CN107924927B - 固体摄像装置 - Google Patents

Abstract

固体摄像装置(100)具有的多个像素(50A)具备：光电转换部(1A)，接受来自对象物的光，并且，将该光转换为电荷；曝光控制部(6A)，对向光电转换部(1A)的电荷的蓄积与来自光电转换部(1A)的电荷的排出进行切换；两个读出部(9A1以及9A2)，从光电转换部(1A)读出电荷；两个电荷蓄积部(2A2以及3A1)，蓄积光电转换部(1A)的电荷；以及分配部(7A1以及7A2)，将来自光电转换部(1A)的电荷分配到两个电荷蓄积部(2A2以及3A1)的任一个。

Description

固体摄像装置

技术领域

本发明涉及，用于测距摄像的固体摄像装置。

背景技术

检测物体的多个方式之中，利用光到测量对象物往返的飞行时间进行测距的TOF(time of flight)方式已经被周知。

专利文献1公开如下现有技术，即，针对两个不同信号积蓄单元，与来自光源的光的断续工作同步以互不相同的相位传送电荷来进行信号蓄积，根据蓄积信号的分配比求出到对象物的距离，进而，针对第三信号蓄积单元进行只有背景光的信号蓄积，从而进行背景光消除，来排除背景光的影响。

(现有技术文献)

(专利文献)

专利文献1：日本特开2004－294420号公报

在一般的脉冲TOF法中，在将从脉冲宽度Tp的照射光的上升时刻开始的第一曝光期间设为T1、将照射光的下降时刻开始的第二曝光期间设为T2、将照射光OFF的状态下执行的第三曝光期间设为T3的情况下，曝光期间T1至T3，被设定为与脉冲宽度Tp相同的长度。并且，若将在第一曝光期间T1由摄像部获得的信号量设为A0、将在第二曝光期间T2由摄像部获得的信号量设为A1、将在第三曝光期间T3由摄像部获得的信号量设为A2、将光速(299,792,458m/s)设为c，则由以下的算式得到距离L。

L＝c×Tp/2×{(A1－A2)/(A0－A2+A1－A2)}

在此，A2是反映了照射光OFF的状态下获得的背景光的信号，以下设为BG。

并且，用于该TOF方式的测距摄像装置的固体摄像装置，反复多次进行针对照射光的一个周期进行的取样。在所述TOF方式中，如下表示测距范围D。

D＝c×Tp/2

另一方面，在专利文献1中，大致公开三个方式，哪个方式都是，若光源的脉冲宽度(Tp)变大，则测距范围D变大，但是，距离分辨率降低。也就是说，存在如下课题，即，测距精度与光源的脉冲宽度(Tp)成反比例，若为了扩大测距范围(界限)D而使光源的脉冲宽度变大，反而，则测距精度变坏。并且，对于消除背景光的方法，公开如下的方法，即，(a)利用三个电荷蓄积节点，(b)利用两个电荷蓄积节点读出照射光ON的图像和照射光OFF的图像这两个，求出其差分，(c)利用积分器和电压控制脉冲延迟电路。但是，对于(a)具有的课题是，需要三个电荷蓄积节点，并且，若考虑暗电流则优选为CCD存储器，在此情况下开口率大幅度降低。进而，存在如下的课题，即，由TX宽度决定曝光期间，因此，在缩短光源的脉冲宽度的情况下，TX宽度也变短，为了脉冲的布线延迟抑制而需要使三个TX布线宽度变大，因布线而发生入射光的渐晕等，从而导致灵敏度降低。对于(c)，电路复杂，据此也不能获得充分的开口率。因此，存在难以实现像素的细微化的课题，即，若同一像素数则难以实现小型化，若同一光学尺寸则难以实现高分辨率化。并且，(b)具有的课题是，两个图像的背景光不同，测距精度降低。

发明内容

鉴于所述课题，本发明的目的在于，提供小型且高测距精度、并且获得实现宽广的测距范围的测距信号的固体摄像装置以及其驱动方法。

为了解决所述问题，本发明的实施方案之一涉及的测距摄像装置，其特征是，具备半导体基板上被配置为矩阵状的多个像素，所述多个像素分别具备：光电转换部，接受来自对象物的光，并且，将该光转换为电荷；电荷排出部，排出所述光电转换部的电荷；曝光控制部，对向所述光电转换部的所述电荷的蓄积与来自所述光电转换部的所述电荷的排出进行切换；多个读出部，从所述光电转换部读出所述电荷；多个电荷蓄积部，蓄积所述光电转换部的电荷，所述固体摄像装置，还具备：所述分配部，将所述电荷分配到所述多个电荷蓄积部的任一个，所述传送控制部，对所述多个电荷蓄积部之间的所述电荷的传送或该传送的阻止进行控制。

根据本发明涉及的固体摄像装置，小型且高测距精度、并且获得实现宽广的测距范围的测距信号的固体摄像装置。

附图说明

图1是示出实施例1涉及的测距摄像装置的概略结构的一个例子的功能框图。

图2是示出实施例1涉及的固体摄像装置的像素电路结构的图。

图3是示出实施例1涉及的固体摄像装置的曝光时的工作的驱动时序图。

图4是示出实施例1涉及的固体摄像装置的驱动方法的曝光序列的结构的一个例子的时序图。

图5是实施例1涉及的曝光序列与比较例涉及的曝光序列的比较图。

图6是示出实施例1涉及的固体摄像装置的测距信号输出定时的时序图。

图7是2i行以及(2i+1)行的电贺蓄积部、势垒部、输出部、以及FD的电势图。

图8是示出实施例1涉及的固体摄像装置的像素的布置结构的概略平面图。

图9是示出实施例1涉及的光电转换部以及其周边的电势的分布的图。

图10是示出实施例1的变形例涉及的光电转换部以及其周边的电势的分布的图。

图11是示出实施例1涉及的光电转换部以及其周边的水平方向的电势的分布的图。

图12是示出实施例1的变形例涉及的像素的布置结构的概略平面图。

图13是示出实施例1的变形例涉及的固体摄像装置的驱动方法的曝光序列的结构例的时序图。

图14A是示出被配置为相互错开的像素布置的图。

图14B是示出条纹配置的像素布置的图。

图15是示出被配置为相互错开的像素布置的距离数据的重心的图。

图16是示出被配置为相互错开的像素布置的FD的共享配置布置的图。

图17是实施例1涉及的曝光控制部的栅极布线的结构图。

图18A是示出实施例1涉及的曝光控制脉冲的摄像区域端部的延迟的图。

图18B是示出实施例1涉及的曝光控制脉冲的摄像区域中央的延迟的图。

图19是示出实施例2涉及的固体摄像装置的像素的布置结构的概略平面图。

图20是示出实施例3涉及的固体摄像装置的驱动方法的时序图。

图21是实施例3涉及的说明固体摄像装置中按每个像素行执行不同的读出控制的摄像区域的概略平面图。

图22是示出实施例4涉及的固体摄像装置的像素的布置结构的概略平面图。

图23是示出实施例5涉及的固体摄像装置的像素的布置结构的概略平面图。

图24是示出实施例5涉及的固体摄像装置的曝光时的工作的驱动时序图。

图25是示出实施例5涉及的固体摄像装置的像素排列的变形例的图。

图26是示出实施例5涉及的固体摄像装置的像素布置的变形例的图。

具体实施方式

以下，对于本公开的实施例涉及的固体摄像装置以及其驱动方法，参照附图进行说明。因此，以下的实施例都示出本发明的一个具体例子，数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接形态等是一个例子而不是限定本发明的宗旨。

(实施例1)

[1－1.测距摄像装置的结构]

图1是示出实施例1涉及的测距摄像装置1000的概略结构的一个例子的功能框图。如该图示出，测距摄像装置1000具备，固体摄像装置100、光源驱动器200、TOF处理器300、光学透镜400、以及光源部500。并且，固体摄像装置100具备，摄像部101、AD转换部102、定时生成部103、以及快门驱动器104。

定时生成部103是一种驱动控制部，产生指示向对象物600的光照射的发光信号，经由光源驱动器200驱动光源部500，并且，产生指示来自对象物600的反射光的曝光的曝光信号。

摄像部101，针对包括对象物600的区域，根据定时生成部103产生的曝光信号示出的定时进行多次曝光，获得与多次的曝光量的总和对应的信号。

TOF处理器300，根据从固体摄像装置100接受的信号，运算到对象物600的距离。

如图1示出，向对象物600，从光源部500照射具有背景光的状态下的近红外光。来自对象物600的反射光，经由光学透镜400，入射到摄像部101。入射到摄像部101的反射光，成像，该成像后的图像被转换为电信号。光源部500以及固体摄像装置100的工作，由定时生成部103控制。固体摄像装置100的输出，由TOF处理器300转换为距离图像，根据用途也会转换为可见图像。对于固体摄像装置100，示出所谓CMOS图像传感器的例子。

[1－2.像素电路结构]

图2是示出实施例1涉及的固体摄像装置100的像素电路结构的图。该图示出，被设置在摄像部101的摄像区域的设置像素50A、50B、50C以及50D的电路结构。在摄像部101的摄像区域，以二维状排列像素50A至像素50D的多个组合，但是，在图2中示出，排列在摄像区域的多个像素50A至像素50D之中的、一组像素50A至像素50D。

像素50A(第一像素)具备，光电转换部1A、读出部9A1及9A2、电荷蓄积部3A1及2A2、分配部7A1及7A2、输出部11A、以及曝光控制部6A。

像素50B(第二像素)具备，光电转换部1B、读出部9B1及9B2、电荷蓄积部4B1及5B2、分配部7B1及7B2、输出部11B、以及曝光控制部6B。

并且，对像素50A以及50B，共同配置浮动扩散区域(FD)10。

像素50C(第三像素)具备，光电转换部1C、读出部9C1及9C2、电荷蓄积部5C1及4C2、分配部7C1及7C2、输出部11C、以及曝光控制部6C。

像素50D(第四像素)具备，光电转换部1D、读出部9D1及9D2、电荷蓄积部2D1及3D2、分配部7D1及7D2、输出部11D、以及曝光控制部6D。

并且，对像素50A至50D，共同配置放大晶体管13、复位晶体管14、以及选择晶体管15。

而且，向在一个像素设置的两个读出部以不同的定时分别施加驱动脉冲，但是，按照施加相同的驱动脉冲的读出部的配置的不同分类为两种像素。也就是说，将第一单位像素设为像素50A以及像素50D，将第二单位像素设为像素50B以及像素50C。

[1－3.测距方法]

以下，参照图2以及图3，本实施例涉及的测距摄像装置1000的曝光时的工作。

图3是示出实施例1涉及的固体摄像装置100的曝光时的工作的驱动时序图。

从光源部500，反复照射以一定周期反复成为开和关的红外脉冲光(照射光(PT))。在图3中，T0是，照射光(PT)的脉冲宽度。从对象物600反射的红外脉冲光(照射光(PT))，按照从光源的距离发生的延迟时间Td并达到固体摄像装置100，由光电转换部转换为信号电荷。

在曝光期间中，向设置在电荷分配部(例如，图2的7A1以及7A2)的两侧的读出部(例如，图2的9A2以及9C1)的栅极以相同的定时施加读出脉冲，从而存在于两侧的光电转换部(例如，图2的1A以及1C)的信号电荷电荷由分配部相加。在电荷分配部的上部，存在分配控制栅极，由控制信号GA1、GA2，对向电荷蓄积部2A2(第一电荷蓄积部)、电荷蓄积部3A1(第三电荷蓄积部)的电荷的分配进行控制。

在本实施例中，如图3示出，具有两个曝光序列，在第一曝光序列以及第二曝光序列中，向曝光控制部施加的驱动脉冲信号ODG的定时不同。在后面进行详细说明，但是，在发光脉冲周期，曝光控制定时具有两次的电荷蓄积期间，该电荷蓄积期间的定时，如图3示出，在第一曝光序列以及第二曝光序列中按照发光脉冲宽度延迟。

如图3示出，在第一曝光序列中，控制信号GA1成为Low电平，GA2成为High电平，分配部7A1、7B2、7C1以及7D2的栅极成为势垒，从而使电荷仅传送到电荷蓄积部2A2、2D1、4B1以及4C2。施加到曝光控制部的脉冲，在一个发光周期内，造出由光电转换部蓄积两次电荷的状态(驱动脉冲信号ODG两次成为Low电平)。更具体而言，以第一次的电荷蓄积状态(第一次的驱动脉冲信号ODG成为L电平的期间)，使TG1成为ON(High电平)，以两个像素相加的信号，传送到电荷蓄积部4B1以及4C2。并且，以第二次的电荷蓄积状态(第二次的驱动脉冲信号ODG成为Low电平的期间)，使TG2成为ON(High电平)，以两个像素相加的信号，传送到电荷蓄积部2A2以及2D1。

接着，在第二曝光序列中，控制信号GA1成为High电平，GA2成为Low电平，分配部7A2、7B1、7C2以及7D1的栅极成为势垒，从而使电荷仅传送到电荷蓄积部3A1、3D2、5B2以及5C1。与曝光序列1同样，向曝光控制部施加脉冲，在一个发光周期内，造出由光电转换部蓄积两次电荷的状态(驱动脉冲信号ODG两次成为Low电平)。更具体而言，以第一次的电荷蓄积状态(第一次的驱动脉冲信号ODG成为Low电平的期间)，使TG1成为ON(High电平)，以两个像素相加的信号，传送到电荷蓄积部5B2以及5C1。并且，以第二次的电荷蓄积状态(第二次的驱动脉冲信号ODG成为L电平的期间)，使TG2成为ON(High电平)，以两个像素相加的信号，传送到电荷蓄积部3A1以及3D2。

根据以上的两个曝光序列，在两个发光脉冲周期以两个像素相加的四个距离信号，由存在于第一以及第二单位像素的四个电荷蓄积部保持。

接着，利用图3，详细说明在曝光时读出并蓄积到各个电荷蓄积部的信号和测量距离的关系。而且，在图中，测距范围1、测距范围2、以及测距范围3分别是，根据反射光(PR)的延迟时间Td分类的，将Td是0至T0的情况设为测距范围1，将Td是T0至2T0的情况设为测距范围2，将Td是2T0至3T0的情况设为测距范围3。并且，时刻t1至t5，全部以同一个时间间隔排列，该时间间隔与照射脉冲宽度T0相等。

首先，说明测距范围1的情况。以后，依次说明第一曝光序列、第二曝光序列，但是，请注意，如图示出作为时刻标记赋予相同的t1至t5来进行说明。在执行第一曝光序列后，执行第二曝光序列。并且，在图中没有示出电荷蓄积部的栅极电位，但是，在曝光期间中为High状态。

说明第一曝光序列。

作为初始状态，驱动脉冲信号ODG(曝光控制脉冲信号)是High状态，像素50A至50D的光电转换部1A至1D的信号电荷，分别排出到溢出漏极部(VDD)。并且，向读出部9A1、9A2、9B1、9B2、9C1、9C2、9D1、以及9D2的栅极施加的驱动脉冲信号TG1以及TG2是Low状态，保持为High状态的电荷蓄积部2A2、2D1、4B1、4C2、3A1、3D2、5B2以及5C1与光电转换部1A至1D电遮断。在该状态下，在光电转换部1A至1D生成的信号电荷，分别经由曝光控制部6A至6D排出到溢出漏极部(VDD)，不蓄积到光电转换部1A至1D。

接着，与照射光(PT)成为开的时刻t1同步，驱动脉冲信号ODG成为Low状态，从光电转换部1A至1D向溢出漏极部(VDD)的电荷排出停止。此时，驱动脉冲信号TG1(读出脉冲信号)，相对于驱动脉冲信号ODG按照(T0/2)先行从Low状态转变为High状态，包含背景光的反射光(PR)的入射所生成的信号电荷的、经由读出部9A1、9B2、9C2及9D1、分配部7A2以及7D1向电荷蓄积部2A2以及2D1的传送开始。

接着，在时刻t2，驱动脉冲信号ODG成为High状态，光电转换部1A至1D生成的信号电荷，排出到溢出漏极部(VDD)。根据该工作，夹着读出部9A1及9C2相邻的两个光电转换部1A及1C、以及夹着读出部9B2及9D1相邻的两个光电转换部1B及1D生成的包含背景光的反射脉冲光的先行成分(A0)被混合，并且由电荷蓄积部2A2以及2D1保持。

接着，在时刻t3，驱动脉冲信号ODG成为Low状态，从光电转换部1A至1D向溢出漏极部(VDD)的电荷排出停止。此时，驱动脉冲信号TG2(第三读出脉冲信号)，相对于驱动脉冲信号ODG按照(T0/2)先行从Low状态转变为High状态，背景光的入射所生成的信号电荷的、经由读出部9A2、9B1、9C1及9D2、分配部7B1以及7C2向电荷蓄积部4B1以及2C2的传送开始。

接着，在时刻t4，驱动脉冲信号ODG1成为High状态，光电转换部1A至1D生成的信号电荷，排出到溢出漏极部(VDD)。根据该工作，夹着读出部9A2及9C1相邻的两个光电转换部1A及1C、以及夹着读出部9B1及9D2相邻的两个光电转换部1B及1D生成的仅背景光成分(A2＝BG)被混合，并且由电荷蓄积部4B1以及4C2保持。

反复一次或其以上所述时刻t1至t4的工作之后，向第二曝光序列转移。

以下，说明第二曝光序列。

作为初始状态，驱动脉冲信号ODG是High状态，像素50A至50D的光电转换部1A至1D以及的信号电荷，分别排出到溢出漏极部(VDD)。并且，向读出部9A1、9A2、9B1、9B2、9C1、9C2、9D1、以及9D2的栅极施加的驱动脉冲信号TG1以及TG2是Low状态，保持为High状态的电荷蓄积部2A2、2D1、4B1、4C2、3A1、3D2、5B2以及5C1与光电转换部1A至1D电遮断。在该状态下，在光电转换部1A至1D生成的信号电荷，分别经由曝光控制部6A至6D排出到溢出漏极部(VDD)，不蓄积到光电转换部1A至1D。

接着，与照射光(PT)成为开的时刻t2同步，驱动脉冲信号ODG成为Low状态，从光电转换部1A至1D向溢出漏极部(VDD)的电荷排出停止。此时，驱动脉冲信号TG1(第三读出脉冲信号)，相对于驱动脉冲信号ODG按照(T0/2)先行从Low状态转变为High状态，包含背景光的反射光(PR)的入射所生成的信号电荷的、向读出部9A1、9B2、9C2及9D1、分配部7A1以及7D2向电荷蓄积部3A1以及3D2的传送开始。

接着，在时刻t3，驱动脉冲信号ODG成为High状态，光电转换部1A至1D生成的信号电荷，排出到溢出漏极部(VDD)。根据该工作，夹着读出部9A1及9C2相邻的两个光电转换部1A及1C、以及夹着读出部9B2及9D1相邻的两个光电转换部1B及1D生成的包含背景光的反射脉冲光的后行成分(A1)被混合，并且由电荷蓄积部3A1以及3D2保持。

接着，在时刻t4，驱动脉冲信号ODG成为Low状态，从光电转换部1A至1D向溢出漏极部(VDD)的电荷排出停止。此时，驱动脉冲信号TG2(第四读出脉冲信号)，相对于驱动脉冲信号ODG按照(T0/2)先行从Low状态转变为High状态，背景光的入射所生成的信号电荷的、经由读出部9A2、9B1、9C1及9D2、分配部9C1以及7B2向电荷蓄积部5C1以及5B2的传送开始。

接着，在时刻t5，驱动脉冲信号ODG成为High状态，光电转换部1A至1D生成的信号电荷，排出到溢出漏极部(VDD)。根据该工作，夹着读出部9A2以及9C1相邻的两个光电转换部1A及1C、以及夹着读出部9B1以及9D2相邻的两个光电转换部1B及1D生成的仅背景光成分(A3＝BG)被混合，并且由电荷蓄积部5C1以及5B2保持。

根据以上的工作，电荷蓄积部2A2以及2D1蓄积包含背景光的反射脉冲光的先行成分A0，电荷蓄积部4C2以及4B1蓄积背景光成分BG＝A2，电荷蓄积部3A1以及3D2蓄积包含背景光的反射脉冲光的后行成分A1，电荷蓄积部5B2以及5C1蓄积背景光成分BG＝A3。

根据这些信号，求出反射脉冲光的延迟量Td(＝T0×((A0－BG)/(A0+A1－2×BG)))。在测距范围1中，A0＞A2，A1＞A3，到对象物600的距离L，由下述的式1算出。而且，在此情况下，作为背景光的曝光量的BG也可以是，A2、A3、以及(A2+A3)/2的任一个。

[数式1]

如上所述，信号电荷的蓄积开始以及结束，仅由驱动脉冲信号ODG决定。

而且，在适用于一般的TOF原理的固体摄像装置中，电荷读出用的驱动脉冲X从Low转变为High电平的定时、与溢出漏极的栅极驱动脉冲Y从High转变为Low电平的驱动定时相同。但是，例如，会有发生即使在摄像区域的端部两者的延迟差少、也在摄像区域的中央部由栅极驱动脉冲Y决定开始位置、由驱动脉冲X决定结束位置那样的情况，因此，不仅需要定时调整，还需要设计上的延迟的调整。

对此，在本实施例涉及的测距摄像装置1000中，仅由驱动脉冲信号ODG决定蓄积开始以及结束，因此，能够高精度地调整延迟时间。

对于测距范围2以及测距范围3，也利用与测距范围1同样的驱动定时。但是，反射光(PR)的延迟量不同，因此，各个电荷蓄积部保持的信号成分不同，具体而言，成为图3的表所示那样。在哪个情况下，都能够选择适当的信号来计算到对象物600的距离，能够在不损坏距离精度的状态下将测距范围从以往例的c×T0/2延长到3倍的3c×T0/2。并且，能够将为了获得测距所需要的四个信号而需要的像素削减为两个，因此，比以往的情况能够实现小型化。

在测距范围2中，A2＞A0，A1＞A3，距离L由下述的式2算出。而且，在此情况下，作为背景光的曝光量的BG也可以是，A0、A3以及(A0+A3)/2的任一个。

[数式2]

在测距范围3中，A2＞A0，A3＞A1，距离L由下述的式3算出。在此情况下，作为背景光的曝光量的BG也可以是，A0、A1以及(A0+A1)/2的任一个。

[数式3]

而且，不需要按每个发光脉冲，交替第一曝光序列和第二曝光序列。

图4是示出实施例1涉及的固体摄像装置100的驱动方法的曝光序列的结构的一个例子的时序图。如图4示出，只要对象物600不是非常高速移动，在反复执行多次进行第一曝光序列n次(n≥1)之后，进行第二曝光序列n次的工作就充分的情况是一般的。并且，在因曝光序列的切换次数不充分而产生移动的对象物600的被摄体模糊(运动模糊)的情况下，按照对象物600的动作速度减少n，增加反复次数即可，按照对象物600进行调整即可。

并且，与本实施例不同，在针对两个单位像素的每一个，具有两个读出部、两个电荷蓄积部以及曝光控制部，能够将不同定时的曝光控制脉冲施加到各个单位像素内的曝光控制部的结构的情况下，也能够以一个发光脉冲周期将四个距离信号，保持到存在于第一和第二像素的四个电荷蓄积部。也就是说，将图4的第一曝光序列的ODG、TG1、TG2的驱动脉冲施加到一方的单位像素内的栅极，将第二曝光序列的ODG、TG1、TG2的驱动脉冲施加到另一方的单位像素内的栅极的结构。但是，在此情况下，向曝光控制部的栅极高速(数十ns周期以下)施加的驱动脉冲信号ODG需要两个，并且，向读出部的栅极加施加的驱动脉冲TG也需要四个，关于它们也需要次于ODG的高速驱动，因此，不能将布线宽度变小。因此，为了确保开口率，而需要将布线膜厚变厚，导入细微布线过程那样的处理。

对此，在本实施例涉及的测距摄像装置1000中，两个像素，作为需要高速驱动的脉冲，ODG为一个，TG1和TG2为两个那样少，据此，是布线数少的结构，因此，具有能够提高开口率的优点。

图5是实施例1涉及的曝光序列与比较例涉及的曝光序列的比较图。如图5示出，在本实施例中，曝光序列被分为两个，以一个发光脉冲周期仅能够获得两个距离信号。然而，两个距离信号的每一个，以两个像素被相加，因此，为了获得同一灵敏度而需要的发光脉冲次数，与以一个发光获得四个信号的比较例的情况相同。

接着，对于输出电荷蓄积部所蓄积的测距信号的次序，利用图6以及图7进行说明。

图6是示出实施例1涉及的固体摄像装置100的测距信号输出定时的时序图。在图6中，在由垂直方向上相邻的两个像素50A以及50B共享FD10的结构中，以后缀2i示出包含像素50A以及50B的两个行，以后缀2(i+1)示出与该两个行相邻的下两个行。而且，i是自然数。详细而言，后缀2i所示的像素示出，2i行和(2i+1)行的垂直方向上相邻的两个像素，后缀2(i+1)所示的像素示出，(2i+2)行和(2i+3)行的垂直方向上相邻的两个像素。并且，在图6中，RS示出施加到复位晶体管14的栅极的驱动脉冲信号，SEL示出施加到选择晶体管15的栅极的驱动脉冲信号。

并且，图7是2i行以及(2i+1)行的电荷蓄积部、分配部、输出部、以及FD的电势图。在此，在电荷蓄积部，以使电荷传送变得容易为目的，而设定有电势的台阶。变更电荷蓄积部的杂质浓度的一部分从而能够形成该电势台阶。

首先，作为初始状态的时刻t1是，曝光工作结束，由电荷蓄积部2A2、4B1、3A1以及5B2分别蓄积信号电荷的状态。以下，与测距范围1对应，将电荷蓄积部2A2蓄积A0、电荷蓄积部3A1蓄积A1、电荷蓄积部4B1蓄积A2(＝BG)、电荷蓄积部5B2蓄积A3(＝BG)的信号的状态设为初始状态进行说明。

接着，在时刻t2，电荷蓄积部2A2的栅极电压VG1变化为Low状态。据此，电荷蓄积部2A2保持的信号电荷A0经由输出部11A传送到FD10。在FD10信号电荷转换为电压。

接着，在时刻t3，在输出部11A的栅极电压VOG1成为Low之后，与信号电荷A0对应的信号电压，通过由放大晶体管13以及选择晶体管15构成的源极跟随电路，读出到外部。

接着，在时刻t4，驱动脉冲信号RS输入到复位晶体管14，FD10被复位为电源电位。

接着，在时刻t5，电荷蓄积部4B1的栅极电压VG2变化为Low状态。据此，电荷蓄积部4B1保持的信号电荷A2经由输出部11B传送到FD10。

而且，在时刻t6，与信号电荷A2对应的信号电压的输出与上述相同。

接着，在时刻t7，电荷蓄积部2A2的栅极电压VG1、电荷蓄积部4B1的栅极电压VG2、分配部7A1及7B2的栅极电压GA1、以及分配部7A2及7B1的栅极电压GA2变化为High状态。

接着，在时刻t8至时刻t10，电荷蓄积部3A1的栅极电压VG3、电荷蓄积部5B2的栅极电压VG4、分配部7A1及7B2的栅极电压GA1、以及分配部7A2及7B1的栅极电压GA2，依次变化为Low状态。据此，电荷蓄积部5B2以及3A1保持的信号电荷A3以及A2，分别传送到电荷蓄积部4B1以及2A2。

进而，在时刻t11，复位FD10之后，在时刻t12，电荷蓄积部2A2的栅极电压VG1成为Low状态，从而信号电荷A1传送到FD10，如上所述进行输出(时刻t13)。

其次，在时刻t14，复位FD10，接着，在时刻t15，电荷蓄积部4B1的栅极电压VG2成为Low状态，输出信号电荷A3(时刻t16)。

根据以上的时刻t1至t16的工作，结束2i行以及(2i+1)行的信号电荷输出，以后，按每两个行进行所述的工作，从而完成帧输出。

而且，对于输出部的栅极，在所述说明中，由VOG1、VOG2被脉冲驱动，但是，也可以例如与GND连接。在此情况下，需要将输出部的栅极下的电位变深，以即使VG1、VG2为Low电平也能够传送，因此，电荷蓄积部能够保持的电子数与所述驱动方法相比减少，但是，电荷蓄积部的High电平由设置在固体摄像装置内的升压电路变高，从而能够抑制电子数的减少。据此，能够减少像素内的布线的数量，能够实现伴随于开口面积的扩大的高灵敏度化，能够提高测距精度。

[1－4.像素布置结构]

图8是示出实施例1涉及的固体摄像装置100的像素的布置结构的概略平面图。摄像部101的多个像素，在半导体基板上的摄像区域被二维状配置，将作为两个第一单位像素的像素50A以及50D、和作为两个第二单位像素的像素50B以及50C，被配置为相互错开的结构设为一个像素单元。图8示出，由具有图2所示的电路结构的像素50A至50D构成的一个像素单元的布置结构。

如图8示出，像素50A具备，光电转换部1A、电荷蓄积部2A2及3A1、曝光控制部6A、分配部7A1及7A2、溢出漏极8、读出部9A1及9A2、以及输出部11A。并且，像素50B具备，光电转换部1B、电荷蓄积部4B1及5B2、曝光控制部6B、分配部7B1及7B2、溢出漏极8、读出部9B1及9B2、以及输出部11B。并且，像素50A以及50B，共享FD10。像素50C具备，光电转换部1C、电荷蓄积部4C2及5C1、曝光控制部6C、分配部7C1及7C2、溢出漏极8、读出部9C1及9C2、以及输出部11C。并且，像素50D具备，光电转换部1D、电荷蓄积部2D1及3D2、曝光控制部6D、分配部7D1及7D2、溢出漏极8、读出部9D1及9D2、输出部11D。并且，像素50C以及50D，共享FD10。

光电转换部1A至1D，接受来自对象物600的反射光，蓄积通过光电转换生成的信号电荷。

电荷蓄积部2A2以及3A1分别是，将光电转换部1A、以及没有图示的与像素50A的左侧邻接的像素50C的光电转换部1C所蓄积的信号电荷混合并保持的第一电荷蓄积部以及第三电荷蓄积部。电荷蓄积部4B1以及5B2分别是，将光电转换部1B、以及没有图示的与像素50B的左侧邻接的像素50D的光电转换部1D所蓄积的信号电荷混合并保持的第二电荷蓄积部以及第四电荷蓄积部。电荷蓄积部4C2以及5C1分别是，将光电转换部1C、以及与像素50C的左侧邻接的像素50A的光电转换部1A所蓄积的信号电荷混合并保持的第二电荷蓄积部以及第四电荷蓄积部。电荷蓄积部2D1以及3D2分别是，将光电转换部1D、以及与像素50D的左侧邻接的像素50B的光电转换部1B所蓄积的信号电荷混合并保持的第一电荷蓄积部以及第三电荷蓄积部。

曝光控制部6A至6D，同时控制光电转换部1A至1D的信号电荷蓄积。

溢出漏极8是，电荷排出部，被设置为经由曝光控制部6A至6D，与光电转换部1A至1D邻接，将光电转换部1A至1D所蓄积的信号电荷，经由曝光控制部6A至6D排出。

分配部，被设置在第一电荷蓄积部与第三电荷蓄积部之间、以及第二电荷蓄积部与第四电荷蓄积部之间。更具体而言，分配部7A1以及7A2，被设置在电荷蓄积部2A2与3A1之间。分配部7B1以及7B2，被设置在电荷蓄积部4B1与5B2之间。分配部7C1以及7C2，被设置在电荷蓄积部4C2与5C1之间。分配部7D1以及7D2，被设置在电荷蓄积部2D1与3D2之间。

输出部11A至11D被设置为，与配置在像素内的两个电荷蓄积部之中的一方邻接。更具体而言，输出部11A被设置为，与作为两个电荷蓄积部的一方的电荷蓄积部2A2邻接。输出部11B被设置为，与作为两个电荷蓄积部的一方的电荷蓄积部4B1邻接。输出部11C被设置为，与作为两个电荷蓄积部的一方的电荷蓄积部4C2邻接。输出部11D被设置为，与作为两个电荷蓄积部的一方的电荷蓄积部2D1邻接。

读出部能够，从光电转换部读出信号电荷，经由分配部，将信号电荷蓄积到第一电荷蓄积部、第三电荷蓄积部、第二电荷蓄积部、以及第四电荷蓄积部。更具体而言，从读出部9A1读出的信号电荷，经由分配部7A1蓄积到电荷蓄积部3A1，并且，经由分配部7A2蓄积到电荷蓄积部2A2。从读出部9A2读出的信号电荷，经由分配部7C1蓄积到电荷蓄积部5C1，并且，经由分配部7C2蓄积到电荷蓄积部4C2。以下，对于读出部9B1、9B2、9C1、9C2、9D1以及9D2，也是同样的结构，因此，省略说明。

FD10，被配置为夹着输出部与像素内的两个电荷蓄积部的一方相邻，将信号电荷转换为电压。

并且，所述电荷蓄积部、所述读出部、所述分配部、所述输出部、以及所述曝光控制部的每一个，在半导体基板的上方层叠栅极绝缘膜以及栅极电极而被形成。

由所述四个像素50A至50D构成的像素单元，在水平方向上邻接的两个像素之间共享电荷蓄积部，还在垂直方向上邻接的两个像素之间共享FD。而且，优选的是，在垂直方向上邻接的邻接像素单元之间共享溢出漏极8。

而且，FD10，与源极跟随电路连接，电荷电压转换后的信号被放大并输出，但是，与通常的MOS图像传感器同样的结构，因此，在此省略说明，在图8中，没有示出源极跟随的放大晶体管13以及选择晶体管15。

在此，像素50A至50D分别具有的两个读出部的栅极电极，被设置为相对于光电转换部左右对称，在光电转换部的受光区域的外周的平行的两个边上相对配置。读出部的栅极被设置为，与曝光控制部的栅极接近设置。并且，曝光控制部，由配置有所述两个读出部的栅极电极的所述平行的两个边夹住，被配置在与该两个边正交的受光区域的边上，并且，被配置为相对于通过受光区域的中心的与所述两个边平行的中心线对称。

若以像素50A例子示出它，读出部9A1以及9A2的栅极，被设置为相对于光电转换部1A左右对称，被设置为与曝光控制部6A的栅极接近。更具体而言，读出部9A1以及9A2的栅极，分别被设置在光电转换部1A的外周的相对的边，曝光控制部6A的栅极，被设置在与所述相对的边正交的由该对的边夹住的边。像素50B至50D的读出部的栅极也是同样的配置结构。对于该理由，以下进行说明。

在读出部的栅极电极没有被设置为左右对称的情况下，在因背景光等而发生漏入信号的情况下，不被均匀分配，以不同的比率读出。据此，在距离运算中在背景光减去后的值中产生误差，因此，导致测距精度降低。为了抑制该现象，而将读出部的栅极配置为左右对称，使基于背景光等的漏入信号量均匀。

图9是示出实施例1涉及的光电转换部以及其周边的电势的分布的图。图9示出图8的A－B截面的电势的分布。在本实施例中，在曝光控制部的栅极为High状态(图9的ODG＝on)时，优选的是，光入射所生成的信号电荷，全部排出到溢出漏极8。然而，很少一部分的电荷，受到光电转换区域内形成的电势分布的影响，移动到读出部的栅极侧。此时，若读出部的栅极为High状态(图9的TG＝on，ODG＝on：没有对策)，则不需要的电荷漏入到电荷蓄积部，重叠于原来的信号电荷，损坏测距精度。

并且，在因背景光而发生漏入信号的情况下，漏入成分重叠于背景光信号，因此，在高亮度的背景光环境下，耐光性降低。

为了抑制这些现象，曝光控制部的栅极被设置为，与读出部的栅极接近。

据此，如图7示出，能够将曝光控制部的栅极以及读出部的栅极都成为High状态时(图9的TG＝on，ODG＝on：有对策)的光电转换部的电势的顶点，偏在读出部侧。因此，能够抑制向读出部侧的电荷的漏入成分。

并且，为了获得同样的效果，也可以将曝光控制部的栅极下电势(驱动脉冲信号ODG)形成为，比读出部的栅极下电势(驱动脉冲信号TG)深。

图10是示出实施例1的变形例涉及的光电转换部以及其周边的电势的分布的图。据此，能够将驱动脉冲信号TG以及ODG都成为High电平时的光电转换部的电势的顶点，偏在读出部侧，能够获得同样的效果。对于用于实现它的手段，除了使曝光控制部的杂质浓度，与读出部的杂质浓度不同的方法以外，还可以举出将DC偏压重叠于驱动脉冲信号ODG的方法等。

图11是示出实施例1涉及的光电转换部以及其周边的水平方向的电势的分布的图。图9示出，图8的C－D截面的电势的分布，实线表示本实施例的电势分布，虚线表示以往例的电势分布。读出部的栅极被配置在光电转换部的两侧，因此，以能够进行双向的电荷传送的方式，两侧的栅极附近的电势为平坦。据此，在图11的(b)所示那样驱动脉冲信号TG1成为High电平的情况下，以及在图11的(c)所示那样驱动脉冲信号TG2成为High电平的情况下，得到光电转换部至电荷蓄积部的光滑的电势倾斜，能够在短时间内完全传送光电转换部的电荷。据此，能够实现需要高速且完全传送电荷的测距用固体摄像装置的测距精度的提高。

而且，作为位于离共享FD远的一侧的电荷蓄积部的电荷蓄积部3A1及5B2的栅极电极、以及电荷蓄积部3D2及5C1的栅极电极，被施加同相的驱动脉冲信号，因此，不需要分离栅极，3A1和5B2，3D2和5C1也可以是相同的栅极电极。据此，能够减少像素内的布线数，能够扩大开口面积。并且，对于共同化的栅极电极下的电荷蓄积部的分离，也可以通过STI来分离，也可以通过注入来分离。分离部的宽度为图8的X的两倍的2X，但是，后者更能够使分离宽度变窄，因此，能够使电荷蓄积部的栅极长度变长来使蓄积部的面积增大，因此，能够增加蓄积电荷量。

[1－5.变形例]

接着，对于本发明的实施例1的变形例，参照附图进行说明。

图12是示出实施例1的变形例涉及的固体摄像装置100的像素的布置结构的概略平面图。摄像部101的多个像素，在半导体基板上的摄像区域被二维状配置，将作为两个第一单位像素的像素60A以及60D、和作为两个第二单位像素的像素60B以及60C被配置为相互错开的结构设为一个像素单位。以下，以与实施例1不同之处为中心进行说明。

如图12示出，在本变形例中，也具备光电转换部、电荷蓄积部、曝光控制部、溢出漏极、读出部、以及输出部，但是，图8示出的分配部不存在，在两个电荷蓄积部之间，设置有进行电荷的传送以及阻止的控制的传送控制部12A、12B、12C、以及12D。

光电转换部的受光区域是，俯视半导体基板时的矩形状。各个单位像素具有的四个读出部的一方的两个栅极电极被配置为线对称，并且，该四个读出部的另一方的两个栅极电极被配置为线对称。进而，所述一方的两个栅极电极和所述另一方的两个栅极电极，在受光区域的外周的平行的两个边上被配置为相对。换而言之，对于读出部，在第一单位像素、第二单位像素都分别设置有四个，四个读出部的栅极电极，在光电转换部的受光区域的外周的平行的两个边上，按每一个边配置有两个，这些两个栅极电极被配置为相对于光电转换部彼此相对。进而，读出部的栅极电极，在俯视半导体基板的情况下，被配置为相对于通过光电转换部的受光区域的中心的中心线H_A、V_A对称。并且，曝光控制部，在与配置读出栅极的边正交的两个边，分别配置有一个，在所述俯视时，分别与读出部接近，并且，被配置为相对于中心线H_A彼此对称。以下，说明其工作。

在实施例1中，如图3以及图4示出，需要将第一曝光序列和第二曝光序列中，施加到构成分配部的分配控制栅极的控制信号GA1、GA2的High以及Low电平，以曝光序列不同。对此，在本变形例中，如图13示出，曝光期间中施加到传送控制部的VC信号为Low电平，阻止电荷蓄积部之间的电荷的传送。

图13是示出实施例1的变形例涉及的固体摄像装置的驱动方法的曝光序列的结构例的时序图。

在本变形例中，在第一曝光序列中，施加到读出栅极9A1、9B2、9C2、以及9D1的读出脉冲信号TG1、施加到读出栅极9A3、9B4、9C4、以及9D3的读出脉冲信号TG3成为High电平，将邻接的光电转换部的电荷读出，不经由分配部，直接传送并混合到电荷蓄积部。

在第二曝光序中，施加到读出栅极9A2、9B1、9C1、以及9D2的读出脉冲信号TG2、施加到读出栅极9A4、9B3、9C3、以及9D4的TG4成为High电平，与第一曝光序列同样将光电转换部的电荷直接传送并混合到电荷蓄积部。

在本变形例中，不由分配部控制向电荷蓄积部的电荷的蓄积方向，因此，在从第一曝光序列向第二曝光序列转移时，不需要变更施加到分配部的控制信号，因此，转移不花费时间。进而，在实施例1中，若分配次数变多，则基于施加到分配控制栅极的控制信号的消耗电力变大，但是，在本实施例中，只要切换施加到读出栅极的驱动脉冲信号，就能够切换第一曝光序列和第二曝光序列，因此，消耗电力与序列的切换次数无关而固定，比实施例1低。因此，从抑制运动模糊的观点来优选进行如下驱动，即，总是进行反复进行一次第一曝光序列之后，进行一次第二曝光序列这一组的驱动。

进而，在实施例1中，分配控制栅极存在两个，对此，在本变形例中，传送控制栅极存在一个，因此，能够增大电荷蓄积部的面积，能够提高蓄积电荷量。

对于布线，与读出栅极连接的布线是TG1至TG4的四个，就增加两个，但是，分配控制栅极的布线减少两个，传送控制栅极的布线增加一个，总体而言，抑制到一个的增加。

然而，对于传送控制部和输出部，以即使电荷蓄积部的栅极为Low电平也能够进行传送的方式，通过注入来使电位变深，从而能够向栅极施加基准电位(例如GND)，在此情况下，布线不增加。

并且，在本变形例中，像(式1)(式2)(式3)的说明那样，根据信号的大小关系，能够将成为是背景光成分还是包含具有该背景光成分的距离运算用信号的信号的判断对象的A0A2、或A1和A3信号的各个组，从相同的光电转换部获得。因此，具有的优点是，各个组的背景光成分相同，并且，即使光电转换部具有缺陷等所产生的暗电流输出，也能够根据差分消除它。在发挥该优点的情况下，在测距范围1中，将(式1)设为以下的式4即可。

[数式4]

在测距范围2中，将(式2)设为以下的式5即可。

[数式5]

在测距范围3中，将(式3)为以下的式6即可。

[数式6]

[1－6.多个像素的配置布置]

接着，说明多个像素的配置布置。

图14A是示出被配置为相互错开的像素布置的图，图14B是示出条纹配置的像素布置的图。图8示出的第一单位像素(像素50A及50D)、以及第二单位像素(像素50B及50C)分别也可以是，如图14A以及图14B示出，被配置为相互错开、或条纹配置。

并且，图15是示出被配置为相互错开的像素布置的距离数据的重心的图。在图15中，作为摄像区域内的距离数据计算的一个例子，以虚线示出从单位像素输出的距离运算用信号的运算范围，以黑圆点示出据此计算出的距离数据的重心。

在条纹配置的情况下，有用于仅重视水平分辨率的应用，但是，在需要水平以及垂直双方的分辨率的情况下，优选的是，图15所示被配置为相互错开。并且，如图15示出，在被配置为相互错开的情况下，距离运算后的距离数据的重心位置被配置为相互错开，因此，被排列为相互错开的垂直以及水平分辨率，与按每个像素存在距离数据的情况相等。

并且，为了确保按每个像素具有距离数据的情况且与本实施例同样的距离范围，以往，对于一个像素内的电荷蓄积部以及读出部的数量，分别需要四个。进而，因需要高速驱动四个读出部而布线宽度也变宽，在以相同的像素尺寸实现它的情况下，存在开口率降低的课题，并且，存在驱动电路的规模也变大的课题。进而，若考虑距离运算用的信号数增加到两倍，帧率降低这一点，则也可以说，将第一单位像素以及第二单位像素配置为相互错开，获得四个距离运算用信号那样的本实施例的结构是，非常有效的结构。

而且，对于被配置为相互错开时的FD10的共享方法，例如，也可以是图16所示的共享配置。

图16是示出被配置为相互错开的像素布置的FD的共享配置布置的图。如该图示出，将FD共享配置与距离运算范围一致，据此，用于相互错开的形状的距离数据的距离运算用信号，从同一个FD放大器输出。因此，在不接受检测容量的像素间不均匀以及放大器的增益不均匀的影响的状态下能够进行运算。因此，与根据从不同的FD放大器输出的距离运算用信号计算距离的情况相比，能够获得高距离精度。

图17是实施例1涉及的曝光控制部的栅极布线图。曝光控制部的栅极布线(曝光控制栅极布线)，被施加驱动脉冲信号ODG，因此，在因摄像区域内的布线电容、栅极电容以及布线电阻而产生延迟的情况下，运算后的距离在摄像面内发生变化，测距精度恶化。并且，若驱动脉冲信号ODG的上升以及下降慢，则难以进行信号电荷的读出。因此，对于曝光控制部的栅极布线，优选的是，被设置为与摄像区域的短边平行，还优选的是，从栅极布线的两侧供给驱动脉冲信号。

并且，在本实施例中也可以，将DC偏压重叠于施加到对曝光时间进行控制的曝光控制部的栅极的驱动脉冲信号ODG。对于其效果，以下进行说明。

图18A是示出实施例1涉及的驱动脉冲信号ODG的摄像区域端部的延迟的图，图18B是示出实施例1涉及的驱动脉冲信号ODG的摄像区域中央的延迟的图。

对于驱动脉冲信号ODG的复位电平，移动用途等的电源电压为2.8V，因此，需要成为低电压，但是，会有成为电源电压附近的情况。若将该复位电平设为Vth，则如图18A以及图18B的左边(没有DC偏压)示出，在Vth高的情况下，曝光ON期间和曝光OFF期间的Duty不同，并且，根据波形迟钝，摄像区域端部和中央的Duty错开。在该状态下，在两个曝光OFF期间发生重叠，因此，即使相同的被摄体距离，也中央和端部的运算后的计算值不同。并且，即使进行校正，在为了避免中央部的重叠而使一方的曝光脉冲延迟的情况，端部的曝光ON期间远离，在端部不能进行距离运算。

对此，如图18A以及图18B的中央(有DC偏压)示出，向驱动脉冲信号ODG提供DC偏压、以使Vth配置在脉冲宽度的振幅中央。据此，在摄像区域端部以及中间的双方，能够使Duty成为1:1。并且，High电平比读出脉冲高，因此，也能够抑制漏入。

而且，如图18A以及图18B的右边(Vth调整)示出，使曝光控制部的杂质浓度与读出部的杂质浓度不同来将曝光控制部的电势设定为比读出部的电势高，从而也能够获得与DC偏压相同的效果。此时，优选的是，将Vth设为驱动脉冲信号ODG振幅的50％。

如上详细说明，根据本实施例涉及的固体摄像装置以及其驱动方法，能够利用小型的固体摄像装置，实现测距范围的扩大和测距精度的提高。也就是说，抑制曝光控制脉冲的面内延迟，根据独自的曝光序列和布线数的减少，即使电荷蓄积部增加也能够维持高开口率。因此，能够在测距精度不降低的状态下提高距离范围。

(实施例2)

对于实施例2涉及的固体摄像装置以及其驱动方法，以与实施例1不同之处为中心进行说明。

图19是示出实施例2涉及的固体摄像装置的像素的布置结构的概略平面图。如该图示出，本实施例涉及的测距摄像装置，与实施例1涉及的测距摄像装置1000相比，不同之处是，删除了曝光控制部以及溢出漏极。

如实施例1中说明，利用两个曝光序列，从而能够由一种类驱动脉冲信号ODG对曝光控制部进行控制，因此，如实施例1，除了由溢出漏极以及曝光控制部的栅极进行控制结构以外，还能够由利用了用于电容耦合元件的垂直溢出漏极(VOD)结构的基板快门对曝光进行控制。

因此，在利用VOD进行曝光控制的情况下，如图19示出，不需要配置溢出漏极以及曝光控制部，因此，能够扩大光电转换部的面积。并且，也能够删除曝光控制部以及其布线，因此，也能够提高开口率。进而，在使用基板快门的情况下，与由负荷电容大且利用了细微布线的曝光控制部的栅极进行控制的方式相比，负荷电容少，能够利用低电阻基板以及低电阻外延层，因此，能够改善摄像区域内的曝光控制脉冲的延迟差。并且，在外部设置发生基板快门脉冲的驱动电路的情况下，也能够从基板背面施加快门脉冲，在此情况下，几乎不产生曝光脉冲的面内延迟。

实施例1的变形例，也能够由一种类驱动脉冲信号对曝光控制部进行控制，因此，能够由利用了VOD结构的基板快门进行曝光控制。图中没有示出，但是，在此情况下，与图19同样，不需要配置溢出漏极以及曝光控制部，因此，也能够扩大光电转换部的面积。

以上，根据实施例涉及的固体摄像装置，由利用了垂直溢出漏极的基板快门，能够提供开口率高，面内的距离精度良好的测距用固体摄像装置。

(实施例3)

对于实施例3涉及的固体摄像装置以及其驱动方法，以与实施例1不同之处为中心进行说明。

图20是示出实施例3涉及的固体摄像装置的驱动方法的时序图。图21是实施例3涉及的说明固体摄像装置中按每个像素行执行不同的读出控制的摄像区域的概略平面图。而且，在图21中，为了附图的简略化，而仅示出垂直方向的4像素，水平方向的4像素。

在利用了近红外光的TOF方式的测距装置中，需要考虑对象物600的反射率的影响。但是，对于反射率低的对象物600，反射光微弱，因此，需要提高光源功率、或使曝光期间变长，但是，在被摄体中同时存在反射率高的对象物600的情况下，蓄积反射率高的对象物600的信号的电荷蓄积部饱和，不能高精度地计算距离运算用的信号。

对此，在实施例3中，为了对应广泛的对象物600的反射率，而按每个列使施加到曝光控制部的栅极的驱动脉冲信号ODG的次数变化，据此，以针对反射率高的对象物600也不使电荷蓄积部饱和的方式进行读出控制。具体而言，如图20示出，使2j行的驱动脉冲信号TG1和2j+1行的TG1的曝光次数不同，并且，使2j行的驱动脉冲信号TG2和2j+1行的驱动脉冲信号TG2的曝光次数不同。图21示出，读出部的栅极布线(读出栅极布线)为横方向的情况，能够按每个行调整向电荷蓄积部读出的信号量。

而且，如图20示出，对于曝光次数少的行，在曝光期间整体均匀地进行读出次数的间隔剔除的情况下，例如，与偏在曝光开始前半进行读出的情况相比，能够维持同时性，因此，是优选的。

以上，根据实施例3涉及的固体摄像装置，在反射率大不同的对象物600混在一起的环境下，也能够高精度地获得距离图像。

(实施例4)

对于实施例4涉及的固体摄像装置以及其驱动方法，以与实施例1不同之处为中心进行说明。

图22是示出实施例4涉及的固体摄像装置的像素的布置结构的概略平面图。本实施例涉及的固体摄像装置，与实施例1涉及的固体摄像装置100相比，仅不同之处是，在摄像区域形成有遮光膜20A、20B、20C以及20D。本实施例涉及的固体摄像装置，遮光膜20A被设置为覆盖电荷蓄积部2A2及3A1、以及分配部7A1及7A2。并且，遮光膜20B被设置为覆盖电荷蓄积部4B1及5B2、以及分配部7B1及7B2。并且，遮光膜20C被设置为覆盖电荷蓄积部4C2及5C1、以及分配部7C1及7C2。并且，遮光膜20D被设置为覆盖电荷蓄积部2D1及3D2、以及分配部7C1及7C2。

像通常的CMOS过程那样，仅根据金属的布线层，即使由上部布线遮光，斜入射光也进入到电荷蓄积部，被光电转换，导致耐光性恶化、或背景光成分增大，距离精度降低。

为了对应它，本实施例涉及的固体摄像装置，以覆盖电荷蓄积部以及分配部的方式设置遮光膜20A至20D，配置在比MOS过程的布线层低的位置。另一方面，在曝光控制部的栅极上有选择地没有配置遮光膜。据此，能够抑制需要高速驱动的曝光控制部的寄生电容增加。

以上，根据实施例4涉及的固体摄像装置，电荷蓄积部以及传送控制部的遮光性提高，因此，能够提高耐光性，并且，抑制背景光成分，从而能够提高距离精度。

(实施例5)

对于实施例涉及的固体摄像装置以及其驱动方法，以与实施例1至4不同之处为中心进行说明。

图23是示出实施例5及的固体摄像装置的像素的布置结构的概略平面图，图24是示出实施例5涉及的固体摄像装置的曝光时的工作的驱动时序图。

在本实施例涉及的测距摄像装置具有的固体摄像装置，设置有滤色器，如图23示出，具有RGB－IR排列，能够进行彩色摄像和利用了IR像素的测距的双方。本实施例涉及的固体摄像装置，与实施例1涉及的固体摄像装置100不同，为了将R、G、B不与邻接像素相加而独立地读出，而追加读出部9R、9G、9B。在独立地读出RGB－IR像素的情况下，使读出部9R、9G、9B以及9IR1的栅极ON。在像素50ir(第一像素)，与实施例1同样，设置两个读出部9IR1以及9IR2，在TOF工作时，向读出部9IR1以及9IR2施加读出用的驱动脉冲信号TG1以及TG2，获得四个距离运算用信号。另一方面，像素50ir的邻接像素不是IR用像素，因此，不相加信号电荷，并且，将从像素50ir的光电转换部1IR读出的距离运算用信号，蓄积到被配置在光电转换部1IR的两侧的共计四个电荷蓄积部3IR、5IR、3B以及5B。并且，在TOF工作时，RGB像素的读出部的栅极9R、9B、9G为OFF，因此，若是图23的像素排列，在独立地读出RGB－IR时，在TOF工作时利用B像素(第三像素)的电荷蓄积部3B以及5B。

如图24示出，在本实施例的驱动方法中，与实施例1同样，曝光控制驱动脉冲信号ODG也可以是一种。并且，曝光序列被分开为两个，在第一曝光序列中，在驱动脉冲信号TG1以及TG2为High电平的期间读出两个距离运算用信号，将读出的信号分别蓄积到电荷蓄积部5IR、电荷蓄积部5B。在第二曝光序列中，按照照射光(PT)的脉冲宽度使基于曝光控制驱动脉冲信号ODG的曝光定时延迟，在与驱动脉冲信号ODG对应的驱动脉冲信号TG1以及TG2为High电平的期间读出两个信号，分别蓄积到电荷蓄积部3IR、3B。在全像素读出时，利用读出部9R、9G、9B以及9IR1，但是，在本结构中一个像素具有两个电荷蓄积部，因此，也能够进行获得曝光期间不同的两个信号的双快门工作。

而且，在本实施例中，由两个像素FD10共享，但是，也可以由四个像素共享一个FD。从不同的电荷蓄积部的栅极需要向共享的FD个别地传送信号电荷，因此，与共享两个像素的FD的情况相比，电荷蓄积部的栅极的种类增加两个，但是，相对于TOF工作时的四个距离运算用信号的检测容量相同，因此，能够提高测距精度。

图25是示出实施例5涉及的固体摄像装置的像素排列的变形例的图。并且，图26是示出实施例5涉及的固体摄像装置的像素布置的变形例的图。针对图25所示的以4×4为一个单位的RGB－IR排列，如图26示出，也可以适用本实施例涉及的像素电路的配置结构。而且，本变形例的像素排列是一个例子，其特征是，IR像素在4×4像素的一个单位内被配置为相互错开，占有全像素数的半数。在此情况下也能够，在TOF工作时，为了使驱动脉冲信号TG3成为Low，而在RGB－IR读出时，将用于RGB像素的电荷蓄积部用于IR像素的电荷蓄积部。在本变形例中，与图23的情况相比，IR像素数为两倍，因此，能够提高TOF工作时的分辨率。进而，也能够相加信号来提高距离精度。

以上，根据实施例5涉及的固体摄像装置，在RGB－IR排列中，也能够进行利用四个电荷蓄积部的TOF工作，因此，能够同时实现测距范围和测距精度，并且，也能够获得RGB－IR图像。

(其他的实施例)

以上，对于本公开的固体摄像装置以及其驱动方法，根据所述实施例进行了说明，但是，本公开的固体摄像装置以及其驱动方法，不仅限于所述实施例。组合所述实施例的任意的构成要素而实现的其他的实施例、对所述实施例在不脱离本发明的主旨的范围内实施本领域的技术人员想到的各种变形而得到的变形例、以及内置有本公开的固体摄像装置的测距摄像装置等的各种设备也包含在本发明中。

而且，本公开的固体摄像装置，使用不同像素获得测距信号。因此，(1)起因于芯片上透镜以及开口尺寸等的制造不均匀的灵敏度电子数的像素间差，(2)起因于检测容量差起等的放大器增益差，成为测距误差。对此，如图14A、图15以及图16的相互错开配置示出，若在距离运算范围内设置FD共享位置，则能够解决所述(2)，但是，依然存在所述(1)。若是运动图像，则因散粒噪声所产生的测距不均匀而不显着，但是，在采用利用多个帧来平均化从而抑制散粒噪声的方法的情况下，会有成为课题的可能性。

对于其解决方法，事先获得多个帧，消去散粒噪声的影响来将灵敏度平均化，计算距离运算范围内的像素的灵敏度比α，并使运算装置侧具有(执行校准)。理想而言，若A2＞A0，A3＞A1，则距离L为L∝(A3－A1)/(A2+A3－A0－A1)，但是，在实施例1的变形例示出的结构中，在获得A1和A3的信号的像素、与获得A0和A2的信号的像素的灵敏度比为1:α的情况下，与理想的情况相比，成为L∝(A3－A1)/(αA2+A3－αA0－A1)，发生误差。因此，例如，使运算处理侧具有α，在计算L之前，A0以及A2信号乘以1/α进行校正即可。

而且，当然，所述(1)以及(2)都是，依赖于过程以及设计技术，因此，也会有不成为问题的情况。

本发明涉及的测距摄像装置，能够实现小型且高测距精度、并且实现宽广的测距范围的三维测量，因此，例如，有用于人物、建筑物等的三维测量。

符号说明

1A、1B、1C、1D、1G、1IR、1IRa、1IRb、1R 光电转换部

2A2、2D1、2G、2R、3A1、3B、3D2、3IR、4B1、4C2、4G、4R、5B、5B2、5C1、5IR 电荷蓄积部

6A、6B、6C、6D、6G、6IR、6R 曝光控制部

7A1、7A2、7B1、7B2、7C1、7C2、7D1、7D2、7G1、7G2、7IR1、7IR2、7R1、7R2 分配部

8 溢出漏极

9A1、9A2、9A3、9A4、9B1、9B2、9B3、9B4、9C1、9C2、9C3、9C4、9D1、9D2、9D3、9D4、9G、9IR1、9IR2、9IRa1、9IRa2、9IRb1、9IRb2、9R 读出部

10 浮动扩散区域(FD)

11A、11B、11C、11D、11G、11IR、11R 输出部

12A、12B、12C、12D 传送控制部

13 放大晶体管

14 复位晶体管

15 选择晶体管

20A、20B、20C、20D 遮光膜

50A、50B、50C、50D、50b、50g、50ir、50ira、50irb、50r、60A、60B、60C、60D 像素

100 固体摄像装置

101 摄像部

102 AD转换部

103 定时生成部

104 快门驱动器

200 光源驱动器

300 TOF处理器

400 光学透镜

500 光源部

600 对象物

1000 测距摄像装置

Claims (16)

1.一种固体摄像装置，具备在半导体基板上被配置为矩阵状的多个像素，

所述多个像素分别具备：

光电转换部，接受来自对象物的光，并且将该光转换为电荷；

多个读出部，从所述光电转换部读出所述电荷；

多个电荷蓄积部，蓄积所述光电转换部的电荷；以及

传送控制部，进行传送控制，该传送控制包括传送所述电荷的控制、或阻止所述电荷的传送的控制，

所述光电转换部的电荷，由所述读出部读出到所述电荷蓄积部，

所述多个像素至少具备第一像素以及第二像素，

所述传送控制部，以从所述第一像素以及所述第二像素读出的各个所述电荷被相加的方式，进行所述传送控制，

所述固体摄像装置具备曝光控制部，该曝光控制部，对向所述光电转换部的所述电荷的蓄积与来自所述光电转换部的所述电荷的排出进行切换，

所述曝光控制部具有溢出漏极栅极，

所述固体摄像装置具备，对施加到所述曝光控制部具有的溢出漏极栅极或VOD结构的基板的驱动脉冲信号进行驱动控制的驱动控制部，

所述固体摄像装置，按每个像素行、或每个像素列具备多个读出栅极布线，该读出栅极布线用于从所述驱动控制部向所述读出部的栅极电极传递所述驱动脉冲信号，

所述读出栅极布线成为高电平的次数在多个所述读出栅极布线之间不同。

2.一种固体摄像装置，具备在半导体基板上被配置为矩阵状的多个像素，

所述多个像素分别具备：

光电转换部，接受来自对象物的光，并且将该光转换为电荷；

多个读出部，从所述光电转换部读出所述电荷；

多个电荷蓄积部，蓄积所述光电转换部的电荷；以及

传送控制部，进行传送控制，该传送控制包括传送所述电荷的控制、或阻止所述电荷的传送的控制，

所述光电转换部的电荷，由所述读出部读出到所述电荷蓄积部，

所述多个像素至少具备第一像素以及第二像素，

所述传送控制部，以从所述第一像素以及所述第二像素读出的各个所述电荷被相加的方式，进行所述传送控制，

所述固体摄像装置具备曝光控制部，该曝光控制部，对向所述光电转换部的所述电荷的蓄积与来自所述光电转换部的所述电荷的排出进行切换，

所述曝光控制部具有溢出漏极栅极，

所述固体摄像装置具备，对施加到所述曝光控制部具有的溢出漏极栅极或VOD结构的基板的驱动脉冲信号进行驱动控制的驱动控制部，

所述驱动控制部，按照对象物的工作，使第一曝光序列和第二曝光序列分别被连续反复的次数成为可变。

3.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，

所述第一像素和所述第二像素，在水平方向上相邻。

4.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，

读出到所述电荷蓄积部的所述电荷，被传送到垂直方向上，

所述光电转换部的所述电荷，被读出到与所述垂直方向不同的方向上。

5.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，

所述多个电荷蓄积部是M个电荷蓄积部，其中，M为2以上的自然数，

所述多个读出部是N个读出部，其中，N为比M大的自然数，

所述M个电荷蓄积部，蓄积由所述N个读出部之中的M个读出部读出的所述光电转换部的电荷。

6.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，

在所述多个读出部之中的一部分的读出部中，

所述第一像素所具备的所述一部分的读出部的栅极电极、和所述第二像素所具备的所述一部分的读出部的栅极电极被配置为，夹着所述第一像素或所述第二像素所具备的所述电荷蓄积部的栅极电极。

7.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，

所述第一像素和所述第二像素，共享所述第一像素或所述第二像素所具备的所述电荷蓄积部。

8.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，

在所述多个读出部中，

一部分的所述读出部的栅极电极、和剩余的所述读出部的栅极电极分别被配置为线对称。

9.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，

所述多个像素至少包括所述第一像素以及第三像素，

所述第一像素以及第三像素，共享将所述多个电荷蓄积部的电荷转换为电压的浮动扩散区域。

10.如权利要求9所述的固体摄像装置，

所述第一像素具有的所述多个电荷蓄积部之中的被配置在离所述浮动扩散区域远的一侧的所述电荷蓄积部的驱动脉冲信号、以及所述第三像素具有的所述多个电荷蓄积部之中的被配置在离所述浮动扩散区域远的一侧的所述电荷蓄积部的驱动脉冲信号，在相同的定时被驱动控制。

11.如权利要求9所述的固体摄像装置，

所述第一像素和所述第三像素，在俯视所述半导体基板时被配置为相互错开，

所述浮动扩散区域，在所述俯视时被配置为相互错开。

12.如权利要求9所述的固体摄像装置，

所述第一像素和所述第三像素，在俯视所述半导体基板时被配置为条纹状，

所述浮动扩散区域，在所述俯视时被配置为条纹状。

13.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，

所述溢出漏极栅极，由配置有所述多个读出部的栅极电极的所述光电转换部的受光区域的外周的平行的多个边夹住，并且，被配置在与该多个边正交的所述受光区域的边上，并且，被配置为相对于通过所述光电转换部的所述受光区域的中心的与所述多个边平行的中心线对称。

14.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，

DC偏压电压重叠于所述曝光控制部的曝光控制脉冲信号。

15.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，

所述多个像素分别还具备遮光膜，所述遮光膜，对所述多个电荷蓄积部以及所述传送控制部具有的栅极电极各自的至少一部分进行遮光，不对所述曝光控制部进行遮光。

16.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，

所述固体摄像装置，按每个像素行、或每个像素列具备多个曝光控制栅极布线，该曝光控制栅极布线用于从所述驱动控制部向所述曝光控制部传递曝光控制脉冲信号，

所述多个曝光控制栅极布线被配置为，与作为配置有所述多个像素的区域的所述半导体基板上的摄像区域的短边平行。

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