CH711639B1

CH711639B1 - Abstandsmessverfahren und Abstandsmessvorrichtung.

Info

Publication number: CH711639B1
Application number: CH00142/17A
Authority: CH
Inventors: Mase C/O Hamamatsu Photonics K K Mitsuhito; Hiramitsu C/O Hamamatsu Photonics K K Jun; Shimada C/O Hamamatsu Photonics K K Akihiro
Original assignee: Hamamatsu Photonics Kk
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2015-08-04
Publication date: 2018-05-15
Also published as: US20170234983A1; US10684371B2; DE112015003846T5; JP6280002B2; CN106574974B; CN106574974A; KR102350761B1; KR20170044154A; WO2016027656A1; JP2016045066A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abstandsmessverfahren unter Verwendung einer Lichtquelle (LS) und eines Abstandssensors. Der Abstandssensor beinhaltet eine ladungserzeugende Fläche und erste und zweite ladungsakkumulierende Flächen. In der ladungserzeugenden Fläche erzeugte Ladungen werden während einer ersten Periode an die erste ladungsakkumulierende Fläche transferiert, um so in der ersten ladungsakkumulierenden Fläche akkumuliert zu werden, und die zweite ladungsakkumulierende Fläche während einer zweiten Periode, um so in der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche akkumuliert zu werden. Eine Distanz zu einem Objekt (OJ) wird basierend auf einer Menge von Ladungen (Q 1 ), die in der ersten ladungsakkumulierenden Fläche akkumuliert sind, und eine Menge an Ladungen (Q 2 ), die in der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche akkumuliert sind, arithmetisiert. Wenn Impulslicht (Lp) aus der Lichtquelle (L S ) emittiert wird, wird das Impulslicht (Lp), dessen lichtintensitätsstabile Periode innerhalb der Emissionsperiode des Impulslichts (Lp) vorab eingestellt wird, länger als jede der ersten und zweiten Perioden zu sein, die aus der Lichtquelle (L S ) emittiert werden.

Description

Beschreibung

Technisches Gebiet [0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abstandsmessverfahren und eine Abstandsmessvorrichtung.

Hintergrund [0002] Bekannte Abstandsmessvorrichtungen beinhalten Distanzsensoren vom Flugzeit(TOE time-of-flight)-Typ (siehe beispielsweise Patentliteratur 1). Eine Abstandsmessvorrichtung, die in Patentliteratur 1 offenbart ist, beinhaltet einen Distanzsensor, der mit einer Lichtempfangsschicht, einer Foto-Gatter-Elektrode zum Übertragen von Ladungen und einer flottierenden Diffusionsschicht zur Aufnahme der Ladungen versehen ist. In dieser Abstandsmessvorrichtung wird in der Lichtempfangsschicht aufgrund von einfallendem Impulslicht erzeugten Ladungen gestattet, in die flottierende Diffusionsschicht zu fliessen, indem der Foto-Gatter-Elektrode Impulssignale verliehen werden. Die fliessenden Ladungen werden in der flottierenden Diffusionsschicht als Signalladungen akkumuliert. Die in der flottierenden Diffusionsschicht akkumulierten Ladungen werden als Ausgabe entsprechend einer Menge der akkumulierten Ladungen ausgelesen. Es wird eine Distanz zu einem Objekt basierend auf der Ausgabe berechnet.

Zitatenliste

Patentliteratur [0003] Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichungsnummer 2005-235 893.

Zusammenfassung der Erfindung

Technisches Problem [0004] In einer Abstandsmessvorrichtung wie einer in der oben erwähnten Patentliteratur 1 offenbarten Vorrichtung, selbst wenn ein Antriebssignal einer Lichtquelle eine Rechteckwellen-Wellenform aufweist, wird ein Lichtintensitätssignal von aus der Lichtquelle abgestrahltem Impulslicht eine Trapezwellen-Wellenform aufweisen, die eine Anstiegsperiode, eine lichtintensitätsstabile Periode und eine abfallende Periode beinhaltet. Während der ansteigenden Periode steigt die Lichtintensität graduell an und erreicht einen vorbestimmten Wert. Während der lichtintensitätsstabilen Periode bleibt die Lichtintensität auf dem vorbestimmten Wert oder grösser. Während der abfallenden Periode fällt die Lichtintensität unter den vorbestimmten Wert und sinkt graduell. Die hiesigen Erfinder haben dies intensiv untersucht und herausgefunden, dass eine solche trapezoide Welle des Lichtintensitätssignals des Impulslichts die Abstandsmessgenauigkeit der Abstandsmessvorrichtung beeinträchtigen kann.

[0005] Daher gibt es einen Bedarf an Verbesserungen der Abstandsmessgenauigkeit auf dem vorliegenden technischen Gebiet.

Problemlösung [0006] Ein Abstandsmessverfahren gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Abstandsmessverfahren, in welchem eine Lichtquelle, die konfiguriert ist, Impulslicht in Bezug auf ein Objekt zu emittieren, und ein Distanzsensor verwendet werden, wobei der Distanzsensor eine ladungserzeugende Fläche, in welcher Ladungen gemäss Einfallsreflexionslicht des vom Objekt reflektierten Impulslichtes erzeugt werden, und eine ladungsakkumulierende Fläche, in welcher die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen akkumuliert werden, beinhaltet, wobei das Abstandsmessverfahren beinhaltet: Anlegen eines Antriebssignals (Sd) an die Lichtquelle zum Emittieren eines Impulslichtes; Übertragen der in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an eine erste ladungsakkumulierende Fläche (FD1) während einer ersten Periode (T-ι) in Bezug auf eine Emissionsperiode des Impulslichts, um so die Ladungen in der ersten ladungsakkumulierenden Fläche (FD1) während der ersten Periode (Τ_Ί) zu akkumulieren; Übertragen der in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an eine zweite ladungsakkumulierende Fläche (FD2) während einer zweiten Periode (T₂), die sich im Timing von der ersten Periode (Τ_Ί) unterscheidet und die gleiche Breite aufweist wie die erste Periode (T-ι), um so die Ladungen in der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche (FD2) während der zweiten Periode (T2) zu akkumulieren; Berechnen einer Distanz d zum Objekt (OJ), basierend auf einer in der ersten ladungsakkumulierenden Fläche (FD1) während der ersten Periode (T-ι) akkumulierten ersten Menge an Ladungen Q1 und einer in der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche (FD2) während der zweiten Periode (T2) akkumulierten zweiten Menge an Ladungen Q2; und bei Emittieren des Impulslichts aus der Lichtquelle (LS), Emittieren des Impulslichts, dessen lichtintensitätsstabile Periode innerhalb der Emissionsperiode des Impulslichts vorab eingestellt wird, länger zu sein als jede der ersten und zweiten Perioden, aus der Lichtquelle.

[0007] Eine Abstandsmessvorrichtung gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Abstandsmessvorrichtung, die enthält eine Lichtquelle, die konfiguriert ist, Impulslicht in Bezug auf ein Objekt zu emittieren, und einen Distanzsensor, der konfiguriert ist, eine ladungserzeugende Fläche, in der Ladungen gemäss Einfallsreflexionslicht des vom Objekt reflektierten Impulslichtes erzeugt werden, und eine ladungsakkumulierende Fläche, in welcher die in der ladungserzeu2

CH 711 639 B1 genden Fläche erzeugten Ladungen akkumuliert werden, zu enthalten, wobei die Abstandsmessvorrichtung beinhaltet: ein Lichtquellen-Antriebselement (DRV) zum Anlegen eines Antriebssignals (Sd) an die Lichtquelle (LS), um ein Impulslicht (L_P) zu emittieren; eine Ladungsübertragungseinheit, die konfiguriert ist, die in der ladungserzeugenden Fläche in Bezug auf eine Emissionsperiode des Impulslichts erzeugten Ladungen während einer ersten Periode (Τ_Ί) an eine erste ladungsakkumulierende Fläche (FD1) zu übertragen, um so die Ladungen in der ersten ladungsakkumulierenden Fläche (FD1) während der ersten Periode (T-ι) zu akkumulieren, und konfiguriert ist, die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen während einer zweiten Periode (T2), die sich von der ersten Periode (T-ι) im Timing unterscheidet und die gleiche Breite wie die erste Periode (Τ_Ί) aufweist, an eine zweite ladungsakkumulierende Fläche (FD2) zu übertragen, um so die Ladungen in der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche (FD2) während der zweiten Periode (T2) zu akkumulieren; ein Distanz-Berechnungselement (ART), das konfiguriert ist, eine Distanz zum Objekt (OJ) zu berechnen, basierend auf einer in der ersten ladungsakkumulierenden Fläche (FD1) während der ersten Periode (Τ_Ί) akkumulierten ersten Menge an Ladungen Q1 und einer in der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche (FD2) während der zweiten Periode (T2) akkumulierten zweiten Menge an Ladungen Q2; und ein das Lichtquellen-Antriebselement, das konfiguriert ist, die Lichtquelle (LS) anzutreiben, so dass sie das Impulslicht, dessen lichtintensitätsstabile Periode innerhalb der Emissionsperiode des Impulslichts vorab eingestellt ist, länger zu sein als jede der ersten und zweiten Perioden, aus der Lichtquelle zu emittieren.

[0008] In solchen Erfindungen wird das Impulslicht aus der Lichtquelle emittiert und dringt das reflektierte Licht des vom Objekt reflektierten Impulslichts in den Abstandssensor ein. In der ladungserzeugenden Fläche des Abstandssensors werden die Ladungen gemäss dem Einfalls-Reflexionslicht erzeugt. Die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen werden an die ladungsakkumulierende Fläche während der ersten und zweiten Perioden transferiert, um so in der ladungsakkumulierenden Fläche akkumuliert zu werden. Die ersten und zweiten Perioden unterscheiden sich im Timing und sind von ähnlicher Breite. Die Distanz zum Objekt wird basierend auf jeder der während der ersten und zweiten Periode akkumulierten Menge an Ladungen ermittelt.

[0009] In einem Fall, bei dem das Lichtintensitätssignal des aus der Lichtquelle emittierten Impulslichtes eine Trapezwellen-Wellenform aufweist, die eine Anstiegsperiode und eine Abfallperiode beinhaltet, wie oben erwähnt, im Vergleich zu einem Fall, bei dem das Lichtintensitätssignal eine Rechteckwellen-Wellenform aufweist, nimmt die Menge an in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen in der Anstiegsperiode ab und steigt in der abfallenden Periode. Entsprechend, beispielsweise in einem Fall, bei dem die erste Periode mit der Anstiegsperiode überlappt und bei dem die zweite Periode mit der abfallenden Periode überlappt, nimmt die Menge an in der ladungsakkumulierenden Fläche während der ersten Periode akkumulierten Ladungen ab, im Vergleich zu dem Fall der Rechteckwelle, und steigt die Menge an in der ladungsakkumulierenden Fläche während der zweiten Periode akkumulierten Ladungen an, im Vergleich zum Fall der Rechteckwelle. Auf solche Weise können sich die Mengen an Ladungen, die verwendet werden, um die Distanz zum Objekt zu ermitteln, aufgrund von Einflüssen der steigenden Periode und fallenden Periode ändern. Als Ergebnis kann die Abstandsmessgenauigkeit beeinträchtigt werden.

[0010] Hierin wird bezüglich dem aus der Lichtquelle emittierten Impulslicht die lichtintensitätsstabile Periode innerhalb der Emissionsperiode des Impulslichtes vorab so eingestellt, dass sie länger ist als sowohl die erste als auch die zweite Periode. Entsprechend steigt in Bezug auf die Menge an in der ladungsakkumulierenden Fläche in jeder der ersten und zweiten Perioden akkumulierten Ladungen ein Prozentsatz der Menge an in Übereinstimmung mit der lichtintensitätsstabilen Periode akkumulierten Ladungen an und sinken die Prozentsätze der Mengen an in Übereinstimmung mit der Anstiegsperiode und Abfallperiode akkumulierten Ladungen ab. Daher ist es möglich, die Einflüsse der Anstiegsperiode und Abfallperiode in Bezug auf die Abstandsmessgenauigkeit zu reduzieren. Als Ergebnis kann die Abstandsmessgenauigkeit verbessert werden.

[0011] Wenn Impulslicht aus der Lichtquelle emittiert wird, kann das Impulslicht nach einer Startzeit der ersten Periode emittiert werden. In einem solchen Fall, in Bezug auf die Menge an in der ladungsakkumulierenden Fläche während der zweiten Periode akkumulierten Ladungen, steigt der Prozentsatz der Menge an gemäss der lichtintensitätsstabile Periode des Impulslichts akkumulierten Ladungen mehr an. Als Ergebnis kann die Abstandsmessgenauigkeit insbesondere im Hinblick auf eine Kurzdistanz verbessert werden.

[0012] Eine Verzögerungszeit des Emissionstimings des Impulslichts in Relation zur Startzeit der ersten Periode kann vorab auf eine Zeit eingestellt werden, die einem Minimalwert eines Linearitätsbereichs eines Abstandsmessprofils entspricht, welches eine Korrelation zwischen einer Ist-Distanz und einer durch den Abstandssensor ermittelten Distanz angibt. In einem solchen Fall ist es möglich, unter einer Bedingung zu messen, dass eine Distanz null zu einer Distanz beim Minimaiwert versetzt wird. Daher, selbst in Bezug auf einen Distanzbereich unter dem Minimalwert, kann die Abstandsmessgenauigkeit verbessert werden.

[0013] Der Abstandssensor kann eine Mehrzahl von ladungsakkumulierenden Flächen und eine Mehrzahl von Transferelektroden enthalten, die konfiguriert sind, die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an die Mehrzahl von ladungsakkumulierenden Flächen zu transferieren. Der Mehrzahl von Ladungselektroden können Transfersignale mit zueinander unterschiedlichen Phasen verliehen werden. In einem solchen Fall, jedes Mal, wenn das Impulslicht einmal emittiert wird, werden die erzeugten Ladungen in anderen ladungsakkumulierenden Flächen auf solche Weise akkumuliert, dass die Distanz zum Objekt ermittelt werden kann. Daher ist es möglich, eine Verschlechterung der Abstandsmessgenauigkeit aufgrund von Zeitvariation der Distanz zum Objekt zu verhindern.

CH 711 639 B1 [0014] Der Abstandssensor kann eine Transferelektrode, die konfiguriert ist, die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an die ladungsakkumulierende Fläche zu transferieren, beinhalten, und der Transferelektrode kann ein Transfersignal mit einer intermittierend zu einem vorbestimmten Timing verschobenen Phase verliehen werden. In einem solchen Fall kann die Abstandsmessung durch zumindest eine Transferelektrode und eine ladungsakkumulierende Fläche ausgeführt werden. Entsprechend ist es möglich, den Abstandssensor zu verkleinern.

Vorteilhafte Erfindungseffekte [0015] Gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Abstandsmessverfahren und eine Abstandsmessvorrichtung bereitzustellen, die zur Verbesserung der Abstandsmessgenauigkeit fähig sind.

Kurze Beschreibung von Zeichnungen [0016]

Fig. 1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Abstandsmessvorrichtung gemäss der vorliegenden Ausführungsform. Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Konfiguration eines Abstandsbildsensors illustriert.

Fig. 3 ist eine schematische Aufsicht des Abstandsbildsensors.

Fig. 4 ist eine Ansicht, welche eine Konfiguration des Abstandssensors illustriert.

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht der Konfiguration längs der Linie V-V in Fig. 4,

Fig. 6 ist eine Ansicht, die Potentialprofile in der Umgebung einer zweiten Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats längs der Linie V-V in Fig. 4 illustriert.

Fig. 7 ist eine Ansicht, die eine Beeinträchtigung der Abstandsmessgenauigkeit im Abstandsmessverfahren gemäss einem Vergleichsbeispiel illustriert.

Fig. 8 ist ein Abstandsmessprofil, das eine Korrelation zwischen einer Ist-Distanz und einer Distanz, die durch das Abstandsmessverfahren gemäss dem Vergleichsbeispiel ermittelt wird, illustriert.

Fig. 9 ist ein Beispiel eines Timing-Diagramms von verschiedenen Signalen in einem Abstandsmessverfahren gemäss der vorliegenden Ausführungsform.

Fig. 10 ist ein anderes Beispiel eines Timing-Diagramms der verschiedenen Signale im Abstandsmessverfahren gemäss der vorliegenden Ausführungsform.

Fig. 11 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren des Einstellens einer lichtintensitätsstabilen Periode und einer verzögerten Bestrahlungszeit illustriert.

Fig. 12 ist ein Beispiel des Abstandsmessprofils.

Fig. 13 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Abstandssensors gemäss einer Modifikation illustriert.

Fig. 14 ist ein Timing-Diagramm verschiedener Signale in einem Abstandsmessverfahren gemäss der Modifikation.

Beschreibung von Ausführungsformen [0017] Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es sollte angemerkt werden, dass Elemente mit gemeinsamen Elementen und Leistungen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet werden und redundante Erläuterungen hier weggelassen werden.

[0018] Fig. 1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Abstandsmessvorrichtung gemäss der Ausführungsform.

[0019] Eine Abstandsmessvorrichtung 10 misst eine Distanz d zu einem Objekt OJ. Die Abstandsmessvorrichtung 10 beinhaltet einen Abstandsbildsensor RS, Lichtquelle LS, Anzeige DSP und Steuereinheit. Die Steuereinheit beinhaltet ein Antriebselement (Lichtquellen-Antriebselement) DRV, Steuerelement CONT und Arithmetikelement (Distanz-Arithmetikelement) ART. Die Lichtquelle LS emittiert Impulslicht Lp in Bezug auf das Objekt OJ. Die Lichtquelle LS beinhaltet beispielsweise eine Laserbestrahlungsvorrichtung und LED. Der Abstandsbildsensor RS ist ein Abstandsbildsensor vom Ladungsverteilungstyp. Der Abstandsbildsensor RS wird auf einem Verdrahtungsboard WB angeordnet.

[0020] Die Steuereinheit (das Antriebselement DRV, Steuerelement CONT und Arithmetikelement ART) beinhalten eine Arithmetikschaltung, wie etwa eine Zentraleinheit (CPU), einen Speicher, wie etwa einen Wahlfrei-Zugriffsspeicher (RAM) und nur Lesespeicher (ROM), eine Stromversorgungsschaltung und Hardware wie etwa eine Ausleseschaltung, die einen A/D-Wandler enthält. Diese Steuereinheit kann partiell oder insgesamt eine integrierte Schaltung beinhalten, wie etwa eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA).

CH 711 639 B1 [0021] Das Antriebselement DRV legt ein Antriebssignal S_D an die Lichtquelle LS in Übereinstimmung mit einer Steuerung des Steuerungselements CONT an und treibt die Lichtquelle LS auf solche Weise, dass das Impulslicht Lp zum Objekt OJ emittiert wird. Das Steuerungselement CONT steuert nicht nur das Antriebselement DRV, sondern gibt auch erste und zweite Transfersignale Si und S2 an den Abstandssensor RS aus. Das Steuerungselement CONT steuert die Anzeige DSP zur Anzeige von Arithmetikergebnissen des Arithmetikelements ART. Das Arithmetikelement ART liest jede Menge von Ladungen Q1, Q2 aus dem Abstandsbildsensor RS aus. Das Arithmetikelement ART arithmetisiert die Distanz d, basierend auf den ausgelesenen Mengen von Ladungen Q1, Q2 und gibt die Arithmetikergebnisse an das Steuerungselement CONT aus. Ein Arithmetikverfahren zur Distanz d wird später unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben. Die Arithmetikergebnisse des Arithmetikelements ART werden aus dem Steuerelement CONT an die Anzeige eingegeben. Die Anzeige DSP zeigt die Arithmetiksignale an.

[0022] In der Abstandsmessvorrichtung 10 wird das Antriebssignal So an die Lichtquelle LS auf solche Weise angelegt, dass Impulslicht Lp aus der Lichtquelle LS emittiert wird. Wenn das aus der Lichtquelle LS emittierte Impulslicht Lp in das Objekt OJ eindringt, wird reflektiertes Impulslicht Lr vom Objekt OJ reflektiert und davon emittiert. Das reflektierte Licht Lr, das vom Objekt OJ emittiert ist, dringt in die ladungserzeugende Fläche des Abstandsbildsensors RS ein.

[0023] Der Abstandsbildsensor RS gibt die Mengen an Ladungen Ο_Ί, Q₂, die mit den ersten und zweiten Transfersignalen S-ι, S₂ synchronisieren, und pro Pixel gesammelt werden, aus. Die Ausgabemengen von Ladungen Ο_Ί, Q₂ werden am Arithmetikelement ART synchronisierend mit dem Antriebssignal S_D eingegeben. Das Arithmetikelement ART arithmetisiert die Distanz d pro Pixel basierend auf der eingegebenen Menge von Ladungen Ο_Ί, Q₂ und die Arithmetikergebnisse werden am Steuerungselement CONT eingegeben. Die am Steuerungselement CONT eingegebenen Arithmetikergebnisse werden übertragen an und angezeigt auf der Anzeige DSP.

[0024] Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht einer Konfiguration des Abstandsbildsensors.

[0025] Der Abstandsbildsensor RS ist ein frontbeleuchteter Abstandsbildsensor. Der Abstandsbildsensor RS beinhaltet ein Halbleitersubstrat 1 und eine Lichtabfangschicht LI. Das Halbleitersubstrat 1 beinhaltet erste und zweite Hauptoberflächen 1 a, 1 b einander gegenüberliegend. Die zweite Hauptoberfläche 1 b ist eine Lichteinfallsoberfläche. Der Abstandsbildsensor RS wird an der Verdrahtungsplatine WB durch eine Adhäsivfläche FL bondiert, wobei die Seite der ersten Hauptoberfläche 1a des Halbleitersubstrats 1 zur Verdrahtungsplatine WB gegenüberliegt. Die Adhäsivfläche FL beinhaltet ein isolierendes Adhäsiv und einen Füller. Die Lichtabfangschicht LI ist vor der zweiten Hauptoberfläche 1 b des Halbleitersubstrats 1 angeordnet. Das reflektierte Licht LR dringt aus der zweiten Hauptoberfläche 1b des Halbleitersubstrats 1 in den Abstandsbildsensor RS ein.

[0026] Fig. 3 ist eine schematische Aufsicht des Abstandsbildsensors. Es sollte angemerkt werden, dass die Lichtabfangschicht LI in Fig. 3 weggelassen wird.

[0027] Das Halbleitersubstrat 1 des Abstandsbildsensor RS beinhaltet eine Bildaufnahmefläche 1A, die eine Mehrzahl von Abstandssensoren P(m, n) enthält, die in zweidimensionaler Weise angeordnet sind. Jeder der Abstandssensoren P(m, n) gibt die oben erwähnten zwei Grössen von Ladungen Ο_Ί, Q₂ aus. Entsprechend wird das vom Objekt OJ reflektierte Reflexionslicht LR in der Bildaufnahmefläche 1A geformt und es wird ein Distanzbild des Objekt OJ ermittelt. Ein Abstandssensor P(m, n) fungiert als ein Pixel. Es sollte angemerkt werden, dass zwei oder mehr Abstandssensoren P(m, n) als ein Pixel fungieren können.

[0028] Fig. 4 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration des Abstandssensors illustriert. Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht der Konfiguration längs der Linie V-V in Fig. 4. Es sollte angemerkt werden, dass die Lichtabfangschicht LI in Fig. 4 weggelassen ist.

[0029] Wie oben erwähnt, beinhaltet der Abstandsbildsensor RS die Lichtabfangschicht LI vor der zweiten Hauptoberfläche 1 b, welche die Lichteinfallsoberfläche ist. Es wird eine Blende Lia in einem Bereich entsprechend jedem der Abstandssensoren P(m, n) der Lichtabfangschicht LI gebildet. Die Blende Lia ist von rechteckiger Form. Hier ist die Blende Lia in einem Rechteck ausgebildet. Das Licht passiert die Blende Lia der Lichtabfangschicht LI und dringt in das Halbleitersubstrat 1 ein. Entsprechend definiert die Blende Lia eine Lichtempfangsfläche im Halbleitersubstrat 1. Die Lichtabfangschicht LI beinhaltet ein Metall, wie etwa Aluminium und dergleichen.

[0030] Das Halbleitersubstrat 1 beinhaltet eine erste Halbleiterfläche 3 vom p-Typ und eine zweite Halbleiterfläche 5 vom p”-Typ mit einer niedrigeren Fremdstoffkonzentration als der ersten Halbleiterfläche 3. Die erste Halbleiterfläche 3 ist auf der Seite der ersten Hauptoberfläche la angeordnet. Die zweite Halbleiterfläche 5 ist auf der zweiten Hauptoberfläche 1b angeordnet. Das Halbleitersubstrat 1 kann beispielsweise, durch Wachsenlassen, auf einem p-Typ-Halbleitersubstrat, einer p»-Typ-Epitaxie-Schicht mit einer niedrigeren Fremdstoffkonzentration als derjenigen des Halbleitersubstrats erhalten werden. Eine Isolierschicht 7 ist auf der zweiten Hauptoberfläche 1b (zweite Halbleiterfläche 5) des Halbleitersubstrats 1 ausgebildet.

[0031] Jeder der Abstandssensoren p(m, n) ist ein Abstandssensor vom Ladungsverteilungstyp. Jeder der Abstandssensoren p(m, n) beinhaltet eine Foto-Gatter-Elektrode PG, erste und zweite ladungsakkumulierende Flächen FD1, FD2 und erste und zweite Transferelektroden TX1, TX2. Die Foto-Gatter-Elektrode PG ist entsprechend der Blende Lia angeordnet. Eine der Foto-Gatter-Elektrode PG im Halbleitersubstrat 1 entsprechende Fläche (zweite Halbleiterfläche 5) (eine unter Foto-Gatter-Elektrode PG in Fig. 5 lokalisierte Fläche) wirkt als eine ladungserzeugende Fläche, in der Ladungen gemäss

CH 711 639 B1 dem einfallenden Reflexionslicht LR des Impulslichts Lp, das vom Objekt OJ reflektiert ist, erzeugt werden. Die Foto-Gatter-Elektrode PG entspricht der Form der Blende Lia und ist bei Aufsicht von rechteckiger Form. Hier ist die Foto-GatterElektrode PG in einem Rechteck ähnlich der Blende Lia geformt.

[0032] Die ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 sind angeordnet, um die Foto-Gatter-Elektrode PG zu sandwichen. Die ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 sind getrennt von der Foto-Gatter-Elektrode PG angeordnet. Jede der ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 ist bei Aufsicht von rechteckiger Form. In der vorliegenden Ausführungsform ist jede der ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 von bei Aufsicht einer quadratischen Form und sie sind zueinander in der Form ähnlich. Die ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 sind n-Typ-Halbleiterflächen mit hohen Verunreinigungs-Konzentrationen, die in der zweiten Halbleiterfläche 5 ausgebildet sind. Die ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 akkumulieren in der ladungserzeugenden Fläche erzeugte Ladungen als Signalladungen.

[0033] Die erste Transferelektrode TX1 ist auf der isolierenden Schicht 7 und zwischen der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 und der Foto-Gatter-Elektrode PG angeordnet. Die erste Transferelektrode TX1 ist getrennt sowohl von der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 als auch der Foto-Gatter-Elektrode PG angeordnet. Die erste Transferelektrode TX1 überträgt die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an die erste ladungsakkumulierende Fläche FD1 während einer ersten Periode Τ_Ί (siehe Fig. 7) in Übereinstimmung mit dem ersten Transfersignal Si (siehe Fig. 7). Die erste Periode Τ_Ί entspricht einer Emissionsperiode T_T des Impulslichts Lp (siehe Fig. 7).

[0034] Die zweite Transferelektrode TX2 ist auf der isolierenden Schicht 7 und zwischen der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche FD2 und der Foto-Gatter-Elektrode PG angeordnet. Die zweite Transferelektrode TX2 ist getrennt von sowohl der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche FD2 als auch der Foto-Gatter-Elektrode PG angeordnet. Die zweite Transferelektrode TX2 transferiert die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an die zweite ladungsakkumulierende Fläche FD2 während einer zweiten Periode T2 (siehe Fig. 7), in Übereinstimmung mit dem zweiten Transfersignal S₂ (siehe Fig. 7 mit einer anderen Phase als derjenigen des ersten Transfersignals S-ι. Die zweite Periode T₂unterscheidet sich von der ersten Periode Τ_Ί im Timing und ähnelt in der Breite der ersten Periode Τ_Ί.

[0035] Wie oben erwähnt, gibt das Steuerungselement CONT die ersten und zweiten Transfersignale Si, S₂ aus. Die ersten und zweiten Transfersignale S-ι, S₂, die durch das Steuerungselement CONT ausgegeben werden, werden an die ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 angelegt. Entsprechend verteilen die ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen und transferieren die an die ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2. Daher fungiert ein Teil des Steuerungselements CONT und die ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 als eine Ladungstransfereinheit.

[0036] Jede der ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 ist bei Aufsicht von rechteckiger Form. Hier ist jede der ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 in einem Rechteck gebildet und sie ähneln einander in der Form. Längen von langen Seiten der ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 sind kürzer als Längen von langen Seiten der Foto-Gatter-Elektrode PG.

[0037] Die isolierende Schicht 7 wird mit Kontaktlöchern zum Exponieren der Oberfläche der zweiten Halbleiterfläche 5 versehen. Leiter 13 zum Verbinden der ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 mit deren Aussenseite sind in den Kontaktlöchern angeordnet.

[0038] Hier repräsentiert der Ausdruck «Fremdstoffkonzentrat ist hoch», dass die Fremdstoffkonzentration beispielsweise gleich oder grösser als 1 χ 10¹⁷ cm^-3 ist, und wird durch am Leitfähigkeitstyp angebrachtes «+» angegeben. Andererseits repräsentiert ein Ausdruck «Fremdstoffkonzentration ist niedrig», dass die Fremdstoffkonzentration beispielsweise gleich oder kleiner 10 χ 10¹⁵ cm^-3 ist, und wird durch an dem Leitfähigkeitstyp angebrachtes «-» angezeigt.

[0039] Eine Dicke/Fremdstoffkonzentration jeder Halbleiterfläche ist wie folgt. Erste Halbleiterfläche 3: Dicke 10 bis 1000 pm/Fremdstoffkonzentration 10 χ 10¹² bis 10¹⁹ cm^-3; zweite Halbleiterfläche 5: Dicke 1 bis 50 pm/Fremdstoffkonzentration 1 χ 10¹² bis 10¹⁵ cm^-3; erste und zweite ladungsakkumulierende Flächen FD1, FD2: Dicke 0,1 bis 1 pm/Fremdstoffkonzentration 1 χ 10¹⁸ bis 10²⁰ cm^-3.

[0040] Dem Halbleitersubstrat 1 (erste und zweite Halbleiterflächen 3, 5) wird ein Referenzpotential, wie ein Erdungspotential, durch ein Rückgatter oder eine Durchgangselektrode oder dergleichen verliehen. Das Halbleitersubstrat 1 beinhaltet Si, die isolierende Schicht 7 beinhaltet SiO₂ und die Foto-Gatter-Elektrode PG und die ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 enthalten Poly-Silizium. Es sollte angemerkt werden, dass andere Materialien in diesen Elementen beinhaltet sein können.

[0041] Es gibt eine 180-Grad-Verschiebung zwischen der Phase des ersten Transfersignals Si, welches an die erste Transferelektrode TX1 angelegt wird, und der Phase des zweiten Transfersignals S₂, welches an die zweite Transferelektrode TX2 angelegt wird. Das auf jeden der Abstandssensoren P(m, n) einfallende Licht wird in Ladungen im Halbleitersubstrat 1 umgewandelt (zweite Halbleiterfläche 5). Einem Teil der auf solche Weise erzeugten Ladungen wird gestattet, als die Signalladungen zur ersten Transferelektrode TX1 oder zweiten Transferelektrode TX2 anhand Potential-Gradienten zu wandern. Der Potential-Gradient wird durch Spannung gebildet, die an die Foto-Gatter-Elektrode PG und die ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 angelegt wird.

CH 711 639 B1 [0042] Wenn ein positives Potential an die erste Transferelektrode TX1 oder die zweite Transferelektrode TX2 angelegt wird, wird ein Potential einer Fläche des Halbleitersubstrats 1 (zweite Halbleiterfläche 5) unter der ersten Transferelektrode TX1 oder der zweiten Transferelektrode TX2 niedriger in Bezug auf Elektronen als ein Potential einer Fläche des Halbleitersubstrats 1 (zweite Halbleiterfläche 5) unter der Foto-Gatter-Elektrode PG. Entsprechend werden negative Ladungen (Elektronen) in der Richtung der ersten Transferelektrode TX1 oder der zweiten Transferelektrode TX2 gezogen und werden die negativen Ladungen in Potentialnäpfen akkumuliert, die durch die ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 gebildet sind. Jeder der n-Typ-Halbleiter enthält einen positiv-ionisierten Donor und weist das positive Potential auf und zieht die Elektronen an. Wenn ein niedrigeres Potential als das positive Potential (beispielsweise das Erdungspotential) an die erste Transferelektrode TX1 oder die zweite Transferelektrode TX2 angelegt wird, wird eine Potentialbarriere durch die erste Transferelektrode TX1 oder die zweite Transferelektrode TX2 verursacht. Daher werden die in dem Halbleitersubstrat 1 erzeugten Ladungen nicht in die ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 gezogen.

[0043] Fig. 6 ist eine Ansicht, die Potentialprofile in der Umgebung der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats längs der Linie V-V in Fig. 4 illustriert.

[0044] In Fig. 6 repräsentieren Abwärtsrichtungen positive Richtungen von Potentialen. Figur 6 zeigt ein Potential φτχι einer Fläche genau unter der Transferelektrode TX1, ein Potential φ_Τχ2 einer Fläche genau unter der zweiten Transferelektrode TX2, ein Potential <p_PG der ladungserzeugenden Fläche genau unter der Foto-Gatter-Elektrode PG, ein Potential φ_Ρ0Ίder ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 und ein Potential φ_Ρ02 der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche FD2.

[0045] Wenn die Potentiale (φτχ-ι, φτχ2) der Flächen unter den angrenzenden ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 ohne Vorspannung als Referenzpotentiale definiert werden, wird das Potential <p_PG der Fläche (ladungserzeugende Fläche) genau unter der Foto-Gatter-Elektrode PG höher eingestellt als die Referenzpotentiale. Das Potential <p_PG der ladungserzeugenden Fläche ist höher als die Potentiale φτχ-ι, <Ρτχ2· Daher wird das Potentialprofil wie eine Vertiefung ausgebildet, die abwärts weist in den Zeichnungen in der ladungserzeugenden Fläche.

[0046] Ein akkumulierender Betrieb der Ladungen wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben. Wenn die Phase des ersten Transfersignals S-ι, das an die Transferelektrode TX1 angelegt wird, null Grad ist, wird der ersten Transferelektrode TX1 das positive Potential verliehen. Der zweiten Transferelektrode TX2 wird ein Potential in entgegengesetzter Phase verliehen, nämlich ein Potential in einer Phase von 180 Grad (beispielsweise das Erdungspotential). Der Foto-Gatter-Elektrode PG wird ein Potential zwischen dem der ersten Transferelektrode TX1 gegebenen Potential und dem der zweiten Transferelektrode TX2 gegebenen Potential verliehen. In einem solchen Fall, wie in Fig. 6a illustriert, fällt das Potential φτχ des Halbleiters unter der ersten Transferelektrode TX1 unter das Potential <p_PG der ladungserzeugenden Fläche. Daher wird den in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen e gestattet, in den Potentialnapf der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 zu fliessen.

[0047] Andererseits wird das Potential φτχ2 des Halbleiters unter der zweiten Transferelektrode TX2 nicht fallen. Daher fliessen die Ladungen nicht in den Potentialnapf der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche FD2. Entsprechend werden die Ladungen im Potentialnapf der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 gesammelt und akkumuliert. Da die ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1 und FD2 mit Fremdstoffen vom n-Typ dotiert sind, sind deren Potentiale in Positivrichtung rückgesetzt.

[0048] Wenn die Phase des zweiten Transfersignals S₂, das an die zweite Transferelektrode TX2 angelegt wird, null Grad beträgt, wird der zweiten Transferelektrode TX2 das positive Potential verliehen. Der ersten Transferelektrode TX1 wird ein Potential in der entgegengesetzten Phase verliehen, das heisst, ein Potential in einer Phase von 180 Grad (beispielsweise ein Erdungspotential). Der Foto-Gatter-Elektrode PG wird ein Potential zwischen dem der ersten Transferelektrode TX1 gegebenen Potential und dem der zweiten Transferelektrode TX2 gegebenen Potential verliehen. In einem solchen Fall, wie in Fig. 6b illustriert, fällt das Potential φτχ2 des Halbleiters gerade unter der zweiten Transferelektrode TX2 unter das Potential <p_PG der ladungserzeugenden Fläche. Daher wird den in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten negativen Ladungen e gestattet, in den Potentialnapf der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche FD2 zu fliessen.

[0049] Andererseits fällt das Potential φτχ-ι des Halbleiters unter der ersten Transferelektrode TX1 nicht. Daher werden die Ladungen nicht in den Potentialnapf der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 fallen. Entsprechend werden die Ladungen im Potentialnapf der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche FD2 gesammelt und akkumuliert.

[0050] Auf solche Weise werden die Ladungen in den Potentialnäpfen der ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1 und FD2 gesammelt und akkumuliert. Die in den Potentialnäpfen der ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD1 akkumulierten Ladungen werden an deren Aussenseite hin ausgelesen.

[0051] Fig. 7 ist eine Ansicht, die Abweichung der Abstandsmessgenauigkeit in einem Abstandsmessverfahren gemäss einem Vergleichsbeispiel illustriert. Spezifisch ist Fig. 7a ein Timing-Diagramm verschiedener Signale in einem Fall, bei dem ein Lichtintensitätssignal von Impulslicht zu einer Zeit, wenn das Impulslicht aus der Lichtquelle emittiert wird, eine ideale Rechteckwellen-Wellenform aufweist. Fig. 7b ist ein Timing-Diagramm der verschiedenen Signale in einem tatsächlichen Fall. Fig. 7c ist eine Ansicht, die ein Lichtintensitätssignal von Reflexionslicht, wenn das Licht zu einer Bildaufnahmefläche zurückkehrt, vergleicht.

CH 711 639 B1 [0052] Zuerst wird unter Bezugnahme auf Fig. 7a ein Fall beschrieben, bei dem ein Lichtintensitätssignal S_Lp von Impulslicht Lp zu einer Zeit, wenn das Impulslicht Lp aus der Lichtquelle LS emittiert wird, die ideale Rechteckwellen-Wellenform aufweist. Fig. 7a illustriert ein Antriebssignal S_D, das an die Lichtquelle LS angelegt wird, durch das Steuerungselement CONT, das Lichtintensitätssignal Sl_p des Impulslichts Lp, wenn das Impulslicht Lp aus der Lichtquelle LS emittiert wird, ein Intensitätssignal Si__r reflektierten Lichts Lr, wenn das reflektierte Licht Lr zu einer Bildaufnahmefläche 1A rückkehrt, ein erstes Transfersignal Si, das an die erste Transferelektrode TX1 anzulegen ist, und ein zweites Transfersignal S₂, das an die zweite Transferelektrode TX2 anzulegen ist.

[0053] Wie in Fig. 7a beschrieben, sind das Antriebssignal S_D, das Lichtintensitätssignal S_Lp, S_Lr und erste und zweite Transfersignal Si, S₂ alles Pulssignale, welche die ideale Rechteckwellen-Wellenform aufweisen. Diese Signale sind alle eingerichtet, auf einem niedrigen Pegel in einem Zustand zu sein, bevor das Antriebssignal So an die Lichtquelle LS angelegt wird.

[0054] Das Antriebssignal S_D ist ein Impulssignal einer Impulsbreite Tp. Die Impulsbreite Tp des Antriebssignals S_D ist äquivalent einem Einstellwert einer Impulsbreite des Lichtintensitätssignals Sl_p. In einem solchen Fall, da das Lichtintensitätssignal S_Lp die ideale Rechteckwellen-Wellenform aufweist, wird die Impulsbreite des Lichtintensitätssignal Sl_p äquivalent zu der Impulsbreite Tp des Antriebssignals So gemäss der Einstellung. Das Antriebssignal So wird auf einen niedrigen Pegel eingestellt, nachdem es während der Impulsbreite Tp auf einen hohen Pegel eingestellt war. Das Lichtintensitätssignal S_Lp steigt simultan mit einer Startzeit zum Anlegen des Antriebssignals S_D an und das Lichtintensitätssignal S_Lp wird auf einen Pegel entsprechend der Lichtintensität des Impulslichts Lp eingestellt. Das Lichtintensitätssignal S_Lp fällt nach der Impulsbreite Tp und wird auf einen niedrigen Pegel eingestellt.

[0055] Synchronisierend mit der Emission des Impulslichts Lp werden die ersten und zweiten Transfersignale S-ι, S₂ an die ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 in Antiphase angelegt. Spezifisch synchronisiert das erste Transfersignal S-ι mit dem Lichtintensitätssignal S_Lp durch eine Phasendifferenz von null Grad und wird an die erste Transferelektrode TX1 während der Impulsbreite Tp angelegt, um so auf hohes Pegel eingestelltzu sein. Das zweite Transfersignal S₂ synchronisiert mit dem Lichtintensitätssignal Sl_p durch eine Phasendifferenz von 180 Grad und wird an die zweite Transferelektrode TX2 während der Impulsbreite Tp angelegt, um so auf hohes Pegel eingestellt zu sein. Perioden, wenn die ersten und zweiten Transfersignale S-ι, S₂ auf hohes Pegel eingestellt werden, sind erste bzw. zweite Perioden Tu T₂. Die ersten und zweiten Perioden Tu T₂ unterscheiden sich im Timing und sind in der Breite ähnlich. In solch einem Fall ist jede Breite der ersten und zweiten Perioden Tu T₂ äquivalent zur Impulsbreite Tp des Antriebssignals S_D.

[0056] Das Lichtintensitätssignal Su· steigt simultan mit der Zeit an, wenn das Reflexionslicht Lr zu der Bildaufnahmefläche 1A rückkehrt, und das Lichtintensitätssignal SLr wird auf einen Pegel entsprechend der Lichtintensität des Reflexionslichts S_Lr eingestellt. Das Lichtintensitätssignal S_Lr fällt nach der Impulsbreite Tp und wird auf das niedrige Niveau eingestellt. In einem solchen Fall ist die Impulsbreite des Lichtintensitätssignals S_Lr äquivalent zur Impulsbreite Tp des Antriebssignals S_D. Eine Phasendifferenz Td zwischen dem Lichtintensitätssignal S_Lp und dem Lichtintensitätssignal S_Lr ist eine Flugzeit (TOF) von Licht. Die Phasendifferenz Td entspricht der Distanz d ab dem Abstandsbildsensor RS bis zum Objekt OJ.

[0057] Die in der ladungserzeugenden Fläche in Übereinstimmung mit dem einfallenden Reflexionslicht Lr erzeugten Ladungen werden an die erste ladungsakkumulierende Fläche FD1 während der ersten Periode Ti transferiert, wenn das erste Transfersignal S-ι auf hohes Pegel in Bezug auf eine Emissionsperiode T_T des Impulslichts Lp eingestellt wird, um so in der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 während der ersten Periode Τ_Ί akkumuliert zu werden. Die Emissionsperiode T_T des Impulslichts Lp ist eine Periode, wenn das Lichtintensitätssignal Sl_p nicht auf dem niedrigen Pegel ist. In einem solchen Fall ist die Breite der Emissionsperiode T_T äquivalent zur Impulsbreite Tp des Antriebssignals So[0058] Die in der ladungserzeugenden Fläche in Übereinstimmung mit dem einfallendenden Reflektionslicht Lr erzeugten Ladungen werden während der zweiten Periode T₂ an die zweite ladungsakkumulierende Fläche FD2 transferiert, wenn das zweite Transfersignal S₂ auf den hohen Pegel eingestellt wird, um so in der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche FD2 während der zweiten Periode T₂ akkumuliert zu werden.

[0059] Die Ladungen werden in der ladungsakkumulierenden Fläche während einer Periode erzeugt, wenn das reflektierte Licht Lr in die Fläche eindringt. Daher wird eine Menge an in der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 akkumulierten Ladungen Q-ι eine Menge an Ladungen sein, die während einer Periode zu akkumulieren sind, innerhalb der ersten Periode Tu wenn das Lichtintensitätssignal SLr und das erste Transfersignal S-ι überlappen. Weiterhin wird eine Menge an in der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche FD2 akkumulierten Ladungen Q₂ eine Menge an Ladungen sein, die während einer Periode zu akkumulieren sind, innerhalb der zweiten Periode T₂, wenn das Lichtintensitätssignal S_Lr und das zweite Transfersignal S₂ überlappen.

[0060] Die Distanz d wird durch die nachfolgende Formel (1) berechnet, basierend auf einer Rate (Verteilungsrate) der Menge von Ladungen Q-ι und Menge von Ladungen Q₂. Es sollte angemerkt werden, dass c die Lichtgeschwindigkeit repräsentiert.

[0061] Distanz d = (c/2) χ (Tp χ Q₂/(Qi + Q₂)).... (1) [0062] Ein messbarer Distanzbereich d in einem solche Fall hängt von der Breite jeder der ersten und zweiten Perioden Tu T₂ ab und der messbare Abstand ist ein Abstand, in welchem die Phasendifferenz Td innerhalb der Breite jeder der ersten und zweiten Perioden Tu T₂ eingestellt wird. Mit anderen Worten wird die Distanz d, wenn die Phasendifferenz Td

CH 711 639 B1 äquivalent zur Breite jeder der ersten und zweiten Perioden Τ_Ί, T₂ wird, ein Maximalwert der messbaren Distanz d. Daher kann ein Abstandsmessbereich, der eine Breite eines Distanzbereichs ist, der zu messen ist, basierend auf der Breite jeder der ersten und zweiten Perioden Τ_Ί, T₂ eingestellt werden. Es sollte angemerkt werden, dass «messbar» angibt, dass die Distanz d theoretisch durch die oben erwähnte Formel (1) berechnet werden kann.

[0063] Unter Bezugnahme auf Fig. 7b und 7c wird der tatsächliche Fall nachfolgend beschrieben. Wie in Fig. 7b illustriert, weisen das Lichtintensitätssignal Sl_p, Si_r Trapezwellen-Wellenformen auf. Jedes der Lichtintensitätssignale Sl_p, So steigt graduell und erreicht einen vorbestimmten Wert während einer Anstiegsperiode T_R und bleibt auf dem vorbestimmten Wert oder grösser während einer lichtintensitätsstabilen Periode T_s und fällt dann unter den vorbestimmten Wert und sinkt graduell während einer fallenden Periode T_F. In solch einem Fall wird die Emissionsperiode T_T des Impulslichts Lp länger als die Impulsbreite Tp des Antriebssignals S_D[0064] Es sollte angemerkt werden, dass die lichtintensitätsstabile Periode T_s nicht nur eine Periode anzeigt, wenn die Lichtintensitätssignale S_Lp, S_Lr konstant werden, sondern auch eine Periode anzeigt, wenn die Lichtintensitätssignale S_Lp, S_Lr gehalten werden, zum Beispiel bei oder innerhalb 5% des Maximalwerts. In einem Fall, bei dem die Periode, wenn die Lichtintensitätssignale S_Lp, S_Lr konstant werden, als die lichtintensitätsstabile Periode T_s bezeichnet wird, ist eine Periode, in der die ansteigende Periode T_R und fallende Periode T_F von der Emissionsperiode T_T des Impulslichts Lp subtrahiert werden, die lichtintensitätsstabile Periode T_s. In einem solchen Fall ist die Emissionsperiode T_Tdes Impulslichts Lp äquivalent zu einer Summe der Breite der fallenden Periode T_F und der Impulsbreite Tp des Antriebssignals So[0065] Wie in Fig. 7c illustriert, sinkt im tatsächlichen Fall im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Lichtintensitätssignale Sl_p, SLr die idealen Rechteckwellen-Wellenformen aufweisen, die Menge von Ladungen Q-ι um eine Menge von Ladungen qi aufgrund eines Einflusses der ansteigenden Periode T_R. Weiterhin steigt die Menge an Ladungen Q₂ um eine Menge von Ladungen q₂ aufgrund eines Einflusses der fallenden Periode T_F. Auf solche Weise ist im Abstandsmessverfahren gemäss dem Vergleichsbeispiel die Abstandsmessgenauigkeit beeinträchtigt, da das Ladungsverteilungsverhältnis sich vom Idealfall unterscheidet.

[0066] Fig. 8 ist ein Abstandsmessprofil, welches eine Korrelation zwischen einer tatsächlichen Distanz und einer Distanz, welche durch das Abstandsmessverfahren gemäss dem Vergleichsbeispiel ermittelt wird, illustriert.

[0067] In Fig. 8 wird eine tatsächliche Distanz d längs der Abszisse genommen und wird eine durch das Abstandsmessverfahren gemäss dem Vergleichsbeispiel ermittelte Distanz (eine berechnete Distanz) d_cai längs der Ordinate genommen. Das Impulslicht Lp, dessen Impulsbreite Tp des Antriebssignals So 30 ns beträgt, wird für die Messung ermittelt und verwendet. Abstände in der Abszisse und Ordinate sind abstandsmessbare Bereiche, wenn die Breite wie bei der ersten und zweiten Perioden Τ_Ί, T₂ auf 30 ns eingestellt ist, ähnlich der Impulsbreite Tp des Antriebssignals So- Eine lineare Linie B ist eine gerade Linie, die den Ursprung der Koordinaten passiert und eine Neigung von 1 aufweist.

[0068] Wie in Fig. 8 illustriert, ist das Abstandsmessprofil in eine Linearitätsfläche A|_ine und Nicht-Linearitätsflächen A_shOrt, Aiong unterteilt. Die Linearitätsfläche A|_ine ist eine Fläche, wo die Ist-Distanz d und berechnete Distanz d_cai im Wesentlichen ähnlich (äquivalent) sind und wobei eine Differenz der berechneten Distanz d_cai von der Ist-Distanz d (Id-d_cail/d x 100(%)) auf oder unter einer Toleranzgrenze ist. Die Linearitätsfläche A|_ine ist beispielsweise eine Fläche, wo die Differenz mehrere % oder weniger beträgt. In der Linearitätsflache A|_ine ist die Differenz so klein, dass die Abstandsmessgenauigkeit hoch ist. In der Linearitätsfläche A|_ine sind gemessene Daten im Wesentlichen auf der linearen Linie B geplottet.

[0069] Andererseits sind die Nicht-Linearitätsflächen A_shOrt, Aiong andere Flächen als die Linearitätsfläche A|_ine. Jene Flächen beinhalten eine Fläche, wo die Ist-Distanz d und berechnete Distanz d_cai nicht in einer Fläche äquivalent sind, an zumindest die Linearitätsflache A|_ine angrenzt. Mit anderen Worten können die Nicht-Linearitätsflächen A_short, A|_Ong eine Fläche enthalten, wo die Ist-Distanz d und berechnete Distanz d_cai in einer Fläche äquivalent sind, die nicht angrenzend an die Linearitätsflache A|_ine ist. Die Fläche, wo die Ist-Distanz d und die berechnete Distanz d_cai nicht äquivalent sind, gibt eine Fläche an, wo die Differenz die Toleranzgrenze übersteigt, beispielsweise die Differenz mehrere % übersteigt. Die Nicht-Linearitätsfläche A_shOrt wird an einer näheren Position zur kurzen Distanz als Linearitätsflache A|_ine geplottet. Die Nicht-Linearitätsfläche A|_Ong wird in einer näheren Position zu einer langen Distanz geplottet als die Linearitätsfläche A|_ine.

[0070] In den Nicht-Linearitätsflächen A_short, Aiong werden die gemessenen Daten in gegenüber der linearen Linie B versetzten Positionen geplottet. In den Nicht-Linearitätsflächen A_shOrt, Aiong ist die Differenz so gross, dass die Abstandsmessgenauigkeit niedrig ist. Dies liegt daran, dass der Einfluss der Menge von Ladungen q₂ in Bezug auf die Menge von Ladungen Q₂ in der Nicht-Linearitätsfläche A_short gross wird. Weiterhin liegt es daran, dass der Einfluss der Menge von Ladungen q-ι in Bezug auf die Menge von Ladungen Ο_Ί in der Nicht-Linearitätsfläche A|_Ong gross wird.

[0071] Fig. 9 ist ein Beispiel eines Timing-Diagramms verschiedener Signale in einem Abstandsmessverfahren gemäss dervorliegenden Ausführungsform.

[0072] Wie in Fig. 9 illustriert, im Beispiel des Abstandsmessverfahrens gemäss dervorliegenden Ausführungsform wird die Impulsbreite Tp des Antriebssignals S_D vorab eingestellt, um eine Erweiterungszeit Tx länger zu sein als die Breite jeder der ersten und zweiten Perioden Τ_Ί, T₂. Entsprechend wird die Breite der lichtintensitätsstabilen Periode T_s des Impulslichts Lp, das aus der Lichtquelle L_s emittiert wird, vorab eingestellt, länger zu sein als die Breite jeder der ersten und zweiten Perioden Τ_Ί, T₂. Ähnlich zum Vergleichsbeispiel sollte angemerkt werden, dass die ersten und zweiten Perioden T-ι, T₂ im Timing unterschiedlich und von ähnlicher Breite sind.

CH 711 639 B1 [0073] In einem solchen Fall steigt in Bezug auf die Mengen von Ladungen von Ο_Ί, Q₂, die in den ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 akkumuliert sind, ein Prozentsatz von in Übereinstimmung mit der lichtintensitätsstabilen Periode T_s des Impulslichts Lp akkumulierten Ladungen an. Daher, in Bezug auf die Menge von Ladungen q₃, die gegenüber dem Idealfall aufgrund der Anstiegsperiode T_R sinkt, wird der Einfluss einer solchen Menge von Ladungen q-ι in Bezug auf die Menge von Ladungen Q-ι klein. Weiterhin, hinsichtlich der Menge von Ladungen q₂, die gegenüber dem Idealfall aufgrund der fallenden Periode T_F ansteigt, wird der Einfluss einer solchen Menge von Ladungen q₂ in Bezug auf die Menge von Ladungen Q₂ klein. Als Ergebnis werden die Einflüsse der steigenden Periode T_R und fallenden Periode T_F des Lichtintensitätssignals S_Lp in Bezug auf die Abstandsmessgenauigkeit reduziert. Entsprechend kann die Abstandsmessgenauigkeit verbessert werden.

[0074] Fig. 10 ist ein anderes Beispiel des Timing-Diagramms der verschiedenen Signale im Abstandsmessverfahren gemäss der vorliegenden Ausführungsform.

[0075] Wie in Fig. 10 illustriert, wird in einem anderen Beispiel des Abstandsmessverfahrens gemäss der vorliegenden Ausführungsform die Impulsbreite Tp des Antriebssignals So vorab eingestellt, länger als die Breite jeder der ersten und zweiten Perioden Τ_Ί, T₂ um die Erweiterungszeit Txzu sein. Zusätzlich wird das Antriebssignal So vorab eingestellt, später angelegt zu werden als das erste Transfersignal Si, um eine verzögerte Ausstrahlungszeit (Verzögerungszeit) Ty.

[0076] In einem solchen Fall steigt in Bezug auf die Menge von Ladungen Q₂, die in der zweiten Ladungsakkumulierungsfläche FD2 akkumuliert sind, der Prozentsatz der in Übereinstimmung mit der lichtintensitätsstabilen Periode T_F des Impulslichts Lp akkumulierten Ladungen weiter an. Entsprechend wird im Hinblick auf die Menge von Ladungen q₂, die im Idealfall aufgrund der fallenden Periode T_F ansteigt, der Einfluss einer solchen Menge an Ladungen q₂ in Bezug auf die Menge an Ladungen Q₂ weiter klein. Dies reduziert den Einfluss der fallenden Periode T_F des Lichtintensitätssignals S_Lp in Bezug auf die Abstandsmessgenauigkeit insbesondere hinsichtlich der kurzen Distanz. Als Ergebnis kann die Abstandsmessgenauigkeit insbesondere hinsichtlich der Kurzdistanz verbessert werden. Wenn die Distanz d berechnet wird, sollte angemerkt werden, dass eine Distanz entsprechend der verzögerten Ausstrahlungszeit Ty notwendigerweise versetzt ist.

[0077] Unter Bezugnahme auf Fig. 11 wird ein Verfahren des Einstellens, vorab, der lichtintensitätsstabilen Periode T_s und der verzögerten Ausstrahlungszeit Ty beschrieben. Fig. 11 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren des Einstellens der lichtintensitätsstabilen Periode und verzögerten Ausstrahlungszeit illustriert. Fig. 12 ist ein Beispiel des Abstandsmessprofils.

[0078] Wie in Fig. 11 illustriert, werden zuerst als Anfangseinstellung verschiedene Messbedingungen eingestellt, ähnlich dem Abstandsmessverfahren gemäss dem Vergleichsbeispiel (Schritt S01). Spezifisch wird die Breite jeder der ersten und zweiten Perioden T-ι, T₂ auf einen Wert TO entsprechend dem zu messenden Distanzbereich eingestellt und wird der Abstandsmessbereich eingestellt. Die Impulsbreite Tp des Antriebssignals S_D wird ähnlich auf TO eingestellt. Die verzögerte Ausstrahlungszeit Ty wird auf null eingestellt. Entsprechend der verzögerten Ausstrahlungszeit Ty wird ein Versatz d_Of_S der verzögerten Ausstrahlungszeit Ty in Bezug auf die berechnete Distanz d_cai auf null eingestellt.

[0079] Als Nächstes wird das Abstandsmessprofil, welches die Beziehung zwischen der berechneten Distanz d_cai und der Ist-Distanz d angibt, vorbereitet (Schritt S02). Wie in Fig. 12 illustriert, wird das Abstandsmessprofil in die Linearitätsfläche Anne und die Nicht-Linearitätsflächen A_shOrt, A|_Ong unterteilt.

[0080] Als Nächstes werden im Abstandsmessprofil ein Distanzabstand d|_ine der Linearitätsfläche A|_ine und ein Minimalwert dshort des Distanzbereichs d|_ine geprüft und werden ein Zeitbereich T|_ine und ein Minimalwert T_short davon entsprechend dem vorgenannten Distanzbereich d|_ine und dem Minimalwert d_shOrt berechnet (Schritt S03). Hier entspricht der Minimalwert dshort der Linearitätsfläche A|_ine einem Wert des Distanzbereichs der Nicht-Linearitätsfläche A_shOrt· [0081] Als Nächstes werden die Messbedingungen wieder eingestellt (Schritt S04). Spezifisch wird die Impulsbreite Tp des Antriebssignals S_D auf TO + (TO-T|_ine) eingestellt. Die verzögerte Ausstrahlungszeit Ty wird auf T_short eingestellt. Entsprechend der verzögerten Ausstrahlungszeit Ty wird der Versatz d_Of_S der verzögerten Ausstrahlungszeit Ty in Bezug auf die berechnete Distanz d_cai auf d_short eingestellt. Die Breitejeder der ersten und zweiten Perioden T^ T₂ wird nicht verändert.

[0082] Als Nächstes wird das Abstandsmessprofil wieder vorbereitet (Schritt S05). Als Nächstes wird festgestellt, ob gewünschte Linearitätseigenschaften in dem Abstandsmessprofil ermittelt werden (Schritt S06). Spezifisch wird vom Distanzbereich diine der Linearitätsfläche A|_ine und dem Minimalwert d_short der Linearitätsfläche A|_ine festgestellt, ob sie innerhalb gewünschter Bereiche liegen. Je breiter der Distanzbereich d|_ine, desto breiter wird der mit hoher Genauigkeit messbare Distanzbereich. Weiterhin, je kleiner der Minimalwert dshort, desto kürzer wird die mit hoher Genauigkeit messbare Minimaldistanz.

[0083] In einem Fall, bei dem die Antwort im Schritt S06 Ja ist, wird der Prozess abgeschlossen. Entsprechend wird der Minimalwert T_short des Zeitbereichs T|_ine vorab als verzögerte Ausstrahlungszeit Ty eingestellt. Weiterhin wird der Zeitbereich Tiine entsprechend der Linearitätsfläche A|_ine vorab als die lichtintensitätsstabile Periode T_s eingestellt. Es sollte angemerkt werden, dass die Impulsbreite Tp der Transferelektroden vorab selbstverständlich eingestellt wird, wenn die lichtintensitätsstabile Periode T_s vorab eingestellt wird. In einem Fall, bei dem die Antwort im Schritt S06 Nein ist, bewegt sich der Prozess weiter zum Schritt S03 und werden die Prozesse ab Schritt S03 bis S06 wiederholt.

CH 711 639 B1 [0084] In der vorliegenden Ausführungsform mag es sein, dass die Einflüsse der ansteigenden Periode T_R und abfallenden Periode T_F nicht vollständig verschwinden und der gesamte Abstandsmessbereich nicht als die Linearitätsfläche A|_inemit hoher Abstandsmessgenauigkeit eingestellt werden kann. Jedoch, indem die lichtintensitätsstabile Periode T_s vorab lang eingestellt wird, reduzieren sich die Prozentsätze der ansteigenden Periode T_R und fallenden Periode T_F innerhalb der Emissionsperiode T_T des Impulslichts Lp relativ. Daher ist es möglich, die Einflüsse der ansteigenden Periode T_R und fallenden Periode T_F zu reduzieren. Entsprechend steigt ein Prozentsatz der Linearitätsfläche A|_ine mit hoher Abstandsmessgenauigkeit im gesamten Abstandsmessbereich an. Als Ergebnis wird die Abstandsmessgenauigkeit verbessert.

[0085] Wie oben erwähnt, im Abstandsmessverfahren gemäss der vorliegenden Ausführungsform, wenn das Impulslicht Lp aus der Lichtquelle L_s emittiert wird, wird das Impulslicht Lp emittiert, dessen lichtintensitätsstabile Periode T_s innerhalb der Emissionsperiode T_T des Impulslichts Lp aus der Lichtquelle L_s vorab eingestellt ist, länger zu sein als jede der ersten und zweiten Perioden Τ_Ί, T₂.

[0086] Die Abstandsmessvorrichtung 10 gemäss der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet das Antriebselement DRV, das konfiguriert ist, die Lichtquelle L_s anzutreiben, das Impulslicht Lp, dessen lichtintensitätsstabile Periode T_s innerhalb der Emissionsperiode T_T des Impulslichts Lp vorab eingestellt ist, länger zu sein, als jede der ersten und zweiten Perioden T-ι, T₂, zu emittieren.

[0087] Entsprechend, hinsichtlich der Mengen an Ladungen Ο_Ί, Q₂, die in den ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 während jeder der ersten und zweiten Perioden Τ_Ί, T₂ akkumuliert sind, steigt der Prozentsatz der Menge an gemäss der lichtintensitätsstabilen Periode T_s akkumulierten Ladungen an und sinken die Prozentsätze der Mengen an in Übereinstimmung mit der steigenden Periode T_R und fallenden Periode T_F akkumulierten Ladungen ab. Daher wird hinsichtlich der Menge an Ladungen Ο_Ί, die vom Idealfall aufgrund der Anstiegsperiode T_R abnimmt, der Einfluss einer solchen Menge an Ladungen q-ι in Bezug auf die Menge an Ladungen Qi klein. Weiterhin wird hinsichtlich der Menge an Ladungen q₂, die gegenüber dem Idealfall aufgrund der abfallenden Periode T_F ansteigen, der Einfluss einer solchen Menge an Ladungen q₂ in Bezug auf die Menge an Ladungen Q₂ klein. Als Ergebnis werden die Einflüsse der Anstiegsperiode T_R und abfallenden Periode T_F des Lichtintensitätssignals Sl_p in Bezug auf die Abstandsmessgenauigkeit reduziert. Entsprechend kann die Abstandsmessgenauigkeit verbessert werden.

[0088] Im Abstandsmessverfahren, das auf der oben erwähnten Formel (1) basiert, werden die Impulsbreiten Tp des Antriebssignals S_D so lange, wie die Breite jeder der ersten und zweiten Perioden T-ι, T₂ eingestellt sind. So ist es möglich, ab der Distanz, wo die Phasendifferenz Td Null ist, bis zur Distanz, wo die Phasendifferenz Td äquivalent zur Breite jeder der ersten und zweiten Perioden Τ_Ί, T₂ misst, zu messen. Jedoch, selbst obwohl die Impulsbreite Tp des Antriebssignals So eingestellt ist so lang wie die Breite jeder der ersten und zweiten Impulsperioden Τ_Ί, T₂, sinkt tatsächlich die Breite der lichtintensitätsstabilen Periode T_s aufgrund der Einflüsse der ansteigenden Periode T_R und fallenden Periode T_F. Wenn andererseits die Impulsbreite T_P des Antriebssignals S_D absichtlich vorab lang eingestellt wird, auf solche Weise, dass die Breite der lichtintensitätsstabilen Periode T_s absichtlich vorab lang eingestellt ist, ist es möglich, den Einfluss zu kompensieren, der durch das Abnehmen bei der Breite der lichtintensitätsstabilen Periode T_s verursacht wird.

[0089] Weiterhin, wenn das Impulslicht Lp aus der Lichtquelle LS emittiert wird, wird das Impulslicht Lp später emittiert als die Startzeit der ersten Periode Ti um die verzögerte Strahlungszeit Ty. Entsprechend steigen hinsichtlich der Menge von in der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche FD2 während der zweiten Periode T₂ akkumulierten Ladungen Q₂ der Prozentsatz der Menge an in Übereinstimmung mit der lichtintensitätsstabilen Periode T_s akkumulierten Ladungen weiter an. Als Ergebnis kann die Abstandsmessgenauigkeit verbessert werden, insbesondere hinsichtlich der Kurzdistanz.

[0090] Weiterhin wird die verzögerte Strahlungszeit Ty des Emissions-Timings des Impulslichts Lp in Bezug auf die Startzeit der ersten Periode Ti vorab auf den Minimalwert T_short entsprechend dem Minimalwert d_shOrt der Linearitätsfläche A|_inedes Abstandsmessprofils, welches die Korrelation zwischen der durch die tatsächliche Distanz d ermittelten Distanz d_cai und dem Abstandssensor P (m, n) anzeigt, eingestellt. In einem solchen Fall ist es möglich, unter einer Bedingung zu messen, bei der die Distanz null zum Minimalwert d_Short versetzt ist. Daher ist es möglich, die Abstandsmessgenauigkeit selbst in Bezug auf den Distanzbereich unter dem Minimalwert d_shOrt zu verbessern.

[0091] Weiterhin beinhalten die Abstandssensoren P (m, n) die ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 und die ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2, die konfiguriert sind, die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an die ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 zu transferieren. Den ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 werden die ersten bzw. zweiten Transfersignale S-ι, S₂ verliehen. Es gibt eine 180-Grad-Verschiebung zwischen den Phasen der ersten und zweiten Transfersignale S-ι, S₂. Entsprechend, jedes Mal, wenn das Impulslicht Lp einmal emittiert wird, werden die erzeugten Ladungen in jeder der ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 akkumuliert und kann die Distanz d zum Objekt OJ ermittelt werden. Daher ist es möglich, eine Beeinträchtigung der Abstandsmessgenauigkeit aufgrund der Zeitvariation der Distanz d zum Objekt OJ zu verhindern.

[0092] Nachfolgend wird eine Modifikation der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Fig. 13 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Abstandssensors gemäss der Modifikation illustriert. Es sollte angemerkt werden, dass eine Lichtabfangschicht LI in Fig. 13 weggelassen wird.

CH 711 639 B1 [0093] Wie in Fig. 13 illustriert, beinhaltet ein Abstandssensor P(m, n) gemäss der Modifikation eine Foto-Gatter-Elektrode PG, erste ladungsakkumulierende Fläche FD1, und erste Transferelektrode TX1. Der Abstandssensor P(m, n) gemäss der Modifikation unterscheidet sich von der oben erwähnten Ausführungsform darin, dass er die zweite ladungsakkumulierende Fläche FD2 und die zweite Transferelektrode TX2 nicht enthält.

[0094] Die Foto-Gatter-Elektrode PG ist von einer rechteckigen Ringform bei Aufsicht. In der vorliegenden Modifikation ist die Foto-Gatter-Elektrode PG eine quadratische Ringform bei Aufsicht. Eine Peripherie der Foto-Gatter-Elektrode PG entspricht einer Peripherie des Abstandssensors P(m, n). Die erste ladungsakkumulierende Fläche FD1 ist innerhalb des Quadratrings der Foto-Gatter-Elektrode PG ausgebildet. Die erste ladungsakkumulierende Fläche FD1 ist bei Aufsicht von rechteckiger Form. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste ladungsakkumulierende Fläche FD1 von einer quadratischen Form. Die erste ladungsakkumulierende Fläche FD1 bei Aufsicht ist in einem wesentlichen Zentrum des Abstandssensors P(m, n) angeordnet.

[0095] Die erste Transferelektrode TX1 ist zwischen der Foto-Gatter-Elektrode PG und der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 angeordnet. Die erste Transferelektrode TX1 ist von bei Aufsicht einer rechteckigen Ringform. In der vorliegenden Modifikation ist die erste ladungsakkumulierende Fläche FD1 bei Aufsicht von einer Quadratringform. [0096] Fig. 14 ist ein Timing-Diagramm verschiedener Signale in einem Bereichsverfahren gemäss der Modifikation.

[0097] Wie in Fig. 14 illustriert, wird dem ersten Transfersignal S-ι, das an die erste Transferelektrode TX1 angelegt ist, eine intermittierend zu einem vorbestimmten Timing verschobene Phase verliehen. In der vorliegenden Modifikation wird dem ersten Transfersignal Si eine um 180 Grad zu einem Zeitpunkt von 180 Grad verschobene Phase verliehen. Das erste Transfersignal S-ι synchronisiert mit einem Antriebssignal S_D zu einem Zeitpunkt von null Grad und weist eine Phasendifferenz von 180 Grad gegenüber dem Antriebssignal S_D zum Zeitpunkt von 180 Grad auf.

[0098] In der vorliegenden Modifikation werden eine Menge an in der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 zum Zeitpunkt von 0 Grad akkumulierte Ladungen Q-ι und eine Menge von in der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 zu einem Zeitpunkt von 180 Grad akkumulierten Ladungen Q₂ abwechselnd ausgelesen. Eine Distanz d wird basierend auf diesen Ladungsmengen Q-,, Q₂ berechnet.

[0099] Auf solche Weise beinhaltet der Abstandssensor P (m, n.) die erste Transferelektrode TX1, die konfiguriert ist, die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an die erste ladungsakkumulierende Fläche FD1 zu transferieren. Der ersten Transferelektrode TX1 wird das erste Transfersignal S-ι mit der intermittent um 180 Grad zum Zeitpunkt von 180 Grad verschobenen Phase verliehen. In einem solchen Fall kann das Abstandsmessen zumindest durch eine Transferelektrode TX1 und eine erste ladungsakkumulierende Fläche FD1 ausgeführt werden. Daher kann der Abstandssensor P(m, n) verkleinert werden.

[0100] Die vorliegende Erfindung sollte nicht auf die vorgenannte Ausführungsform beschränkt sein. Beispielsweise werden in der oben erwähnten Ausführungsform die Erweiterungszeit Tx und die verzögerte Ausstrahlungszeit Ty unter Vorbereitung des Abstandsmessprofiles eingestellt, jedoch sollte die Ausführungsform nicht darauf beschränkt sein. Falls es bekannte Information hinsichtlich einer Signalwellenform des Lichtintensitätssignals Sl_p des Impulslichts Lp geben, wenn das Impulslicht Lp aus der Lichtquelle Ls emittiert wird, können die Erstreckungszeit Tx und verzögerte Ausstrahlungszeit Ty basierend auf der Information eingestellt werden. Falls beispielsweise die Breite der lichtintensitätsstabilen Periode T_s bekannt ist, kann eine Differenz zwischen der Breite jeder der ersten und zweiten Perioden T-ι, T₂ und der Breite der lichtintensitätsstabilen Periode T_s als die Erweiterungszeit Tx eingestellt werden.

[0101] Weiterhin, falls die Breite der Anstiegsperiode T_R des Lichtintensitätssignals Sl_p bekannt ist, kann ein Wert, der die Breite der Anstiegsperiode T_R von der Impulsbreite Tp des Antriebssignals So subtrahiert, als die Breite der lichtintensitätsstabilen Periode T_s erwogen werden. Ähnlich kann die Erweiterungszeit Tx basierend auf der erwogenen Breite der lichtintensitätsstabilen Periode T_s eingestellt werden.

[0102] Weiterhin, wenn das Impulslicht Lp aus der Lichtquelle LS emittiert wird, kann das Impulslicht Lp emittiert werden, vor der Startzeit der ersten Periode T-ι. In einem solchen Fall ist der Wert der verzögerten Ausstrahlungszeit Ty negativ. In einem Bereich nahe dem Maximalwert des Distanzbereichs, der durch die oben erwähnte Formel (1) abstandsmessbar ist, das heisst z. B. die Nicht-Linearitätsfläche A|_Ong, ist der Einfluss der Anstiegsperiode T_R des Lichtintensitätssignals S_Lpgross. Mit anderen Worten ist in dieser Fläche der Einfluss der Menge von Ladungen q-ι in Bezug auf die Menge von Ladungen Q-ι, die vom Ideal absinkt, gross. Durch Einstellen der verzögerten Strahlungszeit Ty auf einen Negativwert wird der Einfluss der Menge an Ladungen q-ι in Bezug auf die Menge an Ladungen Q-ι klein, was die Abstandsmessgenauigkeit in diesem Bereich verbessert.

[0103] Im Abstandsbildsensor RS ist jeder der Abstandssensoren P(m, n) zweidimensional angeordnet, aber jeder von ihnen kann ein Liniensensor sein, der eindimensional angeordnet ist. Es sollte angemerkt werden, dass ein zweidimensionales Bild auch erhalten werden kann, indem ein Liniensensor rotiert wird oder mit zwei Liniensensoren abgetastet wird.

[0104] Der Abstandsbildsensor RS ist nicht auf den frontbeleuchteten Abstandsbildsensor beschränkt. Der Abstandsbildsensor RS kann ein rückbeleuchteter Abstandsbildsensor sein.

[0105] Die ladungserzeugende Fläche, wo die Ladungen in Übereinstimmung mit dem Einfallslicht erzeugt werden, kann eine Fotodiode enthalten (beispielsweise eine eingebettete Fotodiode).

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Die Leitfähigkeitstypen (d.h. p-Typ und n-Typ des Abstandsbildsensors RS gemäss der vorliegenden Ausführungsform können miteinander ersetzt werden, um entgegengesetzt zu den oben beschriebenen zu sein.

Industrielle Anwendbarkeit [0106] Die vorliegende Erfindung ist auf ein Abstandsmessverfahren und eine Abstandsmessvorrichtung anwendbar.

Bezugszeichenliste [0107]

Abstandsmessvorrichtung

Ahne Linearitätsfläche d Distanz dshort Minimalwert von Linearitätsfläche

FD1 erste ladungsakkumulierende Fläche

FD2 zweite ladungsakkumulierende Fläche

P Abstandssensor

PG Foto-Gatter-Elektrode erstes Transfersignal

5₂ zweites Transfersignal

T-, erste Periode

T₂ zweite Periode

TX1 erste Transferelektrode (Ladungstransfereinheit)

TX2 zweite Transferelektrode (Ladungstransfereinheit)

L_s Lichtquelle

CONT Steuerungselement (Ladungstransfereinheit)

DRV Antriebselement (Lichtquellen-Antriebselement)

ART Arithmetikelement (Distanz-Arithmetikelement)

OJ Objekt

Lp Impulslicht

Lr Reflexionslicht

T_s lichtintensitätsstabile Periode

T_T Emissionsperiode von Impulslicht

Ty verzögerte Ausstrahlungszeit (Verzögerungszeit)

Qi, Q₂ Menge von Ladungen

Claims

Patentansprüche

1. Abstandsmessverfahren, in welchem eine Lichtquelle (LS), die konfiguriert ist, Impulslicht (L_P) in Bezug auf ein Objekt (OJ) zu emittieren, und ein Distanzsensor (P) verwendet werden, wobei der Distanzsensor (P) eine ladungserzeugende Fläche, in welcher Ladungen gemäss Einfallsreflexionslicht des vom Objekt reflektierten Impulslichts (L_P) erzeugt werden, und eine ladungsakkumulierende Fläche (FD1, FD2), in welcher die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen akkumuliert werden, beinhaltet, wobei das Abstandsmessverfahren umfasst:

Anlegen eines Antriebssignals (So) an die Lichtquelle (LS) zum Emittieren eines Impulslichtes (L_P);

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Übertragen der in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an eine erste ladungsakkumulierende Fläche (FD1) während einer ersten Periode (TJ in Bezug auf eine Emissionsperiode des Impulslichts, um so die Ladungen in der ersten ladungsakkumulierenden Fläche (FD1) während der ersten Periode (TJ zu akkumulieren;

Übertragen der in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an eine zweite ladungsakkumulierende Fläche (FD2) während einer zweiten Periode (T₂), die sich im Timing von der ersten Periode (TJ unterscheidet und die gleiche Breite aufweist wie die erste Periode (TJ, um so die Ladungen in der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche (FD2) während der zweiten Periode (T₂) zu akkumulieren;

Berechnen einer Distanz d zum Objekt (OJ), basierend auf einer in der ersten ladungsakkumulierenden Fläche (FD1) während der ersten Periode (TJ akkumulierten ersten Menge an Ladungen Ο_Ί und einer in der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche (FD2) während der zweiten Periode (T₂) akkumulierten zweiten Menge an Ladungen Q₂; und bei Emittieren des Impulslichts aus der Lichtquelle (LS), Emittieren des Impulslichts, dessen lichtintensitätsstabile Periode innerhalb der Emissionsperiode des Impulslichts vorab eingestellt wird, länger zu sein als jede der ersten und zweiten Perioden aus der Lichtquelle.
2. Abstandsmessverfahren gemäss Anspruch 1, wobei das Impulslicht nach der Startzeit der ersten Periode emittiert wird.
3. Abstandsmessverfahren gemäss Anspruch 2, wobei eine Verzögerungszeit (Ty) des Emissions-Timings des Impulslichts (Lp) in Bezug auf die Startzeit der ersten Periode (TJ vorab auf einen Minimalwert (T_shOrt) eingestellt wird, die einem Minimalwert (d_shOrt) einer Linearitätsfläche (A|_ine) eines Abstandsmessprofils entspricht, welches eine Korrelation zwischen einer Ist-Distanz und einer durch den Distanzsensor berechneten Distanz angibt.
4. Abstandsmessverfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Distanzsensor eine Mehrzahl von ladungsakkumulierenden Flächen und eine Mehrzahl von Transferelektroden beinhaltet, die konfiguriert sind, die Ladungen, die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugt werden, an die Mehrzahl von ladungsakkumulierenden Flächen zu übertragen, und der Mehrzahl von Transferelektroden Transfersignale mit verschiedenen Phasen verliehen werden.
5. Abstandsmessverfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Distanzsensor eine Transferelektrode, die konfiguriert ist, die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an die ladungsakkumulierende Fläche zu transferieren, beinhaltet, und der Transferelektrode ein Transfersignal verliehen wird, das eine in Bezug auf eine Emissionsperiode des Impulslichts intermittierend bei einem vorbestimmten Timing verschobene Phase aufweist.
6. Abstandsmessvorrichtung, aufweisend eine Lichtquelle, die konfiguriert ist, Impulslicht in Bezug auf ein Objekt zu emittieren, und einen Distanzsensor, der konfiguriert ist, eine ladungserzeugende Fläche, in der Ladungen gemäss Einfallsreflexionslicht des vom Objekt reflektierten Impulslichtes erzeugt werden, und eine ladungsakkumulierende Fläche, in welcher die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen akkumuliert werden, zu enthalten, wobei die Abstandsmessvorrichtung umfasst:

ein Lichtquellen-Antriebselement (DRV) zum Anlegen eines Antriebssignals (So) an die Lichtquelle (L_s), um ein Impulslicht (L_P) zu emittieren;

eine Ladungsübertragungseinheit, die konfiguriert ist, die in der ladungserzeugenden Fläche in Bezug auf eine Emissionsperiode des Impulslichts erzeugten Ladungen während einer ersten Periode (TJ an eine erste ladungsakkumulierende Fläche (FD1) zu übertragen, um so die Ladungen in der ersten ladungsakkumulierenden Fläche (FD1) während der ersten Periode (TJ zu akkumulieren, und konfiguriert ist, die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen während einer zweiten Periode (T₂), die sich von der ersten Periode (TJ im Timing unterscheidet und die gleiche Breite wie die erste Periode (TJ aufweist, an eine zweite ladungsakkumulierende Fläche (FD2) zu übertragen, um so die Ladungen in der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche (FD2) während der zweiten Periode (T₂) zu akkumulieren;

ein Distanz-Berechnungselement (ART), das konfiguriert ist, eine Distanz zum Objekt (OJ) zu berechnen, basierend auf einer in der ersten ladungsakkumulierenden Fläche (FD1) während der ersten Periode (TJ akkumulierten ersten Menge an Ladungen Ο_Ί und einer in der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche (FD2) während der zweiten Periode (T₂) akkumulierten zweiten Menge an Ladungen Q₂; und das Lichtquellen-Antriebselement, das konfiguriert ist, die Lichtquelle (L_s) anzutreiben, so dass sie das Impulslicht, dessen lichtintensitätsstabile Periode innerhalb der Emissionsperiode des Impulslichts vorab eingestellt ist, länger zu sein als jede der ersten und zweiten Perioden, aus der Lichtquelle zu emittieren.

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FL

WB

1a

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X1 FD1 -

CH 711 639 B1

-~v~ ω

CH 711 639 B1 (b)

CH 711 639 B1 (b) (C)

VTx1(0°)

Vtx2(180°)

CH 711 639 B1

LÎCHTIMRJLS6REITE: 30ns

IST-DISTANZ [cm]

CH 711 639 B1 ? ρ·

->

CH 711 639 B1 ¢2

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