KR20220047767A - 촬상 소자 및 거리 측정 장치 - Google Patents

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KR20220047767A
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KR1020227004562A
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유스케 오타케
토시후미 와카노
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소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 촬상 소자는, 광전 변환을 행하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부에 의해 얻어진 전하를 축적하는 복수의 전하 축적부와, 상기 광전 변환부로부터 상기 복수의 전하 축적부 각각에 전하를 전송하는 복수의 전송부를 구비하고, 상기 전하 축적부 각각은 상기 복수의 전송부 중 대응하는 하나의 전송부에 포함된 트랜지스터의 제1 게이트와, 상기 제1 게이트와 평행한 위치에 마련된 제2 게이트 사이에 마련되어 있다.

Description

촬상 소자 및 거리 측정 장치
본 기술은 촬상 소자 및 거리 측정 장치에 관한 것으로, 예를 들면, 거리 측정 장치에 이용하기 알맞은 촬상 소자 및 거리 측정 장치에 관한 것이다.
[우선권 주장]
본 출원은 2019년 8월 22일 출원된 JP2019-151755호를 우선권으로 주장하며 그 전체 내용은 여기에 참고로 원용된다.
근래, 반도체 기술의 진보에 의해, 물체까지의 거리를 측정하는 거리 측정 모듈의 소형화가 진행되어 있다. 이에 의해, 예를 들면, 통신 기능을 구비한 소형의 정보 처리 장치인, 이른바 스마트폰 등의 모바일 단말에 거리 측정 모듈을 탑재하는 것이 실현되어 있다.
일반적으로, 거리 측정 모듈에서의 거리 측정 방법으로서는, TOF(Time of Flight) 방식 및 Structured Light 방식의 2종류가 있다. ToF 방식에서는, 광을 물체를 향하여 조사하여 물체의 표면에서 반사해 오는 광을 검출하고, 그 광의 비행 시간을 측정한 측정치에 의거하여 물체까지의 거리가 산출된다. Structured Light 방식에서는, 패턴 광을 물체를 향하여 조사하고, 물체의 표면에서의 패턴의 왜곡을 촬상한 화상에 의거하여 물체까지의 거리가 산출된다.
ToF 방식에 의해 대상물까지의 거리를 측정하는 반도체 검출 소자가 알려져 있다. ToF 방식의 반도체 검출 소자에서는, 광원으로부터 조사된 광이 대상물에 닿아 반사된 반사광이 포토 다이오드에서 광전 변환된다. 광전 변환에 의해 생성된 신호 전하는, 교대로 구동되는 한 쌍의 게이트 전극에 의해 2개의 FD(플로팅 디퓨전)에 배분된다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 특개2009-8537호 공보
광전 변환에 의해 생성된 신호 전하가, 교대로 구동되는 한 쌍의 게이트 전극에 의해 2개의 FD에 배분되는 구성의 반도체 검출 소자인 경우, 2개의 FD의 각각의 신호량을 판독하고, 그 차분을 정확하게 판독할 필요가 있다. 2개의 FD의 용량이 다른 경우, 2개의 FD로부터의 신호량의 차분이 정확하게 판독될 수 없을 가능성이 있다.
따라서, 반도체 검출 소자는, 2개의 FD의 용량이 동등해지는 구조로 되는 것이 요망되고 있다.
이와 같은 상황을 감안하여, 복수의 FD의 용량이 동등해지는 구조를 마련하는 것이 바람직하다.
본 기술의 한 측면의 제1 촬상 소자는, 광전 변환을 행하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부에 의해 얻어진 전하를 축적하는 복수의 전하 축적부와, 상기 광전 변환부로부터 상기 복수의 전하 축적부 각각에 전하를 전송하는 복수의 전송부를 구비하고, 상기 전하 축적부 각각은 상기 복수의 전송부 중 대응하는 하나의 전송부에 포함된 트랜지스터의 제1 게이트와, 상기 제1 게이트와 평행한 위치에 마련된 제2 게이트 사이에 마련되어 있다.
본 기술의 한 측면의 제2 촬상 소자는, 광전 변환을 행하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부에 의해 얻어진 전하를 축적하는 복수의 전하 축적부와, 상기 광전 변환부로부터 상기 복수의 전하 축적부 각각에 전하를 전송하는 복수의 전송부와, 상기 복수의 전송부 중 대응하는 하나의 전송부에 포함된 트랜지스터의 게이트와 평행하게 마련되어 있는 트렌치를 구비하고, 상기 전하 축적부 각각은 상기 게이트와 상기 트렌치 사이에 마련되어 있다.
본 기술의 한 측면의 거리 측정 장치는, 조사광을 발광하는 발광부와, 상기 조사광이 대상물에서 반사한 반사광을 수광하는 수광부와, 상기 조사광의 발광으로부터 상기 반사광의 수광까지의 시간에 의거하여, 상기 대상물까지의 거리를 산출하는 산출부를 구비하고, 상기 수광부에 배치되어 있는 촬상 소자는, 광전 변환을 행하는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부에 의해 얻어진 전하를 축적하는 복수의 전하 축적부와, 상기 광전 변환부로부터 상기 복수의 전하 축적부 각각에 전하를 전송하는 복수의 전송부를 구비하고, 상기 전하 축적부 각각은 상기 복수의 전송부 중 대응하는 하나의 전송부에 포함된 트랜지스터의 제1 게이트와, 상기 제1 게이트와 평행한 위치에 마련된 제2 게이트 사이에 마련되어 있다.
본 기술의 한 측면의 제1 촬상 소자에서는, 광전 변환을 행하는 광전 변환부와, 광전 변환부에 의해 얻어진 전하를 축적하는 복수의 전하 축적부와, 광전 변환부로부터 복수의 전하 축적부 각각에 전하를 전송하는 복수의 전송부가 구비되어 있다. 전하 축적부는, 상기 복수의 전송부 중 대응하는 하나의 전송부에 포함된 트랜지스터의 제1 게이트와, 제1 게이트와 평행한 위치에 마련되어 있는 제2 게이트 사이에 마련되어 있다.
본 기술의 한 측면의 제2 촬상 소자에서는, 광전 변환을 행하는 광전 변환부와, 광전 변환부에 의해 얻어진 전하를 축적하는 복수의 전하 축적부와, 광전 변환부로부터 복수의 전하 축적부 각각에 전하를 전송하는 복수의 전송부와, 상기 복수의 전송부 중 대응하는 하나의 전송부에 포함된 트랜지스터의 게이트와 평행하게 마련되어 있는 트렌치가 구비되어 있다, 전하 축적부는, 게이트와 트렌치 사이에 마련되어 있다.
본 기술의 한 측면의 거리 측정 장치에서는, 조사광을 발광하는 발광부와, 조사광이 대상물에서 반사한 반사광을 수광하는 수광부와, 조사광의 발광으로부터 반사광의 수광까지의 시간에 의거하여, 대상물까지의 거리를 산출하는 산출부가 구비되어 있다. 또한, 수광부에 배치되어 있는 촬상 소자는, 광전 변환을 행하는 광전 변환부와, 광전 변환부에 의해 얻어진 전하를 축적하는 복수의 전하 축적부와, 광전 변환부로부터 복수의 전하 축적부 각각에 전하를 전송하는 복수의 전송부를 구비하고, 전하 축적부는, 상기 복수의 전송부 중 대응하는 하나의 전송부에 포함된 트랜지스터의 제1 게이트와, 제1 게이트와 평행한 위치에 마련되어 있는 제2 게이트 사이에 마련되어 있다.
도 1은 본 기술을 적용한 거리 측정 장치의 한 실시의 형태의 구성을 도시하는 도면.
도 2는 수광부의 구성례를 도시하는 도면.
도 3은 화소의 구성례를 도시하는 도면.
도 4는 화소에서의 전하의 배분을 설명하는 도면.
도 5는 종래의 발광에 관해 설명하기 위한 도면.
도 6은 다른 판독 방법에 관해 설명하기 위한 도면.
도 7은 FD의 용량에 차가 생기는 경우에 관해 설명하기 위한 도면.
도 8은 제1 실시의 형태에서의 화소의 구성을 도시하는 평면도.
도 9는 FD의 용량에 차가 생기지 않는 경우에 관해 설명하기 위한 도면.
도 10은 제1 실시의 형태에서의 화소의 다른 구성을 도시하는 평면도.
도 11은 제2 실시의 형태에서의 화소의 구성을 도시하는 평면도.
도 12는 제2 실시의 형태에서의 화소의 다른 구성을 도시하는 평면도.
도 13은 제3 실시의 형태에서의 화소의 구성을 도시하는 평면도.
도 14는 제3 실시의 형태에서의 화소의 구성을 도시하는 회로도.
도 15는 제3 실시의 형태에서의 화소의 다른 구성을 도시하는 평면도.
도 16은 종방향으로 배치된 화소의 구성례를 도시하는 도면.
도 17은 제4 실시의 형태에서의 화소의 구성을 도시하는 평면도.
도 18은 선대칭으로 배치된 트랜지스터의 한 예를 도시하는 도면.
도 19는 점대칭으로 배치된 트랜지스터의 한 예를 도시하는 도면.
도 20은 제5 실시의 형태에서의 화소의 구성을 도시하는 평면도.
도 21은 제5 실시의 형태에서의 화소의 다른 구성을 도시하는 평면도.
도 22는 제6 실시의 형태에서의 화소의 구성을 도시하는 평면도.
도 23은 제6 실시의 형태에서의 화소의 구성을 도시하는 단면도.
도 24는 종형 트랜지스터에 관해 설명하기 위한 도면.
도 25는 FD의 용량에 차가 생기는 경우에 관해 설명하기 위한 도면.
도 26은 제7 실시의 형태에서의 화소의 구성을 도시하는 평면도.
도 27은 제7 실시의 형태에서의 화소의 구성을 도시하는 단면도.
도 28은 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 29는 카메라 헤드 및 CCU의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 30은 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 31은 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 한 예를 도시하는 설명도.
이하에, 본 기술을 실시하기 위한 형태(이하, 실시의 형태라고 한다)에 관해 설명한다.
본 기술은, 예를 들어 간접 TOF 방식에 의해 거리 측정을 행하는 거리 측정 시스템을 구성하는 수광 소자나, 그와 같은 수광 소자를 갖는 촬상 장치 등에 적용하는 것이 가능하다.
예를 들어 거리 측정 시스템은, 차량에 탑재되어, 차외에 있는 대상물까지의 거리를 측정하는 차량 탑재용의 시스템이나, 유저의 손 등의 대상물까지의 거리를 측정하고, 그 측정 결과에 의거하여 유저의 제스처를 인식하는 제스처 인식용의 시스템 등에 적용할 수 있다. 이 경우, 제스처 인식의 결과는, 예를 들어 카 내비게이션 시스템의 조작 등에 이용할 수 있다.
<거리 측정 장치의 구성례>
도 1은, 본 기술을 적용한 거리 측정 장치의 한 실시의 형태의 구성례를 도시하고 있다.
거리 측정 장치(10)는, 렌즈(11), 수광부(12), 신호 처리부(13), 발광부(14), 및 발광 제어부(15)를 구비한다. 신호 처리부(13)는, 패턴 전환부(21)와 거리 화상 생성부(22)를 구비한다. 도 1의 거리 측정 장치(10)는, 물체에 대해 광을 조사하고, 그 광(조사광)이 물체에서 반사한 광(반사광)을 수광하여, 물체까지의 거리를 측정한다.
거리 측정 장치(10)의 발광계는, 발광부(14)와 발광 제어부(15)로 이루어진다. 발광계에서는, 발광 제어부(15)가, 신호 처리부(13)로부터의 제어에 따라, 발광부(14)에 의해 적외광(IR)을 조사시킨다. 렌즈(11)와 수광부(12) 사이에 IR 밴드 필터를 마련하고, IR 밴드 패스 필터의 투과 파장대에 대응하는 적외광을 발광부(14)가 발광하는 구성으로 해도 좋다.
발광부(14)는, 거리 측정 장치(10)의 몸체 내에 배치해도 좋고, 거리 측정 장치(10)의 몸체 외부에 배치해도 좋다. 발광 제어부(15)는, 발광부(14)를, 소정의 패턴으로 발광시킨다. 이 패턴은, 패턴 전환부(21)에 의해 설정되고, 소정의 타이밍에서 전환되도록 구성되어 있다.
패턴 전환부(21)를 마련하고, 예를 들면, 다른 거리 측정 장치(10)의 패턴과 겹쳐지지 않도록 발광 패턴을 전환하도록 구성할 수 있다. 또한, 이와 같은 패턴 전환부(21)를 마련하지 않는 구성으로 하는 것도 가능하다.
신호 처리부(13)는, 예를 들면, 수광부(12)로부터 공급되는 화상 신호에 의거하여, 거리 측정 장치(10)로부터 물체까지의 거리를 산출하는 산출부로서 기능한다. 산출된 거리를 화상으로서 출력하는 경우, 신호 처리부(13)의 거리 화상 생성부(22)는, 물체까지의 거리가 화소마다 표시된 거리 화상을 생성하고, 출력한다.
<촬상 소자의 구성>
도 2는, 수광부(12)의 구성례를 도시하는 블록도이다. 수광부(12)는, CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서로 할 수 있다.
수광부(12)는, 화소 어레이부(41), 수직 구동부(42), 칼럼 처리부(43), 수평 구동부(44), 및 시스템 제어부(45)를 포함하여 구성된다. 화소 어레이부(41), 수직 구동부(42), 칼럼 처리부(43), 수평 구동부(44), 및 시스템 제어부(45)는, 도시하지 않는 반도체 기판(칩)상에 마련되어 있다.
화소 어레이부(41)에는, 입사광량에 응한 전하량의 광 전하를 발생하여 내부에 축적하는 광전 변환 소자를 갖는 단위 화소(예를 들면, 도 3의 화소(50))가 행렬형상으로 2차원 배치되어 있다. 또한, 이하에서는, 입사광량에 응한 전하량의 광 전하를, 단지 「전하」라고 기술하고, 단위 화소를, 단지 「화소」라고 기술하는 경우도 있다.
화소 어레이부(41)에는 또한, 행렬형상의 화소 배열에 대해 행마다 화소 구동선(46)이 도면의 좌우 방향(화소행의 화소의 배열 방향)을 따라 마련되고, 열마다 수직 신호선(47)이 도면의 상하 방향(화소열의 화소의 배열 방향)을 따라 마련되어 있다. 화소 구동선(46)의 일단은, 수직 구동부(42)의 각 행에 대응한 출력단에 접속되어 있다.
수직 구동부(42)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 화소 어레이부(41)의 각 화소를, 전 화소 동시 또는 행 단위 등으로 구동하는 화소 구동부이다. 수직 구동부(42)에 의해 선택 주사된 화소행의 각 단위 화소로부터 출력되는 화소 신호는, 수직 신호선(47)의 각각을 통하여 칼럼 처리부(43)에 공급된다. 칼럼 처리부(43)는, 화소 어레이부(41)의 화소열마다, 선택행의 각 단위 화소로부터 수직 신호선(47)을 통하여 출력되는 화소 신호에 대해 소정의 신호 처리를 행함과 함께, 신호 처리 후의 화소 신호를 일시적으로 유지한다.
구체적으로는, 칼럼 처리부(43)는, 신호 처리로서 적어도, 노이즈 제거 처리, 예를 들어 CDS(Correlated Double Sampling ; 상관 이중 샘플링) 처리를 행한다. 이 칼럼 처리부(43)에 의한 상관 이중 샘플링에 의해, 리셋 노이즈나 증폭 트랜지스터의 임계치 편차 등의 화소 고유의 고정 패턴 노이즈가 제거된다. 또한, 칼럼 처리부(43)에 노이즈 제거 처리 이외에, 예를 들면, AD(아날로그 디지털) 변환 기능을 주어, 신호 레벨을 디지털 신호로 출력하는 것도 가능하다.
수평 구동부(44)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 칼럼 처리부(43)의 화소열에 대응하는 단위 회로를 차례로 선택한다. 이 수평 구동부(44)에 의한 선택 주사에 의해, 칼럼 처리부(43)에서 신호 처리된 화소 신호가 차례로 신호 처리부(48)에 출력된다.
시스템 제어부(45)는, 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터 등에 의해 구성되고, 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종의 타이밍 신호를 기초로 수직 구동부(42), 칼럼 처리부(43), 및 수평 구동부(44) 등의 구동 제어를 행한다.
화소 어레이부(41)에서, 행렬형상의 화소 배열에 대해, 화소행마다 화소 구동선(46)이 행방향을 따라 배선되고, 각 화소열에 2개의 수직 신호선(47)이 열방향을 따라 배선되어 있다. 예를 들어 화소 구동선(46)은, 화소로부터 신호를 판독할 때의 구동을 행하기 위한 구동 신호를 전송한다. 또한, 도 1에서는, 화소 구동선(46)에 관해 1개의 배선으로서 나타내고 있는데, 1개로 한정되는 것이 아니다. 화소 구동선(46)의 일단은, 수직 구동부(42)의 각 행에 대응한 출력단에 접속되어 있다.
<단위 화소의 구조>
다음으로, 화소 어레이부(41)에 행렬형상으로 배치되어 있는 단위 화소(50)의 구체적인 구조에 관해 설명한다.
화소(50)는, 광전 변환 소자인 포토 다이오드(61)(이하, PD(61)라고 기술한다)를 구비하고, PD(61)에서 발생한 전하가 탭(51-1) 및 탭(51-2)에 배분되도록 구성되어 있다. 그리고, PD(61)에서 발생한 전하 중, 탭(51-1)에 배분된 전하가 수직 신호선(47-1)으로부터 판독되어 검출 신호(SIG1)로서 출력된다. 또한, 탭(51-2)에 배분된 전하가 수직 신호선(47-2)으로부터 판독되어 검출 신호(SIG2)로서 출력된다.
탭(51-1)은, 전송 트랜지스터(62-1), FD(Floating Diffusion))(63-1), 리셋 트랜지스터(64), 증폭 트랜지스터(65-1), 및 선택 트랜지스터(66-1)에 의해 구성된다. 마찬가지로, 탭(51-2)은, 전송 트랜지스터(62-2), FD(63-2), 리셋 트랜지스터(64), 증폭 트랜지스터(65-2), 및 선택 트랜지스터(66-2)에 의해 구성된다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이 리셋 트랜지스터(64)를, FD(63-1)와 FD(63-2)에서 공용하는 구성으로 해도 좋고, FD(63-1)와 FD(63-2)의 각각에 마련되어 있는 구성으로 해도 좋다.
FD(63-1)와 FD(63-2)의 각각에 리셋 트랜지스터(64)를 마련하는 구성으로 한 경우, 리셋의 타이밍을, FD(63-1)와 FD(63-2)를 각각 개별적으로 제어할 수 있기 때문에, 섬세한 제어를 행하는 것이 가능해진다. FD(63-1)와 FD(63-2)에 공통된 리셋 트랜지스터(64)를 마련하는 구성으로 한 경우, 리셋의 타이밍을, FD(63-1)와 FD(63-2)에서 동일하게 할 수 있고, 제어가 간편해지고, 회로 구성도 간편화할 수 있다.
이하의 설명에서는, FD(63-1)와 FD(63-2)의 각각에 리셋 트랜지스터(64)를 마련하는 구성을 예로 들어 설명하고, 적절히, 공통의 리셋 트랜지스터(64)를 마련한 경우에 관해서도 설명을 가한다.
도 4를 참조하여, 화소(50)에서의 전하의 배분에 관해 설명한다. 여기서, 배분이란, 화소(50)(PD(61))에 축적된 전하를 다른 타이밍에서 판독함으로써, 탭마다 판독을 행하는 것을 의미한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 조사 시간(T)에서 조사의 온/오프를 반복하도록 변조(1주기=Tp)된 조사광이 발광부(14)로부터 출력되고, 물체까지의 거리에 응한 지연 시간(Td)만큼 지연되어, PD(61)에서 반사광이 수광된다. 또한, 전송 제어 신호(TRT1)는, 전송 트랜지스터(62-1)의 온/오프를 제어하고, 전송 제어 신호(TRT2)는, 전송 트랜지스터(62-2)의 온/오프를 제어한다. 도시한 바와 같이, 전송 제어 신호(TRT1)가, 조사광과 동일한 위상인 한편으로, 전송제어신호(TRT2)는, 전송 제어 신호(TRT1)를 반전한 위상으로 되어 있다.
따라서, PD(61)가 반사광을 수광함에 의해 발생하는 전하는, 전송 제어 신호(TRT1)에 따라 전송 트랜지스터(62-1)가 온으로 되어 있는 동안에는 FD(63-1)에 전송된다. 또한 전송 제어 신호(TRT2)에 따라 전송 트랜지스터(62-2)가 온으로 되어 있는 동안에는 FD(63-2)에 전송된다. 이에 의해, 조사 시간(T)의 조사광의 조사가 주기적으로 행해지는 소정의 기간에서, 전송 트랜지스터(62-1)를 통하여 전송된 전하는 FD(63-1)에 순차적으로 축적되고, 전송 트랜지스터(62-2)를 통하여 전송된 전하는 FD(63-2)에 순차적으로 축적된다. FD(63)는, 이와 같이, PD(61)에서 발생한 전하를 축적하는 전하 축적부로서 기능한다.
그리고, 전하를 축적하는 기간의 종료 후, 선택 신호(SELm1)에 따라 선택 트랜지스터(66-1)가 온이 되면, FD(63-1)에 축적되어 있는 전하가 수직 신호선(47-1)을 통하여 판독되고, 그 전하량에 응한 검출 신호(SIG1)가 수광부(12)로부터 출력된다. 마찬가지로, 선택 신호(SELm2)에 따라 선택 트랜지스터(66-2)가 온이 되면, FD(63-2)에 축적되어 있는 전하가 수직 신호선(47-2)을 통하여 판독되고, 그 전하량에 응한 검출 신호(SIG2)가 수광부(12)로부터 출력된다.
FD(63-1)에 축적되어 있는 전하와 FD(63-2)에 축적되어 있는 전하는, 리셋 신호(RST)에 따라 리셋 트랜지스터(64)가 온이 되면 배출된다.
이와 같이, 화소(50)는, PD(61)가 수광한 반사광에 의해 발생하는 전하를, 지연 시간(Td)에 응하여 탭(51-1) 및 탭(51-2)에 배분하여, 검출 신호(SIG1) 및 검출 신호(SIG2)를 출력할 수 있다. 그리고, 지연 시간(Td)은, 발광부(14)에서 발광한 광이 물체까지 비행하고, 물체에서 반사한 후에 수광부(12)까지 비행하는 시간에 응한 것, 즉, 물체까지의 거리에 응한 것이다. 따라서, 거리 측정 장치(10)는, 검출 신호(SIG1) 및 검출 신호(SIG2)에 의거하여, 지연 시간(Td)에 따라 물체까지의 거리(뎁스)를 구할 수 있다.
<간접 TOF 방식의 거리 측정 방법>
상기한 바와 같이, 1개의 PD(61)에 축적된 전하를 2개의 탭(51)을 이용하여 판독하는 2탭 방식에서의 간접 TOF 방식에 의한 거리의 산출에 관해, 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5를 참조하여 거리 측정 방법에 관해 설명을 가한다. 도 5를 참조한 설명에서는, 2개의 탭과 4개의 페이즈(Phase)를 이용한 검출 방법인 2Tap-4Phase 방식을 예로 들어 설명한다.
거리 화상을 생성하는 1프레임 기간은, A프레임(A frame)과 B프레임(B frame)의 2개의 신호 검출 기간으로 분할된다. 거리 화상을 생성하는 1프레임 기간은, 예를 들면, 약 1/30초로 설정되어 있다. 따라서, A프레임의 기간과 B프레임의 기간은, 각각 약 1/60초가 된다.
발광부(14)(도 1)로부터, 조사 시간(Tp)에서 조사의 온/오프를 반복하도록 변조(1주기=Tp)된 조사광이 출력된다. 조사 시간(Tp)은, 예를 들면, 10㎱ 정도로 할 수 있다. 수광부(12)에서는, 물체까지의 거리에 응한 지연 시간(Td)만큼 지연되어, 반사광이 수광된다.
4Phase 방식에서 수광부(12)는, 탭(51-1) 또는 탭(51-2)의 어느 하나이고, 조사광과 동일한 위상(Phase 0), 90도 어긋나게 한 위상(Phase 90), 180도 어긋나게 한 위상(Phase 180), 270도 어긋나게 한 위상(Phase 270)의 4개의 타이밍에서 수광한다. 또한, 여기서의 수광이란, PD(61)에서 발생한 전하를, 전송 트랜지스터(62)를 온으로 하고, FD(63)에 전송하기까지의 처리를 포함하는 것으로 한다.
도 5에서는, A프레임에서, 전송 제어 신호(TRT1)가, 조사광과 동일한 위상(Phase 0)의 타이밍에서 온이 되고, 탭(51-1)에 의해 수광이 시작된다. 또한, A프레임에서, 전송 제어 신호(TRT2)가, 조사광과 180도 어긋나게 한 위상(Phase 180)의 타이밍에서 온이 되고, 탭(51-2)에 의해 수광이 시작된다.
또한, B프레임에서, 전송 제어 신호(TRT1)가, 조사광과 90도 어긋나게 한 위상(Phase 90)의 타이밍에서 온이 되고, 탭(51-1)에 의해 수광이 시작된다. 또한, B프레임에서, 전송 제어 신호(TRT2)가, 조사광과 270도 어긋나게 한 위상(Phase 270)의 타이밍에서 온이 되고, 탭(51-2)에 의해 수광이 시작된다.
이 경우, 탭(51-1)과 탭(51-2)은, 180도 위상 반전된 타이밍에서 수광을 행한다. A프레임 기간에서, 조사 시간(Tp)에서 Phase 0의 타이밍에서 탭(51-1)의 FD(63-1)에 축적되는 전하를 전하(Q1)로 하면, A프레임 기간에서는, A프레임 기간 내에서의 조사 시간(Tp)의 누적 시간에 응한 전하(Q1')가 FD(63-1)에 축적된다. 그리고, FD(63-1)에 축적된 전하(Q1')가, 판독 기간에서, FD(63-1)로부터 검출 신호(SIG1)에 해당하는 신호로서 판독된다. 이 전하(Q1')에 대응한 검출 신호(SIG1)의 신호치를, 신호치(I1)로 한다.
A프레임 기간에서, 조사 시간(Tp)에서 Phase 180의 타이밍에서 탭(51-2)의 FD(63-2)에 축적되는 전하를 전하(Q2)로 하면, A프레임 기간에서는, A프레임 기간 내에서의 조사 시간(Tp)의 누적 시간에 응한 전하(Q2')가 FD(63-2)에 축적된다. 그리고, FD(63-2)에 축적된 전하(Q2')가, 판독 기간에서, FD(63-2)로부터 검출 신호(SIG2)에 해당하는 신호로서 판독된다. 이 전하(Q2')에 대응한 검출 신호(SIG2)의 신호치를, 신호치(I2)로 한다.
B프레임 기간에서, 조사 시간(Tp)에서 Phase 90의 타이밍에서 탭(51-1)의 FD(63-1)에 축적되는 전하를 전하(Q3)로 하면, B프레임 기간에서는, B프레임 기간 내에서의 조사 시간(Tp)의 누적 시간에 응한 전하(Q3')가 FD(63-1)에 축적된다. 그리고, FD(63-1)에 축적된 전하(Q3')가, 판독 기간에서, FD(63-1)로부터 검출 신호(SIG1)에 해당하는 신호로서 판독된다. 이 전하(Q3')에 대응한 검출 신호(SIG1)의 신호치를, 신호치(I3)로 한다.
B프레임 기간에서, 조사 시간(Tp)에서 Phase 270의 타이밍에서 탭(51-2)의 FD(63-1)에 축적되는 전하를 전하(Q4)로 하면, B프레임 기간에서는, B프레임 기간 내에서의 조사 시간(Tp)의 누적 시간에 응한 전하(Q4')가 FD(63-2)에 축적된다. 그리고, FD(63-2)에 축적된 전하(Q4')가, 판독 기간에서, FD(63-2)로부터 검출 신호(SIG2)에 해당하는 신호로서 판독된다. 이 전하(Q4')에 대응한 검출 신호(SIG2)의 신호치를, 신호치(I4)로 한다.
이들 신호치(I1), 신호치(I2), 신호치(I3), 신호치(I4)의 배분비로 지연 시간(Td)에 대응하는 어긋남량(θ)을 검출할 수 있다. 즉, 위상 어긋남량(θ)에 의거하여 지연 시간(Td)이 구해지기 때문에, 지연 시간(Td)에 의해 대상물까지의 거리가 구해진다.
위상 어긋남량(θ)은, 다음 식(1)에 의해 구해지고, 대상물까지의 거리(D)는, 다음 식(2)에 의해 연산된다. 식(2)에서, C는 광속이고, Tp는 펄스폭을 나타낸다.
[수식 1]
Figure pct00001
[수식 2]
Figure pct00002
이와 같이 하여, 소정의 대상물까지의 거리를 산출할 수 있다. 이와 같은 거리 측정 방식에 의하면, 환경광에 의한 영향을 저감한 거리 측정을 행할 수 있다. 상기 및 이하의 설명에서는, 발광 펄스광의 반사광만을 수광하는 것을 전제로 하고 있는데, 실제로는, 발광 펄스광 이외에도, 다양한 환경광도 동시에 수광된다. 따라서, PD(61)에서 축적되는 전하는, 발광 펄스광과 환경광에 의한 것으로 된다.
그렇지만, 환경광은, 펄스 주기에 대해 정상(定常)이라고 간주할 수 있고, 정상광인 경우, 신호치(I1), 신호치(I2), 신호치(I3), 신호치(I4)에 동등한 오프셋으로서 중첩되어 있는 것이 된다. 따라서, 식(1)의 연산에서 환경광에 의한 성분(오프셋 성분)은, 캔슬되고, 거리 측정 결과에는 영향을 미치지 않는다.
여기서는 2Tap-4Phase 방식의 TOF형 센서의 경우를 예로 들어 설명을 했는데, 다른 방식의 TOF형 센서에도 적용할 수 있다. 예를 들면, 도 6에 도시한 바와 같이, 4Tap-4Phase 방식의 TOF형 센서에 적용할 수도 있다.
도 6은, 예를 들면, 도 5 등과 동일하게 거리 측정 방법에 관해 설명하기 위한 도면이고, 4Tap-4Phase 방식에서의 거리 측정 방법에 관해 설명하기 위한 도면이다.
4Tap-4Phase 방식의 TOF형 센서는, 상기한 탭(51)에 해당하는 판독부가 4개 있는 센서이다. 도 6에 도시한 예에서는, 전송 제어 신호(TRT1)로 제어되는 탭(탭(TRT1)이라고 한다), 전송 제어 신호(TRT2)로 제어되는 탭(탭(TRT2)이라고 한다), 전송 제어 신호(TRT3)로 제어되는 탭(탭(TRT3)이라고 한다), 및 전송 제어 신호(TRT4)(탭(TRT4)이라고 한다)로 제어되는 탭이 4개의 탭에 상당한다.
거리 화상 생성 단위인 1프레임에서, 탭(TRT1)에서 조사광과 동일한 위상(Phase 0)에서의 판독이 행해지고, 탭(TRT2)에서 조사광과 180도 어긋나게 한 위상(Phase 180)에서의 판독이 행해진다.
또한 탭(TRT3)에서 조사광과 90도 어긋나게 한 위상(Phase 90)에서의 판독이 행해지고, 탭(TRT4)에서 조사광과 270도 어긋나게 한 위상(Phase 270)에서의 판독이 행해진다.
이와 같이, 4Tap-4Phase 방식의 TOF형 센서에 의하면, A프레임과 B프레임이라는 2 프레임을 이용하지 않아도 1프레임으로 2Tap-4Phase 방식과 동등한 처리를 행할 수 있다.
이하에 설명하는 본 기술은, 2Tap-4Phase 방식의 TOF형 센서라도, 4Tap-4Phase 방식의 TOF형 센서라도 적용할 수 있다. 이하의 설명에서는, 주로, 2Tap-4Phase 방식의 TOF형 센서에 적용한 경우를 예로 들어 설명하고, 적절히, 4Tap-4Phase 방식의 TOF형 센서에 적용한 경우에 관해서도 설명을 가한다.
<FD의 용량의 차이가 생기는 것에 관해>
상기한 바와 같이, PD(61)에서 광전 변환된 신호 전하를, FD(63-1)와 FD(63-2)로 나누고, FD(63-1)와 FD(63-2)의 각각으로부터 판독되는 신호량의 차분을 구함에 의해 거리를 산출하는 경우, 신호량을 정확하게 판독할 필요가 있다. 가령, FD(63-1)와 FD(63-2)의 용량이 다른 경우, 2개의 FD(63)의 각각으로부터 판독되는 신호량은, 정확한 신호량이 아닐 가능성이 있고, 그 결과로서, 산출되는 차분치의 정밀도를 잃게 되어, 산출되는 거리의 정밀도가 떨어져 버릴 가능성이 있다.
FD(63-1)의 용량과 FD(63-2)의 용량에 차이가 생기는 하나의 원인으로서, 예를 들어 제조 시의 공정에 의한 편차가 있다. 도 7을 참조하여, 제조 시의 공정에 의해 FD(63-1)의 용량과 FD(63-2)의 용량에 차이가 생기는 경우에 관해 설명한다.
도 7의 A에 도시한 바와 같이, PD(101)가 중앙에 배치되고, PD(101)의 상측에 전송 트랜지스터 게이트(이하, TG)(102-1)가 배치되고, 하측에 TG(102-2)가 배치되어 있는 화소를 제조하는 경우를 생각한다. 또한, TG(102-1)의 상측에 FD(103-1)가 배치되고, TG(102-2)의 하측에 FD(103-2)가 배치되어 있는 화소를 제조하는 경우를 생각한다.
도 7의 B에 도시한 바와 같이, PD(101)가 형성된 후, PD(101)의 도면 중 상하에, 각각 TG(102-1)와 TG(102-2)가 형성된다. 도 7의 C에 도시하는 바와 같은 마스크(121)가, 도 7의 B에 도시한 화소상에 형성된다. 마스크(121)는, FD(103) 영역을 형성하기 위해, FD(103) 영역이 개구된 마스크이다. 마스크(121)는, PD(101)의 영역은 마스크되고, 형성하고 싶은 FD(103) 영역보다도 조금 큰 영역이 개구된 마스크(121)가 이용된다.
마스크(121)가 형성된 후, 예를 들면, 이온 주입됨에 의해, 개구되어 있는 부분에는 이온이 주입되어, FD(103)가 형성된다. 이때, TG(102)상에 마스크(121)의 개구부가 위치하고 있어도, TG(102)에 이온은 주입되지 않기 때문에, 개구부는 조금 크게 형성되어 있어도 좋다.
도 7의 B(위의 도면), 도 7의 C, 및 도 7의 D를 나란히 도시한 바와 같이, 마스크(121)가, 소정의 위치에 어긋남 없이 배치되고, 이온 주입됨으로써, FD(103-1)와 FD(103-2)가 형성된다. 마스크(121)가, 소정의 위치에 어긋남 없이 배치된다라는 것은, 형성되는 FD(103-1)와 FD(103-2)가 동일 면적이 되는 위치에 배치되는 것을 의미한다. 이 위치를, 위치(A)라고 한다. 위치(A)는, 여기서는, PD(101)의 중심의 위치로 한다.
또한, 마스크(121)의 중심의 위치를, 위치(B)로 한 경우, 마스크(121)가, 소정의 위치에 어긋남 없이 배치된다라는 것은, 위치(A)와 위치(B)가 일치하고 있는 경우로 한다.
도 7의 B(아래의 도면), 도 7의 E, 및 도 7의 F를 나란히 도시한 바와 같이, 마스크(121)가, 위치(A)로부터 어긋난 위치에 배치되고, 이온 주입되면, 형성되는 FD(103-1')와 FD(103-2')는, 다른 크기가 된다. 도 7의 E에서는, 마스크(121)가, 위치(A)보다도 하측으로 어긋난 위치에 배치된 경우를 도시하고 있다. 이 어긋남은, 위치(A)와 위치(B)의 차분이 되고, 이 차분이, 허용되는 범위 외가 되는 경우, 형성되는 FD(103-1')와 FD(103-2')는, 다른 크기가 된다.
마스크(121)가, 하측으로 어긋난 것에 의해, 형성된 FD(103-1')는, 형성된 FD(103-2')보다도 작은 영역이 된다. 이와 같이, 마스크(121)가 어긋남으로써, FD(103-1')와 FD(103-2')에 면적차가 발생하고, 변환 효율이 다른 구조가 되어 버릴 가능성이 있다. 또한, 여기서는, 마스크(121)가 상하 방향으로 어긋난 경우를 예로 들어 설명했지만, 좌우 방향이나 경사 방향으로 어긋난 경우도 마찬가지로, FD(103-1')와 FD(103-2')에 면적차가 발생하고, 변환 효율이 다른 구조가 되어 버릴 가능성은 있다.
그래서, 이하에 설명하는 바와 같이, 제조 시에 마스크가 어긋나는 일이 있어도, 복수의 FD 영역의 면적이 동등해지고, 변환 효율이 동일해지는 구성에 관해 설명을 가한다.
<제1 실시의 형태>
도 8은, 제1 실시의 형태에서의 화소(50a)의 구성을 도시하는 평면도이다. 도 8, 및 이하의 설명에서는, 도면 중 좌우 방향을 X축 방향으로 하고, 도면 중 상하 방향을 Y축 방향으로 한다. 또한, 도 8에서의 X방향은, 도 2의 행방향(수평 방향)에 대응하고, Y방향은 도 2의 열방향(수직 방향)에 대응하는 것으로 하여 설명을 계속한다.
도 8에 도시되는 바와 같이, 사각형의 화소(50a)의 중앙부의 영역에, PD(61)가 마련되어 있다. PD(61)의 도면 중 상측(상변)에, TG(62-1)와 TG(62-2)가 마련되어 있다. TG(62-1)는, 전송 트랜지스터(62-1)의 게이트 부분이고, TG(62-2)는, 전송 트랜지스터(62-2)의 게이트 부분이다.
TG(62-1)와 TG(62-2)는, PD(61)의 4변 중의 1변에 인접하도록 마련되어 있다. 도 8에 도시한 예에서는, TG(62-1)와 TG(62-2)는, PD(61)의 상변의 X축 방향으로, 횡렬로 배치되어 있다.
TG(62-1)의 상측에는, FD(63-1)가 마련되고, TG(62-2)의 상측에는, FD(63-2)가 마련되어 있다. FD(63-1)와 FD(63-2)의 상측에는, 1개의 리셋 트랜지스터(64)의 게이트(이하, RST(64)라고 기술한다)가 마련되어 있다.
FD(63-1)로부터의 신호량을 증폭하는 증폭 트랜지스터(65-1)(의 게이트)가, FD(63-1)의 좌측에, 종방향(Y축 방향)으로 긴 형태로 마련되어 있다. 증폭 트랜지스터(65-1)의 하측에는, 선택 트랜지스터(66-1)(의 게이트)가 마련되어 있다.
FD(63-2)로부터의 신호량을 증폭하는 증폭 트랜지스터(65-2)(의 게이트)가, FD(63-2)의 우측에, 종방향(Y축 방향)으로 긴 형태로 마련되어 있다. 증폭 트랜지스터(65-2)의 하측에는, 선택 트랜지스터(66-2)(의 게이트)가 마련되어 있다.
선택 트랜지스터(66-1)의 하측에는, 웰 콘택트(72-1)이 마련되고, 선택 트랜지스터(66-2)의 하측에는, 웰 콘택트(72-2)가 마련되어 있다. PD(61)의 하측에는, 배출 트랜지스터(OFG)(71)가 마련되어 있다. 배출 트랜지스터(71)는, 블루밍 방지용의 오버플로우 게이트이다.
도 8 및 이하에 도시하는 배치는, 한 예이고, 한정을 나타내는 기재가 아니다. 또한, 도 8 및 이하에 도시하는 예에서는, 배출 트랜지스터(71)를 마련한 구성을 나타내는데, 배출 트랜지스터(71)가 없는 구성으로 할 수도 있다.
도 8에 도시한 예에서는, TG(62-1)와 TG(62-2)의 중간선(도시하지 않음)을 기준으로 하여, TG(62-1), FD(63-1), 증폭 트랜지스터(65-1), 선택 트랜지스터(66-1)와, TG(62-2), FD(63-2), 증폭 트랜지스터(65-2), 선택 트랜지스터(66-2)는, 선대칭으로 배치되어 있다.
도 8에서는, 배선은 도시하지 않지만, FD(63-1)와 증폭 트랜지스터(65-1)는 접속되어 있고, FD(63-1)로부터의 신호량이, 증폭 트랜지스터(65-1)에 공급되도록 구성되어 있다. 또한, FD(63-2)와 증폭 트랜지스터(65-2)도 접속되어 있고, FD(63-2)로부터의 신호량이, 증폭 트랜지스터(65-2)에 공급되도록 구성되어 있다.
상기한 바와 같이, 선대칭으로 구성함으로써, FD(63-1)와 증폭 트랜지스터(65-1) 사이의 배선의 길이와, FD(63-2)와 증폭 트랜지스터(65-2) 사이의 배선의 길이를, 개략 동일하게 할 수 있다. 또한, 다른 배선도, 좌우 대상의 배선으로 함으로써, 동일한 길이로 할 수 있다.
도 8에 도시한 화소(50a)에서는, TG(62-1)와 RST(64) 사이에, FD(63-1)가 마련되고, TG(62-2)와 RST(64) 사이에, FD(63-2)가 마련되어 있다. TG(62-1)와 RST(64) 사이의 거리와, TG(62-2)와 RST(64) 사이의 거리는 동일해진다.
FD(63-1)의 폭과 FD(63-2)의 폭이 동일하면, FD(63-1)의 영역의 크기(면적)와 FD(63-2)의 영역의 크기(면적)는, 동일해진다. FD(63-1)의 폭과 FD(63-2)의 폭은, 제조 시의 마스크에 의해 동일하게 설정되어 있기 때문에, FD(63-1)의 영역의 크기(면적)와 FD(63-2)의 영역의 크기(면적)는, 동일해진다. 이에 관해, 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9의 A 내지 E에서는, 도 8에 도시한 화소(50a) 중의 TG(62-1), TG(62-2), 및 RST(64)를 도시하고 있다. TG(62-1), TG(62-2), 및 RST(64)는, 도 9에 도시한 위치 관계에서, FD(63)가 형성되기 전에 형성되어 있다. 도 9의 A에는, FD(63)를 형성할 때에 이용되는 마스크의 개구부(131)를 도시하였다.
도 9의 A에 도시한 바와 같이, 마스크는, FD(63) 영역을 형성하기 위해, FD(63) 영역이 개구된 마스크이다. 마스크의 개구부(131-1)와 개구부(131-2)는, FD(63-1), FD(63-2) 영역보다도 조금 큰 영역으로 되어 있다.
개구부(131-1), 개구부(131-2)를 갖는 마스크가 형성된 후, 예를 들면, 이온 주입됨에 의해, 개구되어 있는 부분에는 이온이 주입되고, FD(63-1)와 FD(63-2)가 각각 형성된다. 이때, TG(62)나 RST(64)상에 마스크의 개구부(131)가 위치하고 있어도, TG(62)나 RST(64)에 이온은 주입되지 않기 때문에, 개구부는 조금 크게 형성되어 있어도 좋다.
도 9의 A에 도시한 상태는, 최적의 상태라고 한다. 도 9의 A에 도시한 바와 같이, 개구부(131-1)와 TG(62-1)가 중첩하고 있는 부분이, TG(62-1)의 중앙 부분에 위치하고, 개구부(131-2)와 TG(62-2)가 중첩하고 있는 부분이, TG(62-2)의 중앙 부분에 위치하고 있는 상태를 최적의 상태라고 한다.
도 9의 A에 도시한 상태에서, FD(63)가 형성되면, 도 9의 C에 도시한 바와 같이, FD(63-1)는, TG(62-1)의 상변에서의 중앙 부분이고, RST(64)와의 사이에 형성되어 있다. 마찬가지로 FD(63-2)는, TG(62-2)의 상변에서의 중앙 부분이고, RST(64) 사이에 형성되어 있다. 또한 형성된, FD(63-1)와 FD(63-2)의 크기는, 동일한 크기로 되어 있다.
도 9의 A에 도시한 바와 같이, 개구부(131-1)와 개구부(131-2)의 횡폭은, 모두 횡폭(L1)이고, RST(64)의 도면 중 하변과 TG62-1(TG(62-2)의 도면 중 상변과의 사이의 거리는 종폭(L2)이라고 한다. 이 경우, 도 9의 C에 도시한 바와 같이, 형성되는 FD(63-1)의 면적은, (횡폭(L1)×종폭(L2))이 되고, FD(63-2)의 면적은, (횡폭(L1)×종폭(L2))이 된다. 따라서, 형성되는 FD(63-1)와 FD(63-2)는, 동일한 크기가 된다.
도 9의 B는, 마스크가 상방향으로 어긋난 경우를 도시하고 있다. 마스크가 상방향으로 어긋난 경우라도, TG(62)와 RST(64)의 위치 관계는 변하지 않기 때문에, 그 사이의 거리는, 종폭(L2)인 채이다. 또한, 개구부(131)의 횡폭도 횡폭(L1)이다. 따라서, 도 9의 B에 도시한 바와 같이, 마스크가 상방향으로 어긋난 경우라도, 도 9의 C에 도시한 바와 같이, (횡폭(L1)×종폭(L2))의 면적을 갖는 FD(63-1)와 FD(63-2)가 형성된다.
즉, 마스크가 최적의 상태로부터 상방향으로 어긋난 상태라도, 형성되는 FD(63-1)와 FD(63-2)의 면적은, 같은 크기가 된다. 마스크가 하방향으로 어긋난 경우라도, 형성되는 FD(63-1)와 FD(63-2)의 면적은, 같은 크기가 된다.
도 9의 D는, 마스크가 좌방향으로 어긋난 경우를 도시하고 있다. 마스크가 좌방향으로 어긋난 경우라도, TG(62)와 RST(64)의 위치 관계는 변하지 않기 때문에, 그 사이의 거리는, 종폭(L2)인 채이다. 또한, 개구부(131)의 횡폭도 횡폭(L1)이다. 따라서, 도 9의 D에 도시한 바와 같이, 마스크가 좌방향으로 어긋난 경우라도, 도 9의 E에 도시한 바와 같이, (횡폭(L1)×종폭(L2))의 면적을 갖는 FD(63-1)와 FD(63-2)가 형성된다.
즉, 마스크가 최적의 상태로부터 좌방향으로 어긋난 상태라도, 형성되는 FD(63-1)와 FD(63-2)의 면적은, 같은 크기가 된다. 마스크가 우방향으로 어긋난 경우라도, 형성되는 FD(63-1)와 FD(63-2)의 면적은, 같은 크기가 된다.
이와 같이, 마스크가 상하 좌우의 어느 방향으로 어긋난 경우라도, 형성되는 FD(63-1)와 FD(63-2)의 면적은, 같은 크기가 된다.
도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 마스크가 어긋남에 의해, 형성되는 복수의 FD(63)의 면적에 면적차가 생기면, 변환 효율이 다른 구조가 되어 버린다. 그렇지만, 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이, 본 기술에 의하면, 마스크가 어긋나도, 형성되는 복수의 FD(63)의 면적에 면적차가 생기는 일은 없고, 변환 효율이 다른 구조가 되어 버리는 것을 막을 수 있다.
도 8, 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이, 제조 시에 마스크가 소정의 위치보다도 어긋나 버리는 경우에도, 형성되는 복수의 FD(63)의 면적에 면적차가 생기는 일이 없도록 하기 위한 구조로서, TG(62)와 RST(64)가 평행하게 형성되고, 그 사이의 거리(도 9에서 종폭(L2)으로 한 거리)가 불변인 것이 한 조건으로 되어 있다.
환언하면, TG(62)와 평행하게 TG(62)와는 다른 트랜지스터의 게이트를 형성하고, 그 TG(62)와 게이트 사이에, FD(63)를 형성함으로써, 형성되는 복수의 FD(63)의 면적에 면적차가 생기지 않도록, 복수의 FD(63)를 형성할 수 있다.
또한 환언하면, 이온 주입 등에 의해, FD(63)를 형성할 때, 이온이 주입되지 않는 영역을, TG(62)와 평행하게 되는 위치에 형성하고, 그 TG(62)와 쌍이 되는 영역 사이에, FD(63)를 형성함으로써, 형성되는 복수의 FD(63)의 면적에 면적차가 생기지 않도록, 복수의 FD(63)를 형성할 수 있다.
도 10은, 도 8에 도시한 화소(50a)의 다른 구성례를 도시하는 평면도이다. 도 10에 도시한 화소(50a')와, 도 8에 도시한 화소(50a)를 비교한 경우, 화소(50a)의 RST(64)가 RST(64-1)와 RST(64-2)로 구성되어 있는 점이 다르고, 다른 부분은 마찬가지이다. 마찬가지인 부분에는, 동일한 부호를 붙이고, 그 설명은 생략한다.
도 10에 도시한 화소(50a')는, TG(62-1)와 쌍이 되는 RST(64-1)를 구비하고, TG(62-2)와 쌍이 되는 RST(64-2)를 구비한다. 환언하면, FD(63-1)를 리셋하는 RST(64-1)와, FD(63-2)를 리셋하는 RST(64-2)를 따로 구비하는 구성으로 되고 있다.
RST(64-1)와 RST(64-2)를, 배선으로 접속함으로써, 1개의 RST(64)로서 기능시키는 구성으로 해도 좋다. 이와 같은 구성으로 한 경우, 도 8에 도시한 화소(50a)와 동일한 구성이 된다.
도 10에 도시한 화소(50a')와 같이, TG(62)와 평행하게 마련되어 있는 게이트는, 복수의 FD(63)마다 마련되어 있는 구성으로 할 수도 있고, 도 8에 도시한 화소(50a)와 같이, 공통의 게이트로서 마련되어 있어도 좋다. 복수의 FD(63)마다 마련되어 있도록 한 경우, TG(62)와 게이트의 거리는, 동일하도록, TG(62)와 게이트는 마련되어 있다.
<제2 실시의 형태>
도 11은, 제2 실시의 형태에서의 화소(50b)의 구성을 도시하는 평면도이다. 도 11에 도시한 화소(50b)는, 더미 게이트(231)를 갖는 구성으로 되어 있다. 도 8에 도시한 화소(50a)의 RST(64)가 위치하고 있던 영역에, 도 11에 도시한 화소(50b)는, 더미 게이트(231)가 마련되어 있다.
화소(50b)와 같이, TG(62)와 쌍으로 구성되는 게이트는, 리셋 트랜지스터의 게이트 이외라도 좋고, 도 11에서는 더미 게이트(231)인 경우를 나타내고 있다. 더미 게이트(231)는, 기능은 할당되어 있지 않는 게이트인데, 제조 시의 마스크 어긋남에 의해, 복수의 FD(63)에, 면적차가 생기지 않도록 하기 위해 마련되어 있는 게이트이다.
화소(50b)에서는, RST(232-1)는, FD(63-1)의 도면 중 좌측에 마련되고, RST(232-2)는, FD(63-2)의 도면 중 우측에 마련되어 있다. RST(232)가 마련되는 위치는, 적절히 변경 가능하다.
더미 게이트(231)도, 도 12에 도시한 바와 같이, 더미 게이트(231-1)와 더미 게이트(231-2)와 같이, 복수 마련되어 있는 구성, 환언하면, FD(63)와 동수 마련되어 있는 구성으로 할 수 있다.
도 11, 도 12에 도시한 화소(b), 화소(b')도, TG(62)와 더미 게이트(231)는, 평행하게 마련되어 있고, 그 사이의 거리는 일정하게 유지되도록 구성되어 있다. 따라서, TG(62)와 더미 게이트(231) 사이에 마련되는 복수의 FD(63)의 면적은, 동일한 크기로 할 수 있다.
<제3 실시의 형태>
도 13은, 제3 실시의 형태에서의 화소(50c)의 구성을 도시하는 평면도이다. 도 13에 도시한 화소(50c)는, 변환 효율 전환용 트랜지스터를 구비하는 구성으로 되어 있다. 도 13에서는, 변환 효율 전환용 트랜지스터(251)의 게이트를 FDG(251)로 나타내고 있다. 여기서, 변환 효율 전환용 트랜지스터(251)를 마련한 경우의 화소(50c)에 관해 설명하기 위해 도 14에 도시한 회로도를 참조한다.
도 14에서는, 변환 효율 전환용 트랜지스터(251)를 마련한 경우의 화소(50c)에 관해 설명하기 위해, 변환 효율 전환용 트랜지스터(251)를 구비하는 일반적인 화소(50c)의 회로 구성(화소(50c) 중, 1개의 FD(63)에 관한 회로 구성)을 나타낸다.
도 14에 도시한 화소(50c)는, PD(61), 전송 트랜지스터(62), FD(63), 리셋 트랜지스터(64), 증폭 트랜지스터(65), 및 선택 트랜지스터(66)로 이루어지는 화소에, 변환 효율 전환용 트랜지스터(251)와 부가 용량부(252)가 추가된 구성으로 되어 있다.
PD(61)는, 광전 변환 소자이고, 피사체로부터의 광을 수광하여, 그 수광량에 응한 전하를 광전 변환에 의해 생성하고, 축적한다. 전송 트랜지스터(62)는, PD(61)와 FD(63) 사이에 마련되어 있고, 전송 트랜지스터(62)의 게이트 전극에 인가되는 구동 신호(TRG)에 응하여, PD(61)에 축적되어 있는 전하를 FD(63)에 전송한다.
FD(63)는, 전송 트랜지스터(62)를 통하여 PD(61)로부터 전송되어 온 전하를 전기 신호, 예를 들어 전압 신호로 변환하여 출력하는 부유 확산 영역(FD)이다. FD(63)에는, 리셋 트랜지스터(64)가 접속됨과 함께, 증폭 트랜지스터(65) 및 선택 트랜지스터(66)를 통하여 수직 신호선(47)도 접속되어 있다.
또한, FD(63)에는, 변환 효율 전환용 트랜지스터(251)를 통하여, 전하를 전기 신호, 예를 들면, 전압 신호로 변환하는 부유 확산 영역(FD)인 부가 용량부(252)도 접속되어 있다. 또한, 부가 용량부(252)는, 부유 확산 영역(FD)이긴 하지만, 용량으로의 동작이 되기 때문에, 커패시터의 회로 기호를 이용하여 표현하는 것으로 한다.
변환 효율 전환용 트랜지스터(251)는, 구동 신호(FDG)에 응하여 온, 오프됨으로써, FD(63)와 부가 용량부(252)가, 전기적으로 접속된 상태 또는 전기적으로 분리된 상태의 어느 하나의 상태로 접속 상태를 전환한다. 즉, 변환 효율 전환용 트랜지스터(251)를 구성하는 게이트 전극에는, 구동 신호(FDG)가 공급되고, 이 구동 신호(FDG)가 온되면, 변환 효율 전환용 트랜지스터(251)의 바로 아래의 포텐셜이 깊어지고, FD(63)와 부가 용량부(252)가 전기적으로 접속된다.
이에 대해, 구동 신호(FDG)가 오프되면, 변환 효율 전환용 트랜지스터(251)의 바로 아래의 포텐셜이 얕아지고, FD(63)와 부가 용량부(252)가 전기적으로 분리된다. 따라서, 구동 신호(FDG)를 온, 오프함으로써, FD(63)에 용량을 부가하고, 화소의 감도를 변화시킬 수 있다. 구체적으로는, 축적되는 전하의 변화량을 ΔQ로 하고, 그때의 전압의 변화를 ΔV로 하고, 용량치를 C로 하면, ΔV=ΔQ/C의 관계가 성립한다.
지금, FD(63)의 용량치를 CFD로 하고, 부가 용량부(252)의 용량치를 CFD2로 하면, 구동 신호(FDG)가 온되어 있는 상태에서는, 신호 레벨의 판독이 행해지는 화소의 영역에서의 용량치(C)는, CFD+CFD2이다. 이에 대해, 구동 신호(FDG)가 오프 되면, 용량치(C)는 CFD로 변화하기 때문에, 전하의 변화량에 대한 전압의 감도(전압의 변화량: FD 변환 효율)가 오르게 된다.
이와 같이, 화소(50c)에서는, 구동 신호(FDG)를 온, 오프시킴으로써, 화소의 감도가 적절히 변경된다. 예를 들면, 구동 신호(FDG)가 온되면, 부가 용량부(252)는 전기적으로 FD(63)에 접속되기 때문에, FD(63)뿐만 아니라 부가 용량부(252)에도, PD(61)로부터 FD(63)에 전송되어 온 전하의 일부가 축적된다.
리셋 트랜지스터(64)는, FD(63)로부터 부가 용량부(252)까지의 각 영역을 적절히 초기화(리셋)하는 소자이고, 드레인이 전원 전압(VDD)의 전원에 접속되고, 소스가 FD(63)에 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(64)의 게이트 전극에는, 구동 신호(RST)가 리셋 신호로서 인가된다. 또한, 구동 신호(RST)가 액티브 상태가 되면, 리셋 트랜지스터(64)는 도통 상태가 되고, FD(63) 등의 전위가 전원 전압(VDD)의 레벨로 리셋된다. 즉, FD(63) 등의 초기화가 행해진다.
증폭 트랜지스터(65)는, 게이트 전극이 FD(63)에 접속되고, 드레인이 전원 전압(VDD)의 전원에 접속되어 있고, PD(61)에서의 광전 변환에 의해 얻어지는 전하를 판독하는 소스 팔로워 회로의 입력부가 된다. 즉, 증폭 트랜지스터(65)는, 소스가 선택 트랜지스터(66)를 통하여 수직 신호선(47)에 접속됨에 의해, 수직 신호선(47)의 일단에 접속되는 정전류원과 소스 팔로워 회로를 구성한다.
선택 트랜지스터(66)는, 증폭 트랜지스터(65)의 소스와 수직 신호선(47) 사이에 접속되어 있고, 선택 트랜지스터(66)의 게이트 전극에는, 선택 신호로서 구동 신호(SEL)가 공급된다. 구동 신호(SEL)가 액티브 상태가 되면, 선택 트랜지스터(66)는 도통 상태가 되어 선택 트랜지스터(66)가 마련되어 있는 화소가 선택 상태가 된다. 화소가 선택 상태가 되면, 증폭 트랜지스터(65)로부터 출력되는 신호가 수직 신호선(47)을 통하여 칼럼 처리부(23)에 판독된다.
도 13에 도시한 화소(50c)를 참조한 설명에 돌아간다. 도 13에 도시한 화소(50c)는, 변환 효율 전환용 트랜지스터(251)의 게이트(이하, FDG(251)라고 기술한다)를 가지고, 부가 용량부(252)(이하, FDex(252)라고 기재한다)를 가진다.
도 13에 도시한 화소(50c)는, TG(62-1)와 TG(62-2)에 공통으로 이용되는 1개의 FDG(251)를 갖는 구성이지만, 도 15에 도시하는 화소(50c')와 같이, TG(62-1)와 쌍을 이루는 FDG(251-1)와, TG(62-2)와 쌍을 이루는 FDG(251-2)를 갖는 구성으로 할 수도 있다.
이하, 도 15에 도시한 화소(50c')를 참조하여 설명한다. TG(62-1)와 FDG(251-1) 사이에 FD(63-1)가 마련되고, 이 FD(63-1)와 접속되는 FDex(252-1)가, FDG(251-1)의 도면 중 상부에 마련되어 있다. 마찬가지로, TG(62-2)와 FDG(251-2) 사이에 FD(63-2)가 마련되고, 이 FD(63-2)와 접속되는 FDex(252-2)가, FDG(251-2)의 도면 중 상부에 마련되어 있다.
도 13, 도 15에 도시한 화소(c), 화소(c')도, TG(62)와 FDG(251)는, 평행하게 마련되어 있고, 그 사이의 거리는 일정하게 유지되도록 구성되어 있다. 따라서, TG(62)와 FDG(251) 사이에 마련된 복수의 FD(63)의 면적은, 동일한 크기로 할 수 있다.
또한, 화소(50c')는, FD(63)와 접속되고, 부유 확산 영역의 일부로서 기능하는 FDex(252)도 마련되어 있다. FDex(252)는, FD(63)와 동수 마련된다. 복수의 FDex(252)에, 면적차가 생기면, 결과적으로 FD(63)의 용량에 차가 생기게 된다. 따라서, 복수의 FDex(252)의 면적도 동일해지는 것이 좋고, 화소(50c)(화소(50c'))는, 그러한 구성을 가지고 있다.
도 15에 도시한 화소(50c')에서, RST(64-1)와 RST(64-2)는, 도면 중, 화소(50c')의 하변에 마련되어 있다. 한편으로, FDex(252-1)과 FDex(252-2)는, 도면 중, 화소(50c')의 상변에 마련되어 있다. 화소(50c')는, 화소 어레이부(41)(도 2)에 2차원적으로 복수 배치되어 있다. 상하 방향으로 배치되어 있는 3화소를 도시하면, 도 16과 같이 된다. 도 16에는, 상하 방향으로 배치되어 있는 화소(50c'-1)(의 일부), 화소(50C'-2), 및 화소(50c'-3)를 도시하고 있다.
화소(50c'-1)의 RST(64-1-1)는, 화소(50c'-2)의 FDex(252-1-2)에 인접하는 위치에 마련되어 있다. 또한, 화소(50c'-1)의 RST(64-1-1)와, 화소(50c'-2)의 FDG(251-1-2)는, 평행(사이의 거리가 일정)해지도록 마련되어 있다. 즉, 화소(50c'-1)의 RST(64-1-1)와 화소(50c'-2)의 FDG(251-1-2)의 2개의 게이트에 끼이는 위치에, FDex(252-1-2)는, 마련되어 있다.
마찬가지로, 화소(50c'-1)의 RST(64-2-1)는, 화소(50c'-2)의 FDex(252-2-2)에 인접하는 위치에 마련되어 있다. 또한, 화소(50c'-1)의 RST(64-2-1)와, 화소(50c'-2)의 FDG(251-2-2)는, 평행(사이의 거리가 일정)해지도록 마련되어 있다. 즉, 화소(50c'-1)의 RST(64-2-1)와 화소(50c'-2)의 FDG(251-2-2)의 2개의 게이트에 끼이는 위치에, FDex(252-2-2)는, 마련되어 있다.
따라서, FDex(252-1-2)와 FDex(252-2-2)는, 높이와 폭이 동등해지고, 면적은 동일해진다. 즉 이 경우, 화소(50c'-2)에 마련되어 있는 FDex(252-1-2)와 FDex(252-2-2)는, 동일한 크기가 된다.
마찬가지로, 화소(50c'-3)의 FDex(252-1-3)는, 화소(50c'-2)의 RST(64-1-2)와 화소(50c'-3)의 FDG(251-1-3)에 끼인 위치에 마련되어 있다. 화소(50c'-3)의 FDex(252-2-3)는, 화소(50c'-2)의 RST(64-2-2)와 화소(50c'-3)의 FDG(251-2-3)에 끼인 위치에 마련되어 있다. 따라서, 화소(50c'-3)에 마련되어 있는 FDex(252-1-3)와 FDex(252-2-3)는, 동일한 크기가 된다.
이와 같이, 인접하는 화소에 마련되어 있는 게이트와 자화소(自畵素)에 마련되어 있는 게이트를 평행하게 마련하고, 그 게이트 사이에 FDex(252)를 마련함으로써, FDex(252)도, FD(63)와 같이, 면적차가 생기지 않도록 마련할 수 있다.
<제4 실시의 형태>
도 17은, 제4 실시의 형태에서의 화소(50d)의 구성을 도시하는 평면도이다. 도 17에 도시한 화소(50d)는, 도 10에 도시한 제1 실시의 형태에서의 화소(50a)를 변형한 구성으로 되어 있다.
도 10에 도시한 화소(50a')는, TG(62-1), FD(63-1), RST(64-1)로 구성되는 탭과, TG(62-2), FD(63-2), RST(64-2)로 구성되는 탭을, 횡방향으로 배치한 예, 환언하면, PD(61)의 1변에 배치한 예를 나타냈다. 도 17에 도시한 바와 같이, TG(62-1), FD(63-1), RST(64-1)로 구성되는 탭과, TG(62-2), FD(63-2), RST(64-2)로 구성되는 탭을, 종방향으로 배치, 환언하면, PD(61)의 2변에 배치한 구성으로 해도 좋다.
도 17에 도시한 화소(50d)는, PD(61)의 도면 중 상변에 TG(62-1), FD(63-1), RST(64-1)가 마련되고, 도면 중 하변에 TG(62-2), FD(63-2), RST(64-2)가 마련되어 있다.
도 17에 도시한 화소(50d)에서도, FD(63-1)와 FD(63-2)는, 가령 제조 시에 마스크가 상하 방향이나 좌우 방향으로 어긋났다 하더라도, 면적차가 발생하는 일 없이 형성할 수 있다.
또한, 도 17에서는, TG(62)와 RST(64)가 쌍을 이루고, 그 사이에 FD(63)가 마련되어 있는 경우를 예로 들어 설명했는데, 제2 실시의 형태에서의 화소(50b)와 조합시키고, RST(64) 대신에, 더미 게이트(231)가 배치되도록 해도 좋다. 또한, 제3 실시의 형태에서의 화소(50c)와 조합시키고, RST(64) 대신에, FDG(251)가 배치되도록 해도 좋다.
<배선에 관해>
제1 실시의 형태에서의 화소(50a), 제2 실시의 형태에서의 화소(50b), 및 제3 실시의 형태에서의 화소(50c)는, 도 18에 도시한 바와 같이 선대칭으로 증폭 트랜지스터(65)나 선택 트랜지스터(66) 등의 트랜지스터가 배치되어 있다.
도 18에서는, 제3 실시의 형태에서의 화소(50c')를 도시하였다. 도 18에 도시한 화소(50c')에서, 점선으로 도시한 선(L)을 중심으로 하고, TG(62-1), FD(63-1), FDG(251-1), FDex(252-1), 증폭 트랜지스터(65-1), 선택 트랜지스터(66-1), 웰 콘택트(72-1), RST(251-1)와, TG(62-2), FD(63-2), FDG(251-2), FDex(252-2), 증폭 트랜지스터(65-2), 선택 트랜지스터(66-2), 웰 콘택트(72-2), RST(251-2)는, 선대칭으로 배치되어 있다.
이와 같이 선대칭으로 배치함으로써, 트랜지스터를 연결하는 배선의 길이도, 좌우에서 동일하게(탭(51)에서 동일하게) 할 수 있다. 예를 들면, FD(63-1)와 증폭 트랜지스터(65-1)를 접속하는 배선의 길이와, FD(63-2)와 증폭 트랜지스터(65-2)를 접속하는 배선의 길이를 동일하게 할 수 있다. 배선의 길이를 동일하게 함으로써, 변환 효율이 FD(63)마다 갖출 수 있다. 이에 의해, 제조 시의 편차에 대해 로버스트화를 도모할 수 있다.
제4 실시의 형태에서의 화소(50d)와 같이, 종방향으로 TG(62)나 FD(63)를 배치한 경우, 도 19에 도시하는 바와 같이, 점대칭이 되도록, 증폭 트랜지스터(65) 등이 배치된다. 도 19에서는, 제4 실시의 형태에서의 화소(50d)를 도시하였다.
도 19에 도시한 화소(50d)의 PD(61) 부분에 도시한 점(P1)을 중심으로 하고, TG(62-1), FD(63-1), FDG(251-1), FDex(252-1), 증폭 트랜지스터(65-1), 선택 트랜지스터(66-1), 웰 콘택트(72-1), RST(251-1)와, TG(62-2), FD(63-2), FDG(251-2), FDex(252-2), 증폭 트랜지스터(65-2), 선택 트랜지스터(66-2), 웰 콘택트(72-2), RST(251-2)는, 점대칭으로 배치되어 있다.
이와 같이 점대칭으로 배치함으로써, 트랜지스터를 연결하는 배선의 길이도, 탭(51)에서 동일하게 할 수 있다. 예를 들면, FD(63-1)와 증폭 트랜지스터(65-1)를 접속하는 배선의 길이와, FD(63-2)와 증폭 트랜지스터(65-2)를 접속하는 배선의 길이를 동일하게 할 수 있다. 배선의 길이를 동일하게 함으로써, 변환 효율이 FD(63)마다 갖출 수 있다. 이에 의해, 제조 시의 편차에 대해 로버스트화를 도모할 수 있다.
또한, 이와 같은 선대칭 또는 점대칭이 되도록 트랜지스터 등을 배치함으로써, 상기한 바와 같이, 편차가 없어지는 등의 이점이 있는데, 본 기술의 적용 범위가, 트랜지스터 등을 선대칭 또는 점대칭이 되도록 배치하는 경우로 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 및 이하에 도시하는 트랜지스터 등의 배치는, 한 예이고, 한정을 나타내는 기재가 아니다. 또한, 화소(50)로서, OFG(71)가 마련되어 있지 않는 구성으로 하는 것도 가능하다.
<제5 실시의 형태>
제1 내지 제4 실시의 형태에서는, 2탭 구성인 경우를 예로 들어 설명하였다. 본 기술은, 도 6을 참조하여 설명한 4탭 구성의 화소(50)에도 적용할 수 있다. 도 20, 도 21에 4탭 구성인 경우의 화소(50)의 구성례를 도시한다. 또한, 도 20, 도 21에서는, 증폭 트랜지스터(65)나 선택 트랜지스터(66) 등의 트랜지스터는 도시하지 않지만, 탭마다(FD(63)마다) 마련되어 있다.
도 20에 도시한 화소(50e)는, PD(61)의 도면 중 상변과 하변에, TG(62), FD(63), RST(64)의 조가, 4조 마련되어 있다. PD(61)의 상변에는, 1탭에 포함되는 TG(62-1), FD(63-1), RST(64-1)가 마련되어 있다. 또한, PD(61)의 상변에는, 1탭에 포함되는 TG(62-2), FD(63-2), RST(64-2)가 마련되어 있다.
또한, PD(61)의 하변에는, 1탭에 포함되는 TG(62-3), FD(63-3), RST(64-3)가 마련되어 있다. 또한, PD(61)의 하변에는, 1탭에 포함되는 TG(62-4), FD(63-4), RST(64-4)가 마련되어 있다.
FD(63-1 내지 63-4)는, 각각, 평행하게 되는 위치에 마련되어 있는 TG(62)와 RST(64)에 끼인 위치에 마련되어 있다. 따라서, 제1 내지 제4 실시의 형태와 마찬가지로, FD(63-1 내지 63-4)는, 동일한 면적으로 마련되어 있다.
도 21에 도시한 바와 같이, PD(61)의 4변에 각각 탭을 배치하도록 해도 좋다. 도 21에 도시한 화소(50e')는, PD(61)의 도면 중 상변, 하변, 좌변, 우변의 각각에, TG(62), FD(63), RST(64)의 조가 마련되어 있다.
PD(61)의 상변에는, 1탭에 포함되는 TG(62-1), FD(63-1), RST(64-1)가 마련되어 있다. 또한, PD(61)의 우변에는, 1탭에 포함되는 TG(62-2), FD(63-2), RST(64-2)가 마련되어 있다.
또한, PD(61)의 하변에는, 1탭에 포함되는 TG(62-3), FD(63-3), RST(64-3)가 마련되어 있다. 또한, PD(61)의 좌변에는, 1탭에 포함되는 TG(62-4), FD(63-4), RST(64-4)가 마련되어 있다.
FD(63-1 내지 63-4)는, 각각, 평행하게 되는 위치에 마련되어 있는 TG(62)와 RST(64)에 끼인 위치에 마련되어 있다. 따라서, 제1 내지 제4 실시의 형태와 마찬가지로, 제5 실시의 형태에서도, FD(63-1 내지 63-4)는, 동일한 면적으로 마련되어 있다.
또한, 도 20, 도 21에서는, RST(64)가 TG(62)와 쌍을 이루고, 그 사이에 FD(63)가 마련되어 있는 경우를 예로 들어 설명했지만, 제2 실시의 형태에서의 화소(50b)와 조합시키고, RST(64) 대신에, 더미 게이트(231)가 배치되도록 해도 좋다. 또한, 제3 실시의 형태에서의 화소(50c)와 조합시키고, RST(64) 대신에, FDG(251)가 배치되도록 해도 좋다.
<제6 실시의 형태>
제1 내지 제5 실시의 형태에서는, TG(62)와 TG(62)는 다른 게이트를 평행하게 구성하고, 그 사이에 FD(63)를 형성하는 경우를 예로 들어 설명하였다. TG(62)와 쌍이 되는 다른 게이트 대신에 소자 분리부가 이용되도록 할 수 있다.
도 22는, 제6 실시의 형태에서의 화소(50f)의 구성례를 도시하는 평면도이다. 도 23은, 도 22에 도시한 화소(50f)의 평면도에서, 선분 A-A'로 절단했을 때의 단면의 구성을 도시하는 단면도이다.
화소(50f) 사이에는, 소자 분리부(301)가 마련되어 있다. 소자 분리부(301)는, SiO2 등의 산화막으로 이루어지는 절연물로 형성된다.
도 23에 도시한 바와 같이, Si 기판으로 이루어지는 Pwell(302) 내에 PD(61)가 마련되어 있다. 보다 상세하게는, PD(61)는, N형 불순물층(전하 축적층)으로 구성되고, 그 상부에 공핍화 방지층(피닝층)을 이루는 고농도의 P형 불순물층(303)이 부가된 구조로 되어 있다.
P형 불순물층(303)의 도면 중 좌측에는, PD(61)에서 발생된 전하를 축적하는 FD(63-1)가 마련되어 있다. 도 23에서, 이 P형 불순물층(303)과 FD(63-1)를 넘도록, 도면 중 좌우 방향으로 전송 게이트(TG62-1)가 마련되어 있다. 이 TG(62-1)는, 온으로 제어되면, PD(61)에 축적된 전하를, P형 불순물층(303)을 통하여 고농도의 N형 불순물층으로 이루어지는 FD(63-1)에 전송한다.
한편, Pwell(302)의 도면 중 좌부와 우부에는, 얕은 홈을 형성한 후, SiO2 등의 산화막으로 이루어지는 절연물로 다시 메워서 형성되는 소자 분리부(301)(STI (Shallow Trench Isolation)) 등으로 칭해지는 경우도 있다)가 마련되어 있다. 소자 분리부(301)는, 트랜지스터의 소스나 드레인과 반대인 도전형의 확산층으로 구성할 수도 있다. 예를 들면, 전송 트랜지스터(62)의 소스나 드레인을, N형의 확산층으로 구성한 경우, 소자 분리부(301)는 P형의 확산층으로 구성할 수 있다.
도 24에 도시한 바와 같이, TG(62-1)가 종형 트랜지스터로 형성되어 있어도 좋다. 도 24에 도시한 TG(62-1)는, 종형 트랜지스터 트렌치가 개구되고, 거기에 PD(61)로부터 전하를 판독하기 위한 전송 게이트가 형성된 구성으로 되어 있다. 이와 같은 종형 트랜지스터의 구성을 갖는 TG(62-1)에 의하면, PD(61)의 깊은 부분으로부터의 전하도 효율 좋게 판독하는 것이 가능해진다.
또한, 도 23, 도 24에 도시한 단면 구성은, 상기 제1 내지 제5 실시의 형태에서의 화소에서도 적용할 수 있는 구성이다. 또한, TG(62)(전송 트랜지스터(62)) 이외의 트랜지스터도, 종형 트랜지스터로 하는 것이 가능하다.
도 22 내지 24에 도시한 화소(50f)의 구성에서는, TG(62-1)와 소자 분리부(301) 사이에 FD(63-1)가 마련되고, TG(62-2)와 소자 분리부(301) 사이에 FD(63-2)가 마련되어 있다. 소자 분리부(301)는, 예를 들면, 제1 실시의 형태에서의 화소(50a)에서의 RST(64) 대신이 된다. 즉, TG(62-1)와 소자 분리부(301) 사이의 거리와, TG(62-2)와 소자 분리부(301) 사이의 거리가 동일해지도록, 소자 분리부(301)가 마련되어 있음으로써, TG(62-1)의 면적과 TG(62-2)의 면적은 동일한 크기가 된다.
따라서, 화소(50f)에서도, 복수의 FD(63)에 면적차가 없도록, 복수의 FD(63)를 형성할 수 있다.
또한, 도 25에 도시한 바와 같은 화소(50f')에서는, 복수의 FD(63)에 면적차가 생길 가능성이 있다. 도 25에 도시한 화소(50f')는, PD(61)의 도면 중 상변에, TG(62-1)와 FD(63-1)가 마련되고, PD(61)의 도면 중 하변에, TG(62-2)와 FD(63-2)가 마련된 경우를 나타내고 있다.
도 25의 A에 도시하는 바와 같이, 소자 분리부(301)를 형성할 때의 마스크와, 게이트를 형성할 때의 마스크에 어긋남이 생기지 않은 경우, 형성된 FD(63-1)와 FD(63-2)를 동일한 면적으로 형성할 수 있다. 그렇지만, 도 25의 B에 도시하는 바와 같이, 소자 분리부(301)를 형성할 때의 마스크와, 게이트를 형성할 때의 마스크에 어긋남이 생긴 경우, 특히, 다른 방향으로 어긋난 경우, 형성된 FD(63-1')와 FD(63-2')는 다른 면적으로 형성되어 버릴 가능성이 있다.
도 25의 B에 도시한 상태는, 예를 들어 소자 분리부(301)를 형성할 때의 마스크가, 도면 중 상방향으로 어긋나고, FD(63-1') 쪽이, FD(63-2')보다도 크게 형성되어 버린 상태를 나타내고 있다. 소자 분리부(301)와, TG(62)를 평행하게 형성하고, 그 사이에 FD(63)를 형성하는 경우, 도 25에 도시한 바와 같이, PD(61)가 다른 2변에 TG(62)나 FD(63)를 형성하는 형태라면, 형성되는 복수의 FD(63)에 면적차가 생길 가능성이 있기 때문에, 도 22에 도시한 바와 같이, PD(61)의 동일변에 TG(62)나 FD(63)를 형성하는 형태 쪽이 좋다.
또한, 도 25에 도시한 화소(50g')의 구성으로 한 경우, 상하 방향의 마스크의 어긋남에는, 상기한 바와 같이 약하지만, 좌우 방향의 마스크의 어긋남에는 강하다. 즉, 화소(50g')와 같이, 복수의 FD(63)를 PD(61)의 상하 방향으로 형성한 경우, 상하 방향과는 다른 좌우 방향으로 가령 제조 시에 마스크가 어긋났다 하더라도, 형성되는 복수의 FD(63)에 면적차가 생기지 않도록 형성할 수 있다.
따라서, 예를 들면, 어긋남이 생겼다 하더라도 좌우 방향만으로 넣을 수 있는 제조 공정이라면, 도 25에 도시한 바와 같은 화소(50g')라도, 복수의 FD(63)에 면적차가 생기지 않도록 형성할 수 있고, 본 기술을 적용할 수 있다.
제6 실시의 형태에서는, 2탭인 경우를 예로 들어 설명했는데, 4탭인 경우에도 적용할 수 있다.
<제7 실시의 형태>
도 26은, 제7 실시의 형태에서의 화소(50g)의 구성례를 도시하는 평면도이다. 도 27은, 도 26에 도시한 화소(50g)의 평면도에서, 선분 B-B'로 절단했을 때의 단면의 구성을 도시하는 단면도이다.
화소(50g) 사이에는, 화소 분리부(321)가 마련되어 있다. 화소 분리부(321)는, 1개의 화소(50g)를 둘러싸도록 마련되어 있다. 화소 분리부(302)는, 예를 들면, 트렌치가 형성되고, 그 내벽에, SiO2로 이루어지는 측벽막이 형성되고, 그 내측에는 폴리실리콘으로 이루어지는 충전제가 매입되어 있는 구성으로 할 수 있다.
트렌치는, 화소(50g)를 관통하도록 마련되어 있어도 좋고, 화소(50g)의 도중까지 마련되어 있도록 해도 좋다. 도 27에 도시한 화소(50g)는, 화소(50g)를 관통하도록 마련되어 있는 경우를 나타냈다.
또한, 화소 분리부(302)의 측벽막으로서는, SiO2나 SiN을 이용할 수 있다. 또한, 충전제로서는 폴리실리콘이나, 도핑 폴리실리콘을 이용할 수 있다. 또한, 화소 분리부(302)의 트렌치 내에는, 차광성을 갖는 재료, 예를 들면, 텅스텐, 구리 등의 금속이 충전되어 있도록 해도 좋다.
이와 같이, 화소 분리부(321)를 마련한 경우, TG(62-1)와 화소 분리부(321) 사이에 FD(63-1)가 마련되고, TG(62-2)와 화소 분리부(321) 사이에 FD(63-2)가 마련되어 있다.
화소 분리부(321)는, 예를 들면, 제6 실시의 형태에서의 화소(50f)에서의 소자 분리부(301) 대신이 된다. 즉, TG(62-1)와 화소 분리부(321) 사이의 거리와, TG(62-2)와 화소 분리부(321) 사이의 거리가 동일해지도록, 화소 분리부(321)가 마련되어 있음으로써, TG(62-1)의 면적과 TG(62-2)의 면적을 동일한 크기로 형성할 수 있다.
소자 분리부(301)와 화소 분리부(321)는, 트렌치를 형성하고, 그 트렌치에, 소정의 재료를 충전한 구성으로 되어 있는 점에서 유사하다. 트렌치를 형성함으로써, 그 부분에 의해 분리할 수 있다. 그와 같은 분리하는 부분을, TG(62)와 쌍을 이루는 위치에 마련함으로써, 상기한 바와 같이 복수의 FD(63)의 크기를 갖출 수 있다.
따라서, 화소(50g)에서도, 복수의 FD(63)에 면적차가 없도록, 복수의 FD(63)를 형성할 수 있다.
또한, 화소(50g)도, 화소(50f')(도 25)와 마찬가지로, PD(61)의 다른 2변에 TG(62)나 FD(63)를 형성하는 형태라면, 마련되는 복수의 FD(63)에 면적차가 생길 가능성이 있기 때문에, 도 26에 도시한 바와 같이, PD(61)의 동일변에 TG(62)나 FD(63)를 형성하는 형태 쪽이 좋다.
제7 실시의 형태에서는, 2탭인 경우를 예로 들어 설명했는데, 4탭인 경우에도 적용할 수 있다.
이와 같이, 본 기술에 의하면, 복수의 FD를 갖는 화소에서, 복수의 FD의 면적을 동일하게 하고, 변환 효율을 동일하게 할 수 있다.
제1 내지 제7 실시의 형태에서의 화소(50)는, 화소 어레이부(41)(도 2)에 배치되는 화소로서 이용할 수 있다. 또한, 화소 어레이부(41)는, 거리 측정 장치(10)(도 1)로서, 거리 측정을 행하는 장치에 이용할 수 있다.
<내시경 수술 시스템에의 응용례>
본 개시에 관한 기술(본 기술)은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 내시경 수술 시스템에 적용되어도 좋다.
도 28은, 본 개시에 관한 기술(본 기술)이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면이다.
도 28에서는, 수술자(의사)(11131)가, 내시경 수술 시스템(11000)을 이용하여, 환자 베드(11133)상의 환자(11132)에게 수술을 행하고 있는 상태가 도시되어 있다. 도시하는 바와 같이, 내시경 수술 시스템(11000)은, 내시경(11100)과, 기복 튜브(11111)나 에너지 처치구(11112) 등의, 그 외의 수술구(11110)와, 내시경(11100)을 지지하는 지지 암 장치(11120)와, 내시경하 수술을 위한 각종의 장치가 탑재된 카트(11200)로 구성된다.
내시경(11100)은, 선단으로부터 소정의 길이의 영역이 환자(11132)의 체강 내에 삽입되는 경통(11101)과, 경통(11101)의 기단에 접속되는 카메라 헤드(11102)로 구성된다. 도시하는 예에서는, 경성의 경통(11101)을 갖는 이른바 경성경으로서 구성되는 내시경(11100)을 도시하고 있는데, 내시경(11100)은, 연성의 경통을 갖는 이른바 연성경으로서 구성되어도 좋다.
경통(11101)의 선단에는, 대물 렌즈가 감입된 개구부가 마련되어 있다. 내시경(11100)에는 광원 장치(11203)가 접속되어 있고, 당해 광원 장치(11203)에 의해 생성된 광이, 경통(11101)의 내부에 연설(延設)되는 라이트 가이드에 의해 당해 경통의 선단까지 도광되고, 대물 렌즈를 통하여 환자(11132)의 체강 내의 관찰 대상을 향하여 조사된다. 또한, 내시경(11100)은, 직시경이라도 좋고, 사시경 또는 측시경이라도 좋다.
카메라 헤드(11102)의 내부에는 광학계 및 촬상 소자가 마련되어 있고, 관찰 대상으로부터의 반사광(관찰광)은 당해 광학계에 의해 당해 촬상 소자에 집광된다. 당해 촬상 소자에 의해 관찰광이 광전 변환되고, 관찰광에 대응하는 전기 신호, 즉 관찰상에 대응하는 화상 신호가 생성된다. 당해 화상 신호는, RAW 데이터로서 카메라 컨트롤 유닛(CCU: Camera Control Unit)(11201)에 송신된다.
CCU(11201)는, CPU(Central Processing Unit)나 GPU(Graphics Processing Unit) 등에 의해 구성되고, 내시경(11100) 및 표시 장치(11202)의 동작을 통괄적으로 제어한다. 또한, CCU(11201)는, 카메라 헤드(11102)로부터 화상 신호를 수취하고, 그 화상 신호에 대해, 예를 들어 현상 처리(디모자이크 처리) 등의, 당해 화상 신호에 의거하는 화상을 표시하기 위한 각종의 화상 처리를 시행한다.
표시 장치(11202)는, CCU(11201)로부터의 제어에 의해, 당해 CCU(11201)에 의해 화상 처리가 시행된 화상 신호에 의거하는 화상을 표시한다.
광원 장치(11203)는, 예를 들어 LED(light emitting diode) 등의 광원으로 구성되고, 수술부 등을 촬영할 때의 조사광을 내시경(11100)에 공급한다.
입력 장치(11204)는, 내시경 수술 시스템(11000)에 대한 입력 인터페이스이다. 유저는, 입력 장치(11204)를 통하여, 내시경 수술 시스템(11000)에 대해 각종의 정보의 입력이나 지시 입력을 행할 수 있다. 예를 들면, 유저는, 내시경(11100)에 의한 촬상 조건(조사광의 종류, 배율 및 초점 거리 등)을 변경하는 취지의 지시 등을 입력한다.
처치구 제어 장치(11205)는, 조직의 소작(燒灼), 절개 또는 혈관의 봉지 등을 위한 에너지 처치구(11112)의 구동을 제어한다. 기복 장치(11206)는, 내시경(11100)에 의한 시야의 확보 및 수술자의 작업 공간의 확보의 목적으로, 환자(11132)의 체강을 팽창시키기 위해, 기복 튜브(11111)를 통하여 당해 체강 내에 가스를 보낸다. 레코더(11207)는, 수술에 관한 각종의 정보를 기록 가능한 장치이다. 프린터(11208)는, 수술에 관한 각종의 정보를, 텍스트, 화상 또는 그래프 등 각종의 형식으로 인쇄 가능한 장치이다.
또한, 내시경(11100)에 수술부를 촬영할 때의 조사광을 공급하는 광원 장치(11203)는, 예를 들어 LED, 레이저 광원 또는 이들 조합에 의해 구성되는 백색 광원으로 구성할 수 있다. RGB 레이저 광원의 조합에 의해 백색 광원이 구성되는 경우에는, 각 색(각 파장)의 출력 강도 및 출력 타이밍을 고정밀도로 제어할 수 있기 때문에, 광원 장치(11203)에서 촬상 화상의 화이트 밸런스의 조정을 행할 수 있다. 또한, 이 경우에는, RGB 레이저 광원 각각으로부터의 레이저광을 시분할로 관찰 대상에 조사하고, 그 조사 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자의 구동을 제어함에 의해, RGB 각각에 대응한 화상을 시분할로 촬상하는 것도 가능하다. 당해 방법에 의하면, 당해 촬상 소자에 컬러 필터를 마련하지 않아도, 컬러 화상을 얻을 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는, 출력하는 광의 강도를 소정의 시간마다 변경하도록 그 구동이 제어되어도 좋다. 그 광의 강도의 변경의 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자의 구동을 제어하여 시분할로 화상을 취득하고, 그 화상을 합성함에 의해, 이른바 흑바램 및 백바램이 없는 고다이내믹 레인지의 화상을 생성할 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는, 특수광 관찰에 대응한 소정의 파장 대역의 광을 공급 가능하게 구성되어도 좋다. 특수광 관찰에서는, 예를 들면, 체조직에서의 광의 흡수의 파장 의존성을 이용하여, 통상의 관찰 시에서의 조사광(즉, 백색광)에 비해 협대역의 광을 조사함에 의해, 점막 표층의 혈관 등의 소정의 조직을 고콘트라스트로 촬영하는, 이른바 협대역 광관찰(Narrow Band Imaging)이 행해진다. 또는, 특수광 관찰에서는, 여기광을 조사함에 의해 발생하는 형광에 의해 화상을 얻는 형광 관찰이 행해져도 좋다. 형광 관찰에서는, 체조직에 여기광을 조사하고 당해 체조직으로부터의 형광을 관찰하는 것(자가 형광 관찰), 또는 인도시아닌그린(ICG) 등의 시약을 체조직에 국주(局注)함과 함께 당해 체조직에 그 시약의 형광 파장에 대응한 여기광을 조사하여 형광상을 얻는 것 등을 행할 수 있다. 광원 장치(11203)는, 이와 같은 특수광 관찰에 대응한 협대역광 및/또는 여기광을 공급 가능하게 구성될 수 있다.
도 29는, 도 28에 도시하는 카메라 헤드(11102) 및 CCU(11201)의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도이다.
카메라 헤드(11102)는, 렌즈 유닛(11401)과, 촬상부(11402)와, 구동부(11403)와, 통신부(11404)와, 카메라 헤드 제어부(11405)를 가진다. CCU(11201)는, 통신부(11411)와, 화상 처리부(11412)와, 제어부(11413)를 가진다. 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201)는, 전송 케이블(11400)에 의해 서로 통신 가능하게 접속되어 있다.
렌즈 유닛(11401)은, 경통(11101)과의 접속부에 마련된 광학계이다. 경통(11101)의 선단으로부터 취입된 관찰광은, 카메라 헤드(11102)까지 도광되고, 당해 렌즈 유닛(11401)에 입사한다. 렌즈 유닛(11401)은, 줌렌즈 및 포커스 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈가 조합되어 구성된다.
촬상부(11402)를 구성하는 촬상 소자는, 1개(이른바 단판식)라도 좋고, 복수(이른바 다판식)라도 좋다. 촬상부(11402)가 다판식으로 구성되는 경우에는, 예를 들어 각 촬상 소자에 의해 RGB 각각에 대응하는 화상 신호가 생성되고, 그것들이 합성됨에 의해 컬러 화상이 얻어져도 좋다. 또는, 촬상부(11402)는, 3D(dimensional) 표시에 대응하는 우안용 및 좌안용의 화상 신호를 각각 취득하기 위한 1쌍의 촬상 소자를 갖도록 구성되어도 좋다. 3D 표시가 행해짐에 의해, 수술자(11131)는 수술부에서의 생체 조직의 깊이를 보다 정확하게 파악하는 것이 가능해진다. 또한, 촬상부(11402)가 다판식으로 구성되는 경우에는, 각 촬상 소자에 대응하여, 렌즈 유닛(11401)도 복수 계통 마련될 수 있다.
또한, 촬상부(11402)는, 반드시 카메라 헤드(11102)에 마련되지 않아도 좋다. 예를 들면, 촬상부(11402)는, 경통(11101)의 내부에, 대물 렌즈의 직후에 마련되어도 좋다.
구동부(11403)는, 액추에이터에 의해 구성되고, 카메라 헤드 제어부(11405)로부터의 제어에 의해, 렌즈 유닛(11401)의 줌렌즈 및 포커스 렌즈를 광축을 따라 소정의 거리만큼 이동시킨다. 이에 의해, 촬상부(11402)에 의한 촬상 화상의 배율 및 초점이 적절히 조정될 수 있다.
통신부(11404)는, CCU(11201D)와의 사이에서 각종의 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(11404)는, 촬상부(11402)로부터 얻은 화상 신호를 RAW 데이터로서 전송 케이블(11400)을 통하여 CCU(11201)에 송신한다.
또한, 통신부(11404)는, CCU(11201)로부터, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 수신하고, 카메라 헤드 제어부(11405)에 공급한다. 당해 제어 신호에는, 예를 들면, 촬상 화상의 프레임 레이트를 지정하는 취지의 정보, 촬상 시의 노출치를 지정하는 취지의 정보, 및/또는 촬상 화상의 배율 및 초점을 지정하는 취지의 정보 등, 촬상 조건에 관한 정보가 포함된다.
또한, 상기 프레임 레이트나 노출치, 배율, 초점 등의 촬상 조건은, 유저에 의해 적절히 지정되어도 좋고, 취득된 화상 신호에 의거하여 CCU(11201)의 제어부(11413)에 의해 자동적으로 설정되어도 좋다. 후자인 경우에는, 이른바 AE(Auto Exposure) 기능, AF(Auto Focus) 기능 및 AWB(Auto White Balance) 기능이 내시경(11100)에 탑재되어 있는 것으로 된다.
카메라 헤드 제어부(11405)는, 통신부(11404)를 통하여 수신한 CCU(11201)로부터의 제어 신호에 의거하여, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어한다.
통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)와의 사이에서 각종의 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)로부터, 전송 케이블(11400)을 통하여 송신되는 화상 신호를 수신한다.
또한, 통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)에 대해, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 송신한다. 화상 신호나 제어 신호는, 전기 통신이나 광통신 등에 의해 송신할 수 있다.
화상 처리부(11412)는, 카메라 헤드(11102)로부터 송신된 RAW 데이터인 화상 신호에 대해 각종의 화상 처리를 시행한다.
제어부(11413)는, 내시경(11100)에 의한 수술부 등의 촬상, 및, 수술부 등의 촬상에 의해 얻어지는 촬상 화상의 표시에 관한 각종의 제어를 행한다. 예를 들면, 제어부(11413)는, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.
또한, 제어부(11413)는, 화상 처리부(11412)에 의해 화상 처리가 시행된 화상 신호에 의거하여, 수술부 등이 찍힌 촬상 화상을 표시 장치(11202)에 표시시킨다. 이때, 제어부(11413)는, 각종의 화상 인식 기술을 이용하여 촬상 화상 내에서의 각종의 물체를 인식해도 좋다. 예를 들면, 제어부(11413)는, 촬상 화상에 포함되는 물체의 에지의 형상이나 색 등을 검출함에 의해, 겸자(鉗子) 등의 수술구, 특정한 생체 부위, 출혈, 에너지 처치구(11112)의 사용 시의 미스트 등을 인식할 수 있다. 제어부(11413)는, 표시 장치(11202)에 촬상 화상을 표시시킬 때에, 그 인식 결과를 이용하여, 각종의 수술 지원 정보를 당해 수술부의 화상에 중첩 표시시켜도 좋다. 수술 지원 정보가 중첩 표시되고, 수술자(11131)에게 제시됨에 의해, 수술자(11131)의 부담을 경감하는 것이나, 수술자(11131)가 확실하게 수술을 진행시키는 것이 가능해진다.
카메라 헤드(11102) 및 CCU(11201)를 접속하는 전송 케이블(11400)은, 전기 신호의 통신에 대응한 전기 신호 케이블, 광통신에 대응한 광파이버, 또는 이들 복합 케이블이다.
여기서, 도시한 예에서는, 전송 케이블(11400)을 이용하여 유선으로 통신이 행해지고 있었는데, 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201) 사이의 통신은 무선으로 행해져도 좋다.
<이동체에의 응용례>
본 개시에 관한 기술(본 기술)은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동 이륜차, 자전거, 퍼스널 모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇 등의 어느 한 종류의 이동체에 탑재되는 장치로서 실현되어도 좋다.
도 30은, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 이동체 제어 시스템의 한 예인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성례를 도시하는 블록도이다.
차량 제어 시스템(12000)은, 통신 네트워크(12001)를 통하여 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 30에 도시한 예에서는, 차량 제어 시스템(12000)은, 구동계 제어 유닛(12010), 바디계 제어 유닛(12020), 차외 정보 검출 유닛(12030), 차내 정보 검출 유닛(12040), 및 통합 제어 유닛(12050)을 구비한다. 또한, 통합 제어 유닛(12050)의 기능 구성으로서, 마이크로 컴퓨터(12051), 음성 화상 출력부(12052), 및 차량 탑재 네트워크 I/F(Interface)(12053)가 도시되어 있다.
구동계 제어 유닛(12010)은, 각종 프로그램에 따라 차량의 구동계에 관련되는 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 구동계 제어 유닛(12010)은, 내연 기관 또는 구동용 모터 등의 차량의 구동력을 발생시키기 위한 구동력 발생 장치, 구동력을 차륜에 전달하기 위한 구동력 전달 기구, 차량의 타각을 조절하는 스티어링 기구, 및, 차량의 제동력을 발생시키는 제동 장치 등의 제어 장치로서 기능한다.
바디계 제어 유닛(12020)은, 각종 프로그램에 따라 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 바디계 제어 유닛(12020)은, 키레스 엔트리 시스템, 스마트 키 시스템, 파워 윈도우 장치, 또는, 헤드 램프, 백 램프, 브레이크 램프, 윙커 또는 포그 램프 등의 각종 램프의 제어 장치로서 기능한다. 이 경우, 바디계 제어 유닛(12020)에는, 키를 대체하는 휴대기로부터 발신되는 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있다. 바디계 제어 유닛(12020)은, 이들 전파 또는 신호의 입력을 접수하고, 차량의 도어 로크 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.
차외 정보 검출 유닛(12030)은, 차량 제어 시스템(12000)을 탑재한 차량의 외부의 정보를 검출한다. 예를 들면, 차외 정보 검출 유닛(12030)에는, 촬상부(12031)가 접속된다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 촬상부(12031)에 차외의 화상을 촬상시킴과 함께, 촬상된 화상을 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 수신한 화상에 의거하여, 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면상의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행해도 좋다.
촬상부(12031)는, 광을 수광하고, 그 광의 수광량에 응한 전기 신호를 출력하는 광센서이다. 촬상부(12031)는, 전기 신호를 화상으로서 출력할 수도 있고, 거리 측정의 정보로서 출력할 수도 있다. 또한, 촬상부(12031)가 수광하는 광은, 가시광이라도 좋고, 적외선 등의 비가시광이라도 좋다.
차내 정보 검출 유닛(12040)은, 차내의 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)에는, 예를 들면, 운전자의 상태를 검출하는 운전자 상태 검출부(12041)가 접속된다. 운전자 상태 검출부(12041)는, 예를 들어 운전자를 촬상하는 카메라를 포함하고, 차내 정보 검출 유닛(12040)은, 운전자 상태 검출부(12041)로부터 입력되는 검출 정보에 의거하여, 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출해도 좋고, 운전자가 앉아서 졸고 있지 않는지를 판별해도 좋다.
마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 차내외의 정보에 의거하여, 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표치를 연산하고, 구동계 제어 유닛(12010)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량의 충돌 회피 또는 충격 완화, 차간 거리에 의거하는 추종 주행, 차속 유지 주행, 차량의 충돌 경고, 또는 차량의 레인 일탈 경고 등을 포함하는 ADAS(Advanced Driver Assistance System)의 기능 실현을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 차량의 주위의 정보에 의거하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치 등을 제어함에 의해, 운전자의 조작에 의하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 취득되는 차외의 정보에 의거하여, 바디계 제어 유닛(12030)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 검지한 선행차 또는 대향차의 위치에 응하여 헤드 램프를 제어하여, 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 방현(防眩)을 도모하는 것을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
음성 화상 출력부(12052)는, 차량의 탑승자 또는 차외에 대해, 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력 장치에 음성 및 화상 중의 적어도 일방의 출력 신호를 송신한다. 도 30의 예에서는, 출력 장치로서, 오디오 스피커(12061), 표시부(12062) 및 인스트루먼트 패널(12063)이 예시되어 있다. 표시부(12062)는, 예를 들면, 온 보드 디스플레이 및 헤드 업 디스플레이의 적어도 1개를 포함하고 있어도 좋다.
도 31은, 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 도시하는 도면이다.
도 31에서는, 촬상부(12031)로서, 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)를 가진다.
촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)는, 예를 들면, 차량(12100)의 프런트 노우즈, 사이드 미러, 리어 범퍼, 백 도어 및 차실내의 프런트글라스의 상부 등의 위치에 마련된다. 프런트 노우즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실내의 프런트글라스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 차량(12100)의 전방의 화상을 취득한다. 사이드 미러에 구비되는 촬상부(12102, 12103)는, 주로 차량(12100)의 측방의 화상을 취득한다. 리어 범퍼 또는 백 도어에 구비되는 촬상부(12104)는, 주로 차량(12100)의 후방의 화상을 취득한다. 차실내의 프런트글라스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 선행 차량 또는, 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 이용된다.
또한, 도 31에는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬영 범위의 한 예가 도시되어 있다. 촬상 범위(12111)는, 프런트 노우즈에 마련된 촬상부(12101)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12112, 12113)는, 각각 사이드 미러에 마련된 촬상부(12102, 12103)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12114)는, 리어 범퍼 또는 백 도어에 마련된 촬상부(12104)의 촬상 범위를 나타낸다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)에서 촬상된 화상 데이터가 맞겹쳐짐에 의해, 차량(12100)을 상방에서 본 부감(俯瞰) 화상이 얻어진다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 1개는, 거리 정보를 취득하는 기능을 가지고 있어도 좋다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 1개는, 복수의 촬상 소자로 이루어지는 스테레오 카메라라도 좋고, 위상차 검출용의 화소를 갖는 촬상 소자라도 좋다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 촬상 범위(12111 내지 12114) 내에서의 각 입체물까지의 거리와, 이 거리의 시간적 변화(차량(12100)에 대한 상대 속도)를 구함에 의해, 특히 차량(12100)의 진행로상에 있는 가장 가까운 입체물로, 차량(12100)과 개략 같은 방향으로 소정의 속도(예를 들면, 0㎞/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 선행차와 내 차와의 사이에 미리 확보해야 할 차간 거리를 설정하고, 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함한다)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함한다) 등을 행할 수 있다. 이와 같이 운전자의 조작에 의하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 입체물에 관한 입체물 데이터를, 이륜차, 보통 차량, 대형 차량, 보행자, 전신주 등 그 외의 입체물로 분류하여 추출하고, 장애물의 자동 회피에 이용할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량(12100)의 주변의 장애물을, 차량(12100)의 드라이버가 시인 가능한 장애물과 시인 곤란한 장애물로 식별한다. 그리고, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 각 장애물과의 충돌의 위험도를 나타내는 충돌 리스크를 판단하고, 충돌 리스크가 설정치 이상으로 충돌 가능성이 있는 상황일 때에는, 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 통하여 드라이버에게 경보를 출력하는 것이나, 구동계 제어 유닛(12010)을 통하여 강제 감속이나 회피 조타를 행함으로써, 충돌 회피를 위한 운전 지원을 행할 수 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 1개는, 적외선을 검출하는 적외선 카메라라도 좋다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재하는지의 여부를 판정함으로써 보행자를 인식할 수 있다. 이들 보행자의 인식은, 예를 들어 적외선 카메라로서의 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상에서의 특징점을 추출하는 순서와, 물체의 윤곽을 나타내는 일련의 특징점에 패턴 매칭 처리를 행하여 보행자인지의 여부를 판별하는 순서에 의해 행해진다. 마이크로 컴퓨터(12051)가, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재한다고 판정하고, 보행자를 인식하면, 음성 화상 출력부(12052)는, 당해 인식된 보행자에게 강조를 위한 사각형 윤곽선을 중첩 표시하도록, 표시부(12062)를 제어한다. 또한, 음성 화상 출력부(12052)는, 보행자를 나타내는 아이콘 등을 소망하는 위치에 표시하도록 표시부(12062)를 제어해도 좋다.
본 명세서에서, 시스템이란, 복수의 장치에 의해 구성되는 장치 전체를 나타내는 것이다.
또한, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이고 한정되는 것이 아니라, 또 다른 효과가 있어도 좋다.
또한, 본 기술의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능하다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1)
광전 변환을 행하는 광전 변환부와,
상기 광전 변환부에 의해 얻어진 전하를 축적하는 복수의 전하 축적부와,
상기 광전 변환부로부터 상기 복수의 전하 축적부 각각에 전하를 전송하는 복수의 전송부를 구비하고,
상기 전하 축적부 각각은 상기 복수의 전송부 중 대응하는 하나의 전송부에 포함된 트랜지스터의 제1 게이트와, 상기 제1 게이트와 평행한 위치에 마련된 제2 게이트 사이에 마련되어 있는 촬상 소자.
(2)
상기 제2 게이트는 상기 전하 축적부를 리셋하는 리셋 트랜지스터의 게이트를 포함하는 상기 (1)에 기재된 촬상 소자.
(3)
상기 제2 게이트는 더미 게이트를 포함하는 상기 (1)에 기재된 촬상 소자.
(4)
상기 전하 축적부에 용량을 부가하는 부가 용량부와,
상기 전하 축적부에 상기 부가 용량부를 부가하는 부가 트랜지스터를 더 구비하고,
상기 전하 축적부는 상기 제1 게이트와, 상기 부가 트랜지스터에 포함된 상기 제2 게이트 사이에 마련되어 있는 상기 (1)에 기재된 촬상 소자.
(5)
상기 부가 용량부는 상기 제2 게이트와, 인접하는 화소에 마련된 제3 게이트 사이에 마련되어 있는 상기 (4)에 기재된 촬상 소자.
(6)
광전 변환을 행하는 광전 변환부와,
상기 광전 변환부에 의해 얻어진 전하를 축적하는 복수의 전하 축적부와,
상기 광전 변환부로부터 상기 복수의 전하 축적부 각각에 전하를 전송하는 복수의 전송부와,
상기 복수의 전송부 중 대응하는 하나의 전송부에 포함된 트랜지스터의 게이트와 평행하게 마련되어 있는 트렌치를 구비하고,
상기 전하 축적부 각각은 상기 게이트와 상기 트렌치 사이에 마련되어 있는 촬상 소자.
(7)
상기 트렌치는 화소를 둘러싸도록 마련되어 있는 상기 (6)에 기재된 촬상 소자.
(8)
상기 전하 축적부 중 2 또는 4개가 화소 내에 마련되어 있는 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(9)
상기 복수의 전하 축적부는 상기 복수의 전송부와 선대칭 또는 점대칭으로 배치되어 있는 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(10)
조사광을 발광하는 발광부와,
상기 조사광이 대상물에서 반사한 반사광을 수광하는 수광부와,
상기 조사광의 발광으로부터 상기 반사광의 수광까지의 시간에 의거하여, 상기 대상물까지의 거리를 산출하는 산출부를 구비하고,
상기 수광부에 배치되어 있는 촬상 소자는,
광전 변환을 행하는 광전 변환부와,
상기 광전 변환부에 의해 얻어진 전하를 축적하는 복수의 전하 축적부와,
상기 광전 변환부로부터 상기 복수의 전하 축적부 각각에 전하를 전송하는 복수의 전송부를 구비하고,
상기 전하 축적부 각각은 상기 복수의 전송부 중 대응하는 하나의 전송부에 포함된 트랜지스터의 제1 게이트와, 상기 제1 게이트와 평행한 위치에 마련된 제2 게이트 사이에 마련되어 있는 거리 측정 장치.
10: 거리 측정 장치
11: 렌즈
12: 수광부
13: 신호 처리부
14: 발광부
15: 발광 제어부
21: 패턴 전환부
22: 거리 화상 생성부
23: 칼럼 처리부
31: 포토 다이오드
41: 화소 어레이부
42: 수직 구동부
43: 칼럼 처리부
44: 수평 구동부
45: 시스템 제어부
46: 화소 구동선
47: 수직 신호선
48: 신호 처리부
50: 화소
51: 탭
61: 포토 다이오드
62: 전송 트랜지스터
63: FD
64: 리셋 트랜지스터
65: 증폭 트랜지스터
66: 선택 트랜지스터
71: 배출 트랜지스터
72: 웰 콘택트
121: 마스크
131: 개구부
231: 더미 게이트
251: 변환 효율 전환용 트랜지스터
252: 부가 용량
301: 소자 분리부
302: 화소 분리부
303: P형 불순물층
321: 화소 분리부

Claims (10)

  1. 광전 변환을 행하는 광전 변환부와,
    상기 광전 변환부에 의해 얻어진 전하를 축적하는 복수의 전하 축적부와,
    상기 광전 변환부로부터 상기 복수의 전하 축적부 각각에 전하를 전송하는 복수의 전송부를 구비하고,
    상기 전하 축적부 각각은 상기 복수의 전송부 중 대응하는 하나의 전송부에 포함된 트랜지스터의 제1 게이트와, 상기 제1 게이트와 평행한 위치에 마련된 제2 게이트 사이에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 게이트는 상기 전하 축적부를 리셋하는 리셋 트랜지스터의 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 게이트는 더미 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전하 축적부에 용량을 부가하는 부가 용량부와,
    상기 전하 축적부에 상기 부가 용량부를 부가하는 부가 트랜지스터를 더 구비하고,
    상기 전하 축적부는 상기 제1 게이트와 상기 부가 트랜지스터에 포함된 상기 제2 게이트 사이에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 부가 용량부는 상기 제2 게이트와, 인접하는 화소에 마련된 제3 게이트 사이에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  6. 광전 변환을 행하는 광전 변환부와,
    상기 광전 변환부에 의해 얻어진 전하를 축적하는 복수의 전하 축적부와,
    상기 광전 변환부로부터 상기 복수의 전하 축적부 각각에 전하를 전송하는 복수의 전송부와,
    상기 복수의 전송부 중 대응하는 하나의 전송부에 포함된 트랜지스터의 게이트와 평행하게 마련되어 있는 트렌치를 구비하고,
    상기 전하 축적부 각각은 상기 게이트와 상기 트렌치 사이에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 트렌치는 화소를 둘러싸도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전하 축적부 중 2 또는 4개가 화소 내에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전하 축적부는 상기 복수의 전송부와 선대칭 또는 점대칭으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  10. 조사광을 발광하는 발광부와,
    상기 조사광이 대상물에서 반사한 반사광을 수광하는 수광부와,
    상기 조사광의 발광으로부터 상기 반사광의 수광까지의 시간에 의거하여, 상기 대상물까지의 거리를 산출하는 산출부를 구비하고,
    상기 수광부에 배치되어 있는 촬상 소자는,
    광전 변환을 행하는 광전 변환부와,
    상기 광전 변환부에 의해 얻어진 전하를 축적하는 복수의 전하 축적부와,
    상기 광전 변환부로부터 상기 복수의 전하 축적부 각각에 전하를 전송하는 복수의 전송부를 구비하고,
    상기 전하 축적부 각각은 상기 복수의 전송부 중 대응하는 하나의 전송부에 포함된 트랜지스터의 제1 게이트와, 상기 제1 게이트와 평행한 위치에 마련된 제2 게이트 사이에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
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