CH708005B1 - Bereichssensor und Bereichsbildsensor. - Google Patents

Abstract

Bei dem erfindungsgemässen Bereichssensor ist ein erster Halbleiterbereich (FD1) an einem zentralen Abschnitt eines Pixelbereiches (PA1) und in dem Ladungserzeugungsbereich angeordnet und sammelt Signalladungen von dem Ladungserzeugungsbereich. Ein dritter Halbleiterbereich (FD3) ist in dem Eckabschnitt des Pixelbereiches (PA1) und ausserhalb des Ladungserzeugungsbereiches angeordnet und sammelt nicht erforderliche Ladungen von dem Ladungserzeugungsbereich. Eine Photogate-Elektrode (PG1) ist an dem Ladungserzeugungsbereich angeordnet. Eine erste Gate-Elektrode (TX1) ist zwischen dem ersten Halbleiterbereich (FD1) und dem Ladungserzeugungsbereich angeordnet und bewirkt, dass Signalladungen von dem Ladungserzeugungsbereich in den ersten Halbleiterbereich (FD1) fliessen, ansprechend auf ein Eingangssignal. Eine dritte Gate-Elektrode (TX3) ist zwischen dem dritten Halbleiterbereich (FD3) und dem Ladungserzeugungsbereich angeordnet und bewirkt, dass nicht erforderliche Ladungen von dem Ladungserzeugungsbereich in den dritten Halbleiterbereich (FD3) fliessen, ansprechend auf ein Eingangssignal. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Bereichsbildsensor (1), welcher sich aus einer Vielzahl von Bereichssensoren zusammensetzt.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bereichssensor und einen Bereichsbildsensor.

Stand der Technik

[0002] Ein TOF(engl. Time-Of-Flight)-Bereichsbildsensor (Bereichssensor) ist bekannt (siehe z.B. Nicht-Patentliteratur 1). Der in dieser Literatur beschriebene Bereichsbildsensor enthält einen Ladungserzeugungsbereich, der konfiguriert ist zum Erzeugen von Ladungen, ansprechend auf einfallendes Licht, einen Ladungssammlungsbereich, der angeordnet ist in dem Ladungserzeugungs-Bereich, um durch den Ladungserzeugungsbereich umgeben zu sein, einen Ladungs-Entladungs-Bereich, der ausserhalb des Ladungserzeugungsbereiches angeordnet ist, um den Ladungserzeugungsbereich zu umgeben, eine Innenseiten-Gate-Elektrode, die angeordnet ist an dem Ladungserzeugungsbereich und konfiguriert ist, zu bewirken, dass Ladungen von dem Ladungserzeugungsbereich in den Ladungssammlungsbereich fliessen, ansprechend auf ein Eingangssignal, und eine Aussenseiten-Entladungs-Gate-Elektrode, die an dem Ladungserzeugungsbereich angeordnet ist und konfiguriert ist, Ladungen von dem Ladungserzeugungsbereich in den Ladungs-Entladungs-Bereich zu bringen, ansprechend auf ein Eingangssignal. Der Ladungssammlungsbereich ist angeordnet an dem zentralen Abschnitt des polygonalen Pixelbereiches, und der Ladungs-Entladungs-Bereich ist um den gesamten Pixelbereich angeordnet. Aufgrund einer Potenzialdifferenz, die angelegt wird zwischen der Innenseiten-Gate-Elektrode und der Aussenseiten-Ladungs-Gate-Elektrode, wird ein Potenzialgradient über Bereichen unmittelbar unter der Innenseiten-Gate-Elektrode und der Aussenseiten-Entladungs-Gate-Elektrode ausgebildet. Aufgrund dieses Potenzialgradienten wandern Ladungen, die in dem Ladungserzeugungsbereich erzeugt werden, in den Ladungssammlungsbereich oder Ladungs-Entladungs-Bereich.

Nicht-Patentliteratur

[0003] Nicht-Patentliteratur 1: T. Y. Lee et al., «A 192x108 pixel ToF-3D image sensor with single-tap concentric-gate demodulation pixels in 0.13 µm technology» Proceedings of the 2011 IEEE International Electron Devices Meeting, December 5–8, 2011, Seiten 8.7.1–8.7.4.

Zusammenfassung der Erfindung

Technisches Problem

[0004] Der in der Nicht-Patentliteratur 1 beschriebene Bereichsbildsensor weist jedoch das folgende Problem auf.

[0005] Da der Ladungs-Entladungs-Bereich, der sich ausserhalb des Ladungsverzögerungsbereiches befindet, um den gesamten polygonalen Pixelbereich angeordnet ist, muss die Fläche bzw. das Gebiet des Ladungserzeugungsbereiches verkleinert werden. Folglich ist ein Aperturverhältnis, wobei es sich um die Fläche des Ladungserzeugungsbereiches zu dem Verhältnis der Fläche des Pixelbereiches handelt, gering.

[0006] Wenn der Ladungserzeugungsbereich zu dem Ende des Pixelbereiches vergrössert wird, ist das Aperturverhältnis hoch, jedoch kann der Ladungs-Entladungs-Bereich nicht angeordnet werden. Da eine Ladungstransferzeit proportional zu dem Abstand ist, den die Ladungen wandern, ist der Abstand, den Ladungen, die in der Nähe des Eckabschnitts des Pixelbereiches in dem Ladungserzeugungsbereich erzeugt werden, zu dem Ladungssammlungsbereich wandern, lang, und die Transferzeit ist ebenfalls lang. Als ein Ergebnis ist eine Effizienz des Transfers von Ladungen zu dem Ladungssammlungsbereich schlecht.

[0007] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Bereichssensors und eines Bereichsbildsensors, die das Aperturverhältnis und die Effizienz des Ladungstransfers verbessern können.

Lösung des Problems

[0008] In einem Aspekt ist die vorliegende Erfindung ein Bereichssensor, umfassend: einen Ladungserzeugungsbereich, der derart konfiguriert ist, dass äussere Peripherien davon sich in Seiten eines polygonalen Pixelbereiches erstrecken, mit Ausnahme von Eckabschnitten des Pixelbereiches, und konfiguriert zum Erzeugen von Ladungen ansprechend auf einfallendes Licht; einen Signalladungs-Sammlungsbereich, angeordnet an einem zentralen Abschnitt des Pixelbereiches und innerhalb des Ladungserzeugungsbereiches, um durch den Ladungserzeugungsbereich umgeben zu sein, und konfiguriert zum Sammeln der Signalladungen von dem Ladungserzeugungsbereich; einen Sammlungsbereich für nicht erforderliche Ladungen, angeordnet in einem Eckabschnitt des Pixelbereiches und ausserhalb des Ladungserzeugungsbereiches, und konfiguriert zum Sammeln von nicht erforderlichen Ladungen von dem Ladungserzeugungsbereiches; eine Photogate-Elektrode, angeordnet an dem Ladungserzeugungsbereich; eine Transfer-Elektrode, angeordnet zwischen dem Signalladungs-Sammlungsbereich und dem Ladungserzeugungsbereich, und konfiguriert, um zu bewirken, dass Signalladungen von dem Ladungserzeugungsbereich in den Signalladungs-Sammlungsbereich fliessen, ansprechend auf ein Eingangssignal; und eine Nicht-erforderliche-Ladungs-Sammlungs-Gate-Elektrode, angeordnet zwischen dem Sammlungsbereich für nicht erforderliche Ladungen und dem Ladungserzeugungsbereich, und konfiguriert, um zu bewirken, dass die nicht erforderlichen Ladungen von dem Ladungserzeugungsbereich in den Sammlungsbereich für nicht erforderliche Ladungen fliessen, ansprechend auf ein Eingangssignal.

[0009] In der vorliegenden Erfindung erstrecken sich die äusseren Peripherien des Ladungserzeugungsbereiches zu den Seiten des Pixelbereiches, mit Ausnahme der Eckabschnitte des polygonalen Pixelbereiches, und die Fläche des Ladungserzeugungsbereiches wird vergrössert. Dies ermöglicht, dass das Aperturverhältnis verbessert wird.

[0010] Wenn der Ladungserzeugungsbereich in die Eckabschnitte des Pixelbereiches erstreckt wird, ist der Abstand lang, den Ladungen, die in Bereichen entsprechend der Eckabschnitte des Pixelbereiches in dem Ladungserzeugungsbereich erzeugt werden, zu dem Signalladungs-Sammlungsbereich wandern, der sich an dem zentralen Abschnitt des Pixelbereiches befindet. Aus diesem Grund wird die Transferzeit von Ladungen, die in Bereichen entsprechend den Eckabschnitten erzeugt werden, zu dem Signalladungs-Sammlungsbereich erhöht, und die Effizienz des Transfers von Signalladungen zu dem Ladungssammlungsbereich nimmt daher ab. Im Gegensatz dazu ist in der vorliegenden Erfindung der Ladungserzeugungsbereich nicht in den Eckabschnitten des Pixelbereiches angeordnet, wie oben erläutert, und Signalladungen werden daher nicht von einem Bereich transferiert, der bewirkt, dass der Abstand, den die Ladungen wandern, länger ist. Aus diesem Grund wird die Effizienz des Transfers von Signalladungen in den Ladungssammlungsbereich verbessert.

[0011] In der vorliegenden Erfindung ist der Sammlungsbereich für nicht erforderliche Ladungen in dem Eckabschnitt des Pixelbereiches angeordnet, in dem der Ladungserzeugungsbereich nicht angeordnet ist. Aus diesem Grund kann der Sammlungsbereich für nicht erforderliche Ladungen ohne eine Verschlechterung der Verbesserung des Aperturverhältnisses und der Effizienz des Ladungstransfers angeordnet werden.

[0012] Der Bereichssensor kann eine Vielzahl von benachbarten Pixelbereichen enthalten, wobei die Ladungserzeugungsbereiche der Vielzahl von Pixelbereichen miteinander integriert sein können, und die Photogate-Elektroden der Vielzahl von Pixelbereichen miteinander integriert sein können. Die Sammlungsbereiche für nicht erforderliche Ladungen der Vielzahl von Pixelbereichen können miteinander integriert sein. In jedem Fall kann die Verwendungseffizienz der Sensorfläche verbessert werden. Als ein Ergebnis kann eine räumliche Auflösung verbessert werden.

[0013] Die Transfer-Elektroden der Vielzahl von Pixelbereichen können mit jeweiligen Ladungstransfer-Signalen versorgt werden, die unterschiedliche Phasen aufweisen. In diesem Fall wird der Abstand auf Grundlage von Ausgaben von einer Vielzahl der benachbarten Pixelbereiche berechnet.

[0014] Die Transfer-Elektrode kann mit einem Transfer-Signal versorgt werden, das intermittierend eine Phasenverschiebung zu einem vorbestimmten Zeitpunkt gegeben wird. In diesem Fall wird der Abstand auf Grundlage von Ausgaben von einem Pixelbereich berechnet. Aus diesem Grund kann diese Konfiguration die Abweichung in der Berechnung des Abstandes reduzieren, verglichen mit einer Konfiguration, in der der Abstand auf Grundlage von Ausgaben von einer Vielzahl von Pixelbereichen berechnet wird. Ferner kann die Verwendungseffizienz der Sensorfläche erhöht werden, und eine räumliche Auflösung kann verbessert werden.

[0015] Ein Bereich, in dem eine Ausleseschaltung zum Auslesen eines Signals entsprechend einer Ladungsgrösse, die in dem Signalladungs-Sammlungsbereich akkumuliert ist, angeordnet ist, kann entlang einer Seite des Pixelbereiches und ausserhalb des Pixelbereiches angeordnet sein. Ein Bereich, in dem eine Ausleseschaltung zum Auslesen eines Signals entsprechend einer Ladungsgrösse, die in dem Signalladungs-Sammlungsbereich akkumuliert ist, angeordnet ist, kann in einem Eckabschnitt des Pixelbereiches angeordnet sein. In jenem Fall kann die Ausleseschaltung ohne eine Verringerung der Verbesserung des Aperturverhältnisses und der Effizienz des Ladungstransfers angeordnet werden.

[0016] Der Signalladungs-Sammlungsbereich kann rechteckförmig sein, wenn dieser in einer Draufsicht betrachtet wird, und die Transfer-Elektrode kann nahezu polygonal ringförmig sein.

[0017] In einem anderen Aspekt ist die vorliegende Erfindung ein Bereichsbildsensor, der einen Bildgebungsbereich umfasst, einschliesslich einer Vielzahl von Einheiten, die in einer eindimensionalen oder zweidimensionalen Anordnung auf einem Halbleitersubstrat angeordnet sind, und der ein Bereichsbild auf Grundlage von Ladungsgrössen erhält, die von den Einheiten ausgegeben werden, wobei jede der Einheiten der oben erwähnte Bereichssensor ist.

[0018] Gemäss der vorliegenden Erfindung kann das Aperturverhältnis und die Effizienz des Ladungstransfers verbessert werden, wie oben erläutert.

Vorteilhafter Effekt der Erfindung

[0019] Die vorliegende Erfindung stellt den Bereichssensor und den Bereichsbildsensor bereit, die das Aperturverhältnis und die Effizienz des Ladungstransfers verbessern können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0020] <tb>Fig. 1<SEP>ist ein erläuterndes Diagramm zur Darstellung einer Konfiguration einer Abstandsmessvorrichtung gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. <tb>Fig. 2<SEP>ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Querschnittskonfiguration eines Bereichsbildsensors. <tb>Fig. 3<SEP>ist eine schematische Draufsicht des Bereichsbildsensors. <tb>Fig. 4<SEP>ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung einer Konfiguration eines Pixels in dem Bereichsbildsensor. <tb>Fig. 5<SEP>ist ein Querschnittsdiagramm zur Darstellung einer Querschnittskonfiguration des Bildgebungsbereiches entlang der Linie V–V in Fig. 4 . <tb>Fig. 6<SEP>ist ein Diagramm zur Darstellung eines Potenzialprofils zur Erläuterung eines Ladungsakkumulationsbetriebs. <tb>Fig. 7<SEP>ist ein Diagramm zur Darstellung eines Potenzialprofils zur Erläuterung eines Ladungsakkumulationsbetriebs. <tb>Fig. 8<SEP>ist ein Diagramm zur Darstellung eines Potenzialprofils zur Erläuterung eines Ladungs-Entladungs-Betriebs. <tb>Fig. 9<SEP>ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Konfiguration eines Pixels. <tb>Fig. 10<SEP>ist ein Zeitdiagramm verschiedener Signale. <tb>Fig. 11<SEP>ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Konfiguration eines Pixels eines Bereichsbildsensors gemäss einem modifizierten Beispiel. <tb>Fig. 12<SEP>ist ein Zeitdiagramm verschiedener Signale. <tb>Fig. 13<SEP>ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Konfiguration von Pixeln eines Bereichsbildsensors gemäss einem modifizierten Beispiel. <tb>Fig. 14<SEP>ist ein Zeitdiagramm verschiedener Signale. <tb>Fig. 15<SEP>ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Konfiguration von Pixeln eines Bereichsbildsensors gemäss einem modifizierten Beispiel. <tb>Fig. 16<SEP>ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Konfiguration von Pixeln eines Bereichsbildsensors gemäss einem modifizierten Beispiel. <tb>Fig. 17<SEP>ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Konfiguration von Pixeln eines Bereichsbildsensors gemäss einem modifizierten Beispiel.

Beschreibung der Ausführungsformen

[0021] Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden detailliert mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erläutert. In der Beschreibung werden die gleichen Elemente oder Elemente mit der gleichen Funktionalität durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, ohne eine redundante Beschreibung.

[0022] Fig. 1 ist ein erläuterndes Diagramm zur Darstellung einer Konfiguration einer Abstandsmessvorrichtung.

[0023] Diese Abstandsmessvorrichtung ist mit einem Bereichsbildsensor 1, einer Lichtquelle 3, konfiguriert zum Emittieren von nahinfrarotem Licht, einer Ansteuerschaltung 4, einer Steuerschaltung 2 und einer Arithmetikschaltung 5 bereitgestellt. Die Ansteuerschaltung 4 stellt ein Pulsansteuersignal SPan der Lichtquelle 3 bereit. Die Steuerschaltung 2 stellt Erfassungsgate-Signale S1, S2, die mit dem Pulsansteuersignal SPsynchronisiert sind, an erste und zweite Gate-Elektroden (TX1, TX2: siehe Fig. 4 ) bereit, die in jedem Pixel des Bereichsbildsensors 1 enthalten sind. Die Arithmetikschaltung 5 berechnet einen Abstand zu einem Objekt H, wie z.B. einem Fussgänger oder dergleichen, auf Grundlage eines Signals d ́(m, n), das eine Abstandsinformation anzeigt, die von dem ersten und zweiten Halbleiterbereich (FD1, FD2: siehe Fig. 4 ) des Bereichsbildsensors 1 ausgelesen wird. Der Abstand von dem Bereichsbildsensor zu dem Objekt H in einer horizontalen Richtung D ist auf d eingestellt. Die Steuerschaltung 2 gibt auch ein Ladungstransfersignal S3 aus, das im Folgenden beschrieben wird.

[0024] Die Steuerschaltung 2 gibt ein Pulsansteuersignal SPan den Schalter 4b der Ansteuerschaltung 4 ein. Die Lichtquelle 3 zum Projizieren von Licht, einschliesslich einer LED oder einer Laserdiode, ist über den Schalter 4b mit einer Stromquelle 4a verbunden. Wenn das Pulsansteuersignal SPin den Schalter 4b eingegeben wird, wird ein Ansteuerstrom mit der gleichen Wellenform wie das Pulsansteuersignal SPan die Lichtquelle 3 geliefert, und die Lichtquelle 3 gibt ein gepulstes Licht LPals Testlicht zur Abstandsmessung aus. Wenn das gepulste Licht LPauf das Objekt H eingestrahlt wird, wird das gepulste Licht von dem Objekt H reflektiert. Das reflektierte gepulste Licht fällt als gepulstes Licht LDin den Bereichsbildsensor 1 ein, und es wird ein Pulserfassungssignal SDausgegeben.

[0025] Der Bereichsbildsensor 1 ist auf einer Verdrahtungsplatte 10 angeordnet. Das Signal d ́(m, n), das eine Abstandsinformation enthält, wird von jedem Pixel des Bereichsbildsensors 1 über eine Verdrahtung der Verdrahtungsplatte 10 ausgegeben.

[0026] Die Wellenform des Pulsansteuersignals SPist eine Rechteckwelle mit einer Periode T. Unter der Annahme, dass ein hoher Pegel gleich «1» ist und ein niedriger Pegel gleich «0» ist, wird die diesbezügliche Spannung V(t) als die folgenden Gleichungen gegeben: Pulsansteuersignal SP: <tb>V(t)<SEP>= 1 (im Fall von 0 < t < T/2)); <tb>V(t)<SEP>= 0 (im Fall von T/2) < t < T); <tb>V(t + T)<SEP>= V(t)

[0027] Die Wellenformen der Erfassungsgate-Signale S1, S2sind Rechteckwellen mit einer Periode T. Die Spannungen V(t) davon sind durch die folgenden Gleichungen gegeben: Erfassungsgate-Signal S1: <tb>V(t)<SEP>= 1 (im Fall von 0 < t < (T/2)); <tb>V(t)<SEP>= 0 (im Fall von (T/2) < t < T); <tb>V(t + T)<SEP>= V(t).Erfassungsgate-Signal S2(= Inversion von S1): <tb>V(t)<SEP>= 0 (im Fall von 0 < t < (T/2)); <tb>V(t)<SEP>= 1 (im Fall von (T/2) < t < T); <tb>V(t + T)<SEP>= V(t).

[0028] Die oben stehenden Pulssignale SP, S1, S2, SDweisen alle eine Pulsperiode (2 x TP) auf. Es sei Q1 eine Ladungsgrösse, die in dem Bereichsbildsensor 1 erzeugt wird, wobei das Erfassungsgate-Signal S1und das Pulserfassungssignal SDbeide «1» sind, und Q2 eine Ladungsgrösse, die in dem Bereichsbildsensor 1 erzeugt wird, wobei das Erfassungsgate-Signal S2und das Pulserfassungssignal SDbeide «1» sind.

[0029] Eine Phasendifferenz zwischen dem Erfassungsgate-Signal S1und dem Pulserfassungssignal SDist proportional der Ladungsgrösse Q2, erzeugt in dem Bereichsbildsensor 1, in einer Überlappungsdauer, in der das Erfassungsgate-Signal S2und das Pulserfassungssignal SD«1» sind. Das heisst, dass die Ladungsgrösse Q2 eine Ladungsgrösse ist, die in der Dauer erzeugt wird, in der das logische AND des Erfassungsgate-Signals S2und des Pulserfassungssignals SDgleich «1» sind. Wenn eine Gesamtladungsgrösse, die erzeugt wird in einem einzelnen Pixel, gleich Q1 + Q2 ist und die Halbperioden-Pulsbreite des Pulsansteuersignals SPgleich TPist, bleibt das Pulserfassungssignal SDhinter dem Pulsansteuersignal SPum Δt = TPx Q2/(Q1 + Q2) zurück. Die Laufzeit von einem Lichtpuls ist durch Δt = 2d/c gegeben, wobei d der Abstand zu dem Objekt ist und c die Lichtgeschwindigkeit ist. Wenn aus diesem Grund die zwei Ladungsgrössen (Q1, Q2) als ein Signal d ́ (m, n), das die Abstandsinformation aufweist, von einem bestimmten Pixel ausgegeben werden, berechnet die Arithmetikschaltung 5 den Abstand d = (c x Δt) (2 = c x TPx Q2/(2 x Q1 + Q2)) zu dem Objekt H, auf Grundlage der eingegebenen Ladungsgrössen Q1, Q2 und der vorbestimmten Halbperioden-Pulsbreite TP.

[0030] Wie oben erläutert, kann die Arithmetikschaltung 5 den Abstand d berechnen, indem die Ladungsgrösse aus Q1, Q2 separat ausgelesen werden. Die obenstehenden Pulse werden wiederholt emittiert und diesbezüglich integrale Werte können als jeweilige Ladungsgrössen Q1, Q2 ausgegeben werden.

[0031] Die Verhältnisse der Ladungsgrössen Q1und Q2 zu der Gesamtladungsgrösse entspricht der oben beschriebenen Phasendifferenz, d.h., dem Abstand zu dem Objekt H. Die Arithmetikschaltung 5 berechnet den Abstand zum Objekt H auf Grundlage der Phasendifferenz. Wenn, wie oben beschrieben, die Zeitdifferenz entsprechend der Phasendifferenz auf Δt eingestellt ist, wird der Abstand d bevorzugt durch d = (c x Δt)/2 gegeben, jedoch kann ein geeigneter Korrekturbetrieb zusätzlich dazu durchgeführt werden. Wenn z.B. ein tatsächlicher Abstand sich von dem berechneten Abstand d unterscheidet, wird ein Faktor β zur Korrektur des Letzteren vorab erhalten, und der endgültig berechnete Abstand d wird durch Multiplikation des Faktors β mit dem berechneten Abstand d in einem Produkt nach der Herstellung erhalten. Eine andere verfügbare Korrektur besteht darin, dass eine Umgebungstemperatur gemessen wird und ein Betrieb zur Korrektur der Lichtgeschwindigkeit c durchgeführt wird, wenn die Lichtgeschwindigkeit c sich in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur unterscheidet, und die Abstandsberechnung wird dann durchgeführt. Es ist auch möglich, vorab in einem Speicher eine Beziehung zwischen Signalen, die in die Arithmetikschaltung eingegeben werden, und tatsächlichen Abständen zu speichern und den Abstand durch ein Nachschlag-Tabellenverfahren zu bestimmen. Das Berechnungsverfahren kann in Abhängigkeit von der Sensorstruktur und den herkömmlich bekannten Berechnungsverfahren modifiziert werden, die darauf angewendet werden können.

[0032] Fig. 2 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Querschnittskonfiguration des Bereichsbildsensors.

[0033] Der Bereichsbildsensor 1 ist ein von vorn beleuchteter Bereichsbildsensor und weist ein Halbleitersubstrat 1A auf. Gepulstes Licht LD fällt durch eine Lichteinfallsoberfläche 1FT in den Bereichsbildsensor 1 ein. Eine Rückoberfläche 1BK des Bereichsbildsensors 1, entgegengesetzt der Lichteinfallsoberfläche 1FT, ist über einen Haftbereich AD mit der Verdrahtungsplatte 10 verbunden. Der Haftbereich AD enthält ein isolierendes Haftmittel und eine Füllmasse. Der Bereichsbildsensor 1 enthält eine Lichtabschirmschicht LI, die eine Öffnung an einem vorbestimmten Ort aufweist. Die Lichtabschirmoberfläche LI ist an der Vorderseite der Lichteinfallsoberfläche 1FT angeordnet.

[0034] Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht des Bereichsbildsensors.

[0035] In dem Bereichsbildsensor 1 weist das Halbleitersubstrat 1A einen Bildgebungsbereich 1B auf, der eine Vielzahl von Pixeln P(m, n) enthält, die in einer zweidimensionalen Anordnung angeordnet sind. Jedes Pixel P(m, n) gibt zwei Ladungsgrössen (Q1, Q2) als das oben stehende Signal d ́(m, n) aus, das die Abstandsinformation aufweist. Jedes Pixel P(m, n) arbeitet als ein mikroskopischer Abstandsmess-Sensor und gibt das Signal d ́(m, n) auf Grundlage des Abstands zu dem Objekt H aus. Wenn daher Licht, das von dem Objekt H reflektiert wird, auf dem Bildgebungsbereich 1B fokussiert, kann ein Bereichsbild des Objekts als eine Sammlung einer Abstandsinformation an jeweilige Punkte an dem Objekt H erfasst werden. Ein einzelnes Pixel P(m, n) arbeitet als ein einzelner Bereichs- bzw. Abstandssensor.

[0036] Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung einer Konfiguration eins Pixels in dem Bereichsbildsensor. Fig. 5 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Querschnittskonfiguration entlang der Linie V–V in Fig. 4 .

[0037] Der Bereichsbildsensor 1 ist, wie in Fig. 2 gezeigt, mit dem Halbleitersubstrat 1A bereitgestellt, das die Lichteinfallsoberfläche 1FT und die Rückoberfläche 1BK aufweist, die gegenüber voneinander sind. Das Halbleitersubstrat 1A weist einen p-artigen ersten Substratbereich 1Aa auf, der sich an der Seite der Rückoberfläche 1BK befindet, sowie einen p<–>-artigen zweiten Substratbereich 1Ab, der sich auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche 1FT befindet. Der zweite Substratbereich 1Ab weist eine höhere Störstellenkonzentration als der erste Substratbereich 1Aa auf. Das Halbleitersubstrat 1A kann z.B. durch Aufwachsen einer p<–>-artigen Epitaxieschicht auf einem p-artigen Halbleitersubstrat erlangt werden, wobei die p<–>-artige Epitaxieschicht eine geringere Störstellenkonzentration als das Halbleitersubstrat aufweist.

[0038] Jedes Pixel P(m, n) des Bereichsbildsensors 1 enthält zwei Pixelbereiche PA1, PA2, die in einer Reihen- oder Spaltenrichtung benachbart sind. Das heisst, dass in dem Bereichsbildsensor 1 eine erste Einheit, die in dem Pixelbereich PA1 angeordnet ist, und eine zweite Einheit, die in dem Pixelbereich PA2 angeordnet ist, benachbart in der Reihen- oder Spaltenrichtung angeordnet sind. Die erste und zweite Einheit, die in der Reihen- oder Spaltenrichtung benachbart angeordnet sind, bilden ein Pixel P(m, n) aus. Die Pixelbereiche PA1, PA2 sind nahezu polygonförmig, wenn diese in einer Draufsicht betrachtet werden. In der vorliegenden Ausführungsform sind erste und zweite Halbleiterbereiche FD1 und FD2 rechteckförmig (insbesondere quadratförmig). Die Pixelbereiche PA1, PA2 sind alternierend über den Bildgebungsbereich 1B in der Reihen- und Spaltenrichtung angeordnet und sind in der Reihen- und Spaltenrichtung kommuniziert.

[0039] Der Bereichsbildsensor 1 ist, in dem Pixelbereich PA1, mit einer Photogate-Elektrode PG1, einer ersten Gate-Elektrode TX1, einer Vielzahl von dritten Gate-Elektroden TX3, einem ersten Halbleiterbereich FD1 und einer Vielzahl von dritten Halbleiterbereichen FD3 bereitgestellt. Der Bereichsbildsensor 1 ist, in dem Pixelbereich PA2, mit einer Photogate-Elektrode PG2, einer zweiten Gate-Elektrode TX2, einer Vielzahl von dritten Gate-Elektroden TX3, einem zweiten Halbleiterbereich FD2 und einer Vielzahl von dritten Halbleiterbereichen FD3 bereitgestellt.

[0040] Die Photogate-Elektroden PG1, PG2 sind über eine Isolationsschicht IE an der Lichteinfallsoberfläche 1FT bereitgestellt und sind sukzessive in den Reihen- und Spaltenrichtungen angeordnet. Die erste bis dritte Gate-Elektroden TX1, TX2, TX3 sind über der Isolationsschicht 1E an der Lichteinfallsoberfläche 1FT bereitgestellt, und befinden sich benachbart zu den Photogate-Elektroden PG1, PG2. Der 6 erste bis dritte Halbleiterbereich FD1, FD2, FD3 akkumulieren jeweilige Ladungen, die in Bereiche unmittelbar unter den entsprechenden Gate-Elektroden TX1, TX2, TX31, TX32fliessen. In der vorliegenden Ausführungsform besteht das Halbleitersubstrat 1A aus Si, und die Isolationsschicht 1E besteht aus SiO2.

[0041] Öffnungen LIa werden in jeweiligen Bereichen entsprechend den Pixelbereichen PA1, PA2 in der Lichtabschirmschicht LI ausgebildet. Diese Öffnungen LIa sind in der Lichtabschirmschicht LI sukzessive in den Reihen- und Spaltenrichtungen ausgebildet. Licht, reflektiertes Licht von dem Objekt H, fällt über die Öffnungen LIa der Lichtabschirmschicht LI auf das Halbleitersubstrat 1A. Durch die Öffnungen LIa werden daher Lichtempfangsbereiche in dem Halbleitersubstrat 1A definiert. Die Lichtabschirmschicht LI besteht aus Metall, wie z.B. Aluminium oder dergleichen.

[0042] In dem Pixelbereich PA1 ist die Photogate-Elektrode PG1 entsprechend der Öffnung LIa angeordnet. In dem Pixelbereich PA2 ist die Photogate-Elektrode PG2 entsprechend der Öffnung LIa angeordnet. Die Formen der Photogate-Elektroden PG1, PG2 entsprechen jenen der Öffnungen LIa. Die äusseren Peripherien der Photogate-Elektroden PG1, PG2 erstrecken sich zu den Seiten der Pixelbereiche PA1, PA2, mit Ausnahme der Eckabschnitte der Pixelbereiche PA1, PA2. Die äusseren Peripherien der Photogate-Elektroden PG1, PG2 erstrecken sich zu den Seiten der Pixelbereiche PA1, PA2, und daher sind die Photogate-Elektroden PG1, PG2 kontinuierlich mit anderen Photogate-Elektroden PG1, PG2 in der Reihen- und Spaltenrichtung. In den Pixelbereichen PA1, PA2 sind die äusseren Konturen der Photogate-Elektroden PG1, PG2 angenähert «+»-förmig, und die diesbezüglichen inneren Konturen sind angenähert rechteckförmig (insbesondere quadratförmig). Obwohl die Photogate-Elektroden PG1, PG2 aus Polysilizium bestehen, können diese andere Materialien umfassen.

[0043] Der erste Halbleiterbereich FD1 ist in der Photogate-Elektrode PG1 angeordnet, um durch die Photogate-Elektrode PG1 umgeben zu sein. Der erste Halbleiterbereich FD1 ist räumlich separat von einem Bereich unmittelbar unter der Photogate-Elektrode PG1 angeordnet. Das heisst, dass der erste Halbleiterbereich FD1 an der Innenseite des Lichtempfangsbereiches angeordnet ist, um durch den Lichtempfangsbereich umgeben zu sein, und ist räumlich separat von dem Lichtempfangsbereich angeordnet.

[0044] Der zweite Halbleiterbereich FD2 ist innerhalb der Photogate-Elektrode PG2 angeordnet, um durch die Photogate-Elektrode PG2 umgeben zu sein. Der zweite Halbleiterbereich FD2 ist räumlich separat von einem Bereich unmittelbar unter der Photogate-Elektrode PG2 angeordnet. Das heisst, dass der zweite Halbleiterbereich FD2 innerhalb des Lichtempfangsbereiches angeordnet ist, um von dem Lichtempfangsbereich umgeben zu sein, und ist räumlich separat von dem Lichtempfangsbereich angeordnet.

[0045] Der erste und zweite Halbleiterbereich FD1, FD2 ist nahezu polygonförmig, wenn diese in einer Draufsicht betrachtet werden. In der vorliegenden Ausführungsform sind die ersten und zweiten Halbleiterbereiche FD1, FD2 rechteckförmig (insbesondere quadratförmig). Die ersten und zweiten Halbleiterbereiche FD1, FD2 weisen eine Funktion als Signalladungssammlungsbereiche auf. Die ersten und zweiten Halbleiterbereiche FD1, FD2 sind Bereiche, die aus n-artigen Halbleitern mit einer hohen Störstellenkonzentration bestehen, und sind Floating-Diffusionsbereiche.

[0046] Die erste Gate-Elektrode TX1 ist zwischen der Photogate-Elektrode PG1 (Lichtempfangsbereich) und dem ersten Halbleiterbereich FD1 angeordnet. Die Gate-Elektrode TX1 befindet sich ausserhalb des ersten Halbleiterbereiches FD1, um den ersten Halbleiterbereich FD1 zu umgeben, und befindet sich auch innerhalb der Photogate-Elektrode PG1, um von der Photogate-Elektrode PG1 umgeben zu sein. Die erste Gate-Elektrode TX1 ist räumlich separat von der Photogate-Elektrode PG1 und dem ersten Halbleiterbereich FD1 angeordnet, um zwischen der Photogate-Elektrode PG1 und dem ersten Halbleiterbereich FD1 dazwischengeschoben zu sein.

[0047] Die zweite Gate-Elektrode TX2 ist zwischen der Photogate-Elektrode PG2 (Lichtempfangsbereich) und dem zweiten Halbleiterbereich FD2 angeordnet. Die zweite Gate-Elektrode TX2 befindet sich ausserhalb des zweiten Halbleiterbereiches FD2, um den zweiten Halbleiterbereich FD2 zu umgeben, und befindet sich darüber hinaus innerhalb der Photogate-Elektrode PG2, um von der Photogate-Elektrode PG2 umgeben zu sein. Die zweite Gate-Elektrode TX2 ist räumlich separat von der Photogate-Elektrode PG2 und dem zweiten Halbleiterbereich FD2 angeordnet, um zwischen der Photogate-Elektrode PG2 und dem zweiten Halbleiterbereich FD2 dazwischengeschoben zu sein.

[0048] Die erste und zweite Gate-Elektrode TX1, TX2 sind nahezu polygonal ringförmig, wenn diese in einer Draufsicht betrachtet werden. In der vorliegenden Ausführungsform sind die ersten und zweiten Gate-Elektroden TX1, TX2 rechteckig ringförmig. Obwohl die erste und zweite Gate-Elektrode TX1 und TX2 aus Polysilizium bestehen, können diese andere Materialien umfassen. Die erste und zweite Gate-Elektrode TX1, TX2 weisen eine Funktion als Transfer-Elektroden auf.

[0049] Die dritten Halbleiterbereiche FD3 sind in den Eckabschnitten der Pixelbereiche PA1 und PA2 und ausserhalb der Photogate-Elektroden PG1 und PG2 angeordnet. Die dritten Halbleiterbereiche FD3 sind räumlich separat von Bereichen unmittelbar unter den Photogate-Elektroden PG1, PG2 angeordnet. Das heisst, dass die dritten Halbleiterbereiche FD3 ausserhalb der Lichtempfangsbereiche angeordnet sind und darüber hinaus räumlich separat an den Lichtempfangsbereichen angeordnet sind.

[0050] In den Pixelbereichen PA1, PA2 sind die dritten Halbleiterbereiche FD3 ungefähr polygonförmig, wenn diese in einer Draufsicht betrachtet werden. In der vorliegenden Ausführungsform sind die dritten Halbleiterberreiche FD3 nahezu rechteckförmig (insbesondere quadratförmig). Die dritten Halbleiterbereiche FD3, die in einer Reihen- und Spaltenrichtung benachbart sind, sind miteinander integriert. Als ein Ergebnis sind in vier Pixelbereichen PA1, PA2, die in der Reihen- und Spaltenrichtung benachbart sind, vier dritte Halbleiterbereiche FD3, die sich an dem zentralen Abschnitt der Pixelbereiche PA1, PA2 befinden, einfach rechteckförmig (insbesondere einfach quadratförmig). Die dritten Halbleiterbereiche FD3 weisen eine Funktion auf als Sammelbereiche für nicht erforderliche Ladungen. Die dritten Halbleiterbereiche FD3 sind Bereiche, die aus n-artigen Halbleitern mit einer hohen Störstellenkonzentration bestehen, und sind Floating-Diffusionsbereiche.

[0051] Die dritte Gate-Elektrode TX3 ist zwischen den Photogate-Elektroden PG1, PG2 (Lichtempfangsbereiche) und dem dritten Halbleiterbereich FD3 angeordnet. Die dritte Gate-Elektrode TX3 ist räumlich separat von den Photogate-Elektroden PG1, PG2 und dem dritten Halbleiterbereich FD3 angeordnet, um zwischen den Photogate-Elektroden PG1, PG2 und dem dritten Halbleiterbereich FD3 dazwischengeschoben zu sein. Obwohl die dritte Gate-Elektrode TX3 aus Polysilizium besteht, kann diese andere Materialien umfassen. Die dritte Gate-Elektrode TX3 weist eine Funktion auf als eine Sammel-Gate-Elektrode für nicht erforderliche Ladungen.

[0052] In den Pixelbereichen PA1, PA2 sind die dritten Gate-Elektroden TX3 «L»-förmig, wenn diese in einer Draufsicht betrachtet werden. Die Enden der dritten Gate-Elektroden TX3 erstrecken sich zu den Seiten der Pixelbereiche PA1 und PA2, wobei die dritten Gate-Elektroden TX3 kontinuierlich mit den dritten Gate-Elektroden TX3 sind, die in der Reihen- und Spaltenrichtung benachbart sind. Das heisst, dass in den vier Pixelbereichen PA1, PA2, die in der Reihen- und Spaltenrichtung benachbart sind, vier dritte Gate-Elektroden TX3, die sich an den zentralen Abschnitten der Pixelbereiche PA1, PA2 befinden, nahezu rechteckig ringförmig sind. Die vier dritten Gate-Elektroden TX3, die nahezu rechteckig ringförmig insgesamt sind, befinden sich ausserhalb der vier dritten Halbleiterbereiche FD3, die insgesamt rechteckförmig sind, um die entsprechenden vier dritten Halbleiterbereiche FD3 zu umgeben.

[0053] Die Photogate-Elektrode PG1 und die erste Gate-Elektrode TX1 sind konzentrisch um den ersten Halbleiterbereich FD1 angeordnet, in der Reihenfolge der ersten Gate-Elektrode TX1 und der Photogate-Elektrode PG1 von der Seite eines ersten Halbleiterbereiches FD1. Die Photogate-Elektrode PG2 und die zweite Gate-Elektrode TX2 sind konzentrisch um den zweiten Halbleiterbereich FD2 angeordnet, in der Reihenfolge der zweiten Gate-Elektrode TX2 und der Photogate-Elektrode PG2 von einer Seite eines zweiten Halbleiterbereiches FD2.

[0054] Die Dicke/Störstellenkonzentration von jedem der Bereiche ist wie folgt: Erster Substratbereich 1Aa des Halbleitersubstrats 1A: Dicke 5–700 µm/Störstellenkonzentration 1 x 10<18>– 10<20>cm<–><3> Zweiter Substratbereich 1Ab des Halbleitersubstrats 1A: Dicke 3–50 µm/Störstellenkonzentration 1 x 10<13>– 10<16>cm<–><3> Erster und zweiter Halbleiterbereich FD1, FD2: Dicke 0,1–0,4 µm/Störstellenkonzentration 1 x 10<18>– 10<20>cm<–><3> Dritte Halbleiterbereiche FD3: Dicke 0,1–0,4 µm/Störstellenkonzentration 1 x 10<18>– 10<20>cm<–><3>

[0055] Kontaktlöcher (nicht gezeigt) sind durch die Isolationsschicht IE ausgebildet, um die Oberflächen der ersten bis dritten Halbleiterbereiche FD1, FD2, FD3 nach aussen freizulegen. Elektrische Leiter (nicht gezeigt) sind in den Kontaktlöchern angeordnet, um die ersten bis dritten Halbleiterbereiche FD1, FD2, FD3 mit der Aussenseite zu verbinden.

[0056] Die Lichtabschirmschicht LI deckt einen Bereich ab, in dem die ersten bis dritten Gate-Elektroden TX1, TX2, TX3 und die ersten bis dritten Halbleiterbereiche FD1, FD2, FD3 in dem Halbleitersubstrat 1A angeordnet sind, und verhindert, dass Licht auf den entsprechenden Bereich einfällt. Dies kann verhindern, dass nicht erforderliche Ladungen durch Licht erzeugt werden, das auf den Bereich einfällt.

[0057] Die Bereiche entsprechend der Photogate-Elektroden PG1, PG2 in dem Halbleitersubstrat 1A (Bereich unmittelbar unter den Photogate-Elektroden PG1, PG2) weisen eine Funktion als Ladungserzeugungsbereiche auf, in denen ansprechend auf das einfallende Licht Ladungen erzeugt werden. Die Formen der Ladungserzeugungsbereiche entsprechen daher jenen der Photogate-Elektroden PG1, PG2 und der Öffnungen LIa. Das heisst, dass in den Pixelbereichen PA1, PA2 die äusseren Peripherien der Ladungserzeugungsbereiche sich zu den Seiten der Pixelbereiche PA1, PA2 erstrecken, mit Ausnahme der Eckabschnitte der Pixelbereiche PA1, PA2. Insbesondere sind in den Pixelbereichen PA1, PA2 die äusseren Konturen der Ladungserzeugungsbereiche nahezu «+»-förmig, und die diesbezüglichen inneren Konturen sind nahezu rechteckförmig (insbesondere quadratförmig). Die äusseren Peripherien der Ladungserzeugungsbereiche erstrecken sich zu den Seiten der Pixelbereiche PA1, PA2, und die Ladungserzeugungsbereiche sind daher kontinuierlich mit anderen Ladungserzeugungsbereichen in den Reihen- und Spaltenrichtungen.

[0058] Wenn ein Signal mit einem hohen Pegel (positives elektrisches Potenzial) an die erste Gate-Elektrode TX1 geliefert wird, wird ein Potenzial unter der ersten Gate-Elektrode TX1 geringer als Potenziale in Bereichen unmittelbar unter den Photogate-Elektroden PG1, PG2 in dem Halbleitersubstrat 1A. Dies bewirkt, dass die negative Ladung (Elektronen) in Richtung der ersten Gate-Elektrode TX1 gezogen wird, um in einem Potenzialgraben akkumuliert zu werden, der durch den ersten Halbleiterbereich FD1 ausgebildet wird. Die erste Gate-Elektrode TX1 bewirkt, dass eine Signalladung in den ersten Halbleiterbereich FD1 fliesst, ansprechend auf das Eingangssignal. Ein n-artiger Halbleiter enthält einen positiv ionisierten Donator und weist ein positives Potenzial auf, um Elektronen anzuziehen. Wenn ein Signal mit einem geringen Pegel (z.B. ein elektrisches Massepotenzial) an die erste Gate-Elektrode TX1 geliefert wird, wird eine Potenzialbarriere durch die erste Gate-Elektrode TX1 erzeugt. Die in dem Halbleitersubstrat 1A erzeugten Ladungen werden daher nicht in den ersten Halbleiterbereich FD1 gezogen.

[0059] Wenn ein Signal mit einem hohen Pegel (positives elektrisches Potenzial) an die zweite Gate-Elektrode TX2 geliefert wird, wird ein Potenzial unter der zweiten Gate-Elektrode TX2 geringer als die Potenziale in Bereichen unmittelbar unter den Photogate-Elektroden PG1, PG2 in dem Halbleitersubstrat 1A. Dies bewirkt, dass negative Ladungen (Elektronen) in Richtung der zweiten Gate-Elektrode TX2 gezogen werden und in einem Potenzialgraben akkumulieren, der durch den zweiten Halbleiterbereich FD2 ausgebildet wird. Die zweite Gate-Elektrode TX2 bewirkt einen Signalladungsfluss in den zweiten Halbleiterbereich FD2 ansprechend auf das Eingangssignal. Wenn ein Signal mit einem geringen Pegel (z.B. ein elektrisches Massepotenzial) an die zweite Gate-Elektrode TX2 geliefert wird, wird eine Potenzialbarriere durch die zweite Gate-Elektrode TX2 erzeugt. Daher werden Ladungen, die in einem Halbleitersubstrat 1A erzeugt werden, nicht in den zweiten Halbleiterbereich FD2 gezogen.

[0060] Wenn ein Signal mit einem hohen Pegel (ein positives elektrisches Signal) an die dritten Gate-Elektroden TX3 geliefert wird, werden Potenziale in Bereichen unmittelbar unter den dritten Gate-Elektroden TX3 geringer als die Potenziale in den Bereichen unmittelbar unter den Photogate-Elektroden PG1, PG2 in dem Halbleiersubstrat 1A. Dies bewirkt, dass negative Ladungen (Elektronen) in Richtung der dritten Gate-Elektroden TX3 gezogen werden und in Potenzialgräben akkumulieren, die durch die dritten Halbleiterbereiche FD3 herausgebildet werden. Wenn ein Signal mit einem geringen Pegel (z.B. ein elektrisches Massepotenzial) an die dritten Gate-Elektroden TX3 geliefert wird, werden Potenzialbarrieren durch die dritten Gate-Elektroden TX3 erzeugt. Die in dem Halbleitersubstrat 1A erzeugten Ladungen werden daher nicht in die dritten Halbleiterbereiche FD3 gezogen. Die dritten Halbleiterbereiche FD3 sammeln einige der Ladungen, die in dem Ladungserzeugungsbereich erzeugt werden, ansprechend auf das einfallende Licht, als nicht erforderliche Ladungen.

[0061] In dem Bereichsbildsensor 1 werden Ladungen, die in dem tiefen Halbleiterabschnitt erzeugt werden, ansprechend auf einen Lichteinfall zur Projektion, in einen Potenzialgraben gezogen, der an der Seite der Lichteinfallsoberfläche 1FT bereitgestellt ist, wodurch eine genaue Abstandsmessung mit hoher Geschwindigkeit möglich ist.

[0062] Gepulstes Licht LDvon dem Objekt, einfallend über die Lichteinfallsoberfläche 1FT des Halbleitersubstrats 1A, erreicht den Lichtempfangsbereich (Ladungserzeugungsbereich), der an einer Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 1A angeordnet ist. Die Ladungen, die in dem Halbleitersubstrat 1A ansprechend auf den Einfall des gepulsten Lichts erzeugt werden, werden von jedem der Ladungserzeugungsbereiche (jeder Bereich unmittelbar unter den Photogate-Elektroden PG1, PG2) in Bereiche unmittelbar unter der ersten oder zweiten Gate-Elektrode TX1, TX2 transferiert, die zu dem entsprechenden Ladungserzeugungsbereich benachbart ist. Wenn Erfassungsgate-Signale S1 und S2, die mit dem Pulsansteuersignal LPder Lichtquelle synchronisiert sind, abwechselnd an die erste und zweite Gate-Elektrode TX1, TX2 über das Verdrahtungssubstrat 10 geliefert werden, fliessen Ladungen, die in jedem Ladungserzeugungsbereich erzeugt werden, in Bereiche unmittelbar unter der ersten oder zweiten Gate-Elektrode TX1, TX2 und fliessen dann davon zu dem ersten oder zweiten Halbleiterbereich FD1, FD2.

[0063] Das Verhältnis der Ladungsgrösse Q1 oder Q2, akkumuliert in dem ersten Halbleiterbereich FD1 oder dem zweiten Halbleiterbereich FD2, zu der Gesamtladungsgrösse (Q1 + Q2) entspricht der Phasendifferenz zwischen dem emittierten Pulslicht, das emittiert wird mit Bereitstellung des Pulsansteuersignals SPan der Lichtquelle, und dem erfassten Pulslicht, das nach einer Reflektion des emittierten Pulslichts an dem Objekt H.

[0064] Obwohl in den Diagrammen nicht gezeigt, ist der Bereichsbildsensor 1 mit einem Back-Gate-Halbleiterbereich zum Fixieren des elektrischen Potenzials des Halbleitersubstrats 1A auf ein elektrisches Referenzpotenzial bereitgestellt.

[0065] Die Fig. 6 und 7 sind Diagramme zur Darstellung von Potenzialprofilen in der Nähe der Lichteinfallsoberfläche 1FT des Halbleitersubstrats 1A, zur Erläuterung eines Ladungsakkumulationsbetriebs. Fig. 8 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Potenzialprofils in der Nähe der Lichteinfallsoberfläche 1FT des Halbleitersubstrats 1A, zur Erläuterung eines Ladungs-Entladungsbetriebs. In den Fig. 6 bis 8 ist eine Richtung nach unten eine positive Potenzialrichtung. Die Fig. 6 bis 8 zeigen Potenzialprofile entlang der Linie V–V von Fig. 4 .

[0066] Wenn Licht einfällt, werden Potenziale ΦPG1, ΦPG2in Bereichen unmittelbar unter den Photogate-Elektroden PG1, PG2 etwas höher als das elektrische Substratpotenzial eingestellt, aufgrund eines elektrischen Potenzials (z.B. das dazwischenliegende elektrische Potenzial zwischen einem höheren elektrischen Potenzial und einem niedrigeren elektrischen Potenzial, angelegt an die erste und zweite Gate-Elektrode TX1, TX2), das an die Photogate-Elektroden PG1, PG2 geliefert wird. In jedem der Diagramme ist ein Potenzial ΦTX1in einem Bereich unmittelbar unter der ersten Gate-Elektrode TX1, ein Potenzial ΦTX2in einem Bereich unmittelbar unter der zweiten Gate-Elektrode TX2, Potenziale ΦTX3in einem Bereich unmittelbar unter der dritten Gate-Elektrode TX3, ein Potenzial ΦFD1in dem ersten Halbleiterbereich FD1, ein Potenzial ΦFD2in dem zweiten Halbleiterbereich FD2 und ein Potenzial ΦFD3in dem dritten Halbleiterbereich FD3 gezeigt.

[0067] Wenn das hohe elektrische Potenzial des Erfassungsgate-Signals S1in die erste Gate-Elektrode TX1 eingegeben wird, werden Ladungen, die im Wesentlichen unmittelbar unter der Photogate-Elektrode PG1 erzeugt werden, in dem Potenzialgraben des ersten Halbleiterbereiches FD1 über den Bereich unmittelbar unter der ersten Gate-Elektrode TX1 erzeugt, aufgrund eines Potenzialgradienten, wie in Fig. 6 gezeigt. Ladungen entsprechend der Ladungsgrösse Q1 akkumulieren in dem Potenzialgraben des ersten Halbleiterbereiches FD1. Ein elektrisches Potenzial mit einem niedrigen Pegel (z.B. ein elektrisches Massepotenzial) wird an die zweite Gate-Elektrode TX2 geliefert. Aus diesem Grund ist das Potenzial ΦTX2 in dem Bereich unmittelbar unter der zweiten Gate-Elektrode TX2 nicht verringert, und Ladungen fliessen nicht in den Potenzialgraben des zweiten Halbleiterbereiches FD2.

[0068] Wenn das hohe elektronische Potenzial des Erfassungsgate-Signals S2 in die zweite Gate-Elektrode TX2 eingegeben wird, anschliessend an das Erfassungsgate-Signal Si, akkumulieren Ladungen, die im Wesentlichen unmittelbar unter der Photogate-Elektrode PG2 erzeugt werden, in dem Potenzialgraben des zweiten Halbleiterbereiches FD2 durch den Bereich unmittelbar unter der zweiten Gate-Elektrode TX2, aufgrund eines Potenzialgradienten, wie in Fig. 7 gezeigt. Ladungen entsprechend der Ladungsgrösse Q2 akkumulieren in dem Potenzialgraben des zweiten Halbleiterbereiches FD2. Ein elektrisches Potenzial mit einem geringen Pegel (z.B. ein elektrisches Massepotenzial) wird an die erste Gate-Elektrode TX1 geliefert. Aus diesem Grund wird das Potenzial ΦTX1in den Bereichen unmittelbar unter der ersten Gate-Elektrode TX1 nicht verringert, und Ladungen fliessen nicht in den Potenzialgraben des ersten Halbleiterbereiches FD1.

[0069] Während das Erfassungsgate-Signal S1an die erste Gate-Elektrode TX1 angelegt wird, und das Erfassungsgate-Signal S2an die zweite Gate-Elektrode TX2 angelegt wird, wird ein elektrisches Potenzial mit einem geringen Pegel (z.B. ein elektrisches Massepotenzial) an die dritte Gate-Elektrode TX3 geliefert. Aus diesem Grund wird ein Potenzial ΦTX3in einem Bereich unmittelbar unter der dritten Gate-Elektrode TX3 nicht verringert, und Ladungen fliessen nicht in den Potenzialgraben des dritten Halbleiterbereiches FD3.

[0070] Wenn ein positives elektrische Potenzial an die dritte Gate-Elektrode TX3 geliefert wird, fliessen Ladungen, die in den Ladungserzeugungsbereichen (Bereiche unmittelbar unter den «Photogate-Elektroden PG1, PG2) erzeugt werden, in dem Potenzialgraben des dritten Halbleiterbereiches FD3, da das Potenzial ΦTX3in einem Bereich unmittelbar unter der dritten Gate-Elektrode TX3 verringert wird, wie in Fig. 8 gezeigt. Dies bewirkt, dass Ladungen, die in den Ladungserzeugungsbereichen erzeugt werden, in dem Potenzialgraben des dritten Halbleiterbereiches FD3 als nicht erforderliche Ladungen gesammelt werden. Diese nicht erforderlichen Ladungen, die in dem Potenzialgraben des dritten Halbleiterbereiches FD3 gesammelt werden, werden nach draussen entladen. Während ein positives elektrisches Potenzial an die dritte Gate-Elektrode TX3 geliefert wird, wird ein elektrisches Potenzial mit einem geringen Pegel an die erste und zweite Gate-Elektrode TX1, TX2 geliefert. Aus diesem Grund werden Potenziale ΦTX1und ΦTX2in Bereichen unmittelbar unter der ersten und zweiten Gate-Elektrode TX1, TX2 nicht verringert, und Ladungen fliessen nicht in die Potenzialgräben des ersten und zweiten Halbleiterbereiches FD1, FD2.

[0071] Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung einer Konfiguration eines Pixels.

[0072] Das Erfassungsgate-Signal S1, wobei es sich um ein Ladungstransfersignal handelt, wird an die erste Gate-Elektrode TX1 geliefert. Das Erfassungsgate-Signal S2, wobei es sich um ein Ladungstransfersignal handelt, wird an die zweite Gate-Elektrode TX2 geliefert. Das heisst, dass Ladungstransfersignale mit unterschiedlichen Phasen an die erste Gate-Elektrode TX1 und die zweite Gate-Elektrode TX2 geliefert werden. Ein Ladungstransfersignal S3wird an eine dritte Gate-Elektrode TX3 geliefert.

[0073] Ladungen, die in dem Ladungserzeugungsbereich (im Wesentlichen in dem Bereich unmittelbar unter der Photogate-Elektrode PG1) erzeugt werden, fliessen als Signalladungen in den Potenzialgraben, der aus dem ersten Halbleiterbereich FD1 besteht, während das Erfassungsgate-Signal S1mit einem hohen Pegel an die erste Gate-Elektrode TX1 geliefert wird. Die in dem ersten Halbleiterbereich FD1 akkumulierten Signalladungen werden als eine Spannung Vout1entsprechend der Ladungsgrösse Q1 von dem ersten Halbleiterbereich FD1 ausgelesen. Ladungen, die in dem Ladungserzeugungsbereich (im Wesentlichen in dem Bereich unmittelbar unter der Photogate-Elektrode PG2) erzeugt werden, fliessen als Signalladungen in den Potenzialgraben, der durch den zweiten Halbleiterbereich FD2 ausgebildet wird, während das Erfassungsgate-Signal S2mit dem hohen Pegel an die zweite Gate-Elektrode TX2 geliefert wird. Die in dem zweiten Halbleiterbereich FD2 akkumulierten Signalladungen werden als eine Ausgabe Vout2entsprechend der Ladungsgrösse Q2 von dem zweiten Halbleiterbereich FD2 ausgelesen. Diese Ausgaben Vout1, Vout2entsprechen dem oben beschriebenen Signal d ́(m, n).

[0074] Fig. 10 ist ein Zeitdiagramm an tatsächlichen verschiedenen Signalen.

[0075] Die Periode eines ersten Ladens besteht aus einer Periode zum Akkumulieren einer Signalladung (Akkumulationsperiode) und einer Periode zum Auslesen einer Signalladung (Ausleseperiode). Mit einem Hauptaugenmerk auf ein einzelnes Pixel wird während der Akkumulationsperiode ein Signal auf Grundlage des Pulsansteuersignals SPan der Lichtquelle angelegt, und das Erfassungsgate-Signal S1wird an die erste Gate-Elektrode TX1 synchron damit angelegt. Das Erfassungsgate-Signal S2mit einer vorbestimmten Phasendifferenz (z.B. eine Phasendifferenz von 180 Grad) bezüglich des Erfassungsgate-Signals S1wird ferner an die zweite Gate-Elektrode TX2 angelegt. Vor der Messung des Abstands wird ein Reset-Signal an dem ersten und zweiten Halbleiterbereich FD1, FD2 angelegt, und darin akkumulierte Ladungen werden nach aussen entladen. Nachdem das Reset-Signal eingeschaltet und dann ausgeschaltet wird, werden die Pulse der Erfassungsgate-Signale S1, S2sequenziell an der ersten und zweiten Gate-Elektrode TX1, TX2 angelegt, und ferner werden Ladungen sequenziell synchron mit den Pulsen transferiert. Die Signalladungen werden dann integriert und akkumulieren in dem ersten und zweiten Halbleiterbereich FD1 und FD2.

[0076] Während der Ausleseperiode werden danach die Signalladungen ausgelesen, die in dem ersten und zweiten Halbleiterbereich FD1, FD2 akkumuliert sind. Das Ladungstransfer-Signal S3, das an der dritten Gate-Elektrode TX3 anliegt, ist zu diesem Zeitpunkt auf dem hohen Pegel, und daher wird das positive elektrische Potenzial an die dritte Gate-Elektrode TX3 geliefert, wodurch nicht erforderliche Ladungen in dem Potenzialgraben des dritten Halbleiterbereiches FD3 gesammelt werden. Wenn die Erfassungsgate-Signale S1, S2, die an der ersten und zweiten Gate-Elektrode TX1, TX2 anliegen, alle auf einem niedrigen Pegel sind, ist das Ladungstransfer-Signal S3, das an der dritten Gate-Elektrode TX3 anliegt, auf einem hohen Pegel.

[0077] Ein elektrisches Potenzial VPG, das an die Photogate-Elektroden PG1, PG2 geliefert wird, ist geringer als die elektrischen Potenziale VTX1, VTX2, VTX31, VTX32eingestellt. Wenn folglich die Erfassungsgate-Signale S1, S2auf dem hohen Pegel sind, werden die Potenziale ΦTX1, ΦTX2geringer als die Potenziale ΦPG1, ΦPG2. Wenn das Ladungstransfer-Signal S3auf dem hohen Pegel ist, wird das Potenzial ΦTX3geringer als die Potenziale ΦPG1, ΦPG2.

[0078] Das elektrische Potenzial VPGwird höher als das elektrische Potenzial eingestellt, das sich ergibt, wenn die Erfassungsgate-Signale S1und S2und das Ladungstransfer-Signal S3bei einem niedrigen Pegel sind. Wenn die Erfassungsgate-Signale S1, S2auf einem niedrigen Pegel sind, werden die Potenziale ΦTX1, ΦTX2höher als die Potenziale ΦPG1, ΦPG2. Wenn ferner das Ladungstransfer-Signal S3auf einem niedrigen Pegel ist, wird das Potenzial ΦTX3höher als die Potenziale ΦPG1, ΦPG2.

[0079] Wie oben erläutert, erstrecken sich in der vorliegenden Ausführungsform die äusseren Peripherien der Ladungserzeugungsbereiche (Bereiche unmittelbar unter den Photogate-Elektroden PG1, PG2) zu den Seiten der Pixelbereiche PA1, PA2, mit Ausnahme der Eckabschnitte der Pixelbereiche PA1, PA2, und die Flächen der Ladungserzeugungsbereiche werden dadurch vergrössert. Dies kann das Aperturverhältnis verbessern.

[0080] Wenn sich die Ladungserzeugungsbereiche zu den Eckabschnitten der Pixelbereiche PA1, PA2 erstrecken, sind die Abstände lang, die Ladungen, die in Bereichen entsprechend den Eckabschnitten der Pixelbereiche PA1, PA2 in den Ladungserzeugungsbereichen erzeugt werden, zu dem ersten und zweiten Halbleiterbereich FD1, FD2 wandern, der sich an den zentralen Abschnitten der Pixelbereiche PA1, PA2 befinden. Aus diesem Grund wird die Transferzeit der Ladungen, die in Bereichen entsprechend den Eckabschnitten erzeugt werden, zu dem ersten und zweiten Halbleiterbereich FD1, FD2 erhöht, und daher wird die Effizienz des Transfers von Signalladungen in dem ersten und zweiten Halbeiterbereich FD1, FD2 verschlechtert. Im Gegensatz dazu werden in der vorliegenden Ausführungsform die Ladungserzeugungsbereiche nicht in den Eckabschnitten der Pixelbereiche PA1, PA2 angeordnet, und daher werden Signalladungen nicht von Bereichen transferiert, die bewirken, dass Abstände länger werden, die die Ladungen wandern, wie oben erläutert. Aus diesem Grund ist die Effizienz des Transfers von Signalladungen in dem ersten und zweiten Halbleiterbereich FD1, FD2 verbessert.

[0081] Die dritten Halbleiterbereiche FC2 sind in den Eckabschnitten der Pixelbereiche PA1, PA2 angeordnet, in denen Ladungserzeugungsbereiche nicht angeordnet sind. Aus diesem Grund können die dritten Halbleiterbereiche FD3 ohne eine Verringerung des Aperturverhältnisses und der Effizienz des Transfers von Ladungen angeordnet werden.

[0082] Dies ermöglicht, dass die Genauigkeit der Abstandserfassung in dem Bereichsbildsensor 1 gemäss der vorliegenden Ausführungsform verbessert wird.

[0083] In der vorliegenden Ausführungsform befinden sich die ersten und zweiten Halbleiterbereiche FD1, FD2 innerhalb der Photogate-Elektroden PG1, PG2, und die Flächen der ersten und zweiten Halbleiterbereiche FD1, FD2 werden kleiner eingestellt als jene der Photogate-Elektroden PG1, PG2. Aus diesem Grund werden die Flächen der ersten und zweiten Halbleiterbereiche FD1, FD2 stark reduziert, relativ von Flächen zu Bereichen, die verfügbar sind zum Transfer von Ladungen in die ersten und zweiten Halbleiterbereiche FD1, FD2, in Bereichen (Ladungserzeugungsbereichen) unmittelbar unter den Photogate-Elektroden PG1, PG2. Die Ladungen (Ladungsgrössen Q1, Q2), die nach einem Transfer in die ersten und zweiten Halbleiterbereiche FD1, FD2 akkumulieren, erzeugen jeweilige Spannungsänderungen (ΔV), die durch die folgende Gleichung gegeben werden, auf Grundlage der Kapazität Cfd der ersten und zweiten Halbleiterbereiche FD1, FD2: ΔV = Q1/Cfd ΔV = Q2/Cfd Wenn daher die Flächen der ersten und zweiten Halbleiterbereiche FD1, FD2 reduziert werden, wird die Kapazität Cfd der ersten und zweiten Halbleiterbereiche FD1, FD2 reduziert, und daher werden die Spannungsänderungen (ΔV) erhöht. Das heisst, dass die Ladungsspannungs-Wandlungsverstärkung ansteigt. Als ein Ergebnis kann eine hohe Sensitivität des Bereichsbildsensors 1 erreicht werden.

[0084] Die erste Gate-Elektrode TX1 umgibt die gesamte Peripherie des ersten Halbleiterbereiches FD1. Die zweite Gate-Elektrode TX2 umgibt die gesamte Peripherie des zweiten Halbleiterbereiches FD2. Aus diesem Grund werden Signalladungen in dem ersten und zweiten Halbleiterbereich FD1, FD2 von allen Richtungen des ersten und zweiten Halbleiterbereiches FD1, FD2 gesammelt. Als ein Ergebnis kann die Flächeneffizienz (Aperturverhältnis) des Bildgebungsbereiches verbessert werden.

[0085] In der vorliegenden Ausführungsform werden die Ladungserzeugungsbereiche einer Vielzahl von Pixelbereichen PA1, PA2 miteinander integriert, und die Photogate-Elektroden PG1, PG2 einer Vielzahl von Pixelbereichen PA1, PA2 werden miteinander integriert. Dies kann die Verwendungseffizienz der Sensorfläche erhöhen. Die dritten Halbleiterbereiche FD3 einer Vielzahl von Pixelbereichen PA1, PA2 werden ferner miteinander integriert. Dies kann darüber hinaus die Verwendungseffizienz der Sensorfläche erhöhen.

[0086] Bezugnehmend auf die Fig. 11 bis 17 wird im Folgenden die Konfiguration eines Bereichsbildsensors 1 gemäss einem modifizierten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.

[0087] Das in Fig. 11 gezeigte modifizierte Beispiel unterscheidet sich von der oben beschriebenen Ausführungsform darin, dass die erste Einheit, die in dem einzelnen Pixelbereich PA1 angeordnet ist, das einzelne Pixel P(m, n) ausbildet. Fig. 11 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Konfiguration eines Pixels des Bereichsbildsensors gemäss dem modifizierten Beispiel.

[0088] Der Bereichsbildsensor des vorliegenden modifizierten Beispiels ist mit der Photogate-Elektrode PG1, der ersten Gate-Elektrode TX1, der Vielzahl von dritten Gate-Elektroden TX3, die im ersten Halbleiterbereich FD1 und dritten Halbleiterbereichen FD3 in jedem Pixel P(m, n) bereitgestellt. Die Konfiguration des einzelnen Pixelbereiches PA1, der jedes Pixel P(m, n) ausbildet, ist gleich zu der des Pixelbereiches PA1 der oben beschriebenen Ausführungsform.

[0089] Die äusseren Peripherien der Photogate-Elektrode PG1 von jedem Pixelbereich PA1 erstrecken sich zu den Seiten des Pixelbereiches PA1, und die Photogate-Elektrode PG1 ist daher kontinuierlich mit den anderen Photogate-Elektroden PG1 in der Reihen- und Spaltenrichtung. Die dritten Halbleiterbereiche FD3 von jedem Pixelbereich PA1 werden mit den dritten Halbleiterbereichen FD3 integriert, die in der Reihen- und Spaltenrichtung benachbart sind. Als ein Ergebnis sind in vier Pixelbereichen PA1, die in der Reihen- und Spaltenrichtung benachbart sind, vier dritte Halbleiterbereiche FD3, die sich an dem zentralen Abschnitt der Pixelbereiche PA1 befinden, rechteckförmig (insbesondere quadratförmig). Die Enden der dritten Gate-Elektroden TX3 von jedem Pixelbereich PA1 erstrecken sich zu den Seiten des Pixelbereiches PA1, und daher sind die dritten Gate-Elektroden TX3 kontinuierlich mit anderen dritten Gate-Elektroden TX3 in der Reihen- und Spaltenrichtung. In den vier Pixelbereichen PA1, die in der Reihen- und Spaltenrichtung benachbart sind, sind vier dritte Gate-Elektroden TX3, die sich an dem zentralen Abschnitt der Pixelbereiche PA1 befinden, nahezu rechteckig ringförmig.

[0090] Fig. 12 ist ein Zeitdiagramm verschiedener Signale in dem modifizierten Beispiel, das in Fig. 11 gezeigt ist. Wie in Fig. 12 gezeigt, wird dem Erfassungsgate-Signal S1, das an die erste Gate-Elektrode TX1 angelegt wird, intermittierend eine Phasenverschiebung zu einem vorbestimmten Zeitpunkt gegeben. In dem vorliegenden modifizierten Beispiel ist dem Erfassungsgate-Signal S1eine Phasenverschiebung von 180 Grad zu einem Zeitpunkt von 180 Grad gegeben. Das Erfassungsgate-Signal S1ist mit einem Pulsansteuersignal SPzu einem Zeitpunkt von 0 Grad synchronisiert und weist eine Phasendifferenz von 180 Grad bezüglich des Pulsansteuersignals SPzu einem Zeitpunkt von 180 Grad auf. Die Phasen des Erfassungsgate-Signals S1und des Ladungstransfer-Signals S3sind entgegengesetzt.

[0091] In dem vorliegenden modifizierten Beispiel werden Signalladungen, die in dem ersten Halbleiterbereich FD1 akkumulieren, als eine Ausgabe Vout1von dem ersten Halbleiterbereich FD1 zu einem Zeitpunkt von 0 Grad ausgelesen, und Signalladungen, die in dem ersten Halbleiterbereich FD1 akkumulieren, werden als eine Ausgabe Vout2von dem ersten Halbleiterbereich FD1 zu einem Zeitpunkt von 180 Grad ausgelesen. Diese Ausgaben Vout1, Vout2entsprechen dem oben beschriebenen Signal d ́(m, n). Ein Pixelbereich PA1 einschliesslich der Photogate-Elektrode PG1 (Ladungserzeugungsbereich unmittelbar unter der Photogate-Elektrode PG1) entspricht einem Pixel, und der Abstand wird auf Grundlage von Ausgaben von dem gleichen Pixel berechnet. Aus diesem Grund kann diese Konfiguration die Abweichung in der Berechnung des Abstandes reduzieren, verglichen mit einer Konfiguration, in der eine Vielzahl von Pixelbereichen PA1, PA2 einem Pixel entsprechen. Diese Konfiguration kann ferner die Verwendungseffizienz der Sensorfläche erhöhen und daher eine räumliche Auflösung verbessern.

[0092] Das Erfassungsgate-Signal S1kann eine Phasenverschiebung von 90 Grad zu einem Zeitpunkt von 90 Grad, eine Phasenverschiebung von 180 Grad zu einem Zeitpunkt von 180 Grad und eine Phasenverschiebung von 270 Grad zu einem Zeitpunkt von 270 Grad gegeben werden. In diesem Fall werden Signalladungen, die im ersten Halbleiterbereich FD1 akkumulieren, als Ausgaben zu einem Zeitpunkt von 0 Grad, 90 Grad, 180 Grad und 270 Grad von dem ersten Halbleiterbereich FD1 ausgelesen, und der Abstand wird auf Grundlage dieser Ausgaben berechnet.

[0093] Die in Fig. 13 gezeigte Variation unterscheidet sich von der oben beschriebenen Ausführungsform darin, dass Bereiche RE, in denen Ausleseschaltungen RC angeordnet sind, darin eingestellt sind. Fig. 13 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Konfiguration von Pixeln eines Bereichsbildsensors gemäss dem modifizierten Beispiel.

[0094] Die Bereiche RE, in denen die Ausleseschaltungen RC angeordnet sind, sind für jeweilige Pixelbereiche PA1, PA2 eingestellt. Die Ausleseschaltungen RC lesen Signale entsprechend den Ladungsgrössen aus, die in dem ersten oder zweiten Halbleiterbereich FD1, FD2 des entsprechenden Pixelbereiches PA1, PA2 akkumuliert sind. Die Ausleseschaltungen RC bestehen aus Floating-Diffusionsverstärkern (engl, floating diffusion amplifiers bzw. FDAs) oder dergleichen. Die Bereiche RE befinden sich entlang einer der Seiten der Pixelbereiche PA1, PA2, und ausserhalb entsprechender Pixelbereiche PA1, PA2. In dem vorliegenden modifizierten Beispiel befinden sich die Bereiche RE entlang einer der Seiten der Pixelbereiche PA1, PA2, die sich in der Reihenrichtung erstrecken, und sind zwischen den Pixelbereichen PA1, PA2 benachbart in der Spaltenrichtung geordnet.

[0095] In dem vorliegenden modifizierten Beispiel sind die dritten Gate-Elektroden TX3, angeordnet in den Pixelbereichen PA1, und dritte Gate-Elektroden TX32, angeordnet in den Pixelbereichen PA2, voneinander beabstandet. Ladungstransfer-Signale S31werden an die dritte Gate-Elektrode TX31geliefert, und Ladungstransfer-Signale S32werden an die dritte Gate-Elektrode TX32geliefert.

[0096] Fig. 14 ist ein Zeitdiagramm verschiedener Signale in dem in Fig. 13 gezeigten modifizierten Beispiel.

[0097] Während ein Erfassungsgate-Signal S1an eine erste Gate-Elektrode TX1 angelegt wird, wird ein elektrisches Potenzial mit einem niedrigen Pegel (z.B. ein elektrisches Massepotenzial) an die dritte Gate-Elektrode TX31geliefert. Aus diesem Grund wird ein Potenzial ΦTX31in einem Bereich unmittelbar unter der dritten Gate-Elektrode TX31nicht verringert, und Ladungen fliessen nicht in den Potenzialgraben des dritten Halbleiterbereiches FD3. Während ein Erfassungsgate-Signal S2an der zweiten Gate-Elektrode TX2 angelegt wird, wird ein elektrisches Potenzial mit einem geringen Pegel (z.B. ein elektrisches Massepotenzial) an die dritte Gate-Elektrode TX32geliefert. Aus diesem Grund wird ein Potenzial ΦTX32in einem Bereich unmittelbar unter der dritten Gate-Elektrode TX32nicht verringert, und Ladungen fliessen nicht in den Potenzialgraben des dritten Halbleiterbereiches FD3.

[0098] Die Ladungstransfer-Signale S31, S32, die an der dritten Gate-Elektrode TX31, TX32angelegt werden, sind auf einem hohen Pegel, positive elektrische Potenziale werden an die dritten Gate-Elektroden TX31, TX32geliefert, und nicht erforderliche Ladungen werden in dem Potenzialgraben des dritten Halbleiterbereiches FD3 gesammelt. Das Erfassungsgate-Signal S1und das Ladungstransfer-Signal S31weisen entgegengesetzte Phasen auf. Das Erfassungsgate-Signal S2und das Ladungstransfer-Signal S32weisen entgegengesetzte Phasen auf.

[0099] Gemäss dem vorliegenden modifizierten Beispiel können die Ausleseschaltungen RC ohne eine Verschlechterung der Verbesserung des Aperturverhältnisses und der Effizienz des Ladungstransfers angeordnet werden. Die Bereiche RE können sich entlang einer der Seiten der Pixelbereiche PA1, PA2 befinden, die sich in der Spaltenrichtung erstrecken. In diesem Fall sind die Bereiche RE zwischen den Pixelbereichen PA1, PA2 benachbart in der Reihenrichtung angeordnet.

[0100] Das in Fig. 15 gezeigte modifizierte Beispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 11 gezeigten modifizierten Beispiel darin, dass Bereiche RE, in denen Ausleseschaltungen RC angeordnet sind, darin eingestellt sind. Fig. 15 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Konfiguration von Pixeln eines Bereichsbildsensors gemäss dem modifizierten Beispiel.

[0101] In dem vorliegenden modifizierten Beispiel sind, wie bei dem in Fig. 13 gezeigten modifizierten Beispiel, die Bereiche Re entlang einer der Seiten von Pixelbereichen PA1, PA2 positioniert, die sich in die Reihenrichtung erstrecken, und sind zwischen den Pixelbereichen PA1, PA2 benachbart in der Spaltenrichtung angeordnet. Die Bereiche RE trennen sich entlang einer der Seiten der Pixelbereiche PA1, PA2 befinden, die sich in die Spaltenrichtung erstrecken.

[0102] In dem modifizierten Beispiel von Fig. 16 unterscheiden sich die Positionen der Bereiche RE von jenen in dem modifizierten Beispiel, das in Fig. 13 gezeigt ist. Fig. 16 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Konfiguration von Pixeln eines Bereichsbildsensors gemäss dem modifizierten Beispiel.

[0103] Die Bereiche RE, in denen Ausleseschaltungen RC angeordnet sind, befinden sich in jeweiligen Eckabschnitten der Pixelbereiche PA1, PA2. Das heisst, dass dritte Gate-Elektroden TX31, TX32und dritte Halbleiterbereiche FD3 nicht in den Eckabschnitten angeordnet sind, in denen die Bereiche RE positioniert sind. Die Bereiche RE befinden sich in jeweiligen Pixelbereichen PA1, PA2.

[0104] Gemäss dem vorliegenden modifizierten Beispiel können die Ausleseschaltungen RC auch ohne eine Verschlechterung der Verbesserung des Aperturverhältnisses und der Effizienz des Ladungstransfers angeordnet werden. Die Bereiche RE können sich in jeweiligen anderen Eckabschnitten der Pixelbereiche PA1, PA2 befinden.

[0105] In dem in Fig. 17 gezeigten modifizierten Beispiel unterscheiden sich die Positionen der Bereiche RE von jenen in dem modifizierten Beispiel, das in Fig. 15 gezeigt ist. Fig. 17 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung von Pixeln eines Bereichsbildsensors gemäss dem modifizierten Beispiel.

[0106] Die Bereiche RE, in denen Ausleseschaltungen RC angeordnet sind, befinden sich in jeweiligen Eckabschnitten von Pixelbereichen PA1, PA2. Das heisst, dass dritte Gate-Elektroden TX31, TX32und dritte Halbleiterbereiche FD3 nicht in den Eckabschnitten angeordnet sind, in denen sich die Bereiche RE befinden. Die Bereiche RE befinden sich in jeweiligen Pixelbereichen PA1, PA2.

[0107] Gemäss dem vorliegenden modifizierten Beispiel können die Ausleseschaltungen RC ohne eine Verschlechterung der Verbesserung des Aperturverhältnisses und der Effizienz des Ladungstransfers angeordnet werden. Die Bereiche RE können sich in jeweiligen anderen Eckabschnitten der Pixelbereiche PA1, PA2 befinden.

[0108] Obenstehend sind bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert, es wird jedoch vermerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht immer auf die obigen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern auf verschiedene Art und Weisen modifiziert werden kann, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

[0109] Die Form der Pixelbereiche PA1 und PA2 ist nicht auf eine rechteckform (quadratform) beschränkt. Die Form der Pixelbereiche PA1, PA2 kann, z.B. eine Dreieckform oder ein Polygon mit fünf oder mehr Vertices sein.

[0110] Der Bereichsbildsensor 1 ist nicht auf einen von vorn beleuchteten Bereichsbildsensor beschränkt. Der Bereichsbildsensor 1 kann ein von hinten beleuchteter Bereichsbildsensor sein.

[0111] Der Ladungserzeugungsbereich, in dem Ladungen erzeugt werden, ansprechend auf einfallendes Licht, kann durch eine Photodiode (z.B. eine implantierte Photodiode oder dergleichen) ausgebildet werden. Der Bereichsbildsensor 1 ist nicht auf eine Konfiguration beschränkt, in der Pixel P(m, n) in einer zweidimensionalen Anordnung angeordnet sind, sondern kann eine Konfiguration aufweisen, in der Pixel P(m, n) in einer eindimensionalen Anordnung angeordnet sind.

[0112] Die p- und n-artigen elektrischen Leitungsvorgänge in dem Bereichsbildsensor 1 gemäss der oben erläuterten Ausführungsform sind gegeneinander austauschbar.

Industrielle Anwendbarkeit

[0113] Die vorliegende Erfindung ist für Bereichssensoren und Bereichsbildsensoren anwendbar, die an Produktmonitoren in Herstellungslinien in Fabriken, an Fahrzeugen oder dergleichen angebracht sind.

Claims (9)

1. Bereichssensor, umfassend: einen Ladungserzeugungsbereich, der derart konfiguriert ist, dass äussere Peripherien davon sich in Seiten eines polygonalen Pixelbereiches (PA1) erstrecken, mit Ausnahme von Eckabschnitten des Pixelbereiches (PA1), und konfiguriert zum Erzeugen von Ladungen entsprechend einfallendem Licht; einen Signalladungs-Sammlungsbereich (FD1), angeordnet an einem zentralen Abschnitt des Pixelbereiches (PA1) und innerhalb des Ladungserzeugungsbereiches, um durch den Ladungserzeugungsbereich umgeben zu sein, und konfiguriert zum Sammeln von Signalladungen von dem Ladungserzeugungsbereich; einen Sammlungsbereich (FD3) für nicht erforderliche Ladungen, angeordnet in einem Eckabschnitt des Pixelbereiches (PA1) und ausserhalb des Ladungserzeugungsbereiches, und konfiguriert zum Sammeln von nicht erforderlichen Ladungen von dem Ladungserzeugungsbereich; eine Photogate-Elektrode (PG1), angeordnet an dem Ladungserzeugungsbereich; eine Transfer-Elektrode (TX1), angeordnet zwischen dem Signalladungs-Sammlungsbereich (FD1) und dem Ladungserzeugungsbereich, und konfiguriert, um zu bewirken, dass die Signalladungen von dem Ladungserzeugungsbereich in den Signalladungs-Sammlungsbereich (FD1) fliessen, als Antwort auf ein Eingangssignal; und eine Nicht-erforderliche-Ladungs-Sammlungs-Gate-Elektrode (TX3), angeordnet zwischen dem Sammlungsbereich (FD3) für nicht erforderliche Ladungen und dem Ladungserzeugungsbereich, und konfiguriert, um zu bewirken, dass die nicht erforderlichen Ladungen von dem Ladungserzeugungsbereich in den Sammlungsbereich (FD3) für nicht erforderliche Ladungen fliessen, als Antwort auf ein Eingangssignal.

2. Bereichssensor nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl der Pixelbereiche (PA1, PA2) benachbart sind; wobei die Ladungserzeugungsbereiche der Vielzahl von Pixelbereichen (PA1, PA2) miteinander integriert sind, und die Photogate-Elektroden (PG1, PG2) der Vielzahl von Pixelbereichen (PA1, PA2) miteinander integriert sind.

3. Bereichssensor nach Anspruch 2, wobei die Sammlungsbereiche der nicht erforderlichen Ladungen der Vielzahl von Pixelbereichen (PA1, PA2) miteinander integriert sind.

4. Bereichssensor nach Anspruch 2 oder 3, umfassend eine Steuerschaltung (2), derart ausgebildet, dass sie den Transfer-Elektroden (TX1, TX2) der Vielzahl von Pixelbereichen (PA1, PA2) jeweilige Ladungstransfer-Signale (S1, S2) liefert, die unterschiedliche Phasen aufweisen.

5. Bereichssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend eine Steuerschaltung (2), derart ausgebildet, dass sie der Transfer-Elektrode (TX1) ein Transfer-Signal (S1) liefert, dem intermittierend eine Phasenverschiebung zu einem vorbestimmten Zeitpunkt gegeben wird.

6. Bereichssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Bereich, in dem eine Ausleseschaltung zum Auslesen eines Signals entsprechend einer Ladungsgrösse, die in dem Signalladungs-Sammlungsbereich (FD1) akkumuliert ist, entlang einer Seite des Pixelbereiches (PA1) und ausserhalb des Pixelbereiches (PA1) angeordnet ist.

7. Bereichssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Bereich, in dem eine Ausleseschaltung zum Auslesen eines Signals entsprechend einer Ladungsgrösse, die in dem Signalladungs-Sammlungsbereich (FD1) akkumuliert ist, in einem Eckabschnitt des Pixelbereiches (PA1) positioniert angeordnet ist.

8. Bereichssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Signalladungs-Sammlungsbereich (FD1) rechteckförmig ist, wenn dieser in einer Draufsicht betrachtet wird, und die Transfer-Elektrode (TX1, TX2) nahezu polygonal ringförmig ist.

9. Bereichsbildsensor (1) mit einem Bildgebungsbereich, der eine Vielzahl von Einheiten enthält, die in einer eindimensionalen oder zweidimensionalen Anordnung auf einem Halbleitersubstrat angeordnet sind, und die ein Bereichsbild auf Grundlage von Ladungsgrössen erhält, die von den Einheiten ausgegeben werden, wobei jede der Einheiten der Bereichssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.