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公開番号2024104289
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-02
出願番号2024000212
出願日2024-01-04
発明の名称光電変換装置、光検出システム及び移動体
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H04N 25/773 20230101AFI20240726BHJP(電気通信技術)
要約【課題】3枚以上の基板を積層することにより構成された光電変換装置において、画素回路や周辺回路の機能ブロックの高集積化や特性向上を容易にするための技術を提供する。
【解決手段】第1、第2及び第3基板が積層されてなる光電変換装置であって、APDを含む光電変換部と、光電変換部から出力される信号を処理する信号処理部と、を各々が有する複数の画素を有する。信号処理部は、APDに接続されたクエンチ回路と、APDへの光の入射に応じた信号を処理する処理回路と、を有し、APDは第1基板に配されており、クエンチ回路の少なくとも一部は第2基板に配されており、処理回路の少なくとも一部は第3基板に配されている。複数の画素の各々は、第2基板と第3基板との間に複数の電気的接続部を有しており、複数の電気的接続部のうち、一部は処理回路への入力信号線の一部を構成し、他の一部は処理回路からの出力信号線の一部を構成している。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
少なくとも第１基板、第２基板及び第３基板が積層されてなる光電変換装置であって、
アバランシェフォトダイオードを含む光電変換部と、前記光電変換部から出力される信号を処理する信号処理部と、を各々が有する複数の画素を有し、
前記複数の画素の各々の前記信号処理部は、前記アバランシェフォトダイオードに接続されたクエンチ回路と、前記アバランシェフォトダイオードへの光の入射に応じた信号を処理する処理回路と、を有し、
前記アバランシェフォトダイオードは、前記第１基板に配されており、
前記クエンチ回路の少なくとも一部は、前記第２基板に配されており、
前記処理回路の少なくとも一部は、前記第３基板に配されており、
前記複数の画素の各々は、前記第２基板と前記第３基板との間に複数の電気的接続部を有しており、
前記複数の電気的接続部のうちの一部は前記処理回路への入力信号線の一部を構成し、前記複数の電気的接続部のうちの他の一部は前記処理回路からの出力信号線の一部を構成している
ことを特徴とする光電変換装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記複数の画素の各々の前記信号処理部は、
前記アバランシェフォトダイオードと前記クエンチ回路との接続ノードに接続され、前記光電変換部から出力されるアナログ信号をパルス信号に変換する波形整形回路と、
前記処理回路で処理された信号の出力を選択する選択回路と、を更に有する
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】
前記波形整形回路の少なくとも一部及び前記選択回路の少なくとも一部は、前記第２基板に配されている
ことを特徴とする請求項２記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記波形整形回路は、前記複数の電気的接続部のうちの前記一部を介して前記処理回路に接続されている
ことを特徴とする請求項３記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記処理回路は、前記複数の電気的接続部のうちの前記他の一部を介して前記選択回路に接続されている
ことを特徴とする請求項３又は４記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記処理回路は、前記複数の電気的接続部のうちの前記他の一部を介して前記クエンチ回路に接続されている
ことを特徴とする請求項３又は４記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記複数の画素に対して行単位又は列単位で制御信号を供給する走査回路部を更に有し、
前記走査回路部は、
前記複数の画素を制御する信号を生成する論理部と、
前記複数の行又は前記複数の列の各々に対応して配され、前記論理部が生成した信号を対応する行又は列の画素に供給する複数の出力部と、を有し、
前記複数の出力部の各々は、
前記第２基板に配され、前記選択回路を駆動する信号を生成する第１駆動回路と、
前記第３基板に配され、前記処理回路を駆動する信号を生成する第２駆動回路と、を有する
ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記複数の画素から出力される信号を処理する読み出し回路部を更に有し、
前記読み出し回路部は、前記複数の行又は前記複数の列の各々に対応して配された複数の受信回路を有し、
前記複数の受信回路の各々は、
前記第２基板に配され、対応する行又は列の画素から出力される信号を受信する受信部と、
前記第３基板に配され、前記受信部から出力される信号を処理する処理部と、を有する
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。
【請求項９】
前記第３基板に配され、前記読み出し回路部から出力される信号に対してデジタル信号処理を行う信号処理回路部を更に有する
ことを特徴とする請求項８記載の光電変換装置。
【請求項１０】
前記複数の画素で生成された信号に基づく信号を外部に出力するトランスミッタ回路部を更に有し、
前記トランスミッタ回路部は、
前記第３基板に配され、前記複数の画素で生成された信号に基づく信号に対して所定の処理を行う処理部と、
前記第２基板に配され、前記処理部で処理された信号を外部に出力する出力部と、を有する
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。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置、光検出システム及び移動体に関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Avalanche Photo Diode）を各々が含む複数の画素が２次元アレイ状に配置された画素アレイを含む光電変換装置が知られている。特許文献１には、ＡＰＤアレイを配置した第１基板と、ＡＰＤアレイの動作制御やＡＰＤアレイから出力される信号の処理を行う回路を配置した第２基板及び第３基板とを積層することにより構成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】
特開２０２２－１１３１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の構成ではＡＰＤアレイの動作制御やＡＰＤアレイから出力される信号の処理を行う回路を構成する各機能ブロックが必ずしも第２基板と第３基板とに適切に振り分けられておらず、特性向上や高集積化の妨げになることがあった。
【０００５】
本発明の目的は、３枚以上の基板を積層することにより構成された光電変換装置において、画素回路や周辺回路の機能ブロックの高集積化や特性向上を容易にするための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書の一開示によれば、少なくとも第１基板、第２基板及び第３基板が積層されてなる光電変換装置であって、アバランシェフォトダイオードを含む光電変換部と、前記光電変換部から出力される信号を処理する信号処理部と、を各々が有する複数の画素を有し、前記複数の画素の各々の前記信号処理部は、前記アバランシェフォトダイオードに接続されたクエンチ回路と、前記アバランシェフォトダイオードへの光の入射に応じた信号を処理する処理回路と、を有し、前記アバランシェフォトダイオードは、前記第１基板に配されており、前記クエンチ回路の少なくとも一部は、前記第２基板に配されており、前記処理回路の少なくとも一部は、前記第３基板に配されており、前記複数の画素の各々は、前記第２基板と前記第３基板との間に複数の電気的接続部を有しており、前記複数の電気的接続部のうちの一部は前記処理回路への入力信号線の一部を構成し、前記複数の電気的接続部のうちの他の一部は前記処理回路からの出力信号線の一部を構成している光電変換装置が提供される。
【０００７】
また、本明細書の他の一開示によれば、少なくとも第１基板、第２基板及び第３基板が積層されてなる光電変換装置であって、複数の行及び複数の列をなすように配され、アバランシェフォトダイオードを含む光電変換部と、前記光電変換部から出力される信号を処理する信号処理部と、を各々が有する複数の画素と、前記複数の行又は前記複数の列に対応して設けられ、各々が対応する行又は列の画素に接続された複数の出力線と、を有し、前記複数の画素の各々の前記信号処理部は、前記アバランシェフォトダイオードに接続された入力ノードと、前記アバランシェフォトダイオードへの光の入射に応じた信号を処理する処理回路と、前記出力線に接続された出力ノードと、を有し、前記アバランシェフォトダイオードは、前記第１基板に配されており、前記信号処理部の前記入力ノード及び前記出力ノード並びに前記出力線は、前記第２基板に配されており、前記処理回路の少なくとも一部は、前記第３基板に配されている光電変換装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、３枚以上の基板を積層することにより構成された光電変換装置において、画素回路や周辺回路の機能ブロックの高集積化や特性向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の第１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（その１）である。
本発明の第１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（その２）である。
本発明の第１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。
本発明の第１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。
本発明の第１実施形態による光電変換装置における光電変換部の基本動作を説明する図（その１）である。
本発明の第１実施形態による光電変換装置における光電変換部の基本動作を説明する図（その２）である。
本発明の第１実施形態による光電変換装置における光電変換部の基本動作を説明する図（その３）である。
本発明の第１実施形態による光電変換装置における画素の積層構造を模式的に示した図である。
本発明の第１実施形態の変形例による光電変換装置における画素の積層構造を模式的に示した図である。
本発明の第２実施形態の変形例による光電変換装置における画素の積層構造を模式的に示した図である。
本発明の第３実施形態による光電変換装置における画素の積層構造を模式的に示した図である。
本発明の第３実施形態の変形例による光電変換装置における画素の積層構造を模式的に示した図である。
本発明の第４実施形態による光電変換装置における垂直走査回路部と画素領域との接続関係を示す図である。
本発明の第４実施形態による光電変換装置における垂直走査回路部の積層構造を模式的に示した図である。
本発明の第５実施形態による光電変換装置における読み出し回路部と画素領域との接続関係を示す図である。
本発明の第５実施形態による光電変換装置における読み出し回路部の積層構造を模式的に示した図である。
本発明の第６実施形態の変形例による光電変換装置におけるトランスミッタの積層構造を模式的に示した図である。
本発明の第７実施形態による光電変換装置の積層構造を模式的に示した図である。
本発明の第７実施形態による光電変換装置の積層構造を模式的に示した図である。
本発明の第７実施形態による光電変換装置の積層構造を模式的に示した図である。
本発明の第８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。
本発明の第９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。
本発明の第１０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。
本発明の第１１実施形態による移動体の構成例を示す概略図（その１）である。
本発明の第１１実施形態による移動体の構成例を示す概略図（その２）である。
本発明の第１１実施形態による移動体の構成例を示す概略図（その３）である。
本発明の第１１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。
本発明の第１１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。
本発明の第１２実施形態による光検出システムの概略構成を示す概略図（その１）である。
本発明の第１２実施形態による光検出システムの概略構成を示す概略図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
（【００１１】以降は省略されています）

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