特許 7532451 光電変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-02

(45)【発行日】2024-08-13

(54)【発明の名称】光電変換装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 25/633 20230101AFI20240805BHJP

   H04N 25/773 20230101ALI20240805BHJP

   H01L 27/146 20060101ALI20240805BHJP

【ＦＩ】

H04N25/633

H04N25/773

H01L27/146 A

【請求項の数】 22

(21)【出願番号】P 2022115906

(22)【出願日】2022-07-20

(65)【公開番号】P2023061883

(43)【公開日】2023-05-02

【審査請求日】2023-06-14

(31)【優先権主張番号】P 2021171691

(32)【優先日】2021-10-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100223941

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 佳子

(74)【代理人】

【識別番号】100159695

【弁理士】

【氏名又は名称】中辻 七朗

(74)【代理人】

【識別番号】100172476

【弁理士】

【氏名又は名称】冨田 一史

(74)【代理人】

【識別番号】100126974

【弁理士】

【氏名又は名称】大朋 靖尚

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 圭亮

(72)【発明者】

【氏名】大田 康晴

(72)【発明者】

【氏名】小林 昌弘

【審査官】鈴木 明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１３２０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０１３１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０６９９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０８８５２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ ２５／００－２５／７９

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アノードとカソードとを含むアバランシェフォトダイオードをそれぞれが有する複数の画素を含む画素領域を有し、
前記複数の画素は、光子の検出に応じた光子検出信号を出力する有効画素と、前記光子検出信号を出力しないダミー画素と、遮光部を有するオプティカルブラック画素を含み、
前記有効画素は前記光子検出信号をカウントとするカウンタ回路に接続され、
前記ダミー画素は前記カウンタ回路に接続されず、
前記画素領域は、前記有効画素を有する第１領域と、前記ダミー画素を有する第２領域と、前記オプティカルブラック画素を有する第３領域とを有し、
前記第２領域は、前記画素領域の端部に接する第１の部分と、第２の部分とを有し、
前記第１の部分と、前記第１領域と、前記第２の部分と、前記第３領域とが第１の方向にこの順で並んで配されており、
前記第１の方向において、前記第２の部分の幅は、前記第１の部分の幅よりも広いことを特徴とする光電変換装置。

【請求項2】

前記第２領域は、前記画素領域の端部に接する第３の部分を有し、
前記第１領域と、前記第３の部分とが前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って並び、
前記第２の部分の前記第１の方向の幅は、前記第３の部分の前記第２の方向の幅よりも広いことを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。

【請求項3】

前記第２の部分の前記第１の方向の幅に沿って配されたダミー画素の数が、前記第１の部分の前記第１の方向の幅に沿って配されたダミー画素の数よりも多いことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項4】

前記第２領域は、前記アノード及び前記カソードとは異なるノードが前記カウンタ回路の入力ノードと接続されたテスト画素を含むことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項5】

前記複数の画素のそれぞれは隣り合う画素との間に画素分離部を有することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項6】

前記有効画素が配された前記第１領域と、前記ダミー画素が配された前記第２領域との間を分離する前記画素分離部を有することを特徴とする請求項５に記載の光電変換装置。

【請求項7】

前記有効画素が配された前記第３領域と、前記ダミー画素が配された前記第２領域との間を分離する前記画素分離部を有することを特徴とする請求項５に記載の光電変換装置。

【請求項8】

前記オプティカルブラック画素を有する第４領域を有し、
前記第２領域は第４の部分を有し、
前記第４領域と前記第４の部分とが前記第１の方向に交差する第３の方向に並び、
前記第４の部分の前記第３の方向の幅は、前記第１の部分の前記第１の方向の幅よりも広いことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項9】

前記第４の部分の前記第３の方向の幅に沿って配されたダミー画素の数は、前記第１の部分の前記第１の方向の幅に沿って配されたダミー画素の数よりも多いことを特徴とする請求項８に記載の光電変換装置。

【請求項10】

前記第２の部分の前記第１の方向の幅は、前記第３の部分の前記第２の方向の幅の十倍よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。

【請求項11】

前記第２の部分の前記第１の方向の幅に沿って配されたダミー画素の数が、前記第１の部分の前記第１の方向の幅に沿って配されたダミー画素の数の十倍よりも多いことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項12】

前記アノードおよび前記カソードのうちの一方のノードと駆動電圧が印加される電源とに接続され、
前記一方のノードと前記電源との間の抵抗値を切り替えるスイッチを有することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項13】

前記スイッチはトランジスタであることを特徴とする請求項１２に記載の光電変換装置。

【請求項14】

アノードとカソードとを含むアバランシェフォトダイオードをそれぞれが有する複数の画素を含む画素領域を有し、
前記複数の画素は、光子の検出に応じた光子検出信号を出力する有効画素と、前記光子検出信号を出力しないダミー画素と、遮光部を有するオプティカルブラック画素を含み、
前記アノードおよび前記カソードのうちの一方のノードと駆動電圧が印加される電源とに接続され、前記一方のノードと前記電源との間の抵抗値を切り替えるスイッチを有し、
前記画素領域は、前記有効画素を有する第１領域と、前記ダミー画素を有する第２領域と、前記オプティカルブラック画素を有する第３領域とを有し、
前記第２領域は、前記画素領域の端部に接する第１の部分と、第２の部分とを有し、
前記第１の部分と、前記第１領域と、前記第２の部分と、前記第３領域とが第１の方向にこの順で並んで配されており、
前記第１の方向において、前記第２の部分の幅は、前記第１の部分の幅よりも広く、
前記ダミー画素のそれぞれは１つの前記スイッチに対して複数のアバランシェフォトダイオードを有することを特徴とする光電変換装置。

【請求項15】

前記ダミー画素のうち、第１のダミー画素が有するアバランシェフォトダイオードの数は、第２のダミー画素が有するアバランシェフォトダイオードの数よりも多いことを特徴とする請求項１４に記載の光電変換装置。

【請求項16】

前記第１領域と前記第２領域との境界から前記第１のダミー画素までの距離は、前記境界から前記第２のダミー画素までの距離よりも長いことを特徴とする請求項１５に記載の光電変換装置。

【請求項17】

前記スイッチはトランジスタであることを特徴とする請求項１４に記載の光電変換装置。

【請求項18】

前記有効画素の前記アバランシェフォトダイオードは、第１の周期でリチャージされることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項19】

アノードとカソードとを含むアバランシェフォトダイオードをそれぞれが有する複数の画素を含む画素領域を有し、
前記複数の画素は、光子の検出に応じた光子検出信号を出力する有効画素と、前記光子検出信号を出力しないダミー画素と、遮光部を有するオプティカルブラック画素を含み、
前記画素領域は、前記有効画素を有する第１領域と、前記ダミー画素を有する第２領域と、前記オプティカルブラック画素を有する第３領域とを有し、
前記第２領域は、前記画素領域の端部に接する第１の部分と、第２の部分とを有し、
前記第１の部分と、前記第１領域と、前記第２の部分と、前記第３領域とが第１の方向にこの順で並んで配されており、
前記第１の方向において、前記第２の部分の幅は、前記第１の部分の幅よりも広く、
前記有効画素の前記アバランシェフォトダイオードは、第１の周期でリチャージされ、
前記ダミー画素の前記アバランシェフォトダイオードは、前記第１の周期と異なる第２の周期でリチャージされることを特徴とする光電変換装置。

【請求項20】

前記第２の周期は前記第１の周期よりも長いことを特徴とする請求項１９に記載の光電変換装置。

【請求項21】

請求項１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部と、を有することを特徴とするシステム。

【請求項22】

移動体であって、
請求項１に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置からの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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は光電変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、複数のアバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤ）を含む画素が配置された光電変換装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－１２３８４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような光電変換装置では外光に拠らない信号の検出のためにオプティカルブラック画素（以下、ＯＢ画素）が設けられることがある。具体的には、ＯＢ画素は、ＡＰＤの上部に遮光部が設けられ、外光に拠らない信号を検出する画素である。

【0005】

有効画素に光が入射し、光電変換がなされた場合、隣接する画素への電荷の移動や電子・正孔の再結合によるアバランシェ発光が生じる。この場合、有効画素が配されている領域とＯＢ画素が配されている領域とが隣り合う場合、有効画素からのアバランシェ発光により、ＯＢ画素におけるアバランシェ増倍が誘発され、画質が低下する場合がある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

光電変換装置であって、アノードとカソードとを含むアバランシェフォトダイオードをそれぞれが有する複数の画素を含む画素領域を有し、前記複数の画素は、光子の検出に応じた光子検出信号を出力する有効画素と、前記光子検出信号を出力しないダミー画素と、遮光部を有するオプティカルブラック画素を含み、前記有効画素は前記光子検出信号をカウントとするカウンタ回路に接続され、前記ダミー画素は前記カウンタ回路に接続されず、前記画素領域は、前記有効画素を有する第１領域と、前記ダミー画素を有する第２領域と、前記オプティカルブラック画素を有する第３領域とを有し、前記第２領域は、前記画素領域の端部に接する第１の部分と、第２の部分とを有し、前記第１の部分と、前記第１領域と、前記第２の部分と、前記第３領域とが第１の方向にこの順で並んで配されており、前記第１の方向において、前記第２の部分の幅は、前記第１の部分の幅よりも広いことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、画質の低下を低減した光電変換装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態にかかる光電変換装置の概略図である。

【図2】実施形態にかかる光電変換装置のＰＤ基板の概略図である。

【図3】実施形態にかかる光電変換装置の回路基板の概略図である。

【図4】第１の実施形態にかかる光電変換装置の概略図である。

【図5】第１の実施形態にかかる光電変換装置の断面図である。

【図6】第１の実施形態にかかる光電変換装置の画素回路の構成例である。

【図7】第１の実施形態にかかる光電変換装置の画素回路の駆動を示す模式図である。

【図8】第１の実施形態にかかる光電変換装置の画素回路の構成例である。

【図9】第１の実施形態にかかる光電変換装置の画素回路の駆動を示す模式図である。

【図10】第２の実施形態にかかる光電変換装置の画素回路の構成例である。

【図11】第２の実施形態にかかる光電変換装置の画素回路の駆動を示す模式図である。

【図12】第３の実施形態にかかる光電変換装置の概略図である。

【図13】第３の実施形態にかかる光電変換装置の画素回路の構成例である。

【図14】第４の実施形態にかかるにかかる光電変換装置の画素回路の構成例である

【図15】第５の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。

【図16】第６の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。

【図17】第７の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。

【図18】第８の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。

【図19】第９の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を限定するものではない。各図面が示す部材の大きさや位置関係は、説明を明確にするために誇張していることがある。以下の説明において、同一の構成については同一の番号を付して説明を省略することがある。

【0010】

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語）を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した実施形態の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。

【0011】

本明細書において、平面視とは、半導体層の光入射面に対して垂直な方向から視ることである。また、断面視とは、半導体層の光入射面と垂直な方向における面をいう。なお、微視的に見て半導体層の光入射面が粗面である場合は、巨視的に見たときの半導体層の光入射面を基準として平面視を定義する。

【0012】

以下の説明において、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）のアノードを固定電位とし、カソード側から信号を取り出している。したがって、信号電荷と同じ極性の電荷を多数キャリアとする第１導電型の半導体領域とはＮ型半導体領域であり、信号電荷と異なる極性の電荷を多数キャリアとする第２導電型の半導体領域とはＰ型半導体領域である。なお、ＡＰＤのカソードを固定電位とし、アノード側から信号を取り出す場合でも本発明は成立する。この場合は、信号電荷と同じ極性の電荷を多数キャリアとする第１導電型の半導体領域はＰ型半導体領域であり、信号電荷と異なる極性の電荷を多数キャリアとする第２導電型の半導体領域とはＮ型半導体領域である。以下では、ＡＰＤの一方のノードを固定電位とする場合について説明するが、両方のノードの電位が変動してもよい。

【0013】

本明細書において、単に「不純物濃度」という用語が使われた場合、逆導電型の不純物によって補償された分を差し引いた正味の不純物濃度を意味している。つまり、「不純物濃度」とは、ＮＥＴドーピング濃度を指す。Ｐ型の添加不純物濃度がＮ型の添加不純物濃度より高い領域はＰ型半導体領域である。反対に、Ｎ型の添加不純物濃度がＰ型の添加不純物濃度より高い領域はＮ型半導体領域である。

【0014】

（第１の実施形態）
本発明に係る光電変換装置及びその駆動方法について、図１から図９を用いて説明する。

【0015】

図１は、積層型の光電変換装置１００の構成を示す図である。光電変換装置１００は、センサ基板１１と、回路基板２１の２つの基板が積層され、電気的に接続されることにより構成される。センサ基板１１は、後述する光電変換素子１０２を有する第１半導体層と、第１配線構造と、を有する。回路基板２１は、後述する信号処理部１０３等の回路を有する第２半導体層と、第２配線構造と、を有する。光電変換装置１００は、第２半導体層、第２配線構造、第１配線構造、第１半導体層の順に積層して構成される。各実施形態に記載の光電変換装置は、第２面から光が入射し、第１面に回路基板が配される、裏面照射型の光電変換装置である。

【0016】

以下では、センサ基板１１と回路基板２１とは、ダイシングされたチップで説明するが、チップに限定されない。例えば、各基板はウエハであってもよい。また、各基板はウエハ状態で積層した後にダイシングされていてもよいし、ウエハ状態からチップ化した後に各チップを積層して接合してもよい。

【0017】

センサ基板１１には、画素領域１２が配され、回路基板２１には、画素領域１２で検出された信号を処理する回路領域２２が配される。

【0018】

図２は、センサ基板１１の配置例を示す図である。ＡＰＤを含む光電変換素子１０２を有する画素１０１が平面視で二次元アレイ状に配列され、画素領域１２を形成する。

【0019】

画素１０１は、典型的には、画像を形成するための画素であるが、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）に用いる場合には、必ずしも画像を形成しなくてもよい。すなわち、画素１０１は、光が到達した時刻と光量を測定するためのものであってもよい。

【0020】

図３は、回路基板２１の構成図である。図２の光電変換素子１０２で光電変換された電荷を処理する信号処理部１０３、読み出し回路１１２、制御パルス生成部１１５、水平走査回路部１１１、信号線１１３、垂直走査回路部１１０を有している。

【0021】

図２の光電変換素子１０２と、図３の信号処理部１０３は、画素毎に設けられた接続配線を介して電気的に接続される。

【0022】

垂直走査回路部１１０は、制御パルス生成部１１５から供給された制御パルスを受け、各画素に制御パルスを供給する。垂直走査回路部１１０にはシフトレジスタやアドレスデコーダといった論理回路が用いられる。

【0023】

画素の光電変換素子１０２から出力された信号は、信号処理部１０３で処理される。信号処理部１０３は、カウンタやメモリなどが設けられており、メモリにはデジタル値が保持される。

【0024】

水平走査回路部１１１は、デジタル信号が保持された各画素のメモリから信号を読み出すために、各列を順次選択する制御パルスを信号処理部１０３に入力する。

【0025】

信号線１１３には、選択されている列について、垂直走査回路部１１０により選択された画素の信号処理部１０３から信号が出力される。

【0026】

信号線１１３に出力された信号は、出力回路１１４を介して、光電変換装置１００の外部の記録部または信号処理部に出力する。

【0027】

図２において、画素領域における光電変換素子の配列は１次元状に配されていてもよい。信号処理部の機能は、必ずしも全ての光電変換素子に１つずつ設けられる必要はなく、例えば、複数の光電変換素子によって１つの信号処理部が共有され、順次信号処理が行われてもよい。

【0028】

図２および図３に示すように、平面視で画素領域１２に重なる領域に、複数の信号処理部１０３が配される。そして、平面視で、センサ基板１１の端と画素領域１２の端との間に重なるように、垂直走査回路部１１０、水平走査回路部１１１、読み出し回路１１２、出力回路１１４、制御パルス生成部１１５が配される。言い換えると、センサ基板１１は、画素領域１２と画素領域１２の周りに配された非画素領域とを有する。そして、平面視で非画素領域に重なる領域に、垂直走査回路部１１０、水平走査回路部１１１、読み出し回路１１２、出力回路１１４、制御パルス生成部１１５が配される。

【0029】

図４に示す画素領域１２の構成について説明する。画素領域１２とは、光電変換可能な画素が配された領域である。図４において、画素領域１２は、第１領域１０ａ、第２領域１０ｂ、第３領域１０ｃを含み、画素１０１は、有効画素１３、ダミー画素１４、オプティカルブラック画素（ＯＢ画素）１５を含む。

【0030】

第１領域１０ａは、ＡＰＤを含む光電変換素子１０を有する有効画素１３が平面視で二次元アレイ状に配列されて構成される。有効画素１３は、光子の検出に応じた光子検出信号を出力する画素であり、典型的には、画像を形成するための画素である。第１領域１０ａに含まれる画素の行数及び列数は、特に限定されるものではない。

【0031】

第２領域１０ｂは平面視で二次元アレイ状に配された複数のダミー画素１４によって構成される。図１に示す平面構成では、画素領域１２のうち、第１領域１０ａ及び第３領域１０ｃ以外の範囲にダミー画素１４が配され、第２領域１０ｂを形成する。また、画素領域１２の最外周にはダミー画素１４が配されるため、第２領域１０ｂの外周部とはすなわち画素領域１２の端部である。ダミー画素１４は、ＡＰＤを含む光電変換素子であるが、ダミー画素１４から外部信号ＰＯＵＴへ光子検出信号の出力は行われない。

【0032】

第３領域１０ｃは平面視で二次元アレイ状に配された複数のＯＢ画素１５によって構成される。第３領域１０ｃに含まれるＯＢ画素１５の行数及び列数は、特に限定されるものではない。第３領域１０ｃの外周部の少なくとも一部は第２領域１０ｂに接している。ＯＢ画素１５は、外光に拠らない信号を出力するための遮光された画素である。第３領域１０ｃは１つの画素領域１２内に複数あってもよい。図４に示す画素領域１２では、第１領域１０ａに対して垂直な方向と、第１領域１０ａに対して水平な方向の２か所に島状に独立した第３領域１０ｃが設けられている。

【0033】

図５に示す光電変換装置の断面の範囲Ａ－Ｆを用いて光電変換素子の構成について説明する。図５に示す断面のＡからＦまでの符号は、図１のＡからＦまでの符号に対応している。

【0034】

図５に示す光電変換装置は、センサ基板１１と、回路基板２１の２つの基板が積層され、且つ電気的に接続された積層型の光電変換装置である。センサ基板１１は、後述する光電変換素子１０２を有する第１半導体層３０２と、第１配線構造３０３と、を有する。回路基板２１は、後述する信号処理部１０３等の回路を有する第２半導体層４０２と、第２配線構造４０３と、を有する。光電変換装置１００は、第２半導体層４０２、第２配線構造４０３、第１配線構造３０３、第１半導体層３０２の順に積層して構成される。

【0035】

図５の範囲Ａ－Ｂは、光電変換装置の光電変換素子１０２の１画素に対応する。なお、範囲Ａ－Ｂは後述する画素分離部３２４の一つから、隣接する画素の画素分離部３２４までの範囲である。あるいは、後述するマイクロレンズ１つによって覆われた画素１つの範囲であるともいえる。

【0036】

光電変換素子１０２の構造と機能について説明する。光電変換素子１０２はＮ型の第１半導体領域３１１、第４半導体領域３１４、第６半導体領域３１６、第７半導体領域３１７を有する。光電変換素子１０２は更にＰ型の第２半導体領域３１２、第３半導体領域３１３、第５半導体領域３１５を含む。

【0037】

本実施形態では、図５に示す断面において、光入射面に対向する面の近傍にＮ型の第１半導体領域３１１が形成され、その周辺にＮ型の第７半導体領域３１７が形成される。第１半導体領域および第２半導体領域に平面視で重なる位置にＰ型の第２半導体領域３１２が形成される。第２半導体領域３１２に平面視で重なる位置には更にＮ型の第４半導体領域３１４が配置され、その周辺にＮ型の第６半導体領域３１６が形成される。

【0038】

第１半導体領域３１１は、第４半導体領域３１４及び第７半導体領域３１７よりもＮ型の不純物濃度が高い。Ｐ型の第２半導体領域３１２とＮ型の第１半導体領域３１１との間にはＰＮ接合が形成されるが、第２半導体領域３１２の不純物濃度を第１半導体領域３１１の不純物濃度よりも低くすることで、第２半導体領域３１２のすべての領域が空乏層領域となる。さらに、この空乏層領域が第１半導体領域３１１の一部の領域まで延在し、延在した空乏層領域に強電界が誘起される。この強電界により、第１半導体領域３１１の一部の領域まで延びた空乏層領域においてアバランシェ増倍が生じ、増幅された電荷に基づく電流が信号電荷として出力される。光電変換装置１０２に入射した光が光電変換され、この空乏層領域（アバランシェ増倍領域）でアバランシェ増倍が起こると、生成された第１導電型の電荷は第１半導体領域３１１に収集される。

【0039】

半導体層の光入射面側の表面にはトレンチによる凹凸構造３２５が形成される。凹凸構造３２５はＰ型の第３半導体領域３１３によって囲まれ、光電変換素子１０２に入射した光を散乱させる。入射光は光電変換素子内を斜めに進むため、半導体層の厚み以上の光路長を確保することができ、凹凸構造３２５を有さない場合と比べて、より長波長の光を光電変換することが可能である。また、凹凸構造３２５によって、基板内での入射光の反射が防止されるため、入射光の光電変換効率を向上させる効果が得られる。

【0040】

第４半導体領域３１４と凹凸構造３２５とは平面視において重複するように形成される。第４半導体領域３１４と凹凸構造３２５とが平面視で重なる面積は、第４半導体領域３１４のうち凹凸構造３２５と重ならない部分の面積よりも大きい。第１半導体領域３１１と第４半導体領域３１４との間に形成されるアバランシェ増倍領域から遠い位置で発生した電荷は、前記アバランシェ増倍領域から近い位置で発生した電荷と比較してアバランシェ増倍領域に到達するまでの移動時間が長くなる。そのため、タイミングジッターが増加する可能性がある。第４半導体領域３１４と凹凸構造３２５とを平面視で重なる位置に配することで、フォトダイオード深部の電界を高めることができ、アバランシェ増倍領域から遠い位置で発生した電荷の収集時間を短縮できるため、タイミングジッターの低減が可能である。

【0041】

また、第３半導体領域３１３が凹凸構造を３次元的に覆うことで、凹凸構造の界面部における熱励起電荷の発生が抑制できる。これにより、光電変換素子のＤＣＲ（Ｄａｒｋ Ｃｏｕｎｔ Ｒａｔｅ）が抑制される。

【0042】

画素と画素との間はトレンチ構造の画素分離部３２４によって分離され、その周辺に形成されたＰ型の第５半導体領域３１５が、隣り合う光電変換素子同士をポテンシャル障壁によって分離する。光電変換素子間は第５半導体領域３１５のポテンシャルによっても分離されているため、画素分離部として画素分離部３２４のようなトレンチ構造は必須ではない。また、画素分離部３２４を設ける際もその深さや位置は図５の構成に限定されない。画素分離部３２４は半導体層を貫通するＤＴＩ（ｄｅｅｐ ｔｒｅｎｃｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）であってもよいし、半導体層を貫通しないＤＴＩでもよい。ＤＴＩ内に金属を埋め込み、遮光性能の向上を図ってもよい。画素分離部３２４が平面視で光電変換素子の全周囲を囲うように構成してもよいし、例えば光電変換素子の対辺部のみに構成してもよい。

【0043】

画素分離部から、隣接する画素あるいは最近接位置に設けられた画素の画素分離部までの距離を１つの光電変換素子１０２の大きさとみなすこともできる。１つの光電変換素子１０２の大きさをＬとしたとき、光入射面からアバランシェ増倍領域までの距離ｄは、Ｌ√２／４＜ｄ＜Ｌ×√２を満たす。光電変換素子の大きさと深さがこの関係式を満たす場合、第１の半導体領域３１１近傍における深さ方向の電界の強さと平面方向の電界の強さが同程度になる。電荷収集にかかる時間のばらつきを抑えられるため、タイミングジッターの発生を低減できる。

【0044】

半導体層の光入射面側には、さらにピニング膜３２１、平坦化膜３２２、マイクロレンズ３２３が形成される。光入射面側にはさらに不図示のフィルタ層などが配置されていてもよい。フィルタ層には、カラーフィルタ、赤外光カットフィルタ、モノクロフィルタ等種々の光学フィルタを用いることができる。カラーフィルタには、ＲＧＢカラーフィルタ、ＲＧＢＷカラーフィルタ等を用いることができる。

【0045】

範囲Ｂ－Ｅに配された光電変換素子に関しても、基本的な構成は同一である。なお、第２領域１０ｂ及び第３領域１０ｃに対応する範囲Ａ－Ｃ、範囲Ｄ－Ｆでは光入射面側に遮光部３２６が設けられている。

【0046】

図４に示す画素領域１２の平面図と、図５に示す画素領域１２の断面図との対応について説明する。

【0047】

図４及び図５の断面における範囲Ａ－Ｂは第３領域１０ｃに対応している。半導体層の光入射面側に遮光部３２６が形成され、遮光されている。

【0048】

図４及び図５の断面における範囲Ｂ－Ｃは第２領域１０ｂに対応している。ＯＢ画素と同じく半導体層の光入射面側に遮光部３２６が形成され、遮光されているが、第２領域１０ｂに配されたダミー画素１４の遮光は必須ではない。また、第２領域１０ｂに配されたダミー画素１４のそれぞれは光検出に基づく信号の出力が行われない構成である。第３領域１０ｃとの境界にあたる第２領域１０ｂ端部から、第１領域１０ａとの境界にあたる第２領域１０ｂ端部までの最短距離を６０１とする。

【0049】

図４及び図５の断面における範囲Ｃ―Ｄが第１領域１０ａに対応している。

【0050】

図４及び図５の断面における範囲Ｄ－Ｅが第２領域１０ｂに対応している。画素領域１２の最外周にダミー画素１４を配することで、画素領域の形状を安定させることができる。第１領域１０ａとの境界にあたる第２領域１０ｂ端部から、画素領域１２の外周端である第２領域１０ｂ端部までの最短距離を６０２とする。

【0051】

図４及び図５の断面における範囲Ｅ－Ｆはセンサ基板１１上の非画素領域である。

【0052】

第１領域１０ａに入射する光のうち、斜め入射する光が第３領域１０ｃへ漏れ込むことがある。第３領域１０ｃは外光によらない信号を出力するための遮光された画素であるため、光が漏れこむことによって正しい信号を得られなくなってしまう。また、第１領域１０ａにおけるアバランシェ増倍に伴いアバランシェ発光が発生する場合がある。アバランシェ発光とは、アバランシェ増倍によって発生した多量の電子ないしホールが、極性の異なる電荷と再結合することでフォトンが生じる現象である。アバランシェ発光によって生じたフォトンが隣り合う画素に漏れこむことで偽信号が生じ、画質の低下につながる。

【0053】

そこで本実施形態では、有効画素が配された第３領域１０ａとＯＢ画素が配された第３領域１０ｃとの間にダミー画素１４が配された第３領域１０ｂを設け、第３領域１０ａと第３領域１０ｃとの間を十分に離間させる。これにより、ＯＢ画素への光の侵入やフォトンの漏れこみを低減し、画質の低下を防ぐことができる。

【0054】

また、第１領域１０ａと第３領域１０ｃとの間や画素領域１２の外周部にダミー画素１４を配することで、画素領域１２の画素配列を安定させることができる。

【0055】

画素領域１２の端部に沿って配されるダミー画素１４は少なくとも数画素あればよいが、第１領域１０ａと第３領域１０ｃとの間に配されるダミー画素１４の数は第１領域と画素領域１２端部の間に配されるダミー画素の数よりも多い。第１領域１０ａと第３領域１０ｃとの間には、画素領域１２端部に配されるダミー画素１４の十倍以上のダミー画素１４が配されていてもよい。具体的には第１領域１０ａと第３領域１０ｃとの間に２０画素以上の画素を配することが好ましいが、ダミー画素１４の数はこれに限られない。そのため、第１領域１０ａの外周部と第３領域１０ｃの外周部との間の最短距離６０１は、第１領域１０ａの外周部と第２領域１０ｂの外周部との間の最短距離６０２よりも長い。言い換えれば、最短距離６０１を定めたとき、平面視で該最短距離上に配されている画素の数は、平面視で最短距離６０２上に配されている画素の数よりも多い。本実施形態では、第１領域１０ａの外周部と第２領域１０ｂの外周部の最短距離６０２に対して、第１領域１０ａの外周部と第３領域１０ｃの外周部の間の最短距離６０１は十倍以上離れている。画素領域１２内に複数の第３領域１０ｃが構成される場合においても、第１領域１０ａと各第３領域１０ｃについてこの関係は成り立つ。

【0056】

別の言い方をすれば、第２領域１０ｂは画素領域１２の端部に接する第１の部分と、第２の部分とを有する。画素領域１２の端部から、例えば縦方向に第２領域１０ｂの第１の部分と、第１領域１０ａと、第２領域１０ｂの第２の部分と、第３領域１０ｃとが並ぶ。このとき、第２領域１０ｂの第２の部分の縦方向の幅は、第２領域１０ｂの第１の部分の縦方向の幅よりも広い。さらに、第２領域１０ｂが画素領域１２の端部に接する第３の部分を有する場合、例えば第２領域１０ｂの第１の部分と第２の部分とが並ぶ縦方向に交差する横方向に第１領域１０ａと第２領域１０ｂの第３の部分とが並ぶ。このとき、第２領域１０ｂの第２の部分の縦方向の幅は、第２領域１０ｂの第３の部分の横方向の幅よりも広い。

【0057】

図１において第１領域１０ａ、第２領域１０ｂ、第３領域１０ｃのそれぞれは矩形で表されているが、各領域の形状はこれに限定されず、例えば円形や多角形に配してもよい。

【0058】

図６は、有効画素１３の等価回路を含むブロック図の一例である。

【0059】

ＡＰＤ２０１は、光電変換により入射光に応じた電荷対を生成する。ＡＰＤ２０１のアノードには、電圧ＶＬ（第１電圧）が供給される。また、ＡＰＤ２０１のカソードには、アノードに供給される電圧ＶＬよりも高い電圧ＶＨ（第２電圧）が供給される。アノードとカソードには、ＡＰＤ２０１がアバランシェ増倍動作をするような逆バイアス電圧が供給される。このような電圧を供給した状態とすることで、入射光によって生じた電荷がアバランシェ増倍を起こし、アバランシェ電流が発生する。

【0060】

尚、逆バイアスの電圧が供給される場合において、アノードおよびカソードの電位差が降伏電圧より大きい電位差で動作させるガイガーモードと、アノードおよびカソードの電位差が降伏電圧近傍、もしくはそれ以下の電圧差で動作させるリニアモードがある。

【0061】

ガイガーモードで動作させるＡＰＤをＳＰＡＤと呼ぶ。例えば、電圧ＶＬ（第１電圧）は、－３０Ｖ、電圧ＶＨ（第２電圧）は、１Ｖである。ＡＰＤ２０１は、リニアモードで動作させてもよいし、ガイガーモードで動作させてもよい。ＳＰＡＤの場合はリニアモードのＡＰＤに比べて電位差が大きくなり耐圧の効果が顕著となるため、ＳＰＡＤであることが好ましい。

【0062】

クエンチ素子２０２は、駆動電圧である電圧ＶＨを供給する電源とＡＰＤ２０１に接続される。クエンチ素子２０２は、アバランシェ増倍による信号増倍時に負荷回路（クエンチ回路）として機能し、ＡＰＤ２０１に供給する電圧を抑制して、アバランシェ増倍を抑制する働きを持つ（クエンチ動作）。また、クエンチ素子２０２は、クエンチ動作で電圧降下した分の電流を流すことにより、ＡＰＤ２０１に供給する電圧を電圧ＶＨへと戻す働きを持つ（リチャージ動作）。

【0063】

信号処理部１０３は、波形整形部２１０、カウンタ回路２１１、選択回路２１２を有する。本明細書において、信号処理部１０３は、波形整形部２１０、カウンタ回路２１１、選択回路２１２のいずれかを有していればよい。

【0064】

波形整形部２１０は、光子検出時に得られるＡＰＤ２０１のカソードの電位変化を整形して、パルス信号を出力する。波形整形部２１０としては、例えば、インバータ回路が用いられる。図７では、波形整形部２１０としてインバータを一つ用いた例を示したが、複数のインバータを直列接続した回路を用いてもよいし、波形整形効果があるその他の回路を用いてもよい。

【0065】

カウンタ回路２１１は、波形整形部２１０から出力されたパルス信号をカウントし、カウント値を保持する。また、駆動線２１３を介して制御パルスｐＲＥＳが供給されたとき、カウンタ回路２１１に保持された信号がリセットされる。

【0066】

選択回路２１２には、図６の垂直走査回路部１１０から、図７の駆動線２１４（図６では不図示）を介して制御パルスｐＳＥＬが供給され、カウンタ回路２１１と信号線１１３との電気的な接続、非接続を切り替える。選択回路２１２には、例えば、信号を出力するためのバッファ回路などを含む。

【0067】

クエンチ素子２０２とＡＰＤ２０１との間や、光電変換素子１０２と信号処理部１０３との間にトランジスタ等のスイッチを配して、電気的な接続を切り替えてもよい。同様に、光電変換素子１０２に供給される電圧ＶＨまたは電圧ＶＬの供給をトランジスタ等のスイッチを用いて電気的に切り替えてもよい。

【0068】

本実施形態では、カウンタ回路２１１を用いる構成を示した。しかし、カウンタ回路２１１の代わりに、時間・デジタル変換回路（Ｔｉｍｅ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：以下、ＴＤＣ）、メモリを用いて、パルス検出タイミングを取得する光電変換装置１００としてもよい。このとき、波形整形部２１０から出力されたパルス信号の発生タイミングは、ＴＤＣによってデジタル信号に変換される。ＴＤＣには、パルス信号のタイミングの測定に、図１の垂直走査回路部１１０から駆動線を介して、制御パルスｐＲＥＦ（参照信号）が供給される。ＴＤＣは、制御パルスｐＲＥＦを基準として、波形整形部２１０を介して各画素から出力された信号の入力タイミングを相対的な時間としたときの信号をデジタル信号として取得する。

【0069】

図７は、ＡＰＤ２０１の動作と出力信号との関係を模式的に示した図である。

【0070】

図７（ａ）は、図７のＡＰＤ２０１、クエンチ素子２０２、波形整形部２１０を抜粋した図である。ここで、波形整形部２１０の入力側をｎｏｄｅＡ、出力側をｎｏｄｅＢとする。図７（ｂ）は、図７（ａ）のｎｏｄｅＡの波形変化を、図７（ｃ）は、図７（ａ）のｎｏｄｅＢの波形変化をそれぞれ示す。

【0071】

時刻ｔ０から時刻ｔ１の間において、図７（ａ）のＡＰＤ２０１には、ＶＨ－ＶＬの電位差が印加されている。時刻ｔ１において光子がＡＰＤ２０１に入射すると、ＡＰＤ２０１でアバランシェ増倍が生じ、クエンチ素子２０２にアバランシェ増倍電流が流れ、ｎｏｄｅＡの電圧は降下する。電圧降下量がさらに大きくなり、ＡＰＤ２０１に印加される電位差が小さくなると、時刻ｔ２のようにＡＰＤ２０１のアバランシェ増倍が停止し、ｎｏｄｅＡの電圧レベルはある一定値以上降下しなくなる。その後、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間において、ｎｏｄｅＡには電圧ＶＬから電圧降下分を補う電流が流れ、時刻ｔ３においてｎｏｄｅＡは元の電位レベルに静定する。このとき、ｎｏｄｅＡにおいて出力波形がある閾値を越えた部分は、波形整形部２１０で波形整形され、ｎｏｄｅＢで信号として出力される。

【0072】

図８（ａ）～（ｃ）は本実施形態による光電変換装置の回路構成イメージを示す図である。図８（ａ）は有効画素１３あるいはＯＢ画素１５と信号処理部１０３、信号線１１３の接続関係を示す。図８（ｂ）、（ｃ）はダミー画素１４と信号処理部１０３、信号線１１３の接続関係の一例を示す。有効画素１３は光子検出信号を信号線１１３に出力する画素である。すなわち、光検出の目的で使用される画素である。また、ダミー画素１４は、光子検出信号を信号線１１３に出力しない画素である。すなわち、光検出以外の目的で使用される画素である。

【0073】

図８（ａ）及び図９を用いて有効画素１３の動作について説明する。

【0074】

有効画素１３は、ＡＰＤ２０１、リチャージ回路３０１、処理回路３０２で構成される。クロック信号ｐＣＬＫは、Ｌｏｗになることでリチャージ回路３０１を駆動して、ＡＰＤ２０１をガイガーモードでアバランシェ増倍可能なバイアス電圧にリチャージすることができる。リチャージ回路３０１はＡＰＤ２０１と電源との間の抵抗値を切り替えうる回路であればよく、例えばＰ型のＭＯＳトランジスタなどである。また、アバランシェ増倍可能なバイアス電圧にリチャージされた後に、クロック信号ｐＣＬＫがＨｉｇｈとなる場合、カソード端子と電源電圧ＶＨは切り離されて、カソード端子はフローティング状態となる。ＡＰＤ２０１に光子が入射して発生した光電荷によってアバランシェ増倍が起こると、カソード電圧ＶＣが低下しアノード電圧とカソード電圧との差がＡＰＤ２０１のブレイクダウン電圧以下に下がる。カソード電圧ＶＣの変化が処理回路３０２で検出されることで、光子が信号として検出される。有効画素１３は、露光期間内に光子検出した結果を処理回路３０２から信号線１１３に出力することで、画素の光子検出結果を読み出すことができる。

【0075】

図９は露光期間内の有効画素１３の駆動例を示すタイミング図である。図９を用いてクロック信号ｐＣＬＫの制御によるカソード電圧ＶＣの変化、および基本的な光子カウント動作に関して説明する。また、露光期間内に周期的にクロック信号ｐＣＬＫをＬｏｗにすることで、露光期間内の光子検出数を制御するクロックリチャージ駆動に関しても説明する。

【0076】

時刻Ｔ１において、クロック信号ｐＣＬＫがＬｏｗになると、カソード電圧ＶＣは電位Ｖ１から電位ＶＨにリチャージされる。このときＡＰＤ２０１に印加される電圧は電位ＶＨ－電位ＶＬである。ＡＰＤ２０１のブレイクダウン電圧を電位Ｖ１－電位ＶＬとすると、電位ＶＨ－電位Ｖ１の電位差だけブレイクダウン電圧に対して過剰に電圧がかかった状態であり、ガイガーモードでアバランシェ増倍可能な状態となる。

【0077】

時刻Ｔ２でＡＰＤ２０１に光子が入射すると、ＡＰＤ２０１においてアバランシェ増倍が起こり、カソード電圧ＶＣは電位ＶＨから電位Ｖ１まで低下する。このときのＡＰＤ２０１のバイアス電圧は電位Ｖ１－電位ＶＬであり、ブレイクダウン電圧以下の電圧に下がる。処理回路３０２はカソード電圧ＶＣが閾値電圧Ｖｔｈ以下に変化したことを検知して、カウンタのカウント値をｎからｎ＋１にカウントアップする。

【0078】

続いて、時刻Ｔ３で光子が入射すると、ＡＰＤ２０１にはブレイクダウン電圧未満のバイアス電圧が印加されているため、ガイガーモードによるアバランシェ増倍は発生しない。ただし、電位ＶＬと電位Ｖ１の電位差はブレイクダウン電圧未満の逆バイアス電圧となっており、光電荷をきっかけとした逆方向電流は発生する為、電位Ｖ１より低い電位Ｖ２までカソード電圧ＶＣは低下する。この逆方向電流によるブレイクダウン電圧以下のカソード電圧ＶＣの電圧降下は、カウンタのカウントアップには寄与せず、後述するように非アクティブ画素３２０においてケアすべき電圧降下である。

【0079】

時刻Ｔ４において、クロック信号ｐＣＬＫがＬｏｗになるため、再びカソード電圧ＶＣは電位ＶＨまでリチャージされる。時刻Ｔ５でクロック信号ｐＣＬＫがＬｏｗとなるが、カソード電圧ＶＣは電位ＶＨまでリチャージされた状態であるため変化しない。

【0080】

時刻Ｔ６で光子が入射すると、アバランシェ増倍が発生してカソード電圧ＶＣが低下し、カウンタのカウント値はｎ＋２にカウントアップされる。このように、周期的なリチャージ動作をクロックリチャージ駆動と呼び、リチャージの回数を上限として露光期間内に光子検出する回数を制御している。

【0081】

他方、ダミー画素１４が有効画素１３と異なるところは、図８（ｂ）、（ｃ）に示すようにＡＰＤ２０１と処理回路３０２、信号線１１３が接続されていない部分である。その為、クロック信号ｐＣＬＫによりＡＰＤ２０１がアバランシェ増倍可能な状態において、光子が入射してカソード電圧ＶＣの変化があったとしても、その光子検出の結果を信号線１１３に出力することはできない。

【0082】

図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、ダミー画素１４のＡＰＤ２０１は信号線１１３に接続されておらず、光子検出の為のリチャージを行う必要も無い。しかし、カソード端子を長期間フローティング状態に留めておいた場合、図９の時刻Ｔ３のような電圧降下現象が複数回発生して、カソード電圧ＶＣが降下し続ける可能性がある。そこで、本実施形態では、ダミー画素１４でもリチャージ動作を行い、カソード電圧ＶＣの低下を抑制する。仮にダミー画素１４の入力をＨｉｇｈの状態にし続けると、ＡＰＤ２０１のカソード端子はフローティング状態が維持される。図９の説明でも述べたように、一度アバランシェ増倍が発生したあとにカソード端子がフローティング状態のままにしておくと、ガイガーモードでのアバランシェ増倍は発生しないものの、光電荷など種電荷に起因した逆方向電流は流れうる。図９の説明の例では電位Ｖ１から電位Ｖ２へカソード端子の電位が低下したが、仮にその後もリチャージしない状態を続けると、さらにその後も種電荷発生のたびにカソード端子は下がり続ける。やがて、処理回路３０２などカソード電圧ＶＣの電位が供給される先の回路素子の耐圧を超えた電位がかかることで、回路素子にダメージを与えてしまう懸念がある。

【0083】

このように、本発明の第一実施形態においては、有効画素１３が配された第３領域１０ａと、ＯＢ画素１５が配された第３領域１０ｃとの間をダミー画素１４が配された第３領域１０ｂによって十分に離間させる。これにより、ＯＢ画素への光の侵入及びフォトンの漏れこみを低減し、画質の低下を防ぐことができる。さらに、ダミー画素１４も周期的にリチャージを行うことで、ダミー画素１４におけるＡＰＤの端子の電位変化を防ぐ効果がある。

【0084】

（第２の実施形態）
本実施形態に係る光電変換装置について、図１０及び図１１を用いて説明する。図１から図９までと共通する部分には共通の番号を付し、主に第１の実施形態と異なる点を説明する。本実施形態に係る光電変換装置は、ダミー画素１４の駆動が第１実施形態と異なっている。

【0085】

図１０（ａ）は有効画素１３の構成であり、図８（ａ）と共通の構成である。

【0086】

図１０（ｂ）に本実施形態に係る光電変換装置のダミー画素１４の回路構成を示す。第１の実施形態では、ＡＰＤのリチャージを行うタイミングは有効画素１３とダミー画素１４で共通の制御信号ｐＣＬＫによって制御されていた。第２の実施形態では、ダミー画素１４は有効画素１３のリチャージのタイミングに拠らず任意のタイミングでリチャージされる。例えば、ダミー画素１４は有効画素１３の制御信号ｐＣＬＫとは異なる位相の第２の制御信号ｐＣＬＫ２によって制御される。

【0087】

図１１に示すように、有効画素１３はクロック信号ｐＣＬＫにより、露光期間Ｔｅｘの期間中にパルス幅τで周期的にリチャージしており、リチャージの周期はＴｐ１である。ダミー画素１４のクロック信号ｐＣＬＫ２のリチャージの周期はＴｐ２であり、露光期間Ｔｅｘの期間内外を区別せず一定のパルス幅τ´でリチャージしている。

【0088】

ここで、露光期間Ｔｅｘ＞パルス幅τ´である。パルス幅τ´を不必要に長くしないことで、有効画素１３に比べてダミー画素１４のＡＰＤ２０１に電流が流れる頻度を減らして、ダミー画素１４の消費電力を減らすことができる。

【0089】

また、パルス幅τとパルス幅τ´とは、等幅でも、異なるパルス幅でもよい。有効画素１３ではリチャージ時間を短縮するためにパルス幅τがなるべく狭いことが望ましいが、ダミー画素１４においてはパルス幅τ´はパルス幅τよりも広くてもよい。一方、有効画素１３のパルス幅τは、カソード電圧ＶＣが所定の電圧にリチャージされるのに十分な期間に対応したパルス幅τを要するが、ダミー画素１４はリチャージ後のカソード電圧ＶＣのばらつきを考慮する必要がない。そのため、リチャージの効果が得られる範囲であればτ´を短くすることができ、消費電力を低減することができる。パルス幅τとパルス幅τ´とを等幅にすることで、クロック信号ｐＣＬＫ、クロック信号ｐＣＬＫ２それぞれのパルスの生成や伝送に用いる配線の一部を共通化することができる。

【0090】

また、有効画素１３のリチャージ周期Ｔｐ１≦ダミー画素１４のリチャージ周期Ｔｐ２である。この関係によりカソード電圧ＶＣの電圧降下によって回路素子に与えるダメージを防ぎながら、ダミー画素１４のリチャージ信号の単位時間当たりのパルス数を減らし、ダミー画素１４の消費電力を抑制することができる。

【0091】

（第３の実施形態）
画素領域内の各領域の配置は図１に示すものに限られない。

【0092】

図１２に示すのは、画素領域１２の平面レイアウトの一例である。図１２に示す配置では、第２領域１０ｂはさらに第２領域１０ｂ‐１、第２領域１０ｂ‐２、第２領域１０ｂ‐３の３種類に分けられる。第２領域１０ｂ‐１に配されるのは、第１の実施形態及び第２の実施形態において説明した信号出力ができないように構成されたダミー画素１４である。第２領域１０ｂ‐２に配されるのは、第１の実施形態及び第２の実施形態とは異なる構成のダミー画素１６である。すなわち、信号出力がされないように制御されたダミー画素である。第２領域１０ｂ‐３に配されるのは、回路の正常性の確認のために用いられるテスト画素１７である。つまり、第２領域１０ｂに配される画素は、光検出以外の目的のために使用される画素であればよい。

【0093】

ダミー画素１６は、信号線１１３へ電気的に接続されていても、光子検出に基づく信号の出力を行なわないよう制御できる構成であればよい。このようなダミー画素１６は、制御状況によっては光子検出に基づく信号を出力することが可能であり、例えば有効画素１３からＯＢ画素１５への光の漏れこみ方やアバランシェ発光の影響を確認するために使用可能である。

【0094】

図１３（ａ）～（ｃ）にテスト画素１７の構成を模式的に示す。テスト画素１７は外部信号ＰＯＵＴに接続されている点でダミー画素１４と異なる。テスト画素１７はダミー画素１４の処理回路３０２に代わり、テスト用処理回路３０３を含む。テスト用処理回路３０３はＡＰＤ２０１のカソード電圧ＶＣの出力を受けることがあっても、信号線１１３にカソード電圧ＶＣの変化に関する情報、つまり光子検出情報を出力することは無い。すなわち、光検出以外の目的で使用される画素である。

【0095】

テスト用処理回路３０３はテスト回路３０４を含み、回路の正常性確認の為の信号を出力する。テスト用処理回路３０３にはテスト信号ＴＥＳＴが入力される。言い換えれば、テスト用処理回路３０３はアバランシェフォトダイオードの出力ノードとは異なる入力ノードからの入力に基づく信号を出力する回路である。ここでＴＥＳＴは時間変化する信号でも良いし、固定値でも良い。また、テスト画素１７の内外どちらで生成されていても良い。例えばテスト回路３０４に固定値を出力させることで、図１３（ａ）の出力経路であるテスト用処理回路３０３から外部信号ＰＯＵＴまでの正常性を確認することができる。

【0096】

また、図１３（ｂ）、（ｃ）に示すように、テスト用処理回路３０３に制御信号ｐＣＬＫを入力し、テスト回路３０４で制御信号ｐＣＬＫのパルス数をカウントして、制御信号ｐＣＬＫの信号の正常性を確認する機能を持たせても良い。このとき、テスト画素１７のリチャージ回路３０１に入力される信号は図１３（ｂ）に示すようにｐＣＬＫでもよく、図１３（ｃ）に示すようにｐＣＬＫ以外の信号でもよい。図１３（ｃ）ではｐＣＬＫ以外の固定値の例として接地電圧を示しているが、例えばｐＣＬＫとは位相の異なるクロック信号であってもよい。

【0097】

（第４の実施形態）
本実施形態に係る光電変換装置は、第１の実施形態に係る光電変換装置に対して、ダミー画素１４の構成が異なる。第１の実施形態に係る光電変換装置のダミー画素の構成例は図８（ｂ）、（ｃ）に示す通りである。本実施形態におけるダミー画素１３の構成を図１４（ａ）～（ｃ）に示す。

【0098】

図１４（ａ）、（ｂ）に示すダミー画素１４はいずれも、一つのリチャージ回路３０１に対して、複数のＡＰＤ２０１を並列に接続する特徴を持つ。図１４（ａ）、（ｂ）では例として３つのＡＰＤ２０１を接続しているが、並列に接続されるＡＰＤ２０１の個数はこれに限られない。また、図１４（ａ）に示すダミー画素１４はＡＰＤ２０１と波形生成部２１０とが接続されているが、図１４（ｂ）に示すように、ＡＰＤ２０１と波形生成部２１０とを接続しない構成でもよい。ダミー画素１４とはＡＰＤ２０１で生成される電荷に基づく信号を信号線１１３に出力しない画素である。すなわち、光検出以外の目的で使用される画素である。

【0099】

ダミー画素１４のリチャージ回路３０１のリチャージのタイミングは、第１の実施形態で示したように有効画素１３とダミー画素１４で共通の制御信号ｐＣＬＫで制御されてもよい。第２の実施形態で示したように、ダミー画素１４のリチャージ回路３０１は、有効画素１３のリチャージ回路３０１のリチャージのタイミングに拠らず任意のタイミングでリチャージされる形態としてもよい。

【0100】

本実施形態では一つのリチャージ回路３０１と複数のダミー画素１４を接続することにより、画素領域全体におけるリチャージ回路３０１の総数を削減することができ、消費電力の低減につながる。

【0101】

また、受光量が少ないダミー画素１４では必要なリチャージの頻度が少なくなる。例えば、第１領域と第２領域の境界においては、第２領域が遮光されていても第１領域側から第２領域へ光が漏れこみやすい。そのため、漏れこんだ光によってダミー画素１４で光電変換が行われる頻度も比較的高く、リチャージ回路３０１のリチャージが必要になる頻度も高い。例えば図５においてＣまたはＤに位置するダミー画素１４は遮光領域と有効画素領域との境界に位置する。そのためこれらのダミー画素１４において１つのリチャージ回路３０１に並列に接続されるＡＰＤ２０１の数は、２、３個程度が望ましい。反対に、遮光されていない第１領域から離れた位置に配されたダミー画素１４ほど、受光量は減衰することから、一つのリチャージ回路３０１に対して並列に接続可能なＡＰＤ２０１の個数を境界付近のダミー画素１４よりも増やしてもよい。例えば図４のＢに位置するダミー画素１４の、一つのリチャージ回路３０１に対して並列に接続可能なＡＰＤ２０１の個数はＣまたはＤに位置するダミー画素１４よりも多い。ダミー画素１４の配置に応じて並列に接続されるＡＰＤ２０１の数を異ならせることで、画素領域全体におけるリチャージ回路３０１の個数をより削減することが可能となり、一層の消費電力減につながる。つまり、ダミー画素のうち第１領域と第２領域との境界からの距離が長い第１のダミー画素が有するアバランシェフォトダイオードの数は、第１領域と第２領域との境界からの距離が短い第２のダミー画素が有するアバランシェフォトダイオードの数よりも多い。

【0102】

カソード電圧ＶＣの経時的な低下を抑制するためには、ダミー画素１４でアバランシェ増倍が発生しなければよい。つまり、ダミー画素１４に逆バイアス電圧が印加されなければよい。そのため、ダミー画素１４にはリチャージ回路３０１を設けず、固定電圧が入力される形式とすることでさらなる消費電力減を実現することも可能である。例えば図１４（ｃ）に示すようにＡＰＤ２０１のカソード端子とアノード端子の双方に電圧ＶＬが供給されるように配線を設けてもよい。

【0103】

（第５の実施形態）
本実施形態による光電変換システムについて、図１５を用いて説明する。図１５は、本実施形態による光電変換システムの概略構成を示すブロック図である。

【0104】

上記第１～第３実施形態で述べた光電変換装置は、種々の光電変換システムに適用可能である。適用可能な光電変換システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、光電変換システムに含まれる。図１５には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。

【0105】

図１５に例示した光電変換システムは、光電変換装置の一例である撮像装置１００４、被写体の光学像を撮像装置１００４に結像させるレンズ１００２を備える。さらに、レンズ１００２を通過する光量を可変にするための絞り１００３、レンズ１００２の保護のためのバリア１００１を有する。レンズ１００２及び絞り１００３は、撮像装置１００４に光を集光する光学系である。撮像装置１００４は、上記のいずれかの実施形態の光電変換装置であって、レンズ１００２により結像された光学像を電気信号に変換する。

【0106】

光電変換システムは、また、撮像装置１００４より出力される出力信号の処理を行うことで画像を生成する画像生成部である信号処理部１００７を有する。信号処理部１００７は、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。信号処理部１００７は、撮像装置１００４が設けられた半導体基板に形成されていてもよいし、撮像装置１００４とは別の半導体基板に形成されていてもよい。

【0107】

光電変換システムは、更に、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部１０１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）１０１３を有する。更に光電変換システムは、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体１０１２、記録媒体１０１２に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）１０１１を有する。なお、記録媒体１０１２は、光電変換システムに内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。

【0108】

更に光電変換システムは、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部１００９、撮像装置１００４と信号処理部１００７に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部１００８を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、光電変換システムは少なくとも撮像装置１００４と、撮像装置１００４から出力された出力信号を処理する信号処理部１００７とを有すればよい。

【0109】

撮像装置１００４は、撮像信号を信号処理部１００７に出力する。信号処理部１００７は、撮像装置１００４から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部１００７は、撮像信号を用いて、画像を生成する。

【0110】

このように、本実施形態によれば、上記のいずれかの実施形態の光電変換装置（撮像装置）を適用した光電変換システムを実現することができる。

【0111】

（第６の実施形態）
本実施形態の光電変換システム及び移動体について、図１６を用いて説明する。図１６は、本実施形態の光電変換システム及び移動体の構成を示す図である。

【0112】

図１６（ａ）は、車載カメラに関する光電変換システムの一例を示したものである。光電変換システム２３００は、撮像装置２３１０を有する。撮像装置２３１０は、上記のいずれかの実施形態に記載の光電変換装置である。光電変換システム２３００は撮像装置２３１０により取得された複数の画像データに対し画像処理を行う画像処理部２３１２と、光電変換システム２３００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差取得部２３１４を有する。また、光電変換システム２３００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部２３１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部２３１８と、を有する。ここで、視差取得部２３１４や距離取得部２３１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部１３１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。

【0113】

光電変換システム２３００は車両情報取得装置２３２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、光電変換システム２３００は、衝突判定部２３１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御部である制御ＥＣＵ２３３０が接続されている。また、光電変換システム２３００は、衝突判定部２３１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置２３４０とも接続されている。例えば、衝突判定部２３１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ２３３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置２３４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザーに警告を行う。

【0114】

本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を光電変換システム２３００で撮像する。図１６（ｂ）に、車両前方（撮像範囲２３５０）を撮像する場合の光電変換システムを示した。車両情報取得装置２３２０が、光電変換システム２３００ないしは撮像装置２３１０に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。

【0115】

上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。更に、光電変換システムは、自動車等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。

【0116】

（第７の実施形態）
本実施形態の光電変換システムについて、図１７を用いて説明する。図１７は、本実施形態の光電変換システムである距離画像センサの構成例を示すブロック図である。

【0117】

図１７に示すように、距離画像センサ４０１は、光学系４０７、光電変換装置４０８、画像処理回路４０４、モニタ４０５、およびメモリ４０６を備えて構成される。そして、距離画像センサ４０１は、光源装置４０９から被写体に向かって投光され、被写体の表面で反射された光（変調光やパルス光）を受光することにより、被写体までの距離に応じた距離画像を取得することができる。

【0118】

光学系４０７は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を光電変換装置４０８に導き、光電変換装置４０８の受光面（センサ部）に結像させる。

【0119】

光電変換装置４０８としては、上述した各実施形態の光電変換装置が適用され、光電変換装置４０８から出力される受光信号から求められる距離を示す距離信号が画像処理回路４０４に供給される。

【0120】

画像処理回路４０４は、光電変換装置４０８から供給された距離信号に基づいて距離画像を構築する画像処理を行う。そして、その画像処理により得られた距離画像（画像データ）は、モニタ４０５に供給されて表示されたり、メモリ４０６に供給されて記憶（記録）されたりする。

【0121】

このように構成されている距離画像センサ４０１では、上述した光電変換装置を適用することで、画素の特性向上に伴って、例えば、より正確な距離画像を取得することができる。

【0122】

（第８の実施形態）
本実施形態の光電変換システムについて、図１８を用いて説明する。図１８は、本実施形態の光電変換システムであ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。

【0123】

図１８では、術者（医師）１１３１が、内視鏡手術システム１１５０を用いて、患者ベッド１１３３上の患者１１３２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１１５０は、内視鏡１１００と、術具１１１０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１１３４と、から構成される。

【0124】

内視鏡１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１０１と、鏡筒１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１００を図示しているが、内視鏡１１００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。

【0125】

鏡筒１１０１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１１００には光源装置１２０３が接続されており、光源装置１２０３によって生成された光が、鏡筒１１０１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１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１００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。

【0126】

カメラヘッド１１０２の内部には光学系及び光電変換装置が設けられており、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光電変換装置に集光される。当該光電変換装置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。当該光電変換装置としては、前述の各実施形態に記載の光電変換装置を用いることができる。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）１１３５に送信される。

【0127】

ＣＣＵ１１３５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１１００及び表示装置１１３６の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１３５は、カメラヘッド１１０２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。

【0128】

表示装置１１３６は、ＣＣＵ１１３５からの制御により、当該ＣＣＵ１１３５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。

【0129】

光源装置１２０３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１１００に供給する。

【0130】

入力装置１１３７は、内視鏡手術システム１１５０に対する入力インターフェースである。ユーザーは、入力装置１１３７を介して、内視鏡手術システム１１５０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。

【0131】

処置具制御装置１１３８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１１１２の駆動を制御する。

【0132】

内視鏡１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１２０３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１２０３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１１０２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。

【0133】

また、光源装置１２０３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１１０２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。

【0134】

また、光源装置１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯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する。具体的には、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。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、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１２０３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。

【0135】

（第９の実施形態）
本実施形態の光電変換システムについて、図１９（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図１９（ａ）は、本実施形態の光電変換システムである眼鏡１６００（スマートグラス）を説明する。眼鏡１６００には、光電変換装置１６０２を有する。光電変換装置１６０２は、上記の各実施形態に記載の光電変換装置である。また、レンズ１６０１の裏面側には、ＯＬＥＤやＬＥＤ等の発光装置を含む表示装置が設けられていてもよい。光電変換装置１６０２は１つでもよいし、複数でもよい。また、複数種類の光電変換装置を組み合わせて用いてもよい。光電変換装置１６０２の配置位置は図１９（ａ）に限定されない。

【0136】

眼鏡１６００は、制御装置１６０３をさらに備える。制御装置１６０３は、光電変換装置１６０２と上記の表示装置に電力を供給する電源として機能する。また、制御装置１６０３は、光電変換装置１６０２と表示装置の動作を制御する。レンズ１６０１には、光電変換装置１６０２に光を集光するための光学系が形成されている。

【0137】

図１９（ｂ）は、１つの適用例に係る眼鏡１６１０（スマートグラス）を説明する。眼鏡１６１０は、制御装置１６１２を有しており、制御装置１６１２に、光電変換装置１６０２に相当する光電変換装置と、表示装置が搭載される。レンズ１６１１には、制御装置１６１２内の光電変換装置と、表示装置からの発光を投影するための光学系が形成されており、レンズ１６１１には画像が投影される。制御装置１６１２は、光電変換装置および表示装置に電力を供給する電源として機能するとともに、光電変換装置および表示装置の動作を制御する。制御装置は、装着者の視線を検知する視線検知部を有してもよい。視線の検知は赤外線を用いてよい。赤外発光部は、表示画像を注視しているユーザーの眼球に対して、赤外光を発する。発せられた赤外光の眼球からの反射光を、受光素子を有する撮像部が検出することで眼球の撮像画像が得られる。平面視における赤外発光部から表示部への光を低減する低減手段を有することで、画像品位の低下を低減する。

【0138】

赤外光の撮像により得られた眼球の撮像画像から表示画像に対するユーザーの視線を検出する。眼球の撮像画像を用いた視線検出には任意の公知の手法が適用できる。一例として、角膜での照射光の反射によるプルキニエ像に基づく視線検出方法を用いることができる。

【0139】

より具体的には、瞳孔角膜反射法に基づく視線検出処理が行われる。瞳孔角膜反射法を用いて、眼球の撮像画像に含まれる瞳孔の像とプルキニエ像とに基づいて、眼球の向き（回転角度）を表す視線ベクトルが算出されることにより、ユーザーの視線が検出される。

【0140】

本実施形態の表示装置は、受光素子を有する光電変換装置を有し、光電変換装置からのユーザーの視線情報に基づいて表示装置の表示画像を制御してよい。

【0141】

具体的には、表示装置は、視線情報に基づいて、ユーザーが注視する第１の視界領域と、第１の視界領域以外の第２の視界領域とを決定される。第１の視界領域、第２の視界領域は、表示装置の制御装置が決定してもよいし、外部の制御装置が決定したものを受信してもよい。表示装置の表示領域において、第１の視界領域の表示解像度を第２の視界領域の表示解像度よりも高く制御してよい。つまり、第２の視界領域の解像度を第１の視界領域よりも低くしてよい。

【0142】

また、表示領域は、第１の表示領域、第１の表示領域とは異なる第２の表示領域とを有し、視線情報に基づいて、第１の表示領域および第２の表示領域から優先度が高い領域を決定されてよい。第１の視界領域、第２の視界領域は、表示装置の制御装置が決定してもよいし、外部の制御装置が決定したものを受信してもよい。優先度の高い領域の解像度を、優先度が高い領域以外の領域の解像度よりも高く制御してよい。つまり優先度が相対的に低い領域の解像度を低くしてよい。

【0143】

なお、第１の視界領域や優先度が高い領域の決定には、ＡＩを用いてもよい。ＡＩは、眼球の画像と当該画像の眼球が実際に視ていた方向とを教師データとして、眼球の画像から視線の角度、視線の先の目的物までの距離を推定するよう構成されたモデルであってよい。ＡＩプログラムは、表示装置が有しても、光電変換装置が有しても、外部装置が有してもよい。外部装置が有する場合は、通信を介して、表示装置に伝えられる。

【0144】

視認検知に基づいて表示制御する場合、外部を撮像する光電変換装置を更に有するスマートグラスに好ましく適用できる。スマートグラスは、撮像した外部情報をリアルタイムで表示することができる。

【0145】

［変形実施形態］
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。

【0146】

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、本発明の実施形態に含まれる。

【0147】

また、上記第４の実施形態、第５の実施形態に示した光電変換システムは、光電変換装置を適用しうる光電変換システム例を示したものであって、本発明の光電変換装置を適用可能な光電変換システムは図１５乃至図１６に示した構成に限定されるものではない。第６の実施形態に示したＴｏＦシステム、第７の実施形態に示した内視鏡、第８の実施形態に示したスマートグラスについても同様である。

【0148】

上述した各実施形態の光電変換装置は、自動車内のセンサにも適用できる。例えば、運転者の顔の検知、表情の検知、視線の検知に使用するセンサに適用できる。このセンサの出力を用いて、運転者の注意力欠如、居眠り、失神などを検知することができる。また、運転者の人物識別を行うようにすることもできる。

【0149】

なお、上記実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

【0150】

また、本開示は以下の構成を含む。

【0151】

（構成１） アノードとカソードとを含むアバランシェフォトダイオードをそれぞれが有する複数の画素を含む画素領域を有し、前記複数の画素は、光子の検出に応じた光子検出信号を出力する有効画素と、前記光子検出信号を出力しないダミー画素と、遮光部を有するオプティカルブラック画素を含み、前記画素領域は、前記有効画素を有する第１領域と、前記ダミー画素を有する第２領域と、前記オプティカルブラック画素を有する第３領域とを有し、前記第２領域は、前記画素領域の端部に接する第１の部分と、第２の部分とを有し、前記第１の部分と、前記第１領域と、前記第２の部分と、前記第３領域とが第１の方向にこの順で並んで配されており、前記第１の方向において、前記第２の部分の幅は、前記第１の部分の幅よりも広いことを特徴とする光電変換装置。

【0152】

（構成２） 前記第２領域は、前記画素領域の端部に接する第３の部分を有し、前記第１領域と、前記第３の部分とが前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って並び、前記第２の部分の前記第１の方向の幅は、前記第３の部分の前記第２の方向の幅よりも広いことを特徴とする構成１記載の光電変換装置。

【0153】

（構成３） 前記第２の部分の前記第１の方向の幅に沿って配されたダミー画素の数が、前記第１の部分の前記第１の方向の幅に沿って配されたダミー画素の数よりも多いことを特徴とする構成１又は構成２に記載の光電変換装置。

【0154】

（構成４） 前記有効画素は前記光子検出信号をカウントとするカウンタ回路に接続され、前記ダミー画素は前記カウンタ回路に接続されないことを特徴とする構成１から構成３までのいずれかに記載の光電変換装置。

【0155】

（構成５） 前記第２領域は、前記アノード及び前記カソードとは異なるノードが前記カウンタ回路の入力ノードと接続されたテスト画素を含むことを特徴とする構成４に記載の光電変換装置。

【0156】

（構成６） 前記複数の画素のそれぞれは隣り合う画素との間に画素分離部を有することを特徴とする構成１から構成５までのいずれかに記載の光電変換装置。

【0157】

（構成７） 前記有効画素が配された前記第１領域と、前記ダミー画素が配された前記第２領域との間を分離する前記画素分離部を有することを特徴とする構成６に記載の光電変換装置。

【0158】

（構成８） 前記有効画素が配された前記第３領域と、前記ダミー画素が配された前記第２領域との間を分離する前記画素分離部を有することを特徴とする構成６又は構成７に記載の光電変換装置。

【0159】

（構成９） 前記オプティカルブラック画素を有する第４領域を有し、前記第２領域は第４の部分を有し、前記第４領域と前記第４の部分とが前記第１の方向に交差する第３の方向に並び、前記第４の部分の前記第３の方向の幅は、前記第１の部分の前記第１の方向の幅よりも広いことを特徴とする構成１から構成８までのいずれかに記載の光電変換装置。

【0160】

（構成１０） 前記第４の部分の前記第３の方向の幅に沿って配されたダミー画素の数は、前記第１の部分の前記第１の方向の幅に沿って配されたダミー画素の数よりも多いことを特徴とする構成９に記載の光電変換装置。

【0161】

（構成１１） 前記第２の部分の前記第１の方向の幅は、前記第３の部分の前記第２の方向の幅の十倍よりも大きいことを特徴とする構成２に記載の光電変換装置。

【0162】

（構成１２） 前記第２の部分の前記第１の方向の幅に沿って配されたダミー画素の数が、前記第１の部分の前記第１の方向の幅に沿って配されたダミー画素の数の十倍よりも多いことを特徴とする構成１から構成１１までのいずれかに記載の光電変換装置。

【0163】

（構成１３） 前記アノードおよび前記カソードのうちの一方のノードと駆動電圧が印加される電源とに接続され、前記一方のノードと前記電源との間の抵抗値を切り替えるスイッチを有することを特徴とする構成１から構成１２までのいずれかに記載の光電変換装置。

【0164】

（構成１４） 前記ダミー画素のそれぞれは１つの前記スイッチに対して複数のアバランシェフォトダイオードを有することを特徴とする構成１３に記載の光電変換装置。

【0165】

（構成１５） 前記ダミー画素のうち、第１のダミー画素が有するアバランシェフォトダイオードの数は、第２のダミー画素が有するアバランシェフォトダイオードの数よりも多いことを特徴とする構成１から構成１４までのいずれかに記載の光電変換装置。

【0166】

（構成１６） 前記第１領域と前記第２領域との境界から前記第１のダミー画素までの距離は、前記境界から前記第２のダミー画素までの距離よりも長いことを特徴とする構成１５に記載の光電変換装置。

【0167】

（構成１７） 前記スイッチはトランジスタであることを特徴とする構成１３から構成１６までのいずれかに記載の光電変換装置。

【0168】

（構成１８） 前記有効画素の前記アバランシェフォトダイオードは、第１の周期でリチャージされることを特徴とする構成１から構成１７までのいずれかに記載の光電変換装置。

【0169】

（構成１９） 前記ダミー画素の前記アバランシェフォトダイオードは、前記第１の周期と異なる第２の周期でリチャージされることを特徴とする構成１８に記載の光電変換装置。

【0170】

（構成２０） 前記第２の周期は前記第１の周期よりも長いことを特徴とする構成１９に記載の光電変換装置。

【0171】

（構成２１） 構成１から構成２０までのいずれか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部と、を有することを特徴とするシステム。

【0172】

（構成２２） 移動体であって、構成１から構成２０までのいずれかに記載の光電変換装置と、前記光電変換装置からの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。

【符号の説明】

【0173】

１００ 光電変換装置
１２ 画素領域
１０ 第１領域
１０ｂ 第２領域
１０ｃ 第３領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】