(57)【要約】【課題】光が入射されたタイミングの検出において、さらなる時間分解能の向上が望まれている。【解決手段】光電変換部と、光電変換部からの電荷を第１端から第２端に向かう第１方向に転送する第１電荷転送経路と、第１電荷転送経路の第１位置から分岐する第２電荷転送経路と、第１電荷転送経路の、第１位置よりも光電変換部から遠い第２位置から分岐する第３電荷転送経路と、第２電荷転送経路を経由して転送された電荷を蓄積する第１電荷蓄積部と、第３電荷転送経路を経由して転送された電荷を蓄積する第２電荷蓄積部と、第１電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えを行う第１ゲート電極と、第２電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えと、第３電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えとを行う第２ゲート電極と、を備え、平面視において、第３電荷転送経路の幅は、第２電荷転送経路の幅よりも広い、光検出装置。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷を生成する光電変換部と、
第１端と第２端とを有し、前記第１端が前記光電変換部と接続され、前記光電変換部からの電荷を前記第１端から前記第２端に向かう第１方向に転送する第１電荷転送経路と、
前記第１電荷転送経路の第１位置から分岐する第２電荷転送経路と、
前記第１電荷転送経路の、前記第１方向において前記第１位置よりも前記光電変換部から遠い第２位置から分岐する第３電荷転送経路と、
前記第１電荷転送経路から前記第２電荷転送経路を経由して転送された電荷を蓄積する第１電荷蓄積部と、
前記第１電荷転送経路から前記第３電荷転送経路を経由して転送された電荷を蓄積する第２電荷蓄積部と、
前記第１電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えを行う第１ゲート電極と、
前記第２電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えと、前記第３電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えとを行う、少なくとも１つの第２ゲート電極と、
を備え、
平面視において、前記第３電荷転送経路の幅は、前記第２電荷転送経路の幅よりも広い、
光検出装置。
【請求項２】
前記第１電荷転送経路の、前記第１方向において前記第１位置と前記第２位置との間に位置する第３位置から分岐する第４電荷転送経路と、
前記第１電荷転送経路から前記第４電荷転送経路を経由して転送された電荷を蓄積する第３電荷蓄積部と、
をさらに備え、
前記少なくとも１つの第２ゲート電極は、前記第４電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えを行い、
前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部は、蓄積された電荷を読み出す読み出し回路に接続され、
前記第３電荷蓄積部は、蓄積された電荷を読み出す読み出し回路に接続されていない、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
平面視において、前記第４電荷転送経路の幅は、前記第２電荷転送経路の幅、及び前記第３電荷転送経路の幅よりも狭い、請求項２に記載の光検出装置。
【請求項４】
前記第１電荷転送経路の、前記第１方向において前記第１位置と前記第２位置との間に位置する第３位置から分岐する第４電荷転送経路と、
前記第１電荷転送経路から前記第４電荷転送経路を経由して転送された電荷を蓄積する第３電荷蓄積部と、
前記第１電荷蓄積部、前記第２電荷蓄積部、及び前記第３電荷蓄積部のそれぞれに接続され、蓄積された電荷を読み出す読み出し回路と、
前記読み出し回路に接続された信号処理部と、
をさらに備え、
前記少なくとも１つの第２ゲート電極は、前記第４電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えを行い、
前記信号処理部は、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部から読み出された電荷の電荷量を利用し、前記第３電荷蓄積部から読み出された電荷の電荷量は利用せずに信号処理を行う、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項５】
前記第１電荷転送経路の前記第２端に接続する電荷掃引部をさらに備える、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項６】
請求項１に記載された光検出装置からなる複数の画素がアレイ状に配置される画素アレイを備える、撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光を検出する光検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光が入射されたタイミングを検出する光検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。これらの光検出装置によると、光が入射されたタイミングを、ある程度の精度で検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１７５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光が入射されたタイミングの検出において、さらなる時間分解能の向上が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の限定的ではないある例示的な実施形態によれば、以下が提供される。
【０００６】
電荷を生成する光電変換部と、第１端と第２端とを有し、前記第１端が前記光電変換部と接続され、前記光電変換部からの電荷を前記第１端から前記第２端に向かう第１方向に転送する第１電荷転送経路と、前記第１電荷転送経路の第１位置から分岐する第２電荷転送経路と、前記第１電荷転送経路の、前記第１方向において前記第１位置よりも前記光電変換部から遠い第２位置から分岐する第３電荷転送経路と、前記第１電荷転送経路から前記第２電荷転送経路を経由して転送された電荷を蓄積する第１電荷蓄積部と、前記第１電荷転送経路から前記第３電荷転送経路を経由して転送された電荷を蓄積する第２電荷蓄積部と、前記第１電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えを行う第１ゲート電極と、前記第２電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えと、前記第３電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えとを行う、少なくとも１つの第２ゲート電極と、を備え、平面視において、前記第３電荷転送経路の幅は、前記第２電荷転送経路の幅よりも広い、光検出装置。
【０００７】
包括的または具体的な態様は、素子、デバイス、モジュール、システム、集積回路または方法で実現されてもよい。また、包括的または具体的な態様は、素子、デバイス、モジュール、システム、集積回路および方法の任意の組み合わせによって実現されてもよい。
【０００８】
開示された実施形態の追加的な効果および利点は、明細書および図面から明らかになる。効果および／または利点は、明細書および図面に開示の様々な実施形態または特徴によって個々に提供され、これらの１つ以上を得るために全てを必要とはしない。
【発明の効果】
【０００９】
光が入射されたタイミングの検出において、時間分解能を従来よりも向上し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１に係る光検出装置の平面図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る光検出装置のＸ１−Ｘ２線における断面図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る光検出装置のＹ１−Ｙ２線における断面図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る光検出装置に形成される電荷転送経路の模式図である。
【図５】図５は、第１電荷転送経路が電荷を転送する様子を示す模式図である。
【図６】図６は、第２電荷転送経路が電荷を転送する様子を示す模式図である。
【図７】図７は、第６電荷転送経路が電荷を転送する様子を示す模式図である。
【図８】図８は、各トランジスタＴＧ１〜ＴＧ５の単位ゲート幅当たりの電流−電圧特性を示す特性図である。
【図９】図９は、実施の形態１に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、第１電荷転送経路を走行中の電荷群の分布を示す模式図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２に係る光検出装置１０の平面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態２に係る光検出装置に形成される電荷転送経路の模式図である。
【図１３】図１３は、実施の形態２に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、第１電荷転送経路を走行中の電荷群の分布を示す模式図である。
【図１５】図１５は、実施の形態３に係る光検出装置の平面図である。
【図１６】図１６は、実施の形態３に係る光検出装置に形成される電荷転送経路の模式図である。
【図１７】図１７は、実施の形態３に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】図１８は、実施の形態４に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】図１９は、参考例に係る光検出装置の構成図である。
【図２０】図２０は、参考例に係る光検出装置における、走行中の電荷群の分布を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（本開示の一態様を得るに至った知見）
ここでは、まず、参考例の光検出装置について説明する。
【００１２】
図１９は、参考例に係る光検出装置（すなわち、撮像素子１０１）の構成図である。
【００１３】
参考例の光検出装置では、まず、第１ゲート電極１１１の電位を制御することで、第１ゲート電極１１１下にチャネル（転送チャネルとも呼ぶ）を形成する。そして、受光部１１３に光が入射したことで生成された電荷群を、その転送チャネル内において、受光部１１３側から電荷掃引部１１４側へと走行させる。そして、電荷群の走行中に、第２ゲート電極１１２の電位を制御することで、その走行中の電荷群の少なくとも一部を、それぞれが読み出し回路（１２０ａ〜１２０ｅ）に接続される複数のＦＤへと導く。そして、走行中の電荷群の少なくとも一部が、どの位置のＦＤから読み出されたかを特定することで、その電荷群が発生した時刻、すなわち、光が入射されたタイミングを検出する。
【００１４】
ここで、参考例の光検出装置では、図１９に示されるように、第１ゲート電極１１１下に形成されるチャネルから分岐する各分岐転送チャネルの幅は等しくなっている。
【００１５】
発明者は、上記参考例の光検出装置に関し、光が入射されたタイミングの検出における時間分解能をさらに向上すべく検討を重ねた。
【００１６】
図２０は、参考例の光検出装置における、走行中の電荷群の分布を示す模式図である。
【００１７】
同図に示されるように、走行中の電荷群は、その走行距離が長くなればなるほど、すなわち、受光部１１３から遠くまで走行すればするほど、その電荷密度の分布が広がっていく。このため、受光部１１３から遠い位置（例えば、図１９におけるＴＧ３、ＴＧ４、ＴＧ５付近）まで走行した電荷群は、複数の読み出し回路で読み出されてしまうことがある。また、互いに異なる第１の電荷群と第２の電荷群とが、受光部１１３から遠い位置（例えば、図２０におけるＴＧ３，ＴＧ４、ＴＧ５付近）まで走行した場合に、第１の電荷群の一部と第２の電荷群の一部とが混じり合ってしまう領域が生じることがある。
【００１８】
発明者は、光検出装置において、これら現象による影響を抑制することで、光が入射されたタイミングの検出における時間分解能を向上し得ることを見出した。
【００１９】
発明者は、このような検討を重ねた結果、下記光検出装置、及び撮像装置に想到した。
【００２０】
本開示の一態様に係る光検出装置は、電荷を生成する光電変換部と、第１端と第２端とを有し、前記第１端が前記光電変換部と接続され、前記光電変換部からの電荷を前記第１端から前記第２端に向かう第１方向に転送する第１電荷転送経路と、前記第１電荷転送経路の第１位置から分岐する第２電荷転送経路と、前記第１電荷転送経路の、前記第１方向において前記第１位置よりも前記光電変換部から遠い第２位置から分岐する第３電荷転送経路と、前記第１電荷転送経路から前記第２電荷転送経路を経由して転送された電荷を蓄積する第１電荷蓄積部と、前記第１電荷転送経路から前記第３電荷転送経路を経由して転送された電荷を蓄積する第２電荷蓄積部と、前記第１電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えを行う第１ゲート電極と、前記第２電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えと、前記第３電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えとを行う、少なくとも１つの第２ゲート電極と、を備え、平面視において、前記第３電荷転送経路の幅は、前記第２電荷転送経路の幅よりも広い。
【００２１】
上記構成の光検出装置では、光電変換部（受光部）から、電荷の転送経路において遠い側に位置する第３電荷転送経路の幅のほうが、近い側に位置する第２電荷転送経路の幅よりも広くなっている。このため、第１電荷転送経路における第２電荷転送経路への分岐点近傍を走行中の電荷群の電荷分布密度よりも、第１電荷転送経路における第３電荷転送経路への分岐点近傍を走行中の電荷群の電荷密度の方が広がってしまっても、第３電荷転送経路への分岐点近傍を走行中の電荷群の一部の電荷を、第２電荷蓄積部以外の電荷蓄積部に蓄積してしまう可能性を低減し得る。
【００２２】
従って、上記構成の光検出装置によると、光が入射されたタイミングの検出における時間分解能を向上し得る。
【００２３】
本開示の一態様に係る光検出装置は、電荷を生成する光電変換部と、第１端と第２端とを有し、前記第１端が前記光電変換部と接続され、前記光電変換部からの電荷を前記第１端から前記第２端に向かう第１方向に転送する第１電荷転送経路と、前記第１電荷転送経路の第１位置から分岐する第２電荷転送経路と、前記第１電荷転送経路の、前記第１方向において前記第１位置よりも前記光電変換部から遠い第２位置から分岐する第３電荷転送経路と、前記第１電荷転送経路の、前記第１方向において前記第１位置と前記第２位置との間に位置する第３位置から分岐する第４電荷転送経路と、前記第１電荷転送経路から前記第２電荷転送経路を経由して転送された電荷を蓄積する第１電荷蓄積部と、前記第１電荷転送経路から前記第３電荷転送経路を経由して転送された電荷を蓄積する第２電荷蓄積部と、前記第１電荷転送経路から前記第４電荷転送経路を経由して転送された電荷を蓄積する第３電荷蓄積部と、前記第１電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えを行う第１ゲート電極と、前記第２電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えと、前記第３電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えと、前記第４電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えとを行う、少なくとも１つの第２ゲート電極と、を備え、記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部は、蓄積された電荷を読み出す読み出し回路に接続され、前記第３電荷蓄積部は、蓄積された電荷を読み出す読み出し回路に接続されていない。
【００２４】
上記構成の光検出装置では、第１電荷転送経路において、第２電荷転送経路への分岐点近傍を走行中の第１の電荷群の一部と、第３電荷転送経路への分岐点近傍を走行中の第２の電荷群の一部とが、第４電荷転送経路への分岐点経路近傍で混じり合ってしまっても、第４電荷転送経路の分岐点近傍で混じり合っている電荷群の一部の電荷が読み出されることはない。これに対して、第２電荷転送経路への分岐点近傍を走行中の第１の電荷群の一部は、第１電荷蓄積部に蓄積された電荷として読み出され、第３電荷転送経路への分岐点近傍を走行中の第２の電荷群の一部は、第２電荷蓄積部に蓄積された電荷として読み出される。
【００２５】
従って、上記構成の光検出装置によると、光が入射されたタイミングの検出における時間分解能を向上し得る。
【００２６】
また、例えば、前記第４電荷転送経路の幅は、前記第２電荷転送経路の幅、及び前記第３電荷転送経路の幅よりも狭いとしてもよい。
【００２７】
これにより、読み出しの対象となる電荷の割合を、より高くすることができる。このため、光が入射されたタイミングの検出における時間分解能をさらに向上し得る。
【００２８】
本開示の一態様に係る光検出装置は、電荷を生成する光電変換部と、第１端と第２端とを有し、前記第１端が前記光電変換部と接続され、前記光電変換部からの電荷を前記第１端から前記第２端に向かう第１方向に転送する第１電荷転送経路と、前記第１電荷転送経路の第１位置から分岐する第２電荷転送経路と、前記第１電荷転送経路の、前記第１方向において前記第１位置よりも前記光電変換部から遠い第２位置から分岐する第３電荷転送経路と、前記第１電荷転送経路の、前記第１方向において前記第１位置と前記第２位置との間に位置する第３位置から分岐する第４電荷転送経路と、前記第１電荷転送経路から前記第２電荷転送経路を経由して転送された電荷を蓄積する第１電荷蓄積部と、前記第１電荷転送経路から前記第３電荷転送経路を経由して転送された電荷を蓄積する第２電荷蓄積部と、前記第１電荷転送経路から前記第４電荷転送経路を経由して転送された電荷を蓄積する第３電荷蓄積部と、前記第１電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えを行う第１ゲート電極と、前記第２電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えと、前記第３電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えと、前記第４電荷転送経路における電荷の転送及び遮断の切り替えとを行う、少なくとも１つの第２ゲート電極と、前記第１電荷蓄積部、前記第２電荷蓄積部、及び前記第３電荷蓄積部のそれぞれに接続され、蓄積された電荷を読み出す読み出し回路と、前記読み出し回路に接続された信号処理部と、を備え、前記信号処理部は、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部から読み出された電荷の電荷量を利用し、前記第３電荷蓄積部から読み出された電荷の電荷量は利用せずに信号処理を行う。
【００２９】
上記構成の光検出装置では、第１の電荷転送経路を、第１の電荷群と第２の電荷群とが走行している場合において、第１の電荷群の一部と第２の電荷群の一部とが混じり合ってしまう領域の電荷が読み出されてしまっても、その混じり合ってしまう領域の電荷に対応する信号を利用せずに、信号処理を行うことが可能となる。
【００３０】
従って、上記構成の光検出装置によると、光が入射されたタイミングの検出における時間分解能を向上し得る。
【００３１】
本開示の一態様に係る撮像装置は、上記光検出装置からなる複数の画素がアレイ状に配置される画素アレイを備える。
【００３２】
上記構成の撮像装置が備える複数の画素は、光が入射されたタイミングの検出における時間分解能を向上し得る光検出装置からなる。
【００３３】
従って、上記構成の撮像装置によると、光が入射されたタイミングの検出における時間分解能を向上し得る。
【００３４】
以下、本開示の一態様に係る光検出装置、及び撮像装置の具体例について、図面を参照しながら説明する。ここで示す実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。従って、以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、並びに、ステップ（工程）及びステップの順序等は、一例であって本開示を限定するものではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意に付加可能な構成要素である。また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。
【００３５】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１に係る撮像装置について、図面を参照しながら説明する。この撮像装置は、実施の形態１に係る光検出装置からなる複数の画素がアレイ状に配置される画素アレイを備える。
【００３６】
［１−１．構成］
ここではまず、実施の形態１に係る光検出装置について説明する。
【００３７】
図１は、実施の形態１に係る光検出装置１０の平面図である。図２は、実施の形態１に係る光検出装置１０の、図１に示すＸ１−Ｘ２線における断面図である。図３は、実施の形態１に係る光検出装置１０の、図１に示すＹ１−Ｙ２線における断面図である。
【００３８】
図１、図２、図３に示されるように、光検出装置１０は、第１ゲート電極１１と、第２ゲート電極１２と、光電変換部１３と、電荷掃引部１４と、注入領域１５と、第１電荷蓄積部２１と、第２電荷蓄積部２２と、第３電荷蓄積部２３と、第４電荷蓄積部２４と、第５電荷蓄積部２５とを含んで構成される。
【００３９】
図１に示されるように、第５電荷蓄積部２５の幅は、第４電荷蓄積部２４の幅よりも広く、第４電荷蓄積部２４の幅は、第３電荷蓄積部２３の幅よりも広く、第３電荷蓄積部２３の幅は、第２電荷蓄積部２２の幅よりも広く、第２電荷蓄積部２２の幅は、第１電荷蓄積部２１の幅よりも広くなっている。なお、図１、図２、図３は、あくまでも説明のための模式的な図であり、図面中における各部のサイズは、必ずしも現実のサイズを反映していない。他の図面についても同様に、図面中に示される要素のサイズと、その要素の現実のサイズとが一致しないことがある。
【００４０】
光電変換部１３は、入射した光を受けて電荷を生成可能な光電変換素子を含む。ここでは、光電変換素子としてフォトダイオードを例示する。
【００４１】
図２および図３に示されるように、この例では、光電変換部１３、電荷掃引部１４、注入領域１５、第１電荷蓄積部２１、第２電荷蓄積部２２、第３電荷蓄積部２３、第４電荷蓄積部２４、及び第５電荷蓄積部２５は、シリコン（Ｓｉ）基板などの半導体基板２内に形成されている。半導体基板２は、その全体が半導体である基板に限定されず、感光領域が形成される側の表面に半導体層が設けられた絶縁性基板などであってもよい。以下では、半導体基板２としてｐ型シリコン基板を例示する。この例では、ｐ型シリコン基板に不純物領域（ここではＮ型領域）を形成することにより、光電変換部１３が形成されている。また、ｐ型シリコン基板に、光電変換部１３と同等、あるいは高い濃度の不純物領域（ここではＮ型領域）を形成することにより、注入領域１５が形成されている。そして、ｐ型シリコン基板に、注入領域１５よりも高い濃度の不純物領域（ここではＮ型領域）を形成することにより、第１電荷蓄積部２１、第２電荷蓄積部２２、第３電荷蓄積部２３、第４電荷蓄積部２４、及び第５電荷蓄積部２５が形成される。
【００４２】
図１に示されるように、第５電荷蓄積部２５の幅は、第４電荷蓄積部２４の幅より広く、第４電荷蓄積部２４の幅は、第３電荷蓄積部２３の幅より広く、第３電荷蓄積部２３の幅は、第２電荷蓄積部２２の幅より広く、第２電荷蓄積部２２の幅は、第１電荷蓄積部２１の幅より広い。
【００４３】
また、図１に示されるように、注入領域１５は、長尺状の主部３０と、第１フィンガ部３１と、第２フィンガ部３２と、第３フィンガ部３３と、第４フィンガ部３４と、第５フィンガ部３５とから構成される。主部３０の一端は光電変換部１３に接続され、他端は電荷掃引部１４に接続される。第１フィンガ部３１は、主部３０から分岐して第１電荷蓄積部２１に接続される。第２フィンガ部３２は、主部３０から分岐して第２電荷蓄積部２２に接続される。第３フィンガ部３３は、主部３０から分岐して第３電荷蓄積部２３に接続される。第４フィンガ部３４は、主部３０から分岐して第４電荷蓄積部２４に接続される。第５フィンガ部３５は、主部３０から分岐して第５電荷蓄積部２５に接続される。
【００４４】
図１に示されるように、第５フィンガ部３５の幅は、第５電荷蓄積部２５の幅と等しい。第４フィンガ部３４の幅は、第４電荷蓄積部２４の幅と等しい。第３フィンガ部３３の幅は、第３電荷蓄積部２３の幅と等しい。第２フィンガ部３２の幅は、第２電荷蓄積部２２の幅と等しい。第１フィンガ部３１の幅は、第１電荷蓄積部２１の幅と等しい。すなわち、第５フィンガ部３５の幅は、第４フィンガ部３４の幅より広い。第４フィンガ部３４の幅は、第３フィンガ部３３の幅より広い。第３フィンガ部３３の幅は、第２フィンガ部３２の幅より広い。第２フィンガ部３２の幅は、第１フィンガ部３１の幅より広い。また、第５フィンガ部３５は、第４フィンガ部３４よりも、光電変換部１３から遠い位置において主部３０から分岐している。第４フィンガ部３４は、第３フィンガ部３３よりも、光電変換部１３から遠い位置において主部３０から分岐している。第３フィンガ部３３は、第２フィンガ部３２よりも、光電変換部１３から遠い位置において主部３０から分岐している。第２フィンガ部３２は、第１フィンガ部３１よりも、光電変換部１３から遠い位置において主部３０から分岐している。
【００４５】
図１〜図３に示されるように、第１ゲート電極１１は、主部３０の上方に重ねて配置されている。そして、第２ゲート電極１２は、第１フィンガ部３１〜第５フィンガ部３５にまたがって、それらの上方に重ねて配置されている。
【００４６】
ここでは、第２ゲート電極１２と第１フィンガ部３１とによって形成されるトランジスタをＴＧ１と呼ぶ。第２ゲート電極１２と第２フィンガ部３２とによって形成されるトランジスタをＴＧ２と呼ぶ。第２ゲート電極１２と第３フィンガ部３３とによって形成されるトランジスタをＴＧ３と呼ぶ。第２ゲート電極１２と第４フィンガ部３４とによって形成されるトランジスタをＴＧ４と呼ぶ。第２ゲート電極１２と第５フィンガ部３５とによって形成されるトランジスタをＴＧ５と呼ぶ。
【００４７】
注入領域１５は、その上部に位置するゲート電極（ここでは、例えば、第１ゲート電極１１又は第２ゲート電極１２）に所定電位が印加されることで、その表面部分に、反転層が形成される。この反転層は、光電変換部１３によって生成された電荷を、電荷掃引部１４、第１電荷蓄積部２１、第２電荷蓄積部２２、第３電荷蓄積部２３、第４電荷蓄積部２４、又は第５電荷蓄積部２５のいずれかに転送する電荷転送経路として機能する。
【００４８】
図４は、第１ゲート電極１１に第１の所定電位が印加され、第２ゲート電極１２に第２の所定電位が印加される場合において形成される電荷転送経路を模式的に図示する模式図である。ここで、第１の所定電位は、第１ゲート電極１１の下に位置する注入領域１５の表面に反転層を形成するための電位である。また、第２の所定電位は、第２ゲート電極１２の下に位置する注入領域１５の表面に反転層を形成するための電位である。
【００４９】
図４に示されるように、注入領域１５の表面に形成される電荷転送経路は、第１電荷転送経路４１と、第２電荷転送経路４２と、第３電荷転送経路４３と、第４電荷転送経路４４と、第５電荷転送経路４５と、第６電荷転送経路４６とから構成される。ここで、第１電荷転送経路４１の幅は、主部３０の幅と略等しくなる。第６電荷転送経路４６の幅は、第５フィンガ部３５の幅と略等しくなる。第５電荷転送経路４５の幅は、第４フィンガ部３４の幅と略等しくなる。第４電荷転送経路４４の幅は、第３フィンガ部３３の幅と略等しくなる。第３電荷転送経路４３の幅は、第２フィンガ部３２の幅と略等しくなる。第２電荷転送経路４２の幅は、第１フィンガ部３１の幅と略等しくなる。ここで、「略等しい」とは、例えば幅の差が２０％以内であることを意味する。
【００５０】
このため、第６電荷転送経路４６の幅は、第５電荷転送経路４５の幅よりも広くなる。第５電荷転送経路４５の幅は、第４電荷転送経路４４の幅よりも広くなる。第４電荷転送経路４４の幅は、第３電荷転送経路４３の幅よりも広くなる。第３電荷転送経路４３の幅は、第２電荷転送経路４２の幅よりも広くなる。第２電荷転送経路４２の幅は、第１電荷転送経路４１の幅よりも広くなる。また、第６電荷転送経路４６は、第５電荷転送経路４５よりも、光電変換部１３から遠い位置において第１電荷転送経路４１から分岐する。第５電荷転送経路４５は、第４電荷転送経路４４よりも、光電変換部１３から遠い位置において第１電荷転送経路４１から分岐する。第４電荷転送経路４４は、第３電荷転送経路４３よりも、光電変換部１３から遠い位置において第１電荷転送経路４１から分岐する。第３電荷転送経路４３は、第２電荷転送経路４２よりも、光電変換部１３から遠い位置において第１電荷転送経路４１から分岐する。
【００５１】
第１電荷転送経路４１は、電荷掃引部１４の電位を、光電変換部１３の電位よりも低い所定の電位とすることで、光電変換部１３で発生した電荷を電荷掃引部１４へ転送する。
【００５２】
図５は、図４に示すＡ１−Ａ２線の断面において、第１電荷転送経路４１が、電荷を転送する様子を示す模式図である。実線で示されるのは、図４に示すＡ１−Ａ２線の断面におけるポテンシャルである。
【００５３】
同図に示されるように、電荷掃引部１４の電位を、光電変換部１３の電位よりも低い所定の電位とすることで、第１電荷転送経路４１内のポテンシャルは、光電変換部１３側から電荷掃引部１４側へと傾斜することとなる。これにより、第１電荷転送経路４１は、光電変換部１３で発生した電荷を電荷掃引部１４へ転送する。
【００５４】
図６は、図４に示すＢ１−Ｂ２線の断面において、第２電荷転送経路４２が、電荷を転送する様子を示す模式図である。実線で示されるのは、図４に示すＢ１−Ｂ２線の断面における、トランジスタＴＧ１がオフのときのポテンシャルである。破線で示されるのは、図４に示すＢ１−Ｂ２線の断面における、トランジスタＴＧ１がオンのときのポテンシャルである。
【００５５】
同図に示されるように、第１電荷蓄積部２１の電位を、第１電荷転送経路４１における第２電荷転送経路４２への分岐点の電位よりも低い所定の電位とすることで、第２電荷転送経路４２内のポテンシャルは、図６中の破線で示されるように、第１電荷転送経路４１側から第１電荷蓄積部２１側へと傾斜することとなる。このため、第２電荷転送経路４２は、第１電荷転送経路４１を転送中の電荷群の一部の電荷を、第１電荷蓄積部２１へ転送する。
【００５６】
一方で、ＴＧ１がオフの場合には、第２電荷転送経路４２は形成されない。この場合には、第１電荷転送経路４１における第２電荷転送経路４２への分岐点と第１電荷蓄積部２１との間のポテンシャルは、図６中の実線に示されるようになる。このため、この場合には、第１電荷転送経路４１を走行中の電荷は、第１電荷蓄積部２１へ転送されることはない。
【００５７】
同様に、第２電荷蓄積部２２〜第５電荷蓄積部２５の電位のそれぞれを、第１電荷転送経路４１における第３電荷転送経路４３〜第６電荷転送経路４６への分岐点の電位よりも低い所定の電位とすることで、第３電荷転送経路４３〜第６電荷転送経路４６のそれぞれは、第１電荷転送経路４１を転送中の電荷群の一部の電荷を、第２電荷蓄積部２２〜第５電荷蓄積部２５へ転送する。
【００５８】
一例として、図７は、図４に示すＣ１−Ｃ２線の断面において、第６電荷転送経路４６が、電荷を転送する様子を示す模式図である。実線で示されるのは、図４に示すＣ１−Ｃ２線の断面における、トランジスタＴＧ５がオフのときのポテンシャルである。破線で示されるのは、図４に示すＣ１−Ｃ２線の断面における、トランジスタＴＧ５がオンのときのポテンシャルである。
【００５９】
但し、例えば、図６と図７とを比較しても理解されるように、第１電荷転送経路４１における、他の各電荷転送経路への分岐点における電位は、第２電荷転送経路４２への分岐点側から第６電荷転送経路４６への分岐点側へかけて、順に低くなっている。このため、第２電荷転送経路４２から第６電荷転送経路４６のそれぞれにおける単位幅当たりの電荷転送量は、第２電荷転送経路４２から第６電荷転送経路４６にかけて、順に少なくなっている。言い換えると、ＴＧ１〜ＴＧ５における単位ゲート幅当たりの電流駆動能力は、ＴＧ１〜ＴＧ５にかけて、順に低下していく。
【００６０】
図８に、ＴＧ１〜ＴＧ５のそれぞれについて、第１電荷転送経路４１側をソース、第１電荷蓄積部２１〜第５電荷蓄積部２５側をドレインとする場合における、各トランジスタＴＧ１〜ＴＧ５の単位ゲート幅当たりの電流−電圧特性を示す特性図を示す。
【００６１】
第１電荷蓄積部２１は、第２電荷転送経路４２を経由して転送された電荷を蓄積する。第２電荷蓄積部２２は、第３電荷転送経路４３を経由して転送された電荷を蓄積する。第３電荷蓄積部２３は、第４電荷転送経路４４を経由して転送された電荷を蓄積する。第４電荷蓄積部２４は、第５電荷転送経路４５を経由して転送された電荷を蓄積する。第５電荷蓄積部２５は、第６電荷転送経路４６を経由して転送された電荷を蓄積する。
【００６２】
図１に示されるように、第１電荷蓄積部２１〜第５電荷蓄積部２５のそれぞれは、ソースフォロアトランジスタ６０ａ〜ソースフォロアトランジスタ６０ｅを介して、蓄積された電荷を読み出す読み出し回路７０ａ〜読み出し回路７０ｅに接続される。
【００６３】
第１ゲート電極１１と第２ゲート電極１２とは、例えば、不純物が注入されることにより導電性が付与されたポリシリコンから形成される。
【００６４】
第１ゲート電極１１は、印加電圧を切り替えることで、第１ゲート電極１１の下に位置する注入領域１５の表面に反転層を形成されるか否かの切り替えを行うことができる。
【００６５】
すなわち、第１ゲート電極１１は、印加電圧を切り替えることで、第１電荷転送経路４１を経由した、電荷の転送及び遮断の切り替えを行う。
【００６６】
同様に、第２ゲート電極１２は、印加電圧を切り替えることで、第２ゲート電極１２の下に位置する注入領域１５の表面に反転層を形成されるか否の切り替えを行うことができる。
【００６７】
すなわち、第２ゲート電極１２は、印加電圧を切り替えることで、第２電荷転送経路４２を経由した、電荷の転送及び遮断の切り替えと、第３電荷転送経路４３を経由した、電荷の転送及び遮断の切り替えと、第４電荷転送経路４４を経由した、電荷の転送及び遮断の切り替えと、第５電荷転送経路４５を経由した、電荷の転送及び遮断の切り替えと、第６電荷転送経路４６を経由した、電荷の転送及び遮断の切り替えとを行う。
【００６８】
次に、上記構成の光検出装置１０を含んで構成される、実施の形態１に係る撮像装置について説明する。
【００６９】
図９は、実施の形態１に係る撮像装置１の構成を示すブロック図である。
【００７０】
同図に示されるように、撮像装置１は、画素アレイ５０と、垂直走査回路５１と、読み出し回路５２と、信号処理部５３とを備える。
【００７１】
画素アレイ５０は、光検出装置１０からなる画素が、アレイ状（例えば、行列状）に複数配置されて構成される。
【００７２】
各光検出装置１０において、第１電荷蓄積部２１〜第５電荷蓄積部２５のそれぞれは、ソースフォロアトランジスタ６０ａ〜ソースフォロアトランジスタ６０ｅと、読み出し線６１ａ〜読み出し線６１ｅとを介して読み出し回路５２に接続される。すなわち、図１における読み出し回路７０ａ〜読み出し回路７０ｅは、それぞれ、図９における読み出し回路５２に対応する。ここで、読み出し線６１ａ〜読み出し線６１ｅは、列単位で共通の信号線となっている。
【００７３】
また、各光検出装置１０は、行単位で共通な複数の制御信号線（図示されず）を介して垂直走査回路５１に接続される。
【００７４】
垂直走査回路５１は、画素アレイ５０に対して、行単位で共通な複数の制御信号線（図示されず）を介して、各光検出装置１０の動作を、行単位で制御する。
【００７５】
垂直走査回路５１は、画素アレイ５０の最上位側の行から最下位側の行に向けて順に、行単位による光検出装置１０の制御を、所定周期で繰り返し行う。
【００７６】
読み出し回路５２は、垂直走査回路５１と同期して動作し、画素アレイ５０から、垂直走査回路５１によって制御される行単位で、その行に位置する各光検出装置１０における第１電荷蓄積部２１〜第５電荷蓄積部２５に蓄積された電荷の量に応じた信号を読み出す。そして、読み出した信号を、信号処理部５３へ出力する。
【００７７】
信号処理部５３は、読み出し回路５２から出力された信号に対して、各種信号処理を行う。一例として、信号処理部５３は、プロセッサとメモリとを含んで構成され、メモリに記憶されるプログラムをプロセッサが実行することで実現されてもよいし、専用ハードウエアによって実現されてもよい。
【００７８】
［１−２．考察］
以下、光検出装置１０について考察する。
【００７９】
図１０は、光検出装置１０における、第１電荷転送経路４１を走行中の電荷群の分布を示す模式図である。
【００８０】
同図に示されるように、第１電荷転送経路４１を走行中の電荷群は、その走行距離が長くなればなるほど、すなわち、光電変換部１３から遠くまで走行すればするほど、その電荷密度の分布が広がっていく。
【００８１】
一方で、上述した通り、第１電荷転送経路４１から分岐する第２電荷転送経路４２〜第６電荷転送経路４６は、分岐する位置が光電変換部１３から遠くなれば遠くなる程、電荷転送経路の幅が広くなっていく。
【００８２】
このため、例えば、第１電荷転送経路４１から分岐する位置が、光電変換部１３から比較的近い位置の電荷転送経路（ここでは、例えば、第２電荷転送経路４２）への分岐点近傍を走行中の電荷群の電荷分布密度よりも、光電変換部１３から比較的遠い位置の電荷転送経路（ここでは、例えば、第６電荷転送経路４６。以下、「遠方電荷転送経路」とも呼ぶ。）への分岐点近傍を走行中の電荷群の電荷分布密度の方が広がってしまったとする。しかしこの場合でも、その遠方電荷転送経路への分岐点近傍を走行中の電荷群の一部の電荷を、対応する電荷蓄積部（ここでは、例えば、第５電荷蓄積部２５）以外の電荷蓄積部に蓄積してしまう可能性を低減し得る。
【００８３】
従って、光検出装置１０によると、光が入射されたタイミングの検出における時間分解能を向上し得る。
【００８４】
また、上述した通り、図８に示されるように、ＴＧ１〜ＴＧ５は、光電変換部１３から遠くなればなるほど、単位ゲート幅当たりの電流駆動能力が低下していく。
【００８５】
一方で、図１に示されるように、ＴＧ１〜ＴＧ５は、光電変換部１３から遠くなればなるほど、ゲート幅は広くなっていく。
【００８６】
このため、光電変換部１３から比較的遠い位置のトランジスタ（ここでは、例えば、ＴＧ５）は、光電変換部１３から比較的近い位置のトランジスタ（ここでは、例えば、ＴＧ１）と比べて、単位ゲート幅当たりの電流駆動能力は低下するものの、ゲート幅が広くなっていることにより、トランジスタとしての電流駆動能力の低下は抑制されることとなる。
【００８７】
これにより、光検出装置１０では、光電変換部１３から比較的遠い位置のトランジスタ（ここでは、例えば、ＴＧ５）であっても、読み出しのために必要となる電荷を、対応する電荷蓄積部（ここでは、例えば、第５電荷蓄積部２５）に蓄積するために、そのトランジスタをオンにしておく必要がある期間を短縮し得る。
【００８８】
従って、光検出装置１０によると、電荷を読み出す読み出しサイクルを、短縮し得る。
【００８９】
（実施の形態２）
ここでは、実施の形態１に係る撮像装置１から、その構成の一部が変更された実施の形態２に係る撮像装置について説明する。
【００９０】
実施の形態１では、撮像装置１を構成する光検出装置１０は、各電荷蓄積部（第１電荷蓄積部２１〜第５電荷蓄積部２５）に、それぞれ読み出し回路が接続される構成であった。
【００９１】
これに対して、実施の形態２では、実施の形態２に係る撮像装置を構成する光検出装置は、一部の電荷蓄積部には読み出し回路が接続される一方で、他の一部の電荷蓄積部には読み出し回路が接続されない構成となっている。
【００９２】
［２−１．構成］
以下、実施の形態２に係る撮像装置について、実施の形態１に係る撮像装置１との相違点を中心に、図面を参照しながら説明する。
【００９３】
図１１は、実施の形態２に係る光検出装置１０ａの平面図である。
【００９４】
同図に示されるように、光検出装置１０ａは、実施の形態１に係る光検出装置１０から、注入領域１５が注入領域１５ａに変更されている。また、第１電荷蓄積部２１が第１電荷蓄積部２１ａに変更されている。また、第２電荷蓄積部２２が第２電荷蓄積部２２ａに変更されている。また、第３電荷蓄積部２３が第３電荷蓄積部２３ａに変更されている。また、第４電荷蓄積部２４が第４電荷蓄積部２４ａに変更されている。また、第５電荷蓄積部２５が第５電荷蓄積部２５ａに変更されている。
【００９５】
そして、第１電荷蓄積部２１ａ、第３電荷蓄積部２３ａ、第５電荷蓄積部２５ａは、それぞれ、読み出し回路７０ａ、読み出し回路７０ｃ、読み出し回路７０ｅに接続される。一方、第２電荷蓄積部２２ａと第４電荷蓄積部２４ａとは、読み出し回路に接続されないように変更されている。
【００９６】
すなわち、光検出装置１０ａは、読み出し回路に接続される電荷蓄積部（ここでは、例えば、第１電荷蓄積部２１ａ、第３電荷蓄積部２３ａ、第５電荷蓄積部２５ａ）と、読み出し回路に接続されない電荷蓄積部（ここでは、第２電荷蓄積部２２ａ、第４電荷蓄積部２４ａ）とが、光電変換部１３側から順に交互に配置される構成となっている。
【００９７】
また、図１１に示されるように、第１電荷蓄積部２１ａの幅と、第２電荷蓄積部２２ａの幅と、第３電荷蓄積部２３ａの幅と、第４電荷蓄積部２４ａの幅と、第５電荷蓄積部２５ａの幅とが等しくなっている。
【００９８】
注入領域１５ａは、実施の形態１に係る注入領域１５から、主部３０が主部３０ａに変更されている。また、第１フィンガ部３１が第１フィンガ部３１ａに変更されている。また、第２フィンガ部３２が第２フィンガ部３２ａに変更されている。また、第３フィンガ部３３が第３フィンガ部３３ａに変更されている。また、第４フィンガ部３４が第４フィンガ部３４ａに変更されている。また、第５フィンガ部３５が第５フィンガ部３５ａに変更されている。
【００９９】
上述したように、第１電荷蓄積部２１ａの幅と、第２電荷蓄積部２２ａの幅と、第３電荷蓄積部２３ａの幅と、第４電荷蓄積部２４ａの幅と、第５電荷蓄積部２５ａの幅とが等しくなっている。このことから、図１１に示されるように、第１フィンガ部３１ａの幅と、第２フィンガ部３２ａの幅と、第３フィンガ部３３ａの幅と、第４フィンガ部３４ａの幅と、第５フィンガ部３５ａの幅とが等しくなっている。
【０１００】
図１２は、第１ゲート電極１１に第１の所定電位が印加され、第２ゲート電極１２に第２の所定電位が印加される場合において形成される電荷転送経路を模式的に図示する模式図である。ここで、第１の所定電位は、第１ゲート電極１１の下に位置する注入領域１５ａの表面に反転層を形成するための電位であり、第２の所定電位は、第２ゲート電極１２の下に位置する注入領域１５ａの表面に反転層を形成するための電位である。
【０１０１】
図１２に示されるように、注入領域１５ａの表面に形成される電荷転送経路は、実施の形態１に係る電荷転送経路から、第２電荷転送経路４２が第２電荷転送経路４２ａに変更される。また、第３電荷転送経路４３が第３電荷転送経路４３ａに変更される。また、第４電荷転送経路４４が第４電荷転送経路４４ａに変更される。また、第５電荷転送経路４５が第５電荷転送経路４５ａに変更される。また、第６電荷転送経路４６が第６電荷転送経路４６ａに変更されるように形成される。
【０１０２】
ここで、第２電荷転送経路４２ａの幅は、第１フィンガ部３１ａの幅と略等しくなる。また、第３電荷転送経路４３ａの幅は、第２フィンガ部３２ａの幅と略等しくなる。また、第４電荷転送経路４４ａの幅は、第３フィンガ部３３ａの幅と略等しくなる。また、第５電荷転送経路４５ａの幅は、第４フィンガ部３４ａの幅と略等しくなる。また、第６電荷転送経路４６ａの幅は、第５フィンガ部３５ａの幅と略等しくなる。このため、第２電荷転送経路４２ａの幅と、第３電荷転送経路４３ａの幅と、第４電荷転送経路４４ａの幅と、第５電荷転送経路４５ａの幅と、第６電荷転送経路４６ａの幅とが等しくなっている。
【０１０３】
図１３は、実施の形態２に係る撮像装置１ａの構成を示すブロック図である。
【０１０４】
同図に示されるように、撮像装置１ａは、実施の形態１に係る撮像装置１から、画素アレイ５０が画素アレイ５０ａに変更され、読み出し回路５２が読み出し回路５２ａに変更されている。
【０１０５】
画素アレイ５０ａは、実施の形態１に係る画素アレイ５０から、アレイ状（ここでは、行列状）に配置される各画素が、実施の形態１に係る光検出装置１０から、光検出装置１０ａへと変更されている。そして、各光検出装置１０に対応するソースフォロアトランジスタ６０ａ〜ソースフォロアトランジスタ６０ｅのうち、ソースフォロアトランジスタ６０ｂとソースフォロアトランジスタ６０ｄとが削除され、各光検出装置１０に対応する読み出し線６１ａ〜読み出し線６１ｅのうち、読み出し線６１ｂと読み出し線６１ｄとが削除されるよう変更されている。
【０１０６】
読み出し回路５２ａは、実施の形態１に係る読み出し回路５２から、各光検出装置１０ａにおいて、電荷を読み出す対象とする電荷蓄積部が、第１電荷蓄積部２１ａと第３電荷蓄積部２３ａと第５電荷蓄積部２５ａとの３つとなるように変更されている。
【０１０７】
［２−２．考察］
以下、光検出装置１０ａについて考察する。
【０１０８】
図１４は、光検出装置１０ａにおける、第１電荷転送経路４１を走行中の電荷群の分布を示す模式図である。
【０１０９】
同図に示されるように、第１電荷転送経路４１を走行中の各電荷群は、電荷分布に広がりを持つ。このため、第１の電荷転送経路４１を、第１の電荷群と第２の電荷群とが走行している場合において、第１の電荷群の一部と、第２の電荷群の一部とが、混じり合ってしまうことがある。
【０１１０】
光検出装置１０ａでは、第１電荷転送経路４１において、第２電荷転送経路４２ａへの分岐点近傍を走行中の第１の電荷群の一部と、第４電荷転送経路４４ａへの分岐点近傍を走行中の第２の電荷群の一部とが、第３電荷転送経路４３ａへの分岐点経路近傍で混じり合ってしまっても、第３電荷転送経路４３ａの分岐点近傍で混じり合っている電荷群の一部の電荷が読み出されることはない。これに対して、第２電荷転送経路４２ａへの分岐点近傍を走行中の第１の電荷群の一部は、第１電荷蓄積部２１ａに蓄積された電荷として読み出され、第４電荷転送経路４４ａへの分岐点近傍を走行中の第２の電荷群の一部は、第３電荷蓄積部２３ａに蓄積された電荷として読み出される。第２電荷転送経路４２ａを第４電荷転送経路４４ａと読み替え、第４電荷転送経路４４ａを第６電荷転送経路４６ａと読み替え、第３電荷転送経路４３ａを第５電荷転送経路４５ａと読み替え、第１電荷蓄積部２１ａを第３電荷蓄積部２３ａと読み替え、第３電荷蓄積部２３ａを第５電荷蓄積部２５ａと読み替えても同様である。
【０１１１】
従って、光検出装置１０ａによると、光が入射されたタイミングの検出における時間分解能を向上し得る。
【０１１２】
また、上述した通り、読み出し回路に接続される電荷蓄積部（ここでは、例えば、第１電荷蓄積部２１ａ、第３電荷蓄積部２３ａ、第５電荷蓄積部２５ａ）間には、読み出し回路に接続されない電荷蓄積部（ここでは、第２電荷蓄積部２２ａ、第４電荷蓄積部２４ａ）が配置されている。
【０１１３】
これにより、読み出しに用いられる電荷間で、電荷発生の時間差が大きくなる。しかし、各電荷群の間で電荷の混じり合いを抑制することができるため、電荷群の分離性能を向上し得る。
【０１１４】
従って、光検出装置１０ａによると、光が入射されたタイミングの検出における時間分解能を向上し得る。
【０１１５】
（実施の形態３）
ここでは、実施の形態２に係る撮像装置１ａから、その構成の一部が変更された実施の形態３に係る撮像装置について説明する。
【０１１６】
実施の形態３では、実施の形態３に係る撮像装置を構成する光検出装置は、実施の形態２に係る撮像装置１ａを構成する光検出装置１０ａに対して、読み出し回路に接続されない電荷蓄積部の幅、及びその電荷蓄積部に接続される電荷転送経路の幅が、読み出し回路に接続される電荷蓄積部の幅、及びその電荷蓄積部に接続される電荷転送路の幅よりも狭くなるように変更されて構成される。
【０１１７】
［３−１．構成］
以下、実施の形態３に係る撮像装置について、実施の形態２に係る撮像装置１ａとの相違点を中心に、図面を参照しながら説明する。
【０１１８】
図１５は、実施の形態３に係る光検出装置１０ｂの平面図である。
【０１１９】
同図に示されるように、光検出装置１０ｂは、実施の形態２に係る光検出装置１０ａから、注入領域１５ａが注入領域１５ｂに変更され、第２電荷蓄積部２２ａが第２電荷蓄積部２２ｂに変更され、第４電荷蓄積部２４ａが第４電荷蓄積部２４ｂに変更されている。
【０１２０】
第２電荷蓄積部２２ｂは、実施の形態２に係る第２電荷蓄積部２２ａから、その幅が狭くなるように変更されている。
【０１２１】
第４電荷蓄積部２４ｂは、実施の形態２に係る第４電荷蓄積部２４ａから、その幅が狭くなり、第２電荷蓄積部２２ｂの幅と等しくなるように変更されている。
【０１２２】
その結果、図１５に示されるように、第２電荷蓄積部２２ｂの幅と第４電荷蓄積部２４ｂの幅とが等しくなっており、さらに、第２電荷蓄積部２２ｂの幅と第４電荷蓄積部２４ｂの幅とが、第１電荷蓄積部２１ａの幅と第３電荷蓄積部２３ａの幅と第５電荷蓄積部２５ａの幅とよりも狭くなっている。
【０１２３】
注入領域１５ｂは、実施の形態２に係る注入領域１５ａから、第２フィンガ部３２ａが第２フィンガ部３２ｂに変更され、第４フィンガ部３４ａが第４フィンガ部３４ｂに変更されている。
【０１２４】
上述したように、第２電荷蓄積部２２ｂの幅と第４電荷蓄積部２４ｂの幅とが等しくなっており、さらに、第２電荷蓄積部２２ｂの幅と第４電荷蓄積部２４ｂの幅とが、第１電荷蓄積部２１ａの幅と第３電荷蓄積部２３ａの幅と第５電荷蓄積部２５ａの幅とよりも狭くなっている。このことから、図１５に示されるように、第２フィンガ部３２ｂの幅と第４フィンガ部３４ｂの幅とが等しくなっており、さらに、第２フィンガ部３２ｂの幅と第４フィンガ部３４ｂの幅とが、第１フィンガ部３１ａの幅と第３フィンガ部３３ａの幅と第５フィンガ部３５ａの幅とよりも狭くなっている。
【０１２５】
図１６は、第１ゲート電極１１に第１の所定電位が印加され、第２ゲート電極１２に第２の所定電位が印加される場合において形成される電荷転送経路を模式的に図示する模式図である。ここで、第１の所定電位は、第１ゲート電極１１の下に位置する注入領域１５ｂの表面に反転層を形成するための電位であり、第２の所定電位は、第２ゲート電極１２の下に位置する注入領域１５ｂの表面に反転層を形成するための電位である。
【０１２６】
図１６に示されるように、注入領域１５ｂの表面に形成される電荷転送経路は、実施の形態２に係る電荷転送経路から、第３電荷転送経路４３ａが第３電荷転送経路４３ｂに変更され、第５電荷転送経路４５ａが第５電荷転送経路４５ｂに変更される。
【０１２７】
ここで、第３電荷転送経路４３ｂの幅は、第２フィンガ部３２ｂの幅と略等しく、第５電荷転送経路４５ｂの幅は、第４フィンガ部３４ｂの幅と略等しくなる。このため、図１６に示されるように、第３電荷転送経路４３ｂの幅と第５電荷転送経路４５ｂの幅とが等しくなっている。さらに、第３電荷転送経路４３ｂの幅と第５電荷転送経路４５ｂの幅とが、第２電荷転送経路４２ａの幅と第４電荷転送経路４４ａの幅と第６電荷転送経路４６ａの幅とよりも狭くなっている。
【０１２８】
図１７は、実施の形態３に係る撮像装置１ｂの構成を示すブロック図である。
【０１２９】
同図に示されるように、撮像装置１ｂは、実施の形態２に係る撮像装置１ａから、画素アレイ５０ａが画素アレイ５０ｂに変更されている。
【０１３０】
画素アレイ５０ｂは、実施の形態２に係る画素アレイ５０ａから、アレイ状（ここでは、行列状）に配置される各画素が、実施の形態２に係る光検出装置１０ａから、光検出装置１０ｂへと変更されている。
【０１３１】
［３−２．考察］
以下、光検出装置１０ｂについて考察する。
【０１３２】
上述したように、光検出装置１０ｂは、読み出し回路に接続されない電荷蓄積部の幅、及びその電荷蓄積部に接続される電荷転送経路の幅が、読み出し回路に接続される電荷蓄積部の幅、及びその電荷蓄積部に接続される電荷転送路の幅よりも狭くなっている。これにより、読み出しの対象となる電荷の割合を、より高くすることができる。
【０１３３】
従って、光検出装置１０ｂによると、光が入射されたタイミングの検出における時間分解能をさらに向上し得る。
【０１３４】
（実施の形態４）
ここでは、実施の形態２に係る撮像装置１ａから、その構成の一部が変更された実施の形態４に係る撮像装置について説明する。
【０１３５】
実施の形態４では、実施の形態４に係る撮像装置は、各光検出装置１０ａにおける５つの電荷蓄積部が読み出し回路５２に接続される。そして、その一方で、実施の形態４に係る撮像装置は、読み出された電荷に対応する信号を用いて行う信号処理において、第１電荷蓄積部２１ａと第３電荷蓄積部２３ａと第５電荷蓄積部２５ａとから読み出された電荷に対応する信号を利用し、第２電荷蓄積部２２ｂと第４電荷蓄積部２４ｂとから読み出された電荷に対応する信号を利用しないように、信号処理において利用する信号を選択して信号処理を行う構成となっている。
【０１３６】
［４−１．構成］
以下、実施の形態４に係る撮像装置について、実施の形態２に係る撮像装置１ａとの相違点を中心に、図面を参照しながら説明する。
【０１３７】
図１８は、実施の形態４に係る撮像装置１ｃの構成を示すブロック図である。
【０１３８】
同図に示されるように、撮像装置１ｃは、実施の形態２に係る撮像装置１ａから、画素アレイ５０ａが画素アレイ５０ｃに変更され、読み出し回路５２ａが、実施の形態１に係る読み出し回路５２に変更され、信号処理部５３が信号処理部５３ｃに変更されている。
【０１３９】
画素アレイ５０ｃは、実施の形態２に係る画素アレイ５０ａに対して、各光検出装置１０ａにおける第２電荷蓄積部２２ａと第４電荷蓄積部２４ａとが、それぞれ読み出し回路５２に接続されるように、ソースフォロアトランジスタ６０ｂとソースフォロアトランジスタ６０ｄと読み出し線６１ｂと読み出し線６１ｄとが追加されるように変更されている。
【０１４０】
信号処理部５３ｃは、実施の形態２に係る信号処理部５３から、読み出し回路５２から読み出された電荷に対応する信号のうち、信号処理において利用する信号を選択して信号処理を行うように変更されている。
【０１４１】
ここでは、信号処理部５３ｃは、読み出し回路５２から読み出された電荷量のうち、第１電荷蓄積部２１ａと第３電荷蓄積部２３ａと第５電荷蓄積部２５ａとから読み出された電荷に対応する信号を利用し、第２電荷蓄積部２２ａと第４電荷蓄積部２４ａとから読み出された電荷に対応する信号を利用しないように、信号処理において利用する信号を選択する。
【０１４２】
すなわち、信号処理部５３ｃは、複数の電荷蓄積部（ここでは、第１電荷蓄積部２１ａ〜第５電荷蓄積部２５ａ）のうち、少なくとも一部の電荷蓄積部（ここでは、第２電荷蓄積部２２ａ、第４電荷蓄積部２４ａ）を除く他の電荷蓄積部（ここでは、第１電荷蓄積部２１ａ、第３電荷蓄積部２３ａ、第５電荷蓄積部２５ａ）から読み出された電荷に対応する信号を利用して信号処理を行う。
【０１４３】
［４−２．考察］
以下、撮像装置１ｃについて考察する。
【０１４４】
上述した通り、撮像装置１ｃでは、実施の形態２に係る撮像装置１ａと同様に、各光検出装置１０ａのうち、第１電荷蓄積部２１ａと第３電荷蓄積部２３ａと第５電荷蓄積部２５ａとから読み出された電荷に対応する信号を利用し、第２電荷蓄積部２２ａと第４電荷蓄積部２４ａとから読み出された電荷に対応する信号を利用せずに、信号処理が行われる。
【０１４５】
これにより、撮像装置１ｃは、実施の形態２に係る撮像装置１ａと同様の信号処理を行うことができる。
【０１４６】
従って、撮像装置１ｃは、実施の形態２に係る撮像装置１ａと同様の効果を奏する。
【０１４７】
（補足）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１〜実施の形態４について説明した。しかしながら、本開示による技術は、これらに限定されず、本開示の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更、置き換え、付加、省略等を行った実施の形態にも適用可能である。
【０１４８】
以下に、本開示における変形例の一例について列記する。
【０１４９】
（１）実施の形態１において、光検出装置１０は、備える電荷蓄積部の数が５つであるとして説明した。しかしながら、光検出装置１０が備える電荷蓄積部の数は、２つ以上であれば、必ずしも５つである例に限定されない。
【０１５０】
（２）実施の形態１において、光検出装置１０は、備える第２ゲート電極１２の数が１つの構造体であるとして説明した。しかしながら、第２ゲート電極１２は、必ずしも１つの構造体である必要はなく、複数に分割されて構成されていてもよい。つまり、第２ゲート電極１２は、印加電圧を切り替えることで、第２電荷転送経路４２を経由した、電荷の転送及び遮断の切り替えと、第３電荷転送経路４３を経由した、電荷の転送及び遮断の切り替えと、第４電荷転送経路４４を経由した、電荷の転送及び遮断の切り替えと、第５電荷転送経路４５を経由した、電荷の転送及び遮断の切り替えと、第６電荷転送経路４６を経由した、電荷の転送及び遮断の切り替えとを実現することができればよい。
【０１５１】
（３）実施の形態２において、光検出装置１０ａは、第１電荷蓄積部２１ａ〜第５電荷蓄積部２５ａ幅が等しく、第１フィンガ部３１ａ〜第５フィンガ部３５ａの幅が等しいとして説明した。しかしながら、光検出装置１０ａは、必ずしも、上記構成に限られる必要はない。一例として、光検出装置１０ａは、実施の形態１に係る光検出装置１０と同様に、第１電荷蓄積部２１ａ〜第５電荷蓄積部２５ａの幅が、光電変換部１３から遠くなればなるほど広くなり、第１フィンガ部３１ａ〜第５フィンガ部３５ａの幅が、光電変換部１３から遠くなればなるほど広くなるように構成される例等も考えらえる。
【０１５２】
（４）実施の形態４において、信号処理部５３ｃは、信号処理において利用する信号の選択が、読み出し回路５２から読み出された電荷に対応する信号のうち、第１電荷蓄積部２１ａと第３電荷蓄積部２３ａと第５電荷蓄積部２５ａとから読み出された電荷に対応する信号を利用し、第２電荷蓄積部２２ａと第４電荷蓄積部２４ａとから読み出された電荷に対応する信号を利用しないように選択するとして説明した。しかしながら、どの電荷蓄積部から読み出された電荷に対応する信号を利用し、どの電荷蓄積部から読み出された電荷に対応する信号を利用しないかの選択は、上記選択の例に限定されず、どのような選択であってもよい。他の一例として、信号処理部５３ｃは、第２電荷蓄積部２２ａと第４電荷蓄積部２４ａとから読み出された電荷に対応する信号を利用し、第１電荷蓄積部２１ａと第３電荷蓄積部２３ａと第５電荷蓄積部２５ａとから読み出された電荷に対応する信号を利用しないように選択する構成の例等が考えられる。
【０１５３】
（５）実施の形態４において、読み出し回路５２は、第１電荷蓄積部２１ａ〜第５電荷蓄積部２５ａから電荷を読み出して信号として出力し、信号処理部５３ｃは、読み出し回路５２から読み出された信号のうち、一部を選択して信号処理を行う構成であった。しかしながら、信号処理において利用する信号を選択することができれば、必ずしも上記構成によって実現される例に限定されない。他の一例として、読み出し回路５２は、読み出した電荷量から、出力する信号量を選択して出力を行い、信号処理部５３ｃは、読み出し回路５２から出力された信号を利用して信号処理を行う構成の例等が考えられる。より具体的に言えば、例えば、読み出し回路５２は、読み出した電荷量のうち、第１電荷蓄積部２１ａと第３電荷蓄積部２３ａと第５電荷蓄積部２５ａとから読み出された電荷の量に対応する信号を出力し、第２電荷蓄積部２２ａと第４電荷蓄積部２４ａとから読み出された電荷の量に対応する信号を出力しないように選択して出力する構成であってもよい。
【０１５４】
（６）実施の形態１において、光電変換素子の例としてフォトダイオードを例示した。しかしながら光電変換素子は、入射した光を受けて電荷を生成することができれば、必ずしもフォトダイオードに限定される必要はない。一例として、光電変換素子は、光電変換膜が積層されて構成される素子であってもよい。
【０１５５】
本開示に係る光検出装置、及び撮像装置は、入力された光を検出する装置に広く利用可能である。
【符号の説明】
【０１５６】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ  撮像装置
１０、１０ａ、１０ｂ  光検出装置
１１  第１ゲート電極
１２  第２ゲート電極
１３  光電変換部
１４  電荷掃引部
２１、２１ａ  第１電荷蓄積部
２２、２２ａ、２２ｂ  第２電荷蓄積部
２３、２３ａ  第３電荷蓄積部
２４、２４ａ、２４ｂ  第４電荷蓄積部
２５、２５ａ  第５電荷蓄積部
４１  第１電荷転送経路
４２、４２ａ、４２ｂ  第２電荷転送経路
４３、４３ａ、４３ｂ  第３電荷転送経路
４４、４４ａ、４４ｂ  第４電荷転送経路
４５、４５ａ、４５ｂ  第５電荷転送経路
４６、４６ａ、４６ｂ  第６電荷転送経路
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ  画素アレイ
５１  垂直走査回路
５２、５２ａ  読み出し回路
５３、５３ｃ  信号処理部
【図１】
2019012996.tif 000003
【図２】
2019012996.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019012996.tif 000009
【図８】
2019012996.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2019012996.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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