JP2022112740A - 光電変換装置及び光検出システム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第1実施形態による光電変換装置について、図1乃至図13を用いて説明する。図1及び図2は、本実施形態による光電変換装置の概略構成を示すブロック図である。図3は、本実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示すブロック図である。図4は、本実施形態による光電変換装置の構成例を示す斜視図である。図5は、本実施形態による光電変換装置の光電変換部の基本動作を説明する図である。図6及び図7は、本実施形態による光電変換装置の信号処理回路の構成例及び動作を説明する図である。図8乃至図10は、本実施形態による光電変換装置における素子の配置例を示す平面図である。図11は、本実施形態の光電変換装置に用いられる高耐圧トランジスタ及び低耐圧トランジスタの構成例を示す概略断面図である。図12及び図13は、本実施形態の光電変換装置に用いられる高耐圧トランジスタ及び低耐圧トランジスタの製造方法を示す工程断面図である。
図2の構成例におけるその他の構成は、図1の構成例と同様であり得る。
次いで、例えば熱酸化法によりシリコン基板130を熱酸化し、低耐圧領域LV及びウェルコンタクト領域に、第1の膜厚の酸化シリコン膜(ゲート絶縁膜142)を形成する。同時に、高耐圧領域HVの酸化シリコン膜138を追加酸化し、第1の膜厚よりも厚い第2の膜厚の酸化シリコン膜(ゲート絶縁膜144)を形成する(図13(a))。
本発明の第2実施形態による光検出システムについて、図14を用いて説明する。図14は、本実施形態による光検出システムの概略構成を示すブロック図である。本実施形態では、第1実施形態の光電変換装置100を適用した光検出センサについて説明する。
本発明の第3実施形態による距離画像センサについて、図15を用いて説明する。図15は、本実施形態による距離画像センサの概略構成を示すブロック図である。本実施形態では、第1実施形態の光電変換装置100を適用した光検出システムの一例として距離画像センサを説明する。
本発明の第4実施形態による内視鏡手術システムについて、図16を用いて説明する。図16は、本実施形態による内視鏡手術システムの構成例を示す概略図である。本実施形態では、第1実施形態の光電変換装置100を適用した光検出システムの一例として内視鏡手術システムを説明する。
本発明の第5実施形態による光検出システム及び移動体について、図17乃至図19を用いて説明する。図17は、本実施形態による移動体の構成例を示す概略図である。図18は、本実施形態による光検出システムの概略構成を示すブロック図である。図19は、本実施形態による光検出システムの動作を示すフロー図である。本実施形態では、第1実施形態の光電変換装置100を適用した光検出システムとして、車載カメラへの適用例を示す。
本発明の第6実施形態による光検出システムについて、図20を用いて説明する。図20は、本実施形態による光検出システムの構成例を示す概略図である。本実施形態では、第1実施形態の光電変換装置100を適用した光検出システムとして、眼鏡(スマートグラス)への適用例を説明する。
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
12…画素
14,18…制御線
16…データ線
20…光電変換部
22…光子検知素子
24…クエンチ素子
30…画素信号処理部
32…信号処理回路
34…カウンタ
36…画素出力回路
40…垂直走査回路部
50…読み出し回路部
60…水平走査回路部
70…出力回路部
80…制御パルス生成部
100…光電変換装置
Claims (20)
- 光子の入射により生じた電荷をアバランシェ増倍により増倍するアバランシェダイオードを有し、光子の入射に応じて第1の信号を出力する光電変換部と、前記第1の信号と第2の信号とに応じて第3の信号を出力する論理回路を含む信号処理回路と、を有する画素を有し、
前記信号処理回路は、第1の耐圧を有する第1の素子と、前記第1の耐圧よりも低い耐圧である第2の耐圧を有する第2の素子と、を含み、前記第1の素子に前記第1の信号が入力され、前記第2の素子に前記第2の信号が入力されるように構成されている
ことを特徴とする光電変換装置。 - 光子の入射により生じた電荷をアバランシェ増倍により増倍するアバランシェダイオードを有し、光子の入射に応じて第1の信号を出力する光電変換部と、前記第1の信号と第2の信号とに応じて第3の信号を出力する論理回路を含む信号処理回路と、を有する画素を有し、
前記信号処理回路は、第1の素子と第2の素子と、を含み、前記第1の素子に前記第1の信号が入力され、前記第2の素子に前記第2の信号が入力されるように構成されており、
前記第1の素子が有するトランジスタのゲート絶縁膜の厚さは、前記第2の素子が有するトランジスタのゲート絶縁膜の厚さよりも厚い
ことを特徴とする光電変換装置。 - 前記第1の信号は、第1の振幅を有し、
前記第2の信号は、前記第1の振幅よりも小さい第2の振幅を有する
ことを特徴とする請求項1又は2記載の光電変換装置。 - 前記第3の信号は、アナログ信号である前記第1の信号をパルス信号に変換した信号である
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記第2の信号は、前記信号処理回路からの前記第3の信号の出力を制御する信号である
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記信号処理回路は、複数の前記第1の素子と、複数の前記第2の素子と、を含み、前記複数の第1の素子が配置された第1の領域と、前記複数の第2の素子が配置された第2の領域と、を有する
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 複数の前記画素が配列された画素部を有し、
隣り合う前記複数の画素が、前記第1の領域を共有している
ことを特徴とする請求項6記載の光電変換装置。 - 前記画素部は、4つの前記画素がミラー対称配置された単位ブロックが繰り返し配列されてなる
ことを特徴とする請求項7記載の光電変換装置。 - 前記複数の第1の素子は、第1導電型の第1のトランジスタと、前記第1導電型と異なる第2導電型の第2のトランジスタと、を含み、
前記複数の第2の素子は、前記第1導電型の第3のトランジスタと、前記第2導電型の第4のトランジスタと、を含み、
前記第1のトランジスタと前記第3のトランジスタとが共通の第1のウェルに設けられており、
前記第2のトランジスタと前記第4のトランジスタとが共通の第2のウェルに設けられている
ことを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタのゲート絶縁膜は、前記第3のトランジスタ及び前記第4のトランジスタのゲート絶縁膜よりも厚い
ことを特徴とする請求項9記載の光電変換装置。 - 前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタのゲートが延在する方向と、前記第3のトランジスタ及び前記第4のトランジスタのゲートが延在する方向とが異なっている
ことを特徴とする請求項9又は10記載の光電変換装置。 - 前記光電変換部は、前記アバランシェダイオードのアバランシェ増倍を抑制するクエンチ素子を更に有し、
前記クエンチ素子は、前記第2の耐圧を有する第3の素子により構成されている
ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記第1の素子に供給される電源電圧と前記第2の素子に供給される電源電圧とが同じである
ことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記論理回路は、前記第1の信号及び前記第2の信号を入力とし、前記第3の信号を出力とするNOR回路を有する
ことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記NOR回路は、前記第1の素子及び前記第2の素子により構成されている
ことを特徴とする請求項14記載の光電変換装置。 - 前記論理回路は、前記第1の信号を入力とするNOT回路と、前記NOT回路の出力及び前記第2の信号を入力とし、前記第3の信号を出力とするNAND回路と、を有する
ことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記NOT回路は、前記第1の素子により構成されており、
前記NAND回路は、前記第1の素子及び前記第2の素子により構成されている
ことを特徴とする請求項16記載の光電変換装置。 - 請求項1乃至17のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置から出力される信号を処理する信号処理装置と
を有することを特徴とする光検出システム。 - 前記信号処理装置は、前記信号に基づいて対象物までの距離情報を表す距離画像を生成する
ことを特徴とする請求項18記載の光検出システム。 - 移動体であって、
請求項1乃至17のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置から出力される信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と
を有することを特徴とする移動体。
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