CH713890B1 - Abstandssensor. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abstandssensor (1A), der eine Differenz in den Strommengen reduziert, die in jeden der mehreren Ladungssammelbereiche eingespeist werden, die für einen lichtempfindlichen Bereich bereitgestellt werden, um eine durch Störlicht verursachte Sättigung zu vermeiden. Eine Strominjektionsschaltung (20), die Strom in jeden Ladungssammelbereich einspeist, beinhaltet eine Spannungserzeugungsschaltung, die eine Steuerspannung zum Einstellen der eingespeisten Strommenge erzeugt, und die Spannungserzeugungsschaltung erzeugt die Steuerspannung, die einer grossen Ladungsmenge zwischen den Ladungsmengen von Speicherknoten entspricht, die jeweils mit den LadungssammeIbereichen gekoppelt sind. Unterdessen ist eine Kaskodenvorrichtung zwischen einem Transistor angeordnet, die konfiguriert ist, um die Strommenge entsprechend der Steuerspannung und dem Speicherknoten einzustellen, und ein Potential eines Stromausgangsendes des Transistors und ein Potential des Speicherknotens sind getrennt.

Description

Beschreibung

Technisches Feld [0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Abstandssensor.

Technischer Hintergrund [0002] Ein Flugzeitverfahren (TOF-Verfahren) zum Messen eines Abstandes zu einem Objekt basierend auf einer Zeitdifferenz zwischen einem Zeitpunkt des Ausstrahlens von gepulstem Licht von einer Lichtquelle und einem Zeitpunkt, zu dem reflektiertes Licht von dem Objekt erreicht wird, war bekannt. So beschreibt beispielsweise das folgende Patentdokument 1 einen Abstandssensor, der auf einem TOF-Verfahren basiert. Der in Patentdokument 1 offenbarte Abstandssensor weist eine Konfiguration eines Ladungsverteilungstyps auf, bei der Ladungen, die in einem lichtempfindlichen Bereich während eines ersten Zeitraums nach der Bestrahlung mit Licht erzeugt werden, und Ladungen, die in dem lichtempfindlichen Bereich während einem zweiten Zeitraum nach dem ersten Zeitraum erzeugt werden, in Speicherknoten gespeichert werden, die jeweils mit verschiedenen Ladungssammelbereichen gekoppelt sind. Anschliessend wird die Entfernung zum Objekt aus einem Verhältnis der in diesen Speicherknoten gespeicherten Ladungsmengen berechnet. Darüber hinaus beinhaltet der in Patentdokument 1 offenbarte Abstandssensor ein Mittel zum Einspeisen von Strom in jeden der Speicherknoten, um eine Sättigung durch eine Störlichtkomponente zu verhindern.

Referenzliste

Patentliteratur [0003] Patentdokument 1: Deutsche Patentanmeldungs-Veröffentlichungs-Nr. 102005056774

Zusammenfassung der Erfindung

Technisches Problem [0004] Als Ergebnis der Prüfung des oben genannten Stands der Technik haben die Erfinder die folgenden Probleme festgestellt. Das heisst, einige Abstandssensoren mit der Konfiguration eines Ladungsverteilungstyps injizieren den Strom in die Speicherknoten, die jeweils mit den Ladungssammelbereichen gekoppelt sind, um die durch die Störlichtkomponente verursachte Sättigung zu verhindern (siehe Patentdokument 1). In einem solchen System ist es wünschenswert, die in den Speicherknoten eingespeiste Strommenge bis zu einer einheitlichen Grösse genau zu steuern. Dies, weil bei dem Ergebnis der Berechnung der Entfernung zu einem Objekt ein Fehler auftritt, wenn die Strommengen, die in die jeweils mit den verschiedenen Ladungssammelbereichen gekoppelten Speicherknoten eingespeist werden, variieren.

[0005] Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und ein Ziel davon ist es, einen Abstandssensor bereitzustellen, der in der Lage ist, eine Differenz in der Strommenge zu reduzieren, die in Speicherknoten eingespeist wird, die jeweils mit verschiedenen Ladungssammelbereichen gekoppelt sind, die für einen lichtempfindlichen Bereich bereitgestellt sind. Lösung des Problems [0006] Ein Abstandssensor gemäss der vorliegenden Erfindung ist konfiguriert, um ein Objekt mit Licht zu bestrahlen und einen Abstand zu dem Objekt durch Erfassen von reflektiertem Licht vom Objekt zu messen, und umfasst ein Halbleitersubstrat, erste und zweite Übertragungselektroden, eine Spannungserzeugungsschaltung, einen ersten und zweiten Transistor, einen dritten Transistor und einen vierten Transistor, um das vorstehende Problem zu lösen. Das Halbleitersubstrat weist einen lichtempfindlichen Bereich auf, der Ladungen erzeugt, die einer Lichtmenge des reflektierten Lichts entsprechen, und erste und zweite Ladungssammelbereiche, die jeweils die Ladungen aus dem lichtempfindlichen Bereich sammeln. Übrigens sind die ersten und zweiten Ladungssammelbereiche einzeln im Zustand der Trennung vom lichtempfindlichen Bereich um einen vorgegebenen Abstand angeordnet. Die erste Übertragungselektrode ist eine Elektrode, die konfiguriert ist, um die Ladungsübertragung vom lichtempfindlichen Bereich zum ersten Ladungssammelbereich zu steuern, und die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem ersten Ladungssammelbereich angeordnet ist. Darüber hinaus wird die erste Übertragungselektrode auf ein Ein-Potential eingestellt, das den Ladungsaustausch während eines ersten Zeitraums nach der Bestrahlung mit Licht ermöglicht, und auf ein Aus-Potential eingestellt, das den Ladungsaustausch während eines dem ersten Zeitraum folgenden zweiten Zeitraums stoppt. Die zweite Übertragungselektrode ist eine Elektrode, die konfiguriert ist, um die Ladungsübertragung vom lichtempfindlichen Bereich zum zweiten Ladungssammelbereich zu steuern, und die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem zweiten Ladungssammelbereich angeordnet ist. Zusätzlich wird die zweite Übertragungselektrode während des ersten Zeitraums auf das Aus-Potential und während des zweiten Zeitraums auf das Ein-Potential eingestellt. Die Spannungserzeugungsschaltung hat ein Ende, das elektrisch mit einer ersten Konstantpotential-Leitung verbunden ist, die auf ein vorgegebenes Potential eingestellt ist, und das andere Ende, das elektrisch mit einer zweiten Konstantpotential-Leitung verbunden ist, die auf ein niedrigeres Potential als die erste Konstantpotential-Leitung eingestellt ist. Die

Spannungserzeugungsschaltung erzeugt eine Steuerspannung, die einer grösseren entspricht, zwischen einer in einem Speicherknoten gespeicherten Ladungsmenge, die elektrisch mit dem ersten Ladungssammelbereich gekoppelt ist, und einer Ladungsmenge, die in einem Speicherknoten gespeichert ist, der elektrisch mit dem zweiten Ladungssammelbereich gekoppelt ist. Jeder erste und zweite Transistor weist eine Steuerklemme auf, an die die Steuerspannung angelegt wird, eine erste Stromklemme, die mit der ersten Konstantpotential-Leitung verbunden ist, und eine zweite Stromklemme. Der dritte Transistor weist eine erste Stromanschlussklemme auf, die mit der zweiten Stromanschlussklemme des ersten Transistors verbunden ist, eine zweite Stromanschlussklemme, die mit dem Speicherknoten verbunden ist, der elektrisch mit dem ersten Ladungssammelbereich gekoppelt ist, und eine Steuerklemme, an die eine konstante Spannung angelegt wird. Der vierte Transistor weist eine erste Stromanschlussklemme auf, die mit der zweiten Stromanschlussklemme des zweiten Transistors verbunden ist, eine zweite Stromanschlussklemme, die mit dem Speicherknoten verbunden ist, der elektrisch mit dem zweiten Ladungssammelbereich gekoppelt ist, und eine Steuerklemme, an die eine konstante Spannung angelegt wird.

Vorteilhafte Effekte der Erfindung [0007] Gemäss dem Abstandssensor nach der vorliegenden Erfindung ist zwischen einem Transistor und dem Speicherknoten eine Kaskodenvorrichtung angeordnet, wobei der Transistor, der die Strommenge entsprechend der Steuerspannung anpasst, die basierend auf den Ladungsmengen der Speicherknoten erzeugt wird, jeweils mit der Vielzahl von Ladungssammelbereichen gekoppelt ist, die für einen lichtempfindlichen Bereich vorbereitet sind, und wobei ein Potential eines Stromausgangsendes des Transistors und ein Potential des Speicherknotens getrennt sind. Dadurch ist es möglich, eine Differenz in der Menge des eingespeisten Stroms zwischen den jeweils mit den Ladungssammelbereichen gekoppelten Speicherknoten zu reduzieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen [0008]

Fig. 1 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration eines Abstandssensors gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf eine Lichtempfangseinheit jedes Pixels des in Fig. 1 dargestellten Abstands sensors.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie lll-lll von Fig. 2.

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV—IV von Fig. 2.

Fig. 5A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine zeitliche Änderung der Intensität des auf ein bestimm tes Pixel einfallenden reflektierten Lichts darstellt, Fig. 5B ist ein Diagramm, das eine zeitliche Änderung einer an eine Übertragungselektrode angelegten Spannung darstellt, und Fig. 5C ist ein Diagramm, das eine zeitliche Änderung einer an eine Übertragungselektrode angelegten Spannung darstellt.

Fig. 6 ist eine Ansicht, die ein Antriebssystem eines Abbildungsbereichs unter Verwendung einer Senso ransteuerschaltung veranschaulicht.

Fig. 7A ist ein Zeitdiagramm, das die Vorgänge von Übertragungselektroden in einem Speicherrahmen ei nes ersten Rahmens darstellt, und Fig. 7B ist ein Zeitdiagramm, das die Vorgänge der Übertragungselektroden in einem Speicherrahmen eines zweiten Rahmens darstellt.

Fig. 8 ist eine Ansicht, die Zeitdiagramme des ersten Rahmens und des zweiten Rahmens für einen ein maligen Treibtakt in überlappender Weise darstellt.

Fig. 9 ist eine Ansicht, die ein Diagramm der Empfangslichtimpulswellenformen des reflektierten Lichts in dem in Fig. 8 dargestellten Zeitdiagramm weiter veranschaulicht.

Fig. 10 ist eine Ansicht, die ein Diagramm der Empfangslichtimpulswellenformen des reflektierten Lichts in dem in Fig. 8 dargestellten Zeitdiagramm weiter veranschaulicht.

Fig. 11 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Strominjektionsschaltung gemäss einer Ausfüh rungsform darstellt.

Fig. 12 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Strominjektionsschaltung nach einem Vergleichs beispiel darstellt.

Fig. 13A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine zeitliche Änderung eines Spannungswertes (Potenti als) jedes Speicherknotens in der Strominjektionsschaltung gemäss dem Vergleichsbeispiel dar stellt, und Fig. 13B ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine zeitliche Änderung der Menge des eingespeisten Stroms zu jedem Speicherknoten in der Strominjektionsschaltung gemäss dem Vergleichsbeispiel darstellt.

Fig. 14A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine zeitliche Änderung eines Spannungswertes (Potentials) jedes Speicherknotens in der Strominjektionsschaltung gemäss einer Ausführungsform darstellt, und Fig. 14B ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine zeitliche Änderung der Menge des injizierten Stroms an jeden Speicherknoten in der Strominjektionsschaltung gemäss einer Ausführungsform darstellt.

Fig. 15A und 15B sind Ansichten, die ein Zeitdiagramm eines Fahrverfahrens gemäss einer ersten Änderung veranschaulichen.

Fig. 16A bis 16C sind Ansichten zur Beschreibung eines Entfernungsberechnungsverfahrens gemäss der ersten Modifikation.

Fig. 17 ist eine Draufsicht, die eine Lichtempfangseinheit gemäss einer zweiten Modifikation darstellt.

Fig. 18 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XVIII—XVIII von Fig. 17.

Fig. 19 ist eine Ansicht, die ein Antriebssystem einer Sensoransteuerschaltung gemäss der zweiten Modi fikation darstellt.

Fig. 20 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb einer Übertragungselektrode in einem Speicherrahmen ver anschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsformen [0009] [Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung der vorliegenden Anmeldung]

Zuerst werden diejenigen, die den Ausführungsformen der Erfindung der vorliegenden Anmeldung entsprechen, einzeln aufgelistet und beschrieben.

[0010] (1) Ein Abstandssensor gemäss der vorliegenden Ausführungsform ist konfiguriert, um ein Objekt mit Licht zu bestrahlen und einen Abstand zu dem Objekt durch Erfassen von reflektiertem Licht vom Objekt zu messen, und umfasst als einen Aspekt davon ein Halbleitersubstrat, erste und zweite Übertragungselektroden, eine Spannungserzeugungsschaltung, einen ersten und zweiten Transistor, einen dritten Transistor und einen vierten Transistor. Das Halbleitersubstrat weist einen lichtempfindlichen Bereich auf, der Ladungen erzeugt, die einer Lichtmenge des reflektierten Lichts entsprechen, und erste und zweite Ladungssammelbereiche, die jeweils die Ladungen aus dem lichtempfindlichen Bereich sammeln. Im Übrigen sind der erste und der zweite Ladungssammelbereich einzeln im Zustand der Trennung vom lichtempfindlichen Bereich um einen vorgegebenen Abstand angeordnet. Die erste Übertragungselektrode ist eine Elektrode, die konfiguriert ist, um die Ladungsübertragung vom lichtempfindlichen Bereich zum ersten Ladungssammelbereich zu steuern, und die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem ersten Ladungssammelbereich angeordnet ist. Darüber hinaus wird die erste Übertragungselektrode auf ein Ein-Potential eingestellt, das die Ladungsübertragung während eines ersten Zeitraums nach der Bestrahlung mit Licht ermöglicht, und auf ein Aus-Potential eingestellt, das die Ladungsübertragung während eines dem ersten Zeitraum folgenden zweiten Zeitraums stoppt. Die zweite Übertragungselektrode ist eine Elektrode, die konfiguriert ist, um die Ladungsübertragung vom lichtempfindlichen Bereich zum zweiten Ladungssammelbereich zu steuern, und die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem zweiten Ladungssammelbereich angeordnet ist. Zusätzlich wird die zweite Übertragungselektrode während des ersten Zeitraums auf das Aus-Potential und während des zweiten Zeitraums auf das Ein-Potential eingestellt. Die Spannungserzeugungsschaltung hat ein Ende, das mit einer ersten Konstantpotential-Leitung verbunden ist, die auf ein vorgegebenes Potential eingestellt ist, und das andere Ende, das mit einer zweiten Konstantpotential-Leitung verbunden ist, die auf ein niedrigeres Potential eingestellt ist als die erste konstante Potentialleitung. Die Spannungserzeugungsschaltung erzeugt eine Steuerspannung, die einer grösseren entspricht, zwischen einer Ladungsmenge, die in einem Speicherknoten gespeichert ist, der mit dem ersten Ladungssammelbereich gekoppelt ist, und einer Ladungsmenge, die in einem Speicherknoten gespeichert ist, der mit dem zweiten Ladungssammelbereich gekoppelt ist. Jeder erste und zweite Transistor weist eine Steuerklemme auf, an die die Steuerspannung angelegt wird, eine erste Stromklemme, die mit der ersten Konstantpotential-Leitung verbunden ist, und eine zweite Stromklemme. Der dritte Transistor weist eine erste Stromklemme auf, die mit der zweiten Stromklemme des ersten Transistors verbunden ist, eine zweite Stromklemme, die mit dem Speicherknoten verbunden ist, der mit dem ersten Ladungssammelbereich gekoppelt ist, und eine Steuerklemme, an die eine konstante Spannung angelegt wird. Der vierte Transistor weist eine erste Stromanschlussklemme auf, die mit der zweiten Stromanschlussklemme des zweiten Transistors verbunden ist, eine zweite Stromanschlussklemme, die mit dem Speicherknoten verbunden ist, der mit dem zweiten Ladungssammelbereich gekoppelt ist, und eine Steuerklemme, an die eine konstante Spannung angelegt wird.

[0011] (2) Die Potentiale der Speicherknoten, die mit den verschiedenen Ladungssammelregionen gekoppelt sind, variieren je nach den gespeicherten Ladungsmengen. Somit ergibt sich auch eine Differenz zwischen den Potentialen der jeweiligen Speicherknoten in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den gespeicherten Ladungsmengen. Wenn also jeder erste und zweite Transistor direkt mit dem entsprechenden Speicherknoten verbunden ist, entsteht eine Differenz zwischen den Spannungen zwischen den Stromanschlüssen des ersten und zweiten Transistors. Daher sind die in den ersten Ladungssammelbereich eingespeiste Ladungsmenge und die in den zweiten Ladungssammelbereich eingespeiste Ladungsmenge aufgrund von Kanallängenmodulationseffekten des ersten und zweiten Transistors nicht gleich, sodass zwischen ihnen eine geringe Differenz entsteht. Dadurch entsteht ein Fehler in der Messstrecke.

[0012] (3) In Bezug auf ein solches Problem ist der dritte Transistor zwischen dem ersten Transistor und dem mit dem ersten Ladungssammelbereich gekoppelten Speicherknoten verbunden, und der vierte Transistor ist zwischen dem zweiten Transistor und dem mit dem zweiten Ladungssammelbereich gekoppelten Speicherknoten im Abstandssensor gemäss der vorliegenden Ausführungsform verbunden. In einer solchen Konfiguration wird ein Potential eines Stromausgangsendes des ersten Transistors und ein Potential des entsprechenden Speicherknotens getrennt. Ebenso wird ein Potential des Stromausgangsendes des zweiten Transistors und ein Potential des entsprechenden Speicherknotens getrennt. Dadurch kann auch bei einer Potentialdifferenz zwischen den Speicherknoten der Einfluss auf die Spannungen zwischen den Stromanschlüssen des ersten und zweiten Transistors unterdrückt werden. Das heisst, es ist möglich, eine Differenz in der Stromeinspeisung vom ersten und zweiten Transistor zu den jeweiligen Speicherknoten zu reduzieren.

[0013] (4) Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform können der dritte und vierte Transistor MOSFETs in dem Abstandssensor mit der obigen Struktur sein. Dementsprechend sind das Potential des Stromausgangsendes des ersten Transistors und das Potential des entsprechenden Speicherknotens entsprechend getrennt, und das Potential des Stromausgangsendes des zweiten Transistors und das Potential des entsprechenden Speicherknotens sind ebenfalls getrennt.

[0014] [Details der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung] [0015] Nachfolgend wird eine spezifische Struktur des Abstandssensors gemäss den vorliegenden Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Im Übrigen ist die Erfindung nicht auf diese verschiedenen Beispiele beschränkt, sondern wird durch die Ansprüche veranschaulicht, und jede Änderung im gleichwertigen Sinne und der gleichwertige Umfang der Ansprüche soll darin aufgenommen werden. In der Beschreibung der Zeichnungen werden dieselben Elemente mit den gleichen Referenzzeichen gekennzeichnet und redundante Beschreibungen werden weggelassen. In der folgenden Beschreibung, wenn ein Transistor ein FET ist, bedeutet eine Steuerklemme ein Gatter und eine Stromklemme eine Quelle oder einen Senke. Wenn der Transistor ein Bipolar-Transistor ist, bedeutet eine Steuerklemme eine Basis und eine Stromklemme einen Kollektor oder einen Emitter.

[0016] Fig. 1 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration eines Abstandssensors 1A gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Abstandssensor 1A in Fig. 1 ist eine Vorrichtung, die einen Abstand zu einem Objekt misst, indem sie das Objekt mit Licht bestrahlt und reflektiertes Licht vom Objekt erfasst. Wie in Fig. 1 dargestellt, beinhaltet der Abstandssensor 1A einen auf einem Halbleitersubstrat 10 gebildeten Abbildungsbereich 11, eine Sensoransteuerschaltung 12 und eine Verarbeitungsschaltung 13. Die Sensoransteuerschaltung 12 steuert den Abbildungsbereich 11. Die Verarbeitungsschaltung 13 verarbeitet eine Ausgabe des Abbildungsbereichs 11. Der Abbildungsbereich 11 weist eine Vielzahl von Pixeln P auf, die ein- oder zweidimensional auf dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet sind. In Fig. 1 sind die Pixel P(m, n) in m Zeilen und n Spalten dargestellt (m und n sind natürliche Zahlen). Jedes der Pixel P(m, n) beinhaltet eine Lichtempfangseinheit 9 und eine Strominjektionsschaltung 20. Der Abbildungsbereich 11 erfasst das reflektierte Licht vom Objekt für jedes der Pixel P. Dann wird der Abstand für jedes der Pixel P des Bildes des Objekts durch Erhalten der Zeit von der Bestrahlung des Lichts bis zur Ankunft des reflektierten Lichts für jedes der Pixel P erhalten. Der Abstandssensor 1A ist ein Abstandssensor vom Ladungsverteilungstyp und erhält die Zeit von der Bestrahlung des Lichts bis zur Ankunft des reflektierten Lichts gemäss einem Verhältnis der Ladungsmengen, die auf zwei Positionen innerhalb jedes der Pixel P verteilt sind.

[0017] Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Lichtempfangseinheit 9 jedes der Pixel P(m, n) des in Fig. 1 dargestellten Abstandssensors 1A. Die Fig. 3 und 4 sind Querschnittsansichten entlang einer Linie lll-lll bzw. einer Linie IV—IV der Fig. 2 und Ansichten, die Querschnittskonfigurationen der Lichtempfangseinheit 9 veranschaulichen. Darüber hinaus veranschaulicht Fig. 3 auch eine Lichtquelleneinheit 30. Die Lichtquelleneinheit 30 ist eine Komponente, die konfiguriert ist, um ein Objekt mit Licht L1 zu bestrahlen, und beinhaltet eine Lichtquelle 31, eine Lichtquellenansteuerschaltung 32 und eine Steuerschaltung 33. Die Lichtquelle 31 beinhaltet ein lichtausstrahlendes Halbleiterelement, wie beispielsweise ein Laserelement oder eine Leuchtdiode. Die Lichtquellenansteuerschaltung 32 treibt die Lichtquelle 31 mit einer hohen Frequenz an. Die Steuerschaltung 33 gibt einen Ansteuerungstakt der Lichtquellenansteuerschaltung 32 aus. Zusätzlich wird gepulstes Licht, das einer Intensitätsmodulation einer Rechteck- oder Sinuswelle unterzogen wurde, periodisch von der Lichtquelle 31 ausgestrahlt.

[0018] Das Bestrahlungslicht L1 von der Lichtquelle 31 wird von einer Oberfläche des Objekts B reflektiert und trifft auf jeden der Pixel P(m, n) im Abbildungsbereich 11 des Abstandssensors 1A von einer Rückseite 10b des Halbleitersubstrats 10als Reflexlicht L2. Übrigens kann eine Vielzahl von Abbildungslinsen, die den Pixeln P(m, n) entsprechen, so angeordnet sein, dass sie der Rückseite 10b des Halbleitersubstrats 10 gegenüberliegen.

[0019] Wie in Fig. 2 dargestellt, beinhaltet die Lichtempfangseinheit 9 eine Übertragungselektrode 17 (erste Übertragungselektrode), eine Übertragungselektrode 18 (zweite Übertragungselektrode), eine Übertragungselektrode 44, eine Fotogatterelektrode 19, Signalextraktionselektroden 42 und 43 und eine Ladungsentladeelektrode 45. In Fig. 2 ist die An zahl der Übertragungselektroden 17 und 18 und der Signalextraktionselektroden 42 und 43 jeweils zwei, kann aber auch eins sein. In Fig. 2 ist die Anzahl der einzelnen Elemente der Übertragungselektrode 44 und der Ladungsentladeelektrode 45 zwei, kann aber auch eins sein.

[0020] Wie in Fig. 3 dargestellt, weist die Lichtempfangseinheit 9 weiterhin einen lichtempfindlichen Bereich 14, einen Ladungssammelbereich 15 (erster Ladungssammelbereich) und einen Ladungssammelbereich 16 (zweiter Ladungssammelbereich) auf. Der lichtempfindliche Bereich 14 empfängt das reflektierte Licht L2 und erzeugt Ladungen entsprechend der Lichtmenge. Die Ladungssammelbereiche 15 und 16 sind angrenzend an den lichtempfindlichen Bereich 14 in einem Zustand des Einklemmens des lichtempfindlichen Bereichs 14 angeordnet. Jeder der Ladungssammelbereiche 15 und 16 sammelt Ladungen aus dem lichtempfindlichen Bereich 14, sodass die Ladungen in jedem damit gekoppelten Speicherknoten gespeichert werden. Übrigens ist der lichtempfindliche Bereich 14 zwischen den Ladungssammelbereichen 15 und 16 in Fig. 3 angeordnet, aber die Ladungssammelbereiche 15 und 16 können an eine Seite des lichtempfindlichen Bereichs 14 angrenzen, und es gibt keine Einschränkung für eine Positionsbeziehung dazwischen.

[0021] Konkret ist das Halbleitersubstrat 10 aus einem hochkonzentrierten P-Typ(zweiter Leitfähigkeitstyp)-Halbleiter hergestellt, und die Lichtempfangseinheit 9 jedes der Pixel P(m, n) weist einen niederkonzentrierten P-Typ(zweiter Leitfähig-keitstyp)-Oberflächenbereich 10c auf, der auf einer Seite einer Oberfläche 10a des Halbleitersubstrats 10 vorgesehen ist. Darüber hinaus wird auf der Oberfläche 10a des Halbleitersubstrats 10 eine Isolierschicht 41 und auf dem Oberflächenbereich 10c zwischen den Ladungssammelbereichen 15 und 16 die Fotogatterelektrode 19 mit der dazwischen liegenden Isolierschicht 41 gebildet. Ein Bereich innerhalb des Oberflächenbereichs 10c, der unmittelbar unter der Fotogatterelektrode 19 positioniert ist, ist der lichtempfindliche Bereich 14. Ein Potential des lichtempfindlichen Bereichs 14 wird durch eine an die Fotogatterelektrode 19 angelegte Spannung gesteuert. An die Fotogatterelektrode 19 wird bei Bedarf eine leicht positive Gleichspannung angelegt. Infolgedessen werden Loch-Elektronen-Paare als Reaktion auf das Einfallen des reflektierten Lichts L2 in den lichtempfindlichen Bereich 14 erzeugt.

[0022] Die Ladungssammelbereiche 15 und 16 sind hochkonzentrierte n-Typ(erste Leitfähigkeitsart)-Bereiche, die auf der Seite des Oberflächenbereichs 10c des Halbleitersubstrats 10 gebildet sind. Die Ladungssammelbereiche 15 und 16 werden auch als gleitende Diffusionsbereiche oder Ladungsspeicherbereiche bezeichnet. Ein Halbleiter vom n-Typ weist Elektronen als Träger im elektrisch neutralen Zustand auf und wird bei Fehlen des Trägers positiv ionisiert. Das heisst, jede Bandstruktur der hochkonzentrierten n-Ladungssammelbereiche 15 und 16 hat eine stark nach unten ausgesparte Form und bildet einen Potentialtopf. Die Signalextraktionselektrode 42 ist auf dem Ladungssammelbereich 15 und die Signalextraktionselektrode 43 auf dem Ladungssammelbereich 16 ausgebildet. Die Signalextraktionselektroden 42 und 43 sind durch in der Isolationsschicht 41 gebildete Öffnungen mit den Ladungssammelbereichen 15 und 16 in Kontakt.

[0023] Die Übertragungselektrode 17 ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich 14 und dem Ladungssammelbereich 15 angeordnet. Die Übertragungselektrode 18 ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich 14 und dem Ladungssammelbereich 16 angeordnet. Wenn ein positives Potential (Ein-Potential) an die Übertragungselektrode 17 angelegt wird, weist ein Potential des Bereichs unmittelbar unter der Übertragungselektrode 17 eine mittlere Grösse zwischen einem Potential des lichtempfindlichen Bereichs 14 und einem Potential des Ladungssammelbereichs 15 auf. Auf diese Weise werden Potentialschritte vom lichtempfindlichen Bereich 14 zum Ladungssammelbereich 15 gebildet, und Elektronen fallen in den Potentialtopf des Ladungssammelbereichs 15 (die Ladungen werden im Topf gespeichert). Ebenso, wenn ein positives Potential (Ein-Potential) an die Übertragungselektrode 18 angelegt wird, hat ein Potential des Bereichs unmittelbar unter der Übertragungselektrode 18 eine mittlere Grösse zwischen dem Potential des lichtempfindlichen Bereichs 14 und einem Potential des Ladungssammelbereichs 16. Dadurch werden Potentialschritte vom lichtempfindlichen Bereich 14 zum Ladungssammelbereich 16 gebildet, und Elektronen fallen in den Potentialschacht des Ladungssammelbereichs 16.

[0024] Übrigens wird die Struktur der Bereitstellung der Signalextraktionselektroden 42 und 43 auf den Ladungssammelbereichen 15 und 16 zum Extrahieren von Signalen in der vorliegenden Ausführungsform übernommen, aber es ist auch möglich, separat einen hochkonzentrierten Bereich für die Signalextraktion bereitzustellen, der an die Ladungssammelbereiche 15 und 16 angrenzt, und andere Übertragungselektroden auf Bereichen zwischen dem hochkonzentrierten Bereich und jedem der Ladungssammelbereiche 15 und 16 anzuordnen, und eine Signalextraktionselektrode auf dem hochkonzentrierten Bereich bereitzustellen, um ein Signal zu extrahieren.

[0025] Wie in Fig. 4 dargestellt, weist die Lichtempfangseinheit 9 weiterhin zwei Ladungssammelbereiche 46 auf. Die Ladungssammelbereiche 46 sind im Oberflächenbereich 10c des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet und angrenzend an den lichtempfindlichen Bereich 14 im Zustand des Einschiebens des lichtempfindlichen Bereichs 14 angeordnet. Anschliessend wird die Ladungsentladungselektrode 45 auf dem Ladungssammelbereich 46 gebildet. Die Ladungsentladeelektrode 45 ist durch die in der Isolationsschicht 41 gebildete Öffnung mit dem Ladungssammelbereich 46 in Kontakt. Die Übertragungselektrode 44 ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich 14 und dem Ladungssammelbereich 46 angeordnet. Wenn ein positives Potential (Ein-Potential) an die Übertragungselektrode 44 angelegt wird, bewegt sich die Ladung vom lichtempfindlichen Bereich 14 zum Ladungssammelbereich 46, und die Ladungen werden in einem Potentialtopf des Ladungssammelbereichs 46 gespeichert. Übrigens ist eine spezifische Konfiguration des Ladungssammelbereichs 46 gleichbedeutend mit denen der Ladungssammelbereiche 15 und 16.

[0026] Fig. 5A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine zeitliche Änderung der Intensität des reflektierten Lichts auf einem bestimmten Pixel P(m, n) veranschaulicht. Fig. 5B ist ein Diagramm, das eine zeitliche Änderung der an die Übertragungselektrode 17 angelegten Spannung darstellt. Fig. 5C ist ein Diagramm, das eine zeitliche Änderung der an die Übertragungselektrode 18 angelegten Spannung darstellt. Wie in Fig. 5A dargestellt, fällt das reflektierte Licht L2 auf das Pixel P(m, n) ein, das von einem Lichtbeleuchtungszeitpunkt T1 um eine Zeit T2 verzögert wird, die einer Entfernung zum Objekt B entspricht.

[0027] Wie in Fig. 5B dargestellt, wird die Übertragungselektrode 17 in einem ersten Zeitraum H1 nach der Lichteinstrahlung auf das Ein-Potential und in einem zweiten Zeitraum H2 nach dem ersten Zeitraum auf das Aus-Potential eingestellt. Zusätzlich wird die Übertragungselektrode 18 in dem ersten Zeitraum H1 auf das Aus-Potential und in dem zweiten Zeitraum H2 auf das Ein-Potential eingestellt, wie in Fig. 5C dargestellt. Dann wird davon ausgegangen, dass ein Teil des reflektierten Lichts L2 (ein Bereich A1 der Grafik in der Zeichnung) innerhalb des ersten Zeitraums H1 auf das Pixel P(m, n) trifft. Da zu diesem Zeitpunkt die Übertragungselektrode 18 auf das Aus-Potential und die Übertragungselektrode 17 auf das Ein-Potential eingestellt ist, bewegen sich die im lichtempfindlichen Bereich 14 erzeugten Ladungen in den Ladungssammelbereich 15 und werden dort gespeichert. Der verbleibende Teil des reflektierten Lichts L2 (ein Bereich A2 der Grafik in der Zeichnung) trifft innerhalb des zweiten Zeitraums H2 auf das Pixel P(m, n). Da zu diesem Zeitpunkt die Übertragungselektrode 17 auf das Aus-Potential und die Übertragungselektrode 18 auf das Ein-Potential eingestellt ist, bewegen sich die im lichtempfindlichen Bereich 14 erzeugten Ladungen in den Ladungssammelbereich 16 und werden dort gespeichert. Daher ist es möglich, die Verzögerungszeit T2, das heisst, die Entfernung zum Objekt B, zu kennen, indem man ein Verhältnis zwischen einer im Ladungssammelbereich 15 gespeicherten Ladungsmenge (einer im Speicherknoten gespeicherten Ladungsmenge, die mit dem Ladungssammelbereich 15 gekoppelt ist) und einer im Ladungssammelbereich 16 gespeicherten Ladungsmenge (einer im Speicherknoten gespeicherten Ladungsmenge, die mit dem Ladungssammelbereich 16 gekoppelt ist) erhält.

[0028] Hier kann die Verarbeitungsschaltung 13 der vorliegenden Ausführungsform eine Schaltung sein, die eine Differenz zwischen diesen Ladungsmengen ausgibt, indem sie bewirkt, dass sich die im Ladungssammelbereich 15 gespeicherten Ladungen und die im Ladungssammelbereich 16 gespeicherten Ladungen gegenseitig ausgleichen. Auch in diesem Fall ist es möglich, das Verhältnis zwischen der in dem Ladungssammelbereich 15 gespeicherten Ladungsmenge und der in dem Ladungssammelbereich 16 gespeicherten Ladungsmenge zu kennen, solange die Summe der in den Ladungssammelbereichen 15 und 16 gespeicherten Ladungsmengen (die Summe der in den Speicherknoten gespeicherten Ladungsmengen, die jeweils mit den Ladungssammelbereichen 15 und 16 gekoppelt sind) bekannt ist. Im Folgenden wird ein Antriebssystem des Abbildungsbereichs 11 beschrieben, um die Summe der in den Ladungssammelbereichen 15 und 16 gespeicherten Ladungsmengen zu kennen.

[0029] Die Sensoransteuerschaltung 12 treibt gemäss der vorliegenden Ausführungsform die Übertragungselektroden 17 und 18 an, indem sie nacheinander eine Vielzahl von zeitgeteilten Rahmen ausführt (von denen jeder ein Antriebsmuster einer Übertragungselektrode darstellt). Fig. 6 ist eine Ansicht, die das Antriebssystem des Abbildungsbereichs 11 unter Verwendung der Sensoransteuerschaltung 12 veranschaulicht. Wie in Fig. 6 dargestellt, wird im Antriebssystem der vorliegenden Ausführungsform die Verarbeitung in jedem der ersten und zweiten Rahmen F1 und F2 durchgeführt, während die Rahmen F1 und F2 abwechselnd wiederholt werden. Fig. 6 veranschaulicht auch die Verarbeitungsinhalte innerhalb der jeweiligen Rahmen F1 und F2. Innerhalb der Rahmen F1 und F2 werden abwechselnd ein Speicherrahmen F3 zum Speichern von Ladungen in den Ladungssammelbereichen 15 und 16 und ein Leserahmen F4 zum Lesen von Ladungen aus den Ladungssammelbereichen 15 und 16 wiederholt.

[0030] Die Fig. 7A und 7B sind Zeitdiagramme, die die Funktionsweise der Übertragungselektroden 17, 18 und 44 im Speicherrahmen F3 veranschaulichen. Fig. 7A veranschaulicht das Zeitdiagramm im ersten Rahmen F1, und Fig. 7B veranschaulicht das Zeitdiagramm im zweiten Rahmen F2. Die Fig. 7A und 7B veranschaulichen einen Treibertakt CL des Lichtquellen-Treibers 32, der von der Steuerschaltung 33 ausgegeben wird (das heisst eine zeitliche Änderung einer Intensität der gepulsten Lichtleistung der Lichtquelle 31), eine an die Übertragungselektrode 17 angelegte Treiberspannung Vtx-i, eine an die Übertragungselektrode 18 angelegte Treiberspannung Vtx2 und eine an die Übertragungselektrode 44 angelegte Treiberspannung Vtxr.

[0031] Im Speicherrahmen F3 werden die Antriebsspannungen Vtx-i und Vtx2 bei jedem einmaligen Anheben des Treibertaktes CL wiederholt zwischen dem Ein-Potential und dem Aus-Potential zweimal bei einem bestimmten Zyklus T umgeschaltet. Der Zyklus T wird auf die doppelte Einschaltzeit tL des Treibertakts CL eingestellt (z.B. T = 2tL). Zusätzlich ist eine Einschaltzeit (eine Zeitspanne, in der eine Antriebsspannung auf das Einschaltpotential eingestellt wird) der Antriebsspannungen Vtx-i und Vtx2 in jedem Zyklus gleich der Einschaltzeit tL des Treibtakts CL.

[0032] Konkret sind die im gleichen Abstand liegenden Zeiten t0, t-i, ... und t9 im Speicherrahmen F3 des jeweils ersten Rahmens F1 und des zweiten Rahmens F2 definiert, wie in den Fig. 7A und 7B dargestellt. Ein Intervall zwischen diesen Zeiten ist die Hälfte der einmaligen Bestrahlungszeit tL des Bestrahlungslichts L1. Zu diesem Zeitpunkt sendet die Lichtquelleneinheit 30 das Bestrahlungslicht L1 für die Zeiten t-ι bis t3. Anschliessend stellt die Sensoransteuerschaltung 12 die Ansteuerspannung Vtx-i auf das Ein-Potential zwischen den Zeiten t0 und t2 und zwischen den Zeiten t4 und t6 und die Ansteuerspannung Vtx2 auf das Ein-Potential zwischen den Zeiten t2 und t4 und zwischen den Zeiten t6 und t8 im ersten Rahmen F1 ein, wie in Fig. 7A dargestellt. Zusätzlich stellt die Sensoransteuerschaltung 12 die Ansteuerspannung Vtx-i auf das Ein-Potential zwischen den Zeiten t-ι und t3 und zwischen den Zeiten t5 und t7 und die Ansteuerspannung Vtx2 auf das Ein-Potential zwischen den Zeiten t3 und t5 und zwischen den Zeiten t7 und t9 im zweiten Rahmen F2 ein, wie in Fig. 7B dargestellt.

[0033] Im Übrigen wird die an die Übertragungselektrode 44 angelegte Antriebsspannung Vtxr auf das Ein-Potential eingestellt, mit Ausnahme eines Zeitraums, in dem die anderen Antriebsspannungen Vtx-i und Vtx2 zunächst auf das Ein-Potential und dann schliesslich auf das Aus-Potential eingestellt werden. Das heisst, die Antriebsspannung Vtxr wird im ersten Rahmen F1 auf das Aus-Potential zwischen den Zeiten t0 und t8 gesetzt, im zweiten Rahmen F2 auf das Aus-Potential zwischen den Zeiten L und t9 und in den anderen Rahmen auf das Ein-Potential.

[0034] Mit anderen Worten, der obige Vorgang wird wie folgt durchgeführt. Im ersten Rahmen F1 steigt die Antriebsspannung Vtx-i zu einem Zeitpunkt, der um (tL/2) früher ist als der Anstiegszeitpunkt des Treibertaktes CL. Im Folgenden wird eine Phase der Antriebsspannung Vtx-i im ersten Rahmen F1 auf 0° eingestellt. Im gleichen ersten Rahmen F1 steigt die Antriebsspannung Vtx2 zu einem späteren Zeitpunkt um tL als der Anstiegs Zeitpunkt der Antriebsspannung Vtx-i. Mit anderen Worten, eine Phase der Antriebsspannung Vtx2 im ersten Rahmen F1 beträgt 180°. Im zweiten Rahmen F2 steigt die Antriebsspannung Vtx-i zum gleichen Zeitpunkt wie der Anstiegszeitpunkt des Treibertaktes CL an. Mit anderen Worten, eine Phase der Antriebsspannung Vtx-i im zweiten Rahmen F2 ist 90°. Darüber hinaus steigt im gleichen zweiten Rahmen F2 die Antriebsspannung Vtx2 zu einem späteren Zeitpunkt um tL als der Anstiegszeitpunkt der Antriebsspannung Vtx-i an. Mit anderen Worten, eine Phase der Antriebsspannung Vtx2 im zweiten Rahmen F2 beträgt 270°. Fig. 8 ist übrigens eine Ansicht, die die Zeitdiagramme des ersten Rahmens F1 und des zweiten Rahmens F2 in Fig. 7A und 7B für den einmaligen Treibtakt CL überlappend darstellt, um das Verständnis zu erleichtern. Eine Antriebsspannung Vtx-i (1) und eine Antriebsspannung Vtx2 (1) stellen jeweils die Antriebsspannungen Vtx-i und Vtx2 im ersten Rahmen F1 dar, und eine Antriebsspannung Vtx-i (2) und eine Antriebsspannung Vtx2 (2) stellen jeweils die Antriebsspannungen Vtx-i und Vtx2 im zweiten Rahmen F2 dar.

[0035] Die Fig. 9 und 10 veranschaulichen ferner ein Diagramm einer Lichtempfangspulswellenform des reflektierten Lichts L2 in der in Fig. 8 dargestellten Zeittafel. Wie in Fig. 9 dargestellt, wird davon ausgegangen, dass das reflektierte Licht L2 nach einer Zeit (tL/3), die seit der Bestrahlung des Objekts mit Licht L1 vergangen ist, auf das Pixel P(m, n) trifft. Zu diesem Zeitpunkt werden im ersten Rahmen F1 Ladungen entsprechend der Fläche eines Bereichs A3 in Fig. 9 im Ladungssammelbereich 15 und Ladungen entsprechend der Fläche eines Bereichs A4 im Ladungssammelbereich 16 gespeichert. Unter der Annahme, dass die durch das reflektierte Licht L2 erzeugte Gesamtladungsmenge Q ist, ist eine in dem Ladungssammelbereich 15 gespeicherte Ladungsmenge Q/6 und eine in dem Ladungssammelbereich 16 gespeicherte Ladungsmenge (5 x Q/6). Darüber hinaus werden im zweiten Rahmen F2 im Ladungssammelbereich 15 Ladungen entsprechend der Fläche eines Bereichs A5 in der Zeichnung und im Ladungssammelbereich 16 Ladungen entsprechend der Fläche eines Bereichs A6 gespeichert. Zu diesem Zeitpunkt ist eine im Ladungssammelbereich 15 gespeicherte Ladungsmenge (2 x Q/3) und eine im Ladungssammelbereich 16 gespeicherte Ladungsmenge ist Q/3. Anschliessend wird die Ladungsmenge Q/6 des Ladungssammelbereichs 15 im ersten Rahmen F1 von der Ladungsmenge (5 x Q/6) des Ladungssammelbereichs 16 im ersten Rahmen F1 abgezogen, wodurch ein Wert von (2 x Q/3) erhalten wird. Ebenso wird die Ladungsmenge (2 xQ/3) des Ladungssammelbereichs 15 im zweiten Rahmen F2 von der Ladungsmenge Q/3 des Ladungssammelbereichs 16 im zweiten Rahmen F2 abgezogen, wodurch ein Wert von -Q/3 erhalten wird. Wenn dann absolute Werte dieser Werte addiert werden, erhält man die durch das reflektierte Licht L2 erzeugte Gesamtladungsmenge Q.

[0036] Als nächstes wird davon ausgegangen, dass das reflektierte Licht L2 nach einer Zeit (3 xtL/4), die seit der Bestrahlung des Objekts mit dem Licht L1 vergangen ist, auf das Pixel P(m, n) trifft, wie in Fig. 10 dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt werden im ersten Rahmen F1 Ladungen entsprechend der Fläche eines Bereichs A7 in Fig. 10 im Ladungssammelbereich 15 und eine Ladung entsprechend der Fläche eines Bereichs A8 im Ladungssammelbereich 16 gespeichert. Zu diesem Zeitpunkt ist eine im Ladungssammelbereich 15 gespeicherte Ladungsmenge Q/4 und eine im Ladungssammelbereich 16 gespeicherte Ladungsmenge (3 x Q/4). Darüber hinaus werden im zweiten Rahmen F2 Ladungen, die der Fläche eines Bereichs A9 in Fig. 10 entsprechen, im Ladungssammelbereich 15 und Ladungen, die der Fläche eines Bereichs A10 entsprechen, im Ladungssammelbereich 16 gespeichert. Zu diesem Zeitpunkt ist eine im Ladungssammelbereich 15 gespeicherte Ladungsmenge Q/4 und eine im Ladungssammelbereich 16 gespeicherte Ladungsmenge (3 x Q/4). Anschliessend wird die Ladungsmenge Q/4 des Ladungssammelbereichs 15 im ersten Rahmen F1 vom Ladungsmenge (3 x Q/4) des Ladungssammelbereichs 16 im ersten Rahmen F1 abgezogen, wodurch ein Wert von (Q/2) erhalten wird. Ebenso wird die Ladungsmenge Q/4 des Ladungssammelbereichs 15 im zweiten Rahmen F2 von der Ladungsmenge (3 x Q/4) des Ladungssammelbereichs 16 im zweiten Rahmen F2 abgezogen, wodurch ein Wert von (Q/2) erhalten wird. Wenn dann absolute Werte dieser Werte addiert werden, erhält man die durch das reflektierte Licht L2 erzeugte Gesamtladungsmenge Q.

[0037] Wie aus dem obigen Beispiel ersichtlich ist, ist es möglich, die gesamte Ladungsmenge Q, die durch das reflektierte Licht L2 erzeugt wird, zu erhalten, indem man den absoluten Wert des Wertes addiert, der durch Subtraktion der Ladungsmenge, die in der Phase 0° gesammelt wird, also der Zeiten t0 bis t2 und t4 bis t6, von der Ladungsmenge, die in Phase 180° gesammelt wird, also in den Zeiten t2 und t4 und t6 und t8, erhalten wird, und den absoluten Wert des Wertes, der durch Subtraktion der Ladungsmenge, die in der Phase 90° gesammelt wird, also der Zeiten t-ι und t3 und t3 und t5 und t7 und t9, von der Ladungsmenge, die in der Phase 270° gesammelt wird, also den Zeiten t3 und t5 und t5 und t7 und t9, erhalten wird. Daher ist es möglich, die Verzögerungszeit T2, das heisst die Entfernung zum Objekt B, zu kennen, indem man das Verhältnis der in den Ladungssammelbereichen 15 und 16 gespeicherten Ladungsmengen (das Verhältnis der in den Speicherknoten, die jeweils mit den Ladungssammelbereichen 15 und 16 gekoppelt sind, gespeicherten Ladungsmengen) basierend auf der auf diese Weise erhaltenen Gesamtladungsmenge Q und der Differenz zwischen den in den Ladungssammelbereichen 15 und 16 gespeicherten Ladungsmengen, die aus dem Verarbeitungskreis 13 entnommen wurden, erhält.

[0038] Gemäss dem Abstandssensor 1A nach der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die Zeit T2, das heisst die Entfernung zum Objekt B, basierend auf der Differenz zwischen den in den Speicherknoten gespeicherten Ladungsmengen zu erhalten, die jeweils mit den oben beschriebenen Ladungssammelbereichen 15 und 16 gekoppelt sind. Daher ist es möglich, das Anwendungsverfahren der Injektion der gleichen Strommenge in jeden Speicherknoten anzunehmen, und als Ergebnis ist es möglich, die Sättigung jedes Speicherknotens zu vermeiden. Im Folgenden wird ein Beispiel für eine Schaltungskonfiguration zur Einspeisung der gleichen Strommenge in jeden Speicherknoten ausführlich beschrieben. [0039] Fig. 11 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration der in Fig. 1 dargestellten Strominjektionsschaltung 20 darstellt. Wie in Fig. 11 dargestellt, beinhaltet die Strominjektionsschaltung 20 der vorliegenden Ausführungsform eine Spannungserzeugungsschaltung 21, einen Transistor 22a (erster Transistor), einen Transistor 22b (zweiter Transistor), einen Transistor 23a (dritter Transistor) und einen Transistor 23b (vierter Transistor). Die Transistoren 22a, 22b, 23a und 23b sind Feldeffekttransistoren, zum Beispiel p-Kanal-MOSFETs.

[0040] Die Spannungserzeugungsschaltung 21 ist zwischen einer Versorgungspotentialleitung 34 (erste Konstantpoten-tial-Leitung) und einer Bezugspotentialleitung GND (zweite Konstantpotential-Leitung) mit einem niedrigeren Potential als die Versorgungspotentialleitung 34 angeordnet. Die Spannungserzeugungsschaltung 21 erzeugt Steuerspannungen \/Ci und VC2, die einer grösseren unter den in den Ladungssammelbereichen 15 und 16 gespeicherten Ladungsmengen entsprechen. Insbesondere beinhaltet die Spannungserzeugungsschaltung 21 ein Transistorpaar 24 und eine Stromquelle 25, die in Reihe zwischen der Versorgungspotentialleitung 34 und der Bezugspotentialleitung GND geschaltet sind. Darüber hinaus verfügt die Spannungserzeugungsschaltung 21 über die Pufferschaltungen 27 und 28.

[0041] Das Transistorpaar 24 beinhaltet einen Transistor 24a (fünfter Transistor) und einen Transistor 24b (sechster Transistor). Die Transistoren 24a und 24b sind Feldeffekttransistoren, zum Beispiel p-Kanal-MOSFETs. Eine Stromklemme (erste Stromklemme) der Transistoren 24a und 24b ist im Zustand des gegenseitigen Kurzschlusses über die Stromquelle 25 elektrisch mit der Versorgungspotentialleitung 34 verbunden. Die anderen Stromklemmen (zweite Stromklemmen) der Transistoren 24a und 24b sind im Zustand des gegenseitigen Kurzschlusses mit der Bezugspotentialleitung GND elektrisch verbunden. Eine Steuerklemme des Transistors 24a ist über einen Speicherknoten 26a mit der Signalextraktionselektrode 42 im Ladungssammelbereich 15 elektrisch verbunden. Eine Steuerklemme des Transistors 24b ist über einen Speicherknoten 26b mit der Signalextraktionselektrode 43 auf dem Ladungssammelbereich 16 elektrisch verbunden. Der Speicherknoten 26a speichert die im Ladungssammelbereich 15 gesammelte Ladung, und der Speicherknoten 26b speichert die im Ladungssammelbereich 16 gesammelte Ladung.

[0042] Die Stromquelle 25 beinhaltet einen Transistor 25a. Der Transistor 25a ist ein Feldeffekttransistor, zum Beispiel ein p-Kanal-MOSFET. Eine Stromklemme (erste Stromklemme) des Transistors 25a ist elektrisch mit der Versorgungsspannungsleitung 34 verbunden. Die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) des Transistors 25a ist elektrisch mit der ersten Stromklemme jedes der Transistoren 24a und 24b verbunden. Eine vorbestimmte Vorspannung (konstante Spannung) V-ι wird an eine Steuerklemme des Transistors 25a angelegt. Übrigens kann die Stromquelle auch einen anderen Transistor beinhalten, der parallel zum Transistor 25a geschaltet ist.

[0043] Der Transistor 22a liefert einen Strom zur Beseitigung einer Störlichtkomponente, um eine Sättigung des Speicherknotens 26a auf den Speicherknoten 26a zu vermeiden. Eine Stromklemme (erste Stromklemme) des Transistors 22a ist mit der Spannungsversorgungspotentialleitung 34 und die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) mit dem Speicherknoten 26a über den Transistor 23a verbunden. Eine Steuerklemme des Transistors 22a ist über die Pufferschaltung 27 elektrisch mit einem Knoten N1 zwischen dem Transistorpaar 24 und der Stromquelle 25 verbunden.

[0044] Der Transistor 22b liefert den Strom zur Beseitigung der Störlichtkomponente an den Speicherknoten 26b. Eine Stromklemme (erste Stromklemme) des Transistors 22b ist mit der Spannungsversorgungspotentialleitung 34 und die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) ist über den Transistor 23b mit dem Speicherknoten 26b verbunden. Eine Steuerklemme des Transistors 22b ist über die Pufferschaltung 28 mit dem Knoten N1 verbunden.

[0045] Der Transistor 23a ist mit dem Transistor 22a kaskadenförmig verbunden und verhindert, dass ein Betrieb des Transistors 22a durch eine Potentialschwankung des Speicherknotens 26a beeinträchtigt wird. Insbesondere ist eine Stromklemme (erste Stromklemme) des Transistors 23a mit der zweiten Stromklemme des Transistors 22a verbunden, und die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) des Transistors 23a ist mit dem Speicherknoten 26a verbunden. Eine vorgegebene Vorspannung (konstante Spannung) V3 wird an einen Steueranschluss des Transistors 23a angelegt.

[0046] Der Transistor 23b ist kaskadenförmig mit dem Transistor 22b verbunden und verhindert, dass ein Betrieb des Transistors 22b durch eine Potentialschwankung des Speicherknotens 26b beeinträchtigt wird. Insbesondere ist eine Stromklemme (erste Stromklemme) des Transistors 23b mit der zweiten Stromklemme des Transistors 22b verbunden, und die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) des Transistors 23b ist mit dem Speicherknoten 26b verbunden. Eine vor gegebene Vorspannung (konstante Spannung) V4 wird an eine Steuerklemme des Transistors 23b angelegt. Als Beispiel können die Vorspannung V3 und die Vorspannung V4 gleichgesetzt werden.

[0047] Die Pufferschaltung 27 verschiebt ein Potential des Knotens N1 zum Erzeugen einer Steuerspannung VC-ι und stellt die erzeugte Steuerspannung dem Steueranschluss des Transistors 22a bereit. Die Pufferschaltung 27 ist konfiguriert, um beispielsweise eine Quellenfolgeschaltung einzubinden. Insbesondere die Pufferschaltung 27 hat die Transistoren 27a und 27b in Reihe geschaltet. Eine Stromklemme (erste Stromklemme) des Transistors 27a ist mit der Spannungsversor-gungspotentialleitung 34 verbunden, und die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) ist mit einer Stromklemme (erste Stromklemme) des Transistors 27b verbunden. Die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) des Transistors 27b ist mit der Bezugspotentialleitung GND verbunden. Eine vorbestimmte Vorspannung (konstante Spannung) V5 wird an eine Steuerklemme des Transistors 27a angelegt. Das Potential des Knotens N1 wird an eine Steuerklemme des Transistors 27b angelegt. Die Pufferschaltung 27 gibt die Steuerspannung VCi mit einer Grösse aus, die dem Potential des Knotens N1 aus dem Knoten zwischen den Transistoren 27a und 27b entspricht.

[0048] Die Pufferschaltung 28 verschiebt das Potential des Knotens N1 zum Erzeugen einer Steuerspannung VC2 und stellt die erzeugte Steuerspannung der Steuerklemme des Transistors 22b bereit. Die Pufferschaltung 28 ist konfiguriert, um beispielsweise eine Quellenfolgeschaltung einzubinden. Insbesondere die Pufferschaltung 28 hat die Transistoren 28a und 28b in Reihe geschaltet. Eine Stromklemme (erste Stromklemme) des Transistors 28a ist mit der Spannungsversor-gungspotentialleitung 34 verbunden, und die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) ist mit einer Stromklemme (erste Stromklemme) des Transistors 28b verbunden. Die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) des Transistors 28b ist mit der Bezugspotentialleitung GND verbunden. Eine vorbestimmte Vorspannung (konstante Spannung) V6 wird an einen Steueranschluss des Transistors 28a angelegt. Das Potential des Knotens N1 wird an eine Steuerklemme des Transistors 28b angelegt. Die Pufferschaltung 28 gibt die Steuerspannung VC2 mit einer Grösse aus, die dem Potential des Knotens N1 aus dem Knoten zwischen den Transistoren 28a und 28b entspricht. Die Grössen der Vorspannungen V5 und V6 sind so eingestellt, dass die Strommenge, die vom Transistor 22a an den Speicherknoten 26a und die Strommenge, die vom Transistor 22b an den Speicherknoten 26b geliefert wird, gleich sind. Als Beispiel kann V5 = V6 eingestellt werden.

[0049] Übrigens können die Pufferschaltungen 27 und 28 entfallen. In diesem Fall sind die Steuerklemmen der Transistoren 22a und 22b direkt mit dem Knoten N1 verbunden, und das Potential des Knotens N1 wird diesen Steuerklemmen als Steuerspannung \/Ci und VC2 bereitgestellt.

[0050] Die Strominjektionsschaltung 20 beinhaltet weiterhin die Rücksetzschaltungen 35 und 36. Die Rücksetzschaltung 35 hat einen Transistor 35a, und die Rücksetzschaltung 36 hat einen Transistor 36a. Ein Rückstellpotential Vr wird an eine Stromklemme (erste Stromklemmen) jedes der Transistoren 35a und 36a angelegt. Die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) des Transistors 35a ist mit dem Speicherknoten 26a und die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) des Transistors 36a mit dem Speicherknoten 26b verbunden. Ein Rücksetzsignal Sr wird an eine Steuerklemme jedes der Transistoren 35a und 36a angelegt, und die Ladungen der Speicherknoten 26a und 26b werden entladen, wenn die Transistoren 35a und 36a in den Ein-Zustand versetzt werden.

[0051] Ein Betrieb der Strominjektionsschaltung 20 mit der obigen Konfiguration wird nun beschrieben. Wenn das reflektierte Licht L2 auf das Pixel P(m, n) trifft, fliessen die Ladungen in die Ladungssammelbereiche 15 und 16 in dem Verhältnis, das dem Abstand zum Objekt B entspricht (siehe Fig. 5A bis 5C). Darüber hinaus fliessen die Ladungen, die der Grösse des auf das Pixel P(m, n) einfallenden Störlichts entsprechen, auch in die Ladungssammelbereiche 15 und 16. Wenn jedoch die Einschaltzeit der an die Übertragungselektrode 17 angelegten Antriebsspannung und die Einschaltzeit der an die Übertragungselektrode 18 angelegten Antriebsspannung gleich sind, sind die Ladungsmengen, die aufgrund des Störlichts in die Ladungssammelbereiche 15 und 16 fliessen, gleich.

[0052] Dadurch weisen die Potentiale der Speicherknoten 26a und 26b Grössen auf, die den Ladungsmengen entsprechen, die in die Ladungssammelbereiche 15 beziehungsweise 16 fliessen. Wenn dann die Ladungen weiter in die Ladungssammelbereiche 15 und 16 fliessen und eines der Potentiale der Speicherknoten 26a und 26b eine Einschaltspannung überschreitet, beginnt einer der Transistoren 24a und 24b, einen Strom entsprechend dem Potential des einen Speicherknotens zu fliessen. Daher weist das Potential des Knotens N1 eine Grösse auf, die einer grösseren unter den in den Ladungssammelbereichen 15 und 16 (Speicherknoten 26a und 26b) gespeicherten Ladungsmengen entspricht. Die Steuerspannungen VC-ι und VC2 mit Grössen, die dem Potential des Knotens N1 entsprechen, werden jeweils an die Steueranschlüsse der Transistoren 22a und 22b ausgegeben.

[0053] Die Transistoren 22a und 22b erhalten an ihren Steuerklemmen die obigen Steuerspannungen VCi und VC2 und bewirken, dass Strom entsprechend jeder Grösse der Steuerspannungen VC-ι und VC2 fliesst. Da die vorgegebenen Vorspannungen V3 und V4 ständig an die Steueranschlüsse der Transistoren 23a und 23b angelegt werden, wird der Strom aus jedem der Transistoren 23a und 23b in jeden der Speicherknoten 26a und 26b eingespeist. Dadurch wird die gleiche Ladungsmenge an den Speicherknoten 26a und 26b ausgeglichen und die durch das Störlicht verursachte Sättigung der Speicherknoten 26a und 26b (Ladungssammelbereiche 15 und 16) vermieden.

[0054] Es werden Effekte beschrieben, die durch den Abstandssensor 1A gemäss der vorliegenden Ausführungsform wie vorstehend beschrieben erzielt werden können. Fig. 12 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Strominjektionsschaltung 100 nach einem Vergleichsbeispiel darstellt. Die Strominjektionsschaltung 100 hat die gleiche Konfiguration wie die Strominjektionsschaltung 20 der vorliegenden Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass die Transistoren 23a und 23b und die Pufferschaltungen 27 und 28 nicht vorgesehen sind. Übrigens sind die Rücksetzschaltungen 35 und 36 nicht dargestellt.

[0055] In der in Fig. 12 dargestellten Strominjektionsschaltung 100 sind die Transistoren 22a und 22b direkt mit den Speicherknoten 26a und 26b verbunden, wobei die Potentiale der Speicherknoten 26a und 26b je nach den in den Ladungssammelbereichen 15 und 16 gespeicherten Ladungsmengen variieren. Daher ergibt sich auch eine Differenz zwischen den Potentialen der Speicherknoten 26a und 26b in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den in den Ladungssammelbereichen 15 und 16 gespeicherten Ladungsmengen. Das heisst, es entsteht eine Differenz zwischen den Quelle-Senke-Spannungen der Transistoren 22a und 22b. Somit sind die in den Speicherknoten 26a eingespeiste Ladungsmenge und die in den Speicherknoten 26b eingespeiste Ladungsmenge ungleich, sodass aufgrund der Eigenschaften (Kanallängenmodulationseffekte) der Transistoren 22a und 22b eine geringe Differenz zwischen ihnen entsteht. Dadurch tritt ein Fehler auf, wenn die Verarbeitungsschaltung 13 die Differenz zwischen den in den Ladungssammelbereichen 15 und 16 gespeicherten Ladungsmengen ausgibt, wodurch ein Fehler in der Messstrecke entsteht.

[0056] In Bezug auf ein solches Problem sind zwischen jedem der Transistoren 22a und 22b und jedem der Speicherknoten 26a und 26b im Abstandssensor 1A Kaskodenvorrichtungen wie die Transistoren 23a und 23b gemäss der vorliegenden Ausführungsform angeordnet. Dadurch wird das Potential jedes der Transistoren 22a und 22b und das Potential jedes der Speicherknoten 26a und 26b getrennt, sodass selbst bei einer Potentialdifferenz zwischen dem Speicherknoten 26a und dem Speicherknoten 26b der Einfluss auf die Quelle-Senke-Spannung jedes der Transistoren 22a und 22b unterdrückt werden kann (die Quelle-Senke-Spannungen der Transistoren 22a und 22b können einander gleichgesetzt werden). Daher ist es möglich, die Differenz der von den Transistoren 22a und 22b in die entsprechenden Speicherknoten 26a und 26b (Ladungssammelbereiche 15 und 16) eingespeisten Strommengen zu reduzieren und diese eingespeisten Strommengen in einer im Wesentlichen einheitlichen Grösse genau zu steuern.

[0057] Hier ist Fig. 13A ein Diagramm, das ein Beispiel für eine zeitliche Änderung eines Spannungswertes (Potentials) jedes der Speicherknoten 26a und 26b in der Strominjektionsschaltung 100 gemäss dem Vergleichsbeispiel darstellt. In Fig. 13A zeigt ein Graph G11 den Spannungswert eines Speicherknotens und ein Graph G12 den Spannungswert des anderen Speicherknotens an. Darüber hinaus ist Fig. 13B ein Diagramm, das ein Beispiel für eine zeitliche Änderung der Strommenge darstellt, die jedem der Speicherknoten 26a und 26b in der Strominjektionsschaltung 100 gemäss dem Vergleichsbeispiel zugeführt wird. In Fig. 13B zeigt ein Diagramm G21 die Menge des in einen Speicherknoten eingespeisten Stroms und ein Diagramm G22 die Menge des in den anderen Speicherknoten eingespeisten Stroms an.

[0058] Wie in Fig. 13A dargestellt, werden die Potentiale der Speicherknoten 26a und 26b durch die Speicherung von Ladungen in den Speicherknoten 26a und 26b schrittweise verringert. Weiterhin, wenn das Potential eines Speicherknotens eine Einschaltspannung des Transistors 24a (oder 24b) überschreitet, wird die Strominjektion an jeden der Speicherknoten 26a und 26b gestartet (1,5 bis 1,6 Millisekunden), wie in Fig. 13B dargestellt. Dadurch nimmt das Potenzial eines Speicherknotens nicht mehr ab und wird konstant, und das Potenzial des anderen Speicherknotens beginnt zu steigen.

[0059] Die eingespeisten Strommengen zu den jeweiligen Speicherknoten unterscheiden sich jedoch geringfügig voneinander aufgrund der oben beschriebenen Potentialdifferenz zwischen dem Speicherknoten 26a und dem Speicherknoten 26b. Infolgedessen weichen die Grafik G21 und die Grafik G22 allmählich voneinander ab. Eine solche Differenz in der Menge des eingespritzten Stroms erscheint als Messfehler.

[0060] Andererseits ist Fig. 14A ein Diagramm, das ein Beispiel für eine zeitliche Änderung eines Spannungswertes (Potentials) jedes der Speicherknoten 26a und 26b in der Strominjektionsschaltung 20 gemäss der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In Fig. 14A zeigt ein Graph G31 den Spannungswert eines Speicherknotens und ein Graph G32 den Spannungswert des anderen Speicherknotens an. Darüber hinaus veranschaulichen die Diagramme G41 und G42 in Fig. 14B Beispiele für zeitliche Änderungen der eingespeisten Strommengen an den Speicherknoten 26a beziehungsweise 26b in der Strominjektionsschaltung 20 der vorliegenden Ausführungsform. Da die eingespeisten Strommengen der Speicherknoten 26a und 26b gleich sind, werden die Graphen G41 und G42 vollständig überlagert.

[0061] Wie vorstehend beschrieben, wird die Potentialdifferenz zwischen dem Speicherknoten 26a und dem Speicherknoten 26b reduziert, und es ist möglich, die eingespeisten Strommengen zu den Speicherknoten entsprechend der vorliegenden Ausführungsform einander anzunähern. Daher ist es möglich, den Messfehler entsprechend der vorliegenden Ausführungsform zu reduzieren.

[0062] Darüber hinaus ist jeder der Transistoren 23a und 23b vorzugsweise der MOSFET wie in der vorliegenden Ausführungsform. Dadurch ist es möglich, das Potential jedes der Transistoren 22a und 22b vom Potential jedes der Speicherknoten 26a und 26b entsprechend zu trennen. Dies ist insbesondere dann wirksam, wenn jeder der Transistoren 22a und 22b der MOSFET ist, wie in der vorliegenden Ausführungsform.

[0063] (Erste Modifikation)

Die Fig. 15A und 15B sind Ansichten, die Zeitdiagramme eines Antriebsverfahrens gemäss einer ersten Modifikation der obigen Ausführungsform darstellen. Die Sensoransteuerschaltung 12 der obigen Ausführungsform kann die Übertragungselektroden 17 und 18 basierend auf den in den Fig. 15A und 15B dargestellten Zeittabellen anstelle der in den Fig. 7A und 7B dargestellten Zeittabellen ansteuern.

[0064] Ein Unterschied zwischen dem Zeitdiagramm der ersten Modifikation und dem Zeitdiagramm der obigen Ausführungsform ist die Länge einer Einschaltzeit der Antriebsspannungen Vtx-i und Vtx2. In der obigen Ausführungsform ist die Einschaltzeit (Zeitraum, in dem eine Übertragungselektrode auf eine Einschaltspannung eingestellt wird) der Antriebsspannungen Vtx-i und Vtx2 gleich der Einschaltzeit des Treibertakts CL (also der Bestrahlungszeit des Bestrahlungslichts L1) tL; die Einschaltzeit der Antriebsspannungen Vtx-i und Vtx2 ist jedoch die halbe Zeit tL (tL/2) in der vorliegenden Modifikation. [0065] Insbesondere sind die gleichmässigen Zeiten t0, t-ι, ... und t8 im Speicherrahmen F3 des jeweils ersten Rahmens F1 und des zweiten Rahmens F2 definiert, wie in den Fig. 15A und 15B dargestellt. Ein Intervall zwischen diesen Zeiten ist die Hälfte der einmaligen Bestrahlungszeit tL des Bestrahlungslichts L1. Zu diesem Zeitpunkt strahlt die Lichtquelleneinheit 30 das Bestrahlungslicht L1 für die Zeiten t-ι bis t3 aus. Anschliessend stellt die Sensoransteuerschaltung 12 die Ansteuerspannung Vtx-i auf das Einschaltpotential zwischen den Zeiten t0 und t-ι und zwischen den Zeiten t4 und t5 und die Ansteuerspannung Vtx2 auf das Einschaltpotential zwischen den Zeiten t2 und t3 und zwischen den Zeiten t6 und t7 im ersten Rahmen F1 ein, wie in Fig. 15A dargestellt. Zusätzlich stellt die Sensoransteuerschaltung 12 die Ansteuerspannung Vtx-i auf das Einschaltpotential zwischen den Zeiten L und t2 und zwischen den Zeiten t5 und t6 und die Ansteuerspannung Vtx2 auf das Einschaltpotential zwischen den Zeiten t3 und t4 und zwischen den Zeiten t7 und t8 im zweiten Rahmen F2 ein, wie in Fig. 15B dargestellt.

[0066] Übrigens wird die an die Übertragungselektrode 44 angelegte Antriebsspannung Vtxr auf das Ein-Potential eingestellt, äusser für einen Zeitraum, in dem die anderen Antriebsspannungen Vtx-i und Vtx2 zunächst auf das Ein-Potential und schliesslich auf das Aus-Potential eingestellt werden. Das heisst, die Antriebsspannung Vtxr wird im ersten Rahmen F1 auf das Aus-Potential zwischen den Zeiten t0 und t7 eingestellt, im zweiten Rahmen F2 auf das Aus-Potential zwischen den Zeiten t-ι und t8 eingestellt und in den anderen Zeiträumen auf das Ein-Potential.

[0067] Ein Antriebssystem der ersten Modifikation kann einen Wert von 1/2 der gesamten Ladungsmenge erhalten, die durch das reflektierte Licht L2 erzeugt wird, indem absolute Werte einer Differenz zwischen den Ausgangswerten des ersten Rahmens F1 und einer Differenz zwischen den Ausgangswerten des zweiten Rahmens F2 erhalten werden und der absoluter Wert des Grösseren ausgewählt wird. Darüber hinaus werden ein Vorzeichen des Ausgabewertes des ersten Rahmens F1 und ein Vorzeichen des Ausgabewertes des zweiten Rahmens F2 entsprechend invertiert und ein entsprechender Versatz addiert, wodurch ein linear zunehmender Wert entsprechend der Zeit T2 erhalten wird.

[0068] Die Fig. 16A bis 16C sind Ansichten zur Beschreibung eines Entfernungsberechnungsverfahrens mit der ersten Modifikation. Fig. 16A ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Wert veranschaulicht, der durch Subtrahieren einer Ladungsmenge eines mit dem Ladungssammelbereich 15 gekoppelten Speicherknotens von einer Ladungsmenge eines mit dem Ladungssammelbereich 16 gekoppelten Speicherknotens (also einem Ausgabewert von jedem der Pixel P(m, n)) und der Zeit t von der Bestrahlung des Lichts L1 bis zum Einfall des reflektierten Lichts L2 (also einer Entfernung zum Objekt B) erhalten wird. In Fig. 16A zeigt ein Diagramm G41 den Ausgabewert im ersten Rahmen F1 und ein Diagramm G42 den Ausgabewert im zweiten Rahmen F2 an. Im Übrigen wird der Ausgabewert normiert, um einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von -1 zu erreichen.

[0069] Wie das Diagramm G41 von Fig. 16A zeigt, ist im ersten Rahmen F1 der Ausgabewert konstant als 1 in einem Abschnitt D1 von 0 < t < t < tL/2, der Ausgabewert sinkt von 1 auf -1 in einem Abschnitt D2 von tL/2 < t < t < tL, der Ausgabewert ist konstant als -1 in einem Abschnitt D3 von tL < t < t < (3 x tL/2), und der Ausgabewert steigt von -1 auf 1 in einem Abschnitt D4 von (3 x tL/2) < t < 2tL. Darüber hinaus erhöht sich, wie im Diagramm G42 dargestellt, im zweiten Rahmen F2 der Ausgabewert von -1 auf 1 im Abschnitt D1, der Ausgabewert ist konstant als 1 im Abschnitt D2, der Ausgabewert sinkt von 1 auf -1 im Abschnitt D3, und der Ausgabewert ist konstant als -1 im Abschnitt D4.

[0070] Hier werden absolute Werte der jeweiligen Ausgabewerte des ersten Rahmens F1 und des zweiten Rahmens F2 erhalten und der absoluter Wert des grösseren zwischen den Ausgabewerten des ersten Rahmens F1 und des zweiten Rahmens F2 ausgewählt. Anschliessend erhält man ein Diagramm G51 mit einem konstanten Wert unabhängig von der Zeit t, wie in Fig. 16B dargestellt. Dieses Diagramm G51 stellt die Hälfte der gesamten Ladungsmenge dar, die durch das reflektierte Licht L2 erzeugt wird.

[0071] Unterdessen wird in einem Abschnitt, in dem der Ausgabewert (Graph G41) des ersten Rahmens F1 kleiner ist als der Ausgabewert (Graph G42) des zweiten Rahmens F2 unter den jeweiligen Abschnitten DI bis D4, ein Vorzeichen eines kleineren absoluten Wertes zwischen den Ausgabewerten des ersten Rahmens F1 und des zweiten Rahmens F2 invertiert. Im Beispiel von Fig. 16A werden die Vorzeichen des Ausgangswertes des ersten Rahmens F1 im Abschnitt D2 und des Ausgangswertes des zweiten Rahmens F2 im Abschnitt D3 invertiert. Dadurch weisen sowohl der Ausgabewert des zweiten Rahmens F2 in den Abschnitten D1 und D3 als auch der Ausgabewert des ersten Rahmens F1 in den Abschnitten D2 und D4 eine positive Steigung in Bezug auf die Zeit t auf. Dann werden sowohl der Ausgabewert des zweiten Rahmens F2 in den Abschnitten D1 und D3 als auch der Ausgabewert des ersten Rahmens F1 in den Abschnitten D2 und D4 mit 1/4 multipliziert, wie in Fig. 16B dargestellt. Schliesslich wird zu jedem der Ausgabewerte des zweiten Rahmens F2 in den Abschnitten D1 und D3 und des Ausgabewertes des ersten Rahmens F1 in den Abschnitten D2 und D4 ein entsprechender Versatzwert addiert, wodurch ein lineares Diagramm G52 erhalten wird, in dem der Ausgabewert von 0 bis 1 in einem Bereich von 0 < t < 2tL steigt, wie in Fig. 16C dargestellt. Dadurch ist es möglich, die Zeit t, also den Abstand zum Objekt B, basierend auf dem Diagramm G51 und dem Diagramm G52 zu bestimmen. Im Übrigen ist die Reihenfolge der in den Fig. 16A bis 16C dargestellten Vorgänge nicht auf die oben beschriebenen beschränkt und kann in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Alternativ können die in den Fig. 16A bis 16C dargestellten Arbeitsschritte gleichzeitig durchgeführt werden.

[0072] Gemäss dieser ersten Modifikation kann der Abstand zum Objekt B basierend auf der Differenz zwischen den in den Speicherknoten gespeicherten Ladungsmengen, die jeweils mit den Ladungssammelbereichen 15 und 16 gekoppelt sind, ähnlich der obigen Ausführungsform erhalten werden. Daher ist es möglich, die Strominjektionsschaltung 20 der obigen Ausführungsform anzuwenden, und dadurch ist es möglich, die Sättigung jedes Speicherknotens zu vermeiden.

[0073] (Zweite Modifikation)

Fig. 17 ist eine Draufsicht, die eine Lichtempfangseinheit 9A gemäss einer zweiten Modifikation der obigen Ausführungsform darstellt. Wie in Fig. 17 dargestellt, beinhaltet die Lichtempfangseinheit 9A der vorliegenden Modifikation jeweils die Übertragungselektrode 17 (erste Übertragungselektrode), die Übertragungselektrode 18 (zweite Übertragungselektrode), eine Übertragungselektrode 51 (erste Übertragungselektrode) und eine Übertragungselektrode 52 (zweite Übertragungselektrode). Diese Übertragungselektroden 17, 18, 51 und 52 sind um die Fotogatterelektrode 19 herum angeordnet, um der Fotogatterelektrode 19 benachbart zu sein. Im Übrigen ist die Fotogatterelektrode 19 in der zweiten Modifikation zwischen der Übertragungselektrode 17 und der Übertragungselektrode 18 und die Fotogatterelektrode 19 zwischen der Übertragungselektrode 51 und der Übertragungselektrode 52 angeordnet, wobei eine Positionsbeziehung zwischen den Übertragungselektroden 17, 18, 51 und 52 nicht eingeschränkt ist, solange die Übertragungselektroden an die Fotogatterelektrode 19 angrenzen.

[0074] Zusätzlich weist die Lichtempfangseinheit 9A jeweils eine der Signalextraktionselektroden 42,43,55 und 56 auf. Die Übertragungselektrode 17 ist zwischen der Signalextraktionselektrode 42 und der Fotogatterelektrode 19 angeordnet, die Übertragungselektrode 18 ist zwischen der Signalextraktionselektrode 43 und der Fotogatterelektrode 19 angeordnet, die Übertragungselektrode 51 ist zwischen der Signalextraktionselektrode 55 und der Fotogatterelektrode 19 angeordnet, und die Übertragungselektrode 52 ist zwischen der Signalextraktionselektrode 56 und der Fotogatterelektrode 19 angeordnet. Zusätzlich verfügt die Lichtempfangseinheit 9A über die Übertragungselektrode 44 und die Ladungsentladeelektrode 45. [0075] In der Lichtempfangseinheit 9A ist eine Konfiguration unmittelbar unter den Übertragungselektroden 17 und 18 und den Signalextraktionselektroden 42 und 43 die gleiche wie in Fig. 3, und eine Konfiguration unmittelbar unter der Übertragungselektrode 44 und der Ladungsentladeelektrode 45 ist die gleiche wie in Fig. 4. Fig. 18 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie XVIII—XVIII der Fig. 17 genommen wurde, einschliesslich einer Konfiguration unmittelbar unter den Übertragungselektroden 51 und 52 und den Signalextraktionselektroden 55 und 56. Wie in Fig. 18 dargestellt, weist die Lichtempfangseinheit 9A weiterhin einen Ladungssammelbereich 57 (erster Ladungssammelbereich) und einen Ladungssammelbereich 58 (zweiter Ladungssammelbereich) auf. Im Beispiel von Fig. 18 sind die Ladungssammelbereiche 57 und 58 so angeordnet, dass sie angrenzend an den lichtempfindlichen Bereich 14 im Zustand des Einschiebens des lichtempfindlichen Bereichs 14 liegen. Die Ladungssammelbereiche 57 und 58 sammeln Ladungen aus dem lichtempfindlichen Bereich 14, sodass die Ladungen in Speicherknoten gespeichert werden, die jeweils mit den Ladungssammelbereichen 57 und 58 gekoppelt sind. Übrigens sind die Konfigurationen der Ladungssammelbereiche 57 und 58 identisch mit denen der in Fig. 3 dargestellten Ladungssammelbereiche 15 und 16.

[0076] Die Signalextraktionselektrode 55 ist auf dem Ladungssammelbereich 57 und die Signalextraktionselektrode 56 auf dem Ladungssammelbereich 58 ausgebildet. Die Signalextraktionselektroden 55 und 56 sind durch in der Isolationsschicht 41 gebildete Öffnungen mit den jeweiligen Ladungssammelbereichen 57 und 58 in Kontakt.

[0077] Die Übertragungselektrode 51 ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich 14 und dem Ladungssammelbereich 57 angeordnet. Die Übertragungselektrode 52 ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich 14 und dem Ladungssammelbereich 58 angeordnet. Wenn ein positives Potential (Ein-Potential) an die Übertragungselektrode 51 angelegt wird, fallen Elektronen aus dem lichtempfindlichen Bereich 14 in einen Potentialtopf des Ladungssammelbereichs 57 (Ladungen werden im Topf gespeichert). Ebenso fallen Elektronen aus dem lichtempfindlichen Bereich 14 in einen Potentialtopf des Ladungssammelbereichs 58, wenn ein positives Potential (Ein-Potential) an die Übertragungselektrode 52 angelegt wird.

[0078] Die Sensoransteuerschaltung gemäss der zweiten Modifikation treibt die Übertragungselektroden 17, 18, 51 und 52 an, indem sie nacheinander eine Vielzahl von zeitgeteilten Rahmen ausführt (von denen jeder ein Antriebsmuster einer Übertragungselektrode darstellt). Fig. 19 ist eine Ansicht, die ein Antriebssystem der Sensoransteuerschaltung gemäss der zweiten Modifikation darstellt. Wie in Fig. 19 dargestellt, wird ein identischer Rahmen F5 wiederholt und die Verarbeitung im Rahmen F5 im Antriebssystem der zweiten Modifikation durchgeführt. Fig. 19 veranschaulicht auch die Verarbeitungsinhalte innerhalb des Rahmens F5. Innerhalb des Rahmens F5 werden abwechselnd ein Speicherrahmen F6 zum Durchführen von Ladungsspeicherung in Speicherknoten, die jeweils mit den Ladungssammelbereichen 15, 16, 57 und 58 gekoppelt sind, und ein Leserahmen F4 zum Durchführen von Ladungslesungen aus den Ladungssammelbereichen 15, 16, 57 und 58 wiederholt.

[0079] Fig. 20 ist ein Zeitdiagramm, das die Funktionsweise der Übertragungselektroden 17, 18, 44, 51 und 52 im Speicherrahmen F6 veranschaulicht. Diese Zeichnung veranschaulicht den Treibertakt CL, die an die Übertragungselektrode 17 angelegte Antriebsspannung Vtx-i, die an die Übertragungselektrode 18 angelegte Antriebsspannung Vtx2, eine an die Übertragungselektrode 51 angelegte Antriebsspannung Vtx3, eine an die Übertragungselektrode 52 angelegte Antriebsspannung Vtx4 und die an die Übertragungselektrode 44 angelegte Antriebsspannung Vtxr.

[0080] Im Speicherrahmen F6 werden die Antriebsspannungen Vtx-i bis Vtx4 bei jedem Anstieg des Treibtakts CL zwischen dem Ein-Potential und dem Aus-Potential zweimal bei einem bestimmten Zyklus T wiederholt umgeschaltet. Der Zyklus T wird auf die doppelte Einschaltzeit tL des Treibtakts CL eingestellt (z.B. T = 2tL). Darüber hinaus ist eine Einschaltzeit der Antriebsspannungen Vtx-i bis Vtx2 in jedem Zyklus die Hälfte der Einschaltzeit tL (tL/2) des Treibtakts CL.

[0081] Insbesondere sind die gleichmässigen Zeiten t0, t-ι,... und t8 im Speicherrahmen F6 jeder der Rahmen F5 definiert, wie in Fig. 20 dargestellt. Ein Intervall zwischen diesen Zeiten ist die Hälfte der einmaligen Bestrahlungszeit tL des Bestrahlungslichts L1. Zu diesem Zeitpunkt sendet die Lichtquelleneinheit 30 das Bestrahlungslicht L1 für die Zeiten L bis t3. Dann stellt die Sensoransteuerschaltung 12 in jedem der Rahmen F5 die Ansteuerspannung Vtx-i auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t0 und L und zwischen den Zeiten t4 und t5, die Ansteuerspannung Vtx2 auf das Ein-Potential zwischen den Zeiten t-ι und t2 und zwischen den Zeiten t5 und t6, die Antriebsspannung Vtx3 zum Ein-Potential zwischen den Zeiten t2 und t3 und zwischen den Zeiten t6 und t7, und die Antriebsspannung Vtx4 zum Ein-Potential zwischen den Zeiten t3 und t4 und zwischen den Zeiten t7 und t8 wie in Fig. 20.

[0082] Übrigens wird die an die Übertragungselektrode 44 angelegte Antriebsspannung Vtxr auf das Ein-Potential eingestellt, äusser für einen Zeitraum, in dem die anderen Antriebsspannungen Vtx-i bis Vtx4 zunächst auf das Ein-Potential und dann schliesslich auf das Aus-Potential eingestellt werden. Das heisst, in jedem der Rahmen F5 wird die Antriebsspannung Vtxr zwischen den Zeiten t0 und t8 auf das Aus-Potential und in den anderen Zeiträumen auf das Ein-Potential eingestellt.

[0083] Die zweite Modifikation ist ein Beispiel, in dem der erste Rahmen F1 und der zweite Rahmen F2 der ersten Modifikation gemeinsam im Einzelrahmen F5 ausgeführt werden. Daher ist es gemäss der zweiten Modifikation möglich, einen Wert von 1/2 der gesamten Ladungsmenge zu erhalten, die durch das reflektierte Licht L2 ähnlich der ersten Modifikation erzeugt wird, und ferner ist es möglich, einen Abstand zum Objekt B basierend auf einer Differenz zwischen den Ladungsmengen zu erhalten, die in den Speicherknoten gespeichert sind, die jeweils mit den Ladungssammelbereichen 15, 16, 57 und 58 gekoppelt sind. Das heisst, der Ausgabewert des ersten Rahmens F1 der ersten Modifikation kann durch einen Wert ersetzt werden, der durch Subtraktion des Ladungsbetrags des Ladungssammelbereichs 15 vom Ladungsbetrag des Ladungssammelbereichs 16 in der zweiten Modifikation erhalten wird, und der Ausgabewert des zweiten Rahmens F2 der ersten Modifikation kann durch einen Wert ersetzt werden, der durch Subtraktion des Ladungsbetrags des Ladungssammelbereichs 57 von dem Ladungsbetrag des Ladungssammelbereichs 58 in der zweiten Modifikation erhalten wird. Daher ist es möglich, die Strominjektionsschaltung 20 der obigen Ausführungsform anzuwenden, und dadurch ist es möglich, die Sättigung jedes Speicherknotens zu vermeiden. Übrigens ist in der zweiten Modifikation eine Strominjektionsschaltung 20 mit den Ladungssammelbereichen 15 und 16 und eine weitere Strominjektionsschaltung 20 mit den Ladungssammelbereichen 57 und 58 verbunden.

[0084] Der Abstandssensor nach der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es können weitere verschiedene Modifikationen vorgenommen werden. Zum Beispiel wurde der Fall, in dem jeder Transistor der MOSFET ist, in der obigen Ausführungsform veranschaulicht, aber jeder Transistor kann ein anderer FET oder ein Bipolar-Transistor sein.

Bezugszeichenliste [0085] 1A Abstandssensor 10 Halbleitersubstrat 10a Oberfläche 10b Rückseite 10c Oberflächenbereich 11 Abbildungsbereich 12 Sensoransteuerschaltung 13 Verarbeitungsschaltung 14 lichtempfindlicher Bereich 15 erster Ladungssammelbereich 16 zweiter Ladungssammelbereich 17 erste Übertragungselektrode 18 zweite Übertragungselektrode 19 Fotogatterelektrode 20 Strominjektionsschaltung 21 Spannungserzeugungsschaltung 22a erster Transistor 22b zweiter Transistor 23a dritter Transistor 23b vierter Transistor 24 Transistorpaar 25 Stromquelle 26a, 26b Speicherknoten 27,28 Pufferschaltung 30 Lichtquelleneinheit 31 Lichtquelle 32 Lichtquellenansteuerung 33 Steuerschaltung 34 Versorgungspotentialleitung 35,36 Rücksetzschaltung 41 Isolierschicht 42,43 Signalextraktionselektrode 100 Strominjektionsschaltung B Objekt GND Bezugspotentialleitung L1 Bestrahlungslicht L2 Reflexionslicht N1 Knoten P Pixel

Sr Rücksetzsignal T Zyklus tL Einschaltzeit T1 Lichteinstrahlungszeit T2 Verzögerungszeit V3, V4, V5, V6 Vorspannung (konstante Spannung) VCi,VC2 Steuerspannung

Vr Rücksetzpotenzial

Vtx-i,Vtx2 Steuerspannung

Claims (2)

1. Patentansprüche

   1. Abstandssensor (1A), der konfiguriert ist, ein Objekt mit Licht zu bestrahlen und eine Distanz zu dem Objekt durch Detektion des von dem Objekt reflektierten Lichts zu messen, wobei der Abstandssensor umfasst: ein Halbleitersubstrat (10), das einen lichtempfindlichen Bereich (14) aufweist, der Ladungen erzeugt, die einer Lichtmenge des reflektierten Lichts entsprechen, und erste und zweite Ladungssammelbereiche (15, 16), die jeweils die Ladungen aus dem lichtempfindlichen Bereich (14) sammeln, wobei die ersten und zweiten Ladungssammelbereiche (15, 16) jeweils durch einen vorbestimmten Abstand getrennt vom lichtempfindlichen Bereich (14) angeordnet sind; eine erste Übertragungselektrode (17), die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich (14) und dem ersten Ladungssammelbereich (15) angeordnet ist, wobei die erste Übertragungselektrode (17) auf ein Ein-Potential eingestellt ist, das konfiguriert ist, um eine Ladungsübertragung von dem lichtempfindlichen Bereich (14) zu dem ersten Ladungssammelbereich (15) während eines ersten Zeitraums nach der Lichteinstrahlung zu ermöglichen, und auf ein Aus-Potential eingestellt ist, das konfiguriert ist, um die Ladungsübertragung während eines dem ersten Zeitraum folgenden zweiten Zeitraums zu stoppen; eine zweite Übertragungselektrode (18), die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich (14) und dem zweiten Ladungssammelbereich (16) angeordnet ist, wobei die zweite Übertragungselektrode (18) auf ein Aus-Potential eingestellt ist, das konfiguriert ist, um die Ladungsübertragung von dem lichtempfindlichen Bereich (14) zu dem zweiten Ladungssammelbereich (16) während des ersten Zeitraums zu stoppen, und auf ein Ein-Potential eingestellt ist, das konfiguriert ist, um die Ladungsübertragung während des zweiten Zeitraums zu ermöglichen; eine Spannungserzeugungsschaltung (21), deren eines Ende mit einer ersten Konstantpotential-Leitung (34) verbunden ist, die auf ein vorgegebenes Potential eingestellt ist, und deren anderes Ende mit einer zweiten Konstantpotential-Leitung (GND) verbunden ist, die auf ein niedrigeres Potential als die erste Konstantpotential-Leitung (34) eingestellt ist, wobei die Spannungserzeugungsschaltung (21) konfiguriert ist, eine Steuerspannung zu erzeugen, die eine Grösse hat, die einer grösseren unter einer Ladungsmenge, die in einem mit dem ersten Ladungssammelbereich (15) gekoppelten Speicherknoten (26a) gespeichert ist, und einer Ladungsmenge, die in einem mit dem zweiten Ladungssammelbereich (16) gekoppelten Speicherknoten (26b) gespeichert ist, entspricht; einen ersten und zweiten Transistor (24a, 24b) mit jeweils einer Steuerklemme, an die die Steuerspannung angelegt ist, einer ersten Stromklemme, die mit der ersten Konstantpotential-Leitung (34) verbunden ist, und einer zweiten Stromklemme; einen dritten Transistor (23a) mit einer ersten Stromklemme, die mit der zweiten Stromklemme des ersten Transistors (24a) verbunden ist, einer zweiten Stromklemme, die mit dem Speicherknoten (26a) verbunden ist, der mit dem ersten Ladungssammelbereich (15) gekoppelt ist, und einer Steuerklemme, an die eine konstante Spannung angelegt ist; und einen vierten Transistor (23b) mit einer ersten Stromklemme, die mit der zweiten Stromklemme des zweiten Transistors (24b) verbunden ist, einer zweiten Stromklemme, die mit dem Speicherknoten (26b) verbunden ist, der mit dem zweiten Ladungssammelbereich (16) gekoppelt ist, und einer Steuerklemme, an die eine konstante Spannung angelegt ist.
2. 2. Abstandssensor nach Anspruch 1, wobei der dritte und vierte Transistor (23a, 23b) MOSFETs sind.