiguriert ist zum Entladen des in der zweiten fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugten Lochs, wobei die erste fotoelektrische Wandlungseinheit und die zweite fotoelektrische Wandlungseinheit entlang einer Hauptfläche eines Halbleitersubstrats angeordnet sind.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein fotoelektrisches Wandlungselement und eine fotoelektrische Wandlungsvorrichtung.
  • Beschreibung der verwandten Technik
  • Herkömmlich ist ein Abstandsdetektionssensor vom Laufzeit-(TOF-)Typ bekannt.
  • Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2005-303268 offenbart ein Beispiel eines Abstandsdetektionssensors. In diesem Beispiel, wie es in 9A bis 9C der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2005-303268 veranschaulicht ist, umfasst der Abstandsdetektionssensor eine erste lichtempfindliche Einheit 11a, eine zweite lichtempfindliche Einheit 11b, eine Löcherhalteeinheit 13, die konfiguriert ist zum Halten von in der ersten lichtempfindlichen Einheit 11a erzeugten Löchern, und einer Elektronenhalteeinheit 14, die konfiguriert ist zum Halten von in der zweiten lichtempfindlichen Einheit 11b erzeugten Elektronen. Wenn die in der ersten lichtempfindlichen Einheit 11a erzeugten Löcher an die Löcherhalteeinheit 13 übertragen werden, wird eine Gateeinheit 38a eingeschaltet und wird eine Gateeinheit 38b ausgeschaltet. Andererseits, wenn die in der zweiten lichtempfindlichen Einheit 11b erzeugten Elektronen an die Elektronenhalteeinheit 14 übertragen werden, wird die Gateeinheit 38b eingeschaltet und wird die Gateeinheit 38a ausgeschaltet. Die in der Elektronenhalteeinheit 14 angesammelten Elektronen und die in der Löcherhalteeinheit 13 angesammelten Löcher werden in einer Rekombinationseinheit 15 rekombiniert. In der Technik, die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2005-303268 offenbart ist, ist es beschrieben, dass es nicht notwendig ist, eine Entladeeinheit zum Entladen von Elektronen bereitzustellen, die in einer Lichtausstrahlung-Ausperiode gehalten werden.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein fotoelektrisches Wandlungselement eine erste fotoelektrische Wandlungseinheit, die konfiguriert ist zum Erzeugen eines Elektrons, das als Signalladung dient, eine zweite fotoelektrische Wandlungseinheit, die konfiguriert ist zum Erzeugen eines Lochs, das als Signalladung dient, einen ersten Floating-Diffusion-Bereich, an den das in der ersten fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugte Elektron übertragen wird, einen zweiten Floating-Diffusion-Bereich, an den das in der zweiten fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugte Loch übertragen wird, einen Verstärkungstransistor mit einem Gate, das mit dem ersten Floating-Diffusion-Bereich und dem zweiten Floating-Diffusion-Bereich elektrisch verbunden ist, eine erste Ladungsentladeeinheit, die konfiguriert ist zum Entladen des in der ersten fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugten Elektrons, und eine zweite Ladungsentladeeinheit, die konfiguriert ist zum Entladen des in der zweiten fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugten Lochs, wobei die erste fotoelektrische Wandlungseinheit und die zweite fotoelektrische Wandlungseinheit entlang einer Hauptfläche eines Halbleitersubstrats angeordnet sind.
  • Weitere Merkmale der Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A ist ein Blockschaltbild eines Informationsverarbeitungssystems, und 1B ist ein Blockschaltbild einer fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung.
  • 2 ist eine Darstellung, die ein Ansteuerverfahren einer fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung veranschaulicht.
  • 3A und 3B veranschaulichen jeweils ein Ersatzschaltbild eines fotoelektrischen Wandlungselements.
  • 4A ist ein Diagramm, das an ein fotoelektrisches Wandlungselement angelegte Steuersignale veranschaulicht, 4B ist ein Diagramm, das eine Ausgabe von einer Lichtausstrahlungsvorrichtung veranschaulicht, 4C ist ein Diagramm, das eine auf einem fotoelektrischen Wandlungselement einfallende Lichtmenge veranschaulicht, und 4D ist ein Diagramm, das ein Potential eines Detektionsknotens in einem fotoelektrischen Wandlungselement veranschaulicht.
  • 5 ist eine schematische Draufsicht eines fotoelektrischen Wandlungselements.
  • 6A bis 6C sind jeweils schematische Schnittansichten eines fotoelektrischen Wandlungselements.
  • 7 ist eine schematische Draufsicht eines fotoelektrischen Wandlungselements.
  • 8A ist eine schematische Schnittansicht eines fotoelektrischen Wandlungselements, und 8B und 8C sind Diagramme, die Potentialprofile veranschaulichen.
  • 9A ist eine schematische Schnittansicht eines fotoelektrischen Wandlungselements, und 9B und 9C sind Diagramme, die Potentialprofile veranschaulichen.
  • 10 ist ein Diagramm, das ein Ersatzschaltbild eines fotoelektrischen Wandlungselements veranschaulicht.
  • 11 ist eine schematische Draufsicht eines fotoelektrischen Wandlungselements.
  • 12 ist eine Darstellung, die Ausgaben eines fotoelektrischen Wandlungselements veranschaulicht.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beschrieben. In der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen sind ähnliche Elemente durch ähnliche Bezugszeichen bezeichnet, und eine Beschreibung, die einmal an einer Stelle für ähnliche Elemente gegeben ist, wird nicht wiederholt, sofern eine weitere Beschreibung nicht notwendig ist.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Bezug nehmend auf 1A wird nachstehend eine Beschreibung hinsichtlich eines Informationsverarbeitungssystems SYS gegeben, das eine Lichtausstrahlungsvorrichtung 102, die als eine Lichtausstrahlungseinheit dient, und eine fotoelektrische Wandlungsvorrichtung 104, die als eine Lichtempfangseinheit dient, umfasst. Zwischen der Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 und der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung 104 kann ein Abstand „d” bestehen. In diesem Beispiel ist die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung 104 in einem Abstandsdetektionssensor 101 umfasst, der als eine Abstandsmessvorrichtung dient. Das Informationsverarbeitungssystem SYS umfasst ferner eine Informationsverarbeitungsvorrichtung 107 zusätzlich zu dem Abstandsdetektionssensor 101. Das Informationsverarbeitungssystem SYS kann ferner zumindest eine von einer Bildaufnahmevorrichtung 108, einer Eingabevorrichtung 109, einer Ansteuervorrichtung 110, einer Anzeigevorrichtung 111 und einer Kommunikationsvorrichtung 112 umfassen. Nachstehend wird ein Beispiel einer Anwendung des Informationsverarbeitungssystems SYS beschrieben.
  • Der Abstandsdetektionssensor 101 umfasst die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 und die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung 104 und ist konfiguriert zum Detektieren eines Abstands unter Verwendung eines Laufzeit-(TOF-)Verfahrens.
  • Die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 schaltet eine Lichtausstrahlung abwechselnd ein und aus. Wenn die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 einschaltet, wird von der Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 ausgestrahltes Licht 113 durch ein Zielobjekt 106 reflektiert, und fällt resultierendes reflektiertes Licht 114 auf der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung 104 ein. Wenn die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 ausschaltet, gibt es kein reflektiertes Licht 114, das von dem von der Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 ausgestrahlten Licht 113 stammt. Daher fällt ein Umgebungslicht 115, das von einer Lichtquelle stammt, die von der Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 verschieden ist, auf der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung 104 ein.
  • Es kann vorteilhaft sein, eine Leuchtdiode zu verwenden, um die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 zu realisieren, da die Leuchtdiode imstande ist, einen Ein-/Ausschaltvorgang schnell zu wiederholen. Die Wellenlänge des durch die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 ausgestrahlten Lichts kann in einem Infrarotbereich eingestellt sein, der für menschliche Augen nicht sichtbar ist und nicht mit einer Umgebung bzw. äußeren Umständen interferiert. Die Wellenlänge ist jedoch nicht auf den Infrarotbereich beschränkt. Zumindest eine der Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 und der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung 104 kann ein optisches System umfassen. Das optische System kann eine Linse, eine Blende, einen mechanischen Verschluss, eine Streuplatte, ein optisches Tiefpassfilter, ein wellenlängenselektives Filter und/oder dergleichen umfassen. In einem Fall, in dem ein Laser als ein Lichtausstrahlungselement verwendet wird, kann die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 ein optisches Abtastsystem umfassen, das konfiguriert ist zum Abtasten des Lichts, das von der Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 in Richtung eines bestimmten Gebiets ausgestrahlt wird/ist.
  • Zwischen einer Zeit, zu der Licht durch die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 ausgestrahlt wird, und einer Zeit, zu der das Licht durch die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung 104 empfangen wird, tritt eine Zeitdifferenz auf. Diese Zeitdifferenz hängt von der Lichtgeschwindigkeit (3,0 × 108 m/s) und dem Abstand zwischen dem Abstandsdetektionssensor 101 und dem Zielobjekt 106 ab. Durch Detektion einer physikalischen Größe, die mit der Zeitdifferenz in Bezug steht, ist es möglich, den Abstand von dem Abstandsdetektionssensor 101 zu dem Zielobjekt 106 zu detektieren, und/oder ist es möglich, eine Information zum Beispiel in Form eines Bilds basierend auf dem Abstand zu erhalten.
  • Wenn der Abstand „d” zwischen der Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 und der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung 104 groß ist, ist ein komplizierter Abstandsmessalgorithmus notwendig. Daher kann es vorteilhaft sein, den Abstand „d” zwischen der Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 und der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung 104 so einzustellen, dass er kleiner ist als eine geforderte Abstandsmessgenauigkeit. In Anbetracht des Vorgenannten kann der Abstand „d” zwischen der Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 und der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung 104 zum Beispiel in einem Wertebereich von 1 cm bis 100 cm eingestellt werden.
  • Es ist zu beachten, dass auf der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung 104 einfallendes Licht, zusätzlich zu dem reflektierten Licht 114, das von dem von der Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 ausgestrahlten Licht stammt, das Umgebungslicht 115 umfasst, das von einer Lichtquelle in der Umgebung stammt, die von der Lichtausstrahlungsvorrichtung verschieden ist. Die Lichtquelle des Umgebungslichts 115 kann natürliches Licht oder künstliches Licht sein. Bei Messung des Abstands verursacht das Umgebungslicht 115 eine Rauschkomponente. In einem Fall, in dem das Verhältnis des Umgebungslichts 115 zu der durch den Abstandsdetektionssensor 101 empfangenen Gesamtlichtmenge hoch ist, wird es daher schwierig, einen großen Dynamikbereich des Signals des Signallichts, d. h. des reflektierten Lichts 114, zu erhalten, oder wird es daher schwierig, ein großes Signal-Rausch-(S/N)Verhältnis zu erhalten. Daher wird es schwierig, Abstandsinformationen hoher Genauigkeit aus dem reflektierten Licht 114 zu erhalten.
  • In Anbetracht des Vorgenannten ist die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung 104 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel imstande, eine Signalkomponente, die von einem Umgebungslicht stammt, aus einer Gesamtsignalkomponente, die durch die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung erzeugt wird, präzise zu entfernen. Die Gesamtsignalkomponente umfasst eine Signalkomponente, die von dem reflektierten Licht 114 stammt, das von dem durch die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 ausgestrahlten Licht stammt, und die Signalkomponente von dem Umgebungslicht.
  • 1B ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel einer Konfiguration der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung 104 umfasst einen fotoelektrischen Wandlungsbereich 202, eine Steuersignalerzeugungseinheit 203, eine Vertikalabtastschaltung 204, eine Signalverarbeitungseinheit 205, eine Ausgabeeinheit 206 und eine Signalleitung 223.
  • Der fotoelektrische Wandlungsbereich 202 ist ein Bereich, in dem eine Vielzahl von fotoelektrischen Wandlungselementen 200 in Form einer zweidimensionalen Matrix eingerichtet oder angeordnet sind. Jedes der Vielzahl von fotoelektrischen Wandlungselementen 200 ist konfiguriert zum Wandeln von einfallendem Licht in ein elektrisches Signal und Ausgeben des resultierenden elektrischen Signals. Die fotoelektrischen Wandlungselemente 200 sind zeilenweise über eine entsprechende Zeilenverdrahtung (Abtastleitung) 207 mit der Vertikalabtastschaltung 204 verbunden. Die Vertikalabtastschaltung 204 liefert ein Steuersignal über eine von Zeilenverdrahtungen 207 an die fotoelektrischen Wandlungselemente 200, die in der entsprechenden Zeile in dem fotoelektrischen Wandlungsbereich 202 liegen. Beispiele der Steuersignale sind pSEL1, pSEL2, pRES1, pRES2, pTX1 und pTX2, die nachstehend ausführlich beschrieben werden. Im Folgenden bezieht sich der Ausdruck „Verdrahtung” auf eine Verbindung, die aus einem elektrisch leitenden Material besteht.
  • Die fotoelektrischen Wandlungselemente 200 sind auch spaltenweise über entsprechende Signalleitungen 223 mit der Signalverarbeitungseinheit 205 verbunden.
  • Die Signalverarbeitungseinheit 205 verarbeitet von dem fotoelektrischen Wandlungsbereich 202 ausgegebene Signale. Die Signalverarbeitungseinheit 205 kann Signalverarbeitungsschaltungen umfassen, wie etwa CDS-(„Correlated Double Sampling”-)Schaltungen, Verstärkerschaltungen, Analog-Digital-Wandler und/oder dergleichen, die in den jeweiligen Spalten des fotoelektrischen Wandlungsbereichs 202 bereitgestellt sind. Die Abtasteinheit 208 gibt die Signale, die durch die Signalverarbeitungseinheit 205 für die jeweiligen Spalten verarbeitet sind, von der Signalverarbeitungseinheit 205 sequentiell an die Ausgabeeinheit 206 aus.
  • Die Ausgabeeinheit 206 gibt das Signal von der Signalverarbeitungseinheit 205 an Elemente aus, die extern zu der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung 104 sind. Die Ausgabeeinheit 206 kann eine Verstärkerschaltung, eine Schutzschaltung, eine Elektrode zur Verbindung einer externen Schaltung und/oder dergleichen umfassen. Die Steuersignalerzeugungseinheit 203 erzeugt die vorstehend beschriebenen Steuersignale, wodurch Betriebszeiten der Vertikalabtastschaltung 204, der Signalverarbeitungseinheit 205, der Abtasteinheit 208 und der Ausgabeeinheit 206 gesteuert werden.
  • 2 veranschaulicht ein Beispiel eines Betriebs für einen Fall, in dem der fotoelektrische Wandlungsbereich 202 acht Zeilen der fotoelektrischen Wandlungselemente 200 in der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung 104 umfasst. In diesem Beispiel wird angenommen, dass eine progressive Abtastung über acht Zeilen von der ersten Zeile V1 bis zu der achten Zeile V8 durchgeführt wird. Es ist zu beachten, dass anstelle einer progressiven Abtastung eine Zeilensprung- bzw. Zwichenzeilenabtastung eingesetzt werden kann.
  • Eine Ansteuerperiode Td von einem fotoelektrischen Wandlungselement 200 umfasst eine Rücksetzperiode Tres, in der ein Rücksetzbetrieb durchgeführt wird, eine Ladungsansammlungsperiode Ts, in der eine Ladung angesammelt wird, und eine Ausgabeperiode Top, in der ein Signal basierend auf der angesammelten Ladung an die Signalleitung 223 ausgegeben wird. Die Ansteuerperiode Td kann ferner eine Periode umfassen, in der ein anderer Betrieb durchgeführt wird. Eine Vielzahl von fotoelektrischen Wandlungselementen 200, die in der gleichen Zeile liegen, werden in der gleichen Ansteuerperiode Td zu der gleichen Zeit angesteuert.
  • Signale, die von der Vielzahl von fotoelektrischen Wandlungselementen 200 ausgegeben werden, die in der gleichen Zeile des fotoelektrischen Wandlungsbereichs 202 liegen, werden durch die in 1B gezeigte Signalverarbeitungseinheit 205 verarbeitet und an die Ausgabeeinheit 206 ausgegeben.
  • In einer Rahmen- bzw. Vollbildperiode werden ein Rücksetzbetrieb, ein Ansammlungsbetrieb und ein Ausgabebetrieb für alle Zeilen von fotoelektrischen Wandlungselementen 200 in dem fotoelektrischen Wandlungsbereich 202 durchgeführt. Zum Beispiel ist ein Startpunkt einer ersten Rahmenperiode FR1 ein Zeitpunkt, zu dem ein Rücksetzbetrieb für eine erste Zeile V1 des fotoelektrischen Wandlungsbereichs 202 gestartet wird. Ein Endpunkt der ersten Rahmenperiode FR1 ist ein Zeitpunkt, zu dem ein Ausgabebetrieb des fotoelektrischen Wandlungselements 200 in der achten Zeile V8 beendet wird. Ein Startpunkt einer zweiten Rahmenperiode FR2 ist ein Zeitpunkt, zu dem ein Rücksetzbetrieb der ersten Zeile V1 nach dem Ende des Ausgabebetriebs der ersten Zeile V1 in der ersten Rahmenperiode FR1 zum ersten Mal gestartet wird. Ein Endpunkt der zweiten Rahmenperiode FR2 ist ein Zeitpunkt, zu dem ein Ausgabebetrieb für die achte Zeile V8 nach dem Ende des Ausgabebetriebs der achten Zeile V8 in der ersten Rahmenperiode FR1 zum ersten Mal beendet wird.
  • Durch parallele Durchführung des Ansammlungsbetriebs für eine Vielzahl von Zeilen (in dem vorliegenden Beispiel von ungefähr fünf Zeilen) wird es möglich, die Ansammlungsperiode zu vergrößern, was es möglich macht, die Ausgabe des in der Ansammlungsperiode erhaltenen Signals zu steigern. Wenn der Ansammlungsbetrieb parallel für eine Vielzahl von Zeilen durchgeführt wird, ist es möglich, Signale unter der Vielzahl von Zeilen zu trennen, indem die Zeit einer Durchführung des Ausgabebetriebs zwischen den Zeilen verschoben wird.
  • Außerdem, wie es in 2 veranschaulicht ist, überlappt ein Teil der ersten Rahmenperiode FR1 einen Teil der zweiten Rahmenperiode FR2. Als Folge dieser Überlappung beginnt eine Ausgabeperiode Top einer ersten Zeile in der zweiten Rahmenperiode FR2 (z. B. Top21) nach dem Ende einer Ausgabeperiode Top einer letzten Zeile der ersten Rahmenperiode FR1 (z. B. Top18), wodurch eine Verbesserung einer Rahmen- bzw. Bildrate erzielt wird, während eine Interferenz von Signalen von Zeilen von fotoelektrischen Wandlungselementen zwischen der ersten Rahmenperiode FR1 und der zweiten Rahmenperiode FR2 unterbunden wird.
  • Alternativ können der Rücksetzbetrieb, der Ansammlungsbetrieb und der Ausgabebetrieb für eine nächste Zeile gestartet werden, nachdem der Rücksetzbetrieb, der Ansammlungsbetrieb und der Ausgabebetrieb für eine Zeile alle abgeschlossen sind. Alternativ kann der Rücksetzbetrieb für die erste Zeile gestartet werden, nachdem der Ausgabebetrieb für die letzte Zeile (z. B. die achte Zeile) abgeschlossen ist.
  • Als Nächstes wird ein Beispiel eines Aufbaus der fotoelektrischen Wandlungszelle 111 nachstehend beschrieben. 3A und 3B veranschaulichen jeweils ein Beispiel eines Ersatzschaltbilds des fotoelektrischen Wandlungselements 200. Das in 3B gezeigte Beispiel unterscheidet sich von dem in 3A gezeigten Beispiel darin, dass zusätzlich eine Tiefpassfilterschaltung bereitgestellt ist. Zur Einfachheit wird hierin nachstehend der Floating-Diffusion-Bereich bzw. der erd-/potentialfreie bzw. schwebende Diffusionsbereich als FD bezeichnet. Außerdem wird beispielhaft angenommen, dass ein Halbleiterbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps ein N-Typ-Halbleiterbereich ist, und wird beispielhaft angenommen, dass ein Halbleiterbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps ein P-Typ-Halbleiterbereich ist.
  • Das fotoelektrische Wandlungselement 200 umfasst eine fotoelektrische Wandlungseinheit 301 (eine erste fotoelektrische Wandlungseinheit), eine fotoelektrische Wandlungseinheit 302 (eine zweite fotoelektrische Wandlungseinheit), einen FD 307 (einen ersten Floating-Diffusion-Bereich), einen FD 310 (einen zweiten Floating-Diffusion-Bereich), eine Ladungsentladeeinheit bzw. Ladungsabführeinheit 308 (eine erste Ladungsentladeeinheit) und eine Ladungsentladeeinheit bzw. Ladungsabführeinheit 309 (eine zweite Ladungsentladeeinheit). Das fotoelektrische Wandlungselement 200 umfasst ferner einen Übertragungstransistor 303, einen Übertragungstransistor 304, einen Übertragungstransistor 305, einen Übertragungstransistor 306, einen Rücksetztransistor 314, einen Rücksetztransistor 331, eine erste Verstärkungseinheit 315 und eine erste Auswahleinheit 324.
  • Die fotoelektrische Wandlungseinheit 301 erzeugt durch fotoelektrische Wandlung ein Elektron, das als Signalladung dient, und die fotoelektrische Wandlungseinheit 302 erzeugt durch fotoelektrische Wandlung ein Loch, das als Signalladung dient. Das heißt, dass die Polarität der Signalladung zwischen der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 und der fotoelektrischen Wandlungseinheit 302 entgegengesetzt ist. Es ist zu beachten, dass in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 nicht nur das Elektron, sondern auch ein Loch erzeugt wird, während in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 302 nicht nur das Loch, sondern auch ein Elektron erzeugt wird. Diese Ladungen werden jedoch über die Referenzpotentialversorgungseinheiten 311 und 312 entladen bzw. abgeführt bzw. ausgestoßen, und sie werden nicht als Signalladungen behandelt.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden beispielsweise Fotodioden als die fotoelektrischen Wandlungseinheiten 301 und 302 verwendet, obgleich die fotoelektrischen Wandlungseinheiten 301 und 302 nicht auf Fotodioden beschränkt sind. Die als die fotoelektrische Wandlungseinheit 301 dienende Fotodiode umfasst eine Kathode 325, die mit einem N-Typ-Halbleiterbereich realisiert ist, in dem sich Elektronen als Mehrheitsträger verhalten, und eine Anode 326, die mit einem P-Typ-Halbleiterbereich realisiert ist, in dem sich Elektronen als Minderheitsträger verhalten. Die als die fotoelektrische Wandlungseinheit 302 dienende Fotodiode umfasst eine Anode 327, die mit einem P-Typ-Halbleiterbereich realisiert ist, in dem sich Löcher als Mehrheitsträger verhalten, und eine Kathode 328, die mit einem N-Typ-Halbleiterbereich realisiert ist, in dem sich Löcher als Minderheitsträger verhalten.
  • Der FD 307 ist eine Kondensatoreinheit, an die die Elektronen übertragen werden, die in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 als die Signalladung erzeugt werden, und der FD 310 ist eine Kondensatoreinheit, an die die Löcher übertragen werden, die in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 302 als die Signalladung erzeugt werden. Der FD 307 und der FD 310 fungieren jeweils als Ladung-Spannung-Wandlungseinheit, die die übertragene Ladung in eine Spannung umsetzt. Der FD 307 ist mit einem N-Typ-Halbleiterbereich in einer PN-Übergang-Diodenstruktur realisiert, und der FD 310 ist mit einem P-Typ-Halbleiterbereich in einer PN-Übergang-Diodenstruktur realisiert. Der FD 307 und der FD 310 sind imstande, die von den entsprechenden fotoelektrischen Wandlungseinheiten übertragenen Ladungen zu halten.
  • Die in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 erzeugten Elektronen werden an die Ladungsentladeeinheit 308 entladen bzw. abgeführt bzw. ausgestoßen, und die in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 302 erzeugten Löcher werden an die Ladungsentladeeinheit 309 entladen bzw. abgeführt bzw. ausgestoßen. Wie es nachstehend ausführlich beschrieben wird, besteht grundsätzlich keine Überlappung zwischen einer Periode, in der die in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 (302) erzeugten Elektronen (Löcher) an den FD 307 (310) übertragen werden, und einer Periode, in der die in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 (302) erzeugten Elektronen (Löcher) an die Ladungsentladeeinheit 308 (309) entladen bzw. abgeführt bzw. ausgestoßen werden. Andererseits besteht eine Überlappung zwischen der Periode, in der die in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 (302) erzeugten Elektronen (Löcher) an den FD 307 (310) übertragen werden, und einer Periode, in der die in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 302 (301) erzeugten Löcher (Elektronen) an die Ladungsentladeeinheit 309 (308) entladen bzw. abgeführt bzw. ausgestoßen werden. Es ist zu beachten, dass die Ladungsentladeeinheit 308 und die Ladungsentladeeinheit 309 so eingerichtet sind, dass sie zum Beispiel über einen nachstehend beschriebenen Rücksetztransistor 331 auf einem bestimmten Potential liegen.
  • Von zwei Ladungstypen, d. h. Elektronen und Löchern, die in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 erzeugt werden, werden die als die Signalladung dienenden Elektronen über den Übertragungstransistor 303 an den FD 307 übertragen. Von zwei Ladungstypen, d. h. Elektronen und Löchern, die in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 302 erzeugt werden, werden die als die Signalladung dienenden Löcher über den Übertragungstransistor 306 an den FD 310 übertragen. Der Übertragungstransistor 303 und der Übertragungstransistor 306 weisen jeweils eine MIS-Typ-Gatestruktur auf. Das heißt, dass der Übertragungstransistor 303 und der Übertragungstransistor 306 jeweils eine Mehrschichtstruktur (eine Übertragungsgatestruktur) aufweisen, die einen Halbleiterbereich (Kanalbereich), einen Gateisolierfilm und eine Gateelektrode umfasst. Wenn der Übertragungstransistor 303 in einem EIN-Zustand (leitenden Zustand) ist, wird durch Inversion ein N-Typ-Kanal in dem Halbleiterbereich ausgebildet. Wenn der Übertragungstransistor 306 in dem EIN-Zustand ist, wird durch Inversion ein P-Typ-Kanal in dem Halbleiterbereich ausgebildet.
  • In dem vorliegenden Beispiel sind die Gateelektrode des Übertragungstransistors 303 und die Gateelektrode des Übertragungstransistors 306 gemeinsam mit dem Übertragungsknoten 318 verbunden. Der Übertragungsknoten 318 ist auch mit einer Übertragungssignalversorgungseinheit 329 verbunden, so dass ein Steuersignal pTX1 von der Übertragungssignalversorgungseinheit 329 an den Übertragungsknoten 318 eingegeben wird. Der Übertragungstransistor 303 und der Übertragungstransistor 306 unterscheiden sich voneinander im Hinblick auf den Leitfähigkeitstyp, so dass sie in komplementärer Weise arbeiten. Wenn der Übertragungstransistor 303 gemäß dem Steuersignal TX1 in dem EIN-Zustand ist, ist daher der Übertragungstransistor 306 in dem AUS-Zustand (nichtleitenden Zustand), während, wenn der Übertragungstransistor 303 gemäß dem Steuersignal TX1 in dem AUS-Zustand ist, der Übertragungstransistor 306 in dem EIN-Zustand ist.
  • Zwischen dem Potential HIGH (H-Pegel in nachstehender 4A), das bewirkt, dass der Übertragungstransistor 303 in dem EIN-Zustand (leitenden Zustand) ist, und dem Potential MID (0-Pegel in 4A), das bewirkt, dass der Übertragungstransistor 303 in dem AUS-Zustand ist, besteht eine Potentialdifferenz in einem Wertebereich von zum Beispiel 1 V bis 5 V. Auch zwischen dem Potential LOW (L-Pegel in 4A), das bewirkt, dass der Übertragungstransistor 306 in dem EIN-Zustand ist, und dem Potential MID (0-Pegel in 4A), das bewirkt, dass der Übertragungstransistor 306 in dem AUS-Zustand ist, besteht eine Potentialdifferenz in einem Wertebereich von zum Beispiel 1 V bis 5 V. Es kann vorteilhaft sein, dass das Potential HIGH so eingestellt wird/ist, dass es (positiv und) höher als das Masse- bzw. Bezugspotential GND ist, während das Potential LOW so eingestellt wird/ist, dass es (negativ und) niedriger als das Masse- bzw. Bezugspotential GND ist. Zum Beispiel kann das Potential MID so eingestellt werden/sein, dass es gleich dem Masse- bzw. Bezugspotential GND ist. Es ist zu beachten, dass das Potential HIGH, das Potential MID und das Potential LOW alle positiv eingestellt werden/sein können, oder umgekehrt das Potential HIGH, das Potential MID und das Potential LOW alle negativ eingestellt werden/sein können, was zu einer Reduzierung der Schaltungskomplexität führen kann.
  • Es ist zu beachten, dass der Übertragungstransistor 303 und der Übertragungstransistor 306 mit unterschiedlichen Knoten verbunden sein können und ein Ein-/Ausschalten des Übertragungstransistors 303 und des Übertragungstransistors 306 gemäß separaten Steuersignalen individuell gesteuert werden kann. Es kann jedoch vorteilhafter sein, den Übertragungstransistor 303 und den Übertragungstransistor 306 mit dem gemeinsamen Übertragungsknoten 318 zu verbinden und das gleiche Steuersignal TX1 an die Gateelektroden des Übertragungstransistors 303 und des Übertragungstransistors 306 einzugeben. Dies macht es möglich, die Zeitgebung eines Ein-/Ausschaltens des Übertragungstransistors 303 und des Übertragungstransistors 306 genauer zu steuern. Außerdem ist es möglich, die Übertragungstransistoren 303 und 306 unter Verwendung einer gemeinsamen Ansteuerschaltung und einer gemeinsamen Verdrahtung anzusteuern, und somit ist es möglich, die Konfiguration des fotoelektrischen Wandlungselements 200 zu vereinfachen.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, ist der FD 307 über den Übertragungstransistor 303 mit der Kathode 325 verbunden. Der FD 310 ist über den Übertragungstransistor 306 mit der Anode 327 verbunden.
  • Der FD 307 und der FD 310 sind über den Rücksetztransistor 314 mit einer Referenzenergieversorgung 335 verbunden. Im Speziellen liefert die Referenzenergieversorgung 335 ein Masse- bzw. Bezugspotential (GND) oder ein Energieversorgungspotential Vdd. Es kann vorteilhaft sein, dass die Referenzenergieversorgung 335 eine Spannung in einem Wertbereich von –2 V bis +2 V aufweist. Der Rücksetztransistor 314 empfängt ein Steuersignal pRES1 von einer Rücksetzsignalversorungseinheit 334.
  • Der Übertragungstransistor 304 führt eine Übertragung durch, so dass von in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 erzeugten Elektronen und Löchern Elektronen an die Ladungsentladeeinheit 308 übertragen werden. Der Übertragungstransistor 305 führt eine Übertragung durch, so dass von in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 302 erzeugten Elektronen und Löchern Löcher an die Ladungsentladeeinheit 309 übertragen werden. Der Übertragungstransistor 304 und der Übertragungstransistor 305 weisen jeweils eine MIS-Typ-Gatestruktur auf.
  • Das heißt, dass die Übertragungstransistoren 304 und 305 jeweils eine Mehrschichtstruktur aufweisen, die einen Halbleiterbereich (Kanalbereich), einen Gateisolierfilm und eine Gateelektrode umfasst. Wenn der Übertragungstransistor 304 in dem EIN-Zustand ist, wird durch Inversion ein N-Typ-Kanal in dem Halbleiterbereich ausgebildet. Wenn der Übertragungstransistor 305 in einem EIN-Zustand ist, wird durch Inversion ein P-Typ-Kanal in dem Halbleiterbereich ausgebildet.
  • In dem vorliegenden Beispiel sind die Gateelektrode des Übertragungstransistors 304 und die Gateelektrode des Übertragungstransistors 305 gemeinsam mit einem Übertragungsknoten 319 verbunden, und ist der Übertragungsknoten 319 auch mit einer Übertragungssignalversorgungseinheit 330 verbunden, so dass ein Steuersignal pTX2 von der Übertragungssignalversorgungseinheit 330 an den Übertragungsknoten 319 eingegeben wird. Der Übertragungstransistor 304 und der Übertragungstransistor 305 unterscheiden sich voneinander im Hinblick auf den Leitfähigkeitstyp. Wenn der Übertragungstransistor 304 gemäß dem Steuersignal TX2 in dem EIN-Zustand ist, ist daher der Übertragungstransistor 305 in dem AUS-Zustand, während, wenn der Übertragungstransistor 304 gemäß dem Steuersignal TX2 in dem AUS-Zustand ist, der Übertragungstransistor 305 daher in dem EIN-Zustand ist.
  • Es kann vorteilhaft sein, dass Schwellenspannungen des Übertragungstransistors 304 und des Übertragungstransistors 305 derart eingestellt werden/sind, dass, wenn der Übertragungsknoten 319 auf einem bestimmten Potential liegt, der Übertragungstransistor 304 und der Übertragungstransistor 305 beide in dem AUS-Zustand sind. Das bestimmte Potential kann basierend auf dem Potential von Halbleiterbereichen der MIS-Struktur und den Schwellenspannungen der Übertragungsgates bestimmt werden/sein.
  • Es ist zu beachten, dass der Übertragungstransistor 304 und der Übertragungstransistor 305 jeweils mit unterschiedlichen Knoten verbunden sein können und ein Ein-/Ausschalten des Übertragungstransistors 304 und des Übertragungstransistors 305 gemäß separaten Steuersignalen individuell gesteuert werden kann. Es kann jedoch vorteilhafter sein, den Übertragungstransistor 304 und den Übertragungstransistor 305 mit dem gemeinsamen Übertragungsknoten 319 zu verbinden und das gleiche Steuersignal TX2 an die Gateelektroden des Übertragungstransistors 304 und des Übertragungstransistors 305 einzugeben. Dies macht es möglich, die Zeitgebung eines Ein-/Ausschaltens des Übertragungstransistors 304 und des Übertragungstransistors 305 genauer zu steuern. Außerdem ist es möglich, die Übertragungstransistoren 304 und 305 unter Verwendung einer gemeinsamen Ansteuerschaltung und einer gemeinsamen Verdrahtung anzusteuern, und somit ist es möglich, die Konfiguration des fotoelektrischen Wandlungselements 200 zu vereinfachen.
  • Die Ladungsentladeeinheit 308 und die Ladungsentladeeinheit 309 sind mit einem Knoten 321 verbunden. Der Knoten 321 ist zum Beispiel über den Rücksetztransistor 331 mit einer Referenzenergieversorgung 333 verbunden. Der Rücksetztransistor 331 empfängt ein Steuersignal pRES2 von einer Rücksetzsignalversorgungseinheit 332. Obwohl in dem vorliegenden Beispiel die Ladungsentladeeinheit 308 und die Ladungsentladeeinheit 309 über den Rücksetztransistor mit der Referenzenergieversorgung 333 verbunden sind, kann der Knoten 321 direkt mit der Referenzenergieversorgung 333 verbunden sein, ohne über den Rücksetztransistor zu verlaufen.
  • Die Anode 326 der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 und der FD 307 sind mit der Referenzpotentialversorgungseinheit 311 verbunden, so dass ein Referenzpotential VF1 gemeinsam an diese zugeführt wird. Die Kathode 328 der fotoelektrischen Wandlungseinheit 302 und der FD 310 sind mit der Referenzpotentialversorgungseinheit 312 verbunden, so dass ein Referenzpotential VF2 von der Referenzpotentialversorgungseinheit 312 gemeinsam an diese zugeführt wird.
  • Ein Detektionsknoten 320 ist mit dem FD 307, dem FD 310, einer Hauptelektrode (einer Source oder einem Drain) des Rücksetztransistors 314 und elektrisch leitenden Materialien, die diese verbinden, verbunden. Der Detektionsknoten 320 ist mit einem Gate der ersten Verstärkungseinheit 315, die nachstehend beschrieben ist, elektrisch verbunden. Somit tritt an dem Detektionsknoten 320 ein Potential abhängig von den Ladungsmengen, die an den FD 307 und den FD 310 übertragen werden/sind, und der Kapazität des Detektionsknotens 320 auf, und wird/ist dieses Potential an das Gate der ersten Verstärkungseinheit 315 angelegt.
  • In dem vorliegenden Beispiel sind der FD 307 und der FD 310 über das elektrisch leitende Material direkt miteinander verbunden und liegen somit der FD 307, der FD 310 und der Detektionsknoten 320 auf dem im Wesentlichen gleichen Potential. Das elektrisch leitende Material hat eine Leitfähigkeit gleich oder größer 104 S/m (einen spezifischen Widerstand gleich oder kleiner 10–4 Ω·m). Es ist zu beachten, dass der Isolator eine Leitfähigkeit gleich oder kleiner 10–7 S/m (einen spezifischen Widerstand gleich oder größer 107 Ω·m) hat. Der Halbleiter hat eine Leitfähigkeit in einem Wertebereich von 10–7 S/m bis 104 S/m (einen spezifischen Widerstand in einem Wertebereich von 10–4 Ω·m bis 107 Ω·m). Beispiele von elektrisch leitenden Materialien, die hier verwendbar sind, umfassen Metalle, metallische Verbindungen, Graphit, polykristallines Silizium, usw. Silizium mit einer Unreinheit bzw. einem Störstellenanteil hoher Konzentration (mit einer Konzentration gleich oder höher 1019/cm3) kann sich wie ein elektrisch leitendes Material verhalten. Die Verbindung zwischen dem FD 307 und dem FD 310 über das elektrisch leitende Material macht es möglich, Elektronen zwischen dem FD 307 und dem FD 310 problemlos zu übertragen, was eine Reduzierung der Zeit ermöglicht, die erforderlich ist, damit das Potential von dem FD 307 und dem FD 310 (das Potential an dem Detektionsknoten 320) einschwingt bzw. sich einpendelt. Alternativ kann ein Schalter zwischen dem FD 307 und dem Detektionsknoten 320 bereitgestellt sein und/oder kann ein Schalter zwischen dem FD 310 und dem Detektionsknoten 320 bereitgestellt sein, so dass zumindest zwei von dem FD 307, dem FD 310 und dem Detektionsknoten 320 auf unterschiedlichen Potentialen liegen können.
  • In der Konfiguration, die in 3A oder 3B gezeigt ist, kann ein Übergangs- bzw. Einschwingphänomen auftreten, wie es nachstehend beschrieben ist. Zunächst tritt eine Differenz zwischen der Anzahl von an den FD 307 übertragenen Elektronen und der Anzahl von an den FD 310 übertragenen Löchern auf, und diese Differenz bewirkt, dass eine Potentialdifferenz zwischen dem FD 307 und dem FD 310 auftritt. Elektronen bewegen sich zwischen dem FD 307 und dem FD 310 über das elektrisch leitende Material, um die vorstehend beschriebene Potentialdifferenz zu reduzieren. Als Folge hat der Detektionsknoten 320 ein Potential, das der Differenz zwischen der Ladung von an den FD 307 übertragenen Elektronen und der Ladung von in dem FD 310 gesammelten Löchern entspricht.
  • Nachstehend sei hierin angenommen, dass VN1 und VN2 die jeweiligen Potentiale von dem FD 307 und dem FD 310 bezeichnen. Um Elektronen einfach von der Kathode 325 der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 an den FD 307 zu übertragen, kann das Referenzpotential VF1 so eingestellt werden/sein, dass VF1 < VN1 gilt. Es ist zu beachten, dass VN1 und VN2 als Potentialwerte von dem FD 307 und dem FD 310 betrachtet werden können, die typischerweise erhalten werden, wenn der Detektionsknoten 320 durch den Rücksetztransistor 314 rückgesetzt wird/ist.
  • Um Löcher einfach von der Anode 327 der fotoelektrischen Wandlungseinheit 302 an den FD 310 zu übertragen, können Potentiale so eingestellt werden/sein, dass VN2 < VF2 gilt. Wenn VF1 < VN1 und VN2 < VF2 gilt, falls VN1 = VN2 gilt, gilt dann VF1 < VF2. Eine Einstellung des Referenzpotentials VF2, so dass es höher ist als das Referenzpotential VF1 (VF1 < VF2), wie es vorstehend beschrieben ist, macht es möglich, eine höhere Genauigkeit bei einer Abstandsmessung zu erreichen, als es möglich ist, wenn das Referenzpotential VF2 gleich oder kleiner dem Referenzpotential VF1 ist (VF1 ≥ VF2). Indem die Einstellung in der vorstehend beschriebenen Art und Weise vorgenommen wird, ist es möglich, eine hohe Ladungssammlungseffizienz, einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb und eine Signalerfassung hoher Genauigkeit zu erzielen. In der Praxis kann es vorteilhaft sein, das Potential VF1 und das Potential VF2 so einzustellen, dass die Differenz zwischen diesen gleich oder größer 0,10 V ist. Um dies zu erreichen, sind in dem vorliegenden Beispiel zwei Referenzpotentialversorgungseinheiten, d. h. die Referenzpotentialversorgungseinheit 311 und die Referenzpotentialversorgungseinheit 312, bereitgestellt. Es ist zu beachten, dass das Potential VF1 und das Potential VF2 typischerweise so eingestellt werden/sind, dass sie eine Potentialdifferenz in einem Wertebereich von 1 V bis 5 V aufweisen. Es ist zu beachten, dass das Referenzpotential VF1 so eingestellt werden/sein kann, dass es niedriger ist als das Masse- bzw. Bezugspotential (GND) (VF1 < GND), und das Referenzpotential VF2 so eingestellt werden/sein kann, dass es höher ist als das Masse- bzw. Bezugspotential (GND) (GND < VF2). Das heißt, dass das Referenzpotential VF1 negativ sein kann und das Referenzpotential VF2 positiv sein kann.
  • In dem vorliegenden Beispiel ist die erste Verstärkungseinheit 315 ein MOS-Transistor (Verstärkungstransistor), der ein Gate, eine Source und einen Drain umfasst. Die erste Verstärkungseinheit 315 bildet, zusammen mit einer Konstantstromquelle 430, eine Sourcefolgerschaltung. Das Gate der ersten Verstärkungseinheit 315 ist mit dem Detektionsknoten 320 elektrisch verbunden. Die erste Verstärkungseinheit 315 verstärkt ein Signal basierend auf dem Potential des Detektionsknotens 320 und gibt das resultierende verstärkte Signal aus. Der Drain der ersten Verstärkungseinheit 315 ist mit der Energieversorgungseinheit 336 verbunden, so dass eine Energieversorgungsspannung VDD an diesen zugeführt wird. Die erste Verstärkungseinheit 315 gibt das verstärkte Signal an den Drain der ersten Auswahleinheit 324 aus.
  • Die erste Auswahleinheit 324 steuert ein Ausgeben von Signalen von einer Vielzahl von fotoelektrischen Wandlungselementen 200, die für jede Signalleitung 223 eingerichtet sind, so dass ein Signal von einem fotoelektrischen Wandlungselement zu einer Zeit an die Signalleitung 223 ausgegeben wird oder Signale von einer Vielzahl von fotoelektrischen Wandlungselementen zu einer Zeit an die Signalleitung 223 ausgegeben werden. Der Drain der ersten Auswahleinheit 324 ist mit der Source der ersten Verstärkungseinheit 315 verbunden, die Source der ersten Auswahleinheit 324 ist mit der Signalleitung 223 verbunden, und das Gate der ersten Auswahleinheit 324 ist mit der Auswahlsignalversorgungseinheit 337 verbunden. In der Praxis kann die erste Auswahleinheit 324 unter Verwendung eines Auswahltransistors realisiert werden. Die erste Auswahleinheit 324 schaltet gemäß einem Steuersignal pSEL, das von der Auswahlsignalversorgungseinheit 337 ausgegeben wird, zwischen dem EIN-Zustand und dem AUS-Zustand um. In einem Lesebetrieb schaltet der Auswahltransistor ein und erzeugt die erste Verstärkungseinheit 315 ein Pixelsignal, das dem Potential des Detektionsknotens 320 entspricht. Das Pixelsignal wird an die in 1B gezeigte Signalleitung 223 ausgegeben.
  • Als Nächstes werden nachstehend Beispiele von Potentialen beschrieben, die in der Schaltung verwendet werden. In der folgenden Beschreibung wird beispielhaft angenommen, dass das Masse- bzw. Bezugspotential (GND) gleich 0 V ist. In einem ersten Beispiel sind ein Rücksetzpotential VS1, das von dem Rücksetztransistor 314 an den Detektionsknoten 320 zugeführt wird, und ein Rücksetzpotential VS2, das von dem Rücksetztransistor 331 an den Knoten 321 zugeführt wird, derart eingestellt, dass VS1 = VS2 = 0 V gilt. Außerdem sind andere Potentiale wie folgt eingestellt: VF1 = –1 V; VF2 = +1 V; das Potential HIGH = +2 V; das Potential MID = 0 V; und das Potential LOW = –2 V. In einem zweiten Beispiel sind Potentiale derart eingestellt, dass VS1 = VS2 = +1 V, VF1 = 0 V, VF2 = +2 V, das Potential HIGH = +3 V, das Potential MID = +1 V und das Potential LOW = –1 V gilt. In dem zweiten Beispiel sind die Potentiale in dem ersten Beispiel alle um S (V) verschoben, und insbesondere gilt S = –1. In einem dritten Beispiel sind Potentiale derart eingestellt, dass VS1 = VS2 = 0 V, VF1 = –2 V, VF2 = +2 V, das Potential HIGH = +4 V, das Potential MID = +0 V und das Potential LOW = –4 V gilt. Die Potentialwerte in diesem dritten Beispiel sind gleich den jeweiligen Werten in dem ersten Beispiel, multipliziert mit einem Faktor T, und insbesondere gilt T = 2. Es ist zu beachten, dass der Wert von S, der vorstehend beschrieben ist, positiv oder negativ sein kann, und dass der Wert von T kleiner als 1 sein kann. Das zweite Beispiel und das dritte Beispiel können derart kombiniert werden, dass die Potentiale in dem ersten Beispiel jeweils um S (V) verschoben und dann mit einem Faktor T multipliziert sind. In den drei Beispielen, die vorstehend beschrieben sind, können die tatsächlichen Werte auf angemessene Weise modifiziert werden, während die Beziehungen im Hinblick auf eine relative Größe, eine Potentialdifferenz und eine relative Größe einer Potentialdifferenz beibehalten werden.
  • Das in 3B gezeigte fotoelektrische Wandlungselement unterscheidet sich von dem in 3A gezeigten fotoelektrischen Wandlungselement darin, dass zusätzlich ein Tiefpassfilter bereitgestellt ist. Durch Bereitstellen des Tiefpassfilters LPF zwischen dem Detektionsknoten 320 und dem Gate 338 der ersten Verstärkungseinheit 315 wird es möglich, Pixelsignale selbst dann in einer stabilen Weise zu lesen, wenn eine Schwankung im Potential des Detektionsknotens 320 auftritt, und wird es dadurch möglich, das Signal von dem Verstärkungstransistor 315 in stabiler Weise an die Signalleitung 223 auszugeben. Das Tiefpassfilter LPF kann unter Verwendung einer bekannten Technik realisiert werden. Im Speziellen kann das Tiefpassfilter LPF zum Beispiel realisiert werden, indem ein Reihenwiderstand und ein Parallel- bzw. Nebenschlusskondensator mit dem Detektionsknoten 320 verbunden werden.
  • In 3A und 3B können Verbindungen derart modifiziert werden, dass Steuersignale an das Gate des Übertragungstransistors 303 und das Gate des Übertragungstransistors 306 über separate Verdrahtungen zugeführt werden können und Steuersignale an das Gate des Übertragungstransistors 304 und das Gate des Übertragungstransistors 305 über separate Verdrahtungen zugeführt werden können. Durch Verbindung des Gates des Übertragungstransistors 303 und des Gates des Übertragungstransistors 306 mit dem gemeinsamen Übertragungsknoten 318 und Verbindung des Gates des Übertragungstransistors 304 und des Gates des Übertragungstransistors 305 mit dem gemeinsamen Übertragungsknoten 319, wie bei der in 3A oder 3B gezeigten ursprünglichen Schaltungskonfiguration, ist es jedoch möglich, die Verdrahtungen zum Zuführen von Steuersignalen zu reduzieren.
  • Es ist zu beachten, dass der Übertragungstransistor 304 und der Übertragungstransistor 305 jeweils mit unterschiedlichen Knoten verbunden werden/sein können, ein Ein-/Ausschalten des Übertragungstransistors 304 und des Übertragungstransistors 305 gemäß separaten Steuersignalen gesteuert werden kann.
  • Es kann jedoch vorteilhaft sein, den Übertragungstransistor 304 und den Übertragungstransistor 305 mit dem gemeinsamen Übertragungsknoten 319 zu verbinden, so dass das gleiche Steuersignal TX2 an das Gate des Übertragungstransistors 304 und das Gate des Übertragungstransistors 305 eingegeben wird, da dies ermöglicht, eine hohe Zeitgebungs- bzw. Zeitsteuerungsgenauigkeit bei Steuerung des Ein-/Ausschaltens des Übertragungstransistors 304 und des Übertragungstransistors 305 zu erzielen.
  • Außerdem ist es durch gegenseitiges Verbinden der Ladungsentladeeinheit 308 und der Ladungsentladeeinheit 309 über den Knoten 321, wie es in 3A oder 3B gezeigt ist, möglich, die Verdrahtungen zum Zuführen von Energie bzw. Leistung im Vergleich zu dem Fall zu reduzieren, in dem Potentiale an die jeweiligen Ladungsentladeeinheiten von separaten Energieversorgungen separat zugeführt werden.
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 4A bis 4D nachstehend eine Beschreibung hinsichtlich eines Betriebs des fotoelektrischen Wandlungselements 200 und eines Betriebs der Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gegeben. 4A zeigt ein Steuersignal pTX1 401, das an den Übertragungsknoten 318 zugeführt wird, der mit den Gates der Übertragungstransistoren 303 und 306 verbunden ist, und ein Steuersignal pTX2 402, das an den Übertragungsknoten 319 zugeführt wird, der mit den Gates der Übertragungstransistoren 304 und 305 verbunden ist, wie es in 3A oder 3B gezeigt ist. 4A zeigt auch ein Steuersignal pRES1 407, das an das Gate des Rücksetztransistors 314 zugeführt wird, und ein Steuersignal pSEL 408, das an das Gate des Auswahltransistors 324 zugeführt wird. 4B veranschaulicht eine Ausgabe von der Lichtausstrahlungsvorrichtung 102, die in 1A gezeigt ist. 4C veranschaulicht eine Lichtmenge, die auf dem fotoelektrischen Wandlungselement 200 einfällt. 4D veranschaulicht ein Potential des Detektionsknotens 320 des Verstärkungstransistors 315.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Zyklus bzw. ein Betriebsgang/takt eine Periode Tcy (von Zeit t1 bis Zeit t5). Im Speziellen hat ein Zyklus zum Beispiel eine Länge von 10 ns bis 100 ns. Die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 schaltet eine Lichtausstrahlung periodisch ein und aus, wie es in 4B veranschaulicht ist. In diesem speziellen Beispiel wird zur Einfachheit der Veranschaulichung angenommen, dass ein Ein-/Ausschalten zweimal wiederholt wird. Um eine genaue Abstandsmessung praktisch zu erreichen, kann es jedoch wünschenswert sein, ein Ein-/Ausschalten 100-mal oder öfter für jede Abstandsmessung (aus praktischer Sichtweise bis zu 10.000-mal) zu wiederholen.
  • Wenn die Lichtgeschwindigkeit durch c (m/s) bezeichnet wird und der Abstand von der Abstandsmessvorrichtung 1 zu einem Zielobjekt 9 durch d (m) bezeichnet wird, ist eine Verzögerungszeit bzw. Laufzeit von einer Zeit, zu der Licht ausgestrahlt wird, bis zu einer Zeit, zu der zurückgeworfenes Licht wahrgenommen wird, gegeben durch 2 × d/c (s). Somit wird eine Messung des Abstands erreicht, indem eine physikalische Größe detektiert wird, die der Verzögerungszeit bzw. Laufzeit von der Lichtausstrahlung bis zum Lichtempfang in der Periode Tcy entspricht. Die Lichtgeschwindigkeit ist gleich 3 × 108 m/s, nämlich 0,3 m/ns, und somit kann die Periode Tcy zum Beispiel in einem Wertebereich von 1 ns bis 1.000 ns, und bevorzugter in einem Wertebereich von 10 ns bis 100 ns, eingestellt werden/sein. Zum Beispiel, wenn der Abstand 0,3 m beträgt, beträgt die Verzögerungszeit bzw. Laufzeit von Ausstrahlung bis Empfang von Licht 2 ns. Wenn ein Zyklus Tcy auf 10 ns eingestellt wird/ist, ist es daher möglich, den Abstand von 0,3 m zu detektieren, indem eine physikalische Größe detektiert wird, die der Verzögerungszeit bzw. Laufzeit in einer Periode von 10 ns entspricht. Aus der Periode Tcy und der Anzahl von Wiederholungen eines Ein-/Ausschaltens einer Lichtausstrahlung kann ab-/geschätzt werden, dass die Zeit, die zum einmaligen Messen des Abstands erforderlich ist, innerhalb einer kurzen Periode von 1 μs bis 10 ms vollendet werden kann. Daher ist es möglich, Signale von 10 Zeilen bis 1.000 Zeilen von fotoelektrischen Wandlungselementen 200 (1 Rahmen bzw. Vollbild bis 1.000 Rahmen bzw. Vollbilder) pro Sekunde zu lesen.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Ladungsansammlungsperiode Ts eine Periode von Zeit t1 bis Zeit t9, wie sie in 4D gezeigt ist. Die in der Ladungsansammlungsperiode Ts angesammelte Signalladung wird in der Ausgabeperiode Top von Zeit t9 bis Zeit t10 ausgegeben. Es ist zu beachten, dass der FD 307 und der FD 310 in einer Rücksetzperiode Tres von Zeit t0 bis Zeit t1 rückgesetzt werden, bevor die Ladungsansammlungsperiode Ts startet. Eine Rahmenperiode FR1 ist eine Periode von Zeit t0 bis Zeit t10.
  • In 4A stellt eine durchgezogene Linie 401 eine zeitliche Änderung des an den Übertragungsknoten 318 zugeführten Steuersignals pTX1 dar. Eine gestrichelte Linie 402 stellt eine zeitliche Änderung des an den Übertragungsknoten 319 zugeführten Steuersignals pTX2 dar. Eine strichdoppelpunktierte Linie 407 stellt eine zeitliche Änderung des an das Gate des Rücksetztransistors 314 zugeführten Steuersignals pRES1 dar. Eine gepunktete Linie 409 stellt eine zeitliche Änderung des an das Gate des Rücksetztransistors 331 zugeführten Steuersignals pRES2 dar. Eine strichpunktierte Linie 408 stellt eine zeitliche Änderung des an das Gate des Auswahltransistors 324 zugeführten Steuersignals pSEL dar.
  • In der folgenden Beschreibung wird zum Beispiel ein Ausdruck „die durchgezogene Linie 401 geht auf den H-Pegel” oder „die durchgezogene Linie 401 ist auf dem H-Pegel” verwendet, um zu beschreiben, dass das Potential des Übertragungsknotens 318, das der durchgezogenen Linie 401 entspricht, auf den H-Pegel geht oder auf dem H-Pegel ist. Ähnliche Ausdrücke werden auch für die gestrichelte Linie 402, die strichdoppelpunktierte Linie 407, die strichpunktierte Linie 408 und die gepunktete Linie 409 verwendet. Wie es durch die durchgezogene Linie 401 und die gestrichelte Linie 402 dargestellt ist, werden die Potentiale des Übertragungsknotens 318 und des Übertragungsknotens 319 durch rechteckförmige Verlaufsformen oder sinusförmige Verlaufsformen mit der gleichen Periode, aber mit entgegengesetzten Polaritäten, von der in 1B gezeigten Steuersignalerzeugungseinheit 203 geliefert.
  • Der 0-Pegel der durchgezogenen Linie 401 und derjenige der gestrichelten Linie 402 sind Potentiale, die nahe den Schwellenspannungen der Übertragungstransistoren 303, 304, 305 und 306 sind, oder Potentiale, die bewirken, dass diese Übertragungstransistoren ausschalten. Wenn die durchgezogene Linie 401 auf dem H-Pegel ist und die gestrichelte Linie 402 auf dem L-Pegel ist, sind die Übertragungstransistoren 303 und 305 in dem EIN-Zustand, und sind die Übertragungstransistoren 304 und 306 in dem AUS-Zustand. Wenn die durchgezogene Linie 401 auf dem L-Pegel ist und die gestrichelte Linie 402 auf dem H-Pegel ist, sind die Übertragungstransistoren 303 und 305 in dem AUS-Zustand, und sind die Übertragungstransistoren 304 und 306 in dem EIN-Zustand. Schwellenwerte von Transistoren können derart ausgelegt bzw. entworfen werden/sein, dass der 0-Pegel höher ist als der Schwellenwert von jedem P-Typ-Übertragungstransistor, und der 0-Pegel niedriger ist als der Schwellenwert von jedem N-Typ-Übertragungstransistor, wodurch es für jeden beliebigen Übertragungstransistor möglich gemacht wird, auf dem 0-Pegel in dem AUS-Zustand zu sein. Die Schwellenwerte können unter Verwendung eines bekannten Verfahrens ausgelegt bzw. werden. Zum Beispiel können die Schwellenwerte durch Anpassung der Unreinheits- bzw. Störstellenkonzentration des Kanalteils von jedem Transistor gesteuert werden.
  • Andererseits sind 0-Pegel für die strichdoppelpunktierte Linie 407, die strichpunktierte Linie 408 und die gepunktete Linie 409 auf Potentiale eingestellt, die es dem Rücksetztransistor 314, dem Rücksetztransistor 331 und dem Auswahltransistor 324 ermöglichen, hinlänglich auszuschalten. Wenn die strichdoppelpunktierte Linie 407 auf dem H-Pegel ist (in einer Periode von Zeit t0 bis Zeit t1), ist der Rücksetztransistor 314 in dem EIN-Zustand, und liegt der Detektionsknoten 320 auf dem Rücksetzpotential. Wenn die strichdoppelpunktierte Linie 407 auf dem L-Pegel ist (in einer Periode von Zeit t1 bis Zeit t10), ist der Rücksetztransistor 314 in dem AUS-Zustand. Wenn die gepunktete Linie 409 auf dem H-Pegel ist (in einer Periode von Zeit t0 bis Zeit t10), ist der Rücksetztransistor 331 in dem EIN-Zustand, und liegt der Knoten 321 auf dem Rücksetzpotential. In dieser Situation wird die Ladung von der fotoelektrischen Wandlungseinheit entladen bzw. abgeführt bzw. ausgestoßen, wenn der Übertragungstransistor 304 oder 305 ausschaltet. Obwohl bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die gepunktete Linie 409 stets auf dem H-Pegel ist, kann das Potential der gepunkteten Linie 409 in einer anderen Art und Weise gesteuert werden. Zum Beispiel kann die gepunktete Linie 409 auf dem gleichen Potential sein wie demjenigen der strichdoppelpunktierten Linie 407. In diesem Fall ist der Rücksetztransistor 331 in dem AUS-Zustand, wenn die gepunktete Linie 409 auf dem L-Pegel ist.
  • Wenn die strichpunktierte Linie 408 auf dem H-Pegel ist (in einer Periode von Zeit t9 bis Zeit t10), ist der Auswahltransistor 324 in dem EIN-Zustand. In diesem Zustand wird das von der ersten Verstärkungseinheit 315 ausgegebene Signal an die Signalleitung 223 ausgegeben. Wenn die strichpunktierte Linie 408 auf dem L-Pegel ist, ist der Auswahltransistor 324 in dem AUS-Zustand.
  • Es ist zu beachten, dass die Schwellenwerte nicht notwendigerweise für alle von den Übertragungstransistoren 303, 304, 305 und 306, dem Rücksetztransistor 314 und dem Auswahltransistor 324 den gleichen Wert (zum Beispiel 0 V) aufweisen müssen.
  • In 4B stellt eine durchgezogene Linie 403 eine Ausgabe von der in 1B gezeigten Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 dar. Wenn die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 eine Lichtausstrahlung einschaltet, ist die Ausgabe der Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 auf einem Lon-Pegel, während, wenn die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 eine Lichtausstrahlung ausschaltet, die Ausgabe der Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 auf einem Loff-Pegel ist. Es ist zu beachten, dass die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 in der gleichen Periode wie derjenigen der in 4A gezeigten durchgezogenen Linie 401 wiederholt ein-/ausgeschaltet wird. Das heißt, dass in dem vorliegenden Beispiel die Periode, in der die durchgezogene Linie 401 auf dem positiven Pegel ist, die gleiche Periode ist, in der die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 in dem EIN-Zustand ist.
  • In 4C stellt eine durchgezogene Linie 404 die Lichtmenge (Lc, Ld) dar, die auf dem fotoelektrischen Wandlungselement 200 einfällt. Die Lichtmenge Lc ist ein Pegel, auf dem Umgebungslicht 115 auf dem fotoelektrischen Wandlungselement 200 einfällt. Die Lichtmenge Ld ist ein Pegel, der gleich der Summe des Umgebungslichts 115 und des reflektierten Lichts 114 ist, die auf dem fotoelektrischen Wandlungselement 200 einfallen. Eine gepunktete Linie 405 stellt die Menge des reflektierten Lichts 114 dar, die einen Teil der Gesamtmenge von auf dem fotoelektrischen Wandlungselement 200 einfallendem Licht darstellt und von Licht stammt, das von der Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 ausgestrahlt und von dem Zielobjekt 106 reflektiert wird. Die Lichtmenge Lb ist ein Pegel des reflektierten Lichts 114. In dem in 4C gezeigten Beispiel ist die Lichtmenge Lc größer als die Lichtmenge Lb. Die Lichtmenge Lc kann jedoch kleiner sein als die Lichtmenge Lb. Es ist zu beachten, dass es eine endliche Zeit braucht, damit das von der Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 ausgestrahlte Licht das Zielobjekt 106 erreicht und weiter die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung 104 erreicht, nachdem es von dem Zielobjekt 106 reflektiert ist. Daher, wie es durch einen Vergleich zwischen 4B und 4C erkannt werden kann, weist die durchgezogene Linie 404 eine Verzögerung um einen Betrag, der dem Abstand zu dem Zielobjekt 106 entspricht, gegenüber der durchgezogenen Linie 403 auf.
  • In 4D stellt eine durchgezogene Linie 406 ein Potential des Detektionsknotens 320 des Verstärkungstransistors 315 dar. Ein Signal wird basierend auf dem Potential des Detektionsknotens 320 verstärkt, und das resultierende verstärkte Signal wird von dem Verstärkungstransistor 315 ausgegeben. In dem in 4D gezeigten Beispiel ist der Auswahltransistor 314 in einer Periode von Zeit t9 bis Zeit t10, wie sie in 4A gezeigt ist, in dem EIN-Zustand, und entspricht daher das an die Signalleitung 223 ausgegebene Potential dem Potential des Detektionsknotens 320 in der Periode von Zeit t9 bis Zeit t10. In dem vorliegenden Beispiel ist der Rücksetztransistor 331 stets in dem EIN-Zustand, und ist daher das Potential des Knotens 321, nämlich das Potential der Ladungsentladeeinheit 308 und der Ladungsentladeeinheit 309, gleich dem Potential der Referenzenergieversorgung 333.
  • Als nächstes werden nachstehend Betriebsvorgänge beschrieben, die mit 4A bis 4D in Zusammenhang stehen.
  • Zu Zeit t0 sind in 4A bis 4D die gepunktete Linie 402, die durchgezogene Linie 403, die gepunktete Linie 405, die durchgezogene Linie 406 und die strichpunktierte Linie 408 auf dem 0-Pegel, während die durchgezogene Linie 401 und die strichdoppelpunktierte Linie 407 auf den H-Pegel gehen. Außerdem sind zu Zeit t0 die Übertragungstransistoren 304 und 305 und der Auswahltransistor 324 in dem AUS-Zustand, während der Rücksetztransistor 314 in dem EIN-Zustand ist und der Detektionsknoten 320 rückgesetzt ist. In dieser Situation kann der Auswahltransistor 324 eingeschaltet werden. Das Einschalten des Auswahltransistors 324 macht es möglich, einen Vorteil zu erzielen, wie er nachstehend beschrieben ist. Nämlich wird ein Rauschen, das auftritt, wenn der Detektionsknoten 320 rückgesetzt wird, durch eine Schaltung ausgegeben und gehalten, die in einer Stufe eingerichtet ist, die auf die in 1B gezeigte Schaltung folgt. Wenn das Signal von dem Verstärkungstransistor 315 in einer Periode von Zeit t9 bis Zeit t10 ausgegeben wird, wird das Rauschen, das in der Schaltung in der folgenden Stufe gehalten wird, von dem von dem Verstärkungstransistor 315 ausgegebenen Signal (durch eine durch eine CDS-Schaltung durchgeführte Verarbeitung) subtrahiert, wodurch ein Ausgabesignal hoher Genauigkeit erhalten wird. Außerdem ist zu Zeit t0 die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 in dem AUS-Zustand (es wird kein Licht ausgestrahlt), wie es in 4B gezeigt ist, und fällt nur das Umgebungslicht 115 (Lichtmenge Lc) auf dem fotoelektrischen Wandlungselement 200 ein, wie es in 4C gezeigt ist. Daher wird/ist zu Zeit t0 das Potential des Detektionsknotens 320 durch den Rücksetztransistor 314 auf einen Rücksetzpegel rückgesetzt, wie es durch die durchgezogene Linie 406 in 4D dargestellt ist. In 4D wird/ist das Potential des Detektionsknotens 320, das erhalten wird, wenn die Rücksetzung durchgeführt wird (in der Periode von Zeit t0 bis Zeit t1), als ein Referenzpotential (das in 4D als 0 dargestellt ist) an-/genommen, wird/ist das Potential des Detektionsknotens 320 zu einer beliebigen Zeit mit Bezug auf das Referenzpotential dargestellt.
  • Zu Zeit t1, wie es in 4B gezeigt ist, wechselt das Steuersignal der Lichtausstrahlungsvorrichtung 102, das durch die durchgezogene Linie 403 dargestellt wird, von Loff auf Lon, und beginnt die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 somit eine Lichtausstrahlung. Zu Zeitpunkt t1 fällt jedoch nur das Umgebungslicht 115 (Lichtmenge Lc) auf dem fotoelektrischen Wandlungselement 200 ein. Unmittelbar nach Zeit t1 wechselt das Steuersignal pTX1, das durch die durchgezogene Linie 401 dargestellt wird, von dem 0-Pegel auf den H-Pegel, während das Steuersignal pTX2, das durch die gestrichelte Linie 402 dargestellt wird, von dem 0-Pegel auf den L-Pegel wechselt. Als Folge schalten die Übertragungstransistoren 303 und 305 ein, während die Übertragungstransistoren 304 und 306 ausschalten. Außerdem geht zu dieser Zeit t1 das Steuersignal pRES1, das durch die strichdoppelpunktierte Linie 407 dargestellt wird, auf den 0-Pegel, während und weshalb der Rücksetztransistor 314 ausschaltet. Zu Zeit t1 bleibt das Steuersignal pSEL1, das durch die strichpunktierte Linie 408 dargestellt wird, auf dem 0-Pegel, und bleibt der Auswahltransistor 324 daher in dem AUS-Zustand. Außerdem, wie es in 4D gezeigt ist, beginnt sich das Potential des Detektionsknotens, das durch die durchgezogene Linie 406 dargestellt wird, zu Zeit t1 zu ändern. Es ist zu beachten, dass die Periode von Zeit t0 bis Zeit t1 die Rücksetzperiode Tres ist, und die Ladungsansammlungsperiode Ts zu Zeit t1 startet.
  • Zu Zeit t2, wie es in 4C gezeigt ist, beginnt das fotoelektrische Wandlungselement 200, Licht mit einer Menge Ld zu empfangen. Zu Zeit t2 wird danach, wie es in 4D gezeigt ist, eine Änderung des Potentials des Detektionsknotens, das durch die durchgezogene Linie 406 dargestellt wird, von dem 0-Pegel auf den h1-Pegel abgeschlossen, und beginnt unmittelbar nach Zeit t2 eine Änderung auf den h2-Pegel.
  • Als Nächstes wechselt zu Zeit t3, wie es in 4B gezeigt ist, das Steuersignal an die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102, das durch die durchgezogene Linie 403 dargestellt wird, von Lon auf Loff, und schaltet die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 daher eine Lichtausstrahlung aus. Es ist zu beachten, dass, wie es in 4A gezeigt ist, unmittelbar vor Zeit t3 das Steuersignal pTX1, das durch die durchgezogene Linie 401 dargestellt wird, von dem H-Pegel auf den 0-Pegel wechselt und unmittelbar nach Zeit t3 weiter von dem 0-Pegel auf den L-Pegel wechselt. Andererseits wechselt das Steuersignal pTX2, das durch die gestrichelte Linie 402 dargestellt wird, unmittelbar vor Zeit t3 von dem L-Pegel auf den 0-Pegel und unmittelbar nach Zeit t3 weiter von dem 0-Pegel auf den H-Pegel. Als Folge schalten die Übertragungstransistoren 303, 304, 305 und 306 alle zu Zeit t3 aus, und schalten dann zu Zeit t4 die Übertragungstransistoren 303 und 305 aus und die Übertragungstransistoren 304 und 306 ein. Als Folge wechselt in einer Periode von Zeit t2 bis Zeit t3, wie es in 4D gezeigt ist, das Potential des Detektionsknotens 320, das durch die durchgezogene Linie 406 dargestellt wird, von dem h1-Pegel auf den h6-Pegel. Das heißt, dass das Potential, das der Anzahl von Elektronen entspricht, die von der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 an den FD 307 übertragen werden, in einer Periode von Zeit t1 bis Zeit t3 an dem Detektionsknoten 320 auftritt. In der Periode von t3 bis t4 kann sich das Potential von jedem Übertragungsgate inmitten einer Änderung befinden und kann der Übertragungstransistor noch nicht den vollen EIN-Zustand erreicht haben. Jedoch werden Träger in der Fotodiode angesammelt und werden die Träger an den FD übertragen, wenn das Übertragungsgate zu Zeit t4 vollständig einschaltet.
  • Zu Zeit t4, wie es in 4C gezeigt ist, kommt das auf dem fotoelektrischen Wandlungselement 200 einfallende Licht in einen Zustand, in dem nur das Umgebungslicht 115 (Lichtmenge Lc) einfällt. In einer Periode von Zeit t3 bis t4, wie es in 4D gezeigt ist, wechselt das Potential des Detektionsknotens, das durch die durchgezogene Linie 406 dargestellt wird, von dem h6-Pegel auf den h4-Pegel. Dieser Wechsel erfolgt, da die in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 302 erzeugten Löcher an den FD 310 übertragen werden und die Übertragung der Löcher bewirkt, dass das Potential des Detektionsknotens 320 steigt.
  • Zu Zeit t5, wie es in 4B gezeigt ist, wechselt das Steuersignal an die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102, das durch die durchgezogene Linie 403 dargestellt wird, von Loff auf Lon, und schaltet die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 daher eine Lichtausstrahlung ein. Außerdem, wie es in 4A gezeigt ist, wechselt das Steuersignal pTX1 unmittelbar vor Zeit t5 von dem L-Pegel auf den 0-Pegel und unmittelbar nach Zeit t5 weiter von dem 0-Pegel auf den H-Pegel. Andererseits wechselt das Steuersignal pTX2, das durch die gestrichelte Linie 402 dargestellt wird, unmittelbar vor Zeit t5 von dem H-Pegel auf den 0-Pegel und unmittelbar nach Zeit t5 weiter von dem 0-Pegel auf den L-Pegel. Als Folge schalten die Übertragungstransistoren 303, 304, 305 und 306 zu Zeit t5 alle aus, und schalten danach zu Zeit t6 die Übertragungstransistoren 303 und 305 ein und die Übertragungstransistoren 304 und 306 aus.
  • In einer Periode von Zeit t4 bis Zeit t5, wie es in 4D gezeigt ist, werden die in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 302 erzeugten Löcher an den FD 310 übertragen und wechselt daher das Potential des Detektionsknotens von dem h4-Pegel auf den h2-Pegel.
  • In dieser Konfiguration umfasst, wenn das an das Gate des Auswahltransistors 324 zugeführte Steuersignal pSEL derart eingestellt wird/ist, dass es zu Zeit t5 auf dem H-Pegel ist, dann ein Signal, das auf der Signalleitung 223 über den Verstärkungstransistor 315 erhalten wird, hauptsächlich ein Signal, das von der Komponente des reflektierten Lichts 114 stammt, aber umfasst das Signal eine reduzierte Menge einer Komponente des Umgebungslichts 115. Eine Periode von Zeit t1 bis Zeit t5 ist ein Zyklus Tcy. Wenn das an das Gate des Auswahltransistors 324 zugeführte Steuersignal pSEL nicht derart eingestellt wird/ist, dass es am Ende des Betriebs von einem Zyklus (zu Zeit t5) auf dem H-Pegel ist, sondern derart eingestellt wird/ist, dass das Steuersignal pSEL am Ende einer Vielzahl von Perioden auf dem H-Pegel ist, ist es dann möglich, ein Signal mit einer größeren Amplitude zu erhalten. Wenn der Betrieb von einem Zyklus mehrmals wiederholt wird, wie es vorstehend beschrieben ist, wird dann idealerweise nur eine Ladung angesammelt, die dem reflektierten Licht 114 entspricht, und ist es möglich, ein Signal mit einer großen Amplitude selbst dann zu erhalten, wenn das reflektierte Licht schwach ist.
  • In dem in 4 gezeigten Beispiel wird der Betrieb in der Periode von t1 bis t5 in einer Periode von t5 bis t9 wiederholt. Zeit t5 entspricht somit Zeit t1, Zeit t6 entspricht somit Zeit t2, Zeit t7 entspricht somit Zeit t3, Zeit t8 entspricht somit Zeit t4, und Zeit t9 entspricht somit Zeit t5. In 4D wechselt zu Zeit t6 das Potential an dem Detektionsknoten, das durch die durchgezogene Linie 406 dargestellt wird, von dem h2-Pegel auf den h3-Pegel. Zu Zeit t7 wechselt das Potential von diesem von dem h3-Pegel auf den h8-Pegel. Außerdem wechselt das Potential von diesem zu Zeit t8 von dem h8-Pegel auf den h7-Pegel, und zu Zeit t9 von dem h7-Pegel auf den h5-Pegel. Als Nächstes wird nachstehend der Betrieb in einer Periode von t9 bis t10 ausführlich beschrieben.
  • Zu Zeit t9, wie es in 4A gezeigt ist, wechselt das Potential des Steuersignals pTX2 von dem H-Pegel auf den 0-Pegel, während das Steuersignal pTX1 von dem L-Pegel auf den 0-Pegel wechselt, und schalten somit die Übertragungstransistoren 303, 304, 305 und 306 alle aus. Außerdem wechselt das Steuersignal pSEL, das durch die strichpunktierte Linie 408 dargestellt wird, von dem 0-Pegel auf den H-Pegel, und schaltet somit der Auswahltransistor 324 ein. Dann wird in einer Ausgabeperiode Top (von Zeit t9 bis Zeit t10) das Potential des Detektionsknotens 320 über die erste Verstärkungseinheit 315 an die Signalleitung 223 ausgegeben.
  • Zu Zeit t10, wie es in 4A gezeigt ist, wechselt das Steuersignal pSEL von dem H-Pegel auf den 0-Pegel. Es ist zu beachten, dass in dem in 4A gezeigten Beispiel in einer Periode von Zeit t9 bis Zeit t10 die Steuersignale pTX1, pTX2 und pRES1, wie in der Periode von t0 bis t1, auf dem 0-Pegel gehalten werden. In der Periode von t9 bis t10 ist es dann möglich, einen Einfluss einer Übertragung von Ladungen von der fotoelektrischen Wandlungseinheit zu reduzieren, wenn der Übertragungstransistor 303 und der Übertragungstransistor 305 ausgeschaltet werden/sind und das Signal über den Verstärkungstransistor 315 an die Signalleitung 223 ausgegeben wird, wie es vorstehend beschrieben ist, und ist es somit möglich, eine Lesegenauigkeit zu erhöhen.
  • Außerdem wird in der vorstehend beschriebenen Konfiguration, wenn eine in einer fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugte Signalladung an einen FD übertragen wird, eine in einer anderen fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugte Signalladung an eine Ladungsentladeeinheit entladen, und ist es somit möglich, eine Leck- bzw. Streuladung in fotoelektrischen Wandlungseinheiten zu unterbinden.
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 5 und 6A bis 6C ein Beispiel von einer Ausgestaltung des fotoelektrischen Wandlungselements 200 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben. 6A veranschaulicht eine schematische Schnittansicht, die entlang einer Linie VIA-VIA in 5 genommen ist. 6B veranschaulicht eine schematische Schnittansicht, die entlang einer Linie VIB-VIB in 5 genommen ist. 6C veranschaulicht eine schematische Schnittansicht, die entlang einer Linie VIC-VIC in 5 genommen ist.
  • 5 ist eine schematische Draufsicht des fotoelektrischen Wandlungselements 200 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. In 5 stellen Kreise Orte bzw. Stellen von Kontaktanschlüssen bzw. Anschlusskontakten dar, und stellen dicke Linien Verdrahtungen dar, die in dem fotoelektrischen Wandlungselement 200 eingerichtet sind. Gemäß 5 sind in einem Halbleitersubstrat 500 ein zweiter Halbleiterbereich 511 eines zweiten Leitfähigkeitstyps (P-Typs) und ein erster Halbleiterbereich 512 eines ersten Leitfähigkeitstyps (N-Typs) in einer ersten Richtung angeordnet. Außerdem sind der Bereich 511 und ein dritter Halbleiterbereich 517 des zweiten Leitfähigkeitstyps über einen Elementisolierbereich 531 hinweg in einer zweiten Richtung angeordnet, die die erste Richtung kreuzt, und sind gleichermaßen der Bereich 512 und der dritte Halbleiterbereich 517 des zweiten Leitfähigkeitstyps über den Elementisolierbereich 531 hinweg in der zweiten Richtung angeordnet. Die zweite Richtung, die die erste Richtung kreuzt, kann senkrecht zu der ersten Richtung sein. Jeder Halbleiterbereich kann epitaxisch ausgebildet werden/sein oder kann durch Verwendung einer Störstellenionenimplantation ausgebildet werden/sein. In dem in 5 gezeigten Beispiel ist beispielhaft ein Hableiterbereich des ersten Leitfähigkeitstyps (N-Typs) ausgebildet, um den Elementisolierbereich 531 bereitzustellen. Der Bereich 531 kann jedoch nicht ausgebildet sein, und der Bereich 511 und der Bereich 517 können in Form eines einzelnen durchgehenden Halbleiterbereichs des zweiten Leitfähigkeitstyps konstruiert sein.
  • Außerdem sind in einem Gebiet, das in Draufsicht durch den P-Typ-Halbleiterbereich 511 umgeben ist, ein N-Typ-Halbleiterbereich 508 (vierter Halbleiterbereich), ein drittes Übertragungsgate 519, ein N-Typ-Halbleiterbereich 501 (fünfter Halbleiterbereich), ein erstes Übertragungsgate 518 und ein N-Typ-Halbleiterbereich 507 (sechster Halbleiterbereich) in dieser Reihenfolge in der zweiten Richtung eingerichtet. Die fotoelektrische Wandlungseinheit 301, die in 3A oder 3B gezeigt ist, ist mit dem P-Typ-Halbleiterbereich 511 und dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 ausgebildet. Eine in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 erzeugte Signalladung (Elektronen) wird über das erste Übertragungsgate 518, das den Übertragungstransistor 303 bildet, an den N-Typ-Halbleiterbereich 507 übertragen, der den ersten FD 307 bildet. Der N-Typ-Halbleiterbereich 508 bildet die Ladungsentladeeinheit 308, die in 3A oder 3B gezeigt ist, und in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 erzeugte Elektronen werden über das dritte Übertragungsgate 519, das den Übertragungstransistor 304 bildet, an den N-Typ-Halbleiterbereich 508 übertragen.
  • In einem Gebiet, das in Draufsicht durch den N-Typ-Halbleiterbereich 512 umgeben ist, sind ein P-Typ-Halbleiterbereich 509 (siebter Halbleiterbereich), ein viertes Übertragungsgate 521, ein P-Typ-Halbleiterbereich 502 (achter Halbleiterbereich), ein zweites Übertragungsgate 520 und ein P-Typ-Halbleiterbereich 510 (neunter Halbleiterbereich) in dieser Reihenfolge in der zweiten Richtung eingerichtet. Die fotoelektrische Wandlungseinheit 302, die in 3A oder 3B gezeigt ist, ist mit dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 und dem N-Typ-Halbleiterbereich 512 ausgebildet. Eine in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 302 erzeugte Signalladung (Löcher) wird über das zweite Übertragungsgate 520, das den Übertragungstransistor 306 bildet, an den P-Typ-Halbleiterbereich 510 übertragen, der den zweiten FD 310 bildet. Der P-Typ-Halbleiterbereich 509 bildet die Ladungsentladeeinheit 309, die in 3A oder 3B gezeigt ist, und in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 302 erzeugte Löcher werden über das vierte Übertragungsgate 521, das den Übertragungstransistor 305 bildet, an den P-Typ-Halbleiterbereich 509 übertragen.
  • In einem Gebiet, das in Draufsicht durch den P-Typ-Halbleiterbereich 517 umgeben ist, sind der Rücksetztransistor 314, der Verstärkungstransistor 315, der Auswahltransistor 324 und der Rücksetztransistor 331, die in 3A oder 3B gezeigt sind, nebeneinander in der ersten Richtung eingerichtet. Somit sind folgende Elemente in der ersten Richtung in der Reihenfolge eingerichtet, wie sie nachstehend beschrieben ist: der N-Typ-Halbleiterbereich 522; das den Rücksetztransistor bildende Gate 523; der N-Typ-Halbleiterbereich 524; der N-Typ-Halbleiterbereich 525; das den Verstärkungstransistor 315 bildende Gate 526; der N-Typ-Halbleiterbereich 528; der N-Typ-Halbleiterbereich 529; das den Auswahltransistor 324 bildende Gate 530; der N-Typ-Halbleiterbereich 532; der N-Typ-Halbleiterbereich 533; das den Rücksetztransistor 331 bildende Gate 534; und der N-Typ-Halbleiterbereich 535.
  • Der P-Typ-Halbleiterbereich 511 und der N-Typ-Halbleiterbereich 512 sind in der ersten Richtung entlang der Haupt(-ober-)fläche des Halbleitersubstrats 500 angeordnet. Der N-Typ-Halbleiterbereich 512 und der P-Typ-Halbleiterbereich 511 können miteinander in Kontakt stehen, wie es in 5 gezeigt ist, aber sie können voneinander getrennt sein. In dem vorliegenden Beispiel bilden der N-Typ-Halbleiterbereich 511 und der P-Typ-Halbleiterbereich 512 eine PN-Übergangsisolierung.
  • Der N-Typ-Halbleiterbereich 501 und der P-Typ-Halbleiterbereich 502 sind ebenso in der ersten Richtung entlang der Haupt(-ober-)fläche des Halbleitersubstrats 500 angeordnet, aber ein Teil des P-Typ-Halbleiterbereichs 511 und ein Teil des N-Typ-Halbleiterbereichs 512 sind zwischen dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 und dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 eingerichtet. Der N-Typ-Halbleiterbereich 507 und der P-Typ-Halbleiterbereich 510 sind über eine nicht gezeigte Verdrahtung und über Kontaktanschlüsse bzw. Anschlusskontakte, die mit den jeweiligen Halbleiterbereichen elektrisch verbunden sind, miteinander verbunden.
  • Jeder Kontaktanschluss bzw. Anschlusskontakt ist ein Metall wie etwa Wolfram, das in einem Kontaktloch (z. B. einer Öffnung) eingerichtet ist, das in einem Teil eines Isolierfilms (z. B. eines Zwischenschichtisolierfilms) ausgebildet ist, der auf der Haupt(-ober-)fläche des Halbleitersubstrats 500 eingerichtet ist. Jeder Kontaktanschluss bzw. Anschlusskontakt ist mit einer Schaltungseinheit verbunden, die konfiguriert ist zum Zuführen eines Steuersignals oder dergleichen, oder ist über eine aus einem Metall wie etwa Aluminium, Kupfer oder dergleichen bestehende Verdrahtung, die in dem Isolierfilm eingerichtet ist, mit einem anderen Kontaktanschluss bzw. Anschlusskontakt verbunden. Daher erstrecken sich Verdrahtungen, die die mit den Kontaktanschlüssen bzw. Anschlusskontakten verbunden sind, entlang der Haupt(-ober-)fläche des Halbleitersubstrats 500. Der Isolierfilm kann eine Vielzahl von Schichten umfassen. Die Verdrahtungen müssen nicht in einer einzigen Schicht eingerichtet sein. Zum Beispiel können der Isolierfilm, die Verdrahtungen, die Kontaktanschlüsse bzw. Anschlusskontakte und dergleichen wie folgt ausgebildet sein: ein Mehrschichtisolierfilm mit drei Schichten ist auf dem Halbleitersubstrat 500 ausgebildet; eine Verdrahtung erster Schicht ist zwischen einem Isolierfilm erster Schicht und einem Isolierfilm zweiter Schicht ausgebildet, eine Verdrahtung zweiter Schicht ist zwischen dem Isolierfilm zweiter Schicht und einem Isolierfilm dritter Schicht ausgebildet, die Verdrahtung erster Schicht und die Verdrahtung zweiter Schicht sind über Anschlüsse miteinander verbunden, die in Durchkontaktierungen (Öffnungen) ausgebildet sind, die in einem Teil des Isolierfilms zweiter Schicht eingerichtet sind. Auch in dieser Konfiguration erstrecken sich die Verdrahtungen entlang der Haupt(-ober-)fläche des Halbleitersubstrats 500 (entlang des ersten Isolierfilms). Daher sind ein Isolierfilm, in dem Kontaktanschlüsse bzw. Anschlusskontakte ausgebildet sind, ein Isolierfilm, der zwischen Verdrahtungsschichten eingerichtet ist, ein Isolierfilm, der zwischen einer Verdrahtungsschicht und dem Halbleitersubstrat 500 ausgebildet ist, in einer übereinanderliegenden bzw. gestapelten Art und Weise auf dem Halbleitersubstrat 500 in einer dritten Richtung eingerichtet, die sowohl die erste Richtung als auch die zweite Richtung kreuzt. Typischerweise sind die erste Richtung sowie die zweite Richtung und die dritte Richtung senkrecht zueinander. Somit sind die Kontaktanschlüsse bzw. Anschlusskontakte derart ausgebildet, dass sie sich in der dritten Richtung durch einen Isolierfilm erstrecken. Eine Struktur mit Kontaktanschlüssen bzw. Anschlusskontakten, Isolierfilmen und Verdrahtungen wird als eine Verdrahtungsstruktur bezeichnet. Es ist zu beachten, dass eine Verdrahtungsstruktur auf dem Halbleitersubstrat 500 eingerichtet ist.
  • In dem vorliegenden Beispiel ist ein elektrisch leitendes Material, das den Halbleiterbereich 507 und den Halbleiterbereich 510 miteinander verbindet, unter Verwendung von einer Verdrahtung und Kontaktanschlüssen bzw. Anschlusskontakten realisiert. Das elektrisch leitende Material, das den Halbleiterbereich 507 und den Halbleiterbereich 510 verbindet, besteht aus einem Material wie etwa einem metallischen Material, einem Material einer metallischen Verbindung, polykristallinem Silizium oder dergleichen, das eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist als diejenige des Halbleitersubstrats 500. Das metallische Material oder das Material einer metallischen Verbindung können verwendet werden, um Verdrahtungen und Kontaktanschlüsse bzw. Anschlusskontakte auszubilden, während polykristallines Silizium verwendet werden kann, um Gateelektroden auszubilden. Ein Beispiel des Materials einer metallischen Verbindung ist ein Halbleiter-Metall-Verbundmaterial wie etwa Silizid, das auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet wird. Eines von solchen Materialien oder eine Kombination von zwei oder mehr Materialien kann verwendet werden, um den Halbleiterbereich 507 und den Halbleiterbereich 510 miteinander zu verbinden. Typischerweise werden/sind der Halbleiterbereich 507 und der Halbleiterbereich 510 über einen Ohm'schen Kontakt verbunden. Durch Einsatz eines elektrisch leitenden Materials als ein Material zum Verbinden des Halbleiterbereichs 507 und des Halbleiterbereichs 510 ist es möglich, die Relaxations- bzw. Abklingzeit der Potentialdifferenz zwischen dem Halbleiterbereich 507 und dem Halbleiterbereich 510 zu reduzieren. Dies macht es möglich, die Ausgabe des Detektionsknotens 320 zu stabilisieren, und es ist daher möglich, eine Abstandsmessung hoher Genauigkeit zu erzielen.
  • Der N-Typ-Halbleiterbereich 508 und der P-Typ-Halbleiterbereich 509 sind über eine Verdrahtung, die aus einem elektrisch leitenden Material besteht, und Kontaktanschlüsse bzw. Anschlusskontakte, die in den jeweiligen Halbleiterbereichen ausgebildet sind, miteinander verbunden. Der N-Typ-Halbleiterbereich 508 und der P-Typ-Halbleiterbereich 509 werden über den Rücksetztransistor 331, der vorstehend unter Bezugnahme auf 3A oder 3B beschrieben ist, mit Masse- bzw. Bezugspotential GND versorgt bzw. gespeist.
  • Das erste Übertragungsgate 518 und das zweite Übertragungsgate 520 sind über eine nicht gezeigte Verdrahtung miteinander verbunden. Über diese Verdrahtung wird das gleiche Steuersignal pTX1 von der Übertragungssignalversorgungseinheit 329 an das erste Übertragungsgate 518 und das zweite Übertragungsgate 520 zugeführt. Somit werden das erste Übertragungsgate 518 und das zweite Übertragungsgate 520 gleichzeitig gesteuert. Gleichermaßen sind das dritte Übertragungsgate 519 und das vierte Übertragungsgate 521 über eine nicht gezeigte Verdrahtung miteinander verbunden, und wird über diese Verdrahtung das gleiche Steuersignal pTX2 von der Übertragungssignalversorgungseinheit 330 an das dritte Übertragungsgate 519 und das vierte Übertragungsgate 521 zugeführt. Somit werden das dritte Übertragungsgate 519 und das vierte Übertragungsgate 521 gleichzeitig gesteuert.
  • Der Detektionsknoten 320 des Verstärkungstransistors 315, der in 3A oder 3B gezeigt ist, umfasst den N-Typ-Halbleiterbereich 507, den P-Typ-Halbleiterbereich 510, den den Rücksetztransistor 314 bildenden N-Typ-Halbleiterbereich 522 und eine Verdrahtung, bestehend aus einem elektrisch leitenden Material, die diese Elemente verbindet.
  • In dem in 5 gezeigten Beispiel sind der Verstärkungstransistor 315, der Auswahltransistor 324, der Rücksetztransistor 314 und der Rücksetztransistor 331 in dem gleichen aktiven Bereich eingerichtet. Sie können jedoch in unterschiedlichen aktiven Bereichen eingerichtet sein. Einige Transistoren können in einem aktiven Bereich eingerichtet sein, und andere Transistoren können in einem anderen aktiven Bereich eingerichtet sein.
  • Wie es in 6A bis 6C veranschaulicht ist, sind die N-Typ-Halbleiterbereiche 508, 501 und 507 derart eingerichtet, dass sie in dem P-Typ-Halbleiterbereich 511 umfasst sind. Die P-Typ-Halbleiterbereiche 509, 502 und 510 sind derart eingerichtet, dass sie in dem N-Typ-Halbleiterbereich 512 umfasst sind. Mit anderen Worten sind die N-Typ-Halbleiterbereiche 508, 501 und 507 innerhalb des P-Typ-Halbleiterbereichs 511 ausgebildet, und sind die P-Typ-Halbleiterbereiche 509, 502 und 510 innerhalb des N-Typ-Halbleiterbereichs 512 ausgebildet. Die N-Typ-Halbleiterbereiche 522, 524, 525, 528, 529, 532, 533 und 535 sind derart eingerichtet, dass sie in dem P-Typ-Halbleiterbereich 517 umfasst sind. Diese Halbleiterbereiche sind in dem Halbleitersubstrat 500 ausgebildet. Das erste Übertragungsgate 518, das zweite Übertragungsgate 520, das dritte Übertragungsgate 519 und das vierte Übertragungsgate 521 sind an/auf der Haupt(-ober-)fläche 527 des Halbleitersubstrats 500 eingerichtet. Im Speziellen ist, da der Isolierfilm 516 auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 500 ausgebildet ist, die Haupt(-ober-)fläche 527 als die Ober-/Fläche des Halbleitersubstrats 500 definiert, die den Isolierfilm (Gateisolierfilm) 516 umfasst. Wie es in 6A gezeigt ist, ist das erste Übertragungsgate 518 (das dritte Übertragungsgate 519) derart eingerichtet, dass ein Teil von diesem über den Gateisolierfilm 516 hinweg auf dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 liegt und ein Teil von diesem über den Gateisolierfilm 516 hinweg auf dem N-Typ-Halbleiterbereich 507 (dem N-Typ-Halbleiterbereich 508) liegt. Mit anderen Worten ist das erste Übertragungsgate 518 direkt auf dem Gateisolierfilm 516 eingerichtet, der wiederum auf dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 und dem N-Typ-Halbleiterbereich 507 eingerichtet ist. Auf diese Art und Weise ist zumindest ein Teil des ersten Übertragungsgates 518 über dem Bereich 511 zwischen den Bereichen 501 und 507 eingerichtet. Gleichermaßen ist das zweite Übertragungsgate 520 (das vierte Übertragungsgate 521) derart eingerichtet, dass ein Teil von diesem über den Gateisolierfilm 516 hinweg auf dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 eingerichtet ist und ein Teil von diesem über den Gateisolierfilm 516 hinweg auf dem P-Typ-Halbleiterbereich 510 (dem P-Typ-Halbeiterbereich 509) eingerichtet ist.
  • Es ist zu beachten, dass der P-Typ-Halbleiterbereich 511 und der P-Typ-Halbleiterbereich 517 voneinander isoliert sind, indem ein N-Typ-Halbleiterbereich 531 zwischen dem P-Typ-Halbleiterbereich 511 und dem P-Typ-Halbleiterbereich 517 eingerichtet ist. Der N-Typ-Halbleiterbereich 531 kann jedoch nicht bereitgestellt sein, und der P-Typ-Halbleiterbereich 511 und der P-Typ-Halbleiterbereich 517 können in einen einzigen P-Typ-Halbleiterbereich kombiniert sein. Außerdem kann anstelle einer Bereitstellung des N-Typ-Halbleiterbereichs 531 zum Erreichen einer PN-Isolierung ein Isolator wie etwa Siliziumdioxid oder dergleichen bereitgestellt sein, um den P-Typ-Halbleiterbereich 511 und den P-Typ-Halbleiterbereich 517 voneinander zu isolieren.
  • In 6A ist die in 3A oder 3B gezeigte fotoelektrische Wandlungseinheit 301 durch einen PN-Übergang realisiert, der durch den N-Typ-Halbleiterbereich 501 und den P-Typ-Halbleiterbereich 511 gebildet wird, wobei der N-Typ-Halbleiterbereich 501 die in 3A oder 3B gezeigte Kathode 325 bildet und der P-Typ-Halbleiterbereich 511 die in 3A oder 3B gezeigte Anode 326 bildet. Der N-Typ-Halbleiterbereich 501 kann so eingerichtet sein, dass er eine ausreichend niedrige Unreinheits- bzw. Störstellenkonzentration aufweist, um zu ermöglichen, dass das integrierte Potential eine Verarmung schafft. In dieser Konfiguration dürfen, von in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 erzeugten Elektron-Loch-Paaren, als Signalladung erzeugte Elektronen sich nicht einfach in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 ansammeln, und daher ist es möglich, eine Erhöhung der Übertragungseffizienz von Elektronen von der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 an den Halbleiterbereich 507 zu erreichen. Außerdem ist es stets möglich, durch Licht erzeugte Elektronen vollständig an den Halbleiterbereich 507 zu übertragen, und daher ist es möglich, ein durch eine niedrige Übertragungseffizienz verursachtes Rauschen zu reduzieren. Es ist zu beachten, dass Löcher, die nicht als Signalladung verwendet werden, über den P-Typ-Halbleiterbereich 511 entladen bzw. abgeführt bzw. ausgestoßen werden.
  • Die in 3A oder 3B gezeigte fotoelektrische Wandlungseinheit 302 ist durch einen PN-Übergang realisiert, der durch den P-Typ-Halbleiterbereich 502 und den N-Typ-Halbleiterbereich 512 gebildet wird, wobei der P-Typ-Halbleiterbereich 502 die in 3A oder 3B gezeigte Kathode 328 bildet und der N-Typ-Halbleiterbereich 512 die in 3A oder 3B gezeigte Anode 327 bildet. Der P-Typ-Halbleiterbereich 502 kann so eingerichtet sein, dass er eine ausreichend niedrige Unreinheits- bzw. Störstellenkonzentration aufweist, um zu ermöglichen, dass das integrierte Potential eine Verarmung schafft. In dieser Konfiguration dürfen, von in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 302 erzeugten Elektron-Loch-Paaren, als Signalladung erzeugte Löcher sich nicht einfach in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 302 ansammeln, und daher ist es möglich, eine Erhöhung der Übertragungseffizienz von Löchern von der fotoelektrischen Wandlungseinheit 302 an den Halbleiterbereich 510 zu erreichen. Außerdem ist es stets möglich, durch Licht erzeugte Löcher vollständig an den Halbleiterbereich 510 zu übertragen, und daher ist es möglich, ein durch eine niedrige Übertragungseffizienz verursachtes Rauschen zu reduzieren. Es ist zu beachten, dass Elektronen, die nicht als Signalladungen verwendet werden, über den N-Typ-Halbleiterbereich 512 entladen bzw. abgeführt bzw. ausgestoßen werden.
  • In dem vorliegenden Beispiel sind das erste Übertragungsgate (die erste Gateelektrode) 518 und das zweite Übertragungsgate (die zweite Gateelektrode) 520 als verschiedene Gates konstruiert. Ein Aufladen und ein Entladen erfolgt an einer Gateelektrode jedes Mal dann, wenn die Gateelektrode angesteuert wird. Das heißt, dass ein von einer MOS-Kapazität abhängiger Strom jedes Mal dann fließt, wenn ein Schalten durchgeführt wird. In einem Fall, in dem eine Hochgeschwindigkeitsansteuerung durchgeführt wird, ist die MOS-Kapazität umso kleiner, je kleiner die Gateelektrode des Transistors ist, und ist daher die Aufwärmung umso kleiner und ist somit der Energieverbrauch umso kleiner, je kleiner der Strom ist. Daher kann die Größe der Gateelektrode erheblich verringert werden, indem das erste Übertragungsgate 518 und das zweite Übertragungsgate 520 separat ausgebildet werden. Das erste Übertragungsgate 518 und das zweite Übertragungsgate 520 können jedoch in Form eines einzelnen Gates kombiniert werden. Dies führt zu einer Reduzierung von Verdrahtungen, was wiederum zu einer Reduzierung von Verdrahtungskapazität und -widerstand führt. Somit ist es möglich, eine Genauigkeit bei Steuerung des komplementären Betriebs der Übertragungstransistoren 303 und 306 zu erhöhen. Außerdem erlaubt die Reduzierung von Verdrahtung eine Erhöhung eines Apertur- bzw. Öffnungsverhältnisses, was zu einer Erhöhung der Empfindlichkeit führt. Das dritte Übertragungsgate 519 und das vierte Übertragungsgate 521 können ebenfalls in der vorstehend beschriebenen Art und Weise ausgebildet werden.
  • Der P-Typ-Halbleiterbereich 511 wird mit dem Referenzpotential VF1 von der Referenzpotentialversorgungseinheit 311 versorgt. Der N-Typ-Halbleiterbereich 512 wird mit dem Referenzpotential VF2 von der Referenzpotentialversorgungseinheit 312 versorgt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zum Beispiel –2 V als das Referenzpotential VF1 an den P-Typ-Halbleiterbereich 511 zugeführt, und wird +2 V als das Referenzpotential VF2 an den N-Typ-Halbleiterbereich 512 zugeführt. Der N-Typ-Halbleiterbereich 508 und der P-Typ-Halbleiterbereich 509, die als Ladungsentladeeinheiten dienen, werden über den Rücksetztransistor 331 mit 0 V versorgt. Das heißt, dass das Potential des in 3A oder 3B gezeigten Knotens 321 (der Ladungsentladeeinheiten 308 und 309) über den Rücksetztransistor 331 auf 0 V rückgesetzt wird. Außerdem, wie es durch die strichdoppelpunktierte Linie in 4A dargestellt ist, schaltet der Rücksetztransistor 314 aus, nachdem er für eine bestimmte Periode in dem EIN-Zustand war. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden der N-Typ-Halbleiterbereich 507 und der P-Typ-Halbleiterbereich 510 auf 0 V rückgesetzt. Das heißt, dass das Potential des in 3A oder 3B gezeigten Detektionsknotens 320 über den Rücksetztransistor 314 auf 0 V rückgesetzt wird. In dem Fall, in dem der P-Typ-Halbleiterbereich 511 mit –2 V versorgt wird, kommt das Potential des N-Typ-Halbleiterbereichs 501 auf ungefähr gleich –1 V. Wenn +2 V an den N-Typ-Halbleiterbereich 512 zugeführt wird, kommt das Potential des P-Typ-Halbleiterbereichs 502 auf ungefähr gleich +1 V. Das heißt, dass eine Potentialdifferenz von ungefähr 1 V zwischen dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 und dem N-Typ-Halbleiterbereich 507 und zwischen dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 und dem N-Typ-Halbleiterbereich 508 auftritt. Wenn das Übertragungsgate 518 in dem EIN-Zustand ist und das Übertragungsgate 519 in dem AUS-Zustand ist, werden daher Elektronen schnell von dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 an den N-Typ-Halbleiterbereich 507 übertragen. Andererseits, wenn das Übertragungsgate 518 in dem AUS-Zustand ist und das Übertragungsgate 519 in dem EIN-Zustand ist, werden Elektronen schnell von dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 an den N-Typ-Halbleiterbereich 508 übertragen. Eine Potentialdifferenz von ungefähr 1 V tritt auch zwischen dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 und dem P-Typ-Halbleiterbereich 509 und zwischen dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 und dem P-Typ-Halbleiterbereich 510 auf. Wenn das Übertragungsgate 520 in dem EIN-Zustand ist und das Übertragungsgate 521 in dem AUS-Zustand ist, werden daher Löcher schnell von dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 an den P-Typ-Halbleiterbereich 510 übertragen. Andererseits, wenn das Übertragungsgate 518 in dem AUS-Zustand ist und das Übertragungsgate 519 in dem EIN-Zustand ist, werden Löcher schnell von dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 an den P-Typ-Halbleiterbereich 509 übertragen.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie es vorstehend beschrieben ist, wird, wenn eine in einer fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugte Signalladung an einen FD übertragen wird, eine in einer anderen fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugte Signalladung an eine Ladungsentladeeinheit entladen bzw. abgeführt bzw. ausgestoßen, und ist es daher möglich, eine Leck- bzw. Streuladung in fotoelektrischen Wandlungseinheiten zu unterbinden bzw. niederzuhalten. Außerdem ist es zum Beispiel durch Zuführung eines positiven Potentials an den N-Typ-Halbleiterbereich 512 und eines negativen Potentials an den P-Typ-Halbleiterbereich 511 möglich, das Referenzpotential VF2 so einzustellen, dass es höher ist als das Referenzpotential VF1, um möglich zu machen, Ladungen effizient zu übertragen, und ist es daher möglich, einen Betrieb hoher Geschwindigkeit und eine Signalerfassung hoher Genauigkeit zu erzielen.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend wird ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei Schwerpunkt auf Unterschiede gegenüber dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel gelegt wird. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird eine Übertragung von Elektronen von dem N-Typ-Halbleiterbereich 501, der die fotoelektrische Wandlungseinheit 301 bildet, an den N-Typ-Halbleiterbereich 508, der die Ladungsentladeeinheit 308 bildet, durch das Übertragungsgate 519 gesteuert. Im Gegensatz dazu wird bei dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Übertragung von Elektronen von dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 an den N-Typ-Halbleiterbereich 508 gesteuert, indem Potentiale derart gesteuert werden, dass die Potentialdifferenz zwischen dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 und dem N-Typ-Halbleiterbereich 508 eine besondere Beziehung mit der Potentialdifferenz zwischen dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 und dem N-Typ-Halbleiterbereich 507, der den FD 307 bildet, aufweist.
  • Gleichermaßen wird bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel eine Übertragung von Löchern von dem P-Typ-Halbleiterbereich 502, der die fotoelektrische Wandlungseinheit 302 bildet, an den P-Typ-Halbleiterbereich 509, der die Ladungsentladeeinheit 309 bildet, durch das Übertragungsgate 521 gesteuert. Im Gegensatz dazu wird bei dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Übertragung von Löchern von dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 an den P-Typ-Halbleiterbereich 510 gesteuert, indem Potentiale derart gesteuert werden, dass die Potentialdifferenz zwischen dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 und dem P-Typ-Halbleiterbereich 509 und die Potentialdifferenz zwischen dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 und dem P-Typ-Halbleiterbereich 510, der den FD 310 bildet, eine besondere Beziehung erfüllen.
  • 7 ist eine schematische Draufsicht des fotoelektrischen Wandlungselements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. In 7 sind Elemente, die ähnlich zu denjenigen in 5 sind, durch ähnliche Bezugszeichen bezeichnet. Die folgende Beschreibung wird Schwerpunkt auf Unterschiede gegenüber 5 legen.
  • Wie es in 7 veranschaulicht ist, sind der N-Typ-Halbleiterbereich 508, der P-Typ-Halbleiterbereich 701, der N-Typ-Halbleiterbereich 501, das erste Übertragungsgate 518 und der N-Typ-Halbleiterbereich 507 in dieser Reihenfolge in der zweiten Richtung eingerichtet. Außerdem sind der P-Typ-Halbleiterbereich 509, der N-Typ-Halbleiterbereich 702, der P-Typ-Halbleiterbereich 502, das zweite Übertragungsgate 520 und der P-Typ-Halbleiterbereich 510 in dieser Reihenfolge in der zweiten Richtung eingerichtet.
  • Der P-Typ-Halbleiterbereich 701 ist zwischen dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 und dem N-Typ-Halbleiterbereich 508 eingerichtet. Der N-Typ-Halbleiterbereich 702 ist zwischen dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 und dem P-Typ-Halbleiterbereich 509 eingerichtet.
  • Als Nächstes werden nachstehend unter Bezugnahme auf 8A bis 8C eine schematische Schnittansicht, die entlang einer Linie VIIIA-VIIIA in 7 genommen ist, und ein Potentialprofil bezüglich Elektronen beschrieben.
  • In 8A ist das in 5 und 6A bis 6C gezeigte dritte Übertragungsgate 519 nicht eingerichtet, sondern ist stattdessen der P-Typ-Halbleiterbereich 701 zwischen dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 und dem N-Typ-Halbleiterbereich 508 eingerichtet. Es ist zu beachten, dass der P-Typ-Halbleiterbereich 701 ein Bereich ist, der die in 8B und 8C gezeigte Potentialbeziehung erfüllt. Im Speziellen wird der die Potentialbeziehung erfüllende Bereich zum Beispiel erhalten, wenn der P-Typ-Halbleiterbereich 701 eine Unreinheits- bzw. Störstellenkonzentration aufweist, die niedriger ist als die Unreinheits- bzw. Störstellenkonzentration des P-Typ-Halbleiterbereichs 511. Es ist zu beachten, dass der die Potentialbeziehung erfüllende Bereich nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist.
  • 8B zeigt ein Potentialprofil bezüglich Elektronen in einer Periode, in der Elektronen von dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 an den FD 307 übertragen werden. In 8B hat der N-Typ-Halbleiterbereich 501 eine Potentialhöhe von h2, hat der mit dem Masse- bzw. Bezugspotential versorgte N-Typ-Halbleiterbereich 508 eine Potentialhöhe von h1, und hat der N-Typ-Halbleiterbereich 507 eine Potentialhöhe in einem Wertebereich von h1 bis h2. Ein Bereich zwischen dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 und dem N-Typ-Halbleiterbereich 507 hat in der Periode, in der Elektronen von dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 an den N-Typ-Halbleiterbereich 507 übertragen werden, eine Potentialhöhe von h1 bis h2. Andererseits hat ein Bereich zwischen dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 und dem N-Typ-Halbleiterbereich 508 eine Potentialhöhe von h3. Das heißt, dass die Höhe eines Potentials bezüglich des Elektrons zwischen dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 und dem N-Typ-Halbleiterbereich 508 höher ist als die Höhe eines Potentials bezüglich des Elektrons zwischen dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 und dem N-Typ-Halbleiterbereich 507.
  • 8C veranschaulicht ein Potentialprofil bezüglich Elektronen in einer Periode, in der keine Elektronen von dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 an den N-Typ-Halbleiterbereich 507 übertragen werden (nämlich in der Periode, in der Elektronen an den N-Typ-Halbleiterbereich 508 übertragen werden, der die Ladungsentladeeinheit 308 bildet). In dem in 8C gezeigten Beispiel unterscheidet sich das Potentialprofil von demjenigen, das in 8B gezeigt ist, darin, dass der Bereich zwischen dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 und dem N-Typ-Halbleiterbereich 507 eine Potentialhöhe von h4 aufweist.
  • Das heißt, dass die Potentialhöhe bezüglich Elektronen in dem Bereich zwischen dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 und dem N-Typ-Halbleiterbereich 508 niedriger ist als die Potentialhöhe bezüglich Elektronen in dem Bereich zwischen dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 und dem N-Typ-Halbleiterbereich 507.
  • Diese Konfiguration macht es möglich, Elektronen, die in dem die fotoelektrische Wandlungseinheit 301 bildenden N-Typ-Halbleiterbereich 501 erzeugt werden, in der Periode, in der keine Elektronen von dem N-Typ-Halbleiterbereich 501 an den N-Typ-Halbleiterbereich 507 übertragen werden, an den N-Typ-Halbleiterbereich 508 zu entladen bzw. abzuführen bzw. auszustoßen, der die Ladungsentladeeinheit 308 bildet.
  • Als Nächstes werden nachstehend unter Bezugnahme auf 9A bis 9C eine schematische Schnittansicht, die entlang einer Linie IXA-IXA in 7 genommen ist, und ein Potentialprofil bezüglich Löchern beschrieben.
  • In 9A ist das in 7 gezeigte vierte Übertragungsgate 521 nicht eingerichtet, und ist der N-Typ-Halbleiterbereich 702 zwischen dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 und dem P-Typ-Halbleiterbereich 509 eingerichtet. Es ist zu beachten, dass der N-Typ-Halbleiterbereich 702 ein Bereich ist, der die in 9B und 9C gezeigte Potentialbeziehung erfüllt. Im Speziellen wird der die Potentialbeziehung erfüllende Bereich zum Beispiel erhalten, wenn der N-Typ-Halbleiterbereich 702 eine Unreinheits- bzw. Störstellenkonzentration aufweist, die niedriger ist als die Unreinheits- bzw. Störstellenkonzentration des N-Typ-Halbleiterbereichs 512. Es ist zu beachten, dass der die Potentialbeziehung erfüllende Bereich nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist.
  • 9B zeigt ein Potentialprofil bezüglich Löchern in einer Periode, in der Löcher von dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 an den P-Typ-Halbleiterbereich 510 übertragen werden. In 9B hat der P-Typ-Halbleiterbereich 502 eine Potentialhöhe von h2, hat der mit dem Masse- bzw. Bezugspotential versorgte P-Typ-Halbleiterbereich 509 eine Potentialhöhe von h1, und hat der P-Typ-Halbleiterbereich 510 eine Potentialhöhe in einem Wertebereich von h1 bis h2. Ein Bereich zwischen dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 und dem P-Typ-Halbleiterbereich 510 hat eine Potentialhöhe von h1 bis h2, und ein Bereich zwischen dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 und dem P-Typ-Halbleiterbereich 509 hat eine Potentialhöhe von h3. Das heißt, dass die Potentialhöhe bezüglich Löchern in dem Bereich zwischen dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 und dem P-Typ-Halbleiterbereich 510 niedriger ist als die Potentialhöhe bezüglich Löchern in dem Bereich zwischen dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 und dem P-Typ-Halbleiterbereich 509.
  • 9C zeigt ein Potentialprofil bezüglich Löchern in einer Periode, in der keine Löcher von dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 an den P-Typ-Halbleiterbereich 510 übertragen werden.
  • Das in 9C gezeigte Potentialprofil unterscheidet sich von demjenigen, das in 9B gezeigt ist, darin, dass der Bereich zwischen dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 und dem P-Typ-Halbleiterbereich 510 eine Potentialhöhe von h4 aufweist.
  • Das heißt, dass die Potentialhöhe bezüglich Löchern in dem Bereich zwischen dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 und dem P-Typ-Halbleiterbereich 509 niedriger ist als die Potentialhöhe bezüglich Löchern in dem Bereich zwischen dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 und dem P-Typ-Halbleiterbereich 510.
  • Diese Konfiguration macht es möglich, Löcher, die in dem die fotoelektrische Wandlungseinheit 302 bildenden P-Typ-Halbleiterbereich 502 erzeugt werden, in der Periode, in der keine Löcher von dem P-Typ-Halbleiterbereich 502 an den P-Typ-Halbleiterbereich 510 übertragen werden, an den P-Typ-Halbleiterbereich 509 zu entladen bzw. abzuführen bzw. auszustoßen, der die Ladungsentladeeinheit 309 bildet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es möglich, unnötige bzw. nutzlose Ladungen an die Ladungsentladeeinheit zu entladen bzw. abzuführen bzw. auszustoßen, ohne das dritte Übertragungsgate 519 und das vierte Übertragungsgate 521 bereitstellen zu müssen, und somit wird eine Vereinfachung der Konfiguration im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel erreicht.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • Ein drittes Ausführungsbeispiel wird nachstehend beschrieben, wobei Schwerpunkt auf Unterschiede gegenüber dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel gelegt wird. Bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel werden, von in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 erzeugten Ladungspaaren, als Signalladung erzeugte Elektronen an den FD 307 und die Ladungsentladeeinheit 308 übertragen. Andererseits werden, von in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 302 erzeugten Ladungspaaren, als Signalladung erzeugte Löcher an den FD 310 und die Ladungsentladeeinheit 309 übertragen. Die an die Ladungsentladeeinheit 308 übertragenen Elektronen und die an die Ladungsentladeeinheit 309 übertragenen Löcher werden entladen bzw. abgeführt bzw. ausgestoßen.
  • Im Gegensatz dazu werden bei dem dritten Ausführungsbeispiel, wie es in 10 veranschaulicht ist, von in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 erzeugten Ladungspaaren, als Signalladung erzeugte Elektronen an den FD 307 und den FD 708 übertragen. Von in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 302 erzeugten Ladungspaaren werden als Signalladung erzeugte Löcher an den FD 310 und den FD 709 übertragen. Der FD 708 und der FD 709 bilden einen Teil des Detektionsknotens 721 des Verstärkungstransistors 722, und die zweite Verstärkungseinheit (der Verstärkungstransistor) 722 gibt ein Signal aus, das basierend auf dem Detektionsknoten 721 verstärkt wird/ist. Dies macht es möglich, die Größe bzw. Höhe des erhaltenen Signals zu erhöhen. In der Vorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist die Ladungsentladeeinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch den FD ersetzt, und sind außerdem, um das Signal basierend auf der Ladung auszugeben, die an den FD übertragen wird/ist, der anstelle der Ladungsentladeeinheit eingerichtet ist, Strukturen bereitgestellt, die ähnlich zu denjenigen der Verstärkungseinheit 315, der Auswahleinheit 324, der Signalleitung 223 und der Konstantstromquelle 430 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind.
  • 10 veranschaulicht ein Beispiel eines Ersatzschaltbilds des fotoelektrischen Wandlungselements 200 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Die nachstehend unter Bezugnahme auf 10 gegebene Beschreibung wird auf Unterschiede gegenüber 3A und 3B Schwerpunkt legen. Obwohl bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kein Tiefpassfilter LPF eingerichtet ist, kann ein Tiefpassfilter LPF zumindest zwischen dem Gate des Verstärkungstransistors 315 und dem Detektionsknoten 320 oder zwischen dem Gate des Verstärkungstransistors 722 und dem Detektionsknoten 721 eingerichtet werden/sein.
  • Elektronen, die als Signalladung in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 erzeugt werden, werden an den FD 708 (den dritten FD) übertragen. Löcher, die als Signalladung in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 302 erzeugt werden, werden an den FD 709 (den vierten FD) übertragen. Der FD 708 und der FD 709 haben ähnliche Strukturen zu den Strukturen von dem FD 307 und dem FD 310, und im Speziellen ist jeder von diesen in Form einer Diode eines PN-Übergangstyps realisiert, so dass der FD 708 ein N-Typ-Halbleiterbereich der Diode ist, während der FD 709 ein P-Typ-Halbleiterbereich der Diode ist. Im Fall vom FD 708 werden als Signalladung erzeugte Elektronen an den N-Typ-Halbleiterbereich übertragen, während im Fall vom FD 709 als Signalladung erzeugte Löcher an den P-Typ-Halbleiterbereich übertragen werden.
  • Der Übertragungstransistor 704 und der Übertragungstransistor 705 haben jeweils die gleiche Struktur wie die Strukturen des Übertragungstransistors 304 und des Übertragungstransistors 305 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Gateelektrode des Übertragungstransistors 704 und die Gateelektrode des Übertragungstransistors 705 sind gemeinsam mit dem Übertragungsknoten 719 verbunden, und dieser Übertragungsknoten 719 ist mit der Übertragungssignalversorgungseinheit 730 verbunden, so dass das Steuersignal pTX2 von der Übertragungssignalversorgungseinheit 730 an den Übertragungsknoten 719 eingegeben wird, wie es bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist.
  • Der FD 708 und der FD 709 sind über ein elektrisch leitendes Material verbunden, so dass sie auf dem gleichen Potential liegen. Der FD 708, der FD 709, das elektrisch leitende Material und die Source des Rücksetztransistors 331 bilden den Detektionsknoten 721 der zweiten Verstärkungseinheit 722, die nachstehend beschrieben ist.
  • Der Detektionsknoten 721 ist mit der zweiten Verstärkungseinheit (dem Verstärkungstransistor) 722 verbunden, so dass das Signal basierend auf dem Potential an dem Detektionsknoten 320 verstärkt und ausgegeben wird. Der Drain der ersten Verstärkungseinheit 722 ist mit der Energieversorgungseinheit 336 verbunden, so dass die Energieversorgungsspannung VDD von der Energieversorgungseinheit 336 an diesen zugeführt wird. Die zweite Verstärkungseinheit 722 bildet zusammen mit einer Stromquelle eine Sourcefolgerschaltung.
  • Das Gate des Verstärkungstransistors 722 ist mit dem Detektionsknoten 721 verbunden, so dass der Verstärkungstransistor 722 das Signal basierend auf dem Potential des Detektionsknotens 721 verstärkt und das resultierende verstärkte Signal über eine zweite Auswahleinheit (einen Auswahltransistor) 725 an eine Signalleitung 724 ausgibt.
  • 11 ist eine schematische Draufsicht des fotoelektrischen Wandlungselements 200 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Eine in 11 gezeigte Konfiguration unterscheidet sich von derjenigen, die in 5 gezeigt ist, wie es nachstehend beschrieben ist.
  • Die Konfiguration gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel umfasst ferner Elemente zusätzlich zu den Elementen der in 5 gezeigten Konfiguration, wie es nachstehend beschrieben ist. Ein P-Typ-Halbleiterbereich 511 und ein N-Typ-Halbleiterbereich 512 sind zwischen einem N-Typ-Halbleiterbereich 717 und einem P-Typ-Halbleiterbereich 517, die in einer zweiten Richtung angeordnet sind, in einer ersten Richtung angeordnet. In dem in 11 gezeigten Beispiel erstreckt sich ein Teil des P-Typ-Halbleiterbereichs 511 zwischen dem N-Typ-Halbleiterbereich 512 und dem N-Typ-Halbleiterbereich 717, um einen P-Typ-Halbleiterbereich 838 bereitzustellen, der als ein Elementisolierbereich dient. Anstelle einer Bereitstellung des P-Typ-Halbleiterbereichs 838 können sich jedoch der N-Typ-Halbleiterbereich 512 und der N-Typ-Halbleiterbereich 717 so erstrecken, dass sie direkt verbunden sind und einen einzigen Bereich bilden.
  • In 11 sind in dem N-Typ-Halbleiterbereich 717 der zweite Rücksetztransistor 331, der zweite Verstärkungstransistor 722 und der zweite Auswahltransistor 725, die unter Bezugnahme auf 10 vorstehend beschrieben sind, derart eingerichtet, dass sie nebeneinander in der ersten Richtung angeordnet sind. Im Speziellen sind ein P-Typ-Halbleiterbereich 827, ein einen Rücksetztransistor bildendes Gate 828, ein P-Typ-Halbleiterbereich 829, ein P-Typ-Halbleiterbereich 830, ein einen Verstärkungstransistor bildendes Gate 831, ein P-Typ-Halbleiterbereich 832, ein P-Typ-Halbleiterbereich 833, ein einen Auswahltransistor bildendes Gate 834 und ein P-Typ-Halbleiterbereich 835 in dieser Reihenfolge in der ersten Richtung eingerichtet.
  • Ein N-Typ-Halbleiterbereich 808 (ein vierter Halbleiterbereich) ist ein Bereich, der den FD 708 bildet. Ein P-Typ-Halbleiterbereich 809 (ein siebter Halbleiterbereich) ist ein Bereich, der den FD 709 bildet.
  • Der Detektionsknoten 721 der zweiten Verstärkungseinheit (des zweiten Verstärkungstransistors) 722 umfasst den P-Typ-Halbleiterbereich 809, der den FD 709 bildet, den N-Typ-Halbleiterbereich 808, der den FD 708 bildet, den P-Typ-Halbleiterbereich 827, der die Source des Rücksetztransistors 331 bildet, und ein elektrisch leitendes Material, das die vorgenannten Elemente miteinander verbindet.
  • Bezug nehmend auf 12 wird nachstehend ein Betrieb des fotoelektrischen Wandlungselements 200 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben. Es ist zu beachten, dass die folgende Beschreibung auf Unterschiede gegenüber 4 Schwerpunkt legt.
  • 12 veranschaulicht ein Potential eines Detektionsknotens eines fotoelektrischen Wandlungselements gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Steuersignale, die an das fotoelektrische Wandlungselement oder die Lichtausstrahlungsvorrichtung 102 gegeben werden, sind ähnlich zu denjenigen, die vorstehend unter Bezugnahme auf 4A, 4B und 4C beschrieben sind, und daher wird eine Beschreibung von diesen nicht gegeben. In dem Beispiel, das vorstehend unter Bezugnahme auf 4D beschrieben ist, werden Elektronen und Löcher, die in der fotoelektrischen Wandlungseinheit 301 und der fotoelektrischen Wandlungseinheit 302 erzeugt werden, nicht alle ausgegeben, und tragen im Speziellen diejenigen, die an die Ladungsentladeeinheit 308 und die Ladungsentladeeinheit 309 übertragen werden, nicht zu einer Ausgabe bei. Im Gegensatz dazu sind in dem fotoelektrischen Wandlungselement 200 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel die Ladungsentladeeinheit 308 und die Ladungsentladeeinheit 309 durch den FD 708 und den FD 709 ersetzt, und werden auch Elektronen und Löcher, die an den FD 708 und den FD 709 übertragen werden, zur Erzeugung eines Ausgabesignals verwendet.
  • Gemäß 12 gibt der erste Verstärkungstransistor 315 ein Signal basierend auf dem Potential des Detektionsknotens 320 aus, das durch eine durchgezogene Linie 406 dargestellt wird, während der zweite Verstärkungstransistor 722 ein Signal basierend auf dem Potential des Detektionsknotens 721 ausgibt, das durch eine durchgezogene Linie 731 dargestellt wird. Der zweite Verstärkungstransistor und der zweite Auswahltransistor 725 sind beide unter Verwendung eines p-Typ-MOS-Transistors realisiert, und daher ist das Signal basierend auf dem Potential an dem Detektionsknoten 721, das durch die durchgezogene Linie 731 dargestellt wird, identisch zu einem Signal, das erhalten wird, indem das Signal basierend auf dem Potential an dem Detektionsknoten 320, das durch die durchgezogene Linie 406 dargestellt wird, mit Bezug auf den 0-Pegel invertiert wird. Somit kann in der Signalverarbeitungseinheit 205, die konfiguriert ist zum Verarbeiten von Signalen, die jeweils von dem ersten Verstärkungstransistor und dem zweiten Verstärkungstransistor ausgegeben werden, die Differenz zwischen der Ausgabe von dem ersten Verstärkungstransistor und der Ausgabe von dem zweiten Verstärkungstransistor ein vergrößertes Ausgabesignal bereitstellen.
  • Anwendungsbeispiele
  • Unter Bezugnahme auf 1A werden Anwendungsbeispiele des Informationsverarbeitungssystems SYS nachstehend beschrieben. In einem ersten Beispiel wird/ist das Informationsverarbeitungssystem SYS auf eine Kamera mit einer Bildaufnahmevorrichtung angewandt. Zunächst wird ein Abstandsmessungsbefehlssignal von einem Verschlusssteuermechanismus oder einem Fokussteuermechanismus (zum Beispiel einer Verschlusstaste, einer Fokustaste oder dergleichen), der als die Eingabevorrichtung 109 dient, an die Informationsverarbeitungsvorrichtung 107 gesendet. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 107 betreibt den Abstandsdetektionssensor 101. Der Abstandsdetektionssensor 101 gibt ein Signal aus, das eine Abstandsinformation umfasst, die den Abstand zu einem als das Zielobjekt 106 gegebenen Objekt bezeichnet. Das Ausgabesignal wird durch die Informationsverarbeitungsvorrichtung 107 verarbeitet, um ein Steuersignal zu erzeugen, um eine Linse, eine Blende, einen Verschluss und/oder einen anderen Steuermechanismus zu steuern, um die Bedingung zur Aufnahme eines Bilds eines Zielobjekts 106 zu optimieren. Das resultierende Steuersignal wird an die Ansteuervorrichtung 110 ausgegeben. Die Ansteuervorrichtung 110 steuert den vorstehend beschriebenen Steuermechanismus gemäß dem Steuersignal an. Wenn ein Bildaufnahmebefehlssignal von der Eingabevorrichtung 109 an die Informationsverarbeitungsvorrichtung 107 gesendet wird, weist die Informationsverarbeitungsvorrichtung 107 die Bildaufnahmevorrichtung 108 an, ein Bild aufzunehmen. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 107 zeigt auf der Anzeigevorrichtung 111 ein Bild an, das von der Bildaufnahmevorrichtung 108 aufgenommen wird/ist. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 107 kann eine Abstandsinformation zu dem angezeigten Bild hinzufügen. Die Kommunikationsvorrichtung 112 kommuniziert mit einer Speichervorrichtung oder einem Netzwerk, um das Bild in der Speichervorrichtung oder einem Speicher in dem Netzwerk zu speichern.
  • In einem zweiten Beispiel wird/ist das Informationsverarbeitungssystem SYS auf ein Videoinformationsverarbeitungssystem angewandt, das zum Bereitstellen einer kombinierten virtuellen Realität an einen Benutzer konfiguriert ist. Wenn die Informationsverarbeitungsvorrichtung 107 den Abstandsdetektionssensor 101 und die Bildaufnahmevorrichtung 108 betreibt, nimmt die Bildaufnahmevorrichtung 108 ein Bild eines als das Zielobjekt 106 gegebenen Objekts auf, und gibt sie ein reales Bild bzw. ein Bild der wirklichen Welt aus. Andererseits gibt der Abstandsdetektionssensor 101 ein Signal aus, das eine Abstandsinformation umfasst, die den Abstand zu dem als das Zielobjekt 106 gegebenen Objekt darstellt. Basierend auf diesem Signal kombiniert die Informationsverarbeitungsvorrichtung 107 ein durch Computergrafik oder dergleichen erzeugtes virtuelles Bild und das reale Bild, das aus dem durch die Bildaufnahmevorrichtung 108 aufgenommenen Bild erhalten wird, basierend auf der Abstandsinformation, wodurch ein gemischtes Bild erzeugt wird. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 107 zeigt das gemischte Bild auf einer am Kopf installierten Anzeige oder dergleichen an, die als die Anzeigevorrichtung 111 fungiert.
  • In einem dritten Beispiel wird/ist das Informationsverarbeitungssystem SYS auf ein Fahrzeug (wie etwa ein Auto, einen Zug oder dergleichen) angewandt, das eine Antriebsvorrichtung umfasst, die zum Antreiben von Rädern oder dergleichen konfiguriert ist. Wenn eine Vorrichtung (ein Startknopf oder dergleichen) ein Maschinenstartsignal erzeugt oder ein Lenkrad oder ein Beschleuniger, das/der als Eingabevorrichtung 109 dient, einen Befehl an die Informationsverarbeitungsvorrichtung 107 sendet, um das Fahrzeug zu bewegen oder eine Vorbereitung für die Bewegung vorzunehmen, betreibt die Informationsverarbeitungsvorrichtung 107 den Abstandsdetektionssensor 101. Der Abstandsdetektionssensor 101 gibt ein Signal aus, das eine Abstandsinformation umfasst, die den Abstand zu einem Objekt bezeichnet, das als das Zielobjekt 106 festgelegt ist. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 107 verarbeitet dieses Signal zum Beispiel derart, dass, wenn der Abstand zu dem Zielobjekt zu klein wird, ein Alarm auf der Anzeigevorrichtung 111 angezeigt wird. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 107 kann auf der Anzeigevorrichtung 111 eine Information anzeigen, die einen Abstand zu dem Zielobjekt 106 bezeichnet. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 107 kann die Antriebsvorrichtung 110 wie etwa eine Bremse, eine Maschine und/oder dergleichen gemäß der Abstandsinformation steuern, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu verringern oder zu erhöhen. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 107 kann einen relativen Abstand zu einem anderen Fahrzeug anpassen, das voraus fährt, indem sie die Antriebsvorrichtung 110 wie etwa die Bremse, die Maschine und/oder dergleichen basierend auf der Abstandsinformation ansteuert.
  • In einem vierten Beispiel wird/ist das Informationsverarbeitungssystem SYS auf ein Spielsystem angewandt, wie es nachstehend beschrieben ist. Ein Benutzer darf einen Befehl an eine Hauptspielmaschineneinheit über die Eingabevorrichtung 109 wie etwa eine Steuereinheit bzw. einen Controller eingeben, so dass die Spielmaschine in einem Gestikmodus arbeiten soll. In Erwiderung auf den durch den Benutzer erteilten Befehl betreibt die Informationsverarbeitungsvorrichtung 107 den Abstandsdetektionssensor 101, so dass der Abstandsdetektionssensor 101 eine Bedienung (Gestik) des Benutzers detektiert und eine Abstandsinformation gemäß der detektierten Bedienung erzeugt. Basierend auf der erhaltenen Abstandsinformation erzeugt die Informationsverarbeitungsvorrichtung 107 ein Videobild, in dem sich ein virtuelles Zeichen in einem Spiel in Erwiderung auf eine durch einen Benutzer durchgeführte Bedienung bewegt. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 107 zeigt dieses Videobild auf der Anzeigevorrichtung 111 an, die mit der Hauptspielmaschineneinheit (Informationsverarbeitungsvorrichtung 107) verbunden ist.
  • Die Anwendungen der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern die fotoelektrische Wandlungsvorrichtung kann auf eine große Vielfalt an Informationsverarbeitungssystemen angewandt werden/sein.
  • Während die Offenbarung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass die Offenbarung nicht auf die offenbarten beispielhaften Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Dem Umfang der folgenden Patentansprüche ist die breiteste Auslegung zuzugestehen, so dass alle derartigen Modifikationen und äquivalente Strukturen und Funktionen umfasst sind.
  • Ein fotoelektrisches Wandlungselement umfasst eine erste fotoelektrische Wandlungseinheit, die konfiguriert ist zum Erzeugen eines Elektrons, das als Signalladung dient, eine zweite fotoelektrische Wandlungseinheit, die konfiguriert ist zum Erzeugen eines Lochs, das als Signalladung dient, einen ersten Floating-Diffusion-Bereich, an den das in der ersten fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugte Elektron übertragen wird, einen zweiten Floating-Diffusion-Bereich, an den das in der zweiten fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugte Loch übertragen wird, einen Verstärkungstransistor mit einem Gate, das mit dem ersten Floating-Diffusion-Bereich und dem zweiten Floating-Diffusion-Bereich elektrisch verbunden ist, eine erste Ladungsentladeeinheit, die konfiguriert ist zum Entladen des in der ersten fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugten Elektrons, und eine zweite Ladungsentladeeinheit, die konfiguriert ist zum Entladen des in der zweiten fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugten Lochs, wobei die erste fotoelektrische Wandlungseinheit und die zweite fotoelektrische Wandlungseinheit entlang einer Hauptfläche eines Halbleitersubstrats angeordnet sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2005-303268 [0003, 0003, 0003]

Claims (14)

  1. Fotoelektrisches Wandlungselement mit: einer ersten fotoelektrischen Wandlungseinheit, die konfiguriert ist zum Erzeugen eines Elektrons, das als Signalladung dient; einer zweiten fotoelektrischen Wandlungseinheit, die konfiguriert ist zum Erzeugen eines Lochs, das als Signalladung dient; einem ersten Floating-Diffusion-Bereich, an den das in der ersten fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugte Elektron übertragen wird; einem zweiten Floating-Diffusion-Bereich, an den das in der zweiten fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugte Loch übertragen wird; einem von dem ersten Floating-Diffusion-Bereich verschiedenen Bereich, an den das in der ersten fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugte Elektron übertragen wird; einem von dem zweiten Floating-Diffusion-Bereich verschiedenen Bereich, an den das in der zweiten fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugte Loch übertragen wird; und einem Verstärkungstransistor mit einem Gate, das mit dem ersten Floating-Diffusion-Bereich und dem zweiten Floating-Diffusion-Bereich elektrisch verbunden ist, wobei die erste fotoelektrische Wandlungseinheit und die zweite fotoelektrische Wandlungseinheit entlang einer Hauptfläche eines Halbleitersubstrats angeordnet sind.
  2. Fotoelektrisches Wandlungselement gemäß Anspruch 1, wobei die erste fotoelektrische Wandlungseinheit einen ersten Halbleiterbereich vom P-Typ und einen innerhalb des ersten Halbleiterbereichs eingerichteten N-Typ-Halbleiterbereich umfasst, die zweite fotoelektrische Wandlungseinheit einen zweiten Halbleiterbereich vom N-Typ und einen innerhalb des zweiten Halbleiterbereichs eingerichteten P-Typ-Halbleiterbereich umfasst, der erste Floating-Diffusion-Bereich einen innerhalb des ersten Halbleiterbereichs eingerichteten N-Typ-Halbleiterbereich umfasst, der zweite Floating-Diffusion-Bereich einen innerhalb des zweiten Halbleiterbereichs eingerichteten P-Typ-Halbleiterbereich umfasst, der von dem ersten Floating-Diffusion-Bereich verschiedene Bereich einen in dem ersten Halbleiterbereich eingerichteten N-Typ-Halbleiterbereich umfasst, der von dem zweiten Floating-Diffusion-Bereich verschiedene Bereich einen in dem zweiten Halbleiterbereich eingerichteten P-Typ-Halbleiterbereich umfasst, der in der ersten fotoelektrischen Wandlungseinheit umfasste N-Typ-Halbleiterbereich zwischen dem N-Typ-Halbleiterbereich, der in dem von dem ersten Floating-Diffusion-Bereich verschiedenen Bereich umfasst ist, und dem N-Typ-Halbleiterbereich, der in dem ersten Floating-Diffusion-Bereich umfasst ist, eingerichtet ist, und der in der zweiten fotoelektrischen Wandlungseinheit umfasste P-Typ-Halbleiterbereich zwischen dem P-Typ-Halbleiterbereich, der in dem von dem zweiten Floating-Diffusion-Bereich verschiedenen Bereich umfasst ist, und dem P-Typ-Halbleiterbereich, der in dem zweiten Floating-Diffusion-Bereich umfasst ist, eingerichtet ist.
  3. Fotoelektrisches Wandlungselement gemäß Anspruch 2, wobei der N-Typ-Halbleiterbereich, der in dem von dem ersten Floating-Diffusion-Bereich verschiedenen Bereich umfasst ist, der N-Typ-Halbleiterbereich, der in der ersten fotoelektrischen Wandlungseinheit umfasst ist, und der N-Typ-Halbleiterbereich, der in dem ersten Floating-Diffusion-Bereich umfasst ist, in dieser Reihenfolge in einer zweiten Richtung angeordnet sind, die eine erste Richtung kreuzt, in der die erste fotoelektrische Wandlungseinheit und die zweite fotoelektrische Wandlungseinheit entlang einer Hauptfläche eines Halbleitersubstrats angeordnet sind, und der P-Typ-Halbleiterbereich, der in dem von dem zweiten Floating-Diffusion-Bereich verschiedenen Bereich umfasst ist, der P-Typ-Halbleiterbereich, der in der zweiten fotoelektrischen Wandlungseinheit umfasst ist, und der P-Typ-Halbleiterbereich, der in dem zweiten Floating-Diffusion-Bereich umfasst ist, in dieser Reihenfolge in der zweiten Richtung angeordnet sind.
  4. Fotoelektrisches Wandlungselement gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der von dem ersten Floating-Diffusion-Bereich verschiedene Bereich eine erste Ladungsentladeeinheit bildet, die konfiguriert ist zum Entladen eines übertragenen Elektrons, und der von dem zweiten Floating-Diffusion-Bereich verschiedene Bereich eine zweite Ladungsentladeeinheit bildet, die konfiguriert ist zum Entladen eines übertragenen Lochs.
  5. Fotoelektrisches Wandlungselement gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der von dem ersten Floating-Diffusion-Bereich verschiedene Bereich einen dritten Floating-Diffusion-Bereich bildet, und der von dem zweiten Floating-Diffusion-Bereich verschiedene Bereich einen vierten Floating-Diffusion-Bereich bildet, wobei das fotoelektrische Wandlungselement zusätzlich einen zweiten Verstärkungstransistor mit einem Gate aufweist, das mit dem dritten Floating-Diffusion-Bereich und dem vierten Floating-Diffusion-Bereich elektrisch verbunden ist.
  6. Fotoelektrisches Wandlungselement gemäß Anspruch 5, wobei der in dem dritten Floating-Diffusion-Bereich umfasste N-Typ-Halbleiterbereich und der in dem vierten Floating-Diffusion-Bereich umfasste P-Typ-Halbleiterbereich über ein elektrisch leitendes Material elektrisch miteinander verbunden sind.
  7. Fotoelektrisches Wandlungselement gemäß Anspruch 2, wobei der in dem ersten Floating-Diffusion-Bereich umfasste N-Typ-Halbleiterbereich und der in dem zweiten Floating-Diffusion-Bereich umfasste P-Typ-Halbleiterbereich über ein elektrisch leitendes Material elektrisch miteinander verbunden sind.
  8. Fotoelektrisches Wandlungselement gemäß Anspruch 2, wobei zumindest ein Teil einer ersten Gateelektrode zum Übertragen des in der ersten fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugten Elektrons an den ersten Floating-Diffusion-Bereich über einem Bereich zwischen dem in der ersten fotoelektrischen Wandlungseinheit umfassten N-Typ-Halbleiterbereich und dem in dem ersten Floating-Diffusion-Bereich umfassten N-Typ-Halbleiterbereich eingerichtet ist, und zumindest ein Teil einer zweiten Gateelektrode zum Übertragen des in der zweiten fotoelektrischen Wandlungseinheit erzeugten Lochs an den zweiten Floating-Diffusion-Bereich über einem Bereich zwischen dem in der zweiten fotoelektrischen Wandlungseinheit umfassten P-Typ-Halbleiterbereich und dem in dem zweiten Floating-Diffusion-Bereich umfassten P-Typ-Halbleiterbereich eingerichtet ist.
  9. Fotoelektrisches Wandlungselement gemäß Anspruch 8, wobei die erste Gateelektrode und die zweite Gateelektrode in Form einer einzelnen durchgehenden Elektrode konstruiert sind.
  10. Fotoelektrisches Wandlungselement gemäß Anspruch 2, wobei ein Potential des ersten Halbleiterbereichs vom P-Typ, der in der ersten fotoelektrischen Wandlungseinheit umfasst ist, niedriger ist als ein Potential des zweiten Halbleiterbereichs vom N-Typ, der in der zweiten fotoelektrischen Wandlungseinheit umfasst ist.
  11. Fotoelektrische Wandlungsvorrichtung mit einer Vielzahl von fotoelektrischen Wandlungselementen gemäß Anspruch 1.
  12. Abstandsdetektionssensor mit: einer Lichtausstrahlungsvorrichtung; und der fotoelektrischen Wandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 11.
  13. Informationsverarbeitungssystem mit: dem Abstandsdetektionssensor gemäß Anspruch 12; und einer Informationsverarbeitungsvorrichtung, die konfiguriert ist zum Verarbeiten von Informationen, die von dem Abstandsdetektionssensor erhalten werden.
  14. Fahrzeug mit: dem Informationsverarbeitungssystem gemäß Anspruch 13; und einer Antriebsvorrichtung, die durch das Informationsverarbeitungssystem gesteuert wird.
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