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JP7426347B2 - 受光素子、固体撮像装置及び測距装置 - Google Patents

受光素子、固体撮像装置及び測距装置 Download PDF

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Description

本開示は、受光素子、固体撮像装置及び測距装置に関する。
従来、間接ＴｏＦ（Time of Flight）方式を利用した測距センサが知られている。このような測距センサでは、ある位相で光源から光を出射し、その反射光を受光することで得られる信号電荷に基づいて、物体までの距離が計測される。
このような間接ＴｏＦ方式を利用した測距センサ（以下、間接ＴｏＦセンサという）では、反射光の信号電荷を高速に異なる領域に振り分けることのできるセンサが必要不可欠である。そこで、例えば以下の特許文献１には、センサの基板に直接電圧を印加して基板内に電流を発生させることで、基板内の広範囲の領域を高速に変調できるようにした技術が開示されている。このようなセンサは、ＣＡＰＤ（Current Assisted Photonic Demodulator）型の間接ＴｏＦセンサとも称される。
特開２０１１－８６９０４号公報
しかしながら、従来技術のＣＡＰＤ型の間接ＴｏＦセンサでは、測距精度を上げるために画素サイズを大きくしていたが、それにより、画角が大きくなるため、解像度が低下してしまうという問題が存在した。
そこで本開示では、解像度の低下を抑制しつつ測距精度を上げる、又は、測距精度の定価を抑制しつつ解像度を上げることが可能な受光素子、固体撮像装置及び測距装置を提案する。
上記の課題を解決するために、本開示に係る一形態の受光素子は、半導体基板と、前記半導体基板の第１面上に設けられ、開口部が行列状に配列する格子状の遮光膜と、前記半導体基板における前記第１面とは反対側の第２面に行列状に配列する複数の第１半導体領域と、前記半導体基板の前記第２面であって前記第１半導体領域それぞれを列方向から挟む隣接領域に設けられた複数の第２半導体領域と、前記半導体基板の前記第２面上に設けられ、前記第１半導体領域と電気的に接続された配線層とを備え、前記第１半導体領域は、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域に位置し、前記配線層は、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域を列方向に延在する主配線と、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域を行方向に延在し、前記主配線と前記第１半導体領域それぞれとを接続する枝配線とを含む。
第１の実施形態に係る測距装置としてのＴｏＦセンサの概略構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る受光部としての固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る単位画素の等価回路の一例を示す回路図である。 比較例に係る受光素子のレイアウト例を示す平面図である。 図４に示す受光素子のサイズの一例を示す平面図である。 第１の実施形態に係る受光素子のレイアウト例を示す平面図である。 図６に示す受光素子のサイズの一例を示す平面図である。 第１の実施形態に係る固体撮像装置のチップ構成例を示す図である。 第１の実施形態に係る受光素子の概略構成例を示す断面図である。 図９におけるＰＮ半導体領域と遮光膜とを半導体基板における光の入射面と垂直な方向から見た場合の位置関係を示す上視図である。 第１の実施形態に係る受光素子への光の入射を説明するための図である。 比較例に係るＭＩＸ配線の平面レイアウト例を示す図である。 第１の実施形態に係るＭＩＸ配線の平面レイアウト例を示す図である。 第１の実施形態に係る第１の駆動例を説明するための図である（その１）。 第１の実施形態に係る第１の駆動例を説明するための図である（その２）。 第１の実施形態に係る第１の駆動例を実現するためのＭＩＸ配線のレイアウト例を示す平面図である。 第１の実施形態に係る第２の駆動例を説明するための図である（その１）。 第１の実施形態に係る第２の駆動例を説明するための図である（その２）。 第１の実施形態に係る第２の駆動例を実現するためのＭＩＸ配線のレイアウト例を示す平面図である。 比較例に係る受光素子の半導体基板中に形成される電位のシミュレーション結果を示す平面図である。 比較例に係るシミュレーション結果の垂直断面図である。 第１の実施形態に係る受光素子の半導体基板中に形成される電位のシミュレーション結果を示す平面図である。 第１の実施形態に係るシミュレーション結果の垂直断面図である。 比較例に係る単位画素と第１の実施形態に係る単位画素との動作周波数ごとに得られるコントラストを示す図である。 比較例に係る単位画素と第１の実施形態に係る単位画素とのＭＩＸに流れる電流値ごとに得られるコントラストを示す図である。 第２の実施形態に係る受光素子のレイアウト例を示す平面図である。 図２６に示す受光素子のサイズの一例を示す平面図である。 第２の実施形態に係る駆動例を説明するための図である（その１）。 第２の実施形態に係る駆動例を説明するための図である（その２）。 第３の実施形態に係る受光素子のレイアウト例を示す平面図である。 第４の実施形態に係る受光素子の概略構成例を示す断面図である。 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。 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。
以下に、本開示の一実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
また、以下に示す項目順序に従って本開示を説明する。
１．第１の実施形態
１．１ 測距装置（ＴｏＦセンサ）
１．２ 固体撮像装置の構成例
１．３ 単位画素の回路構成例
１．４ 受光素子の平面レイアウト例
１．４．１ 比較例に係る平面レイアウト例
１．４．２ 第１の実施形態に係る平面レイアウト例
１．５ チップ構成例
１．６ 単位画素の断面構造例
１．７ ＰＮ半導体領域と遮光膜との位置関係
１．８ 単位画素の読出し動作例
１．９ ＭＩＸ配線のレイアウト例
１．９．１ 比較例に係るＭＩＸ配線
１．９．２ 第１の実施形態に係るＭＩＸ配線
１．１０ 画素信号読出時の駆動例
１．１０．１ 第１の駆動例
１．１０．１．１ 第１の駆動例に係るＭＩＸ配線
１．１０．２ 第２の駆動例
１．１０．２．１ 第２の駆動例に係るＭＩＸ配線
１．１１ 半導体基板中の電界
１．１２ 動作速度とコントラストとの関係
１．１３ 動作電圧とコントラストとの関係
１．１４ 作用・効果
２．第２の実施形態
２．１ 第２の実施形態に係る平面レイアウト例
２．２ 画素信号読出時の駆動例
２．３ 作用・効果
３．第３の実施形態
４．第４の実施形態
５．応用例
１．第１の実施形態
まず、第１の実施形態について、以下に図面を参照して詳細に説明する。なお、第１の実施形態では、例えば、間接ＴｏＦ方式により物体までの距離を測定する受光素子、固体撮像装置及び測距装置について、例を挙げて説明する。
本実施形態に係る受光素子、固体撮像装置及び測距装置は、例えば、車両に搭載され、車外にある対象物までの距離を測定する車載用のシステムや、ユーザの手等の対象物までの距離を測定し、その測定結果に基づいてユーザのジェスチャを認識するジェスチャ認識用のシステムなどに適用することができる。この場合、ジェスチャ認識の結果は、例えばカーナビゲーションシステムの操作等に用いることも可能である。
１．１ 測距装置（ＴｏＦセンサ）
図１は、本実施形態に係る測距装置としてのＴｏＦセンサの概略構成例を示すブロック図である。図１に示すように、ＴｏＦセンサ１は、制御部１１と、発光部１３と、受光部１４と、演算部１５と、外部インタフェース（Ｉ／Ｆ）１９とを備える。
制御部１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの情報処理装置で構成され、ＴｏＦセンサ１の各部を制御する。
外部Ｉ／Ｆ１９は、例えば、無線ＬＡＮ（Local Area Network）や有線ＬＡＮの他、ＣＡＮ（Controller Area Network）、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）、ＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した通信ネットワークを介して外部のホスト８０と通信を確立するための通信アダプタであってよい。
ここで、ホスト８０は、例えば、ＴｏＦセンサ１が自動車等に実装される場合には、自動車等に搭載されているＥＣＵ（Engine Control Unit）などであってよい。また、ＴｏＦセンサ１が家庭内ペットロボットなどの自律移動ロボットやロボット掃除機や無人航空機や追従運搬ロボットなどの自律移動体に搭載されている場合には、ホスト８０は、その自律移動体を制御する制御装置等であってよい。
発光部１３は、例えば、１つ又は複数の半導体レーザダイオードを光源として備えており、所定時間幅のパルス状のレーザ光Ｌ１を所定周期（発光周期ともいう）で出射する。発光部１３は、少なくとも、受光部１４の画角以上の角度範囲に向けてレーザ光Ｌ１を出射する。また、発光部１３は、例えば、１００ＭＨｚ（メガヘルツ）の周期で、１０ｎｓ（ナノ秒）の時間幅のレーザ光Ｌ１を出射する。発光部１３から出射したレーザ光Ｌ１は、例えば、測距範囲内に物体９０が存在する場合には、この物体９０で反射して、反射光Ｌ２として、受光部１４に入射する。
受光部１４は、その詳細については後述するが、例えば、２次元格子状に配列した複数の画素を備え、発光部１３の発光後に各画素で検出された信号強度（以下、画素信号ともいう）を出力する。
演算部１５は、受光部１４から出力された画素信号に基づいて、受光部１４の画角内のデプス画像を生成する。その際、演算部１５は、生成したデプス画像に対し、ノイズ除去等の所定の処理を実行してもよい。演算部１５で生成されたデプス画像は、例えば、外部Ｉ／Ｆ１９を介してホスト８０等に出力され得る。
１．２ 固体撮像装置の構成例
図２は、第１の実施形態に係る受光部としての固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。
図２に示す固体撮像装置１００は、裏面照射型のＣＡＰＤ型間接ＴｏＦセンサ（以下、単にＣＡＰＤセンサという）であり、測距機能を有する測距装置に設けられている。
固体撮像装置１００は、画素アレイ部１０１と、周辺回路とを有する構成となっている。周辺回路には、例えば、垂直駆動回路１０３と、カラム処理回路１０４と、水平駆動回路１０５と、システム制御部１０２とが含まれ得る。
固体撮像装置１００には、さらに、信号処理部１０６と、データ格納部１０７とが含まれ得る。なお、信号処理部１０６及びデータ格納部１０７は、固体撮像装置１００と同じ基板上に搭載してもよいし、測距装置における固体撮像装置１００とは別の基板上に配置するようにしてもよい。
画素アレイ部１０１は、受光した光量に応じた電荷を生成し、その電荷に応じた信号を出力する画素（以下、単位画素とも称する）２０が行方向および列方向に、すなわち２次元格子状に配列された構成を備える。すなわち、画素アレイ部１０１は、入射した光を光電変換し、その結果得られた電荷に応じた信号を出力する単位画素２０を複数備える。
ここで、行方向とは画素行の単位画素２０の配列方向（図面中、横方向）をいい、列方向とは画素列の単位画素２０の配列方向（図面中、縦方向）をいう。
画素アレイ部１０１において、行列状の画素配列に対して、画素行ごとに画素駆動線ＬＤが行方向に沿って配線され、各画素列に２つの垂直信号線ＶＳＬが列方向に沿って配線されている。例えば画素駆動線ＬＤは、単位画素２０から信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。なお、図２では、画素駆動線ＬＤについて１本の配線として示しているが、１本に限られるものではない。また、画素駆動線ＬＤの一端は、垂直駆動回路１０３の各行に対応した出力端に接続されている。
垂直駆動回路１０３は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部１０１の各単位画素２０を全画素同時あるいは行単位等で駆動する。すなわち、垂直駆動回路１０３は、垂直駆動回路１０３を制御するシステム制御部１０２とともに、画素アレイ部１０１の各単位画素２０の動作を制御する駆動部を構成している。
なお、間接ＴｏＦ方式での測距においては、１つの制御線に接続されている、高速駆動させる素子（ＣＡＰＤ素子）の数が高速駆動の制御性や駆動の精度へ影響を及ぼす。間接ＴｏＦ方式での測距に用いる固体撮像素子は、水平方向に長い画素アレイとされることが多い。したがって、そのような場合、高速駆動させる素子の制御線に関しては、垂直信号線ＶＳＬや他の垂直方向に長い制御線が用いられるようにしてもよい。この場合、例えば垂直信号線ＶＳＬや垂直方向に長い他の制御線に対して、垂直方向に配列された複数の単位画素２０が接続され、それらの垂直信号線ＶＳＬや他の制御線を介して、垂直駆動回路１０３とは別に設けられた駆動部や水平駆動回路１０５等により単位画素２０の駆動、すなわち固体撮像装置１００の駆動が行われる。
垂直駆動回路１０３による駆動制御に応じて画素行の各単位画素２０から出力される信号は、垂直信号線ＶＳＬを通してカラム処理回路１０４に入力される。カラム処理回路１０４は、各単位画素２０から垂直信号線ＶＳＬ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ともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
具体的には、カラム処理回路１０４は、信号処理としてノイズ除去処理やＡＤ（Analog
to Digital）変換処理などを行う。
水平駆動回路１０５は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理回路１０４の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。この水平駆動回路１０５による選択走査により、カラム処理回路１０４において単位回路ごとに信号処理された画素信号が順番に出力される。
システム制御部１０２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などによって構成され、そのタイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に、垂直駆動回路１０３、カラム処理回路１０４、水平駆動回路１０５などの駆動制御を行う。
信号処理部１０６は、少なくとも演算処理機能を有し、カラム処理回路１０４から出力される画素信号に基づいて演算処理等の種々の信号処理を実行し、それにより算出された画素ごとの距離情報を外部へ出力する。データ格納部１０７は、信号処理部１０６での信号処理にあたり、その処理に必要なデータを一時的に格納する。
１．３ 単位画素の回路構成例
図３は、本実施形態に係る単位画素の等価回路の一例を示す回路図である。図３に示すように、単位画素２０は、半導体基板４０に形成された２つの信号取出部３０Ａ及び３０Ｂのうち、一方の信号取出部３０Ａにおけるｐ＋半導体領域（以下、ＭＩＸという）２１に、電荷読出し用の電圧（以下、読出し電圧という）ＶｍｉｘＡが印加され、ｎ＋半導体領域（以下、ＤＥＴという）２２に、転送トランジスタ２４、ＦＤ２６、リセットトランジスタ２３、増幅トランジスタ２７及び選択トランジスタ２８を含む読出し回路２０Ａが接続された構成を備える。
同様に、単位画素２０は、他方の信号取出部３０ＢにおけるＭＩＸ２１に、読出し電圧ＶｍｉｘＢが印加され、ＤＥＴ２２に、転送トランジスタ２４、ＦＤ２６、リセットトランジスタ２３、増幅トランジスタ２７及び選択トランジスタ２８を含む読出し回路２０Ｂが接続された構成を備える。
なお、半導体基板４０における２つの信号取出部３０Ａ及び３０Ｂで区画される領域は、各単位画素２０の受光素子として機能する。
垂直駆動回路１０３は、信号取出部３０ＡのＭＩＸ２１に読出し電圧ＶｍｉｘＡを印加し、信号取出部３０ＢのＭＩＸ２１に読出し電圧ＶｍｉｘＢを印加する。例えば、信号取出部３０Ａから信号（電荷）を取り出す場合、垂直駆動回路１０３は、信号取出部３０ＡのＭＩＸ２１に１．５Ｖ（ボルト）の読出し電圧ＶｍｉｘＡを印加し、信号取出部３０ＢのＭＩＸ２１に０Ｖ読出し電圧ＶｍｉｘＢを印加する。一方、信号取出部３０Ｂから信号（電荷）を取り出す場合、垂直駆動回路１０３は、信号取出部３０ＢのＭＩＸ２１に１．５Ｖ（ボルト）の読出し電圧ＶｍｉｘＢを印加し、信号取出部３０ＡのＭＩＸ２１に０Ｖ読出し電圧ＶｍｉｘＡを印加する。
各信号取出部３０Ａ及び３０ＢにおけるＤＥＴ２２は、半導体基板４０に入射した光が光電変換されることで生成された電荷を検出して、蓄積する電荷検出部である。
各読出し回路２０Ａ及び２０Ｂにおいて、転送トランジスタ２４は、垂直駆動回路１０３からゲートに供給される駆動信号ＴＲＧがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、それぞれが対応するＤＥＴ２２に蓄積されている電荷をＦＤ２６に転送する。
ＦＤ２６は、蓄積電荷に応じた電圧値の電圧を発生させる電荷電圧変換機能を備え、ＤＥＴ２２から転送された電荷を一時的に保持することで、この電荷量に応じた電圧値の電圧を増幅トランジスタ２７のゲートに印加する。
リセットトランジスタ２３は、垂直駆動回路１０３からゲートに供給される駆動信号ＲＳＴがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、ＦＤ２６の電位を所定のレベル（リセットレベルＶＤＤ）にリセットする。なお、リセットトランジスタ２３がアクティブ状態とするときに転送トランジスタ２４も併せてアクティブ状態とすることで、ＤＥＴ２２に蓄積されている電荷を併せてリセットすることも可能である。
増幅トランジスタ２７は、ソースが選択トランジスタ２８を介して垂直信号線ＶＳＬ０／ＶＳＬ１に接続されることにより、垂直信号線ＶＳＬ０／ＶＳＬ１の一端に接続されている定電流回路２９Ａ／２９Ｂの負荷ＭＯＳトランジスタとともにソースフォロワ回路を構成する。
選択トランジスタ２８は、増幅トランジスタ２７のソースと垂直信号線ＶＳＬ０／ＶＳＬ１との間に接続されている。選択トランジスタ２８は、垂直駆動回路１０３からゲートに供給される選択信号ＳＥＬがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態となり、増幅トランジスタ２７から出力される画素信号を垂直信号線ＶＳＬ０／ＶＳＬ１に出力する。
１．４ 受光素子の平面レイアウト例
つづいて、画素アレイ部１０１における受光素子の平面レイアウト例について、比較例を用いつつ、詳細に説明する。
１．４．１ 比較例に係る平面レイアウト例
図４は、比較例に係る受光素子のレイアウト例を示す平面図である。また、図５は、図４に示す受光素子のサイズの一例を示す平面図である。
図４に示すように、比較例に係る画素アレイ部は、複数の受光素子９３１が２次元格子状に配列した構成を備える。各受光素子９３１の中央付近には、例えば、列方向に離間して配置された２つの信号取出部９３０Ａ及び９３０Ｂを備える。各信号取出部９３０Ａ及び９３０Ｂは、例えば、受光素子９３１の配列面に沿った断面が円形のＭＩＸ９２１と、ＭＩＸ９２１の周囲を囲むように設けられたＤＥＴ９２２とを備える。
ここで、図５に示すように、各受光素子９３１における信号取出部９３０Ａ及び９３０Ｂの中心間の距離をａとすると、各受光素子９３１は、例えば、列方向の長さを２ａとした矩形の領域に設けられている。なお、図５では、行方向の長さも２ａとして、受光素子９３１の領域を正方形としているが、正方形に限定されず、種々変形することが可能である。
１．４．２ 第１の実施形態に係る平面レイアウト例
一方、図６は、本実施形態に係る受光素子のレイアウト例を示す平面図であり、図７は、図６に示す受光素子のサイズの一例を示す平面図である。
図６に示すように、本実施形態に係る画素アレイ部１０１は、複数の受光素子３１が２次元格子状に配列した構成を備える。列方向（図面中、上下方向）における受光素子３１の各境界部分には、ＰＮ半導体領域３０が設けられている。
各ＰＮ半導体領域３０は、例えば、受光素子３１の各境界部分に位置するＭＩＸ２１と、ＭＩＸ２１に対して列方向下側から隣接するＤＥＴ２２Ａと、ＭＩＸ２１に対して列方向上側から隣接するＤＥＴ２２Ｂを備える。ＭＩＸ２１に対するＤＥＴ２２Ａ及び２２Ｂの行方向の長さは、例えば、ＭＩＸ２１の行方向の長さよりも短くてよい。その場合、受光素子３１内において２つのＭＩＸ２１が形成する電界に対してＤＥＴ２２Ａ及び２２Ｂが与える影響を低減することが可能となるため、ＤＥＴ２２Ａ又は２２Ｂに効率的に電荷を収集することが可能となり、それにより、量子効率の低下を抑制することが可能となる。
このような構成において、各ＰＮ半導体領域３０におけるＭＩＸ２１及びＤＥＴ２２Ａは、各境界部分を形成する２つの受光素子３１のうちの下側の受光素子３１の信号取出部３０Ａを構成し、ＭＩＸ２１及びＤＥＴ２２Ｂは、上側の受光素子３１の信号取出部３０Ｂを構成する。すなわち、２つの受光素子３１の境界部分に位置するＭＩＸ２１は、この２つの受光素子３１で共有されている。
ここで、図５に例示した受光素子９３１と同様に、信号取出部３０Ａ及び３０ＢにおけるＭＩＸ２１の中心間の距離をａとすると、図７に示すように、各受光素子３１は、列方向の長さをａとした矩形の領域とすることができる。すなわち、本実施形態のように、ＭＩＸ２１を上下に隣接する２つの受光素子３１で共有する構成とすることで、ＭＩＸ２１の中心間の距離をそのまま受光素子３１の画素ピッチとすることが可能となる。それにより、列方向における受光素子３１の集積度を上げることが可能となるため、列方向の解像度を高めることが可能となる。
例えば、図４又は図５に示す比較例と比較すると、各受光素子３１の列方向の長さを１／２に縮小することが可能となる。それにより、例えば、図４及び図５に示す比較例と比べて、列方向の解像度を２倍に増加することが可能となる。その際、例えば、受光素子３１の平面領域を正方形とすることで、行方向の解像度も２倍とすることが可能である。
１．５ チップ構成例
図８は、本実施形態に係る固体撮像装置のチップ構成例を示す図である。図８に示すように、固体撮像装置１００は、例えば、受光チップ５１と回路チップ５２とが上下に貼り合わされた貼合せチップ５０の構造を備える。受光チップ５１は、例えば、単位画素２０における受光素子として機能する半導体基板４０から構成された半導体チップであり、回路チップ５２は、例えば、単位画素２０における読出し回路２０Ａ及び２０Ｂや周辺回路等が形成された半導体チップである。
受光チップ５１と回路チップ５２との接合には、例えば、それぞれの接合面を平坦化して両者を電子間力で貼り合わせる、いわゆる直接接合を用いることができる。ただし、これに限定されず、例えば、互いの接合面に形成された銅（Ｃｕ）製の電極パッド同士をボンディングする、いわゆるＣｕ－Ｃｕ接合や、その他、バンプ接合などを用いることも可能である。
また、受光チップ５１と回路チップ５２とは、例えば、半導体基板を貫通するＴＳＶ（Through-Silicon Via）などの接続部を介して電気的に接続される。ＴＳＶを用いた接続には、例えば、受光チップ５１に設けられたＴＳＶと受光チップ５１から回路チップ５２にかけて設けられたＴＳＶとの２つのＴＳＶをチップ外表で接続する、いわゆるツインＴＳＶ方式や、受光チップ５１から回路チップ５２まで貫通するＴＳＶで両者を接続する、いわゆるシェアードＴＳＶ方式などを採用することができる。
ただし、受光チップ５１と回路チップ５２との接合にＣｕ－Ｃｕ接合やバンプ接合を用いた場合には、Ｃｕ－Ｃｕ接合部やバンプ接合部を介して両者が電気的に接続される。
なお、図１６に示す貼合せチップ５０には、固体撮像装置１００の他に、演算部１５や発光部１３や制御部１１等が含まれていてもよい。
１．６ 単位画素の断面構造例
図９は、本実施形態に係る受光素子の概略構成例を示す断面図である。なお、図９には、いわゆる裏面照射型の固体撮像装置１００において、列方向に隣接する２つの受光素子３１の受光チップ５１部分の断面構造例が示されている。
図９に示すように、各単位画素２０における受光素子３１は、例えば、ｐ型のウエル（ｐ－ｗｅｌｌ）を備えるシリコン基板などの半導体基板４０と、半導体基板４０の裏面側（図面中、上面側）に設けられた反射防止膜４２と、反射防止膜４２上に設けられた平坦化膜４３と、平坦化膜４３上に設けられたオンチップレンズ４５とを備える。なお、回路チップ５２は、半導体基板４０の表面側（図面中、下面側）に、シリコン酸化膜などの絶縁膜４１等を介して貼り合わされてよい。
半導体基板４０には、例えば、シリコン基板などの半導体基板を用いることができ、その基板厚は、例えば、２０μｍ（マイクロメートル）以下の厚さとなるように薄厚化されている。なお、半導体基板４０の厚さは２０μｍ以上であってもよく、その厚さは固体撮像装置１００の目標とする特性等に応じて適宜定められてよい。
反射防止膜４２は、例えば、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などの高屈折材料を用いて形成された膜であってよい。また、平坦化膜４３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの絶縁材料を用いて形成された膜であってよい。
平坦化膜４３上であって、隣接する受光素子３１の境界部分には、隣接画素間での混色を防止するための遮光膜４４が設けられている。この遮光膜４４には、例えば、タングステン（Ｗ）などの遮光性を備える材料が用いられてよい。
半導体基板４０における表面側（図面中、下面側）の領域には、信号取出部３０Ａ及び３０Ｂを構成するＰＮ半導体領域３０が設けられている。
ここで、各信号取出部３０Ａ及び３０ＢにおけるＭＩＸ２１は、例えば、半導体基板４０にホウ素（Ｂ）等のアクセプタが拡散された領域であってよく、また、ＤＥＴ２２Ａ及び２２Ｂは、半導体基板４０にリン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）などのドナーが拡散された領域であってよい。
各信号取出部３０Ａ及び３０ＢのＤＥＴ２２Ａ又は２２Ｂは、外部から受光素子３１に入射した光の光量、すなわち、半導体基板４０による光電変換により発生した電荷の量を検出するための電荷検出部として機能する。
一方、ＭＩＸ２１は、多数キャリア電流を半導体基板４０に注入するための、すなわち半導体基板４０に直接電圧を印加して半導体基板４０内に電界を発生させるための電圧印加部として機能する。
本実施形態では、例えば、ＤＥＴ２２Ａ及び２２Ｂそれぞれに対して直接、ＦＤ２６が接続されている（図３参照）。
また、オンチップレンズ４５には、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）や透明樹脂などを用いることができ、入射した光が受光素子３１の中央付近に集光されるように、その曲率が設定されている。
１．７ ＰＮ半導体領域と遮光膜との位置関係
図１０は、図９におけるＰＮ半導体領域と遮光膜とを半導体基板における光の入射面と垂直な方向から見た場合の位置関係を示す上視図である。
図９に示すような構造において、遮光膜４４は、例えば、図１０に示すように、２次元格子状に配列する複数の受光素子３１の境界部分に沿って格子状に設けられている。その場合、遮光膜４４が形成する開口部は、２次元格子状に配列することとなる。
また、ＰＮ半導体領域３０は、例えば、図１０に示すように、半導体基板４０における光の入射面と垂直な方向から見て、遮光膜４４における行方向に延在する部分と重なる領域に形成される。その場合、ＰＮ半導体領域３０は、２次元格子状に配列することとなる。
このように、ＰＮ半導体領域３０を遮光膜４４と光学的に重なる領域に配置することで、図１１に例示するように、半導体基板４０の表面側（図中、下面側）に形成された絶縁膜４１における、ＰＮ半導体領域３０のＭＩＸ２１とＤＥＴ２２Ａ及び２２Ｂとを電気的に分離する部分４１ａへの入射光Ｌ１０の入射を低減できる。それにより、部分４１ａでの入射光Ｌ１０の乱反射が低減されるため、受光素子３１間を光学的に分離する画素分離特性を向上することが可能となる。
また、オンチップレンズ４５によって各受光素子３１の中央付近に入射光Ｌ１０が集光されることで、ＰＮ半導体領域３０付近での入射光Ｌ１０の光電変換が低減されるため、余分な光電変換を抑制することが可能となる。それにより、ＤＥＴ２２Ａ及び２２Ｂへの意図しない電荷の流入を低減できるため、画素分離特性をより向上することが可能となる。
１．８ 単位画素の読出し動作例
つづいて、以上のような構造を有する固体撮像装置１００を用いて対象物までの距離を間接ＴｏＦ方式により測定する場合の読出し動作について、図１、図３及び図９等を参照しつつ詳細に説明する。
対象物までの距離を間接ＴｏＦ方式により測定する場合、発光部１３（図１参照）から対象物に向けて特定波長の光（例えば、赤外光）が射出される。そして、その光が対象物で反射されて反射光として受光部１４に入射すると、固体撮像装置１００の半導体基板４０は、入射した反射光を光電変換することで、その光量に応じた電荷を発生させる。
このとき、垂直駆動回路１０３は、単位画素２０を駆動させ、光電変換により得られた電荷に応じた信号を２つの読出し回路２０Ａ及び２０ＢそれぞれのＦＤ２６に振り分ける。
例えば、あるタイミングにおいて、垂直駆動回路１０３は、同一の単位画素２０における２つのＭＩＸ２１に電圧を印加する。具体的には、例えば、垂直駆動回路１０３は、信号取出部３０ＡのＭＩＸ２１に１．５Ｖ（ボルト）の読出し電圧ＶｍｉｘＡを印加し、信号取出部３０ＢのＭＩＸ２１に０Ｖの読出し電圧ＶｍｉｘＢを印加する。
この状態で、オンチップレンズ４５を介して半導体基板４０内に光が入射し、その光が光電変換されて電荷が発生すると、この発生した電荷は、信号取出部３０ＡのＭＩＸ２１へと導かれ、この信号取出部３０ＡのＤＥＴ２２Ａに取り込まれる。
この場合、光電変換で発生した電荷（すなわち、電子）が、受光素子３１に入射した光の光量、すなわち受光量に応じた信号を検出するための信号キャリアとして用いられることになる。
ＤＥＴ２２Ａに取り込まれた電荷は、読出し回路２０Ａの転送トランジスタ２４を介してＦＤ２６へ転送される。それにより、読出し回路２０Ａにおける増幅トランジスタ２７のゲートにＦＤ２６に蓄積された電荷に応じた電圧値の電圧が印加され、その結果、垂直信号線ＶＳＬ０に、ＦＤ２６に蓄積された電荷量に応じた電圧値の電圧が、選択トランジスタ２８を介して出現する。
垂直信号線ＶＳＬ０に出現した電圧は、カラム処理回路１０４によりデジタルの画素信号として読み出され、信号処理部１０６に入力される。
また、次のタイミングでは、これまで受光素子３１内で発生していた電界と反対方向の電界が発生するように、当該受光素子３１の２つのＭＩＸ２１に電圧を印加する。具体的には、例えば、垂直駆動回路１０３は、信号取出部３０ＢのＭＩＸ２１に１．５Ｖの読出し電圧ＶｍｉｘＢを印加し、信号取出部３０ＡのＭＩＸ２１に０Ｖの読出し電圧ＶｍｉｘＡを印加する。
この状態で、オンチップレンズ４５を介して半導体基板４０内に光が入射し、その光が光電変換されて電荷が発生すると、この発生した電荷は、信号取出部３０ＢのＭＩＸ２１へと導かれ、この信号取出部３０ＢのＤＥＴ２２Ｂに取り込まれる。なお、信号キャリアは、上述と同様に、電子であってよい。
ＤＥＴ２２Ｂに取り込まれた電荷は、読出し回路２０Ｂの転送トランジスタ２４を介してＦＤ２６へ転送される。それにより、読出し回路２０Ｂにおける増幅トランジスタ２７のゲートにＦＤ２６に蓄積された電荷に応じた電圧値の電圧が印加され、その結果、垂直信号線ＶＳＬ１に、ＦＤ２６に蓄積された電荷量に応じた電圧値の電圧が、選択トランジスタ２８を介して出現する。
垂直信号線ＶＳＬ１に出現した電圧は、カラム処理回路１０４によりデジタルの画素信号として読み出され、信号処理部１０６に入力される。
信号処理部１０６は、例えば、２つの読出し回路２０Ａ及び２０Ｂそれぞれで読み出された画素信号の差に基づいて対象物までの距離を示す距離情報を算出し、算出した距離情報を外部へ出力する。
以上のように、２つの信号取出部３０Ａ及び３０Ｂへと信号キャリアを振り分け、それぞれの読出し回路２０Ａ及び２０Ｂで読み出された画素信号に基づいて距離情報を算出する方法は、間接ＴｏＦ方式と称される。
１．９ ＭＩＸ配線のレイアウト例
つぎに、各受光素子３１におけるＭＩＸ２１へ読出し電圧ＶｍｉｘＡ及びＶｍｉｘＢを印加するための配線（以下、ＭＩＸ配線という）の平面レイアウト例について、比較例を用いつつ説明する。
１．９．１ 比較例に係るＭＩＸ配線
図１２は、図４に例示した比較例に係るＭＩＸ配線の平面レイアウト例を示す図である。図１２に示すように、比較例では、各受光素子９３１の中央付近に２つのＭＩＸ９２１が配置されている。そのため、比較例に係る構成では、例えば、隣接する受光素子９３１における列方向の境界部分に沿って延在する２つの主配線９７１及び９７２のうち、一方の主配線９７１から一方のＭＩＸ９２１へ読出し電圧ＶｍｉｘＡを印加するための枝配線９７３と、他方の主配線９７２から他方のＭＩＸ９２１へ読出し電圧ＶｍｉｘＢを印加するための枝配線９７４とを設ける必要がある。
ただし、枝配線９７３及び９７４は、遮光膜等によって光学的に遮光されていないため、これらの枝配線９７３及び９７４によって入射光の反射が発生し、その結果、画素分離特性が低下してしまう可能性が存在する。
１．９．２ 第１の実施形態に係るＭＩＸ配線
図１３は、本実施形態に係るＭＩＸ配線の平面レイアウト例を示す図である。図１３に示すように、本実施形態では、ＭＩＸ２１が隣接する受光素子３１の境界部分に配置されている。そのため、本実施形態では、隣接する受光素子３１における列方向の境界部分に沿って延在する２つの主配線７１及び７２のうち、一方の主配線７１から一方のＭＩＸ２１へ読出し電圧ＶｍｉｘＡを印加するための枝配線７３と、他方の主配線７２から他方のＭＩＸ２１へ読出し電圧ＶｍｉｘＢを印加するための枝配線７４とを、遮光膜４４で光学的に遮光された領域に配置することが可能となる。それにより、枝配線７３及び７４での入射光の反射を低減することが可能となるため、その結果、画素分離特性の低下を抑制することが可能となる。
１．１０ 画素信号読出時の駆動例
つぎに、画素アレイ部１０１から画素信号を読み出す際の駆動例について、幾つか例を挙げて説明する。
１．１０．１ 第１の駆動例
まず、第１の駆動例について説明する。図１４及び図１５は、本実施形態に係る第１の駆動例を説明するための図である。
第１の駆動例では、まず、奇数行目の単位画素２０に関しては、ＤＥＴ２２Ａに接続された読出し回路２０Ａを駆動して画素信号を読み出し、偶数行目の単位画素２０に関しては、ＤＥＴ２２Ｂに接続された読出し回路２０Ｂを駆動して画素信号を読み出す。次に、奇数行目の単位画素２０に関しては、ＤＥＴ２２Ｂに接続された読出し回路２０Ｂを駆動して画素信号を読み出し、偶数行目の単位画素２０に関しては、ＤＥＴ２２Ａに接続された読出し回路２０Ａを駆動して画素信号を読み出す。
具体的には、図１４に示すように、奇数行目の受光素子３１における上側の境界部分（言い換えれば、偶数行目の受光素子３１における下側の境界部分）に位置するＭＩＸ２１に対して、Ｈｉｇｈレベル（例えば、１．５Ｖ。図面中、‘Ｈ’と記す）の読出し電圧Ｖｍｉｘ（説明の都合上、これをＶｍｉｘＡとする）を印加し、奇数行目の受光素子３１における下側の境界部分（言い換えれば、偶数行目の受光素子３１における上側の境界部分）に位置するＭＩＸ２１に対して、Ｌｏｗレベル（例えば、０Ｖ。図面中、‘Ｌ’と記す）の読出し電圧Ｖｍｉｘ（説明の都合上、これをＶｍｉｘＢとする）を印加する。
このような読出し電圧ＶｍｉｘＡ及びＶｍｉｘＢの印加により、半導体基板４０に発生した負の電荷（電子）が、奇数行目の受光素子３１においては、上側のＤＥＴ２２Ａに取り込まれ、偶数行目の受光素子３１においては、下側のＤＥＴ２２Ｂに取り込まれる。
そこで、奇数行目の受光素子３１に関しては読出し回路２０Ａを駆動して画素信号を読み出し、偶数行目の受光素子３１に関しては読出し回路２０Ｂを駆動して画素信号を読み出す。
つぎに、図１５に示すように、奇数行目の受光素子３１における下側の境界部分（言い換えれば、偶数行目の受光素子３１における上側の境界部分）に位置するＭＩＸ２１に対して、Ｈｉｇｈレベル（例えば、１．５Ｖ）の読出し電圧ＶｍｉｘＢを印加し、奇数行目の受光素子３１における上側の境界部分（言い換えれば、偶数行目の受光素子３１における下側の境界部分）に位置するＭＩＸ２１に対して、Ｌｏｗレベル（例えば、０Ｖ）の読出し電圧ＶｍｉｘＡを印加する。
このような読出し電圧ＶｍｉｘＡ及びＶｍｉｘＢの印加により、半導体基板４０に発生した負の電荷（電子）が、奇数行目の受光素子３１においては、下側のＤＥＴ２２Ｂに取り込まれ、偶数行目の受光素子３１においては、上側のＤＥＴ２２Ａに取り込まれる。
そこで、奇数行目の受光素子３１に関しては読出し回路２０Ｂを駆動して画素信号を読み出し、偶数行目の受光素子３１に関しては読出し回路２０Ａを駆動して画素信号を読み出す。
以上のような動作を、発光部１３の１回の発光に対して実行することで、発光部１３から出力されて反射光Ｌ２として受光部１４に入射したレーザ光Ｌ１の飛行時間を、１つの受光素子３１におけるＤＥＴ２２ＡとＤＥＴ２２Ｂとに蓄積された電荷の比率から求めることができる。そして、この比率から、物体９０までの距離に関する情報を取得することが可能となる。
１．１０．１．１ 第１の駆動例に係るＭＩＸ配線
なお、図１４及び図１５に示すように、奇数行目の受光素子３１における上側の境界部分に位置するＭＩＸ２１に対して共通の読出し電圧ＶｍｉｘＡを印加し、偶数行目の受光素子３１における上側の境界部分に位置するＭＩＸ２１に対して他の共通の読出し電圧ＶｍｉｘＢを印加するためのＭＩＸ配線は、例えば、図１６に示すように、奇数列目の受光素子３１における左側の境界部分に位置する主配線７１と奇数行目の受光素子３１における上側の境界部分に位置するＭＩＸ２１とを枝配線７３にて接続するとともに、偶数列目の受光素子３１における左側の境界部分に位置する主配線７２と偶数行目の受光素子３１における上側の境界部分に位置するＭＩＸ２１とを枝配線７４にて接続し、主配線７１に読出し電圧ＶｍｉｘＡを印加し、主配線７２に読出し電圧ＶｍｉｘＢを印加する構成とすることで、実現することができる。
１．１０．２ 第２の駆動例
つぎに、第２の駆動例について説明する。図１７及び図１８は、本実施形態に係る第２の駆動例を説明するための図である。
第２の駆動例では、まず、奇数行目の受光素子３１に関し、奇数列目の受光素子３１についてはＤＥＴ２２Ａに接続された読出し回路２０Ａを駆動して画素信号を読み出し、偶数列目の受光素子３１についてはＤＥＴ２２Ｂに接続された読出し回路２０Ｂを駆動して画素信号を読み出す。また、偶数行目の受光素子３１に関し、奇数列目の受光素子３１についてはＤＥＴ２２Ｂに接続された読出し回路２０Ｂを駆動して画素信号を読み出し、偶数列目の受光素子３１についてはＤＥＴ２２Ａに接続された読出し回路２２Ａを駆動して画素信号を読み出す。
つぎに、奇数行目の受光素子３１に関し、奇数列目の受光素子３１についてはＤＥＴ２２Ｂに接続された読出し回路２０Ｂを駆動して画素信号を読み出し、偶数列目の受光素子３１についてはＤＥＴ２２Ａに接続された読出し回路２０Ａを駆動して画素信号を読み出す。また、偶数行目の受光素子３１に関し、奇数列目の受光素子３１についてはＤＥＴ２２Ａに接続された読出し回路２０Ａを駆動して画素信号を読み出し、偶数列目の受光素子３１についてはＤＥＴ２２Ｂに接続された読出し回路２２Ａを駆動して画素信号を読み出す。
具体的には、図１７に示すように、奇数行目及び奇数列目の受光素子３１における上側の境界部分（言い換えれば、偶数行目及び奇数列目の受光素子３１における下側の境界部分）に位置するＭＩＸ２１並びに偶数行目及び偶数列目の受光素子３１における上側の境界部分（言い換えれば、奇数行目及び偶数列目の受光素子３１における上側の境界部分）に位置するＭＩＸ２１に対して、Ｈｉｇｈレベル（例えば、１．５Ｖ）の読出し電圧Ｖｍｉｘ（説明の都合上、これをＶｍｉｘＡとする）を印加し、奇数行目及び偶数列目の受光素子３１における上側の境界部分（言い換えれば、偶数行目及び偶数列目の受光素子３１における下側の境界部分）に位置するＭＩＸ２１並びに偶数行目及び奇数列目の受光素子３１における上側の境界部分（言い換えれば、奇数行目及び奇数列目の受光素子３１における下側の境界部分）に位置するＭＩＸ２１に対して、Ｌｏｗレベル（例えば、０Ｖ）の読出し電圧Ｖｍｉｘ（説明の都合上、これをＶｍｉｘＢとする）を印加する。
このような読出し電圧ＶｍｉｘＡ及びＶｍｉｘＢの印加により、半導体基板４０に発生した負の電荷（電子）が、奇数行目及び奇数列目の受光素子３１並びに偶数行目及び偶数列目の受光素子３１においては、上側のＤＥＴ２２Ａに取り込まれ、奇数行目及び偶数列目の受光素子３１並びに偶数行目及び奇数列目の受光素子３１においては、下側のＤＥＴ２２Ｂに取り込まれる。
そこで、奇数行目及び奇数列目の受光素子３１並びに偶数行目及び偶数列目の受光素子３１に関しては読出し回路２０Ａを駆動して画素信号を読み出し、奇数行目及び偶数列目の受光素子３１並びに偶数行目及び奇数列目の受光素子３１に関しては読出し回路２０Ｂを駆動して画素信号を読み出す。
つぎに、図１８に示すように、奇数行目及び奇数列目の受光素子３１における下側の境界部分に位置するＭＩＸ２１並びに偶数行目及び偶数列目の受光素子３１における下側の境界部分に位置するＭＩＸ２１に対して、Ｈｉｇｈレベル（例えば、１．５Ｖ）の読出し電圧ＶｍｉｘＢを印加し、奇数行目及び偶数列目の受光素子３１における下側の境界部分に位置するＭＩＸ２１並びに偶数行目及び奇数列目の受光素子３１における下側の境界部分に位置するＭＩＸ２１に対して、Ｌｏｗレベル（例えば、０Ｖ）の読出し電圧ＶｍｉｘＡを印加する。
このような読出し電圧ＶｍｉｘＡ及びＶｍｉｘＢの印加により、半導体基板４０に発生した負の電荷（電子）が、奇数行目及び奇数列目の受光素子３１並びに偶数行目及び偶数列目の受光素子３１においては、下側のＤＥＴ２２Ｂに取り込まれ、奇数行目及び偶数列目の受光素子３１並びに偶数行目及び奇数列目の受光素子３１においては上側のＤＥＴ２２Ａに取り込まれる。
そこで、奇数行目及び奇数列目の受光素子３１並びに偶数行目及び偶数列目の受光素子３１に関しては読出し回路２０Ｂを駆動して画素信号を読み出し、奇数行目及び偶数列目の受光素子３１並びに偶数行目及び奇数列目の受光素子３１に関しては読出し回路２０Ａを駆動して画素信号を読み出す。
以上のような動作を、発光部１３の１回の発光に対して実行することで、発光部１３から出力されて反射光Ｌ２として受光部１４に入射したレーザ光Ｌ１の飛行時間を、１つの受光素子３１におけるＤＥＴ２２ＡとＤＥＴ２２Ｂとに蓄積された電荷の比率から求めることができる。そして、この比率から、物体９０までの距離に関する情報を取得することが可能となる。
１．１０．２．１ 第２の駆動例に係るＭＩＸ配線
なお、図１７及び図１８に示すように、奇数行目及び奇数列目の受光素子３１並びに偶数行目及び偶数列目の受光素子３１における上側の境界部分に位置するＭＩＸ２１に対して共通の読出し電圧ＶｍｉｘＡを印加し、奇数行目及び偶数列目の受光素子３１並びに偶数行目及び奇数列目の受光素子３１における上側の境界部分に位置するＭＩＸ２１に対して他の共通の読出し電圧ＶｍｉｘＢを印加するためのＭＩＸ配線は、例えば、図１９に示すように、奇数列目の受光素子３１における左側の境界部分に位置する主配線７１と奇数行目及び奇数列目の受光素子３１並びに偶数行目及び偶数列目の受光素子３１における上側の境界部分に位置するＭＩＸ２１とを枝配線７３にて接続するとともに、偶数列目の受光素子３１における左側の境界部分に位置する主配線７２と奇数行目及び偶数列目の受光素子３１並びに偶数行目及び奇数列目の受光素子３１における上側の境界部分に位置するＭＩＸ２１とを枝配線７４にて接続し、主配線７１に読出し電圧ＶｍｉｘＡを印加し、主配線７２に読出し電圧ＶｍｉｘＢを印加する構成とすることで、実現することができる。
１．１１ 半導体基板中の電界
つぎに、本実施形態に係る受光素子３１における半導体基板４０中に形成される電界について、比較例を用いつつ説明する。
図２０は、図４に例示した比較例に係る受光素子の半導体基板中に形成される電位のシミュレーション結果を示す平面図であり、図２１は、同シミュレーション結果の垂直断面図である。一方、図２２は、本実施形態に係る受光素子の半導体基板中に形成される電位のシミュレーション結果を示す平面図であり、図２３は、同シミュレーション結果の垂直断面図である。
なお、図２０及び図２１に示す比較例では、各受光素子９３１を一辺の長さが５μの正方形とし、信号取出部９３０ＡにおけるＭＩＸ９２１の中心から信号取出部９３０ＢにおけるＭＩＸ９２１の中心までの距離を２．５μｍとした。また、図２２及び図２３に示す本実施例では、各受光素子３１を一辺の長さが５μの正方形とした。この場合、ＭＩＸ２１の中心間の距離は５μｍとなる。
また、図２０及び図２１では、信号取出部９３０Ａを信号取り出し側とし、信号取出部９３０ＡのＭＩＸ９２１に１．２Ｖの読出し電圧ＶｍｉｘＡを印加し、他方のＭＩＸ９２１に０Ｖの読出し電圧ＶｍｉｘＢを印加した。一方、図２２及び図２３では、信号取り出し側のＭＩＸ２１に１．２Ｖの読出し電圧ＶｍｉｘＡを印加し、他方のＭＩＸ２１に０Ｖの読出し電圧ＶｍｉｘＢを印加した。さらに、図２０から図２３では、各ＤＥＴ９２２、２２Ａ及び２２Ｂに２Ｖを印加した。
図２０と図２２とを比較すると分かるように、図２０に例示する比較例の場合、信号取り出し側でない信号取出部９３０Ｂの周囲の等電位線が密となっている。これは、信号取出部９３０Ｂの周囲に電界が集中した領域が形成されていることを示している。その場合、信号取出部９３０Ｂ付近で発生した電荷の信号取出部９３０Ａへの移動が阻害されてしまうため、信号取出部９３０ＡのＤＥＴ９２２に効率的に電荷を集めることができず、それにより、コントラストが低下してしまう。
それに対し、図２２に示す本実施形態では、信号取り出し側でない信号取出部３０Ｂの周囲に形成される強電界の領域が小さい。それにより、本実施形態では、信号取出部３０Ｂ付近で発生した電荷も効率的に信号取出部３０ＡのＤＥＴ２２Ａに取り込むことが可能となるため、画素間のコントラストを高めることが可能となる。
また、図２１と図２３とを比較すると分かるように、図２１に例示する比較例では、半導体基板の深い位置における等電位線の間隔が広くなっている。これは、半導体基板の深い位置における電界が弱いことを示している。その場合、半導体基板の深い位置で発生した電荷を効率的に信号取出部９３０ＡのＤＥＴ９２２電荷を集めることができず、それにより、コントラストが低下してしまう。
それに対し、図２３に例示する本実施形態では、半導体基板４０の深い位置にも狭い間隔で等電位線が形成されている。これは、半導体基板４０の深い位置における電界が強いことを示している。それにより、本実施形態では、半導体基板４０の深い位置で発生した電荷も効率的に信号取出部３０ＡのＤＥＴ２２Ａに取り込むことが可能となるため、画素間のコントラストを高めることが可能となる。
以上のことから、本実施形態では、各受光素子３１において、半導体基板４０の広範囲から信号取り出し側のＤＥＴ２２Ａ又は２２Ｂに効率的に電荷を集めることが可能となるため、画素間のコントラストを高めることが可能となる。
１．１２ 動作速度とコントラストとの関係
また、半導体基板４０の広範囲から信号取り出し側のＤＥＴ２２Ａ又は２２Ｂに効率的に電荷を集めることが可能となることは、本実施形態に係る単位画素２０が、高速な読出し動作が可能であることを示している。
図２４は、図２０及び図２１に例示した比較例に係る単位画素と本実施形態に係る単位画素との動作周波数ごとに得られるコントラストを示す図である。
図２４において、実線Ｕ１１は、本実施形態に係る単位画素２０の実測値による動作周波数ごとのコントラストを示し、破線Ｕ１２は、単位画素２０のシミュレーション結果による動作周波数ごとのコントラストを示す。また、実線Ｕ９１は、比較例に係る単位画素の実測値による動作周波数ごとのコントラストを示し、破線Ｕ１２は、単位画素のシミュレーション結果による動作周波数ごとのコントラストを示す。なお、図２４において、シミュレーション条件は、例えば、図２０～図２３に示す結果を得るためのシミュレーションで使用した条件と同じとする。
図２４に示すように、本実施形態に係る単位画素２０は、実測値とシミュレーション結果との両方で、少なくとも２０ＭＨｚ（メガヘルツ）から１２０ＭＨｚ又は１４ＭＨｚの広範囲において、比較例に係る単位画素よりも高いコントラストを得ることができる。これは、本実施形態に係る単位画素２０が、例えば、比較例に係る単位画素よりも高い動作速度で読出し動作が可能であることを示している。
１．１３ 動作電圧とコントラストとの関係
また、半導体基板４０の広範囲から信号取り出し側のＤＥＴ２２に効率的に電荷を集めることが可能となることは、本実施形態に係る単位画素２０が、低い動作電圧での動作が可能であることも示している。
図２５は、図２０及び図２１に例示した比較例に係る単位画素と本実施形態に係る単位画素とのＭＩＸに流れる電流値ごとに得られるコントラストを示す図である。
図２５において、実線Ｕ１３は、本実施形態に係る単位画素２０のＭＩＸ２１に流れる電流の電流値ごとに得られるコントラストを示し、破線Ｕ９３は、図２０及び図２１に例示した比較例に係る単位画素のＭＩＸ９２１に流れる電流の電流値ごとに得られるコントラストを示している。
図２５における実線Ｕ１３及び破線Ｕ９３から分かるように、ＭＩＸ２１又は９２１に流れる電流の電流値を同じ電流値とした場合、比較例に係る単位画素に比べて、本実施形態に係る単位画素２０の方が高いコントラストを得ることができる。これは、本実施形態に係る単位画素２０が、例えば、比較例に係る単位画素よりも低い動作電圧で動作できることを示している。そして、このことは、本実施形態に係る単位画素２０の方が消費電力を低減できることも示している。
１．１４ 作用・効果
以上のように、本実施形態によれば、１つのＭＩＸ２１を上下に隣接する２つの単位画素２０で共有するため、ＭＩＸ２１の中心間の距離をそのまま単位画素２０の画素ピッチとすることが可能となる。それにより、列方向における単位画素２０の集積度を上げることが可能となるため、解像度の低下を抑制しつつ測距精度を上げること、又は、測距精度の定価を抑制しつつ解像度を上げることが可能となる。
また、本実施形態によれば、信号取り出し側でない信号取出部３０Ｂ又は３０Ａの周囲に形成される強電界の領域を小さくすることが可能となる。それにより、本実施形態では、信号取り出し側でない信号取出部３０Ｂ又は３０Ａ付近で発生した電荷も効率的に信号取り出し側である信号取出部３０ＡのＤＥＴ２２Ａ又は信号取出部３０ＢのＤＥＴ２２Ｂに取り込むことが可能となるため、画素間のコントラストを高めることが可能となる。
さらに、本実施形態によれば、半導体基板４０の広範囲から信号取り出し側のＤＥＴ２２Ａ又は２２Ｂに効率的に電荷を集めることが可能となることで、高速な読出し動作や低い動作電圧での読出しが可能になるという効果も得られる。
なお、本実施形態では、半導体基板４０をｐ型のウエルとし、ＭＩＸ２１を導電型がｐ型のｐ＋半導体領域とし、ＤＥＴ２２Ａ及び２２Ｂを導電型がｎ型のｎ＋半導体領域とした場合を例示したが、これに限定されず、例えば、半導体基板４０をｎ型のウエルとし、ＭＩＸ２１を導電型がｎ型のｎ＋半導体領域とし、ＤＥＴ２２Ａ及び２２Ｂを導電型がｐ型のｐ＋半導体領域とすることも可能である。これは、後述する実施形態においても同様である。
２．第２の実施形態
つぎに、第２の実施形態について、以下に図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、上述した実施形態と同様の構成、動作及び効果については、それらを引用することで、重複する説明を省略する。
第１の実施形態では、列方向に配列する２つの受光素子３１で１つのＭＩＸ２１を共有する場合について、例を挙げて説明した。これに対し、第２の実施形態では、列方向及び行方向に隣接する４つの受光素子３１で１つのＭＩＸ２１を共有する場合について、例を挙げて説明する。
２．１ 第２の実施形態に係る平面レイアウト例
図２６は、本実施形態に係る受光素子のレイアウト例を示す平面図であり、図２７は、図２６に示す受光素子のサイズの一例を示す平面図である。
図２６に示すように、本実施形態に係る画素アレイ部１０１は、第１の実施形態と同様に、複数の受光素子３１が２次元格子状に配列した構成を備える。
ただし、本実施形態では、列方向及び行方向に２つずつ配列する４つの受光素子３１を１つのグループとし、その４つの受光素子３１の角部が集合する中央部分と、４つの受光素子３１が構成する矩形領域の４つの角部分とのそれぞれに、ＭＩＸ２１が設けられている。言い換えれば、各ＭＩＸ２１は、各受光素子３１において１組の対角に位置するように配置されている。なお、４つの受光素子３１が構成する矩形領域の４つの角部分それぞれに設けられたＭＩＸ２１は、これを中央部分とする４つの受光素子３１で共有される。
各ＭＩＸ２１は、これを共有する４つの受光素子３１それぞれに設けられたＤＥＴ２２Ａ又は２２Ｂとともに、信号取出部３０Ａ又は３０Ｂを構成する。したがって、本実施形態に係るＰＮ半導体領域２３０は、２つの信号取出部３０Ａと２つの信号取出部３０Ｂとを含む。
各受光素子３１におけるＤＥＴ２２Ａ及び２２Ｂの位置は、第１の実施形態と同様の位置、例えば、各受光素子３１の列方向の境界部分における中央寄りの位置であってよい。
ここで、例えば、第１の実施形態に係る受光素子３１と同様に、信号取出部３０Ａ及び３０ＢにおけるＭＩＸ２１の中心間の距離をａとし、各受光素子３１の形成領域を正方形とすると、図２７に示すように、各受光素子３１は、列方向の長さ及び行方向の長さそれぞれをａ／√２とした正方形の領域とすることができる。すなわち、本実施形態のように、２行２列に配列する４つの受光素子３１で１つのＭＩＸ２１を共有する構成とすることで、受光素子３１の画素ピッチを第１の実施形態における画素ピッチａの１／√２とすることが可能となる。それにより、列方向及び行方向における受光素子３１の集積度を上げることが可能となるため、列方向及び行方向の解像度を高めることが可能となる。
例えば、第１の実施形態と比較すると、各受光素子３１の列方向の長さを１／√２に縮小することが可能となる。それにより、例えば、第１の実施形態と比べて、列方向の解像度を√２倍に増加することが可能となる。また、第１の実施形態に係る受光素子３１の平面領域を正方形とした場合、行方向の解像度も√２倍とすることが可能である。
２．２ 画素信号読出時の駆動例
つぎに、画素アレイ部１０１から画素信号を読み出す際の駆動例について、幾つか例を挙げて説明する。
図２８及び図２９は、本実施形態に係る駆動例を説明するための図である。本実施形態に係る駆動例では、まず、奇数行目の単位画素２０に関しては、ＤＥＴ２２Ａに接続された読出し回路２０Ａを駆動して画素信号を読み出し、偶数行目の単位画素２０に関しては、ＤＥＴ２２Ｂに接続された読出し回路２０Ｂを駆動して画素信号を読み出す。次に、奇数行目の単位画素２０に関しては、ＤＥＴ２２Ｂに接続された読出し回路２０Ｂを駆動して画素信号を読み出し、偶数行目の単位画素２０に関しては、ＤＥＴ２２Ａに接続された読出し回路２０Ａを駆動して画素信号を読み出す。
具体的には、図２８に示すように、奇数行目の受光素子３１における奇数列目の受光素子３１の左上側の境界部分（言い換えれば、偶数行目の受光素子３１における偶数列目の受光素子３１の右下側の境界部分）に位置するＭＩＸ２１に対して、Ｈｉｇｈレベル（例えば、１．５Ｖ）の読出し電圧Ｖｍｉｘ（説明の都合上、これをＶｍｉｘＡとする）を印加し、奇数行目の受光素子３１における奇数列目の受光素子３１の右下側の境界部分（言い換えれば、偶数行目の受光素子３１における偶数列目の受光素子３１の左上側の境界部分）に位置するＭＩＸ２１に対して、Ｌｏｗレベル（例えば、０Ｖ）の読出し電圧Ｖｍｉｘ（説明の都合上、これをＶｍｉｘＢとする）を印加する。
このような読出し電圧ＶｍｉｘＡ及びＶｍｉｘＢの印加により、半導体基板４０に発生した負の電荷（電子）が、奇数行目の受光素子３１においては、上側のＤＥＴ２２Ａに取り込まれ、偶数行目の受光素子３１においては、下側のＤＥＴ２２Ｂに取り込まれる。
そこで、奇数行目の受光素子３１に関しては読出し回路２０Ａを駆動して画素信号を読み出し、偶数行目の受光素子３１に関しては読出し回路２０Ｂを駆動して画素信号を読み出す。
つぎに、図２９に示すように、奇数行目の受光素子３１における奇数列目の受光素子３１の右下側の境界部分（言い換えれば、偶数行目の受光素子３１における偶数列目の受光素子３１の左上側の境界部分）に位置するＭＩＸ２１に対して、Ｈｉｇｈレベル（例えば、１．５Ｖ）の読出し電圧ＶｍｉｘＢを印加し、奇数行目の受光素子３１における奇数列目の受光素子３１の左上側の境界部分（言い換えれば、偶数行目の受光素子３１における偶数列目の受光素子３１の右下側の境界部分）に位置するＭＩＸ２１に対して、Ｌｏｗレベル（例えば、０Ｖ）の読出し電圧ＶｍｉｘＡを印加する。
このような読出し電圧ＶｍｉｘＡ及びＶｍｉｘＢの印加により、半導体基板４０に発生した負の電荷（電子）が、奇数行目の受光素子３１においては、下側のＤＥＴ２２Ｂに取り込まれ、偶数行目の受光素子３１においては、上側のＤＥＴ２２Ａに取り込まれる。
そこで、奇数行目の受光素子３１に関しては読出し回路２０Ｂを駆動して画素信号を読み出し、偶数行目の受光素子３１に関しては読出し回路２０Ａを駆動して画素信号を読み出す。
以上のような動作を、発光部１３の１回の発光に対して実行することで、発光部１３から出力されて反射光Ｌ２として受光部１４に入射したレーザ光Ｌ１の飛行時間を、１つの受光素子３１におけるＤＥＴ２２ＡとＤＥＴ２２Ｂとに蓄積された電荷の比率から求めることができる。そして、この比率から、物体９０までの距離に関する情報を取得することが可能となる。
２．３ 作用・効果
以上のように、本実施形態によれば、１つのＭＩＸ２１を上下左右に隣接する４つの受光素子３１で共有し、ＭＩＸ２１を各受光素子３１の対角に位置させるため、ＭＩＸ２１の中心間の距離の１／√２倍を受光素子３１の画素ピッチとすることが可能となる。それにより、列方向及び行方向における受光素子３１の集積度を上げることが可能となるため、解像度の低下を抑制しつつ測距精度を上げること、又は、測距精度の定価を抑制しつつ解像度を上げることが可能となる。
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
３．第３の実施形態
第２の実施形態では、各受光素子３１におけるＤＥＴ２２Ａ及び２２Ｂの位置を、例えば、各受光素子３１の列方向の境界部分における中央寄りの位置とした場合（図２６参照）を例示したが、各受光素子３１におけるＤＥＴ２２Ａ及び２２Ｂの位置は、種々変更することが可能である。
例えば、図３０に例示するように、各受光素子３１におけるＤＥＴ２２Ａ及び２２Ｂを、ＭＩＸ２１が設けられた角部に寄せて配置することで、読出し電圧ＶｍｉｘＡ又はＶｍｉｘＢが印加されたＭＩＸ２１へ向けて移動する電荷をＤＥＴ２２Ａ又は２２Ｂに効率的に取り込むことが可能となるため、画素間のコントラストを高めることが可能となる。
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
４．第４の実施形態
また、上述した実施形態において、例えば、図３１に例示するように、半導体基板４０における光の入射面に、円錐状や四角錐状等の溝４０１を設けることで、半導体基板４０の光入射面をモスアイ構造とすることも可能である。
このように、半導体基板４０における光の入射面をモスアイ構造とすることで、光の入射面における反射率を低減してより多くの光を半導体基板４０中に入射させることが可能となるため、画素間のコントラストを高めることが可能となる。
なお、溝４０１の形状は、円錐や四角錐に限られず、楕円錐や三角錐などの多角錐など、種々変形することが可能である。
また、図３１に例示するように、２次元格子状に配列する受光素子３１間に、隣接する受光素子３１間を光学的に分離する画素分離部４０２が設けられてもよい。隣接する受光素子３１間に画素分離部４０２を設けることで、隣接する受光素子３１への光の漏れ込みを防止することが可能となるため、画素分離特性を向上することが可能となる。
画素分離部４０２は、例えば、受光素子３１の境界部分に沿ってトレンチを形成し、そのトレンチ内にタングステン（Ｗ）などの遮光材料や高屈折率材料（例えば、半導体基板４０よりも高い屈折率を備える材料）を埋め込むことで、形成することが可能である。なお、遮光膜４０２と半導体基板４０との間は、トレンチの内表面に形成された絶縁膜などを用いて電気的に分離されていてよい。
また、図３１には、半導体基板４０の裏面（図中、上面）から中腹にかけて形成された、いわゆるＲＤＴＩ（Reverse Deep Trench Isolation）型の画素分離部４０２を例示するが、これに限定されず、例えば、半導体基板４０の表裏面を貫通するＦＦＴＩ（Front Full Trench Isolation）型の画素分離部など、種々変形することが可能である。
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
５．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３２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７０００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７０００は、通信ネットワーク７０１０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３２に示した例では、車両制御システム７０００は、駆動系制御ユニット７１００、ボディ系制御ユニット７２００、バッテリ制御ユニット７３００、車外情報検出ユニット７４００、車内情報検出ユニット７５００、及び統合制御ユニット７６００を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク７０１０は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）、ＬＡＮ（Local Area Network）又はＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。
各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク７０１０を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークＩ／Ｆを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信Ｉ／Ｆを備える。図３２では、統合制御ユニット７６００の機能構成として、マイクロコンピュータ７６１０、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０、音声画像出力部７６７０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０及び記憶部７６９０が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信Ｉ／Ｆ及び記憶部等を備える。
駆動系制御ユニット７１００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７１００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。駆動系制御ユニット７１００は、ＡＢＳ（Antilock Brake System）又はＥＳＣ（Electronic Stability Control）等の制御装置としての機能を有してもよい。
駆動系制御ユニット７１００には、車両状態検出部７１１０が接続される。車両状態検出部７１１０には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット７１００は、車両状態検出部７１１０から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。
ボディ系制御ユニット７２００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７２００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７２００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７２００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。
バッテリ制御ユニット７３００は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池７３１０を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット７３００には、二次電池７３１０を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット７３００は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池７３１０の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。
車外情報検出ユニット７４００は、車両制御システム７０００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７４００には、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部７４１０には、ＴｏＦ（Time Of Flight）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部７４２０には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム７０００を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。
環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。
ここで、図３３は、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０の設置位置の例を示す。撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８は、例えば、車両７９００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のうちの少なくとも一つ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７９１０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７９１８は、主として車両７９００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７９１２，７９１４は、主として車両７９００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７９１６は、主として車両７９００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７９１８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３３には、それぞれの撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲ａは、フロントノーズに設けられた撮像部７９１０の撮像範囲を示し、撮像範囲ｂ，ｃは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部７９１２，７９１４の撮像範囲を示し、撮像範囲ｄは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部７９１６の撮像範囲を示す。例えば、撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６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７９００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
車両７９００のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２２，７９２４，７９２６，７９２８，７９３０は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両７９００のフロントノーズ、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に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０は、例えばＬＩＤＡＲ装置であってよい。これらの車外情報検出部７９２０～７９３０は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。
図３２に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット７４００は、撮像部７４１０に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット７４００は、接続されている車外情報検出部７４２０から検出情報を受信する。車外情報検出部７４２０が超音波センサ、レーダ装置又はＬＩＤＡＲ装置である場合には、車外情報検出ユニット７４００は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、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。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。
また、車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット７４００は、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。
車内情報検出ユニット７５００は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部７５１０が接続される。運転者状態検出部７５１０は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００は、運転者状態検出部７５１０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。車内情報検出ユニット７５００は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。
統合制御ユニット７６００は、各種プログラムにしたがって車両制御システム７０００内の動作全般を制御する。統合制御ユニット７６００には、入力部７８００が接続されている。入力部７８００は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット７６００には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部７８００は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム７０００の操作に対応した携帯電話又はＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の外部接続機器であってもよい。入力部７８００は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部７８００は、例えば、上記の入力部７８００を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット７６００に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部７８００を操作することにより、車両制御システム７０００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。
記憶部７６９０は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を含んでいてもよい。また、記憶部７６９０は、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。
汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、外部環境７７５０に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信Ｉ／Ｆである。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、ＧＳＭ（登録商標）（Global System of Mobile communications）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、ＬＴＥ（登録商標）（Long Term Evolution）若しくはＬＴＥ－Ａ（LTE－Advanced）などのセルラー通信プロトコル、又は無線ＬＡＮ（Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）ともいう）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク（例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク）上に存在する機器（例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ）へ接続してもよい。また、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えばＰ２Ｐ（Peer To Peer）技術を用いて、車両の近傍に存在する端末（例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はＭＴＣ（Machine Type Communication）端末）と接続してもよい。
専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信Ｉ／Ｆである。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、例えば、下位レイヤのＩＥＥＥ８０２．１１ｐと上位レイヤのＩＥＥＥ１６０９との組合せであるＷＡＶＥ（Wireless Access in Vehicle Environment）、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communications）、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、典型的には、車車間（Vehicle to Vehicle）通信、路車間（Vehicle to Infrastructure）通信、車両と家との間（Vehicle to Home）の通信及び歩車間（Vehicle to Pedestrian）通信のうちの１つ以上を含む概念であるＶ２Ｘ通信を遂行する。
測位部７６４０は、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部７６４０は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、ＰＨＳ若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。
ビーコン受信部７６５０は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部７６５０の機能は、上述した専用通信Ｉ／Ｆ７６３０に含まれてもよい。
車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、マイクロコンピュータ７６１０と車内に存在する様々な車内機器７７６０との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Near Field Communication）又はＷＵＳＢ（Wireless USB）といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、図示しない接続端子（及び、必要であればケーブル）を介して、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition Multimedia Interface、又はＭＨＬ（Mobile High-definition
Link）等の有線接続を確立してもよい。車内機器７７６０は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、車内機器７７６０は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、これらの車内機器７７６０との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。
車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、マイクロコンピュータ７６１０と通信ネットワーク７０１０との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、通信ネットワーク７０１０によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。
統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム７０００を制御する。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、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７１００に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ７６１０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ってもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、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ってもよい。
マイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の３次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。
音声画像出力部７６７０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３２の例では、出力装置として、オーディオスピーカ７７１０、表示部７７２０及びインストルメントパネル７７３０が例示されている。表示部７７２０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。表示部７７２０は、ＡＲ（Augmented Reality）表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ７６１０が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。
なお、図３２に示した例において、通信ネットワーク７０１０を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム７０００が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク７０１０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク７０１０を介して相互に検出情報を送受信してもよい。
なお、図１を用いて説明した本実施形態に係るＴｏＦセンサ１の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを、いずれかの制御ユニット等に実装することができる。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することもできる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等である。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信されてもよい。
以上説明した車両制御システム７０００において、図１を用いて説明した本実施形態に係るＴｏＦセンサ１は、図３２に示した応用例の統合制御ユニット７６００に適用することができる。例えば、ＴｏＦセンサ１の制御部１１、演算部１５及び外部Ｉ／Ｆ１９は、統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０、記憶部７６９０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０に相当する。ただし、これに限定されず、車両制御システム７０００が図１におけるホスト８０に相当してもよい。
また、図１を用いて説明した本実施形態に係るＴｏＦセンサ１の少なくとも一部の構成要素は、図３２に示した統合制御ユニット７６００のためのモジュール（例えば、一つのダイで構成される集積回路モジュール）において実現されてもよい。あるいは、図１を用いて説明した本実施形態に係るＴｏＦセンサ１が、図３２に示した車両制御システム７０００の複数の制御ユニットによって実現されてもよい。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示の技術的範囲は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、異なる実施形態及び変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
また、本明細書に記載された各実施形態における効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、他の効果があってもよい。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
半導体基板と、
前記半導体基板の第１面上に設けられ、開口部が行列状に配列する格子状の遮光膜と、
前記半導体基板における前記第１面とは反対側の第２面に行列状に配列する複数の第１半導体領域と、
前記半導体基板の前記第２面であって前記第１半導体領域それぞれを列方向から挟む隣接領域に設けられた複数の第２半導体領域と、
前記半導体基板の前記第２面上に設けられ、前記第１半導体領域と電気的に接続された配線層と、
を備え、
前記第１半導体領域は、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域に位置し、
前記配線層は、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域を列方向に延在する主配線と、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域を行方向に延在し、前記主配線と前記第１半導体領域それぞれとを接続する枝配線とを含む
受光素子。
（２）
前記第１半導体領域は、前記遮光膜における行方向に延在する領域それぞれに設けられている前記（１）に記載の受光素子。
（３）
前記主配線は、奇数列の前記第１半導体領域の第１の側を前記列方向に延在する第１主配線と、偶数列の前記第１半導体領域の前記第１の側を前記列方向に延在する第２主配線とを含み、
前記複数の第１半導体領域のうち、奇数行の前記第１半導体領域は、前記第１主配線に前記枝配線を介して接続され、偶数行の前記第２半導体領域は、前記第２主配線に前記枝配線を介して接続される
前記（１）又は（２）に記載の受光素子。
（４）
前記主配線は、奇数列の前記第１半導体領域の第１の側を前記列方向に延在する第１主配線と、偶数列の前記第１半導体領域の前記第１の側を前記列方向に延在する第２主配線とを含み、
前記奇数列の前記第１半導体領域のうち、奇数行の前記第１半導体領域は、前記第１主配線に前記枝配線を介して接続され、偶数行の前記第１半導体領域は、前記第２主配線に前記枝配線を介して接続され、
前記偶数列の前記第１半導体領域のうち、前記奇数行の前記第１半導体領域は、前記第２主配線に前記枝配線を介して接続され、前記偶数行の前記第１半導体領域は、前記第１主配線に前記枝配線を介して接続される
前記（１）又は（２）に記載の受光素子。
（５）
前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域とは反対の導電型を備える前記（１）～（４）の何れか１項に記載の受光素子。
（６）
前記遮光膜上に行列状に配列する複数のオンチップレンズをさらに備える前記（１）～（５）の何れか１項に記載の受光素子。
（７）
前記半導体基板の前記第１面は、モスアイ構造である前記（１）に記載の受光素子。
（８）
複数の受光素子が行列状に配列する半導体基板と、
前記半導体基板の第１面上であって、前記複数の受光素子の境界部分に格子状に設けられた遮光膜と、
前記半導体基板における前記第１面とは反対側の第２面であって、前記複数の受光素子のうちの４つの受光素子の角部が集まる部分と、当該４つの受光素子が構成する矩形領域の４つの角部分とにそれぞれ設けられた第１半導体領域と、
前記半導体基板の前記第２面であって、前記複数の受光素子の境界部分のうちの行方向に延在する境界部分それぞれを列方向から挟む位置それぞれに設けられた第２半導体領域と、
前記半導体基板の前記第２面上に設けられ、前記第１半導体領域と電気的に接続された配線層と、
を備える受光素子。
（９）
前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域と前記列方向から隣接する前記位置に設けられている前記（８）に記載の受光素子。
（１０）
半導体基板と、
前記半導体基板の第１面上に設けられ、開口部が行列状に配列する格子状の遮光膜と、
前記半導体基板における前記第１面とは反対側の第２面に行列状に配列する複数の第１半導体領域と、
前記半導体基板の前記第２面であって前記第１半導体領域それぞれを列方向から挟む隣接領域に設けられた複数の第２半導体領域と、
前記半導体基板の前記第２面上に設けられ、前記第１半導体領域と電気的に接続された配線層と、
前記複数の第２半導体領域のうち、前記第１半導体領域に対して第１方向から隣接する第２半導体領域それぞれに接続された第１読出し回路と、
前記複数の第２半導体領域のうち、前記第１半導体領域に対して前記第１方向とは反対の第２方向から隣接する第２半導体領域それぞれに接続された第２読出し回路と、
を備え、
前記第１半導体領域は、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域に位置し、
前記配線層は、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域を列方向に延在する主配線と、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域を行方向に延在し、前記主配線と前記第１半導体領域それぞれとを接続する枝配線とを含む
固体撮像装置。
（１１）
複数の受光素子が行列状に配列する半導体基板と、
前記半導体基板の第１面上であって、前記複数の受光素子の境界部分に格子状に設けられた遮光膜と、
前記半導体基板における前記第１面とは反対側の第２面であって、前記複数の受光素子のうちの４つの受光素子の角部が集まる部分と、当該４つの受光素子が構成する矩形領域の４つの角部分とにそれぞれ設けられた第１半導体領域と、
前記半導体基板の前記第２面であって、前記複数の受光素子の境界部分のうちの行方向に延在する境界部分それぞれを列方向から挟む位置それぞれに設けられた第２半導体領域と、
前記半導体基板の前記第２面上に設けられ、前記第１半導体領域と電気的に接続された配線層と、
前記第２半導体領域のうち、前記第１半導体領域に対して第１方向から隣接する第２半導体領域それぞれに接続された第１読出し回路と、
前記第２半導体領域のうち、前記第１半導体領域に対して前記第１方向とは反対の第２方向から隣接する第２半導体領域それぞれに接続された第２読出し回路と、
を備える固体撮像装置。
（１２）
所定波長の光を出射する発光部と、
受光した光から画素信号を生成する固体撮像装置と、
前記固体撮像装置で生成された画素信号に基づいて物体までの距離を算出する演算部と、
を備え、
前記固体撮像装置は、
半導体基板と、
前記半導体基板の第１面上に設けられ、開口部が行列状に配列する格子状の遮光膜と、
前記半導体基板における前記第１面とは反対側の第２面に行列状に配列する複数の第１半導体領域と、
前記半導体基板の前記第２面であって前記第１半導体領域それぞれを列方向から挟む隣接領域に設けられた複数の第２半導体領域と、
前記半導体基板の前記第２面上に設けられ、前記第１半導体領域と電気的に接続された配線層と、
前記複数の第２半導体領域のうち、前記第１半導体領域に対して第１方向から隣接する第２半導体領域それぞれに接続された第１読出し回路と、
前記複数の第２半導体領域のうち、前記第１半導体領域に対して前記第１方向とは反対の第２方向から隣接する第２半導体領域それぞれに接続された第２読出し回路と、
を備え、
前記第１半導体領域は、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域に位置し、
前記配線層は、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域を列方向に延在する主配線と、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域を行方向に延在し、前記主配線と前記第１半導体領域それぞれとを接続する枝配線とを含む
測距装置。
（１３）
所定波長の光を出射する発光部と、
受光した光から画素信号を生成する固体撮像装置と、
前記固体撮像装置で生成された画素信号に基づいて物体までの距離を算出する演算部と、
を備え、
前記固体撮像装置は、
複数の受光素子が行列状に配列する半導体基板と、
前記半導体基板の第１面上であって、前記複数の受光素子の境界部分に格子状に設けられた遮光膜と、
前記半導体基板における前記第１面とは反対側の第２面であって、前記複数の受光素子のうちの４つの受光素子の角部が集まる部分と、当該４つの受光素子が構成する矩形領域の４つの角部分とにそれぞれ設けられた第１半導体領域と、
前記半導体基板の前記第２面であって、前記複数の受光素子の境界部分のうちの行方向に延在する境界部分それぞれを列方向から挟む位置それぞれに設けられた第２半導体領域と、
前記半導体基板の前記第２面上に設けられ、前記第１半導体領域と電気的に接続された配線層と、
前記第２半導体領域のうち、前記第１半導体領域に対して第１方向から隣接する第２半導体領域それぞれに接続された第１読出し回路と、
前記第２半導体領域のうち、前記第１半導体領域に対して前記第１方向とは反対の第２方向から隣接する第２半導体領域それぞれに接続された第２読出し回路と、
を備える測距装置。
１ ＴｏＦセンサ
１１ 制御部
１３ 発光部
１４ 受光部
１５ 演算部
１９ 外部Ｉ／Ｆ
２０ 単位画素
２０Ａ、２０Ｂ 読出し回路
２１ ｐ＋半導体領域（ＭＩＸ）
２２、２２Ａ、２２Ｂ ｎ＋半導体領域（ＤＥＴ）
２３ リセットトランジスタ
２４ 転送トランジスタ
２６ ＦＤ
２７ 増幅トランジスタ
２８ 選択トランジスタ
２９Ａ、２９Ｂ 定電流回路
３０、２３０ ＰＮ半導体領域
３０Ａ、３０Ｂ 信号取出部
３１ 受光素子
４０ 半導体基板
４１ 絶縁膜
４２ 反射防止膜
４３ 平坦化膜
４４ 遮光膜
４５ オンチップレンズ
５０ 貼合せチップ
５１ 受光チップ
５２ 回路チップ
７１、７２ 主配線
７３、７４ 枝配線
８０ ホスト
９０ 物体
１００ 固体撮像装置
１０１ 画素アレイ部
１０２ システム制御部
１０３ 垂直駆動回路
１０４ カラム処理回路
１０５ 水平駆動回路
１０６ 信号処理部
１０７ データ格納部
４０１ 溝
Ｌ１ レーザ光
Ｌ２ 反射光
Ｌ１０ 入射光
ＬＤ 画素駆動線
ＶＳＬ、ＶＳＬ０、ＶＳＬ１ 垂直信号線

Claims (13)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板の第１面上に設けられ、開口部が行列状に配列する格子状の遮光膜と、
    前記半導体基板における前記第１面とは反対側の第２面に行列状に配列する複数の第１半導体領域と、
    前記半導体基板の前記第２面であって前記第１半導体領域それぞれを列方向から挟む隣接領域に設けられた複数の第２半導体領域と、
    前記半導体基板の前記第２面上に設けられ、前記第１半導体領域と電気的に接続された配線層と、
    を備え、
    前記第１半導体領域は、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域に位置し、
    前記配線層は、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域を列方向に延在する主配線と、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域を行方向に延在し、前記主配線と前記第１半導体領域それぞれとを接続する枝配線とを含み、
    前記第１半導体領域の行方向における幅は、前記第２半導体領域の行方向における幅よりも大きい
    受光素子。
  2. 前記第１半導体領域は、前記遮光膜における行方向に延在する領域それぞれに設けられている請求項１に記載の受光素子。
  3. 前記主配線は、奇数列の前記第１半導体領域の第１の側を前記列方向に延在する第１主配線と、偶数列の前記第１半導体領域の前記第１の側を前記列方向に延在する第２主配線とを含み、
    前記複数の第１半導体領域のうち、奇数行の前記第１半導体領域は、前記第１主配線に前記枝配線を介して接続され、偶数行の前記第２半導体領域は、前記第２主配線に前記枝配線を介して接続される
    請求項１または２に記載の受光素子。
  4. 前記主配線は、奇数列の前記第１半導体領域の第１の側を前記列方向に延在する第１主配線と、偶数列の前記第１半導体領域の前記第１の側を前記列方向に延在する第２主配線とを含み、
    前記奇数列の前記第１半導体領域のうち、奇数行の前記第１半導体領域は、前記第１主配線に前記枝配線を介して接続され、偶数行の前記第１半導体領域は、前記第２主配線に前記枝配線を介して接続され、
    前記偶数列の前記第１半導体領域のうち、前記奇数行の前記第１半導体領域は、前記第２主配線に前記枝配線を介して接続され、前記偶数行の前記第１半導体領域は、前記第１主配線に前記枝配線を介して接続される
    請求項１または２に記載の受光素子。
  5. 前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域とは反対の導電型を備える請求項１～４のいずれか一つに記載の受光素子。
  6. 前記遮光膜上に行列状に配列する複数のオンチップレンズをさらに備える請求項１～５のいずれか一つに記載の受光素子。
  7. 前記半導体基板の前記第１面は、モスアイ構造である請求項１に記載の受光素子。
  8. 複数の受光素子が行列状に配列する半導体基板と、
    前記半導体基板の第１面上であって、前記複数の受光素子の境界部分に格子状に設けられた遮光膜と、
    前記半導体基板における前記第１面とは反対側の第２面であって、前記複数の受光素子のうちの４つの受光素子の角部が集まる部分と、当該４つの受光素子が構成する矩形領域の４つの角部分とにそれぞれ設けられた第１半導体領域と、
    前記半導体基板の前記第２面であって、前記複数の受光素子の境界部分のうちの行方向に延在する境界部分それぞれを列方向から挟む位置それぞれに設けられた第２半導体領域と、
    前記半導体基板の前記第２面上に設けられ、前記第１半導体領域と電気的に接続された配線層と、
    を備え、
    前記第１半導体領域の行方向における幅は、前記第２半導体領域の行方向における幅よりも大きい
    受光素子。
  9. 前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域と前記列方向から隣接する前記位置に設けられている請求項８に記載の受光素子。
  10. 半導体基板と、
    前記半導体基板の第１面上に設けられ、開口部が行列状に配列する格子状の遮光膜と、
    前記半導体基板における前記第１面とは反対側の第２面に行列状に配列する複数の第１半導体領域と、
    前記半導体基板の前記第２面であって前記第１半導体領域それぞれを列方向から挟む隣接領域に設けられた複数の第２半導体領域と、
    前記半導体基板の前記第２面上に設けられ、前記第１半導体領域と電気的に接続された配線層と、
    前記複数の第２半導体領域のうち、前記第１半導体領域に対して第１方向から隣接する第２半導体領域それぞれに接続された第１読出し回路と、
    前記複数の第２半導体領域のうち、前記第１半導体領域に対して前記第１方向とは反対の第２方向から隣接する第２半導体領域それぞれに接続された第２読出し回路と、
    を備え、
    前記第１半導体領域は、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域に位置し、
    前記配線層は、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域を列方向に延在する主配線と、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域を行方向に延在し、前記主配線と前記第１半導体領域それぞれとを接続する枝配線とを含み、
    前記第１半導体領域の行方向における幅は、前記第２半導体領域の行方向における幅よりも大きい
    固体撮像装置。
  11. 複数の受光素子が行列状に配列する半導体基板と、
    前記半導体基板の第１面上であって、前記複数の受光素子の境界部分に格子状に設けられた遮光膜と、
    前記半導体基板における前記第１面とは反対側の第２面であって、前記複数の受光素子のうちの４つの受光素子の角部が集まる部分と、当該４つの受光素子が構成する矩形領域の４つの角部分とにそれぞれ設けられた第１半導体領域と、
    前記半導体基板の前記第２面であって、前記複数の受光素子の境界部分のうちの行方向に延在する境界部分それぞれを列方向から挟む位置それぞれに設けられた第２半導体領域と、
    前記半導体基板の前記第２面上に設けられ、前記第１半導体領域と電気的に接続された配線層と、
    前記第２半導体領域のうち、前記第１半導体領域に対して第１方向から隣接する第２半導体領域それぞれに接続された第１読出し回路と、
    前記第２半導体領域のうち、前記第１半導体領域に対して前記第１方向とは反対の第２方向から隣接する第２半導体領域それぞれに接続された第２読出し回路と、
    を備え、
    前記第１半導体領域の行方向における幅は、前記第２半導体領域の行方向における幅よりも大きい
    固体撮像装置。
  12. 所定波長の光を出射する発光部と、
    受光した光から画素信号を生成する固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置で生成された画素信号に基づいて物体までの距離を算出する演算部と、
    を備え、
    前記固体撮像装置は、
    半導体基板と、
    前記半導体基板の第１面上に設けられ、開口部が行列状に配列する格子状の遮光膜と、
    前記半導体基板における前記第１面とは反対側の第２面に行列状に配列する複数の第１半導体領域と、
    前記半導体基板の前記第２面であって前記第１半導体領域それぞれを列方向から挟む隣接領域に設けられた複数の第２半導体領域と、
    前記半導体基板の前記第２面上に設けられ、前記第１半導体領域と電気的に接続された配線層と、
    前記複数の第２半導体領域のうち、前記第１半導体領域に対して第１方向から隣接する第２半導体領域それぞれに接続された第１読出し回路と、
    前記複数の第２半導体領域のうち、前記第１半導体領域に対して前記第１方向とは反対の第２方向から隣接する第２半導体領域それぞれに接続された第２読出し回路と、
    を備え、
    前記第１半導体領域は、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域に位置し、
    前記配線層は、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域を列方向に延在する主配線と、前記遮光膜と前記半導体基板の前記第１面を挟んで対応する領域を行方向に延在し、前記主配線と前記第１半導体領域それぞれとを接続する枝配線とを含み、
    前記第１半導体領域の行方向における幅は、前記第２半導体領域の行方向における幅よりも大きい
    測距装置。
  13. 所定波長の光を出射する発光部と、
    受光した光から画素信号を生成する固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置で生成された画素信号に基づいて物体までの距離を算出する演算部と、
    を備え、
    前記固体撮像装置は、
    複数の受光素子が行列状に配列する半導体基板と、
    前記半導体基板の第１面上であって、前記複数の受光素子の境界部分に格子状に設けられた遮光膜と、
    前記半導体基板における前記第１面とは反対側の第２面であって、前記複数の受光素子のうちの４つの受光素子の角部が集まる部分と、当該４つの受光素子が構成する矩形領域の４つの角部分とにそれぞれ設けられた第１半導体領域と、
    前記半導体基板の前記第２面であって、前記複数の受光素子の境界部分のうちの行方向に延在する境界部分それぞれを列方向から挟む位置それぞれに設けられた第２半導体領域と、
    前記半導体基板の前記第２面上に設けられ、前記第１半導体領域と電気的に接続された配線層と、
    前記第２半導体領域のうち、前記第１半導体領域に対して第１方向から隣接する第２半導体領域それぞれに接続された第１読出し回路と、
    前記第２半導体領域のうち、前記第１半導体領域に対して前記第１方向とは反対の第２方向から隣接する第２半導体領域それぞれに接続された第２読出し回路と、
    を備え、
    前記第１半導体領域の行方向における幅は、前記第２半導体領域の行方向における幅よりも大きい
    測距装置。
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