TW202101746A - 受光元件、固體攝像裝置及測距裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係抑制解像度降低且提高測距精度。實施形態之受光元件具備：半導體基板(40)；點陣狀之遮光膜(44)，其設置於上述半導體基板之第1面上，且開口部矩陣狀排列；複數個第1半導體區域(21)，其等矩陣狀排列於上述半導體基板中之與上述第1面相反側之第2面；複數個第2半導體區域(22A、22B)，其等設置於上述半導體基板之上述第2面且自行方向隔著上述第1半導體區域各者之相鄰區域；及配線層(71、72)，其等設置於上述半導體基板之上述第2面上，且與上述第1半導體區域電性連接；上述第1半導體區域位於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域；上述配線層包含：主配線，其於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域朝行方向延伸；及分支配線，其於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域朝列方向延伸，且連接上述主配線與上述第1半導體區域各者。

Description

受光元件、固體攝像裝置及測距裝置
本揭示係關於一種受光元件、固體攝像裝置及測距裝置。
先前，已知有使用間接ToF(Time of Flight：飛時測距)方式之測距感測器。此種測距感測器中，於某相位自光源出射光，並基於藉由接受該反射光所得之信號電荷，測量與物體之距離。
使用此種間接ToF方式之測距感測器(以下稱為間接ToF感測器)中，可將反射光之信號電荷高速分配至不同區域之感測器必不可少。因此，例如，於以下之專利文獻1中，揭示一種藉由對感測器之基板直接施加電壓使基板內產生電流，而可高速調變基板內之廣範圍區域的技術。此種感測器亦被稱為CAPD(Current Assisted Photonic Demodulator：電流輔助光子解調器)型間接ToF感測器。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2011-86904號公報
[發明所欲解決之問題] 然而，先前技術之CAPD型間接ToF感測器中，為提高測距精度而增大像素尺寸，但因此致使畫角變大，故存在解像度降低之問題。
因此，本揭示中提案一種可抑制解像度降低且提高測距精度，或可抑制測距精度之定價且提高解像度的受光元件、固體攝像裝置及測距裝置。 [解決問題之技術手段]
為解決上述問題，本揭示之一形態之受光元件具備：半導體基板；點陣狀之遮光膜，其設置於上述半導體基板之第1面上，且開口部矩陣狀排列；複數個第1半導體區域，其等矩陣狀排列於上述半導體基板中之與上述第1面相反側之第2面；複數個第2半導體區域，其等設置於上述半導體基板之上述第2面且自行方向隔著上述第1半導體基板各者之相鄰區域；及配線層，其設置於上述半導體基板之上述第2面上，且與上述第1半導體區域電性連接；上述第1半導體區域位於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域，上述配線層包含：主配線，其於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域朝行方向延伸；及分支配線，其於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域朝列方向延伸，且連接上述主配線與上述第1半導體區域各者。
以下，基於圖式對本揭示之一實施形態詳細地進行說明。另，以下之實施形態中，藉由對同一部位標註同一符號而省略重複說明。
又，按照以下所示之項目順序說明本揭示。 1.第1實施形態 1.1 測距裝置(ToF感測器) 1.2 固體攝像裝置之構成例 1.3 單位像素之電路構成例 1.4 受光元件之俯視佈局例 1.4.1 比較例之俯視佈局例 1.4.2 第1實施形態之俯視佈局例 1.5 晶片構成例 1.6 單位像素之剖面構造例 1.7 PN半導體區域與遮光膜之位置關係 1.8 單位像素之讀出動作例 1.9 MIX配線之佈局例 1.9.1 比較例之MIX配線 1.9.2 第1實施形態之MIX配線 1.10 像素信號讀出時之驅動例 1.10.1 第1驅動例 1.10.1.1 第1驅動例之MIX配線 1.10.2 第2驅動例 1.10.2.1 第2驅動例之MIX配線 1.11 半導體基板中之電場 1.12 動作速度與對比度之關係 1.13 動作電壓與對比度之關係 1.14 作用、效果 2.第2實施形態 2.1 第2實施形態之俯視佈局例 2.2 像素信號讀出時之驅動例 2.3 作用、效果 3.第3實施形態 4.第4實施形態 5.應用例
1.第1實施形態 首先，以下參照圖式對第1實施形態詳細地進行說明。另，第1實施形態中，舉例說明例如藉由間接ToF方式測定與物體之距離之受光元件、固體攝像裝置及測距裝置。
本實施形態之受光元件、固體攝像裝置及測距裝置可適用於例如搭載於車輛，測定與位於車外之對象物之距離之車載用系統，或測定與使用者之手等對象物之距離，並基於該測定結果辨識使用者之手勢之手勢辨識用系統等。於該情形時，手勢辨識之結果亦可用於例如操作汽車導航系統等。
1.1 測距裝置(ToF感測器) 圖1係顯示作為本實施形態之測距裝置之ToF感測器之概略構成例之方塊圖。如圖1所示，ToF感測器1具備控制部11、發光部13、受光部14、運算部15及外部介面(I/F)19。
控制部11由例如CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)等資訊處理裝置構成，控制ToF感測器1之各部。
外部I/F19可為例如通信配接器，其除無線LAN(Local Area Network：局域網路)或有線LAN外，亦經由依據CAN(Controller Area Network：控制器區域網路)、LIN(Local Interconnect Network：局域互連網路)、FlexRay(註冊商標)等任意規格之通信網路，與外部之主機80確立通信。
此處，主機80於例如將ToF感測器1安裝於汽車等之情形時，可為搭載於汽車等之ECU(Engine Control Unit：引擎控制單元)等。又，將ToF感測器1搭載於家庭內寵物機器人等自律移動機器人、或機器人清掃機、或無人航空器、或跟隨搬運機器人等自律移動體之情形時，主機80可為控制該自律移動體之控制裝置等。
發光部13具備例如1個或複數個半導體雷射二極體作為光源，以特定週期(亦稱為發光週期)出射特定時間寬度之脈衝狀之雷射光L1。發光部13至少向受光部14之畫角以上之角度範圍出射雷射光L1。又，發光部13以例如100 MHz(兆赫)之週期，出射10 ns(奈秒)時間寬度之雷射光L1。自發光部13出射之雷射光L1例如於測距範圍內存在物體90之情形時，被該物體90反射，而作為反射光L2入射於受光部14。
受光部14之細節於下文敘述，但具備例如二維點陣狀排列之複數個像素，輸出發光部13之發光後各像素中檢測出之信號強度(以下亦稱為像素信號)。
運算部15基於自受光部14輸出之像素信號，產生受光部14之畫角內之深度圖像。此時，運算部15亦可對產生之深度圖像執行雜訊去除等特定之處理。運算部15中產生之深度圖像可經由例如外部I/F19輸出至主機80等。
1.2 固體攝像裝置之構成例 圖2係顯示作為第1實施形態之受光部之固體攝像裝置之概略構成例之方塊圖。
圖2所示之固體攝像裝置100為背面照射型之CAPD型間接TOF感測器(以下簡稱為CAPD感測器)，設置於具有測距功能之測距裝置。
固體攝像裝置100為具有像素陣列部101與周邊電路之構成。周邊電路可包含例如垂直驅動電路103、行處理電路104、水平驅動電路105及系統控制部102。
固體攝像裝置100可進而包含信號處理部106與資料儲存部107。另，信號處理部106及資料儲存部107可搭載於與固體攝像裝置100相同之基板上，亦可配置於測距裝置中之與固體攝像裝置100不同之基板上。
像素陣列部101具備如下構成：將產生對應於接受到之光量之電荷，輸出對應於該電荷之信號之像素(以下亦稱為單位像素)20於列方向及行方向，即二維點陣狀排列。即，像素陣列部101具備複數個對入射之光進行光電轉換，並輸出其結果可得之電荷所對應之信號的單位像素20。
此處，列方向意指像素列之單位像素20之排列方向(圖式中為橫向)，行方向意指像素行之單位像素20之排列方向(圖式中為縱向)。
於像素陣列部101中，對矩陣狀之像素排列，依每像素列沿列方向配線像素驅動線LD，於各像素行，沿行方向配線2條垂直信號線VSL。例如，像素驅動線LD傳送用以進行自單位像素20讀出信號時之驅動之驅動信號。另，於圖2中，顯示像素驅動線LD為1條配線，但並非限定於1條者。又，像素驅動線LD之一端連接於垂直驅動電路103之各列所對應之輸出端。
垂直驅動電路103由移位暫存器或位址解碼器等構成，所有像素同時或以列單位等驅動像素陣列部101之各單位像素20。即，垂直驅動電路103與控制垂直驅動電路103之系統控制部102一起構成控制像素陣列部101之各單位像素20之動作之驅動部。
另，間接ToF方式之測距中，連接於一條控制線之使之高速驅動之元件(CAPD元件)之數量對高速驅動之控制性或驅動之精度帶來影響。用於間接ToF方式之測距之固體攝像元件多設為水平方向較長之像素陣列。因此，此種情形時，關於使之高速驅動之元件之控制線，可使用垂直信號線VSL或其他之垂直方向較長之控制線。該情形時，例如對垂直信號線VSL或垂直方向較長之其他控制線，連接於垂直方向排列之複數個單位像素20，並經由該等垂直信號線VSL或其他控制線，藉由與垂直驅動電路103分開設置之驅動部或水平驅動電路105等，進行單位像素20之驅動，即固體攝像裝置100之驅動。
根據垂直驅動電路103之驅動控制，自像素列之各單位像素20輸出之信號通過垂直信號線VSL，輸入於行處理電路104。行處理電路104對自各單位像素20通過垂直信號線VSL輸出之信號進行特定之信號處理，且暫時保持處理後之像素信號。
具體而言，行處理電路104進行雜訊去除處理或AD(Analog to Digital：類比轉數位)轉換處理等，作為信號處理。
水平驅動電路105由移位暫存器或位址解碼器等構成，依序選擇對應於行處理電路104之像素行之單位電路。藉由該水平驅動電路105之選擇掃描，依序輸出行處理電路104中依每單位電路經信號處理之像素信號。
系統控制部102由產生各種時序信號之時序產生器等構成，基於該時序產生器所產生之各種時序信號，進行垂直驅動電路103、行處理電路104及水平驅動電路105等之驅動控制。
信號處理部106至少具有運算處理功能，基於自行處理電路104輸出之像素信號，執行運算處理等各種信號處理，將由此算出之每像素之距離資訊輸出至外部。資料儲存部107於信號處理部106之信號處理時，暫時儲存該處理所需之資料。
1.3 單位像素之電路構成例 圖3係顯示本實施形態之單位像素之等效電路之一例之電路圖。如圖3所示，單位像素20具備如下構成：對形成於半導體基板40之2個信號擷取部30A及30B中之一信號擷取部30A之p+半導體區域(以下稱為MIX)21，施加電荷讀出用電壓(以下稱為讀出電壓)VmixA，於n+半導體區域(以下稱為DET)22，連接有包含傳輸電晶體24、FD26、重設電晶體23、放大電晶體27及選擇電晶體28之讀出電路20A。
同樣地，單位像素20具備如下構成：對另一信號擷取部30B之MIX21，施加讀出電壓VmixB，於DET22連接有包含傳輸電晶體24、FD26、重設電晶體23、放大電晶體27及選擇電晶體28之讀出電路20B。
另，半導體基板40中之由2個信號擷取部30A及30B劃定之區域作為各單位像素20之受光元件發揮功能。
垂直驅動電路103對信號擷取部30A之MIX21施加讀出電壓VmixA，對信號擷取部30B之MIX21施加電壓VmixB。例如，自信號擷取部30A擷取信號(電荷)之情形時，垂直驅動電路103對信號擷取部30A之MIX21施加1.5 V(伏特)之讀出電壓VmixA，對信號擷取部30B之MIX21施加0 V之讀出電壓VmixB。另一方面，自信號擷取部30B擷取信號(電荷)之情形時，垂直驅動電路103對信號擷取部30B之MIX21施加1.5 V(伏特)之讀出電壓VmixB，對信號擷取部30A之MIX21施加0 V之讀出電壓VmixA。
各信號擷取部30A及30B中之DET22係檢測藉由對入射於半導體基板40之光進行光電轉換而產生之電荷並加以蓄積之電荷檢測部。
各讀出電路20A及20B中，傳輸電晶體24於自垂直驅動電路103供給至閘極之驅動信號TRG變為有效狀態時，響應於此，變為導通狀態，藉此，將蓄積於各自對應之DET22之電荷傳輸至FD26。
FD26具備產生對應於蓄積電荷之電壓值之電壓的電荷電壓轉換功能，藉由暫時保持自DET22傳輸之電荷，而將對應於該電荷量之電壓值之電壓施加至放大電晶體27之閘極。
重設電晶體23於自垂直驅動電路103供給至閘極之驅動信號RST變為有效狀態時，響應於此，變為導通狀態，藉此，將FD26之電位重設為特定之位準(重設位準VDD)。另，藉由將重設電晶體23設為有效狀態時，使傳輸電晶體24亦一併為有效狀態，從而亦可一併重設蓄積於DET22之電荷。
放大電晶體27之源極經由選擇電晶體28連接於垂直信號線VSL0/VSL1，藉此，與連接於垂直信號線VSL0/VSL1之一端之恆定電流電路29A/29B之負載MOS電晶體一起構成源極隨耦電路。
選擇電晶體28連接於放大電晶體27之源極與垂直信號線VSL0/VSL1之間。選擇電晶體28於自垂直驅動電路103供給至閘極之選擇信號SEL變為有效狀態時，響應於此，變為導通狀態，而將自放大電晶體27輸出之像素信號輸出至垂直信號線VSL0/VSL1。
1.4 受光元件之俯視佈局例 接著，一面使用比較例一面對像素陣列部101之受光元件之俯視佈局例，詳細地進行說明。
1.4.1 比較例之俯視佈局例 圖4係顯示比較例之受光元件之佈局例之俯視圖。又，圖5係顯示圖4所示之受光元件之尺寸之一例之俯視圖。
如圖4所示，比較例之像素陣列部具備將複數個受光元件931二維點陣狀排列之構成。於各受光元件931之中央附近，具備例如於行方向分開配置之2個信號擷取部930A及930B。各信號擷取部930A及930B具備例如沿受光元件931之排列面之剖面為圓形之MIX921、及以包圍MIX921周圍之方式設置之DET922。
此處，如圖5所示，若將各受光元件931中之信號擷取部930A及930B之中心間之距離設為a，則各受光元件931設置於例如將行方向之長度設為2a之矩形區域。另，圖5中，亦將列方向之長度設為2a，而將受光元件931之區域設為正方形，但不限於正方形，亦可進行各種變化。
1.4.2 第1實施形態之俯視佈局例 另一方面，圖6係顯示本實施形態之受光元件之佈局例之俯視圖，圖7係顯示圖6所示之受光元件之尺寸之一例之俯視圖。
如圖6所示，本實施形態之像素陣列部101具備將複數個受光元件31二維點陣狀排列之構成。於行方向(圖式中為上下方向)之受光元件31之各邊界部分，設有PN半導體區域30。
各PN半導體區域30例如具備：MIX21，其位於受光元件31之各邊界部分；DET22A，其自行方向下側與MIX21相鄰；及DET22B，其自行方向上側與MIX21相鄰。DET22A及22B相對於MIX21之列方向之長度亦可短於例如MIX21之列方向之長度。於該情形時，由於可減少DET22A及22B對受光元件31內2個MIX21所形成之電場帶來之影響，故可將電荷有效地收集於DET22A或22B，藉此，可抑制量子效率之降低。
此種構成中，各PN半導體區域30中之MIX21及DET22A構成形成各邊界部分之2個受光元件31中之下側之受光元件31之信號擷取部30A，MIX21及DET22B構成上側之受光元件31之信號擷取部30B。即，位於2個受光元件31之邊界部分之MIX21為該等2個受光元件31共用。
此處，若與圖5所例示之受光元件931同樣地，將信號擷取部30A及30B中之MIX21之中心間之距離設為a，則如圖7所示，各受光元件31可為行方向之長度為a之矩形區域。即，如本實施形態，藉由設為由上下相鄰之2個受光元件31共用MIX21之構成，可將MIX21之中心間之距離直接設為受光元件31之像素間距。藉此，由於可提高行方向之受光元件31之積體度，故可提高行方向之解像度。
例如，若與圖4或圖5所示之比較例相比，則可將各受光元件31之行方向之長度縮小為1/2。藉此，例如與圖4及圖5所示之比較例相比，可將行方向之解像度增加為2倍。此時，例如亦可藉由將受光元件31之俯視區域設為正方形，而使列方向之解像度增倍。
1.5 晶片構成例 圖8係顯示本實施形態之固體攝像裝置之晶片構成例之圖。如圖8所示，固體攝像裝置100具備例如將受光晶片51與電路晶片52上下貼合而成之貼合晶片50之構造。受光晶片51為例如由作為單位像素20中之受光元件發揮功能之半導體基板40構成之半導體晶片，電路晶片52為例如形成有單位像素20中之讀出電路20A及20B或周邊電路等之半導體晶片。
受光晶片51與電路晶片52之接合可使用例如將各個接合面平坦化並以電子間力將兩者貼合之所謂之直接接合。但不限於此，亦可使用例如將形成於彼此之接合面之銅(Cu)製之電極墊彼此接合之所謂之Cu-Cu接合或其他之凸塊接合等。
又，將受光晶片51與電路晶片52經由例如貫通半導體基板之TSV(Through-Silicon Via：矽通孔)等連接部電性連接。使用TSV之連接可採用例如於晶片外部連接設置於受光晶片51之TSV與自受光晶片51設置至電路晶片52之TSV之2個TSV的所謂的雙TSV方式，或將兩者以自受光晶片51貫通至電路晶片52之TSV連接之所謂之共用TSV方式等。
然而，對受光晶片51與電路晶片52之接合使用Cu-Cu接合或凸塊接合之情形時，經由Cu-Cu接合部或凸塊接合部將兩者電性連接。
另，圖16所示之貼合晶片50除固體攝像裝置100外，亦可包含運算部15、發光部13或控制部11等。
1.6 單位像素之剖面構造例 圖9係顯示本實施形態之受光元件之概略構成例之剖視圖。另，圖9中顯示所謂背面照射型固體攝像裝置100中，於行方向相鄰之2個受光元件31之受光晶片51部分之剖面構造例。
如圖9所示，各單位像素20中之受光元件31例如具備：矽基板等半導體基板40，其具備p型井(p-well)；防反射膜42，其設置於半導體基板40之背面側(圖式中為上表面側)；平坦化膜43，其設置於防反射膜42上；及晶載透鏡45，其設置於平坦化膜43上。另，電路晶片52亦可隔著氧化矽膜等絕緣膜41等貼合於半導體基板40之正面側(圖式中為下表面側)。
可對半導體基板40使用例如矽基板等半導體基板，其之基板厚度被薄化為例如20 μm(微米)以下厚度。另，半導體基板40之厚度亦可為20 μm以上，其之厚度可根據固體攝像裝置100之目標特性等而適當決定。
防反射膜42可為例如使用氮氧化矽(SiON)等高折射材料形成之膜。又，平坦化膜43可為例如使用氧化矽(SiO2 )等絕緣材料形成之膜。
於平坦化膜43上且相鄰之受光元件31之邊界部分，設有用以防止相鄰像素間之混色之遮光膜44。可對該遮光膜44使用例如鎢(W)等具備遮光性之材料。
於半導體基板40之正面側(圖式中為下表面側)之區域，設有構成信號擷取部30A及30B之PN半導體區域30。
此處，各信號擷取部30A及30B中之MIX21可為例如硼(B)等受體擴散於半導體基板40之區域，又，DET22A及22B亦可為磷(P)或砷(As)等施體擴散於半導體基板40之區域。
各信號擷取部30A及30B之DET22A或22B作為用以檢測自外部入射於受光元件31之光的光量，即藉由半導體基板40之光電轉換產生之電荷量之電荷檢測部發揮功能。
另一方面，MIX21作為用以將多個載子電流注入於半導體基板40之即用以對半導體基板40直接施加電壓而使半導體基板40內產生電場之電壓施加部發揮功能。
本實施形態中，例如對DET22A及22B之各者直接連接FD26(參照圖3)。
又，可對晶載透鏡45使用例如氧化矽(SiO2 )或透明樹脂等，並以使入射之光於受光元件31之中央附近聚光之方式設定其之曲率。
1.7 PN半導體區域與遮光膜之位置關係 圖10係顯示自與半導體基板之光之入射面垂直之方向觀察圖9之PN半導體區域與遮光膜時之位置關係之俯視圖。
於如圖9所示之構造中，遮光膜44例如如圖10所示，沿二維點陣狀排列之複數個受光元件31之邊界部分點陣狀設置。於該情形時，形成有遮光膜44之開口部為二維點陣狀排列。
又，PN半導體區域30例如如圖10所示，形成於自與半導體基板40之光之入射面垂直之方向觀察時，與遮光膜44中之於列方向延伸之部分重疊之區域。於該情形時，PN半導體區域30為二維點陣狀排列。
如此，藉由將PN半導體區域30配置於與遮光膜44光學重疊之區域，而如圖11所例示，可減少對形成於半導體基板40之正面側(圖中為下表面側)之絕緣膜41中之將PN半導體區域30之MIX21與DET22A及22B電性分離之部分41a入射之入射光L10。藉此，由於部分41a中之入射光L10之漫反射減少，故可提高將受光元件31間光學分離之像素分離特性。
又，藉由以晶載透鏡45將入射光L10聚光於各受光元件31之中央附近，而減少PN半導體區域30附近之入射光L10之光電轉換，因此，可抑制多餘之光電轉換。藉此，由於可減少不期望之電荷流入至DET22A及22B，故可進一步提高像素分離特性。
1.8 單位像素之讀出動作例 接著，一面參照圖1、圖3及圖9等一面對使用具有如上構造之固體攝像裝置100，藉由間接ToF方式測定與對象物之距離時之讀出動作詳細地進行說明。
藉由間接ToF方式測定與對象物之距離之情形時，自發光部13(參照圖1)向對象物射出特定波長之光(例如紅外光)。且，該光被對象物反射而作為反射光入射於受光部14時，固體攝像裝置100之半導體基板40對入射之反射光進行光電轉換，藉此，產生對應於該光量之電荷。
此時，垂直驅動電路103使單位像素20驅動，將對應於藉由光電轉換所得之電荷之信號分配至2個讀出電路20A及20B各自之FD26。
例如，於某時序，垂直驅動電路103對同一單位像素20中之2個MIX21施加電壓。具體而言，例如，垂直驅動電路103對信號擷取部30A之MIX21施加1.5 V(伏特)之讀出電壓VmixA，對信號擷取部30B之MIX21施加0 V之讀出電壓VmixB。
於該狀態下，光經由晶載透鏡45入射至半導體基板40內，且對該光進行光電轉換而產生電荷時，該產生之電荷被引導至信號擷取部30A之MIX21，且被提取至該信號擷取部30A之DET22A。
於該情形時，光電轉換所產生之電荷(即電子)用作用以檢測與入射至受光元件31之光之光量，即受光量對應之信號的信號載體。
被提取至DET22A之電荷經由讀出電路20A之傳輸電晶體24傳輸至FD26。藉此，對讀出電路20A中之放大電晶體27之閘極施加與蓄積於FD26之電荷對應之電壓值的電壓，其結果，於垂直信號線VSL0，經由選擇電晶體28出現與蓄積於FD26之電荷量對應之電壓值的電壓。
垂直信號線VSL0中出現之電壓藉由行處理電路104作為數位之像素信號被讀出，並被輸入至信號處理部106。
又，於下一個時序，以產生與目前為止受光元件31內產生之電場相反方向之電場之方式，對該受光元件31之2個MIX21施加電壓。具體而言，例如，垂直驅動電路103對信號擷取部30B之MIX21施加1.5 V之讀出電壓VmixB，對信號擷取部30A之MIX21施加0 V之讀出電壓VmixA。
於該狀態下，光經由晶載透鏡45入射至半導體基板40內，且對該光經光電轉換而產生電荷時，該產生之電荷被引導至信號擷取部30B之MIX21，被提取至該信號擷取部30B之DET22B。另，信號載體可與上述同樣為電子。
被提取至DET22B之電荷經由讀出電路20B之傳輸電晶體24而傳輸至FD26。藉此，對讀出電路20B中之放大電晶體27之閘極施加與蓄積於FD26之電荷對應之電壓值的電壓，其結果，於垂直信號線VSL1，經由選擇電晶體28出現與蓄積於FD26之電荷量對應之電壓值的電壓。
將垂直信號線VSL1中出現之電壓藉由行處理電路104作為數位之像素信號而讀出，並輸入至信號處理部106。
信號處理部106基於例如以2個讀出電路20A及20B各者讀出之像素信號之差，算出表示與對象物之距離之距離資訊，且將算出之距離資訊輸出至外部。
如上所述，將信號載體分配至2個信號擷取部30A及30B、基於以各個讀出電路20A及20B讀出之像素信號而算出距離資訊之方法稱為間接ToF方式。
1.9 MIX配線之佈局例 接著，一面使用比較例一面對用以向各受光元件31中之MIX21施加讀出電壓VmixA及VmixB之配線(以下稱為MIX配線)之俯視佈局例進行說明。
1.9.1 比較例之MIX配線 圖12係顯示圖4所例示之比較例之MIX配線之俯視佈局例之圖。如圖12所示，比較例中，於各受光元件931之中央附近配置有2個MIX921。因此，比較例之構成中，必須設置例如：用以自沿著相鄰之受光元件931之行方向之邊界部分延伸之2條主配線971及972中之一主配線971向一MIX921施加讀出電壓VmixA的分支配線973，及用以自另一主配線972向另一MIX921施加讀出電壓VmixB的分支配線974。
然而，由於分支配線973及974未被遮光膜等光學遮光，故藉由該等分支配線973及974產生入射光之反射，其結果，像素分離特性可能降低。
1.9.2. 第1實施形態之MIX配線 圖13係顯示本實施形態之MIX配線之俯視佈局例之圖。如圖13所示，本實施形態中，MIX21配置於相鄰之受光元件31之邊界部分。因此，本實施形態中，可將用以自沿著相鄰之受光元件31之行方向之邊界部分延伸之2條主配線71及72中之一主配線71向一MIX21施加讀出電壓VmixA的分支配線73、與用以自另一主配線72向另一MIX21施加讀出電壓VmixB的分支配線74配置於被遮光膜44光學遮光之區域。藉此，由於可減少分支配線73及74對入射光之反射，其結果，可抑制像素分離特性降低。
1.10 像素信號讀出時之驅動例 接著，列舉若干例對自像素陣列部101讀出像素信號時之驅動例進行說明。
1.10.1 第1驅動例 首先，對第1驅動例進行說明。圖14及圖15係用以說明本實施形態之第1驅動例之圖。
第1驅動例中，首先，對於第奇數列之單位像素20，驅動連接於DET22A之讀出電路20A，讀出像素信號，對於第偶數列之單位像素20，驅動連接於DET22B之讀出電路20B，讀出像素信號。接著，對於第奇數列之單位像素20，驅動連接於DET22B之讀出電路20B，讀出像素信號，對於第偶數列之單位像素20，驅動連接於DET22A之讀出電路20A，讀出像素信號。
具體而言，如圖14所示，對位於第奇數列之受光元件31之上側之邊界部分(換言之，第偶數列之受光元件31之下側之邊界部分)之MIX21，施加高(High)位準(例如1.5 V。圖式中記作‘H’)之讀出電壓Vmix(為便於說明，將其設為VmixA)，對位於第奇數列之受光元件31之下側之邊界部分(換言之，第偶數列之受光元件31之上側之邊界部分)之MIX21，施加低(Low)位準(例如0 V。圖式中記作‘L’)之讀出電壓Vmix(為便於說明，將其設為VmixB)。
藉由施加此種之讀出電壓VmixA及VmixB，半導體基板40中產生之負電荷(電子)於第奇數列之受光元件31中，被提取至上側之DET22A，於第偶數列之受光元件31中，被提取至下側之DET22B。
因此，對於第奇數列之受光元件31，驅動讀出電路20A，讀出像素信號，對於第偶數列之受光元件31，驅動讀出電路20B，讀出像素信號。
接著，如圖15所示，對位於第奇數列之受光元件31之下側之邊界部分(換言之，第偶數列之受光元件31之上側之邊界部分)之MIX21，施加高位準(例如1.5 V)之讀出電壓VmixB，對位於第奇數列之受光元件31之上側之邊界部分(換言之，第偶數列之受光元件31之下側之邊界部分)之MIX21，施加低位準(例如0 V)之讀出電壓VmixA。
藉由施加此種之讀出電壓VmixA及VmixB，半導體基板40中產生之負電荷(電子)於第奇數列之受光元件31中，被提取至下側之DET22B，於第偶數列之受光元件31中，被提取至上側之DET22A。
因此，對於第奇數列之受光元件31，驅動讀出電路20B，讀出像素信號，對於第偶數列之受光元件31，驅動讀出電路20A，讀出像素信號。
藉由對發光部13之一次發光執行如上之動作，可自蓄積於1個受光元件31中之DET22A與DET22B之電荷比例，求得自發光部13輸出並作為反射光L2入射於受光部14之雷射光L1之飛行時間。且，可自該比例取得與物體90之距離相關之資訊。
1.10.1.1 第1驅動例之MIX配線 另，如圖14及圖15所示，用以對位於第奇數列之受光元件31之上側之邊界部分之MIX21施加共通之讀出電壓VmixA，對位於第偶數列之受光元件31之上側之邊界部分之MIX21施加其他之共通之讀出電壓VmixB之MIX配線可藉由設為以下之構成而實現：例如，如圖16所示，將位於第奇數行之受光元件31之左側之邊界部分之主配線71與位於第奇數列之受光元件31之上側之邊界部分之MIX21以分支配線73連接，且將位於第偶數行之受光元件31之左側之邊界部分之主配線72與位於第偶數列之受光元件31之上側之邊界部分之MIX21以分支配線74連接，對主配線71施加讀出電壓VmixA，對主配線72施加讀出電壓VmixB。
1.10.2 第2驅動例 接著，對第2驅動例進行說明。圖17及圖18係用以說明本實施形態之第2驅動例之圖。
第2驅動例中，首先，關於第奇數列之受光元件31，對於第奇數行之受光元件31，驅動連接於DET22A之讀出電路20A，讀出像素信號，對於第偶數行之受光元件31，驅動連接於DET22B之讀出電路20B，讀出像素信號。又，關於第偶數列之受光元件31，對於第奇數行之受光元件31，驅動連接於DET22B之讀出電路20B，讀出像素信號，對於第偶數行之受光元件31，驅動連接於DET22A之讀出電路22A，讀出像素信號。
接著，關於第奇數列之受光元件31，對於第奇數行之受光元件31，驅動連接於DET22B之讀出電路20B，讀出像素信號，對於第偶數行之受光元件31，驅動連接於DET22A之讀出電路20A，讀出像素信號。又，關於第偶數列之受光元件31，對於第奇數行之受光元件31，驅動連接於DET22A之讀出電路20A，讀出像素信號，對於第偶數行之受光元件31，驅動連接於DET22B之讀出電路22A，讀出像素信號。
具體而言，如圖17所示，對位於第奇數列及第奇數行之受光元件31之上側之邊界部分(換言之，第偶數列及第奇數行受光元件31之下側之邊界部分)之MIX21，以及第偶數列及第偶數行受光元件31之上側之邊界部分(換言之，第奇數列及第偶數行之受光元件31之上側之邊界部分)之MIX21，施加高位準(例如1.5 V)之讀出電壓Vmix(為便於說明，將其設為VmixA)，對位於第奇數列及第偶數行之受光元件31之上側之邊界部分(換言之，第偶數列及第偶數行之受光元件31之下側之邊界部分)之MIX21，以及第偶數列及第奇數行之受光元件31之上側之邊界部分(換言之，第奇數列及第奇數行之受光元件31之下側之邊界部分)之MIX21，施加低位準(例如0 V)之讀出電壓Vmix(為便於說明，將其設為VmixB)。
藉由施加此種之讀出電壓VmixA及VmixB，半導體基板40中產生之負電荷(電子)於第奇數列及第奇數行之受光元件31以及第偶數列及第偶數行受光元件31中，被提取至上側之DET22A，於第奇數列及第偶數行之受光元件31以及第偶數列及第奇數行受光元件31中，被提取至下側之DET22B。
因此，對於第奇數列及第奇數行之受光元件31以及第偶數列及第偶數行之受光元件31，驅動讀出電路20A，讀出像素信號，對於第奇數列及第偶數行之受光元件31以及第偶數列及第奇數行之受光元件31，驅動讀出電路20B，讀出像素信號。
接著，如圖18所示，對位於第奇數列及第奇數行之受光元件31之下側之邊界部分之MIX21、以及第偶數列及第偶數行之受光元件31之下側之邊界部分之MIX21，施加高位準(例如1.5 V)之讀出電壓VmixB，對位於第奇數列及第偶數行之受光元件31之下側之邊界部分之MIX21、以及第偶數列及第奇數行之受光元件31之下側之邊界部分之MIX21，施加低位準(例如0 V)之讀出電壓VmixA。
藉由施加此種之讀出電壓VmixA及VmixB，半導體基板40中產生之負電荷(電子)於第奇數列及第奇數行之受光元件31、以及第偶數列及第偶數行之受光元件31中，被提取至下側之DET22B，於第奇數列及第偶數行之受光元件31、以及第偶數列及第奇數行之受光元件31中，被提取至上側之DET22A。
因此，關於第奇數列及第奇數行之受光元件31、以及第偶數列及第偶數行之受光元件31，驅動讀出電路20B，讀出像素信號，關於第奇數列及第偶數行之受光元件31、以及第偶數列及第奇數行之受光元件31，驅動讀出電路20A，讀出像素信號。
藉由對發光部13之一次發光執行如上動作，可自蓄積於1個受光元件31中之DET22A與DET22B之電荷之比例，求得自發光部13輸出並作為反射光L2入射於受光部14之雷射光L1之飛行時間。且，可自該比例取得與物體90之距離相關之資訊。
1.10.2.1 第2驅動例之MIX配線 另，如圖17及圖18所示，用以對位於第奇數列及第奇數行之受光元件31以及第偶數列及第偶數行之受光元件31之上側之邊界部分之MIX21，施加共通的讀出電壓VmixA，對位於第奇數列及第偶數行之受光元件31以及第偶數列及第奇數行之受光元件31之上側之邊界部分之MIX21，施加其他共通之讀出電壓VmixB的MIX配線可藉由設為以下構成而實現：例如，如圖19所示，將位於第奇數行之受光元件31之左側之邊界部分之主配線71、與位於第奇數列及第奇數行之受光元件31以及第偶數列及第偶數行之受光元件31之上側之邊界部分之MIX21以分支配線73連接，且將位於第偶數行之受光元件31之左側之邊界部分之主配線72與位於第奇數列及第偶數行之受光元件31以及第偶數列及第奇數行之受光元件31之上側之邊界部分之MIX21以分支配線74連接，對主配線71施加讀出電壓VmixA，對主配線72施加讀出電壓VmixB。
1.11 半導體基板中之電場 接著，一面使用比較例一面對本實施形態之受光元件31之半導體基板40中形成之電場進行說明。
圖20係顯示圖4所例示之比較例之受光元件之半導體基板中形成之電位之模擬結果之俯視圖，圖21係該模擬結果之垂直剖視圖。另一方面，圖22係顯示本實施形態之受光元件之半導體基板中形成之電位之模擬結果之俯視圖，圖23係該模擬結果之垂直剖視圖。
另，圖20及圖21所示之比較例中，將各受光元件931設為一邊之長度為5 μ之正方形，將自信號擷取部930A中之MIX921之中心至信號擷取部930B中之MIX921之中心之距離設為2.5 μm。又，圖22及圖23所示之本實施例中，將各受光元件31設為一邊之長度為5 μ之正方形。該情形時，MIX21之中心間距離成為5 μm。
又，圖20及圖21中，將信號擷取部930A設為信號擷取側，對信號擷取部930A之MIX921施加1.2 V之讀出電壓VmixA，對另一MIX921施加0 V之讀出電壓VmixB。另一方面，圖22及圖23中，對信號擷取側之MIX21施加1.2 V之讀出電壓VmixA，對另一MIX21施加0 V之讀出電壓VmixB。再者，圖20至圖23中，對各DET922、22A及22B施加2 V。
如比較圖20與圖22可知，圖20所例示之比較例之情形時，非信號擷取側之信號擷取部930B周圍之等電位線密集。其係表示於信號擷取部930B周圍形成電場聚集之區域。於該情形時，由於會阻礙信號擷取部930B附近產生電荷向信號擷取部930A之移動，故無法有效地將電荷收集於信號擷取部930A之DET922，由此導致對比度降低。
相對於此，圖22所示之本實施形態中，非信號擷取側之形成於信號擷取部30B周圍之強電場之區域較小。藉此，本實施形態中，信號擷取部30B附近產生之電荷亦可有效地被提取至信號擷取部30A之DET22A，故可提高像素間之對比度。
又，如比較圖21與圖23可知，圖21所示之比較例中，半導體基板深處之等電位線之間隔變寬。其係表示半導體基板深處之電場較弱。於該情形時，無法將半導體基板深處產生之電荷有效地收集於信號擷取部930A之DET922，由此導致對比度降低。
相對於此，圖23所例示之本實施形態中，於半導體基板40之深處亦以較窄之間隔形成等電位線。其係表示半導體基板40深處之電場較強。藉此，本實施形態中，由於可將半導體基板40之深處產生之電荷亦有效地提取至信號擷取部30A之DET22A，故可提高像素間之對比度。
根據以上所述，於本實施形態，各受光元件31中，可將電荷自半導體基板40之廣範圍有效地收集於信號擷取側之DET22A或22B，故可提高像素間之對比度。
1.12 動作速度與對比度之關係 又，可將電荷自半導體基板40之廣範圍有效地收集於信號擷取側之DET22A或22B表示本實施形態之單位像素20可進行高速之讀出動作。
圖24係顯示依圖20及圖21所例示之比較例之單位像素與本實施形態之單位像素之每動作頻率所得之對比度的圖。
圖24中，實線U11表示本實施形態之單位像素20之實測值之每動作頻率之對比度，虛線U12表示單位像素20之模擬結果之每動作頻率之對比度。又，實線U91表示比較例之單位像素之實測值之每動作頻率之對比度，虛線U12表示單位像素之模擬結果之每動作頻率之對比度。另，於圖24中，模擬條件與例如用以獲得圖20～圖23所示結果之模擬所使用之條件相同。
如圖24所示，本實施形態之單位像素20之實測值與模擬結果之兩者至少於20 MHz(兆赫)至120 MHz或14 MHz之廣範圍內，較比較例之單位像素，可獲得更高之對比度。其係表示本實施形態之單位像素20例如較比較例之單位像素，可以更快之動作速度進行讀出動作。
1.13 動作電壓與對比度之關係 又，可將電荷自半導體基板40之廣範圍有效地收集於信號擷取側之DET22表示本實施形態之單位像素20可進行較低動作電壓下之動作。
圖25係顯示依圖20及圖21所例示之比較例之單位像素與本實施形態之單位像素之MIX中流動之每電流值所得之對比度之圖。
圖25中，實線U13表示本實施形態之單位像素20之MIX21中流動之電流之每電流值所得的對比度，虛線U93表示圖20及圖21所例示之比較例之單位像素之MIX921中流動之電流之每電流值所得的對比度。
如自圖25之實線U13及虛線U93可知，將MIX21或921中流動之電流之電流值設為相同電流值之情形時，與比較例之單位像素相比，本實施形態之單位像素20可獲得更高之對比度。其係表示本實施形態之單位像素20例如較比較例之單位像素，可以更低之動作電壓動作。且，其亦表示本實施形態之單位像素20可減少消耗電力。
1.14. 作用、效果 如上所述，根據本實施形態，由於上下相鄰之2個單位像素20共用1個MIX21，故可將MIX21之中心間之距離直接設為單位像素20之像素間距。藉此，由於可提高行方向之單位像素20之積體度，故可抑制解像度之降低且提高測距精度，或抑制測距精度之定價且提高解像度。
又，根據本實施形態，可縮小非信號擷取側之形成於信號擷取部30B或30A周圍之強電場之區域。藉此，本實施形態中，由於在非信號擷取側之信號擷取部30B或30A附近產生之電荷亦可被有效地提取至信號擷取側即信號擷取部30A之DET22A或信號擷取部30B之DET22B，故可提高像素間之對比度。
再者，根據本實施形態，可將電荷自半導體基板40之廣範圍有效地收集於信號擷取側之DET22A或22B，藉此，亦可獲得能實現高速之讀出動作或低動作電壓下之讀出的效果。
另，本實施形態中，例示將半導體基板40設為p型井，將MIX21設為導電型為p型之p+半導體區域，將DET22A及22B設為導電型為n型之n+半導體區域之情形，但不限於此，例如亦可將半導體基板40設為n型井，將MIX21設為導電型為n型之n+半導體區域，將DET22A及22B設為導電型為p型之p+半導體區域。其於後述之實施形態中亦同樣。
2.第2實施形態 接著，以下參照圖式對第2實施形態詳細地進行說明。另，以下之說明中，對於與上述之實施形態同樣之構成、動作及效果，藉由引用該等而省略重複之說明。
第1實施形態中，已對排列於行方向之2個受光元件31共用1個MIX21之情形，舉例說明。相對於此，第2實施形態中，對行方向及列方向上相鄰之4個受光元件31共用1個MIX21之情形舉例說明。
2.1 第2實施形態之俯視佈局例 圖26係顯示本實施形態之受光元件之佈局例之俯視圖，圖27係顯示圖26所示之受光元件之尺寸之一例之俯視圖。
如圖26所示，本實施形態之像素陣列部101與第1實施形態同樣具備將複數個受光元件31二維點陣狀排列之構成。
然而，本實施形態中，將於行方向及列方向各排列2個之4個受光元件31設為1組，並於該等4個受光元件31之角部聚集之中央部分、及由4個受光元件31構成之矩形區域之4個角部分之各者，設有MIX21。換言之，各MIX21以於各受光元件31中位於1組對角之方式配置。另，設置於由4個受光元件31構成之矩形區域之4個角部分各者之MIX21為將其設為中央部分之4個受光元件31所共用。
各MIX21與設置於共用其之4個受光元件31各者之DET22A或22B一起構成信號擷取部30A或30B。因此，本實施形態之PN半導體區域230包含2個信號擷取部30A與2個信號擷取部30B。
各受光元件31中之DET22A及22B之位置亦可為與第1實施形態同樣之位置，例如各受光元件31之行方向之靠近邊界部分之中央之位置。
此處，例如，若與第1實施形態之受光元件31同樣地將信號擷取部30A及30B中之MIX21之中心間之距離設為a，將各受光元件31之形成區域設為正方形，則如圖27所示，各受光元件31可為行方向之長度及列方向之長度各為a/√2之正方形區域。即，如本實施形態，藉由設為由2列2行排列之4個受光元件31共用1個MIX21之構成，可將受光元件31之像素間距設為第1實施形態之像素間距a之1/√2。藉此，由於可提高行方向及列方向之受光元件31之積體度，故可提高行方向及列方向之解像度。
例如，若與第1實施形態相比，則可將各受光元件31之行方向之長度縮小為1/√2。藉此，例如與第1實施形態相比，可將行方向之解像度增加√2倍。又，將第1實施形態之受光元件31之俯視區域設為正方形之情形時，列方向之解像度亦可為√2倍。
2.2 像素信號讀出時之驅動例 接著，列舉若干例對自像素陣列部101讀出像素信號時之驅動例進行說明。
圖28及圖29係用以說明本實施形態之驅動例之圖。本實施形態之驅動例中，首先，對於第奇數行之單位像素20，驅動連接於DET22A之讀出電路20A，讀出像素信號，對於第偶數列之單位像素20，驅動連接於DET22B之讀出電路20B，讀出像素信號。接著，對於第奇數列之單位像素20，驅動連接於DET22B之讀出電路20B，讀出像素信號，對於第偶數列之單位像素20，驅動連接於DET22A之讀出電路20A，讀出像素信號。
具體而言，如圖28所示，對位於第奇數列之受光元件31中之第奇數行之受光元件31之左上側之邊界部分(換言之，第偶數列之受光元件31中之第偶數行受光元件31之右下側之邊界部分)之MIX21，施加高位準(例如1.5 V)之讀出電壓Vmix(為便於說明，將其設為VmixA)，對位於第奇數列之受光元件31中之第奇數行之受光元件31之右下側之邊界部分(換言之，第偶數列受光元件31中之第偶數行受光元件31之左上側之邊界部分)之MIX21，施加低位準(例如0 V)之讀出電壓Vmix(為便於說明，將其設為VmixB)。
藉由施加此種讀出電壓VmixA及VmixB，半導體基板40中產生之負電荷(電子)於第奇數列之受光元件31中，被提取至上側之DET22A，於第偶數列之受光元件31中，被提取至下側之DET22B。
因此，對於第奇數列之受光元件31，驅動讀出電路20A，讀出像素信號，對於第偶數列之受光元件31，驅動讀出電路20B，讀出像素信號。
接著，如圖29所示，對位於第奇數列之受光元件31中之第奇數行受光元件31之右下側之邊界部分(換言之，第偶數列之受光元件31中之第偶數行受光元件31之左上側之邊界部分)之MIX21，施加高位準(例如1.5 V)之讀出電壓VmixB，對位於第奇數列之受光元件31中之第奇數行之受光元件31之左上側之邊界部分(換言之，第偶數列之受光元件31中之第偶數行之受光元件31之右下側之邊界部分)之MIX21，施加低位準(例如0 V)之讀出電壓VmixA。
藉由施加此種讀出電壓VmixA及VmixB，半導體基板40中產生之負電荷(電子)於第奇數列之受光元件31中被提取至下側之DET22B，於第偶數列之受光元件31中被提取至上側之DET22A。
因此，對於第奇數列之受光元件31，驅動讀出電路20B，讀出像素信號，對於第偶數列之受光元件31，驅動讀出電路20A，讀出像素信號。
藉由對發光部13之一次發光執行如上之動作，可自蓄積於1個受光元件31中之DET22A與DET22B之電荷之比例，求得自發光部13輸出並作為反射光L2入射於受光部14之雷射光L1的飛行時間。且，可自該比例取得與物體90之距離相關之資訊。
2.3作用、效果 如上所述，根據本實施形態，由於上下左右相鄰之4個受光元件31共用1個MIX21，且使MIX21位於各受光元件31之對角上，故可將MIX21之中心間之距離之1/√2倍設為受光元件31之像素間距。藉此，由於可提高行方向及列方向上之受光元件31之積體度，故可抑制解像度之降低且提高測距精度，或抑制測距精度之定價且提高解像度。
由於其它之構成、動作及效果可與上述之實施形態同樣，故此處省略詳細之說明。
3. 第3實施形態 第2實施形態中，例示將各受光元件31中之DET22A及22B之位置設為例如各受光元件31之行方向上靠近邊界部分之中央之位置之情形(參照圖26)，但各受光元件31中之DET22A及22B之位置可進行各種變更。
例如，如圖30所例示，藉由將各受光元件31中之DET22A及22B靠近設有MIX21之角部配置，可將朝被施加讀出電壓VmixA或VmixB之MIX21移動之電荷有效地提取至DET22A或22B，故可提高像素間之對比度。
由於其它之構成、動作及效果可與上述之實施形態同樣，故此處省略詳細之說明。
4. 第4實施形態 又，上述之實施形態中，例如如圖31所例示，亦可藉由於半導體基板40之光入射面設置圓錐狀或四角錐狀等之凹槽401，而將半導體基板40之光入射面設為蛾眼構造。
如此，藉由將半導體基板40之光入射面設為蛾眼構造，可減少光之入射面之反射率，而使更多之光入射於半導體基板40中，故可提高像素間之對比度。
另，凹槽401之形狀不限於圓錐或四角錐，可進行各種變化如橢圓錐或三角錐等之多角錐等。
又，如圖31所例示，亦可於二維點陣狀排列之受光元件31間，設置將相鄰之受光元件31間光學分離之像素分離部402。藉由於相鄰之受光元件31間設置像素分離部402，可防止光向相鄰之受光元件31洩漏，故可提高像素分離特性。
像素分離部402可藉由以下形成：例如，沿受光元件31之邊界部分形成溝槽，於該溝槽內埋入鎢(W)等遮光材料或高折射率材料(例如具備高於半導體基板40之折射率之材料)。另，遮光膜402與半導體基板40間可使用形成於溝槽之內表面之絕緣膜等而電性分離。
又，圖31中例示自半導體基板40之背面(圖中為上表面)形成至中間之所謂之RDTI(Reverse Deep Trench Isolation：反向深溝渠隔離)型像素分離部402，但不限於此，亦可進行各種變化如例如貫通半導體基板40之正背面之FFTI(Front Full Trench Isolation：正面全溝渠隔離)型之像素分離部等。
由於其它之構成、動作及效果可與上述之實施形態同樣，故此處省略詳細之說明。
5.應用例 本揭示之技術可應用於各種製品。例如，本揭示之技術可作為搭載於汽車、電動汽車、油電混合汽車、機車、自行車、個人移動載具、飛機、無人機、船舶、機器人、建設機械、農業機械(拖拉機)等任一種移動體之裝置而實現。
圖32係顯示可適用本揭示之技術之移動體控制系統之一例即車輛控制系統7000之概略構成例之方塊圖。車輛控制系統7000具備經由通信網路7010連接之複數個電子控制單元。於圖32所示之例中，車輛控制系統7000具備驅動系統控制單元7100、車體系統控制單元7200、電池控制單元7300、車外資訊檢測單元7400、車輛資訊檢測單元7500及整合控制單元7600。連接該等複數個控制單元之通信網路7010可為例如依據CAN(Controller Area Network)、LIN(Local Interconnect Network)、LAN(Local Area Network)或FlexRay(註冊商標)等任意規格之車載通信網路。
各控制單元具備：微電腦，其根據各種程式進行運算處理；記憶部，其記憶由微電腦執行之程式或各種運算所用之參數等；及驅動電路，其驅動各種控制對象之裝置。各控制單元具備用以經由通信網路7010與其他控制單元之間進行通信之網路I/F，且具備用以與車內外之裝置或感測器之間，藉由有線通信或無線通信進行通信之通信I/F。圖32中，作為整合控制單元7600之功能構成，圖示微電腦7610、通用通信I/F7620、專用通信I/F7630、測位部7640、信標接收部7650、車內機器I/F7660、聲音圖像輸出部7670、車載網路I/F7680及記憶部7690。其他控制單元亦同樣地具備微電腦、通信I/F及記憶部等。
驅動系統控制單元7100根據各種程式控制與車輛之驅動系統關連之裝置之動作。例如，驅動系統控制單元7100作為內燃機或驅動用馬達等之用以產生車輛之驅動力之驅動力產生裝置、用以將驅動力傳遞至車輪之驅動力傳遞機構、調節車輛舵角之轉向機構、及產生車輛之制動力之制動裝置等之控制裝置發揮功能。驅動系統控制單元7100亦可具有作為ABS(Antilock Brake System：防鎖死剎車系統)或ESC(Electronic Stability Control：電子穩定控制)等之控制裝置之功能。
於驅動系統控制單元7100連接有車輛狀態檢測部7110。車輛狀態檢測部7110中包含例如檢測車體之軸旋轉運動之角速度之陀螺儀感測器、檢測車輛之加速度之加速度感測器、或用以檢測加速踏板之操作量、剎車踏板之操作量、方向盤之操舵角、引擎轉速或車輪之旋轉速度等之感測器中之至少一者。驅動系統控制單元7100使用自車輛狀態檢測部7110輸入之信號進行運算處理，控制內燃機、驅動用馬達、電動助力轉向裝置或剎車裝置等。
車體系統控制單元7200根據各種程式控制車體所裝備之各種裝置之動作。例如，車體系統控制單元7200作為無鑰匙門禁系統、智慧型鑰匙系統、電動窗裝置、或頭燈、尾燈、剎車燈、方向燈或霧燈等各種燈之控制裝置發揮功能。於該情形時，可對車體系統控制單元7200輸入自代替鑰匙之可攜帶式機器發送之電波或各種開關之信號。車體系統控制單元7200受理該等電波或信號之輸入，控制車輛之門鎖裝置、電動窗裝置、燈等。
電池控制單元7300根據各種程式，控制驅動用馬達之電力供給源即二次電池7310。例如，自具備二次電池7310之電池裝置對電池控制單元7300輸入電池溫度、電池輸出電壓或電池之剩餘電容等資訊。電池控制單元7300使用該等信號進行運算處理，而進行二次電池7310之溫度調節控制或電池裝置所裝備之冷卻裝置等之控制。
車外資訊檢測單元7400檢測搭載有車輛控制系統7000之車輛外部之資訊。例如，於車外資訊檢測單元7400連接有攝像部7410及車外資訊檢測部7420中之至少一者。攝像部7410包含ToF(Time Of Flight)相機、攝影機、單眼相機、紅外線相機及其他相機中之至少一者。車外資訊檢測部7420包含有例如用以檢測當前之天氣或氣象之環境感測器、或用以檢測搭載有車輛控制系統7000之車輛周圍之其他車輛、障礙物或行人等之周圍資訊檢測感測器中之至少一者。
環境感測器可為例如檢測雨天之雨滴感測器、檢測霧之霧感測器、檢測日照程度之日照感測器、及檢測降雪之雪感測器中之至少一者。周圍資訊檢測感測器可為超音波感測器、雷達裝置及LIDAR(Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging：光達、雷射測距)裝置中之至少一者。該等攝像部7410及車外資訊檢測部7420可作為分別獨立之感測器或裝置裝備，亦可作為整合複數個感測器或裝置而成之裝置裝備。
此處，圖33係顯示攝像部7410及車外資訊檢測部7420之設置位置之例。攝像部7910、7912、7914、7916、7918設置於例如車輛7900之前鼻、側視鏡、後保險桿、尾門及車廂內之擋風玻璃上部中之至少一個位置。前鼻所裝備之攝像部7910及車廂內之擋風玻璃上部所裝備之攝像部7918主要取得車輛7900前方之圖像。側視鏡所裝備之攝像部7912、7914主要取得車輛7900側方之圖像。後保險桿或尾門所裝備之攝像部7916主要取得車輛7900後方之圖像。車廂內之擋風玻璃上部所裝備之攝像部7918主要用於檢測前方車輛或行人、障礙物、號誌機、交通標識或車道線等。
另，圖33中顯示各個攝像部7910、7912、7914、7916之攝像範圍之一例。攝像範圍a表示設置於前鼻之攝像部7910之攝像範圍，攝像範圍b、c表示分別設置於側視鏡之攝像部7912、7914之攝像範圍，攝像範圍d表示設置於後保險桿或尾門之攝像部7916之攝像範圍。例如，藉由將攝像部7910、7912、7914、7916所拍攝之圖像資料重疊，可獲得自上方觀察車輛7900之俯瞰圖像。
設置於車輛7900之前方、後方、側方、角落及車廂內之擋風玻璃上部之車外資訊檢測部7920、7922、7924、7926、7928、7930可為例如超音波感測器或雷達裝置。設置於車輛7900之前鼻、後保險桿、尾門及車廂內之擋風玻璃上部之車外資訊檢測部7920、7926、7930可為例如LIDAR裝置。該等車外資訊檢測部7920～7930主要用於檢測前方車輛、行人或障礙物等。
返回至圖32繼續説明。車外資訊檢測單元7400使攝像部7410拍攝車外之圖像，且接收拍攝到之圖像資料。又，車外資訊檢測單元7400自連接之車外資訊檢測部7420接收檢測資訊。車外資訊檢測部7420為超音波感測器、雷達裝置或LIDAR裝置之情形時，車外資訊檢測單元7400發送超音波或電磁波等，且接收所接收到之反射波之資訊。車外資訊檢測單元7400亦可基於接收到之資訊，進行人、車、障礙物、標識或路面上之文字等之物體檢測處理或距離檢測處理。車外資訊檢測單元7400亦可基於接收到之資訊，進行辨識降雨、起霧或路面狀況等之環境辨識處理。車外資訊檢測單元7400亦可基於接收到之資訊，算出與車外物體之距離。
又，車外資訊檢測單元7400亦可基於接收到之圖像資料，進行辨識人、車、障礙物、標識或路面上之文字等之圖像辨識處理或距離檢測處理。車外資訊檢測單元7400亦可對接收到之圖像資料進行失真修正或對位等處理，且合成由不同之攝像部7410拍攝到之圖像資料，產生俯瞰圖像或全景圖像。車外資訊檢測單元7400亦可使用由不同之攝像部7410拍攝到之圖像資料，進行視點轉換處理。
車內資訊檢測單元7500檢測車內之資訊。於車內資訊檢測單元7500連接有例如檢測駕駛者之狀態之駕駛者狀態檢測部7510。駕駛者狀態檢測部7510亦可包含拍攝駕駛者之相機、檢測駕駛者之身體資訊之身體感測器或收集車廂內之聲音之麥克風等。身體感測器設置例如於座位面或方向盤等，且檢測就坐於座位之搭乘者或手握方向盤之駕駛者之身體資訊。車內資訊檢測單元7500可基於自駕駛者狀態檢測部7510輸入之檢測資訊，算出駕駛者之疲勞程度或注意力集中程度，亦可判別駕駛者是否在打瞌睡。車內資訊檢測單元7500亦可對收集到之聲音信號進行雜訊消除處理等處理。
整合控制單元7600根據各種程式，控制車輛控制系統7000內之所有動作。於整合控制單元7600連接有輸入部7800。輸入部7800藉由例如觸控面板、按鈕、麥克風、開關或搖桿等可由搭乘者輸入操作之裝置實現。亦可對整合控制單元7600輸入藉由對由麥克風輸入之聲音進行聲音辨識所得之資料。輸入部7800可為例如使用紅外線或其他電波之遠程控制裝置，可為對應於車輛控制系統7000之操作之行動電話或PDA(Personal Digital Assistant：個人數位助理)等外部連接機器。輸入部7800可為例如相機，於該情形時，搭乘者可藉由手勢輸入資訊。或，亦可輸入藉由檢測搭乘者穿戴之穿戴式裝置之動作所得之資料。再者，輸入部7800亦可包含例如基於使用上述輸入部7800由搭乘者等輸入之資訊產生輸入信號，並輸出至整合控制單元7600的輸入控制電路等。搭乘者等藉由操作該輸入部7800，對車輛控制系統7000輸入各種資料或指示處理動作。
記憶部7690亦可包含記憶由微電腦執行之各種程式之ROM(Read Only Memory：唯讀記憶體)、及記憶各種參數、運算結果或感測器值等之RAM(Random Access Memory：隨機存取記憶體)。又，記憶部7690亦可藉由HDD(Hard Disk Drive：硬碟驅動器)等磁性記憶器件、半導體記憶器件、光記憶器件或光磁記憶器件等實現。
通用通信I/F7620為中介外部環境7750中存在之各種機器間之通信之通用通信I/F。通用通信I/F7620亦可安裝GSM(註冊商標)(Global System of Mobile communications：全球行動通信系統)、WiMAX(註冊商標)、LTE(註冊商標)(Long Term Evolution：長期演進)或LTE-A(LTE-Advanced：進階LTE)等蜂胞通信協定、或無線LAN(亦稱為Wi-Fi(註冊商標))、Bluetooth(藍牙)(註冊商標)等其他之無線通信協定。通用通信I/F7620亦可經由例如基地台或存取點對外部網路(例如網際網路、雲端網路或運營者固有之網路)上存在之機器(例如應用伺服器或控制伺服器)連接。又，通用通信I/F7620亦可使用例如P2P(Peer To Peer：點對點)技術，與車輛附近存在之終端(例如駕駛者、行人或店鋪之終端、或MTC(Machine Type Communication：機器類型通信)終端)連接。
專用通信I/F7630為支持以車輛中使用為目的策定之通信協定之通信I/F。專用通信I/F7630亦可安裝例如下階層之IEEE802.11p與上階層之IEEE1609之組合即WAVE(Wireless Access in Vehicle Environment：車輛環境中之無線存取)、DSRC(Dedicated Short Range Communications：專用短距離通信)、或蜂胞通信協定等標準協定。專用通信I/F7630一般執行V2X通信，其包含車車間(Vehicle to Vehicle)通信、路車間(Vehicle to Infrastructure)通信、車輛與家間(Vehicle to Home)之通信及車輛與行人間(Vehicle to Pedestrian)通信中之一者以上之概念。
測位部7640例如接收來自GNSS(Global Navigation Satellite System：全球導航衛星系統)衛星之GNSS信號(例如來自GPS(Global Positioning System：全球定位系統)衛星之GPS信號)執行測位，產生包含車輛之緯度、經度及高度之位置資訊。另，測位部7640亦可藉由與無線存取點交換信號而特定當前位置，或，亦可自具有測位功能之行動電話、PHS或智慧型手機等終端取得位置資訊。
信標接收部7650接收例如自設置於道路上之無線台等發送之電波或電磁波，取得當前位置、壅塞、禁止通行或所需時間等資訊。另，信標接收部7650之功能亦可包含於上述之專用通信I/F7630中。
車內機器I/F7660係中介微電腦7610與車內存在之各種車內機器7760間之連接之通信介面。車內機器I/F7660可使用無線LAN、Bluetooth(註冊商標)、NFC(Near Field Communication：近場通信)或WUSB(Wireless USB：無線USB)等無線通信協定確立無線連接。又，車內機器I/F7660亦可經由未圖示之連接端子(及若有必要則為纜線)，確立USB(Universal Serial Bus：通用序列匯流排)、HDMI(註冊商標)(High-Definition Multimedia Interface：高畫質多媒體介面)、或MHL(Mobile High-definition Link：行動高畫質連接)等之有線連接。車內機器7760亦可包含例如搭乘者具有之移動機器或可穿戴機器，或者，搬入至或安裝於車輛之資訊機器中之至少一者。又，車內機器7760亦可包含進行至任意目的地之路徑搜尋之導航裝置。車內機器I/F7660與該等車內機器7760之間，交換控制信號或資料信號。
車載網路I/F7680係中介微電腦7610與通信網路7010間之通信之界面。車載網路I/F7680根據由通信網路7010支持之特定協定收發信號等。
整合控制單元7600之微電腦7610基於經由通用通信I/F7620、專用通信I/F7630、測位部7640、信標接收部7650、車內機器I/F7660及車載網路I/F7680中之至少一者取得之資訊，根據各種程式，控制車輛控制系統7000。例如，微電腦7610亦可基於所取得之車內外資訊，運算驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置之控制目標值，對驅動系統控制單元7100輸出控制指令。例如，微電腦7610亦可進行以實現包含避開車輛之碰撞或緩和衝撞、基於車間距離之跟隨行駛、車速維持行駛、車輛之碰撞警告或車輛之車道偏離警告等之ADAS(Advanced Driver Assistance System：先進駕駛輔助系統)之功能為目的之協調控制。又，微電腦7610可藉由基於取得之車輛周圍之資訊，控制驅動力產生裝置、轉向機構或制動裝置等，而進行不依據駕駛者之操作而自律行駛之自動駕駛等為目的之協調控制。
微電腦7610亦可基於經由通用通信I/F7620、專用通信I/F7630、測位部7640、信標接收部7650、車內機器I/F7660及車載網路I/F7680中之至少一者取得之資訊，產生車輛與周邊之構造物或人物等物體間之三維距離資訊，作成包含車輛之當前位置之周邊資訊之局域地圖資訊。又，微電腦7610亦可基於取得之資訊，預測車輛之碰撞、行人等之接近或進入禁止通行之道路等之危險，產生警告用信號。警告用信號可為例如用以產生警告音、或點亮警告燈之信號。
聲音圖像輸出部7670向可對車輛之搭乘者或車外視覺性或聽覺性通知資訊之輸出裝置發送聲音及圖像中之至少任一者之輸出信號。於圖32之例中，作為輸出裝置，例示有擴音器7710、顯示部7720及儀錶板7730。顯示部7720亦可包含例如車載顯示器及抬頭顯示器之至少一者。顯示部7720亦可具有AR(Augmented Reality：擴增實境)顯示功能。輸出裝置可為該等裝置以外之頭戴式耳機、搭乘者佩戴之眼鏡型顯示器等可穿戴式裝置、投影機或燈等其他裝置。輸出裝置為顯示裝置之情形時，顯示裝置以文字、影像、表格、圖表等各種形式，視覺性地顯示藉由微電腦7610進行之各種處理所得之結果或自其他控制單元接收到之資訊。又，輸出裝置為聲音輸出裝置之情形時，聲音輸出裝置將包含播放之聲音資料或音響資料等之聲頻信號轉換成類比信號並聽覺性輸出。
另，圖32所示之例中，可將經由通信網路7010連接之至少兩個控制單元作為一個控制單元一體化。或，各個控制單元亦可由複數個控制單元構成。再者，車輛控制系統7000亦可具備未圖示之其他控制單元。又，上述說明中，可使其他控制單元具有由任一個控制單元負責之功能之一部分或全部。即，只要經由通信網路7010收發資訊，則可以任一個控制單元進行特定之運算處理。同樣地，可將連接於任一個控制單元之感測器或裝置連接於其他控制單元，且使複數個控制單元經由通信網路7010互相收發檢測資訊。
另，可將用以實現使用圖1說明之本實施形態之ToF感測器1之各功能之電腦程式安裝於任一個控制單元等。又，可提供儲存有此種電腦程式之電腦可讀取之記錄媒體。記錄媒體為例如磁碟、光碟、磁光碟、快閃記憶體等。又，上述電腦程式亦可不使用記錄媒體而經由例如網路發送。
以上說明之車輛控制系統7000中，使用圖1說明之本實施形態之ToF感測器1可適用於圖32所示之應用例之整合控制單元7600。例如，ToF感測器1之控制部11、運算部15及外部I/F19相當於整合控制單元7600之微電腦7610、記憶部7690、車載網路I/F7680。但不限於此，車輛控制系統7000亦可相當於圖1中之主機80。
又，使用圖1說明之本實施形態之ToF感測器1之至少一部分之構成要素可在用於圖32所示之整合控制單元7600之模組(例如，以一個裸晶構成之積體電路模組)中實現。或，使用圖1說明之本實施形態之ToF感測器1亦可由圖32所示之車輛控制系統7000之複數個控制單元實現。
以上，已對本揭示之實施形態進行說明，但本揭示之技術範圍並非就此限定於上述實施形態者，於不脫離本揭示之主旨之範圍內可有各種變更。再者，亦可適當組合跨及不同實施形態及變化例之構成要素。
又，本說明書所記載之各實施形態之效果僅為例示而非限定者，亦可有其他效果。
另，本技術亦可採取如下構成。 (1) 一種受光元件，其具備： 半導體基板； 點陣狀之遮光膜，其設置於上述半導體基板之第1面上，且開口部矩陣狀排列； 複數個第1半導體區域，其等矩陣狀排列於上述半導體基板之與上述第1面相反側之第2面； 複數個第2半導體區域，其等設置於上述半導體基板之上述第2面且自行方向隔著上述第1半導體基板各者之相鄰區域；及 配線層，其設置於上述半導體基板之上述第2面上，且與上述第1半導體區域電性連接；且 上述第1半導體區域位於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域， 上述配線層包含：主配線，其於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域朝行方向延伸；及分支配線，其於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域朝列方向延伸，且連接上述主配線與上述第1半導體區域各者。 (2) 如上述(1)記載之受光元件，其中上述第1半導體區域設置於上述遮光膜中於列方向延伸之區域各者。 (3) 如上述(1)或(2)記載之受光元件，其中 上述主配線包含：第1主配線，其於奇數行之上述第1半導體區域之第1側朝上述行方向延伸；及第2主配線，其於偶數行之上述第1半導體區域之上述第1側朝上述行方向延伸；且 上述複數個第1半導體區域中，奇數列之上述第1半導體區域經由上述分支配線連接於上述第1主配線，偶數列之上述第2半導體區域經由上述分支配線連接於上述第2主配線。 (4) 如上述(1)或(2)記載之受光元件，其中 上述主配線包含：第1主配線，其於奇數行之上述第1半導體區域之第1側朝上述行方向延伸；及第2主配線，其於偶數行之上述第1半導體區域之上述第1側朝上述行方向延伸； 上述奇數行之上述第1半導體區域中，奇數列之上述第1半導體區域經由上述分支配線連接於上述第1主配線，偶數列之上述第1半導體區域經由上述分支配線連接於上述第2主配線， 上述偶數行之上述第1半導體區域中，上述奇數列之上述第1半導體區域經由上述分支配線連接於上述第2主配線，上述偶數列之上述第1半導體區域經由上述分支配線連接於上述第1主配線。 (5) 如上述(1)至(4)中任一項記載之受光元件，其中上述第2半導體區域具備與上述第1半導體區域相反之導電型。 (6) 如上述(1)至(5)中任一項記載之受光元件，其進而具備矩陣狀排列於上述遮光膜上之複數個晶載透鏡。 (7) 如上述(1)記載之受光元件，其中上述半導體基板之上述第1面為蛾眼構造。 (8) 一種受光元件，其具備：半導體基板，其矩陣狀排列有複數個受光元件； 遮光膜，其點陣狀設置於上述半導體基板之第1面上且上述複數個受光元件之邊界部分； 第1半導體區域，其分別設置於上述半導體基板中之與上述第1面相反側之第2面且上述複數個受光元件中之4個受光元件之角部聚集之部分、及由該等4個受光元件構成之矩形區域之4個角部分； 第2半導體區域，其設置於上述半導體基板之上述第2面且自行方向隔著上述複數個受光元件之邊界部分中之於列方向延伸之邊界部分各者的位置；及 配線層，其設置於上述半導體基板之上述第2面上，且與上述第1半導體區域電性連接。 (9) 如上述(8)記載之受光元件，其中上述第2半導體區域設置於自上述行方向與上述第1半導體區域相鄰之上述位置。 (10) 一種固體攝像裝置，其具備： 半導體基板； 點陣狀之遮光膜，其設置於上述半導體基板之第1面上，且開口部矩陣狀排列； 複數個第1半導體區域，其等矩陣狀排列於上述半導體基板中之與上述第1面為相反側之第2面； 複數個第2半導體區域，其等設置於上述半導體基板之上述第2面且自行方向隔著上述第1半導體區域各者之相鄰區域； 配線層，其設置於上述半導體基板之上述第2面上，且與上述第1半導體區域電性連接； 第1讀出電路，其連接於上述複數個第2半導體區域中自第1方向與上述第1半導體區域相鄰之第2半導體區域各者；及 第2讀出電路，其連接於上述複數個第2半導體區域中自與上述第1方向相反之第2方向與上述第1半導體區域相鄰之第2半導體區域各者；且 上述第1半導體區域位於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域， 上述配線層包含：主配線，其於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域朝行方向延伸；及分支配線，其於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域朝列方向延伸，且連接上述主配線與上述第1半導體區域各者。 (11) 一種固體攝像裝置，其具備： 半導體基板，其矩陣狀排列有複數個受光元件； 遮光膜，其點陣狀設置於上述半導體基板之第1面上且上述複數個受光元件之邊界部分； 第1半導體區域，其分別設置於上述半導體基板中與上述第1面相反側之第2面且上述複數個受光元件中之4個受光元件之角部聚集之部分、及由該4個受光元件構成之矩形區域之4個角部分； 第2半導體區域，其分別設置於上述半導體基板之上述第2面且自行方向隔著上述複數個受光元件之邊界部分中之於列方向延伸之邊界部分各者的位置； 配線層，其設置於上述半導體基板之上述第2面上，且與上述第1半導體區域電性連接； 第1讀出電路，其連接於上述第2半導體區域中自第1方向與上述第1半導體區域相鄰之第2半導體區域各者；及 第2讀出電路，其連接於上述第2半導體區域中自與上述第1方向相反之第2方向與上述第1半導體區域相鄰之第2半導體區域之各者。 (12) 一種測距裝置，其具備： 發光部，其出射特定波長之光； 固體攝像裝置，其自接受到之光產生像素信號；及 運算部，其基於上述固體攝像裝置中產生之像素信號而算出與物體之距離；且 上述固體攝像裝置具備： 半導體基板； 點陣狀之遮光膜，其設置於上述半導體基板之第1面上，且開口部矩陣狀排列； 複數個第1半導體區域，其等矩陣狀排列於上述半導體基板中之與上述第1面相反側之第2面； 複數個第2半導體區域，其等設置於上述半導體基板之上述第2面，且自行方向隔著上述第1半導體基板各者之相鄰區域； 配線層，其設置於上述半導體基板之上述第2面上，與上述第1半導體區域電性連接； 第1讀出電路，其連接於上述複數個第2半導體區域中自第1方向與上述第1半導體區域相鄰之第2半導體區域各者；及 第2讀出電路，其連接於上述複數個第2半導體區域中自與上述第1方向相反之第2方向與上述第1半導體區域相鄰之第2半導體區域各者；且 上述第1半導體區域位於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域， 上述配線層包含：主配線，其於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域朝行方向延伸；及分支配線，其於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域朝列方向延伸，且連接上述主配線與上述第1半導體區域各者。 (13) 一種測距裝置，其具備： 發光部，其出射特定波長之光； 固體攝像裝置，其自接受到之光產生像素信號；及 運算部，其基於上述固體攝像裝置中產生之像素信號而算出與物體之距離；且 上述固體攝像裝置具備： 半導體基板，其矩陣狀排列有複數個受光元件； 遮光膜，其點陣狀設置於上述半導體基板之第1面上且上述複數個受光元件之邊界部分； 第1半導體區域，其分別設置於上述半導體基板中之與上述第1面相反側之第2面且上述複數個受光元件中之4個受光元件之角部聚集之部分、及由該等4個受光元件構成之矩形區域之4個角部分； 第2半導體區域，其分別設置於上述半導體基板之上述第2面且自行方向隔著上述複數個受光元件之邊界部分中之於列方向延伸之邊界部分各者的位置； 配線層，其設置於上述半導體基板之上述第2面上，且與上述第1半導體區域電性連接； 第1讀出電路，其連接於上述第2半導體區域中自第1方向與上述第1半導體區域相鄰之第2半導體區域各者；及 第2讀出電路，其連接於上述第2半導體區域中自與上述第1方向相反之第2方向與上述第1半導體區域相鄰之第2半導體區域各者。
1:ToF感測器 11:控制部 13:發光部 14:受光部 15:運算部 19:外部I/F 20:單位像素 20A:讀出電路 20B:讀出電路 21:p+半導體區域(MIX) 22:n+半導體區域(DET) 22A:n+半導體區域(DET) 22B:n+半導體區域(DET) 23:重設電晶體 24:傳輸電晶體 26:FD 27:放大電晶體 28:選擇電晶體 29A:恆定電流電路 29B:恆定電流電路 30:PN半導體區域 30A:信號擷取部 30B:信號擷取部 31:受光元件 40:半導體基板 41:絕緣膜 41a:部分 42:防反射膜 43:平坦化膜 44:遮光膜 45:晶載透鏡 50:貼合晶片 51:受光晶片 52:電路晶片 71:主配線 72:主配線 73:分支配線 74:分支配線 80:主機 90:物體 100:固體攝像裝置 101:像素陣列部 102:系統控制部 103:垂直驅動電路 104:行處理電路 105:水平驅動電路 106:信號處理部 107:資料儲存部 230:PN半導體區域 401:凹槽 921:MIX 922:DET 930A:信號擷取部 930B:信號擷取部 931:受光元件 971:主配線 972:主配線 973:分支配線 974:分支配線 7000:車輛控制系統 7010:通信網路 7100:驅動系統控制單元 7110:車輛狀態檢測部 7200:車體系統控制單元 7300:電池控制單元 7310:二次電池 7400:車外資訊檢測單元 7410:攝像部 7420:車外資訊檢測部 7500:車內資訊檢測單元 7510:駕駛者狀態檢測部 7600:整合控制單元 7610:微電腦 7620:通用通信I/F 7630:專用通信I/F 7640:測位部 7650:信標接收部 7660:車內機器I/F 7670:聲音圖像輸出部 7680:車載網路I/F 7690:記憶部 7710:擴音器 7720:顯示部 7730:儀錶板 7750:外部環境 7760:車內機器 7800:輸入部 7900:車輛 7910:攝像部 7912:攝像部 7914:攝像部 7916:攝像部 7918:攝像部 7920:車外資訊檢測部 7922:車外資訊檢測部 7924:車外資訊檢測部 7926:車外資訊檢測部 7928:車外資訊檢測部 7930:車外資訊檢測部 a:距離(長度) a:攝像範圍 b:攝像範圍 c:攝像範圍 d:攝像範圍 H:高位準 L:低位準 L1:雷射光 L2:反射光 L10:入射光 LD:像素驅動線 RST:驅動信號 SEL:選擇信號 TRG:驅動信號 U11:實線 U12:虛線 U13:實線 U91:實線 U92:虛線 U93:虛線 VDD:重設位準 VmixA:讀出電壓 VmixB:讀出電壓 VSL:垂直信號線 VSL0:垂直信號線 VSL1:垂直信號線
圖1係顯示作為第1實施形態之測距裝置之ToF感測器之概略構成例之方塊圖。 圖2係顯示作為第1實施形態之受光部之固體攝像裝置之概略構成例之方塊圖。 圖3係顯示第1實施形態之單位像素之等效電路之一例之電路圖。 圖4係顯示比較例之受光元件之佈局例之俯視圖。 圖5係顯示圖4所示之受光元件之尺寸之一例之俯視圖。 圖6係顯示第1實施形態之受光元件之佈局例之俯視圖。 圖7係顯示圖6所示之受光元件之尺寸之一例之俯視圖。 圖8係顯示第1實施形態之固體攝像裝置之晶片構成例之圖。 圖9係顯示第1實施形態之受光元件之概略構成例之剖視圖。 圖10係顯示自與半導體基板之光之入射面垂直之方向觀察圖9之PN半導體區域與遮光膜時之位置關係的俯視圖。 圖11係用以說明對第1實施形態之受光元件入射光之圖。 圖12係顯示比較例之MIX配線之俯視佈局例之圖。 圖13係顯示第1實施形態之MIX配線之俯視佈局例之圖。 圖14係用以說明第1實施形態之第1驅動例之圖(其1)。 圖15係用以說明第1實施形態之第1驅動例之圖(其2)。 圖16係顯示用以實現第1實施形態之第1驅動例之MIX配線之佈局例之俯視圖。 圖17係用以說明第1實施形態之第2驅動例之圖(其1)。 圖18係用以說明第1實施形態之第2驅動例之圖(其2)。 圖19係顯示用以實現第1實施形態之第2驅動例之MIX配線之佈局例之俯視圖。 圖20係顯示形成於比較例之受光元件之半導體基板中之電位之模擬結果之俯視圖。 圖21係比較例之模擬結果之垂直剖視圖。 圖22係顯示形成於第1實施形態之受光元件之半導體基板中之電位之模擬結果之俯視圖。 圖23係第1實施形態之模擬結果之垂直剖視圖。 圖24係顯示依比較例之單位像素與第1實施形態之單位像素之每動作頻率所得之對比度之圖。 圖25係顯示依比較例之單位像素與第1實施形態之單位像素之MIX中流動之每電流值所得之對比度的圖。 圖26係顯示第2實施形態之受光元件之佈局例之俯視圖。 圖27係顯示圖26所示之受光元件之尺寸之一例之俯視圖。 圖28係用以說明第2實施形態之驅動例之圖(其1)。 圖29係用以說明第2實施形態之驅動例之圖(其2)。 圖30係顯示第3實施形態之受光元件之佈局例之俯視圖。 圖31係顯示第4實施形態之受光元件之概略構成例之剖視圖。 圖32係顯示車輛控制系統之概略構成之一例之方塊圖。 圖33係顯示車外資訊檢測部及攝像部之設置位置之一例之說明圖。
21:p+半導體區域(MIX)
30:PN半導體區域
71:主配線
72:主配線
73:分支配線
74:分支配線

Claims (13)

  1. 一種受光元件，其具備： 半導體基板； 點陣狀之遮光膜，其設置於上述半導體基板之第1面上，且開口部矩陣狀排列； 複數個第1半導體區域，其等矩陣狀排列於上述半導體基板中之與上述第1面相反側之第2面； 複數個第2半導體區域，其等設置於上述半導體基板之上述第2面且自行方向隔著上述第1半導體區域各者之相鄰區域；及 配線層，其設置於上述半導體基板之上述第2面上，且與上述第1半導體區域電性連接；且 上述第1半導體區域位於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域， 上述配線層包含：主配線，其於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域朝行方向延伸；及分支配線，其於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域朝列方向延伸，且連接上述主配線與上述第1半導體區域各者。
  2. 如請求項1之受光元件，其中上述第1半導體區域設置於上述遮光膜中於列方向延伸之區域各者。
  3. 如請求項1之受光元件，其中 上述主配線包含：第1主配線，其於奇數行之上述第1半導體區域之第1側朝上述行方向延伸；及第2主配線，其於偶數行之上述第1半導體區域之上述第1側朝上述行方向延伸；且 上述複數個第1半導體區域中，奇數列之上述第1半導體區域經由上述分支配線連接於上述第1主配線，偶數列之上述第2半導體區域經由上述分支配線連接於上述第2主配線。
  4. 如請求項1之受光元件，其中 上述主配線包含：第1主配線，其於奇數行之上述第1半導體區域之第1側朝上述行方向延伸；及第2主配線，其於偶數行之上述第1半導體區域之上述第1側朝上述行方向延伸； 上述奇數行之上述第1半導體區域中，奇數列之上述第1半導體區域經由上述分支配線連接於上述第1主配線，偶數列之上述第1半導體區域經由上述分支配線連接於上述第2主配線， 上述偶數行之上述第1半導體區域中，上述奇數列之上述第1半導體區域經由上述分支配線連接於上述第2主配線，上述偶數列之上述第1半導體區域經由上述分支配線連接於上述第1主配線。
  5. 如請求項1之受光元件，其中上述第2半導體區域具備與上述第1半導體區域相反之導電型。
  6. 如請求項1之受光元件，其進而具備矩陣狀排列於上述遮光膜上之複數個晶載透鏡。
  7. 如請求項1之受光元件，其中上述半導體基板之上述第1面為蛾眼構造。
  8. 一種受光元件，其具備： 半導體基板，其矩陣狀排列複數個受光元件； 遮光膜，其點陣狀設置於上述半導體基板之第1面上且上述複數個受光元件之邊界部分； 第1半導體區域，其分別設置於上述半導體基板中之與上述第1面相反側之第2面且上述複數個受光元件中之4個受光元件之角部聚集之部分、及由該等4個受光元件構成之矩形區域之4個角部分； 第2半導體區域，其分別設置於上述半導體基板之上述第2面且自行方向隔著上述複數個受光元件之邊界部分中之於列方向延伸之邊界部分各者的位置；及 配線層，其設置於上述半導體基板之上述第2面上，且與上述第1半導體區域電性連接。
  9. 如請求項8之受光元件，其中上述第2半導體區域設置於自上述行方向與上述第1半導體區域相鄰之上述位置。
  10. 一種固體攝像裝置，其具備： 半導體基板； 點陣狀之遮光膜，其設置於上述半導體基板之第1面上，且開口部矩陣狀排列； 複數個第1半導體區域，其等矩陣狀排列於上述半導體基板中之與上述第1面相反側之第2面； 複數個第2半導體區域，其等設置於上述半導體基板之上述第2面且自行方向隔著上述第1半導體區域各者之相鄰區域； 配線層，其設置於上述半導體基板之上述第2面上，且與上述第1半導體區域電性連接； 第1讀出電路，其連接於上述複數個第2半導體區域中自第1方向與上述第1半導體區域相鄰之第2半導體區域各者；及 第2讀出電路，其連接於上述複數個第2半導體區域中自與上述第1方向相反之第2方向與上述第1半導體區域相鄰之第2半導體區域各者；且 上述第1半導體區域位於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域，且 上述配線層包含：主配線，其於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域朝行方向延伸；及分支配線，其於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域朝列方向延伸，且連接上述主配線與上述第1半導體區域各者。
  11. 一種固體攝像裝置，其具備： 半導體基板，其矩陣狀排列有複數個受光元件； 遮光膜，其點陣狀設置於上述半導體基板之第1面上且上述複數個受光元件之邊界部分； 第1半導體區域，其分別設置於上述半導體基板中與上述第1面相反側之第2面且上述複數個受光元件中之4個受光元件之角部聚集之部分、及由該等4個受光元件構成之矩形區域之4個角部分； 第2半導體區域，其設置於上述半導體基板之上述第2面且自行方向隔著上述複數個受光元件之邊界部分中之於列方向延伸之邊界部分各者的位置； 配線層，其設置於上述半導體基板之上述第2面上，且與上述第1半導體區域電性連接； 第1讀出電路，其連接於上述第2半導體區域中自第1方向與上述第1半導體區域相鄰之第2半導體區域各者；及 第2讀出電路，其連接於上述第2半導體區域中自與上述第1方向相反之第2方向與上述第1半導體區域相鄰之第2半導體區域各者。
  12. 一種測距裝置，其具備： 發光部，其出射特定波長之光； 固體攝像裝置，其自接受到之光產生像素信號；及 運算部，其基於上述固體攝像裝置中產生之像素信號而算出與物體之距離；且 上述固體攝像裝置具備： 半導體基板； 點陣狀之遮光膜，其設置於上述半導體基板之第1面上，且開口部矩陣狀排列； 複數個第1半導體區域，其等矩陣狀排列於上述半導體基板中之與上述第1面相反側之第2面； 複數個第2半導體區域，其等設置於上述半導體基板之上述第2面且自行方向隔著上述第1半導體區域各者之相鄰區域； 配線層，其設置於上述半導體基板之上述第2面上，且與上述第1半導體區域電性連接； 第1讀出電路，其連接於上述複數個第2半導體區域中自第1方向與上述第1半導體區域相鄰之第2半導體區域各者；及 第2讀出電路，其連接於上述複數個第2半導體區域中自與上述第1方向相反之第2方向與上述第1半導體區域相鄰之第2半導體區域各者；且 上述第1半導體區域位於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域， 上述配線層包含：主配線，其於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域朝行方向延伸；及分支配線，其於隔著上述半導體基板之上述第1面與上述遮光膜對應之區域朝列方向延伸，且連接上述主配線與上述第1半導體區域各者。
  13. 一種測距裝置，其具備： 發光部，其出射特定波長之光； 固體攝像裝置，其自接受到之光產生像素信號；及 運算部，其基於上述固體攝像裝置中產生之像素信號而算出與物體之距離；且 上述固體攝像裝置具備： 半導體基板，其矩陣狀排列有複數個受光元件； 遮光膜，其點陣狀設置於上述半導體基板之第1面上且上述複數個受光元件之邊界部分； 第1半導體區域，其分別設置於上述半導體基板中之與上述第1面相反側之第2面且上述複數個受光元件中之4個受光元件之角部聚集之部分、及由該等4個受光元件構成之矩形區域之4個角部分； 第2半導體區域，其設置於上述半導體基板之上述第2面且自行方向隔著上述複數個受光元件之邊界部分中之於列方向延伸之邊界部分各者的位置； 配線層，其設置於上述半導體基板之上述第2面上，且與上述第1半導體區域電性連接； 第1讀出電路，其連接於上述第2半導體區域中自第1方向與上述第1半導體區域相鄰之第2半導體區域各者；及 第2讀出電路，其連接於上述第2半導體區域中自與上述第1方向相反之第2方向與上述第1半導體區域相鄰之第2半導體區域各者。
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