WO2015170542A1 - 測距装置及び測距装置の駆動方法 - Google Patents

測距装置及び測距装置の駆動方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2015170542A1
WO2015170542A1 PCT/JP2015/060886 JP2015060886W WO2015170542A1 WO 2015170542 A1 WO2015170542 A1 WO 2015170542A1 JP 2015060886 W JP2015060886 W JP 2015060886W WO 2015170542 A1 WO2015170542 A1 WO 2015170542A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
charge
distance
signal
region
charge accumulation
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/060886
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
光人 間瀬
純 平光
明洋 島田
Original Assignee
浜松ホトニクス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 浜松ホトニクス株式会社 filed Critical 浜松ホトニクス株式会社
Priority to EP15789744.8A priority Critical patent/EP3141930B1/en
Priority to KR1020167033072A priority patent/KR102280089B1/ko
Priority to CN201580023874.1A priority patent/CN106471391B/zh
Priority to US15/306,814 priority patent/US10228463B2/en
Publication of WO2015170542A1 publication Critical patent/WO2015170542A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02—Details
    • G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/484—Transmitters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/12—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof

Definitions

  • the present invention relates to a distance measuring device and a driving method of the distance measuring device.
  • a distance measuring device including a TOF (Time-Of-Flight) type distance image sensor is known (see, for example, Patent Document 1).
  • a plurality of distance sensors are arranged in a one-dimensional direction.
  • Each distance sensor includes a rectangular charge generation region, a pair of transfer electrodes, and a pair of charge storage regions.
  • the pair of transfer electrodes are respectively provided along a pair of opposing two sides of the charge generation region.
  • the pair of charge storage regions each store the signal charge transferred by the transfer electrode.
  • the charge generated in the charge generation region by each transfer electrode is distributed as a signal charge to each charge accumulation region in accordance with transfer signals having different phases.
  • the distributed signal charges are stored in the corresponding charge storage regions.
  • the signal charge accumulated in each charge accumulation region is read as an output corresponding to the accumulated charge amount. Based on the ratio of these outputs, the distance to the object is calculated.
  • the measurement distance may vary depending on the distance sensor in two distance sensors that should have the same measurement distance. It was revealed.
  • the present inventors conducted a research study on a distance measuring device and a driving method of the distance measuring device that reduce the difference in measurement distance between two distance sensors that should have the same measurement distance. As a result, the present inventors have found the following facts.
  • a signal may be detected by a distance sensor other than a distance sensor into which light is incident (hereinafter referred to as an incident distance sensor).
  • an incident distance sensor a distance sensor other than a distance sensor into which light is incident
  • the influence of crosstalk on the charge storage regions of other distance sensors differs depending on the arrangement of the charge storage regions.
  • the influence of crosstalk differs depending on whether or not the arrangement of the charge storage regions of other distance sensors is on the incident distance sensor side. That is, the influence of crosstalk is large in the charge accumulation region arranged on the light incident distance sensor side in other distance sensors. In the charge accumulation region arranged on the side opposite to the light incident distance sensor side, the influence of crosstalk is small.
  • the distance to the object is calculated based on the output ratio of each charge storage region. For this reason, if charge leaks from the surrounding distance sensors to each charge accumulation region, the distance calculated by the distance sensor changes. For example, in each charge accumulation region of two distance sensors where light is incident, the amount of charge distributed according to the transfer signal of one phase is the same as the amount of charge distributed according to the other phase. Even in such a case, the measurement distance may be different due to the influence of crosstalk.
  • the arrangement of the charge accumulation regions that accumulate signal charges according to the transfer signal of the same phase is the other light incident distance
  • the measurement distance may be different depending on the distance sensor.
  • the present inventors pay attention to these facts found by themselves, and further intensively research on a configuration for reducing the difference in measurement distance between two distance sensors that should have the same measurement distance, thereby conceiving the present invention. It came to.
  • a distance measuring device includes a distance image sensor, a control unit, and a calculation unit.
  • the distance image sensor is a distance image sensor in which a plurality of distance sensors are arranged in a one-dimensional direction.
  • the distance sensor includes a drive unit that drives the light source so as to emit pulsed light toward the target at every frame period, and a charge generation region that generates charges in response to incidence of reflected light of the pulsed light on the target.
  • the first and second charge storage regions that are separated from the charge generation region and sandwich the charge generation region in a one-dimensional direction and store the charge, and are disposed between the first charge storage region and the charge generation region.
  • a second transfer electrode disposed between the second charge storage region and the charge generation region.
  • the drive unit sends the first pulse transfer signal to the first charge transfer region so that the charge generated in the charge generation region flows into the first charge accumulation region as a signal charge every frame period so as to synchronize with the emission of the pulsed light.
  • Output to the transfer electrode and output to the second transfer electrode a second pulse transfer signal that is out of phase with the first pulse transfer signal so that the charge generated in the charge generation region flows into the second charge storage region as a signal charge.
  • the calculation unit reads the signal charges accumulated in the first and second charge accumulation regions for each frame period, and calculates the distance to the object based on the read signal charges.
  • the control unit outputs the first and second pulse transfer signals by alternately exchanging the time-series order of the first pulse transfer signal and the second pulse transfer signal for each frame period.
  • the calculation unit is configured to calculate the signal charges accumulated in the first charge accumulation region and the second charge accumulation region in accordance with the first and second pulse transfer signals having the same phase in two time periods that are continuous in time series.
  • the distance to the object is calculated based on the total charge amount.
  • a distance measuring device driving method includes a light source that emits pulsed light toward an object, and a distance image sensor in which a plurality of distance sensors are arranged in a one-dimensional direction. It is a drive method of an apparatus.
  • the distance sensor is arranged so as to store charges in a one-dimensional direction with a charge generation region that is separated from the charge generation region and generating a charge in response to incident pulsed light reflected from the object.
  • the first and second charge accumulation regions, the first transfer electrode disposed between the first charge accumulation region and the charge generation region, and the second charge accumulation region and the charge generation region.
  • a second transfer electrode is disposed between the first charge accumulation region and the charge generation region.
  • the light source is driven so as to emit pulsed light for each frame period, and is generated in the charge generation region for each frame period so as to be synchronized with the emission of the pulsed light.
  • the first pulse transfer signal is output to the first transfer electrode so that the charge flows into the first charge accumulation region as a signal charge, and the charge generated in the charge generation region flows into the second charge accumulation region as a signal charge.
  • the second pulse transfer signal having a phase different from that of the first pulse transfer signal is output to the second transfer electrode, and the signal charges accumulated in the first and second charge accumulation regions are read and read for each frame period.
  • the first and second pulse transfer signals When calculating the distance to the object based on the signal charge and outputting the first and second pulse transfer signals, the time sequence of the first pulse transfer signal and the second pulse transfer signal for each frame period In order Are alternately exchanged, the first and second pulse transfer signals are output, and when calculating the distance to the object, the first and second phases are the same in two consecutive frame periods in time series The distance to the object is calculated based on the total amount of signal charges accumulated in the first charge accumulation region and the second charge accumulation region in accordance with the pulse transfer signal.
  • pulse light is emitted from the light source every frame period, and the reflected light of the pulse light from the object enters the distance image sensor.
  • the distance image sensor a plurality of distance sensors having a charge generation region and first and second charge accumulation regions arranged with the charge generation region sandwiched in a one-dimensional direction are arranged in a one-dimensional direction.
  • charges are generated in the charge generation region in accordance with the reflected light.
  • the generated charges are accumulated as signal charges in the first and second charge accumulation regions according to the first and second pulse transfer signals for each frame period.
  • the first and second pulse transfer signals have different phases, and are output by alternately changing the time-series order for each frame period.
  • the total charge amount corresponding to the pulse transfer signal of the other phase and the total charge amount corresponding to the pulse transfer signal of the other phase are distributed in a balanced manner.
  • the influence of charge crosstalk on distance measurement is the same between distance sensors adjacent in a one-dimensional direction.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a distance measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a cross-sectional configuration of the distance image sensor.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of the distance image sensor.
  • FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing a potential distribution in the vicinity of the second main surface of the semiconductor substrate.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining charge leakage in the distance sensor.
  • FIG. 7 is a timing chart of various signals.
  • FIG. 8 is a timing chart of various signals in the conventional distance measuring device.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of the distance measuring apparatus according to the present embodiment.
  • the distance measuring device 10 is a device that measures the distance d to the object OJ.
  • the distance measuring device 10 includes a distance image sensor RS, a light source LS, a display DSP, and a control unit.
  • the control unit includes a drive unit DRV, a control unit CONT, and a calculation unit ART.
  • the light source LS emits pulsed light Lp toward the object OJ.
  • the light source LS is composed of, for example, a laser light irradiation device, an LED, or the like.
  • the distance image sensor RS is a TOF type distance image sensor.
  • the distance image sensor RS is disposed on the wiring board WB.
  • the control unit includes a calculation circuit such as a CPU (Central Processing Unit), a memory such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory), a power supply circuit, and It is configured by hardware such as a readout circuit including an A / D converter.
  • This control unit may be partially or entirely configured by an integrated circuit such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • the drive unit DRV applies a drive signal SD to the light source LS according to the control of the control unit CONT. Thereby, the drive unit DRV drives the light source LS so as to emit the pulsed light Lp toward the object OJ at every frame period.
  • the control unit CONT controls the drive unit DRV and outputs the first and second pulse transfer signals S 1 and S 2 to the distance image sensor RS.
  • the control unit CONT further displays the calculation result of the calculation unit ART on the display DSP.
  • Calculation unit ART reads the distance from the image sensor RS of the signal charge charge amount q 1, q 2, respectively, and calculates the distance d based on the amount of charge q 1, q 2 read.
  • the calculation unit ART outputs the calculation result to the control unit CONT. Details of the calculation method of the distance d will be described later with reference to FIG.
  • the display DSP is a display that receives the calculation result of the calculation unit ART from the control unit CONT and displays the calculation result.
  • the drive signal SD is applied to the light source LS, whereby the pulsed light Lp is emitted from the light source LS every frame period.
  • the pulsed light Lp emitted from the light source LS enters the object OJ
  • reflected light Lr which is pulsed light
  • the reflected light Lr emitted from the object OJ enters the charge generation region of the distance image sensor RS.
  • the distance image sensor RS outputs the charge amounts q 1 and q 2 collected in synchronization with the first and second pulse transfer signals S 1 and S 2 for each pixel.
  • the output charge amounts q 1 and q 2 are input to the arithmetic unit ART in synchronization with the drive signal SD .
  • the distance d is calculated for each pixel based on the input charge amounts q 1 and q 2 .
  • the calculation result of the distance d is input to the control unit CONT.
  • the calculation result input to the control unit CONT is transferred to the display DSP and displayed.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a cross-sectional configuration of the distance image sensor.
  • the distance image sensor RS is a surface incident type distance image sensor, and includes a semiconductor substrate 1 and a light shielding layer LI.
  • the semiconductor substrate 1 has first and second main surfaces 1a and 1b facing each other.
  • the second main surface 1b is a light incident surface.
  • the distance image sensor RS is affixed to the wiring substrate WB via the adhesion region FL in a state where the first main surface 1a side of the semiconductor substrate 1 is opposed to the wiring substrate WB.
  • the adhesion region FL has an insulating adhesive or filler.
  • the reflected light Lr is incident on the distance image sensor RS from the second main surface 1b side of the semiconductor substrate 1.
  • the light shielding layer LI is provided on the second main surface 1b.
  • the light shielding layer LI is made of a metal such as aluminum, for example.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of the distance image sensor.
  • FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line IV-IV in FIG.
  • the distance image sensor RS is a line sensor having an array structure having a plurality of distance sensors P 1 to P N (N is a natural number of 2 or more) arranged in the one-dimensional direction A.
  • Each of the plurality of distance sensors P 1 to P N constitutes one pixel of the distance image sensor RS by one or two or more.
  • each of the plurality of distance sensors P 1 to P N constitutes one pixel of the distance image sensor RS.
  • FIG. 3 only the configuration of the distance sensor P n (n is a natural number equal to or less than N) is shown.
  • Each of the plurality of distance sensors P 1 to P N has the same configuration as the distance sensor P n .
  • the distance image sensor RS includes the light shielding layer LI.
  • the light shielding layer LI is provided in front of the second main surface 1b which is a light incident surface.
  • An opening LIa is formed in the one-dimensional direction A in each of the regions corresponding to the plurality of distance sensors P 1 to P N in the light shielding layer LI.
  • the opening LIa has a rectangular shape. In the present embodiment, the opening LIa has a rectangular shape.
  • the light enters the semiconductor substrate 1 through the opening LIa of the light shielding layer LI. Therefore, the light receiving region is defined in the semiconductor substrate 1 by the opening LIa. In FIG. 3, the light shielding layer LI is not shown.
  • the semiconductor substrate 1 includes a p-type first semiconductor region 3 and a p ⁇ -type second semiconductor region 5.
  • the p-type first semiconductor region 3 is located on the first main surface 1a side.
  • the p ⁇ -type second semiconductor region 5 has a lower impurity concentration than the first semiconductor region 3 and is located on the second main surface 1b side.
  • the semiconductor substrate 1 can be obtained, for example, by growing a p ⁇ type epitaxial layer having an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate on the p type semiconductor substrate.
  • an insulating layer 7 is formed on the second main surface 1b (second semiconductor region 5) of the semiconductor substrate 1.
  • the plurality of distance sensors P 1 to P N are arranged in the one-dimensional direction A on the semiconductor substrate 1. That is, the plurality of distance sensors P 1 to P N are arranged along the one-dimensional direction A on the semiconductor substrate 1.
  • Each of the plurality of distance sensors P 1 to P N includes a photogate electrode PG, first and second charge storage regions FD1 and FD2, first and second transfer electrodes TX1 and TX2, and a p-type well region W. It is equipped with.
  • the conductor 13 (see FIG. 4) disposed on the first and second charge storage regions FD1, FD2 is not shown.
  • the photogate electrode PG is disposed corresponding to the opening LIa.
  • the region corresponding to the photogate electrode PG in the semiconductor substrate 1 (second semiconductor region 5) (the region located below the photogate electrode PG in FIG. 4) is the reflected light Lr of the pulsed light Lp from the object OJ. It functions as a charge generation region where charges are generated in response to incidence.
  • the photogate electrode PG also corresponds to the shape of the opening LIa and has a rectangular shape in plan view. In the present embodiment, the photogate electrode PG has a rectangular shape like the opening LIa.
  • the photogate electrode PG includes first and second long sides L1 and L2 that are orthogonal to the one-dimensional direction A and face each other in plan view, and first and second that are parallel to the one-dimensional direction A and face each other. It has two short sides S1, S2.
  • the photogate electrode PG has a first long side L1 on one side in the one-dimensional direction A and a second long side L2 on the other side in the one-dimensional direction A.
  • the first and second charge accumulation regions FD1, FD2 are arranged in the one-dimensional direction A with the photogate electrode PG interposed therebetween.
  • the first charge accumulation region FD1 is disposed on the first long side L1 side of the photogate electrode PG and is separated from the photogate electrode PG.
  • the second charge accumulation region FD2 is disposed on the second long side L2 side of the photogate electrode PG and is separated from the photogate electrode PG.
  • Each of the plurality of distance sensors P 1 ⁇ P N because it has the same configuration as the distance sensor P n, two distance sensors P n adjacent, in P n + 1, the first charge storage region FD1 and the second charge
  • the accumulation region FD2 is adjacent in the one-dimensional direction A.
  • the first and second charge accumulation regions FD1 and FD2 are n-type semiconductor regions formed in the second semiconductor region 5 and having a high impurity concentration, and accumulate charges generated in the charge generation region as signal charges.
  • the first and second charge accumulation regions FD1, FD2 have a rectangular shape in plan view.
  • the first and second charge storage regions FD1, FD2 have a square shape in plan view and the same shape.
  • the first transfer electrode TX1 is disposed on the insulating layer 7 and between the first charge storage region FD1 and the photogate electrode PG.
  • the first transfer electrode TX1 is disposed separately from the first charge storage region FD1 and the photogate electrode PG.
  • the first transfer electrode TX1 causes the charge generated in the charge generation region in response to the first pulse transfer signal S 1 (see FIG. 7) to flow into the first charge accumulation region FD1 as a signal charge.
  • the second transfer electrode TX2 is on the insulating layer 7 and is disposed between the second charge storage region FD2 and the photogate electrode PG.
  • the second transfer electrode TX2 is disposed separately from the second charge accumulation region FD2 and the photogate electrode PG.
  • Second transfer electrode TX2 the second charge storage region electric charges generated in the charge generation region in response to the second pulse transfer signal S 2 to the first pulse transfer signals S 1 and different phases (see Fig. 7) as the signal charges It flows into FD2.
  • Each of the plurality of distance sensors P 1 ⁇ P N because it has the same configuration as the distance sensor P n, two distance sensors P n adjacent, in P n + 1, a first transfer electrode TX1 second transfer electrodes TX2 is adjacent in the one-dimensional direction A.
  • the first and second transfer electrodes TX1, TX2 have a rectangular shape in plan view.
  • the first and second transfer electrodes TX1, TX2 have a rectangular shape having a long side in the direction orthogonal to the one-dimensional direction A, and have the same shape.
  • the long sides of the first and second transfer electrodes TX1, TX2 are shorter than the lengths of the first and second long sides L1, L2 of the photogate electrode PG.
  • the well region W is formed in the second semiconductor region 5.
  • the well region W surrounds the photogate electrode PG, the first and second transfer electrodes TX1 and TX2, and the first and second charge storage regions FD1 and FD2 when viewed from the direction orthogonal to the second main surface 1b. .
  • the well region W overlaps with a part of each of the first and second charge accumulation regions FD1, FD2 when viewed from the direction orthogonal to the second main surface 1b.
  • the outer edge of the well region W substantially coincides with the outer edges of the plurality of distance sensors P 1 to P N.
  • the well region W has the same conductivity type as that of the second semiconductor region 5.
  • the well region W has an impurity concentration higher than that of the second semiconductor region 5.
  • the well region W suppresses the coupling between the depletion layer expanded by applying a voltage to the photogate electrode PG and the depletion layer expanded from the first and second charge storage regions FD1, FD2. Thereby, crosstalk is suppressed.
  • the insulating layer 7 is provided with a contact hole for exposing the surface of the second semiconductor region 5.
  • a conductor 13 for connecting the first and second charge storage regions FD1, FD2 to the outside is disposed in the contact hole.
  • “high impurity concentration” means, for example, that the impurity concentration is about 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more, and “+” is attached to the conductivity type.
  • “impurity concentration is low” means that the impurity concentration is, for example, about 10 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 or less, and “ ⁇ ” is given to the conductivity type.
  • the thickness / impurity concentration of each semiconductor region is as follows.
  • First semiconductor region 3 thickness 10 to 1000 ⁇ m / impurity concentration 1 ⁇ 10 12 to 10 19 cm ⁇ 3
  • Second semiconductor region 5 thickness 1 to 50 ⁇ m / impurity concentration 1 ⁇ 10 12 to 10 15 cm ⁇ 3
  • First and second charge accumulation regions FD1, FD2 thickness 0.1 to 1 ⁇ m / impurity concentration 1 ⁇ 10 18 to 10 20 cm ⁇ 3
  • Well region W thickness 0.5 to 5 ⁇ m / impurity concentration 1 ⁇ 10 16 to 10 18 cm ⁇ 3
  • the semiconductor substrate 1 (first and second semiconductor regions 3 and 5) is supplied with a reference potential such as a ground potential via a back gate or a through electrode.
  • the semiconductor substrate is made of Si
  • the insulating layer 7 is made of SiO 2
  • photo gate electrode PG and the first and second transfer electrodes TX1, TX2 is made of polysilicon, which may be made of other materials.
  • the second pulse transfer signal S 2 of the phase applied to the first pulse transfer signals S 1 and the phase of the second transfer electrode TX2 applied to the first transfer electrode TX1, are 180 degrees.
  • Light incident on each of the plurality of distance sensors P 1 to P N is converted into electric charges in the semiconductor substrate 1 (second semiconductor region 5).
  • a part of the charges generated in this way is a first transfer electrode according to a potential gradient formed by a voltage applied to the photogate electrode PG and the first and second transfer electrodes TX1, TX2 as a signal charge. It runs in the direction of TX1 or the second transfer electrode TX2, that is, the direction parallel to the first and second short sides S1, S2 of the photogate electrode PG.
  • n-type semiconductor includes a positively ionized donor and has a positive potential, and thus attracts electrons.
  • FIG. 5 is a diagram showing a potential distribution in the vicinity of the second main surface of the semiconductor substrate along the line IV-IV in FIG. In FIG. 5, the downward direction is the positive direction of the potential.
  • Figure 5 the potential phi TX1 in the region immediately below the first transfer electrode TX1, the second transfer electrode potential region immediately below the TX2 phi TX2, the potential phi PG charge generation region immediately below the photogate electrode PG, the first The potential ⁇ FD1 of the charge storage region FD1 and the potential ⁇ FD2 of the second charge storage region FD2 are shown.
  • the potential ⁇ PG in the region immediately below the photogate electrode PG is the potential ( ⁇ TX1 , ⁇ TX2 ) in the region immediately below the adjacent first and second transfer electrodes TX1 and TX2 when no bias is applied. Then, it is set higher than this reference potential.
  • the potential ⁇ PG of the charge generation region is higher than the potentials ⁇ TX1 and ⁇ TX2 , and the potential distribution has a shape recessed downward in the drawing in the charge generation region.
  • the signal charge accumulation operation will be described with reference to FIG.
  • the first pulse transfer signals S 1 of phase applied to the first transfer electrode TX1 is 0 degrees
  • the first transfer electrode TX1 is given positive potential.
  • the second transfer electrode TX2 is supplied with a reverse-phase potential, that is, a potential having a phase of 180 degrees (for example, a ground potential).
  • a potential between the potential applied to the first transfer electrode TX1 and the potential applied to the second transfer electrode TX2 is applied to the photogate electrode PG.
  • a semiconductor potential phi TX1 directly under the first transfer electrode TX1 drops below the potential phi PG charge generation region.
  • the negative charge e generated in the charge generation region flows into the potential well of the first charge accumulation region FD1.
  • the potential ⁇ TX2 of the semiconductor immediately below the second transfer electrode TX2 does not decrease. For this reason, no charge flows into the potential well of the second charge accumulation region FD2. Thereby, signal charges are collected and accumulated in the potential well of the first charge accumulation region FD1. In the first and second charge accumulation regions FD1 and FD2, since the n-type impurity is added, the potential is recessed in the positive direction.
  • Second time pulse transfer signal S 2 of the phase is 0 degrees applied to the second transfer electrode TX2, the second transfer electrode TX2 is given a positive potential, the first transfer electrode TX1, the reverse-phase potential That is, a potential having a phase of 180 degrees (for example, a ground potential) is applied.
  • a potential between the potential applied to the first transfer electrode TX1 and the potential applied to the second transfer electrode TX2 is applied to the photogate electrode PG.
  • the semiconductor potential phi TX2 directly below the second transfer electrode TX2 drops below the potential phi PG charge generation region.
  • the negative charge e generated in the charge generation region flows into the potential well of the second charge accumulation region FD2.
  • the potential ⁇ TX1 of the semiconductor immediately below the first transfer electrode TX1 does not decrease. For this reason, no charge flows into the potential well of the first charge accumulation region FD1. As a result, the signal charge is collected and accumulated in the potential well of the second charge accumulation region FD2.
  • signal charges are collected and accumulated in the potential wells of the first and second charge accumulation regions FD1, FD2.
  • the signal charges accumulated in the potential wells of the first and second charge accumulation regions FD1, FD2 are read out to the outside.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining charge leakage in the distance sensor.
  • FIG. 6 particularly shows two adjacent distance sensors P n and P n + 1 .
  • the distance sensors P n and P n + 1 have the same configuration, and each includes the first charge accumulation region FD1 and the first transfer electrode TX1 on one side in the one-dimensional direction A of the photogate electrode PG, and the second charge on the other side.
  • the storage region FD2 and the second transfer electrode TX2 are provided.
  • the first charge accumulation region FD1 and the second charge accumulation region FD2 are adjacent in the one-dimensional direction A.
  • the range image sensor RS for example, when the distance sensor P n on the reflected light Lr is incident, charges are generated in accordance with the distance sensor P n in the reflected light Lr. Charges generated in accordance with the first and second pulse transfer signals S 1, S 2, first and second charge storage region of the distance sensor P n FD1, are distributed to FD2. At this time, part of the charge leaks into the first and second charge accumulation regions FD1 and FD2 of the other distance sensor P m (m ⁇ n). Leakage amount, the arrangement of the first and second charge storage region FD1, FD2 in the other distance sensor P m is different greatly depending on the distance whether sensor P n side.
  • the first charge accumulation region FD1 is disposed on the distance sensor P n side, and the second charge accumulation region FD2 is disposed on the opposite side to the distance sensor P n . Therefore, the distance sensor P n light is incident on, when the distance charges from sensor P n to the distance sensor P n + 1 leaks, the leakage amount B% into the first charge storage region FD1, the second charge storage region FD2 It is greater than the amount of leakage A%.
  • the distance sensor P n + 1 light is incident, the distance when the sensor P charges from n + 1 to the distance sensor P n leaks at a distance sensor P n, the distance sensor P n + 1 side second charge storage region FD2 arrangement Therefore, the leakage amount D% into the second charge accumulation region FD2 is larger than the leakage amount C% into the first charge accumulation region FD1.
  • FIG. 7 is a timing chart of various signals.
  • FIG. 7 shows two frame periods TF that are continuous in time series among the plurality of frame periods TF .
  • the drive signal S D of the light source LS, the intensity signal S Lr of the reflected light Lr when the reflected light Lr of the pulsed light Lp from the object OJ returns to the imaging region, and applied to the first transfer electrode TX1.
  • the first pulse transfer signal S 1 , the second pulse transfer signal S 2 applied to the second transfer electrode TX2, and the reset signal reset are shown.
  • Each of the two frame periods TF includes a period for accumulating signal charges (accumulation period) T acc and a period for reading signal charges (readout period) Tro .
  • the drive signal S D , the intensity signal S Lr , the first pulse transfer signal S 1 , and the second pulse transfer signal S 2 are all pulse signals having a pulse width T p .
  • a reset signal reset is applied to the first and second charge accumulation regions FD1 and FD2.
  • the drive signal SD is applied to the light source LS.
  • the first and second pulse transfer signals S 1 and S 2 are applied to the first and second transfer electrodes TX1 and TX2 in opposite phases. Thereby, charge transfer is performed and signal charges are accumulated in the first and second charge accumulation regions FD1, FD2.
  • the readout period T ro the signal charges accumulated in the first and second charge storage region FD1, in FD2 is read.
  • the first and second pulse transfer signals S 1 and S 2 are output by alternately switching the order of the first pulse transfer signal S 1 and the second pulse transfer signal S 2 in time series for each frame period TF. Is done. Therefore, in one frame period T F (here, the previous frame period T F in the time series) in two frame periods T F that are continuous in time series, the first pulse transfer signal S 1 is related to the drive signal SD . retardation 0 while being synchronized to the output, the second pulse transfer signal S 2 is outputted in synchronization with a phase difference of 180 degrees on the drive signal S D.
  • the second pulse transfer signal S 2 is output in synchronization with the drive signal SD with a phase difference of 0, and the first pulse transfer signals S 1 is output in synchronization with a phase difference of 180 degrees on the drive signal S D.
  • the output control of the first and second pulse transfer signals S 1 and S 2 is performed by the control unit CONT. That is, the control part CONT to synchronize with emission of pulsed light Lp, outputting a first pulse transfer signals S 1 to the first transfer electrode TX1. As a result, the charge generated in the charge generation region flows into the first charge accumulation region FD1 as a signal charge every frame period TF .
  • the control part CONT to synchronize with emission of pulsed light Lp, a first pulse transfer signals S 1 and phase output different second pulse transfer signal S 2 to the second transfer electrode TX2. Thereby, the charge generated in the charge generation region flows into the second charge accumulation region FD2 as a signal charge every frame period TF .
  • the control unit CONT further alternates the first and second pulse transfer signals S 1 and 2 by alternately switching the first pulse transfer signal S 1 and the second pulse transfer signal S 2 in time series for each frame period TF. 1, and it outputs the S 2.
  • the charge amount q 1 corresponding to the overlapping portion of the intensity signal S Lr and the signal output in synchronization with the drive signal SD with a phase difference of 0 is equal to the first charge accumulation region FD1 in one frame period TF. And stored in the second charge storage region FD2 in the other frame period TF . And intensity signal S Lr of the reflected light Lr, a charge amount q 2 corresponding to overlapping portions of the signal to be synchronized and output at a phase difference of 180 to the drive signal S D, the one frame period T F, the second Accumulated in the charge accumulation region FD2, and accumulated in the first charge accumulation region FD1 in the other frame period TF .
  • the phase difference Td between the intensity signal S Lr and the signal output in synchronization with the drive signal SD with a phase difference of 0 is the time of flight of light, which is the distance d from the distance image sensor RS to the object OJ. Is shown.
  • the distance d is, the calculating section ART, using the time total charge amount to Q 1 charge amount q 1 in the two frame period T F of consecutive series, and the ratio of the total charge amount Q 2 of the charge amount q 2, below (1).
  • C is the speed of light.
  • the arithmetic unit ART reads the charge amounts q 1 and q 2 of the signal charges accumulated in the first and second charge accumulation regions FD1 and FD2 and reads the read charge amounts q 1 and q for each frame period TF. Based on 2 , the distance d to the object OJ is calculated. At this time, the calculation unit ART calculates the distance d to the object OJ based on the total charge amounts Q 1 and Q 2 .
  • the total charge amount Q 1 , Q 2 corresponds to the first charge accumulation region FD 1 according to the first and second pulse transfer signals S 1 , S 2 having the same phase in two frame periods TF that are continuous in time series. And the total charge amount of signal charges accumulated in the second charge accumulation region FD2.
  • the total charge amount Q 1 is, when the charge amount q 1 of the one frame period T F by the signal charges accumulated in the first charge storage region FD1 in the two frame period T F of continuous sequence the total charge amount of the charge quantity q 1 of the other frame period T F by the signal charge accumulated in the second charge accumulation region FD2.
  • the total charge amount Q 2 are accumulated in the first charge storage region FD1 in the charge amount q 2 and the other frame period T F of one frame period T F by the signal charge accumulated in the second charge accumulation region FD2 and the total charge amount of the charge quantity q 2 of the signal charges.
  • the total charge amounts Q 1 and Q 2 used for the calculation of the distance d are both the signal charge amounts q 1 and q 2 accumulated in the first charge accumulation region FD1, and the second charge accumulation region FD2. Is the sum of the charge amounts q 1 and q 2 of the signal charges accumulated in the. Therefore, as described above, even if the amount of charge accumulated in each of the first and second charge accumulation regions FD1, FD2 is different between the distance sensor P n and the distance sensor P n + 1 due to charge leakage, The influence of charge leakage is distributed in a balanced manner over the total charge amounts Q 1 and Q 2 .
  • the influence of charge crosstalk on the distance measurement between the distance sensors P n and P n + 1 adjacent in the one-dimensional direction A is the same. Therefore, in the distance sensors P n and P n + 1 , the ratio between the charge amount distributed to the first charge storage region FD1 by the first transfer electrode TX1 and the charge amount distributed to the second charge storage region FD2 by the second transfer electrode TX2 are the same, that is, when the distance to be measured should be the same between the distance sensor P n and the distance sensor P n + 1 , the measured distance of the distance sensor P n , P n + 1 due to charge leakage Differences can be reduced.
  • the calculation of the distance d is performed based on the amount of signal charges accumulated in the first and second charge accumulation regions FD1 and FD2 in two frame periods TF that are continuous in time series. Calculation of the next distance d of the operation of the distance d, two frame periods are consecutive in and chronological follows the two frame period T F to obtain a charge amount used in the calculation of the previous distance d T F In step S ⁇ b> 1, the signal charge accumulated in the first and second charge accumulation regions FD ⁇ b> 1 and FD ⁇ b> 2 may be used.
  • Calculation of the following distance d is continuous in time series and a frame period T F of latter of the two frame period T F to obtain a charge amount used in the calculation of the previous distance d, in the frame period T F May be performed based on the amount of signal charges accumulated in the first and second charge accumulation regions FD1 and FD2 in one frame period TF .
  • FIG. 8 is a timing chart of various signals in the conventional distance measuring device.
  • the control unit CONT does not alternately change the time-series order of the first pulse transfer signal S 1 and the second pulse transfer signal S 2 for each frame period TF .
  • the point at which the second pulse transfer signals S 1 and S 2 are output, and the calculation unit ART uses the charge amount q 1 of the signal charge accumulated in the first charge accumulation region FD1 in the one frame period TF and the second except that calculates the distance d to the object OJ based on a charge amount q 2 of the signal charges accumulated in the charge accumulation region FD2 has the same configuration as the distance measuring apparatus 10 according to this embodiment . That is, in the conventional distance measuring device, the distance d is calculated by the following equation (2) using the ratio of the charge amounts q 1 and q 2 in one frame period TF .
  • the charge amount q 1 corresponding to the overlapping portion of the intensity signal S Lr and the signal output in synchronization with the drive signal SD with a phase difference of 0 is only in the first charge accumulation region FD1. Is the amount of signal charge accumulated in the.
  • the charge amount q 2 corresponding to the overlapping portion of the intensity signal S Lr and the signal output in synchronization with the drive signal SD with a phase difference of 180 degrees is accumulated only in the second charge accumulation region FD2. This is the signal charge amount.
  • the distance sensors P n and P n + 1 the amount of charge distributed to the first charge storage region FD1 by the first transfer electrode TX1 and the amount of charge distributed to the second charge storage region FD2 by the second transfer electrode TX2 Even if the ratio is the same and the distance to be measured should be equal between the distance sensor P n and the distance sensor P n + 1 , the measurement distance due to charge leakage in the distance sensors P n and P n + 1 Can be different.
  • the pulsed light Lp is emitted from the light source LS every frame period TF , and the pulsed light Lp at the object OJ.
  • Reflected light Lr is incident on the distance image sensor RS.
  • the distance image sensor RS a plurality of distance sensors P 1 to P N each having a charge generation region and first and second charge accumulation regions FD1 and FD2 arranged with the charge generation region sandwiched in a one-dimensional direction A are provided. Arranged in the one-dimensional direction A.
  • charges are generated in the charge generation region according to the reflected light Lr.
  • the generated charges are accumulated as signal charges in the first and second charge accumulation regions FD1 and FD2 in accordance with the first and second pulse transfer signals S 1 and S 2 for each frame period TF .
  • the first and second pulse transfer signals S 1 and S 2 have different phases, and are output by alternately changing the order in time series for each frame period TF . For this reason, in two frame periods TF that are continuous in time series, in one frame period TF , after the signal charge is accumulated in the first charge accumulation region FD1, the signal charge is accumulated in the second charge accumulation region FD2. Is done. In the other frame period TF , after the signal charge is accumulated in the second charge accumulation region FD2, the signal charge is accumulated in the first charge accumulation region FD1.
  • the distance d to the object OJ corresponds to the first charge accumulation region FD1 according to the first and second pulse transfer signals S 1 and S 2 having the same phase in two frame periods TF that are continuous in time series.
  • the calculation is performed based on the total charge amounts Q 1 and Q 2 of the signal charges accumulated in the second charge accumulation region FD2. Since these total charge amounts Q 1 and Q 2 are used for calculating the distance d to the object OJ, the charge amounts leaking from the other distance sensors into the first and second charge accumulation regions FD1 and FD2 are different from each other.
  • the total charge amounts Q 1 and Q 2 are both the signal charge amounts q 1 and q 2 accumulated in the first charge accumulation region FD1, and the signal charge amount q accumulated in the second charge accumulation region FD2. 1, it is the sum of the q 2. Therefore, even if the amount of charge accumulated in each of the first and second charge accumulation regions FD1 and FD2 is different between the distance sensor P n and the distance sensor P n + 1 due to the leakage of charges, the leakage of charges The influence is distributed in a balanced manner to the total charge amounts Q 1 and Q 2 .
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the number of the first and second transfer electrodes TX1 and TX2 and the first and second charge storage regions FD1 and FD2 is 1, It may be the above.
  • Each of the plurality of distance sensors P 1 to P N is disposed between an unnecessary charge collection region for collecting charges generated in the charge generation region as unnecessary charges, and between the unnecessary charge collection region and the charge generation region, You may further provide the 3rd transfer electrode which makes the electric charge which generate
  • the number of unnecessary charge collection regions and third transfer electrodes may be two or more.
  • a plurality of drive signals SD may be sequentially applied, and the first pulse transfer signal S 1 and the second pulse transfer signal S 2 may be sequentially output in synchronization therewith.
  • signal charges are accumulated and accumulated in the first and second charge accumulation regions FD1, FD2.
  • the distance image sensor RS is a line sensor in which each of the plurality of distance sensors P 1 to P N is one-dimensionally arranged, but each of the plurality of distance sensors P 1 to P N may be two-dimensionally arranged. In this case, a two-dimensional image can be easily obtained. A two-dimensional image can also be obtained by rotating the line sensor or by scanning with two line sensors.
  • the distance image sensor RS is not limited to the surface incident type distance image sensor.
  • the distance image sensor RS may be a back-illuminated distance image sensor.
  • the charge generation region in which charge is generated in response to incident light may be configured by a photodiode (for example, an embedded photodiode).
  • the p-type and n-type conductivity types in the distance image sensor RS according to the present embodiment may be switched so as to be opposite to the above-described conductivity types.
  • the present invention can be used for a distance measuring device including a TOF type distance image sensor and a driving method of the distance measuring device.
  • 10 distance measuring device, A ... one-dimensional direction, FD1 ... first charge storage region, FD2 ... second charge accumulation region, P 1 ⁇ P N ... distance sensor, PG ... photo gate electrode, RS ... range image sensor, S 1 ... first pulse transfer signal, S 2 ... second pulse transfer signal, TX1 ... first transfer electrodes, TX2 ... second transfer electrodes, LS ... light source, DRV ... drive unit, ART ... arithmetic unit, OJ ... object, Lp: pulse light, Lr: reflected light, T F : frame period, q 1 , q 2 ... charge amount, Q 1 , Q 2 ... total charge amount, d ... distance.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Abstract

　測距装置１０では、制御部ＣＯＮＴが、フレーム周期ＴＦ毎に、第一パルス転送信号Ｓ１と第二パルス転送信号Ｓ２との時系列での順序を交互に入れ替えて、第一及び第二パルス転送信号Ｓ１，Ｓ２を出力すると共に、演算部ＡＲＴが、時系列で連続する二つのフレーム周期ＴＦにおける、位相が同じとなる第一及び第二パルス転送信号Ｓ１，Ｓ２に応じて第一電荷蓄積領域ＦＤ１と第二電荷蓄積領域ＦＤ２とに蓄積された信号電荷の合計電荷量Ｑ１，Ｑ２に基づいて対象物ＯＪまでの距離ｄを演算する。

Description

測距装置及び測距装置の駆動方法
　本発明は、測距装置及び測距装置の駆動方法に関する。
　ＴＯＦ（Time-Of-Flight）型の距離画像センサを備える測距装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された測距装置では、複数の距離センサが一次元方向に配置されている。各距離センサは、矩形の電荷発生領域と、一対の転送電極と、一対の電荷蓄積領域と、を含んでいる。一対の転送電極は、電荷発生領域の一対の対向する二辺に沿ってそれぞれ設けられている。一対の電荷蓄積領域は、転送電極により転送された信号電荷をそれぞれ蓄積する。
　この測距装置では、各転送電極が電荷発生領域に発生した電荷を信号電荷として位相の異なる転送信号に応じて各電荷蓄積領域に振り分ける。振り分けられた信号電荷は、対応する各電荷蓄積領域にそれぞれ蓄積される。各電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷は、蓄積された電荷量に対応した出力として読み出される。これらの出力の比率に基づいて、対象物までの距離が算出される。
国際公開第２００７／０２６７７９号パンフレット
　本発明者らの調査研究の結果、上記特許文献１に記載されるような測距装置では、測定距離が同等であるべき二つの距離センサにおいて、測定距離が距離センサによって異なる場合があることが明らかになった。
　本発明は、測定距離が同等であるべき二つの距離センサにおける測定距離の異なりを低減する測距装置及び測距装置の駆動方法を提供することを目的とする。
　本発明者らは、測定距離が同等であるべき二つの距離センサにおける測定距離の異なりを低減する測距装置及び測距装置の駆動方法について、調査研究を行った。その結果、本発明者らは以下の事実を見出した。
　上記特許文献１に記載されるような測距装置では、光が入射した距離センサ（以下、入射距離センサと称する）以外の他の距離センサでも信号が検出される場合がある。これは、入射距離センサの電荷発生領域で生成された電荷が、他の距離センサの各電荷蓄積領域に流入するクロストークが生じているためと考えられる。他の距離センサの各電荷蓄積領域へのクロストークの影響は、当該各電荷蓄積領域の配置によって異なる。他の距離センサの各電荷蓄積領域の配置が入射距離センサ側であるか否かによって、クロストークの影響は異なる。すなわち、他の距離センサにおいて光入射距離センサ側に配置される電荷蓄積領域では、クロストークの影響が大きい。光入射距離センサ側とは逆側に配置される電荷蓄積領域では、クロストークの影響が小さい。
　電荷振り分け方式の距離センサでは、上記のように、各電荷蓄積領域の出力の比率に基づいて、対象物までの距離が算出される。このため、周りの距離センサから各電荷蓄積領域に電荷の漏れ込みがあると、距離センサで算出される距離が変化する。例えば、光が入射された二つの距離センサの各電荷蓄積領域において、一方の位相の転送信号に応じて振り分けられる電荷量と、他方の位相に応じて振り分けられる電荷量とが同じとなる場合であっても、クロストークの影響が異なるために、測定距離が異なる場合がある。すなわち、二つの光入射距離センサにおいて、測定距離が同等であるべき場合であっても、同じ位相の転送信号に応じて信号電荷を蓄積する各電荷蓄積領域同士の配置が、もう一方の光入射距離センサ側であるか否かで互いに異なる場合は、測定距離が距離センサによって異なり得る。
　本発明者らは、自らが見出したこれらの事実に着目して、測定距離が同等であるべき二つの距離センサにおける測定距離の異なりを低減する構成について更に鋭意研究を行い、本発明を想到するに至った。
　本発明の一形態に係る測距装置は、距離画像センサと、制御部と、演算部と、を備える。距離画像センサは、複数の距離センサが一次元方向に配置されている距離画像センサである。距離センサは、対象物に向けてパルス光をフレーム周期毎に出射するように光源を駆動する駆動部と、対象物でのパルス光の反射光の入射に応じて電荷が発生する電荷発生領域と、電荷発生領域から離間し且つ一次元方向で電荷発生領域を挟んで配置され、電荷を蓄積する第一及び第二電荷蓄積領域と、第一電荷蓄積領域と電荷発生領域との間に配置されている第一転送電極と、第二電荷蓄積領域と電荷発生領域との間に配置されている第二転送電極と、を有している。駆動部は、パルス光の出射と同期するように、フレーム周期毎に、電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として第一電荷蓄積領域に流入させるように、第一パルス転送信号を第一転送電極に出力し、電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として第二電荷蓄積領域に流入させるように、第一パルス転送信号と位相が異なる第二パルス転送信号を第二転送電極に出力する。演算部は、フレーム周期毎に、第一及び第二電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷をそれぞれ読み出し、読み出した信号電荷に基づいて対象物までの距離を演算する。制御部は、フレーム周期毎に、第一パルス転送信号と第二パルス転送信号との時系列での順序を交互に入れ替えて、第一及び第二パルス転送信号を出力する。演算部は、時系列で連続する二つのフレーム周期における、位相が同じとなる第一及び第二パルス転送信号に応じて第一電荷蓄積領域と第二電荷蓄積領域とに蓄積された信号電荷の合計電荷量に基づいて対象物までの距離を演算する。
　本発明の一形態に係る測距装置の駆動方法は、対象物に向けてパルス光を出射する光源と、複数の距離センサが一次元方向に配置されている距離画像センサと、を備える測距装置の駆動方法である。距離センサは、対象物でのパルス光の反射光の入射に応じて電荷が発生する電荷発生領域と、電荷発生領域から離間し且つ一次元方向で電荷発生領域を挟んで配置され、電荷を蓄積する第一及び第二電荷蓄積領域と、第一電荷蓄積領域と電荷発生領域との間に配置されている第一転送電極と、第二電荷蓄積領域と電荷発生領域との間に配置されている第二転送電極と、を有する。本形態に係る測距装置の駆動方法では、パルス光をフレーム周期毎に出射するように光源を駆動し、パルス光の出射と同期するように、フレーム周期毎に、電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として第一電荷蓄積領域に流入させるように、第一パルス転送信号を第一転送電極に出力し、電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として第二電荷蓄積領域に流入させるように、第一パルス転送信号と位相が異なる第二パルス転送信号を第二転送電極に出力し、フレーム周期毎に、第一及び第二電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷をそれぞれ読み出し、読み出した信号電荷に基づいて対象物までの距離を演算し、第一及び第二パルス転送信号を出力する際に、フレーム周期毎に、第一パルス転送信号と第二パルス転送信号との時系列での順序を交互に入れ替えて、第一及び第二パルス転送信号を出力し、対象物までの距離を演算する際に、時系列で連続する二つのフレーム周期における、位相が同じとなる第一及び第二パルス転送信号に応じて第一電荷蓄積領域と第二電荷蓄積領域とに蓄積された信号電荷の合計電荷量に基づいて対象物までの距離を演算する。
　本形態では、フレーム周期毎に、光源からパルス光が出射され、対象物でのパルス光の反射光が距離画像センサに入射する。距離画像センサでは、電荷発生領域と、一次元方向で電荷発生領域を挟んで配置される第一及び第二電荷蓄積領域と、を有する複数の距離センサが一次元方向に配置されている。反射光が入射した距離センサでは、反射光に応じて電荷が電荷発生領域に発生する。発生した電荷は、フレーム周期毎に、第一及び第二パルス転送信号に応じて第一及び第二電荷蓄積領域に信号電荷として蓄積される。第一及び第二パルス転送信号は、位相が互いに異なり、且つ、フレーム周期毎に時系列での順序を交互に入れ替えて出力される。このため、時系列で連続する二つのフレーム周期において、一方のフレーム周期では、第一電荷蓄積領域に信号電荷が蓄積された後に、第二電荷蓄積領域に信号電荷が蓄積される。また、他方のフレーム周期では、第二電荷蓄積領域に信号電荷が蓄積された後に、第一電荷蓄積領域に信号電荷が蓄積される。対象物までの距離は、時系列で連続する二つのフレーム周期における、位相が同じとなる第一及び第二パルス転送信号に応じて第一電荷蓄積領域と第二電荷蓄積領域とに蓄積された信号電荷の合計電荷量に基づいて演算される。これらの合計電荷量が対象物までの距離の演算に用いられるので、他の距離センサから第一及び第二電荷蓄積領域に漏れ込む電荷量が互いに異なる場合でも、電荷の漏れ込みによる影響が一方の位相のパルス転送信号に応じた合計電荷量と、他方の位相のパルス転送信号に応じた合計電荷量とにバランスよく分配される。この結果、一次元方向で隣り合う距離センサ同士で距離計測に対する電荷のクロストークの影響が同様となる。これにより、測定距離が同等であるべき二つの距離センサにおいて、測定距離の異なりを低減することができる。
　本発明の一形態によれば、測定距離が同等であるべき二つの距離センサにおける測定距離の異なりを低減する測距装置及び測距装置の駆動方法を提供することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る測距装置の構成を示す説明図である。 図２は、距離画像センサの断面構成を説明するための図である。 図３は、距離画像センサの構成図である。 図４は、図３におけるIV－IV線に沿った断面構成を示す図である。 図５は、半導体基板の第二主面近傍におけるポテンシャル分布を示す図である。 図６は、距離センサにおける電荷の漏れ込みについて説明する図である。 図７は、各種信号のタイミングチャートである。 図８は、従来の測距装置における各種信号のタイミングチャートである。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
　図１は、本実施形態に係る測距装置の構成を示す説明図である。
　測距装置１０は、対象物ＯＪまでの距離ｄを測定する装置である。測距装置１０は、距離画像センサＲＳと、光源ＬＳと、表示器ＤＳＰと、制御ユニットと、を備えている。制御ユニットは、駆動部ＤＲＶと、制御部ＣＯＮＴと、演算部ＡＲＴと、を備えている。光源ＬＳは、対象物ＯＪに向けてパルス光Ｌｐを出射する。光源ＬＳは、例えば、レーザ光照射装置、ＬＥＤなどで構成される。距離画像センサＲＳは、ＴＯＦ型の距離画像センサである。距離画像センサＲＳは、配線基板ＷＢ上に配置されている。
　制御ユニット（駆動部ＤＲＶ、制御部ＣＯＮＴ、及び演算部ＡＲＴ）は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）などの演算回路、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）及びＲＯＭ（Read　Only　Memory）などのメモリ、電源回路、及びＡ／Ｄコンバータを含む読出回路などのハードウエアによって構成されている。この制御ユニットは、一部もしくは全体がＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）又はＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）などの集積回路によって構成されていてもよい。
　駆動部ＤＲＶは、制御部ＣＯＮＴの制御に従って光源ＬＳに駆動信号ＳＤを印加する。これにより、駆動部ＤＲＶは、対象物ＯＪに向けてパルス光Ｌｐをフレーム周期毎に出射するように光源ＬＳを駆動する。制御部ＣＯＮＴは、駆動部ＤＲＶを制御すると共に、第一及び第二パルス転送信号Ｓ１、Ｓ２を距離画像センサＲＳに出力する。制御部ＣＯＮＴは、更に、演算部ＡＲＴの演算結果を表示器ＤＳＰに表示させる。演算部ＡＲＴは、距離画像センサＲＳから信号電荷の電荷量ｑ１，ｑ２をそれぞれ読み出し、読み出した電荷量ｑ１，ｑ２に基づいて距離ｄを演算する。演算部ＡＲＴは、演算結果を制御部ＣＯＮＴに出力する。距離ｄの演算方法の詳細については、図７を参照して後で説明する。表示器ＤＳＰは、制御部ＣＯＮＴから演算部ＡＲＴの演算結果を入力し、当該演算結果を表示するディスプレイである。
　測距装置１０では、駆動信号ＳＤが光源ＬＳに印加されることにより、パルス光Ｌｐがフレーム周期毎に光源ＬＳから出射される。光源ＬＳから出射されたパルス光Ｌｐが対象物ＯＪに入射すると、反射によりパルス光である反射光Ｌｒが対象物ＯＪから出射される。対象物ＯＪから出射された反射光Ｌｒは、距離画像センサＲＳの電荷発生領域に入射する。
　距離画像センサＲＳからは、画素毎に第一及び第二パルス転送信号Ｓ１，Ｓ２に同期して収集された電荷量ｑ１，ｑ２が出力される。出力された電荷量ｑ１，ｑ２は、駆動信号ＳＤに同期して演算部ＡＲＴに入力される。演算部ＡＲＴでは、入力された電荷量ｑ１，ｑ２に基づき、画素毎に距離ｄが演算される。距離ｄの演算結果は、制御部ＣＯＮＴに入力される。制御部ＣＯＮＴに入力された演算結果は、表示器ＤＳＰに転送されて表示される。
　図２は、距離画像センサの断面構成を説明するための図である。
　距離画像センサＲＳは、表面入射型の距離画像センサであって、半導体基板１及び遮光層ＬＩを備えている。半導体基板１は、互いに対向する第一及び第二主面１ａ，１ｂを有している。第二主面１ｂは、光入射面である。距離画像センサＲＳは、半導体基板１の第一主面１ａ側を配線基板ＷＢに対向させた状態で、接着領域ＦＬを介して配線基板ＷＢに貼り付けられている。接着領域ＦＬは、絶縁性の接着剤やフィラーを有している。距離画像センサＲＳには、半導体基板１の第二主面１ｂ側から反射光Ｌｒが入射する。遮光層ＬＩは、第二主面１ｂ上に設けられている。遮光層ＬＩは、たとえば、アルミニウムなどの金属からなる。
　続いて、図３及び図４を参照しながら、距離画像センサＲＳについて詳細に説明する。図３は、距離画像センサの構成図である。図４は、図３におけるIV－IV線に沿った断面構成を示す図である。
　距離画像センサＲＳは、一次元方向Ａに配置された複数の距離センサＰ１～ＰＮ（Ｎは２以上の自然数）を有するアレイ構造を成すラインセンサである。複数の距離センサＰ１～ＰＮそれぞれは、一つ又は二つ以上ずつで距離画像センサＲＳの一画素を構成している。本実施形態では、複数の距離センサＰ１～ＰＮそれぞれは、一つで距離画像センサＲＳの一画素を構成している。図３では、距離センサＰｎ（ｎはＮ以下の自然数）の構成のみが示されている。複数の距離センサＰ１～ＰＮそれぞれは、距離センサＰｎと同様の構成を有している。
　上述のように、距離画像センサＲＳは、遮光層ＬＩを備えている。遮光層ＬＩは、光入射面である第二主面１ｂの前方に設けられている。遮光層ＬＩには、複数の距離センサＰ１～ＰＮに対応する領域それぞれにおいて、一次元方向Ａに開口ＬＩａが形成されている。開口ＬＩａは、矩形状を呈している。本実施形態では、開口ＬＩａは、長方形状を呈している。光は、遮光層ＬＩの開口ＬＩａを通って、半導体基板１に入射する。したがって、開口ＬＩａにより、半導体基板１には、受光領域が規定される。なお、図３では、遮光層ＬＩの図示が省略されている。
　半導体基板１は、ｐ型の第一半導体領域３と、ｐ－型の第二半導体領域５と、からなる。ｐ型の第一半導体領域３は、第一主面１ａ側に位置している。ｐ－型の第二半導体領域５は、第一半導体領域３よりも不純物濃度が低く且つ第二主面１ｂ側に位置している。半導体基板１は、例えば、ｐ型の半導体基板上に、当該半導体基板よりも不純物濃度が低いｐ－型のエピタキシャル層を成長させることにより得ることができる。半導体基板１の第二主面１ｂ（第二半導体領域５）上には、絶縁層７が形成されている。
　複数の距離センサＰ１～ＰＮは、半導体基板１において、一次元方向Ａに配置される。すなわち、複数の距離センサＰ１～ＰＮは、半導体基板１において、一次元方向Ａに沿って並ぶように配置されている。複数の距離センサＰ１～ＰＮそれぞれは、フォトゲート電極ＰＧと、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２と、第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２と、ｐ型のウェル領域Ｗと、を備えている。なお、図３では、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２上に配置されている導体１３（図４参照）の図示が省略されている。
　フォトゲート電極ＰＧは、開口ＬＩａに対応して配置されている。半導体基板１（第二半導体領域５）におけるフォトゲート電極ＰＧに対応する領域（図４において、フォトゲート電極ＰＧの下方に位置する領域）は、対象物ＯＪでのパルス光Ｌｐの反射光Ｌｒの入射に応じて電荷が発生する電荷発生領域として機能する。フォトゲート電極ＰＧは、開口ＬＩａの形状にも対応し、平面視で矩形状を呈している。本実施形態では、フォトゲート電極ＰＧは、開口ＬＩａと同様に長方形状を呈している。すなわち、フォトゲート電極ＰＧは、平面視で、一次元方向Ａと直交し且つ互いに対向する第一及び第二長辺Ｌ１，Ｌ２と、一次元方向Ａと平行で且つ互いに対向する第一及び第二短辺Ｓ１，Ｓ２とを有している。フォトゲート電極ＰＧは、一次元方向Ａの一方側に第一長辺Ｌ１、一次元方向Ａの他方側に第二長辺Ｌ２を有している。
　第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２は、一次元方向Ａでフォトゲート電極ＰＧを挟んで配置されている。第一電荷蓄積領域ＦＤ１は、フォトゲート電極ＰＧの第一長辺Ｌ１側にフォトゲート電極ＰＧから離間して配置されている。第二電荷蓄積領域ＦＤ２は、フォトゲート電極ＰＧの第二長辺Ｌ２側にフォトゲート電極ＰＧから離間して配置されている。複数の距離センサＰ１～ＰＮそれぞれは、距離センサＰｎと同様の構成を有しているため、隣り合う二つの距離センサＰｎ，Ｐｎ＋１において、第一電荷蓄積領域ＦＤ１と第二電荷蓄積領域ＦＤ２とが一次元方向Ａで隣り合っている。
　第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２は、第二半導体領域５に形成された不純物濃度が高いｎ型の半導体領域であり、電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として蓄積する。第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２は、平面視で矩形状を呈している。本実施形態では、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２は、平面視で正方形状を呈すると共に、互いに同形状を成している。
　第一転送電極ＴＸ１は、絶縁層７上であって、第一電荷蓄積領域ＦＤ１とフォトゲート電極ＰＧとの間に配置されている。第一転送電極ＴＸ１は、第一電荷蓄積領域ＦＤ１とフォトゲート電極ＰＧとからそれぞれ離間して配置されている。第一転送電極ＴＸ１は、第一パルス転送信号Ｓ１（図７参照）に応じて電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として第一電荷蓄積領域ＦＤ１に流入させる。
　第二転送電極ＴＸ２は、絶縁層７上であって、第二電荷蓄積領域ＦＤ２とフォトゲート電極ＰＧとの間に配置されている。第二転送電極ＴＸ２は、第二電荷蓄積領域ＦＤ２とフォトゲート電極ＰＧとからそれぞれ離間して配置されている。第二転送電極ＴＸ２は、第一パルス転送信号Ｓ１と位相が異なる第二パルス転送信号Ｓ２（図７参照）に応じて電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として第二電荷蓄積領域ＦＤ２に流入させる。複数の距離センサＰ１～ＰＮそれぞれは、距離センサＰｎと同様の構成を有しているため、隣り合う二つの距離センサＰｎ，Ｐｎ＋１において、第一転送電極ＴＸ１と第二転送電極ＴＸ２とが一次元方向Ａで隣り合っている。
　第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２は、平面視で矩形状を呈している。本実施形態では、第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２は、一次元方向Ａに直交する方向を長辺とする長方形状を呈し、互いに同形状を成している。第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２の長辺の長さは、フォトゲート電極ＰＧの第一及び第二長辺Ｌ１，Ｌ２の長さよりも短い。
　ウェル領域Ｗは、第二半導体領域５に形成されている。ウェル領域Ｗは、第二主面１ｂに直交する方向から見て、フォトゲート電極ＰＧ、第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２、並びに第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２を囲んでいる。ウェル領域Ｗは、第二主面１ｂに直交する方向から見て、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２それぞれの一部と重なっている。ウェル領域Ｗの外縁は、複数の距離センサＰ１～ＰＮの外縁と略一致している。ウェル領域Ｗは、第二半導体領域５の導電型と同一の導電型である。ウェル領域Ｗは、第二半導体領域５の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する。ウェル領域Ｗは、フォトゲート電極ＰＧへの電圧の印加によって広がった空乏層と、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２から広がる空乏層との結合を抑制している。これにより、クロストークが抑制される。
　絶縁層７には、第二半導体領域５の表面を露出させるためのコンタクトホールが設けられている。コンタクトホール内には、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２を外部に接続するための導体１３が配置される。
　本実施形態では、「不純物濃度が高い」とは例えば不純物濃度が１×１０１７ｃｍ－３程度以上であることを意味し、「＋」を導電型に付けて示される。一方、「不純物濃度が低い」とは例えば不純物濃度が１０×１０１５ｃｍ－３程度以下であることを意味し、「－」を導電型に付けて示される。
　各半導体領域の厚さ／不純物濃度は以下の通りである。
第一半導体領域３：厚さ１０～１０００μｍ／不純物濃度１×１０１２～１０１９ｃｍ－３
第二半導体領域５：厚さ１～５０μｍ／不純物濃度１×１０１２～１０１５ｃｍ－３
第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２：厚さ０．１～１μｍ／不純物濃度１×１０１８～１０２０ｃｍ－３
ウェル領域Ｗ：厚さ０．５～５μｍ／不純物濃度１×１０１６～１０１８ｃｍ－３
　半導体基板１（第一及び第二半導体領域３，５）には、バックゲート又は貫通電極などを介してグラウンド電位などの基準電位が与えられる。
　半導体基板はＳｉからなり、絶縁層７はＳｉＯ２からなり、フォトゲート電極ＰＧ及び第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２はポリシリコンからなるが、これらは他の材料からなってもよい。
　第一転送電極ＴＸ１に印加される第一パルス転送信号Ｓ１の位相と第二転送電極ＴＸ２に印加される第二パルス転送信号Ｓ２の位相とは、１８０度ずれている。複数の距離センサＰ１～ＰＮそれぞれに入射した光は、半導体基板１（第二半導体領域５）内において電荷に変換される。このようにして発生した電荷のうち一部は、信号電荷として、フォトゲート電極ＰＧ並びに第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２に印加される電圧により形成されるポテンシャル勾配にしたがって、第一転送電極ＴＸ１又は第二転送電極ＴＸ２の方向、すなわちフォトゲート電極ＰＧの第一及び第二短辺Ｓ１，Ｓ２に平行な方向に走行する。
　第一又は第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２に正電位を与えると、第一又は第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２の下のポテンシャルがフォトゲート電極ＰＧの下の部分の半導体基板１（第二半導体領域５）のポテンシャルより電子に対して低くなる。これにより、負の電荷（電子）は、第一又は第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２の方向に引き込まれ、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２によって形成されるポテンシャル井戸内に蓄積される。ｎ型の半導体は、正にイオン化したドナーを含んでおり、正のポテンシャルを有しているため、電子を引き付ける。第一又は第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２に、上記正電位よりも低い電位（たとえば、グラウンド電位）を与えると、第一又は第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２によるポテンシャル障壁が生じる。このため、半導体基板１で発生した電荷は、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２には引き込まれない。
　図５は、図３のIV－IV線に沿った半導体基板の第二主面近傍におけるポテンシャル分布を示す図である。図５では、下向きがポテンシャルの正方向である。図５には、第一転送電極ＴＸ１の直下の領域のポテンシャルφＴＸ１、第二転送電極ＴＸ２の直下の領域のポテンシャルφＴＸ２、フォトゲート電極ＰＧの直下の電荷発生領域のポテンシャルφＰＧ、第一電荷蓄積領域ＦＤ１のポテンシャルφＦＤ１、第二電荷蓄積領域ＦＤ２のポテンシャルφＦＤ２が示されている。
　フォトゲート電極ＰＧの直下の領域（電荷発生領域）のポテンシャルφＰＧは、無バイアス時における隣接する第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２直下の領域のポテンシャル（φＴＸ１，φＴＸ２）を基準電位とすると、この基準電位よりも高く設定されている。この電荷発生領域のポテンシャルφＰＧはポテンシャルφＴＸ１，φＴＸ２よりも高くなり、ポテンシャル分布は電荷発生領域において図面の下向きに凹んだ形状となる。
　図５を参照して、信号電荷の蓄積動作を説明する。第一転送電極ＴＸ１に印加される第一パルス転送信号Ｓ１の位相が０度のとき、第一転送電極ＴＸ１には正の電位が与えられる。第二転送電極ＴＸ２には、逆相の電位、すなわち位相が１８０度の電位（たとえば、グラウンド電位）が与えられる。フォトゲート電極ＰＧには、第一転送電極ＴＸ１に与えられる電位と、第二転送電極ＴＸ２に与えられる電位との間の電位が与えられる。この場合、図５（ａ）に示されるように、第一転送電極ＴＸ１直下の半導体のポテンシャルφＴＸ１が電荷発生領域のポテンシャルφＰＧよりも下がる。これにより、電荷発生領域で発生した負の電荷ｅは、第一電荷蓄積領域ＦＤ１のポテンシャル井戸内に流れ込む。
　一方、第二転送電極ＴＸ２直下の半導体のポテンシャルφＴＸ２は下がらない。このため、第二電荷蓄積領域ＦＤ２のポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。これにより、信号電荷が第一電荷蓄積領域ＦＤ１のポテンシャル井戸に収集されて、蓄積される。第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２では、ｎ型の不純物が添加されているため、正方向にポテンシャルが凹んでいる。
　第二転送電極ＴＸ２に印加される第二パルス転送信号Ｓ２の位相が０度のとき、第二転送電極ＴＸ２には正の電位が与えられ、第一転送電極ＴＸ１には、逆相の電位、すなわち位相が１８０度の電位（たとえば、グラウンド電位）が与えられる。フォトゲート電極ＰＧには、第一転送電極ＴＸ１に与えられる電位と、第二転送電極ＴＸ２に与えられる電位との間の電位が与えられる。この場合、図５（ｂ）に示されるように、第二転送電極ＴＸ２直下の半導体のポテンシャルφＴＸ２が電荷発生領域のポテンシャルφＰＧよりも下がる。これにより、電荷発生領域で発生した負の電荷ｅは、第二電荷蓄積領域ＦＤ２のポテンシャル井戸内に流れ込む。
　一方、第一転送電極ＴＸ１直下の半導体のポテンシャルφＴＸ１は下がらない。このため、第一電荷蓄積領域ＦＤ１のポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。これにより、信号電荷が第二電荷蓄積領域ＦＤ２のポテンシャル井戸に収集されて、蓄積される。
　以上により、信号電荷が第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２のポテンシャル井戸に収集されて、蓄積される。第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２のポテンシャル井戸に蓄積された信号電荷は、外部に読み出される。
　図６は、距離センサにおける電荷の漏れ込みについて説明する図である。図６では、特に、隣り合う二つの距離センサＰｎ，Ｐｎ＋１について示す。
　距離センサＰｎ，Ｐｎ＋１は、構成が同じで、それぞれフォトゲート電極ＰＧの一次元方向Ａの一方側に第一電荷蓄積領域ＦＤ１及び第一転送電極ＴＸ１を備えると共に、他方側に第二電荷蓄積領域ＦＤ２及び第二転送電極ＴＸ２を備えている。隣り合う二つの距離センサＰｎ，Ｐｎ＋１において、第一電荷蓄積領域ＦＤ１と第二電荷蓄積領域ＦＤ２とが一次元方向Ａで隣り合っている。
　距離画像センサＲＳにおいて、例えば、距離センサＰｎに反射光Ｌｒが入射されると、距離センサＰｎでは反射光Ｌｒに応じて電荷が発生する。発生した電荷は、第一及び第二パルス転送信号Ｓ１，Ｓ２にしたがって、距離センサＰｎの第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２へと振り分けられる。このとき電荷の一部が他の距離センサＰｍ（ｍ≠ｎ）の第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２に漏れ込む。漏れ込み量は、他の距離センサＰｍにおける第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２の配置が、距離センサＰｎ側であるか否かによって大きく異なる。
　距離センサＰｎ＋１において、第一電荷蓄積領域ＦＤ１は、距離センサＰｎ側に配置されており、第二電荷蓄積領域ＦＤ２は、距離センサＰｎとは逆側に配置されている。このため、距離センサＰｎに光が入射され、距離センサＰｎから距離センサＰｎ＋１に電荷が漏れ込む場合、第一電荷蓄積領域ＦＤ１への漏れ込み量Ｂ％は、第二電荷蓄積領域ＦＤ２への漏れ込み量Ａ％よりも大きい。同様に、距離センサＰｎ＋１に光が入射され、距離センサＰｎ＋１から距離センサＰｎに電荷が漏れ込む場合、距離センサＰｎにおいて、距離センサＰｎ＋１側には第二電荷蓄積領域ＦＤ２が配置されているため、第二電荷蓄積領域ＦＤ２への漏れ込み量Ｄ％は、第一電荷蓄積領域ＦＤ１への漏れ込み量Ｃ％よりも大きい。
　このように、隣り合う二つの距離センサＰｎ,Ｐｎ＋１において互いに電荷が漏れ込み合うことにより、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２それぞれに蓄積される電荷量は、距離センサＰｎと距離センサＰｎ＋１とで異なる場合がある。
　続いて、図７を参照して、距離ｄの演算方法について説明する。図７は、各種信号のタイミングチャートである。図７では、複数のフレーム周期ＴＦのうち、時系列で連続する二つのフレーム周期ＴＦについて示す。
　図７では、光源ＬＳの駆動信号ＳＤ、対象物ＯＪでのパルス光Ｌｐの反射光Ｌｒが撮像領域まで戻ってきたときの反射光Ｌｒの強度信号ＳＬｒ、第一転送電極ＴＸ１に印加される第一パルス転送信号Ｓ１、第二転送電極ＴＸ２に印加される第二パルス転送信号Ｓ２、及びリセット信号ｒｅｓｅｔが示されている。二つのフレーム周期ＴＦそれぞれは、信号電荷を蓄積する期間（蓄積期間）Ｔａｃｃと、信号電荷を読み出す期間（読み出し期間）Ｔｒｏと、からなる。駆動信号ＳＤ、強度信号ＳＬｒ、第一パルス転送信号Ｓ１、及び第二パルス転送信号Ｓ２は、いずれもパルス幅Ｔｐのパルス信号である。
　蓄積期間Ｔａｃｃにおいて、まず距離測定に先立って、リセット信号ｒｅｓｅｔが第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２に印加される。これにより、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２の内部に蓄積された電荷が外部に排出される。本例では、リセット信号ｒｅｓｅｔが一瞬ＯＮし、続いてＯＦＦした後、駆動信号ＳＤが光源ＬＳに印加される。駆動信号ＳＤの印加に同期して、第一及び第二パルス転送信号Ｓ１，Ｓ２が互いに逆位相で第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２に印加される。これにより、電荷転送が行われ、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２に信号電荷が蓄積される。その後、読み出し期間Ｔｒｏにおいて、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２内に蓄積された信号電荷が読み出される。
　第一及び第二パルス転送信号Ｓ１，Ｓ２は、フレーム周期ＴＦ毎に、第一パルス転送信号Ｓ１と第二パルス転送信号Ｓ２との時系列での順序を交互に入れ替えて出力される。したがって、時系列で連続する二つのフレーム周期ＴＦにおける一方のフレーム周期ＴＦ（ここでは、時系列で前のフレーム周期ＴＦ）では、第一パルス転送信号Ｓ１が駆動信号ＳＤに位相差０で同期して出力されると共に、第二パルス転送信号Ｓ２が駆動信号ＳＤに位相差１８０度で同期して出力される。他方のフレーム周期ＴＦ（ここでは、時系列で後のフレーム周期ＴＦ）では、第二パルス転送信号Ｓ２が駆動信号ＳＤに位相差０で同期して出力されると共に、第一パルス転送信号Ｓ１が駆動信号ＳＤに位相差１８０度で同期して出力される。
　なお、このような第一及び第二パルス転送信号Ｓ１，Ｓ２の出力制御は、制御部ＣＯＮＴにより行われる。すなわち、制御部ＣＯＮＴは、パルス光Ｌｐの出射と同期するように、第一パルス転送信号Ｓ１を第一転送電極ＴＸ１に出力する。これにより、フレーム周期ＴＦ毎に、電荷発生領域にて発生した電荷が信号電荷として第一電荷蓄積領域ＦＤ１に流入する。また、制御部ＣＯＮＴは、パルス光Ｌｐの出射と同期するように、第一パルス転送信号Ｓ１と位相が異なる第二パルス転送信号Ｓ２を第二転送電極ＴＸ２に出力する。これにより、フレーム周期ＴＦ毎に、電荷発生領域にて発生した電荷が信号電荷として第二電荷蓄積領域ＦＤ２に流入する。制御部ＣＯＮＴは更に、フレーム周期ＴＦ毎に、第一パルス転送信号Ｓ１と第二パルス転送信号Ｓ２との時系列での順序を交互に入れ替えて、第一及び第二パルス転送信号Ｓ１，Ｓ２を出力する。
　強度信号ＳＬｒと、駆動信号ＳＤに位相差０で同期して出力される信号との重なり合った部分に相当する電荷量ｑ１は、一方のフレーム周期ＴＦでは、第一電荷蓄積領域ＦＤ１に蓄積され、他方のフレーム周期ＴＦでは、第二電荷蓄積領域ＦＤ２に蓄積される。反射光Ｌｒの強度信号ＳＬｒと、駆動信号ＳＤに位相差１８０で同期して出力される信号との重なり合った部分に相当する電荷量ｑ２は、一方のフレーム周期ＴＦでは、第二電荷蓄積領域ＦＤ２に蓄積され、他方のフレーム周期ＴＦでは、第一電荷蓄積領域ＦＤ１に蓄積される。
　強度信号ＳＬｒと、駆動信号ＳＤに位相差０で同期して出力される信号との位相差Ｔｄが、光の飛行時間であり、これは距離画像センサＲＳから対象物ＯＪまでの距離ｄを示している。距離ｄは、演算部ＡＲＴにより、時系列で連続する二つのフレーム周期ＴＦにおける電荷量ｑ１の合計電荷量Ｑ１、及び電荷量ｑ２の合計電荷量Ｑ２の比率を用いて、下記の式（１）により演算される。なお、ｃは光速である。
　距離ｄ＝（ｃ／２）×（ＴＰ×Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２））・・・（１）
　つまり、演算部ＡＲＴは、フレーム周期ＴＦ毎に、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２に蓄積された信号電荷の電荷量ｑ１，ｑ２それぞれ読み出し、読み出した電荷量ｑ１，ｑ２に基づいて対象物ＯＪまでの距離ｄを演算する。演算部ＡＲＴは、この際、合計電荷量Ｑ１，Ｑ２に基づいて対象物ＯＪまでの距離ｄを演算する。合計電荷量Ｑ１，Ｑ２は、時系列で連続する二つのフレーム周期ＴＦにおける、位相が同じとなる第一及び第二パルス転送信号Ｓ１，Ｓ２に応じて第一電荷蓄積領域ＦＤ１と第二電荷蓄積領域ＦＤ２とに蓄積された信号電荷の合計電荷量である。
　より具体的には、合計電荷量Ｑ１は、時系列で連続する二つのフレーム周期ＴＦにおける一方のフレーム周期ＴＦで第一電荷蓄積領域ＦＤ１に蓄積された信号電荷の電荷量ｑ１と他方のフレーム周期ＴＦで第二電荷蓄積領域ＦＤ２に蓄積された信号電荷の電荷量ｑ１との合計電荷量である。また、合計電荷量Ｑ２は、一方のフレーム周期ＴＦで第二電荷蓄積領域ＦＤ２に蓄積された信号電荷の電荷量ｑ２と他方のフレーム周期ＴＦで第一電荷蓄積領域ＦＤ１に蓄積された信号電荷の電荷量ｑ２との合計電荷量である。
　このように、距離ｄの演算に用いる合計電荷量Ｑ１，Ｑ２はいずれも、第一電荷蓄積領域ＦＤ１に蓄積された信号電荷の電荷量ｑ１，ｑ２と、第二電荷蓄積領域ＦＤ２に蓄積された信号電荷の電荷量ｑ１，ｑ２との和である。したがって、上述したように、電荷の漏れ込みにより、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２それぞれに蓄積される電荷量が距離センサＰｎと距離センサＰｎ＋１とで異なる場合であっても、電荷の漏れ込みによる影響は合計電荷量Ｑ１，Ｑ２にバランスよく分配される。
　この結果、一次元方向Ａで隣り合う距離センサＰｎ,Ｐｎ＋１同士で距離計測に対する電荷のクロストークの影響が同様となる。したがって、距離センサＰｎ,Ｐｎ＋１において、第一転送電極ＴＸ１によって第一電荷蓄積領域ＦＤ１に振り分けられる電荷量と、第二転送電極ＴＸ２によって第二電荷蓄積領域ＦＤ２に振り分けられる電荷量との比が同じとなる場合、すなわち、測定される距離が、距離センサＰｎと距離センサＰｎ＋１とで同等であるべき場合において、距離センサＰｎ,Ｐｎ＋１における電荷の漏れ込みに起因した測定距離の異なりを低減することが可能となる。
　距離ｄの演算は、時系列で連続する二つのフレーム周期ＴＦにおいて第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２に蓄積された信号電荷の電荷量に基づいて行われる。当該距離ｄの演算の次の距離ｄの演算は、先の距離ｄの演算に用いられた電荷量を得た二つのフレーム周期ＴＦの後に続き且つ時系列で連続する二つのフレーム周期ＴＦにおいて第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２に蓄積された信号電荷の電荷量に基づいて行ってもよい。上記次の距離ｄの演算は、先の距離ｄの演算に用いられた電荷量を得た二つのフレーム周期ＴＦのうち後のフレーム周期ＴＦと、当該フレーム周期ＴＦに時系列で連続する一つのフレーム周期ＴＦと、において第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２に蓄積された信号電荷の電荷量に基づいて行ってもよい。
　図８は、従来の測距装置における各種信号のタイミングチャートである。
　従来の測距装置は、制御部ＣＯＮＴが、フレーム周期ＴＦ毎に、第一パルス転送信号Ｓ１と第二パルス転送信号Ｓ２との時系列での順序を交互に入れ替えることなく、第一及び第二パルス転送信号Ｓ１，Ｓ２を出力する点、及び、演算部ＡＲＴが、一つのフレーム周期ＴＦで第一電荷蓄積領域ＦＤ１に蓄積された信号電荷の電荷量ｑ１と第二電荷蓄積領域ＦＤ２に蓄積された信号電荷の電荷量ｑ２とに基づいて対象物ＯＪまでの距離ｄを演算する点以外は、本実施形態に係る測距装置１０と同様の構成を備えている。すなわち、従来の測距装置では、距離ｄは一つのフレーム周期ＴＦにおける電荷量ｑ１，ｑ２の比率を用いて、下記の式（２）により演算される。
　距離ｄ＝（ｃ／２）×（ＴＰ×ｑ２／（ｑ１＋ｑ２））・・・（２）
　従来の測距装置では、強度信号ＳＬｒと、駆動信号ＳＤに位相差０で同期して出力される信号との重なり合った部分に相当する電荷量ｑ１は、第一電荷蓄積領域ＦＤ１のみに蓄積された信号電荷量である。一方、強度信号ＳＬｒと、駆動信号ＳＤに位相差１８０度で同期して出力される信号との重なり合った部分に相当する電荷量ｑ２は、第二電荷蓄積領域ＦＤ２のみに蓄積された信号電荷量である。したがって、上述したように、電荷の漏れ込みにより、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２それぞれに蓄積される電荷量が距離センサＰｎと距離センサＰｎ＋１とで異なる場合、電荷の漏れ込みによる影響は電荷量ｑ１，ｑ２間でアンバランスとなる。
　この結果、距離センサＰｎ,Ｐｎ＋１において、第一転送電極ＴＸ１によって第一電荷蓄積領域ＦＤ１に振り分けられる電荷量と、第二転送電極ＴＸ２によって第二電荷蓄積領域ＦＤ２に振り分けられる電荷量との比が同じとなり、測定される距離が、距離センサＰｎと距離センサＰｎ＋１とで同等であるべき場合であっても、距離センサＰｎ,Ｐｎ＋１における電荷の漏れ込みに起因して測定距離が異なり得る。
　以上説明したように、本実施形態に係る測距装置１０及び測距装置１０の駆動方法では、フレーム周期ＴＦ毎に、光源ＬＳからパルス光Ｌｐが出射され、対象物ＯＪでのパルス光Ｌｐの反射光Ｌｒが距離画像センサＲＳに入射する。距離画像センサＲＳでは、電荷発生領域と、一次元方向Ａで電荷発生領域を挟んで配置される第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２と、を有する複数の距離センサＰ１～ＰＮが一次元方向Ａに配置されている。反射光Ｌｒが入射した距離センサＰｎでは、反射光Ｌｒに応じて電荷が電荷発生領域に発生する。発生した電荷は、フレーム周期ＴＦ毎に、第一及び第二パルス転送信号Ｓ１，Ｓ２に応じて第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２に信号電荷として蓄積される。第一及び第二パルス転送信号Ｓ１，Ｓ２は、位相が互いに異なり、且つ、フレーム周期ＴＦ毎に時系列での順序を交互に入れ替えて出力される。このため、時系列で連続する二つのフレーム周期ＴＦにおいて、一方のフレーム周期ＴＦでは、第一電荷蓄積領域ＦＤ１に信号電荷が蓄積された後に、第二電荷蓄積領域ＦＤ２に信号電荷が蓄積される。また、他方のフレーム周期ＴＦでは、第二電荷蓄積領域ＦＤ２に信号電荷が蓄積された後に、第一電荷蓄積領域ＦＤ１に信号電荷が蓄積される。対象物ＯＪまでの距離ｄは、時系列で連続する二つのフレーム周期ＴＦにおける、位相が同じとなる第一及び第二パルス転送信号Ｓ１，Ｓ２に応じて第一電荷蓄積領域ＦＤ１と第二電荷蓄積領域ＦＤ２とに蓄積された信号電荷の合計電荷量Ｑ１，Ｑ２に基づいて演算される。これらの合計電荷量Ｑ１，Ｑ２が対象物ＯＪまでの距離ｄの演算に用いられるので、他の距離センサから第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２に漏れ込む電荷量が互いに異なる場合でも、電荷の漏れ込みによる影響が一方の位相のパルス転送信号に応じた合計電荷量Ｑ１と、他方の位相のパルス転送信号に応じた合計電荷量Ｑ２とにバランスよく分配される。この結果、一次元方向Ａで隣り合う距離センサＰｎ,Ｐｎ＋１同士で距離計測に対する電荷のクロストークの影響が同様となる。これにより、測定距離が同等であるべき二つの距離センサＰｎ,Ｐｎ＋１において、測定距離の異なりを低減することができる。
　具体的には、時系列で連続する二つのフレーム周期ＴＦにおける一方のフレーム周期ＴＦで第一電荷蓄積領域ＦＤ１に蓄積された信号電荷の電荷量ｑ１と他方のフレーム周期ＴＦで第二電荷蓄積領域ＦＤ２に蓄積された信号電荷の電荷量ｑ１との合計電荷量Ｑ１、及び一方のフレーム周期ＴＦで第二電荷蓄積領域ＦＤ２に蓄積された信号電荷の電荷量ｑ２と他方のフレーム周期ＴＦで第一電荷蓄積領域ＦＤ１に蓄積された信号電荷の電荷量ｑ２との合計電荷量Ｑ２に基づいて対象物ＯＪまでの距離ｄが演算される。合計電荷量Ｑ１，Ｑ２はいずれも、第一電荷蓄積領域ＦＤ１に蓄積された信号電荷の電荷量ｑ１，ｑ２と、第二電荷蓄積領域ＦＤ２に蓄積された信号電荷の電荷量ｑ１，ｑ２との和である。したがって、電荷の漏れ込みにより、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２それぞれに蓄積される電荷量が距離センサＰｎと距離センサＰｎ＋１とで異なる場合であっても、電荷の漏れ込みによる影響は合計電荷量Ｑ１，Ｑ２にバランスよく分配される。この結果、測定される距離が、距離センサＰｎと距離センサＰｎ＋１とで同等であるべき場合において、距離センサＰｎ,Ｐｎ＋１における電荷の漏れ込みに起因した測定距離の異なりを低減することが可能となる。
　本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、複数の距離センサＰ１～ＰＮそれぞれにおいて、第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２及び第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２の数は１であるが、２以上であってもよい。
　複数の距離センサＰ１～ＰＮそれぞれは、電荷発生領域にて発生した電荷を不要電荷として収集する不要電荷収集領域と、不要電荷収集領域と電荷発生領域との間に配置され、第一及び第二パルス転送信号と位相が異なる第三パルス転送信号に応じて電荷発生領域にて発生した電荷を不要電荷として不要電荷収集領域に流入させる第三転送電極を更に備えてもよい。この場合、不要電荷を外部に排出することができるので、距離の測定精度を向上させることが可能である。なお、不要電荷収集領域及び第三転送電極の数は、２以上であってもよい。
　各フレーム周期ＴＦにおいて、複数の駆動信号ＳＤが逐次印加され、これに同期して第一パルス転送信号Ｓ１、及び第二パルス転送信号Ｓ２が逐次出力されてもよい。この場合、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２に信号電荷が積算して蓄積される。
　距離画像センサＲＳは、複数の距離センサＰ１～ＰＮそれぞれが一次元に配置されたラインセンサであるが、複数の距離センサＰ１～ＰＮそれぞれが二次元に配置されてもよい。この場合、二次元画像を容易に得ることができる。なお、ラインセンサを回転させることによって、または、ラインセンサ２つ用いて走査させることによっても二次元画像を得ることができる。
　距離画像センサＲＳは、表面入射型の距離画像センサに限られない。距離画像センサＲＳは、裏面入射型の距離画像センサであってもよい。
　入射光に応じて電荷が発生する電荷発生領域をフォトダイオード（たとえば、埋め込み型のフォトダイオードなど）により構成してもよい。
　本実施形態に係る距離画像センサＲＳにおけるｐ型およびｎ型の各導電型は、上述した導電型とは逆になるように入れ替えられていてもよい。
　本発明は、ＴＯＦ型の距離画像センサを備える測距装置及び測距装置の駆動方法に利用できる。
　１０…測距装置、Ａ…一次元方向、ＦＤ１…第一電荷蓄積領域、ＦＤ２…第二電荷蓄積領域、Ｐ１～ＰＮ…距離センサ、ＰＧ…フォトゲート電極、ＲＳ…距離画像センサ、Ｓ１…第一パルス転送信号、Ｓ２…第二パルス転送信号、ＴＸ１…第一転送電極、ＴＸ２…第二転送電極、ＬＳ…光源、ＤＲＶ…駆動部、ＡＲＴ…演算部、ＯＪ…対象物、Ｌｐ…パルス光、Ｌｒ…反射光、ＴＦ…フレーム周期、ｑ１，ｑ２…電荷量、Ｑ１，Ｑ２…合計電荷量、ｄ…距離。
 

Claims (4)

  1. 　対象物に向けてパルス光をフレーム周期毎に出射するように光源を駆動する駆動部と、
    　前記対象物でのパルス光の反射光の入射に応じて電荷が発生する電荷発生領域と、前記電荷発生領域から離間し且つ一次元方向で前記電荷発生領域を挟んで配置され、電荷を蓄積する第一及び第二電荷蓄積領域と、前記第一電荷蓄積領域と前記電荷発生領域との間に配置されている第一転送電極と、前記第二電荷蓄積領域と前記電荷発生領域との間に配置されている第二転送電極と、を有する複数の距離センサが前記一次元方向に配置されている距離画像センサと、
    　前記パルス光の出射と同期するように、前記フレーム周期毎に、前記電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として前記第一電荷蓄積領域に流入させるように、第一パルス転送信号を前記第一転送電極に出力し、前記電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として前記第二電荷蓄積領域に流入させるように、前記第一パルス転送信号と位相が異なる第二パルス転送信号を前記第二転送電極に出力する制御部と、
    　前記フレーム周期毎に、前記第一及び第二電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷の電荷量をそれぞれ読み出し、読み出した電荷量に基づいて前記対象物までの距離を演算する演算部と、を備え、
    　前記制御部は、前記フレーム周期毎に、前記第一パルス転送信号と前記第二パルス転送信号との時系列での順序を交互に入れ替えて、前記第一及び第二パルス転送信号を出力し、
    　前記演算部は、時系列で連続する二つの前記フレーム周期における、位相が同じとなる前記第一及び第二パルス転送信号に応じて前記第一電荷蓄積領域と前記第二電荷蓄積領域とに蓄積された信号電荷の合計電荷量に基づいて前記対象物までの距離を演算する、測距装置。
  2. 　前記演算部は、時系列で連続する二つの前記フレーム周期における一方のフレーム周期で前記第一電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷の電荷量と他方のフレーム周期で前記第二電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷の電荷量との合計電荷量、及び前記一方のフレーム周期で前記第二電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷の電荷量と前記他方のフレーム周期で前記第一電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷の電荷量との合計電荷量に基づいて前記対象物までの距離を演算する、請求項１記載の測距装置。
  3. 　対象物に向けてパルス光を出射する光源と、
    　前記対象物でのパルス光の反射光の入射に応じて電荷が発生する電荷発生領域と、前記電荷発生領域から離間し且つ一次元方向で前記電荷発生領域を挟んで配置され、電荷を蓄積する第一及び第二電荷蓄積領域と、前記第一電荷蓄積領域と前記電荷発生領域との間に配置されている第一転送電極と、前記第二電荷蓄積領域と前記電荷発生領域との間に配置されている第二転送電極と、を有する複数の距離センサが前記一次元方向に配置されている距離画像センサと、を備える測距装置の駆動方法であって、
    　前記パルス光をフレーム周期毎に出射するように前記光源を駆動し、
    　前記パルス光の出射と同期するように、前記フレーム周期毎に、前記電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として前記第一電荷蓄積領域に流入させるように、第一パルス転送信号を前記第一転送電極に出力し、前記電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として前記第二電荷蓄積領域に流入させるように、第一パルス転送信号と位相が異なる第二パルス転送信号を前記第二転送電極に出力し、
    　前記フレーム周期毎に、前記第一及び第二電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷の電荷量をそれぞれ読み出し、読み出した電荷量に基づいて前記対象物までの距離を演算し、
    　第一及び第二パルス転送信号を出力する際に、前記フレーム周期毎に、前記第一パルス転送信号と前記第二パルス転送信号との時系列での順序を交互に入れ替えて、前記第一及び第二パルス転送信号を出力し、
    　前記対象物までの距離を演算する際に、時系列で連続する二つの前記フレーム周期における、位相が同じとなる前記第一及び第二パルス転送信号に応じて前記第一電荷蓄積領域と前記第二電荷蓄積領域とに蓄積された信号電荷の合計電荷量に基づいて前記対象物までの距離を演算する、測距装置の駆動方法。
  4. 　前記対象物までの距離を演算する際に、時系列で連続する二つの前記フレーム周期における一方のフレーム周期で前記第一電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷の電荷量と他方のフレーム周期で前記第二電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷の電荷量との合計電荷量、及び前記一方のフレーム周期で前記第二電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷の電荷量と前記他方のフレーム周期で前記第一電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷の電荷量との合計電荷量に基づいて前記対象物までの距離を演算する、請求項３記載の測距装置の駆動方法。
     
PCT/JP2015/060886 2014-05-08 2015-04-07 測距装置及び測距装置の駆動方法 WO2015170542A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15789744.8A EP3141930B1 (en) 2014-05-08 2015-04-07 Distance-measurement device and method for powering distance-measurement device
KR1020167033072A KR102280089B1 (ko) 2014-05-08 2015-04-07 측거 장치 및 측거 장치의 구동 방법
CN201580023874.1A CN106471391B (zh) 2014-05-08 2015-04-07 测距装置以及测距装置的驱动方法
US15/306,814 US10228463B2 (en) 2014-05-08 2015-04-07 Distance-measurement device and method for powering distance-measurement device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-096698 2014-05-08
JP2014096698A JP6231940B2 (ja) 2014-05-08 2014-05-08 測距装置及び測距装置の駆動方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015170542A1 true WO2015170542A1 (ja) 2015-11-12

Family

ID=54392395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/060886 WO2015170542A1 (ja) 2014-05-08 2015-04-07 測距装置及び測距装置の駆動方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10228463B2 (ja)
EP (1) EP3141930B1 (ja)
JP (1) JP6231940B2 (ja)
KR (1) KR102280089B1 (ja)
CN (1) CN106471391B (ja)
WO (1) WO2015170542A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017201244A (ja) * 2016-05-02 2017-11-09 浜松ホトニクス株式会社 距離センサ
WO2023120609A1 (ja) * 2021-12-23 2023-06-29 国立大学法人静岡大学 距離画像測定装置及び距離画像測定方法

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107468209B (zh) * 2016-06-07 2021-10-08 松下知识产权经营株式会社 摄像装置
CA3061622A1 (en) * 2017-04-28 2018-11-01 The Governing Council Of The University Of Toronto Method and system for pixel-wise imaging
CN108983249B (zh) * 2017-06-02 2020-11-06 比亚迪股份有限公司 飞行时间测距***、方法、测距传感器和相机
CN111034177B (zh) 2017-09-14 2022-06-28 新唐科技日本株式会社 固体摄像装置以及具备该固体摄像装置的摄像装置
EP3684051A4 (en) * 2017-09-14 2021-03-03 Panasonic Semiconductor Solutions Co., Ltd. SEMICONDUCTOR IMAGING ELEMENT AND IMAGING DEVICE EQUIPPED WITH THIS ELEMENT
US10585176B2 (en) 2017-09-19 2020-03-10 Rockwell Automation Technologies, Inc. Pulsed-based time of flight methods and system
US10663565B2 (en) 2017-09-19 2020-05-26 Rockwell Automation Technologies, Inc. Pulsed-based time of flight methods and system
WO2019200513A1 (zh) * 2018-04-16 2019-10-24 深圳市汇顶科技股份有限公司 影像传感***及电子装置
US11002836B2 (en) * 2018-05-14 2021-05-11 Rockwell Automation Technologies, Inc. Permutation of measuring capacitors in a time-of-flight sensor
US10996324B2 (en) 2018-05-14 2021-05-04 Rockwell Automation Technologies, Inc. Time of flight system and method using multiple measuring sequences
US10969476B2 (en) 2018-07-10 2021-04-06 Rockwell Automation Technologies, Inc. High dynamic range for sensing systems and methods
US10789506B2 (en) 2018-09-24 2020-09-29 Rockwell Automation Technologies, Inc. Object intrusion detection system and method
US20220075070A1 (en) * 2019-01-15 2022-03-10 National University Corporation Shizuoka University Distance image measurement device, distance image measurement system, and distance image measurement method
CN110221274B (zh) * 2019-05-09 2021-04-30 奥比中光科技集团股份有限公司 时间飞行深度相机及多频调制解调的距离测量方法
CN110221273B (zh) * 2019-05-09 2021-07-06 奥比中光科技集团股份有限公司 时间飞行深度相机及单频调制解调的距离测量方法
CA3138215C (en) 2019-06-21 2024-06-18 The Governing Council Of The University Of Toronto Method and system for extending image dynamic range using per-pixel coding of pixel parameters
US20220357445A1 (en) * 2019-06-25 2022-11-10 National University Corporation Shizuoka University Distance image measuring device
WO2021166348A1 (ja) * 2020-02-20 2021-08-26 浜松ホトニクス株式会社 光センサ、及び、光センサの駆動方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004294420A (ja) * 2003-02-03 2004-10-21 Shoji Kawahito 距離画像センサ
JP2007526448A (ja) * 2003-06-17 2007-09-13 カネスタ インコーポレイテッド 三次元及び色彩検出における電荷管理のための方法及び装置
JP2009047662A (ja) * 2007-08-22 2009-03-05 Hamamatsu Photonics Kk 固体撮像装置及び距離画像測定装置
JP2011164095A (ja) * 2010-02-04 2011-08-25 Samsung Electronics Co Ltd センサー、その動作方法、及びセンサーを含むデータ処理システム
JP2011215073A (ja) * 2010-04-01 2011-10-27 Hamamatsu Photonics Kk 距離センサ及び距離画像センサ
US20110317878A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for generating depth image
JP2012083213A (ja) * 2010-10-12 2012-04-26 Hamamatsu Photonics Kk 距離センサ及び距離画像センサ
JP2013137242A (ja) * 2011-12-28 2013-07-11 Hamamatsu Photonics Kk 距離測定装置
JP2013206903A (ja) * 2012-03-27 2013-10-07 Hamamatsu Photonics Kk 距離センサ及び距離画像センサ

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5110520B2 (ja) 2005-08-30 2012-12-26 国立大学法人静岡大学 半導体測距素子及び固体撮像装置
DE102009037596B4 (de) * 2009-08-14 2014-07-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Pixelstruktur, System und Verfahren zur optischen Abstandsmessung sowie Steuerschaltung für die Pixelstruktur
KR101697519B1 (ko) 2010-09-08 2017-01-19 삼성전자주식회사 깊이 센싱 장치 및 방법
JP5518667B2 (ja) * 2010-10-12 2014-06-11 浜松ホトニクス株式会社 距離センサ及び距離画像センサ
JP5675468B2 (ja) 2011-03-31 2015-02-25 本田技研工業株式会社 測距システム
WO2014119241A1 (ja) 2013-01-31 2014-08-07 パナソニック株式会社 測距方法および測距システム

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004294420A (ja) * 2003-02-03 2004-10-21 Shoji Kawahito 距離画像センサ
JP2007526448A (ja) * 2003-06-17 2007-09-13 カネスタ インコーポレイテッド 三次元及び色彩検出における電荷管理のための方法及び装置
JP2009047662A (ja) * 2007-08-22 2009-03-05 Hamamatsu Photonics Kk 固体撮像装置及び距離画像測定装置
JP2011164095A (ja) * 2010-02-04 2011-08-25 Samsung Electronics Co Ltd センサー、その動作方法、及びセンサーを含むデータ処理システム
JP2011215073A (ja) * 2010-04-01 2011-10-27 Hamamatsu Photonics Kk 距離センサ及び距離画像センサ
US20110317878A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for generating depth image
JP2012083213A (ja) * 2010-10-12 2012-04-26 Hamamatsu Photonics Kk 距離センサ及び距離画像センサ
JP2013137242A (ja) * 2011-12-28 2013-07-11 Hamamatsu Photonics Kk 距離測定装置
JP2013206903A (ja) * 2012-03-27 2013-10-07 Hamamatsu Photonics Kk 距離センサ及び距離画像センサ

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3141930A4 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017201244A (ja) * 2016-05-02 2017-11-09 浜松ホトニクス株式会社 距離センサ
WO2017191757A1 (ja) * 2016-05-02 2017-11-09 浜松ホトニクス株式会社 距離センサ
US11156700B2 (en) 2016-05-02 2021-10-26 Hamamatsu Photonics K.K. Distance sensor
WO2023120609A1 (ja) * 2021-12-23 2023-06-29 国立大学法人静岡大学 距離画像測定装置及び距離画像測定方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3141930A4 (en) 2017-12-27
US20170045618A1 (en) 2017-02-16
JP6231940B2 (ja) 2017-11-15
CN106471391B (zh) 2020-04-03
KR102280089B1 (ko) 2021-07-22
US10228463B2 (en) 2019-03-12
EP3141930A1 (en) 2017-03-15
EP3141930B1 (en) 2020-07-08
JP2015215181A (ja) 2015-12-03
CN106471391A (zh) 2017-03-01
KR20160149257A (ko) 2016-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6231940B2 (ja) 測距装置及び測距装置の駆動方法
JP5518667B2 (ja) 距離センサ及び距離画像センサ
JP6386777B2 (ja) 距離画像センサ
CN106461781B (zh) 测距装置
JP5502694B2 (ja) 距離センサ及び距離画像センサ
JP2012083213A (ja) 距離センサ及び距離画像センサ
WO2014064973A1 (ja) 距離センサ及び距離画像センサ
JP2012083214A (ja) 距離センサ及び距離画像センサ
JP6315679B2 (ja) 距離画像センサ
JP2012083221A (ja) 距離センサ及び距離画像センサ
JP2012057987A (ja) 距離センサ及び距離画像センサ
WO2013128723A1 (ja) 距離センサ及び距離画像センサ
JP2012083220A (ja) 距離センサ及び距離画像センサ
JP2012185174A (ja) 距離センサ及び距離画像センサ
JP2012083219A (ja) 距離センサ及び距離画像センサ
JP2012083222A (ja) 距離センサ及び距離画像センサ

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15789744

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2015789744

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2015789744

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15306814

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20167033072

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A