CN100555677C - 光电检测器、使用光电检测器的空间信息检测装置和光电检测法 - Google Patents

Abstract

提供了一种光电检测器，即使在充足环境光的条件下，其也能够通过阻止信号光的动态范围减少而稳定地获得光电检测输出。该光电检测器包括：聚积电极和保持电极，它们通过绝缘层被安排在光电转换单元上；以及包括控制单元，用于控制向这些电极施加电压的时序和电压的极性。光电转换部分中生成的电子或空穴中的一种被聚积在通过向聚积电极施加电压而形成的聚积区中，而另一种被聚积在通过向保持电极施加电压而形成的保持区中。然后，使在聚积区和保持区中的电子和空穴重新结合，并输出未被重新结合的余留的电子或空穴。

Description

光电检测器、使用光电检测器的空间信息检测装置和光电检测法

技术领域

本发明涉及一种稳定地获得关于作为检测对象的信号光所接收的光输出的技术，即使在充足的环境光如来自太阳和室内照明光的自然光的情况下，也能稳定地获得。

背景技术

过去，各种光电检测器如光电二极管、光电晶体管和CCD图像传感器是众所周知的，并且广泛用在以下应用中：光电传感器，用于根据接收的光量变化来检测对象是否存在；光通信，其使用光作为传输介质；距离传感器，用于通过使用三角测量原理或者投射和接收的光之间的时间差或相位差，光学地测量距离；以及用于视频和数字照相机的图像拾取装置。

在这种光电检测器中，当所接收的光量处在适当的范围内时，能够获得具有对应于接收光量的量值的接收光输出。然而，当所接收的光量变得过度时，存在接收光输出饱和的问题。例如，在存在环境光如阳光的条件下，当使用光电检测器时，所述光电传感器用于检测打扰者；光通信装置，如光遥控单元；距离传感器，用于自动聚焦的照相机和机器人的眼睛；以及图像拾取装置，其与发光源结合使用以获得距离图像，除了从发光源照射的光之外，环境光被入射在光电检测器上，所以与仅接收从发光源照射的光的情况相比，接收的光量增加。然而，关于光电检测器能够生成的载流子的量存在限制。因此，当接收的光量过度增加时，载流子的生成量将会饱和。所以，光电检测器的动态范围取决于环境光的光量而减少。这导致下述不便：不能稳定地获得信号光的接收光输出。这个问题在CCD图像传感器的领域中也被称为“浮散(blooming)效应”。

为了改善上述问题，例如，日本专利早期公布号62-272773提议，将大的正电压施加到通过绝缘层在p型硅基底上形成的电极，以将势阱置于反状态，从而在与绝缘层的接触面处收集的大量载流子与过量的载流子重新结合来控制电极之下聚积的少量载流子不大于预定量。然而，根据这种方法，通过接收光而生成的过量载流子是通过使用从外部电路提供的电荷重新结合的，所述外部电路用于提供基底的基准电位，即，预先填充在基底中的大量载流子(当使用p型基底时，载流子为空穴，而当使用n型基底时，载流子为电子)。另外，重要的是，根据曝光时间改变用于重新结合表面电荷的操作频率。因此，存在的问题是：控制变得复杂来通过抑制接收光量的动态范围而获得适当范围内的接收光输出。

另一方面，当信号光和环境光混合时，环境光的变化使得难以将信号光从环境光分开。作为将信号光从环境光分开的技术，提议使用滤光器，用于仅通过具有特定波长的信号光。然而，由于环境光如阳光具有宽频谱范围，所以环境光的影响不能仅通过滤光器来充分去除。

为了改善上述问题，例如，日本专利早期公布号2001-337166提议，在消光周期通过光电检测器获得的接收光输出被用作仅对应于环境光的分量，所述消光周期为信号光未被获得和从发光源没有照射光的周期；并且在光照周期通过光电检测器获得的接收光输出被用作信号光和环境光的叠加分量，所述光照周期为信号光被获得和光从发光源照射的周期。在这种情况下，通过从光照周期中光电检测器的接收光输出减去消光周期中的光电检测器的接收光输出，能够提取仅对应于信号光的分量。然而，在有环境光的情况下，光电检测器的信号光的动态范围减少。当光电检测器饱和时，仍然存在对于信号光不能提取大量的接收光输出的问题。简而言之，在存在环境光的情况下，即使当从发光源发射的光量增加，或者光电检测器的光接收时间延长时，也由于用于光电检测器的信号光的动态范围减少，而难以获得足够大的信噪比。

发明内容

因此，本发明首要关注的是提供一种光电检测器，其具有下述优点：载流子的重新结合概率根据接收光量来确定，并且由环境光引起的饱和被阻止，以抑制信号光的动态范围减少，从而稳定地获得用于信号光的接收光输出。

亦即，本发明的光电检测器包括：

光电转换部分，其被配置成通过光的照射来生成电子和空穴；

至少一个电极，其通过绝缘层布置在所述光电转换部分上；

第一聚积区，其为通过向所述电极施加电压而在所述光电转换部分中形成的势阱，以便聚积通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的电子和空穴中的一种；

第二聚积区，其被形成在所述光电转换部分中，以便聚积通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的电子和空穴中的另一种；

控制单元，其被配置成对将所述电压施加到所述电极的时序和所述电压的极性中的至少一个进行控制；以及

输出单元，其被配置成在通过在所述第一和第二聚积区之间传送所述电子和空穴来重新结合所述第一和第二聚积区中聚积的所述电子和空穴之后，输出未被重新结合的余留电子和空穴中的至少一种。

在上述光电检测器中，优选地，所述至少一个电极为一对第一和第二电极，其通过所述绝缘层布置在所述光电转换部分上，并且所述控制单元将电压施加到所述第一电极以形成所述第一聚积区，并且将电压施加到所述第二电极以形成势阱作为所述第二聚积区。在这种情况下，特别优选地，所述控制单元控制将所述电压施加到所述第一和第二电极的时序以及所述电压的极性，以便通过光照射而在所述光电转换部分中生成的所述电子和空穴中的一种被聚积在所述第一聚积区中，而通过光照射在所述光电转换部分中在不同时间生成的所述电子和空穴中的另一种被聚积在所述第二聚积区中。

在这种配置中，第一电极(即，稍后描述的实施例中的“聚积电极”)和第二电极(即，稍后描述的实施例中的“保持电极”)相对于一个光电转换部分而形成，所以两个势阱能够在光电转换部分中被形成为第一聚积区(即，稍后描述的实施例中的“聚积区”)和第二聚积区(即，稍后描述的实施例中的“保持区”)。例如，当与光电检测器合作使用发光源时，在接收信号光和环境光的周期中，电子被聚积在第一聚积区中，然后所聚积的电子被传送并被保持在第二聚积区中。此时，通过绝缘层和第一聚积区之间的接触面部分处的自由键或界面势，稳定地捕捉电子的部分。因此，事实上，电子的部分保留在第一聚积区中，并且结余的电子被传送并保持在第二聚积区中。其次，在仅接收环境光的周期中，空穴被聚积在第一聚积区中。此时，来到第一聚积区的空穴的部分用于与在绝缘层和第一聚积区之间的接触面部分处捕捉的电子重新结合，并且它们消失。随后，当在第一聚积区和第二聚积区之间相互传送电子和空穴时，发生第一和第二聚积区中聚积的空穴和电子的重新结合。可以认为，重新结合发生在第一和第二聚积区中的概率高于重新结合发生在传送的过程中的概率。因此，通过将接收信号光和环境光的周期中聚积的电子与仅接收环境光的周期中聚积的空穴重新结合，就使得能够抵消环境光分量。亦即，通过使用通过接收光而生成的载流子(电子和空穴)执行的重新结合，而不是使用预先填充在基底中的载流子执行的重新结合，来抵消环境光分量。结果，光电检测器的饱和变得难以发生，并且可以抑制光电检测器的信号光的动态范围减少。

另外，与从光电检测器中取出通过接收信号光和环境光而获得的接收光输出以及通过仅接收环境光而获得的接收光输出中的每一个、然后运算这两个接收光输出之间的差的情况相比较，当环境光分量通过在接收信号光和环境光时的电子和空穴的重新结合而被抵消时，光电检测器的饱和难以发生，并且光电检测器的信号光的动态范围减少能够被更加有效地抑制。

另外，优选地，所述控制单元将具有相反极性的电压施加到所述第一和第二电极(即，稍后描述的第六实施例中的“分布电极”)，以便通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的所述电子和空穴中的一种被聚积在所述第一聚积区中，并且同时所述电子和空穴中的另一种被聚积在所述第二聚积区中。在这种情况下，由于向第一电极施加的电压对于向第二电极施加的电压具有相反极性，所以在光电转换部分中生成的电子和空穴被分开发送并被聚积在第一和第二聚积区的势阱中，然后通过在第一和第二聚积区之间传送电子和空穴来进行重新结合。因此，如上述情况下那样，能够通过电子和空穴的重新结合来抵消环境光分量。结果，光电检测器的饱和变得难以发生，并且能够抑制光电检测器的信号光的动态范围减少。另外，由于涉及重新结合的载流子的量取决于接收光量而变化，所以，在不用外部控制的情况下，存在抑制或压缩接收光量的波动宽度进一步的效果。

在传统的光电检测器如CCD图像拾取装置中，已知的是，每个象素的输出电平(接收光输出电平)的波动(散粒噪声)由于通过光的照射生成的电子和空穴的发生概率(发生数目)而发生。为了减少散粒噪声的影响，载流子(电子或空穴)被集成以获得接收光输出。然而，由于集成时间延长，所以响应速度变慢，取代了减少散粒噪声的影响。另一方面，根据本发明，由于重新结合概率随着电子和空穴的产生数目下降而变低，所以重新结合概率在抑制接收光输出的波动的趋势上变化。因此，具有减少散粒噪声的优点。

另外，优选地，所述光电检测器在所述第二电极上具有光屏蔽膜。在这种情况下，所述控制单元控制将所述电压施加到所述第一和第二电极的时序以及所述电压的极性，以便在电子或空穴中的一种被聚积在所述第一聚积区之后，它们被传送并被保持在所述第二聚积区，并且电子和空穴中的另一种被聚积在所述第一聚积区。由于对应于第二电极的第二聚积区被光屏蔽，所以可以防止光电转换部分中生成的电子和空穴被直接聚积在第二聚积区中。另外，可以防止通过将来自光电转换部分的载流子混合到第二聚积区中保持的载流子而造成电荷量的误差(即，接收光输出的误差)。这种效果也能够通过放置透镜来实现，所述透镜用于允许入射光会聚在第一电极上。当使用透镜时，存在另一个优点：通过会聚入射光，孔径比增加(即，灵敏度改善)。

在上述光电检测器中，优选地，所述第一电极通过一对第一电极而提供，所述第二电极通过一对第二电极而提供，传送电极在所述第一电极之间和所述第二电极之间通过所述绝缘层形成在所述光电转换部分上，并且所述控制单元控制向所述第一电极、所述第二电极和所述传送电极施加的电压，以便余留的电子和空穴中的至少一种被传送到所述输出单元。在这种情况下，通过相对增加相邻聚积电极之间的距离，光电转换部分中生成的电子和空穴之间的分开变得容易。另外，借助于传送电极势阱被形成在光电转换部分中以取出接收光输出。因此，具有提供接收光输出的载流子(电子或空穴)能够被容易传送的优点。此外，通过控制向传送电极施加的电压，可以调节电子或空穴的聚积效率。

另外，当第一电极通过一对第一电极而提供、并且第二电极通过一对第二电极而提供时，优选地，至少一个控制电极在所述第一电极之间和/或所述第二电极之间通过所述绝缘层被形成在所述光电转换部分上，并且所述控制单元向所述控制电极施加电压以形成势阱的疏散区，以便电子和空穴经由所述疏散区在所述第一聚积区和所述第二聚积区之间传送。特别优选地，所述控制单元控制向所述第一电极、所述第二电极和所述控制电极施加的电压，以便在所述第一聚积区、所述第二聚积区和所述疏散区之中的一定方向上产生电位梯度。根据这种配置，即使当其中电子或空穴不能被保持在第一聚积区(聚积区)或第二聚积区(保持区)的势阱中的周期发生时，在这样的周期期间，电子或空穴也临时被保持在疏散区中。因此，能够防止电子或空穴的扩散。

另外，优选地，所述光电转换部分被提供有基底、形成在所述基底上的中间层以及形成在所述中间层上的主功能层，所述控制单元控制复位电压的极性，以便向所述中间层施加的复位电压对于向所述基底施加的基底电压为反向偏压，从而经由所述基底和所述中间层中的一个丢弃在所述光电转换部分中余留的电子和空穴。在这种情况下，能够丢弃在光电转换部分中余留的不想要的载流子中的电子和空穴，并因此抑制了从光电转换部分中取出的接收光输出的误差。

本发明进一步的目的是提供一种使用上述光电检测器的空间信息检测装置。这种空间信息检测装置特征在于包括：

光投射单元，其被配置成向目标空间照射通过具有预定频率的调制信号进行强度调制的光；

所述光电检测器，所述光电检测器的所述光电转换部分通过从所述目标空间接收光而生成电子和空穴；所述光电检测器的所述控制单元在将电压施加到所述第一和第二电极以便电子被聚积在所述第一聚积区并且空穴被聚积在所述第二聚积区的状态和将电压施加到所述第一和第二电极以便空穴被聚积在所述第一聚积区并且电子被聚积在所述第二聚积区的状态之间切换，从而在所述第一和第二聚积区之间重新结合所述电子和空穴，并且所述输出单元输出未被重新结合的余留电子和空穴中的至少一种；以及

估计单元，其被配置成根据所述光电检测器的输出来估计所述目标空间。

根据这种装置，当在第一聚积区中聚积电荷的时序通过具有不同强度的信号光的两个周期来确定时，接收光输出提供了对应于所述两个周期的接收光量之间的差。因此，能够获得对应于所述两个周期之间的信号光变化的接收光输出。简而言之，由于不需要在光电检测器的外部运算差，所以具有下述优点：在需要差以获得目标空间信息的情况下，能够简化估计单元。作为要被检测的空间信息，例如有到目标空间中的对象的距离、目标空间中的对象的反射率以及目标空间中的介质的透射率。

在上述空间信息检测装置中，优选地，所述控制单元在调制信号的相位的每180度、在将所述电压施加到所述第一和第二电极以便电子被聚积在所述第一聚积区并且空穴被聚积在所述第二聚积区的状态和将所述电压施加到所述第一和第二电极以便空穴被聚积在所述第一聚积区并且电子被聚积在所述第二聚积区的状态之间交替地切换，从而在所述第一和第二聚积区之间重新结合所述电子和空穴，并且

所述估计单元相对于在所述调制信号的相位上是不同的两个部分中的每一个确定的在通过重新结合之后在所述第一聚积区中余留的电子和空穴中的一种提供的输出和通过重新结合之后在所述第二聚积区中余留的电子和空穴中的另一种提供的输出之间的差，然后根据相对于所述两个部分确定的所述差中估计所述目标空间。另外，优选地，所述估计单元包括距离运算单元，其被配置成将通过在所述两个部分中的一个中确定的所述差除以在另一个部分中确定的所述差而获得的值转换成距离。根据这些配置，由于使用了在相位相差180度的状态下获得的接收光输出之间的差，并且通过在相位相差90度的两个部分中的一个中确定的差除以在另一个部分中确定的差而获得的值被转换成距离，所以能够取消聚积区中电子和空穴的聚积效率与电子和空穴的重新结合概率之间的差，并因此通过公式计算准确地确定距离，如下面详细地说明的那样。

本发明进一步提供了光电检测器，包括：

光电转换部分，其被配置成通过光的照射来生成电子和空穴；

电极，其通过绝缘层被布置在所述光电转换部分上；

电荷聚积区，其为通过将电压施加到所述电极而形成在所述光电转换部分中的势阱；

控制单元，其被配置成控制将所述电压施加到所述电极的时序和所述电压的极性，以便通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的所述电子和空穴中的一种被保持在所述光电转换部分和所述电荷聚积区中的所述绝缘层之间的接触面部分，然后通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的所述电子和空穴中的另一种被聚积在所述电荷聚积区，从而在所述接触面部分重新结合所述电子和空穴；以及

输出单元，其被配置成输出所述重新结合之后未被重新结合的余留电子和空穴中的至少一种。

根据这种光电检测器，由于通过控制向通过绝缘层放置的电极施加的电压使在光电转换部分中生成的电子或空穴聚积在电荷聚积区中，所以电子和空穴中的一种通过接触面部分处的自由键或界面势而被捕捉。另一方面，电子和空穴中的另一种通过反转电压的极性而在不同的时间被聚积在电荷聚积区中。因此，在不同时间生成的电子和空穴被聚积在光电转换部分中形成的势阱的电荷聚积区中。简而言之，在电子和空穴中的一种在电荷聚积区中被捕捉的条件下，电子和空穴中的另一种被聚积在电荷聚积区中，以便电子和空穴重新结合并且消失。因此，通过使用在重新结合之后未被重新结合的余留电子和空穴中的至少一种，能够提供对应于光电转换部分中不同时间生成的电子和空穴之间的差的接收光输出。

本发明的另一个关注是提供一种光电检测方法，其基于对上述光电检测器的普通技术概念，并且其特征在于包括以下步骤：

预备光电检测装置，该光电检测装置包括：光电转换部分，其被配置成通过光的照射来生成电子和空穴；以及一对电极，其通过绝缘层形成在所述光电转换部分上；

在第一聚积区中聚积通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的所述电子和空穴中的至少一种，所述第一聚积区为通过将电压施加到所述电极中的一个而在所述光电转换部分中形成的势阱；

在第二聚积区中聚积通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的所述电子和空穴中的另一种，所述第二聚积区为通过将电压施加到另一个电极而在所述光电转换部分中形成的势阱；

控制将所述电压施加到所述电极的时序和所述电压的极性，以便所述电子和空穴在所述第一和第二聚积区之间传送，以重新结合聚积在所述第一和第二聚积区中的所述电子和空穴，然后输出未被重新结合的余留电子和空穴中的至少一种。

根据这种方法，在电子(或空穴)在接收信号光和环境光的周期中被聚积在第一聚积区中且被聚积在第一聚积区中的电子被传送到第二聚积区之后，空穴(或电子)能够在仅接收环境光的周期中被聚积在第一聚积区中。随后，通过控制将电压施加到成对的电极的时序和电压的极性，聚积在第一和第二聚积区中的电子和空穴重新结合，所以能够抵消环境光分量。

从下面描述的用于实施本发明的最佳方式中，将会清楚地理解由此带来的进一步的特性和优点。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一实施例的使用光电检测器的空间信息检测装置的方框图；

图2是本实施例的光电检测器的示意性横截面图；

图3A到3C是示出施加电压的时序的解释性图；

图4A到4F是示出空间信息检测装置的距离测量原理的解释性图；

图5A到5D是示出空间信息检测装置的距离测量原理的解释性图；

图6是根据本发明的第二实施例的光电检测器的示意图；

图7是具有光屏蔽膜的光电检测器的部分横截面图；

图8是具有会聚透镜的光电检测器的部分横截面图；

图9A和9B是根据本发明的第三实施例的光电检测器的部分横截面图和解释性图；

图10是根据本发明的第四实施例的光电检测器的前视图；

图11是沿着图10的线A-A所取的横截面图；

图12是光电检测器的修改的部分横截面图；

图13是根据本发明的第五实施例的光电检测器的部分横截面图；

图14A到14H是示出施加电压的时序的解释性图；

图15是根据本发明的第六实施例的光电检测器的示意性横截面图；以及

图16是示出本发明的光电检测器的工作原理的解释性图。

具体实施方式

(工作原理)

首先说明本发明的工作原理。如图16所示，本发明的光电检测器具有下述结构：通过绝缘层14(例如，氧化硅膜)，聚积电极12被形成在主功能层11(例如，n型硅层)的表面上，其构造光电转换部分1。向聚积电极12施加的聚积电压通过关于作为基准电位的主功能层11的电位(或者中间层(图2)的电位，在所述中间层上堆叠主功能层11，如下所述)的正电压或负电压来提供。当正聚积电压被施加到聚积电极12时，用于聚积电子的势阱被形成为主功能层11中的聚积区11b。当负聚积电压被施加到聚积电极12时，用于聚积空穴的势阱被形成为主功能层11中的聚积区11b。

在主功能层11中，相邻于聚积电极12的部分起到光敏部分11a的作用，用于当光在该部分上入射时生成电子和空穴。根据向聚积电极12施加的聚积电压的极性，光敏部分11a中生成的电子和空穴中的一种被聚积在聚积区11b中。亦即，当聚积电压为正时，电子被聚积在聚积区11b中。相反，当聚积电压为负时，空穴被聚积在聚积区11b中。

在以下说明中，强度调制的信号光从发光源(未示出)被投射，并且信号光由光电转换部分1接收。另外，信号光的强度由矩形波调制。发光源的光照和消光交替地重复。亦即，当发光源处在光照周期中时，信号光和环境光在光电转换部分1上入射，而当发光源处在消光周期时，只有环境光在光电转换部分1上入射。因此，电子能够在光照周期期间被聚积在聚积区11b中，而空穴能够在消光周期期间被聚积在聚积区11b中。另外，说明由于未考虑各种因素而被简化。亦即，可以认为，当对应于关于信号光和环境光两者的接收光输出的电子量与对应于仅关于环境光的接收光输出的空穴量重新结合时，重新结合过程之后的余留电子量对应于关于信号光的接收光输出。事实上，重新结合过程之后余留的载流子不限于电子。空穴或者电子与空穴两者可以余留。无论如何，可以说，与未进行重新结合的情况相比较，当余留的载流子(电子和/或空穴)被取出作为接收光输出时，获得了具有减少的环境光分量的接收光输出。

在图16中，电子用(e)指示，而空穴则用(h)指示。这个附图示出了将正聚积电压施加到聚积电极12以聚积电子的状态切换到将负聚积电压施加到聚积电极12以聚积空穴的另一种状态的时刻。在这个时刻，大多数的聚积电子被从聚积区11b去除，这是因为聚积电压变成了负值。然而，将通过自由键或界面势而在主功能层11的表面附近捕捉的电子保持在聚积区11b中。另外，将通过光的照射而生成的电子从主功能层11去除，并且将通过光的照射而生成的空穴收集在聚积区11b中。亦即，从聚积区11b去除的电子的部分和在聚积区11b中收集的空穴的部分被重新结合并抵消。此外，聚积区11b中捕捉的电子和聚积区11b中聚积的空穴被重新结合并抵消。在重新结合过程之后，电子和空穴中的至少一种余留在聚积区11b中。因此，余留的载流子能够被取出作为接收光输出。

在上述情况下，将单个聚积电极12形成在光电转换部分1上，并且在不同时间生成在光电转换部分1中的电子和空穴被重新结合，以便将重新结合过程之后的余留载流子取出作为接收光输出。然而，当形成单个聚积区11b时，存在下述担心：在切换聚积电压的极性时从聚积区11b去除的载流子不能有效地对重新结合做出贡献。因此，在以下实施例中，对下述情况进行说明：用于保持从聚积区11b去除的载流子的保持区11c(图1)与聚积区11b分开地形成，而载流子在聚积区11b和保持区11c之间互换，以有效地实现重新结合。

(第一实施例)

图1显示了距离测量装置，其是一种使用了本实施例的光电检测器6的空间信息检测装置。在这个距离测量装置中，光从发光源2向包括要被测量的对象3的目标空间投射，并且光电检测器6从目标空间接收包括对象上反射光的光，以便从光电检测器6获得具有反射光的光量的接收光输出。为了通过这种配置测量到对象的距离，主要利用了使用三角测量原理的技术，或者测量光从发光源2到光电检测器6的飞行时间的技术。

当使用三角测量原理时，预定图案的平行光束从发光源2向目标空间投射，并且目标3上投射的图案通过用于接收光的光学系统由光电检测器6接收，以便将光电检测器6上的接收光位置转换成距离。另一方面，当测量光的飞行时间时，从发光源2向目标空间投射的光被适当的调制波形预先强度调制，并且确定从发光源2投射的光和光电检测器6接收的光的调制波形之间的时间差或相位差。该时间差能够用作飞行时间。选择地，通过将该相位差变换成飞行时间，能够根据飞行时间确定距离。以下实施例使用了这样的技术，即，从发光源投射强度调制的光，并且根据光的飞行时间确定到对象3的距离。本发明还可用于在使用三角测量原理的情况下减少环境光的影响。另外，本发明的技术概念不限于测量到对象的距离的目的。亦即，本发明可用于需要检测接收光量的各种目的，例如，用于根据接收光量的变化来检测细微颗粒的细微颗粒传感器，所述接收光量的变化是由于光被细微颗粒如烟、灰尘和杂质散射或削弱造成的。

在本实施例中，发光源2由具有恒定调制频率(例如，10MHz)的调制信号驱动，该调制信号从控制电路4输出，所以向目标空间投射的光的强度由调制信号调制。在本实施例中，将矩形波用作调制信号的波形。重复发光源2的光照和消光。作为调制信号的波形，可以使用别的波形如正弦波、锯齿波或三角波。在以下说明中，发光源2被接通的持续时间为光照周期，而发光源2被断开的持续时间为消光时间。当发光源2被断开时，在光电检测器6上入射的光只有环境光，因此从发光源在目标空间中投射的光未被包括。当发光源2被接通时，在光电检测器6上入射的光为环境光和从发光源2在目标空间中投射的信号光之和。因此，光电检测器6在消光周期接收的光主要由环境光提供，而光电检测器6在光照周期接收的光则主要由信号光和环境光两者提供。当光照周期和消光周期的长度相互为一对一的关系时，环境光分量在理论上能够通过从光照周期中获得的接收光量减去消光周期中获得的接收光量来去除，以仅提取信号光分量。

将从光电检测器6提供的接收光输出发送到作为估计单元的距离运算电路5。在距离运算电路5中，通过使用从光电检测器6在多个时序获得的接收光输出，根据由发光源2照射的强度调制的光和由光电检测器6接收的强度调制的光的波形之间的时间差或相位差来确定光的飞行时间，然后根据光的飞行时间确定到对象3的距离。

光电检测器6具有用于将光转换成电信号的(一个或多个)光电转换部分1。当仅使用一个光电转换部分1时，能够检测仅关于存在于在光电转换部分1的特定方向上的对象3的距离。另一方面，如图1所示，当以多个光电转换部分1的配置形成光电检测器6、光接收光学系统放置在光电检测器6的前面以及通过光接收光学系统从光电检测器6观察目标空间的方向与每个光电转换部分1的位置相关联时，能够生成距离图像，其中，象素值中的每一个具有各个方向上的距离信息。在本实施例中，对使用光电检测器6的情况进行说明，光电检测器6包括：光电转换部分1，其被布置在具有矩形单元格的平面格的格点上；以及电荷排出部分7，用于将光电转换部分1的输出排出到外面，并且借助于这个光电检测器6生成距离图像。亦即，光电检测器6起到用于生成距离图像的图像拾取装置的作用。如下所述，作为光电检测器的输出单元的电荷排出部分7由CCD提供，并且光电转换部分1起到部分的电荷排出部分7的作用。另外，作为这个实施例的光电检测器的控制单元的控制电路4控制施加到下面描述的电极中的每一个以及电荷排出部分7的电压，并且向光投射单元的发光源2和估计单元的距离运算电路5输出调制信号。

在具有图2中所示结构的光电转换部分1的每一个中，n型硅层的主功能层11经由p型硅层的中间层16被形成在n型硅层的基底10上。主功能层11的表面(即，在主功能层11的厚度方向上与基底10相反的一般表面)用氧化硅膜的绝缘层14覆盖。另外，使基底10、主功能层11和中间层16由多个光电转换部分1共享。聚积电极12和保持电极13通过绝缘层14被形成在主功能层11的一般表面上。保持电极13和一部分聚积电极12用光屏蔽膜15覆盖。通过分别向聚积电极12和保持电极13施加聚积电压和保持电压，势阱被形成为主功能层11中的聚积区11b和保持区11c。

聚积电极12和绝缘层14具有半透明物。因此，在未被光屏蔽膜15覆盖的部分上入射的光通过聚积电极12到达主功能层11。亦即，基底10、主功能层11和中间层16的未被光屏蔽膜15覆盖的部分起到用于在光电转换部分1中生成电子和空穴的光敏部分11a(图1)的作用。在附图中，将一部分的光屏蔽膜15延伸到聚积电极12。这是为了防止通过发光激励而在主功能层11中生成的电子和空穴被直接聚积在保持区11c中，将保持区11c形成在对应于主功能层11的保持电极13的区域中。

在上述光电转换部分1中，当将光入射在未被光屏蔽膜15覆盖的光敏部分11a上时，生成电子和空穴。另外，当将聚积电压施加到聚积电极12时，势阱被形成为主功能层11中的聚积区11b，并且当将保持电压施加到保持电极13时，势阱被形成为主功能层11中的保持区11c。设置聚积电极12和保持电极13之间的距离以及聚积电压和保持电压的量值，使得电子和空穴能够在形成为势阱的聚积区11c和保持区11b之间传送。

在电子和空穴在光敏部分11a中生成以获得对应于在光敏部分11a上入射的光量的接收光输出的周期中，使中间层16维持在基准电位(地电位)，并且使基底10维持在比基准电位高的电位。亦即，在基底10和中间层16之间存在反偏压关系。向基底10施加的基底电压和向中间层16施加的复位电压中的每一个能够以三个等级来切换。亦即，基底电压能够在高电位和地电位的两个等级中被切换。复位电压能够在低电位、地电位和高电位中被切换。基底电压和复位电压由控制电路4控制，以便当基底电压为地电位时，复位电压为低电位，当基底电压为高电位中较高的一个时，复位电压为高电位，而当基底电压为高电位中较低的一个时，复位电压为地电位。在以下说明中，关于基准电位具有高电位的情况被称为正极性，而关于基准电位具有低电位的情况则被称为负极性。

在图2的配置中，通过DC电源(E3，E4)和开关(SW3，SW4)的组合，能够切换基底电压和复位电压中的每一个。亦即，能够使三种不同电压，即，高和低正电压以及地电压中的一个从DC电源“E4”输出。另外，能够使三种不同电压，即，正和负电压以及地电压中的一个从DC电源“E3”输出。开关“SW3”和“SW4”中的每一个为三触点开关，通过所述三触点开关，各个DC电源(E3，E4)的输出电压中的一个被选择性地提供。切换基底电压和复位电压的时序由控制电路4控制。亦即，通过控制单元4选择基底电压和复位电压对应于切换开关(SW3，SW4)。在这种情况下，开关(SW3，SW4)被联锁，以便基底电压对于复位电压的电位差不变，并且响应复位电压而在三个等级中切换基底电压。可选择地，不管复位电压，具有比复位电压高的电位的恒定电压可被用作基底电压，这是因为当基底电压关于复位电压为较高电位时，在基底10和中间层16之间存在反偏压关系。

能够使向聚积电极12施加的聚积电压和向保持电极13施加的保持电压中的每一个在正和负值之间的两个等级中切换。切换聚积电压和保持电压的时序由控制电路4控制，如切换基底电压和复位电压的情况下那样。在图2中，通过DC电池(E1，E2)和开关(SW1，SW2)的组合示意性地示出了控制电路4中的施加聚积电压和保持电压的功能。用于施加聚积电压和保持电压的DC电池(E1，E2)中的每一个有能力输出正和负电压中的一个，其能够由开关(SW1，SW2)切换。亦即，在控制电路4中选择聚积电压和保持电压对应于切换开关(SW1，SW2)。

当聚积电压为正值时，电子能被聚积在聚积区11b。当聚积电压为负值时，空穴能被聚积在聚积区11b。类似地，当保持电压为正值时，电子能被聚积在保持区11c。当保持电压为负值时，空穴能被聚积在保持区11c中。在本实施例中，作为载流子生成在光敏部分11a中的电子被用作接收光输出。

在上述光电检测器6中，取决于在光敏部分11a上入射的光量而生成的电子和空穴在不同时序被聚积。在聚积的电子和空穴被重新结合后，未被重新结合的余留电子被取出。因此，当将期望的光入射在光敏部分11a上前电子和空穴存在于光敏部分11a中时，意味着不希望的分量被包括在从光敏部分11a取出的电子中。亦即，从光敏部分11a取出的电子数目不对应于光敏部分11a接收的光量。因此，在聚积区11b中聚积电子和空穴之前，需要从光电转换部分1丢弃不想要的电子和空穴。

在光电转换部分1中丢弃不想要的电子和空穴的情况下，它们被分开丢弃。例如，当首先丢弃空穴时，聚积电压和保持电压被设置为正值以将空穴置于聚积区11b和保持区11c之外。此时，复位电压被设置为负值。在这种状态下，由于空穴朝向中间层16移动，所以考虑到空穴的迁移率，这种状态会持续一周期，直到空穴基本上从光电转换部分1消失为止。在空穴被丢弃之后，电子仍然存在于光电转换部分1中。下一步，为了丢弃电子，聚积电极和保持电极被设置为负值，复位电压被设置为正值，并且基底电压被设置为高于复位电压。存在于光电转换部分1中的不想要的电子朝向中间层16移动。部分电子从中间层16丢弃。穿过中间层16的结余的电子从基底10丢弃。如上所述，通过从光电转换部分1中丢弃电子和空穴以复位光电检测器6，存在于光电转换部分1中的电子和空穴的量成为它们在热平衡状态下的量。每次从光电检测器6取出接收光输出，都复位光电检测器6。

在光电检测器6被复位后，正聚积电压被施加到聚积电极12，以便在聚积区11b中聚积电子。此时，将负保持电压施加到保持电极13，以便电子不聚积在保持区11c中。尽管通过光的入射而在光敏部分11a中生成电子和空穴，但是在主功能层11中从聚积电极11b向保持区11c产生电位梯度，这是因为聚积电压为正值，并且保持电压为负值。另外，通过选择地电位作为向中间层16施加的复位电压，在主功能层11的向其照射光的部分附近，从聚积区11b向中间层16产生电位梯度。此外，在主功能层11的由光屏蔽膜15覆盖的部分处，从中间层16向保持区11c产生电位梯度。然而，由于光没有向这个部分照射，所以空穴很难被聚积在保持区11c中。

在电子被聚积在聚积区11b后，在复位电压被维持在地电位的条件下，聚积电压和保持电压分别被设置为负和正值。此时，从中间层16向主功能层11中的聚积区11b产生电位梯度，并且从保持区11c向聚积区11b产生电位梯度。另外，从保持区11c向中间层16产生电位梯度。因此，聚积区11b中聚积的电子向保持区11c移动。另一方面，作为通过光的照射而在光敏部分11a中生成的电子和空穴中的一种的电子向中间层16移动，并且空穴向聚积区11b移动。根据这些过程，在光敏部分11a中生成的电子和空穴能够被分开传送到保持区11c和聚积区11b。

在这点上，当空穴存在于保持区11c中时，空穴也向聚积区11b移动。由于电子从聚积区11b向保持区11c移动，并且空穴从光敏部分11a或保持区11c向聚积区11b移动，所以电子和空穴彼此偶遇并重新结合。另一方面，电子的部分在聚积区11b的表面处通过自由键(或界面势)而被捕捉。捕捉的电子与聚积在聚积区11b中的空穴被重新结合并消失。类似地，空穴的部分在保持区11c的表面处通过自由键(或界面势)而被捕捉。捕捉的空穴与被传送到保持区11c的电子被重新结合并消失。

随后，当聚积电极和保持电极的极性被切换(即，聚积电压为正值，而保持电压为负值)时，保持区11c的电子向聚积区11b移动，而聚积区11b的空穴向保持区11c移动。结果，电子和空穴彼此偶遇，以便它们被重新结合并消失。另外，光敏部分11a中生成的电子被聚积在聚积区11b中，并且从光敏部分11a被聚积在聚积区11b中的电子的部分贡献于与空穴重新结合。在这点上，由于存在于聚积区11b中的空穴的部分在聚积区11b的表面处通过自由键(或界面势)而被捕捉，所以它们与从光敏部分11a聚积的或者从保持区11c传送到聚积区11b中的电子重新结合并消失。类似地，由于存在于保持区11c中的电子的部分在保持区11c的表面处通过自由键(或界面势)而被捕捉，所以使它们与被传送到保持区11c的空穴重新结合并消失。

当切换聚积电压和保持电压的极性的操作被重复多次时，电子和空穴被重新结合，从而空穴几乎完全消失，并且只有电子余留。在这点上，当切换聚积电压和保持电压的极性的操作被执行一次时，电子和空穴彼此偶遇的概率不高。然而，通过多次重复极性切换操作，重新结合概率能够增加。亦即，当聚积电压和保持电压的极性被切换多次时，涉及重新结合的电子和空穴的密度增加，所以重新结合概率变高。

在本实施例中，将切换聚积电压和保持电压的时序与发光源2的光照周期和消光周期相匹配并不重要。然而，当切换聚积电压和保持电压的时序与光照周期和消光周期匹配时，使得易于理解操作。因此，首先关于将切换聚积电压和保持电压的时序与发光源2的光照周期和消光周期相匹配的情况进行说明。亦即，如图3A所示，发光源2的光照和消光被交替地重复。在光照周期“Pb”，将正聚积电压施加到聚积电极12(图3B)，而将负保持电压施加到保持电极13(图3C)。在消光周期“Pd”，将负聚积电压施加到聚积电极12(图3B)，而将正保持电压施加到保持电极13(图3C)。

在光照周期“Pb”和消光周期“Pd”的每一个中，电子和空穴以一对一的方式被生成在光敏部分11a中。在光照周期“Pb”中，光敏部分11a中生成的电子被聚积在聚积区11b中。在消光周期“Pd”中，光敏部分11a中生成的空穴被聚积在聚积区11b中，并且存在于聚积区11b中的电子欲从聚积区11b向保持区11c移动。在这点上，由于在聚积区11b和绝缘层14之间的界面处存在自由键，所以在光照周期“Pb”中被聚积在聚积区11b中的电子的部分通过悬空键(或界面势)而被捕捉，所以捕捉的电子不能向保持区11c移动。捕捉的电子与消光周期“Pb”中的聚积区11b中聚积的空穴重新结合并消失。

光照周期“Pb”中聚积区11b中聚积的电子量对应于通过使发光源2发光而提供的信号光和除了信号光之外的环境光的总光量。消光周期“Pd”中聚积区11b中聚积的空穴量仅对应于环境光的光量。因此，当一些电子在消光周期“Pd”中在聚积区11b与空穴重新结合并消失时，意味着至少对应于环境光的光量的电子的部分消失。保持区11c中保持的电子量小于与信号光和环境光的总光量相对应的电子量。亦即，保持区11c中保持的电子量对应于通过从信号光和环境光的总光量中去除一部分环境光的光量确定的光量。

在下一个光照周期“Pb”中，保持区11c中保持的电子欲向聚积区11b移动，并且光敏部分11a中生成的电子被聚积在聚积区11b中。另一方面，在聚积区11b中余留的空穴在以前的光照周期“Pd”中没有与电子重新结合，而与聚积区11b中聚积的电子偶遇，所以它们重新结合。另外，大多数的未被重新结合的余留空穴主要向保持区11c移动。这是因为在保持区11c附近，朝向保持区11c的电位梯度大于朝向主功能层11的深度部分的电位梯度。

根据上述操作，环境光生成的大多数的空穴通过与电子重新结合而被抵消。因此，通过多次重复光照周期“Pb”和消光周期“Pd”，能够减少对应于环境光的电子量关于信号光的电子量的比率。因此，通过在重新结合过程之后从光电检测器6取出余留在保持区11c中的电子作为接收光输出，环境光分量能够在某种程度上从接收光输出被消除。

顺便提及，根据上述操作，当在重新结合之后从光电检测器6取出余留在保持区11c中的电子时，通过调节向聚积电极12和保持电极13施加的电压，来控制主功能层11中形成的势阱，以传送保持区11c中保持的电子。亦即，主功能层11、聚积电极12和保持电极13被作为CCD操作，以便能够在图1中的左和右方向中的一个上传送电子。主功能层11的这个功能包括在图1中所示的电荷排出部分7中。

如上所述，有必要具有这样的周期，其中，通过重复发光源2的光照和消光来重新结合电子和空穴，允许对应于信号光的电子量余留在保持区11c中，以及有必要具有这样的周期，其中，从光电检测器6中取出保持区11c中的余留电子。在以下说明中，前面的周期被称为光接收周期，而后面周期则被称为排出周期。在光接收周期中，控制电路4交替地切换极性，以便向聚积电极12施加的聚积电压和向保持电极13施加的保持电压具有彼此不同的极性。在排出周期中，控制电路4控制施加电压的时序，以便电子在一个方向上传送。另外，可以与时序一起控制电压值。

在排出周期中向聚积电极12和保持电极13施加的电压能被控制，如控制向CCD的传送门施加的电压的情况下那样。亦即，在本实施例中，如传统的帧传送CCD图像传感器的情况下那样，主功能层11也被用作传送载流子的垂直传送电阻器。在光电检测器6中，主功能层11用作垂直传送电阻器。从垂直传送电阻器提供的电子也被水平传送电阻21(图10)传送，以便接收光输出关于光敏部分11a中的每一个被取出到半导体基底的外面。在上述配置中，尽管主功能层11用作传送电阻器，但是可以使用与传统的行间(interline)传送CCD图像传感器类似的另一种配置。在这种情况下，主功能层11的保持区11c中保持的载流子被传送到单独形成的垂直传送电阻器。因此，载流子就能够通过垂直和水平传送电阻器被取出到半导体基底的外面。

为了借助于上述光电检测器6测量到对象3的距离，需要确定发光源2的调制信号和各个光电转换部分1(各个光敏部分11a)接收的光中包括的调制信号之间的时间差或相位差。在本实施例中，由于矩形波被用作调制信号的波形，所以能够确定时间差。图4A示出了从发光源2投射的光的强度变化，而图4B则示出了光电转换部分1接收的光的强度变化。为了确定附图中所示的时间差“td”，具有以下技术：在对应于与发光源2的光照和消光同步的多个相位的时序，使用光电转换部分1接收的光量，以及具有这样的技术：在不与发光源2的光照和消光同步的多个时序，使用光电转换部分1接收的光量。

首先，对关于使用在与发光源2的光照和消光同步的时序获得的接收光量的技术进行说明。为了易于理解操作，在调制信号的相位中每90度设置180度的部分，并且对于部分中的每一个确定接收光量。亦即，相对于调制信号的0到180度、90到270度、180到360度和270到90度的四个部分确定接收光量。各个部分的接收光量对应于图4C到4F中显示的阴影区域的面积。在这点上，各个部分的接收光量用“A0”到“A3”指示，对应于信号光和环境光总和的接收光的强度用“Ab”指示，并且仅对应于环境光的接收光的强度用“Ad”指示。另外，调制信号的周期为“4T”，并且时间差为“td”。接收光量“A0”到“A3”能够表示如下。

A0＝Ab×(2T-td)+Ad×td

A1＝Ab×(T+td)+Ad×(T-td)

A2＝Ab×td+Ad×(2T-td)

A3＝Ab×(T-td)+Ad×(T+td)

从这些关系中，(A1-A3)/(A0-A2)由td/(T-td)提供。当s＝(A1-A3)/(A0-A2)时，时间差“td”能够用以下方程表示：td＝sT/(s+1)。

亦即，通过使用调制信号的周期“4T”和上述四个部分的接收光量“A0”到“A3”，能够确定时间差“td”。由于接收光量“A0”到“A3”对应于接收光输出，所以距离运算电路5通过使用从光电检测器6给出的光电转换部分1的接收光输出代替接收光量“A0”到“A3”来确定时间差“td”，并且将时间差变换成到对象3的距离。适当选择上述方程的运算结果的符号，以便时间差“td”具有正值。

顺便提及，如上所述，确定接收光输出“A0”的周期对应于调制信号中的0到180度的部分，如图4C所示。另一方面，确定接收光输出“A2”的周期对应于调制信号中的180到360度的部分，如图4E所示。在这个实施例中，假设在不考虑光敏部分11a中生成的电子被聚积在聚积区11b中的概率和光敏部分11a中生成的空穴被聚积在聚积区11b中的概率之间的差的情况下，电子和空穴中的每一种以相同的概率(聚积效率)被聚积在聚积区11b中。另外，假定重新结合电子和空穴的概率(重新结合概率)为1。

在上述假定之下，当向聚积电极12施加正聚积电压的周期与调制信号中的0到180度的部分相匹配，并且向聚积电极12施加负聚积电压的周期与调制信号中的180到360度的部分相匹配时，在光敏部分11a中生成的并且在聚积区11b中聚积的电子的量(数目)对应于接收光量“A0”，而且在光敏部分11a中生成的并且在聚积区11b中聚积的空穴的量(数目)对应于接收光量“A2”。亦即，可以说，在调制信号中的0到180度的部分和180到360度的部分之间交替切换聚积电压的极性的操作之后余留在保持区11c中的电子量对应于(A0-A2)。类似地，在聚积电压的极性在调制信号中的90到270度的部分中被设置为正、并且聚积电压的极性在调制信号中的270到90度的部分中被设置为负之后，余留在保持区11c中的电子量对应于(A1-A3)。因此，当通过与调制信号同步地交替切换向聚积电极12施加的聚积电压和向保持电极13施加的保持电压的极性来重新结合电子和空穴、然后将余留在保持区11c中的电子取出到光电检测器6的外面作为接收光输出时，等效于执行(A0-A2)或(A1-A3)的运算。结果，能够减少距离运算电路5中进行的运算量。

在上文中，为了易于理解操作，已关于发光源2的光照和消光被重复的情况进行了说明。然而，如上所述，别的波形如正弦波、三角波或锯齿波能够用作用于驱动发光源2的调制信号的波形。因此，下面关于正弦波被用作调制信号波形的情况进行说明，如图5A所示。

亦即，在光电转换部分1上入射的光强度是相位“θ”的函数，并且用这样的方程表示：g(θ)＝(Ab-Ad)sinθ+(Ab+Ad)/2(图5B)。在这种情况下，由于调制信号的0到180度、90到270度、180到360度以及270到90度的各个部分中的接收光量“A0”到“A3”对应于图5C和5D中显示的阴影区域的面积，所以它们能够通过限定下面所示的积分来表示。在这点上，相位“θ”是时间“t”的函数，并且用方程θ＝ωt(ω＝2πf，“f”为调制频率)来表示。“Ψ”是投射和接收光之间的相位差(当“Ψ”的单位为弧度时，到对象3的距离为L[m]，光速为“c”[m/s]，L＝Ψ·c/2ω)。光电转换部分1接收的光强度的最大值用“Ab”指示。光电转换部分1接收的光强度的最小值用“Ad”指示。“Ad”对应于与光电转换部分1接收的环境光相对应的光强度。在以下方程中，括号中所示的值是积分间隔。

A0＝∫g(θ)dθ[-Ψ，180°-Ψ]

A1＝∫g(θ)dθ[90°-Ψ，270°-Ψ]

A2＝∫g(θ)dθ[180°-Ψ，360°-Ψ]

A3＝∫g(θ)dθ[270°-Ψ，90°-Ψ]

当Aa＝Ab-Ad并且Ac＝(Ab+Ad)/2时，接收光量“A0”到“A3”用以下方程表示。

A0＝-2Aa·cosΨ+Ac·π

A1＝-2Aa·sinΨ+Ac·π

A2＝2Aa ·cosΨ+Ac·π

A3＝2Aa·sinΨ+Ac·π

当(A1-A3)/(A0-A2)根据这些关系确定时，它等于tanΨ。因此，“Ψ”能够用以下方程表示。

Ψ＝tan^-1(A1-A3)/(A0-A2)...(1)

亦即，即使当调制信号的波形为正弦波时，相位差“Ψ”也能够通过上述方程确定。因此，如当调制信号的波形为矩形波时使用时间差“td”的情况下那样，能够确定到对象3的距离。另外，即使当正弦波用作调制信号的波形时，也能从光电转换部分1获得对应于(A0-A2)和(A1-A3)的接收光输出，如使用矩形波的情况下那样。

获得对应于(A0-A2)或(A1-A3)的接收光输出是基于下述假定的：在聚积区11b中聚积电子的效率等于在聚积区11b中聚积空穴的效率，以及下述假定：电子和空穴的重新结合概率为1(即，当电子和空穴偶遇时，它们确实被重新结合)。事实上，聚积效率并不相同，并且重新结合概率比1小得多(例如，0.1)。因此，在重新结合概率为1的假定下，考虑到电子的聚积效率不同于空穴的聚积效率的事实，对方程(1)进行补偿。

在上述情况下，由于在调制信号的相位中的0到180度和90到270度的部分的每一个中电子被聚积在聚积区11b中，所以对应于接收光量(A0，A1)的电子从光敏部分11a被聚积在聚积区11b中，并且对应于接收光量(A2，A3)的空穴从光敏部分11a被聚积在聚积区11b中。

现在，聚积区11b中的空穴聚积效率相对于电子的聚积效率的比率为“α”(0＜α＜1)。亦即，空穴的聚积效率小于电子的聚积效率。作为对聚积区11b中聚积的电子和空穴的数目给予大的影响的参数，认为有主功能层11的厚度尺度和接收光的波长以及接收光量、聚积电压和施加聚积电压的周期。由于不能电控制主功能层11的厚度尺度和接收光的波长，所以它们是固定值，并且从参数中排除。当聚积电压为“Va”，并且施加聚积电压“Va”的周期为“Pa”时，相对于接收光量“A0”和“A1”的聚积在聚积区11b中的电子数(N0，N1)能够被分别方程N0＝h(A0，Va，Pa)和N1＝h(A1，Va，Pa)表示，其中“h”是适当的函数。类似地，相对于接收光量“A2”和“A3”的聚积在聚积区11b中的空穴数(N2，N3)能够分别被方程N2＝αh(A2，Va，Pa)和N3＝αh(A3，Va，Pa)表示。

另外，当聚积电压“Va”和施加周期“Pa”恒定，并且数目(N0，N1，N2，N3)被认为仅仅是接收光量(A0，A1，A2，A3)的函数时，获得N0＝h(A0)，N1＝h(A1)，N2＝αh(A2)以及N3＝αh(A3)。另一方面，对应于光电转换部分1中的每一个的接收光输出等效于电子和空穴的重新结合过程之后佘留的电子数，并且事实上等效于(N0-N2)和(N1-N3)。亦即，在(N0-N2)、(N1-N3)和接收光量(A0，A1，A2，A3)之中存在以下关系。

N0-N2＝h(A0)-αh(A2)

N1-N3＝h(A1)-αh(A3)

另外，当借助于电子数(N0，N1)和空穴数(N2，N3)表示接收光量(A0，A1，A2，A3)时，A0＝h^-1(N0)，A1＝h^-1(N1)，A2＝h^-1(N2/α)并且A3＝h^-1(N3/α)，其中“h^-1”是“h”的反函数。因此，能够修改用于确定相位差“Ψ”的方程(1)，如下所示。

Ψ＝tan^-1S

S＝{h^-1(N1)-h^-1(N3/α)}/{h^-1(N0)-h^-1(N2/α)}

在生成的电子或空穴的量对于接收光量(A0，A1，A2，A3)不饱和的条件下，能够认为函数“h”是线性函数，其中接收光量(A0，A1，A2，A3)为参数。因此，通过进一步修改上述方程获得以下方程。

Ψ＝tan^-1{(αN1-N3)/(αN0-N2)}...(2)

因此，当利用取决于在保持区11c中余留的电子量获得的接收光量在距离测量电路5中从运算表达式确定到对象3的距离时，必须认为接收光输出为(N1-N3)和(N0-N2)，并且需要对聚积效率“α”的补偿。例如，准备使用(N1-N3)和(N0-N2)的方程(2)的近似表达式，并且近似表达式中包括的聚积效率“α”被用在距离运算电路5的调整因数中。可选择地，接收光输出通过距离运算电路5中的数据表与距离相关联，并且聚积效率“α”也被包括在数据表中。

方程(2)具有电子和空穴的数(N0，N1，N2，N3)作为参数，并且电子和空穴的数(N0，N1，N2，N3)是接收光量(A0，A1，A2，A3)、聚积电压“Va”和施加周期“Pa”的函数。因此，通过调整接收光量(A0，A1，A2，A3)、聚积电压“Va”和施加周期“Pa”中的至少一个，相位差“Ψ”能够使用方程(2)来确定。

在调整接收光量(A0，A1，A2，A3)的情况下，需要调整调制信号的波形。例如，根据诸如折线近似的技术借助于函数发生器能够调整调制信号的波形。另外，在上述说明中，在聚积区11b中聚积电子的情况下的聚积电压“Va”的绝对值被设置为等于在聚积区11b中聚积空穴的情况下的聚积电压“Va”的绝对值。可选择地，当聚积空穴情况下的聚积电压“Va”的绝对值可以被设置为大于聚积电子情况下的聚积电压“Va”的绝对值时，能够获得更接近于1的聚积效率“α”。此外，当聚积空穴情况下的聚积电压“Va”的施加周期“Pa”被设置为长于聚积电子情况下的聚积电压“Va”的施加周期“Pa”时，能够获得接近于1的聚积效率“α”。

类似地，即使当调制信号为矩形波时，通过考虑到电子和空穴的聚积效率进行补偿，也能够准确地确定时间差“td”。另外，对于使用别的波形作为调制信号的情况大致一样。

顺便提及，在上述情况下假定重新结合概率为1。事实上，通过重新结合抵消电子和空穴的重新结合概率取决于电子和空穴的密度。另一方面，存在下述情况：当接收光量减少时，希望尽可能防止电子消失，并且当接收光量增加时，希望更大量的电子消失以防止光电检测器6饱和。在这样的情况下，根据接收光量调整重新结合概率成为必要。在本实施例中，由于在光敏部分11a处生成的电子和空穴被重新结合，所以空穴的量随着电子的量而变化。结果，重新结合概率能够根据接收光量而自动调整。

下一步，简短地说明借助于与发光源2的光照和消光异步地获得的接收光量来确定相位差“Ψ”的技术。这种技术基于：当具有与调制频率不同频率的信号被对应于接收光量变化的信号干涉(混合)时，获得振幅被等效于其间频率差的频率改变的拍频信号(beat signal)。拍频信号的包络曲线涉及相位差“Ψ”。因此，通过在包络曲线的不同相位处取出对应于包络曲线的接收光量，能够确定相位差“Ψ”。例如，当关于包络曲线的相位中的0到180度、90到270度、180到360度以及270到90度的四个部分中的每一个积分接收光量、并且获得的接收光量由A0’、A1’、A2’和A3’给出时，通过简单地在方程(1)中使用接收光量(A0’，A1’，A2’和A3’)代替接收光量(A0，A1，A2和A3)，能够确定相位差“Ψ”。

作为获得拍频信号的方法，可以认为取出与接收光量成比例的接收光输出、从控制电路4输出频率与调制信号不同的本地信号以及将接收光输出与本地信号混合。然而，存在下述担心：电路配置由于混合电路的形成而变得复杂。例如，当将聚积电压施加到聚积电极12、并且将保持电压施加到保持电极13的时序由本地信号控制时，混合电路的功能能够借助于聚积区11b和保持区11c而实现。简而言之，通过借助于频率与调制信号的调制频率不同的本地信号在主功能层11中形成聚积区11b和保持区11c，使得在保持区11c中余留的电子量等效于拍频信号的振幅。因此，在不使用混合电路的情况下，能够向距离运算电路5给出对应于拍频信号振幅的接收光输出。

(第二实施例)

如图6所示，本实施例的特征在于，对于光电转换部分1中的每一个形成两个聚积电极(12a，12b)和两个保持电极(13a，13b)。亦即，两个聚积电极(12a，12b)和两个保持电极(13a，13b)被定义为一个组(或者一个象素)。两个保持电极(13a，13b)被布置得彼此隔开。两个聚积电极(12a，12b)被布置在保持电极(13a，13b)之间。另外，聚积电极(12a，12b)彼此隔开间隙“g”，其大于聚积电极(12a，12b)中的每一个与相邻保持电极(13a，13b)之间的距离。在这种配置中，通过用于覆盖保持电极(13a，13b)的光屏蔽膜15之间的孔径，光在光敏部分11a上入射。另外，如图7所示，光屏蔽膜15被形成，以在相邻光电转换部分1的保持电极(13a，13b)之间延伸。聚积电极12a和保持电极13a的组合以及聚积电极12b和保持电极13b的组合中的每一个，以与第一实施例中的聚积电极12和保持电极13的组合相同的方式起作用。在这点上，在光接收周期期间，将具有相反极性的聚积电压施加到两个聚积电极(12a，12b)，并且将具有相反极性的保持电压施加到两个保持电极(13a，13b)。

图6示出了将具有相反极性的电压施加到聚积电极(12a，12b)或保持电极(13a，13b)，向保持电极13a施加的电压关于向相邻聚积电极12a施加的电压具有相反极性，并且向保持电极13b施加的电压关于向相邻聚积电极12b施加的电压具有相反极性。作为通过控制电路4施加聚积电压和保持电压的装置，使用了一对DC电源(E1，E2)和一对双触点开关(SW1，SW2)，其用于在DC电源(E1，E2)和聚积电极(12a，12b)与保持电极(13b，13a)之间切换连接关系。另外，聚积电压的电压值等于保持电压的电压值。

在本实施例中，当调制信号的相位处在0到180度的范围内时，电子被聚积在对应于聚积电极12a的聚积区11b中，并且空穴被聚积在对应于聚积电极12b的聚积区11b中。在这点上，电子被取出作为接收光输出。亦即，根据稍后描述的操作，通过对应于保持电极13a的保持区11c中保持的电子和对应于聚积电极12b的聚积区11b中余留的电子，来确定接收光输出。

如第一实施例的情况下那样，对于驱动发光源2的调制信号具有矩形波的情况来说明这个实施例的原理。另外，在以与调制信号同步的时序切换聚积电压和保持电压的条件下来说明本实施例。其它条件已经在第一实施例中说明，并且除了这个实施例中说明的操作之外的操作与第一实施例相同。

在本实施例中，在发光源2的光照周期期间，将向聚积电极12a施加的聚积电压设置为正值，而将向聚积电极12b施加的聚积电压设置为负值。另外，在光照周期期间，将向保持电极13a施加的保持电压设置为负值，而将向保持电极13b施加的保持电压设置为正值。如第一实施例中所述，在聚积区11b中聚积电子和空穴之前，将存在于主功能层11中的不想要的电子和空穴丢弃。

当将具有上述极性的聚积电压施加到聚积电极(12a，12b)、并将具有上述极性的保持电压施加到保持电极(13a，13b)时，通过光的照射而在主功能层11中生成的电子被聚积在聚积区11b中，将所述聚积区11b形成在主功能层11中的对应于聚积电极12a的部分。另外，将通过光的照射而在主功能层11中生成的空穴聚积在聚积区11b中，将所述聚积区11b形成在主功能层11中的对应于聚积电极12b的部分。亦即，主功能层11中生成的电子和空穴被分开地聚积在形成于主功能层11中的对应于聚积电极(12a，12b)的部分的两个聚积区11b中。

接着，在仅存在环境光的消光周期中，切换向聚积电极(12a，12b)施加的聚积电压和向保持电极(13a，13b)施加的保持电压的极性。亦即，将向聚积电极12a施加的聚积电压设置为负值，而将向保持电极13a施加的保持电压设置为正值。另外，将向聚积电极12b施加的聚积电压设置为正值，而将向保持电极13b施加的保持电压设置为负值。此时，关于光敏部分11a中生成的电子和空穴，空穴被聚积在对应于聚积电极12a的聚积区11b中，而电子被聚积在对应于聚积电极12b的聚积区11b中。

光照周期中存在于对应于聚积电极12a的聚积区11b中的电子的部分通过自由键而被捕捉，并且结余的电子向对应于保持电极13a的保持区11c移动。另一方面，光照周期中存在于对应于聚积电极12b的聚积区11b中的空穴的部分通过自由键而被捕捉，并且结余的空穴向对应于保持电极13b的保持区11c移动。亦即，在对应于聚积电极12a的聚积区11b中余留的电子与聚积的空穴重新结合，并且在对应于聚积电极12b的聚积区11b中余留的空穴与聚积的电子重新结合。

在消光周期中，向聚积电极12a施加的聚积电压为负值，而向保持电极13a施加的保持电压和向聚积电极12b施加的聚积电压两者均为正值。电子欲从对应于聚积电极12a的聚积区11b向对应于聚积电极12b的聚积区11b以及对应于保持电极13a的保持区11c移动。然而，电子向对应于聚积电极12b的聚积区11b的移动被间隙“g”的存在所抑制。类似地，空穴欲从对应于聚积电极12b的聚积区11b向对应于聚积电极12a的聚积区11b以及对应于保持电极13b的保持区11c移动。然而，空穴向对应于聚积电极12a的聚积区11b的移动被间隙“g”的存在所抑制。因此，由于聚积电极被相对大的距离相互隔开，所以使光电转换部分中生成的电子和空穴能够容易地分开到两个聚积区中。

在消光周期之后的下一个光照周期中，主功能层11中生成的电子和对应于保持电极13a的保持区11c中保持的电子被聚积在对应于聚积电极12a的聚积区11b中，所以以前聚积在对应于聚积电极12a的聚积区11b中的空穴与这些电子偶遇，并且它们通过重新结合而抵消。类似地，光敏部分11a中生成的空穴和对应于保持电极13b的保持区11c中保持的空穴被聚积在对应于聚积电极12b的聚积区11b中，从而以前聚积在对应于聚积电极12b的聚积区11b中的电子与这些空穴偶遇，并且它们通过重新结合而抵消。

当光照周期中对应于聚积电极12b的聚积区11b中聚积的空穴在随后的消光周期中向对应于保持电极13b的保持区11c移动时，空穴与从光敏部分11a或保持区11c提供的电子偶遇，并且它们被重新结合。类似地，当消光周期中对应于聚积电极12a的聚积区11b中聚积的空穴在随后的光照周期中向对应于保持电极13a的保持区11c移动时，空穴与从光敏部分11a或保持区11c提供的电子偶遇，并且它们被重新结合。

在重复上述操作多次之后，关于余留在对应于保持电极13a的保持区11c中的电子，能够抵消对应于环境光的分量，如第一实施例的情况下那样。另一方面，当电子和空穴的聚积效率相同，并且电子和空穴的重新结合概率为1时，电子不应当余留在对应于聚积电极12b的聚积区11b中。然而，事实上，由于重新结合概率小于1，所以一些电子余留在对应于聚积电极12b的聚积区11b中。余留电子是在消光周期中生成的。然而，由于它们中的部分通过与光照周期中生成的空穴重新结合而被抵消，所以余留的电子具有光照周期的信息。换言之，对应于聚积电极12b的聚积区11b中的余留电子等效于通过从包括信号光和环境光两者的分量中去除对应于环境光的分量而获得的分量。

考虑到上述，对根据对应于光电检测器6的光电转换部分1中的每一个的接收光输出来确定距离的情况进行说明。在这个实施例中，对应于聚积电极12b的聚积区11b中的余留电子被用作接收光输出。当空穴的聚积效率“α”小于1、并且重新结合概率“β”小于1时，电子余留在对应于聚积电极12b的聚积区11b中。在这点上，为了在距离运算电路5中根据接收光输出确定距离，通过考虑聚积区11b中空穴的聚积效率“α“(0＜α＜1)和电子与空穴的重新结合概率“β”(0＜β＜1)，来修改方程(1)。不管电子或空穴，聚积电压“Va”和施加周期“Pa”是相同的条件。

如第一实施例的情况下那样考虑，关于对应于聚积电极12a的聚积区11b，当接收光量为“A0”和“A1”时，聚积在聚积区11b中的电子数(N0，N1)分别用方程N0＝h(A0)和N1＝h(A1)表示。另外，当接收光量为“A2”和“A3”时，聚积在聚积区11b中的空穴数(N2，N3)分别用方程N2＝αh(A2)和N3＝αh(A3)表示。另一方面，由于电子和空穴之间的关系在对应于聚积电极12b的聚积区11b中变反，所以空穴的数目由“N0”和“N1”提供，并且电子的数目由“N2”和“N3”提供。因此，获得N0＝αh(A0)，N1＝αh(A1)，N2＝h(A2)以及N3＝h(A3)。

另外，关于对应于聚积电极12a的聚积区11b和对应于保持电极13a的保持区11c，电子和空穴的重新结合过程之后余留的电子数用(N0-βN2)和(N1-βN3)表示。另一方面，关于对应于聚积电极12b的聚积区11b和对应于保持电极13b的保持区11c，它们用(N2-βN0)和(N3-βN1)表示。因此，关于聚积电极12a和保持电极13a的组合，电子和空穴的重新结合过程之后余留的电子数用以下方程表达。

N0-βN2＝h(A0)-αβh(A2)...(a)

N1-βN3＝h(A1)-αβh(A3)...(b)

另外，关于聚积电极12b和保持电极13b的组合，电子和空穴的重新结合过程之后余留的电子数用以下方程表达。

N2-βN0＝h(A2)-αβh(A0)...(c)

N3-βN1＝h(A3)-αβh(A1)...(d)

亦即，对应于(a)、(b)、(c)和(d)的四个输出被获得作为接收光输出。通过确定(a)-(c)和(b)-(d)，获得以下方程。

(N0-βN2)-(N2-βN0)＝(1+β)(N0-N2)

＝{h(A0)-αβh(A2)}-{h(A2)-αβh(A0)}

＝(1+αβ)[h(A0)-h(A2)}...(e)

(N1-βN3)-(N3-βN1)＝(1+β)(N1-N3)

＝{h(A1)-αβh(A3)}-{h(A3)-αβh(A1)}

＝(1+αβ)[h(A1)-h(A3)}...(f)

当函数“h”被认为是线性函数时，获得(e)/(f)＝(A0-A2)/(A1-A3)。结果，根据这个实施例，在不用补偿的情况下通过使用四个输出能够确定方程(1)中使用的(A0-A2)/(A1-A3)。

能将上述过程简短总结如下。关于根据调制信号的相位限定的四个部分中的两个，它们彼此相差180度，在重复聚积和保持电子的操作之后，将接收光输出从对应于保持电极13a的保持区11c取出以获得等效于(a)和(c)的输出。这些输出之间的差由距离运算电路5确定。接着，关于与根据调制信号的相位限定的四个部分中的上述两个部分不同的两个部分，在聚积和保持电子的操作被重复之后，将接收光输出从对应于聚积电极12b的聚积区11b取出，以获得等效于(b)和(d)的输出。这些输出之间的差由距离运算电路5确定。当如此获得的两个差值中的一个除以另一个时，除的结果对应于方程(1)的(A0-A2)/(A1-A3)，因此能够确定相位差“Ψ”。简而言之，根据这个实施例，通过使用对应于保持电极13a的保持区11c中聚积的电子量和对应于聚积电极12b的聚积区11b中聚积的电子量之间的差，能够消除聚积效率“α”和重新结合概率“β”的影响，并且确定相位差“Ψ”。

在本实施例中，保持电极(13a，13b)被光屏蔽膜15覆盖，以便没有光在对应于光电转换部分1的每一个中形成的两个保持电极(13a，13b)的保持区11c上入射。可选择地，可以使用用于光电转换部分1的具有多个透镜19a的透镜阵列19，如图8所示。透镜阵列19能够通过用合成树脂整体地模制透镜来形成。可选择地，借助于透镜框可以支撑分开形成的透镜。透镜19a中的每一个为凸面透镜(plane-convex len)，其具有配置成凸形的光入射表面。另外，布置透镜19a，使得透镜之间的边界与光电转换部分1之间的边界一致。

透镜19a为会聚透镜。如图8中的箭头所示，它具有允许入射光会聚在光电转换部分1的中心部分的功能。通过这种功能，能够防止光在保持电极(13a，13b)上入射。亦即，如形成光屏蔽膜15的情况那样，能够防止光在对应于保持电极(13a，13b)的保持区11c上入射。另外，由于对应于光电转换部分1的整个表面的区域上入射的光会聚、并且前进到光敏部分11a中，所以与形成光屏蔽膜15的情况相比，能够增加孔径比并且增强光利用的效率。

(第三实施例)

在第二实施例中，因为间隙“g”变得较宽，所以电子和空穴能够容易被分开。在通过布置多个光电转换部分1来形成光电检测器6并且主功能层11还被用作垂直传送晶体管的情况下，由于通过控制借助于聚积电极(12a，12b)和保持电极(13a，13b)而在主功能层11中形成的势阱来传送载流子(电子或空穴)，所以存在这样的担心：当间隙“g”过度增加时，不能在间隙“g”的部分形成用于传送载流子的势阱。

如图9A所示，本实施例通过在聚积电极(12a，12b)之间形成传送电极22来表征。在这种情况下，存在这样的优点：通过增加聚积电极(12a，12b)之间的距离，使电子和空穴易于分开，并且也使传送保持区11c中的余留电子和空穴容易。

在这种配置中，在将电子和空穴聚积在保持区11c中的周期期间，通过不向传送电极22施加传送电压，即，将传送电极保持在0V，宽度比传送电极22的宽度大的间隙“g”能够被形成在聚积电极(12a，12b)之间。另外，当传送保持区11c中聚积的载流子时，使用传送电极22以及聚积电极(12a，12b)和保持电极(13a，13b)。亦即，通过在适当的时序施加传送电压，势阱能够被形成在主功能层11中以增强载流子移动性。

在光电检测器6中，在垂直方向上、在相邻光电转换部分1之间提供用于抑制载流子从保持区11c泄漏的区域。当传送电极23被添加到对应于该区域的部分时，使得能够在垂直方向上、在相邻光电转换部分1之间分开电子和空穴，并且还形成势阱，用于在传送载流子时增强载流子的移动性。在这种配置中，对于1个组(1个象素)使用了6个电极：聚积电极(12a，12b)、保持电极(13a，13b)以及传送电极(22，23)。简而言之，形成了多个组，在所述多个组的每一个中，主功能层11由聚积电极(12a，12b)和保持电极(13a，13b)共享，并且传送电极(22，23)分别被布置在每个组中的相邻聚积电极(12a，12b)之间以及相邻组的保持电极(13a，13b)之间。

顺便提及，在上述情况下，在聚积区11b中空穴的聚积效率比电子的聚积效率小。如第二实施例中讨论的那样，当两个聚积电极(12a，12b)和两个保持电极(13a，13b)被形成在光电转换部分1的每一个中、并且使用对应于这个光电转换部分1的接收光输出时，聚积效率“α”和重新结合概率“β”的影响能够被消除以确定距离。然而，当空穴的聚积效率极其小于电子的聚积效率时，不能充分获得通过使用电子和空穴的重新结合带来的效果。因此，在这样的情况下，通过在将电子和空穴聚积在聚积区11b中的周期中向传送电极22施加适当的电压，可以增加空穴的聚积效率。

亦即，当向聚积电极12a(或12b)施加负聚积电压、并且向聚积电极12b(或12a)施加正聚积电压时，将绝对值比施加到聚积电极12a(或12b)的聚积电压小的负电压施加到传送电极22。当不施加电压而将传送电极22保持在0V时，这对空穴的聚积不做出贡献。然而，通过向传送电极22施加具有适当量值的负电压，光敏部分11a处生成的空穴能被聚积在对应于传送电极22的区域以及对应于聚积电极12a(或12b)的聚积区11b处形成的势阱中，如图9B所示。由于对应于传送电极22的势阱比用作用于空穴的聚积区11b的势阱浅，所以对应于传送电极22的势阱中聚积的空穴流入到聚积区11b中。因此，与仅使用聚积电极12a(或12b)的情况相比，大量的空穴能被聚积在聚积区11b中。在上述情况下，它是基于空穴的聚积效率小于电子的聚积效率的假设下。相反，当电子的聚积效率小于空穴的聚积效率时，具有适当量值的正电压可以被施加到传送电极22，以使用用于电子聚积的传送电极22。其它配置和操作与第二实施例相同。

(第四实施例)

如图10和11所示，本实施例通过以下来表征：相邻于光电转换部分1形成丢弃电极17，并且控制向丢弃电极17施加的丢弃电压，以丢弃余留在光电转换部分1中的电子和空穴。

当将多个光电转换部分1布置成平面内的矩阵时，沿着垂直和水平方向中的一个延伸的丢弃电极17被放置在垂直和水平方向中的另一个上的相邻光电转换部分1之间。例如，如图10所示，当使用主功能层11作为垂直传送电阻器时，聚积电极(12a，12b)、保持电极(13a，13b)和传送电极(22，23)被布置在垂直方向上(图10中的纵向方向)，并且丢弃电极17被形成以沿着相邻列之间的垂直方向延伸，在所述列的每一个中，光电转换部分1布置在垂直方向上。换言之，丢弃电极17被形成在光电转换部分1的表面上，以便在与配置成矩形形状的聚积电极(12a，12b)和保持电极(13a，13b)的长度方向正交的方向上，以与聚积电极和保持电极中的每一个相距基本上相等的距离而延伸。在这种配置中，载流子被从垂直传送电阻器(即，主功能层11)的一端送到水平传送电阻器21，其与垂直传送电阻器合作构建了电荷排出部分7。在图10中，每个由聚积电极(12a，12b)、保持电极(13a，13b)和传送电极(22，23)形成的4个垂直列在水平方向上相互隔开。可选择地，水平方向上布置的4个电极可以被整体地形成，而不用形成4个垂直列。

将丢弃电极17形成在距离由n型半导体层提供的主功能层11的一般表面有预定的深度(2到3μm)的区域中。在主功能层11和丢弃电极17之间形成欧姆结。通过向丢弃电极17施加正或负的丢弃电压，通过丢弃电极17从主功能层11能够丢弃余留在主功能层11中的不想要的电子和空穴。另外，当将丢弃电极17保持在0V而不施加电压时，能够防止电子或空穴在聚积区11b之间或者在保持区11c之间混合，其被形成在水平方向上的相邻主功能层11中。结果，丢弃电极17能够对改善光电转换部分1的电荷分离特性做出贡献。亦即，丢弃电极17起到了分离电极的作用，以便将光电转换部分1在水平方向上相互分离。考虑到确实地丢弃余留在主功能层11中的载流子(具体为空穴)并且防止在光电转换部分1之间载流子的泄漏，来确定丢弃电极17的深度。可选择地，通过为了将光电转换部分1相互分开的目而形成导电材料的分离电极来代替形成丢弃电极17，可以经由基底10和中间层16丢弃余留在主功能层11中的电子和空穴。

当借助于丢弃电极17丢弃余留在主功能层11中的电子和空穴时，将极性取决于要被丢弃的载流子的种类来确定的丢弃电压施加到丢弃电极17。例如，假定电子余留在对应于保持电极13a的保持区11c中，并且空穴余留在对应于聚积电极12a的聚积区11b中。如第一实施例的情况下那样，需要预先丢弃余留在主功能层11中的不想要的空穴。在将负的丢弃电压首先施加到丢弃电极17以丢弃空穴之后，将正的丢弃电压施加到丢弃电极17以丢弃不想要的电子。具体而言，当将负的丢弃电压施加到丢弃电极17时，余留在对应于聚积电极12a的聚积区11b中的空穴被丢弃。随后，当将正的丢弃电压施加到丢弃电极17时，余留在对应于保持电极13a的保持区11c中的电子被丢弃。不用说，当基底10的导电类型为n型时，这种配置可用。另外，即使当基底10的导电类型为p型，并且载流子不能经由基底10被丢弃时，余留在主功能层11中的载流子也能够经由丢弃电极17被丢弃。

因此，由于余留在光电转换部分中的电子和空穴两者都能够通过使用丢弃电极17来丢弃，所以通过去除余留在光电转换部分中的不想要的载流子，关于预期周期中的接收光量，能够抑制从光电转换部分排出的接收光输出的误差。另外，当作为分离电极起作用时，能够防止电子和空穴在相邻列之间混合，因此改善了列之间的分离特性。

另外，为了改善水平方向上相邻光电转换部分1之间的分离特性，绝缘隔离物18可以被形成在相邻光电转换部分1之间而代替丢弃电极17，如图12所示。绝缘隔离物18由绝缘材料的氧化硅层(SiO₂)形成，并且与绝缘层14整体地形成。绝缘隔离物18的目的是要防止载流子在水平方向上在相邻光电转换部分1之间泄漏。因此，距离绝缘隔离物18的一般表面的深度由保持区11c的深度确定，并且例如该深度能够被设置为2到3μm。在形成绝缘隔离物18的情况下，用于丢弃佘留在主功能层11中的载流子的电极被分开地形成。例如，当溢漏(overflow drain)被形成在构造光电检测器6的半导体基底的周围时，如传统CCD图像传感器的情况那样，载流子能够经由溢漏而丢弃。

在附图中，示出了有关光电检测器6，其中主功能层11被用作垂直传送电阻器。可选择地，垂直传送电阻器可以与主功能层11分开地被形成，以通过传送门将载流子从主功能层11送到垂直传送电阻器。在这种配置中，除了主功能层11的每一个中形成传送门的部分之外的部分可以用丢弃电极17或绝缘隔离物18围绕。

(第五实施例)

如图13所示，本实施例的特征在于通过形成两个控制电极(24a，24b)来代替在第三实施例中说明的传送电极22的，以及两个控制电极(25a，25b)来代替传送电极23。

亦即，关于一个光电转换部分1，本实施例使用两个聚积电极(12a，12b)、两个保持电极(13a，13b)、两个控制电极(24a，24b)以及两个控制电极(25a，25b)。简而言之，这8个电极被用于一个象素。在附图中，这些电极等距离地相互隔。在一个光电转换部分1中，将对光透明的控制电极(24a，24b)布置在相邻聚积电极(12a，12b)之间。另外，将被光屏蔽膜15覆盖的控制电极(25a，25b)布置在相邻两个光电转换部分1的保持电极(13a，13b)之间。

参考图14A到14H来说明这个实施例的操作。这些附图示出了通过向控制电极25a、保持电极13a、聚积电极12a、控制电极24a、控制电极24b、聚积电极12b、保持电极13b和控制电极25b施加电压形成的势阱中的每一个的深度变化。在附图的每一个中，中心水平线指示势阱未被形成的状态。中心水平线的下方指示形成了用于电子的势阱的状态。中心水平线的上方指示形成了用于空穴的势阱的状态。换言之，当中心水平线为基准电位时，形成用于电子的势阱的持续时间对应于施加正电压的周期，而形成用于空穴的势阱的持续时间对应于施加负电压的周期。

如从图14A到14H清楚理解的那样，向聚积电极(12a，12b)施加的聚积电压中的每一个，以及向保持电极(13a，13b)施加的保持电压中的每一个，能够在正电位、负电位和基准电位中的三个等级中被切换。另一方面，控制电极(24a，24b，25a，25b)中的每一个能够在正电位、高负电位、低负电位和基准电位中的四个等级中被切换。在附图中，“e”指示电子，而“h”指示空穴。另外，电子和空穴的移动用箭头示出。其中“e”或“h”的圆圈示出了从光敏部分11a聚积的电子或空穴。

如第一实施例中所述，作为基本操作，重复进行发光源2的光照和消光，并且根据光照周期“Pb”和消光周期“Pd”中获得的接收光量之间的差，获得接收光输出。在本实施例中，聚积周期“Tc1”和传送周期“Tm1”对应于光照周期“Pb”，而聚积周期“Tc2”和传送周期“Tm2”对应于消光周期“Pd”。在第一到第四实施例的基本操作中，重要的是，将在光照周期“Pb”和消光周期“Pd”之间切换的时序与在聚积电压和保持电压之间切换的时序相匹配，如图3所示。这意味着只有用于聚积周期“Tc1”和“Tc2”的操作被执行。在这个实施例的操作中，它是通过在聚积周期(Tc1，Tc2)之间设置传送周期(Tm1，Tm2)来表征的。在这种情况下，电子或空穴的扩散能够通过在传送周期(Tm1，Tm2)在聚积区11b和保持区11c之间生成电位梯度来阻止，并且控制电子或空穴的移动方向。亦即，通过在传送周期(Tm1，Tm2)向控制电极(24a，24b，25a，25b)施加适当的电压，能够在主功能层11中的对应于控制电极(24a，24b，25a，25b)的部分处形成疏散区。在电子或空穴被临时保持在疏散区中后，它们被传送到聚积区11b或保持区11c。因此，在使聚积电压和保持电压的极性反转的时序，能够组织电子或空穴的扩散。

以下是进一步详细的说明。在图14A到14H的操作中，存在由向聚积电极(12a，12b)施加的聚积电压、向保持电极(13a，13b)施加的保持电压和向控制电极(24a，24b，25a，25b)施加的电压的不同组合提供的10种状态。施加这些电压的时序由控制电路4控制，以便10种状态呈现一个周期(循环)。为了将这10种状态彼此区分开，在图14A到14H中使用了附图标记“1”到“10”。将10种状态的每一种中的电压变化列在表1中。在表1中，电压用“+2V”、“+V”、“0”、“-V”和“-2V”按五级示出。“0”为基准电位，并且有“+2V”＞“+V”＞“0”＞“-V”＞“-2V”的关系。

表1

STATE	25a	13a	12a	24a	24b	12b	13b	25b
									1	-V	+2V	+2V	-V	-V	-2V	+2V	-V
2	+2V	+2V	+2V	-2V	+2V	-2V	+2V	-2V
									3	+2V	0	0	-2V	+2V	0	0	-2V
4	+2V	+2V	-2V	-2V	+2V	+2V	-2V	-2V
									5	-V	+2V	-2V	-V	-V	+2V	-2V	-V
6	-V	+2V	-2V	-V	-V	+2V	-2V	-V
									7	-2V	+2V	-2V	+2V	-2V	+2V	-2V	+2V
8	-2V	0	0	+2V	-2V	0	0	+2V
									9	-2V	-2V	+2V	+2V	-2V	-2V	+2V	+2V
10	-V	-2V	+2V	-V	-V	-2V	+2V	-V

状态“1”对应于聚积周期“Tc1”，而状态“6”对应于聚积周期“Tc2”。在聚积周期“Tc1”和“Tc2”的每一个中，光敏部分11a中生成的电子或空穴被聚积在聚积区11b中，并且将在聚积周期“Tc1”和“Tc2”之前被传送到保持区11c的电子或空穴保持在保持区11c中。用于聚积周期“Tc1”和“Tc2”的操作基本上与第一到第四实施例相同。

状态“2”到“5”对应于传送周期“Tm1”，而状态“6”到“9”对应于传送周期“Tm2”。在传送周期“Tm1”和“Tm2”的每一个中，聚积电压和保持电压的极性被切换。在这点上，基准电位的状态(“3”，“8”)临时存在于两个极性之间。在聚积电压和保持电压变成基准电位的状态(“3”，“8”)中，势阱在对应于控制电极(24a，24b，25a，25b)的区域处被形成为疏散区，并且电位梯度被赋予主功能层11，以便电子或空穴分别从对应于聚积电极(12a，12b)的聚积区11b被传送到对应于控制电极(25b，25a)的疏散区，并且电子或空穴分别从对应于保持电极(13a，13b)的保持区11c被传送到对应于控制电极(24a，24b)的疏散区。由于存在于聚积区11b中的载流子与存在于保持区11c中的载流子不同(当一种为电子时，另一种为空穴)，所以电子和空穴能够通过将电子或空穴传送到疏散区来重新结合。亦即，在另一实施例中，电子和空穴的重新结合主要在聚积电压和保持电压的极性被切换之后被执行。在本实施例中，重新结合能够在切换聚积电压和保持电压的极性时以及聚积电压和保持电压的极性被切换之后被执行。亦即，由于当聚积电压和保持电压转变基准电位时，电子和空穴被传送到疏散区一次，所以电子和空穴能够在传送操作期间被重新结合。在图14A到14H中，这个传送操作通过箭头交叉的部分来示出。另外，如别的实施例的情况那样，聚积区11b和保持区11c处的主功能层11的表面中捕捉的电子或空穴能够与从聚积区11b和保持区11c移动的电子和空穴重新结合。

总之，在传送周期“Tm1”和“Tm2”之内，电子从保持电子的保持区11c和聚积区11b中的一个向位于相对于保持空穴的区域的相对侧的疏散区移动。到达疏散区而没有与空穴重新结合的电子进一步移动到与保持电子的保持区11c和聚积区11b中的一个不同的区域，以便它们与余留在前述区域中的空穴重新结合。类似地，空穴从保持空穴的保持区11c和聚积区11b中的一个向位于相对于保持电子的区域的相对侧的疏散区移动。到达疏散区而没有与电子重新结合的空穴进一步移动到与保持空穴的保持区11c和聚积区11b中的一个不同的区域，以便它们与余留在前述区域中的电子重新结合。根据这些操作，当聚积电压和保持电压变为基准电位时，换言之，当聚积电压和保持电压的极性被切换时，电位梯度被给出，以便电子或空穴通过聚积区11b或保持区11c向疏散区移动，而没有不想要的电子和空穴的扩散，并且随后电子或空穴被拉回到短时间以前刚刚经过的聚积区11b或保持区11c。

传送周期(“Tm1”，“Tm2”)中的状态(“2”，“7”)是切换聚积电压和保持电压的极性之前的准备周期。通过在状态“2”和“7”准备疏散区，能够赋予电位梯度给主功能层11，并且防止电子和空穴的扩散。在图14A到14H中，10种状态“1”到“10”中的对应于聚积周期(“Tc1”，“Tc2”)的状态(“1”，“6”)被设置得时间长于其它状态，以在聚积区11b中收集更大量的电子和空穴。另外，仅通过颠倒涉及电子和空穴的状态，状态“1”到“5”和状态“6”到“10”不同。因此，两者基于相同的原理。

因此，根据本实施例，当聚积电压和保持电压变为基准电位(状态“3”、“8”)时，在相邻的聚积区11b和保持区11c位于两个疏散区之间的条件下，电位梯度在两个疏散区之间产生，以便防止电子和空穴的扩散。因此，能够防止电子和空穴在相邻光电转换部分1之间混合的情形，并且改善了光电转换部分1的分离特性。此外，在当前的配置中，当取出重新结合过程之后余留的电子作为接收光输出时，控制电极(24a，24b，25a，25b)以及聚积电极(12a，12b)和保持电极(13a，13b)能够用于电子传送。其它配置和操作与别的实施例相同。

如从图14A到14H所示的操作中清楚地理解的那样，构造一个象素的八个电极被提供有聚积电极12a、保持电极13a和控制电极(24a，25a)的组合以及聚积电极12b、保持电极13b和控制电极(24b，25b)的组合。由于电子和空穴在组合的每一个中的四个电极中移动，所以不存在电子和空穴向各个组合的外面的泄漏。因此，能够防止电子和空穴从组合中的一个混合到另一个组合中。上述关于电压控制的说明仅仅是例子。在电子和空穴在切换聚积电压和保持电压时被传送到疏散区并且然后从疏散区被传送到聚积区11b和保持区11c的条件下，别的操作是可用的。另外，上述说明是基于这样的情况，即，关于一对聚积电极(12a，12b)和一对保持电极(13a，13b)，使用两对控制电极(24a，24b，25a，25b)。可选择地，关于聚积电极(12a，12b)和保持电极(13a，13b)，可以只使用两个控制电极。亦即，即使当使用与具有两个传送电极22、23的第三实施例相同的配置时，电压也能够被控制，以便电子和空穴在切换聚积电压和保持电压时被传送到疏散区。

(第六实施例)

在这个实施例的光电检测器中，如图15所示，n型硅层的主功能层11通过p型硅层的中间层16被形成在n型硅层的基底10上，并且氧化硅膜的绝缘层14被形成在主功能层11上。另外，多个分布电极32a和32b通过绝缘层14以面对的方式形成在主功能层11的一般表面上。亦即，彼此相邻地布置两个分布电极32a、32b。因此，一个光电转换部分1具有一对分布电极32a、32b。一个光电转换部分1的基底10、主功能层11、绝缘层14和中间层16与其它光电转换部分1共享。

当将分布电压施加到分布电极(32a，32b)时，在主功能层11中形成势阱(31a，31b)。另外，分布电极(32a，32b)和绝缘层14具有半透明性。因此，光能够通过分布电极(32a，32b)到达主功能层11。

当光被入射在光电转换部分1上时，生成电子和空穴。当将适当的电压施加到分布电极(32a，32b)时，光电转换部分1中生成的电子和空穴被聚积在势阱(31a，31b)中，其被形成在主功能层11中的对应于分布电极(32a，32b)的区域处。在这点上，一个组中的分布电极(32a，32b)之间的距离以及分布电压的量值被如此设置，以便电子和空穴能够在势阱(31a，31b)之间被移动。

为了获得对应于光电转换部分1上入射的光量的接收光输出，在光电转换部分1中生成电子和空穴的周期中向基底10施加的基底电压和向中间层16施加的复位电压与第一实施例相同，因此省略重复的说明。

向分布电极(32a，32b)施加的分布电压中的每一个能够在正和负值之间的两个等级中被切换。当分布电压中的每一个为正值时，能够在势阱(31a，31b)中收集电子。当分布电压中的每一个为负值时，能够在势阱(31a，31b)中收集空穴。在本实施例中，光电转换部分1中生成的载流子(电子和空穴)中的至少一种被用作接收光输出。

接着，当向分布电极32a施加的分布电压为正值、并且向分布电极32b施加的分布电压为负值时，电子被聚积在对应于放电电极32a的势阱31a中，而空穴被聚积在对应于放电电极32b的势阱31b中。亦即，光电转换部分1中同时生成的电子和空穴被分开地聚积在势阱(31a，31b)中。

在电子被聚积在势阱31a中并且空穴被聚积在势阱31b中后，向分布电极(32a，32b)中的每一个施加的分布电压的极性被切换，以便电子向势阱31b传送，而空穴向势阱31a传送。此时，传送的电子和空穴与各个势阱(31a，31b)的自由键(或界面势)所捕捉的电子和空穴重新结合。另外，电子和空穴在向各个势阱传送的过程中被重新结合。因此，传送之后余留在势阱(31a，31b)中的电子和空穴的数目小于传送之前聚积在势阱(31a，31b)中的电子和空穴的数目。在这点上，由于没有进行光屏蔽，所以在将电子和空穴向势阱传送的过程中，主功能层11中生成的电子和空穴也被聚积在势阱(31a，31b)中。

在传送电子和空穴进行多次之后，希望的载流子，即，电子和空穴中的一种，被取出作为接收光输出。此时，载流子的数目变得小于简单地输出聚积的载流子的情况。结果，饱和难以在光电转换部分1中发生。另外，电子和空穴的重新结合概率通常取决于电子和空穴的密度，并且当密度增加时，重新结合概率变得较高。因此，当密度由于接收光量减少而低时，重新结合难以发生，并且余留的电子和空穴相对于主功能层11等中生成的电子和空穴的比率增加。相反地，当密度由于接收光量增加而高时，重新结合易于发生，并且余留的电子和空穴相对于主功能层11等中生成的电子和空穴的比率减少。亦即，由于接收光输出的动态范围相对于接收光量的动态范围被抑制，所以饱和难以在光电转换部分1中发生的优点是期待的。另外，由于接收光量的差造成的散粒噪声被抑制，所以与接收光输出被取出而没有重新结合过程的情况相比，可以通过减少散粒噪声的影响缩短集成时间(光接收时间)，并且改善响应速度。

接着，说明光电转换部分1的基本操作。取决于光电转换部分1上入射的光量而在光电转换部分1中同时生成的电子和空穴被分开地聚积在两个势阱(31a，31b)中。在聚积的电子和空穴被重新结合后，未被重新结合的余留电子和空穴中的至少一种被取出作为接收光输出。在这点上，当预期的光在光电转换部分1上入射之前电子和空穴就存在于光电转换部分1中时，不想要的分量被包括在从光电转换部分1取出的接收光输出中。这意味着，从光电转换部分1获得的接收光输出并不对应于光电转换部分1接收的光量。因此，在预期的电子和空穴被聚积在势阱(31a，31b)中之前，首先丢弃存在于光电转换部分1中的不想要的电子和空穴。这种电荷丢弃处理能够如第一实施例的情况下那样进行，因此省略重复的说明。

在光电转换部分1被复位之后，将正的分布电压施加到分布电极32a以将电子聚积在势阱31a中，并且同时将负的分布电压施加到分布电极32b以将空穴聚积在势阱31b中。通过光的照射，在光电转换部分1中生成电子和空穴。在这种情况下，由于向分布电极32a施加的分布电压为正值，并且向分布电极32b施加的分布电压为负值，所以在主功能层11中从势阱31a向中间层16产生电位梯度，并且同时在主功能层11中从中间层16向势阱31b产生电位梯度。因此，光电转换部分1中生成的电子被聚积在势阱31a中，而光电转换部分1中生成的空穴被聚积在势阱31b中。另外，此时，从势阱31a向势阱31b产生电位梯度。当空穴存在于势阱31a中时，它们被传送到势阱31b。当电子存在于势阱31b中时，它们被传送到势阱31a。

在电子被聚积在势阱31a中后，在复位电压被保持在地电位的条件下，向分布电极32a施加的分布电压被设置为负值，而向分布电极32b施加的分布电压被设置为正值。此时，在主功能层11中从中间层16向势阱31a产生电位梯度，并且同时在主功能层11中从势阱31b向中间层16产生电位梯度。亦即，光电转换部分1中生成的电子被聚积在势阱31b中，而光电转换部分1中生成的空穴被聚积势阱31a中。另外，此时，由于从势阱31b向势阱31a产生电位梯度，所以势阱31a中聚积的电子被传送到势阱31b，而势阱31b中聚积的空穴被传送到势阱31a。在这点上，由于电子中的一些被势阱31a的表面部分处的自由键或界面势捕捉，所以它们不能被传送。类似地，由于空穴中的一些被势阱31b的表面部分处的自由键或界面势捕捉，所以它们不能被传送。这些未被传送的电子和空穴与势阱(31a，31b)中聚积的电子和空穴或者向势阱(31a，31b)传送的电子和空穴重新结合。另外，由于在势阱(31a，31b)之间传送电子和空穴的过程中，电子和空穴以高密度的方式在彼此相反的方向上移动，所以电子和空穴的重新结合概率变得较高。结果，电子和空穴的部分通过传送过程中的重新结合而被抵消。

随后，当向分布电极(32a，32b)中的每一个施加的分布电压的极性被切换时(即，向分布电极32a施加的分布电压被设置为正值，而向分布电极32b施加的分布电压被设置为负值)，使复位状态恢复。此时，在主功能层11中从势阱31a向中间层16产生电位梯度，并且同时在主功能层11中从中间层16向势阱31b产生电位梯度。结果，从势阱31a向势阱31b产生电位梯度。在这种情况下，光电转换部分1中生成的电子被聚积在势阱31a中，而光电转换部分1中生成的空穴被聚积在势阱31b中。另外，势阱31a中聚积的空穴被传送到势阱31b，并且势阱31b中聚积的电子被传送到势阱31a。此外，势阱(31a，31b)中捕捉的电子和空穴能够与势阱(31a，31b)中聚积的电子和空穴或者向势阱(31a，31b)传送的电子和空穴重新结合。进而，电子和空穴中的一些通过传送过程中的重新结合而被抵消。

即使当将向分布电极(32a，32b)中的每一个施加的分布电压的极性切换一次时，光电转换部分1中生成的电子和空穴的部分也能够被抵消。另一方面，当一次聚积在势阱(31a，31b)中的空穴的数目下降(即，聚积周期被缩短)时，光电转换部分1的饱和难以发生。因此，希望缩短聚积周期，并且将切换分布电压极性的操作执行多次。另外，当切换分布电压的极性仅一次时，电子与空穴偶遇的概率由于电子和空穴的低密度而变低。通过切换分布电压的极性多次，能够增加电子和空穴的密度，并且提高重新结合概率。

顺便提及，为了在根据上述操作使电子与空穴重新结合之后从光电转换部分1中取出未被重新结合的余留在势阱31b中的电子，通过调节向分布电极(32a，32b)施加的电压来控制主功能层11中形成的势阱(31a，31b)，以便传送势阱31b中保持的电子。亦即，通过使用主功能层11和分布电极(32a，32b)，能够在图1中的左和右方向的一个上传送电子，如传统CCD的情况那样。

如上所述，需要设置光接收周期，其中，通过重复发光源2的光照和消光并且重新结合电子和空穴，允许对应于信号光的电子和空穴的量保留在势阱(31a，31b)中，以及需要设置排出周期，其中，余留在势阱(31a，31b)中的电子和空穴中的至少一种被从光电转换部分1取出。用于这些周期的电压控制已经在第一实施例中说明，因此省略重复的说明。在使用与行间CCD图像传感器相同的配置的情况下，两列垂直传送电阻器可以被用于分开地传送电子和空穴。势阱(31a，31b)的每一个中保持的载流子可以被分开地向各个垂直传送电阻器传送。在这种配置中，还希望分开地形成用于电子和空穴的水平传送电阻器。

在具有相反极性的电压被同时施加到分布电极(32a，32b)的本实施例中，传送电极可以被布置在分布电极(32a，32b)之间，如上述实施例所述。在这种情况下，存在下述优点：通过增加分布电极之间的距离，易于将电子和空穴彼此分开，并且能够容易地传送余留在势阱(31a，31b)中的电子和空穴。另外，通过以与图10相同的配置形成丢弃电极，余留在光电转换部分中的电子和空穴能够被丢弃。此外，如上所述，绝缘隔离物可以被形成在适当的部分处，或者控制电极可以被形成，使得分布电极(32a，32b)置于控制电极之间。

在上述实施例中，关于主功能层11为n型、中间层16为p型并且基底10为n型的情况进行了说明。然而，它们的导电类型可以改变，只要上述控制是可操作的。另外，关于电子被用作接收光输出的情况进行了说明。然而，空穴可以被用作接收光输出。可选择地，电子和空穴两者能够被用作接收光输出。在图2的配置中，重新结合概率事实上不为1。在聚积电极和保持电极被控制以重新结合电子和空穴之后，电子和空穴两者余留，而不仅仅是电子和空穴中的一种余留。

例如，当电子在光照周期“Pb”中主要被聚积在聚积区11b中，而空穴在消光周期“Pd”中主要被聚积在聚积区11b中时，可以认为，对应于光照周期“Pb”中的接收光量的电子数和对应于消光周期“Pd”中的接收光量的空穴数通过重新结合而被均匀地抵消。另外，当光照周期“Pb”中聚积的电子数为“Ne”，消光周期“Pd”中聚积的空穴数为“Nh”，并且通过单一重新结合步骤抵消的电子或空穴的数目为“Nd”时，单一重新结合步骤之后余留的电子和空穴的数目用(Ne-Nd)或(Nh-Nd)表示。因此，通过使用电子或空穴作为接收光输出，与使用它们而没有重新结合的情况相比，能够抑制光电检测器6的饱和。

另外，当聚积电子的周期是对应于图4和5中所示的接收光量(A0或A1)的周期，并且聚积空穴的周期是对应于接收光量(A2或A3)的周期时，重新结合过程之后余留的电子数能够通过从对应于接收光量(A0或A1)的数“NE”减去与“Nd”成比例的某个数“ND”来确定，并且类似地，重新结合过程之后余留的空穴数能够通过从对应于接收光量(A2或A3)的数“NH”减去与“Nd”成比例的某个数“ND”来确定。亦即，当重新结合过程之后余留的电子和空穴被取出作为接收光输出然后进行减法时，获得(NE-ND)-(NH-ND)。由于(NE-ND)-(NH-ND)＝NE-NH，所以，能够确定A0-A2或A1-A3。这种运算基于电子和空穴的聚积效率彼此相等的假定。因此，当聚积效率不同时，需要对运算进行适当的补偿。另外，由于电子与空穴极性不同，所以光电检测器6的输出中对应于电子或空穴的接收光输出的极性被反转，或者从光电检测器6获得的两个接收光输出在外部电路(例如，距离运算电路5)中相加，用于进行(A0-A2)或(A1-A3)的运算。

工业实用性

如从上述实施例中理解的那样，根据本发明，能够防止接收光输出通过环境光而饱和，并且抑制用信号光的动态范围的减少。因此，即使在比以前更强的环境光的条件下也能够检测信号光。具体地，能够提供空间信息检测装置，其有以高精度稳定地检测户外目标空间的信息的能力。因此，使本发明有望在包括犯罪预防系统的应用中广泛地使用。

Claims (19)

1.一种光电检测器，包括：

光电转换部分，其被配置成通过光的照射来生成电子和空穴；

第一电极和第二电极，其通过绝缘层被布置在所述光电转换部分上；

第一聚积区，其为通过向所述第一电极施加电压而在所述光电转换部分中形成的势阱，以便聚积通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的电子和空穴中的一种；

第二聚积区，其为通过向所述第二电极施加电压而形成在所述光电转换部分中的势阱，以便聚积通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的电子和空穴中的另一种；

控制单元，其被配置成控制将所述电压施加到所述电极的时序和所述电压的极性中的至少一个；以及

输出单元，其被配置成在通过在所述第一和第二聚积区之间传送所述电子和空穴来重新结合所述第一和第二聚积区中聚积的所述电子和空穴后，输出未被重新结合的余留电子和空穴中的至少一种。

2.如权利要求1所述的光电检测器，其中，所述控制单元控制将所述电压施加到所述第一和第二电极的时序以及所述电压的极性，以便通过光照射而在所述光电转换部分中生成的所述电子和空穴中的一种被聚积在所述第一聚积区中，而通过光照射在所述光电转换部分中在不同时间生成的所述电子和空穴中的另一种被聚积在所述第二聚积区中。

3.如权利要求1所述的光电检测器，其中，所述控制单元将具有相反极性的电压施加到所述第一和第二电极，以便通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的所述电子和空穴中的一种被聚积在所述第一聚积区中，而同时所述电子和空穴中的另一种被聚积在所述第二聚积区中。

4.如权利要求1所述的光电检测器，其中，所述控制单元在将所述电压施加到所述第一和第二电极以便电子被聚积在所述第一聚积区中并且空穴被聚积在所述第二聚积区中的状态和将所述电压施加到所述第一和第二电极以便空穴被聚积在所述第一聚积区中并且电子被聚积在所述第二聚积区中的状态之间切换，从而所述电子和空穴在所述第一聚积区和所述第二聚积区之间被重新结合。

5.如权利要求1所述的光电检测器，包括在所述第二电极上的光屏蔽膜，其中，所述控制单元控制将所述电压施加到所述第一和第二电极的时序以及所述电压的极性，以便电子和空穴中的一种被聚积在所述第一聚积区之后，它们被传送并被保持在所述第二聚积区中，并且电子和空穴中的另一种被聚积在所述第一聚积区中。

6.如权利要求1所述的光电检测器，包括透镜，用于允许入射光会聚在所述第一电极上。

7.如权利要求1所述的光电检测器，其中，所述第一电极通过一对第一电极提供，所述第二电极通过一对第二电极提供，并且将所述第一电极放置在所述第二电极之间。

8.如权利要求7所述的光电检测器，其中，所述第一电极之间的距离大于所述第一电极中的一个和与其相邻的所述第二电极之间的距离。

9.如权利要求1所述的光电检测器，其中，所述第一电极通过一对第一电极来提供，

所述第二电极通过一对第二电极来提供，

在所述第一电极之间和所述第二电极之间通过所述绝缘层在所述光电转换部分上形成传送电极，并且

所述控制单元控制向所述第一电极、所述第二电极和所述传送电极施加的电压，以便余留的电子和空穴中的至少一种被传送到所述输出单元。

10.如权利要求7所述的光电检测器，包括电荷丢弃电极，其被形成在所述光电转换部分的表面上，以便在与所述第一和第二电极的每个长度方向正交的方向上，以与所述第一和第二电极中的每一个相距基本相等的距离而延伸，其中，所述控制单元控制向所述电荷丢弃电极施加的电压，以从所述光电转换部分丢弃电子和空穴。

11.如权利要求1所述的光电检测器，其中，

所述第一电极通过一对第一电极来提供，

所述第二电极通过一对第二电极来提供，

至少一个控制电极在所述第一电极之间和/或在所述第二电极之间通过所述绝缘层被形成在所述光电转换部分上，并且

所述控制单元向所述控制电极施加电压以形成势阱的疏散区，以便电子和空穴经由该疏散区在所述第一聚积区和所述第二聚积区之间传送。

12.如权利要求11所述的光电检测器，其中，所述控制单元控制向所述第一电极、所述第二电极和所述控制电极施加的电压，以便在所述第一聚积区、所述第二聚积区和所述疏散区中的一定方向上产生电位梯度。

13.如权利要求1所述的光电检测器，包括控制电极，其中，所述第二电极被放置在所述第一电极和所述控制电极之间，并且所述控制单元将电压施加到所述控制电极以形成势阱的疏散区，从而使所述第一聚积区中聚积的所述电子和空穴中的一种经由所述疏散区传送到所述第二聚积区。

14.如权利要求1所述的光电检测器，其中，所述光电转换部分被提供有基底、形成在所述基底上的中间层以及形成在所述中间层上的主功能层，所述控制单元控制复位电压的极性，以便向所述中间层施加的复位电压相对于向所述基底施加的基底电压为反向偏压，从而经由所述基底和所述中间层中的一个丢弃所述光电转换部分中余留的电子和空穴。

15.一种使用如权利要求1所述的光电检测器的空间信息检测装置，所述装置包括：

光投射单元，其被配置成向目标空间照射通过具有预定频率的调制信号进行强度调制的光；

所述光电检测器，所述光电检测器的所述光电转换部分通过从所述目标空间接收所述光而生成电子和空穴，所述光电检测器的所述控制单元在将电压施加到所述第一和第二电极以便电子被聚积在所述第一聚积区中并且空穴被聚积在所述第二聚积区中的状态和将电压施加到所述第一和第二电极以便空穴被聚积在所述第一聚积区中并且电子被聚积在所述第二聚积区中的状态之间进行切换，从而在所述第一和第二聚积区之间重新结合所述电子和空穴，并且所述输出单元输出未被重新结合的余留电子和空穴中的至少一种；以及

估计单元，其被配置成根据所述光电检测器的输出来估计所述目标空间。

16.如权利要求15所述的空间信息检测装置，其中，每所述调制信号的相位的180度，所述控制单元在将所述电压施加到所述第一和第二电极以便电子被聚积在所述第一聚积区中并且空穴被聚积在所述第二聚积区中的状态和将所述电压施加到所述第一和第二电极以便空穴被聚积在所述第一聚积区中并且电子被聚积在所述第二聚积区中的状态之间进行交替切换，从而在所述第一和第二聚积区之间重新结合所述电子和空穴，以及

所述估计单元针对从四个部分中选择的两个组中的每一组确定在重新结合之后在所述第一聚积区中余留的电子和空穴中的一种提供的输出和通过重新结合之后在所述第二聚积区中余留的电子和空穴中的另一种提供的输出之间的差，其中所述四个部分中的每一个部分具有所述调制信号的180度的范围，并且以90度的相位差而彼此不同，所述两个组的每一组包括相位相差180度的两个部分，

所述估计单元被配置成根据针对所述两个组分别确定的所述差来估计所述目标空间。

17.如权利要求16所述的空间信息检测装置，其中，所述估计单元包括距离运算单元，其被配置成将通过在一个组中确定的所述差除以在另一个组中确定的所述差而获得的值转换成距离。

18.一种光电检测器，包括：

光电转换部分，其被配置成通过光的照射来生成电子和空穴；

电极，其通过绝缘层被布置在所述光电转换部分上；

电荷聚积区，其为通过将电压施加到所述电极而形成在所述光电转换部分中的势阱；

控制单元，其被配置成控制将所述电压施加到所述电极的时序和所述电压的极性，以便使通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的所述电子和空穴中的一种保持在所述电荷聚积区中的、所述光电转换部分和所述绝缘层之间的接触面部分，然后通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的所述电子和空穴中的另一种被聚积在所述电荷聚积区中，从而在所述接触面部分重新结合所述电子和空穴；以及

输出单元，其被配置成在所述重新结合之后输出未被重新结合的余留电子和空穴中的至少一种。

19.一种光电检测方法，包括以下步骤：

预备光电检测装置，该光电检测装置包括：光电转换部分，其被配置成通过光的照射来生成电子和空穴；以及一对电极，其通过绝缘层形成在所述光电转换部分上；

在第一聚积区中聚积通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的所述电子和空穴中的至少一种，所述第一聚积区为通过将电压施加到所述电极中的一个而在所述光电转换部分中形成的势阱；

在第二聚积区中聚积通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的所述电子和空穴中的另一种，所述第二聚积区为通过将电压施加到另一个电极而在所述光电转换部分中形成的势阱；

控制将所述电压施加到所述电极的时序和所述电压的极性，以便所述电子和空穴在所述第一和第二聚积区之间传送，以重新结合聚积在所述第一和第二聚积区中的所述电子和空穴，然后输出未被重新结合的余留电子和空穴中的至少一种。

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