JP2023079055A - 光電変換装置、光電変換システム、移動体、および、光電変換装置の設計方法 - Google Patents

光電変換装置、光電変換システム、移動体、および、光電変換装置の設計方法 Download PDF

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Abstract

【課題】光電変換装置の遮光性の向上に有利な技術を提供する。【解決手段】光電変換素子を備える第１基板と第１基板に積層された第２基板とを備え、第２基板は回路ブロックと機能セルとが配された主面を備え、第１基板と主面との間には第１層と、第１層と第１基板との間に配された第２層と、を含む複数の配線層が配され、第１層は第１方向に延び第１方向と交差する第２方向に所定の周期で配された複数の第１電源ラインを含み、第２層は所定の周期で配された複数の第２電源ラインを含み、主面に対する正射影において、回路ブロックは第１方向の長さおよび第２方向の長さのうち少なくとも一方が複数の第２電源ラインのそれぞれの幅よりも大きく、主面に対する正射影において、機能セルは、複数の第１電源ラインのうち２つの電源ラインの間に配され、かつ、複数の第２電源ラインのうち何れか１つの電源ラインの領域内に収まるように配されている。【選択図】図１

Description

本発明は、光電変換装置、光電変換システム、移動体、および、光電変換装置の設計方法に関する。
光電変換装置において、光電変換素子が配される基板と、信号処理回路が配される基板と、を積層し、より多くの信号処理を可能にするような積層構造が提案されている。信号処理回路に配されるロジック回路が有するトランジスタのホットキャリアに起因する発光が、光電変換素子によって検出され、画像にノイズとして現れる場合がある。特許文献１には、ロジック回路のトランジスタの発光が画像にノイズとして現れないように、ロジック回路の配線層の配線が形成されていない領域に、信号を送受信する配線とは独立したダミーパターンとして遮光膜を配設することが示されている。
特開２０１３－０５８６６１号公報
特許文献１には、配線層にダミーパターンを追加することによってロジック回路のトランジスタの発光を遮ることが示されているが、遮光膜として既存の配線パターンを有効に使用できる可能性がある。
本発明は、光電変換装置の遮光性の向上に有利な技術を提供することを目的とする。
上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る光電変換装置は、複数の光電変換素子を備える光電変換部が配された第１基板と、前記第１基板に積層された第２基板と、を備える光電変換装置であって、前記第２基板は、回路ブロックと、前記回路ブロックに電気的に接続された機能セルと、が配された主面を備え、前記第１基板と前記主面との間には、第１層と、前記第１層と前記第１基板との間に配された第２層と、を含む複数の配線層が配され、前記第１層は、第１方向に延び、前記第１方向と交差する第２方向に所定の周期で配された複数の第１電源ラインを含み、前記第２層は、所定の周期で配された複数の第２電源ラインを含み、前記主面に対する正射影において、前記回路ブロックは、前記第１方向の長さおよび前記第２方向の長さのうち少なくとも一方が前記複数の第２電源ラインのそれぞれの幅よりも大きく、前記主面に対する正射影において、前記機能セルは、前記複数の第１電源ラインのうち２つの電源ラインの間に配され、かつ、前記複数の第２電源ラインのうち何れか１つの電源ラインの領域内に収まるように配されていることを特徴とする。
本発明によれば光電変換装置の遮光性の向上に有利な技術を提供することができる。
本実施形態の光電変換装置が備える回路の構成例を示す断面図。 図１の回路の構成例を示す平面図。 比較例の回路の構成例を示す断面図。 比較例の回路の構成例を示す平面図。 図１の回路のチップ全体の構成例を示す平面図。 比較例の回路のチップ全体の構成例を示す平面図。 図１の回路の構成例を示す平面図。 図１の光電変換装置が組み込まれた光電変換システムの構成例を示す図。 図１の光電変換装置が組み込まれた移動体の構成例を示す図。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
図１～図９を参照して、本開示の実施形態による光電変換装置について説明する。図１は、本実施形態における光電変換装置３００の局所的な構成例を示す断面図である。光電変換装置３００は、複数の光電変換素子２２１を備える光電変換部が配された基板２２０と、複数の光電変換素子２２１を動作させるための基板１１０と、が積層され、互いに電気的に接続されている。
基板２２０には、複数の小型レンズ２２２が形成される。図１の上側から入射した光が、小型レンズ２２２を通過して、光電変換素子２２１に集光され、電気信号へ光電変換される。また、基板２２０の基板１１０の側には、光電変換素子２２１の動作を制御するための信号や光電変換素子２２１から出力される信号を伝送するための配線層２１０が設けられる。図１において、配線層２１０は１層の配線パターン２１１が示されているが、複数の配線層を備えていてもよい。以下、基板２２０および配線層２１０を含む構造体を、受光素子基板２００と呼ぶ場合がある。
光電変換素子２２１によって変換された電気信号は、基板１１０の主面に設けられた信号処理回路においてデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換などの信号処理が行われ、電気信号として光電変換装置３００から出力される。また、基板１１０に設けられた信号処理回路において、デジタルＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）処理などの信号処理が実施されてもよい。基板１１０に設けられた信号処理回路は、光電変換素子２２１を動作だけではなく、光電変換装置３００の駆動制御も行う。基板１１０の主面と基板２２０（受光素子基板２００）との間には、基板１１０に設けられた信号処理回路内の信号の伝送や受光素子基板２００との間で信号の送受信を行うための配線パターンなどが形成された複数の配線層１２０配されている。以下、基板１１０および複数の配線層１２０を含む構造体を、信号処理回路基板１００と呼ぶ場合がある。
受光素子基板２００と信号処理回路基板１００との間の接続は、既知の様々な技術が利用できる。また、本実施形態において、受光素子基板２００と信号処理回路基板１００との２層の積層構造を示すが、光電変換装置３００は、３層以上の基板が積層された構造であってもよい。
図２は、光電変換装置３００のうち信号処理回路基板１００の局所的な平面図を示している。図２に示されるＡ－Ａ'間の断面が図１に示される断面図である。また、図５は、光電変換装置３００のうち信号処理回路基板１００のチップ全体の構成例を示す平面図である。以下、図１、２、５を参照しながら説明を行う。
基板１１０は、回路ブロック１３１～１４１と、回路ブロックに電気的に接続された機能セル１１１と、が配された主面を備えている。回路ブロック１３１～１４１および機能セル１１１は、上述の信号処理回路に相当する。
複数の配線層１２０のうち最も基板１１０の主面に近い１層目は、Ｘ方向（図２において横方向）に延び、Ｘ方向と交差するＹ方向（図２において縦方向）に所定の周期で配された複数の電源ライン１２３を含む。本実施形態において、図１に示されるように、複数の配線層１２０のうち何れの配線層が、電源ライン１２３が配された１層目と基板１１０の主面との間に配されていない。
複数の配線層１２０のうち３層目は、所定の周期で配された複数の電源ライン１２１を含む。また、複数の配線層１２０のうち４層目は、所定の周期で配された複数の電源ライン１２２を含む。電源ライン１２１、１２２、１２３は、例えば、ＶＤＤラインとＧＮＤ（または、ＶＳＳ）ラインとを対にして、所定の周期で配されていてもよい。
ここで、基板１１０の主面に対する正射影において、回路ブロック１３１～１４１は、Ｘ方向の長さおよびＹ方向の長さのうち少なくとも一方が、複数の電源ライン１２１、１２２のそれぞれの幅よりも大きくなっている。一方、機能セル１１１は、基板１１０の主面に対する正射影において、複数の電源ライン１２１、１２２のうち何れか１つの電源ライン１２１、１２２の領域内に収まるように配されている。さらに、機能セル１１１は、複数の電源ライン１２３のうち２つの電源ライン１２３の間に配されている。機能セル１１１は、図２に示される機能セル１１１ａのように、複数の電源ライン１２３のうち互いに隣り合う２つの電源ライン１２３の間に配されていてもよい。また、機能セル１１１は、図２に示される機能セル１１１ｂのように、複数の電源ライン１２３のうち１つの電源ライン１２３を挟む２つの電源ライン１２３の間に配されていてもよい。このように、回路ブロックは、回路規模が比較的大きな回路であり、機能セル１１１は、回路規模が比較的小さな回路でありうる。例えば、機能セル１１１は、配されるトランジスタの数が１００個以下の回路である。また、機能セル１１１は、配されるトランジスタの数が５０個以下、２０個以下、さらには、１０個以下の回路でありうる。
機能セル１１１は、インバータ回路、バッファ回路、組合せ論理回路、および、順序回路のうち何れかとして機能するような回路である。本実施形態において、機能セル１１１の具体的な回路構造は限定されないが、発光することによって光電変換素子２２１にノイズを与える可能性がある回路である。本実施形態において、発光する回路として、トランジスタを含む回路を適用し、説明する。
基板１１０の主面に対する正射影において、機能セル１１１は、光電変換素子２２１が配されている光電変換部と重なるように配されている。小型レンズ２２２が配される側から受光する光信号を電気信号に変換するのが、光電変換装置３００の本来の機能である。しかしながら、機能セル１１１に含まれるトランジスタが、ホットキャリアなどに起因して発光した場合、機能セル１１１からの光が、光電変換素子２２１に到達し、光電変換素子２２１から出力される信号にノイズを与えうる。
そのため、電源ライン１２１、１２２が、機能セル１１１を覆うような位置に配される。これによって、機能セル１１１に含まれるトランジスタが発光した場合であっても、電源ライン１２１、１２２によって遮光され、機能セル１１１に含まれるトランジスタの発光が、光電変換素子２２１にノイズを与えないような構造になっている。
機能セル１１１は、複数の配線層１２０の１層目に配される電源ライン１２３から電力を供給されている。例えば、機能セル１１１は、電源ライン１２３のうち２つの電源ライン１２３の間に配され、機能セル１１１の両側に配されている、これら２つの電源ライン１２３から電力を供給されていてもよい。電源ライン１２３には、電源ライン１２１、１２２から電力が供給される。つまり、電源ライン１２３のそれぞれが、電源ライン１２１、１２２のうち対応する電源ライン１２１、１２２に接続されている。電源ライン１２３および電源ライン１２１、１２２は、信号処理回路基板１００の全体に配され、信号処理回路基板１００のあらゆる場所に、回路ブロック１３１～１４１や機能セル１１１を配し、給電することを可能とする電源配線である。
電源ライン１２１、１２２は、任意の場所に配置された回路ブロック１３１～１４１や機能セル１１１に対して電源パッドからの電圧降下を抑制して電力を供給するために電源ライン１２３よりも配線幅が太く、また、上述した遮光の実施の有無に限らず配されている。本実施形態において、元より配されている電源ライン１２１、１２２を遮光パターンの役割を兼ねて使用することによって、機能セル１１１を遮光するために、新たな遮光パターンを配置する必要がなくなる。そのため、信号処理回路基板１００における、配線層１２０のリソースを効率よく使用することができる。
例えば、信号処理回路基板１００の設計を行う際に、基板１１０の主面に対する正射影において、複数の電源ライン１２３のうち２つの電源ライン１２３の間、かつ、複数の電源ライン１２１、１２２のうち何れか１つの電源ライン１２１、１２２の領域内に収まる位置に、機能セル１１１を配置する。電源ライン１２１、１２２の配置を決定した後に、機能セル１１１を配置する際に、電源ライン１２１、１２２と重ならない領域を配置禁止領域とすることで、上述の遮光の効果が得られ、また、設計の煩雑さも低減される。
図３に比較例の光電変換装置３５０の断面構造を示す。比較例の光電変換装置３５０は、基板１６０および配線層１７０を含む信号処理回路基板１５０を備えている。比較例の信号処理回路基板１５０が本実施形態の信号処理回路基板１００と異なる点は、機能セル１１１の配置位置、および、機能セル１１１を遮光するために配置される遮光パターン１２５が存在することである。
図３に示されるように、機能セル１１１は、電源ライン１２１に覆われる位置に配されていない。そのため、比較例の信号処理回路基板１５０は、電源ライン１２１が存在していない位置に遮光パターン１２５を配置し、機能セル１１１に含まれるトランジスタの発光が、光電変換素子２２１での光電変換のノイズになることを抑制している。
図４は、比較例の光電変換装置３５０の平面図である。図４に示されるＡ－Ａ'間の断面が図３に示される断面図である。機能セル１１１を遮光するために、遮光パターン１２５が、電源ライン１２１と同じ配線層１２０の３層目に配されている。このため、図２に示される本実施形態の信号処理回路基板１００よりも、信号用の配線パターン１２４を配置できる領域が小さくなっていることがわかる。
つまり、上述したように、電源ライン１２１、１２２を遮光パターンとして使用することによって、信号処理回路基板１００において、配線パターンを配置できる領域を効率的に確保することができ、信号処理回路基板１００における配線パターンの取り回しの自由度を向上させることができる。
次いで、図５を参照しながら信号処理回路基板１００のチップ全体の構成について説明する。上述のように、基板１１０の主面には、複数の回路ブロック１３１～１４１が配されている。また、図５では、電源ライン１２３の表記を省略している。しかしながら、電源ライン１２３は、図５に示される機能セル１１１などに電源を供給するために、配線層１２０の１層目に配置されている。基板１１０の主面に対する正射影において、複数の電源ライン１２３は、回路ブロック１３１～１４１に重ならない位置に配されていてもよい。回路ブロック１３１～１４１の配線層１２０のうち１層目は、回路ブロック１３１～１４１内の信号用の配線パターンなどが多く配されているためである。同様に、基板１１０の主面に対する正射影において、複数の電源ライン１２１、１２２が、回路ブロック１３１～１４１に重ならない位置に配されていてもよい。
回路ブロック１３１～１４１は、例えば、光電変換素子２２１が配された光電変換部を駆動するための走査回路、光電変換部から出力される信号をアナログデジタル変換するためのＡＤＣ回路、ＡＤＣ回路によって変換されたデジタル信号を処理する信号処理回路、光電変換装置の動作を同期させるためのタイミングジェネレータ、および、光電変換装置３００の動作を制御するための制御回路のうち何れかとして機能しうる。回路ブロック１３１～１４１の一部の具体的な例を挙げたが、本実施形態は、これらに限定される技術ではない。また、図６に示される回路ブロック１３１～１４１の数、配置位置についてもあくまで一例であり、この配置位置に限定されない。
回路ブロック１３５は、例えば、光電変換装置３００のうち信号処理回路基板１００の動作を制御する制御回路として機能する回路ブロックである。また、回路ブロック１３７は、例えば、ＡＤＣ回路として機能する回路ブロックである。機能セル１１１は、制御回路として機能する回路ブロック１３５と、複数の回路ブロックのうち制御回路として機能する回路ブロック１３５とは別の回路ブロック（ＡＤＣ回路として機能する回路ブロック１３７）と、の間に配された、図５において機能セル１１１ｃとして示されるバッファ回路を含む。機能セル１１１ｃは、制御回路として機能する回路ブロック１３５からＡＤＣ回路として機能する回路ブロック１３７に送信される制御信号の信号品質を担保するための中継用のバッファ回路である。機能セル１１１ｃを、基板１１０の主面に対する正射影において、複数の電源ライン１２１、１２２のうち何れか１つの電源ライン１２１の領域内に収まる位置に配置する。機能セル１１１のトランジスタが発光した場合であっても、電源ライン１２１によって遮光することが可能となる。
例えば、機能セル１１１が、タイミングジェネレータとして機能する回路ブロック（回路ブロック１３１～１３４、１３６、１３８～１４１の何れか）と、複数の回路ブロックのうちタイミングジェネレータとして機能する回路ブロックとは別の回路ブロック（回路ブロック１３１～１４１のうちタイミングジェネレータとして機能する回路ブロック以外の何れか）と、の間に配されたバッファ回路を含んでいてもよい。また、例えば、機能セルが、基板１１０に信号を出力または基板１１０に信号を入力するためのパッドと、回路ブロック１３１～１４１と、の間に配されたバッファ回路を含んでいてもよい。
これ以外にも、例えば、回路ブロック１３４と回路ブロック１３９との間の配線パターンに配置される機能セル１１１ｄ、１１１ｅ、１１１ｆのように、回路ブロック１３１～１４１に接続される１つの経路に、複数の機能セル１１１が配されていてもよい。また、例えば、回路ブロック１３４と回路ブロック１３６との出力信号を、組合せ論理によって、回路ブロック１３２に入力する際に配置される機能セル１１１ｇにおいても、本実施形態の適用が可能である。この場合、機能セル１１１ｇは、例えば、ＡＮＤ回路やＯＲ回路などの組合せ論理回路として機能する。
また、信号処理回路基板１００（基板１１０）には、図５に示されるように複数の機能セル１１１が配される。光電変換装置３００の規模にもよるが、機能セル１１１が配置される数は、数万～数１０万におよぶ場合もありうる。そのような場合に、機能セル１１１の１つ１つに対して、遮光パターン１２５を配置することは、設計上困難である。一方、本実施形態において、機能セル１１１は、電源ライン１２１、１２２に覆われる位置に配置することで、遮光パターン１２５を個別に配置する必要がなく、遮光を効率よく実施できるという利点がある。設計において、機能セル１１１を配置する際に、電源ライン１２１、１２２と重ならない領域を配置禁止領域とするだけで、機能セル１１１の遮光の効果が得られる。
このように、遮光する必要がある機能セル１１１の数が膨大でありながらも、電源ライン１２１、１２２が信号処理回路基板１００のあらゆる場所に配されることによって、機能セル１１１ごとに遮光パターン１２５を実装する必要がない。結果として、機能セル１１１からの発光を遮光するような実装が、より容易に可能になる。
また、電源ライン１２１、１２２を遮光パターンとして利用することによって、信号処理回路基板１００において、機能セル１１１を電力や動作性能の観点からも適した位置に配置できることを以下で説明する。
図６は、図３、４に示される比較例の信号処理回路基板１５０のチップ全体の平面図を示している。上述のように、比較例の信号処理回路基板１５０は、電源ライン１２１、１２２遮光に使用せず、遮光パターン１２５が配されている。図６では、遮光パターン１２５の位置をわかりやすく示すために、電源ライン１２１、１２２の表記を省略している。
信号処理回路基板１５０には、上述したように、数万～数１０万におよぶ機能セル１１１が配される場合がある。そのような場合において、膨大な数の機能セル１１１の各々に対して遮光パターン１２５を設計者が手動で配置することは困難である。そのため、予め遮光パターン１２５を配置しておき、遮光パターン１２５と重なる領域に機能セル１１１を配置するような手法がある。
その際の、遮光パターン１２５と機能セル１１１との配置位置は、図６に示すようになる。図６に示す例では、図５に示される本実施形態の信号処理回路基板１００と比較して、機能セル１１１ｃは、回路ブロック１３７と回路ブロック１３５との中間から離れた位置に配置され、機能セル１１１ｃの出力に対して、より大きな配線容量が付加される。つまり、過剰な電力消費が発生するような配置になってしまっている。また、機能セル１１１ｄ、１１１ｅ、１１１ｆ、１１１ｇについても、図６に示すように、遮光パターン１２５の配置位置に依存して、図５に示す配置とは異なる位置に配置せざるをえない状況が発生している。そのため、遮光パターン１２５の配置によって、電力や動作性能の観点で、適切な位置に機能セル１１１を配置できない場合が発生していることがわかる。
図５に示されるように、電源ライン１２１、１２２が信号処理回路基板１００内の多くの場所に配されているため、機能セル１１１の配置位置の自由度が高い。そのため、本実施形態によると、機能セル１１１を電力、動作性能の観点で、より適した位置に配置することが可能になる。
次いで、電源ライン１２１、１２２の配置について、遮光可能な領域をより多く確保するための手法について説明する。機能セル１１１に電力を供給するために、電源ライン１２３が配されることを上述した。また、上述したように、機能セル１１１の配置位置は、電源ライン１２３が配置される位置によって規定されている。具体的には、機能セル１１１は、電源ライン１２３のうち２つの電源ライン１２３の間に配される。
ここでは、電源ライン１２１、１２２のうち電源ライン１２３と同じ方向に延びる電源ライン１２１について考える。図７（ａ）には、遮光可能な領域がより多く確保できる電源ライン１２１の配置例を示す。また、図７（ｂ）には、図７（ａ）よりも遮光可能な領域が少なくなる場合の、電源ライン１２１の配置例を示す。図７（ａ）の例では、電源ライン１２１によって遮光できる電源ライン１２３間の行が６行分ある。一方、図７（ｂ）の例では、電源ライン１２１によって遮光できている電源ライン１２３間の行が５行分になる。つまり、図７（ａ）に示される配置の方が、図７（ｂ）に示される配置よりも多くの遮光可能な領域を確保できている。
つまり、電源ライン１２１の幅が、電源ライン１２３が配される周期の整数倍の長さにする。さらに、電源ライン１２３の配置開始位置と電源ライン１２１の配置開始位置とを一致させる。換言すると、基板１１０の主面に対する正射影において、電源ライン１２１のうち電源ライン１２１、１２３が伸びる方向と交差する方向の端部が、複数の電源ライン１２３の何れかと重なるように配することで、遮光可能な領域を効率的に確保することができる。
ここで、本実施形態の光電変換装置３００の応用例について説明する。図８は、光電変換装置３００が組み込まれた光電変換システム８００の概略構成を示すブロック図である。
上述した本実施形態の光電変換装置３００は、種々の光電変換システムに適用可能である。適用可能な光電変換システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と光電変換装置とを備えるカメラモジュールも、光電変換システムに含まれる。図８には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図が例示されている。
図８に例示される光電変換システム８００は、光電変換装置３００、被写体の光学像を光電変換装置３００の光電変換部に結像させるレンズ８０２、レンズ８０２を通過する光量を可変にするための絞り８０３、レンズ８０２の保護のためのバリア８０１を有する。レンズ８０２および絞り８０３は、光電変換装置３００に光を集光する光学系である。光電変換装置３００は、レンズ８０２によって結像された光学像を電気信号に変換する。
光電変換システム８００は、また、光電変換装置３００よって出力される出力信号の処理を行うことで画像を生成する画像生成部である信号処理部８０７を有する。信号処理部８０７は、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。信号処理部８０７は、光電変換装置３００が設けられた半導体基板（例えば、基板１１０）に形成されていてもよいし、光電変換装置３００とは別の半導体基板に形成されていてもよい。
光電変換システム８００は、さらに、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部８１０、外部コンピュータなどと通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）８１３を有する。さらに光電変換システム８００は、撮像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリなどの記録媒体８１２、記録媒体８１２に記録または読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）８１１を有する。なお、記録媒体８１２は、光電変換システム８００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
さらに光電変換システム８００は、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部８０９、光電変換装置３００と信号処理部８０７とに各種タイミング信号を出力するタイミング発生部８０８を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、光電変換システム８００は少なくとも光電変換装置３００と、光電変換装置３００から出力された出力信号を処理する信号処理部８０７とを有すればよい。
光電変換装置３００は、撮像信号を信号処理部８０７に出力する。信号処理部８０７は、光電変換装置３００から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部６０７は、撮像信号を用いて、画像を生成する。
このように、本実施形態によれば、上述の光電変換装置３００（例えば、撮像装置）を適用した光電変換システムを実現することができる。
次いで、本実施形態の光電変換装置３００が組み込まれた光電変換システムおよび移動体について、図９（ａ）、９（ｂ）を用いて説明する。図９（ａ）、９（ｂ）は、本実施形態の光電変換装置３００が組み込まれた光電変換システム９００、および、光電変換システム９００を搭載した移動体として輸送機器９０１の構成を示す図である。
図９（ａ）は、車載カメラに関する光電変換システム９００の一例を示したものである。光電変換システム９００は、本実施形態の光電変換装置３００によって取得された複数の画像データに対し、画像処理などの信号処理を行う画像処理部９１２と、画像処理部９１２によって信号処理された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差取得部９１４を有する。また、光電変換システム９００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部９１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部９１８と、を有する。ここで、視差取得部９１４や距離取得部９１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離などに関する情報である。衝突判定部９１８はこれらの距離情報の何れかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などによって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
光電変換システム９００は、駆動装置を具備する輸送機器９０１（例えば、車両）の車両情報取得装置９２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、光電変換システム９００は、衝突判定部９１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ９３０が接続されている。また、光電変換システム９００は、衝突判定部９１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置９４０とも接続されている。例えば、衝突判定部９１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ９３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置９４０は音などの警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
本実施形態では、輸送機器９０１の周囲、例えば、前方または後方を光電変換システム９００で撮像する。図９（ｂ）に、輸送機器９０１の前方（撮像範囲９５０）を撮像する場合の光電変換システム９００を示す。車両情報取得装置９２０が、光電変換システム９００ないしは光電変換装置３００に指示を送る。このような構成によって、測距の精度をより向上させることができる。
上記では、他の車両と衝突しないように光電変換装置３００で得られた情報に基づいて輸送機器９０１のブレーキ、アクセル、エンジンなどの駆動装置９６０を制御する例を説明した。しかし、これに限られることはなく他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。また、光電変換装置３００が組み込まれた光電変換システム９００が、輸送機器９０１に組み込まれる例を示したが、光電変換装置３００は、車両情報取得装置９２０や制御ＥＣＵ９３０、警報装置９４０に組み込まれていてもよい。さらに、光電変換装置３００が組み込まれた光電変換システム９００は、自動車などの車両に限らず、例えば、船舶、航空機、鉄道車両あるいは産業用ロボットなどの駆動装置を具備する輸送機器に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）など、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
１１０，２２０：基板、１１１：機能セル、１２０：配線層、１２１～１２３：電源ライン、１３１～１４１：回路ブロック、２２１：光電変換素子、３００：光電変換装置

Claims (20)

  1. 複数の光電変換素子を備える光電変換部が配された第１基板と、前記第１基板に積層された第２基板と、を備える光電変換装置であって、
    前記第２基板は、回路ブロックと、前記回路ブロックに電気的に接続された機能セルと、が配された主面を備え、
    前記第１基板と前記主面との間には、第１層と、前記第１層と前記第１基板との間に配された第２層と、を含む複数の配線層が配され、
    前記第１層は、第１方向に延び、前記第１方向と交差する第２方向に所定の周期で配された複数の第１電源ラインを含み、
    前記第２層は、所定の周期で配された複数の第２電源ラインを含み、
    前記主面に対する正射影において、前記回路ブロックは、前記第１方向の長さおよび前記第２方向の長さのうち少なくとも一方が前記複数の第２電源ラインのそれぞれの幅よりも大きく、
    前記主面に対する正射影において、前記機能セルは、前記複数の第１電源ラインのうち２つの電源ラインの間に配され、かつ、前記複数の第２電源ラインのうち何れか１つの電源ラインの領域内に収まるように配されていることを特徴とする光電変換装置。
  2. 前記主面に対する正射影において、前記機能セルが、前記光電変換部と重なるように配されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
  3. 前記機能セルが、前記２つの電源ラインから電力を供給されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換装置。
  4. 前記複数の第１電源ラインのそれぞれが、前記複数の第２電源ラインのうち対応する第２電源ラインに接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換装置。
  5. 前記主面に対する正射影において、前記複数の第１電源ラインが、前記回路ブロックに重ならない位置に配されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光電変換装置。
  6. 前記主面に対する正射影において、前記複数の第２電源ラインが、前記回路ブロックに重ならない位置に配されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光電変換装置。
  7. 前記複数の第２電源ラインが、前記第１方向に延びる第３電源ラインを含み、
    前記第３電源ラインの幅が、前記複数の第１電源ラインが配される周期の整数倍の長さであることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の光電変換装置。
  8. 前記主面に対する正射影において、前記第３電源ラインのうち前記第２方向の端部が、前記複数の第１電源ラインの何れかと重なるように配されることを特徴とする請求項７に記載の光電変換装置。
  9. 前記複数の配線層のうち何れの配線層が、前記第１層と前記主面との間に配されないことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の光電変換装置。
  10. 前記機能セルが、インバータ回路、バッファ回路、組合せ論理回路、および、順序回路のうち何れかとして機能することを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の光電変換装置。
  11. 前記回路ブロックが、前記光電変換部を駆動するための走査回路、前記光電変換部から出力される信号をアナログデジタル変換するためのＡＤＣ回路、前記ＡＤＣ回路によって変換されたデジタル信号を処理する信号処理回路、前記光電変換装置の動作を同期させるためのタイミングジェネレータ、および、前記光電変換装置の動作を制御するための制御回路のうち何れかとして機能することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の光電変換装置。
  12. 前記主面に複数の前記回路ブロックが配され、
    複数の前記回路ブロックが、前記光電変換装置の動作を同期させるためのタイミングジェネレータとして機能する回路ブロックを含み、
    前記機能セルが、前記タイミングジェネレータとして機能する回路ブロックと、複数の前記回路ブロックのうち前記タイミングジェネレータとして機能する回路ブロックとは別の回路ブロックと、の間に配されたバッファ回路を含むことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光電変換装置。
  13. 前記主面に複数の前記回路ブロックが配され、
    複数の前記回路ブロックが、前記光電変換装置の動作を制御する制御回路として機能する回路ブロックを含み、
    前記機能セルが、前記制御回路として機能する回路ブロックと、複数の前記回路ブロックのうち前記制御回路として機能する回路ブロックとは別の回路ブロックと、の間に配されたバッファ回路を含むことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の光電変換装置。
  14. 前記機能セルが、前記第２基板に信号を出力または前記第２基板に信号を入力するためのパッドと、前記回路ブロックと、の間に配されたバッファ回路を含むことを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の光電変換装置。
  15. 前記回路ブロックに接続される１つの経路に、複数の前記機能セルが配されることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項に記載の光電変換装置。
  16. 前記機能セルに配されるトランジスタの数が、１００個以下であることを特徴する請求項１乃至１５の何れか１項に記載の光電変換装置。
  17. 前記機能セルが、前記複数の第１電源ラインのうち互いに隣り合う２つの電源ライン、または、前記複数の第１電源ラインのうち１つの電源ラインを挟む２つの電源ラインの間に配されることを特徴とする請求項１乃至１６の何れか１項に記載の光電変換装置。
  18. 請求項１乃至１７の何れか１項に記載の光電変換装置と、
    前記光電変換装置から出力された信号を処理する信号処理部と、
    を備えることを特徴とする光電変換システム。
  19. 駆動装置を具備する移動体であって、請求項１乃至１７の何れか１項に記載の光電変換装置を搭載し、前記光電変換装置で得られた情報に基づいて前記駆動装置を制御する制御装置を備えることを特徴とする移動体。
  20. 複数の光電変換素子を備える光電変換部が配された第１基板と、前記第１基板に積層された第２基板と、を備える光電変換装置の設計方法であって、
    前記第２基板の主面に回路ブロックを配置する工程と、前記第１基板と前記主面との間に配される複数の配線層を配置する工程と、を含む第１工程と、
    前記第１工程の後に、前記主面に、前記回路ブロックに電気的に接続される機能セルを配置する第２工程と、を含み、
    前記複数の配線層は、第１層と、前記第１層と前記第１基板との間に配される第２層と、を含み、
    前記第１層は、第１方向に延び、前記第１方向と交差する第２方向に所定の周期で配された複数の第１電源ラインを含み、
    前記第２層は、所定の周期で配された複数の第２電源ラインを含み、
    前記主面に対する正射影において、前記回路ブロックは、前記第１方向の長さおよび前記第２方向の長さのうち少なくとも一方が前記複数の第２電源ラインのそれぞれの幅よりも大きく、
    前記第２工程は、前記主面に対する正射影において、前記複数の第１電源ラインのうち２つの電源ラインの間、かつ、前記複数の第２電源ラインのうち何れか１つの電源ラインの領域内に収まる位置に、前記機能セルを配置することを特徴とする設計方法。
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