JP2023127098A - 光電変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】信号損失が低減された光電変換装置を提供する。【解決手段】基板に対する平面視において、第１光電変換部と第２光電変換部は第１方向に並ぶように配されており、第３光電変換部の感度は、前記第１光電変換部の感度と前記第２光電変換部の感度のいずれよりも低く、前記平面視において、前記第３光電変換部は、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部を含む１つの領域の外周の一部に沿うように配されている。【選択図】図３

Description

本発明は、光電変換装置に関する。
特許文献１には、感度の高い光電変換部が感度の低い光電変換部を囲うように配置された構成の画素を含むイメージセンサが開示されている。感度が高い光電変換部から出力された信号と、感度が低い光電変換部の信号は、ハイダイナミックレンジ画像の生成に用いられる。
米国特許出願公開第２０１７／０３６６７６９号明細書
上述のような構成の光電変換装置において、光電変換部からフローティングディフュージョンに電荷を転送する構成の画素を採用することが想定される。この場合、フローティングディフュージョンが、感度の高い光電変換部と感度の低い光電変換部の間に配置され得る。このような構成においては、画素の中央付近に導かれた光がフローティングディフュージョンに入射することによる信号損失が生じ得る。
本発明は、信号損失が低減された光電変換装置を提供することを目的とする。
本明細書の一開示によれば、基板と、各々が前記基板に配され、入射光に基づく電荷を生成する、第１光電変換部、第２光電変換部及び第３光電変換部と、前記基板に、前記第１光電変換部、前記第２光電変換部及び前記第３光電変換部に共通に配されたマイクロレンズと、前記基板に配されたフローティングディフュージョンと、前記基板に配され、前記第１光電変換部で生成された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する第１転送トランジスタと、前記基板に配され、前記第２光電変換部で生成された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する第２転送トランジスタと、前記基板に配され、前記第３光電変換部で生成された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する第３転送トランジスタと、を有し、前記基板に対する平面視において、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部は第１方向に並ぶように配されており、前記第３光電変換部の感度は、前記第１光電変換部の感度と前記第２光電変換部の感度のいずれよりも低く、前記平面視において、前記第３光電変換部は、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部を含む１つの領域の外周の一部に沿うように配されていることを特徴とする光電変換装置が提供される。
本明細書の他の一開示によれば、基板と、各々が前記基板に配され、入射光に基づく電荷を生成する、第１光電変換部、第２光電変換部及び第３光電変換部と、前記基板に、前記第１光電変換部、前記第２光電変換部及び前記第３光電変換部に共通に配されたマイクロレンズと、を有し、前記第３光電変換部の飽和電荷量は、前記第１光電変換部の飽和電荷量と前記第２光電変換部の飽和電荷量のいずれよりも少なく、前記基板に対する平面視において、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部は第１方向に並ぶように配されており、前記第１方向と直交する第２方向において、前記第３光電変換部の重心位置は、前記第１光電変換部の重心位置と前記第２光電変換部の重心位置のいずれとも異なることを特徴とする光電変換装置が提供される。
本明細書の他の一開示によれば、基板と、各々が前記基板に配され、入射光に基づく電荷を生成する、第１光電変換部、第２光電変換部及び第３光電変換部と、前記基板に、前記第１光電変換部、前記第２光電変換部及び前記第３光電変換部に共通に配されたマイクロレンズと、を有し、前記第３光電変換部の飽和電荷量は、前記第１光電変換部の飽和電荷量と前記第２光電変換部の飽和電荷量のいずれよりも少なく、前記基板に対する平面視において、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部は第１方向に並ぶように配されており、前記第１方向において、前記第３光電変換部の重心位置と前記第２光電変換部の重心位置の距離は、前記第３光電変換部の重心位置と前記第１光電変換部の重心位置の距離よりも大きいことを特徴とする光電変換装置が提供される。
本発明によれば、信号損失が低減された光電変換装置が提供される。
第１実施形態に係る光電変換装置の概略構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る画素の回路図である。 第１実施形態に係る画素の平面模式図である。 第１実施形態に係る画素の断面模式図である。 第２実施形態に係る光電変換装置の概略構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る画素の回路図である。 第２実施形態に係る画素の平面模式図である。 第２実施形態に係る画素の断面模式図である。 第３実施形態に係る画素の平面模式図である。 第４実施形態に係る画素の平面模式図である。 第５実施形態に係る画素の平面模式図である。 第６実施形態に係る画素の回路図である。 第６実施形態に係る画素の平面模式図である。 第７実施形態に係る画素の断面模式図である。 第８実施形態に係る機器のブロック図である。 第９実施形態に係る機器のブロック図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下で説明する図面において、同じ機能を有する要素には同一の符号が付されており、その説明は省略又は簡略化されることもある。
以下の説明では、信号キャリアと同じキャリアを多数キャリアとする第１導電型の半導体領域がＮ型半導体領域であり、第２導電型の半導体領域がＰ型半導体領域であるものとする。すなわち、以下の説明では、信号キャリアが電子であるものとする。また、画素が備えるトランジスタは、すべてＮ型のＭＯＳトランジスタであるものとする。しかしながら、極性及び導電型が全て逆であってもよい。すなわち、信号キャリアが正孔であり、第１導電型の半導体領域がＰ型半導体領域であり、第２導電型の半導体領域がＮ型半導体領域であってもよい。この場合には、画素のトランジスタがＰ型のＭＯＳトランジスタであってもよい。このように、信号として取り扱われる電荷の極性に応じて、トランジスタ等の導電型は適宜変更することができる。
以下に述べる第１実施形態乃至第７実施形態では、光電変換装置の一例として、撮像装置を中心に説明する。しかしながら、各実施形態における光電変換装置は撮像装置に限定されるものではなく、光電変換に基づく他の光検出装置にも適用可能である。他の光検出装置の例としては、測距装置、測光装置が挙げられる。測距装置は、例えば、焦点検出装置、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ－Ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ）を用いた距離測定装置等であり得る。測光装置は、装置に入射する光の光量を測定する装置であり得る。
［第１実施形態］
図１から図４を参照しながら、第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る光電変換装置１の概略構成を示すブロック図である。光電変換装置１は、画素アレイ１０、垂直走査回路２０、列回路３０、水平走査回路４０、出力回路５０及び制御回路６０を有している。
制御回路６０は、垂直走査回路２０、列回路３０及び水平走査回路４０に垂直同期信号、水平同期信号、クロック信号等の制御信号を出力する。これにより、制御回路６０は、これらの回路の動作を制御する。
画素アレイ１０は、行方向（図１において横方向）及び列方向（図１において縦方向）に複数の行及び複数の列をなすように配された複数の画素１１を有している。複数の画素１１の各々は後述する光電変換部を有している。これにより、複数の画素１１の各々は、入射光に基づく信号を出力する。
画素アレイ１０の各行には、行方向に延在して、走査線１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１４、１５が配されている。走査線１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１４、１５の各々は、行方向に並ぶ複数の画素１１に接続され、これらの画素１１に共通の走査線をなしている。走査線１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１４、１５は、垂直走査回路２０に接続されている。
画素アレイ１０の各列には、列方向に延在して、信号線１２が配されている。信号線１２は、列方向に並ぶ複数の画素１１に接続され、これらの画素１１に共通の信号線をなしている。信号線１２は、列回路３０及び信号線に駆動電流を供給する電流源（不図示）に接続されている。
垂直走査回路２０、列回路３０、水平走査回路４０、出力回路５０及び制御回路６０は、画素アレイ１０の駆動を制御する駆動回路部である。図１では、駆動回路部は、画素アレイ１０の周辺に配されている。しかしながら、駆動回路部が配される位置はこれに限定されない。例えば、本実施形態の光電変換装置が複数枚の基板が積層された構造を有する積層型である場合には、平面視において画素アレイ１０に重なる領域に駆動回路部が配されていてもよい。なお、本明細書において平面視とは、光電変換部を含む基板の光入射面と平行な面を、光入射面と平行な面の法線方向から視ることを指すものとする。
垂直走査回路２０は、シフトレジスタ、ゲート回路、バッファ回路等の論理回路を含む走査回路である。垂直走査回路２０は、垂直同期信号、水平同期信号、クロック信号等に基づいて、走査線１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１４、１５を介して制御信号を画素１１に供給する。これにより、垂直走査回路２０は、画素１１から行ごとに信号を順次出力させる走査を行う。また、垂直走査回路２０は、画素１１における電荷の蓄積期間を制御する。
列回路３０は、増幅回路、信号保持回路等を含む。列回路３０は、各列の画素１１から信号線１２を介して入力される電気信号に対して、列ごとに所定の処理（例えば、ノイズ除去、信号増幅等）を行う。列回路３０は、水平走査回路４０の制御に応じて、列ごとに順次、出力回路５０に処理後の信号を出力する。
水平走査回路４０は、シフトレジスタ、ゲート回路、バッファ回路等の論理回路を含む走査回路である。水平走査回路４０は、列回路３０から処理後の信号を出力回路５０に順次出力させるための制御信号を、列回路３０に供給する。出力回路５０は、列回路３０から入力された信号を、光電変換装置１の外部の記憶装置又は信号処理装置に所定の形式で出力する。
図２は、本実施形態に係る画素１１の回路図である。図２に示されているように、画素１１は、光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ、ＰＤＣ、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃ、リセットトランジスタＭ２、増幅トランジスタＭ３、選択トランジスタＭ４を有している。
光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ、ＰＤＣは、例えばフォトダイオードである。光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ、ＰＤＣのアノードは接地ノードに接続されている。光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ、ＰＤＣのカソードは、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃのソースにそれぞれ接続されている。転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃのドレインは、リセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃのドレイン、リセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートが接続されるノードは、フローティングディフュージョンＦＤである。フローティングディフュージョンＦＤは、容量成分（フローティングディフュージョン容量）を含み、電荷保持部としての機能を有する。フローティングディフュージョン容量には、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１ＣからフローティングディフュージョンＦＤを介して増幅トランジスタＭ３に至る電気的経路の寄生容量が含まれる。図２には、このフローティングディフュージョン容量が容量素子の回路記号により等価的に示されている。
リセットトランジスタＭ２のドレイン及び増幅トランジスタＭ３のドレインは、電圧ＶＤＤが供給される電源電圧ノードに接続されている。増幅トランジスタＭ３のソースは、選択トランジスタＭ４のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ４のソースは、信号線１２に接続されている。信号線１２には、不図示の電流源が接続されている。この電流源は、電流値が切り替え可能な電流源であってもよいし、電流値が一定の定電流源であってもよい。
転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃのゲートには、走査線１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃがそれぞれ接続されている。リセットトランジスタＭ２のゲートには、走査線１４が接続されている。選択トランジスタＭ４のゲートには、走査線１５が接続されている。これらの構成により、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃ、リセットトランジスタＭ２及び選択トランジスタＭ４のゲートには、垂直走査回路２０からの制御信号が入力される。なお、同じ行の複数の画素１１は、共通の信号線に接続されており、共通の制御信号により同時に制御される。
本実施形態では、画素１１を構成する各トランジスタはＮ型のＭＯＳトランジスタであるものとしている。したがって、垂直走査回路２０からハイレベルの制御信号が供給されると対応するトランジスタがオンになる。また、垂直走査回路２０からローレベルの制御信号が供給されると対応するトランジスタがオフになる。また、ＭＯＳトランジスタのソース及びドレインの呼称はトランジスタの導電型又は着目する機能によって異なることがある。本実施形態において使用するソース及びドレインの名称の一部又は全部は、逆の名称で呼ばれることもある。
光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ、ＰＤＣは、入射光をその光量に応じた量の電荷に変換（光電変換）する。転送トランジスタＭ１Ａ（第１転送トランジスタ）は、オンになることにより光電変換部ＰＤＡ（第１光電変換部）が保持する電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。転送トランジスタＭ１Ｂ（第２転送トランジスタ）は、オンになることにより光電変換部ＰＤＢ（第２光電変換部）が保持する電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。転送トランジスタＭ１Ｃ（第３転送トランジスタ）は、オンになることにより光電変換部ＰＤＣ（第３光電変換部）が保持する電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ、ＰＤＣから転送された電荷は、フローティングディフュージョンＦＤの容量（フローティングディフュージョン容量）に保持される。その結果、フローティングディフュージョンＦＤは、フローティングディフュージョン容量による電荷電圧変換によって、光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ、ＰＤＣから転送された電荷の量に応じた電位となる。
選択トランジスタＭ４は、オンになることにより増幅トランジスタＭ３を信号線１２に接続する。増幅トランジスタＭ３は、ドレインに電圧ＶＤＤが供給され、ソースに選択トランジスタＭ４を介して電流源からバイアス電流が供給される構成となっており、ゲートを入力ノードとする増幅部（ソースフォロワ回路）を構成する。これにより増幅トランジスタＭ３は、フローティングディフュージョンＦＤの電位に基づく信号を、選択トランジスタＭ４を介して信号線１２に出力する。この意味で、増幅トランジスタＭ３及び選択トランジスタＭ４は、フローティングディフュージョンＦＤに保持された電荷の量に応じた画素信号を出力する出力部である。
リセットトランジスタＭ２は、電圧（電圧ＶＤＤ）のフローティングディフュージョンＦＤへの供給を制御することによりフローティングディフュージョンＦＤをリセットする機能を備える。リセットトランジスタＭ２はオンになることによりフローティングディフュージョンＦＤを電圧ＶＤＤに応じた電圧にリセットする。
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本実施形態に係る画素１１の平面模式図である。図３（ａ）は、平面視における光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ、ＰＤＣ、フローティングディフュージョンＦＤ及び各トランジスタの配置を模式的に示している。図３（ａ）において、「ＰＤＡ」、「ＰＤＢ」及び「ＰＤＣ」が付された領域は、光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ、ＰＤＣを構成するフォトダイオードの半導体領域が形成されている領域を示している。図３（ａ）において、「ＦＤ」が付された領域は、フローティングディフュージョンＦＤを構成する半導体領域が形成されている領域を示している。図３（ａ）において、「Ｍ１Ａ」、「Ｍ１Ｂ」及び「Ｍ１Ｃ」が付された領域は、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃのゲート電極が配されている領域を示している。「ＭＬ」が付された破線は、入射光を光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ、ＰＤＣに導くマイクロレンズＭＬが配されている位置を示している。このように、マイクロレンズＭＬは、３つの光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ、ＰＤＣに共通に配されている。
図３（ａ）に示されているように、光電変換部ＰＤＣの面積は、光電変換部ＰＤＡの面積及び光電変換部ＰＤＢの面積のいずれよりも小さい。これにより、光電変換部ＰＤＣの感度は、光電変換部ＰＤＡの感度及び光電変換部ＰＤＢの感度のいずれよりも低い。したがって、本実施形態の光電変換装置１は、感度が高い光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢにおいて蓄積された電荷に基づく信号と、感度が低い光電変換部ＰＤＣにおいて蓄積された電荷に基づく信号とを出力可能である。これらの２種の信号を用いて信号処理を行うことで、ハイダイナミックレンジを実現することができる。例えば、これらの２種の信号を合成することにより、ハイダイナミックレンジ画像を生成することができる。また、上述の面積の関係により、光電変換部ＰＤＣの飽和電荷量は、光電変換部ＰＤＡの飽和電荷量と光電変換部ＰＤＢの飽和電荷量のいずれよりも少ない。
また、光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢは、方向Ｄ２（第２方向）に沿った線分Ａ－Ａ’に対して、およそ線対称となるように配されている。言い換えると、光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢは、方向Ｄ１（第１方向）に並ぶように配されている。これにより、本実施形態の光電変換装置１は、光電変換部ＰＤＡに蓄積された電荷に基づく信号と、光電変換部ＰＤＢに蓄積された電荷に基づく信号とを出力可能である。これらの２種の信号を用いて信号処理を行うことで、方向Ｄ１における位相差検出を行うことが可能である。例えば、これらの２種の信号の位相差に基づいて測距を行うことができる。
図３（ｂ）は、図３（ａ）と同一の平面模式図において、光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢとを含む領域Ｒ１を図示したものである。光電変換部ＰＤＣは、領域Ｒ１の外周の一部に沿うように配されている。これにより、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃ及びフローティングディフュージョンＦＤをいずれも画素１１の周辺部に配することが可能となる。また、方向Ｄ１と直交する方向Ｄ２において、光電変換部ＰＤＣの重心位置は、光電変換部ＰＤＡの重心位置と光電変換部ＰＤＢの重心位置のいずれとも異なる。これにより、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃ又はフローティングディフュージョンＦＤに入射される光量が、これらが画素１１の中央付近に配されている構成に比べて低減される。したがって、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃ又はフローティングディフュージョンＦＤに光が入射することに起因する信号損失を低減することができる。なお、光電変換部の重心位置とは、光電変換部を構成する半導体領域の平面形状における幾何中心である。
図４は、本実施形態に係る画素１１の断面模式図である。図４は、図３におけるＢ－Ｂ’間の断面を模式的に示している。画素１１が形成される半導体基板１００において、走査線１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１４、１５等を含む配線層１２０が配される側の面（図４における上側の面）を第１面Ｆ１とする。また、第１面Ｆ１と反対側の面（図４における下側の面）を第２面Ｆ２とする。本実施形態では、入射光は第１面Ｆ１の側から入射されるものとする。また、本実施形態では、深さ方向とは、第１面から第２面に向かう方向をいう。なお、図４において、マイクロレンズＭＬの図示は省略されているが、マイクロレンズＭＬは配線層１２０の上、すなわち、半導体基板１００の第１面Ｆ１の側に配されている。
半導体基板１００の内部には、Ｐ型半導体領域１０１、１０３、１０４、１０５、１０６及びＮ型半導体領域１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃが配されている。Ｐ型半導体領域１０１は、ウェル領域である。Ｎ型半導体領域１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ（第１半導体領域）は、Ｐ型半導体領域１０１（第２半導体領域）よりも浅い位置（第１面Ｆ１に近い位置）に配されている。Ｎ型半導体領域１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃの各々とＰ型半導体領域１０１とはフォトダイオードを構成する。Ｎ型半導体領域１０２Ａと、Ｐ型半導体領域１０１とは、光電変換部ＰＤＡに相当する。Ｎ型半導体領域１０２Ｂと、Ｐ型半導体領域１０１とは、光電変換部ＰＤＢに相当する。Ｎ型半導体領域１０２Ｃと、Ｐ型半導体領域１０１とは、光電変換部ＰＤＣに相当する。
Ｐ型半導体領域１０３は、第１面Ｆ１に接するように形成されており、他のＰ型半導体領域よりも高い不純物濃度を有する。Ｐ型半導体領域１０３は、第１面で発生する暗電子の影響を低減する。
Ｐ型半導体領域１０４は、Ｎ型半導体領域１０２ＡとＮ型半導体領域１０２Ｂの間に形成された分離部（第１分離部）である。Ｐ型半導体領域１０５は、Ｎ型半導体領域１０２ＡとＮ型半導体領域１０２Ｃの間に形成された分離部（第２分離部）である。Ｐ型半導体領域１０６は、Ｎ型半導体領域１０２ＢとＮ型半導体領域１０２Ｃの間に形成された分離部（第３分離部）である。Ｐ型半導体領域１０５の不純物濃度は、Ｐ型半導体領域１０４の不純物濃度よりも高い。また、Ｐ型半導体領域１０６の不純物濃度は、Ｐ型半導体領域１０４の不純物濃度よりも高い。これにより、高輝度な被写体を撮像した際のように、感度の高い光電変換部ＰＤＡとＰＤＢで多くの電荷が生成される状況において、光電変換部ＰＤＡ又は光電変換部ＰＤＢから光電変換部ＰＤＣへの電荷の流入を生じにくくすることができる。
また、Ｎ型半導体領域１０２Ｃの底面は、Ｎ型半導体領域１０２Ａの底面及びＮ型半導体領域１０２Ｂの底面に比べて、浅い位置に形成されている。すなわち、Ｎ型半導体領域１０２Ｃの厚さは、Ｎ型半導体領域１０２Ａの厚さ及びＮ型半導体領域１０２Ｂの厚さのいずれよりも薄い。これにより、半導体基板１００の深部で発生した電荷が、Ｎ型半導体領域１０２Ｃに流入しにくくすることができる。これにより、光電変換部ＰＤＣの感度をより低減することができる。
本実施形態の光電変換装置１において、光電変換部ＰＤＣは、光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢとを含む領域Ｒ１の外周の一部に沿うように配されている。これにより、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃ及びフローティングディフュージョンＦＤが画素１１の周辺部に配され、光がこれらに入射されることによる損失が低減される。したがって、本実施形態によれば、信号損失が低減された光電変換装置１が提供される。
［第２実施形態］
図５から図８を参照しながら、第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態の画素１１の構成と比べて、光電変換部の個数が３個から４個に増加している。以下、主に第１実施形態との相違点について説明するが、第１実施形態と共通する要素については説明を省略又は簡略化することもある。
図５は、本実施形態に係る光電変換装置１の概略構成を示すブロック図である。本実施形態では、走査線１３Ｄが更に配されている。走査線１３Ｄは、行方向に並ぶ複数の画素１１に接続され、これらの画素１１に共通の走査線をなしている。走査線１３Ｄは、垂直走査回路２０に接続されている。
図６は、本実施形態に係る画素１１の回路図である。図６に示されているように、画素１１は、図２の構成に加えて、光電変換部ＰＤＤ及び転送トランジスタＭ１Ｄを更に有している。
光電変換部ＰＤＤは、例えばフォトダイオードである。光電変換部ＰＤＤのアノードは接地ノードに接続されている。光電変換部ＰＤＤのカソードは、転送トランジスタＭ１Ｄのソースに接続されている。転送トランジスタＭ１Ｄのドレインは、フローティングディフュージョンＦＤのノードに接続されている。転送トランジスタＭ１Ｄのゲートには、走査線１３Ｄが接続されている。転送トランジスタＭ１Ｄのゲートには、垂直走査回路２０からの制御信号が入力される。転送トランジスタＭ１Ｄ（第４転送トランジスタ）は、制御信号に基づいてオンになることにより光電変換部ＰＤＤ（第４光電変換部）が保持する電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本実施形態に係る画素１１の平面模式図である。図７（ａ）は、平面視における光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ、ＰＤＣ、ＰＤＤ、フローティングディフュージョンＦＤ及び各トランジスタの配置を模式的に示している。「ＰＤＤ」が付された領域は、光電変換部ＰＤＤを構成するフォトダイオードの半導体領域が形成されている領域を示している。「Ｍ１Ｄ」が付された領域は、転送トランジスタＭ１Ｄのゲート電極が配されている領域を示している。マイクロレンズＭＬは、４つの光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ、ＰＤＣ、ＰＤＤに共通に配されている。３つのフローティングディフュージョンＦＤには、３つのビアＶ１がそれぞれ配されている。ビアＶ１は配線層１２０に配された配線に接続されており、３つのフローティングディフュージョンＦＤはこの配線を介して相互に電気的に接続されている。
図７（ａ）に示されているように、光電変換部ＰＤＣ、ＰＤＤの面積は、光電変換部ＰＤＡの面積及び光電変換部ＰＤＢの面積のいずれよりも小さい。これにより、光電変換部ＰＤＣ、ＰＤＤの感度は、光電変換部ＰＤＡの感度及び光電変換部ＰＤＢの感度のいずれよりも低い。したがって、本実施形態の光電変換装置１は、感度が高い光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢにおいて蓄積された電荷に基づく信号と、感度が低い光電変換部ＰＤＣ、ＰＤＤにおいて蓄積された電荷に基づく信号とを出力可能である。これらの２種の信号を用いて信号処理を行うことで、第１実施形態と同様にハイダイナミックレンジを実現することができる。また、上述の面積の関係により、光電変換部ＰＤＣ、ＰＤＤの飽和電荷量は、光電変換部ＰＤＡの飽和電荷量と光電変換部ＰＤＢの飽和電荷量のいずれよりも少ない。
また、光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢは、方向Ｄ２に沿った線分Ａ－Ａ’に対して、およそ線対称となるように配されている。言い換えると、光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢは、方向Ｄ１に並ぶように配されている。更に、光電変換部ＰＤＣと光電変換部ＰＤＤも、方向Ｄ２に沿った線分Ａ－Ａ’に対して、およそ線対称となるように配されている。言い換えると、光電変換部ＰＤＣと光電変換部ＰＤＤも、方向Ｄ１に並ぶように配されている。第１実施形態と同様に光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢに基づく２つの信号により位相差検出を行うことができることに加え、本実施形態では、光電変換部ＰＤＣと光電変換部ＰＤＤに基づく２つの信号により位相差検出を行うこともできる。本実施形態では、高輝度な被写体を撮像した際のように、光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢで電荷の飽和が生じ得る状況であっても、感度が低い光電変換部ＰＤＣと光電変換部ＰＤＤに基づく２つの信号を用いることで位相差検出を行うことができる。これにより、被写体が高輝度な場合であっても、より高精度に位相差検出を行うことができる。
図７（ｂ）は、図７（ａ）と同一の平面模式図において、光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢとを含む領域Ｒ２を図示したものである。光電変換部ＰＤＣ、ＰＤＤは、領域Ｒ２の外周の一部に沿うように配されている。これにより、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃ、Ｍ１Ｄ及びフローティングディフュージョンＦＤをいずれも画素１１の周辺部に配することが可能となる。また、方向Ｄ１において、光電変換部ＰＤＣの重心位置と光電変換部ＰＤＢの重心位置の距離は、光電変換部ＰＤＣの重心位置と光電変換部ＰＤＡの重心位置の距離よりも大きい。これにより、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃ、Ｍ１Ｄ又はフローティングディフュージョンＦＤに入射される光量が、これらが画素１１の中央付近に配されている構成に比べて低減される。したがって、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃ、Ｍ１Ｄ又はフローティングディフュージョンＦＤに光が入射することに起因する信号損失を低減することができる。
図８は、本実施形態に係る画素１１の断面模式図である。図８は、図７におけるＣ－Ｃ’間の断面を模式的に示している。半導体基板１００の内部には、Ｐ型半導体領域１０１、１０３、１０４、１０５、１０７及びＮ型半導体領域１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄが配されている。Ｎ型半導体領域１０２Ｄは、Ｐ型半導体領域１０１よりも浅い位置（第１面Ｆ１に近い位置）に配されている。Ｎ型半導体領域１０２ＤとＰ型半導体領域１０１とはフォトダイオードを構成する。Ｎ型半導体領域１０２Ｄと、Ｐ型半導体領域１０１とは、光電変換部ＰＤＤに相当する。半導体基板１００の第１面Ｆ１の側には、配線層１２０及びマイクロレンズＭＬが配されている。
Ｐ型半導体領域１０７は、Ｎ型半導体領域１０２ＢとＮ型半導体領域１０２Ｄの間に形成された分離部である。Ｐ型半導体領域１０７の不純物濃度は、Ｐ型半導体領域１０４の不純物濃度よりも高い。高輝度な被写体を撮像した際のように、感度の高い光電変換部ＰＤＡとＰＤＢで多くの電荷が生成される状況において、光電変換部ＰＤＡから光電変換部ＰＤＣ、及び光電変換部ＰＤＢから光電変換部ＰＤＤへの電荷の流入を生じにくくすることができる。
また、Ｎ型半導体領域１０２Ｃ、１０２Ｄの底面は、Ｎ型半導体領域１０２Ａの底面及びＮ型半導体領域１０２Ｂの底面に比べて、浅い位置に形成されている。すなわち、Ｎ型半導体領域１０２Ｃ、１０２Ｄの厚さは、Ｎ型半導体領域１０２Ａの厚さ及びＮ型半導体領域１０２Ｂの厚さのいずれよりも薄い。これにより、半導体基板１００の深部で発生した電荷が、Ｎ型半導体領域１０２Ｃ、１０２Ｄに流入しにくくすることができる。これにより、光電変換部ＰＤＣ、ＰＤＤの感度をより低減することができる。
本実施形態の光電変換装置１において、光電変換部ＰＤＣ、ＰＤＤは、光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢとを含む領域Ｒ２の外周の一部に沿うように配されている。これにより、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃ、Ｍ１Ｄ及びフローティングディフュージョンＦＤが画素１１の周辺部に配され、光がこれらに入射されることによる損失が低減される。したがって、本実施形態によれば、信号損失が低減された光電変換装置１が提供される。
［第３実施形態］
図９を参照しながら、第３実施形態について説明する。本実施形態では、第２実施形態の画素１１における転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂの各々が並列化されている。以下、主に第２実施形態との相違点について説明するが、第２実施形態と共通する要素については説明を省略又は簡略化することもある。
図９は、本実施形態に係る画素１１の平面模式図である。図９に示されているように、本実施形態では、第２実施形態における転送トランジスタＭ１Ａが２つの転送トランジスタＭ１Ａ－１、Ｍ１Ａ－２に並列化されている。転送トランジスタＭ１Ａ－１、Ｍ１Ａ－２は、光電変換部ＰＤＡの端部に沿って配されている。転送トランジスタＭ１Ａ－１、Ｍ１Ａ－２のゲート電極は、ビアＶ２及び接続配線ＷＡを介して短絡されている。同様に、本実施形態では、第２実施形態における転送トランジスタＭ１Ｂが２つの転送トランジスタＭ１Ｂ－１、Ｍ１Ｂ－２に並列化されている。転送トランジスタＭ１Ｂ－１、Ｍ１Ｂ－２は、光電変換部ＰＤＢの端部に沿って配されている。転送トランジスタＭ１Ｂ－１、Ｍ１Ｂ－２のゲート電極は、ビアＶ２及び接続配線ＷＢを介して短絡されている。
本実施形態の構成では、転送トランジスタが並列化されている。これにより、転送トランジスタのゲート幅を実効的に広げる効果が得られる。したがって、第２実施形態の構成に比べて、光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢからフローティングディフュージョンＦＤに電荷が転送される際の電荷転送が高速化される。したがって、本実施形態によれば、第２実施形態で述べた効果を有することに加えて、電荷転送を高速化し得る光電変換装置１が提供される。なお、本実施形態では、２つの転送トランジスタが並列接続された構成が採用されているが、３つ以上の転送トランジスタが並列接続されていてもよい。
［第４実施形態］
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）を参照しながら、第４実施形態について説明する。本実施形態では、第２実施形態の画素１１における転送トランジスタＭ１Ｃ、Ｍ１Ｄ及び光電変換部ＰＤＣ、ＰＤＤの各々が並列化されている。以下、主に第２実施形態との相違点について説明するが、第２実施形態と共通する要素については説明を省略又は簡略化することもある。
図１０（ａ）は、本実施形態に係る画素１１の平面模式図である。図１０（ａ）に示されているように、第２実施形態における光電変換部ＰＤＣが２つの光電変換部ＰＤＣ－１、ＰＤＣ－２に並列化されている。また、第２実施形態における転送トランジスタＭ１Ｃが２つの転送トランジスタＭ１Ｃ－１、Ｍ１Ｃ－２に並列化されている。転送トランジスタＭ１Ｃ－１、Ｍ１Ｃ－２のゲート電極は、ビアＶ２及び接続配線ＷＣを介して短絡されている。同様に、第２実施形態における光電変換部ＰＤＤが２つの光電変換部ＰＤＤ－１、ＰＤＤ－２に並列化されている。また、第２実施形態における転送トランジスタＭ１Ｄが２つの転送トランジスタＭ１Ｄ－１、Ｍ１Ｄ－２に並列化されている。転送トランジスタＭ１Ｄ－１、Ｍ１Ｄ－２のゲート電極は、ビアＶ２及び接続配線ＷＤを介して短絡されている。
図１０（ａ）に示されているように、光電変換部ＰＤＣ－１と光電変換部ＰＤＤ－２は、方向Ｄ１と方向Ｄ２の間の方向Ｄ３（第３方向）に沿った線分Ｄ－Ｄ’に対して、およそ線対称となるように配置されている。言い換えると、光電変換部ＰＤＣ－１と光電変換部ＰＤＤ－２は、方向Ｄ３に交差する方向Ｄ４に並ぶように配されている。また、光電変換部ＰＤＣ－２と光電変換部ＰＤＤ－１は、方向Ｄ４に沿った線分Ｅ－Ｅ’に対して、およそ線対称となるように配置されている。言い換えると、光電変換部ＰＤＣ－２と光電変換部ＰＤＤ－１は、方向Ｄ３に並ぶように配されている。
本実施形態の構成によれば、第２実施形態の構成に比べて、方向Ｄ３又は方向Ｄ４に沿って画素１１内に入射した光が、光電変換部ＰＤＣ－１、ＰＤＣ－２、ＰＤＤ－１、ＰＤＤ－２に入射しやすくなる。したがって、光電変換部ＰＤＣ－１、ＰＤＣ－２、ＰＤＤ－１、ＰＤＤ－２に蓄積された電荷に基づく信号を用いて信号処理を行うことで、方向Ｄ３又は方向Ｄ４における位相差検出を行うことができる。
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）と同一の平面模式図において、光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢとを含む領域Ｒ３を図示したものである。光電変換部ＰＤＣ－１、ＰＤＣ－２、ＰＤＤ－１、ＰＤＤ－２は、領域Ｒ３の外周の一部に沿うように配されている。これにより、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃ－１、Ｍ１Ｃ－２、Ｍ１Ｄ－１、Ｍ１Ｄ－２及びフローティングディフュージョンＦＤをいずれも画素１１の周辺部に配することが可能となる。これにより、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃ－１、Ｍ１Ｃ－２、Ｍ１Ｄ－１、Ｍ１Ｄ－２又はフローティングディフュージョンＦＤに入射される光量が、これらが画素１１の中央付近に配されている構成に比べて低減される。したがって、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃ－１、Ｍ１Ｃ－２、Ｍ１Ｄ－１、Ｍ１Ｄ－２又はフローティングディフュージョンＦＤに光が入射することに起因する信号損失を低減することができる。
本実施形態によれば、第２実施形態で述べた効果を有することに加えて、方向Ｄ３又は方向Ｄ４における位相差検出を行うことができる光電変換装置１が提供される。
［第５実施形態］
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）を参照しながら、第５実施形態について説明する。本実施形態では、第２実施形態の光電変換部ＰＤＣと光電変換部ＰＤＤが、方向Ｄ２に並ぶように変形されている。以下、主に第２実施形態との相違点について説明するが、第２実施形態と共通する要素については説明を省略又は簡略化することもある。
図１１（ａ）は、本実施形態に係る画素１１の平面模式図である。図１１（ａ）に示されているように、光電変換部ＰＤＣと光電変換部ＰＤＤは、方向Ｄ１に沿った線分Ｆ－Ｆ’に対して、およそ線対称となるように配されている。言い換えると、光電変換部ＰＤＣと光電変換部ＰＤＤは、方向Ｄ２に並ぶように配されている。本実施形態によれば、光電変換部ＰＤＣと光電変換部ＰＤＤに基づく２つの信号により、方向Ｄ２における位相差検出を行うことができる。
図１１（ｂ）は、図１１（ａ）と同一の平面模式図において、光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢとを含む領域Ｒ４を図示したものである。光電変換部ＰＤＣ、ＰＤＤは、領域Ｒ４の外周の一部に沿うように配されている。これにより、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃ、Ｍ１Ｄ及びフローティングディフュージョンＦＤをいずれも画素１１の周辺部に配することが可能となる。これにより、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃ、Ｍ１Ｄ又はフローティングディフュージョンＦＤに入射される光量が、これらが画素１１の中央付近に配されている構成に比べて低減される。したがって、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃ、Ｍ１Ｄ又はフローティングディフュージョンＦＤに光が入射することに起因する信号損失を低減することができる。
本実施形態によれば、第２実施形態で述べた効果を有することに加えて、方向Ｄ２における位相差検出を行うことができる光電変換装置１が提供される。
［第６実施形態］
図１２、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）を参照しながら、第６実施形態について説明する。本実施形態では、画素１１において１つのフローティングディフュージョンＦＤが８つの光電変換部に共有されている。以下、主に第５実施形態との相違点について説明するが、第５実施形態と共通する要素については説明を省略又は簡略化することもある。
図１２は、本実施形態に係る画素１１の回路図である。図１２に示されているように、画素１１は、２つの光電変換部群１６、１７を有している。光電変換部群１６は、光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ、ＰＤＣ、ＰＤＤ及び転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃ、Ｍ１Ｄを有している。これらの構成は、図６に示したものと同様であるため説明を省略する。
光電変換部群１７は、光電変換部ＰＤＥ、ＰＤＦ、ＰＤG、ＰＤＨ及び転送トランジスタＭ１Ｅ、Ｍ１Ｆ、Ｍ１Ｇ、Ｍ１Ｈを有している。光電変換部ＰＤＥ、ＰＤＦ、ＰＤG、ＰＤＨは、例えばフォトダイオードである。光電変換部ＰＤＥ、ＰＤＦ、ＰＤG、ＰＤＨのアノードは接地ノードに接続されている。光電変換部ＰＤＥ、ＰＤＦ、ＰＤG、ＰＤＨのカソードは、転送トランジスタＭ１Ｅ、Ｍ１Ｆ、Ｍ１Ｇ、Ｍ１Ｈのソースにそれぞれ接続されている。転送トランジスタＭ１Ｅ、Ｍ１Ｆ、Ｍ１Ｇ、Ｍ１Ｈのドレインは、フローティングディフュージョンＦＤのノードに接続されている。
その他の構成は図６と概ね同様であるため説明を省略する。このように、本実施形態では、２つの光電変換部群１６、１７が１つのフローティングディフュージョンＦＤを共有している。
図１３（ａ）は、本実施形態に係る画素１１の平面模式図である。図１３（ａ）に示されているように、光電変換部群１６の配置は、図１１（ａ）に示したものと、フローティングディフュージョンＦＤの近傍を除き概ね同様である。光電変換部群１７の配置は、光電変換部群１６と光電変換部群１７の方向Ｄ１に沿った境界線に対して、光電変換部群１６を鏡映反転したものである。すなわち、光電変換部群１６と光電変換部群１７は、光電変換部群１６と光電変換部群１７の方向Ｄ１に沿った境界線に対して、およそ線対称である。光電変換部群１６と光電変換部群１７の境界近傍において、その境界線上に配されているフローティングディフュージョンＦＤの半導体領域が２つの光電変換部群１６と光電変換部群１７に共有されている。
図１３（ｂ）は、本実施形態の比較例であり、第５実施形態の画素１１が、方向Ｄ１に沿って２個隣接して配置された構成を示している。２つの画素１１は、平行移動の位置関係となっている。
図１３（ｂ）の構成では、方向Ｄ２に沿った線分Ｇ－Ｇ’上の２つのフローティングディフュージョンＦＤの間に素子分離領域が配されている。これに対し、本実施形態の図１３（ａ）の構成では、方向Ｄ２に沿った線分Ｈ－Ｈ’間には、１つのフローティングディフュージョンＦＤが配されており、素子分離領域は配されていない。したがって、図１３（ｂ）の構成に比べて、本実施形態の図１３（ａ）の構成では、光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ、ＰＤＥ、ＰＤＦの方向Ｄ２における長さを長くすることができ、光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ、ＰＤＥ、ＰＤＦの面積を増大させることができる。したがって、光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ、ＰＤＥ、ＰＤＦの感度を、より向上させることができる。
本実施形態によれば、第５実施形態で述べた効果を有することに加えて、より感度が向上された光電変換装置１が提供される。
［第７実施形態］
図１４を参照しながら、第７実施形態について説明する。本実施形態は、第５実施形態の構成を裏面照射型に変形した構成である。以下、主に第５実施形態との相違点について説明するが、第５実施形態と共通する要素については説明を省略又は簡略化することもある。
本実施形態において、画素１１の平面構造は第５実施形態の図１１（ａ）と同様であるものとする。図１４は、本実施形態に係る画素１１の断面模式図である。図１４は、図１１（ａ）におけるＦ－Ｆ’間の断面を模式的に示している。半導体基板１００の内部には、Ｐ型半導体領域１０１、１０３、１０４、Ｎ型半導体領域１０２Ａ、１０２Ｂ及び素子分離領域１０８が配されている。素子分離領域１０８は、例えば、ＤＴＩ（Ｄｅｅｐ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）分離、Ｐ型の拡散層分離等により形成される。
半導体基板１００の第１面側には、配線層１２０が配されている。半導体基板１００の第２面側には、平坦化層、カラーフィルタ等を含み得る絶縁層１３０が配されている。絶縁層１３０の上には、マイクロレンズＭＬが配されている。すなわち、本実施形態の光電変換装置１は、配線層１２０とは反対側の面から光が入射される裏面照射型の構造を有している。入射光が配線層１２０内の配線によって反射されることなく光電変換部に入射するため、光電変換部の感度が向上し得る。
本実施形態によれば、第５実施形態で述べた効果を有することに加えて、より感度が向上された光電変換装置１が提供される。
［第８実施形態］
上述の実施形態における光電変換装置は種々の機器に適用可能である。機器として、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、カメラヘッド、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星、監視カメラ等があげられる。図１５に、機器の例としてデジタルスチルカメラのブロック図を示す。
図１５に示す機器７０は、バリア７０６、レンズ７０２、絞り７０４、撮像装置７００（光電変換装置の一例）を含む。また、機器７０は、更に、信号処理部（処理装置）７０８、タイミング発生部７２０、全体制御・演算部７１８（制御装置）、メモリ部７１０（記憶装置）、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部７１６、記録媒体７１４、外部Ｉ／Ｆ部７１２を含む。バリア７０６、レンズ７０２、絞り７０４の少なくとも１つは、機器に対応する光学装置である。バリア７０６はレンズ７０２を保護し、レンズ７０２は被写体の光学像を撮像装置７００に結像させる。絞り７０４はレンズ７０２を通った光量を可変にする。撮像装置７００は上述の実施形態のように構成され、レンズ７０２により結像された光学像を画像データ（画像信号）に変換する。信号処理部７０８は撮像装置７００より出力された撮像データに対し各種の補正、データ圧縮等を行う。タイミング発生部７２０は撮像装置７００及び信号処理部７０８に、各種タイミング信号を出力する。全体制御・演算部７１８はデジタルスチルカメラ全体を制御し、メモリ部７１０は画像データを一時的に記憶する。記録媒体制御Ｉ／Ｆ部７１６は記録媒体７１４に画像データの記録又は読み出しを行うためのインターフェースであり、記録媒体７１４は撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体である。外部Ｉ／Ｆ部７１２は外部コンピュータ等と通信するためのインターフェースである。タイミング信号等は機器の外部から入力されてもよい。また、更に機器７０は光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置（モニター、電子ビューファインダ等）を備えてもよい。機器は少なくとも光電変換装置を備える。更に、機器７０は、光学装置、制御装置、処理装置、表示装置、記憶装置、及び光電変換装置で得られた情報に基づいて動作する機械装置の少なくともいずれかを備える。機械装置は、光電変換装置の信号を受けて動作する可動部（たとえばロボットアーム）である。
それぞれの画素が、複数の光電変換部（第１の光電変換部と、第２の光電変換部）を含んでもよい。信号処理部７０８は、第１の光電変換部で生じた電荷に基づく画素信号と、第２の光電変換部で生じた電荷に基づく画素信号とを処理し、撮像装置７００から被写体までの距離情報を取得するように構成されてもよい。
［第９実施形態］
図１６（ａ）、図１６（ｂ）は、本実施形態における車載カメラに関する機器のブロック図である。機器８０は、上述した実施形態の撮像装置８００（光電変換装置の一例）と、撮像装置８００からの信号を処理する信号処理装置（処理装置）を有する。機器８０は、撮像装置８００により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部８０１と、機器８０より取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差算出部８０２を有する。また、機器８０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計測部８０３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８０４とを有する。ここで、視差算出部８０２、距離計測部８０３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、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部８０４はこれらの距離情報のいずれかを用いて、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）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）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。
機器８０は車両情報取得装置８１０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、機器８０には、衝突判定部８０４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ＥＣＵ８２０が接続されている。また、機器８０は、衝突判定部８０４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８３０とも接続されている。例えば、衝突判定部８０４の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ８２０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８３０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステム等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。機器８０は上述のように車両を制御する動作の制御を行う制御手段として機能する。
本実施形態では車両の周囲、例えば前方又は後方を機器８０で撮像する。図１６（ｂ）は、車両前方（撮像範囲８５０）を撮像する場合の機器を示している。撮像制御手段としての車両情報取得装置８１０が、撮像動作を行うように機器８０又は撮像装置８００に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。
上述では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御、車線からはみ出さないように自動運転する制御等にも適用可能である。更に、機器は、自動車等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機、人工衛星、産業用ロボット及び民生用ロボット等の移動体（移動装置）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）、監視システム等、広く物体認識又は生体認識を利用する機器に適用することができる。
［変形実施形態］
本発明は、上述の実施形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
本明細書の開示内容は、本明細書に記載した概念の補集合を含んでいる。すなわち、本明細書に例えば「ＡはＢである」旨（Ａ＝Ｂ）の記載があれば、「ＡはＢではない」旨（Ａ≠Ｂ）の記載を省略しても、本明細書は「ＡはＢではない」旨を開示又は示唆しているものとする。なぜなら、「ＡはＢである」旨を記載している場合には、「ＡはＢではない」場合を考慮していることが前提だからである。
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読み出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
なお、上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
１１ 画素
ＦＤ フローティングディフュージョン
Ｍ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃ 転送トランジスタ
ＭＬ マイクロレンズ
ＰＤＡ、ＰＤＢ、ＰＤＣ 光電変換部

Claims (20)

  1. 基板と、
    各々が前記基板に配され、入射光に基づく電荷を生成する、第１光電変換部、第２光電変換部及び第３光電変換部と、
    前記基板に、前記第１光電変換部、前記第２光電変換部及び前記第３光電変換部に共通に配されたマイクロレンズと、
    前記基板に配されたフローティングディフュージョンと、
    前記基板に配され、前記第１光電変換部で生成された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する第１転送トランジスタと、
    前記基板に配され、前記第２光電変換部で生成された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する第２転送トランジスタと、
    前記基板に配され、前記第３光電変換部で生成された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する第３転送トランジスタと、
    を有し、
    前記基板に対する平面視において、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部は第１方向に並ぶように配されており、
    前記第３光電変換部の感度は、前記第１光電変換部の感度と前記第２光電変換部の感度のいずれよりも低く、
    前記平面視において、前記第３光電変換部は、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部を含む１つの領域の外周の一部に沿うように配されている
    ことを特徴とする光電変換装置。
  2. 前記平面視において、前記第３光電変換部の面積は、前記第１光電変換部の面積と前記第２光電変換部の面積のいずれよりも小さい
    ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
  3. 前記第１光電変換部、前記第２光電変換部及び前記第３光電変換部の各々は、信号キャリアと同じキャリアを多数キャリアとする第１導電型の第１半導体領域と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体領域を含むフォトダイオードを有し、
    前記第３光電変換部における前記第１半導体領域の厚さは、前記第１光電変換部における前記第１半導体領域の厚さと前記第２光電変換部における前記第１半導体領域の厚さのいずれよりも薄い
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換装置。
  4. 前記第１光電変換部と前記第２光電変換部の間の前記基板に配された第１分離部と、
    前記第１光電変換部と前記第３光電変換部の間の前記基板に配された第２分離部と、
    前記第２光電変換部と前記第３光電変換部の間の前記基板に配された第３分離部と、
    を更に有し、
    前記第２分離部における不純物濃度は、前記第１分離部における不純物濃度よりも高く、
    前記第３分離部における不純物濃度は、前記第１分離部における不純物濃度よりも高い
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  5. 前記第３光電変換部の飽和電荷量は、前記第１光電変換部の飽和電荷量と前記第２光電変換部の飽和電荷量のいずれよりも少ない
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  6. 前記第１方向と直交する第２方向において、前記第３光電変換部の重心位置は、前記第１光電変換部の重心位置と前記第２光電変換部の重心位置のいずれとも異なる
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  7. 前記第１方向において、前記第３光電変換部の重心位置と前記第２光電変換部の重心位置の距離は、前記第３光電変換部の重心位置と前記第１光電変換部の重心位置の距離よりも大きい
    ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  8. 前記基板に配され、入射光に基づく電荷を生成する、第４光電変換部と、
    前記基板に配され、前記第４光電変換部で生成された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する第４転送トランジスタと、
    を更に有し、
    前記マイクロレンズは、前記第１光電変換部、前記第２光電変換部、前記第３光電変換部及び前記第４光電変換部に共通に配されている
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  9. 前記平面視において、前記第３光電変換部と前記第４光電変換部は前記第１方向に並ぶように配されている
    ことを特徴とする請求項８に記載の光電変換装置。
  10. 前記平面視において、前記第３光電変換部と前記第４光電変換部は前記第１方向と直交する第２方向に並ぶように配されている
    ことを特徴とする請求項８に記載の光電変換装置。
  11. 前記平面視において、前記第４光電変換部は、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部を含む１つの領域の外周の一部に沿うように配されている
    ことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  12. ２つの前記第３光電変換部と、
    ２つの前記第３光電変換部で生成された電荷を前記フローティングディフュージョンにそれぞれ転送する２つの前記第３転送トランジスタと、
    ２つの前記第４光電変換部と、
    ２つの前記第４光電変換部で生成された電荷を前記フローティングディフュージョンにそれぞれ転送する２つの前記第４転送トランジスタと、
    を有することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  13. ２つの前記第３光電変換部のうちの１つと、２つの前記第４光電変換部のうちの１つが、前記第１方向と交差する第３方向に並ぶように配されている
    ことを特徴とする請求項１２に記載の光電変換装置。
  14. 並列接続された２つの前記第１転送トランジスタと、
    並列接続された２つの前記第２転送トランジスタと、
    を有することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  15. 前記第１光電変換部、前記第２光電変換部、前記第３光電変換部、前記第１転送トランジスタ、前記第２転送トランジスタ及び前記第３転送トランジスタを各々が含む複数の画素を有し、
    前記複数の画素のうちの隣接する２つの画素に含まれる前記第１転送トランジスタ、前記第２転送トランジスタ及び前記第３転送トランジスタは、共通のフローティングディフュージョンに電荷を転送し、
    前記平面視において、前記共通のフローティングディフュージョンは、前記２つの画素の間に配されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  16. 前記基板は、第１面及び第２面を有し、
    前記第１転送トランジスタ、前記第２転送トランジスタ及び前記第３転送トランジスタに入力される制御信号を供給する配線が前記第１面の側に配されており、
    前記マイクロレンズは、前記第２面の側に配されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  17. 基板と、
    各々が前記基板に配され、入射光に基づく電荷を生成する、第１光電変換部、第２光電変換部及び第３光電変換部と、
    前記基板に、前記第１光電変換部、前記第２光電変換部及び前記第３光電変換部に共通に配されたマイクロレンズと、
    を有し、
    前記第３光電変換部の飽和電荷量は、前記第１光電変換部の飽和電荷量と前記第２光電変換部の飽和電荷量のいずれよりも少なく、
    前記基板に対する平面視において、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部は第１方向に並ぶように配されており、
    前記第１方向と直交する第２方向において、前記第３光電変換部の重心位置は、前記第１光電変換部の重心位置と前記第２光電変換部の重心位置のいずれとも異なる
    ことを特徴とする光電変換装置。
  18. 基板と、
    各々が前記基板に配され、入射光に基づく電荷を生成する、第１光電変換部、第２光電変換部及び第３光電変換部と、
    前記基板に、前記第１光電変換部、前記第２光電変換部及び前記第３光電変換部に共通に配されたマイクロレンズと、
    を有し、
    前記第３光電変換部の飽和電荷量は、前記第１光電変換部の飽和電荷量と前記第２光電変換部の飽和電荷量のいずれよりも少なく、
    前記基板に対する平面視において、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部は第１方向に並ぶように配されており、
    前記第１方向において、前記第３光電変換部の重心位置と前記第２光電変換部の重心位置の距離は、前記第３光電変換部の重心位置と前記第１光電変換部の重心位置の距離よりも大きい
    ことを特徴とする光電変換装置。
  19. 請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
    前記光電変換装置に対応した光学装置、
    前記光電変換装置を制御する制御装置、
    前記光電変換装置から出力された信号を処理する処理装置、
    前記光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置、
    前記光電変換装置で得られた情報を記憶する記憶装置、及び
    前記光電変換装置で得られた情報に基づいて動作する機械装置、の少なくともいずれかと、を備えることを特徴とする機器。
  20. 前記処理装置は、複数の光電変換部にて生成された画像信号をそれぞれ処理し、前記光電変換装置から被写体までの距離情報を取得する
    ことを特徴とする請求項１９に記載の機器。
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