測距裝置以及測距裝置的驅動方法與流程

2023-05-05 01:29:11 3

本發明涉及測距裝置以及測距裝置的驅動方法。

背景技術：

已知有具備TOF(Time-of-Flight(飛行時間))型的距離圖像傳感器的測距裝置(例如參照專利文獻1)。在專利文獻1所記載的測距裝置中，多個距離傳感器被配置於一維方向。各個距離傳感器包含矩形的電荷產生區域、一對傳輸電極、一對電荷存儲區域。一對傳輸電極分別沿著電荷產生區域的一對相對的兩邊進行設置。一對電荷存儲區域分別存儲被傳輸電極傳輸的信號電荷。

在該測距裝置中，各個傳輸電極將產生於電荷產生區域的電荷作為信號電荷並對應於相位不同的傳輸信號而分配到各個電荷存儲區域。被分配的信號電荷分別被存儲於所對應的各個電荷存儲區域。被存儲於各個電荷存儲區域的信號電荷作為對應於被存儲的電荷量的輸出來進行讀出。基於這些輸出的比率，計算到對象物的距離。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：國際公開第2007/026779號小冊子

技術實現要素：

發明所要解決的技術問題

本發明人們的調查研究的結果，在上述專利文獻1所記載的那樣的測距裝置中，在測定距離應該為同等的2個距離傳感器中，存在測定距離根據距離傳感器而不同的情況是清楚的。

本發明的目的在於，提供一種減少測定距離應該為同等的2個距離傳感器中的測定距離的不同的測距裝置以及測距裝置的驅動方法。

解決問題的技術手段

本發明人們關於減少測定距離應該為同等的2個距離傳感器中的測定距離的不同的測距裝置以及測距裝置的驅動方法，進行了調查研究。其結果，本發明人們發現了以下的事實。

在上述專利文獻1所記載的那樣的測距裝置中，即使是光入射的距離傳感器(以下，稱為入射距離傳感器)以外的其他的距離傳感器，也會有檢測到信號的情況。可以認為這是因為產生在入射距離傳感器的電荷產生區域生成的電荷流入到其他的距離傳感器的各個電荷存儲區域的串擾。對其他的距離傳感器的各個電荷存儲區域的串擾的影響根據該各個電荷存儲區域的配置而不同。串擾的影響根據其他的距離傳感器的各個電荷存儲區域的配置是否為入射距離傳感器側而不同。即，在其他的距離傳感器中被配置於光入射距離傳感器側的電荷存儲區域中，串擾的影響大。在被配置於與光入射距離傳感器側相反側的電荷存儲區域，串擾的影響小。

在電荷分配方式的距離傳感器中，如上所述，基於各個電荷存儲區域的輸出的比率，計算到對象物的距離。因此，如果從周圍的距離傳感器向各個電荷存儲區域有電荷的漏入的話，則由距離傳感器計算出的距離產生變化。例如，在光被入射的2個距離傳感器的各個電荷存儲區域中，即使是對應於一方的相位的傳輸信號進行分配的電荷量和對應於另一方的相位進行分配的電荷量成為相同的情況下，也因為串擾的影響不同，所以會有測定距離不同的情況。即，在2個光入射距離傳感器中，即使是測定距離應該為同等的情況下，對應於相同的相位的傳輸信號而存儲信號電荷的各個電荷存儲區域彼此的配置根據是否為另一方的光入射距離傳感器側而互相不同的情況下，測定距離也根據距離傳感器而會不同。

本發明人們著眼於自己發現的這些事實，關於減少測定距離應該為同等的2個距離傳感器中的測定距離的不同的結構進一步進行了深入研究，直至想到本發明。

本發明的一個方式所涉及的測距裝置具備距離圖像傳感器、控制部、以及運算部。距離圖像傳感器為在一維方向上配置有多個距離傳感器的距離圖像傳感器。距離傳感器具有以按每個幀周期朝著對象物射出脈衝光的方式驅動光源的驅動部、對應於對象物上的脈衝光的反射光的入射而產生電荷的電荷產生區域、從電荷產生區域分開且在一維方向上夾著電荷產生區域而配置並且存儲電荷的第一以及第二電荷存儲區域、被配置於第一電荷存儲區域與電荷產生區域之間的第一傳輸電極、被配置於第二電荷存儲區域與電荷產生區域之間的第二傳輸電極。驅動部以與脈衝光的射出相同步的方式，按每個幀周期，將第一脈衝傳輸信號輸出至第一傳輸電極以使在電荷產生區域產生的電荷作為信號電荷流入到第一電荷存儲區域，將相位與第一脈衝傳輸信號不同的第二脈衝傳輸信號輸出至第二傳輸電極以使在電荷產生區域產生的電荷作為信號電荷流入到第二電荷存儲區域。運算部按每個幀周期分別讀出被存儲於第一以及第二電荷存儲區域的信號電荷，基於所讀出的信號電荷運算到對象物的距離。控制部按每個幀周期，交替地更換第一脈衝傳輸信號與第二脈衝傳輸信號的時間序列上的順序，並輸出第一以及第二脈衝傳輸信號。運算部基於對應於按時間序列連續的2個幀周期中的相位成為相同的第一以及第二脈衝傳輸信號而被存儲於第一電荷存儲區域和第二電荷存儲區域的信號電荷的總電荷量，運算到對象物的距離。

本發明的一個方式所涉及的測距裝置的驅動方法是具備朝著對象物射出脈衝光的光源、在一維方向上配置有多個距離傳感器的距離圖像傳感器的測距裝置的驅動方法。距離傳感器具有對應於對象物上的脈衝光的反射光的入射而產生電荷的電荷產生區域、從電荷產生區域分開且在一維方向上夾著電荷產生區域而配置並且存儲電荷的第一以及第二電荷存儲區域、被配置於第一電荷存儲區域與電荷產生區域之間的第一傳輸電極、被配置於第二電荷存儲區域與電荷產生區域之間的第二傳輸電極。在本方式所涉及的測距裝置的驅動方法中，以按每個幀周期射出脈衝光的方式驅動光源，以與脈衝光的射出相同步的方式，按每個幀周期，將第一脈衝傳輸信號輸出至第一傳輸電極以使在電荷產生區域產生的電荷作為信號電荷流入到第一電荷存儲區域，將相位與第一脈衝傳輸信號不同的第二脈衝傳輸信號輸出至第二傳輸電極以使在電荷產生區域產生的電荷作為信號電荷流入到第二電荷存儲區域，按每個幀周期，分別讀出被存儲於第一以及第二電荷存儲區域的信號電荷，基於所讀出的信號電荷運算到對象物的距離，在輸出第一以及第二脈衝傳輸信號的時候，按每個幀周期交替地更換第一脈衝傳輸信號與第二脈衝傳輸信號的時間序列上的順序並輸出第一以及第二脈衝傳輸信號，在運算到對象物的距離的時候，基於對應於按時間序列連續的2個幀周期中的相位成為相同的第一以及第二脈衝傳輸信號而被存儲於第一電荷存儲區域和第二電荷存儲區域的信號電荷的總電荷量，運算到對象物的距離。

在本方式中，按每個幀周期，從光源射出脈衝，對象物上的脈衝光的反射光入射到距離圖像傳感器。在距離圖像傳感器中，具有電荷產生區域、在一維方向上夾著電荷產生區域而配置的第一以及第二電荷存儲區域的多個距離傳感器在一維方向上進行配置。在反射光入射了的距離傳感器中，電荷對應於反射光而產生於電荷產生區域。產生了的電荷按每個幀周期對應於第一以及第二脈衝傳輸信號而作為信號電荷被存儲於第一以及第二電荷存儲區域。第一以及第二脈衝傳輸信號，相位互相不同並且按每個幀周期交替地更換時間序列上的順序來進行輸出。因此，在按時間序列連續的2個幀周期中，一方的幀周期中，在信號電荷被存儲於第一電荷存儲區域之後，信號電荷被存儲於第二電荷存儲區域。另外，在另一方的幀周期中，在信號電荷被存儲於第二電荷存儲區域之後，信號電荷被存儲於第一電荷存儲區域。到對象物的距離基於對應於按時間序列連續的2個幀周期中的相位成為相同的第一以及第二脈衝傳輸信號而被存儲於第一電荷存儲區域和第二電荷存儲區域的信號電荷的總電荷量來進行運算。該總電荷量被用於到對象物的距離的運算，所以即使是從其他的距離傳感器漏入到第一以及第二電荷存儲區域的電荷量互相不同的情況下，由電荷的漏入產生的影響也會平衡良好地被分配到對應於一方的相位的脈衝傳輸信號的總電荷量和對應於另一方的相位的脈衝傳輸信號的總電荷量。其結果，在一維方向上相鄰的距離傳感器彼此中相對於距離測量的電荷的串擾的影響成為相同。由此，在測定距離應該為同等的2個距離傳感器中，能夠減少測定距離的不同。

發明的效果

根據本發明的一個方式，能夠提供一種減少測定距離應該為同等的2個距離傳感器中的測定距離的不同的測距裝置以及測距裝置的驅動方法。

附圖說明

圖1是表示本發明的一個實施方式所涉及的測距裝置的結構的說明圖。

圖2是用於說明距離圖像傳感器的截面結構的圖。

圖3是距離圖像傳感器的結構圖。

圖4是表示沿著圖3中的IV-IV線的截面結構的圖。

圖5是表示半導體基板的第二主面附近的電勢分布的圖。

圖6是關於距離傳感器中的電荷的漏入進行說明的圖。

圖7是各種信號的時序圖。

圖8是現有的測距裝置中的各種信號的時序圖。

具體實施方式

以下，參照附圖，對本發明的實施方式進行詳細的說明。還有，在說明中，將相同符號標註於相同要素或者具有相同功能的要素，省略重複的說明。

圖1是表示本實施方式所涉及的測距裝置的結構的說明圖。

測距裝置10是測定到對象物OJ的距離d的裝置。測距裝置10具備距離圖像傳感器RS、光源LS、顯示器DSP、控制單元。控制單元具備驅動部DR、控制部CONT、運算部ART。光源LS朝向對象物OJ射出脈衝光Lp。光源LS例如由雷射照射裝置、LED等構成。距離圖像傳感器RS為TOF型的距離圖像傳感器。距離圖像傳感器RS被配置於配線基板WB上。

控制單元(驅動部DRV、控制部CONT以及運算部ART)由CPU(Central Processing Unit(中央處理器))等運算電路、RAM(Random Access Memory(隨機存取存儲器))以及ROM(Read Only Memory(只讀存儲器))等存儲器、電源電路、以及包含A/D轉換器的讀出電路等硬體構成。該控制單元其一部分或者全體也可以由ASIC(Application Specific Integrated Circuit(專用集成電路))或者FPGA(Field Programmable Gate Array(現場可編程門陣列))等集成電路構成。

驅動部DRV按照控制部CONT的控制將驅動信號SD施加於光源LS。由此，驅動部DRV以按每個幀周期朝著對象物OJ射出脈衝光Lp的方式驅動光源LS。控制部CONT控制驅動部DRV並且將第一以及第二脈衝傳輸信號S1,S2輸出至距離圖像傳感器RS。控制部CONT進一步使運算部ART的運算結果顯示於顯示器DSP。運算部ART從距離圖像傳感器RS分別讀出信號電荷的電荷量q1,q2，基於讀出的電荷量q1,q2運算距離d。運算部ART將運算結果輸出至控制部CONT。關於距離d的運算方法的細節，在後面參照圖7來進行說明。顯示器DSP是從控制部CONT輸入運算部ART的運算結果並顯示該運算結果的顯示器。

在測距裝置10中，通過驅動信號SD被施加於光源LS從而按每個幀周期脈衝光LP從光源LS被射出。從光源LS被射出的脈衝光Lp如果入射到對象物OJ的話，則通過反射作為脈衝光的反射光Lr從對象物OJ被射出。從對象物OJ被射出的反射光Lr入射到距離圖像傳感器RS的電荷產生區域。

與第一以及第二脈衝傳輸信號S1,S2同步地被收集於每個像素的電荷量q1,q2從距離圖像傳感器RS被輸出。被輸出的電荷量q1,q2與驅動信號Sp同步地被輸入至運算部ART。在運算部ART中，基於被輸入的電荷量q1,q2，按每個像素運算距離d。距離d的運算結果被輸入到控制部CONT。被輸入到控制部CONT的運算結果被傳輸並被顯示於顯示器DSP。

圖2是用於說明距離圖像傳感器的截面結構的圖。

距離圖像傳感器RS為表面入射型的距離圖像傳感器，具備半導體基板1以及遮光層LI。半導體基板1具有互相相對的第一以及第二主面1a,1b。第二主面1b為光入射面。距離圖像傳感器RS以使半導體基板1的第一主面1a側與配線基板WB相對的狀態經由粘結區域FL而被貼附於配線基板WB。粘結區域FL具有絕緣性的粘結劑或填料。反射光Lr從半導體基板1的第二主面1b側入射到距離圖像傳感器RS。遮光層LI被設置於第二主面1b上。遮光層LI例如由鋁等金屬構成。

接著，參照圖3以及圖4，對距離圖像傳感器RS進行詳細的說明。圖3是距離圖像傳感器的結構圖。圖4是表示沿著圖3中的IV-IV線的截面結構的圖。

距離圖像傳感器RS是成為具有在一維方向A上配置的多個距離傳感器P1～PN(N為2以上的自然數)的陣列結構的線傳感器。多個距離傳感器P1～PN分別各1個或者2個以上地構成距離圖像傳感器RS的一個像素。在本實施方式中，多個距離傳感器P1～PN分別以1個構成距離圖像傳感器RS的一個像素。在圖3中，只表示距離傳感器Pn(n為N以下的自然數)的結構。多個距離傳感器P1～PN分別具有與距離傳感器Pn相同的結構。

如以上所述，距離圖像傳感器RS具備遮光層LI。遮光層ZI被設置於光入射面即第二主面1b的前方。在遮光層LI，在對應於多個距離傳感器P1～PN的各個區域，開口LIa在一維方向A上被形成。開口LIa呈現矩形狀。在本實施方中，開口LIa呈現長方形狀。光通過遮光層LI的開口LIa而入射到半導體基板1。因此，受光區域由開口LIa而被規定在半導體基板1。還有，在圖3中，省略遮光層LI的圖示。

半導體基板1由p型的第一半導體區域3和p-型的第二半導體區域5構成。p型的第一半導體區域3位於第一主面1a側。P-型的第二半導體區域5，其雜質濃度低於第一半導體區域3並且位於第二主面1b側。半導體基板1例如能夠通過在p型的半導體基板上使雜質濃度低於該半導體基板的p-型的外延層生長來取得。在半導體基板1的第二主面1b(第二半導體區域5)上形成有絕緣層7。

多個距離傳感器P1～PN在半導體基板1上在一維方向A上進行配置。即，多個距離傳感器P1～PN在半導體基板1上，以沿著一維方向A排列的方式進行配置。多個距離傳感器P1～PN分別具備光柵電極PG、第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2、第一以及第二傳輸電極TX1,TX2、p型的阱區W。還有，在圖3中，省略被配置於第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2上的導體13(參照圖4)的圖示。

光柵電極PG對應於開口LIa進行配置。半導體基板1(第二半導體區域5)上的對應於光柵電極PG的區域(在圖4中，位於光柵電極PG的下方的區域)作為對應於對象物OJ上的脈衝光Lp的反射光Lr的入射而產生電荷的電荷產生區域來發揮功能。光柵電極PG也對應於開口LIa的形狀，在俯視時呈現矩形狀。在本實施方式中，光柵電極PG與開口LIa相同呈現長方形狀。即，光柵電極PG在俯視時具有與一維方向A正交並且互相相對的第一以及第二長邊L1,L2、與一維方向A相平行並且互相相對的第一以及第二短邊S1,S2。光柵電極PG在一維方向A的一方側具有第一長邊L1，在一維方向A的另一方側具有第二長邊L2。

第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2在一維方向A上夾著光柵電極PG而配置。第一電荷存儲區域FD1在光柵電極PG的第一長邊L1側從光柵電極PG分開而配置。第二電荷存儲區域FD2在光柵電極PG的第二長邊L2側從光柵電極PG分開而配置。多個距離傳感器P1～PN分別具有與距離傳感器Pn相同的結構，所以在相鄰的2個距離傳感器Pn,Pn+1上，第一電荷存儲區域FD1和第二電荷存儲區域FD2在一維方向A上相鄰。

第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2是被形成於第二半導體區域5的雜質濃度高的n型的半導體區域，將在電荷產生區域產生的電荷作為信號電荷來進行存儲。第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2在俯視時呈現矩形狀。在本實施方式中，第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2在俯視時呈現正方形狀並且形成互相相同的形狀。

第一傳輸電極TX1被配置於絕緣層7上，並且被配置於第一電荷存儲區域FD1與光柵電極PG之間。第一傳輸電極TX1分別從第一電荷存儲區域FD1和光柵電極PG分開而配置。第一傳輸電極TX1使對應於第一脈衝傳輸信號S1(參照圖7)而在電荷產生區域產生的電荷作為信號電荷流入到第一電荷存儲區域FD1。

第二傳輸電極TX2被配置於絕緣層7上，並且被配置於第二電荷存儲區域FD2與光柵電極PG之間。第二傳輸電極TX2分別從第二電荷存儲區域FD2和光柵電極PG分開而配置。第二傳輸電極TX2使對應於相位與第一脈衝傳輸信號S1不同的第二脈衝傳輸信號S2(參照圖7)而在電荷產生區域產生的電荷作為信號電荷流入到第二電荷存儲區域FD2。多個距離傳感器P1～PN分別具有與距離傳感器Pn相同的結構，所以在相鄰的2個距離傳感器Pn,Pn+1上，第一傳輸電極TX1和第二傳輸電極TX2在一維方向A上相鄰。

第一以及第二傳輸電極TX1,TX2在俯視時呈現矩形狀。在本實施方式中，第一以及第二傳輸電極TX1,TX2呈現將與一維方向A正交的方向作為長邊的長方形狀，並且成為互相相同的形狀。第一以及第二傳輸電極TX1,TX2的長邊的長度短於光柵電極PG的第一以及第二長邊L1,L2的長度。

阱區W被形成於第二半導體區域5。阱區W從與第二主面1b正交的方向看，包圍光柵電極PG、第一以及第二傳輸電極TX1,TX2、第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2。阱區W從與第二主面1b正交的方向看，與第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2各自的一部分相重疊。阱區W的外緣與多個距離傳感器P1～PN的外緣大致一致。阱區W為與第二半導體區域5的導電類型相同的導電類型。阱區W具有高於第二半導體區域5的雜質濃度的雜質濃度。阱區W抑制由於對光柵電極PG的電壓的施加而擴展的耗盡層與從第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2擴展的耗盡層的結合。由此，抑制了串擾。

在絕緣層7，設置有用於使第二半導體區域5的表面露出的接觸孔。在接觸孔內配置有用於將第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2連接於外部的導體13。

在本實施方式中，所謂「雜質濃度高」是指例如雜質濃度為1×1017cm-3左右以上，並將「+」標註於導電類型來表示。另一方面，所謂「雜質濃度低」是指例如雜質濃度為1×1015cm-3左右以下，並將「-」標註於導電類型來表示。

各個半導體區域的厚度/雜質濃度如以下所述。

第一半導體區域3：厚度10～1000μm/雜質濃度1×1012～1019cm-3

第二半導體區域5：厚度1～50μm/雜質濃度1×1012～1015cm-3

第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2：厚度0.1～1μm/雜質濃度1×1018～1020cm-3

阱區W：厚度0.5～5μm/雜質濃度1×1016～1018cm-3

經由背柵或者貫通電極將接地電位等基準電位提供給半導體基板1(第一以及第二半導體區域3,5)。

半導體基板由Si構成，絕緣層7由SiO2構成，光柵電極PG和第一以及第二傳輸電極TX1,TX2由多晶矽構成，但是，這些構件也可以由其他材料構成。

被施加於第一傳輸電極TX1的第一脈衝傳輸信號S1的相位和被施加於第二傳輸電極TX2的第二脈衝傳輸信號S2的相位錯開180度。分別入射到多個距離傳感器P1～PN的光在半導體基板1(第二半導體區域5)內被轉換成電荷。這樣產生的電荷中的一部分作為信號電荷而按照由被施加於光柵電極PG和第一以及第二傳輸電極TX1,TX2的電壓形成的電勢梯度，在第一傳輸電極TX1或者第二傳輸電極TX2的方向、即平行於光柵電極PG的第一以及第二短邊S1,S2的方向上行進。

如果將正電位提供給第一傳輸電極TX1或者第二TX2的話則第一傳輸電極TX1或者第二傳輸電極TX2之下的電勢比光柵電極PG之下的部分的半導體基板1(第二半導體區域5)的電勢，相對於電子而言變低。由此，負的電荷(電子)在第一傳輸電極TX1或者第二傳輸電極TX2的方向上被拉進來，並且被存儲於由第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2形成的電勢阱內。n型的半導體包含正離子化了的施主並且具有正的電勢，所以吸引電子。如果將低於上述正電位的電位(例如接地電位)提供給第一傳輸電極TX1或者第二傳輸電極TX2的話則產生由第一傳輸電極TX1或者第二傳輸電極TX2引起的勢壘。因此，在半導體基板1上產生的電荷不會被拉入到第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2。

圖5是表示沿著圖3的IV-IV線的半導體基板的第二主面附近的電勢分布的圖。在圖5中，向下是電勢的正方向。在圖5中，表示第一傳輸電極TX1的正下方的區域的電勢φTX1、第二傳輸電極TX2的正下方的區域的電勢φTX2、光柵電極PG的正下方的電荷產生區域的電勢φPG、第一電荷存儲區域FD1的電勢φFD1、第二電荷存儲區域FD2的電勢φFD2。

光柵電極PG的正下方的區域(電荷產生區域)的電勢φPG，如果將無偏壓(bias)時的鄰接的第一以及第二傳輸電極TX1,TX2正下方的區域的電勢(φTX1,φTX2)作為基準電位的話，則被設定為高於該基準電位。該電荷產生區域的電勢φPG高於電勢φTX1,φTX2，電勢分布在電荷產生區域上成為向附圖的向下方向進行凹陷的形狀。

參照圖5，說明信號電荷的存儲動作。在被施加於第一傳輸電極TX1的第一脈衝傳輸信號S1的相位為0度的時候，正的電位被提供給第一傳輸電極TX1。反相的電位、即相位為180度的電位(例如接地電位)被提供給第二傳輸電極TX2。被提供給第一傳輸電極TX1的電位與被提供給第二傳輸電極TX2的電位之間的電位被提供給光柵電極PG。在此情況下，如圖5(a)所示，第一傳輸電極TX1正下方的半導體的電勢φTX1比電荷產生區域的電勢φPG更下降。由此，在電荷產生區域產生的負的電荷e流入到第一電荷存儲區域FD1的電勢阱內。

另一方面，第二傳輸電極TX2正下方的半導體的電勢φTX2不下降。因此，電荷不會流入到第二電荷存儲區域FD2的電勢阱內。由此，信號電荷被收集並被存儲於第一電荷存儲區域FD1的電勢阱內。在第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2中，因為添加有n型的雜質，所以在正方向上電勢凹陷。

在被施加於第二傳輸電極TX2的第二脈衝傳輸信號S2的相位為0度的時候，正的電位被提供給第二傳輸電極TX2。反相的電位、即相位為180度的電位(例如接地電位)被提供給第一傳輸電極TX1。被提供給第一傳輸電極TX1的電位與被提供給第二傳輸電極TX2的電位之間的電位被提供給光柵電極PG。在此情況下，如圖5(b)所示，第二傳輸電極TX2正下方的半導體的電勢φTX2比電荷產生區域的電勢φPG更下降。由此，在電荷產生區域產生的負的電荷e流入到第二電荷存儲區域FD2的電勢阱內。

另一方面，第一傳輸電極TX1正下方的半導體的電勢φTX1不下降。因此，電荷不會流入到第一電荷存儲區域FD1的電勢阱內。由此，信號電荷被收集並被存儲於第二電荷存儲區域FD2的電勢阱內。

根據以上所述，信號電荷被收集並被存儲於第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2的電勢阱。被存儲於第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2的電勢阱的信號電荷被讀出至外部。

圖6是關於距離傳感器上的電荷的漏入進行說明的圖。在圖6中，特別是表示相鄰的2個距離傳感器Pn,Pn+1。

距離傳感器Pn,Pn+1其結構相同，分別在光柵電極PG的一維方向A的一方側具備第一電荷存儲區域FD1以及第一傳輸電極TX1，並且在另一方側具備第二電荷存儲區域FD2以及第二傳輸電極TX2。在相鄰的2個距離傳感器Pn,Pn+1上，第一電荷存儲區域FD1和第二電荷存儲區域FD2在一維方向A上相鄰。

在距離圖像傳感器RS中，例如如果反射光Lr被入射到距離傳感器Pn的話則在距離傳感器Pn上對應於反射光Lr而產生電荷。所產生的電荷按照第一以及第二脈衝傳輸信號S1,S2向距離傳感器Pn的第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2進行分配。此時，電荷的一部分漏入到其他距離傳感器Pm(m≠n)的第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2。漏入量根據其他距離傳感器Pm上的第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2的配置是否為距離傳感器Pn側而大幅不同。

在距離傳感器Pn+1中，第一電荷存儲區域FD1被配置於距離傳感器Pn側，第二電荷存儲區域FD2被配置於與距離傳感器Pn相反側。因此，在光入射到距離傳感器Pn並且電荷從距離傳感器Pn漏入到距離傳感器Pn+1的情況下，向第一電荷存儲區域FD1的漏入量B％大於向第二電荷存儲區域FD2的漏入量A％。同樣，在光入射到距離傳感器Pn+1並且電荷從距離傳感器Pn+1漏入到距離傳感器Pn的情況下，在距離傳感器Pn中，因為第二電荷存儲區域FD2被配置於距離傳感器Pn+1側，所以向第二電荷存儲區域FD2的漏入量D％大於向第一電荷存儲區域FD1的漏入量C％。

這樣，由於在相鄰的2個距離傳感器Pn,Pn+1上電荷互相漏入，因而分別被存儲於第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2的電荷量會有在距離傳感器Pn和距離傳感器Pn+1中不同的情況。

接著，參照圖7，對距離d的運算方法進行說明。圖7是各種信號的時序圖。在圖7中，表示多個幀周期TF中按時間序列連續的2個幀周期TF。

在圖7中，表示光源LS的驅動信號SD、對象物OJ上的脈衝光Lp的反射光Lr返回到攝像區域的時候的反射光Lr的強度信號SLr、被施加於第一傳輸電極TX1的第一脈衝傳輸信號S1、被施加於第二傳輸電極TX2的第二脈衝傳輸信號S2、以及重置信號reset。2個幀周期TF分別由存儲信號電荷的期間(存儲期間)Tacc和讀出信號電荷的期間(讀出期間)Tro構成。驅動信號SD、強度信號SLr、第一脈衝傳輸信號S1、以及第一脈衝傳輸信號S1都是脈衝寬度Tp的脈衝信號。

在存儲期間Tacc，首先，在距離測定之前，重置信號reset被施加於第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2。由此，被存儲於第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2的內部的電荷被排出至外部。在本例中，重置信號reset一瞬間開啟(ON)，接著在關斷(OFF)之後，將驅動信號SD施加於光源LS。與驅動信號SD的施加同步，第一以及第二脈衝傳輸信號S1,S2以互相相反相位被施加於第一以及第二傳輸電極TX1,TX2。由此，進行電荷傳輸，信號電荷被存儲於第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2。之後，在讀出期間Tro，讀出被存儲於第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2內的信號電荷。

第一以及第二脈衝傳輸信號S1,S2按每個幀周期TF交替地更換第一脈衝傳輸信號S1與第二脈衝傳輸信號S2的時間序列上的順序而被輸出。因此，在按時間序列連續的2個幀周期TF中的一方的幀周期TF(在此，時間序列上前面的幀周期TF)中，第一脈衝傳輸信號S1以相位差0與驅動信號SD同步地被輸出，並且第二脈衝傳輸信號S2以相位差180度與驅動信號SD同步地被輸出。在另一方的幀周期TF(在此，時間序列上後面的幀周期TF)中，第二脈衝傳輸信號S2以相位差0與驅動信號SD同步地被輸出，並且第一脈衝傳輸信號S1以相位差180度與驅動信號SD同步地被輸出。

還有，這樣的第一以及第二脈衝傳輸信號S1,S2的輸出控制由控制部CONT進行。即，控制部CONT，以與脈衝光Lp的射出相同步的方式，將第一脈衝傳輸信號S1輸出至第一傳輸電極TX1。由此，在電荷產生區域產生的電荷按每個幀周期TF作為信號電荷流入到第一電荷存儲區域FD1。另外，控制部CONT，以與脈衝光的射出相同步的方式，將相位與第一脈衝傳輸信號S1不同的第二脈衝傳輸信號S2輸出至第二傳輸電極TX2。由此，在電荷產生區域產生的電荷按每個幀周期TF作為信號電荷流入到第二電荷存儲區域FD2。控制部CONT進一步按每個幀周期TF交替地更換第一脈衝傳輸信號S1與第二脈衝傳輸信號S2的時間序列上的順序並輸出第一以及第二脈衝傳輸信號S1,S2。

相當於強度信號SLr與以相位差0與驅動信號SD同步地被輸出的信號的重疊的部分的電荷量q1在一方的幀周期TF中被存儲於第一電荷存儲區域FD1，在另一方的幀周期TF中被存儲於第二電荷存儲區域FD2。相當於反射光Lr的強度信號SLr與以相位差180度與驅動信號SD同步地被輸出的信號的重疊的部分的電荷量q2在一方的幀周期TF中被存儲於第二電荷存儲區域FD2，在另一方的幀周期TF中被存儲於第一電荷存儲區域FD1。

強度信號SLr與以相位差0與驅動信號SD同步地被輸出的信號的相位差Td為光的飛行時間，其表示從距離圖像傳感器RS到對象物OJ的距離d。距離d由運算部ART，使用按時間序列連續的2個幀周期TF中的電荷量q1的總電荷量Q1、以及電荷量q2的總電荷量Q2的比率，並根據下述式(1)進行運算。還有，c為光速。

距離d＝(c/2)×(Tp×Q2/(Q1+Q2))…(1)

即，運算部ART按每個幀周期TF分別讀出被存儲於第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2的信號電荷的電荷量q1,q2，基於所讀出的電荷量q1,q2運算到對象物OJ的距離d。運算部ART此時基於總電荷量Q1,Q2運算到對象物OJ的距離d。總電荷量Q1,Q2為對應於按時間序列連續的2個幀周期TF中的相位成為相同的第一以及第二脈衝傳輸信號S1,S2而被存儲於第一電荷存儲區域FD1和第二電荷存儲區域FD2的信號電荷的總電荷量。

更加具體來說，總電荷量Q1為按時間序列連續的2個幀周期TF中的一方的幀周期TF中被存儲於第一電荷存儲區域FD1的信號電荷的電荷量q1與另一方的幀周期TF中被存儲於第二電荷存儲區域FD2的信號電荷的電荷量q1的總電荷量。另外，總電荷量Q2為一方的幀周期TF中被存儲於第二電荷存儲區域FD2的信號電荷的電荷量q2與另一方的幀周期TF中被存儲於第一電荷存儲區域FD1的信號電荷的電荷量q2的總電荷量。

這樣，用於距離d的運算的總電荷量Q1,Q2都是被存儲於第一電荷存儲區域FD1的信號電荷的電荷量q1,q2與被存儲於第二電荷存儲區域FD2的信號電荷的電荷量q1,q2之和。因此，如以上所述，通過電荷的漏入，即使是分別被存儲於第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2的電荷量在距離傳感器Pn和距離傳感器Pn+1上不同的情況下，由電荷的漏入產生的影響也平衡良好地被分配到總電荷量Q1,Q2。

其結果，在一維方向A上相鄰的距離傳感器Pn,Pn+1彼此中相對於距離測量的電荷的串擾的影響變得相同。因此，在距離傳感器Pn,Pn+1中，在由第一傳輸電極TX1而被分配到第一電荷存儲區域FD1的電荷量與由第二傳輸電極TX2而被分配到第二電荷存儲區域FD2的電荷量之比成為相同的情況、即被測定的距離在距離傳感器Pn和距離傳感器Pn+1中應該為同等的情況下，可以減少由距離傳感器Pn,Pn+1上的電荷的漏入引起的測定距離的不同。

距離d的運算基於按時間序列連續的2個幀周期TF中被存儲於第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2的信號電荷的電荷量來進行。該距離d運算的下一距離d的運算也可以基於在獲得了用於先前的距離d的運算的電荷量的2個幀周期TF之後繼續並且按時間序列連續的2個幀周期TF中被存儲於第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2的信號電荷的電荷量來進行。上述下一距離d的運算也可以基於在獲得了用於先前的距離d的運算的電荷量的2個幀周期TF中的後一個的幀周期TF和與該幀周期TF按時間序列連續的一個幀周期TF中被存儲於第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2的信號電荷的電荷量來進行。

圖8是現有的測距裝置中的各種信號的時序圖。

現有的測距裝置，控制部CONT除了不是按每個幀周期交替地更換第一脈衝傳輸信號S1與第二脈衝傳輸信號S2的時間序列上的順序並輸出第一以及第二脈衝傳輸信號S1,S2的方面、以及運算部ART基於一個幀周期TF中被存儲於第一電荷存儲區域FD1的信號電荷的電荷量q1和被存儲於第二電荷存儲區域FD2的信號電荷的電荷量q2運算到對象物OJ的距離d的方面之外，具備與本實施方式所涉及的測距裝置10相同的結構。即，在現有的測距裝置中，距離d使用一個幀周期TF中的電荷量q1,q2的比率，並由下述式(2)來進行運算。

距離d＝(c/2)×(Tp×q2/(q1+q2))…(2)

在現有的測距裝置中，相當於強度信號SLr與以相位差0與驅動信號SD同步地被輸出的信號的重疊的部分的電荷量q1為只被存儲於第一電荷存儲區域FD1的信號電荷量。另一方面，相當於強度信號SLr與以相位差180度與驅動信號SD同步地被輸出的信號的重疊的部分的電荷量q2為只被存儲於第二電荷存儲區域FD2的信號電荷量。因此，如以上所述，通過電荷的漏入，分別被存儲於第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2的電荷量在距離傳感器Pn和距離傳感器Pn+1上不同的情況下，由電荷的漏入產生的影響在電荷量q1,q2之間變得不平衡。

其結果，在距離傳感器Pn,Pn+1上，由第一傳輸電極TX1而被分配到第一電荷存儲區域FD1的電荷量與由第二傳輸電極TX2而被分配到第二電荷存儲區域FD2的電荷量之比成為相同，即使是被測定的距離在距離傳感器Pn和距離傳感器Pn+1中應該為同等的情況下，測定距離也會由於距離傳感器Pn,Pn+1上的電荷的漏入而變得不同。

如以上所說明的那樣，在本實施方式所涉及的測距裝置10以及測距裝置10的驅動方法中，按每個幀周期TF從光源LS射出脈衝光Lp，對象物OJ上的脈衝光Lp的反射光Lr入射到距離圖像傳感器RS。在距離圖像傳感器RS中，具有電荷產生區域、在一維方向A上夾著電荷產生區域而配置的第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2的多個距離傳感器P1～PN被配置在一維方向A上。在反射光Lr入射了的距離傳感器Pn中，電荷對應於反射光Lr而在電荷產生區域產生。所產生的電荷按每個幀周期TF對應於第一以及第二脈衝傳輸信號S1,S2作為信號電荷被存儲於第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2。第一以及第二脈衝傳輸信號S1,S2其相位互相不同，並且按每個幀周期TF交替地更換時間序列上的順序來進行輸出。因此，在按時間序列連續的2個幀周期TF中，在一方的幀周期TF中，在信號電荷被存儲於第一電荷存儲區域FD1之後，信號電荷被存儲於第二電荷存儲區域FD2。另外，在另一方的幀周期TF中，在信號電荷被存儲於第二電荷存儲區域FD2之後，信號電荷被存儲於第一電荷存儲區域FD1。到對象物OJ的距離d基於對應於按時間序列連續的2個幀周期TF中的相位成為相同的第一以及第二脈衝傳輸信號S1,S2而被存儲於第一電荷存儲區域FD1和第二電荷存儲區域FD2的信號電荷的總電荷量Q1,Q2來進行運算。這些總電荷量Q1,Q2因為被用於到對象物OJ的距離d的運算，所以即使是在從其他距離傳感器漏入到第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2的電荷量互相不同的情況下，由電荷的漏入產生的影響也會平衡良好地被分配到對應於一方的相位的脈衝傳輸信號的總電荷量Q1和對應於另一方的相位的脈衝傳輸信號Q2的總電荷量。其結果，在一維方向A上相鄰的距離傳感器彼此中相對於距離測量的電荷的串擾的影響成為相同。由此，在測定距離應該為同等的2個距離傳感器Pn,Pn+1中，能夠減少測定距離的不同。

具體來說，基於按時間序列連續的2個幀周期TF中的一方的幀周期TF中被存儲於第一電荷存儲區域FD1的信號電荷的電荷量q1和另一方的幀周期TF中被存儲於第二電荷存儲區域FD2的信號電荷的電荷量q1的總電荷量Q1、以及一方的幀周期TF中被存儲於第二電荷存儲區域FD2的信號電荷的電荷量q2和另一方的幀周期TF中被存儲於第一電荷存儲區域FD1的信號電荷的電荷量q2的總電荷量Q2，運算到對象物OJ的距離d。總電荷量Q1,Q2都是被存儲於第一電荷存儲區域FD1的信號電荷的電荷量q1,q2與被存儲於第二電荷存儲區域FD2的信號電荷的電荷量q1,q2之和。因此，即使是分別被存儲於第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2的電荷量在距離傳感器Pn和距離傳感器Pn+1上不同的情況下，由電荷的漏入產生的影響也會平衡良好地被分配到總電荷量Q1,Q2。其結果，在被測定的距離在距離傳感器Pn和距離傳感器Pn+1上應該為同等的情況下，可以減少由距離傳感器Pn+1上的電荷的漏入引起的測定距離的不同。

本發明並不限定於上述實施方式。例如，在上述實施方式中，在多個距離傳感器P1～PN各個中，第一以及第二傳輸電極TX1,TX2以及第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2的數量為1，但是，也可以是2個以上。

多個距離傳感器P1～PN也可以分別進一步具備將在電荷產生區域產生的電荷作為不需要電荷來進行收集的不需要電荷收集區域、被配置於不需要電荷收集區域與電荷產生區域之間並且將對應於相位與第一以及第二脈衝傳輸信號不同的第三脈衝傳輸信號而在電荷產生區域產生的電荷作為不需要電荷流入到不需要電荷收集區域的第三傳輸電極。在此情況下，因為能夠將不需要電荷排出至外部，所以可以提高距離的測定精度。還有，不需要電荷收集區域以及第三傳輸電極的數量也可以是2個以上。

也可以在各個幀周期TF中逐次施加多個驅動信號SD，與此同步地逐次輸出第一脈衝傳輸信號S1以及第二脈衝傳輸信號S2。在此情況下，信號電荷累積並被存儲於第一以及第二電荷存儲區域FD1,FD2。

距離圖像傳感器RS為多個距離傳感器P1～PN分別被一維地配置的線傳感器，但是，也可以是多個距離傳感器P1～PN分別被二維地配置。在此情況下，能夠容易地獲得二維圖像。還有，通過使線傳感器旋轉從而能夠獲得二維圖像，或者通過使用2個線傳感器來進行掃描從而也能夠獲得二維圖像。

距離圖像傳感器RS並不限於表面入射型的距離圖像傳感器。距離圖像傳感器RS也可以是背面入射型的距離圖像傳感。

也可以由光電二極體(例如埋入型的光電二極體等)構成對應於入射光而產生電荷的電荷產生區域。

本實施方式所涉及的距離圖像傳感器RS中的p型以及n型的各個導電型也可以以成為與上述的導電型相反的方式被更換。

產業上的利用可能性

本發明能夠利用於具有TOF型的距離圖像傳感器的測距裝置以及測距裝置的驅動方法。

符號的說明

10…測距裝置、A…一維方向、FD1…第一電荷存儲區域、FD2…第二電荷存儲區域、P1～PN…距離傳感器、PG…光柵電極、RS…距離圖像傳感器、S1…第一脈衝傳輸信號、S2…第二脈衝傳輸信號、TX1…第一傳輸電極、TX2…第二傳輸電極、LS…光源、DRV…驅動部、ART…運算部、OJ…對象物、Lp…脈衝光、Lr…反射光、TF…幀周期、q1,q2…電荷量、Q1,Q2…總電荷量、d…距離。