光电转换装置、光电转换系统和移动体

技术领域

实施例的方面涉及光电转换装置、光电转换系统和移动体。

背景技术

存在如下光电转换装置，其包括设置在光电转换元件的光接收面的图案化结构以折射入射光，从而增大入射光在光电转换元件中的光学长度，以提高量子效率。日本特开2021-002542号公报讨论了单光子雪崩二极管(SPAD)，在其基板的光入射面侧包括称为蛾眼结构的图案化结构。

发明内容

根据实施例的一方面，一种光电转换装置包括在具有第一面和与所述第一面相对的第二面的层中设置的多个雪崩二极管，其中，所述多个雪崩二极管各自包括位于第一深度的第一导电类型的第一区域、位于第二深度的第二导电类型的第二区域以及位于第三深度的所述第二导电类型的第三区域，相对于所述第二面，所述第二深度大于所述第一深度，并且相对于所述第二面，所述第三深度大于所述第二深度，其中，所述层包括设置在所述第一面中的多个结构，并且其中，所述多个结构的有效周期小于hc/E

根据实施例的另一方面，一种光电转换装置包括在具有第一面和与所述第一面相对的第二面的层中设置的多个雪崩二极管，其中，所述多个雪崩二极管各自包括位于第一深度的第一导电类型的第一区域、位于第二深度的第二导电类型的第二区域以及位于第三深度的所述第二导电类型的第三区域，相对于所述第二面，所述第二深度大于所述第一深度，并且相对于所述第二面，所述第三深度大于所述第二深度，其中，所述层包括设置在所述第一面中的多个结构，并且其中，所述多个结构的有效周期小于1.1μm。

通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本公开的其他特征将变得清楚。

附图说明

图1是示出根据示例性实施例的光电转换装置的示意图。

图2是示出根据示例性实施例的光电转换装置的光电二极管(PD)基板(传感器基板)的示意图。

图3是示出根据示例性实施例的光电转换装置的电路基板的示意图。

图4示出了根据示例性实施例的光电转换装置的像素电路的构造示例。

图5A、图5B和图5C是示出根据示例性实施例的光电转换装置的像素电路的驱动的示意图。

图6是根据第一示例性实施例的光电转换元件的截面图。

图7是根据第一示例性实施例的光电转换元件的电位图。

图8是根据第一示例性实施例的光电转换元件的沟槽结构的截面图。

图9A和图9B是根据第一示例性实施例的光电转换元件的平面图。

图10示出了根据第一示例性实施例的光电转换元件的比较例。

图11示出了根据第一示例性实施例的光电转换元件的横截面。

图12A和图12B是根据第二示例性实施例的光电转换元件的平面图。

图13A和图13B是根据第二示例性实施例的变型例的光电转换元件的平面图。

图14是根据第三示例性实施例的光电转换装置的平面图。

图15是根据第三示例性实施例的光电转换元件的平面图。

图16是根据第三示例性实施例的光电转换元件的截面图。

图17是根据第三示例性实施例的光电转换元件的截面图。

图18是根据第四示例性实施例的光电转换元件的截面图。

图19A和图19B是根据第四示例性实施例的光电转换元件的平面图。

图20示出了根据第四示例性实施例的光电转换元件的比较例。

图21是根据第五示例性实施例的光电转换元件的截面图。

图22A、图22B和图22C是根据第六示例性实施例的光电转换元件的沟槽结构的截面图。

图23是根据第七示例性实施例的光电转换元件的截面图。

图24A和图24B是根据第七示例性实施例的光电转换元件的平面图。

图25是根据第八示例性实施例的光电转换系统的功能框图。

图26A和图26B是根据第九示例性实施例的光电转换系统的功能框图。

图27是根据第十示例性实施例的光电转换系统的功能框图。

图28是根据第十一示例性实施例的光电转换系统的功能框图。

图29A和图29B是根据第十二示例性实施例的光电转换系统的透视图。

具体实施方式

下面描述的模式旨在体现本公开的技术构思，而不是限制本公开。为了描述的清楚，可能会在尺寸和/或位置关系上夸大附图中示出的构件。在以下描述中，类似的部件可以由相同的附图标记表示，并且可以省略对其的描述。

下面将参照附图详细描述本公开的示例性实施例。在以下描述中，描述具体方向或位置的术语(诸如“上”、“下”、“右”和“左”以及包括这些术语的其他短语)被适当地使用。使用这些术语和短语以便于参照附图理解示例性实施例，并且本公开的技术范围不受这些术语或短语的含义的限制。

如本文所采用的，平面图是指在与半导体层的光入射面垂直的方向上截取的视图。横截面是指在与半导体层的光入射面垂直的方向上的平面。如果半导体层的光入射面在显微镜下是粗糙的，则参照在显微镜下看到的半导体层的光入射面来定义平面图。

在以下描述中，将雪崩光电二极管(APD)的阳极固定在某一电位，并且从阴极取出信号。因此，与信号电荷具有相同极性的电荷是多数载流子的第一导电类型的半导体区域是指N型半导体区域。与信号电荷具有相反极性的电荷是多数载流子的第二导电类型的半导体区域是指P型半导体区域。

如果将APD的阴极固定在某一电位并且从阳极取出信号，则本公开的示例性实施例也成立。在这种情况下，与信号电荷具有相同极性的电荷是多数载流子的第一导电类型的半导体区域是指P型半导体区域。与信号电荷具有相反极性的电荷是多数载流子的第二导电类型的半导体区域是指N型半导体区域。虽然在以下描述中，将APD的任一节点固定在某一电位，但是两个节点的电位都可以改变。

如本文所采用的，简单短语“杂质浓度”是指补偿了相反电导类型的杂质的净杂质浓度。换句话说，“杂质浓度”是指净掺杂浓度。P型杂质掺杂浓度高于N型杂质掺杂浓度的区域是P型半导体区域。另一方面，N型杂质掺杂浓度高于P型杂质掺杂浓度的区域是N型半导体区域。

将参照图1至图5C描述根据本公开内容的光电转换装置及其驱动方法的示例性实施例的常见构造。

图1是示出根据本公开的示例性实施例的堆叠式光电转换装置100的构造的图。

光电转换装置100包括两个基板，即堆叠在一起并相互电连接的传感器基板11和电路基板21。传感器基板11包括第一半导体层(其包括将在下面描述的光电转换元件102)和第一布线结构。电路基板21包括第二半导体层(其包括诸如将在下面描述的信号处理单元103的电路)和第二布线结构。通过将第二半导体层、第二布线结构、第一布线结构和第一半导体层依次堆叠来构成光电转换装置100。在以下各示例性实施例中描述的光电转换装置是背照式光电转换装置，光入射在其第一面上，电路基板位于其第二面。

在以下描述中，传感器基板11和电路基板21被描述为切割芯片(diced chip)。然而，传感器基板11和电路基板21并不限于芯片。例如，基板可以是晶片。可以在切割前堆叠晶片状态的基板。可以堆叠和接合切割芯片。

传感器基板11包括像素区域12。电路基板21包括用于处理在像素区域12中检测到的信号的电路区域22。

图2是示出传感器基板11的布局示例的图。各自包括光电转换元件102(其包括APD)的像素101在平面图中被布置成二维阵列，从而形成像素区域12。

典型地，像素101是用于形成图像的像素。然而，在飞行时间(TOF)应用中，像素101不一定需要形成图像。更具体地说，像素101可以是用于测量光的到达时间和光量的像素。

图3是电路基板21的构造图。电路基板21包括：用于处理由图2的光电转换元件102光电转换的电荷的信号处理单元103、读取电路(列电路)112、控制脉冲生成单元115、水平扫描电路单元111、信号线113和垂直扫描电路单元110。

图2的光电转换元件102和图3的信号处理单元103经由逐个像素设置的连接布线进行电连接。

垂直扫描电路单元110接收从控制脉冲生成单元115供给的控制脉冲并将控制脉冲供给到像素101。逻辑电路(诸如移位寄存器和地址解码器)用于垂直扫描电路单元110。

从像素101的光电转换元件102输出的信号由信号处理单元103处理。信号处理单元103各自包括计数器和存储器。该存储器存储数字值(数字信号)。

水平扫描电路单元111向信号处理单元103输入用于依次选择列的控制脉冲，以读取存储在各像素的存储器中的数字信号。

由垂直扫描电路单元110在所选的列中选择的像素的信号处理单元103将信号(数字信号)输出到信号线113。

输出到信号线113的信号经由输出电路114被输出到光电转换装置100外部的记录单元或信号处理单元。

在图2中，光电转换元件102可以一维布置在像素区域12中。即使利用一个像素101也可以获得本示例性实施例的效果，并且利用一个像素101的情况也包括在本公开中。不一定需要为所有光电转换元件102一对一地提供信号处理单元103的功能。例如，多个光电转换元件102可以共享一个信号处理单元103，并且可以依次进行信号处理。

如图2和图3所示，在平面图中，多个信号处理单元103设置在与像素区域12交叠的区域中。在平面图中，垂直扫描电路单元110、水平扫描电路单元111、列电路112、输出电路114和控制脉冲生成单元115被设置为与传感器基板11的端部和像素区域12的端部之间的区域交叠。换句话说，传感器基板11包括像素区域12和位于像素区域12周围的非像素区域。在平面图中，垂直扫描电路单元110、水平扫描电路单元111、列电路112、输出电路114和控制脉冲生成单元115被设置为与非像素区域交叠的区域中。

图4是包括图2和图3的等效电路的框图的示例。

在图2中，包括APD 201的光电转换元件102被设置在传感器基板11上。其他构件被设置在电路基板21上。

各APD 201通过光电转换生成与入射光相对应的电荷对。电压VL(第一电压)被供给到APD 201的阳极。高于供给到阳极的电压VL的电压VH(第二电压)被供给到APD 201的阴极。用于引起APD 201的雪崩倍增操作的反向偏压被供给到阳极和阴极。在供给这种电压的情况下，由入射光生成的电荷引起雪崩倍增，以生成雪崩电流。

可以以盖革(Geiger)模式和线性模式供给反向偏压。在盖革模式下，APD 201在阳极与阴极之间电位差大于击穿电压的情况下操作。在线性模式下，APD 201在阳极与阴极之间电位差接近或小于击穿电压的情况下操作。

在盖革模式下操作的APD被称为单光子雪崩二极管(SPAD)。例如，电压VL(第一电压)为-30V，电压VH(第二电压)为1V。APD 201可以在线性模式或盖革模式下操作。因为在线性模式下，与APD相比，SPAD具有高电位差和显著的耐压效果，所以使用SPAD。

淬灭元件202连接到APD 201和用于供给电压VH的电源。在通过雪崩倍增使信号增倍时，淬灭元件202用作负载电路(淬灭电路)来降低供给到APD 201的电压，并抑制雪崩倍增(淬灭操作)。淬灭元件202还具有如下功能：通过流过与由淬灭操作引起的电压降一样多的电流，将供给到APD 201的电压恢复到电压VH(再充电操作)。

信号处理单元103包括波形整形单元210、计数器电路211和选择电路212。如本文所采用的，信号处理单元103至少包括波形整形单元210、计数器电路211和选择电路212中的任意一个。

波形整形单元210对在检测到光子时在APD 201的阴极的电位中发生的变化的波形进行整形，并输出脉冲信号。波形整形单元210的示例是逆变电路。图4示出了使用逆变器作为波形整形单元210的示例，然而可以使用包括串联连接的多个逆变器的电路。可以使用具有波形整形效果的其他电路。

计数器电路211对从波形整形单元210输出的脉冲信号进行计数，并保持计数值。当经由驱动线213供给控制脉冲pRES时，重置保持在计数器电路211中的信号(计数值)。

经由图4的驱动线214(在图3中未示出)将控制脉冲pSEL从图3的垂直扫描电路单元110供给到选择电路212。选择电路212在计数器电路211与信号线113之间切换电连接和断开。选择电路212例如包括用于输出信号的缓冲电路。

诸如晶体管的开关可以设置在淬灭元件202与APD 201之间以及光电转换元件102与信号处理单元103之间以切换电连接。类似地，可以使用诸如晶体管的开关，来对电压VH或VL对光电转换元件102的供给进行电切换。

利用使用计数器电路211的构造来描述本示例性实施例。然而，光电转换装置100可以被构造为，通过使用时间数字转换电路(时间数字转换器：TDC)和存储器而不是计数器电路211来获得脉冲检测定时。在这种情况下，从波形整形单元210输出的脉冲信号的生成定时由TDC转换为数字信号。为了测量脉冲信号的定时，经由驱动线将控制脉冲pREF(参考信号)从图1的垂直扫描电路单元110供给到TDC。TDC参照控制脉冲pREF获得数字信号，该数字信号以相对时间指示经由波形整形单元210从各像素101输出的信号的输入定时。

图5A至图5C是示意性示出APD 201的操作与输出信号之间的关系的图。

图5A是示出图4的APD 201、淬灭元件202和波形整形单元210的摘录。这里，波形整形单元210的输入节点将被称为节点A，而输出节点将被称为节点B。图5B示出了图5A中的节点A的波形变化，而图5C示出了图5A中的节点B的波形变化。

在时间t0与t1之间，VH-VL电位差被施加到图5A的APD 201。在时间t1，光子入射在APD 201上。APD 201引起雪崩倍增，并且雪崩倍增电流流过淬灭元件202并且节点A的电压下降。电压下降量进一步增大，以减少施加到APD 201的电位差，并且在时间t2，APD 201的雪崩倍增停止，并且节点A的电压电平不会下降超过一定值。随后，在时间t2与t3之间，来自电压VL的补偿电压降的电流流过节点A。在时间t3，节点A稳定在原始的电位电平。节点A的输出波形中低于一定阈值的部分由波形整形单元210整形并作为信号输出到节点B。

信号线113的布局以及列电路112和输出电路114的布局不限于图3中的布局。例如，信号线113可以被设置成在行方向上延伸，并且列电路112可以位于信号线113的端部。

下面将描述根据各示例性实施例的光电转换装置。

将参照图6至图11描述根据第一示例性实施例的光电转换装置。

图6是根据第一示例性实施例的光电转换装置的两个像素101中的光电转换元件102在垂直于基板平面方向的方向上截取的截面图。

将对光电转换元件102的结构和功能进行描述。各光电转换元件102包括N型第一半导体区域311、第四半导体区域314、第六半导体区域316和第七半导体区域317。光电转换元件102还包括P型第二半导体区域312、第三半导体区域313和第五半导体区域315。

在本示例性实施例中，在图6所示的横截面中，N型第一半导体区域311位于与光入射面相对的面附近。N型第七半导体区域317位于第一半导体区域311周围。在平面图中，P型第二半导体区域312被定位成与第一半导体区域311和第七半导体区域317交叠。在平面图中，N型第四半导体区域314进一步被定位成与第二半导体区域312交叠。N型第六半导体区域316位于第四半导体区域314周围。

第一半导体区域311的N型杂质浓度高于第四半导体区域314和第七半导体区域317的N型杂质浓度。在P型第二半导体区域312与N型第一半导体区域311之间形成PN结。第二半导体区域312的杂质浓度低于第一半导体区域311的杂质浓度，从而整个第二半导体区域312构成耗尽层区域。耗尽层区域进一步延伸到第一半导体区域311的一部分，并在延伸的耗尽层区域中诱发高电场。高电场在延伸到第一半导体区域311的一部分的耗尽层区域中引起雪崩倍增，并且基于放大电荷的电流作为信号电荷被输出。入射在光电转换元件102上的光被光电转换，以在耗尽层区域(雪崩倍增区域)中引起雪崩倍增，并且生成的第一导电类型的电荷被收集到第一半导体区域311。

在图6中，第四半导体区域314和第七半导体区域317的尺寸基本相同。然而，半导体区域的尺寸并不限于此。例如，第四半导体区域314可以被形成为大于第七半导体区域317，以从更广的区域将电荷收集到第一半导体区域311。

在半导体层301在光入射面侧的表面中形成由沟槽制成的图案化结构325。图案化结构325被P型第三半导体区域313包围，并且散射入射在光电转换元件102上的光。由于入射光倾斜地穿过光电转换元件102，因此可以提供大于或等于半导体层301的厚度的光路长度。与没有图案化结构325的情况相比，这使得能够对更长波长的光进行光电转换。由于图案化结构325防止了入射光在基板内部的反射，因此这也提供了提高入射光的光电转换效率的效果。

在平面图中，第四半导体区域314和图案化结构325被定位成交叠。在平面图中，第四半导体区域314与图案化结构325交叠的部分的面积大于第四半导体区域314不与图案化结构325交叠的部分的面积。与在雪崩倍增区域附近位置出现的电荷相比，在远离第一半导体区域311与第四半导体区域314之间形成的雪崩倍增区域的位置出现的电荷需要很长的行进时间来到达雪崩倍增区域。这可能会使定时抖动劣化。在平面图中，将第四半导体区域314和图案化结构325定位成交叠，可以增大光电二极管深处的电场，并减少在远离雪崩倍增区域的位置出现的电荷的收集时间。因此可以减少定时抖动。

第三半导体区域313三维地覆盖图案化结构325，从而可以减少图案化结构325的界面处的热激发电荷的出现。这可以降低光电转换元件102的暗计数率(DCR，dark countrate)。

通过开沟槽的像素隔离部分324将像素101隔离。位于像素隔离部分324周围的P型第五半导体区域315利用势垒将相邻的光电转换元件102彼此隔离。由于光电转换元件102也被第五半导体区域315的电位所隔离，因此不一定需要开沟槽的像素隔离部分324。如果配设了像素隔离部分324，则像素隔离部分324在深度或位置上不限于图6的构造。像素隔离部分324可以是贯穿半导体层301的深沟隔离(DTI)或不贯穿半导体层301的DTI。金属可被嵌入DTI中以改善光屏蔽性能。在平面图中，像素隔离部分324可以被构造为完全包围光电转换元件102。像素隔离部分324可以位于光电转换元件102的相对侧之间。

从一个像素隔离部分324到相邻的像素101或位于最近位置的像素101的像素隔离部分324的距离可以被视为一个光电转换元件102的尺寸。以一个光电转换元件102的尺寸为L，从光入射面到雪崩倍增区域的距离d满足L√2/4＜d＜L×√2。如果光电转换元件102的尺寸和深度满足该公式，则在第一半导体区域311附近深度方向的电场强度和平面方向的电场强度基本相同。这减少了收集电荷所需时间的变化，并因此可以减少定时抖动的发生。

在半导体层301的光入射面侧进一步形成针刺膜321、平坦化膜322和微透镜323。还可以在光入射面侧设置未示出的滤光片层。各种光学滤光片(诸如彩色滤光片、红外截止滤光片和单色滤光片)可用于滤光片层。彩色滤光片的示例可以包括红-绿-蓝(RGB)滤光片和红-绿-蓝-白(RGBW)滤光片。

图7是图6中示出的光电转换元件102的电位图。

图7中的虚线70指示沿图6的线段FF'的电位分布。图7中的实线71指示沿图6的线段EE'的电位分布。图7示出了关于作为N型半导体区域中的多数载流子电荷的电子的电位。如果多数载流子电荷是空穴，则较高电位与较低电位之间的关系是相反的。图7中的深度A对应于图6中的高度A。类似地，深度B、C和D分别对应于高度B、C和D。

在图7中，在深度A处实线71的电位电平将由A1表示，在深度A处虚线70的电位电平将由A2表示，在深度B处实线71的电位电平将由B1表示，而在深度B处虚线70的电位电平将由B2表示。在深度C处实线71的电位电平将由C1表示，在深度C处虚线70的电位电平将由C2表示，在深度D处实线71的电位电平将由D1表示，而在深度D处虚线70的电位电平将由D2表示。

从图6和图7可以看出，第一半导体区域311的电位电平对应于A1。第二半导体区域312的中心附近的电位电平对应于B1。第七半导体区域317的电位电平对应于A2。第二半导体区域312的外边缘的电位电平对应于B2。

由图7的虚线70指示的电位从深度D到深度C逐渐减小。然后电位从深度C到深度B逐渐增大，并在深度B处达到电位电平B2。电位从深度B到深度A下降，并在深度A处达到电位电平A2。

同时，由实线71指示的电位从深度D到深度C以及从深度C到深度B逐渐减小，并在深度B处达到电位电平B1。然后电位从深度B到深度A急剧下降，并在深度A处达到电位电平A1。在深度D处，虚线70的电位和实线71的电位基于处于相同电位。在由线段EE'和FF'指示的区域中，朝向半导体层301的第二面侧，电位的梯度平缓下降。因此，在光电转换元件102中出现的电荷朝向第二面以平缓的电位梯度向下移动。

在根据本示例性实施例的APD 201中，P型第二半导体区域312的杂质浓度比N型第一半导体区域311的杂质浓度低。此外，向第一半导体区域311和第二半导体区域312供给各自反向的偏压电位。这在第二半导体区域312中形成耗尽层区域。利用这种结构，第二半导体区域312用作抵抗在第四半导体层314中光电转换的电荷的势垒，从而便于将电荷收集到第一半导体区域311。

在图6中，在整个光电转换元件102设置第二半导体区域312。然而，光电转换元件102例如可以被构造为，使得在平面图中第二半导体区域312不设置在与第一半导体区域311交叠的部分，而第四半导体区域314延伸的狭缝被设置在该部分。在这种情况下，第二半导体区域312与狭缝部分之间的电位差导致图6的深度C处的电位从线段FF'向线段EE'降低。这便于在第四半导体区域314中光电转换的电荷移动的过程中，电荷向第一半导体区域311的移动。另一方面，如果如图6那样在整个光电转换元件102设置第二半导体区域312，则与形成狭缝的情况相比，可以降低为获得雪崩倍增的高电场而施加的电压，以减少由于形成局部高电场区域而导致的噪声。

移动到第二半导体区域312附近的电荷通过图7的从深度B到深度A的实线71的陡峭电位梯度(即通过高电场)加速以用于雪崩倍增。

相比之下，图6中的N型第七半导体区域317与P型第二半导体区域312之间的电位分布(即图7中从深度B到深度A的虚线70)不会引起雪崩倍增。因此，在第四半导体区域314中出现的电荷可以被视为信号电荷，而不需要相对于APD 201的尺寸增大高电场区域(雪崩倍增区域)的面积。虽然到目前为止将第七半导体区域317的导电类型描述为N型，但第七半导体区域317可以是P型半导体区域，只要其杂质浓度满足前述电位关系即可。

由于图7的从深度B到深度C的虚线70的电位梯度，在第二半导体区域312中光电转换的电荷流入第四半导体区域314。由于上述原因，第四半导体区域314中的电荷容易移动到第二半导体区域312。因此，在第二半导体区域312中光电转换的电荷移动到第一半导体区域311，并通过雪崩倍增被检测为信号电荷。因此，光电转换元件102对在第二半导体区域312中光电转换的电荷具有灵敏度。

图7的虚线70指示沿图6的线段FF'的截面电位(sectional potential)。在虚线70上，A2对应于图6中的高度A和线段FF'相交的点，B2对应于高度B和线段FF'相交的点，C2对应于高度C和线段FF'相交的点，而D2对应于高度D和线段FF'相交的点。在图6的第四半导体区域314中光电转换的电子沿图7的从D2到C2的电位梯度移动，但由于第二半导体区域312用作电子的势垒，因此电子很难从C2移动到B2。因此，电子移动到第四半导体区域314的由图6中的线段EE'指示的中心附近。移动的电子沿着图7的从C1到B1的电位梯度移动，沿着从B1到A1的陡峭的电位梯度雪崩倍增，并穿过第一半导体区域311，然后被检测为信号电荷。

在图6的第三半导体区域313与第六半导体区域316之间的边界附近出现的电荷沿着图7的从D2到C2的电位梯度移动。如上所述，然后电荷移动到由图6中的线段EE'指示的第四半导体区域314的中心附近。然后电荷沿着从B1到A1的陡峭电位梯度雪崩倍增。雪崩倍增的电荷穿过第一半导体区域311，然后被检测为信号电荷。

图8是构成根据第一示例性实施例的光电转换装置100的图案化结构325的沟槽中的两个沟槽的放大截面图。

沟槽结构由不同于第三半导体区域313的材料形成。例如，如果第三半导体区域313由硅形成，则构成沟槽结构的主要构件由氧化硅膜或氮化硅膜形成。可以包括金属材料或有机材料。例如在距半导体层301的表面0.1μm至0.6μm的深度处形成沟槽。为了充分增强入射光的衍射，在一个实施例中，沟槽深度大于沟槽宽度。如本文所采用的，沟槽宽度是指在穿过沟槽的横截面的重心的平面上，从针刺膜321和第三半导体区域313的界面到针刺膜321和第三半导体区域313的另一界面的宽度。沟槽深度是指从光入射面到沟槽底部的深度。

在图8中由箭头示出的周期p代表包括多个沟槽的图案化结构325的一个周期。图案化结构325的周期是指在截面图中从图案化结构325中的沟槽的重心到与该沟槽相邻的另一个沟槽的重心的距离。整个图案化结构325的图案周期的平均值被称为有效周期。

将对形成沟槽的处理进行描述。首先，通过蚀刻在半导体层301的第三半导体区域313中形成槽(沟槽)。然后，通过诸如化学气相沉积的方法在第三半导体区域313的表面和沟槽内部形成针刺膜321。利用填充构件332来填充用针刺膜321覆盖的沟槽的内部。可以通过与形成构成像素隔离部分324的沟槽的处理相同的处理来形成构成图案化结构325的沟槽。在这种情况下，构成图案化结构325的沟槽的侧面部分和构成像素隔离部分324的沟槽的侧面部分具有相同的杂质浓度。

填充构件332内部可以具有空隙331。由于空隙331的折射率低于填充构件332的折射率，因此穿过空隙331的光和穿过其他部分的光具有光路差异。与填充构件332中没有空隙相比，这增大了整个图案化结构325的折射率差异，并且增大了透过图案化结构325的光的相位差异，从而可以更容易增强入射光的衍射。换句话说，填充构件332中的空隙331的形成提供了增强特定相位的入射光的强度和提高灵敏度的效果。

图9A和图9B是根据第一示例性实施例的光电转换装置100的两个像素的平面图。图9A是从光入射面侧的相对侧的平面图。图9B是从光入射面侧的平面图。

在图9A中，第一半导体区域311、第四半导体区域314和第七半导体区域317具有圆形形状，并且被同心布置。这种结构提供了如下效果：减少了第一半导体区域311与第二半导体区域312之间的高电场区域的端部的局部电场集中，并降低了DCR。半导体区域311、半导体区域314和半导体区域317的形状不限于圆形形状，并且例如可以具有重心位置相同的多边形形状。

在图9B中，在平面视图中图案化结构325以网格形状形成。图样化结构325被定位成与第一半导体区域311和第四半导体区域314交叠。在平面图中图案化结构325的重心位置包括在雪崩倍增区域中。在图9B所示的这种网格形沟槽结构中，沟槽的交点的沟槽深度比沟槽的单独延伸部分的沟槽深度大。沟槽的交点处的沟槽底部比与半导体层301的一半厚度相对应的位置更靠近光入射面。如本文所采用的，沟槽深度是指从第一面到底部的深度，并且可以说是图案化结构325的凹槽的深度。

图10示出了根据第一示例性实施例的光电转换装置100的比较例。图10以简化形式示出了光电转换装置100。光电转换装置100包括雪崩倍增区域501、布线层502和图案化结构325。

如果光入射在这种光电转换装置100上，则可能在雪崩倍增区域501中发生雪崩发光。雪崩发光是指如下现象：由雪崩倍增生成的大量电子或空穴与相反极性的电荷复合以生成光子。由雪崩发光生成的光子泄漏到相邻的像素中会导致假信号并降低图像质量。

在图10中示出的光电转换装置100的半导体层的发光面侧设置的图案化结构325具有比雪崩发射光的波长更长的有效周期。雪崩发射光具有在某种程度上范围从短波长到长波长的光谱。具有较短波长的成分在基板中的吸收长度较短，并且在距发光区域较近的位置处被光电转换。因此，这种成分不太可能到达相邻的像素并导致假信号。相比之下，具有较长波长的成分在基板中的吸收长度较长，并且更有可能在距发光区域较远的位置处导致假信号。因此，这种成分是造成前述图像质量下降的主要因素。因此，在雪崩发射光的光谱中具有最长波长的成分可以被近似视为图像质量下降的典型因素。雪崩发射光的波长的最大值取决于基板材料的带隙，并由hc/E

如果图案化结构325的有效周期长于雪崩发射光的波长，则雪崩发射光相对于图案化结构325表现为粒子。由于有效折射率随基板深度急剧变化，因此雪崩发射光被图案化结构325的底部反射。反射光成为像素内的杂散光。

图11示出了根据第一示例性实施例的光电转换装置100的示例。与图10一样，图11以简化形式示出了光电转换装置100。

在图11所示的光电转换装置100的半导体层301的光入射面侧设置的图案化结构325的周期比雪崩发射光的波长短。如果传感器基板11由硅形成，则以1.1μm至0.2μm的周期形成图案化结构325。如果在这种光电转换装置100中发生雪崩发光，则雪崩发射光表现为波。由于有效折射率随着半导体层301的深度而平缓变化，因此雪崩发射光较少被图案化结构325的底部反射。入射到图案化结构325的雪崩发射光行进到传感器基板11的外部，从而减少像素101内的杂散光。通过将图案化结构325设置在光电转换元件102的中心(其中在半导体层301的光入射面的雪崩发射光的光强度高)，可以更有效地获得减少杂散光的效果。

构成图11中示出的图案化结构325的沟槽是锥形的并且不具有恒定宽度。如果横截面的平均宽度(在图11中，沟槽深度的一半处的宽度)满足周期短于雪崩发射光的波长的条件，则这种图案化结构325可以提供本示例性实施例的效果。换句话说，沟槽宽度满足hc/2E

布线层502包括Al布线并用作反射构件，以将透过半导体层301的光反射回像素101。

以这种方式，通过使在半导体层301的光入射面侧设置的图案化结构325的周期短于雪崩发射光的波长，可以减少串扰。

将参照图12A和图12B描述根据第二示例性实施例的光电转换装置。

将省略对与第一示例性实施例共同的部分的描述，并将主要描述与第一示例性实施例的差异。在本示例性实施例中，当在平面图中观看时，图案化结构被形成为包括T形交叠点。

图12A和图12B是根据第二示例性实施例的光电转换装置的两个像素的平面图。

在从光入射面侧的平面图(图12B)中，构成图案化结构325的沟槽被布置成，使得通过重复T形构造而使多个矩形并列。图案化结构325可以说是通过将图9B中示出的网格形沟槽结构逐行移位二分之一步距(pitch)而形成的网格形结构。

通过这种构造，与图案化结构325形成垂直和水平相交的网格的情况相比，减少了在用于沟槽形成的蚀刻处理中沟槽交叠并被过度蚀刻的部分的数量。这可以降低蚀刻对半导体层造成损害(诸如晶格缺陷)并导致暗电流劣化DCR的可能性。

第二示例性实施例的变型例

图13A和图13B示出了根据第二示例性实施例的变型例的光电转换装置的两个像素的平面视图。

在从光入射面侧的平面图(图13B)中，构成图案化结构325的沟槽被布置成，使得通过重复T形构造而使具有不同面积的多个矩形并列。

即使采用这种构造，与图案化结构325形成垂直和水平相交的网格的情况相比，也会减少沟槽交叠和被过度蚀刻的部分的数量。这可以降低蚀刻对半导体层造成损害(诸如晶格缺陷)并导致暗电流劣化DCR的可能性。

将参照图14至图17描述根据第三示例性实施例的光电转换装置。

将省略对与第一示例性实施例和第二示例性实施例共同的部分的描述，并且将主要描述与第一示例性实施例的差异。

图14是根据第三示例性实施例的光电转换装置的四个像素的、从与光入射面相对的面观看的平面图。与根据第一示例性实施例和第二示例性实施例的光电转换装置100的不同之处在于，N型第八半导体区域318被设置在第七半导体区域317周围。在与光入射面相对的面上设置的第八半导体区域318的N型杂质浓度低于第一半导体区域311的N型杂质浓度。

图15是根据第三示例性实施例的光电转换装置的四个像素的从光入射面侧的平面图。

在从光入射面侧的平面图中，图案化结构325包括随机布置的沟槽的非周期性结构。即使在这种情况下，图案化结构325被构造为具有比雪崩发射光的波长更短的有效周期。

沟槽在图案化结构325中的随机分布可以使入射光被图案化结构325衍射的衍射光的角度的分布均匀，以提高灵敏度改善效果。图案化结构325不限于这种布局，例如可以在面内形成多个独立的岛状结构。

图16是根据第三示例性实施例的光电转换装置的像素的沿图15的方向A-A'截取的截面图。图17是根据第三示例性实施例的光电转换装置的像素的沿图15的方向B-B'截取的截面图。

在沿方向A-A'(像素的对边方向)的横截面中，根据本示例性实施例的像素不包括向下延伸到与光入射面相对的面的第五半导体区域315。第五半导体区域315和第八半导体区域318是相互分离的。相比之下，在沿方向B-B'(像素的对角线方向)的横截面上，第五半导体区域315从光入射面侧延伸到与光入射面相对的面。

不将第五半导体区域315而是将第八半导体区域318设置在像素角部，可以缓解平面方向的电场。这便于通过横向电场将在像素角部出现的暗电荷收集到第一半导体区域311，并在不穿过诱发雪崩倍增的高电场区域的情况下将暗电荷排出。从而减少DCR的劣化。在像素角部没有第五半导体区域315也可以防止第五半导体区域315与第一半导体区域311之间的横向电场集中，从而便于像素的小型化。

将参照图18至图20描述根据第四示例性实施例的光电转换装置。

将省略对与第一示例性实施例至第三示例性实施例共同的部分的描述，并将主要描述与第一示例性实施例的差异。

图18是根据第四示例性实施例的光电转换装置100的两个像素的截面图。图19A和图19B是根据第四示例性实施例的光电转换装置100的两个像素的平面图。图19A是从与光入射面相对的面的平面图。图19B是从光入射面侧的平面图。

如图18、图19A和图19B所示，根据本示例性实施例的光电转换装置100包括在半导体层301与层间膜(平坦化膜)322之间的抗反射膜326。与第一示例性实施例至第三示例性实施例的不同之处包括：光屏蔽部分327设置在像素之间，并且在各像素内以不均匀的密度分布来形成图案化结构325。

将参照图20描述第四示例性实施例的效果，图20是示出根据第四示例性实施例的光电转换装置100的两个像素的对比图。图20以简化形式示出了光电转换装置100。光电转换装置100是包括雪崩倍增区域501、布线层502、图案化结构325、抗反射膜326和光屏蔽部分327的光电转换装置。

抗反射膜326的折射率比图案化结构325的有效折射率低。如本文所采用的，有效折射率是指在沟槽基板和填充沟槽的构件相结合的情况下，整个图案化结构325的实质折射率。例如，如果半导体层301由折射率为4的Si形成并且层间膜322由折射率为1.5的SiO形成，则图案化结构325的有效折射率为2.8至3.8。抗反射膜326例如由折射率约为2的Ta

将光屏蔽部分327设置在像素之间可以减少串扰，这是因为发生在各像素中的雪崩发射光离开该像素而不进入相邻的像素。

如图19B所示，以各像素内不均匀的密度分布来形成根据本示例性实施例的图案化结构325。具体而言，在各像素中，在像素的雪崩发射光的强度分布较低的外围区域中，降低沟槽密度。这可以降低沟槽对整个像素的面积占有率。由于沟槽部分可以是由于蚀刻对半导体层301造成的损害而导致的暗电流的来源，因此可以减少串扰，并且可以通过降低沟槽的面积占有率来降低DCR。

将参照图21描述根据第五示例性实施例的光电转换装置。

将省略对与第一示例性实施例至第四示例性实施例共同的部分的描述，并且将主要描述与第一示例性实施例的差异。

图21是根据第五示例性实施例的光电转换装置的像素的截面图。

在根据第五示例性实施例的光电转换装置中，图案化结构325包括不同深度的沟槽。在图21所示的像素中，例如以0.1μm至0.6μm的深度形成雪崩发射光的强度较高的像素中心附近的沟槽。相对浅地形成雪崩发射光的强度较低的像素外围附近的沟槽。

形成包括多个不同深度的沟槽的图案化结构325可以重点减少在雪崩发射光强烈集中的像素中心附近的雪崩发射光反射，并减少串扰。由于可以减少图案化结构325的总体积，因此减少了暗电流的发生，以防止DCR的劣化。

将参照图22A至图22C描述根据第六示例性实施例的光电转换装置。

将省略对与第一示例性实施例至第五示例性实施例共同的部分的描述，并主要描述与第一示例性实施例的差异。

构成图案化结构325的沟槽的截面形状不限于图8中示出的截面形状。例如，如图22A所示，沟槽可以具有在光入射面侧窄而在与光入射面相对的面附近侧宽的反锥形形状。以这种形状形成构成图案化结构325的沟槽可以加强衍射效果并提高灵敏度。

构成图案化结构325的沟槽可以具有如图22B中所示的半球形形状。这可以减少折射率的急剧变化，以提供抗反射效果，以提高灵敏度。虽然图22B示出了具有中心角为180°的半圆形横截面的半球，但是可以通过任何具有弧形横截面的形状获得类似的效果。

诸如图22C所示的阶梯状沟槽同样可以减少折射率的急剧变化，以提供抗反射效果，以提高灵敏度。虽然图22C示出了具有与光入射面平行的两个平面的阶梯状沟槽，但平面的数量(阶梯的数量)不限于此。

将参照图23、图24A和图24B描述根据第七示例性实施例的光电转换装置。

将省略对与第一示例性实施例至第六示例性实施例共同的部分的描述，并且将主要描述与第一示例性实施例的差异。

图23是根据第七示例性实施例的光电转换装置的光电转换元件102的沿与半导体层的平面方向垂直的方向截取的截面图。在根据本示例性实施例的光电转换装置中，与根据第一示例性实施例的光电转换装置100相比，N型第一半导体区域311占据了像素的光接收面的很大比例。第七半导体区域317被设置在第一半导体区域311与第二半导体区域312之间。

图案化结构325包括具有光入射面在底部的三角形横截面的矩形金字塔形状的沟槽。

图24A和图24B是根据第七示例性实施例的光电转换装置的两个像素的平面图。图24A是从与光入射面相对的面的平面图。图24B是从光入射面侧的平面图。

在从光入射面侧的平面图中，第七半导体区域317位于第一半导体区域311与第二半导体区域312之间。入射光在第一半导体区域311与第二半导体区域312之间进行雪崩倍增。如果像素开口被设计成使第一半导体区域311和第二半导体区域312曝光，则根据本示例性实施例的光电转换装置的开口率低于根据第一示例性实施例至第五示例性实施例的光电转换装置的开口率。低开口率可以减小能够进行信号检测的光电转换区域的体积，并因此可以减少串扰。

将参照图25描述根据第八示例性实施例的光电转换系统。图25是示出根据本示例性实施例的光电转换系统的示意性构造的框图。

前述第一示例性实施例至第七示例性实施例中描述的光电转换装置可应用于各种光电转换系统。适用的光电转换系统的示例包括数字静止相机、数字摄像机、监视相机、复印机、传真机、移动电话、车载相机和观测卫星。包括光学系统(诸如透镜)和成像装置的相机模块也包括在光电转换系统中。作为示例，图25示出了数字静止相机的框图。

图25中示出的光电转换系统包括：作为光电转换装置的示例的成像装置1004，以及用于在成像装置1004上形成被摄体的光学图像的透镜1002。光电转换系统还包括：用于改变穿过透镜1002的光量的光圈1003，以及用于保护透镜1002的屏障1001。透镜1002和光圈1003构成了用于将光收集到成像装置1004的光学系统。成像装置1004是根据前述任何一个示例性实施例的光电转换装置，并将由透镜1002形成的光学图像转换为电信号。

光电转换系统还包括信号处理单元1007，信号处理单元1007是用于通过处理从成像装置1004输出的输出信号(电信号)来生成图像的图像生成单元。信号处理单元1007进行如下操作：适当地进行各种校正和压缩，并输出图像数据。信号处理单元1007可以形成在设置有成像装置1004的半导体基板上，或者形成在与具有成像装置1004的半导体基板不同的半导体基板上。

光电转换系统还包括：用于临时存储图像数据的存储器单元1010，以及用于与外部计算机通信的外部接口(I/F)单元1013。光电转换系统还包括：用于记录和读取成像数据的记录介质1012(诸如半导体存储器)，以及用于在记录介质1012上进行记录和读取的记录介质控制I/F单元1011。记录介质1012可以内置在光电转换系统中，或者可拆卸地附接到光电转换系统。

光电转换系统还包括：对各种计算和整个数字静止相机进行控制的总体控制和计算单元1009，以及向成像装置1004和信号处理单元1007输出各种定时信号的定时生成单元1008。可以从系统的外部输入这些定时信号。光电转换系统至少包括成像装置1004和处理从成像装置1004输出的输出信号的信号处理单元1007。

成像装置1004向信号处理单元1007输出成像信号。信号处理单元1007对从成像装置1004输出的成像信号应用预定的信号处理，并输出图像数据。信号处理单元1007使用该成像信号生成图像。

如上所述，根据本示例性实施例，可以实现应用了根据前述任一示例性实施例的光电转换装置(成像装置)的光电转换系统。

将参照图26A和图26B描述根据第九示例性实施例的光电转换系统和移动体。图26A和图26B是示出根据本示例性实施例的光电转换系统和移动体的构造的图。

图26A示出了与车载相机有关的光电转换系统的示例。光电转换系统1300包括成像装置1310。成像装置1310是前述任何一个示例性实施例中描述的光电转换装置。光电转换系统1300包括：对由成像装置1310获得的多个图像数据进行图像处理的图像处理单元1312，以及根据由光电转换系统1300获得的多个图像数据计算视差(视差图像之间的相位差)的视差获得单元1314。光电转换系统1300还包括：基于计算出的视差计算到目标物体的距离的距离获得单元1316，以及基于计算出的距离确定是否存在碰撞的可能性的碰撞确定单元1318。这里，视差获得单元1314和距离获得单元1316是获得关于目标物体的距离信息的距离信息获得单元的示例。换句话说，距离信息是指关于视差、散焦量、到目标物体的距离等的信息。碰撞确定单元1318可以基于任何一个距离信息来确定碰撞的可能性。可以由专门设计的硬件或软件模块来实现距离信息获得单元。

另选地，可以使用现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)来实现距离信息获得单元。可以通过这些的组合来实现距离信息获得单元。

光电转换系统1300连接到车辆信息获得装置1320，并且可以获得诸如车辆速度、偏航率和转向角的车辆信息。光电转换系统1300还连接到电子控制单元(ECU)1330，ECU1330是用于基于由碰撞确定单元1318做出的确定结果来输出使车辆产生制动力的控制信号的控制单元。光电转换系统1300还连接到警报装置1340，警报装置1340基于由碰撞确定单元1318做出的确定结果向驾驶员发出警报。例如，如果由碰撞确定单元1318做出的确定结果示出碰撞的可能性很大，则ECU 1330进行车辆控制以通过踩刹车、放松油门踏板和/或减少引擎输出来避免碰撞或减少损害。警报装置1340通过发出警报声音、在汽车导航系统的屏幕上显示警报信息和/或振动安全带或方向盘，来警告用户。

在本示例性实施例中，光电转换系统1300拍摄车辆周围(例如在车辆前方或后方)的图像。图26B示出了拍摄车辆前方(成像范围1350)的图像的光电转换系统。车辆信息获得装置1320将指令发送到光电转换系统1300或成像装置1310。通过这种构造，可以进一步提高距离测量的准确性。

虽然前述光电转换系统被描述为进行用于避免与其他车辆碰撞的控制，但是光电转换系统也可以应用于：用于跟随其他车辆的自动驾驶控制或用于保持在车道上的自动驾驶控制。此外，光电转换系统不限于诸如汽车的车辆，还可以应用于移动体(移动装置)，诸如船舶、飞机和工业机器人。光电转换系统也不限于移动体，并且可以广泛地应用于使用物体识别的装备(诸如智能交通系统(ITS))。

将参照图27描述根据第十示例性实施例的光电转换系统。图27是示出作为根据本示例性实施例的光电转换系统的距离图像传感器的构造示例的框图。

如图27所示，距离图像传感器401包括光学系统407、光电转换装置408、图像处理电路404、监视器405和存储器406。距离图像传感器401可以通过接收从光源装置411投射到被摄体上并在被摄体表面反射的光(调制光或脉冲光)，来获得基于到被摄体的距离的距离图像。

光学系统407包括一个或多个透镜。光学系统407将图像光(入射光)从被摄体引导到光电转换装置408，并在光电转换装置408的光接收面(传感器单元)上形成图像。

根据前述示例性实施例的任何一个光电转换装置被应用为光电转换装置408。指示距离的距离信号被供给到图像处理电路404，该距离根据从光电转换装置408输出的光接收信号来确定。

图像处理电路404进行图像处理，以基于从光电转换装置408供给的距离信号构建距离图像。通过图像处理获得的距离图像(图像数据)被供给到监视器405并显示在监视器405上，或者被供给到存储器406并存储(记录)在存储器406中。

由此构造的距离图像传感器401可以通过应用前述光电转换装置，凭借像素特性的改善，来获得例如更精确的距离图像。

将参照图28描述根据第十一示例性实施例的光电转换系统。图28是示出作为根据本示例性实施例的光电转换系统的内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。

图28示出了操作者(医生)1131正在使用内窥镜手术系统1150对病床1133上的患者1132进行手术的状态。如图所示，内窥镜手术系统1150包括内窥镜1100、手术工具1110和安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车1134。

内窥镜1100包括镜筒1101和连接到镜筒1101的基端的摄像头1102。镜筒1101以从其顶端的预定长度插入到患者1132的体腔。虽然示出的内窥镜1100被构造为包括硬质镜筒1101的硬质内窥镜，但内窥镜1100可以被构造为包括柔性镜筒的柔性内窥镜。

镜筒1101的顶端具有安装了物镜的开口。光源装置1203连接到内窥镜1100。由光源装置1203生成的光通过延伸穿过镜筒1101的导光管被引导到镜筒1101的顶端，并经由物镜向患者1132的体腔内的观察对象发射。内窥镜1100可以是前视内窥镜、前斜视内窥镜或侧视内窥镜。

光学系统和光电转换装置被设置在摄像头1102中。来自观察对象的反射光(观察光)被光学系统收集到光电转换装置。光电转换装置对观察光进行光电转换，以生成与观察光相对应的电信号，即与观察图像相对应的图像信号。上述示例性实施例中描述的任何一个光电转换装置都可以用作光电转换装置。图像信号作为原始数据被发送到相机控制单元(CCU)1135。

CCU 1135包括中央处理单元(CPU)和图形处理单元(GPU)，并以集中的方式控制内窥镜1100和显示装置1136的操作。此外，CCU 1135接收来自摄像头1102的图像信号，并将用于基于图像信号显示图像的各种类型的图像处理(诸如显影处理(去马赛克处理))应用到图像信号。

显示装置1136在CCU 1135的控制下，基于由CCU 1135应用图像处理的图像信号来显示图像。

光源装置1203包括诸如发光二极管(LED)的光源，并且在拍摄手术部位的图像时向内窥镜1100供给照明光。

输入装置1137是内窥镜手术系统1150的输入接口。用户可以经由输入装置1137向内窥镜手术系统1150输入各种类型的信息和指令。

治疗工具控制装置1138控制用于烧灼或切开组织或密封血管的能量治疗工具1112的驱动。

在拍摄手术部位的图像时向内窥镜1100供给照明光的光源装置1203包括例如LED、激光光源或将这些组合的白光光源。包括R、G和B激光光源的组合的白光光源可以精确控制各颜色(各波长)的输出强度和输出定时。因此，光源装置1203可以调整拍摄图像的白平衡。在这种情况下，通过利用来自R、G和B各激光光源的激光束以时分方式照射观察对象并与照射定时同步地控制摄像头1102中的图像传感器的驱动，可以以时分方式拍摄对应于各颜色R、G和B的图像。根据这种方法，无需图像传感器上的彩色滤光片就可以获得彩色图像。

此外，可以控制光源装置1203的驱动，从而以预定的时间间隔改变输出光的强度。通过与光强度变化的定时同步地控制摄像头1102中的图像传感器的驱动从而以时分方式获得图像并组合这些图像，可以生成没有曝光不足或曝光过度的高动态范围图像。

光源装置1203可以被构造为，使得可以供给用于特殊光观察的预定波长带的光。例如，特殊光观察使用了身体组织对光吸收的波长依赖性。具体而言，通过发射比正常观察期间的照明光(即白光)更窄的波段的光，以高对比度拍摄预定组织(诸如粘膜表层的血管)的图像。

另选地，可以进行用于使用由激发光照射引起的荧光来获得图像的荧光观察，作为特殊光观察。荧光观察包括用激发光照射身体组织并观察来自身体组织的荧光。可以通过向身体组织局部注入试剂(诸如吲哚菁绿(ICG))并利用与试剂的荧光波长相对应的激发光照射身体组织，来获得荧光图像。光源装置1203可以被构造为，使得可以供给用于这种特殊光观察的窄带光和/或激发光。

将参照图29A和图29B描述根据第十二示例性实施例的光电转换装置。图29A示出了作为根据本示例性实施例的光电转换系统的眼镜1600(智能眼镜)。眼镜1600包括光电转换装置1602。光电转换装置1602是前述示例性实施例中描述的任何一个光电转换装置。包括诸如有机发光二极管(OLED)和LED的发光设备的显示装置可以被设置在镜头1601的背面。眼镜1600可以包括一个或多个光电转换装置1602。多种类型的光电转换装置可以组合使用。光电转换装置1602的安装位置不限于图29A中所示的安装位置。

眼镜1600还包括控制装置1603。控制装置1603用作电源，以向上述光电转换装置1602和显示装置供电。控制装置1603还控制光电转换装置1602和显示装置的操作。镜头1601包括用于将光收集到光电转换装置1602的光学系统。

图29B示出了根据应用示例的眼镜1610(智能眼镜)。眼镜1610包括控制装置1612。控制装置1612包括显示装置和等同于光电转换装置1602的光电转换装置。镜头1611包括控制装置1612中的光电转换装置的光学系统和用于投射从显示装置发射的光的光学系统，并且图像被投射在镜头1611上。控制装置1612用作向光电转换装置和显示装置供电的电源，并控制光电转换装置和显示装置的操作。控制装置1612可以包括视线检测单元，其用于检测佩戴者(用户)的视线。可以通过使用红外线来检测视线。红外线发射单元向注视投射图像(显示图像)的用户的眼球发射红外线。包括光接收元件的成像单元检测从眼球对发射的红外线的反射，以获得眼球的拍摄图像。包括用于减少从红外发射单元向镜头1611行进的红外线的减少单元，以减少图像质量的下降。

从通过红外成像获得的眼球的拍摄图像来检测用户对显示图像的视线。可以应用任何常规技术来从眼球的拍摄图像中检测视线。例如，可以使用基于从照明光在角膜处的反射中获得的Purkinje图像的视线检测方法。

更具体地，进行基于瞳孔-角膜反射方法的视线检测处理。使用瞳孔-角膜反射方法，通过基于包括在眼球的拍摄图像中的瞳孔图像和Purkinje图像计算代表眼球的方向(旋转角度)的视线向量，来检测用户的视线。

根据本示例性实施例的显示装置可以包括具有光接收元件的光电转换装置，并且基于来自光电转换装置的用户视线信息控制显示装置的显示图像。

具体而言，显示装置基于视线信息确定用户注视的第一视场区域和第一视场区域之外的第二视场区域。第一视场区域和第二视场区域可以由显示装置的控制单元确定。可以接收由外部控制装置确定的第一视场区域和第二视场区域。显示装置的显示区域中的第一视场区域的显示分辨率可以被控制为高于第二视场区域的显示分辨率。换句话说，可以使第二视场区域的分辨率比第一视场区域的分辨率低。

显示区域可以包括第一显示区域和不同于第一显示区域的第二显示区域，并且可以基于视线信息确定第一显示区域与第二显示区域之间具有较高优先级的一个显示区域。第一显示区域和第二显示区域可以由显示装置的控制单元确定。可以接收由外部控制装置确定的第一显示区域和第二显示区域。具有较高优先级的区域的分辨率可以被控制为高于具有较高优先级的区域以外的区域的分辨率。换句话说，可以降低具有相对较低优先级的区域的分辨率。

可以使用人工智能(AI)来确定第一视场区域或具有较高优先级的区域。AI可以是以如下方式训练的模型：使用眼球图像和眼球在图像中指向的实际方向作为教学数据，基于眼球图像估计视线的角度和距视线前方的物体的距离。AI程序可以包括在显示装置、光电转换装置或外部装置中。如果AI程序包括在外部装置中，则通过通信将估计结果通知给显示装置。

如果基于视觉识别检测来控制显示装置，则本示例性实施例可以适当地应用于还包括用于拍摄外部图像的光电转换装置的智能眼镜。该智能眼镜可以实时显示拍摄的外部信息。

变型的示例性实施例

本公开不限于前述示例性实施例，并且可以进行各种变型。

例如，其中一个示例性实施例的部分构造可以被添加到其他示例性实施例中，或者用其他示例性实施例的部分构造替换。这种变型也包括在本公开的示例性实施例中。

前述第七示例性实施例和第八示例性实施例中描述的光电转换系统是可应用光电转换装置的光电转换系统的示例。可应用根据本公开的示例性实施例的光电转换装置的光电转换系统不限于图25至图26B中示出的构造。这同样适用于第十示例性实施例中描述的ToF系统、第十一示例性实施例中描述的内窥镜，以及第十二示例性实施例中描述的智能眼镜。

所有的前述示例性实施例仅是在执行本公开时的实施例的示例，并且对本公开的技术范围的解释不应限于此。换句话说，在不背离本公开的技术构思或基本特征的情况下，可以以各种形式来实施本公开。

虽然参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构和功能。