WO2024154646A1 - 光検出装置および光検出装置の製造方法 - Google Patents

光検出装置および光検出装置の製造方法 Download PDF

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努 井本
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    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H—ELECTRICITY
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    • H—ELECTRICITY
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    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors

Definitions

  • This disclosure relates to a light detection device and a method for manufacturing a light detection device.
  • Patent Document 1 discloses an image sensor in which the pitch of the drive circuits in the IC chip is designed to be smaller than the pitch of the pixel electrodes of the photoelectric conversion elements.
  • An optical detection device includes a sensor substrate having a first surface that serves as a light incidence surface and a second surface opposite to the first surface, the sensor substrate having a pixel array portion in which a plurality of pixels or unit pixels each consisting of two or more pixels are arranged in an array at a first pitch, and a circuit substrate laminated on the second surface of the sensor substrate and having a plurality of readout circuits formed in an array at a second pitch smaller than the first pitch, with some of the readout circuits selectively electrically connected to each of the plurality of pixels according to the first pitch.
  • a method for manufacturing a photodetector includes the steps of forming a plurality of readout circuits in an array on a circuit board at a second pitch, and forming a plurality of pixels or unit pixels each consisting of two or more pixels in an array on the circuit board at a first pitch larger than the second pitch, the unit pixels being electrically connected to some of the plurality of readout circuits, to form a sensor board.
  • the multiple readout circuits formed on the circuit board are formed at a pitch (second pitch) smaller than the pixel pitch of the multiple pixels provided on the sensor board or the repeating period (first pitch) of a unit pixel consisting of two or more pixels. This eliminates the need to design and manufacture the layout of the readout circuits according to the layout of the multiple pixels.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of a photodetector according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the photodetector shown in FIG.
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the unit pixel shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing an example of a layout of the unit pixel and the readout circuit shown in FIG.
  • FIG. 5 is a schematic plan view showing another example of the layout of the unit pixels and the readout circuit shown in FIG.
  • FIG. 6A is a schematic cross-sectional view illustrating another example of the configuration of the photodetector shown in FIG. FIG.
  • FIG. 6B is a schematic plan view illustrating an example of the layout of unit pixels and readout circuits in the photodetector shown in FIG. 6A.
  • FIG. 7A is a schematic cross-sectional view illustrating another example of the configuration of the photodetector shown in FIG.
  • FIG. 7B is a schematic plan view illustrating an example of a layout of unit pixels and readout circuits in the photodetector shown in FIG. 7A.
  • FIG. 8A is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing the photodetector shown in FIG.
  • FIG. 8B is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 8A.
  • FIG. 8C is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 8B.
  • FIG. 8A is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing the photodetector shown in FIG.
  • FIG. 8B is a schematic cross-sectional view showing a
  • FIG. 8D is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 8C.
  • FIG. 8E is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 8D.
  • FIG. 8F is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 8E.
  • FIG. 9 is a schematic plan view illustrating an example of a configuration of a light detection device according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10A is a schematic cross-sectional view of the photodetector shown in FIG. 9 taken along line IV-IV.
  • FIG. 10B is a schematic cross-sectional view of the photodetector shown in FIG. 9 taken along line VV.
  • FIG. 10A is a schematic cross-sectional view of the photodetector shown in FIG. 9 taken along line IV-IV.
  • FIG. 10B is a schematic cross-sectional view of the photodetector shown in FIG. 9 taken along line VV.
  • FIG. 10A is a
  • FIG. 11 is a schematic plan view illustrating an example of a configuration of a light detection device according to the third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of the photodetector shown in FIG. 11 taken along line VI-VI.
  • FIG. 13 is an example of an equivalent circuit diagram of a unit pixel according to the first modification of the present disclosure.
  • FIG. 14 is another example of an equivalent circuit diagram of a unit pixel according to the first modification of the present disclosure.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a photodetector according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a light detection device according to the second modification of the present disclosure and a connection between a sensor substrate and a circuit substrate.
  • FIG. 17 is a schematic cross-sectional view illustrating another example of the configuration of the light detection device according to the second modification of the present disclosure and another example of the connection between the sensor substrate and the circuit substrate.
  • FIG. 18 is a schematic cross-sectional view illustrating another example of the configuration of the light detection device according to the second modification of the present disclosure and another example of the connection between the sensor substrate and the circuit substrate.
  • FIG. 19 is a schematic cross-sectional view illustrating another example of the configuration of the light detection device according to the second modification of the present disclosure and another example of the connection between the sensor substrate and the circuit substrate.
  • FIG. 20 is a block diagram illustrating an example of the configuration of an electronic device.
  • FIG. 21A is a schematic diagram showing an example of the overall configuration of a light detection system using the light detection device shown in FIG. 1 etc.
  • FIG. 21B is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the light detection system illustrated in FIG. 21A.
  • FIG. 22 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system.
  • FIG. 23 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the camera head and the CCU.
  • FIG. 24 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a vehicle control system.
  • FIG. 25 is an explanatory diagram showing an example of the installation positions of the outside-of-vehicle information detection unit and the imaging unit.
  • First embodiment an example of a photodetector including a sensor substrate having a plurality of unit pixels P formed in an array at a predetermined pitch, and a circuit substrate having a plurality of readout circuits formed in an array at a pitch smaller than the pitch of the plurality of unit pixels P
  • Second embodiment example of photodetection device having high sensitivity pixels and high saturation pixels
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a functional configuration of a light detection device (light detection device 1) according to a first embodiment of the present disclosure.
  • the light detection device 1 is used, for example, as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor.
  • the light detection device 1 receives light from a subject, performs photoelectric conversion, and generates an image signal to capture an image.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • the photodetector 1 includes, for example, a pixel array unit 111, a vertical drive unit 112, a column signal processing unit 113, a data storage unit 119, a horizontal drive unit 114, a system control unit 115, and a signal processing unit 118.
  • a pixel array section 111 is formed on a sensor substrate 10 (described later).
  • Peripheral circuits such as a vertical drive section 112, a column signal processing section 113, a data storage section 119, a horizontal drive section 114, a system control section 115, and a signal processing section 118 are formed, for example, on a circuit board 20 (described later).
  • the pixel array section 111 has a plurality of sensor pixels (unit pixels P) including a photoelectric conversion layer 15 (described later) that generates and accumulates an electric charge according to the amount of light incident from a subject. As shown in FIG. 1, the unit pixels P are arranged, for example, in the horizontal direction (row direction) and the vertical direction (column direction). In the pixel array section 111, a pixel drive line 116 is wired along the row direction for each pixel row made up of unit pixels P arranged in a row direction, and a vertical signal line 117 (VSL) is wired along the column direction for each pixel column made up of unit pixels P arranged in a column direction.
  • VSL vertical signal line
  • the vertical drive unit 112 is composed of a shift register, an address decoder, etc.
  • the vertical drive unit 112 drives all of the unit pixels P in the pixel array unit 111 simultaneously or on a pixel row basis by supplying signals, etc. to the unit pixels P via the pixel drive lines 116.
  • the signals output from each unit pixel P of the pixel row selected and scanned by the vertical drive unit 112 are supplied to the column signal processing unit 113 through each VSL 117.
  • the column signal processing unit 113 performs predetermined signal processing on the signals output from each unit pixel of the selected row through the VSL 117 for each pixel column of the pixel array unit 111, and temporarily holds the pixel signals after signal processing.
  • the column signal processing unit 113 is composed of, for example, a shift register and an address decoder, and performs noise removal processing, correlated double sampling processing, A/D (Analog/Digital) conversion of analog pixel signals, and other processing to generate digital pixel signals.
  • the column signal processing unit 113 supplies the generated pixel signals to the signal processing unit 118.
  • the horizontal drive unit 114 is composed of a shift register, an address decoder, etc., and is configured to sequentially select unit circuits corresponding to pixel columns in the column signal processing unit 113. Through selective scanning by this horizontal drive unit 114, pixel signals that have been signal-processed for each unit circuit in the column signal processing unit 113 are output in sequence to the signal processing unit 118.
  • the system control unit 115 is composed of a timing generator that generates various timing signals.
  • the system control unit 115 controls the driving of the vertical driving unit 112, the column signal processing unit 113, and the horizontal driving unit 114 based on the timing signals generated by the timing generator.
  • the signal processing unit 118 performs signal processing such as arithmetic processing on the pixel signals supplied from the column signal processing unit 113 while temporarily storing data in the data storage unit 119 as necessary, and outputs an image signal made up of each pixel signal.
  • the data storage unit 119 temporarily stores data necessary for signal processing performed by the signal processing unit 118.
  • FIG. 2 shows an example of a readout circuit 22 (described later) of a unit pixel P of the photodetector 1 shown in Fig. 1.
  • the unit pixel P has, for example, a floating diffusion FD connected to a pixel electrode 13 (described later), a reset transistor TRrst, an amplification transistor TRamp, and a selection transistor TRsel.
  • the floating diffusion FD is connected between the reset transistor TRrst and the amplification transistor TRAMP.
  • the floating diffusion FD converts the signal charge transferred from the pixel electrode 13 via the through electrode 14 into a voltage signal and outputs it to the amplification transistor TRamp.
  • the reset transistor TRrst is connected between the floating diffusion FD and the power supply line VRST.
  • the gate electrode of the reset transistor TRrst is connected to the reset line RST, and a drive signal RSTsig is applied to it.
  • this drive signal RSTsig becomes active, the reset gate of the reset transistor TRrst becomes conductive, and the potential of the floating diffusion FD is reset to the level of the power supply line VRST.
  • the amplifier transistor TRamp has its gate electrode connected to the floating diffusion FD and its drain electrode connected to the power supply line VDD, and serves as the input of a readout circuit for the voltage signal held by the floating diffusion FD, a so-called source follower circuit.
  • the amplifier transistor TRamp has its source electrode connected to the vertical signal line VSL via the selection transistor TRsel, and thus constitutes a constant current source and a source follower circuit connected to one end of the vertical signal line VSL.
  • the selection transistor TRsel is connected between the source electrode of the amplification transistor TRamp and the vertical signal line VSL.
  • the gate electrode of the selection transistor TRsel is connected to the selection line SEL, and a drive signal SELsig is applied to it.
  • this drive signal SELsig becomes active, the selection transistor TRsel becomes conductive, and the unit pixel P becomes selected.
  • the read signal (pixel signal) output from the amplification transistor TRamp is output to the vertical signal line VSL via the selection transistor TRsel.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a cross-sectional configuration of the photodetector 1 shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a planar configuration of the photodetector 1 shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a cross section corresponding to the line II shown in FIG. 4.
  • the photodetector 1 has a structure in which a sensor substrate 10 and a circuit substrate 20 are stacked.
  • the sensor substrate 10 has a pixel array section 111 in which a plurality of unit pixels P are arranged in an array in, for example, the row direction and the column direction.
  • the sensor substrate 10 has a first surface 10A that is a light incident surface and a second surface 10B opposite to the first surface 10A, and the circuit substrate 20 is stacked on the second surface 10B.
  • the sensor substrate 10 has, for example, a pixel electrode layer 11, a photoelectric conversion layer 15, and a counter electrode 16 laminated in this order from the second surface 10B side.
  • the pixel electrode layer 11 has an interlayer insulating layer 12 that forms a bonding surface with the circuit board 20, a plurality of pixel electrodes 13 provided for each unit pixel P, and a plurality of through electrodes 14 that electrically connect the pixel electrodes 13 to the floating dissipation FD of the readout circuit 22.
  • the interlayer insulating layer 12 is composed of, for example, a single layer film made of one of silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride (SiON), or a laminate film made of two or more of these materials.
  • the pixel electrodes 13 are, for example, made of a conductive film having optical transparency.
  • Examples of the material of the pixel electrodes 13 include indium tin oxide (ITO), which is In 2 O 3 to which tin (Sn) is added as a dopant.
  • ITO indium tin oxide
  • the crystallinity of the ITO thin film may be high or low (approaching amorphous).
  • examples of the material of the pixel electrodes 13 include tin oxide (SnO 2 )-based materials to which a dopant is added, such as ATO to which Sb is added as a dopant, and FTO to which fluorine is added as a dopant.
  • ZnO zinc oxide
  • ZnO-based material examples include aluminum zinc oxide (AZO) to which aluminum (Al) is added as a dopant, gallium zinc oxide (GZO) to which gallium (Ga) is added, boron zinc oxide to which boron (B) is added, and indium zinc oxide (IZO) to which indium (In) is added.
  • ZnO-based material examples include aluminum zinc oxide (AZO) to which aluminum (Al) is added as a dopant, gallium zinc oxide (GZO) to which gallium (Ga) is added, boron zinc oxide to which boron (B) is added, and indium zinc oxide (IZO) to which indium (In) is added.
  • IGZO, In-GaZnO 4 zinc oxide doped with indium and gallium
  • the constituent material of the pixel electrodes 13 may be CuI, InSbO 4 , ZnMgO, CuInO 2 , MgIN 2 O 4 , CdO, ZnSnO 3 , TiO 2 , or the like, or a spinel oxide or an oxide having a YbFe 2 O 4 structure may be used.
  • a single metal or an alloy can be used.
  • alkali metals e.g., lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), etc.
  • alkaline earth metals e.g., magnesium (Mg) and calcium (Ca)), etc.
  • alkaline earth metals e.g., magnesium (Mg) and calcium (Ca)), etc.
  • Alkaline earth metals e.g., magnesium (Mg) and calcium (Ca)
  • Other examples include aluminum (Al), Al-Si-Cu alloys, zinc (Zn), tin (Sn), thallium (Tl), Na-K alloys, Al-Li alloys, Mg-Ag alloys, rare earth metals such as In and ytterbium (Yb), or alloys thereof.
  • the materials constituting the plurality of pixel electrodes 13 include metals such as platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), chromium (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), silver (Ag), tantalum (Ta), tungsten (W), copper (Cu), titanium (Ti), indium (In), tin (Sn), iron (Fe), cobalt (Co), and molybdenum (Mo), or alloys containing these metal elements, or conductive particles made of these metals, conductive particles of alloys containing these metals, polysilicon containing impurities, carbon-based materials, oxide semiconductors, carbon nanotubes, graphene, and other conductive substances.
  • metals such as platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), chromium (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), silver (Ag), tantalum (Ta), tungsten (W), copper (Cu), titanium (Ti), indium (In), tin (
  • Other materials constituting the plurality of pixel electrodes 13 include organic materials (conductive polymers) such as poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/polystyrene sulfonate [PEDOT/PSS].
  • organic materials such as poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/polystyrene sulfonate [PEDOT/PSS].
  • the above materials may be mixed with a binder (polymer) to form a paste or ink, which may then be hardened and used as an electrode.
  • the through electrode 14 is formed using, for example, aluminum (Al), copper (Cu), or tungsten (W).
  • the photoelectric conversion layer 15 converts light energy into electrical energy, and absorbs, for example, 60% or more of a specific wavelength included at least in the visible light range to near infrared range, thereby separating charges.
  • the photoelectric conversion layer 15 absorbs, for example, light of some or all wavelengths in the visible light range and near infrared light range of 400 nm or more and less than 1300 nm.
  • the photoelectric conversion layer 15 is composed of, for example, two or more organic materials that function as p-type or n-type semiconductors, and has a junction surface (p/n junction surface) between the p-type semiconductor and the n-type semiconductor within the layer.
  • the photoelectric conversion layer 15 may be a laminated structure (p-type semiconductor layer/n-type semiconductor layer) of a layer made of a p-type semiconductor (p-type semiconductor layer) and a layer made of an n-type semiconductor (n-type semiconductor layer), a laminated structure (p-type semiconductor layer/bulk hetero layer) of a p-type semiconductor layer and a mixed layer (bulk hetero layer) of p-type semiconductors and n-type semiconductors, or a laminated structure (n-type semiconductor layer/bulk hetero layer) of an n-type semiconductor layer and a bulk hetero layer. It may also be formed only of a mixed layer (bulk hetero layer) of p-type semiconductors and n-type semiconductors.
  • the p-type semiconductor is a hole transport material that functions relatively as an electron donor
  • the n-type semiconductor is an electron transport material that functions relatively as an electron acceptor.
  • the photoelectric conversion layer 15 provides a place where excitons (electron-hole pairs) generated when light is absorbed separate into electrons and holes; specifically, the electron-hole pairs separate into electrons and holes at the interface (p/n junction surface) between the electron donor and electron acceptor.
  • the photoelectric conversion layer 15 may further include an organic material, so-called dye material, that absorbs light in a specific wavelength range while transmitting light in other wavelength ranges.
  • an organic material so-called dye material
  • the photoelectric conversion layer 15 is formed using three types of organic materials, a p-type semiconductor, an n-type semiconductor, and a dye material, it is preferable that the p-type and n-type semiconductors are materials that are optically transparent in the visible light range. This allows the photoelectric conversion layer 15 to selectively convert light in the wavelength range absorbed by the dye material.
  • the counter electrode 16 is, like the pixel electrodes 13, for example, made of a conductive film having optical transparency.
  • the counter electrode 16 may be made of, for example, indium tin oxide (ITO), which is In 2 O 3 to which tin (Sn) is added as a dopant.
  • ITO indium tin oxide
  • the crystallinity of the ITO thin film may be high or low (approaching amorphous).
  • the counter electrode 16 may be made of a tin oxide (SnO 2 )-based material to which a dopant is added, such as ATO to which Sb is added as a dopant, or FTO to which fluorine is added as a dopant.
  • Zinc oxide (ZnO) or a zinc oxide-based material to which a dopant is added may also be used.
  • ZnO-based materials include aluminum zinc oxide (AZO) with aluminum (Al) added as a dopant, gallium zinc oxide (GZO) with gallium (Ga) added, boron zinc oxide with boron (B) added, and indium zinc oxide (IZO) with indium (In) added as a dopant.
  • IGZO, In-GaZnO 4 zinc oxide with indium and gallium added as dopants.
  • the constituent material of the counter electrode 16 may be CuI, InSbO 4 , ZnMgO, CuInO 2 , MgIN 2 O 4 , CdO, ZnSnO 3 or TiO 2 , or an oxide having a spinel type oxide or a YbFe 2 O 4 structure.
  • the circuit board 20 has a first surface 20A facing the second surface 10B of the sensor board 10, and a second surface 20B opposite to the first surface 20A.
  • the circuit board 20 has a semiconductor substrate 21 made of, for example, silicon (Si) on which a plurality of circuits are formed on the surface on the first surface 20A side.
  • peripheral circuits such as the vertical drive unit 112, column signal processing unit 113, data storage unit 119, horizontal drive unit 114, system control unit 115, and signal processing unit 118 are provided around the pixel array unit 111 in a planar view.
  • the above-mentioned readout circuit 22 is formed in an array in the row and column directions, for example.
  • a condenser lens 33 is provided for each unit pixel P via a protective layer 31 and a color filter layer 32.
  • the color filter layer 32 selectively transmits light of a predetermined wavelength band.
  • a color filter layer 32 that selectively transmits red light (R), green light (G), and blue light (B) is provided for each unit pixel P.
  • four unit pixels P arranged in two rows and two columns are used as a unit pixel U, and two color filters that selectively transmit green light (G) are arranged on a diagonal line, and one color filter that selectively transmits red light (R) and blue light (B) is arranged on each diagonal line that is perpendicular to the unit pixel U.
  • the unit pixel provided with each color filter the corresponding color light is detected. That is, in the pixel array section 111, unit pixels Pr, Pg, and Pb that detect red light (R), green light (G), and blue light (B), respectively, are arranged in a Bayer pattern.
  • the condenser lens 33 condenses light incident from above onto the photoelectric conversion layer 15, and is made of, for example, silicon oxide (SiO x ).
  • the multiple unit pixels P constituting the pixel array section 111 in the sensor substrate 10 and the multiple readout circuits 22 formed on the circuit substrate 20 have different pitches. Specifically, the pitch p2 of the multiple readout circuits 22 aligned in the X-axis direction and the Y-axis direction is smaller than the pitch p1 of the multiple unit pixels P aligned in the X-axis direction and the Y-axis direction (p1>p2). Therefore, in the photodetector 1, some of the multiple readout circuits 22 formed in an array on the circuit substrate 20 are selectively electrically connected to the pixel electrodes 13 formed for each unit pixel P.
  • the pitch p2 of the readout circuits 22 is half the pitch p1 of the multiple unit pixels P. Therefore, the multiple readout circuits 22 formed in an array on the circuit board 20 are electrically connected to the pixel electrodes 13 formed for each unit pixel P, every other one, via the through electrodes 14.
  • the vertical drive unit 112 performs thinning scanning under the control of the system control unit 115, and selectively outputs drive signals only to pixel rows in which the pixel electrodes 13 are connected to the readout circuits 22.
  • the column signal processing unit 113 processes only the VSL signals of pixel columns in which the pixel electrodes 13 are connected to the readout circuits 22 under the control of the system control unit 115, and does not process the circuits of the other pixel columns, thereby reducing power consumption.
  • the floating diffusion FD connected to the pixel electrode 13 and the through electrode 14 connecting the pixel electrode 13 and the floating diffusion FD are preferably arranged approximately at the center of gravity of the unit pixel P in a planar view, for example, as shown in FIG. 4.
  • the floating diffusion FD and the through electrode 14 are preferably arranged as close as possible to the position where the incident light is focused by the focusing lens 33 in a planar view. This allows the charge carriers generated by photoelectric conversion to be collected in the through electrode 14 over the shortest distance, minimizing attenuation and delay of the signal current caused by the electrical resistance of the pixel electrode 13.
  • the positions of the floating diffusion FD and the through electrode 14 are not limited to this, and may be located, for example, in the left corner of a unit pixel P having a rectangular shape, as shown in FIG. 5.
  • FIG. 6A is a schematic representation of another example (light detection device 1A) of the cross-sectional configuration of the light detection device 1 shown in FIG. 1.
  • FIG. 6B is a schematic representation of an example of the planar configuration of the light detection device 1A shown in FIG. 6A. Note that FIG. 6A shows a cross section corresponding to line II-II shown in FIG. 6B.
  • one unit pixel P may be arranged for nine readout circuits 22 arranged in three rows and three columns.
  • the multiple readout circuits 22 formed in an array on the circuit board 20 are electrically connected to the pixel electrode 13 formed for each unit pixel P every two readout circuits 22 via the through electrode 14.
  • FIG. 7A is a schematic representation of another example (photodetection device 1A) of the cross-sectional configuration of the photodetection device 1 shown in FIG. 1.
  • FIG. 7B is a schematic representation of an example of the planar configuration of the photodetection device 1A shown in FIG. 7A. Note that FIG. 7A shows a cross section corresponding to line III-III shown in FIG. 7B.
  • one unit pixel P may be arranged for one readout circuit 22.
  • circuit board 20 on which multiple readout circuits 22 are formed at a pitch p2 smaller than the pitch p1 of the multiple unit pixels P that form the pixel array section 111 it is possible to use a single circuit board 20 to accommodate sensor boards 10 having various pixel sizes. This makes it unnecessary to design and manufacture a circuit board 20 for each dimension and configuration of the unit pixel P, thereby reducing costs.
  • the photodetector 1 can be formed, for example, as follows.
  • a circuit board 20 is formed using a general method, which has a semiconductor substrate 21 on the surface of which a plurality of readout circuits 22 including floating diffusions FD are formed in an array.
  • an interlayer insulating layer 12 is formed on the circuit board 20 using, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method, a sputtering method, or an atomic layer deposition (ALD) method.
  • CVD chemical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • an opening is formed in the interlayer insulating layer 12 using photolithography and etching, etc., and then a metal film is embedded in the opening using, for example, a CVD method, sputtering, or ALD method, etc., and then the metal film formed on the interlayer insulating layer 12 is removed and the surface of the interlayer insulating layer 12 is planarized using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method, thereby forming the through electrode 14.
  • CMP Chemical Mechanical Polishing
  • a metal film is formed on the interlayer insulating layer 12 by, for example, a sputtering method, and then the metal film is patterned by photolithography, etching, or the like. This forms a plurality of pixel electrodes 13 that are selectively electrically connected to some of the plurality of readout circuits 22 provided on the circuit board 20.
  • a photoelectric conversion layer 15 is formed on the pixel electrode layer 11 using, for example, a vacuum deposition method, and then a counter electrode 16 is formed using, for example, a sputtering method.
  • a protective layer 31 is formed using, for example, a CVD method, sputtering, or ALD method, and then a color filter layer 32 is formed using, for example, a photolithography technique. Then, a condenser lens 33 is formed for each unit pixel P on the color filter layer 32 using photolithography and etching. With the above steps, the photodetector 1 shown in FIG. 3 is completed.
  • the multiple readout circuits 22 formed on the circuit board 20 are formed at a pitch p2 that is smaller than the pitch p1 of the multiple unit pixels P provided on the sensor board 10. This eliminates the need to design the layout of the readout circuits 22 in accordance with the layout of the multiple unit pixels P that form the pixel array section 111. This will be described below.
  • CIS which uses silicon (Si) for photoelectric conversion
  • the readout circuits that drive the pixels and read out the pixel signals are generally designed individually for each pixel size and the configuration of the repeating pixel unit (unit pixel). For this reason, changes to pixel size and unit pixel configuration are one of the major causes of increased costs.
  • a circuit board 20 is provided in which a plurality of readout circuits 22 are formed in an array at a pitch p2 smaller than the pitch p1 of a plurality of unit pixels P provided on the sensor board 10, and some of the plurality of readout circuits 22 formed in the array are selectively electrically connected in accordance with the pitch p1 of the plurality of unit pixels P on the sensor board 10 side. This eliminates the need to design the layout of the readout circuits 22 in accordance with the layout of the plurality of unit pixels P that form the pixel array section 111.
  • the photodetector 1 of this embodiment allows for greater freedom in pixel layout.
  • the photodetector 1 of this embodiment does not require redesign and manufacturing of the sensor substrate every time the pixel dimensions or unit pixel configuration changes, making it possible to reduce the time and cost required to develop one image sensor, for example.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of a planar configuration of a photodetector (photodetector 2) according to a second embodiment of the present disclosure.
  • Fig. 10A is a schematic diagram showing an example of a cross-sectional configuration of the photodetector 2 corresponding to line IV-IV shown in Fig. 9.
  • Fig. 10B is a schematic diagram showing an example of a cross-sectional configuration of the photodetector 2 corresponding to line V-V shown in Fig. 9.
  • the light detection device 2 is, for example, a so-called global shutter type image sensor.
  • the light detection device 2 captures an image by receiving light from a subject, photoelectrically converting the light, and generating an image signal.
  • the global shutter method is a method of performing global exposure in which exposure basically starts and ends for all pixels at the same time.
  • all pixels means all pixels that appear in the image, excluding dummy pixels, etc.
  • the global shutter method also includes a method in which global exposure is performed in units of multiple rows (for example, several tens of rows) while moving the area where global exposure is performed, rather than for all pixels at the same time.
  • the global shutter method also includes a method in which global exposure is performed on pixels in a specified area, rather than on all pixels that appear in the image.
  • the photodetector 2 has two unit pixels P1 and P2 that have different sensitivities.
  • Unit pixel P1 is a so-called high sensitivity pixel that converts a larger amount of charge per unit time than unit pixel P2, and has a larger light receiving area than unit pixel P2.
  • the capacitance of the floating diffusion FD is designed to be small, thereby increasing the efficiency of conversion from charge to voltage and resulting in low noise. This allows unit pixel P1 to ensure a high S/N ratio in low illumination conditions, and good image quality can be obtained.
  • Unit pixel P2 is a so-called high saturation pixel that converts a smaller amount of charge per unit time than unit pixel P1, and has a smaller light receiving area than unit pixel P1.
  • the floating diffusion FD is designed to have a large capacitance, which gives it a high saturation charge amount and makes it less susceptible to whiteout. This allows unit pixel P2 to avoid whiteout under high illuminance conditions, and good image quality can be obtained.
  • one unit pixel P1 and one unit pixel P2 form a unit pixel U.
  • the unit pixel P1 has an area three times that of the unit pixel P2, and for example, as shown in FIG. 9, an L-shaped unit pixel P1 is arranged along two adjacent sides of a rectangular unit pixel P2 to form a rectangular unit pixel U.
  • a plurality of unit pixels U are arranged in an array in the row and column directions to form a pixel array section 111.
  • the multiple unit pixels U constituting the pixel array section 111 in the sensor substrate 10 and the multiple readout circuits 22 formed on the circuit substrate 20 have different pitches. Specifically, the pitch p2 of the multiple readout circuits 22 aligned in the X-axis direction is smaller than the pitch p1 of the multiple unit pixels U aligned in the X-axis direction (p1>p2). Therefore, in the photodetector 2, some of the multiple readout circuits 22 formed in an array on the circuit substrate 20 are selectively electrically connected to the pixel electrodes 13 formed for each unit pixel P1, P2.
  • the pitch p2 of the readout circuits 22 is 1/2 the pitch p1 of the multiple unit pixels P. Therefore, the multiple readout circuits 22 formed in an array on the circuit board 20 are electrically connected to the pixel electrodes 13 formed for each unit pixel P1, P2, every other one, via the through electrodes 14 at approximately the center of gravity of each unit pixel P1, P2.
  • the vertical drive unit 112 under the control of the system control unit 115, resets the floating diffusion FD of unit pixel P1 before unit pixel P1 and accumulates signal charge. After that, the pixel signals of unit pixel P1 and unit pixel P2 are read out alternately, row by row, by sequential readout. Under the control of the system control unit 115, the column signal processing unit 113 performs AD conversion on the pixel signals of unit pixel P1 and unit pixel P2 and transfers them to the signal processing unit 118. The signal processing unit 118 performs a predetermined calculation to combine the pixel signals of unit pixel P1 and unit pixel P2, thereby generating a pixel signal with a dynamic range larger than the dynamic range of the AD converter.
  • a circuit board 20 on which a plurality of readout circuits 22 are formed in an array at a pitch p2 smaller than the pitch p1 of the unit pixels U is laminated on the sensor board 10, and some of the plurality of readout circuits 22 formed in the array are selectively electrically connected in accordance with the pitch p1 of the plurality of unit pixels U on the sensor board 10 side.
  • Fig. 11 is a schematic diagram showing an example of a planar configuration of a photodetector (photodetector 3) according to a third embodiment of the present disclosure.
  • Fig. 12 is a schematic diagram showing an example of a cross-sectional configuration of the photodetector 3 taken along line VI-VI shown in Fig. 11.
  • the light detection device 3 includes imaging pixels and image plane phase difference pixels as a plurality of unit pixels P that form the pixel array section 111.
  • the imaging pixels photoelectrically convert the subject image formed by the imaging lens in the photoelectric conversion layer 15 to generate a signal for generating an image.
  • the image plane phase difference pixels divide the pupil region of the imaging lens, and photoelectrically convert the subject image from the divided pupil region to generate a signal for phase difference detection.
  • the image plane phase difference pixel has, for example, pixels PA and PB divided to the left and right of the condenser lens 33.
  • a pixel electrode 13 is formed in each of the pixels PA and PB.
  • light incident on the pixel PA and pixel PB is photoelectrically converted in the photoelectric conversion layer 15.
  • the amount of signal charge photoelectrically converted in the pixel PA and pixel PB is transferred to the floating diffusion FD via the through electrodes 14 connected to the respective pixel electrodes 13.
  • the signal processing unit 118 generates an image from the signal charges of the pixels PA and PB, and distance measurement is performed by comparing the two.
  • the vertical drive unit 112 performs thinning scanning under the control of the system control unit 115, and selectively outputs drive signals only to pixel rows that have image plane phase difference pixels in the first frame.
  • the column signal processing unit 113 processes only the VSL signals of pixel columns that have image plane phase difference pixels under the control of the system control unit 115, and transmits them to the signal processing unit 118.
  • the signal processing unit 118 measures distance from the signals of the image plane phase difference pixels, and transmits the distance measurement data to a camera system (not shown). The camera system adjusts the focal length of the camera lens based on the distance measurement data, and focuses on the subject.
  • the vertical drive unit 112 performs thinning scanning again under the control of the system control unit 115, and outputs drive signals only to pixel rows that have imaging pixels.
  • the column signal processing unit 113 processes the VSL signals of pixel columns that have imaging pixels under the control of the system control unit 115, and transmits them to the signal processing unit 118.
  • the signal of the image surface phase difference pixel may be treated as the signal of another imaging pixel by adding the left and right signals, or the image of the subject may be generated using only the signals of the other imaging pixels without using the signal of the image surface phase difference pixel.
  • a circuit board 20 on which a plurality of readout circuits 22 are formed in an array at a pitch p2 smaller than the pitch p1 of the unit pixels P including the image surface phase difference pixels is laminated on the sensor board 10, and some of the plurality of readout circuits 22 formed in the array are selectively electrically connected in accordance with the pitch p1 of the plurality of unit pixels P on the sensor board 10 side.
  • FIG. 13 illustrates an example of a configuration of a read circuit 22 according to the first modification of the present disclosure.
  • the read circuit 22 may have a second reset transistor TRrst2 between the floating diffusion FD and the reset transistor TRrst (reset transistor TRrst1).
  • the source of the reset transistor TRrst2 is connected to the floating diffusion FD, and the drain is connected to the source of the reset transistor TRrst1.
  • the gate electrode of the reset transistor TRrst2 is connected to the RST2 signal line output from the vertical drive unit 112.
  • the reset transistor TRrst2 is constantly on during the accumulation period, increasing the FD capacitance and achieving a low conversion efficiency.
  • the reset transistor TRrst2 is constantly off during the accumulation period, decreasing the FD capacitance and achieving a high conversion efficiency.
  • the second reset transistor TRrst2 as a conversion efficiency varying means, even when high-sensitivity pixels (unit pixels P1) with a large light receiving area and low-sensitivity pixels (unit pixels P2) with a small light receiving area are mixed, as in the photodetector 2 of the second embodiment described above, white blowout and black crush are suppressed. In addition, the S/N ratio can be improved.
  • FIG. 14 shows another example of the configuration of the read circuit 22 according to the first modified example of the present disclosure.
  • the readout circuit 22 may have an FDC transistor TRfdc between adjacent floating diffusions FD.
  • the FDC transistor TRfdc is connected to the floating diffusion FD of its own pixel, and its source is connected to the connection wiring to the floating diffusion FD of the adjacent pixel.
  • the gate electrode is connected to the FDCON signal line output from the vertical drive unit 112.
  • the connection with the floating diffusion FD of the adjacent pixel is cut by keeping the FDC transistor TRfdc off at all times.
  • the floating diffusion FD of the pixel itself and the adjacent pixel are connected by keeping the FDC transistor TRfdc on at all times, and the FD capacitance is increased. This increases the amount of signal charge that can be handled by one pixel, making it possible to avoid white blowout and black crush.
  • Fourth embodiment 15 is a schematic diagram illustrating an example of a planar configuration of a photodetector (photodetector 4) according to a fourth embodiment of the present disclosure.
  • the photodetector 4 is, for example, a so-called back-illuminated image sensor.
  • the light detection device 4 has a structure in which a sensor substrate 40 and a circuit substrate 20 are stacked.
  • the sensor substrate 40 has a pixel array section 111 in which a plurality of unit pixels P are arranged in an array, for example, in the row and column directions.
  • the sensor substrate 40 has a first surface 40A that is a light incident surface, and a second surface 40B opposite the first surface 40A, and the circuit substrate 20 is stacked on the second surface 10B.
  • the sensor substrate 40 has a semiconductor substrate 41, a photoelectric conversion region 42 embedded in the semiconductor substrate 41 for each unit pixel P, an element isolation portion 43 provided between adjacent unit pixels P, and a contact region 44.
  • the semiconductor substrate 41 is, for example, a silicon (Si) substrate.
  • the photoelectric conversion region 42 is, for example, a PIN (Positive Intrinsic Negative) type photodiode (PD) and has a pn junction in a predetermined region of the semiconductor substrate 41.
  • PIN Positive Intrinsic Negative
  • the element isolation section 43 is provided between adjacent unit pixels P.
  • the element isolation section 43 is provided around the unit pixels P and is arranged in a lattice pattern in the pixel array section 111.
  • the element isolation section 43 is for electrically and optically isolating adjacent unit pixels P, and extends, for example, in the thickness direction (Z-axis direction) of the semiconductor substrate 41.
  • the element isolation section 43 can be formed, for example, by diffusing p-type impurities.
  • the element isolation section 43 may be, for example, an STI (Shallow Trench Isolation) structure or an FFTI (Full Trench Isolation) structure in which an insulating layer is embedded.
  • an air gap may be formed in the STI structure and the FFTI structure.
  • the contact region 44 is a portion where a plurality of through electrodes 14 that electrically connect the photoelectric conversion region 42 and the floating diffusion FD of the readout circuit 22 are connected, and is formed, for example, from an n-type semiconductor region (n+).
  • the sensor substrate 40 has an interlayer insulating layer 45 on the surface of the semiconductor substrate 41, a plurality of through electrodes 46 penetrating the interlayer insulating layer 45, and a plurality of pads 47 embedded in the bonding surface of the interlayer insulating layer 45 with the circuit substrate 20.
  • the circuit substrate 20 has an interlayer insulating layer 23 on the surface of the semiconductor substrate 21, a plurality of through electrodes 24 penetrating the interlayer insulating layer 23, and a plurality of pads 25 embedded in the bonding surface of the interlayer insulating layer 23 with the sensor substrate 40.
  • the sensor substrate 40 and the circuit substrate 20 are bonded, for example, with CuCu between the pads 47 and the pads 25. This electrically connects the sensor substrate 40 and the circuit substrate 20.
  • a photoelectric conversion region 42 consisting of a photodiode (PD) is provided for each unit pixel P, and a circuit board 20 on which a plurality of readout circuits 22 are formed in an array at a pitch p2 smaller than the pitch p1 of the unit pixels P is laminated on the sensor board 10, and some of the plurality of readout circuits 22 formed in the array are selectively electrically connected in accordance with the pitch p1 of the plurality of unit pixels P on the sensor board 10 side.
  • each unit pixel P has a PIN-type photodiode (PD) as the photoelectric conversion region 42, but this is not limited to this.
  • the sensor substrates 10 and 40 can be formed with an inorganic photoelectric conversion film that absorbs light in a specific wavelength band using quantum dots, an amorphous photoelectric conversion film such as SIGS, a photoelectric conversion film made of a narrow band gap material such as a Ge single crystal film or an InGaAs thin film, and a Schottky diode formed on a Si substrate.
  • Modification 2> 16 to 19 are schematic diagrams showing the manner of connection between the sensor substrate 10 and the circuit substrate 20 in the photodetector 5 (5A, 5B) according to the modified example 2 of the present disclosure.
  • the circuit substrate 20 on which the plurality of readout circuits 22 are formed at a pitch p2 smaller than the pitch p1 of the plurality of unit pixels P forming the pixel array section 111 it is possible to use one circuit substrate 20 to accommodate sensor substrates 10 having various pixel sizes.
  • connection period with the sensor board 10 varies within a single circuit board 20, as in the case of the light detection device 5 shown in FIG. 16.
  • the light detection device 5 may be configured by mounting sensor boards 10A and 10B having different connection periods on two circuit boards 20, and mounting these on a single support board 50.
  • this technology can use the same circuit board 20 for each of the sensor boards 10A and 10B that have different connection periods, as in the photodetection devices 5A and 5B shown in FIG. 19.
  • the above-described light detection device 1, for example, can be applied to various electronic devices such as imaging systems such as digital still cameras and digital video cameras, mobile phones with imaging functions, or other devices with imaging functions.
  • FIG. 20 is a block diagram showing an example of the configuration of electronic device 1000.
  • the electronic device 1000 includes an optical system 1001, a photodetector 100, and a DSP (Digital Signal Processor) 1002.
  • the DSP 1002, memory 1003, display device 1004, recording device 1005, operation system 1006, and power supply system 1007 are connected via a bus 1008, and the electronic device 1000 is capable of capturing still and moving images.
  • the optical system 1001 is composed of one or more lenses, and captures incident light (image light) from a subject and forms an image on the imaging surface of the light detection device 1.
  • the above-mentioned photodetection device 1 or photodetection device 1A is applied as the photodetection device 100.
  • the photodetection device 100 converts the amount of incident light imaged on the imaging surface by the optical system 1001 into an electrical signal on a pixel-by-pixel basis and supplies the signal as a pixel signal to the DSP 1002.
  • the DSP 1002 performs various signal processing on the signal from the light detection device 100 to obtain an image, and temporarily stores the image data in the memory 1003.
  • the image data stored in the memory 1003 is recorded in the recording device 1005 or supplied to the display device 1004 to display the image.
  • the operation system 1006 accepts various operations by the user and supplies operation signals to each block of the electronic device 1000, and the power supply system 1007 supplies the power necessary to drive each block of the electronic device 1000.
  • Fig. 21A is a schematic diagram showing an example of the overall configuration of a light detection system 2000 including, for example, a light detection device 1.
  • Fig. 21B is a diagram showing an example of the circuit configuration of the light detection system 2000.
  • the light detection system 2000 includes a light emitting device 2001 as a light source unit that emits infrared light L2, and a light detection device 2002 as a light receiving unit.
  • the light detection device 2002 for example, the light detection device 1 described above can be used.
  • the light detection system 2000 may further include a system control unit 2003, a light source driving unit 2004, a sensor control unit 2005, a light source side optical system 2006, and a camera side optical system 2007.
  • the light detection device 2002 can detect light L1 and light L2.
  • Light L1 is external ambient light reflected by the subject (measurement object) 2100 (FIG. 21A).
  • Light L2 is light emitted by the light emitting device 2001 and then reflected by the subject 2100.
  • Light L1 is, for example, visible light, and light L2 is, for example, infrared light.
  • Light L1 can be detected by the photoelectric conversion unit in the light detection device 2002, and light L2 can be detected by the photoelectric conversion region in the light detection device 2002.
  • Image information of the subject 2100 can be obtained from the light L1, and distance information between the subject 2100 and the light detection system 2000 can be obtained from the light L2.
  • the light detection system 2000 can be mounted on, for example, an electronic device such as a smartphone or a moving object such as a car.
  • the light emitting device 2001 can be configured, for example, by a semiconductor laser, a surface-emitting semiconductor laser, or a vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL).
  • the detection method of the light L2 emitted from the light emitting device 2001 by the light detection device 2002 may be, for example, an iTOF method, but is not limited thereto.
  • the photoelectric conversion unit can measure the distance to the subject 2100 by, for example, the time-of-flight (TOF).
  • the detection method of the light L2 emitted from the light emitting device 2001 by the light detection device 2002 may be, for example, a structured light method or a stereo vision method.
  • a structured light method a predetermined pattern of light is projected onto the subject 2100, and the distance between the light detection system 2000 and the subject 2100 can be measured by analyzing the degree of distortion of the pattern.
  • the stereo vision method for example, two or more cameras are used to obtain two or more images of the subject 2100 viewed from two or more different viewpoints, thereby measuring the distance between the light detection system 2000 and the subject.
  • the light emitting device 2001 and the light detecting device 2002 can be synchronously controlled by the system control unit 2003.
  • the technology according to the present disclosure (the present technology) can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure may be applied to an endoscopic surgery system.
  • FIG. 22 is a diagram showing an example of the general configuration of an endoscopic surgery system to which the technology disclosed herein (the present technology) can be applied.
  • an operator (doctor) 11131 is shown using an endoscopic surgery system 11000 to perform surgery on a patient 11132 on a patient bed 11133.
  • the endoscopic surgery system 11000 is composed of an endoscope 11100, other surgical tools 11110 such as an insufflation tube 11111 and an energy treatment tool 11112, a support arm device 11120 that supports the endoscope 11100, and a cart 11200 on which various devices for endoscopic surgery are mounted.
  • the endoscope 11100 is composed of a lens barrel 11101, the tip of which is inserted into the body cavity of the patient 11132 at a predetermined length, and a camera head 11102 connected to the base end of the lens barrel 11101.
  • the endoscope 11100 is configured as a so-called rigid scope having a rigid lens barrel 11101, but the endoscope 11100 may also be configured as a so-called flexible scope having a flexible lens barrel.
  • the tip of the tube 11101 has an opening into which an objective lens is fitted.
  • a light source device 11203 is connected to the endoscope 11100, and light generated by the light source device 11203 is guided to the tip of the tube by a light guide extending inside the tube 11101, and is irradiated via the objective lens towards an object to be observed inside the body cavity of the patient 11132.
  • the endoscope 11100 may be a direct-viewing endoscope, an oblique-viewing endoscope, or a side-viewing endoscope.
  • An optical system and an image sensor are provided inside the camera head 11102, and reflected light (observation light) from the object being observed is focused onto the image sensor by the optical system.
  • the image sensor converts the observation light into an electric signal corresponding to the observation light, i.e., an image signal corresponding to the observed image.
  • the image signal is sent to the camera control unit (CCU: Camera Control Unit) 11201 as RAW data.
  • CCU Camera Control Unit
  • the CCU 11201 is configured with a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), etc., and performs overall control of the operations of the endoscope 11100 and the display device 11202. Furthermore, the CCU 11201 receives an image signal from the camera head 11102, and performs various types of image processing on the image signal, such as development processing (demosaic processing), for displaying an image based on the image signal.
  • a CPU Central Processing Unit
  • GPU Graphics Processing Unit
  • the display device 11202 under the control of the CCU 11201, displays an image based on the image signal that has been subjected to image processing by the CCU 11201.
  • the light source device 11203 is composed of a light source such as an LED (light emitting diode), and supplies illumination light to the endoscope 11100 when photographing the surgical site, etc.
  • a light source such as an LED (light emitting diode)
  • the input device 11204 is an input interface for the endoscopic surgery system 11000.
  • a user can input various information and instructions to the endoscopic surgery system 11000 via the input device 11204.
  • the user inputs an instruction to change the imaging conditions (type of irradiation light, magnification, focal length, etc.) of the endoscope 11100.
  • the treatment tool control device 11205 controls the operation of the energy treatment tool 11112 for cauterizing tissue, incising, sealing blood vessels, etc.
  • the insufflation device 11206 sends gas into the body cavity of the patient 11132 via the insufflation tube 11111 to inflate the body cavity in order to ensure a clear field of view for the endoscope 11100 and to ensure a working space for the surgeon.
  • the recorder 11207 is a device capable of recording various types of information related to the surgery.
  • the printer 11208 is a device capable of printing various types of information related to the surgery in various formats such as text, images, or graphs.
  • the light source device 11203 that supplies illumination light to the endoscope 11100 when photographing the surgical site can be composed of a white light source composed of, for example, an LED, a laser light source, or a combination of these.
  • a white light source composed of, for example, an LED, a laser light source, or a combination of these.
  • the white light source is composed of a combination of RGB laser light sources, the output intensity and output timing of each color (each wavelength) can be controlled with high precision, so that the white balance of the captured image can be adjusted in the light source device 11203.
  • the light source device 11203 may be controlled to change the intensity of the light it outputs at predetermined time intervals.
  • the image sensor of the camera head 11102 may be controlled to acquire images in a time-division manner in synchronization with the timing of the change in the light intensity, and the images may be synthesized to generate an image with a high dynamic range that is free of so-called blackout and whiteout.
  • the light source device 11203 may be configured to supply light in a predetermined wavelength range corresponding to special light observation.
  • special light observation for example, by utilizing the wavelength dependency of light absorption in body tissue, a narrow band of light is irradiated compared to the light irradiated during normal observation (i.e., white light), and a specific tissue such as blood vessels on the surface of the mucosa is photographed with high contrast, so-called narrow band imaging is performed.
  • fluorescence observation may be performed in which an image is obtained by fluorescence generated by irradiating excitation light.
  • excitation light is irradiated to body tissue and fluorescence from the body tissue is observed (autofluorescence observation), or a reagent such as indocyanine green (ICG) is locally injected into the body tissue and excitation light corresponding to the fluorescent wavelength of the reagent is irradiated to the body tissue to obtain a fluorescent image.
  • the light source device 11203 may be configured to supply narrow band light and/or excitation light corresponding to such special light observation.
  • FIG. 23 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the camera head 11102 and CCU 11201 shown in FIG. 22.
  • the camera head 11102 has a lens unit 11401, an imaging unit 11402, a drive unit 11403, a communication unit 11404, and a camera head control unit 11405.
  • the CCU 11201 has a communication unit 11411, an image processing unit 11412, and a control unit 11413.
  • the camera head 11102 and the CCU 11201 are connected to each other via a transmission cable 11400 so that they can communicate with each other.
  • the lens unit 11401 is an optical system provided at the connection with the lens barrel 11101. Observation light taken in from the tip of the lens barrel 11101 is guided to the camera head 11102 and enters the lens unit 11401.
  • the lens unit 11401 is composed of a combination of multiple lenses including a zoom lens and a focus lens.
  • the imaging unit 11402 may have one imaging element (a so-called single-plate type) or multiple imaging elements (a so-called multi-plate type).
  • each imaging element may generate an image signal corresponding to each of RGB, and a color image may be obtained by combining these.
  • the imaging unit 11402 may be configured to have a pair of imaging elements for acquiring image signals for the right eye and the left eye corresponding to a 3D (dimensional) display. By performing a 3D display, the surgeon 11131 can more accurately grasp the depth of the biological tissue in the surgical site.
  • multiple lens units 11401 may be provided corresponding to each imaging element.
  • the imaging unit 11402 does not necessarily have to be provided in the camera head 11102.
  • the imaging unit 11402 may be provided inside the lens barrel 11101, immediately after the objective lens.
  • the driving unit 11403 is composed of an actuator, and moves the zoom lens and focus lens of the lens unit 11401 a predetermined distance along the optical axis under the control of the camera head control unit 11405. This allows the magnification and focus of the image captured by the imaging unit 11402 to be adjusted appropriately.
  • the communication unit 11404 is configured with a communication device for transmitting and receiving various information to and from the CCU 11201.
  • the communication unit 11404 transmits the image signal obtained from the imaging unit 11402 as RAW data to the CCU 11201 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11404 also receives control signals for controlling the operation of the camera head 11102 from the CCU 11201, and supplies them to the camera head control unit 11405.
  • the control signals include information on the imaging conditions, such as information specifying the frame rate of the captured image, information specifying the exposure value during imaging, and/or information specifying the magnification and focus of the captured image.
  • the imaging conditions such as the frame rate, exposure value, magnification, and focus may be appropriately specified by the user, or may be automatically set by the control unit 11413 of the CCU 11201 based on the acquired image signal.
  • the endoscope 11100 is equipped with the so-called AE (Auto Exposure) function, AF (Auto Focus) function, and AWB (Auto White Balance) function.
  • the camera head control unit 11405 controls the operation of the camera head 11102 based on a control signal from the CCU 11201 received via the communication unit 11404.
  • the communication unit 11411 is configured with a communication device for transmitting and receiving various information to and from the camera head 11102.
  • the communication unit 11411 receives an image signal transmitted from the camera head 11102 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11411 also transmits to the camera head 11102 a control signal for controlling the operation of the camera head 11102.
  • the image signal and the control signal can be transmitted by electrical communication, optical communication, etc.
  • the image processing unit 11412 performs various image processing operations on the image signal, which is the RAW data transmitted from the camera head 11102.
  • the control unit 11413 performs various controls related to the imaging of the surgical site, etc. by the endoscope 11100, and the display of the captured images obtained by imaging the surgical site, etc. For example, the control unit 11413 generates a control signal for controlling the driving of the camera head 11102.
  • the control unit 11413 also causes the display device 11202 to display the captured image showing the surgical site, etc., based on the image signal that has been image-processed by the image processing unit 11412. At this time, the control unit 11413 may recognize various objects in the captured image using various image recognition techniques. For example, the control unit 11413 can recognize surgical tools such as forceps, specific body parts, bleeding, mist generated when the energy treatment tool 11112 is used, etc., by detecting the shape and color of the edges of objects included in the captured image. When the control unit 11413 causes the display device 11202 to display the captured image, it may use the recognition result to superimpose various types of surgical support information on the image of the surgical site. By superimposing the surgical support information and presenting it to the surgeon 11131, the burden on the surgeon 11131 can be reduced and the surgeon 11131 can proceed with the surgery reliably.
  • various image recognition techniques such as forceps, specific body parts, bleeding, mist generated when the energy treatment tool 11112 is used, etc.
  • the transmission cable 11400 that connects the camera head 11102 and the CCU 11201 is an electrical signal cable that supports electrical signal communication, an optical fiber that supports optical communication, or a composite cable of these.
  • communication is performed wired using a transmission cable 11400, but communication between the camera head 11102 and the CCU 11201 may also be performed wirelessly.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure may be realized as a device mounted on any type of moving object, such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility device, an airplane, a drone, a ship, a robot, a construction machine, or an agricultural machine (tractor).
  • FIG. 24 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile object control system to which the technology disclosed herein can be applied.
  • the vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via a communication network 12001.
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an outside vehicle information detection unit 12030, an inside vehicle information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
  • Also shown as functional components of the integrated control unit 12050 are a microcomputer 12051, an audio/video output unit 12052, and an in-vehicle network I/F (interface) 12053.
  • the drive system control unit 12010 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the drive system control unit 12010 functions as a control device for a drive force generating device for generating the drive force of the vehicle, such as an internal combustion engine or a drive motor, a drive force transmission mechanism for transmitting the drive force to the wheels, a steering mechanism for adjusting the steering angle of the vehicle, and a braking device for generating a braking force for the vehicle.
  • the body system control unit 12020 controls the operation of various devices installed in the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 12020 functions as a control device for a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or various lamps such as headlamps, tail lamps, brake lamps, turn signals, and fog lamps.
  • radio waves or signals from various switches transmitted from a portable device that replaces a key can be input to the body system control unit 12020.
  • the body system control unit 12020 accepts the input of these radio waves or signals and controls the vehicle's door lock device, power window device, lamps, etc.
  • the outside-vehicle information detection unit 12030 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 12000.
  • the image capturing unit 12031 is connected to the outside-vehicle information detection unit 12030.
  • the outside-vehicle information detection unit 12030 causes the image capturing unit 12031 to capture images outside the vehicle and receives the captured images.
  • the outside-vehicle information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing for people, cars, obstacles, signs, or characters on the road surface based on the received images.
  • the imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electrical signal according to the amount of light received.
  • the imaging unit 12031 can output the electrical signal as an image, or as distance measurement information.
  • the light received by the imaging unit 12031 may be visible light, or may be invisible light such as infrared light.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 detects information inside the vehicle.
  • a driver state detection unit 12041 that detects the state of the driver is connected.
  • the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that captures an image of the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 may calculate the driver's degree of fatigue or concentration based on the detection information input from the driver state detection unit 12041, or may determine whether the driver is dozing off.
  • the microcomputer 12051 can calculate control target values for the driving force generating device, steering mechanism, or braking device based on information inside and outside the vehicle acquired by the outside-vehicle information detection unit 12030 or the inside-vehicle information detection unit 12040, and output control commands to the drive system control unit 12010.
  • the microcomputer 12051 can perform cooperative control aimed at realizing the functions of an Advanced Driver Assistance System (ADAS), including vehicle collision avoidance or impact mitigation, following driving based on the distance between vehicles, maintaining vehicle speed, vehicle collision warning, or vehicle lane departure warning.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • the microcomputer 12051 can also control the driving force generating device, steering mechanism, braking device, etc. based on information about the surroundings of the vehicle acquired by the outside vehicle information detection unit 12030 or the inside vehicle information detection unit 12040, thereby performing cooperative control aimed at automatic driving, which allows the vehicle to travel autonomously without relying on the driver's operation.
  • the microcomputer 12051 can also output control commands to the body system control unit 12020 based on information outside the vehicle acquired by the outside-vehicle information detection unit 12030. For example, the microcomputer 12051 can control the headlamps according to the position of a preceding vehicle or an oncoming vehicle detected by the outside-vehicle information detection unit 12030, and perform cooperative control aimed at preventing glare, such as switching high beams to low beams.
  • the audio/image output unit 12052 transmits at least one output signal of audio and image to an output device capable of visually or audibly notifying the occupants of the vehicle or the outside of the vehicle of information.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are exemplified as output devices.
  • the display unit 12062 may include, for example, at least one of an on-board display and a head-up display.
  • FIG. 25 shows an example of the installation position of the imaging unit 12031.
  • the imaging unit 12031 includes imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105.
  • the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided, for example, at the front nose, side mirrors, rear bumper, back door, and upper part of the windshield inside the vehicle cabin of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12101 provided at the front nose and the imaging unit 12105 provided at the upper part of the windshield inside the vehicle cabin mainly acquire images of the front of the vehicle 12100.
  • the imaging units 12102 and 12103 provided at the side mirrors mainly acquire images of the sides of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12104 provided at the rear bumper or back door mainly acquires images of the rear of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12105 provided at the upper part of the windshield inside the vehicle cabin is mainly used to detect leading vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, lanes, etc.
  • FIG. 25 shows an example of the imaging ranges of the imaging units 12101 to 12104.
  • Imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided on the front nose
  • imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors, respectively
  • imaging range 12114 indicates the imaging range of the imaging unit 12104 provided on the rear bumper or back door.
  • an overhead image of the vehicle 12100 viewed from above is obtained by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
  • at least one of the imaging units 12101 to 12104 may be a stereo camera consisting of multiple imaging elements, or an imaging element having pixels for detecting phase differences.
  • the microcomputer 12051 can obtain the distance to each solid object within the imaging ranges 12111 to 12114 and the change in this distance over time (relative speed with respect to the vehicle 12100) based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, and can extract as a preceding vehicle, in particular, the closest solid object on the path of the vehicle 12100 that is traveling in approximately the same direction as the vehicle 12100 at a predetermined speed (e.g., 0 km/h or faster). Furthermore, the microcomputer 12051 can set the inter-vehicle distance that should be maintained in advance in front of the preceding vehicle, and perform automatic braking control (including follow-up stop control) and automatic acceleration control (including follow-up start control). In this way, cooperative control can be performed for the purpose of automatic driving, which runs autonomously without relying on the driver's operation.
  • automatic braking control including follow-up stop control
  • automatic acceleration control including follow-up start control
  • the microcomputer 12051 classifies and extracts three-dimensional object data on three-dimensional objects, such as two-wheeled vehicles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, utility poles, and other three-dimensional objects, based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, and can use the data to automatically avoid obstacles.
  • the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into obstacles that are visible to the driver of the vehicle 12100 and obstacles that are difficult to see.
  • the microcomputer 12051 determines the collision risk, which indicates the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or exceeds a set value and there is a possibility of a collision, it can provide driving assistance for collision avoidance by outputting an alarm to the driver via the audio speaker 12061 or the display unit 12062, or by forcibly decelerating or steering the vehicle to avoid a collision via the drive system control unit 12010.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
  • the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not a pedestrian is present in the captured image of the imaging units 12101 to 12104. The recognition of such a pedestrian is performed, for example, by a procedure of extracting feature points in the captured image of the imaging units 12101 to 12104 as infrared cameras, and a procedure of performing pattern matching processing on a series of feature points that indicate the contour of an object to determine whether or not it is a pedestrian.
  • the audio/image output unit 12052 controls the display unit 12062 to superimpose a rectangular contour line for emphasis on the recognized pedestrian.
  • the audio/image output unit 12052 may also control the display unit 12062 to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.
  • the technology disclosed herein can be applied to the imaging unit 12031 of the configuration described above.
  • the light detection devices e.g., light detection device 1
  • the technology disclosed herein can be applied to the imaging unit 12031.
  • the present disclosure may also be configured as follows. According to the present technology having the following configuration, a plurality of readout circuits formed on a circuit board are formed at a pitch (second pitch) smaller than the pixel pitch (first pitch) of a plurality of pixels provided on a sensor board. This eliminates the need to design the layout of the readout circuits according to the layout of the plurality of pixels. This makes it possible to improve the degree of freedom in the layout of the pixels.
  • a sensor substrate having a first surface serving as a light incident surface and a second surface opposite to the first surface, the sensor substrate having a pixel array portion in which a plurality of pixels or unit pixels each consisting of two or more of the pixels are arranged in an array at a first pitch; a circuit board laminated on the second surface of the sensor substrate, the circuit board having a plurality of readout circuits formed in an array at a second pitch smaller than the first pitch, some of the plurality of readout circuits being selectively electrically connected to each of the plurality of pixels in accordance with the first pitch.
  • the unit pixel includes a plurality of pixels having different light receiving wavelength bands as the two or more pixels.
  • the unit pixel includes, as the two or more pixels, a first pixel and a second pixel having mutually different pixel sizes.
  • the unit pixel includes an imaging pixel and an image surface phase difference pixel as two or more of the pixels.
  • Each of the plurality of pixels has a first electrode, a photoelectric conversion layer, and a second electrode provided for each pixel from the circuit board side, each of the plurality of readout circuits includes a floating diffusion that temporarily holds charge carriers generated in the photoelectric conversion layer;
  • the photodetection device according to any one of (1) to (4), wherein a portion of the plurality of readout circuits selectively electrically connected to each of the plurality of pixels is connected to the first electrode and the floating diffusion via a through electrode.
  • (6) The light detection device according to (5), wherein the floating diffusion is disposed at approximately the center of gravity of the pixel in a plan view.
  • the sensor substrate further includes a plurality of condenser lenses provided on the first surface side thereof for the plurality of pixels, The light detection device according to (5) or (6), wherein the floating diffusion is disposed at approximately the focusing position of the focusing lens in a plan view.
  • the photodetector according to (8), wherein the readout circuit further includes an FD conversion gain switching transistor.
  • the photodetector according to (9), wherein the FD conversion gain switching transistor is electrically connected to the plurality of pixels adjacent to each other in one direction.
  • the sensor substrate includes a first sensor substrate and a second sensor substrate arranged in parallel with the circuit substrate, the plurality of pixels formed on the first sensor substrate and the second sensor substrate are arranged in an array at different pitches;
  • the photodetection device according to any one of (1) to (10), wherein a connection period between the plurality of readout circuits formed on the circuit board and the plurality of pixels provided on the first sensor substrate and the second sensor substrate, respectively, is different from each other.
  • the photodetector according to any one of (5) to (12), wherein the photoelectric conversion layer contains an organic semiconductor material.

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Abstract

本開示の一実施形態の光検出装置は、光入射面となる第１の面および第１の面とは反対側の第２の面を有し、複数の画素または２以上の画素からなるユニット画素が第１のピッチでアレイ状に配置されてなる画素アレイ部を有するセンサ基板と、センサ基板の第２の面に積層され、第１のピッチよりも小さな第２のピッチでアレイ状に形成された複数の読み出し回路を有し、複数の読み出し回路の一部が第１のピッチに応じて複数の画素それぞれと選択的に電気的に接続されている回路基板とを備える。

Description

光検出装置および光検出装置の製造方法
　本開示は、光検出装置および光検出装置の製造方法に関する。
　例えば、特許文献１では、ＩＣチップ内の駆動回路のピッチが、光電変換素子の画素電極のピッチより小さく設計されたイメージセンサが開示されている。
特開２００７－５３２２４号公報
　ところで光検出装置では、画素のレイアウトの自由度の向上が求められている。
　画素のレイアウトの自由度を向上させることが可能な光検出装置および光検出装置の製造方法を提供することが望ましい。
　本開示の一実施形態としての光検出装置は、光入射面となる第１の面および第１の面とは反対側の第２の面を有し、複数の画素または２以上の画素からなるユニット画素が第１のピッチでアレイ状に配置されてなる画素アレイ部を有するセンサ基板と、センサ基板の第２の面に積層され、第１のピッチよりも小さな第２のピッチでアレイ状に形成された複数の読み出し回路を有し、複数の読み出し回路の一部が第１のピッチに応じて複数の画素それぞれと選択的に電気的に接続されている回路基板とを備えたものである。
　本開示の一実施形態としての光検出装置の製造方法は、回路基板に、第２のピッチで複数の読み出し回路をアレイ状に形成する工程と、回路基板上に第２のピッチよりも大きな第１のピッチで、複数の読み出し回路の一部と電気的に接続される複数の画素または２以上の画素からなるユニット画素をアレイ状に形成し、センサ基板を形成する工程とを含むものである。
　本開示の一実施形態としての光検出装置および一実施形態としての光検出装置の製造方法では、回路基板に形成される複数の読み出し回路を、センサ基板に設けられる複数の画素の画素ピッチまたは２以上の画素からなるユニット画素の繰り返し周期（第１のピッチ）よりも小さいピッチ（第２のピッチ）で形成するようにした。これにより、複数の画素のレイアウトに応じた読み出し回路のレイアウトの設計および製造が不要になる。
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る光検出装置の機能の構成例を示すブロック図である。 図２は、図１に示した光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。 図３は、図１に示した単位画素の等価回路図である。 図４は、図３に示した単位画素および読み出し回路のレイアウトの一例を表す平面模式図である。 図５は、図３に示した単位画素および読み出し回路のレイアウトの他の例を表す平面模式図である。 図６Ａは、図１に示した光検出装置の構成の他の例を表す断面模式図である。 図６Ｂは、図６Ａに示した光検出装置における単位画素および読み出し回路のレイアウトの一例を表す平面模式図である。 図７Ａは、図１に示した光検出装置の構成の他の例を表す断面模式図である。 図７Ｂは、図７Ａに示した光検出装置における単位画素および読み出し回路のレイアウトの一例を表す平面模式図である。 図８Ａは、図１に示した光検出装置の製造方法の一例を説明するための断面模式図である。 図８Ｂは、図８Ａに続く工程を表す断面模式図である。 図８Ｃは、図８Ｂに続く工程を表す断面模式図である。 図８Ｄは、図８Ｃに続く工程を表す断面模式図である。 図８Ｅは、図８Ｄに続く工程を表す断面模式図である。 図８Ｆは、図８Ｅに続く工程を表す断面模式図である。 図９は、本開示の第２の実施の形態に係る光検出装置の構成の一例を表す平面模式図である。 図１０Ａは、図９に示した光検出装置のＩＶ－ＩＶ線に対応する断面模式図である。 図１０Ｂは、図９に示した光検出装置のＶ－Ｖ線に対応する断面模式図である。 図１１は、本開示の第３の実施の形態に係る光検出装置の構成の一例を表す平面模式図である。 図１２は、図１１に示した光検出装置のＶＩ－ＶＩ線に対応する断面模式図である。 図１３は、本開示の変形例１に係る単位画素の等価回路図の一例である。 図１４は、本開示の変形例１に係る単位画素の等価回路図の他の例である。 図１５は、本開示の第４の実施の形態に係る光検出装置の構成の一例を表す断面模式図である。 図１６は、本開示の変形例２に係る光検出装置の構成およびセンサ基板と回路基板との接続の一例を表す断面模式図である。 図１７は、本開示の変形例２に係る光検出装置の構成およびセンサ基板と回路基板との接続の他の例を表す断面模式図である。 図１８は、本開示の変形例２に係る光検出装置の構成およびセンサ基板と回路基板との接続の他の例を表す断面模式図である。 図１９は、本開示の変形例２に係る光検出装置の構成およびセンサ基板と回路基板との接続の他の例を表す断面模式図である。 図２０は、電子機器の構成例を表すブロック図である。 図２１Ａは、図１等に示した光検出装置を用いた光検出システムの全体構成の一例を表す模式図である。 図２１Ｂは、図２１Ａに示した光検出システムの回路構成の一例を表す図である。 図２２は、内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 図２３は、カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。 図２４は、車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 図２５は、車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
　以下、本開示における一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
　１．第１の実施の形態
（所定のピッチでアレイ状に形成された複数の単位画素Ｐを有するセンサ基板と、複数の単位画素Ｐのピッチよりも小さなピッチでアレイ状に形成された複数の読み出し回路を有する回路基板とからなる光検出装置の例）
　２．第２の実施の形態（高感度画素および高飽和画素を有する光検出装置の例）
　３．第３の実施の形態（撮像画素および像面位相差画素を有する光検出装置の例）
　４．変形例１（読み出し回路の他の例）
　５．第４の実施の形態（無機光電変換部を有する光検出装置の例）
　６．変形例２（光検出装置の他の例）
　７．適用例
　８．応用例
＜１．第１の実施の形態＞
［光検出装置の全体構成］
　図１は、本開示の第１の実施の形態に係る光検出装置（光検出装置１）の機能の構成の一例を示すブロック図である。
　光検出装置１は、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等として用いられるものである。光検出装置１は、被写体からの光を受光して光電変換し、画像信号を生成することで画像を撮像するものである。
　光検出装置１は、例えば、画素アレイ部１１１、垂直駆動部１１２、カラム信号処理部１１３、データ格納部１１９、水平駆動部１１４、システム制御部１１５および信号処理部１１８を備えている。
　光検出装置１では、センサ基板１０（後出）に画素アレイ部１１１が形成される。垂直駆動部１１２、カラム信号処理部１１３、データ格納部１１９、水平駆動部１１４、システム制御部１１５および信号処理部１１８等の周辺回路は、例えば、回路基板２０（後出）に形成される。
　画素アレイ部１１１は、被写体から入射した光の量に応じた電荷を生成して蓄積する光電変換層１５（後出）を含むセンサ画素（単位画素Ｐ）を複数有する。単位画素Ｐは、図１に示したように、例えば、横方向（行方向）および縦方向（列方向）のそれぞれに配列される。画素アレイ部１１１では、行方向に一列に配列された単位画素Ｐからなる画素行毎に、画素駆動線１１６が行方向に沿って配線され、列方向に一列に配列された単位画素Ｐからなる画素列毎に、垂直信号線１１７（ＶＳＬ）が列方向に沿って配線されている。
　垂直駆動部１１２は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等からなる。垂直駆動部１１２は、複数の画素駆動線１１６を介して複数の単位画素Ｐに対し信号等をそれぞれ供給することにより、画素アレイ部１１１における複数の単位画素Ｐの全てを同時に駆動させ、または画素行単位で駆動させる。
　垂直駆動部１１２によって選択走査された画素行の各単位画素Ｐから出力される信号は、ＶＳＬ１１７の各々を通してカラム信号処理部１１３に供給されるようになっている。カラム信号処理部１１３は、画素アレイ部１１１の画素列毎に、選択行の各単位画素からＶＳＬ１１７を通して出力される信号に対して所定の信号処理を行うと共に、信号処理後の画素信号を一時的に保持するようになっている。
　具体的には、カラム信号処理部１１３は、例えばシフトレジスタやアドレスデコーダ等からなり、ノイズ除去処理、相関二重サンプリング処理、アナログ画素信号のＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換Ａ／Ｄ変換処理等を行い、デジタル画素信号を生成する。カラム信号処理部１１３は、生成した画素信号を信号処理部１１８に供給する。
　水平駆動部１１４は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、カラム信号処理部１１３の画素列に対応する単位回路を順番に選択するようになっている。この水平駆動部１１４による選択走査により、カラム信号処理部１１３において単位回路毎に信号処理された画素信号が順番に信号処理部１１８に出力されるようになっている。
　システム制御部１１５は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ等からなる。システム制御部１１５は、タイミングジェネレータで生成されたタイミング信号に基づいて、垂直駆動部１１２、カラム信号処理部１１３および水平駆動部１１４の駆動制御を行なうものである。
　信号処理部１１８は、必要に応じてデータ格納部１１９にデータを一時的に格納しながら、カラム信号処理部１１３から供給された画素信号に対して演算処理等の信号処理を行ない、各画素信号からなる画像信号を出力するものである。
　データ格納部１１９は、信号処理部１１８での信号処理にあたり、その信号処理に必要なデータを一時的に格納するようになっている。
［単位画素の回路構成］
　図２は、図１に示した光検出装置１の単位画素Ｐの読み出し回路２２（後出）の一例を表したものである。単位画素Ｐは、例えば、図２に示したように、画素電極１３（後出）と接続されたフローティングディフュージョンＦＤと、リセットトランジスタＴＲｒｓｔと、増幅トランジスタＴＲａｍｐと、選択トランジスタＴＲｓｅｌとを有している。
　フローティングディフュージョンＦＤは、リセットトランジスタＴＲｒｓｔと増幅トランジスタＴＲＡＭＰとの間に接続されている。フローティングディフュージョンＦＤは、画素電極１３から貫通電極１４を介して転送される信号電荷を電圧信号に電荷電圧変換して、増幅トランジスタＴＲａｍｐに出力する。
　リセットトランジスタＴＲｒｓｔは、フローティングディフュージョンＦＤと電源線ＶＲＳＴとの間に接続されている。リセットトランジスタＴＲｒｓｔのゲート電極はリセット線ＲＳＴに接続されており、駆動信号ＲＳＴｓｉｇが印加される。この駆動信号ＲＳＴｓｉｇがアクティブ状態になると、リセットトランジスタＴＲｒｓｔのリセットゲートが導通状態となり、フローティングディフュージョンＦＤの電位が電源線ＶＲＳＴのレベルにリセットされる。
　増幅トランジスタＴＲａｍｐは、そのゲート電極がフローティングディフュージョンＦＤに、ドレイン電極が電源線ＶＤＤにそれぞれ接続されており、フローティングディフュージョンＦＤが保持している電圧信号の読み出し回路、所謂ソースフォロア回路の入力部となる。即ち、増幅トランジスタＴＲａｍｐは、そのソース電極が選択トランジスタＴＲｓｅｌを介して垂直信号線ＶＳＬに接続されることで、垂直信号線ＶＳＬの一端に接続される定電流源とソースフォロア回路を構成する。
　選択トランジスタＴＲｓｅｌは、増幅トランジスタＴＲａｍｐのソース電極と、垂直信号線ＶＳＬとの間に接続される。選択トランジスタＴＲｓｅｌのゲート電極は選択線ＳＥＬに接続されており、駆動信号ＳＥＬｓｉｇが印加される。この駆動信号ＳＥＬｓｉｇがアクティブ状態になると、選択トランジスタＴＲｓｅｌが導通状態となり、単位画素Ｐが選択状態となる。これにより、増幅トランジスタＴＲａｍｐから出力される読み出し信号（画素信号）が、選択トランジスタＴＲｓｅｌを介して、垂直信号線ＶＳＬに出力される。
［光検出装置の詳細な構成］
　図３は、図１に示した光検出装置１の断面構成の一例を模式的に表したものである。図４は、図１に示した光検出装置１の平面構成の一例を模式的に表したものである。なお、図３は、図４に示したＩ－Ｉ線に対応する断面を表している。光検出装置１は、センサ基板１０と回路基板２０とが積層された構造を有する。センサ基板１０は、複数の単位画素Ｐが、例えば、行方向および列方向にアレイ状に配置されてなる画素アレイ部１１１を有する。センサ基板１０は、光入射面となる第１面１０Ａと、第１面１０Ａとは反対側の第２面１０Ｂとを有し、回路基板２０は、第２面１０Ｂに積層されている。
　センサ基板１０は、例えば、画素電極層１１と、光電変換層１５と、対向電極１６とが、第２面１０Ｂ側からこの順に積層されている。
　画素電極層１１は、回路基板２０との接合面を形成する層間絶縁層１２と、単位画素Ｐ毎に設けられた複数の画素電極１３と、画素電極１３と読み出し回路２２のフローティングディシュージョンＦＤとを電気的に接続する複数の貫通電極１４とを有する。
　層間絶縁層１２は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等のうちの１種よりなる単層膜あるいはこれらのうちの２種以上よりなる積層膜により構成されている。
　複数の画素電極１３は、例えば、光透過性を有する導電膜により構成されている。複数の画素電極１３の構成材料としては、例えば、ドーパントとしてスズ（Ｓｎ）を添加したＩｎ２Ｏ３であるインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）が挙げられる。そのＩＴＯ薄膜の結晶性は、結晶性が高くても、低く（アモルファスに近づく）てもよい。複数の画素電極１３の構成材料としては、上記以外にも、ドーパントを添加した酸化スズ（ＳｎＯ２）系材料例えば、ドーパントとしてＳｂを添加したＡＴＯ、ドーパントとしてフッ素を添加したＦＴＯが挙げられる。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）あるいはドーパントを添加してなる酸化亜鉛系材料を用いてもよい。ＺｎＯ系材料としては、例えば、ドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）を添加したアルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、ガリウム（Ｇａ）を添加したガリウム亜鉛酸化物（ＧＺＯ）、ホウ素（Ｂ）を添加したホウ素亜鉛酸化物およびインジウム（Ｉｎ）を添加したインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）が挙げられる。更に、ドーパントとしてインジウムとガリウムを添加した亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ，Ｉｎ－ＧａＺｎＯ4）を用いてもよい。加えて、複数の画素電極１３の構成材料としては、ＣｕＩ、ＩｎＳｂＯ４、ＺｎＭｇＯ、ＣｕＩｎＯ２、ＭｇＩＮ２Ｏ４、ＣｄＯ、ＺｎＳｎＯ３またはＴｉＯ２等を用いてもよいし、スピネル形酸化物やＹｂＦｅ２Ｏ４構造を有する酸化物を用いてもよい。
　また、複数の画素電極１３に光透過性が不要である場合には、単金属または合金を用いることができる。具体的には、アルカリ金属（例えば、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）およびカリウム（Ｋ）等）およびそのフッ化物または酸化物、アルカリ土類金属（例えば、マグネシウム（Ｍｇ）およびカルシウム（Ｃａ）等）およびそのフッ化物または酸化物が挙げられる。この他、アルミニウム（Ａｌ）、Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ合金、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、タリウム（Ｔｌ）、Ｎａ－Ｋ合金、Ａｌ－Ｌｉ合金、Ｍｇ－Ａｇ合金、Ｉｎおよびイッテリビウム（Ｙｂ）等の希土類金属、または、それらの合金が挙げられる。
　更に、複数の画素電極１３を構成する材料としては、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）およびモリブデン（Ｍｏ）等の金属、または、それらの金属元素を含む合金、あるいは、それらの金属からなる導電性粒子、それらの金属を含む合金の導電性粒子、不純物を含有したポリシリコン、炭素系材料、酸化物半導体、カーボン・ナノ・チューブ、グラフェン等の導電性物質が挙げられる。この他、複数の画素電極１３を構成する材料としては、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルホン酸［ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ］といった有機材料（導電性高分子）が挙げられる。また、上記材料をバインダー（高分子）に混合してペーストまたはインクとしたものを硬化させ、電極として用いてもよい。
　貫通電極１４は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）またはタングステン（Ｗ）等を用いて形成されている。
　光電変換層１５は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、少なくとも可視光領域から近赤外領域に含まれる所定の波長を、例えば６０％以上吸収して電荷分離するものである。光電変換層１５は、例えば、４００ｎｍ以上１３００ｎｍ未満の可視光領域および近赤外光領域の一部または全ての波長の光を吸収する。
　光電変換層１５は、例えば、ｐ型半導体またはｎ型半導体として機能する有機材料を２種以上含んで構成されており、層内に、ｐ型半導体とｎ型半導体との接合面（ｐ／ｎ接合面）を有している。この他、光電変換層１５は、ｐ型半導体からなる層（ｐ型半導体層）とｎ型半導体からなる層（ｎ型半導体層）との積層構造（ｐ型半導体層／ｎ型半導体層）や、ｐ型半導体層と、ｐ型半導体とｎ型半導体との混合層（バルクヘテロ層）との積層構造（ｐ型半導体層／バルクヘテロ層）、あるいは、ｎ型半導体層とバルクヘテロ層との積層構造（ｎ型半導体層／バルクヘテロ層）としてもよい。また、ｐ型半導体とｎ型半導体との混合層（バルクヘテロ層）のみで形成してもよい。
　ｐ型半導体は、相対的に電子供与体として機能する正孔輸送材料であり、ｎ型半導体は、相対的に電子受容体として機能する電子輸送材料である。光電変換層１５は、光を吸収した際に生じる励起子（電子正孔対）が電子と正孔とに分離する場を提供するものであり、具体的には、電子正孔対は、電子供与体と電子受容体との界面（ｐ／ｎ接合面）において電子と正孔とに分離する。
　光電変換層１５は、ｐ型半導体およびｎ型半導体の他に、さらに、所定の波長域の光を吸収する一方、他の波長域の光を透過させる有機材料、所謂色素材料を含んで構成されていてもよい。光電変換層１５をｐ型半導体、ｎ型半導体および色素材料の３種類の有機材料を用いて形成する場合には、ｐ型半導体およびｎ型半導体は、可視光領域において光透過性を有する材料であることが好ましい。これにより、光電変換層１５では、色素材料が吸収する波長域の光が選択的に光電変換させるようになる。
　対向電極１６は、複数の画素電極１３と同様に、例えば、光透過性を有する導電膜により構成されている。対向電極１６の構成材料としては、例えば、ドーパントとしてスズ（Ｓｎ）を添加したＩｎ２Ｏ３であるインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）が挙げられる。そのＩＴＯ薄膜の結晶性は、結晶性が高くても、低く（アモルファスに近づく）てもよい。対向電極１６の構成材料としては、上記以外にも、ドーパントを添加した酸化スズ（ＳｎＯ２）系材料例えば、ドーパントとしてＳｂを添加したＡＴＯ、ドーパントとしてフッ素を添加したＦＴＯが挙げられる。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）あるいはドーパントを添加してなる酸化亜鉛系材料を用いてもよい。ＺｎＯ系材料としては、例えば、ドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）を添加したアルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、ガリウム（Ｇａ）を添加したガリウム亜鉛酸化物（ＧＺＯ）、ホウ素（Ｂ）を添加したホウ素亜鉛酸化物およびインジウム（Ｉｎ）を添加したインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）が挙げられる。さらにドーパントとしてインジウムとガリウムを添加した亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ，Ｉｎ－ＧａＺｎＯ4）を用いてもよい。加えて、対向電極１６の構成材料としては、ＣｕＩ、ＩｎＳｂＯ４、ＺｎＭｇＯ、ＣｕＩｎＯ２、ＭｇＩＮ２Ｏ４、ＣｄＯ、ＺｎＳｎＯ３またはＴｉＯ２等を用いてもよいし、スピネル形酸化物やＹｂＦｅ２Ｏ４構造を有する酸化物を用いてもよい。
　回路基板２０は、センサ基板１０の第２面１０Ｂと対向する第１面２０Ａと、第１面２０Ａとは反対側の第２面２０Ｂとを有する。回路基板２０は、複数の回路が第１面２０Ａ側の表面に形成された、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板２１を有する。具体的には、半導体基板２１の表面には、上記のように、垂直駆動部１１２、カラム信号処理部１１３、データ格納部１１９、水平駆動部１１４、システム制御部１１５および信号処理部１１８等の周辺回路が、例えば、平面視において画素アレイ部１１１の周囲に設けられている。半導体基板２１の、平面視において画素アレイ部１１１と重畳する領域には、上述した読み出し回路２２が、例えば、行方向および列方向にアレイ状に形成されている。
　センサ基板１０の第１面１０Ａ側には、例えば、保護層３１およびカラーフィルタ層３２を介して集光レンズ３３が、例えば単位画素Ｐ毎に設けられている。
　カラーフィルタ層３２は、所定の波長帯域の光を選択的に透過するものである。例えば、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）および青色光（Ｂ）を選択的に透過させるカラーフィルタ層３２が、それぞれ、単位画素Ｐ毎に設けられている。具体的には、２行×２列で配置された４つの単位画素Ｐをユニット画素Ｕとして、緑色光（Ｇ）を選択的に透過させるカラーフィルタが対角線上に２つ配置され、赤色光（Ｒ）および青色光（Ｂ）を選択的に透過させるカラーフィルタが、直交する対角線上に１つずつ配置されている。各カラーフィルタが設けられた単位画素では、それぞれ、対応する色光が検出されるようになっている。即ち、画素アレイ部１１１では、それぞれ、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）および青色光（Ｂ）を検出する単位画素Ｐｒ、Ｐｇ，Ｐｂが、ベイヤ状に配置されている。
　集光レンズ３３は、その上方から入射した光を光電変換層１５へ集光させるものであり、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）等を用いて形成されている。
　光検出装置１では、センサ基板１０において画素アレイ部１１１を構成する複数の単位画素Ｐと、回路基板２０に形成された複数の読み出し回路２２とは、互いに異なるピッチを有する。具体的には、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に並ぶ複数の読み出し回路２２のピッチｐ２は、同様にＸ軸方向およびＹ軸方向に並ぶ複数の単位画素Ｐのピッチｐ１よりも小さい（ｐ１＞ｐ２）。そのため、光検出装置１では、回路基板２０にアレイ状に形成された複数の読み出し回路２２の一部が選択的に単位画素Ｐ毎に形成された画素電極１３と電気的に接続されている。
　例えば、読み出し回路２２のピッチｐ２は、複数の単位画素Ｐのピッチｐ１の１／２となっている。そのため、回路基板２０にアレイ状に形成された複数の読み出し回路２２は１つおきに、単位画素Ｐ毎に形成された画素電極１３と貫通電極１４を介して電気的に接続されている。
　このように、回路基板２０にアレイ状に形成された複数の読み出し回路２２の一部が選択的に単位画素Ｐ毎に形成された画素電極１３と電気的に接続されている光検出装置１では、垂直駆動部１１２は、システム制御部１１５の制御により間引き走査を行い、画素電極１３と読み出し回路２２との接続がなされている画素行にのみ、選択的に駆動信号を出力する。カラム信号処理部１１３は、システム制御部１１５の制御により、画素電極１３と読み出し回路２２との接続がなされている画素列のＶＳＬ信号のみを処理し、その他の画素列の回路は処理を行わないことにより消費電力を削減する。
　画素電極１３と接続されるフローティングディフュージョンＦＤおよびその画素電極１３とフローティングディフュージョンＦＤとを接続する貫通電極１４は、例えば、図４に示したように、平面視において、単位画素Ｐの略重心に配置することが好ましい。具体的には、例えば、本実施の形態の光検出装置１では、フローティングディフュージョンＦＤおよび貫通電極１４は、平面視において、集光レンズ３３によって入射光が集光される位置にできるだけ近づけて配置することが好ましい。これにより、光電変換によって生成された電荷キャリアが、最短距離で貫通電極１４に収集されるので、画素電極１３の電気抵抗に起因する信号電流の減衰や遅延が最小化される。
　なお、フローティングディフュージョンＦＤおよび貫通電極１４の位置はこれに限定されるものではなく、例えば、図５に示したように、例えば、矩形形状を有する単位画素Ｐの左隅に配置されていてもよい。
　また、図３～図５では、２行×２列に配置された４つの読み出し回路２２に対して１つの単位画素Ｐが配置される例を示したが、これに限定されるものではない。図６Ａは、図１に示した光検出装置１の断面構成の他の例（光検出装置１Ａ）を模式的に表したものである。図６Ｂは、図６Ａに示した光検出装置１Ａの平面構成の一例を模式的に表したものである。なお、図６Ａは、図６Ｂに示したＩＩ－ＩＩ線に対応する断面を表している。例えば、光検出装置１Ａのように、３行×３列に配置された９つの読み出し回路２２に対して１つの単位画素Ｐが配置されていてもよい。その場合、回路基板２０にアレイ状に形成された複数の読み出し回路２２は２つおきに、単位画素Ｐ毎に形成された画素電極１３と貫通電極１４を介して電気的に接続される。
　図７Ａは、図１に示した光検出装置１の断面構成の他の例（光検出装置１Ａ）を模式的に表したものである。図７Ｂは、図７Ａに示した光検出装置１Ａの平面構成の一例を模式的に表したものである。なお、図７Ａは、図７Ｂに示したＩＩＩ－ＩＩＩ線に対応する断面を表している。あるいは、光検出装置１Ｂのように、１つの読み出し回路２２に対して１つの単位画素Ｐが配置されていてもよい。
　即ち、詳細は後述するが、画素アレイ部１１１を形成する複数の単位画素Ｐのピッチｐ１よりも小さなピッチｐ２で複数の読み出し回路２２が形成された回路基板２０を製造することにより、１つの回路基板２０で、様々な画素サイズを有するセンサ基板１０に対応することができる。これにより、単位画素Ｐの寸法および構成毎に回路基板２０を設計および製造することが不要となるため、コストを削減することができる。
［光検出装置の製造方法］
　光検出装置１は、例えば、次のようにして形成することができる。
　まず、図８Ａに示したように、一般的な方法を用いて半導体基板２１の表面に、フローティングディフュージョンＦＤを含む複数の読み出し回路２２がアレイ状に形成された半導体基板２１を有する回路基板２０を形成する。
　次に、図８Ｂに示したように、例えば、化学気相成長（ＣＶＤ）法、スパッタリングまたは原子層蒸着（ＡＬＤ）法等を用いて回路基板２０上に層間絶縁層１２を形成する。
　続いて、図８Ｃに示したように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング等を用いて層間絶縁層１２に開口を形成した後、例えば、ＣＶＤ法、スパッタリングまたはＡＬＤ法等を用いて開口内に金属膜を埋め込んだ後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて層間絶縁層１２上に成膜された金属膜の除去および層間絶縁層１２の表面を平坦化し、貫通電極１４を形成する。
　次に、図８Ｄに示したように、例えば、スパッタリング法を用いて、層間絶縁層１２上に金属膜を成膜した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング等を用いて金属膜をパターニングする。これにより、回路基板２０に設けられた複数の読み出し回路２２の一部と選択的に電気的に接続される複数の画素電極１３が形成される。
　続いて、図８Ｅに示したように、画素電極層１１上に、例えば、真空蒸着法を用いて光電変換層１５を形成した後、例えば、スパッタリング法を用いて対向電極１６を形成する。
　次に、図８Ｆに示したように、例えば、ＣＶＤ法、スパッタリングまたはＡＬＤ法等を用いて保護層３１を形成した後、例えば、フォトリソグラフィ技術を用いてカラーフィルタ層３２を形成する。その後、カラーフィルタ層３２上にフォトリソグラフィ技術およびエッチングを用いて、単位画素Ｐ毎に集光レンズ３３を形成する。以上により、図３に示した光検出装置１が完成する。
［作用・効果］
　本実施の形態の光検出装置１では、回路基板２０に形成される複数の読み出し回路２２を、センサ基板１０に設けられる複数の単位画素Ｐのピッチｐ１よりも小さいピッチｐ２で形成するようにした。これにより、画素アレイ部１１１を形成する複数の単位画素Ｐのレイアウトに応じた読み出し回路２２のレイアウトの設計が不要になる。以下、これについて説明する。
　シリコン（Ｓｉ）を光電変換に用いるＣＩＳに代表されるイメージセンサや測距センサにおいて、画素を駆動し、画素信号の読み出しを行う読み出し回路は、一般に、画素寸法や画素の繰り返し単位（ユニット画素）の構成毎に個別に設計される。そのため、画素寸法やユニット画素構成の変更は、コスト増加の大きな原因の１つとなっていた。
　これに対して、本実施の形態では、センサ基板１０に設けられる複数の単位画素Ｐのピッチｐ１よりも小さなピッチｐ２で複数の読み出し回路２２がアレイ状に形成された回路基板２０を設け、そのアレイ状に形成された複数の読み出し回路２２の一部がセンサ基板１０側の複数の単位画素Ｐのピッチｐ１に応じて選択的に電気的に接続されるようにした。これにより、画素アレイ部１１１を形成する複数の単位画素Ｐのレイアウトに応じた読み出し回路２２のレイアウトの設計が不要になる。
　以上により、本実施の形態の光検出装置１では、画素レイアウトの自由度を向上させることが可能となる。
　また、本実施の形態の光検出装置１では、画素寸法やユニット画素の構成が変わるたびにセンサ基板の再設計および製造が不要となるため、例えば、１つのイメージセンサを開発するために要する期間および費用を削減することが可能となる。
　次に、第２～第４の実施の形態および本開示の変形例１，２について説明する。以下では、上記第１の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
＜２．第２の実施の形態＞
　図９は、本開示の第２の実施の形態に係る光検出装置（光検出装置２）平面構成の一例を模式的に表したものである。図１０Ａは、図９に示したＩＶ－ＩＶ線に対応する光検出装置２の断面構成の一例を模式的に表したものである。図１０Ｂは、図９に示したＶ－Ｖ線に対応する光検出装置２の断面構成の一例を模式的に表したものである。
　光検出装置２は、例えば、所謂グローバルシャッタ方式のイメージセンサである。光検出装置２は、被写体からの光を受光して光電変換し、画像信号を生成することで画像を撮像するものである。
　グローバルシャッタ方式とは、基本的には全画素同時に露光を開始し、全画素同時に露光を終了するグローバル露光を行う方式である。ここで、全画素とは、画像に現れる部分の画素の全てということであり、ダミー画素等は除外される。また、時間差や画像の歪みが問題にならない程度に十分小さければ、全画素同時ではなく、複数行（例えば、数十行）単位でグローバル露光を行いながら、グローバル露光を行う領域を移動する方式もグローバルシャッタ方式に含まれる。また、画像に表れる部分の画素の全てでなく、所定領域の画素に対してグローバル露光を行う方式もグローバルシャッタ方式に含まれる。
　光検出装置２は、互いに感度が異なる２つの単位画素Ｐ１，Ｐ２を有している。
　単位画素Ｐ１は、単位画素Ｐ２よりも単位時間あたりに変換する電荷の量が大きな、所謂高感度画素であり、単位画素Ｐ２よりも受光面積が大きな受光面積を有する。単位画素Ｐ１では、フローティングディフュージョンＦＤの静電容量を小さく設計することにより、電荷量から電圧への変換効率を高めており、低ノイズとなっている。これにより、単位画素Ｐ１は、低照度時にＳ／Ｎ比を確保することができ、良好な画質を得ることができる。
　単位画素Ｐ２は、単位画素Ｐ１よりも単位時間あたりに変換する電荷の量が小さな、所謂高飽和画素であり、単位画素Ｐ１よりも受光面積が小さい。単位画素Ｐ２では、フローティングディフュージョンＦＤの静電容量を大きく設計することにより、高い飽和電荷量を与えており、白飛びしにくくなっている。これにより、単位画素Ｐ２は、高照度時に白飛びを回避でき、良好な画質を得ることができる。
　センサ基板１０では、１つの単位画素Ｐ１と、１つの単位画素Ｐ２とでユニット画素Ｕを形成している。具体的には、例えば、単位画素Ｐ１は、単位画素Ｐ２の３倍の面積を有し、例えば、図９に示したように、矩形形状を有する単位画素Ｐ２の隣り合う２辺に沿ってＬ字状の単位画素Ｐ１が配置されることで、矩形状のユニット画素Ｕを形成している。センサ基板１０では、この複数のユニット画素Ｕが、例えば、行方向および列方向にアレイ状に配置されることにより画素アレイ部１１１を形成している。
　光検出装置２では、センサ基板１０において画素アレイ部１１１を構成する複数のユニット画素Ｕと、回路基板２０に形成された複数の読み出し回路２２とは、互いに異なるピッチを有する。具体的には、Ｘ軸方向に並ぶ複数の読み出し回路２２のピッチｐ２は、同様にＸ軸方向に並ぶ複数のユニット画素Ｕのピッチｐ１よりも小さい（ｐ１＞ｐ２）。そのため、光検出装置２では、回路基板２０にアレイ状に形成された複数の読み出し回路２２のうちの一部が選択的に、単位画素Ｐ１，Ｐ２毎に形成された画素電極１３と電気的に接続されている。
　例えば、読み出し回路２２のピッチｐ２は、複数の単位画素Ｐのピッチｐ１の１／２となっている。そのため、回路基板２０にアレイ状に形成された複数の読み出し回路２２は１つおきに、単位画素Ｐ１，Ｐ２毎に形成された画素電極１３と、単位画素Ｐ１，Ｐ２のそれぞれの略重心において貫通電極１４を介して電気的に接続されている。
　光検出装置２では、垂直駆動部１１２は、システム制御部１１５の制御により、単位画素Ｐ１より前に単位画素Ｐ１のフローティングディフュージョンＦＤをリセットし、信号電荷を蓄積する。その後、逐次読み出しにより、１行ずつ、単位画素Ｐ１および単位画素Ｐ２の画素信号を交互に読み出す。カラム信号処理部１１３は、システム制御部１１５の制御により、単位画素Ｐ１および単位画素Ｐ２の画素信号をＡＤ変換し、信号処理部１１８に転送する。信号処理部１１８は、単位画素Ｐ１および単位画素Ｐ２の画素信号を所定の演算を行って合成することにより、ＡＤ変換器のダイナミックレンジよりも大きなダイナミックレンジの画素信号を生成する。
　このように、本実施の形態では、ユニット画素Ｕのピッチｐ１よりも小さなピッチｐ２で複数の読み出し回路２２がアレイ状に形成された回路基板２０をセンサ基板１０に積層し、そのアレイ状に形成された複数の読み出し回路２２の一部がセンサ基板１０側の複数のユニット画素Ｕのピッチｐ１に応じて選択的に電気的に接続されるようにした。これにより、画素アレイ部１１１を形成する複数の単位画素Ｐのレイアウトに応じた読み出し回路のレイアウトの設計が不要になるため、画素レイアウトの自由度を向上させることが可能となる。
　また、画素寸法やユニット画素の構成が変わるたびにセンサ基板の再設計および製造が不要となるため、例えば、１つのイメージセンサを開発するために要する期間および費用を削減することが可能となる。
＜３．第３の実施の形態＞
　図１１は、本開示の第３の実施の形態に係る光検出装置（光検出装置３）平面構成の一例を模式的に表したものである。図１２は、図１１に示したＶＩ－ＶＩ線に対応する光検出装置３の断面構成の一例を模式的に表したものである。
　光検出装置３は、画素アレイ部１１１を形成する複数の単位画素Ｐとして、撮像画素と像面位相差画素とを含むものである。撮像画素は、撮像レンズによって結像された被写体像を光電変換層１５において光電変換して画像生成用の信号を生成するものである。像面位相差画素は、撮像レンズの瞳領域を分割し、分割された瞳領域からの被写体像を光電変換して位相差検出用の信号を生成するものである。
　像面位相差画素は、例えば、集光レンズ３３の左右に分割された画素ＰＡ，ＰＢを有する。画素ＰＡ，ＰＢには、それぞれ、画素電極１３が形成されている。像面位相差画素では、画素ＰＡおよび画素ＰＢに入射した光は、光電変換層１５において光電変換される。画素ＰＡおよび画素ＰＢにおいて光電変換された信号電荷量は、それぞれの画素電極１３に接続された貫通電極１４を介してフローティングディフュージョンＦＤに転送される。像面位相差画素では、信号処理部１１８において、画素ＰＡ，ＰＢそれぞれの信号電荷から画像を生成し、両者を比較することにより測距を行う。
　光検出装置３では、垂直駆動部１１２は、システム制御部１１５の制御により間引き走査を行い、最初のフレームにおいて像面位相差画素を有する画素行のみに、選択的に駆動信号を出力する。カラム信号処理部１１３は、システム制御部１１５の制御により、像面位相差画素を有する画素列のＶＳＬ信号のみを処理し、信号処理部１１８に送信する。信号処理部１１８は、像面位相差画素の信号から測距を行い、カメラシステム（図示せず）に測距データを送信する。カメラシステムは、測距データに基づき、カメラレンズの焦点距離を調整し、被写体に焦点を合わせる。垂直駆動部１１２は、システム制御部１１５の制御により、再度、間引き走査を行い、撮像画素を有する画素行のみに駆動信号を出力する。カラム信号処理部１１３は、システム制御部１１５の制御により、撮像画素を有する画素列のＶＳＬ信号を処理し、信号処理部１１８に送信する。
　なお、光検出装置３では、像面位相差画素の信号は、左右の信号を加算して、他の撮像画素の信号として扱ってもよいし、像面位相差画素の信号は用いずに、他の撮像画素の信号のみを用いて被写体の画像を生成するようにしてもよい。
　このように、本実施の形態では、像面位相差画素を含む単位画素Ｐのピッチｐ１よりも小さなピッチｐ２で複数の読み出し回路２２がアレイ状に形成された回路基板２０をセンサ基板１０に積層し、そのアレイ状に形成された複数の読み出し回路２２の一部がセンサ基板１０側の複数の単位画素Ｐのピッチｐ１に応じて選択的に電気的に接続されるようにした。これにより、画素アレイ部１１１を形成する複数の単位画素Ｐのレイアウトに応じた読み出し回路のレイアウトの設計が不要になるため、画素レイアウトの自由度を向上させることが可能となる。
　また、画素寸法やユニット画素の構成が変わるたびにセンサ基板の再設計および製造が不要となるため、例えば、１つのイメージセンサを開発するために要する期間および費用を削減することが可能となる。
＜４．変形例１＞
　図１３は、本開示の変形例１に係る読み出し回路２２の構成の一例を表したものである。
　読み出し回路２２は、フローティングディフュージョンＦＤとリセットトランジスタＴＲｒｓｔ（リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１）との間に、２つ目のリセットトランジスタＴＲｒｓｔ２を有していてもよい。リセットトランジスタＴＲｒｓｔ２のソースは、フローティングディフュージョンＦＤに接続されており、ドレインはリセットトランジスタＴＲｒｓｔ１のソースに接続されている。リセットトランジスタＴＲｒｓｔ２のゲート電極は、垂直駆動部１１２から出力されるＲＳＴ２信号線に接続されている。
　本変形例の読み出し回路２２では、高照度時は、蓄積期間中、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ２を常時オンすることにより、ＦＤ容量が増加し、低い変換効率が得られるようになる。一方、低照度時は、蓄積期間中、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ２を常時オフすることにより、ＦＤ容量が減少し、高い変換効率が得られるようになる。
　このように、変換効率可変手段として２つ目のリセットトランジスタＴＲｒｓｔ２を設けることにより、上記第２の実施の形態の光検出装置２のように、受光面積が大きな高感度画素（単位画素Ｐ１）と受光面積が小さな低感度画素（単位画素Ｐ２）が混在する場合にも、白飛びや黒潰れが抑制される。また、Ｓ／Ｎ比を改善することができる。
　図１４は、本開示の変形例１に係る読み出し回路２２の構成の他の例を表したものである。
　読み出し回路２２は、隣り合うフローティングディフュージョンＦＤとフローティングディフュージョンＦＤとの間に、ＦＤＣトランジスタＴＲｆｄｃを有していてもよい。ＦＤＣトランジスタＴＲｆｄｃは、自画素のフローティングディフュージョンＦＤに接続され、ソースは隣接画素のフローティングディフュージョンＦＤとの接続配線に接続されている。ゲート電極は、垂直駆動部１１２から出力されるＦＤＣＯＮ信号線に接続されている。
　例えば、図７Ａおよび図７Ｂに示した光検出装置１Ｂのように、１つの読み出し回路に対して１つの単位画素Ｐが配置される場合には、ＦＤＣトランジスタＴＲｆｄｃを常時オフしておくことにより、隣接画素のフローティングディフュージョンＦＤとの接続は切断される。図３および図４に示した光検出装置１のように、２行×２列に配置された４つの読み出し回路に対して１つの単位画素Ｐが配置される場合には、ＦＤＣトランジスタＴＲｆｄｃを常時オンしておくことで、自画素と隣接画素とのフローティングディフュージョンＦＤが接続され、ＦＤ容量が増加する。これにより、１画素で取り扱える信号電荷量が増大し、白飛びや黒潰れを回避することができる。
　このように、複数の単位画素ＰそれぞれのフローティングディフュージョンＦＤを電気的に接続する手段として、隣り合うフローティングディフュージョンＦＤとフローティングディフュージョンＦＤとの間にＦＤＣトランジスタＴＲｆｄｃを設けることにより、実効的なＦＤ容量が増大するため、図６Ａおよび図６Ｂに示した光検出装置１Ａのように、受光面積が大きな高感度画素を構成する場合においても、ＦＤ容量が信号電荷で飽和してしまう問題を回避することができる。
＜５．第４の実施の形態＞
　図１５は、本開示の第４の実施の形態に係る光検出装置（光検出装置４）平面構成の一例を模式的に表したものである。光検出装置４は、例えば、所謂裏面照射型のイメージセンサである。
　光検出装置４は、センサ基板４０と回路基板２０とが積層された構造を有する。センサ基板４０は、複数の単位画素Ｐが、例えば、行方向および列方向にアレイ状に配置されてなる画素アレイ部１１１を有する。センサ基板４０は、光入射面となる第１面４０Ａと、第１面４０Ａとは反対側の第２面４０Ｂとを有し、回路基板２０は、第２面１０Ｂに積層されている。
　センサ基板４０は、半導体基板４１と、単位画素Ｐ毎に半導体基板４１に埋め込み形成された光電変換領域４２と、隣り合う単位画素Ｐの間に設けられた素子分離部４３と、コンタクト領域４４とを有する。
　半導体基板４１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板で構成されている。
　光電変換領域４２は、例えばＰＩＮ（Positive Intrinsic Negative）型のフォトダイオード（ＰＤ）であり、半導体基板４１の所定領域にｐｎ接合を有している。
　素子分離部４３は、隣り合う単位画素Ｐの間に設けられている。換言すると、素子分離部４３は単位画素Ｐの周囲に設けられており、画素アレイ部１１１において格子状に設けられている。素子分離部４３は、隣り合う単位画素Ｐを電気的、且つ、光学的に分離するためのものであり、例えば、半導体基板４１を厚み方向（Ｚ軸方向）に延伸している。素子分離部４３は、例えば、ｐ型の不純物を拡散することが形成することができる。この他、素子分離部４３は、例えば、絶縁層を埋め込んだＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）構造やＦＦＴＩ（Full Trench Isolation）構造としてもよい。また、ＳＴＩ構造内およびＦＦＴＩ構造内には、エアギャップを形成するようにしてもよい。
　コンタクト領域４４は、光電変換領域４２と読み出し回路２２のフローティングディシュージョンＦＤとを電気的に接続する複数の貫通電極１４が接続される部位であり、例えば、ｎ型半導体領域（ｎ＋）により形成されている。
　光検出装置４では、センサ基板４０および回路基板２０のそれぞれの接合面には配線層が形成されている。具体的には、センサ基板４０は、半導体基板４１の表面に層間絶縁層４５と、層間絶縁層４５を貫通する複数の貫通電極４６と、層間絶縁層４５の回路基板２０との接合面に埋め込まれた複数のパッド部４７とを有する。回路基板２０は、半導体基板２１の表面に層間絶縁層２３と、層間絶縁層２３を貫通する複数の貫通電極２４と、層間絶縁層２３のセンサ基板４０との接合面に埋め込まれた複数のパッド部２５とを有する。センサ基板４０と回路基板２０とは、パッド部４７とパッド部２５との間で、例えばＣｕＣｕ接合がなされている。これにより、センサ基板４０と回路基板２０とが電気的に接続される。
　このように、本実施の形態では、単位画素Ｐ毎にフォトダイオード（ＰＤ）からなる光電変換領域４２を設け、その単位画素Ｐのピッチｐ１よりも小さなピッチｐ２で複数の読み出し回路２２がアレイ状に形成された回路基板２０をセンサ基板１０に積層し、そのアレイ状に形成された複数の読み出し回路２２の一部がセンサ基板１０側の複数の単位画素Ｐのピッチｐ１に応じて選択的に電気的に接続されるようにした。これにより、画素アレイ部１１１を形成する複数の単位画素Ｐのレイアウトに応じた読み出し回路のレイアウトの設計が不要になるため、画素レイアウトの自由度を向上させることが可能となる。
　また、画素寸法やユニット画素の構成が変わるたびにセンサ基板の再設計および製造が不要となるため、例えば、１つのイメージセンサを開発するために要する期間および費用を削減することが可能となる。
　なお、本実施の形態では、単位画素Ｐ毎に光電変換領域４２としてＰＩＮ型のフォトダイオード（ＰＤ）を有する例を示したが、これに限定されるものではない。センサ基板１０，４０には、有機光電変換膜（光電変換層）１５やＰＩＮ型のフォトダイオード（ＰＤ）（光電変換領域）４２の他に、量子ドットで所定の波長帯域の光を吸収する無機光電変換膜や、ＳＩＧＳ等のアモルファス光電変換膜、Ｇｅ単結晶膜やＩｎＧａＡｓ薄膜等の狭バンドギャップ材料からなる光電変換膜、Ｓｉ基板上に形成したショットキーダイオードを形成することができる。
＜６．変形例２＞
　図１６～１９は、本開示の変形例２に係る光検出装置５（５Ａ，５Ｂ）におけるセンサ基板１０と回路基板２０との接続の態様を模式的に表したものである。上記第１～第４の実施の形態において説明した光検出装置１～４のように、画素アレイ部１１１を形成する複数の単位画素Ｐのピッチｐ１よりも小さなピッチｐ２で複数の読み出し回路２２が形成された回路基板２０を製造することにより、１つの回路基板２０で、様々な画素サイズを有するセンサ基板１０に対応することができる。
　例えば、本技術を用いることにより、図１６に示した光検出装置５のように、センサ基板１０との接続周期が、１つの回路基板２０内で異なるような接続にも対応することができる。
　例えば、本技術を用いることにより、図１７に示した光検出装置５のように、接続周期が互いに異なるセンサ基板１０Ａ，１０Ｂを１つの回路基板２０に搭載することができる。
　また、図１８に示したように、接続周期が互いに異なるセンサ基板１０Ａ，１０Ｂを２つの回路基板２０にそれぞれ搭載し、これらを１つの支持基板５０に実装することで光検出装置５を構成するようにしてもよい。
　例えば、本技術は、図１９に示した光検出装置５Ａ，５Ｂのように、接続周期が異なるセンサ基板１０Ａ，１０Ｂ毎に同じ回路基板２０を用いることができる。
　このように、単位画素Ｐの寸法および構成毎に回路基板２０を設計および製造することが不要となるため、コストを削減することができる。
＜７．適用例＞
（適用例１）
　上述した、例えば光検出装置１は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
　図２０は、電子機器１０００の構成の一例を表したブロック図である。
　図２０に示すように、電子機器１０００は、光学系１００１、光検出装置１００、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１００２を備えており、バス１００８を介して、ＤＳＰ１００２、メモリ１００３、表示装置１００４、記録装置１００５、操作系１００６および電源系１００７が接続されて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
　光学系１００１は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの入射光（像光）を取り込んで光検出装置１の撮像面上に結像するものである。
　光検出装置１００としては、上述した光検出装置１や光検出装置１Ａ等が適用される。光検出装置１００は、光学系１００１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号としてＤＳＰ１００２に供給する。
　ＤＳＰ１００２は、光検出装置１００からの信号に対して各種の信号処理を施して画像を取得し、その画像のデータを、メモリ１００３に一時的に記憶させる。メモリ１００３に記憶された画像のデータは、記録装置１００５に記録されたり、表示装置１００４に供給されて画像が表示されたりする。また、操作系１００６は、ユーザによる各種の操作を受け付けて電子機器１０００の各ブロックに操作信号を供給し、電源系１００７は、電子機器１０００の各ブロックの駆動に必要な電力を供給する。
（適用例２）
　図２１Ａは、例えば、光検出装置１を備えた光検出システム２０００の全体構成の一例を模式的に表したものである。図２１Ｂは、光検出システム２０００の回路構成の一例を表したものである。光検出システム２０００は、赤外光Ｌ２を発する光源部としての発光装置２００１と、受光部としての光検出装置２００２とを備えている。光検出装置２００２としては、上述した、例えば光検出装置１を用いることができる。光検出システム２０００は、さらに、システム制御部２００３、光源駆動部２００４、センサ制御部２００５、光源側光学系２００６およびカメラ側光学系２００７を備えていてもよい。
　光検出装置２００２は光Ｌ１と光Ｌ２とを検出することができる。光Ｌ１は、外部からの環境光が被写体（測定対象物）２１００（図２１Ａ）において反射された光である。光Ｌ２は発光装置２００１において発光されたのち、被写体２１００に反射された光である。光Ｌ１は例えば可視光であり、光Ｌ２は例えば赤外光である。光Ｌ１は、光検出装置２００２における光電変換部において検出可能であり、光Ｌ２は、光検出装置２００２における光電変換領域において検出可能である。光Ｌ１から被写体２１００の画像情報を獲得し、光Ｌ２から被写体２１００と光検出システム２０００との間の距離情報を獲得することができる。光検出システム２０００は、例えば、スマートフォン等の電子機器や車等の移動体に搭載することができる。発光装置２００１は例えば、半導体レーザ、面発光半導体レーザ、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）で構成することができる。発光装置２００１から発光された光Ｌ２の光検出装置２００２による検出方法としては、例えばｉＴＯＦ方式を採用することができるが、これに限定されることはない。ｉＴＯＦ方式では、光電変換部は、例えば光飛行時間（Time-of-Flight；ＴＯＦ）により被写体２１００との距離を測定することができる。発光装置２００１から発光された光Ｌ２の光検出装置２００２による検出方法としては、例えば、ストラクチャード・ライト方式やステレオビジョン方式を採用することもできる。例えばストラクチャード・ライト方式では、あらかじめ定められたパターンの光を被写体２１００に投影し、そのパターンのひずみ具合を解析することによって光検出システム２０００と被写体２１００との距離を測定することができる。また、ステレオビジョン方式においては、例えば２以上のカメラを用い、被写体２１００を２以上の異なる視点から見た２以上の画像を取得することで光検出システム２０００と被写体との距離を測定することができる。なお、発光装置２００１と光検出装置２００２とは、システム制御部２００３によって同期制御することができる。
＜８．応用例＞
（内視鏡手術システムへの応用例）
　本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
　図２２は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
　図２２では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
　内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
　鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
　カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ: Camera Control Unit）１１２０１に送信される。
　ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統
括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
　表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
　光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
　入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
　処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
　なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
　また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
　また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow Band Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
　図２３は、図２２に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
　カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
　レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
　撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（dimensional）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
　また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
　駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
　通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
　また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
　なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Auto Exposure）機能、ＡＦ（Auto Focus）機能及びＡＷＢ（Auto White Balance）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
　カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
　通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
　また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
　画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
　制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
　また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
　カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
　ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１１４０２に適用され得る。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、検出精度が向上する。
　なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
（移動体への応用例）
　本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
　図２４は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
　車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図２４に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（interface）１２０５３が図示されている。
　駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
　ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
　車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
　撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
　車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
　マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
　音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２４の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
　図２５は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　図２５では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
　撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
　なお、図２５には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、上記第１～第３の実施の形態および変形例１，２に係る光検出装置（例えば、光検出装置１）は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、ノイズの少ない高精細な撮影画像を得ることができるので、移動体制御システムにおいて撮影画像を利用した高精度な制御を行うことができる。
　以上、第１～第４の実施の形態、変形例１，２および適用例ならびに応用例を挙げて本開示を説明したが、本技術は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した変形例１，２は、上記第１の実施の形態の変形例として説明したが、各変形例および第２，第３の実施の形態の構成を適宜組み合わせることができる。
　なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であってその記載に限定されるものではなく、他の効果があってもよい。
　なお、本開示は以下のような構成をとることも可能である。以下の構成の本技術によれば、回路基板に形成される複数の読み出し回路を、センサ基板に設けられる複数の画素の画素ピッチ（第１のピッチ）よりも小さいピッチ（第２のピッチ）で形成するようにした。これにより、複数の画素のレイアウトに応じた読み出し回路のレイアウトの設計が不要になる。よって、画素のレイアウトの自由度を向上させることが可能となる。
（１）
　光入射面となる第１の面および前記第１の面とは反対側の第２の面を有し、複数の画素または２以上の前記画素からなるユニット画素が第１のピッチでアレイ状に配置されてなる画素アレイ部を有するセンサ基板と、
　前記センサ基板の前記第２の面に積層され、前記第１のピッチよりも小さな第２のピッチでアレイ状に形成された複数の読み出し回路を有し、前記複数の読み出し回路の一部が前記第１のピッチに応じて前記複数の画素それぞれと選択的に電気的に接続されている回路基板と
　を備えた光検出装置。
（２）
　前記ユニット画素は、２以上の前記画素として、受光波長帯が互いに異なる複数の画素を含む、前記（１）に記載の光検出装置。
（３）
　前記ユニット画素は、２以上の前記画素として、画素サイズが互いに異なる第１の画素および第２の画素を含む、前記（１）または（２）に記載の光検出装置。
（４）
　前記ユニット画素は、２以上の前記画素として、撮像画素および像面位相差画素を含む、前記（１）乃至（３）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（５）
　前記複数の画素はそれぞれ、前記回路基板側から、前記画素毎に設けられた第１の電極と、光電変換層と、第２の電極とを有し、
　前記複数の読み出し回路はそれぞれ、前記光電変換層において発生した電荷キャリアを一時的に保持するフローティングディフュージョンを含み、
　前記複数の画素それぞれと選択的に電気的に接続された前記複数の読み出し回路の一部は、前記第１の電極と前記フローティングディフュージョンとが貫通電極を介して接続されている、前記（１）乃至（４）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（６）
　前記フローティングディフュージョンは、平面視において、前記画素の略重心に配置されている、前記（５）に記載の光検出装置。
（７）
　前記センサ基板の前記第１の面側に、前記複数の画素それぞれに設けられた複数の集光レンズをさらに有し、
　前記フローティングディフュージョンは、平面視において、前記集光レンズの略集光位置に配置されている、前記（５）または（６）に記載の光検出装置。
（８）
　前記読み出し回路は、さらに、リセットトランジスタと、増幅トランジスタと、選択トランジスタとを含む、前記（５）乃至（７）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（９）
　前記読み出し回路は、さらに、ＦＤ変換ゲイン切替トランジスタを含む、前記（８）に記載の光検出装置。
（１０）
　前記ＦＤ変換ゲイン切替トランジスタは、一方向に隣り合う前記複数の画素と電気的に接続されている、前記（９）に記載の光検出装置。
（１１）
　前記センサ基板として、前記回路基板に対して並設された第１のセンサ基板および第２のセンサ基板を有し、
　前記第１のセンサ基板および前記第２のセンサ基板それぞれに形成された前記複数の画素は、互いに異なるピッチでアレイ状に配置されており、
　前記回路基板に形成された前記複数の読み出し回路と、前記第１のセンサ基板および前記第２のセンサ基板にそれぞれ設けられた前記複数の画素との接続周期は互いに異なる、前記（１）乃至（１０）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（１２）
　前記光電変換層は有機半導体材料を含む、前記（５）乃至（１２）のうちのいずれか１つに記載の光検出装置。
（１３）
　回路基板に、第２のピッチで複数の読み出し回路をアレイ状に形成する工程と、
　前記回路基板上に前記第２のピッチよりも大きな第１のピッチで、前記複数の読み出し回路の一部と電気的に接続される複数の画素または２以上の前記画素からなるユニット画素をアレイ状に形成し、センサ基板を形成する工程と
　を含む光検出装置の製造方法。
（１４）
　前記回路基板を形成した後、
　前記回路基板上に、前記第１のピッチで、前記複数の読み出し回路の一部と選択的に電気的に接続される画素電極を形成する、前記（１３）に記載の光検出装置の製造方法。
　本出願は、日本国特許庁において２０２３年１月１９日に出願された日本特許出願番号２０２３－００６８８５号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。
 
 
 
 

Claims (14)

  1. 　光入射面となる第１の面および前記第１の面とは反対側の第２の面を有し、複数の画素または２以上の前記画素からなるユニット画素が第１のピッチでアレイ状に配置されてなる画素アレイ部を有するセンサ基板と、
    　前記センサ基板の前記第２の面に積層され、前記第１のピッチよりも小さな第２のピッチでアレイ状に形成された複数の読み出し回路を有し、前記複数の読み出し回路の一部が前記第１のピッチに応じて前記複数の画素それぞれと選択的に電気的に接続されている回路基板と
    　を備えた光検出装置。
  2. 　前記ユニット画素は、２以上の前記画素として、受光波長帯が互いに異なる複数の画素を含む、請求項１に記載の光検出装置。
  3. 　前記ユニット画素は、２以上の前記画素として、画素サイズが互いに異なる第１の画素および第２の画素を含む、請求項１に記載の光検出装置。
  4. 　前記ユニット画素は、２以上の前記画素として、撮像画素および像面位相差画素を含む、請求項１に記載の光検出装置。
  5. 　前記複数の画素はそれぞれ、前記回路基板側から、前記画素毎に設けられた第１の電極と、光電変換層と、第２の電極とを有し、
    　前記複数の読み出し回路はそれぞれ、前記光電変換層において発生した電荷キャリアを一時的に保持するフローティングディフュージョンを含み、
    　前記複数の画素それぞれと選択的に電気的に接続された前記複数の読み出し回路の一部は、前記第１の電極と前記フローティングディフュージョンとが貫通電極を介して接続されている、請求項１に記載の光検出装置。
  6. 　前記フローティングディフュージョンは、平面視において、前記画素の略重心に配置されている、請求項５に記載の光検出装置。
  7. 　前記センサ基板の前記第１の面側に、前記複数の画素それぞれに設けられた複数の集光レンズをさらに有し、
    　前記フローティングディフュージョンは、平面視において、前記集光レンズの略集光位置に配置されている、請求項５に記載の光検出装置。
  8. 　前記読み出し回路は、さらに、リセットトランジスタと、増幅トランジスタと、選択トランジスタとを含む、請求項５に記載の光検出装置。
  9. 　前記読み出し回路は、さらに、ＦＤ変換ゲイン切替トランジスタを含む、請求項８に記載の光検出装置。
  10. 　前記ＦＤ変換ゲイン切替トランジスタは、一方向に隣り合う前記複数の画素と電気的に接続されている、請求項９に記載の光検出装置。
  11. 　前記センサ基板として、前記回路基板に対して並設された第１のセンサ基板および第２のセンサ基板を有し、
    　前記第１のセンサ基板および前記第２のセンサ基板それぞれに形成された前記複数の画素は、互いに異なるピッチでアレイ状に配置されており、
    　前記回路基板に形成された前記複数の読み出し回路と、前記第１のセンサ基板および前記第２のセンサ基板にそれぞれ設けられた前記複数の画素との接続周期は互いに異なる、請求項１に記載の光検出装置。
  12. 　前記光電変換層は有機半導体材料を含む、請求項５に記載の光検出装置。
  13. 　回路基板に、第２のピッチで複数の読み出し回路をアレイ状に形成する工程と、
    　前記回路基板上に前記第２のピッチよりも大きな第１のピッチで、前記複数の読み出し回路の一部と電気的に接続される複数の画素または２以上の前記画素からなるユニット画素をアレイ状に形成し、センサ基板を形成する工程と
    　を含む光検出装置の製造方法。
  14. 　前記回路基板を形成した後、
    　前記回路基板上に、前記第１のピッチで、前記複数の読み出し回路の一部と選択的に電気的に接続される画素電極を形成する、請求項１３に記載の光検出装置の製造方法。 
     
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