CN101784911B - 固体摄像装置和距离图像测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固体摄像装置以及距离图像测量装置。在所述固体摄像装置中，一对第1栅极(IGR、IGL)以光感应区域(SA)和一对第1存储区域(AR、AL)之间的电势(ΦTX1、ΦTX2)交替地倾斜的方式设置于半导体基板(100)上；一对第2栅极(IGR、IGL)以控制分别介于第1存储区域(AR、AL)和第2存储区域(FDR、FDL)之间的第1势垒(ΦBG)的高度的方式设置于半导体基板(100)上，并随着由光检测元件检测的背景光的输出变高而使相对于载流子的第1势垒(ΦBG)的高度增加。

Description

固体摄像装置和距离图像测量装置
技术领域
本发明涉及固体摄像装置和距离图像测量装置。
背景技术
在下述专利文献1中公开了TOF(Time Of Flight)型的距离图像测量装置。该距离图像测量装置向对象物重复射出具有规定的脉冲宽度的探测光，通过测量从该探测光的出射时刻开始到返回时刻为止的期间，即通过测量探测光的飞行时间，来测量到对象物为止的三维距离图像。在该装置中，将探测光射出时的脉冲和返回时的脉冲之间的相位差作为飞行时间进行测量。
飞行时间的测量方法有，求取存储于形成在各像素内的多个存储区域的电荷量的比率的方法。在专利文献2中，电荷存储区域中的存储时刻不同。如果除去背景光成分，那么通过一个反射脉冲光的入射而在各存储区域内产生的电荷量的比率与飞行时间成比例。例如，与从探测光的脉冲的上升时刻到下降时刻为止的期间一致地设定一个存储区域中的存储时刻，并与从下降时刻到上升时刻为止的期间一致地设定另一个存储区域中的存储时刻。在该情况下，如果飞行时间为0，那么一个存储区域内的存储电荷量为100％，另一个存储区域内的存储电荷量为0％，到对象物为止的距离为0。由于随着飞行时间变长另一个存储区域内的存储电荷量的比率增加，因而根据电荷量的比率而求得到对象物为止的距离。
专利文献1：美国专利6373557号说明书
专利文献2：国际公开第WO2006/010284号小册子
发明内容
但是，在专利文献2记载的距离图像测量装置中，同时控制各个像素内的4个电势深度，并在载流子从全部的势阱溢出的时间点，计算溢出的载流子的电荷量的比率，从而存在装置复杂化的问题。
本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于提供可利用简单的结构进行距离图像测量的固体摄像装置和距离图像测量装置。
为了解决上述的问题，本发明所涉及的固体摄像装置是具备检测背景光的光检测单元和由多个像素构成的摄像区域的固体摄像装置，各个像素具备：设置于半导体基板内的光感应区域；设置于半导体基板内的一对第1存储区域；一对第1栅极，以光感应区域和一对第1存储区域之间的电势交替地倾斜的方式设置于半导体基板上；设置于半导体基板内的一对第2存储区域；一对第2栅极，以控制分别介于第1存储区域和第2存储区域之间的第1势垒的高度的方式设置于半导体基板上，并随着由光检测单元检测的背景光的输出变高而使相对于载流子的第1势垒的高度增加。
在此，在载流子为电子的情况下，相对于电子存在的电势，如果使电势降低则势垒的高度会增加，如果使电势增加则势垒的高度会减少。另外，在载流子为空穴的情况下，相对于空穴存在的电势，如果使电势增加则势垒的高度会增加，如果使电势减少则势垒的高度会减少。
如果向对象物照射用于检测距离的脉冲状的探测光，并向第1栅极施加会交替地产生上述的电势倾斜的电压，则与探测光的反射光的入射时的延迟成比例的方式，存储于一个第1存储区域的载流子的电荷量会减少，存储于另一个第1存储区域的载流子的电荷量会增加。即，这些被存储的载流子的电荷量的比率依赖于延迟时间，即飞行时间(TOF)。当然，在第1存储区域的数量为3个以上的情况下，从光感应区域流向各第1存储区域的载流子的比率依赖于向介于其间的用于使电势倾斜的电极施加的电压的相位，载流子的存储量的变化程度相应于相位偏移的量。在此，存储于第1存储区域的载流子的电荷量包含对应于背景光成分而产生的载流子成分，因而除去对应于背景光成分的载流子的载流子的比率才表示距离。另外，探测光不限于脉冲状，也可以为正弦波状。此时，施加于第1栅极的电压也为正弦波状。
在此，在由光检测单元检测的背景光的输出较高的情况下，第2栅极增高相对于载流子的第1势垒。第1势垒介于第1存储区域和第2存储区域之间，随着背景光变高，从第1存储区域流入第2存储区域的载流子数减少。即，对应于背景光的大小，适当地控制施加于第2栅极的电压，从而可以通过第1势垒而简单地阻止相当于背景光的量的载流子，并可以仅使来自对象物的探测光的反射光成分流入第2存储区域。
(1)在检测出背景光并进行了本次的测量(向第1存储区域内的载流子的存储期间)之后，可以使第1势垒的高度减少；(2)在检测出背景光之后、并在本次的测量(向第1存储区域内的载流子的存储期间)之前，可以预先使第1势垒的高度减少。
另外，本发明所涉及的固体摄像装置具备，设置于半导体基板内的一对第3存储区域、以控制分别介于第2存储区域和第3存储区域之间的第2势垒的高度的方式设置于半导体基板上的一对第3栅极，通过使相对于载流子的第2势垒的高度降低，从而在将存储于第2存储区域的载流子转送到第3存储区域之后，使第2势垒的高度增加，并在将载流子保持于第3存储区域的状态下，以在一对第1存储区域交替地存储载流子的方式，控制向第1、第2以及第3栅极的施加电位。
即，在第2存储区域内存储有上次测量时的载流子的情况下，如果在本次测量中驱动第1栅极，则会发生载流子的混合。但是，在使第2势垒的高度降低，并将载流子转送到第3存储区域之后，如果使第2势垒的高度增加，并阻止载流子从第2存储区域流入第3存储区域，那么在该阶段，可以驱动第1栅极而使本次测量时所产生的载流子从光感应区域流入第2存储区域内。由此，能够缩短测量时间。
另外，优选，光感应区域兼作上述光检测单元，固体摄像装置还具备控制单元，该控制单元对应于光感应区域的输出而输出向第2栅极的施加电位。即，在光感应区域中检测背景光，在检测出的背景光的输出较大的情况下，以增大第1势垒的高度的方式控制向第2栅极的施加电位，在检测出的背景光的输出较小的情况下，以减小第1势垒的高度的方式控制向第2栅极的施加电位。由此，没有必要另外设置光检测单元，因而可以使装置小型化。
另外，本发明所涉及的距离图像测量装置具备：上述的固体摄像装置；光源，向对象物射出与向一对第1栅极施加的电位同步的脉冲光；计算电路，根据从一对第2存储区域输出的载流子的电荷量而计算到对象物为止的距离。
在该距离图像测量装置中，由于载流子的电荷量对应于到对象物为止的距离，因而可以从计算电路输出对象物的距离图像。
本发明所涉及的固体摄像装置的构成简单，但是能够适用于除去了背景光成分的距离图像测量中，并且，虽然距离图像测量装置的构成的简单但是能够测量准确的距离图像。
附图说明
图1为用于说明距离图像测量装置的概要的图。
图2为固体摄像元件1的立体图。
图3为表示从投影于摄像区域1IP的用于取得距离的图像生成的距离图像的图。
图4为用于对到物体H为止的距离d的测量原理进行说明的图。
图5为驱动脉冲信号SP、检测脉冲信号SD、右侧脉冲信号SR、左侧脉冲信号SL的时序图。
图6为用于说明载流子的存储原理的说明图。
图7为用于对距离d的计算进行说明的方框图。
图8为固体摄像元件1的平面图。
图9为用于说明各像素P(m、n)的详细构造的图。
图10为用于说明载流子的存储和排出动作的电势图。
图11为表示背景光除去电路PCC的内部构成的方框图。
图12为用于对计算电路CC中的计算进行说明的图。
图13为各像素P(m、n)内的电路图。
图14为通过排列图13所示的像素P(m、n)而构成的固体摄像元件1的电路图。
图15为图8所示的取样保持电路SHn的电路图。
图16为固体摄像装置的时序图。
图17为表示各像素P和光检测元件PD的配置例的摄像区域1IP的平面图。
图18为表示各像素P和光检测元件PD的配置例的摄像区域1IP的平面图。
图19为表示各像素P和光检测元件PD的配置例的摄像区域1IP的平面图。
图20为像素P(m、n)和放大器的电路图。
图21为像素P(m、n)和放大器的电路图。
图22为具有使电极排列变形了的像素的固体摄像元件1的平面图。
图23为图22所示的像素P(m、n)的平面图(图23(A))、像素P(m、n)的纵剖面图(图23(B))、纵剖面图中没有偏压时的半导体内的电势图(图23(C))。
图24为用于说明载流子的存储和排出动作的电势图。
图25为表示载流子存储和读取之间的关系的时序图。
图26为图23所示的像素P(m、n)的电路图。
图27为通过排列图26所示的像素P(m、n)而构成的固体摄像元件1的电路图。
图28为具备电荷退避区域的固体摄像装置的时序图。
图29为每一个像素具有4个用于分配载流子的栅极的固体摄像元件1的平面图。
图30为图29所示的像素P(m、n)的平面图。
图31为沿图30中的31A-31A箭头的剖面图(图31(A))、图31(A)的剖面图中没有偏压时的半导体内的电势图(图31(B))、沿图30中的31C-31C箭头的剖面图(图31(C))、图31(C)的剖面图中没有偏压时的半导体内的电势图(图31(D))。
图32为图30所示的像素P(m、n)的电路图。
图33为通过排列图32所示的像素P(m、n)而构成的固体摄像元件1的电路图。
图34为图29所示的取样保持电路SHn’的电路图。
图35为固体摄像装置的时序图。
图36为表示背景光除去电路PCC的变形例的方框图。
图37为在进行自我参照型的背景光检测的情况下的固体摄像装置的时序图。
符号说明
1 固体摄像元件
1IP 摄像区域
1V 垂直移位寄存器
1H2 水平移位寄存器
2 控制电路
3 光源
DEX1、DEX2 载流子排出区域
DEX3、DEX4 载流子排出区域
EX1、EX2 栅极
EX3、EX4 栅极
PCC 背景光除去电路
PD 光检测元件
具体实施方式
以下，对实施方式所涉及的固体摄像装置和距离图像测量装置进行详细说明。对同一要素使用同一符号，省略重复的说明。
图1为用于说明距离图像测量装置的概要的图。
该距离图像测量装置搭载于车辆VG，并测量位于车辆前方的物体H。
距离图像测量装置具备固体摄像元件1、控制固体摄像元件1的驱动的控制电路2、射出脉冲光的光源3、光源3的驱动电路4、以及内藏有从固体摄像元件1的输出计算到物体H为止的距离的计算电路的输出处理电路5。控制电路2向固体摄像元件1输入右侧脉冲信号SR、左侧脉冲信号SL，另外，向驱动电路4输入用于投光的驱动脉冲信号SP。驱动脉冲信号SP也向输出处理电路5输入，并在从固体摄像元件1计算距离之际使用。
与从控制电路2输出的驱动脉冲信号SP同步地，从驱动电路4向光源3供给驱动电流。从光源3射出与驱动脉冲信号SP相同脉冲宽度的探测光。探测光经由投光用的透镜L1而向物体H照射。在物体H的表面被反射的探测光经由成像用的透镜L2、L3而入射到固体摄像元件1的摄像区域。因此，在固体摄像元件1的摄像区域形成物体H的像。
从固体摄像元件1输出物体H的距离图像(原数据)，这些数据通过输出处理电路5进行处理，并被显示于汽车导航系统的显示器6。在显示器6中能够独立地显示距离图像，也可以与亮度图像重叠地显示距离图像。在此，在距离图像所显示的物体H存在于规定距离以内的情况下，能够与亮度图像重叠地显示表示存在物体H的警告显示。
图2为固体摄像元件1的立体图。
固体摄像元件1具备由排列成二维状的多个像素P(1、1)、P(1、2)、…P(m、n)、…P(M、N)构成的摄像区域1IP。m、n、M、N是自然数。在此，为了说明的明确化，在该图中显示了比实际数量少的像素。与摄像区域1IP的像素列平行地配置有垂直移位寄存器1V，与像素行平行地配置有背景光除去电路PCC以及水平移位寄存器1H2。
垂直移位寄存器1V将垂直转送信号依次施加于各像素P(m、n)，该垂直转送信号用于沿着列方向依次读取在列方向上排列的像素P(m、n)的输出。在各像素列，在一个垂直方向上转送的像素输出被输入到距离信息读取电路K1、K2…Kn…KN。输入到距离信息读取电路K1、K2…Kn…KN的像素输出作为距离图像(原数据)而沿着列方向依次被读取。
即，在距离图像测量模式中，在第1行的像素P(1、1)、P(1、2)…P(1、n)…P(1、N)的输出分别被输入到距离信息读取电路K1、K2…Kn…KN的情况下，距离信息读取电路K1、K2…Kn…KN暂时保持每个被输入的各像素输出中的距离图像的原数据，被保持的原数据沿着水平方向按顺序经由输出缓冲放大器1I而依次被外部读取。该水平方向的读取通过从水平移位寄存器1H2沿着水平方向依次将使各距离信息读取电路K1、K2…Kn…KN的输出开关ON的信号输入到该输出开关而进行。
其次，第2行的像素P(2、1)、P(2、2)…P(2、n)…P(2、N)的输出分别被输入到距离信息读取电路K1、K2…Kn…KN，之后进行与上述相同的操作。然后，如果将与上述相同的操作进行至第3行、第4行…第M行，那么摄像区域1IP内的全部的像素会作为距离信息而被读取。
在没有探测光照射时，在摄像区域1IP投影有太阳或街灯等的外光被物体H的表面反射而形成的亮度图像。在探测光照射时，在摄像区域1IP与该亮度图像(背景光)重叠地投影有由探测光的反射光构成的到物体H为止的用于取得距离的图像。用于取得距离的图像是用于计算距离图像的原数据的集合。
背景光除去电路PCC对应于由光检测元件(光检测单元)检测的背景光的输出的大小，控制限制从各像素溢出的电荷量的势垒高度。即，在各像素中，在其读取部的前段设置有势垒(potential barrier)，在背景光较大的情况下，通过增加势垒高度从来自各像素的输出除去背景光成分。势垒通过控制施加于形成在半导体基板上的栅极的电位来进行调整。
图3为表示从投影于摄像区域1IP的用于取得距离的图像生成的距离图像的图。设定由M轴、N轴以及D轴构成的垂直坐标系。在该图中，连结摄像区域1IP内的各像素输出所表示的距离的线显示为网眼状。该距离图像在输出处理电路5中被计算。在摄像区域1IP内，各像素仅排列有M行、N列，在D轴上表示垂直于摄像区域1IP的距离。物体H的距离图像是D轴上的距离(作为d)的信息的集合。
图4为用于对到物体H为止的距离d的测量原理进行说明的图。
驱动电路4具有介于电源4a和光源3之间的开关4b，如果向开关4b输入用于投光的驱动脉冲信号SP，那么向光源3供给与驱动脉冲信号SP同步的驱动电流，并从光源3射出与驱动脉冲信号SP同步的探测光(脉冲光)LP。本例的光源3由在脉冲光的上升以及下降的陡峭性方面良好的发光二极管或者激光二极管构成，但是，当然也可以使用其它的种类的光源。在此，优选光源3由红外线发光二极管构成。
如果向位于距离d的位置上的物体H的表面照射探测光，那么探测光被该表面反射，被反射的探测光作为脉冲光LD而向固体摄像元件1入射。将入射到固体摄像元件1的脉冲光作为LD，将由于脉冲光的入射而从像素输出的检测脉冲信号作为SD。在固体摄像元件1中，设置有上述的距离信息读取电路K，向距离信息读取电路K输入上述的右侧脉冲信号SR和左侧脉冲信号SL。
距离信息读取电路K也可以输出背景光，背景光表示对象物的亮度图像。例如，如果读取残留于2个势阱(potential well)内的背景光成分的电荷，那么其为亮度图像q(m、n)。从各像素P(m、n)输出的亮度图像q(m、n)被输入到图像处理电路5b。
对应于检测脉冲信号SD的入射，从距离信息读取电路K对应于各像素P(m、n)而读取作为距离图像的原数据的距离信息d’(m、n)。距离信息d’(m、n)被输入到计算电路5a，并使用驱动脉冲信号SP而转换为距离图像d(m、n)。距离信息d’(m、n)是依赖于到物体H为止的探测光的飞行时间的值。必要时，距离图像d(m、n)与亮度图像q(m、n)一起被输入到图像处理电路5b。在图像处理电路5b中能够进行上述的重叠处理等。
图5为驱动脉冲信号SP、检测脉冲信号SD、右侧脉冲信号SR、左侧脉冲信号SL的时序图。将驱动脉冲信号SP的脉冲宽度记为TP。
右侧脉冲信号SR与驱动脉冲信号SP的上升时刻t1同步地上升。右侧脉冲信号SR与驱动脉冲信号SP的下降时刻t3同步地下降。即，右侧脉冲信号SR与驱动脉冲信号SP同相位。左侧脉冲信号SL为右侧脉冲信号SR的逆相位，在时刻t1下降，在时刻t3上升。该右侧脉冲信号SR和左侧脉冲信号SL的脉冲宽度均为TP。
如果检测脉冲光LD入射到各像素，那么在各像素中产生载流子。伴随着检测脉冲光LD的入射而产生的载流子的电荷量的时间波形与检测脉冲信号SD一致。
在右侧脉冲信号SR为高电平的情况下，在像素中产生的载流子流入一个第1存储区域内。因此，在本次的脉冲周期中，在实际效果上存储于一个第1存储区域内的载流子的电荷量Q1与检测脉冲信号SD和右侧脉冲信号SR的重复期间t2～t3成比例。换言之，在时刻t2～t3的期间内将波高值表示每单位时间的电荷量的检测脉冲信号SD和右侧脉冲信号SR的积进行积分后的值，成为存储于一个第1存储区域内的电荷量Q1。另外，在下次的脉冲周期中，在时刻t6～t7的期间内将检测脉冲信号SD和右侧脉冲信号SR的积进行积分后的值，成为存储于一个第1存储区域内的电荷量Q1。
在左侧脉冲信号SL为高电平的情况下，在像素中产生的载流子流入另一个第1存储区域内。因此，在本次的脉冲周期中，在实际效果上存储于另一个第1存储区域内的载流子的电荷量Q2与检测脉冲信号SD和右侧脉冲信号SR的重复期间t3～t4成比例。换言之，在时刻t3～t4的期间内将波高值表示每单位时间的电荷量的检测脉冲信号SD和左侧脉冲信号SL的积进行积分后的值，成为存储于另一个第1存储区域内的电荷量Q2。另外，在下次的脉冲周期中，在时刻t7～t8的期间内将检测脉冲信号SD和左侧脉冲信号SL的积进行积分后的值，成为存储于另一个第2存储区域内的电荷量Q2。
电荷量Q1和电荷量Q2的比率与飞行时间(TOF)成比例。即，后者的电荷量Q2相对于前者的电荷量Q1越大，则距离d越大。当然，不仅是在1个脉冲周期内存储的电荷量如此，电荷量Q1、Q2的累积值∑Q1、∑Q2的比率也与飞行时间(TOF)成比例。在此，由于电荷量变大，因而进行累积可以求得正确的距离。
在此，如果探测光在黑暗中射出，那么电荷量Q1、Q2的比率表示距离，但是，由于实际上对应于背景光的电荷成分包含于检测脉冲信号SD中，因而有必要除去背景光成分。
图6为用于说明载流子的存储原理的说明图。
图6(A)为1个像素P(m、n)的剖面图。
像素P(m、n)具备p型(第1导电型)的半导体基板100和形成于半导体基板100上的绝缘层101。在绝缘层101上设置有遮光膜SM。遮光膜SM针对每个像素都具备有入射用的开口OP。在开口OP的正下方的绝缘层101上，配置有像素电极PG。将半导体基板100的像素电极PG的正下方的半导体基板100内的表面区域记为光感应区域SA。在像素电极PG的两侧，在绝缘层101上配置有一对第1栅极TX1、TX2。设置于半导体基板100内的一对第1存储区域AR、AL位于第1栅极TX1、TX2的外侧。再者，设置于半导体基板100内的一对第2存储区域FDR、FDL位于第1存储区域AR、A L的外侧。第2存储区域FDR、FDL是浮动扩散(floating diffusion)区域。在第1存储区域AR、AL和第2存储区域FDR、FDL之间的区域的上方，第2栅极IGR、IGL分别位于绝缘层101上。
第1存储区域AR、A L和第2存储区域FDR、FDL分别由n型的半导体区域构成。在n型半导体中存在有正离子化的给予体(donor)，在p型半导体中存在有负离子化的接受体(acceptor)。半导体中的电势为：n型比p型高。换言之，能带图中的电势为：向下是电势的正方向，因而在能带图中n型半导体中的电势比p型的电势深(高)，能级变低。另外，如果向各电极施加正电位，那么电极正下方的半导体区域的电势变深(在正方向上变大)。如果减小向各电极施加的正电位的大小，那么电极正下方的半导体区域的电势变浅(在正方向上变小)。
图6(B)为在施加于右侧的第1栅极TX1的右侧脉冲信号SR为高电平的情况下的电势图。施加于左侧的第1栅极TX2的左侧脉冲信号SL为低电平。在此，在说明中电势图以向下为正，施加于各电极的电位Φ和各电极正下方的半导体区域的电势Φ用相同的符号表示。
向像素电极PG施加若干的正电位ΦPG，向右侧的第1栅极TX1施加比ΦPG大的正电位ΦTX1。因此，通过向光感应区域SA入射光而产生的载流子(电子)被导入通过ΦPG、ΦTX1而形成的电势梯度中，并流入存在于深的位置的第1存储区域AR的电势ΦAR的位置。
在右侧的第1存储区域AR的旁边邻接有一个第2存储区域FDR。将第1存储区域AR的电势ΦAR和第2栅极IGR的正下方的半导体区域的电势ΦIGR的电势差记为ΦBG。在该右侧的第1势垒ΦBG较大的情况下，从右侧的第1存储区域AR流入第2存储区域FDR的载流子的电荷量变少，在该右侧的第1势垒ΦBG较小的情况下，从第1存储区域AR流入第2存储区域FDR的载流子的电荷量变多。
从背景光除去电路PCC输出对应于背景光的大小的电势控制电压(ΦIGR、ΦIGL)。该电势控制电压被施加于一对第2栅极IGR、IGL上。在此，如果使半导体基板100的电位为接地电平，那么向各电极的施加电压和施加电位是一致的。在本例中，将半导体基板100的电位作为接地电平，电位和电压使用相同的符号。在此，在背景光成分残留于来自各像素的输出信号中的情况下，由于通过电荷量的比率而求得的脉冲相位差(即，距离)变得不正确，因而背景光除去电路PCC还起到作为距离计算时的相位控制电路的作用。
在背景光较大的情况下，减少施加于右侧的第2栅极IGR的电位ΦIGR，并增大右侧的第1势垒ΦBG。在背景光较小的情况下，增加施加于右侧的第2栅极IGR的电位ΦIGR，并减小右侧的第1势垒ΦBG。即，右侧的第1势垒ΦBG的大小被设定为，与对应背景光而产生的载流子相当的电压一致(参照图12)。
由此，在将高电平的右侧脉冲信号SR施加于第1栅极TX1之时，对应于探测光的反射光的载流子的电荷量Q1越过第1势垒ΦBG，并从第1存储区域AR流入第2存储区域FDR，在右侧的第1存储区域AR内残留有对应于背景光成分的载流子的电荷量QBG。
在此，在同图中，为了简单地说明基本原理，使向右侧的第2栅极IGR的施加电位ΦIGR为高电平，使向左侧的第2栅极IGL的施加电位ΦIGL为低电平，但是通过使它们为同相，从而能够减少布线数。即，如果ΦIGR＝ΦIGL，那么能够使用通用布线来进行势垒控制。当然，即使在使ΦIGL和ΦIGR同为高电平的情况下，由于左侧的第1栅极TX2的施加电压为低电平，因而在光感应区域SA中产生的载流子也不会流入左侧的存储区域内，从而可顺利地进行动作。
图6(C)为在施加于左侧的第1栅极TX2的左侧脉冲信号SL为高电平的情况下的电势图。施加于右侧的第1栅极TX1的右侧脉冲信号SR为低电平。
与上述同样地，向像素电极PG施加若干的正电位ΦPG，向左侧的第1栅极TX2施加比ΦPG大的正电位ΦTX2。因此，通过向光感应区域SA入射光而产生的载流子(电子)被导入通过ΦPG、ΦTX2而形成的电势梯度中，并流入存在于深的位置的第1存储区域AL的电势ΦAL的位置。
在左侧的第1存储区域AL的旁边邻接有另一个第2存储区域FDL。将第1存储区域AL的电势ΦAL和第2栅极IGL的正下方的半导体区域的电势ΦIGL的电势差也是ΦBG。在该左侧的第1势垒ΦBG较大的情况下，从左侧的第1存储区域AL流入第2存储区域FDL的载流子的电荷量变少，在该左侧的第1势垒ΦBG较小的情况下，从第1存储区域AL流入第2存储区域FDL的载流子的电荷量变多。
如上所述，从背景光除去电路PCC输出对应于背景光的大小的电势控制电压(ΦIGR、ΦIGL：优选为ΦIGR＝ΦIGL)，电势控制电压被施加于一对第2栅极IGR、IGL上。
在背景光较大的情况下，减少施加于左侧的第2栅极IGL的电位ΦIGL，并增大左侧的第1势垒ΦBG。在背景光较小的情况下，增加施加于左侧的第2栅极IGL的电位ΦIGL，并减小左侧的第1势垒ΦBG。即，左侧的第1势垒ΦBG的大小被设定为，与对应背景光而产生的载流子相当的电压一致(参照图12)。
由此，在将高电平的左侧脉冲信号SL施加于第1栅极TX2之时，对应于探测光的反射光的载流子的电荷量Q2越过左侧的第1势垒ΦBG，并从第1存储区域AL流入第2存储区域FDL，在左侧的第1存储区域AL内残留有对应于背景光成分的载流子的电荷量QBG。
如上所述，本方式的像素P(m、n)具备：以光感应区域SA和一对第1存储区域AR、AL之间的电势ΦTX1、ΦTX2交替地倾斜的方式设置于半导体基板100上的一对第1栅极IGR、IGL；以控制分别介于第1存储区域AR、AL和第2存储区域FDR、FDL之间的第1势垒ΦBG的高度的方式设置于半导体基板100上、并随着由上述光检测元件检测的背景光的输出变高而使相对于载流子的第1势垒ΦBG的高度增加的一对第2栅极IGR、IGL。
在此，势垒ΦBG的高度为：在载流子为电子的情况下，相对于电子所存在的电势，如果使电势降低则势垒ΦBG的高度增加，如果使电势增加则势垒ΦBG的高度减少。另外，在载流子为空穴的情况下，势垒ΦBG的高度为：相对于空穴所存在的电势，如果使电势增加则势垒ΦBG的高度增加，如果使电势减少则势垒ΦBG的高度减少。即，在上述说明中，半导体基板100为p型半导体，并且各存储区域为n型，但是，也可以使它们的导电型相反，并以空穴作为载流子。
在此，后述的布线电连接于上述第2存储区域FDR、FDL，且它们起到作为浮动扩散区域的作用。
如上所述，如果向物体H照射用于检测距离的脉冲状的探测光，并向第1栅极TX1、TX2施加会交替地产生上述的电势倾斜的电压ΦTX1、ΦTX2时，则与探测光的反射光的入射时的延迟成比例的方式，存储于一个第1存储区域AR的载流子的电荷量减少，存储于另一个第1存储区域AL的载流子的电荷量增加。即，这些存储的载流子的电荷量Q1、Q2的比率依赖于延迟时间，即飞行时间(TOF)。另外，对应于背景光的大小，通过适当地控制施加于第2栅极IGR、IGL的电压，从而可以通过第1势垒ΦBG而简单地阻止相当于背景光的量的载流子，并可以仅仅使来自物体H的探测光的反射光成分流入第2存储区域FDR、FDL。
可以是：(1)在检测出背景光并进行了本次的测量(载流子向第1存储区域AR、AL内的存储期间)之后，使第1势垒ΦBG的高度减少；(2)在检测出背景光之后，并在本次的测量(载流子向第1存储区域AR、AL内的存储期间)之前，预先使第1势垒ΦBG的高度减少。
图7为用于对距离d的计算进行说明的方框图。
如上所述，向各像素P(m、n)输入检测脉冲信号SD、右侧脉冲信号SR以及左侧脉冲信号SL。电荷量Q1为将检测脉冲信号SD和右侧脉冲信号SR的积在这些脉冲的重复期间t2～t3的期间内进行时间积分后的值，电荷量Q2为将检测脉冲信号SD和左侧脉冲信号SL的积在这些脉冲的重复期间t3～t4的期间内进行时间积分后的值。从各像素P(m、n)输出电荷量Q1、Q2。
电荷量Q1、Q2与驱动脉冲信号SP的脉冲宽度TP一起被输入后段的计算电路5a中，进行求取距离d的计算。如上所述，在第2存储区域为2个的情况下，由d＝(c/2)×(TP×Q2/(Q1+Q2))而对d进行赋值。在此，c为光速。因此，从计算电路5a输出各像素P(m、n)的距离d(m、n)。在此，可以对于每个像素列或者像素行实施像素合并(Binning)动作。在该情况下，得到了入射于通过像素合并而累积的像素列或者像素行的检测脉冲所表示的平均距离。
另外，在上述说明中说明的是，在以180度的相位差驱动2个第1栅极的情况下，使用邻接于2个第1存储区域的2个第2存储区域的例子。其也能够适用于，在以每90度的相位差驱动4个第1栅极的情况下、使用邻接于4个第1存储区域的4个第2存储区域的方式。在第2存储区域的数量为3个以上的情况下，例如在4个的情况下，并且在驱动信号为正弦波状的情况下，如果将存储于各第2存储区域的电荷量记为Q1、Q2、Q3、Q4，那么由d＝Φ×c/2×2πf而对d进行赋值。在此，f为驱动正弦波信号SP的重复频率，由相位Φ＝-arctan((Q2-Q4)/(Q1-Q3))而对相位Φ进行赋值。
这样，在第1、第2存储区域的数量分别为3个以上的情况下，从光感应区域流入各第1存储区域的载流子的比率依赖于，向介于其间的用于使电势倾斜的电极施加的电位的相位，载流子的存储量的变化对应于相位的偏移量。在此，存储于第1存储区域的载流子的电荷量中含有对应于背景光成分而产生的载流子成分，因而除去了对应于背景光成分的载流子的载流子的比率可以表示距离。
上述距离图像测量装置具备：上述的固体摄像装置；光源3，向作为对象物的物体H射出与向一对第1栅极TX1、TX2(TX3、TX4)的施加电位同步的脉冲光；计算电路5a，根据从一对第2存储区域输出的载流子的电荷量Q1、Q2(Q3、Q4)而计算到物体H为止的距离d。在该距离图像测量装置中，由于载流子的电荷量对应于到物体H为止的距离d，因而可以从计算电路5a输出物体H的距离图像。
图8为用于说明上述的固体摄像装置的详细构成的固体摄像元件1的平面图。
在半导体基板100上设置有距离信息读取电路K1、K2、Kn、K4。各距离信息读取电路Kn具备通过水平移位寄存器1H2进行开关的读取开关组SW、设置于每个像素列的各取样保持电路SHn。为了说明的简单化，虽然在半导体基板100上还配置有时序发生电路TGC，但是时序发生电路TGC也可以与半导体基板100分开设置。
时序发生电路TGC对应于输入的驱动信号而生成各种的时序信号。水平移位寄存器1H2由通过连接触发器(flip-flop)而成的寄存器构成，对应于从时序发生电路TGC输入的控制信号而使开关组SW在各像素列ON。从各像素P(m、n)输出上述的电荷量Q1、Q2。构成开关组SW的各开关介于用于读取电荷量Q1的值的右侧水平线HLR和用于读取电荷量Q2的值的左侧水平线HLL之间，通过水平移位寄存器1H2而使这些开关ON，从而使被保持于取样保持电路SHn的电荷量Q1的值经由右侧水平线HLR和输出缓冲器1I1而向外部输出，并使被保持于取样保持电路SHn的电荷量Q2的值经由左侧水平线HLL和输出缓冲器1I2而向外部输出。
在电荷量Q1、Q2的存储之前，进行背景光的检测。时序发生电路TGC与输入的触发信号同步地生成背景光检测信号TN。背景光检测信号TN被输入到背景光除去电路PCC中。在背景光检测信号TN为ON的情况下，背景光除去电路PCC进行背景光的检测，保持通过检测而产生的值，此后，将电势控制电压ΦIG(＝ΦIGR、ΦIGL)作为转送信号ST而向第2栅极IG(IGR、IGL)输出。
图9为用于说明上述的各像素P(m、n)的详细构造的图，图9(A)为像素P(m、n)的平面图，图9(B)为像素P(m、n)的纵剖面图，图9(C)为对应于纵剖面图的没有偏压时的半导体内的电势图。
像素P(m、n)具备分别邻接于第1存储区域AR、AL的载流子排出区域DEX1、DEX2。即，如上所述，在第1存储区域AR、AL中残留存储有相当于背景光成分的载流子，但是，被存储的载流子经由载流子排出区域DEX1、DEX2而向外部排出。载流子排出区域DEX1、DEX2由n型的半导体构成。
在右侧的第1存储区域AR和载流子排出区域DEX1之间的半导体区域的上方，用于排出载流子的栅极EX1位于绝缘层101上，如果向右侧的栅极EX1赋予正电位，那么存储于第1存储区域AR内的载流子流入载流子排出区域DEX1中，并经由电连接于载流子排出区域DEX1的布线而向外部输出。
在左侧的第1存储区域AL和载流子排出区域DEX2之间的半导体区域的上方，用于排出载流子的栅极EX2位于绝缘层101上，如果向栅极EX2赋予正电位，那么存储于左侧的第1存储区域AL内的载流子流入载流子排出区域DEX2中，并经由电连接于载流子排出区域DEX2的布线而向外部输出。
图10为用于说明载流子的存储和排出动作的电势图。
在初始状态中，电势ΦFDL、ΦAL、ΦAR、ΦFDR较高(较深)，在各势阱中没有存储有载流子。在此，必要时可以向ΦPG施加若干的正电位(图10(A))。
在驱动脉冲的前半个半周期的期间内，使电势ΦPG和右侧的电势ΦTX1变深，并向右侧的第1存储区域的电势ΦAR的阱内转送载流子(图10(B))。在右侧的势阱中存储有电荷量QR。
在驱动脉冲的后半个半周期的期间内，使电势ΦPG和左侧的电势ΦTX2变深，并向左侧的第1存储区域的电势ΦAL的阱内转送载流子(图10(C))。在左侧的势阱中存储有电荷量QL。
如果重复由图10(B)和图10(C)构成的微少电荷存储工序M次，那么在各势阱内将存储累积到M倍的电荷量∑QR、∑QL(图10(D))。
此后，使电势ΦIGR、ΦIGL变深(使势垒高度变小)，并使相当于背景光成分的载流子的电荷量QBG残留于各电势ΦAR以及电势ΦAL的阱内，使残余的对应于脉冲光成分的电荷溢出并转送到第2存储区域的电势ΦFDR、ΦFDL的阱内。第2存储区域的电势ΦFDR、ΦFDL的阱内存储有电荷量Q1、Q2的载流子(图10(E))。
其次，通过向图9所示的栅极EX1、EX2赋予正电位，从而将残留于第1存储区域的电势ΦAR、ΦAL的阱内的电荷量QBG的载流子转送至载流子排出区域DEX1、DEX2，并将其向外部排出(图10(F))。在此，被排出的载流子的合计电荷量对应于各像素的亮度，因而如果在按各像素将它们读取，那么能够得到亮度图像。
在此，根据不同的方式，使由图10(B)和图10(C)的M次的重复工序以及从图10(D)到图10(F)的转送工序构成的累积电荷存储工序，返回到图10(B)的工序，并将该累积电荷存储工序重复进行X次。在该情况下，能够将微少电荷的M×X倍的载流子中所含的脉冲光的信号成分存储于第2存储区域内。
图11为表示背景光除去电路PCC的内部构成的方框图。
背景光除去电路PCC在接收背景光取样用的背景光检测信号TN，并在背景光检测信号TN为ON的情况下，向监视器(monitor)用的光检测元件PD施加偏压并作为主动(active)，将此时产生的电荷作为背景光成分而向取样保持电路SH转送。
在此，也可以为将在光检测元件PD中产生的电压转送到取样保持电路SH的结构。在该情况下，在向作为光检测元件PD的光电二极管加上重置电压而进行充电(charge up)的状态下，如果向其入射光，那么光电二极管的两端之间的电压将会降低。电压的降低量与入射光量成线性比例。
另外，可以使用A/D转换电路来替代取样保持电路SH。无论采用何种方式，均可以使相当于势垒ΦBG的检测值(模拟值或者数字值)β被保持于取样保持电路SH或者A/D转换电路中。计算电路CC将检测值β转换为势垒ΦBG的大小。控制电压施加电路VC将相当于计算了的势垒ΦBG的电位ΦIG输入到第2栅极IG(IGR、IGL)中。在此，上述的栅极与其两侧的半导体区域一起构成电场效应晶体管。
图12为用于对计算电路CC中的计算进行说明的图。横轴表示上述的绝缘层和半导体基板之间的界面电场密度Qinv，纵轴表示受光部中的半导体基板的表面电位ΦS。在此，图中的ΦF表示平带(flat band)电压中的表面电位。表面电位ΦS近似地由ΦS＝VG-VFB-(Qinv/COX)进行赋值。在此，VG是栅极电压，COX是绝缘层的电容，VFB是表示平带电压。
如果增加在光感应区域产生的载流子的电荷量(界面电场密度Qinv)，那么表面电位ΦS线性地降低。即，产生的载流子和电位之间存在近似于线性函数的关系。因此，如果使势垒ΦBG的下降量对应于产生的载流子相当的电位的话，那么能够除去背景光。
当然，如果像素构成是以绝缘层为栅极氧化膜的MOS-FET，并且光检测元件PD为由pn接合构成的光电二极管的情况下，双方的结构是不同的，但是对应于产生的载流子量而产生线性的电压变化这一性质则是相同的，因而双方的输出具有一定的相关性。
将在完全没有背景光的情况下的势垒ΦBG的高度记为VB(V)。在没有背景光的情况下，即在背景光成分相当于β(V)(β＝0)的情况下，向第2栅极施加ΦIG＝VB(V)，并消除势垒ΦBG而进行载流子的转送。在背景光成分相当于β(V)(β＝1)的情况下，向第2栅极施加ΦIG＝(VB-β)(V)，维持相当于背景光成分的势垒ΦBG，并进行载流子的转送。VB(V)为例如5(V)。实际上，向第2栅极施加ΦIG＝(VB-β+α)(V)。将α设定为例如0.2V。在此，将无法严密地测量背景光的程度的余量(margin)作为α。计算电路CC保持表示ΦIG和β之间的关系的查找表(look up table)或者计算式，对应于输入的β而求得ΦIG。
图13为各像素P(m、n)内的电路图。
如上所述，各栅极构成电场效应晶体管的栅极。在此，为了避免因使用多个符号而造成的图面的复杂化、并为了明确的说明，具有各栅极的晶体管使用对应于()内的栅极的符号来进行表示。另外，将在载流子的读取时流入载流子的一边作为晶体管的源极，将流出的一边作为漏极。
包含像素电极PG的晶体管的一端连接于包含栅极TX1的NMOS晶体管的源极，NMOS晶体管(TX1)的漏极连接于第1存储区域AR、以及NMOS晶体管(IGR)的源极、载流子排出用晶体管(EX1)的源极，用于排出载流子的NMOS晶体管(EX1)的漏极连接于电源电位V+。第1存储区域AR连接于用于除去背景光成分的NMOS晶体管(IGR)的源极，NMOS晶体管(IGR)的漏极连接于第2存储区域FDR以及NMOS晶体管FET1的栅极。
NMOS晶体管FET1的源极连接于电源电位V+，漏极连接于输出选择用的右侧的NMOS晶体管SEL。另外，通过通用线WL而向晶体管(IGR)的栅极IGR输入载流子的转送信号ST(＝ΦIGR)。晶体管SEL的漏极连接于右侧的垂直读取线RRL。对应于存储在第2存储区域FDR的电荷量Q1的电流流入垂直读取线RRL。在此，存储在第2存储区域FDR的电荷通过使晶体管(IGR)和晶体管(EX1)均为ON而进行重置。向晶体管(EX1)的栅极EX1施加排出信号SEX。在此，各电源电位V+的大小根据不同的设计而相互不同。
包含像素电极PG的晶体管的另一端连接于包含栅极TX2的NMOS晶体管的源极，NMOS晶体管(TX2)的漏极连接于第1存储区域AL、以及NMOS晶体管(IGL)的源极、载流子排出用晶体管(EX2)的源极，用于排出载流子的NMOS晶体管(EX2)的漏极连接于电源电位V+。第1存储区域AL连接于用于除去背景光成分的NMOS晶体管(IGL)的源极，NMOS晶体管(IGL)的漏极连接于第2存储区域FDL以及PMOS晶体管FET2的栅极。
NMOS晶体管FET2的源极连接于电源电位V+，漏极连接于输出选择用的左侧的NMOS晶体管SEL。另外，通过通用线WL而向晶体管(IGR)的栅极IGR输入载流子的转送信号ST(＝ΦIGR)。晶体管SEL的漏极连接于左侧的垂直读取线LRL。对应于存储在第2存储区域FDL的电荷量Q2的电流流入垂直读取线LRL。在此，存储在第2存储区域FDL的电荷通过使晶体管(IGL)和晶体管(EX2)均为ON而进行重置。向晶体管(EX2)的栅极EX2施加排出信号SEX。
另外，为了进行电荷的分配，分别向一对第1栅极TX1、TX2输入包含脉冲信号的右侧脉冲信号SR、左侧脉冲信号SL。
在检测出背景光之后，通过同时向栅极IGR、IGL施加转送信号ST，从而如上所述地降低势垒ΦBG，并在第2存储区域FDR、FDL内存储对应于反射光的载流子。在载流子流入前的时刻点，第2存储区域FDR、FDL是浮动电平，与流入的负的电荷量Q1、Q2成比例，在晶体管FET1、FET2中流动的电流被决定。如果从垂直移位寄存器输入使选择用的晶体管SEL成为ON的信号，那么对应于FET1、FET2的输入栅极电压，对应于各电荷量Q1、Q2的电流会流向垂直读取线RRL、LRL。
在该检测结束后，或者在使第2存储区域FDR、FDL成为浮动电平的情况下，使晶体管(IGR、IGL)和晶体管(EX1、EX2)成为ON，将第2存储区域FDR、FDL连接于电源电位V+，然后，使晶体管(IGR、IGL)和晶体管(EX1、EX2)成为OFF。由此，进行该浮动扩散区域的重置。此时，向各晶体管(IGR、IGL)和晶体管(EX1、EX2)的栅极施加的电压的大小被设定为能够进行上述重置的程度。
图14为通过排列图13所示的像素P(m、n)而构成的固体摄像元件1的电路图。
从背景光除去电路PCC输出的转送信号ST(ΦIG)经由设置于各像素行的开关SW1、SW2、SW3、SW4而被输入到各像素行的通用线WL，在每个像素行中同时使第2栅极IGR、IGL成为ON。通用线WL在1个像素行中是通用的。
在此，在使开关SW1、SW2、SW3、SW4同时ON的情况下，在全部的像素中，能够同时向第2存储区域转送载流子。即，在1个测量周期内作为基准的背景光成分为1个的情况下，只要开关SW1、SW2、SW3、SW4同时为ON即可。这样，通过使开关SW1、SW2、SW3、SW4同时为ON，或者通过不设置开关，从而能够缩短距离图像的测量周期。另外，如后面所述，在进行自我参照型的背景光检测的情况下，例如从在各像素行检测出的背景光成分依次生成每像素行的转送信号ST，通过按顺序使开关SW1、SW2、SW3、SW4成为ON，将生成的转送信号ST输入到对应的每个像素行即可。
图15为图8所示的取样保持电路SHn的电路图。
从各像素列开始依次地，与电荷量Q1、Q2成比例的电流经由垂直读取线RRL、LRL而流动，并经由未图示的负载而流向接地，垂直读取线RRL、LRL的电位与电荷量Q1、Q2成比例。通过使开关SWR1、SWL1仅在相同的期间内同时成为ON，从而将该电压施加于电容器CR、CL，依赖于电压的电荷分别被存储。即，在电容器CR、CL中存储与电荷量Q1、Q2成比例的值的电荷，在其两端产生与存储电荷量成比例的电压。如果驱动水平移位寄存器，并使电容器CR、CL的后段的开关SWR2、SWL2成为ON，那么与存储于电容器CR、CL中的电荷量成比例的电压将会从各水平线HLR、HLL被读取。
图16为固体摄像装置的时序图。
首先，在时刻t1～t2之间，不向光源施加驱动脉冲信号SP，光源为非发光状态。在时刻t1～t2之间，使背景光检测信号TN为ON，进行背景光的检测。背景光的检测期间为TM/2。如果将反射脉冲检测中的进行上述的M次微少电荷存储的期间记为TM，那么背景光的检测期间相当于其二分之一。如果在光检测元件PD和各像素P(m、n)中产生的每单位时间的载流子量大致相等，那么在背景光检测期间TM/2中在光检测元件PD中产生的载流子的电荷量(电压β)则与在反射脉冲检测期间TM中所含的背景光成分的载流子的电荷量大致一致。
在背景光的检测期间，右侧脉冲信号SR、左侧脉冲信号SL依旧是高电平。由此，载流子流向第1存储区域内，但是用于排出载流子的信号SEX为高电平(晶体管ON)，该载流子被排出向外部。因此，第1存储区域中的电势ΦA(ΦAR、ΦAL)依旧是一定的，第2存储区域中的电势ΦFD(ΦFDR、ΦFDL)也是一定的。在该时序图中，电势表示左右中的任意一个。
在时刻t3～t4的期间进行上述的M次的检测。此时，用于排出载流子的信号SEX为低电平(晶体管OFF)，电势ΦA随着时间的经过而降低。该电势ΦA的降低量Φ1与反射脉冲光和背景光的受光量成比例。在本例中，在将载流子存储于第1存储区域之后，对应于背景光的光量而降低势垒ΦIG。即，在时刻t5～t6的期间，使转送信号ST为高电平(电势ΦIG)，进行向第2存储区域的载流子的转送。由此，电子从第1存储区域流向第2存储区域，电子流出的电势ΦA变高，电子流入的电势ΦFD变低。
在时刻t6，在没有载流子的状态下的第1存储区域的电势和残留有载流子的电势之差Φ2，与对应于背景光成分的势垒ΦG一致。另外，在充满载流子的状态下的第1存储区域的时刻t5的电势和在时刻t6载流子流出时的第1存储区域的电势之差Φ3，与流入第2存储区域的载流子的电荷量，即反射脉冲光(调制信号)的延迟量一致。
将以上的检测周期记为TF’。此后，在时刻t7～t8的期间，用于排出载流子的信号SEX为高电平(晶体管ON)，使残留于第1存储区域的载流子排出，并且转移到下一个的检测周期。
在本例中，在实行X次的检测周期TF’之后，在时刻t18使作为选择开关的晶体管SEL(参照图13)成为ON，从而进行电势ΦFD的检测。在时刻t19～t20如上所述地进行残留的背景光成分的排出。在时刻t21～t22，同时使ST和SEX成为高电平(使晶体管(IGR、IGL、EX1、EX2)成为ON)，从而进行重置，结束1个像素内的距离信息的测量。在此，在每个检测周期TF’，电子在第2存储区域累积并被存储，其电势ΦFD依次降低。
在此，上述的背景光除去电路PCC中的光检测元件PD可以配置于摄像区域1IP内。以下，对将光检测元件PD配置于摄像区域1IP内的例子进行说明。另外，以下的配置例也可以适用于其它的实施方式。
图17为表示上述各像素P和光检测元件PD的配置例的摄像区域1IP的平面图。
在四边形的摄像区域1IP内，配置有多个像素P和光检测元件PD。像素P沿着与摄像区域1IP的一边倾斜地交叉的方向排列，在像素P之间配置有光检测元件PD。在同图中，在1个光检测元件PD的周围配置有4个像素P，在1个像素P的周围配置有4个光检测元件PD。多个光检测元件PD的输出在摄像区域1IP内全部进行合计，或者对规定的区域内的输出进行合计，并被输入到背景光除去电路PCC的取样保持电路SH或者A/D转换电路。规定的区域包括：包含1个光检测元件列的区域。
图18为表示上述的各像素P和光检测元件PD的配置例的摄像区域1IP的平面图。
在四边形的摄像区域1IP内，配置有多个像素P和光检测元件PD。像素P与摄像区域1IP的一边平行地进行排列，共有邻接的多个像素P内的一部分区域而配置有光检测元件PD。在本例中，在相互邻接的4个像素P的中央配置有光检测元件PD。多个光检测元件PD的输出在摄像区域1IP内全部进行合计，或者对规定的区域内的输出进行合计，并被输入到背景光除去电路PCC的取样保持电路SH或者A/D转换电路。
图19为表示上述的各像素P和光检测元件PD的配置例的摄像区域1IP的平面图。
在四边形的摄像区域1IP内，配置有多个像素P和光检测元件PD。像素P与摄像区域1IP的一边平行地进行排列，在各像素P内的一部分区域内分别配置有光检测元件PD。多个光检测元件PD的输出在摄像区域1IP内全部进行合计，或者对规定的区域内的输出进行合计，或者是作为各个像素的输出，并被输入到背景光除去电路PCC的取样保持电路SH或者A/D转换电路。
图20为像素P(m、n)和放大器的电路图。
垂直读取线RRL、LRL分别连接于电荷放大器CAR、CAL的反相输入端子。
电荷放大器CAR具备连接于运算放大器QP1的反相输入端子和输出端子之间的电容器C1以及作为开关的晶体管S1，非反相输入端子连接于基准电位Vref。
电荷放大器CAL具备连接于运算放大器QP2的反相输入端子和输出端子之间的电容器C2以及作为开关的晶体管S2，非反相输入端子连接于基准电位Vref。
如果使晶体管S1、S2成为ON，那么电容器C1、C2发生短路。如果使晶体管S1、S2成为OFF，那么电荷存储于电容器C1、C2，并输出对应于存储电荷的电压。
这样，通过利用放大器能够增大输出增益。
图21为像素P(m、n)和放大器的电路图。
在该放大器中，将图20所示的电荷放大器CAR、CAL的电容器C1、C2置换为可变电容器C1’、C2’，通过磁滞比较器(hysteresiscomparator)HS1、HS2的输出来控制可变电容器C1’、C2’的电容。比较器HS1、HS2为：一个输入端子连接于垂直读取线RRL、LRL，并向另一个输入端子输入基准电位Vref2。在垂直读取线RRL、LRL的电位超过基准电位Vref2的情况下，通过增大电容器C1、C2的电容而增大检测范围，在垂直读取线RRL、LRL的电位为基准电位Vref2以下的情况下，通过减小电容器C1、C2的电容而能够增加检测灵敏度。这样，通过使增益可变，能够应对微弱光的检测。在此，作为放大器的构成，源输出器(source follower)以及电荷放大器均可以适用。
其次，对将像素内的电极排列进行变形的例子进行说明。
图22为具有使电极排列变形了的像素的固体摄像元件1的平面图。
在半导体基板100上设置有由多个像素P(m、n)构成的摄像区域1IP以及距离信息读取电路K1、K2、Kn、K4等，该固体摄像元件1与图8所示的固体摄像元件1的区别点仅在于像素P(m、n)内的结构和从时序发生电路TGC向像素内电极输出的时序信号。
时序发生电路TGC根据输入的驱动信号而生成各种的时序信号。在时序发生电路TGC中产生的时序信号通过垂直移位寄存器1V而使各像素的选择开关SEL(参照图26)成为ON，从而按各像素行读取存储于像素内的浮动扩散区域(第3存储区域FDR、FDL(参照图26))内的载流子的电荷量的值，并且使左右的晶体管(TX1、TX2(参照图26))交替地成为ON，将载流子存储于第1存储区域(AR、AL(参照图26))内。
水平移位寄存器1H2根据从时序发生电路TGC输入的控制信号而按各像素列使开关组SW成为ON。通过水平移位寄存器1H2使构成开关组SW的各开关成为ON，从而使保持于取样保持电路SHn的电荷量Q1的值经由右侧水平线HLR以及输出缓冲器1I1而向外部输出，并使保持于取样保持电路SHn的电荷量Q2的值经由左侧水平线HLL以及输出缓冲器1I2而向外部输出。
在电荷量Q1、Q2的存储之前进行背景光的检测。时序发生电路TGC与输入的触发信号同步地生成背景光检测信号TN。背景光检测信号TN被输入到背景光除去电路PCC。背景光除去电路PCC在背景光检测信号TN为ON的情况下进行背景光的检测，并保持通过检测而产生的值，此后，使电势控制电压ΦIG(＝ΦIGR、ΦIGL)作为转送信号ST而向第2栅极IG(IGR、IGL)输出。
图23为图22所示的像素P(m、n)的平面图(图23(A))、像素P(m、n)的纵剖面图(图23(B))、纵剖面图中没有偏压时的半导体内的电势图(图23(C))。
在此，在图6中，将浮动扩散区域称为第2存储区域，但是在本例中称为第3存储区域。
像素P(m、n)具备p型的半导体基板100和形成于半导体基板100上的绝缘层101。在绝缘层101上设置有遮光膜SM。遮光膜SM针对每个像素都具备有入射用的开口OP。在开口OP的正下方的绝缘层101上，配置有像素电极PG。将半导体基板100的像素电极PG的正下方的半导体基板100内的表面区域记为光感应区域SA。在像素电极PG的两侧，在绝缘层101上配置有一对第1栅极TX1、TX2。设置于半导体基板100内的一对第1存储区域AR、AL位于第1栅极TX1、TX2的外侧。再者，设置于半导体基板100内的一对电荷退避区域(第2存储区域)BR、BL位于第1存储区域AR、AL的外侧。在第1存储区域AR、A L和电荷退避区域BR、BL之间的区域的上方，第2栅极IGR、IGL分别位于绝缘层101上。
在半导体基板100内，在电荷退避区域BR、BL的外侧，设置有一对第3存储区域FDR、FDL。第1存储区域AR、AL、电荷退避区域BR、BL、以及第2存储区域FDR、FDL分别由n型的半导体区域构成。
在电荷退避区域BR、BL和第3存储区域FDR、FDL之间的半导体区域的上方，在绝缘层101上配置有一对第3栅极TGR、TGL。第3栅极TGR、TGL以控制分别介于电荷退避区域BR、BL和第3存储区域FDR、FDL之间的第2势垒ΦG的高度的方式设置于半导体基板100上。第2势垒ΦG由电荷退避区域BR、BL的电势ΦBR、ΦBL和第3栅极TGR、TGL的正下方的半导体的电势ΦTGR、ΦTGL的差进行赋值。
向第1存储区域AR、AL、作为第2存储区域的电荷退避区域BR、BL的载流子存储方法如上所述，根据背景光强度调整它们之间的电势ΦIGR、ΦIGL，从而能够在作为第2存储区域的电荷退避区域BR、BL内存储起因于探测光的反射光的载流子(电荷量Q1、Q2)。
通过降低相对于载流子的第2势垒ΦG的高度，从而将存储于电荷退避区域BR、BL的载流子转送至第3存储区域FDR、FDL，之后，增加第2势垒ΦG的高度，在将载流子保持于第3存储区域FDR、FDL的状态下，以载流子交替地存储于一对第1存储区域AR、AL的方式，控制向第1栅极TX1、TX2、第2栅极IGR、IGL以及第3栅极TGR、TGL的施加电位。为了使电势变高(变深)，可以提高向各栅极赋予的电位。
另外，在图23的平面图中，第3存储区域FDR、FDL以及其外侧的区域的垂直于载流子转送方向的方向上的宽度，小于第1存储区域AR、AL以及第2存储区域BR、BL的垂直于载流子转送方向的方向上的宽度，能够提高第3存储区域FDR、FDL中的微少的载流子的密度，并通过减小其电容，从而能够提高转换增益。
像素P(m、n)具备分别邻接于第1存储区域AR、AL的载流子排出区域DEX1、DEX2。即，在第1存储区域AR、AL残留存储有相当于背景光成分的载流子，但是，存储的载流子经由载流子排出区域DEX1、DEX2而向外部排出。载流子排出区域DEX1、DEX2由n型的半导体构成。
在右侧的第1存储区域AR和载流子排出区域DEX1之间的半导体区域的上方，用于排出载流子的栅极EX1位于绝缘层101上，如果向右侧的栅极EX1赋予正电位，那么存储于第1存储区域AR内的载流子流入载流子排出区域DEX1，并经由电连接于载流子排出区域DEX1的布线而向外部输出。
在左侧的第1存储区域AL和载流子排出区域DEX2之间的半导体区域的上方，用于排出载流子的栅极EX2位于绝缘层101上，如果向栅极EX2赋予正电位，那么存储于左侧的第1存储区域AL内的载流子流入载流子排出区域DEX2，并经由电连接于载流子排出区域DEX2的布线而向外部输出。
在第3存储区域FDR、FDL的外侧设置有由一对n型半导体区域构成的重置漏极区域RDR、RDL，在第3存储区域FDR、FDL和重置漏极区域RDR、RDL之间的半导体区域的上方，在绝缘层101上设置有重置用的栅极TRR、TRL。通过向栅极TRR、TRL施加正电位而使栅极TRR、TRL的正下方的半导体区域的电势ΦTRR、ΦTRL变深，使第3存储区域FDR、FDL和重置漏极区域RDR、RDL连接。重置漏极区域RDR、RDL连接于电源电位，但是在没有偏压时具有电势ΦRDR、ΦRDL。
图24为用于说明载流子的存储和排出动作的电势图。
在初始状态中，电势ΦFDL、ΦBL、ΦAL、ΦAR、ΦBR、ΦFDR较高(较深)，在各势阱中没有存储有载流子。在此，必要时可以向ΦPG施加若干的正电位(图24(A))。
在驱动脉冲的前半个半周期的期间内，使电势ΦPG和右侧的电势ΦTX1变深，并向右侧的第1存储区域的电势ΦAR的阱内转送载流子(图24(B))。在右侧的势阱中存储有电荷量QR。
在驱动脉冲的后半个半周期的期间内，使电势ΦPG和左侧的电势ΦTX2变深，并向左侧的第1存储区域的电势ΦAL的阱内转送载流子(图24(C))。在左侧的势阱中存储有电荷量QL。
如果重复由图24(B)和图24(C)构成的微少电荷存储工序M次，那么在各势阱内将存储累积到M倍的电荷量∑QR、∑QL(图24(D))。
此后，使电势ΦIGR、ΦIGL变深(使势垒高度变小)，并使相当于背景光成分的载流子的电荷量QBG残留于各电势ΦAR以及电势ΦAL的阱内，使残余的对应于脉冲光成分的电荷溢出并转送到电荷退避区域的电势ΦBR、ΦBL的阱内。电荷退避区域的电势ΦBR、ΦBL的阱内存储有电荷量Q1、Q2的载流子(图24(E))。
其次，通过向图23所示的栅极EX1、EX2赋予正电位，从而将残留于第1存储区域的电势ΦAR、ΦAL的阱内的电荷量QBG的载流子转送至载流子排出区域DEX1、DEX2，并将其向外部排出(图24(F))。在此，被排出的载流子的合计电荷量对应于各像素的亮度，因而如果按各像素将它们读取，那么能够得到亮度图像。
在此，根据不同的方式，使由图24(B)和图24(C)的M次的重复工序以及从图24(D)到图24(F)的转送工序构成的累积电荷存储工序，返回到图24(B)的工序，并将该累积电荷存储工序重复进行X次。在该情况下，能够将微少电荷的M×X倍的载流子中所含的脉冲光的信号成分存储于电荷退避区域的电势ΦBR、ΦBL的阱内。
其次，使电势ΦTGR、ΦTGL变深，并减小相对于载流子的势垒ΦG，将存储于电荷退避区域的电势ΦBR、ΦBL的阱内的载流子转送至第3存储区域的电势ΦFDR、ΦFDL的阱内(图24(G))。此时，可以只以载流子扩散作为载流子转送力，但是，在此，使第3存储区域的电势ΦFDR、ΦFDL预先连接于电源电位等，并预先使电势变深。将到此为止的工序作为第1次的载流子存储工序。
其次，进行第2次的载流子存储工序。在此，在第2次的载流子存储工序的实行期间内，依次读取存储于第3存储区域的电势ΦFDR、ΦFDL的阱内的载流子。
在第2次的载流子存储工序中，与上述同样地，在载流子转送之后，在将载流子保持于电势ΦFDR、ΦFDL的阱内的状态下，与图24(B)同样地，在驱动脉冲的前半个半周期的期间内，使电势ΦPG和右侧的电势ΦTX1变深，并向右侧的第1存储区域的电势ΦAR的阱内转送载流子(图24(H))。预先将左右的第2势垒ΦG的高度增加至原来的位置。在右侧的势阱中再次存储有电荷量QR。
在将载流子保持于电势ΦFDR、ΦFDL的阱内的状态下，在驱动脉冲的后半个半周期的期间内，使电势ΦPG和左侧的电势ΦTX2变深，并向左侧的第1存储区域的电势ΦAL的阱内转送载流子(图24(I))。在左侧的势阱中存储有电荷量QL。
如果重复由图24(H)和图24(I)构成的微少电荷存储工序M次，那么在各势阱内将会存储累积到M倍的电荷量∑QR、∑QL(在此，在第2次的载流子存储工序的实行期间内，依次读取存储于第3存储区域的电势ΦFDR、ΦFDL的阱内的载流子，因而第3存储区域的载流子作为已读取的载流子，在后面进行说明。参照图24(D))。
此后，使电势ΦIGR、ΦIGL变深(使势垒高度变小)，并使相当于背景光成分的载流子的电荷量QBG残留于各电势ΦAR以及电势ΦAL的阱内，使残余的对应于脉冲光成分的电荷溢出并转送到电荷退避区域的电势ΦBR、ΦBL的阱内。电荷退避区域的电势ΦBR、ΦBL的阱内存储有电荷量Q1、Q2的载流子(参照图24(E))。
其次，通过向图23所示的栅极EX1、EX2赋予正电位，从而将残留于第1存储区域的电势ΦAR、ΦAL的阱内的电荷量QBG的载流子转送至载流子排出区域DEX1、DEX2，并将其向外部排出(参照图24(F))。
在此，根据不同的方式，使由图24(H)和图24(I)的M次的重复工序以及从图24(D)到图24(F)的转送工序构成的累积电荷存储工序，返回到图24(H)的工序，并将该累积电荷存储工序重复进行X次。在该情况下，能够将微少电荷的M×X倍的载流子中所含的脉冲光的信号成分存储于电荷退避区域的电势ΦBR、ΦBL的阱内。以后，同样地实行图24(G)的工序。
在此，在上述的图10所示的例子中，在上次测量时的载流子存储于第2存储区域内的情况下，如果在本次测量中驱动第1栅极，则载流子会混合。但是，在本例中，使第2势垒ΦG的高度降低，并将载流子转送到第3存储区域FDR、FDL之后(图24(G))，使第2势垒ΦG的高度增加(图24(H)、图24(I))，在进行其后的图24(H)、(I)、(D)、(E)、(F)的工序之际，阻止载流子从电荷退避区域ΦBR、ΦBL向第3存储区域FDR、FDL流入。如图24(H)、图24(I)所示，驱动第1栅极，使本次测量时所产生的载流子从光感应区域流入电荷退避区域ΦBR、ΦBL，或者是如图24(E)的工序那样转送载流子，并且可以读取存储于第3存储区域FDR、FDL的载流子。由此，能够缩短测量时间。
图25为表示载流子存储和读取之间的关系的时序图。
在时刻t1～t2的期间，在第1行的像素行中，进行第1次的载流子存储工序(AC1(1t))。同样地，在时刻t1～t2的期间，在第2行、第3行、第4行的像素行中，进行第1次的载流子存储工序(AC2(1t)、AC3(1t)、AC4(1t))。
在第1次的载流子存储工序结束之后，在时刻t2～t6的期间，在各像素行中，进行第2次的载流子存储工序(AC1(2t)、AC2(2t)、AC3(2t)、AC4(2t))。
在此，在时刻t2～t3的期间中，在第1行的像素行中，进行存储于第3存储区域FDR、FDL的载流子的读取工序(RD1)。在时刻t3～t4的期间中，在第2行的像素行中，进行存储于第3存储区域FDR、FDL的载流子的读取工序(RD2)。在时刻t5～t6的期间中，在第3行的像素行中，进行存储于第3存储区域FDR、FDL的载流子的读取工序(RD3)。在时刻t5～t6的期间中，在第4行的像素行中，进行存储于第3存储区域FDR、FDL的载流子的读取工序(RD4)。
如以上所述，在本例中，能够在实行载流子存储工序的同时实行载流子读取工序，因而能够缩短测量时间。
图26为图23所示的像素P(m、n)的电路图。
具有各栅极的晶体管使用对应于()内的栅极的符号来进行表示。另外，将在载流子的读取时流入载流子的一边作为晶体管的源极，将流出的一边作为漏极。
图26所示的电路与图13所示的电路的不同点在于：附加有电荷退避区域BR、BL、第3栅极TGR、TGL、重置用的晶体管(TRR、TRL)，其它的结构相同。以下，进行详细说明。
包含像素电极PG的晶体管的一端连接于包含栅极TX1的NMOS晶体管的源极，NMOS晶体管(TX1)的漏极连接于第1存储区域AR以及NMOS晶体管(IGR)的源极、载流子排出用晶体管(EX1)的源极，用于排出载流子的NMOS晶体管(EX1)的漏极连接于电源电位V+。第1存储区域AR连接于用于除去背景光成分的NMOS晶体管(IGR)的源极，NMOS晶体管(IGR)的漏极连接于电荷退避区域BR。
电荷退避区域BR连接于NMOS晶体管(TGR)的源极。晶体管(TGR)的漏极连接于第3存储区域FDR、重置用的NMOS晶体管(TRR)的源极以及PMOS晶体管FET1的栅极。晶体管(TRR)的漏极区域RDR连接于电源电位V+。另外，PMOS晶体管FET1的源极连接于电源电位V+，漏极连接于输出选择用的右侧的PMOS晶体管SEL。另外，通过通用线WL而向晶体管(IGR)的栅极IGR输入载流子的转送信号ST(＝ΦIGR)。晶体管SEL的漏极连接于右侧的垂直读取线RRL。对应于存储在第3存储区域FDR的电荷量Q1的电流流入垂直读取线RRL。在此，通过使晶体管(TRR)成为ON而使第3存储区域FDR连接于电源电位V+，使存储的电荷进行重置。在此，向晶体管(TRR)的栅极TRR施加重置信号STR。另外，向用于排出电荷的晶体管(EX1)的栅极EX1施加排出信号SEX。在此，各电源电位V+的大小根据不同的设计而相互不同。
包含像素电极PG的晶体管的另一端连接于包含栅极TX2的NMOS晶体管的源极，NMOS晶体管(TX2)的漏极连接于第1存储区域AL以及NMOS晶体管(IGL)的源极、载流子排出用晶体管(EX2)的源极，用于排出载流子的NMOS晶体管(EX2)的漏极连接于电源电位V+。第1存储区域AL连接于用于除去背景光成分的NMOS晶体管(IGL)的源极，NMOS晶体管(IGL)的漏极连接于电荷退避区域BL。
电荷退避区域BL连接于NMOS晶体管(TGL)的源极。晶体管(TGL)的漏极连接于第3存储区域FDL、重置用的NMOS晶体管(TRL)的源极以及PMOS晶体管FET2的栅极。晶体管(TRL)的漏极区域RDL连接于电源电位V+。另外，PMOS晶体管FET2的源极连接于电源电位V+，漏极连接于输出选择用的左侧的PMOS晶体管SEL。另外，通过通用线WL而向晶体管(IGL)的栅极IGL输入载流子的转送信号ST(＝ΦIGL)。左侧的晶体管SEL的漏极连接于左侧的垂直读取线LRL。对应于存储在第3存储区域FDL的电荷量Q2的电流流入垂直读取线LRL。在此，通过使晶体管(TRL)成为ON而使第3存储区域FDL连接于电源电位V+，使存储的电荷进行重置。在此，向晶体管(TRL)的栅极TRL施加重置信号STR。另外，向用于排出电荷的晶体管(EX2)的栅极EX2施加排出信号SEX。在此，各电源电位V+的大小根据不同的设计而相互不同。
另外，为了进行电荷的分配，分别向一对第1栅极TX1、TX2输入右侧脉冲信号SR以及左侧脉冲信号SL。
在检测出背景光之后，通过同时向栅极IGR、IGL施加转送信号ST，从而如上所述地降低势垒ΦBG，并在电荷退避区域BR、BL内存储对应于反射光的载流子。通过同时向栅极TGR、TGL施加高电平的转送信号STG，存储于电荷退避区域BR、BL的载流子被转送至第3存储区域FDR、FDL内，此后，使转送信号STG的电平为低电平，并增加相对于载流子的上述的势垒ΦG的高度，从电荷退避区域BR、BL隔离存储于第3存储区域FDR、FDL内的载流子。
在转送载流子时，第3存储区域FDR、FDL是浮动电平，与流入的负的电荷量Q1、Q2成比例，在晶体管FET1、FET2中流动的电流被决定。如果从垂直移位寄存器输入使选择用的晶体管SEL为ON的信号，那么对应于FET1、FET2的输入栅极电压，对应于各电荷量Q1、Q2的电流会流向垂直读取线RRL、LRL。
为了使第3存储区域FDR、FDL为浮动电平，使重置用的晶体管(TRR、TRL)ON，并将第3存储区域FDR、FDL连接于电源电位V+，然后，使重置用的晶体管(TRR、TRL)OFF即可。
图27为通过排列图26所示的像素P(m、n)而构成的固体摄像元件1的电路图。
从背景光除去电路PCC输出的转送信号ST(ΦIG)经由设置于各像素行的开关SW1、SW2、SW3、SW4而被输入到各像素行的通用线WL，在每个像素行同时使第2栅极IGR、IGL成为ON(参照图26)。通用线WL在1个像素行中是通用的。
在此，在使开关SW1、SW2、SW3、SW4同时ON的情况下，在全部的像素中，能够同时向电荷退避区域转送载流子。即，在1个测量周期内作为基准的背景光成分为1个的情况下，开关SW1、SW2、SW3、SW4同时成为ON即可。这样，通过使开关SW1、SW2、SW3、SW4同时成为ON，或者通过不设置开关，从而能够缩短距离图像的测量周期。另外，如后面所述，在进行自我参照型的背景光检测的情况下，例如从在各像素行检测出的背景光成分依次生成每像素行的转送信号ST，通过按顺序使开关SW1、SW2、SW3、SW4成为ON，将生成的转送信号ST输入到对应的每个像素行即可。这样，如果进行背景光除去的像素合并动作，那么能够缩短距离图像的测量周期。
图28为具备电荷退避区域的固体摄像装置的时序图。
在1个像素的信号的测量期间TF中，除去STR、STG、ΦB、ΦFD的信号的时序与图16所示的时序相同，因而必要时省略说明。
在时刻t1～t2的背景光检测的期间，右侧脉冲信号SR、左侧脉冲信号SL依旧是高电平。由此，载流子流向第1存储区域内，但是用于排出载流子的信号SEX为高电平(晶体管ON)，该载流子被排出向外部。因此，第1存储区域中的电势ΦA(ΦAR、ΦAL)依旧是一定的，电荷退避区域的电势ΦB(ΦBR、ΦBL)也是一定的。在该时序图中，电势表示左右中的任意一个。
在时刻t3～t4的期间，进行上述的M次的检测。此时，用于排出载流子的信号SEX为低电平(晶体管OFF)，电势ΦA随着时间的经过而降低。该电势ΦA的降低量Φ1与反射脉冲光和背景光的受光量成比例。在本例中，在将载流子存储于第1存储区域之后，对应于背景光的光量而降低势垒ΦIG。即，在时刻t5～t6的期间，使转送信号ST为高电平(电势ΦIG)，进行向电荷退避区域的载流子的转送。由此，电子从第1存储区域流向电荷退避区域，电子流出的电势ΦA变高，电子流入的电势ΦB变低。
在时刻t6，在没有载流子的状态下的第1存储区域的电势和残留有载流子的电势之差Φ2，与对应于背景光成分的势垒ΦG一致。另外，在充满载流子的状态下的第1存储区域的时刻t5的电势和在时刻t6载流子流出时的第1存储区域的电势之差Φ3，与流入电荷退避区域的载流子的电荷量，即反射脉冲光(调制信号)的延迟量一致。
将以上的检测周期记为TF’。此后，在时刻t7～t8的期间，用于排出载流子的信号SEX为高电平(晶体管ON)，使残留于第1存储区域的载流子排出，并且转移到下一个的检测周期。在此，在每个检测周期TF’，电子在电荷退避区域累积并被存储，其电势ΦB依次降低。
在本例中，在实行X次的检测周期TF’之后，在时刻t21～t22向作为浮动扩散区域的第3存储区域FDR、FDL加上重置。即，在时刻t21～t22的期间，使重置信号STR为高电平，使图26中的重置用的晶体管(TRR、TRL)成为ON，从而在将第3存储区域FDR、FDL连接于电源电位之后，使晶体管(TRR、TRL)成为OFF。
此后，在时刻t23～t24的期间，使转送信号STG为高电平，使图26中的用于转送信号的晶体管(TGR、TGL)为ON，从而将存储于电荷退避区域BR、BL的载流子转送到第3存储区域FDR、FDL，并向晶体管FET1、FET2的栅极施加对应于存储电荷量的电压。
其次，在本次的测量期间TF结束之后，或者是在下次的测量期间TF的适当时刻，使作为选择开关的晶体管SEL(参照图26)为ON，从而进行电势ΦFD的检测。
在上述说明中，通过将相位差异为180度的右侧脉冲信号SR以及左侧脉冲信号SL分别施加于一对栅极来进行距离图像的测量。以下，对通过将相位差异分别为90度(相位＝0度、90度、180度、270度)的4个脉冲信号施加于4个用于分配载流子的栅极来进行距离图像的测量的例子进行说明。
图29为每一个像素具有4个用于分配载流子的栅极的固体摄像元件1的平面图。
在半导体基板100上的一个区域上，设置有距离信息读取电路K1、K2、Kn、K4。各距离信息读取电路Kn具备通过水平移位寄存器1H2进行开关的读取开关组SW和设置于每像素列的各取样保持电路SHn。
在半导体基板100上的夹着摄像区域1IP而位于距离信息读取电路Kn的相反侧的区域上，设置有距离信息读取电路K1’、K2’、Kn’、K4’。各距离信息读取电路Kn’具备通过水平移位寄存器1H2’进行开关的读取开关组SW’和设置于每像素列的各取样保持电路SHn’。
时序发生电路TGC对应于输入的驱动信号而生成各种的时序信号。为了说明的简单化，虽然在半导体基板100上还配置有时序发生电路TGC，但是时序发生电路TGC也可以与半导体基板100分开设置。
背景光除去电路PCC在背景光检测信号TN为ON的情况下进行背景光的检测，保持通过检测而产生的值，此后，将电势控制电压ΦIG(＝ΦIGR、ΦIGL)作为转送信号ST而向像素内的左右一对第2栅极IG(IGR、IGL)输出。
背景光除去电路PCC’在背景光检测信号TN为ON的情况下进行背景光的检测，保持通过检测而产生的值，此后，将电势控制电压ΦIG(＝ΦIGF、ΦIGB)作为转送信号ST2而向像素内的前后一对第2栅极IG(IGF、IGB)输出。
水平移位寄存器1H2由通过连接触发器而成的寄存器构成，对应于从时序发生电路TGC输入的控制信号而使开关组SW按各像素列成为ON。从各像素P(m、n)对应于左右的栅极而输出上述的电荷量Q1、Q2。构成开关组SW的各开关介于用于读取电荷量Q1的值的右侧水平线HLR和用于读取电荷量Q2的值的左侧水平线HLL之间，通过水平移位寄存器1H2使这些开关成为ON，从而使保持于取样保持电路SHn的电荷量Q1的值经由右侧水平线HLR和输出缓冲器1I1而向外部输出，并使保持于取样保持电路SHn的电荷量Q2的值经由左侧水平线HLL和输出缓冲器1I2而向外部输出。
水平移位寄存器1H2’由通过连接触发器而成的寄存器构成，对应于从时序发生电路TGC输入的控制信号H1而使开关组SW’按各像素列成为ON。从各像素P(m、n)对应于前后的栅极而输出电荷量Q3、Q4。构成开关组SW’的各开关介于用于读取电荷量Q3的值的右侧水平线HLR’和用于读取电荷量Q4的值的左侧水平线HLL’之间，通过水平移位寄存器1H2’使这些开关成为ON，从而使保持于取样保持电路SHn’的电荷量Q3的值经由右侧水平线HLR’和输出缓冲器1I1’而向外部输出，并使保持于取样保持电路SHn’的电荷量Q4的值经由左侧水平线HLL’和输出缓冲器1I2’而向外部输出。
在电荷量Q1、Q2、Q3、Q4的存储之前进行背景光的检测。时序发生电路TGC与输入的触发信号同步地生成背景光检测信号TN。背景光检测信号TN被输入到背景光除去电路PCC以及背景光除去电路PCC’。在此，背景光除去电路PCC以及背景光除去电路PCC’的结构相同，也可以以1个背景光除去电路兼作PCC以及PCC’。
图30为图29所示的像素P(m、n)的平面图。图31为沿图30中的31A-31A箭头的剖面图(图31(A))、图31(A)的剖面图中没有偏压时的半导体内的电势图(图31(B))、沿图30中的31C-31C箭头的剖面图(图31(C))、图31(C)的剖面图中没有偏压时的半导体内的电势图(图31(D))。
左右方向的纵剖面图(图31(A))的结构以及电势图(图31(B))与图23所示的图相同，因而省略说明。在此，在图30的平面图中，第3存储区域FDR、FDL以及其外侧的区域的前后方向的宽度比图23所示的宽度大，但是，其也可以与图23所示的结构相同。
前后方向的纵剖面图(图31(C))的结构以及电势图(图31(D))与左右方向的相同，但是，由于要件的符号不同，因而在以下对其进行说明。在此，左右方向以及前后方向分别平行于半导体基板100的露出表面，并垂直于半导体基板100的厚度方向，左右方向与前后方向相互垂直。
在像素电极PG的两侧，在绝缘层101上配置有一对第1栅极TX3、TX4。设置于半导体基板100内的一对第1存储区域AF、AB位于第1栅极TX3、TX4的外侧。再者，设置于半导体基板100内的一对电荷退避区域(第2存储区域)BF、BB位于第1存储区域AF、AB的外侧。在第1存储区域AF、AB和电荷退避区域BF、BB之间的区域的上方，第2栅极IGF、IGB分别位于绝缘层101上。
在半导体基板100内，在电荷退避区域BF、BB的外侧，设置有一对第3存储区域FDF、FDB。第1存储区域AF、AB、电荷退避区域BF、BB以及第2存储区域FDF、FDB分别由n型的半导体区域构成。
在电荷退避区域BF、BB和第3存储区域FDF、FDB之间的半导体区域的上方，在绝缘层101上配置有一对第3栅极TRF、TRB。第3栅极TRF、TRB以控制分别介于电荷退避区域BF、BB和第3存储区域FDF、FDB之间的第2势垒ΦG的高度的方式设置于半导体基板100上。第2势垒ΦG由电荷退避区域BF、BB的电势ΦBF、ΦBB和第3栅极TRF、TRB的正下方的半导体的电势ΦTGF、ΦTGB的差进行赋值。
载流子向前后方向的第1存储区域AF、AB、作为第2存储区域的电荷退避区域BF、BB的存储的方法，与载流子向左右方向的第1存储区域AR、AL以及电荷退避区域BR、BL的存储的方法相同，根据背景光强度调整它们之间的电势ΦIGF、ΦIGB，从而能够在作为第2存储区域的电荷退避区域BF、BB内存储起因于探测光的反射光的载流子(电荷量Q3、Q4)。
通过降低相对于载流子的第2势垒ΦG的高度，从而将存储于电荷退避区域BF、BB的载流子转送至第3存储区域FDF、FDB，之后，增加第2势垒ΦG的高度，在将载流子保持于第3存储区域FDF、FDB的状态下，以载流子交替地存储于一对第1存储区域AF、AB的方式，控制向第1栅极TX3、TX4、第2栅极IGF、IGB、以及第3栅极TRF、TRB的施加电位。为了使电势变高(变深)，可以提高向各栅极赋予的电位。
像素P(m、n)具备分别邻接于第1存储区域AF、AB的载流子排出区域DEX3、DEX4。即，在第1存储区域AF、AB残留存储有相当于背景光成分的载流子，但是，存储的载流子经由载流子排出区域DEX3、DEX4而向外部排出。载流子排出区域DEX3、DEX4由n型的半导体构成。
在前侧的第1存储区域AF和载流子排出区域DEX3之间的半导体区域的上方，用于排出载流子的栅极EX3位于绝缘层101上，如果向前侧的栅极EX3赋予正电位，那么存储于第1存储区域AF内的载流子流入载流子排出区域DEX3，并经由电连接于载流子排出区域DEX3的布线而向外部输出。
在后侧的第1存储区域AB和载流子排出区域DEX4之间的半导体区域的上方，用于排出载流子的栅极EX4位于绝缘层101上，如果向栅极EX4赋予正电位，那么存储于第1存储区域AB内的载流子流入载流子排出区域DEX4，并经由电连接于载流子排出区域DEX4的布线而向外部输出。
在第3存储区域FDF、FDB的外侧设置有由一对n型半导体区域构成的重置漏极区域RDF、RDB，在第3存储区域FDF、FDB和重置漏极区域RDF、RDB之间的半导体区域的上方，在绝缘层101上设置有重置用的栅极TRF、TRB。通过向栅极TRF、TRB施加正电位，栅极TRF、TRB的正下方的半导体区域的电势ΦTRF、ΦTRB变深，第3存储区域FDF、FDB和重置漏极区域RDF、RDB被连接。重置漏极区域RDF、RDB连接于电源电位，但是在没有偏压时具有电势ΦRDF、ΦRDB。
图32为图30所示的像素P(m、n)的电路图。
具有各栅极的晶体管使用对应于()内的栅极的符号来进行表示。另外，将在载流子的读取时载流子流入的一边作为晶体管的源极，将流出的一边作为漏极。
图32中的上半部分的电路结构UP及其功能与图26所示的相同，因而省略说明。下半部分的电路结构DN的结构及其功能除了电荷分配时的相位之外，其它与上半部分的电路结构UP及其功能相同。以下，对图32的下半部分的电路结构DN进行说明。
包含像素电极PG的晶体管的一端连接于包含栅极TX3的NMOS晶体管的源极，NMOS晶体管(TX3)的漏极连接于第1存储区域AF以及NMOS晶体管(IGF)的源极、载流子排出用晶体管(EX3)的源极，用于排出载流子的NMOS晶体管(EX3)的漏极连接于电源电位V+。第1存储区域AF连接于用于除去背景光成分的NMOS晶体管(IGF)的源极，NMOS晶体管(IGF)的漏极连接于电荷退避区域BF。
电荷退避区域BF连接于NMOS晶体管(TGF)的源极。晶体管(TGF)的漏极连接于第3存储区域FDF、重置用的NMOS晶体管(TRF)的源极、以及PMOS晶体管FET3的栅极。晶体管(TRF)的漏极区域RDF连接于电源电位V+。另外，PMOS晶体管FET3的源极连接于电源电位V+，漏极连接于用于输出选择的右侧的PMOS晶体管SEL。
另外，经由通用线WL2而向晶体管(IGF)的栅极IGF输入载流子的转送信号ST2(＝ΦIGF)。在此，在上半部分的电路结构UP中，经由通用线WL而向晶体管(IGR)的栅极IGR输入载流子的转送信号ST1(＝ΦIGR)。
下半部分的电路结构DN的右侧的晶体管SEL的漏极连接于右侧的垂直读取线RRL2。对应于存储在第3存储区域FDF的电荷量Q3的电流流入垂直读取线RRL2。在此，通过使晶体管(TRF)为ON而使第3存储区域FDF连接于电源电位V+，使存储的电荷重置。在此，向晶体管(TRF)的栅极TRF施加重置信号STR。另外，向用于排出电荷的晶体管(EX3)的栅极EX3施加排出信号SEX。在此，各电源电位V+的大小根据不同的设计而相互不同。
包含像素电极PG的晶体管的另一端连接于包含栅极TX4的NMOS晶体管的源极，NMOS晶体管(TX4)的漏极连接于第1存储区域AB、以及NMOS晶体管(IGB)的源极、载流子排出用晶体管(EX4)的源极，用于排出载流子的NMOS晶体管(EX4)的漏极连接于电源电位V+。第1存储区域AB连接于用于除去背景光成分的NMOS晶体管(IGB)的源极，NMOS晶体管(IGB)的漏极连接于电荷退避区域BB。
电荷退避区域BB连接于NMOS晶体管(TGB)的源极。晶体管(TGB)的漏极连接于第3存储区域FDB、重置用的NMOS晶体管(TRB)的源极、以及PMOS晶体管FET4的栅极。晶体管(TRB)的漏极区域RDB连接于电源电位V+。另外，PMOS晶体管FET4的源极连接于电源电位V+，漏极连接于用于输出选择的左侧的PMOS晶体管SEL。
另外，经由通用线WL2而向晶体管(IGB)的栅极IGB输入载流子的转送信号ST2(＝ΦIGB)。在此，在上半部分的电路结构UP中，经由通用线WL而向晶体管(IGL)的栅极IGL输入载流子的转送信号ST1(＝ΦIGL)。转送信号ST1和转送信号ST2的成为高电平的时序不同，但是其大小相同。在此，转送信号ST1与上述的转送信号ST相同。
电路结构DN中的左侧的晶体管SEL的漏极连接于左侧的垂直读取线LRL2。对应于存储在第3存储区域FDB的电荷量Q4的电流流入垂直读取线LRL2。在此，通过使晶体管(TRB)为ON而使第3存储区域FDB连接于电源电位V+，使存储的电荷重置。在此，向晶体管(TRB)的栅极TRB施加重置信号STR。另外，向用于排出电荷的晶体管(EX4)的栅极EX4施加排出信号SEX。在此，各电源电位V+的大小根据不同的设计而相互不同。
另外，为了进行电荷的分配，分别向一对第1栅极TX3、TX4输入前侧脉冲信号SF以及后侧脉冲信号SB。前侧脉冲信号SF以及后侧脉冲信号SB除了施加于第1栅极TX3、TX4的时序之外，分别与右侧脉冲信号SR以及左侧脉冲信号SL相同。即，第1栅极TX3、TX4和前侧脉冲信号SF以及后侧脉冲信号SB的关系，等同于第1栅极TX1、TX2和右侧脉冲信号SR以及左侧脉冲信号SL的关系。
在检测出背景光之后，通过同时向栅极IGF、IGB施加转送信号ST2，从而如上所述地降低势垒ΦBG，并在电荷退避区域BF、BB内存储对应于反射光的载流子。通过同时向栅极TGF、TGB施加高电平的转送信号STG，存储于电荷退避区域BF、BB的载流子被转送至第3存储区域FDF、FDB，此后，使转送信号STG的电平为低电平，并增加相对于载流子的上述的势垒ΦG的高度，从电荷退避区域BF、BB隔离存储于第3存储区域FDF、FDB内的载流子。
在转送载流子时，第3存储区域FDF、FDB是浮动电平，与分别流入的负的电荷量Q3、Q4成比例，在晶体管FET3、FET4中流动的电流被决定。如果从垂直移位寄存器输入使选择用的晶体管SEL为ON的信号，那么对应于FET3、FET4的输入栅极电压，对应于各电荷量Q3、Q4的电流会流向垂直读取线RRL2、LRL2。
为了使第3存储区域FDF、FDB为浮动电平，使重置用的晶体管(TRF、TRB)成为ON，并将第3存储区域FDF、FDB连接于电源电位V+，然后，将重置用的晶体管(TRF、TRB)OFF即可。
图33为通过排列图32所示的像素P(m、n)而构成的固体摄像元件1的电路图。
从背景光除去电路PCC输出的转送信号ST1(ΦIG)经由设置于各像素行的开关SW1、SW2、SW3、SW4而被输入到各像素行的通用线WL，按每个像素行同时使第2栅极IGR、IGL成为ON。通用线WL在1个像素行中是通用的。
从背景光除去电路PCC’输出的转送信号ST2(ΦIG)经由设置于各像素行的开关SW1’、SW2’、SW3’、SW4’而被输入到各像素行的通用线WL2，按每个像素行同时使第2栅极IGF、IGB成为ON。通用线WL2在1个像素行中是通用的。
在此，在同时使开关SW1、SW2、SW3、SW4(SW1’、SW2’、SW3’、SW4’)成为ON的情况下，在全部的像素中，能够同时向第2存储区域转送载流子。即，在1个测量周期内作为基准的背景光成分为1个的情况下，使开关SW1、SW2、SW3、SW4(SW1’、SW2’、SW3’、SW4’)同时成为ON即可。这样，通过使开关SW1、SW2、SW3、SW4(SW1’、SW2’、SW3’、SW4’)同时成为ON，或者通过不设置开关，从而能够缩短距离图像的测量周期。另外，如后面所述，在进行自我参照型的背景光检测的情况下，例如从在各像素行检测出的背景光成分依次生成每像素行的转送信号ST，通过按顺序使开关SW1、SW2、SW3、SW4(SW1’、SW2’、SW3’、SW4’)成为ON，将生成的转送信号ST输入到对应的每个像素行即可。
图34为图29所示的取样保持电路SHn’的电路图。
从各像素列开始，依次使与电荷量Q3、Q4成比例的电流经由垂直读取线RRL2、LRL2而流动，并经由未图示的负载而流向接地，垂直读取线RRL2、LRL2的电位与电荷量Q3、Q4成比例。该电压通过使开关SWR1’、SWL1’在相同的期间内同时为ON而被施加于电容器CR’、CL’，依赖于电压的电荷分别被存储。即，在电容器CR’、CL’中存储与电荷量Q3、Q4成比例的值的电荷，在其两端产生与存储电荷量成比例的电压。如果驱动水平移位寄存器，并使电容器CR’、CL’的后段的开关SWR2’、SWL2’为ON，那么与存储于电容器CR’、CL’的电荷量成比例的电压从各水平线HLR’、HLL’被读取。
图35为上述固体摄像装置的时序图。
在1个像素的信号的测量期间TF中，除去SF、SB、ST2、SEX2的信号的时序与图28所示的相同，因而必要时省略说明。在此，同图中的信号ST1、SEX1在图28中表示为ST、SEX。另外，电势ΦA、ΦB、ΦFD代表左右方向的电势ΦAR、ΦAL、ΦBR、ΦBL、ΦFDR、ΦFDL。
在1个像素内的左右方向的载流子的分配结束(时刻t4)之后，在时刻t5～t6之间，使转送信号ST1为ON，将信号从该第1存储区域转送至信号退避区域。在此，在该时刻t5～t6之间，检测用于分配前后方向的载流子的背景光(TN＝ON)。另外，在该时刻t5～t6之间，使前侧脉冲信号SF、后侧脉冲信号SB一起成为高电平，将载流子从光感应区域转送至第1存储区域内，使排出信号SEX2为高电平，同时排出该载流子。
在时刻t7～t9的期间，关于前后方向的载流子分配，进行上述的M次的检测。此时，用于排出载流子的信号SEX2为低电平(晶体管OFF)，第1存储区域的电势ΦAF、ΦAB(参照图31)随着时间的经过而降低。在此，在前后方向的脉冲光的分配期间(时刻t7～t9)中，使左右方向的排出信号SEX1为ON(时刻t7～t8)，并使残留于左右方向的第1存储区域内的背景光成分的载流子排出到外部。
在将载流子存储于前后方向的第1存储区域之后，对应于背景光的光量而降低势垒ΦIG。即，在时刻t10～t11的期间，使转送信号ST2为高电平(电势ΦIG)，进行向电荷退避区域的载流子的转送。由此，电子从第1存储区域流向电荷退避区域，电子流出的电势ΦAF、ΦAB变高，电子流入的电势ΦBF、ΦBB变低(参照图31)。
将时刻t1～时刻t9为止的检测周期记为TF’。在时刻t9之后，在时刻t10～t11的期间，使左右方向的用于排出载流子的信号SEX1为高电平(晶体管ON)，使残留于第1存储区域的载流子排出，并且转移到下一个检测周期。在下一个检测周期中，在进行左右方向的载流子分配的期间中，在时刻t12～t13的期间，使前后方向的用于排出载流子的信号SEX2为高电平(晶体管ON)，使残留于第1存储区域的载流子排出。在此，在每个检测周期TF’，电子在电荷退避区域累积并被存储，其电势ΦBR、ΦBL、ΦBF、ΦBB依次降低。
在本例中，在实行X次的检测周期TF’之后，在时刻t32～t33中，向作为浮动扩散区域的第3存储区域FDR、FDL、FDF、FDB加上重置。即，在时刻t32～t33的期间，使重置信号STR为高电平，使图32中的重置用的晶体管(TRR、TRL、TRF、TRB)成为ON，从而在将第3存储区域FDR、FDL、FDF、FDB连接于电源电位之后，使晶体管(TRR、TRL、TRF、TRB)成为OFF。
此后，在时刻t34～t35的期间，使转送信号STG为高电平，使图32中的用于转送信号的晶体管(TGR、TGL、TGF、TGB)为ON，从而将存储于电荷退避区域BR、BL、BF、BB的载流子转送到第3存储区域FDR、FDL、FDF、FDB，并向晶体管FET1、FET2、FET3、FET4的栅极施加对应于存储电荷量的电压。
其次，在本次的测量期间TF结束之后，或者是在下次的测量期间TF的适当时刻，使作为选择开关的晶体管SEL(参照图32)成为ON，从而进行电势ΦFDR、ΦFDL、ΦFDF、ΦFDB的检测。
在此，在上述说明中，右侧脉冲信号SR和左侧脉冲信号SL的相位相差180度，前侧脉冲信号SF和后侧脉冲信号SB的相位相差180度，右侧脉冲信号SR和前侧脉冲信号SF的相位相差90度。即，如果以驱动脉冲信号SP为基准，则SR、SL、SF、SB的相位分别为0度、90度、180度、270度。
图36为表示背景光除去电路PCC的变形例的方框图。
水平线HLR、HLL(或者HLR’、HLL’)的输出在脉冲检测时分别表示电荷量Q1、Q2(或者Q3、Q4)，但是在背景光检测时能够输出对应于背景光成分的电荷量。因此，即使从水平线HLR、HLL向计算电路CC输入检测出的背景光成分，如上所述，计算电路CC也能够将背景光成分所表示的检测值β转换为势垒ΦBG的大小。控制电压施加电路VC将相当于计算出的势垒ΦBG的电位ΦIG输入到第2栅极IG(IGR、IGL(以及IGF、IGB))。
在该构成中，像素的各剖面图中所示的光感应区域SA兼作光检测元件PD，该固体摄像装置具备对应于光感应区域SA的输出而向第2栅极IG(IGR、IGL(以及IGF、IGB))输出施加电位ΦIG的背景光检测电路(控制单元)PCC。
即，在光感应区域SA检测背景光，当检测出的背景光的输出大的情况下，以增大第1势垒ΦBG的高度的方式控制向第2栅极IG(IGR、IGL(以及IGF、IGB))的施加电位ΦIG，当检测出的背景光的输出小的情况下，以减小第1势垒ΦBG的高度的方式控制向第2栅极IG(IGR、IGL(以及IGF、IGB))的施加电位ΦIG。由此，没有必要另外设置光检测单元，因而可以使装置小型化。
图37为在进行这样的自我参照型的背景光检测的情况下的固体摄像装置的时序图。作为一例，对驱动图9的结构的像素的情况进行说明。
在图37中的时刻t7以后，是进行脉冲光照射时的载流子的分配和转送的脉冲检测期间TDIVIDE，同图的时刻t7以后的时序与图16的t1以后的时序相同，但是，背景光检测信号TN是指对在此之前的背景光检测期间TMONITOR中检测的背景光成分的值进行读取或者进行取样保持或者进行计算。在此，图37中的时刻t1～t6是背景光检测期间TMONITOR。
在背景光检测期间TMONITOR的时刻t1～t2中，同时使右侧脉冲信号SR、左侧脉冲信号SL、背景光检测信号TN为高电平，通过由光电转换而产生的电子，使第1存储区域的电势ΦA降低。在时刻t3～时刻t5中，向第2栅极IG赋予不依赖于背景光成分的光量的通常的转送信号ST，将载流子转送至第2存储区域，使第2存储区域的电势ΦFD降低。此后，在时刻t5～t6中，通过读取信号SH而使作为选择开关的晶体管SEL为ON，并在水平线HLR、HLL读取第2存储区域的电势ΦFD。此时的读取信号SH的脉冲数为多个，是指通过垂直移位寄存器的驱动而在时刻t5～t6读取的像素数为多个。
在脉冲检测期间TDIVIDE中，对应于得到的背景光成分将转送信号ST的电平调整为如上所述地计算出的施加电位ΦIG，并在时刻t11～时刻t12中向第2栅极IG(IGR、IGL)施加。由此，从输出信号除去背景光成分。该计算只要进行至时刻t11为止即可，因而能够确保足够的计算时间。
这样，在进行自我参照型的背景光检测的情况下，从在各像素行检测出的背景光成分依次生成每个像素行的转送信号ST，通过按顺序使图14的开关SW1、SW2、SW3、SW4成为ON，将生成的转送信号ST输入到对应的每个像素行即可。这样，如果进行背景光除去的像素合并动作，那么能够缩短距离图像的测量周期。另外，该自我参照型的背景光检测也能够适用于其它的实施方式。
如以上所述，上述的距离图像测量装置是重复向对象物照射具有规定的脉冲宽度的光、并基于照射的光的飞行时间的相位差而测量到对象物为止的三维距离图像的TOF型距离图像测量装置，通过从1个像素按照规定时序切换输出线而得到2个输出，将照射光的出射时序和反射光的受光时序中的相位的偏差作为2个输出的差，并基于2个输出而测量到对象物的距离。并且，由于能够简单地排除此时背景光成分对微弱的信号成分的影响，因而可以使像素数增加，并且可以降低装置价格。

Claims (4)

1.一种固体摄像装置，其特征在于，
该固体摄像装置具备：
检测背景光的光检测单元；和
由多个像素构成的摄像区域，
各个所述像素具备：
设置于半导体基板内的光感应区域；
设置于所述半导体基板内的一对第1存储区域；
一对第1栅极，以所述光感应区域和一对所述第1存储区域之间的电势交替地倾斜的方式设置于所述半导体基板上；
设置于所述半导体基板内的是浮动扩散区域的一对第2存储区域；以及
一对第2栅极，以控制分别介于所述第1存储区域和所述第2存储区域之间的第1势垒的高度的方式设置于所述半导体基板上，并通过将所述第2存储区域连接于电源电位而使所述第2存储区域成为浮动电平后，随着由所述光检测单元检测的背景光的输出变高而增高相对于载流子的所述第1势垒的高度。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，
具备：
设置于所述半导体基板内的一对第3存储区域；以及
一对第3栅极，以控制分别介于所述第2存储区域和所述第3存储区域之间的第2势垒的高度的方式设置于所述半导体基板上，
通过使相对于载流子的所述第2势垒的高度降低，从而在将存储于所述第2存储区域的载流子转送到所述第3存储区域之后，使所述第2势垒的高度增加，并在将载流子保持于所述第3存储区域的状态下，以在一对所述第1存储区域交替地存储载流子的方式，控制向所述第1、第2以及第3栅极的施加电位。
3.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，
所述光感应区域兼作所述光检测单元，
还具备控制单元，该控制单元对应于所述光感应区域的输出而输出向所述第2栅极的施加电位。
4.一种距离图像测量装置，其特征在于，
具备：
如权利要求1所述的固体摄像装置；
光源，向对象物射出与向一对所述第1栅极的施加电位同步的脉冲光；以及
计算电路，根据从一对所述第2存储区域输出的载流子的电荷量而计算到所述对象物为止的距离。
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