CN112639513A - 测距装置、照相机、检查调整装置、测距装置的驱动调整方法及检查调整方法 - Google Patents

测距装置、照相机、检查调整装置、测距装置的驱动调整方法及检查调整方法 Download PDF

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Abstract

具备：发光部(91)；多个电荷蓄积区域，配置在接收来自对象物(92)的反射光的受光区域的周围；驱动电路(94)，在隔着偏移时间的不同的定时向分送在受光区域进行光电转换而得到的信号电荷的分配栅极结构供给传输信号；距离运算电路(71)，将蓄积在多个电荷蓄积区域中的信号电荷作为信号输入，并计算到对象物(92)的距离；以及控制运算电路(73a)，根据距离运算电路(71)输出的运算结果，生成对驱动电路(94)的动作进行控制的信号并供给到驱动电路(94)。

Description

测距装置、照相机、检查调整装置、测距装置的驱动调整方法 及检查调整方法
技术领域
本发明涉及测距元件及3D摄像装置等测距装置，特别是涉及CMOS图像传感器(CIS)或使用该CIS的像素的测距装置、搭载有该测距装置的照相机、测距装置的检查调整装置、测距装置的驱动调整方法及检查调整方法。
背景技术
现有的锁定像素(lock-in pixel)型的固态摄像装置的驱动方法几乎同时地进行像素所具备的多个电荷传输栅极的通/断期间的切换。因此，存在如下问题：在切换的瞬间，电荷朝向的方向瞬间变得不稳定，电荷未通过期望的电荷传输栅极，精度稍微降低。根据这样的背景，提出了如下固态摄像装置的驱动方法：在通/断期间的切换时，不是几乎同时，而是稍微缩短导通时间，来进行准确的电荷分配(参照非专利文献1。)。
由于使用现有的锁定像素的TOF型3D摄像装置的通/断是无缝的，因此如果循环时间延长，则多个电荷传输栅极的导通期间也会延长。反之，如果循环时间缩短，则多个电荷传输栅极的导通期间也会缩短。该技术问题在非专利文献1所记载的发明中也是同样的，如果循环时间延长，则多个电荷传输栅极的导通期间也会延长。如果循环时间缩短，则多个电荷传输栅极的导通期间也会缩短。因此，在非专利文献1所记载的发明中，由于执行电荷分配的传输栅极电极需要准确且快速的电压转换(通/断切换)，因此存在驱动电路的动作余地小，设计及制造困难的问题。
在先技术文献
非专利文献
非专利文献1：安富启太等5人，“具备三抽头横向电场电荷调制器的高分辨率光飞行时间型距离图像传感器(A high-resolution time-of-flight range image sensorwith a 3-tap lateral electric field charge modulator”2017国际图像传感器研讨会(IISW)，R24，p254-257，广岛市，2017年5月31日
发明内容
发明要解决的问题
鉴于上述问题点，本发明的目的在于提供可扩大驱动电路的动作余地，能够使驱动电路的晶体管的结构细微，实现芯片面积缩小的测距装置、搭载有该测距装置的照相机、测距装置的检查调整装置、测距装置的驱动调整方法及检查调整方法。
用于解决问题的技术方案
为了解决上述问题，本发明的第一方面以一种测距装置为重点，该测距装置具备：(a)发光部，向对象物投影光脉冲；(b)受光区域，接收来自对象物的光脉冲的反射光；(c)多个电荷蓄积区域，配置在受光区域的周围；(d)多个分配栅极(distributing gate)结构，将在受光区域进行光电转换而得到的信号电荷依次分送到多个电荷蓄积区域；(e)驱动电路，向发光部供给控制信号，并且在隔着偏移时间的不同的定时依次向多个分配栅极结构中的各个分配栅极结构供给传输信号；(f)读出放大电路，分别独立地读出蓄积在多个电荷蓄积区域中的信号电荷；(g)距离运算电路，经由读出放大电路输入信号，并计算到对象物的距离；以及(h)控制运算电路，根据距离运算电路输出的运算结果，生成控制驱动电路的动作的信号并供给到驱动电路。该第一方面所涉及的测距装置的控制运算电路具有：设定值判定电路，比较距离运算电路输出的运算结果与阈值，并判定驱动电路的驱动条件是否适当；以及时间设定逻辑电路，设定光脉冲的光投影时间和重复周期时间，并根据设定值判定电路的判定结果变更光投影时间和重复周期时间。
本发明的第二方面以一种照相机为重点，该照相机具备：(a)摄像光学***；(b)发光部，向对象物投影光脉冲；(c)固态摄像装置，集成有受光区域、多个电荷蓄积区域、多个分配栅极结构、驱动电路以及读出放大电路，受光区域经由摄像光学***接收来自对象物的光脉冲的反射光，多个电荷蓄积区域配置在受光区域的周围，多个分配栅极结构将在受光区域进行光电转换而得到的信号电荷依次分送到多个电荷蓄积区域，驱动电路向发光部供给控制信号，并且在隔着偏移时间的不同的定时依次向多个分配栅极结构中的各个分配栅极结构供给传输信号，读出放大电路分别独立地读出蓄积在多个电荷蓄积区域中的信号电荷；以及(d)控制部，对摄像光学***进行控制，并具有距离运算电路和控制运算电路，距离运算电路经由读出放大电路输入信号，并计算到对象物的距离，控制运算电路根据距离运算电路输出的运算结果，生成控制驱动电路的动作的信号并供给到驱动电路。该第二方面所涉及的照相机的控制运算电路具有：设定值判定电路，比较距离运算电路输出的运算结果与阈值，并判定驱动电路的驱动条件是否适当；以及时间设定逻辑电路，设定光脉冲的光投影时间和重复周期时间，并根据设定值判定电路的判定结果变更光投影时间和重复周期时间。
本发明的第三方面涉及一种对固态摄像装置进行检查调整的检查调整装置，该固态摄像装置具有：受光区域；多个电荷蓄积区域，配置在受光区域的周围；多个分配栅极结构，将在受光区域进行光电转换而得到的信号电荷依次分送到多个电荷蓄积区域；驱动电路，向发光部供给控制信号，并且在隔着偏移时间的不同的定时依次向多个分配栅极结构中的各个分配栅极结构供给传输信号；以及读出放大电路，分别独立地读出蓄积在多个电荷蓄积区域中的信号电荷。第三方面所涉及的检查调整装置具备：(a)发光部，由驱动电路驱动，向对象物投影光脉冲，并使来自对象物的光脉冲的反射光射入受光区域；(b)输出差运算电路，对读出放大电路分别输出的输出差进行运算；(c)输出差判定电路，比较输出差的运算结果与阈值，并判定输出差是否适当；以及(d)时间设定逻辑电路，根据该输出差判定电路的判定结果，变更施加于多个分配栅极结构中的特定的分配栅极结构的传输信号的接通时间，并向驱动电路输出控制信号以输出变更后的传输信号。
本发明的第四方面涉及一种测距装置的驱动调整方法，该测距装置具有：发光部，向对象物投影光脉冲；受光区域，接收来自对象物的光脉冲的反射光；多个电荷蓄积区域，配置在受光区域的周围；多个分配栅极结构，将在受光区域进行光电转换而得到的信号电荷依次分送到多个电荷蓄积区域；驱动电路，向发光部供给控制信号，并且在隔着偏移时间的不同的定时依次向多个分配栅极结构中的各个分配栅极结构供给传输信号；读出放大电路，分别独立地读出蓄积在多个电荷蓄积区域中的信号电荷；以及距离运算电路，经由读出放大电路输入信号，并计算到对象物的距离。第四方面所涉及的测距装置的驱动调整方法包括以下步骤：(a)比较距离运算电路输出的运算结果与阈值，并判定驱动电路的驱动条件是否适当；以及(b)设定光脉冲的光投影时间和重复周期时间，并根据设定值判定电路的判定结果变更光投影时间和重复周期时间。
本发明的第五方面涉及一种对固态摄像装置进行检查调整的检查调整方法，该固态摄像装置具有：受光区域；多个电荷蓄积区域，配置在受光区域的周围；多个分配栅极结构，将在受光区域进行光电转换而得到的信号电荷依次分送到多个电荷蓄积区域；驱动电路，向发光部供给控制信号，并且在隔着偏移时间的不同的定时依次向多个分配栅极结构中的各个分配栅极结构供给传输信号；以及读出放大电路，分别独立地读出蓄积在多个电荷蓄积区域中的信号电荷。第五方面所涉及的检查调整方法包括以下步骤：(a)驱动驱动电路，使得向对象物投影光脉冲，并使来自对象物的光脉冲的反射光射入受光区域；(b)对读出放大电路分别输出的输出差进行运算；(c)比较运算结果与阈值，并判定输出差是否适当；以及(d)根据判定结果，变更施加于多个分配栅极结构中的特定的分配栅极结构的传输信号的接通时间，并向驱动电路输出控制信号以输出变更后的传输信号。
发明效果
根据本发明，能够提供可扩大驱动电路的动作余地，能够使驱动电路的晶体管的结构细微，实现芯片面积缩小的测距装置、搭载有该测距装置的照相机、测距装置的检查调整装置、测距装置的驱动调整方法及检查调整方法。
附图说明
图1是对本发明的第一实施方式所涉及的测距装置的主要部分的概要进行说明的示意性框图。
图2是将第一实施方式所涉及的测距装置的***电路中包括的控制运算电路的内部结构作为硬件资源进行说明的逻辑框图。
图3是对以图2所示的控制运算电路为中心的第一实施方式所涉及的测距装置的***电路的调整动作的流程概要进行说明的流程图。
图4是示出着眼于第一实施方式所涉及的测距装置的各个像素(测距元件)的光电转换传输部的结构的一个例子的剖面图。
图5的(a)是分别示出在第一实施方式所涉及的测距装置的像素中施加于第一传输栅极电极的第一传输信号TX1和施加于第二传输栅极电极的第二传输信号TX2的理想波形的图。图5的(b)分别示出在第一传输信号TX1及第二传输信号TX2中存在CR延迟时的真实波形，图5的(c)是分别示出在第一传输信号TX1及第二传输信号TX2中存在振铃时的真实波形的图。
图6是对调整距被拍摄体的距离较近时的第一实施方式所涉及的测距装置时的动作进行说明的驱动时序图。
图7是对调整距被拍摄体的距离为中等程度的第一实施方式所涉及的测距装置时的动作进行说明的驱动时序图。
图8是对调整距被拍摄体的距离较远时的第一实施方式所涉及的测距装置时的动作进行说明的驱动时序图。
图9是对本发明的第一实施方式的变形例所涉及的测距装置的三抽头型像素的结构的概要进行说明的俯视图。
图10是对距被拍摄体的距离较近时调整图9所示的第一实施方式的变形例所涉及的测距装置时的动作进行说明的驱动时序图。
图11是对本发明的第二实施方式所涉及的测距装置的***电路的调整动作的流程概要进行说明的流程图。
图12是对按照图11的流程图的第二实施方式所涉及的测距装置的调整动作的流程概要进行说明的驱动时序图。
图13是对按照图11的流程图的第二实施方式的变形例(三抽头的情况)所涉及的固态摄像装置的调整动作的流程概要进行说明的驱动时序图。
图14是对按照图11的流程图的第三实施方式所涉及的测距装置的调整动作的流程概要进行说明的驱动时序图。
图15是对本发明的第四实施方式所涉及的测距装置和对其进行检查调整的检查调整装置的主要部分的概要进行说明的示意性框图。
图16是将第四实施方式所涉及的检查调整装置中包括的控制运算电路的内部结构作为硬件资源进行说明的逻辑框图。
图17是示出作为第四实施方式所涉及的检查调整装置的检查调整对象的固态摄像装置的像素(测距元件)由于制造工序的偏差而成为非对称的剖面结构的例子的示意性剖面图。
图18是示出具有图17所示的非对称的剖面结构的像素(测距元件)的电势分布的示意图。
图19是对以图16所示的控制运算电路为中心的第四实施方式所涉及的检查调整装置对固态摄像装置的检查调整动作的流程概要进行说明的流程图。
图20是按照图19所示的流程图，通过第四实施方式所涉及的检查调整装置调整具有非对称的剖面结构的像素(测距元件)的特性时的驱动时序图。
图21是按照图19所示的流程图，通过检查调整装置调整第四实施方式的第一变形例所涉及的测距装置时的驱动时序图。
图22是按照图19所示的流程图，通过检查调整装置调整第四实施方式的第二变形例所涉及的测距装置时的驱动时序图。
图23是按照图19所示的流程图，通过检查调整装置调整第四实施方式的第三变形例所涉及的测距装置时的驱动时序图。
图24是按照图19所示的流程图，通过检查调整装置调整第四实施方式的第四变形例所涉及的测距装置时的驱动时序图。
图25是对本发明的第五实施方式所涉及的连续波(CW)调制型的测距元件的动作进行说明的波形图。
图26是对图25所示的CW调制型的测距元件的现有动作进行说明的驱动时序图。
图27是对图25所示的CW调制型的测距元件的第五实施方式所涉及的调整动作进行说明的驱动时序图。
图28是对本发明的第六实施方式所涉及的测距装置的环形结构的像素结构的概要进行说明的俯视图。
图29是对调整图28所示的第六实施方式所涉及的固态摄像装置时的动作进行说明的驱动时序图。
图30是对调整第六实施方式的第一变形例所涉及的测距装置时的动作进行说明的驱动时序图。
图31是对作为利用本发明的第一～第六实施方式所涉及的测距装置的领域的一个例子的照相机的结构的概要进行说明的框图。
具体实施方式
在本发明的第一～第六实施方式所涉及的附图的记载中，对相同或类似的部分标注相同或类似的符号。但是，第一～第六实施方式举例示出用于使本发明的技术构思具体化的装置、方法，本发明的技术构思并不将电路元件、电路块的结构、配置或者半导体芯片上的布局等特定为下述内容。本发明的技术构思可以在权利要求书所记载的技术范围内进行各种变更。
需要指出，在以下的第一～第六实施方式的说明中，将第一导电型设为p型，将第二导电型设为n型进行说明，但即使将第一导电型设为n型，将第二导电型设为p型，只要使电气极性相反，也能够得到同样的效果，这一点应该很容易理解。在这种情况下，当然，脉冲波形的高电平和低电平根据本领域技术人员的技术常识，有时也需要适当反转。
例如，在以下的图1、图15中，为了便于说明，示出了以多个像素(测距元件)在像素阵列部中呈二维矩阵状配置的3D摄像装置为基础的测距装置，但这只不过是例示而已。也可以是测距元件作为像素在像素阵列部中一维地排列的线传感器的布局。另外，也可以是在像素阵列部中只配置有单个的测距元件的简单结构的距离传感器。
(第一实施方式)
如图1所示，本发明的第一实施方式所涉及的测距装置以将像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)和***电路部(71～76、94-96、NC1～NCm)集成在同一半导体芯片上的二维图像传感器(3D摄像装置)为基础。在像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)中，多个像素Xij(i＝1～m；j＝1～n；m、n分别是2以上的正整数。)呈二维矩阵状地排列，构成方形的摄像区域。
另外，在该像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)的上边部有驱动电路94，在下边部有水平移位寄存器96分别沿像素行X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm方向设置，在像素阵列部的右边部沿像素列X11～Xn1；X12～Xn2；……；X1j～Xnj；……；X1m～Xnm方向设置有垂直移位寄存器及垂直扫描电路95。在驱动电路94上连接有发光部91，该发光部91将各像素Xij作为测距元件进行距离测量所需的光作为重复脉冲信号进行投影。
控制驱动电路94的控制信号经由接口75从控制运算电路73a传递到该驱动电路94。存储有命令控制运算电路73a的动作的程序的程序存储装置76和存储控制运算电路73a中的逻辑运算所需的数据、阈值等的数据存储装置72与控制运算电路73a连接。在控制运算电路73a上还连接有输出控制运算电路73a中的逻辑运算的结果的输出单元74。数据存储装置72上连接有经由输出缓冲器97、98输入来自像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)的输出信号并实施距离图像的形成所需的运算处理的距离运算电路71。需要指出，在图1中，就像将像素Xn1的内部结构作为框图示意性地例示的那样，各个像素Xij包括具备光电转换元件和信号电荷传输部的光电转换传输部81及源极跟随型的读出放大电路82等。
通过驱动电路94、水平移位寄存器96、垂直移位寄存器及垂直扫描电路95依次扫描像素阵列部内的像素Xij，执行像素信号的读出、电子快门动作。即，在本发明的第一实施方式所涉及的测距装置中，构成为通过以各像素行X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm为单位在垂直方向上扫描像素阵列部，从而通过对各像素列X11～Xn1；X12～Xn2；……；X1j～Xnj；……；X1m～Xnm设置的垂直输出信号线读出各像素行X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm的像素信号。需要指出，在图1中，示出了距离运算电路71、接口75、控制运算电路73a、程序存储装置76、数据存储装置72及输出单元74集成在同一半导体芯片上的结构，但这只不过是例示而已。并不限于图1所示的拓扑、布局，也可以是距离运算电路71、接口75、控制运算电路73a、程序存储装置76、数据存储装置72及输出单元74中的至少一部分电路等搭载在不同的芯片、基板上的方式。
关于从作为测距元件的各像素X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm的信号读出，大致与通常的CMOS图像传感器相同。不过，用于传输来自各像素X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm各自的光电二极管的信号电荷的传输信号TX1、TX2从驱动电路94被同时提供给全部像素X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm，而且是高频率的信号，因此在该期间会产生开关噪声。因此，从像素部的信号读出在噪声处理电路NC1～NCm的处理结束后设置读出期间来进行。
如图2的逻辑框图所示，控制运算电路73a具备时间设定逻辑电路731、设定值判定电路732、时间设定值输出控制电路733、距离图像输出控制电路734及顺序控制电路735作为硬件资源。时间设定逻辑电路731设定后述的图5～图8所示的重复周期时间Tc、光投影时间To、电荷蓄积时间Ta及电荷传输时间Ton等值，或者根据设定值判定电路732的输出信号，时间设定逻辑电路731是适当变更后述的图5～图8所示的重复周期时间Tc、光投影时间To、电荷蓄积时间Ta及电荷传输时间Ton等值的逻辑电路。此时，时间设定逻辑电路731进行时间设定，以使施加于分配栅极结构的传输信号TX1、TX2如图5～图8所示具有隔着偏移时间的不同的定时。
设定值判定电路732是判定距离运算电路71计算出的距离的检测值是否低于预先保存在数据存储装置72中的阈值且重复周期时间Tc是否不是最小值，并将判定结果输出到时间设定逻辑电路731或距离图像输出控制电路734的逻辑电路。时间设定值输出控制电路733是使时间设定逻辑电路731设定或变更后的重复周期时间Tc、光投影时间To、电荷蓄积时间Ta及电荷传输时间Ton等作为控制信号经由接口75输出到驱动电路94的逻辑电路。如图5～图8所示，被定义为传输信号TX1、TX2的脉冲宽度的电荷传输时间Ton被时间设定为隔着偏移时间的不同的定时。距离图像输出控制电路734是在设定值判定电路732判定为距离的检测值在阈值以上的情况下，将距离运算电路71计算出的距离的检测值作为距离图像的数据进行合成，并输出到输出单元74的逻辑电路。
图2所示的顺序控制电路735是依据时钟信号依次对时间设定逻辑电路731、设定值判定电路732、时间设定值输出控制电路733、距离图像输出控制电路734、接口75、程序存储装置76及数据存储装置72各自的动作进行顺序控制的逻辑电路。时间设定逻辑电路731、设定值判定电路732、时间设定值输出控制电路733、距离图像输出控制电路734及顺序控制电路735分别能够经由总线736进行信息的收发。
在图1所示的计算机***中，数据存储装置72也可以是从包括多个寄存器、多个高速缓冲存储器、主存储装置、辅助存储装置的一组中适当选择的任意组合。另外，高速缓冲存储器可以是一级高速缓冲存储器和二级高速缓冲存储器的组合，也可以具有还具备三级高速缓冲存储器的层次结构。虽然省略了图示，但在数据存储装置72中包括多个寄存器的情况等下，总线736也可以延长到接口75、程序存储装置76及数据存储装置72等。
图2所示的控制运算电路73a可以使用作为微芯片安装的微处理器(MPU)等构成计算机***。另外，作为构成计算机***的控制运算电路73a，也可以使用强化算术运算功能并专用于信号处理的数字信号处理器(DSP)、搭载有存储器、***电路并以控制并入设备为目的的微控制器(微机)等。或者，也可以将当前的通用计算机的主CPU用于控制运算电路73a。
例如，在作为应用例随后描述的照相机中搭载有构成第一实施方式所涉及的测距装置的主要部分的3D摄像装置45a的情况下，也可以将图1所示的控制运算电路73a、距离运算电路71等并入搭载图31所示的3D摄像装置45a的芯片搭载基板(封装基板)46中。或者，也可以将图1所示的控制运算电路73a、距离运算电路71等作为定时发生器(TG)51、驱动部52、控制部53中任一者的一部分并入。在这种情况下，图31所示的闪光灯装置62能够兼作图1所示的发光部91。
进而，控制运算电路73a的一部分结构或全部结构也可以由现场可编程门阵列(FPGA)那样的可编程逻辑器件(PLD)构成。在由PLD构成控制运算电路73a的一部分或全部的情况下，数据存储装置72可以作为构成PLD的逻辑块的一部分中包括的存储块等存储要素而构成。进而，控制运算电路73a也可以是将CPU内核式的阵列和PLD式的可编程的内核搭载于相同芯片的结构。该CPU内核式的阵列包括预先搭载在PLD内部的硬核CPU和使用PLD的逻辑块构成的软核CPU。也就是说，也可以是在PLD的内部使软件处理和硬件处理混合存在的结构。
图2所示的第一实施方式所涉及的测距装置的控制运算电路73a的动作的概要可以用如图3所示的流程图的流程步骤来进行说明。在图3的步骤S11中，控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731将光投影时间To设定为最大值。接着，在步骤S12中，时间设定逻辑电路731将重复周期时间Tc设定为最大值。时间设定值输出控制电路733经由图1所示的接口75将所设定的光投影时间To及重复周期时间Tc作为控制信号输出到驱动电路94。响应于通过驱动电路94从控制运算电路73a的时间设定值输出控制电路733提供的控制信号，从发光部91进行脉冲发光。脉冲发光例如使用近红外LD(激光二极管)、近红外LED。由对象物92反射的脉冲光通过透镜93、BPF(带通滤波器)等照射到图1所示的像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)。
在图3的步骤S13中，像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)的各像素Xij的动作由驱动电路94控制。即，在步骤S13中，在各像素Xij中因受光而生成的电子(光电子)响应于通过驱动电路94从控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731提供的控制信号进行动作，来自像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)的输出信号经由输出缓冲器97、98发送到距离运算电路71。此时，如图5～图8所示，在隔着偏移时间的不同定时分别施加传输信号TX1、TX2。在步骤S13中，距离运算电路71根据从像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)的各像素Xij输出的信号进行计算距离的运算，进行距离测量。在步骤S13中，距离运算电路71还将距离计算的运算结果和附带信息发送到控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731。这里，所谓附带信息，例如是从各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b得到的输出数据、各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b的输出值的差分数据。
在图3的步骤S14中，控制运算电路73a的设定值判定电路732针对从距离运算电路71输出的距离计算的运算结果和附带信息进行驱动设定是否适当的判定。在S14中，设定值判定电路732判断为NG的情况下，向控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731传递数据。时间设定逻辑电路731在图3的步骤S15中缩短光投影时间To。接着，在步骤S16中，时间设定逻辑电路731缩短重复周期时间Tc。缩短光投影时间To及重复周期时间Tc而变更了驱动方法的控制信号经由图1所示的驱动电路94被传递到发光部91及像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)，在图3的步骤S13中测量距离。以下，反复进行经过步骤S13、步骤S14、步骤S15、步骤S16而返回到步骤S13的循环处理，直到在步骤S14中设定值判定电路732判断为OK为止。然后，如果设定值判定电路732判断为OK，则在步骤S17中，控制运算电路73a的距离图像输出控制电路734向输出单元74传递数据，从输出单元74输出输出信号。
虽然省略了俯视图的图示，但第一实施方式所涉及的测距装置的各个像素X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm内作为光电转换传输部81发挥功能的部分的剖面结构的一个例子如图4所示。在图4的中央所示的受光区域中形成有光电转换元件(测距元件)，在受光区域的两侧配置有交替分送在受光区域中进行光电转换而得到的信号电荷的第一传输栅极电极(transfer gate)16a及第二传输栅极电极16b。从图1的发光部91作为重复脉冲信号投影(照射)的光被对象物92反射，并经由覆盖图4的受光区域的周边的遮光膜41的开口部42射入受光区域。即，光电转换元件的受光区域将经由遮光膜41的开口部42射入的脉冲光作为光信号接收，并将该光信号转换为信号电荷。
进而，蓄积通过第一传输栅极电极16a传输的信号电荷的第一电荷蓄积区域23a作为浮置漏极区域配置在图4的右侧。同样地，蓄积通过第二传输栅极电极16b传输的信号电荷的第二电荷蓄积区域23b作为浮置漏极区域配置在图4的左侧。在图4的右侧还与第一电荷蓄积区域23a相邻地配置有第一复位栅极电极13a和隔着该第一复位栅极电极13a与第一电荷蓄积区域23a相对的第一复位漏极区域24a。
另一方面，在图4的左侧还与第二电荷蓄积区域23b相邻地配置有第二复位栅极电极13b和隔着该第二复位栅极电极13b与第二电荷蓄积区域23b相对的第二复位漏极区域24b。由第一电荷蓄积区域23a、第一复位栅极电极13a及第一复位漏极区域24a形成作为第一复位晶体管的MOS晶体管(MOSFET)，由第二电荷蓄积区域23b、第二复位栅极电极13b及第二复位漏极区域24b形成作为第二复位晶体管的MOS晶体管。对于各个第一复位栅极电极13a及第二复位栅极电极13b，将控制信号R全部设为高(H)电平，将蓄积在第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷分别排出到第一复位漏极区域24a及第二复位漏极区域24b，将第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b复位。
如图4所示，在第一实施方式所涉及的像素(测距元件)中，以使作为光电转换元件的像素所生成的信号电荷向彼此相反的方向(左右方向)传输的方式，在平面图案上，将第一传输栅极电极和第二传输栅极电极各自的中心线(省略图示)配置在同一直线上。另外，通过使在与信号电荷的传输方向正交的方向(在图4中为纸面的表里方向)上测得的第一传输栅极电极16a及第二传输栅极电极16b各自的宽度比在正交的方向上测得的受光区域的宽度窄，从而即使增大受光区域的正下方的受光部的面积，第一传输栅极电极16a及第二传输栅极电极16b也能够进行信号电荷的完全的传输。
在图4所示的像素的剖面结构中，例示了由第一导电型(p型)的硅(Si)构成的半导体基板19、配置在半导体基板19之上的由p型的半导体层(外延生长层)构成的功能基体层20、配置在功能基体层20之上的第二导电型(n型)的表面埋入区域22以及与表面埋入区域22的表面接触设置的p+型的钉扎层29。由包含于中央部的受光区域的位置的栅极绝缘膜33、表面埋入区域22、功能基体层20和半导体基板19构成光电转换元件的物理骨架结构的主要部分。位于受光区域的p型的功能基体层20的一部分作为光电转换元件的信号电荷生成区域发挥功能。在信号电荷生成区域生成的载流子(电子)被注入到信号电荷生成区域的正上方的表面埋入区域22的局部中。图4所示的由表面埋入区域22和钉扎层29构成的受光部形成区域(29、22)位于图1所示的光电转换传输部81的主要部分的中央。
栅极绝缘膜33从受光区域的正下方延伸到左右的第一传输栅极电极16a及第二传输栅极电极16b之下，表面埋入区域22以从受光区域的正下方左右延伸到第一传输栅极电极16a的左侧端部及第二传输栅极电极16b的右侧端部之下的方式配置在该栅极绝缘膜33之下。即，与位于受光区域的表面埋入区域22的右侧相邻的功能基体层20的表面侧的区域作为第一传输沟道发挥功能。另一方面，与位于受光区域的表面埋入区域22的左侧相邻的功能基体层20的表面侧的区域作为第二传输沟道发挥功能。另外，第一传输栅极电极16a及第二传输栅极电极16b隔着分别形成在该第一及第二传输沟道的上部的栅极绝缘膜33对第一及第二传输沟道的电位进行静电控制。通过该静电控制，信号电荷经由第一及第二传输沟道交替地分别传输到n型的第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b。第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b分别是比表面埋入区域22杂质密度高的半导体区域。
如图4所示，第一电荷蓄积区域23a上连接有构成源极跟随型的读出放大电路82的信号读出晶体管(放大晶体管)MA1的栅极电极，第二电荷蓄积区域23b上连接有读出放大电路82的信号读出晶体管(放大晶体管)MA2的栅极电极。信号读出晶体管(放大晶体管)MA1的漏极电极与电源VDD连接，源极电极与像素选择用的开关晶体管MS1的漏极电极连接。像素选择用的开关晶体管MS1的源极电极与第一垂直输出信号线(右侧垂直输出信号线)B12连接，从垂直移位寄存器及垂直扫描电路95向栅极电极提供水平线的选择用控制信号S。
信号读出晶体管(放大晶体管)MA2的漏极电极与电源VDD连接，源极电极与像素选择用的开关晶体管MS2的漏极电极连接。像素选择用的开关晶体管MS2的源极电极与第二垂直输出信号线(左侧垂直输出信号线)B11连接，从垂直移位寄存器及垂直扫描电路95向栅极电极提供水平线的选择用控制信号S。通过将选择用控制信号S设为高电平，开关晶体管MS1、MS2导通，第一垂直输出信号线B12及第二垂直输出信号线B11变为与被信号读出晶体管(放大晶体管)MA1、MA2放大的第一电荷蓄积区域23a、第二电荷蓄积区域23b的电位对应的电位。
成为信号电荷生成区域的功能基体层20的杂质密度比半导体基板19的杂质密度低。即，优选半导体基板19的杂质密度在4×1017cm-3左右以上且1×1021cm-3左右以下，成为信号电荷生成区域的功能基体层20的杂质密度在6×1011cm-3左右以上且2×1015cm-3左右以下的程度。
特别是，如果将半导体基板19设为杂质密度在4×1017cm-3左右以上且1×1021cm-3左右以下的硅基板，将功能基体层20设为杂质密度在6×1011cm-3左右以上且2×1015cm-3左右以下的硅外延生长层，则能够采用通常的CMOS工艺。在栅极绝缘膜33的周边的区域，能够利用通过用于元件分离的硅局部氧化(LOCOS)法、浅沟槽隔离(STI)法等形成的场氧化膜31。从工业上的意义出发，如果设为杂质密度在8×1017cm-3左右以上且1×1020cm-3左右以下的半导体基板19，杂质密度在6×1013cm-3左右以上且1.5×1015cm-3左右以下的硅外延生长层，则也容易从市场上获得，因此优选。硅外延生长层的厚度为4μm～20μm左右，在发光部91使用可见光的情况下，为6μm～10μm左右即可。
另一方面，表面埋入区域22能够采用杂质密度在5×1014cm-3左右以上且5×1016cm-3左右以下，代表性的是例如1×1015cm-3左右的杂质密度的值，其厚度可以为0.1μm～3μm左右，优选为0.5μm～1.5μm左右。
在由热氧化膜形成栅极绝缘膜33的情况下，热氧化膜的厚度在1nm左右以上且30nm左右以下，优选在3nm左右以上且15nm左右以下即可。在将栅极绝缘膜33设为热氧化膜以外的电介质膜的情况下，只要设为以热氧化膜的相对介电常数εr(1MHz则εr＝3.8)换算的等效厚度即可。例如，如果使用相对介电常数εr＝4.4的CVD氧化膜，则采用使上述厚度为4.4/3.8＝1.16倍的厚度即可，如果使用相对介电常数εr＝7的硅氮化物(Si3N4)膜，则采用使上述厚度为7/3.8＝1.84倍的厚度即可。不过，优选使用以标准的CMOS技术形成的氧化膜(SiO2膜)。
向形成在栅极绝缘膜33上的第一传输栅极电极16a提供图5～图8的第一传输信号TX1，向第二传输栅极电极16b提供图5～图8的第二传输信号TX2。例如，向第一传输栅极电极16a提供了第一传输信号TX1＝3.3V(VDD)，向第二传输栅极电极16b提供了第二传输信号TX2＝0V(GND)时，通过形成在表面埋入区域22中的电位分布，由光信号生成的电子被传输到右侧的电荷蓄积区域23a。反之，当向第一传输栅极电极16a提供了第一传输信号TX1＝0V(GND)，向第二传输栅极电极16b提供了第二传输信号TX2＝3.3V(VDD)时，由光信号生成的电子被传输到左侧的电荷蓄积区域23b。
图5的(a)的上段示出了施加于第一传输栅极电极16a的第一传输信号TX1，图5的(a)的下段示出了施加于第二传输栅极电极16b的第二传输信号TX2的理想波形。第一实施方式所涉及的测距用光电转换元件得出的估计距离L如式(1)所示，由通过右侧的第一传输电极TX1并被传输及蓄积到电荷蓄积区域23a的信号电荷Q1与通过左侧的第二传输电极TX2并被传输及蓄积到电荷蓄积区域23b的信号电荷Q2的分配比给出：
L＝(cTo/2)(Q2/(Q1+Q2))……(1)
这里，c是光速，To是脉冲光的光投影时间(脉冲宽度)。
测量估计距离L所需的电荷蓄积时间Ta不是第一传输信号TX1、第二传输信号TX2为高电平的时间，而是由从图5的(a)的上段所示的在前的第一传输信号TX1转变为低电平的时刻ti起到图5的(a)的下段所示的接下来的第二传输信号TX2转变为低电平的时刻ti+1的时间来定义。第一传输信号TX1、第二传输信号TX2接通(高电平)的电荷传输时间Ton只要在信号电荷越过第一传输栅极电极16a及第二传输栅极电极16b的时间以上即可。因此，施加于第一传输栅极电极16a的第一传输信号TX1及施加于第二传输栅极电极16b的第二传输信号TX2成为高电平的电荷传输时间Ton与重复周期时间Tc无关，只要是相同的时间即可。比较图5的(a)的上段与下段可知，以在第一传输信号TX1与第二传输信号TX2之间存在偏移时间的方式，在相互不同的定时分别施加于第一传输栅极电极16a和第二传输栅极电极16b。
图5的(b)的上段示出了施加于第一传输栅极电极16a的典型的第一传输信号TX1的具有CR延迟的真实波形，图5的(b)的下段示出了施加于第二传输栅极电极16b的典型的第二传输信号TX2的具有CR延迟的真实波形。图5的(b)的第一传输信号TX1、第二传输信号TX2的延迟由于取决于驱动电路94的能力以及像素Xij和像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)的布线等的寄生电容C和寄生电阻R，因此每次同样地延迟。因此，即使产生这些CR延迟，也由从图5的(b)的下段所示的在前的第一传输信号TX1经CR延迟而转变为低电平的时刻ti+Δd1起到图5的(b)的下段所示的接下来的第二传输信号TX2经CR延迟而转变为低电平的时刻ti+1+Δd1的时间来定义电荷蓄积时间Ta。根据图5的(b)的波形可知，不仅是典型的CR延迟的延迟，只要将第一传输信号TX1、第二传输信号TX2都断开的偏移时间设置为直到***地确定每次延迟的时间、即确定第一传输信号TX1、第二传输信号TX2经过CR延迟转变到低电平的时间即可。由图5的(b)可知，在第一传输信号TX1与第二传输信号TX2之间，即使产生CR延迟，也以存在偏移时间的方式在相互不同的定时分别施加于第一传输栅极电极16a和第二传输栅极电极16b。
图5的(c)的上段示出了施加于第一传输栅极电极16a的典型的第一传输信号TX1的存在振铃的真实波形，图5的(c)的下段示出了施加于第二传输栅极电极16b的典型的第二传输信号TX2的存在振铃的真实波形。即使产生这些振铃，也由从图5的(c)的上段所示的在前的第一传输信号TX1经振铃而转变为低电平的时刻ti+Δd2到图5的(c)的下段所示的接下来的第二传输信号TX2经振铃而转变为低电平的时刻ti+1+Δd2的时间来定义电荷蓄积时间Ta。根据图5的(c)的波形可知，只要将第一传输信号TX1、第二传输信号TX2都断开的偏移时间设置为直到***地确定第一传输信号TX1、第二传输信号TX2经振铃而转变为低电平的时间即可。如图5的(a)～(c)所示，根据第一实施方式所涉及的测距装置，在分别施加于第一传输栅极电极16a及第二传输栅极电极16b的第一传输信号TX1与第二传输信号TX2之间设置有偏移时间，由于缓和较快的电压转换(通/断切换)，因此驱动电路94的动作余地扩大，3D摄像装置的设计及制造变得容易。
下面，使用图6～图8对第一实施方式所涉及的测距装置的调整动作进行说明。图6是举例示出驱动方法按照成为图3所示的流程图的流程的程序的命令而变化的驱动时序图的图。首先，在图3所示的流程图的步骤S11中，图2的控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731将光投影时间To设定为最大值。接着，在步骤S12中，时间设定逻辑电路731将重复周期时间Tc设定为最大值。时间设定值输出控制电路733经由图1所示的接口75将所设定的光投影时间To及重复周期时间Tc作为控制信号输出到驱动电路94，从发光部91进行脉冲发光，驱动第一实施方式所涉及的测距装置。
图6所示的对第一实施方式所涉及的测距装置的调整时的动作进行说明的驱动时序图由于是到图1所示的对象物92的距离较近的情况，因此接收光的延迟时间Td非常小。在图3的步骤S13中，通过第一实施方式所涉及的测距装置的驱动，根据通过第一传输栅极电极16a、第二传输栅极电极16b的正下方的传输沟道的信号电荷的差异，距离运算电路71执行使用式(1)计算距离的运算。距离运算电路71的距离计算的运算结果与附带信息一起暂时保存在数据存储装置72中。这里，所谓附带信息，例如是从各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b得到的输出数据、各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b的输出值的差分数据。
在图3的步骤S14中，控制运算电路73a的设定值判定电路732将距离运算电路71的距离计算的运算结果、附带信息与阈值一起从数据存储装置72读出。设定值判定电路732针对从距离运算电路71输出的距离计算的运算结果和附带信息，进行驱动设定是否适当的判定。在图6的(a)的条件下，由驱动时序图可知，能够进行距离运算，但相比通过第一传输栅极电极16a而蓄积在第一电荷蓄积区域23a中的信号电荷量的比例，通过第二传输栅极电极16b而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例非常小，距离精度降低。如果以该信号电荷量的比例确定阈值，并预先保存在数据存储装置72中，则在步骤S14中，判定为图6的(a)的条件的驱动不是适当的驱动条件。或者，例如对于所运算出的距离，在按各个驱动条件确定有阈值的情况下，如果将它们事先保存在数据存储装置72中，则设定值判定电路732也可以从数据存储装置72读出这些阈值，并判断光投影时间To及重复周期时间Tc是否适当。
在步骤S14中，设定值判定电路732在图6的(a)的条件下判定为NG，即在图3所示的流程图中判定为是(Yes)时，不向输出单元74输出数据。在图3所示的流程图中判定为是(Yes)的情况下，在图3的步骤S15中，缩短光投影时间To＝Tomax。接着，在步骤S16中，时间设定逻辑电路731缩短重复周期时间Tc＝Tcmax。缩短光投影时间To＝Tomax及重复周期时间Tc＝Tcmax而变更了驱动方法的控制信号经由图1所示的驱动电路94被传递到发光部91及像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)，在图3的步骤S13中，在图6的(b)的条件下再次测量距离。
由于图6的(b)的条件下，重复周期时间Tc(i)的一半为光投影时间To(i)、且是电荷蓄积时间Ta(i)，因此与重复周期时间Tc(i)同步变化。另一方面，电荷传输时间Ton与重复周期时间Tc(i)不同步，不发生变化。在图6的(b)的条件下也能够进行距离运算，但相比通过第一传输栅极电极16a的正下方而蓄积在第一电荷蓄积区域23a中的信号电荷量的比例，通过第二传输栅极电极16b的正下方而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例依然较小，距离精度降低。因此，在图3的步骤S14中，设定值判定电路732判定为图6的(b)的条件下的驱动也不是适当的驱动条件。在图6的(b)的条件下判定为NG，即在图3所示的流程图中判定为是(Yes)的情况下，不向输出单元74输出数据。
在步骤S14中，设定值判定电路732在图6的(b)的条件下判定为NG的情况下，再次向控制运算电路73a发送数据。在控制运算电路73a中，在步骤S15及步骤S16中，如图6的(c)的条件所示，进一步变更为缩短光投影时间To及重复周期时间Tc的驱动，然后，再次在步骤S13中进行计算距离的运算，进行距离测量。在图6的(c)的条件下，重复周期时间Tc(i+1)的一半为光投影时间To(i+1)、且为电荷蓄积时间Ta(i+1)，因此与重复周期时间Tc(i+1)同步变化。另一方面，电荷传输时间Ton与重复周期时间Tc不同步，不发生变化。另外，这里，图6的(c)的条件的条件是可设定的最小的重复周期时间Tc。
在图6的(c)的条件下，由驱动时序图可知，能够进行距离运算，由于通过第一传输栅极电极16a的正下方而蓄积在第一电荷蓄积区域23a中的信号电荷量的比例与通过第二传输栅极电极16b的正下方而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例的差异小，因此距离精度提高。因此，在图3的步骤S14中，设定值判定电路732判断为图6的(c)的条件的驱动适当，距离图像输出控制电路734将距离计算的运算结果输出到输出单元74。此时，附带信息也可以同时输出到输出单元74。
图7是举例示出驱动方法按照成为图3所示的流程图的流程的程序的命令而变化的驱动时序图的图。首先，在图3所示的流程图的步骤S11中，图2的控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731将光投影时间To设定为最大值。接着，在步骤S12中，时间设定逻辑电路731将重复周期时间Tc设定为最大值。时间设定值输出控制电路733经由图1所示的接口75将所设定的光投影时间To及重复周期时间Tc作为控制信号输出到驱动电路94，从发光部91进行脉冲发光，驱动第一实施方式所涉及的测距装置。
图7所示的对第一实施方式所涉及的测距装置的调整时的动作进行说明的驱动时序图由于是到图1所示的对象物92的距离比图6远(中等距离)的情况，因此接收光的延迟时间Td比图6稍大。在图3的步骤S13中，通过第一实施方式所涉及的测距装置的驱动，根据通过第一传输栅极电极16a、第二传输栅极电极16b的正下方的传输沟道的信号电荷的差异，距离运算电路71执行使用式(1)计算距离的运算。距离运算电路71的距离计算的运算结果与附带信息一起暂时保存在数据存储装置72中。这里，所谓附带信息，例如是从各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b得到的输出数据、各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b的输出值的差分数据。
在图3的步骤S14中，控制运算电路73a的设定值判定电路732将距离运算电路71的距离计算的运算结果、附带信息与阈值一起从数据存储装置72读出。设定值判定电路732针对从距离运算电路71输出的距离计算的运算结果和附带信息，进行驱动设定是否适当的判定。在图7的(a)的条件下，由驱动时序图可知，能够进行距离运算，但相比通过第一传输栅极电极16a而蓄积在第一电荷蓄积区域23a中的信号电荷量的比例，通过第二传输栅极电极16b而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例较小，距离精度降低。如果以该信号电荷量的比例确定阈值，并预先保存在数据存储装置72中，则在步骤S14中，判定为图7的(a)的条件的驱动不是适当的驱动条件。或者，例如对于所运算出的距离，在按各个驱动条件确定有阈值的情况下，如果将它们预先保存在数据存储装置72中，则设定值判定电路732也可以从数据存储装置72读出这些阈值，并判断光投影时间To及重复周期时间Tc是否适当。
在步骤S14中，设定值判定电路732在图7的(a)的条件下判定为NG，即在图3所示的流程图中判定为是(Yes)时，不向输出单元74输出数据。在图3所示的流程图中判定为是(Yes)的情况下，在图3的步骤S15中，缩短光投影时间To＝Tomax。接着，在步骤S16中，时间设定逻辑电路731缩短重复周期时间Tc＝Tcmax。缩短光投影时间To及重复周期时间Tc而变更了驱动方法的控制信号经由图1所示的驱动电路94被传递到发光部91及像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)，在图3的步骤S13中，在图7的(b)的条件下再次测量距离。
由于图7的(b)的条件下，重复周期时间Tc(j)的一半为光投影时间To(j)、且为电荷蓄积时间Ta(j)，因此与重复周期时间Tc同步变化。另一方面，电荷传输时间Ton与重复周期时间Tc(j)不同步，不发生变化。图7的(b)的条件的条件是可设定的最小的重复周期时间Tc(j)。
在图7的(b)的条件的条件下，由驱动时序图可知，能够进行距离运算，由于通过第一传输栅极电极16a的正下方而蓄积在第一电荷蓄积区域23a中的信号电荷量、通过第二传输栅极电极16b的正下方而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例的差异小，因此距离精度提高。因此，在图3的步骤S14中，设定值判定电路732判断为图7的(b)的条件的驱动适当，距离图像输出控制电路734将距离计算的运算结果输出到输出单元74。此时，附带信息也可以同时输出到输出单元74。
图8是举例示出驱动方法按照成为图3所示的流程图的流程的程序的命令而变化的驱动时序图的图。首先，在图3所示的流程图的步骤S11中，图2的控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731将光投影时间To设定为最大值Tomax。接着，在步骤S12中，时间设定逻辑电路731将重复周期时间Tc设定为最大值Tcmax。时间设定值输出控制电路733经由图1所示的接口75将所设定的光投影时间To及重复周期时间Tc作为控制信号输出到驱动电路94，从发光部91进行脉冲发光，驱动第一实施方式所涉及的测距装置。
图8所示的对第一实施方式所涉及的测距装置的调整时的动作进行说明的驱动时序图由于是到图1所示的对象物92的距离比图7远(长距离)的情况，因此接收光的延迟时间Td比图7大。在图3的步骤S13中，通过第一实施方式所涉及的测距装置的驱动，根据通过第一传输栅极电极16a、第二传输栅极电极16b的正下方的传输沟道的信号电荷的差异，距离运算电路71执行使用式(1)计算距离的运算。距离运算电路71的距离计算的运算结果与附带信息一起暂时保存在数据存储装置72中。这里，所谓附带信息，例如是从各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b得到的输出数据、各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b的输出值的差分数据。
在图3的步骤S14中，控制运算电路73a的设定值判定电路732将距离运算电路71的距离计算的运算结果、附带信息与阈值一起从数据存储装置72读出。设定值判定电路732针对从距离运算电路71输出的距离计算的运算结果和附带信息，进行驱动设定是否适当的判定。
在图8的条件下，由驱动时序图可知，能够进行距离运算，由于通过第一传输栅极电极16a的正下方而蓄积在第一电荷蓄积区域23a中的信号电荷量、通过第二传输栅极电极16b的正下方而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例的差异小，因此距离精度提高。因此，在图3的步骤S14中，设定值判定电路732判断为图8的条件的驱动适当，距离图像输出控制电路734将距离计算的运算结果输出到输出单元74。此时，附带信息也可以同时输出到输出单元74。
如上所述，根据本发明的第一实施方式所涉及的测距装置，当按照图3所示的流程图的步骤变更了重复周期时间Tc时，通过不管重复周期时间Tc如何，接通时间Ton均不发生变化的驱动调整方法，能够利用第一传输栅极电极16a及第二传输栅极电极16b实现准确的电荷分配。进而，根据本发明的第一实施方式所涉及的测距装置，能够扩大驱动电路94的动作余地，能够使锁定像素型的3D摄像装置高性能化。根据本发明的第一实施方式所涉及的测距装置，执行电荷分配的第一传输栅极电极16a及第二传输栅极电极16b处的快速的电压转换(通/断切换)得到缓和，因而驱动电路94的动作余地扩大，3D摄像装置的设计及制造变得容易。因此，例如能够使构成3D摄像装置的像素的全局布线变细，提高各像素的开口率。进而，例如通过使驱动电路94的晶体管的结构变得细微，能够实现芯片面积的缩小。
(第一实施方式的变形例)
本发明的“分配栅极结构”并不限定于如图4所示的MOS型的第一传输栅极电极16a、第二传输栅极电极16b。本发明的“分配栅极结构”也可以是如图9所示的横向电场控制栅极(LEFM)的结构。虽然省略了剖面图的图示，但本发明的第一实施方式的变形例所涉及的测距装置的各像素与图4所示的剖面结构同样地将包含由p型的半导体构成的功能基体层20、设置在功能基体层20上部的局部上的n型的表面埋入区域22和与表面埋入区域22的表面接触设置的P+型的钉扎层29的受光部形成区域(29、22)、设置在受光部形成区域(29、22)上的栅极绝缘膜33以及受光部形成区域(29、22)的中央部作为受光区域。另外，如图9的俯视图所示，具备n+型的第一电荷蓄积区域23a、第二电荷蓄积区域23b、第三电荷蓄积区域23c及第四电荷蓄积区域23d，它们以包围受光区域的方式在关于受光区域的中心位置对称的四个位置分别相互分离地设置，且杂质密度比功能基体层20高。另外，在包围受光区域的位置还具备第一电场控制电极对(31a、31b)、第二电场控制电极对(32a、32b)、第三电场控制电极对(33a、33b)及第四电场控制电极对(34a、34b)，它们在栅极绝缘膜33上，在沿对角线方向从受光区域的中心位置分别朝向第一电荷蓄积区域23a、第二电荷蓄积区域23b、第三电荷蓄积区域23c及第四电荷蓄积区域23d延伸的电荷移动路径的两侧成对地配置。
构成各像素的光电转换元件的第一电场控制电极对(31a、31b)是使钩状(钩型)的第一静电感应电极31a和钩状的第二静电感应电极31b相互呈岛状地夹着沿对角线方向延伸的电荷移动路径而相互对置的电极对。在对第一静电感应电极31a施加了规定的驱动电压的状态下，针对沿朝向左上的对角线方向延伸的电荷移动路径的信号电荷的势垒的高度降低，能够实现辅助电荷移动路径的导通状态的基于横向电场控制的电势分布。即使在对第二静电感应电极31b施加了规定的驱动电压的状态下，针对沿对角线方向延伸的电荷移动路径的信号电荷的势垒的高度也会降低，能够实现辅助电荷移动路径的导通状态的电势分布。
第二电场控制电极对(32a、32b)是使钩状的第三静电感应电极32a和钩状的第四静电感应电极32b相互呈岛状地夹着沿朝向左下的对角线方向延伸的电荷移动路径而相互对置的电极对。第三电场控制电极对(33a、33b)是使钩状的第五静电感应电极33a和钩状的第六静电感应电极33b相互呈岛状地夹着沿朝向右上方向的对角线方向延伸的电荷移动路径而相互对置的电极对。第四电场控制电极对(34a、34b)是使钩状的第七静电感应电极34a和钩状的第八静电感应电极34b相互呈岛状地夹着沿朝向右下的对角线方向延伸的电荷移动路径而相互对置的电极对。
由图9的俯视图可知，第一电荷蓄积区域23a、第二电荷蓄积区域23b、第三电荷蓄积区域23c及第四电荷蓄积区域23d的配置拓扑关于受光区域的中心位置四次旋转对称。如图9所示，第一实施方式的变形例所涉及的测距装置的像素还在包围受光区域的周边部相互分离地设置有杂质密度比功能基体层20高的n型的电荷排出辅助区域27a、27b、27c、27d。
第一静电感应电极31a和第二静电感应电极31b在朝向第一电荷蓄积区域23a的电荷移动路径的两侧以镜像关系相对配置。第三静电感应电极32a和第四静电感应电极32b在朝向第二电荷蓄积区域23b的电荷移动路径的两侧以镜像关系相对配置。第五静电感应电极33a和第六静电感应电极33b在朝向第三电荷蓄积区域23c的电荷移动路径的两侧以镜像关系相对配置。第七静电感应电极34a和第八静电感应电极34b在朝向第四电荷蓄积区域23d的电荷移动路径的两侧以镜像关系相对配置。
如图10的(a)～(c)所示，第一实施方式的变形例所涉及的测距装置的像素通过对第一电场控制电极对(31a、31b)、第二电场控制电极对(32a、32b)、第三电场控制电极对(33a、33b)及第四电场控制电极对(34a、34b)周期性地施加第一传输信号G1、第二传输信号G2、第三传输信号G3及排出信号GD作为电场控制脉冲，使表面埋入区域22的消耗潜势(depletion potential)交替变化，由此在任一电荷移动路径中交替地形成朝向输送电荷的方向的电位梯度，控制为将在表面埋入区域22中产生的信号电荷的移动目的地依次设定为第一电荷蓄积区域23a、第二电荷蓄积区域23b、第三电荷蓄积区域23c及第四电荷蓄积区域23d中的任一者。另外，如图9所示，由于在周边部设置有电荷排出辅助区域27a、27b、27c、27d，因此通过将比设定电荷移动路径时使用的第一电位电平的驱动电压G1、G2、G3、GD大的第二电位电平的电荷排出脉冲施加于第一电场控制电极对(31a、31b)，能够向第一电荷排出辅助区域27a及第四电荷排出辅助区域27d排出成为由背景光等引起的对于测距的噪声电流成分的电荷。
同样地，通过对第二电场控制电极对(32a、32b)施加第二电位电平的电荷排出脉冲，能够向第二电荷排出辅助区域27b及第一电荷排出辅助区域27a排出成为对于测距的噪声电流成分的电荷，通过对第三电场控制电极对(33a、33b)施加第二电位电平的电荷排出脉冲，能够向第三电荷排出辅助区域27c及第四电荷排出辅助区域27d排出成为对于测距的噪声电流成分的电荷，通过对第四电场控制电极对(34a、34b)施加第二电位电平的电荷排出脉冲，能够向第二电荷排出辅助区域27b及第三电荷排出辅助区域27c排出成为对于测距的噪声电流成分的电荷。例如，在将驱动电压G1、G2、G3、GD的电压设为2.0V的情况下，只要将作为电荷排出脉冲的第二电位电平的电压设定为5V左右即可。
在第一实施方式的变形例所涉及的测距装置的像素中，电荷移动路径被设定为构成在受光区域的中心相互交叉的X型。在横穿各个电荷移动路径的方向上，通过利用静电感应效应进行电场控制的第一电场控制电极对(31a、31b)、第二电场控制电极对(32a、32b)、第三电场控制电极对(33a、33b)及第四电场控制电极对(34a、34b)，能够使在受光区域产生的光电子沿着构成X型的电荷移动路径向X字的四个方向通过电场控制高速移动，来进行电荷调制。
在第一实施方式的变形例所涉及的测距装置的像素中，当使在受光区域产生的电子沿着构成X字的电荷移动路径向图9的左上方向移动并穿过第一电场控制电极对(31a、31b)之间的情况下，如果将第二电场控制电极对(32a、32b)、第三电场控制电极对(33a、33b)及第四电场控制电极对(34a、34b)分别设为零偏压(接地电位GND)，并向第一电场控制电极对(31a、31b)提供驱动电压G1＝2.0V的第一电场控制脉冲G1，则沿着从电荷蓄积区域23d朝向第一电荷蓄积区域23a的左上的对角方向形成电位梯度。相反，当使在受光区域产生的电子沿着构成X字的电荷移动路径向图9的右下方向移动并穿过第四电场控制电极对(34a、34b)之间的情况下，如果将第一电场控制电极对(31a、31b)、第二电场控制电极对(32a、32b)及第三电场控制电极对(33a，33b)设为零偏压(接地电位GND)，并向第四电场控制电极对(34a、34b)提供驱动电压GD＝2.0V的第四电场控制脉冲GD，则形成朝向右下方向的电位梯度。
图10的(a)～(c)是对第一实施方式的变形例所涉及的测距装置的调整时的动作进行说明的驱动时序图。向第一电场控制电极对(31a、31b)提供的驱动脉冲G1、向第二电场控制电极对(32a、32b)提供的驱动脉冲G2及向第三电场控制电极对(33a、33b)提供的驱动脉冲G3的接通/断开周期相同，各错开蓄积时间Ta。向第四电场控制电极对(34a、34b)提供的驱动脉冲GD的接通时间比G1、G2、G3长，GD接通/断开的期间为重复周期(Tc)。如图所示，投影光与G2蓄积时间同步，在G2及G3蓄积时间之间可得到接收光的区域能够进行距离测量。G1是用于排除(抵消)背景光、暗电流等的蓄积时间，GD是用于排出光电子以防G3蓄积时间之后的接收光成为距离测量的噪声的排出栅极。
关于利用第一实施方式的变形例所涉及的测距用光电转换元件得到的估计距离L，对式(1)进行变形，如式(2)、(3)所示，由通过第一电场控制电极对(31a、31b)G1而传输及蓄积到电荷蓄积区域23a的信号电荷Q1、通过第二电场控制电极对(32a、32b)G2而传输及蓄积到电荷蓄积区域23b的信号电荷Q2及通过第三电场控制电极对(33a、33b)G3而传输及蓄积到电荷蓄积区域23c的信号电荷Q3的分配比给出：
Q2'＝Q2－Q1、Q3'＝Q3－Q1……(2)
L＝(cTo/2)(Q3'/(Q2'+Q3'))……(3)
这里，c是光速，To是脉冲光的光投影时间(脉冲宽度)。
图10的(a)～(c)所示的驱动时序图由于是到图1所示的对象物92的距离较近的情况，因此接收光的延迟时间Td非常小。在图3的步骤S13中，通过第一实施方式的变形例所涉及的测距装置的驱动，根据通过在第一电场控制电极对(31a、31b)、第二电场控制电极对(32a、32b)、第三电场控制电极对(33a、33b)及第四电场控制电极对(34a、34b)之间定义的电荷移动路径的信号电荷的差异，距离运算电路71执行使用式(2、3)计算距离的运算。距离运算电路71的距离计算的运算结果与附带信息一起暂时保存在数据存储装置72中。
在图3的步骤S14中，控制运算电路73a的设定值判定电路732将距离运算电路71的距离计算的运算结果、附带信息与阈值一起从数据存储装置72读出。设定值判定电路732针对从距离运算电路71输出的距离计算的运算结果和附带信息，进行驱动设定是否适当的判定。图10的(a)是相对于图10的(c)，由四个第一电场控制电极对(31a、31b)、第二电场控制电极对(32a、32b)、第三电场控制电极对(33a、33b)及第四电场控制电极对(34a、34b)的通/断决定的重复周期时间Tc为图10的(c)的4倍时的驱动时序图。
在图10的(a)的条件下，由驱动时序图可知，能够进行距离运算，但相比经由第二电场控制电极对(32a、32b)之间的电荷移动路径而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例，经由第三电场控制电极对(32c、32c)之间的电荷移动路径而蓄积在第三电荷蓄积区域23c中的信号电荷量的比例非常小，距离精度降低。如果以该信号电荷量的比例确定阈值，并预先保存在数据存储装置72中，则在步骤S14中，判定为图10的(a)的条件的驱动不是适当的驱动条件。或者，例如对于运算出的距离，在按各个驱动条件确定有阈值的情况下，如果将它们预先保存在数据存储装置72中，则设定值判定电路732也可以从数据存储装置72读出这些阈值，并判断光投影时间To及重复周期时间Tc是否适当。
在步骤S14中，设定值判定电路732在图10的(a)的条件下判定为NG，即在图3所示的流程图中判定为是(Yes)时，不向输出单元74输出数据。在图3所示的流程图中判定为是(Yes)的情况下，在图3的步骤S15中，缩短光投影时间To＝Tomax。接着，在步骤S16中，时间设定逻辑电路731缩短重复周期时间Tc＝Tcmax。缩短光投影时间To及重复周期时间Tc而变更了驱动方法的控制信号经由图1所示的驱动电路94被传递到发光部91及像素阵列部，在图3的步骤S13中，在图10的(b)的条件下再次测量距离。图10的(b)是重复周期时间Tc＝Tc(ib)为图10的(c)的2倍时的驱动时序图。重复周期时间Tc为2倍、4倍只不过是例示而已。重复周期时间Tc是在可以任意变化来说明驱动时序图的意义上的例示性的倍数。
由于图10的(b)的条件下，重复周期时间Tc＝Tc(ib)的一半为光投影时间To＝To(ib)且为电荷蓄积时间Ta，因此与重复周期时间Tc同步变化。另一方面，电荷传输时间Ton与重复周期时间Tc不同步，不发生变化。在图10的(b)的条件下，也能够进行距离运算，但相比通过第二电场控制电极对(32a、32b)之间而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例，通过第三电场控制电极对(33a、33b)之间而蓄积在第三电荷蓄积区域23c中的信号电荷量的比例依然较小，距离精度降低。因此，在图3的步骤S14中，设定值判定电路732判定为图10的(b)的条件下的驱动也不是适当的驱动条件。在图10的(b)的条件下判定为NG，即在图3所示的流程图中判定为是(Yes)的情况下，不向输出单元74输出数据。
在步骤S14中，设定值判定电路732在图10的(b)的条件下判定为NG的情况下，再次向控制运算电路73a发送数据。在控制运算电路73a中，在步骤S15及步骤S16中，如图10的(c)的条件所示，进一步变更为缩短光投影时间To及重复周期时间Tc的驱动，然后，再次在步骤S13中进行计算距离的运算，进行距离测量。在图10的(c)的条件下，重复周期时间Tc＝Tc(ib+1)的一半为光投影时间To＝To(ib+1)且为电荷蓄积时间Ta，因此与重复周期时间Tc同步变化。另一方面，电荷传输时间Ton与重复周期时间Tc不同步，不发生变化。在光脉冲同步型锁定像素中，多数情况下，电荷蓄积时间Ta＝光投影时间To。另外，图10的(c)是在该例中能够动作的最短的重复周期时间Tc。
在图10的(c)的条件下，由驱动时序图可知，能够进行距离运算，由于经由第二电场控制电极对(32a、32b)之间的电荷移动路径而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例与经由第三电场控制电极对(32c、32c)之间的电荷移动路径而蓄积在第三电荷蓄积区域23c中的信号电荷量的比例的差异小，因此距离精度提高。因此，在图3的步骤S14中，设定值判定电路732判断为图10的(c)的条件的驱动适当，距离图像输出控制电路734将距离计算的运算结果输出到输出单元74。此时，附带信息也可以同时输出到输出单元74。
如以图5的(a)～(c)所说明的那样，电荷蓄积时间Ta不是驱动电压G1、G2、G3的高电平的时间。其是图10的(a)～(c)所示的从在前的驱动电压GD变为低电平的时刻起到接下来的驱动电压G1变为低电平的时刻之间的时间，是从在前的驱动电压G1变为低电平的时刻起到接下来的驱动电压G2变为低电平的时刻之间的时间，或者是从在前的驱动电压G2变为低电平的时刻起到接下来的驱动电压G3变为低电平的时刻之间的时间。因此，驱动电压G1、G2、G3变为高电平的电荷传输时间Ton只要在信号电荷穿过第一电场控制电极对(31a、31b)、第二电场控制电极对(32a、32b)及第三电场控制电极对(33a，33b)的时间以上即可。
由此，在第一实施方式的变形例所涉及的测距装置的驱动调整方法中，如图10的(a)～(c)所示，驱动电压G1、G2、G3变为高电平的电荷传输时间Ton不管重复周期时间Tc如何，只要是相同的时间即可。根据第一实施方式的变形例所涉及的测距装置的驱动调整方法，相比现有驱动，精度提高，尤其若是距离传感器(测距元件)的话，距离精度提高。
如上所述，根据第一实施方式的变形例所涉及的测距装置，相比各个像素(光电转换元件)使用现有的MOS结构在纵向(垂直方向)上控制栅极电极正下方的电势的情况，由于采用的是利用横向(与电荷移动路径的方向正交)的静电感应效应的电场控制，因此电场在电荷移动路径的长距离内大致保持一定，信号电荷边维持对称性边被高速输送。因此，如果将第一实施方式的变形例所涉及的测距装置应用于TOF型距离传感器(测距元件)，则能够进行更准确的距离测量。进而，由于电荷移动路径的对称性优异，因此也难以受到制造工序中的掩模对准的偏移的影响。另外，相比现有的使用埋入式光电二极管的距离图像传感器，当然也能够使电荷移动路径的拓扑为对称性高的X型，而且能够使电荷移动路径的长度变长，进而由于实质的受光区域的面积增大，因此实现高灵敏度化。
(第二实施方式)
本发明的第二实施方式所涉及的测距装置与图1及图2所示的第一实施方式所涉及的测距装置的结构大致相同。但是，第二实施方式所涉及的测距装置的控制运算电路73a的动作的概要是按照如图11所示的流程图的动作，因此与图3所示的第一实施方式所涉及的测距装置的调整动作不同。在图11的步骤S21中，控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731将光投影时间To设定为最大值。接着，在步骤S22中，时间设定逻辑电路731将重复周期时间Tc设定为最大值。
进而，在步骤S23中，时间设定逻辑电路731将电荷传输时间Ton设定为最大值。时间设定值输出控制电路733经由图1所示的接口75将所设定的光投影时间To、重复周期时间Tc及电荷传输时间Ton作为控制信号输出到驱动电路94。根据通过驱动电路94从控制运算电路73a的时间设定值输出控制电路733提供的控制信号，从发光部91进行脉冲发光。脉冲发光例如使用近红外LD(激光二极管)、近红外LED。由对象物92反射的脉冲光通过透镜93、BPF(带通滤波器)等而照射到图1所示的像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)。
在图11的步骤S24中，像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)的各像素Xij的动作由驱动电路94控制。即，在步骤S24中，在各像素Xij中通过受光生成的电子(光电子)被控制为响应于通过驱动电路94从控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731提供的控制信号进行动作。结果，在步骤S24中，来自像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)的输出信号经由输出缓冲器97、98被送到距离运算电路71。在步骤S24中，距离运算电路71根据从像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)的各像素Xij输出的信号，进行计算距离的运算，进行距离测量。在步骤S24中，距离运算电路71进一步将距离计算的运算结果和附带信息发送到控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731。这里，所谓附带信息，例如是从各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b得到的输出数据、各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b的输出值的差分数据。
在图11的步骤S25中，控制运算电路73a的设定值判定电路732针对从距离运算电路71输出的距离计算的运算结果和附带信息，进行驱动设定是否适当的判定。在步骤S25中，设定值判定电路732判断为NG的情况下，向控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731传递数据。时间设定逻辑电路731在图11的步骤S26中缩短光投影时间To。接着，在步骤S27中，时间设定逻辑电路731缩短重复周期时间Tc。进而，在步骤S28中，时间设定逻辑电路731缩短电荷传输时间Ton。
缩短光投影时间To、重复周期时间Tc及电荷传输时间Ton而变更了驱动方法的控制信号经由图1所示的驱动电路94被传递到发光部91及像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)，在图11的步骤S24中测量距离。以下，反复进行经过步骤S24、步骤S25、步骤S26、步骤S27、步骤S28返回到步骤S24的循环处理，直到在步骤S25中设定值判定电路732判断为OK为止。然后，如果设定值判定电路732判断为OK，则在步骤S29中，控制运算电路73a的距离图像输出控制电路734向输出单元74传递数据，从输出单元74输出输出信号。
图12是举例示出第二实施方式所涉及的测距装置的驱动方法按照成为图11所示的流程图的流程的程序的命令而变化的驱动时序图的图。首先，在图11所示的流程图的步骤S21中，图2的控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731将光投影时间To设定为最大值。接着，在步骤S22中，时间设定逻辑电路731将重复周期时间Tc设定为最大值。时间设定值输出控制电路733经由图1所示的接口75将所设定的光投影时间To及重复周期时间Tc作为控制信号输出到驱动电路94，从发光部91进行脉冲发光，驱动第二实施方式所涉及的测距装置。
图12所示的对第二实施方式所涉及的测距装置的调整时的动作进行说明的驱动时序图由于是到图1所示的对象物92的距离较近的情况，因此接收光的延迟时间Td非常小。在图11的步骤S24中，通过第二实施方式所涉及的测距装置的驱动，根据通过作为分配栅极结构的第一传输栅极电极16a、第二传输栅极电极16b正下方的传输沟道的信号电荷的差异，距离运算电路71执行使用式(1)计算距离的运算。距离运算电路71的距离计算的运算结果与附带信息一起暂时保存在数据存储装置72中。这里，所谓附带信息，例如是从各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b得到的输出数据、各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b的输出值的差分数据。
在图11的步骤S25中，控制运算电路73a的设定值判定电路732将距离运算电路71的距离计算的运算结果、附带信息与阈值一起从数据存储装置72读出。设定值判定电路732针对从距离运算电路71输出的距离计算的运算结果和附带信息，进行驱动设定是否适当的判定。在图12的(a)的条件下，由驱动时序图可知，能够进行距离运算，但相比通过第一传输栅极电极16a而蓄积在第一电荷蓄积区域23a中的信号电荷量的比例，通过第二传输栅极电极16b而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例非常小，距离精度降低。
如果以该信号电荷量的比例确定阈值，并预先保存在数据存储装置72中，则在步骤S25中，判定为图12的(a)的条件的驱动不是适当的驱动条件。或者，例如对于所运算出的距离，在按各个驱动条件确定有阈值的情况下，如果将它们预先保存在数据存储装置72中，则设定值判定电路732也可以从数据存储装置72读出这些阈值，并判断光投影时间To、重复周期时间Tc及电荷传输时间Ton是否适当。
在步骤S25中，设定值判定电路732在图12的(a)的条件下判定为NG，即在图11所示的流程图中判定为是(Yes)时，不向输出单元74输出数据。在图11所示的流程图中判定为是(Yes)的情况下，在图11的步骤S26中，缩短光投影时间To。接着，在步骤S27中，时间设定逻辑电路731缩短重复周期时间Tc＝Tcmax，并缩短电荷传输时间Ton＝Tonmax。缩短光投影时间To＝Tomax、重复周期时间Tc及电荷传输时间Ton而变更了驱动方法的控制信号经由图1所示的驱动电路94被传递到发光部91及像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)，在图11的步骤S24中，在图12的(b)的条件下再次测量距离。
由于图12的(b)的条件下，重复周期时间Tc＝Tc(k)的一半为光投影时间To＝To(k)、且为电荷蓄积时间Ta，因此与重复周期时间Tc同步变化。另一方面，电荷传输时间Ton与重复周期时间Tc不同步，进行其它的变化。在第二实施方式所涉及的测距装置中，重复周期时间Tc例如从图12的(a)到图12的(b)的条件以1/2的比例减小，但电荷传输时间Ton从图12的(a)到图12的(b)的条件以70％左右的比例减小。虽然在图12的(b)的条件下也能够进行距离运算，但相比通过第一传输栅极电极16a的正下方而蓄积在第一电荷蓄积区域23a中的信号电荷量的比例，通过第二传输栅极电极16b的正下方而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例依然较小，距离精度降低。因此，在图11的步骤S25中，设定值判定电路732判定为图12的(b)的条件下的驱动也不是适当的驱动条件。在图12的(b)的条件下判定为NG，即在图11所示的流程图中判定为是(Yes)的情况下，不向输出单元74输出数据。
在步骤S25中，设定值判定电路732在图12的(b)的条件下判定为NG的情况下，再次向控制运算电路73a发送数据。在控制运算电路73a中，在步骤S26、步骤S27及步骤S28中，如图12的(c)的条件所示，进一步变更为缩短光投影时间To＝To(k)、重复周期时间Tc＝Tc(k)及电荷传输时间Ton(k)的驱动，然后，再次在步骤S24中进行计算距离的运算，进行距离测量。在图12的(c)的条件下，重复周期时间Tc＝Tc(k+1)的一半为光投影时间To＝To(k+1)、且为电荷蓄积时间Ta，因此与重复周期时间Tc同步变化。另一方面，电荷传输时间Ton与重复周期时间Tc不同步，进行其它的变化。
在第二实施方式所涉及的测距装置中，重复周期时间Tc例如从图12的(b)的条件到图12的(c)的条件以1/2的比例减小，但电荷传输时间Ton从图12的(a)到图12的(c)的条件为1/2的比例，从图12的(b)到图12的(c)的条件以70％左右的比例减小。于是，在变成最小的重复周期时间的图12的(c)的条件时，电荷传输时间Ton也设定为该元件可进行动作的最小的电荷传输时间Ton。
在图12的(c)的条件的条件下，由驱动时序图可知，能够进行距离运算，由于通过第一传输栅极电极16a的正下方而蓄积在第一电荷蓄积区域23a中的信号电荷量的比例与通过第二传输栅极电极16b的正下方而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例的差异小，因此距离精度提高。因此，在图11的步骤S25中，设定值判定电路732判断为图12的(c)的条件的驱动适当，距离图像输出控制电路734将距离计算的运算结果输出到输出单元74。此时，附带信息也可以同时输出到输出单元74。
如上所述，根据本发明的第二实施方式所涉及的测距装置，按照图11所示的流程图的步骤，能够有意地缩短作为分配栅极结构的第一传输栅极电极16a及第二传输栅极电极16b的通/断期间内的接通时间Ton。根据本发明的第二实施方式所涉及的测距装置，执行电荷分配的第一传输栅极电极16a及第二传输栅极电极16b处的快速的电压转换(通/断切换)得到缓和，因此驱动电路94的动作余地扩大，3D摄像装置的设计及制造变得容易。根据本发明的第二实施方式所涉及的测距装置，例如能够使构成3D摄像装置的像素的全局布线变细，提高各像素的开口率。进而，例如通过使驱动电路94的晶体管的结构变得细微，能够实现芯片面积的缩小。
(第二实施方式的变形例)
虽然省略了图示，但本发明的第二实施方式的变形例所涉及的测距装置的各像素与图9的俯视图所示同样，具备第一电场控制电极对(31a、31b)、第二电场控制电极对(32a、32b)、第三电场控制电极对(33a、33b)及第四电场控制电极对(34a、34b)，它们以包围受光区域的方式在关于受光区域的中心位置对称的四个位置分别相互分离地设置，并在沿X字的对角线方向延伸的电荷移动路径的两侧成对地配置。
如图13的(a)～(c)所示，第二实施方式的变形例所涉及的测距装置的像素通过对第一电场控制电极对(31a，31b)、第二电场控制电极对(32a，32b)、第三电场控制电极对(33a，33b)及第四电场控制电极对(34a，34b)周期性地施加第一传输信号G1、第二传输信号G2、第三传输信号G3及排出信号GD作为电场控制脉冲，使表面埋入区域22的消耗潜势交替变化，由此在任一电荷移动路径中交替地形成朝向输送电荷的方向的电位梯度，控制为将在表面埋入区域22中产生的信号电荷的移动目的地依次设定为第一电荷蓄积区域23a、第二电荷蓄积区域23b、第三电荷蓄积区域23c及第四电荷蓄积区域23d中的任一者。
图13的(a)～(c)所示的驱动时序图由于是到图1所示的对象物92的距离较近的情况，因此接收光的延迟时间Td非常小。在图11的步骤S21中，控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731将光投影时间To设定为最大值。接着，在步骤S22中，时间设定逻辑电路731将重复周期时间Tc设定为最大值。进而，在步骤S23中，时间设定逻辑电路731将电荷传输时间Ton设定为最大值。时间设定值输出控制电路733经由图1所示的接口75将所设定的光投影时间To、重复周期时间Tc及电荷传输时间Ton作为控制信号输出到驱动电路94。响应于通过驱动电路94从控制运算电路73a的时间设定值输出控制电路733提供的控制信号，从发光部91进行脉冲发光。
在图11的步骤S24中，像素阵列部的各像素Xij的动作由驱动电路94控制。即，在步骤S24中，在各像素Xij中通过受光生成的电子(光电子)被控制为响应于通过驱动电路94从控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731提供的控制信号进行动作。结果，在步骤S24中，来自像素阵列部的输出信号经由输出缓冲器97、98发送到距离运算电路71。在步骤S24中，距离运算电路71根据从像素阵列部的各像素Xij输出的信号，进行计算距离的运算，进行距离测量。在步骤S24中，距离运算电路71进一步将距离计算的运算结果和附带信息发送到控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731。这里，所谓附带信息，例如是从各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a、第二电荷蓄积区域23b、第三电荷蓄积区域23c及第四电荷蓄积区域23d得到的输出数据、各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a、第二电荷蓄积区域23b、第三电荷蓄积区域23c及第四电荷蓄积区域23d的输出值的差分数据。
在图11的步骤S25中，控制运算电路73a的设定值判定电路732将距离运算电路71的距离计算的运算结果、附带信息与阈值一起从数据存储装置72读出。设定值判定电路732针对从距离运算电路71输出的距离计算的运算结果和附带信息，进行驱动设定是否适当的判定。在图13的(a)的条件下，由驱动时序图可知，能够进行距离运算，但相比经由作为分配栅极结构的第二电场控制电极对(32a、32b)之间的电荷移动路径而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例，经由第三电场控制电极对(32c、32c)之间的电荷移动路径而蓄积在第三电荷蓄积区域23c中的信号电荷量的比例非常小，距离精度降低。如果以该信号电荷量的比例确定阈值，并预先保存在数据存储装置72中，则在步骤S24中，判定为图13的(a)的条件的驱动不是适当的驱动条件。或者，例如对于所运算出的距离，在按各个驱动条件确定有阈值的情况下，如果将它们预先保存在数据存储装置72中，则设定值判定电路732也可以从数据存储装置72读出这些阈值，并判断光投影时间To及重复周期时间Tc是否适当。
在步骤S25中，设定值判定电路732在图13的(a)的条件下判定为NG，即在图11所示的流程图中判定为是(Yes)时，不向输出单元74输出数据。在图11所示的流程图中判定为是(Yes)的情况下，在图11的步骤S26中，缩短光投影时间To＝Tomax。接着，在步骤S27中，时间设定逻辑电路731缩短重复周期时间Tc＝Tcmax，在步骤S28中，时间设定逻辑电路731缩短电荷传输时间Ton＝Tonmax。在第二实施方式的变形例所涉及的测距装置中，重复周期时间Tc例如从图13的(b)的条件到图13的(c)的条件以1/2的比例减小。缩短光投影时间To、重复周期时间Tc及电荷传输时间Ton而变更了驱动方法的控制信号经由图1所示的驱动电路94被传递到发光部91及像素阵列部，在图11的步骤S23中，在图13的(b)的条件下再次测量距离。图13的(b)是重复周期时间Tc＝Tc(kb)为图13的(c)的Tc(kb+1)2倍时的驱动时序图。重复周期时间Tc为2倍、4倍只不过是例示而已。重复周期时间Tc是在可以任意变化来说明驱动时序图的意义上的例示性的倍数。
即使在图13的(b)的条件的条件下，也能够进行距离运算，但相比通过第二电场控制电极对(32a、32b)之间的电荷移动路径而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例，通过第三电场控制电极对(33a、33b)之间的电荷移动路径而蓄积在第三电荷蓄积区域23c中的信号电荷量的比例依然较小，距离精度降低。因此，在图11的步骤S24中，设定值判定电路732判定为图13的(b)的条件下的驱动也不是适当的驱动条件。在图13的(b)的条件下判定为NG，即在图11所示的流程图中判定为是(Yes)的情况下，不向输出单元74输出数据。
在步骤S24中，设定值判定电路732在图13的(b)的条件下判定为NG的情况下，再次向控制运算电路73a发送数据。在控制运算电路73a中，在步骤S25及步骤S26中，如图13的(c)的条件所示，进一步变更为缩短光投影时间To＝To(kb)及重复周期时间Tc＝Tc(kb)的驱动。进而，在步骤S28中，时间设定逻辑电路731缩短电荷传输时间Ton＝Ton(kb)。电荷传输时间Ton从图13的(a)到图13的(c)的条件为1/2的比例，从图13的(b)到图13的(c)的条件以70％左右的比例减小。于是，在变为最小的重复周期时间的图13的(c)的条件时，电荷传输时间Ton＝Ton(kb+1)也设定为该元件可进行动作的最小的电荷传输时间Ton＝Tonmin。
然后，再次在步骤S24中进行计算距离的运算，进行距离测量。在图13的(c)的条件的条件下，由驱动时序图可知，能够进行距离运算，由于经由第二电场控制电极对(32a、32b)之间的电荷移动路径而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例与经由第三电场控制电极对(32c、32c)之间的电荷移动路径而蓄积在第三电荷蓄积区域23c中的信号电荷量的比例的差异小，因此距离精度提高。因此，在图11的步骤S24中，设定值判定电路732判断为图13的(c)的条件的驱动适当，距离图像输出控制电路734将距离计算的运算结果输出到输出单元74。此时，附带信息也可以同时输出到输出单元74。
如上所述，根据第二实施方式的变形例所涉及的测距装置，相比各个像素(光电转换元件)使用现有的MOS结构在纵向(垂直方向)上控制栅极电极正下方的电势的情况，由于采用的是利用横向(与电荷移动路径的方向正交)的静电感应效应的电场控制，因此电场在电荷移动路径的长距离内大致保持一定，信号电荷边维持对称性边被高速输送。因此，如果将第二实施方式的变形例所涉及的测距装置应用于TOF型距离传感器(测距元件)，则能够进行更准确的距离测量。进而，由于电荷移动路径的对称性优异，因此也难以受到制造工序中的掩模对准的偏移的影响。另外，相比现有的使用埋入式光电二极管的距离图像传感器，当然也能够使电荷移动路径的拓扑为对称性高的X型，而且能够使电荷移动路径的长度变长，进而由于实质的受光区域的面积增大，因此实现高灵敏度化。
(第三实施方式)
本发明的第三实施方式所涉及的测距装置与图1及图2所示的本发明的第一实施方式所涉及的测距装置的结构大致相同。但是，第三实施方式所涉及的测距装置的控制运算电路73a的动作的概要是按照如图11所示的流程图的动作，因此与图3所示的第一实施方式所涉及的测距装置的调整动作不同。在图11的步骤S21中，控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731将光投影时间To设定为最大值。接着，在步骤S22中，时间设定逻辑电路731将重复周期时间Tc设定为最大值。
进而，在步骤S23中，将电荷传输时间Ton设定为最大值。时间设定值输出控制电路733经由图1所示的接口75将所设定的光投影时间To＝Tomax、重复周期时间Tc＝Tcmax、电荷蓄积时间Ta及电荷传输时间Ton作为控制信号输出到驱动电路94。响应于通过驱动电路94从控制运算电路73a的时间设定值输出控制电路733提供的控制信号，从发光部91进行脉冲发光。脉冲发光例如使用近红外LD(激光二极管)、近红外LED。由对象物92反射的脉冲光通过透镜93、BPF(带通滤波器)等照射到图1所示的像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)。
在图11的步骤S24中，像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)的各像素Xij的动作由驱动电路94控制。即，在步骤S24中，在各像素Xij中通过受光生成的电子(光电子)被控制为响应于通过驱动电路94从控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731提供的控制信号进行动作。结果，在步骤S24中，来自像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)的输出信号经由输出缓冲器97、98发送到距离运算电路71。在步骤S35中，距离运算电路71根据从像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)的各像素Xij输出的信号，进行计算距离的运算，进行距离测量。在步骤S24中，距离运算电路71进一步将距离计算的运算结果和附带信息发送到控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731。这里，所谓附带信息，例如是从各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b得到的输出数据、各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b的输出值的差分数据。
在图11的步骤S25中，控制运算电路73a的设定值判定电路732针对从距离运算电路71输出的距离计算的运算结果和附带信息，进行驱动设定是否适当的判定。在步骤S25中，设定值判定电路732判断为NG的情况下，向控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731传递数据。时间设定逻辑电路731在图11的步骤S26中缩短光投影时间To。接着，在步骤S27中，时间设定逻辑电路731缩短重复周期时间Tc。
进而，在步骤S28中，时间设定逻辑电路731缩短电荷传输时间Ton。缩短光投影时间To、重复周期时间Tc、电荷蓄积时间Ta及电荷传输时间Ton而变更了驱动方法的控制信号经由图1所示的驱动电路94被传递到发光部91及像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)，在图11的步骤S24中测量距离。以下，反复进行经过步骤S24、步骤S25、步骤S26、步骤S27、步骤S28返回到步骤S24的循环处理，直到在步骤S25中设定值判定电路732判断为OK为止。然后，如果设定值判定电路732判断为OK，则在步骤S29中，控制运算电路73a的距离图像输出控制电路734向输出单元74传递数据，从输出单元74输出输出信号。
图14是举例示出第三实施方式所涉及的测距装置的驱动方法按照成为图11所示的流程图的流程的程序的命令而变化的驱动时序图的图。首先，在图11所示的流程图的步骤S21中，图2的控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731将光投影时间To设定为最大值。接着，在步骤S22中，时间设定逻辑电路731将重复周期时间Tc设定为最大值。时间设定值输出控制电路733经由图1所示的接口75将所设定的光投影时间To、电荷蓄积时间Ta及重复周期时间Tc作为控制信号输出到驱动电路94，从发光部91进行脉冲发光，驱动第三实施方式所涉及的测距装置。
图14所示的对第三实施方式所涉及的测距装置的调整时的动作进行说明的驱动时序图由于是到图1所示的对象物92的距离较近的情况，因此接收光的延迟时间Td非常小。在图11的步骤S24中，通过第三实施方式所涉及的测距装置的驱动，根据通过作为分配栅极结构的第一传输栅极电极16a、第二传输栅极电极16b正下方的传输沟道的信号电荷的差异，距离运算电路71执行使用式(1)计算距离的运算。距离运算电路71的距离计算的运算结果与附带信息一起暂时保存在数据存储装置72中。这里，所谓附带信息，例如是从各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b得到的输出数据、各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b的输出值的差分数据。
在图11的步骤S25中，控制运算电路73a的设定值判定电路732将距离运算电路71的距离计算的运算结果、附带信息与阈值一起从数据存储装置72读出。设定值判定电路732针对从距离运算电路71输出的距离计算的运算结果和附带信息，进行驱动设定是否适当的判定。在图14的(a)的条件下，由驱动时序图可知，能够进行距离运算，但相比通过第一传输栅极电极16a而蓄积在第一电荷蓄积区域23a中的信号电荷量的比例，通过第二传输栅极电极16b而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例非常小，距离精度降低。
如果以该信号电荷量的比例确定阈值，并预先保存在数据存储装置72中，则在步骤S25中，判定为图14的(a)的条件的驱动不是适当的驱动条件。或者，例如对于所运算出的距离，在按各个驱动条件确定有阈值的情况下，如果将它们预先保存在数据存储装置72中，则设定值判定电路732也可以从数据存储装置72读出这些阈值，并判断光投影时间To、重复周期时间Tc、电荷蓄积时间Ta及电荷传输时间Ton是否适当。
在步骤S25中，设定值判定电路732在图14的(a)的条件下判定为NG，即在图11所示的流程图中判定为是(Yes)时，不向输出单元74输出数据。在图11所示的流程图中判定为是(Yes)的情况下，在图11的步骤S26中，缩短光投影时间To＝Tomax。接着，在步骤S27中，时间设定逻辑电路731缩短重复周期时间Tc＝Tcmax。缩短光投影时间To、重复周期时间Tc、电荷蓄积时间Ta及电荷传输时间Ton而变更了驱动方法的控制信号经由图1所示的驱动电路94被传递到发光部91及像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)，在图11的步骤S25中，在图14的(b)的条件下再次测量距离。
由于图14的(b)的条件下，重复周期时间Tc＝Tc(n)的一半为光投影时间To＝To(n)、且为电荷蓄积时间Ta＝Ta(n)，因此与重复周期时间Tc同步变化。另一方面，电荷传输时间Ton与重复周期时间Tc不同步，进行其它的变化。在第三实施方式所涉及的测距装置中，重复周期时间Tc例如从图14的(a)到图14的(b)的条件以1/2的比例减小，但电荷传输时间Ton从图14的(a)到图14的(b)的条件以Toff时间不变化的方式增加。
即使在图14的(b)的条件下，也能够进行距离运算，但相比通过第一传输栅极电极16a的正下方而蓄积在第一电荷蓄积区域23a中的信号电荷量的比例，通过第二传输栅极电极16b的正下方而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例依然较小，距离精度降低。因此，在图14的步骤S36中，设定值判定电路732判定为图14的(b)的条件下的驱动也不是适当的驱动条件。在图14的(b)的条件下判定为NG，即在图14所示的流程图中判定为是(Yes)的情况下，不向输出单元74输出数据。
在步骤S25中，设定值判定电路732在图14的(b)的条件下判定为NG的情况下，再次向控制运算电路73a发送数据。在控制运算电路73a中，在步骤S26及步骤S27中，如图14的(c)的条件所示，进一步变更为缩短光投影时间To、电荷蓄积时间Ta及重复周期时间Tc的驱动，然后，再次在步骤S24中进行计算距离的运算，进行距离测量。在图14的(c)的条件下，由于重复周期时间Tc＝Tc(n+1)的一半为光投影时间To、且为电荷蓄积时间Ta＝Ta(n+1)，因此与重复周期时间Tc同步变化。另一方面，电荷传输时间Ton与重复周期时间Tc不同步，进行其它的变化。
在第三实施方式所涉及的测距装置中，重复周期时间Tc例如从图14的(b)的条件到图14的(c)的条件以1/2的比例减小，但电荷传输时间Ton以Toff时间不发生变化的方式增加。于是，在变成最小的重复周期时间的图14的(c)的条件时，电荷传输时间Ton也设定为该元件可进行动作的最小的电荷传输时间Ton。
在图14的(c)的条件的条件下，由驱动时序图可知，能够进行距离运算，由于通过第一传输栅极电极16a的正下方而蓄积在第一电荷蓄积区域23a中的信号电荷量的比例与通过第二传输栅极电极16b的正下方而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例的差异小，因此距离精度提高。因此，在图14的步骤S36中，设定值判定电路732判断为图14的(c)的条件的驱动适当，距离图像输出控制电路734将距离计算的运算结果输出到输出单元74。此时，附带信息也可以同时输出到输出单元74。
(第四实施方式)
本发明的第四实施方式所涉及的检查调整装置实施构成测距装置的主要部分的3D摄像装置的出厂前检查、出厂后的校准时的调整，改善依据制造工序的偏差等的3D摄像装置的驱动条件，进行3D摄像装置的特性的调整、其设定。如图15所示，3D摄像装置是将像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)和***电路部(94～96、99、NC 1～NCm)集成在同一半导体芯片6之上而得的结构。
如图15所示，在作为检查或调整的对象的3D摄像装置的像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)中，多个像素Xij(i＝1～m；j＝1～n；m、n分别是2以上的正整数。)呈二维矩阵状地排列，构成方形的摄像区域，这一点与图1所示的结构大体上同样。另外，在该像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)的上边部有驱动电路94，在下边部有水平移位寄存器96分别沿像素行X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm方向设置，在像素阵列部的右边部沿像素列X11～Xn1；X12～Xn2；……；X1j～Xnj；……；X1m～Xnm方向设置有垂直移位寄存器及垂直扫描电路95。在驱动电路94上连接有发出各像素Xij进行距离测量所需的光的发光部91。在成为检查或调整的对象的半导体芯片6之上的驱动电路94上连接有存储从检查调整装置7发送来的调整数据的调整数据存储装置99。
对驱动电路94进行控制的控制信号经由接口75从检查调整装置7的控制运算电路73b传递到集成在半导体芯片6上的调整数据存储装置99。存储有命令控制运算电路73b的动作的程序的程序存储装置76和存储控制运算电路73b中的逻辑运算所需的数据、阈值等的数据存储装置72与控制运算电路73b连接。数据存储装置72上经由总线736连接有输出差运算电路738。输出差运算电路738进行控制，使得来自像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)的输出信号经由输出缓冲器97、98输入。实施作为分配栅极结构的第一传输栅极电极16a侧的输出值与第二传输栅极电极16b侧的输出值的输出差的运算所需的运算处理的输出差运算电路738经由总线736连接。需要指出，在图15中，就像将像素Xnj的内部结构作为框图示意性地例示的那样，各个像素Xij包括具备光电转换元件和信号电荷传输部的光电转换传输部81及源极跟随型的读出放大电路82等。
通过驱动电路94、水平移位寄存器96、垂直移位寄存器及垂直扫描电路95依次扫描像素阵列部内的像素Xij，执行像素信号的读出、电子快门动作，这一点与通常的3D摄像装置同样。即，在成为本发明的第四实施方式所涉及的检查调整装置的检查或调整的对称的3D摄像装置中，构成为通过以各像素行X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm为单位在垂直方向上扫描像素阵列部，从而通过对各像素列X11～Xn1；X12～Xn2；……；X1j～Xnj；……；X1m～Xnm设置的垂直输出信号线读出各像素行X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm的像素信号。
需要指出，构成图15所示的检查调整装置7的输出差运算电路738、接口75和77、控制运算电路73b、程序存储装置76及数据存储装置72可以是单片集成于同一半导体芯片的结构，也可以分割集成于多个芯片。进而，也可以是搭载于不同的基板的混合集成电路、模块等的结构。是单片集成还是选用混合的结构是根据设计规格而定的单纯的设计事项，但从装置的小型化而言，优选单片集成结构。
例如，在后述的照相机中搭载在第四实施方式中作为检查或调整的对象进行说明的3D摄像装置45a的情况下，也可以将图15所示的控制运算电路73b并入搭载图31所示的3D摄像装置45a的芯片搭载基板(封装基板)46，从而能够作为照相机的操作的一部分进行调整。为了能够作为照相机的操作的一部分而调整3D摄像装置45a的特性，也可以将图15所示的控制运算电路73b作为图31所示的定时发生器(TG)51、驱动部52、控制部53中任一者的一部分并入。在应用于照相机的情况下，也可以使图31所示的闪光灯装置62具有图15所示的发光部91的功能，通过从闪光灯装置62进行测距用的发光，来调整3D摄像装置45a的特性。
在通过第四实施方式所涉及的检查调整装置进行构成测距装置的主要部分的3D摄像装置的出厂前检查、出厂后的校准时的调整时，经由接口75及77将检查调整装置7与半导体芯片6连接。用于传输来自集成在半导体芯片6上的各像素X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm各自的光电二极管的信号电荷的传输信号TX1、TX2因来自检查调整装置7的驱动信号而从驱动电路94被同时提供给全部像素X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm。来自驱动电路94的驱动信号由于是高频率的信号，因此在该期间会产生开关噪声。因此，从像素部的信号读出在噪声处理电路NC1～NCm的处理结束后设置读出期间来进行。
如图16的逻辑框图所示，控制运算电路73b具备时间设定逻辑电路731、输出差判定电路737、时间设定值输出控制电路733、输出差运算电路738及顺序控制电路735作为硬件资源。时间设定逻辑电路731设定重复周期时间Tc、光投影时间To、电荷蓄积时间Ta及电荷传输时间Ton等值，或者根据输出差判定电路737的输出信号，时间设定逻辑电路731是适当变更重复周期时间Tc、光投影时间To、电荷蓄积时间Ta及电荷传输时间Ton等值的逻辑电路。
输出差判定电路737是判定第一传输栅极电极16a侧的输出值与第二传输栅极电极16b侧的输出值的由输出差运算电路738计算出的输出差是否超过预先保存在数据存储装置72中的阈值，并将判定结果输出到时间设定逻辑电路731的逻辑电路。时间设定值输出控制电路733是使时间设定逻辑电路731设定或变更后的重复周期时间Tc、光投影时间To、电荷蓄积时间Ta及电荷传输时间Ton等作为控制信号经由接口75输出到调整数据存储装置99的逻辑电路。
图16所示的顺序控制电路735是依据时钟信号依次对时间设定逻辑电路731、输出差判定电路737、时间设定值输出控制电路733、输出差运算电路738、接口75、程序存储装置76及数据存储装置72各自的动作进行顺序控制的逻辑电路。时间设定逻辑电路731、输出差判定电路737、时间设定值输出控制电路733、输出差运算电路738及顺序控制电路735分别能够经由总线736b进行信息的收发。在构成图15所示的检查调整装置7的计算机***中，数据存储装置72也可以是从包括多个寄存器、多个高速缓冲存储器、主存储装置、辅助存储装置的一组中适当选择的任意组合。虽然省略了图示，但在数据存储装置72中包括多个寄存器的情况等下，总线736b也可以延长到接口75、程序存储装置76及数据存储装置72等。
图16所示的控制运算电路73b可以使用作为微芯片安装的MPU等构成计算机***。另外，作为构成计算机***的控制运算电路73b，也可以使用强化算术运算功能并专用于信号处理的DSP、搭载有存储器、***电路并以控制并入设备为目的的微控制器(微机)等。或者，也可以将当前的通用计算机的主CPU用于控制运算电路73b。进而，控制运算电路73b的一部分结构或全部结构也可以由FPGA那样的PLD构成。
在由PLD构成控制运算电路73b的一部分或全部的情况下，数据存储装置72可以作为构成PLD的逻辑块的一部分中包括的存储块等存储要素而构成。进而，控制运算电路73b也可以是将CPU内核式的阵列和PLD式的可编程的内核搭载于相同芯片的结构。该CPU内核式的阵列包括预先搭载在PLD内部的硬核CPU和使用PLD的逻辑块构成的软核CPU。也就是说，也可以是在PLD的内部使软件处理和硬件处理混合存在的结构。
第四实施方式所涉及的检查调整装置的动作的概要可以用如图19所示的流程图的流程步骤来进行说明。在图19的步骤S51中，构成检查调整装置7的控制运算电路73b的时间设定逻辑电路731将重复周期时间Tc设定为规定的检查调整值，在步骤S52中将电荷蓄积时间Ta设定为规定的检查调整值。进而，在步骤S53中，将第一传输栅极电极16a的电荷传输时间Ton1及第二传输栅极电极16b的电荷传输时间Ton2设定为相同。时间设定值输出控制电路733经由图15所示的接口75及调整数据存储装置99将所设定的电荷蓄积时间Ta、重复周期时间Tc及电荷传输时间Ton1＝Ton2＝Ton作为控制信号输出到驱动电路94。
响应于通过驱动电路94从控制运算电路73b的时间设定值输出控制电路733提供的控制信号，从发光部91投影如图20的上段所示的恒定光(连续光)。由对象物92反射的恒定光通过透镜93、BPF(带通滤波器)等照射到图15所示的被检查对象的像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)。需要指出，来自发光部91的投影光也可以是脉冲光，但在以下的说明中，设为恒定光进行说明。另外，也可以不从发光部91发光，而由像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)接收亮度箱等的均匀光。
在图19的步骤S54中，被检查对象的像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)的各像素Xij的动作由驱动电路94控制。即，在步骤S54中，在各像素Xij中通过受光生成的电子(光电子)被控制为响应于通过驱动电路94从控制运算电路73b的时间设定逻辑电路731提供的控制信号进行动作。结果，在步骤S54中，来自像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)的输出信号经由输出缓冲器97、98发送到输出差运算电路738。在步骤S54中，输出差运算电路738根据从像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)的各像素Xij输出的信号，进行求出第一传输栅极电极16a侧的输出值与第二传输栅极电极16b侧的输出值的输出差的运算。在步骤S54中，输出差运算电路738将求出第一传输栅极电极16a侧的输出值与第二传输栅极电极16b侧的输出值的差分的运算结果发送到控制运算电路73b的时间设定逻辑电路731。
在图19的步骤S55中，控制运算电路73b的输出差判定电路737针对从输出差运算电路738发送的输出差的运算结果，进行驱动设定是否适当的判定。在步骤S55中，输出差判定电路737判断为NG的情况下，向控制运算电路73b的时间设定逻辑电路731传递数据。时间设定逻辑电路731在图19的步骤S56中，时间设定逻辑电路731仅将第一传输栅极电极16a的电荷传输时间Ton1设定为比初始设定的电荷传输时间Ton长。使用变更后的电荷传输时间Ton1>Ton2＝Ton而变更了驱动方法的控制信号经由调整数据存储装置99发送到驱动电路94。
根据变更后的控制信号，在图19的步骤S54中，测量像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)的第一传输栅极电极16a侧的输出值与第二传输栅极电极16b侧的输出值的输出差。以下，反复进行经过步骤S54、步骤S55、步骤S56返回步骤S54的循环处理，直到在步骤S55中输出差判定电路737判断为OK为止。然后，如果输出差判定电路737判断为OK，则图19所示的流程图的处理结束。如此，能够实现构成成为检查/调整对象的测距装置的主要部分的3D摄像装置的出厂前检查、出厂后的校准时的调整。变更后的驱动电路94的控制信号保存在调整数据存储装置99中。
图17中示出作为3D摄像装置的像素Xij发挥功能的测距元件的剖面结构的一个例子，该3D摄像装置构成成为第四实施方式所涉及的检查调整装置的检查/调整对象的测距装置的主要部分。在图17的中央所示的受光区域的两侧配置有交替分送在受光区域中进行光电转换而得到的信号电荷的第一传输栅极电极16a及第二传输栅极电极16b。该第一传输栅极电极16a及第二传输栅极电极16b的配置存在由于光刻工序中的掩模对准的偏移等引起的制造工序的偏差而导致成为非对称的剖面结构的危险。图17举例示出这样的非对称的结构。
在图17所示的剖面结构中，举例示出了p型的半导体基板19、配置在半导体基板19之上的由p型的半导体层构成的功能基体层20以及配置在功能基体层20之上的n型的表面埋入区域22。由包含于中央部的受光区域的位置的栅极绝缘膜33、表面埋入区域22、功能基体层20和半导体基板19构成光电转换元件的物理骨架结构。位于受光区域的p型的功能基体层20的一部分作为光电转换元件的信号电荷生成区域发挥功能。在信号电荷生成区域生成的载流子(电子)被注入信号电荷生成区域正上方的表面埋入区域22的局部。
栅极绝缘膜33从受光区域的正下方延伸到左右的第一传输栅极电极16a及第二传输栅极电极16b之下，表面埋入区域22以从受光区域的正下方左右延伸到第一传输栅极电极16a的左侧端部及第二传输栅极电极16b的右侧端部之下的方式配置在该栅极绝缘膜33之下。于是，蓄积通过第一传输栅极电极16a传输的信号电荷的第一电荷蓄积区域23a作为浮置漏极区域配置在图17的右侧。同样地，蓄积通过第二传输栅极电极16b传输的信号电荷的第二电荷蓄积区域23b作为浮置漏极区域配置在图17的左侧。
在图17所示的剖面结构中，与位于受光区域的表面埋入区域22的右侧相邻的功能基体层20的表面侧的区域作为传输长度l1的第一传输沟道发挥功能。相比该第一传输沟道的传输长度l1，与位于受光区域的表面埋入区域22的左侧相邻的功能基体层20的表面侧的区域的第二传输沟道的传输长度l2更短(l1>l2)。于是，第一传输栅极电极16a及第二传输栅极电极16b隔着分别形成在该第一及第二传输沟道上部的栅极绝缘膜33对第一及第二传输沟道的电位进行静电控制。通过该静电控制，信号电荷经由第一及第二传输沟道被交替地分别传输到n型的第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b。第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b分别是杂质密度比表面埋入区域22高的半导体区域。
向形成在栅极绝缘膜33上的第一传输栅极电极16a提供图19的第一传输信号TX1，向第二传输栅极电极16b提供第二传输信号TX2。例如，在向第一传输栅极电极16a提供第一传输信号TX1＝3.3V(VDD)，向第二传输栅极电极16b提供第二传输信号TX2＝0V(GND)时，通过形成在表面埋入区域22中的电位分布，由光信号生成的电子被传输到右侧的电荷蓄积区域23a。反之，在向第一传输栅极电极16a提供第一传输信号TX1＝0V(GND)，向第二传输栅极电极16b提供第二传输信号TX2＝3.3V(VDD)时，由光信号生成的电子被传输到左侧的电荷蓄积区域23b。
如第一实施方式的图4所示，第一传输栅极电极16a、第二传输栅极电极16b准确地形成对称结构，通过第一传输栅极电极16a、第二传输栅极电极16b正下方的传输沟道的信号电荷没有差异，第一传输栅极电极16a侧的输出值与第二传输栅极电极16b侧的输出值没有输出差的状态是理想的。但是，在实际的制造工序的现场，如图17所示，例如由于制造工艺的偏差，会发生第一传输栅极电极16a、第二传输栅极电极16b没有准确地形成对称结构的情况。
在这种情况下，如图18的(a)所示，与第一传输栅极电极16a正下方的第一传输沟道的传输长度l1对应的实际有效的势垒的厚度比与第二传输栅极电极16b正下方的第二传输沟道的传输长度l2对应的实际有效的势垒的厚度厚。结果，相比图18的(b)所示的第一传输栅极电极16a正下方的第一传输沟道变成导通状态后的朝向右下方的电势的斜率，图18的(c)所示的第二传输栅极电极16b正下方的第二传输沟道变成导通状态后的朝向左下方的电势的斜率更陡。因此，在第一传输沟道中传输的信号电荷的传输速度比第二传输沟道的传输速度慢。
而且，由于第一传输沟道的传输长度l1比第二传输沟道的传输长度l2长(l1>l2)，因此在第一传输沟道中传输的信号电荷的传输时间比在第二传输沟道中传输的信号电荷的传输时间长。如此一来，由于制造工艺的偏差，通过第一传输栅极电极16a、第二传输栅极电极16b正下方的传输沟道的信号电荷的量产生差异，因此第一传输栅极电极16a侧的输出值与第二传输栅极电极16b侧的输出值的输出差增大。
图20是举例示出驱动方法按照成为图19所示的流程图的流程的程序的命令而变化的驱动时序图的图。首先，在图19所示的流程图的步骤S51中，图16的控制运算电路73b的时间设定逻辑电路731将重复周期时间Tc设定为作为默认值而选择的规定的检查调整值。接着，在步骤S52中，时间设定逻辑电路731将电荷蓄积时间Ta设定为规定的检查调整值。进而，在步骤S53中，将第一传输栅极电极16a的电荷传输时间Ton1及第二传输栅极电极16b的电荷传输时间Ton2设定为相同。时间设定值输出控制电路733经由图15所示的接口75及调整数据存储装置99将所设定的电荷蓄积时间Ta、重复周期时间Tc及电荷传输时间Ton1＝Ton2＝Ton作为控制信号输出到驱动电路94。如图20的上段所示，驱动电路94使得从发光部91发出恒定光，驱动第四实施方式所涉及的检查调整装置。
在图19的步骤S54中，通过第四实施方式所涉及的检查调整装置的驱动，根据通过第一传输栅极电极16a、第二传输栅极电极16b正下方的传输沟道的信号电荷的差异，第一传输栅极电极16a侧的输出值与第二传输栅极电极16b侧的输出值的输出差运算电路738执行求出第一传输栅极电极16a侧的输出值与第二传输栅极电极16b侧的输出值的差分的运算。输出差运算电路738所运算出的输出值的差分数据暂时保存在数据存储装置72中。
接着，关于各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a的输出值与第二电荷蓄积区域23b的输出值的差分数据，在步骤S55中，由输出差判定电路737进行判定。即，在步骤S55中，控制运算电路73b的输出差判定电路737将输出值的差分数据与阈值一起从数据存储装置72读出。输出差判定电路737针对输出差运算电路738运算出的输出值的差分数据，进行最开始设定的默认的驱动设定是否适当的判定。在步骤S55中，如果各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b的输出值的差分数据比所设定的阈值大，则判定为是(Yes)，如果小，则判定为否(NO)。
在图20的(a)的驱动时序图所示的条件在步骤S55的判断中被判定为是(Yes)的情况下，顺序控制电路735使之进入图20的步骤S56。在步骤S56中，时间设定逻辑电路731变更为使一方、例如图20的(b)的驱动时序图所示的第一传输栅极电极16a侧的电荷传输时间Ton1稍微延长的驱动。时间设定值输出控制电路733经由图15所示的接口75及调整数据存储装置99将变更后的电荷传输时间Ton1(m)、Ton2(m)作为控制信号输出到驱动电路94，再次返回到步骤S54。在步骤S54中，输出差运算电路738再次进行第一传输栅极电极16a侧的输出值与第二传输栅极电极16b侧的输出值的输出差的测量。需要指出，延长的一方在通过第一传输栅极电极16a、第二传输栅极电极16b正下方的传输沟道的信号电荷中主要选择输出较小的一侧，但也可以相反。
输出差运算电路738运算出的输出值的差分数据暂时保存在数据存储装置72中。在步骤S55中，控制运算电路73b的输出差判定电路737将输出值的差分数据与阈值一起从数据存储装置72读出。输出差判定电路737针对输出差运算电路738所运算出的输出值的差分数据，进行在步骤S56中时间设定逻辑电路731变更后的、图20的(b)的驱动时序图所示的驱动设定是否适当的判定。如果各像素Xij的第一电荷蓄积区域23a及第二电荷蓄积区域23b的输出值的差分数据比所设定的阈值大，则在步骤S55中判定为是(Yes)，如果小，则在步骤S55中判定为否(NO)。
在图20的(b)的驱动时序图所示的驱动设定在步骤S55的判断中被判定为是(Yes)的情况下，顺序控制电路735使之进入步骤S56。在步骤S56中，时间设定逻辑电路731变更为使一方、例如图20的(c)的驱动时序图所示的第一传输栅极电极16a侧的电荷传输时间Ton1稍微延长的驱动。时间设定值输出控制电路733经由图15所示的接口75及调整数据存储装置99将变更后的电荷传输时间Ton1(m+1)、Ton2(m+1)作为控制信号输出到驱动电路94，再次返回到步骤S54。在步骤S54中，输出差运算电路738再次进行第一传输栅极电极16a侧的输出值与第二传输栅极电极16b侧的输出值的输出差的测量。输出差运算电路738运算出的输出值的差分数据暂时保存在数据存储装置72中。
在步骤S55中，控制运算电路73b的输出差判定电路737将输出值的差分数据与阈值一起从数据存储装置72读出。输出差判定电路737针对输出差运算电路738所运算出的输出值的差分数据，进行在步骤S56中时间设定逻辑电路731变更后的、图20的(c)的驱动时序图所示的驱动设定是否适当的判定。在图20的(c)的驱动时序图所示的驱动设定被判定为OK，即在步骤S55中判定为否(NO)的情况下，电荷传输时间Ton的设定完成，保存在调整数据存储装置99中的数据被存储。由此，3D摄像装置的出厂前检查、出厂后的校准时的调整完成。
根据第四实施方式所涉及的检查调整装置，相比现有的3D摄像装置的驱动方法，精度提高，特别是距离传感器(测距元件)的距离精度提高。另外，即使存在3D摄像装置的制造偏差等，3D摄像装置也能够高精度地进行动作，还能够同时实现3D摄像装置的制造余地增大。需要指出，在图17中，对将具有两个传输栅极电极的3D摄像装置作为检查/调整对象的例子进行了说明，但在将具有三个传输栅极电极的3D摄像装置作为检查/调整对象的情况下也同样能够实施。更一般而言，在将N设为2以上的正整数，将具有N个传输栅极电极的3D摄像装置作为检查/调整对象的情况下，也同样能够实施。
(第四实施方式的第一变形例)
图21的(a)～(c)是对本发明的第四实施方式的第一变形例所涉及的测距装置的调整时的动作进行说明的图，是进一步调整在第四实施方式中进行了电荷传输时间Ton的设定后的第四实施方式所涉及的测距装置的情况。图21的(c)的驱动时序图与第四实施方式的图20的(c)所示的对3D摄像装置进行了检查及调整时的驱动时序图相同。图21的(a)是重复周期时间Tc为图21的(c)的4倍时的驱动时序图。图21的(a)由于是到图1或图15所示的对象物92的距离较近的情况，因此接收光的延迟时间Td非常小。在第一实施方式所涉及的测距装置中说明的图3的流程图的步骤S11中，图2的控制运算电路73a的时间设定逻辑电路731将光投影时间To设定为最大值。在光脉冲同步型锁定像素中，多数情况下，电荷蓄积时间Ta＝光投影时间To，因此电荷蓄积时间Ta也同样设定为最大值。
接着，在步骤S12中，时间设定逻辑电路731将重复周期时间Tc设定为最大值。时间设定值输出控制电路733经由图1所示的接口75将所设定的光投影时间To及重复周期时间Tc作为控制信号输出到驱动电路94，从发光部91进行脉冲发光，驱动第一实施方式所涉及的测距装置。在第一实施方式所涉及的测距装置的调整动作中说明的图3的步骤S13中，根据通过作为分配栅极结构的第一传输栅极电极16a、第二传输栅极电极16b正下方的传输沟道的信号电荷的差异，距离运算电路71执行使用式(1)计算距离的运算。距离运算电路71的距离计算的运算结果暂时保存在数据存储装置72中。
在图3的步骤S14中，控制运算电路73a的设定值判定电路732将距离运算电路71的距离计算的运算结果与阈值一起从数据存储装置72读出。设定值判定电路732针对从距离运算电路71输出的距离计算的运算结果，进行驱动设定是否适当的判定。在图21的(a)的条件下，由驱动时序图可知，能够进行距离运算，但相比通过第一传输栅极电极16a而蓄积在第一电荷蓄积区域23a中的信号电荷量的比例，通过第二传输栅极电极16b而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例非常小，距离精度降低。如果以该信号电荷量的比例确定阈值，并预先保存在数据存储装置72中，则在步骤S14中，判定为图21的(a)的条件的驱动不是适当的驱动条件。
在步骤S14中，设定值判定电路732在图21的(a)的条件下判定为NG，即在图3所示的流程图中判定为是(Yes)时，不向输出单元74输出数据。在图3所示的流程图中判定为是(Yes)的情况下，在图3的步骤S15中，缩短光投影时间To。接着，在步骤S16中，时间设定逻辑电路731缩短重复周期时间Tc。缩短光投影时间To及重复周期时间Tc而变更了驱动方法的控制信号经由图1所示的驱动电路94被传递到发光部91及像素阵列部(X11～X1m；X21～X2m；……；Xn1～Xnm)，在图3的步骤S13中，在图21的(b)的条件下再次测量距离。
图21的(b)是重复周期时间Tc为图21的(c)的2倍时的驱动时序图。即，由于图21的(b)的条件下，重复周期时间Tc的一半为光投影时间To、且为电荷蓄积时间Ta，因此与重复周期时间Tc同步变化。另一方面，电荷传输时间Ton由于已经是在第四实施方式中进行了依据3D摄像装置的制造偏差的图案布局的非对称的校正之后，因此与重复周期时间Tc不同步，不发生变化。在图21的(b)的条件下也能够进行距离运算，但相比通过第一传输栅极电极16a的正下方而蓄积在第一电荷蓄积区域23a中的信号电荷量的比例，通过第二传输栅极电极16b的正下方而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例依然较小，距离精度降低。因此，在图3的步骤S14中，设定值判定电路732判定为图21的(b)的条件下的驱动也不是适当的驱动条件。在图21的(b)的条件下判定为NG，即在图3所示的流程图中判定为是(Yes)的情况下，不向输出单元74输出数据。
在步骤S14中，设定值判定电路732在图21的(b)的条件下判定为NG的情况下，再次向控制运算电路73a发送数据。在控制运算电路73a中，在步骤S15及步骤S16中，如图21的(c)的条件所示，进一步变更为缩短光投影时间To及重复周期时间Tc的驱动，然后，再次在步骤S13中进行计算距离的运算，进行距离测量。在图21的(c)的条件下，重复周期时间Tc的一半为光投影时间To、且为电荷蓄积时间Ta，因此与重复周期时间Tc同步变化。另一方面，电荷传输时间Ton由于已经是在第四实施方式中的检查/调整中进行了非对称的校正之后，因此不与重复周期时间Tc同步地变化。另外，这里，图21的(c)的条件的条件是能够设定的最小的重复周期时间Tc。
在图21的(c)的条件的条件下，由驱动时序图可知，能够进行距离运算，由于通过第一传输栅极电极16a的正下方而蓄积在第一电荷蓄积区域23a中的信号电荷量、通过第二传输栅极电极16b的正下方而蓄积在第二电荷蓄积区域23b中的信号电荷量的比例的差异小，因此距离精度提高。因此，在图3的步骤S14中，设定值判定电路732判断为图21的(c)的条件的驱动适当，距离图像输出控制电路734将距离计算的运算结果输出到输出单元74。需要指出，如图21的驱动时序图所示的将重复周期时间Tc变更为2倍、4倍的步骤、结构只不过是例示而已。是使重复周期时间Tc发生了变化时的驱动时序图的意思，并不限于2倍、4倍。
另外，图21的(c)是在第四实施方式的第一变形例中可进行动作的最短的重复周期时间Tc。在TOF型距离传感器(测距元件)中，通过延长重复周期时间Tc，能够进行更长距离的测量。因此，接收光的延迟时间Td从图21的(c)向图21的(b)进一步到图21的(a)依次增大。电荷传输时间Ton通过与第四实施方式所涉及的检查调整装置同样的方法进行了调整设定。在第四实施方式的第一变形例所涉及的测距装置中，也与重复周期时间Tc无关，只要是相同的时间即可，因此在图21的(c)～图21的(a)中，作为已经设定的电荷传输时间Ton1(m+1)、Ton2(m+1)，假设分别为一定的值。
根据第四实施方式的第一变形例所涉及的测距装置，相比现有驱动，3D摄像装置的精度提高，尤其若是距离传感器(测距元件)的话，距离精度提高。进而，按第四实施方式中说明的步骤，将电荷传输时间Ton1(m+1)及电荷传输时间Ton2(m+1)分别设定为不同的时间，从而也能够同时实现3D摄像装置的制造余地增大。
(第四实施方式的第二变形例)
图22的(a)～(c)是对本发明的第四实施方式的第二变形例所涉及的测距装置的调整时的动作进行说明的驱动时序图。图22的(c)与示出第四实施方式中检查/调整完成的状态的图20的(c)的驱动时序图相同。图22的(a)是重复周期时间Tc为图22的(c)的4倍时的驱动时序图。图22的(b)是重复周期时间Tc为图22的(c)的2倍时的驱动时序图。重复周期时间Tc为2倍、4倍只不过是例示而已。是重复周期时间Tc可以任意变更的意思，并不限于2倍、4倍。这里，在光脉冲同步型锁定像素中，多数情况下，电荷蓄积时间Ta＝光投影时间To。另外，图22的(c)是在第四实施方式的第二变形例所涉及的测距装置中可进行动作的最短的重复周期时间Tc。
在TOF型距离传感器(测距元件)中，通过延长重复周期时间Tc，能够进行更长距离的测量。因此，在第四实施方式的第二变形例所涉及的测距装置中，接收光的延迟时间Td从图22的(c)向图22的(b)进一步到图22的(a)依次增大。与图21的(a)～(c)所示的第四实施方式的第一变形例所涉及的测距装置的调整动作的不同点在于，第一传输信号TX1及第二传输信号TX2的高电平时间Ton不管重复周期时间Tc如何，均不相同，并且与重复周期时间Tc的大小匹配地逐渐增大。例如若延长重复周期时间Tc，则曝光量增加，蓄积在受光区域中等待作为分配栅极结构的第一传输栅极电极16a及第二传输栅极电极16b正下方的传输沟道变为导通状态的电荷量增加的情况较多。为了应对这一点，只要稍微延长电荷传输时间Ton即可。
需要指出，在图22的(a)及(b)中，以相对于重复周期时间Tc大致成比例的方式使电荷传输时间Ton变化，例如只要按每当重复周期时间Tc变为4倍时，使第一传输信号TX1及第二传输信号TX2的高电平时间Ton增加到2倍这样的阶段性的增加方法或其它各种方法来增加即可。另外，关于图22的(a)及(b)中的第一传输信号TX1及第二传输信号TX2的高电平时间Ton的长度的上限，即使使重复周期时间Tc发生变化，第一传输信号TX1及第二传输信号TX2也相互使偏移时间Toff设定为相同。
根据第四实施方式的第二变形例所涉及的测距装置的调整动作，相比现有的3D摄像装置的驱动，精度提高，特别是在距离传感器(测距元件)的情况下，不仅距离精度提高，而且通过将第一传输信号TX1及第二传输信号TX2的高电平期间分别设定为不同的时间，也可以同时实现制造余地增大。
(第四实施方式的第三变形例)
图23的(a)～(c)是示出本发明的第四实施方式的第三变形例所涉及的测距装置的调整动作的驱动时序图。图23的(c)是将在图21的(a)～(c)中说明的第四实施方式的第一变形例应用于三抽头的结构的图。图23的(a)是重复周期时间Tc为图23的(c)的4倍时的驱动时序图。图23的(b)是重复周期时间Tc为图23的(c)的2倍时的驱动时序图。重复周期时间Tc为2倍、4倍只不过是例示而已。是重复周期时间Tc可以任意变更的意思，并不限于2倍、4倍。这里，在光脉冲同步型锁定像素中，多数情况下，电荷蓄积时间Ta＝光投影时间To。图23的(c)是在该例中可进行动作的最短的重复周期时间Tc。
在TOF型距离传感器(测距元件)中，通过延长重复周期时间Tc，能够进行更长距离的测量。因此，接收光的延迟时间Td从图23的(c)向图23的(b)进一步到图23的(a)显示出增大。电荷传输时间Ton与重复周期时间Tc无关，只要是相同的时间即可，因此在图23的(a)～(c)中，第一传输信号TX1、第二传输信号TX2及第三传输信号TX3的高电平时间相同。
根据第四实施方式的第三变形例所涉及的测距装置的调整动作，相比现有的3D摄像装置的驱动，精度提高，特别是在距离传感器(测距元件)的情况下，不仅距离精度提高，而且通过将第一传输信号TX1、第二传输信号TX2及第三传输信号TX3的高电平期间分别设定为不同的时间，也能够同时实现制造余地增大。
(第四实施方式的第四变形例)
图24的(a)～(c)是示出本发明的第四实施方式的第四变形例所涉及的测距装置的调整动作的驱动时序图。图24的(c)是将在图22的(a)及(b)中说明的第四实施方式的第二变形例应用于三抽头的结构的图。图24的(a)是重复周期时间Tc为图24的(c)的4倍时的驱动时序图。图24的(b)是重复周期时间Tc为图24的(c)的2倍时的驱动时序图。重复周期时间Tc为2倍、4倍只不过是例示而已，是重复周期时间Tc可以任意变更的意思，并不限于2倍、4倍。
在光脉冲同步型锁定像素中，多数情况下，电荷蓄积时间Ta＝光投影时间To。图24的(c)是在第四实施方式的第四变形例所涉及的测距装置的调整动作中可进行动作的最短的重复周期时间Tc。在TOF型距离传感器(测距元件)中，通过延长重复周期时间Tc，能够进行更长距离的测量。因此，接收光的延迟时间Td从图24的(c)向图24的(b)进一步到图24的(a)显示出增大。
与图23的(a)～(c)的不同点在于，第一传输信号TX1、第二传输信号TX2及第三传输信号TX3的高电平时间不管重复周期时间Tc如何，均不相同，并且与重复周期时间Tc的大小匹配地一点点地变化。例如若延长重复周期时间Tc，则曝光量增加，蓄积在受光区域中等待第一传输信号TX1、第二传输信号TX2及第三传输信号TX3变为高电平的电荷量增加的情况较多。为了应对这一点，只要稍微延长第一传输信号TX1、第二传输信号TX2及第三传输信号TX3的高电平时间即可。
需要指出，在图24中，以相对于重复周期时间Tc大致成比例的方式使电荷传输时间Ton变化，例如只要按每当重复周期时间Tc变为4倍时，使第一传输信号TX1、第二传输信号TX2及第三传输信号TX3的高电平期间Ton增加到2倍这样的阶段性的增加方法或其它各种方法来增加即可。另外，关于图24中的第一传输信号TX1、第二传输信号TX2及第三传输信号TX3的高电平期间Ton的长度的上限，即使使重复周期时间Tc发生变化，第一传输信号TX1、第二传输信号TX2及第三传输信号TX3的高电平期间Ton也相互使偏移时间Toff设定为相同。
根据第四实施方式的第四变形例所涉及的测距装置的调整动作，相比现有的3D摄像装置的驱动，精度提高，特别是在距离传感器(测距元件)的情况下，不仅距离精度提高，而且通过将第一传输信号TX1、第二传输信号TX2及第三传输信号TX3的高电平期间分别设定为不同的时间，也能够同时实现制造余地增大。需要指出，在第四实施方式及第四实施方式的第一～第四变形例中，作为分配栅极结构，对两个传输栅极电极的例子、三个传输栅极电极和一个电荷排出栅极的例子进行了说明，但在后述的N个传输栅极电极的情况下，也能够同样地实施。
(第五实施方式)
图25及图26示出了连续波(CW)调制型锁定像素的现有驱动方法。如图26所示，CW型锁定像素的现有驱动方法也与光脉冲同步型锁定像素的现有驱动方法相同，几乎同时地进行多个电荷传输栅极的通/断期间的切换，在切换的瞬间，电荷朝向的方向瞬间变得不稳定，电荷有时不会通过期望的栅极，存在精度有时会降低的技术问题。
图27的(a)及(b)是示出本发明的第五实施方式所涉及的测距装置的调整动作的驱动时序图。为了解决图25及图26所示的技术问题，如图27的(a)及(b)所示，只要明确消除四个栅极的通/断期间的同时切换，并且，即使在将由四个栅极的通/断决定的重复周期时间Tc例如增加到2倍、4倍的情况下，也不使四个作为分配栅极结构的传输栅极电极的导通期间变化即可。
需要指出，在图27的(a)及(b)中，示出了即使在将重复周期时间Tc例如增加到2倍、4倍的情况下，也不使四个传输栅极电极的导通期间变化的图，但如上所述，也可以与重复周期时间Tc的大小匹配地使导通期间逐渐增大，关于此时的第一传输信号TW1、第二传输信号TW2、第三传输信号TW3及第四传输信号TW4的高电平时间的长度的上限，即使使重复周期时间Tc变化，第一传输信号TW1、第二传输信号TW2、第三传输信号TW3及第四传输信号TW4也相互使偏移时间Toff为相同的设定。另外，在图27的(a)及(b)中，使第一传输信号TW1、第二传输信号TW2、第三传输信号TW3及第四传输信号TW4的高电平期间相同，但也可以按各个栅极变化。
(第六实施方式)
图28是对本发明的第六实施方式所涉及的测距装置的像素的结构进行说明的示意性俯视图。在第一～第五实施方式所涉及的测距装置中，将具有一个排出栅极电极的情况涵盖在内地对作为分配栅极结构的传输栅极电极为两个的情况或三个的情况进行了说明。实际上，传输栅极电极及排出栅极电极的可配置数量受到像素尺寸、布局上的限制等，不能够是无限的，但原理上也可以无限地增加。即，将N设为2以上的正整数(自然数)，将M设为1以上的正整数，能够形成为具有N个传输栅极电极和M个排出栅极电极的像素结构。
在图28中，七个MOS型的传输栅极电极33p、33q、33r、……33v和一个MOS型的排出栅极电极33w彼此相邻地连续配置于由省略了图示的遮光膜遮光的开孔型的八边形的受光区域(光电二极管)26的外周的各边。作为平面图案上的配置，可视为在七个作为分配栅极结构的传输栅极电极33p、33q、33r、……33v各自的放射状的外侧端部配置有电荷蓄积区域23p、23q、23r、……23v、并在排出栅极电极33w的外侧端部配置有排出漏极区域23d的结构。虽然省略了图示，但电容器及源极跟随型的读出放大电路经由布线等与七个电荷蓄积区域23p、23q、23r、……23v各自电连接。
图29的(a)及(b)是示出第六实施方式所涉及的测距装置的驱动时序图。图29的(a)是重复周期时间Tc为图29的(b)的2倍时的驱动时序图。重复周期时间Tc为2倍只不过是例示而已。是重复周期时间Tc可以任意变更的意思，并不限于2倍、4倍。如上所述，在这种情况下，第一传输信号G1、第二传输信号G2、第三传输信号G3、……第七传输信号G7变为高电平的时间也与重复周期时间Tc无关地为相同的时间即可。另外，在图29的(a)及(b)中，虽然使第一传输信号G1、第二传输信号G2、第三传输信号G3、……第七传输信号G7为高电平的时间相同，但也可以按第一传输栅极电极33p、第二传输栅极电极33q、第三传输栅极电极33r、……第七传输栅极电极33v变化。
如图29的(a)及(b)所示，第一传输信号G1、第二传输信号G2、第三传输信号G3、……第七传输信号G7依次施加于七个传输栅极电极33p、33q、33r、……33v各自上。另外，排出信号GD被施加于排出栅极电极33w。在图28所示的第六实施方式所涉及的测距装置的像素结构的情况下，也如图29的(a)及(b)的驱动时序图所示，只要在中间隔着偏移时间明确消除多个第一传输信号G1、第二传输信号G2、第三传输信号G3、……第七传输信号G7及排出信号GD的通/断期间的同时切换即可。更具体地，只要在第一传输信号G1、第二传输信号G2、第三传输信号G3、……第七传输信号G7及排出信号GD的接通期间之间设置偏移时间将其明确分开即可。
当向以包围受光区域的方式与受光区域的周边相邻的七个传输栅极电极33p、33q、33r、……33v中的一个、例如第一传输栅极电极33p提供了高电平的第一传输信号G1时，在开孔型的受光区域中收集到的信号电荷从受光区域沿放射状方向向其外侧的第一电荷蓄积区域23p移动。同样地，在向第二传输栅极电极33q提供了高电平的第二传输信号G2时，信号电荷从受光区域沿放射状方向向其外侧的第二电荷蓄积区域23q移动，在向第三传输栅极电极33r提供了高电平的第三传输信号G3时，信号电荷从受光区域沿放射状方向向第三电荷蓄积区域23r移动。然后，在向第四传输栅极电极33s、第五传输栅极电极33t、第六传输栅极电极33u、第七传输栅极电极33v分别依次提供了高电平的第四传输信号G4、第五传输信号G5、第六传输信号G6、第七传输信号G7时，信号电荷分别从受光区域沿放射状方向向其外侧的第四电荷蓄积区域23s、第五电荷蓄积区域23t、第六电荷蓄积区域23u、第七电荷蓄积区域23v移动。
通过信号电荷的移动，七个电荷蓄积区域23p、23q、23r、……23v和分别与电荷蓄积区域23p、23q、23r、……23v电连接的布线以及构成与这些布线连接的读出放大电路的信号读出晶体管(参照图4。)的栅极电极的电位变化。即，根据蓄积在七个电荷蓄积区域23p、23q、23r、……23v中的电荷，省略了图示的第一～第七垂直输出信号线的电位分别变化。
与图1所例示的同样，从与第六实施方式所涉及的测距装置大致相同的位置，从发光部91射出(投射光)脉冲光，由第六实施方式所涉及的测距装置的各像素接收来自对象物92的反射光。从发光部91投射的脉冲光例如使用发光二极管(LED)、半导体激光器(LD)，例如投影从纳秒(ns)级到飞秒(FS)级的极短时间的脉冲光。第六实施方式所涉及的测距装置的各像素所接收到的接收光根据对象物92的位置，比投射光慢少许。例如，在对象物92比较近的情况下，慢延迟时间Tdn，在比较远的情况下，慢延迟时间Tdf。
如果使投射光的光投影时间To与对应于第一传输栅极电极33p、第二传输栅极电极33q、第三传输栅极电极33r、……第七传输栅极电极33v的通/断电压脉冲同步，则在对象物92比较近的情况下，与第二传输栅极电极33q的脉冲匹配地向第二垂直输出信号线(省略图示。)，与第三传输栅极电极33r的脉冲匹配地向第三垂直输出信号线(省略图示。)，根据接收光的延迟(延迟时间Tdn)、即到对象物92的距离，与各个栅极对应的输出电平产生差异，求出到对象物92的距离。
同样地，在对象物92比较远的情况下，与第五传输栅极电极33t的脉冲匹配地向第五垂直输出信号线(省略图示。)，与第六传输栅极电极33u的脉冲匹配地向第六垂直输出信号线(省略图示。)，根据接收光的延迟(延迟时间Tdf)、即到对象物92的距离，与各个栅极对应的输出电平产生差异，求出到对象物92的距离。此时，由于第一传输栅极电极33p设定为不照射接收光，因此在通过第一传输栅极电极33p的第一垂直输出信号线的输出(省略图示。)中得到仅是包含噪声的接收光以外的电荷的输出。
即，得到测量环境的输出。因此，在对象物92比较近的情况下，如果从第二垂直输出信号线的输出及第三垂直输出信号线的输出中减去第一垂直输出信号线的输出，则即使在明亮的测量环境的情况下，也可得到仅是接收光的信号，能够准确地得到明亮时的到对象物92的距离，在对象物92比较远的情况下，如果从第五垂直输出信号线的输出及第六垂直输出信号线的输出中减去第一垂直输出信号线的输出，则即使在明亮的测量环境的情况下，也可得到仅是接收光的信号，能够准确地得到明亮时的到对象物92的距离。
进而，排出栅极电极33w在拍摄接收光的第一传输栅极电极33p、第二传输栅极电极33q、第三传输栅极电极33r、……第七传输栅极电极33v接通/断开的7Ta时间以外的时间将在受光区域中收集到的电荷排出到排出漏极区域23d。根据第六实施方式所涉及的测距装置，由于使将接收光以外的光电子作为信号的比例进一步减小，因此即使在更明亮的环境中也能够准确地求出到对象物92的距离。如第六实施方式所涉及的测距装置这样，在增加了传输栅极电极数时，如果电荷蓄积时间Ta为相同的周期，则与传输栅极电极数增多相应地能够进行长距离的测量，如果要测量相同的距离，则与传输栅极电极数增多相应地能够提高测量距离的分辨率。
(第六实施方式的第一变形例)
图30的(a)及(b)是示出本发明的第六实施方式的第一变形例所涉及的测距装置的驱动时序图。图30的(b)与第六实施方式中说明的图29的(b)的驱动时序图相同。图30的(a)是重复周期时间Tc为图30的(b)的2倍时的驱动时序图。重复周期时间Tc为2倍只不过是例示而已。是重复周期时间Tc可以任意变更的意思，并不限于2倍、4倍。如在第二及第三实施方式所涉及的测距装置等中已经说明的那样，在增加了重复周期时间Tc的情况下，也可以增大第一传输信号G1、第二传输信号G2、第三传输信号G3、……第七传输信号G7的接通期间。另外，此时关于第一传输信号G1、第二传输信号G2、第三传输信号G3、……第七传输信号G7各自的接通期间的长度的上限，即使使重复周期时间Tc变化，G也相互使偏移时间Toff为相同的设定。
另外，在图30的(a)及(b)中，第一传输信号G1、第二传输信号G2、第三传输信号G3、……第七传输信号G7各自的接通期间相同，但也可以按各个栅极变化。
这样，根据第六实施方式的第一变形例所涉及的测距装置，在增加了作为分配栅极结构的传输栅极电极的数量时，如果电荷蓄积时间Ta为相同的周期，则与传输栅极电极的数量增多相应地能够进行长距离的测量，如果要测量相同的距离，则与传输栅极电极的数量增多相应地能够提高测量距离的分辨率。
(第六实施方式的第二变形例)
消除测量环境影响的距离测量原理上只要两个连续的传输栅极电极和可得到仅是测量环境的输出的一个传输栅极电极这三个电极作为分配栅极结构即可。换言之，在三个传输栅极电极结构的情况下，得到仅是测量环境的输出的一个栅极使用第一个(最先)或第三个(最后)即可。但是，由于实际上会产生出射光的发光时间延迟、到对接收光进行光电转换后的光电子蓄积在受光区域为止的移动时间等的延迟，因此在三个传输栅极电极结构的情况下，优选得到仅是测量环境的输出的一个栅极为第一个(最先)。另一方面，如果为四个以上的传输栅极电极，则得到仅是测量环境的输出的一个栅极使用第一个(最先)或第四个(最后)即可。
因此，虽然省略了驱动时序图的图示，但作为本发明的第六实施方式的第二变形例所涉及的测距装置的驱动调整方法，也可以与施加于第一传输栅极电极33p的第一传输信号G1同步地使投射光发光。由此，能够保持相同结构地将用于距离测量的传输栅极电极的数量增加一个。例如，在对象物92比较近的情况下，由于在第一垂直输出信号线和第二垂直输出信号线有接收光的输出，因此如上面所说明的那样，跳过一个，将第四垂直输出信号线视为仅是测量环境的输出即可。同样地，在对象物92比较远的情况下，由于在第四垂直输出信号线和第五垂直输出信号线有接收光的输出，因此如上面所说明的那样，跳过一个，将第七垂直输出信号线视为仅是测量环境的输出即可。
另外，在对象物92比较近的情况下，如果从第一垂直输出信号线的输出及第二垂直输出信号线的输出中减去第四垂直输出信号线，则即使在测量环境明亮的情况下，也可得到仅是接收光的信号，能够准确地得到明亮时的到对象物92的距离。在对象物92比较远的情况下，如果从第四垂直输出信号线及第五垂直输出信号线的输出中减去第七垂直输出信号线，则即使在测量环境明亮的情况下，也可得到仅是接收光的信号，能够准确地得到明亮时的到对象物92的距离。
除此之外，在具有多个传输栅极电极作为分配栅极结构的情况下，例如比较第一～第七垂直输出信号线的输出的输出，单纯将最小的输出视为测量环境的输出，等等，可以使用各种方法来求得测量环境的输出。进而，排出栅极电极33w在拍摄接收光的第一传输栅极电极33p、第二传输栅极电极33q、第三传输栅极电极33r、……第七传输栅极电极33v接通/断开的7Ta时间以外的时间将在受光区域中收集到的电荷排出到排出漏极区域23d。根据第六实施方式的第二变形例所涉及的测距装置，由于进一步减少将接收光以外的光电子作为信号的比例，因此即使在更明亮的环境下也能够准确地求出到对象物92的距离。
(其它实施方式)
如上所述，本发明通过第一～第六实施方式进行了记载，但不应理解为构成该公开的一部分的描述及附图对本发明进行限定。根据该公开，本领域技术人员可明确各种代替实施方式、实施例及运用技术。例如，在已经描述的第一～第六实施方式的说明中，将第一导电型作为p型，将第二导电型作为n型进行了说明，但即使将第一导电型作为n型，将第二导电型作为p型，只要使电气极性相反，也能够得到同样的效果，这一点应该能够容易理解。
在本发明的第一实施方式的变形例所涉及的测距装置的说明中，使用图9示出了本发明的“分配栅极结构”由横向电场控制栅极(LEFM)构成的例子。另外，在本发明的第一～第六实施方式所涉及的测距装置的说明中，大多举例示出分配栅极结构为MOS型或MIS型的栅极电极结构的情况。但是，分配栅极结构、电荷排出电极并不限于MOS型、MIS型的栅极电极结构，例如也可以是LEFM，除此之外，只要是具备能够输送或传输同样的信号电荷的功能的结构即可。在第一～第六实施方式的记载中，光电转换部使用构成pn结型的光电二极管的受光区域进行了说明。但是，光电转换部也并不限于pn结型的光电二极管，例如也可以具备将透明电极作为栅极电极的具有使用MOS结构的光电转换部的所谓“光电门(PG)”的结构，除此之外，也可以是具备同样的光电转换功能的结构。
这样，本发明当然包括在此没有记载的各种实施方式等。因此，本发明的技术范围根据上述说明仅由适当的权利要求书所涉及的发明特定事项所确定。
工业实用性
本发明的第一～第六实施方式所涉及的测距装置例如可以作为3D摄像装置用于如图31所例示性地示出的照相机等技术领域。如图31例示性地所示，作为可利用的技术领域的摄像机等照相机具备单一的摄像光学***(43、44)、拍摄沿摄像光学***(43、44)的光轴射入的对象物92(参照图1。)的像的构成第一～第六实施方式所涉及的测距装置的主要部分的3D摄像装置45a、以及用于自动对焦(AF)的使用第一～第六实施方式所涉及的测距装置的距离传感器(测距元件)55。
可以利用本发明的照相机具备：A/D转换电路47，将从构成第一～第六实施方式所涉及的测距装置的主要部分的3D摄像装置45a输出的图像数据转换为数字数据；存储器(半导体存储装置)48，保存A/D转换电路47转换为数字数据的图像数据；控制部53，从存储器48接收图像数据；以及图像处理部54，经由控制部53接收图像数据并处理、接收图像数据。另外，存储3D摄像装置45a及距离传感器(测距元件)55的调整数据的调整数据存储装置99ext与图像处理部54连接，能够按照如图19所举例示出的流程图进行调整。需要指出，图31只不过是例示而已，也可以是在搭载3D摄像装置45a或距离传感器(测距元件)55的半导体芯片上与图15所示的结构同样地连接存储从控制部53发送的调整数据的调整数据存储装置99，向半导体芯片上的驱动电路供给调整数据的结构。作为可以利用本发明的照相机，还可以具备与控制部53连接的驱动部52、介质控制器等存储卡接口59、操作部58、LCD驱动电路56、电机驱动器51b、51c、51d、闪光灯控制电路61。在LCD驱动电路56上连接有由LCD构成的显示部57，在闪光灯控制电路61上连接有闪光灯装置62。闪光灯装置62可以构成图1及图15所示的发光部91。
图31举例示出的照相机的控制部53输出对与控制部53连接的图像处理部54、驱动部52、存储器48、存储卡接口59、操作部58、LCD驱动电路56、距离传感器(测距元件)55、电机驱动器51b、51c、51d、闪光灯控制装置各自的动作、处理进行控制的命令、电信号。虽然省略了图示，但在控制部53中，除了分别使图像处理部54、驱动部52、存储器48、存储卡接口59、操作部58、LCD驱动电路56、距离传感器(测距元件)55、电机驱动器51b、51c、51d、闪光灯控制装置各自的动作执行的命令输出电路之外，还并入有实施自动白平衡(AWB)调整的WB调整命令输出电路等各种逻辑电路等作为逻辑硬件资源。
如图31所示，构成摄像光学***(43、44)的拍摄透镜43例如可以具备主透镜43a、与主透镜43a相邻的变焦透镜43b以及与变焦透镜43b相邻的聚焦透镜43c等。在图31举例示出的结构中，在变焦透镜43b上连接有变焦电机49b，在聚焦透镜43c上连接有聚焦电机49c。在聚焦透镜43c与3D摄像装置45a之间配置有构成摄像光学***(43、44)的光圈44。例如，在由五片光圈叶片构成的光圈44上连接有驱动光圈叶片的光圈(iris)电机50。变焦电机49b、聚焦电机49c及光圈电机50由步进电机构成，通过从与控制部53连接的电机驱动器51b、51c、51d发送的驱动脉冲进行动作控制，根据来自释放按钮等操作部58的信号进行摄像准备处理。
变焦电机49b使变焦透镜43b例如分43级向广角侧或望远侧移动，进行拍摄透镜43的变焦。聚焦电机49c根据距对象物92的距离、变焦透镜43b的变倍使聚焦透镜43c移动，进行拍摄透镜43的焦点调整，以使照相机的摄像条件变为最佳。光圈电机50通过使光圈44的光圈叶片进行动作来改变光圈44的开口面积，例如以1AV的刻度从光圈值F2.8至F43分5级进行拍摄透镜43的曝光调整。
拍摄透镜43并不限于图31所举例示出的结构，例如也可以是相对于照相机可装卸的更换式透镜。拍摄透镜43通过由主透镜43a、变焦透镜43b及聚焦透镜43c等多个光学透镜组构成，从而使来自对象物92的光束在配置于其焦点面附近的3D摄像装置45a的表面成像。
构成第一～第六实施方式所涉及的测距装置的主要部分的3D摄像装置45a搭载在由玻璃、陶瓷构成的芯片搭载基板(封装基板)46上。在3D摄像装置45a上连接有定时发生器(TG)51，定时发生器51经由驱动部52与控制部53连接。根据从控制部53经由驱动部52发送的信号，定时发生器51产生定时信号(时钟脉冲)，定时信号经由芯片搭载基板46作为来自驱动电路的电子快门用信号发送到各行的像素，该驱动电路作为***电路设置在构成3D摄像装置45a的半导体芯片上。
即，控制部53经由驱动部52对定时发生器51进行控制，控制3D摄像装置45a的电子快门的快门速度。需要指出，定时发生器51也可以作为构成3D摄像装置45a的半导体芯片上的***电路单片集成。
从构成3D摄像装置45a的半导体芯片的中央的像素阵列部输出的摄像信号被输入作为***电路设置于半导体芯片的周边部的相关双采样电路(CDS)，并作为与3D摄像装置45a的各像素的蓄积电荷量准确对应的R、G、B的图像数据从3D摄像装置45a输出。从3D摄像装置45a输出的图像数据由省略了图示的放大器放大，并由A/D转换电路47转换为数字数据。3D摄像装置45a由驱动部52进行定时控制，将在3D摄像装置45a的受光面上成像的对象物92的像转换为图像信号输出到A/D转换电路47。
虽然省略了图示，但图31举例示出的照相机的图像处理部54也可以具备：WB控制量运算电路，计算用于白平衡调整的WB控制量；自动曝光(AE)检测用逻辑运算电路，对画面整体的G信号进行累计，或者对在画面中央部和周边部进行了不同的加权的G信号进行累计，并输出该累计值；拍摄Ev值计算电路，根据AE检测用逻辑运算电路输出的累计值计算AE所需的对象物92的亮度(拍摄Ev值)；以及灰度转换处理电路、白平衡校正处理电路、γ校正处理电路等对图像数据实施各种图像处理、伴随图像处理的运算的各种逻辑电路(硬件模块)，来作为逻辑结构上的硬件资源。
只要存在图像处理引擎等，第一实施方式所涉及的图像处理部54就能够实现。另外，在特征量生成、识别处理的运算负荷较高的情况下，也可以安装于硬件。例如，也可以使用作为微芯片安装的MPU等由计算机***构成图像处理部54。另外，作为构成计算机***的图像处理部54，也可以使用强化算术运算功能并专用于信号处理的DSP、搭载有存储器、***电路并以控制并入设备为目的的微机等。或者，也可以将当前的通用计算机的主CPU用于图像处理部54。进而，图像处理部54的一部分结构或全部结构也可以用如FPGA那样的PLD构成。
附图标记说明
6…半导体芯片、7…检查调整装置、13a…第一复位栅极电极、13b…第二复位栅极电极、16a、33p…第一传输栅极电极(分配栅极结构)、16b、33q…第二传输栅极电极(分配栅极结构)、19…半导体基板、20…功能基体层、22…表面埋入区域、23a…第一电荷蓄积区域、23b…第二电荷蓄积区域、23d…排出漏极区域、23p…第一电荷蓄积区域、23q…第二电荷蓄积区域、23r…第三电荷蓄积区域、23s…第四电荷蓄积区域、23t…第五电荷蓄积区域、23u…第六电荷蓄积区域、23v…第七电荷蓄积区域、24a…第一复位源极区域、24b…第二复位源极区域、31…场氧化膜、33…栅极绝缘膜、33r…第三传输栅极电极(分配栅极结构)、33s…第四传输栅极电极(分配栅极结构)、33t…第五传输栅极电极(分配栅极结构)、33u…第六传输栅极电极(分配栅极结构)、33v…第七传输栅极电极(分配栅极结构)、33w…排出栅极电极、41…遮光膜、42…开口部、43…拍摄透镜、43a…主透镜、43b…变焦透镜、43c…聚焦透镜、45a…3D摄像装置、46…芯片搭载基板、47…A/D转换电路、48…存储器、49b…变焦电机、49c…聚焦电机、50…光圈电机、51…定时发生器、51b、51c、51d…电机驱动器、52…驱动部、53…控制部、54…图像处理部、55…距离传感器(测距元件)、56…LCD驱动电路、57…显示部、58…操作部、59、75、77…接口、61…闪光灯控制电路、62…闪光灯装置、71…距离运算电路、72…数据存储装置、73a、73b…控制运算电路、731…时间设定逻辑电路、732…设定值判定电路、733…时间设定值输出控制电路、734…距离图像输出控制电路、735…顺序控制电路、736、736b…总线、737…输出差判定电路、738…输出差运算电路、73b…控制运算电路、74…输出单元、76…程序存储装置、81…光电转换传输部、82…读出放大电路、87、97、98…输出缓冲器、91…发光部、92…对象物、93…透镜、94…驱动电路、95…垂直扫描电路、96…水平移位寄存器、99、99ext…调整数据存储装置

Claims (9)

1.一种测距装置，其特征在于，具备：
发光部，向对象物投影光脉冲；
受光区域，接收来自所述对象物的所述光脉冲的反射光；
多个电荷蓄积区域，配置在所述受光区域的周围；
多个分配栅极结构，将在所述受光区域进行光电转换而得到的信号电荷依次分送到所述多个电荷蓄积区域；
驱动电路，向所述发光部供给控制信号，并且在隔着偏移时间的不同的定时依次向所述多个分配栅极结构中的各个分配栅极结构供给传输信号；
读出放大电路，分别独立地读出蓄积在所述多个电荷蓄积区域中的信号电荷；
距离运算电路，经由所述读出放大电路输入信号，并计算到所述对象物的距离；以及
控制运算电路，根据所述距离运算电路输出的运算结果，生成控制所述驱动电路的动作的信号并供给到所述驱动电路，
所述控制运算电路具有：
设定值判定电路，比较所述距离运算电路输出的运算结果与阈值，并判定所述驱动电路的驱动条件是否适当；以及
时间设定逻辑电路，设定所述光脉冲的光投影时间和重复周期时间，并根据所述设定值判定电路的判定结果变更所述光投影时间和重复周期时间。
2.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，
所述时间设定逻辑电路在变更所述光投影时间和重复周期时间时，将所述传输信号的接通时间维持为一定。
3.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，
所述时间设定逻辑电路随着所述光投影时间和重复周期时间的变更而变更所述传输信号的接通时间。
4.一种照相机，其特征在于，具备：
摄像光学***；
发光部，向对象物投影光脉冲；
固态摄像装置，集成有受光区域、多个电荷蓄积区域、多个分配栅极结构、驱动电路以及读出放大电路，所述受光区域经由所述摄像光学***接收来自所述对象物的所述光脉冲的反射光，所述多个电荷蓄积区域配置在所述受光区域的周围，所述多个分配栅极结构将在所述受光区域进行光电转换而得到的信号电荷依次分送到所述多个电荷蓄积区域，所述驱动电路向所述发光部供给控制信号，并且在隔着偏移时间的不同的定时依次向所述多个分配栅极结构中的各个分配栅极结构供给传输信号，所述读出放大电路分别独立地读出蓄积在所述多个电荷蓄积区域中的信号电荷；以及
控制部，对所述摄像光学***进行控制，并具有距离运算电路和控制运算电路，所述距离运算电路经由所述读出放大电路输入信号，并计算到所述对象物的距离，所述控制运算电路根据所述距离运算电路输出的运算结果，生成控制所述驱动电路的动作的信号并供给到所述驱动电路，
所述控制运算电路具有：
设定值判定电路，比较所述距离运算电路输出的运算结果与阈值，并判定所述驱动电路的驱动条件是否适当；以及
时间设定逻辑电路，设定所述光脉冲的光投影时间和重复周期时间，并根据所述设定值判定电路的判定结果变更所述光投影时间和重复周期时间。
5.一种检查调整装置，其特征在于，对固态摄像装置进行检查调整，
所述固态摄像装置具有：
受光区域；
多个电荷蓄积区域，配置在所述受光区域的周围；
多个分配栅极结构，将在所述受光区域进行光电转换而得到的信号电荷依次分送到所述多个电荷蓄积区域；
驱动电路，向所述发光部供给控制信号，并且在隔着偏移时间的不同的定时依次向所述多个分配栅极结构中的各个分配栅极结构供给传输信号；以及
读出放大电路，分别独立地读出蓄积在所述多个电荷蓄积区域中的信号电荷，
所述检查调整装置具备：
发光部，由所述驱动电路驱动，向对象物投影光脉冲，并使来自所述对象物的所述光脉冲的反射光射入受光区域；
输出差运算电路，对所述读出放大电路分别输出的输出差进行运算；
输出差判定电路，比较所述输出差的运算结果与阈值，并判定所述输出差是否适当；以及
时间设定逻辑电路，根据该输出差判定电路的判定结果，变更施加于所述多个分配栅极结构中的特定的分配栅极结构的传输信号的接通时间，并向驱动电路输出控制信号以输出变更后的所述传输信号。
6.一种测距装置的驱动调整方法，所述测距装置具有：
发光部，向对象物投影光脉冲；
受光区域，接收来自所述对象物的所述光脉冲的反射光；
多个电荷蓄积区域，配置在所述受光区域的周围；
多个分配栅极结构，将在所述受光区域进行光电转换而得到的信号电荷依次分送到所述多个电荷蓄积区域；
驱动电路，向所述发光部供给控制信号，并且在隔着偏移时间的不同的定时依次向所述多个分配栅极结构中的各个分配栅极结构供给传输信号；
读出放大电路，分别独立地读出蓄积在所述多个电荷蓄积区域中的信号电荷；以及
距离运算电路，经由所述读出放大电路输入信号，并计算到所述对象物的距离，
所述驱动调整方法包括以下步骤：
比较所述距离运算电路输出的运算结果与阈值，并判定所述驱动电路的驱动条件是否适当；以及
设定所述光脉冲的光投影时间和重复周期时间，并根据所述设定值判定电路的判定结果变更所述光投影时间和重复周期时间。
7.根据权利要求6所述的测距装置的驱动调整方法，其特征在于，
在变更所述光投影时间和重复周期时间时，将所述传输信号的接通时间维持为一定。
8.根据权利要求6所述的测距装置的驱动调整方法，其特征在于，
随着所述光投影时间和重复周期时间的变更而变更所述传输信号的接通时间。
9.一种检查调整方法，其特征在于，对固态摄像装置进行检查调整，
所述固态摄像装置具有：
受光区域；
多个电荷蓄积区域，配置在所述受光区域的周围；
多个分配栅极结构，将在所述受光区域进行光电转换而得到的信号电荷依次分送到所述多个电荷蓄积区域；
驱动电路，向所述发光部供给控制信号，并且在隔着偏移时间的不同的定时依次向所述多个分配栅极结构中的各个分配栅极结构供给传输信号；以及
读出放大电路，分别独立地读出蓄积在所述多个电荷蓄积区域中的信号电荷，
所述检查调整方法包括以下步骤：
驱动所述驱动电路，使得向对象物投影光脉冲，并使来自所述对象物的所述光脉冲的反射光射入受光区域；
对所述读出放大电路分别输出的输出差进行运算；
比较所述运算结果与阈值，并判定输出差是否适当；以及根据所述判定结果，变更施加于所述多个分配栅极结构中的特定的分配栅极结构的传输信号的接通时间，并向驱动电路输出控制信号以输出变更后的所述传输信号。
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