JP7421532B2 - 光電変換装置及び発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光電変換装置及び発光装置に関する。
特許文献1には、光電変換部に蓄積された電荷に対応する信号を読み出す増幅トランジスタを有する固体撮像装置が開示されている。特許文献1には、複数の増幅トランジスタを並列接続して相互コンダクタンスを増大させることにより高フレームレート撮影を実現する技術が開示されている。
特開2016-5068号公報
トランジスタを有する装置において、性能向上のためにトランジスタの相互コンダクタンスの増大が要望される場合がある。その手法の一例としては、特許文献1に記載されているような複数のトランジスタを並列接続する手法が挙げられるが、この手法を適用することが適切でない場合もある。
そこで、本発明は、より性能が向上された光電変換装置及び発光装置を提供することを目的とする。
本発明の一観点によれば、基板と、入射光に応じた電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷が転送される浮遊拡散部と、前記基板に配され、複数の主電極と前記浮遊拡散部に接続されたゲートとを有し、前記浮遊拡散部の電位に応じた信号を前記複数の主電極のうちの少なくとも1つから出力するトランジスタと、を有し、前記基板に対する平面視において、前記ゲートは4つ以上の辺を有し、前記平面視において、前記複数の主電極は前記ゲートの3つ以上の辺に隣接し、前記複数の主電極は、前記浮遊拡散部の電位に応じた信号が出力される複数の第1主電極を有し、前記平面視において、前記複数の第1主電極の各々は、前記3つ以上の辺のうちの互いに異なる辺に隣接し、前記複数の主電極は、所定の電位が与えられる第2主電極を有し、前記平面視において、前記第2主電極は、前記3つ以上の辺のうちの1つの辺のみに隣接していることを特徴とする光電変換装置が提供される。
本発明の他の一観点によれば、基板と、発光素子と、前記基板に配され、複数の主電極とゲートとを有し、前記ゲートの電位に応じた電流を前記複数の主電極のうちの少なくとも1つから前記発光素子に供給するトランジスタと、を有し、前記基板に対する平面視において、前記ゲートは4つ以上の辺を有し、前記平面視において、前記複数の主電極は前記ゲートの3つ以上の辺に隣接し、前記複数の主電極は、所定の電位が与えられる第2主電極を有し、前記平面視において、前記第2主電極は、前記3つ以上の辺のうちの1つの辺のみに隣接していることを特徴とする発光装置が提供される。
本発明によれば、より性能が向上された光電変換装置及び発光装置が提供される。
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等価回路図である。 第1実施形態に係る画素の平面模式図である。 第1実施形態に係る増幅トランジスタの平面模式図である。 第1実施形態の変形例に係る増幅トランジスタの平面模式図である。 第1実施形態の他の変形例に係る増幅トランジスタの平面模式図である。 第1実施形態の他の変形例に係る増幅トランジスタの平面模式図である。 第1実施形態の他の変形例に係る増幅トランジスタの平面模式図である。 第1実施形態の他の変形例に係る増幅トランジスタの平面模式図である。 第1実施形態の他の変形例に係る増幅トランジスタの平面模式図である。 第2実施形態に係る画素の等価回路図である。 第2実施形態に係る画素の平面模式図である。 第3実施形態に係る機器のブロック図である。 第4実施形態に係る機器のブロック図である。 第5実施形態に係る発光装置の画素の等価回路図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。複数の図面にわたって同一の要素又は対応する要素には共通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がある。
以下に述べる第1実施形態及び第2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、他の装置にも適用可能である。他の装置の例としては、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は、本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。本実施形態の光電変換装置は、画素アレイ100、垂直走査回路101、列読み出し回路102、水平走査回路103、出力回路104及び制御回路105を有している。光電変換装置を構成する回路は、1又は複数の半導体基板に形成され得る。
画素アレイ100は、複数の行及び複数の列に渡って配された複数の画素20を有している。複数の画素20の各々は、入射光を光電変換して電荷を生成し、入射光に応じた信号を出力する。画素20上にはマイクロレンズ及びカラーフィルタが配置され得る。
画素アレイ100の各行には、第1の方向(図1におけるx方向)に延在して、複数の制御線30が配されている。複数の制御線30の各々は、第1の方向に並ぶ画素20にそれぞれ接続され、これら画素20に共通の信号線をなしている。制御線30が延在する第1の方向は、行方向又は水平方向と呼ぶことがある。制御線30は、垂直走査回路101に接続されている。
画素アレイ100の各列には、第1の方向と交差する第2の方向(図1においてy方向)に延在して、出力線40が配されている。出力線40の各々は、第2の方向に並ぶ画素20にそれぞれ接続され、これら画素20に共通の信号線をなしている。出力線40が延在する第2の方向は、列方向又は垂直方向と呼ぶことがある。出力線40の各々は、図2において後述する電流源41と列読み出し回路102とに接続されている。
制御回路105は、垂直走査回路101、列読み出し回路102及び水平走査回路103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105は、これらの回路の動作を制御する。
垂直走査回路101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101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、制御線30を介して制御信号を画素20に出力し、画素20から行ごとに順次信号を出力させる走査を行う。また、垂直走査回路101は、画素20における電荷の蓄積期間を制御する。
画素20で生成された信号は、対応する列の出力線40を介して列読み出し回路102に出力される。列読み出し回路102は、各列に対応する列回路を有する。列回路は、出力線40を介して入力された信号に対し、増幅、AD変換等の処理を行って、処理後の信号を列ごとに保持する。
水平走査回路103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103は、列読み出し回路102の複数の列回路を順次選択する。これにより、複数の列回路の各々は、保持している信号を、順次、出力回路104に出力する。出力回路104は、光電変換装置の外部に信号を所定の形式で出力する。
図2は、本実施形態に係る画素20の等価回路図である。以下の説明では、画素20内の光電変換部が蓄積する電荷が電子であるものとする。また、画素20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、光電変換部が蓄積する電荷が正孔であってもよく、この場合には、画素20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。つまり、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。
画素20は、光電変換部PD、転送トランジスタM1、リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4を有している。光電変換部PDは、例えばフォトダイオードである。光電変換部PDのアノードは接地ノードに接続されており、光電変換部PDのカソードは転送トランジスタM1のソースに接続されている。転送トランジスタM1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M1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、浮遊拡散部FDである。浮遊拡散部FDは、容量成分(浮遊拡散容量)を含み、電荷保持部としての機能を備える。浮遊拡散容量には、転送トランジスタM1から浮遊拡散部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。
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、出力線40に接続されている。
出力線40には、電流源41が接続されている。電流源41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。
図2の画素構成の場合、各行の制御線30は、転送トランジスタM1のゲートに接続された信号線と、リセットトランジスタM2のゲートに接続された信号線と、選択トランジスタM4のゲートに接続された信号線と、を含む。転送トランジスタM1のゲートには、垂直走査回路101から制御信号pTXが供給される。リセットトランジスタM2のゲートには、垂直走査回路101から制御信号pRESが供給される。選択トランジスタM4のゲートには、垂直走査回路101から制御信号pSELが供給される。同じ行の複数の画素20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20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101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101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PD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M1は、オンになることにより光電変換部PDが保持する電荷を浮遊拡散部FDに転送する。光電変換部PDから転送された電荷は、浮遊拡散部FDの容量(浮遊拡散容量)に保持される。その結果、浮遊拡散部FDは、浮遊拡散容量による電荷電圧変換によって、光電変換部PD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を出力線40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41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、浮遊拡散部FDの電位に基づく信号を、選択トランジスタM4を介して出力線40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、浮遊拡散部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)の浮遊拡散部FDへの供給を制御することにより浮遊拡散部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浮遊拡散部FDを電圧VDDに応じた電圧にリセットする。
なお、図2においては、1つの選択トランジスタM4を介して対応する出力線40に信号が出力される構成を示しているが、選択トランジスタM4及び出力線40の構成はこれに限られない。例えば、1つの画素20に対して複数の選択トランジスタM4と複数の出力線40が配される構成において、複数の選択トランジスタM4を個別に制御することにより、信号を出力する出力線40を選択可能な構成が採用されてもよい。
図3は、本実施形態に係る画素20の平面模式図である。図3には、基板に対する平面視における、光電変換部PD、浮遊拡散部FD、各トランジスタのゲート、ソース、ドレインの配置が示されている。図3に示されているゲート21、22、23、24は、それぞれ、転送トランジスタM1、リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4のゲート電極の配置を示している。
図3に示されているように、画素20の中央付近には光電変換部PDが配されている。光電変換部PDよりも外側には浮遊拡散部FDが配されており、光電変換部PDと浮遊拡散部FDの間にはゲート21が配されている。光電変換部PDに対して浮遊拡散部FDとは反対側にゲート22、23、24が並んで配されている。
なお、図3のレイアウトにおいて、増幅トランジスタM3と選択トランジスタM4は、同一のアクティブ領域上に形成されているが、これに限られない。複数のアクティブ領域の間には、素子分離領域が形成されているものとする。
図4は、本実施形態に係る増幅トランジスタM3の平面模式図である。言い換えると、図4は、図3における増幅トランジスタM3を拡大して示したものである。増幅トランジスタM3は、1つのゲート23、1つのドレイン25及び2つのソース26a、26bを有している。図4に示されているように、ゲート23は4つの辺S1、S2、S3、S4を有する四角形をなしている。ドレイン25は、辺S3に隣接している。ソース26aは辺S2に隣接しており、ソース26bは、辺S4に隣接している。このように、互いに向かい合う2つの辺S2、S4にソース26a、26bが隣接しており、辺S2、S4とは互いに向かい合わない辺S3にドレイン25が隣接している。以上のように、本実施形態では、増幅トランジスタM3は、1つのゲート23に対して2つのソース26a、26bのノードを有している。これらの2つのソース26a、26bのノードは、例えばコンタクトプラグ及び金属配線を介して電気的に接続されていてもよい。しかしながら、2つのソース26a、26bのノードは、電気的に独立していてもよい。
以上のように、本実施形態の増幅トランジスタM3においては、平面視において、ゲート23は4つの辺S1、S2、S3、S4を有している。そして、2つのソース26a、26b(複数の第1主電極)及びドレイン25(第2主電極)を含む複数の主電極は、ゲート23の3つの辺S2、S3、S4に隣接している。以下、増幅トランジスタM3がこのような構成を有することによる効果について説明する。
高フレームレート撮影を実現するためには、増幅トランジスタM3の動作の高速化が要求される。高速化を実現するための手法の1つとして、増幅トランジスタM3の相互コンダクタンスgmを増大させる手法が挙げられる。増幅トランジスタM3の相互コンダクタンスgmは、ゲート長Lを短くするか、又はゲート幅Wを広くすることにより増大する。
一般的に、増幅トランジスタM3のランダムノイズは、増幅トランジスタM3のゲート長Lとゲート幅Wの積に反比例する。そのため、増幅トランジスタM3のゲート長Lを短くした場合、増幅トランジスタM3のランダムノイズが増大する。
一方、増幅トランジスタM3のゲート幅Wを広くした場合、ゲート23の面積の確保のために増幅トランジスタM3の近傍に配されている光電変換部PDの領域の面積を小さくする必要が生じる場合があり、これにより、画素20の飽和信号量が減少し得る。
このように、相互コンダクタンスgmを大きくするために、増幅トランジスタM3のゲート長Lを短くするか、又はゲート幅Wを広くする設計を採用すると、出力される信号の品質が劣化する可能性がある。
これに対して、本実施形態では、増幅トランジスタM3の2つのソース26a、26bがゲート23の2つの辺S2、S4に隣接するように構成されている。このように、ゲート23の2つ以上の辺にソース26a、26bを配することにより、増幅トランジスタM3のゲート幅Wを広げた状態と等価な状態が実現される。これにより、相互コンダクタンスgmが増大する。しかしながら、増幅トランジスタM3のゲート23の実寸法の観点では、ゲート長Lを短くすることも、ゲート幅Wを広くすることもしていないため、上述のような信号品質の劣化は生じにくい。以上のように、増幅トランジスタM3のゲート幅Wを実効的に広げつつ、実際の寸法は変えていない状態が実現されるため、信号品質と相互コンダクタンスgmとを両立することができる。したがって、本実施形態によれば、より性能が向上された光電変換装置を提供することができる。
また、光電変換装置のS/N比を上げるための一手法として、浮遊拡散部FDの寄生容量を低減することにより光電変換効率を向上させ、出力信号に重畳するランダムノイズを低減させる方法がある。したがって、浮遊拡散部FDの寄生容量は、ランダムノイズの低減によるS/N比の向上の観点から、低減されていることが望ましい。
増幅トランジスタの相互コンダクタンスgmを増大させる別の手法として、増幅トランジスタのゲート幅Wを広くすること、又は複数の増幅トランジスタを並列に接続するといった手法も考えられる。これらの手法を採用する場合、浮遊拡散部FDと増幅トランジスタM3のゲート23との間に生じる寄生容量が大きなものとなり得る。この寄生容量によって浮遊拡散部FDの容量が大きくなると、光電変換効率が低下し、出力信号に重畳されるランダムノイズが増大し得る。
これに対し、本実施形態の光電変換装置では、ドレイン25はゲート23の1つの辺のみに隣接しており、実効的に増幅トランジスタM3のドレイン25のゲート幅Wを狭くした状態と等価な状態が実現される。これにより、電圧VDDが供給される電源電圧ノードと増幅トランジスタM3のゲート23との間の寄生容量を低減することができる。したがって、浮遊拡散部FDの容量が低減され、光電変換効率が向上するため、出力信号に重畳されるランダムノイズが低減される効果が得られる。
増幅トランジスタM3のレイアウトは、図3及び図4に示されているものに限られない。以下では、図5から図10を参照しつつ、増幅トランジスタM3のレイアウトの変形例を説明する。
図5は、本実施形態の変形例に係る増幅トランジスタM3の平面模式図である。増幅トランジスタM3は、1つのゲート23、1つのドレイン25及び2つのソース26a、26bを有している。図5に示されているように、ゲート23は4つの辺S1、S2、S3、S4を有する四角形をなしている。ドレイン25は、辺S3に隣接している。ソース26aは辺S2に隣接しており、ソース26bは、辺S1に隣接している。このように、互いに向かい合わない2つの辺S2、S1にソース26a、26bが隣接しており、辺S1と互いに向かい合う辺S3にドレイン25が隣接している。以上のように、本変形例においても、増幅トランジスタM3は、1つのゲート23に対して2つのソース26a、26bのノードを有している。この2つのソース26a、26bのノードは、例えばコンタクトプラグ及び金属配線を介して電気的に接続されていてもよい。しかしながら、2つのソース26a、26bのノードは、電気的に独立していてもよい。本変形例においても、図4に示されている構成と同様の効果が得られる。このように、2つのソース26a、26bが隣接するゲート23の辺の位置は図4に示すものに限られない。
図6は、本実施形態の他の変形例に係る増幅トランジスタM3の平面模式図である。増幅トランジスタM3は、1つのゲート23、1つのドレイン25及び1つのソース26を有している。図6に示されているように、ゲート23は4つの辺S1、S2、S3、S4を有する四角形をなしている。ドレイン25は、辺S3に隣接している。ソース26は、辺S1及び辺S2に隣接している。このように、互いに向かい合わない2つの辺S1、S2にソース26が隣接しており、辺S1と互いに向かい合い、かつ、辺S2とは互いに向かい合わない辺S3にドレイン25が隣接している。以上のように、本変形例においては、増幅トランジスタM3は、1つのゲート23に対して2辺に隣接したソース26のノードを有している。本変形例においても、図4に示されている構成と同様の効果が得られる。このように、本実施形態の増幅トランジスタM3は、1つのソース26がゲート23の2つ以上の辺に隣接する構成であってもよい。
図7は、本実施形態の他の変形例に係る増幅トランジスタM3の平面模式図である。増幅トランジスタM3は、1つのゲート23、1つのドレイン25及び3つのソース26a、26b、26cを有している。図7に示されているように、ゲート23は4つの辺S1、S2、S3、S4を有する四角形をなしている。ドレイン25は、辺S3に隣接している。ソース26aは辺S2に隣接しており、ソース26bは、辺S4に隣接しており、ソース26cは辺S1に隣接している。このように、互いに向かい合う2つの辺S2、S4にソース26a、26bが隣接しており、これらの辺とは互いに向かい合わない辺S1にソース26cが隣接している。また、辺S1と互いに向かい合う辺S3にドレイン25が隣接している。以上のように、本変形例においては、増幅トランジスタM3は、1つのゲート23に対して3つのソース26a、26b、26cのノードを有している。この3つのソース26a、26b、26cのノードは、例えばコンタクトプラグ及び金属配線を介して電気的に接続されていてもよい。しかしながら、2つのソース26a、26bのノードは、電気的に独立していてもよい。本変形例においても、図4に示されている構成と同様の効果が得られる。このように、ソースが隣接するゲート23の辺の個数は、図4のような2つには限られず、3つ以上であってもよい。
図8は、本実施形態の他の変形例に係る増幅トランジスタM3の平面模式図である。増幅トランジスタM3は、1つのゲート23、1つのドレイン25及び1つのソース26を有している。図8に示されているように、ゲート23は4つの辺S1、S2、S3、S4を有する四角形をなしている。ドレイン25は、辺S3に隣接している。ソース26は、辺S1、辺S2及び辺S4に隣接している。このように、3つの辺S1、S2、S4にソース26が隣接しており、辺S1と互いに向かい合い、かつ、辺S2、S4とは互いに向かい合わない辺S3にドレイン25が隣接している。以上のように、本変形例においては、増幅トランジスタM3は、1つのゲート23に対して3辺に隣接したソース26のノードを有している。本変形例においても、図4に示されている構成と同様の効果が得られる。このように、本実施形態の増幅トランジスタM3は、1つのソース26がゲート23の3つ以上の辺に隣接する構成であってもよい。
図9は、本実施形態の他の変形例に係る増幅トランジスタM3の平面模式図である。増幅トランジスタM3は、1つのゲート23、1つのドレイン25及び1つのソース26を有している。図9に示されているように、ゲート23は6つの辺S1、S2、S3、S4、S5、S6を有する六角形をなしている。ドレイン25は、辺S3に隣接している。ソース26は、辺S1、S2、S4、S5、S6に隣接している。このように、5つの辺S1、S2、S4、S5、S6にソース26が隣接しており、辺S1と互いに向かい合い、かつ、辺S2、S4、S5、S6とは互いに向かい合わない辺S3にドレイン25が隣接している。以上のように、本変形例においては、増幅トランジスタM3は、1つのゲート23に対して5辺に隣接したソース26のノードを有している。本変形例においても、図4に示されている構成と同様の効果が得られる。このように、本実施形態の増幅トランジスタM3は、4つよりも多い辺を有する多角形であってもよく、1つのソース26がゲート23の4つよりも多い辺に隣接する構成であってもよい。
図10は、本実施形態の他の変形例に係る増幅トランジスタM3の平面模式図である。増幅トランジスタM3は、1つのゲート23、1つのドレイン25及び1つのソース26を有している。図10に示されているように、ゲート23は6つの辺S1、S2、S3、S4、S5、S6を有する六角形をなしている。ドレイン25は、辺S3に隣接している。ソース26は、辺S1、辺S5、辺S6に隣接している。このように、3つの辺S1、S5、S6にソース26が隣接しており、辺S1と互いに向かい合い、かつ、辺S2、S4とは互いに向かい合わない辺S3にドレイン25が隣接している。以上のように、本変形例においては、増幅トランジスタM3は、1つのゲート23に対して3辺に隣接したソース26のノードを有している。本変形例においても、図4に示されている構成と同様の効果が得られる。このように、本実施形態の増幅トランジスタM3は、4つよりも多い辺を有する多角形であり、かつ1つのソース26がゲート23の4つよりも少ない辺に隣接する構成であってもよい。
[第2実施形態]
本実施形態に係る光電変換装置について説明する。第1実施形態と同様の構成要素には同一の符号が付されており、これらの構成要素についての説明は省略又は簡略化されることがある。
図11は、本実施形態に係る画素20の等価回路図である。図11に示されているように、画素20は、光電変換部PDA、PDB、PDC、PDD、転送トランジスタM1A、M1B、M1C、M1D、リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4を有している。光電変換部PDA、PDB、PDC、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PDA、PDB、PDC、PDDのカソードは、転送トランジスタM1A、M1B、M1C、M1D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、M1Dのドレインは、浮遊拡散部FDに接続されている。転送トランジスタM1A、M1B、M1C、M1Dのゲートには、垂直走査回路101から制御信号pTXA、pTXB、pTXC、pTXDがそれぞれ供給される。
本実施形態においては、4つの転送トランジスタM1A、M1B、M1C、M1Dから1つの浮遊拡散部FDに電荷が転送され得る。これにより、リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4は、4つの光電変換部PDA、PDB、PDC、PDDに共有されている。
図12は、本実施形態に係る画素20の平面模式図である。図12には、基板に対する平面視における、光電変換部PDA、PDB、PDC、PDD、浮遊拡散部FD、各トランジスタのゲート、ソース、ドレインの配置が示されている。図12に示されているゲート21A、21B、21C、21Dは、それぞれ、転送トランジスタM1A、M1B、M1C、M1Dのゲート電極の配置を示している。図12に示されているゲート22、23、24は、それぞれ、リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4のゲート電極の配置を示している。
図12に示されているように、4つの光電変換部PDA、PDB、PDC、PDDは2行及び2列をなすように配されている。4つの光電変換部PDA、PDB、PDC、PDDの中心付近には、浮遊拡散部FDが配されている。ゲート21A、21B、21C、21Dは、それぞれ、光電変換部PDA、PDB、PDC、PDDと浮遊拡散部FDの間に配されている。リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4の配置は図3と同様である。
増幅トランジスタM3におけるゲート、ソース、ドレインの配置には、図4から図10の構成のいずれも適用可能である。すなわち、第1実施形態と同様に、増幅トランジスタM3においては、ソースがゲート23の複数の辺に隣接するように構成されている。したがって、本実施形態においても第1実施形態と同様に、より性能が向上された光電変換装置を提供することができる。
なお、本実施形態においては、2行及び2列をなすように配された4つの光電変換部が1つの浮遊拡散部FDを共有する構成を例示しているが、これに限られない。光電変換部の個数、配列等は適宜変更可能である。
図11及び図12に示している構成において、1つのマイクロレンズに対して、1つの浮遊拡散部FDを共有する複数の光電変換部が対応するように配されていてもよい。この構成においては、1つのマイクロレンズを透過した光が、複数の光電変換部に入射する。複数の光電変換部に蓄積された信号を用いることにより、位相差検出方式の焦点検出を行うことができる。この焦点検出のための信号処理は、光電変換装置を備える光電変換システム内の信号処理部等で行われ得る。
[第3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13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13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ー等)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4実施形態]
図14(a)、図14(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14(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。
[第5実施形態]
第1実施形態及び第2実施形態において述べた増幅トランジスタM3の構造は、撮像装置以外の装置にも適用可能である。本実施形態では、増幅トランジスタM3と同様の構造を有するトランジスタを発光装置に適用した例について述べる。第1実施形態と同様の構成要素には同一の符号が付されており、これらの構成要素についての説明は省略又は簡略化されることがある。
本実施形態の発光装置は、画像の表示装置、電子機器の表示部、照明装置等に用いられ得る。表示装置の例としては、例えば、テレビジョン受信機、PCモニタ等が挙げられる。電子機器の例としては、スマートフォン、携帯電話、カメラ等が挙げられる。電子機器がカメラである場合には、本実施形態の発光装置はカメラの電子ビューファインダー等の表示部に適用され得る。
図15は、本実施形態に係る発光装置の画素50の等価回路図である。本実施形態の画素50は、発光装置における発光部の一単位である。表示装置において、画素50は、1つであってもよく、一列に配されていてもよく、複数の行及び複数の列をなすように配されていてもよい。
画素50は、選択トランジスタM5、駆動トランジスタM6及び発光素子LDを有している。各トランジスタはP型のMOSトランジスタであるものとするが、N型のMOSトランジスタであってもよい。
発光素子LDは、例えば、有機発光ダイオード等の発光ダイオードである。発光素子LDのカソードは、接地ノードに接続されており、発光素子LDのアノードは駆動トランジスタM6のドレインに接続されている。駆動トランジスタM6のソースは、電圧VDDが供給される電源電圧ノードに接続されている。駆動トランジスタM6のゲートは、選択トランジスタM5のドレインに接続されている。選択トランジスタM5のソースは、信号線51に接続されている。信号線51は、不図示の信号出力回路に接続されている。
信号出力回路は、発光素子LDの輝度に対応する電圧を信号線51に供給する。選択トランジスタM5のゲートには、不図示の走査回路から制御信号pSCが入力される。この制御信号pSCに応じて選択トランジスタM5がオンになると、信号線51の電圧に応じた電圧が駆動トランジスタM6のゲートに印加される。これにより、駆動トランジスタM6を電流が流れ、発光素子LDのアノード-カソード間の容量に電圧が充電されることにより、発光素子LDが信号線51の電圧に応じた輝度で発光する。
ここで、駆動トランジスタM6におけるゲート、ソース、ドレインの配置には、図4から図10の構成のいずれも適用可能である。すなわち、第1実施形態の増幅トランジスタM3と同様に、駆動トランジスタM6は、複数のソースがゲート23の複数の辺に隣接するように構成されている。これにより、相互コンダクタンスgmを増大させることができ、より性能が向上された発光装置を提供することができる。
また、駆動トランジスタM6のドレインのゲート幅Wを狭くした状態と等価な状態が実現されるため、駆動トランジスタM6がオフのときのドレイン電流を低減することができ、発光装置のオン時とオフ時のコントラスト比を向上させる効果が得られる。
[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、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。
23 ゲート
25 ドレイン
26a、26b ソース
FD 浮遊拡散部
M3 増幅トランジスタ
PD 光電変換部

Claims (20)

  1. 基板と、
    入射光に応じた電荷を生成する光電変換部と、
    前記光電変換部で生成された電荷が転送される浮遊拡散部と、
    前記基板に配され、複数の主電極と前記浮遊拡散部に接続されたゲートとを有し、前記浮遊拡散部の電位に応じた信号を前記複数の主電極のうちの少なくとも1つから出力するトランジスタと、
    を有し、
    前記基板に対する平面視において、前記ゲートは4つ以上の辺を有し、
    前記平面視において、前記複数の主電極は前記ゲートの3つ以上の辺に隣接し、
    前記複数の主電極は、前記浮遊拡散部の電位に応じた信号が出力される複数の第1主電極を有し、
    前記平面視において、前記複数の第1主電極の各々は、前記3つ以上の辺のうちの互いに異なる辺に隣接し
    前記複数の主電極は、所定の電位が与えられる第2主電極を有し、
    前記平面視において、前記第2主電極は、前記3つ以上の辺のうちの1つの辺のみに隣接している
    ことを特徴とする光電変換装置。
  2. 前記平面視において、前記複数の第1主電極のうちの2つの第1主電極の中心同士を結ぶ直線と、前記2つの第1主電極のうちの1つの第1主電極の中心と前記第2主電極の中心とを結ぶ直線と、がなす角は鋭角である
    ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置
  3. 基板と、
    入射光に応じた電荷を生成する光電変換部と、
    前記光電変換部で生成された電荷が転送される浮遊拡散部と、
    前記基板に配され、複数の主電極と前記浮遊拡散部に接続されたゲートとを有し、前記浮遊拡散部の電位に応じた信号を前記複数の主電極のうちの少なくとも1つから出力するトランジスタと、
    を有し、
    前記基板に対する平面視において、前記ゲートは4つ以上の辺を有し、
    前記平面視において、前記複数の主電極は前記ゲートの3つ以上の辺に隣接し、
    前記複数の主電極は、前記浮遊拡散部の電位に応じた信号が出力される複数の第1主電極を有し、
    前記平面視において、前記複数の第1主電極の各々は、前記3つ以上の辺のうちの互いに異なる辺に隣接し、
    前記複数の主電極は、所定の電位が与えられる第2主電極を有し、
    前記平面視において、前記複数の第1主電極のうちの2つの第1主電極の中心同士を結ぶ直線と、前記2つの第1主電極のうちの1つの第1主電極の中心と前記第2主電極の中心とを結ぶ直線と、がなす角は鋭角である
    ことを特徴とする光電変換装置
  4. 前記複数の第1主電極の各々は、コンタクトプラグを有する
    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. 前記複数の第1主電極は、配線により互いに電気的に接続されている
    ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の光電変換装置。
  6. 基板と、
    入射光に応じた電荷を生成する光電変換部と、
    前記光電変換部で生成された電荷が転送される浮遊拡散部と、
    前記基板に配され、複数の主電極と前記浮遊拡散部に接続されたゲートとを有し、前記浮遊拡散部の電位に応じた信号を前記複数の主電極のうちの少なくとも1つから出力するトランジスタと、
    を有し、
    前記基板に対する平面視において、前記ゲートは4つ以上の辺を有し、
    前記平面視において、前記複数の主電極は前記ゲートの3つ以上の辺に隣接し、
    前記複数の主電極は、前記浮遊拡散部の電位に応じた信号が出力される複数の第1主電極を有し、
    前記複数の第1主電極の各々は、コンタクトプラグを有し、
    前記複数の第1主電極は、配線により互いに電気的に接続され
    前記複数の主電極は、所定の電位が与えられる第2主電極を有し、
    前記平面視において、前記第2主電極は、前記3つ以上の辺のうちの1つの辺のみに隣接している
    ことを特徴とする光電変換装置。
  7. 前記平面視において、前記複数の第1主電極のうちの2つの第1主電極の中心同士を結ぶ直線と、前記2つの第1主電極のうちの1つの第1主電極の中心と前記第2主電極の中心とを結ぶ直線と、がなす角は鋭角である
    ことを特徴とする請求項6に記載の光電変換装置
  8. 前記平面視において、前記複数の第1主電極の各々は、前記3つ以上の辺のうちの互いに異なる辺に隣接している
    ことを特徴とする請求項またはに記載の光電変換装置。
  9. 基板と、
    入射光に応じた電荷を生成する光電変換部と、
    前記光電変換部で生成された電荷が転送される浮遊拡散部と、
    前記基板に配され、複数の主電極と前記浮遊拡散部に接続されたゲートとを有し、前記浮遊拡散部の電位に応じた信号を前記複数の主電極のうちの少なくとも1つから出力するトランジスタと、
    を有し、
    前記複数の主電極は、前記浮遊拡散部の電位に応じた信号が出力される複数の第1主電極を有し、
    前記複数の第1主電極の各々は、コンタクトプラグを有し、
    前記複数の第1主電極は、配線により互いに電気的に接続され、
    前記複数の主電極は、所定の電位が与えられる第2主電極を有し、
    前記基板に対する平面視において、前記複数の第1主電極のうちの2つの第1主電極の中心同士を結ぶ直線と、前記2つの第1主電極のうちの1つの第1主電極の中心と前記第2主電極の中心とを結ぶ直線と、がなす角は鋭角である
    ことを特徴とする光電変換装置
  10. 前記複数の第1主電極は、互いに電気的に独立している
    ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の光電変換装置。
  11. 前記複数の第1主電極のうちの1つが、前記3つ以上の辺のうちの2つ以上の辺に隣接している
    ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の光電変換装置。
  12. 前記平面視において、前記複数の第1主電極同士を通過する全ての仮想線で定義された領域の外部に、前記第2主電極は配される
    ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の光電変換装置
  13. 前記所定の電位は電源電位である
    ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の光電変換装置。
  14. 前記浮遊拡散部には、複数の前記光電変換部から電荷が転送される
    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. 請求項1乃至14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。
  16. 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15に記載の機器。
  17. 基板と、
    発光素子と、
    前記基板に配され、複数の主電極とゲートとを有し、前記ゲートの電位に応じた電流を前記複数の主電極のうちの少なくとも1つから前記発光素子に供給するトランジスタと、
    を有し、
    前記基板に対する平面視において、前記ゲートは4つ以上の辺を有し、
    前記平面視において、前記複数の主電極は前記ゲートの3つ以上の辺に隣接し
    前記複数の主電極は、所定の電位が与えられる第2主電極を有し、
    前記平面視において、前記第2主電極は、前記3つ以上の辺のうちの1つの辺のみに隣接している
    ことを特徴とする発光装置。
  18. 前記複数の主電極は、前記ゲートの電位に応じた電流を前記発光素子に供給する複数の第1主電極を有し、前記平面視において、前記複数の第1主電極のうちの2つの第1主電極の中心同士を結ぶ直線と、前記2つの第1主電極のうちの1つの第1主電極の中心と前記第2主電極の中心とを結ぶ直線と、がなす角は鋭角である
    ことを特徴とする請求項17に記載の発光装置
  19. 基板と、
    発光素子と、
    前記基板に配され、複数の主電極とゲートとを有し、前記ゲートの電位に応じた電流を前記複数の主電極のうちの少なくとも1つから前記発光素子に供給するトランジスタと、
    を有し、
    前記基板に対する平面視において、前記ゲートは4つ以上の辺を有し、
    前記平面視において、前記複数の主電極は前記ゲートの3つ以上の辺に隣接し、
    前記複数の主電極は、前記ゲートの電位に応じた電流を前記発光素子に供給する複数の第1主電極を有し、
    前記複数の主電極は、所定の電位が与えられる第2主電極を有し、
    前記平面視において、前記複数の第1主電極のうちの2つの第1主電極の中心同士を結ぶ直線と、前記2つの第1主電極のうちの1つの第1主電極の中心と前記第2主電極の中心とを結ぶ直線と、がなす角は鋭角である
    ことを特徴とする発光装置
  20. 前記平面視において、前記複数の第1主電極の各々は、前記3つ以上の辺のうちの互いに異なる辺に隣接している
    ことを特徴とする請求項18または19に記載の発光装置
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