CN106461781A - 测距装置 - Google Patents

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Abstract

选择部对应于脉冲光的照射位置，以使信号电荷流入到多个像素中对应于照射位置的像素的第一以及第二信号电荷收集区域(9a,9b)的方式将第一传输信号输出至第一传输电极(TX1)并且将第二传输信号输出至第二传输电极(TX2)，以使不要电荷流入到多个像素中对应于照射位置的像素以外的像素的不要电荷排出区域(11)的方式将第三传输信号输出至第三传输电极(TX3)。运算部读出对应于分别被收集于被选择部选择的像素的第一以及第二信号电荷收集区域(9a,9b)的信号电荷的量的信号，根据被收集于第一信号电荷收集区域(9a)的信号电荷的量与被收集于第二信号电荷收集区域(9b)的信号电荷的量的比率运算到对象物为止的距离。

Description

测距装置
技术领域
本发明涉及测距装置。
背景技术
已知有具备对从光源出射的脉冲光的向对象物的照射位置进行扫描的扫描部、在一维方向上配置有多个像素并且对象物上的脉冲光的反射光进行入射的受光部、从多个像素读出信号并运算到对象物为止的距离的运算部的测距装置(例如参照专利文献1)。专利文献1所记载的测距装置进行TOF(Time-of-Flight(飞行时间))型的距离测量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2013/121267号
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献1所记载的测距装置中，在电荷的每次存储进行复位动作并从像素排出不要的电荷。由此，抑制了由环境光的入射而产生的电荷(不要的电荷)作为信号电荷被存储，并且能够防止环境光的成分被反映到从像素读出的信号中。
可是，为了提高距离测量的精度，在从像素读出信号的时候要求确保充分的信号量。在专利文献1所记载的测距装置中，如上所述，因为在信号的每次存储进行复位动作，所以为了确保充分的信号量，有必要比较长地设定各个像素中的电荷的存储时间。对应于电荷的存储时间，有必要也较长地设定扫描部的扫描时间。因此，在专利文献1所记载的测距装置中，在对象物移动的情况下，难以恰当地进行距离测量。
本发明的目的在于提供一种能够恰当而且高精度地进行距离测量的测距装置。
解决问题的技术手段
本发明的一个观点所涉及的测距装置，具备：扫描部，对从光源出射的脉冲光的向对象物的照射位置进行扫描；受光部，具有在一维方向上被配置的多个像素并且对象物上的脉冲光的反射光进行入射；选择部，对应于扫描部所取得的脉冲光的照射位置，从多个像素中选择读出信号的像素；运算部，从被选择部选择出的像素中读出信号并运算到对象物为止的距离。多个像素分别具备：电荷产生区域，对应于入射光产生电荷；第一以及第二信号电荷收集区域，从电荷产生区域分别分开而配置并将在电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷来进行收集；不要电荷排出区域，从电荷产生区域分开而配置并将在电荷产生区域产生的电荷作为不要电荷来进行排出；第一传输电极，被配置于第一信号电荷收集区域与电荷产生区域之间并对应于第一传输信号使在电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷流入到第一信号电荷收集区域；第二传输电极，被配置于第二信号电荷收集区域与电荷产生区域之间并对应于相位与第一传输信号不同的第二传输信号使在电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷流入到第二信号电荷收集区域；第三传输电极，被配置于不要电荷排出区域与电荷产生区域之间并对应于相位与第一以及第二传输信号不同的第三传输信号使在电荷产生区域产生的电荷作为不要电荷流入到不要电荷排出区域。选择部对应于扫描部所取得的脉冲光的照射位置，以使信号电荷流入到多个像素中对应于照射位置的像素的第一以及第二信号电荷收集区域的方式将第一传输信号输出至第一传输电极并且将第二传输信号输出至第二传输电极，以使不要电荷流入到多个像素中对应于照射位置的像素以外的像素的不要电荷排出区域的方式将第三传输信号输出至第三传输电极。运算部读出对应于分别被收集于被选择部选择的像素的第一以及第二信号电荷收集区域的信号电荷的量的信号，根据被收集于第一信号电荷收集区域的信号电荷的量与被收集于第二信号电荷收集区域的信号电荷的量的比率运算到对象物为止的距离。
在本发明的一个观点中，由选择部，以使信号电荷流入到像素的第一信号电荷收集区域的方式将第一传输信号输出至对应于脉冲光照射位置的该像素的第一传输电极。由选择部，以使信号电荷流入到该像素的第二信号电荷收集区域的方式将相位与第一传输信号不同的第二传输信号输出至对应于脉冲光照射位置的上述像素的第二传输电极。即，在被选择部选择的像素的电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷被分配至第一信号电荷收集区域和第二信号电荷收集区域，信号电荷在所对应的信号电荷收集区域被收集。由选择部，以使不要电荷流入到像素的不要电荷排出区域的方式将第三传输信号输出至对应于脉冲光照射位置的上述像素以外的该像素的第三传输电极。即，在信号电荷被收集的像素以外的像素中，在该像素的电荷产生区域产生的电荷作为不要电荷从不要电荷排出区域被排出。由运算部，读出对应于分别被收集于被选择部选择的像素的第一以及第二信号电荷收集区域的信号电荷的量的信号，根据被收集于第一信号电荷收集区域的信号电荷的量与被收集于第二信号电荷收集区域的信号电荷的量的比率运算到对象物为止的距离。由此，在信号电荷被收集的像素以外的像素中，在该像素的电荷产生区域产生的电荷因为作为不要电荷被排出，所以相对于到对象物为止的距离的运算，难以反映出基于不要电荷的电荷量。因此，能够恰当而且高精度地进行距离测量。
在一个实施方式中，也可以是选择部以在被选择的像素中，在与使信号电荷向第一以及第二信号电荷收集区域流入的时机不同并且脉冲光不从光源出射的时机使电荷流入到第一以及第二信号电荷收集区域的方式将第一传输信号输出至第一传输电极并且将第二传输信号输出至第二传输电极，也可以是运算部根据在脉冲光不从光源出射的时机被收集于第一信号电荷收集区域的电荷的量被减少的被收集于第一信号电荷收集区域的信号电荷的量与在脉冲光不从光源出射的时机被收集于第二信号电荷收集区域的电荷的量被减少的被收集于第二信号电荷收集区域的信号电荷的量的比率运算到对象物为止的距离。
根据上述的一个实施方式，由选择部，以在被选择的像素中，在与使信号电荷流入到第一以及第二信号电荷收集区域的时机不同并且脉冲光不从光源出射的时机使电荷流入到第一信号电荷收集区域的方式输出第一传输信号。由选择部，以在被选择的像素中，在与使信号电荷流入到第一以及第二信号电荷收集区域的时机不同并且脉冲光不从光源出射的时机使电荷流入到第二信号电荷收集区域的方式输出第二传输信号。即，在被选择部选择的像素的电荷产生区域，不取决于对应于该像素的脉冲光出射的电荷被分配至第一信号电荷收集区域和第二信号电荷收集区域并在所对应的区域被收集。由运算部，根据在脉冲光不从光源出射的时机被收集于第一信号电荷收集区域的电荷的量被减少的被收集于第一信号电荷收集区域的信号电荷的量与在脉冲光不从光源出射的时机被收集于第二信号电荷收集区域的电荷的量被减少的被收集于第二信号电荷收集区域的信号电荷的量的比率运算到对象物为止的距离。即，通过不取决于对应于被选择的像素的脉冲光出射的电荷被减少，从而相对于到对象物为止的距离的运算，难以反映出基于背景光等环境光的电荷量。因此，能够更进一步恰当而且高精度地进行距离测量。
发明的效果
根据本发明的上述一个观点，能够提供一种能够恰当而且高精度地进行距离测量的测距装置。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的测距装置的结构的说明图。
图2是用于说明距离图像传感器的截面结构的图。
图3是距离图像传感器的结构图。
图4是表示沿着图3所表示的IV-IV线的截面结构的图。
图5是表示沿着图3所表示的V-V线的截面结构的图。
图6是表示半导体基板的第二主面附近的电势分布的图。
图7是表示半导体基板的第二主面附近的电势分布的图。
图8是各种信号的时序图。
图9是用于说明各种信号的时序图与被选择的像素的关系的图。
图10是用于说明反射构件的移动与像素的关系的图。
图11是用于说明本实施方式的变形例中的各种信号的时序图与被选择的像素的关系的图。
图12是用于说明本实施方式的变形例中的反射构件的移动与像素的关系的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细的说明。还有，在说明中，将相同符号标注于相同要素或者具有相同功能的要素，省略重复的说明。
图1是表示本实施方式所涉及的测距装置的结构的说明图。
测距装置1是测定到对象物OJ为止的距离d的装置。测距装置1具备具有多个像素的距离图像传感器RS、光源LS、反射构件MR、显示器DSP、控制单元。控制单元具备驱动部DRV、控制部CONT、运算部ART。光源LS朝向反射构件MR出射脉冲光Lp。光源LS例如由激光照射装置或者LED等构成。距离图像传感器RS为TOF型的距离图像传感器。距离图像传感器RS被配置于配线基板WB上。
控制单元(驱动部DRV、控制部CONT以及运算部ART)由包含CPU(CentralProcessing Unit(中央处理单元))等运算电路、RAM(Random Acess Memory(随机存取存储器))以及ROM(Read Only Memory(只读存储器))等存储器、电源电路、以及A/D转换器的读出电路等硬件构成。该控制单元其一部分或者全体也可以由ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit(专用集成电路))或者FPGA(Field Programmable Gate Array(现场可编程门阵列))等集成电路构成。
驱动部DRV按照控制部CONT的控制将驱动信号SD送到光源LS。即，驱动部DRV以按每个帧周期朝着反射构件MR出射脉冲光Lp的方式驱动光源LS。驱动部DRV按照控制部CONT的控制将驱动信号送到反射构件MR的致动器(actuator)。即，驱动部DRV以变更从光源LS向反射构件MR出射的脉冲光Lp的光路的方式驱动致动器。反射构件MR反射从光源LS出射的脉冲光Lp。被反射的脉冲光Lp被照射到对象物OJ。致动器根据来自驱动部DRV的驱动信号使反射构件MR的角度偏向。由此，从光源LS出射的脉冲光Lp的向对象物OJ的照射位置Pi被扫描。在本实施方式中，驱动部DRV和反射构件MR作为扫描从光源LS出射的脉冲光Lp的向对象物OJ的照射位置的扫描部来行使功能。反射构件MR例如是MEMS(Micro Electro MechaniclSystems(微机电系统))镜。
控制部CONT控制驱动部DRV并且将第一～第三传输信号STX1,STX2,STX3输出至距离图像传感器RS。控制部CONT使运算部ART的运算结果显示于显示器DSP。控制部CONT具有选择部SEL。选择部SEL对应于脉冲光Lp的向对象物OJ的照射位置从距离图像传感器RS所具有的多个像素中选择读出信号的像素。运算部ART从由选择部SEL选择出的像素读出信号电荷的电荷量Q1,Q2(总电荷量QT1,QT2)。运算部ART根据所读出的电荷量Q1,Q2(总电荷量QT1,QT2)在每个像素运算距离d，并将运算结果输出至控制部CONT。关于距离d的运算方法的细节，在后面参照图8来进行说明。显示器DSP显示从控制部CONT输入的运算部ART的运算结果。
在测距装置1中，通过驱动信号SD被施加于光源LS从而在每个帧周期脉冲光LP从光源LS被出射。从光源LS出射的脉冲光Lp被反射构件MR扫描。脉冲光Lp如果输入到对象物OJ的话则被对象物OJ反射。因此，入射到对象物OJ的脉冲光Lp作为反射光Lr从对象物OJ被出射。从对象物OJ被出射的反射光Lr入射到距离图像传感器RS的电荷产生区域
同步于第一以及第二传输信号STX1,STX2进行收集的电荷量Q1,Q2(总电荷量QT1,QT2)从距离图像传感器RS被输出至每个像素。被输出的电荷量Q1,Q2(总电荷量QT1,QT2)同步于驱动信号SD被输入至运算部ART。运算部ART根据被输入的电荷量Q1,Q2(总电荷量QT1,QT2)运算每个像素的距离d。控制部CONT从运算部ART取得运算部ART的运算结果。控制部CONT将被输入的运算部ART的运算结果传输至显示器DSP。显示器DSP显示运算部ART的运算结果。
图2是用于说明距离图像传感器的截面结构的图。
距离图像传感器RS为表面输入型的距离图像传感器，具备半导体基板2。半导体基板2具有互相相对的第一以及第二主面2a,2b。第二主面2b为光入射面。距离图像传感器RS以使半导体基板2的第一主面2a侧与配线基板WB相对的状态经由粘结区域FL被粘贴于配线基板WB。粘结区域FL具有绝缘性的粘结剂或者填充物。反射光Lr从半导体基板2的第二主面2b侧入射到距离图像传感器RS。
接着，参照图3～图5，对距离图像传感器RS进行详细的说明。图3是距离图像传感器的结构图。图4是表示沿着图3所示的IV-IV线的截面结构的图。图5是表示沿着图3所示的V-V线的截面结构的图。
距离图像传感器RS如图3所示是形成多个距离传感器(在本实施方式中为5个距离传感器)P在一维方向A上被配置的阵列结构的线传感器。多个距离传感器P分别各1个或者2个以上地构成距离图像传感器RS的一个像素(通道：ch)。在本实施方式中，多个距离传感器P分别以1个构成距离图像传感器RS的一个像素。在本实施方式中，距离图像传感器RS具有在一维方向上进行配置的多个像素，并且作为对象物OJ上的脉冲光的反射光Lr进行入射的受光部来行使功能。
距离图像传感器RS在光入射面即第二主面2b的前方具备遮光层L1。在遮光层LI，在一维方向A上形成多个开口LIa。多个开口LIa被形成于对应于多个距离传感器P的区域。开口LIa呈矩形状。在本实施方式中，开口LIa呈长方形状。光通过遮光层LI的开口LIa入射到半导体基板2。因此，受光区域由开口LIa而被规定在半导体基板2。遮光层LI例如由铝等金属构成。还有，在图3中省略遮光层LI的图示。
半导体基板2具有位于第一主面2a侧的p型的第一半导体区域4、杂质浓度低于第一半导体区域4并且位于第二主面2b侧的p-型的第二半导体区域5。半导体基板2例如能够通过在p型半导体基板上使杂质浓度低于该半导体基板的p-型外延层生长来取得。在半导体基板2的第二主面2b(第二半导体区域5)上形成绝缘层7。多个距离传感器P在半导体基板2上沿一维方向A进行配置。即，多个距离传感器P以在半导体基板2上沿着一维方向A进行排列的方式进行定位。
各个距离传感器P如图3～图5所示具备光栅电极PG、一对第一信号电荷收集区域9a、一对第二信号电荷收集区域9b、一对不要电荷排出区域11、各一对第一～第三传输电极TX1,TX2,TX3。在图3中省略在第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b上以及在不要电荷排出区域11上进行配置的导体13(参照图4以及图5)。
光栅电极PG对应于开口LIa进行配置。半导体基板2(第二半导体区域5)上的对应于光栅电极PG的区域(在图4以及图5中位于光栅电极PG的下方的区域)作为对象物OJ上的对应于脉冲光Lp的反射光Lr产生电荷的电荷产生区域(光感应区域)来行使功能。光栅电极PG也对应于开口LIa的形状在俯视图中呈矩形状。在本实施方式中，光栅电极PG与开口LIa相同，呈长方形状。即，光栅电极PG具备具有与一维方向A相平行并且互相相对的第一以及第二长边L1,L2、与一维方向A相垂直并且互相相对的第一以及第二短边S1,S2的平面形状。
一对第一信号电荷收集区域9a在光栅电极PG的第一长边L1侧沿着该第一长边L1进行配置。一对第一信号电荷收集区域9a从光栅电极PG分开而配置。一对第二信号电荷收集区域9b在光栅电极PG的第二长边L2侧沿着该第二长边L2进行配置。一对第二信号电荷收集区域9b从光栅电极PG分开而配置。在任一距离传感器P中，第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b均从电荷产生区域(位于光栅电极PG的下方的区域)分开而配置。第一信号电荷收集区域9a和第二信号电荷收集区域9b在第一以及第二长边L1,L2的相对方向(与一维方向A相垂直的方向)上夹着光栅电极PG而相对。
第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b为被形成于第二半导体区域5的杂质浓度高的n型的半导体区域，将在电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷来进行收集并进行存储。第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b在俯视图中呈矩形状。在本实施方式中，第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b在俯视图中呈正方形状，并形成互相相同的形状。第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b为浮动扩散(floating diffusion)区域。
第一传输电极TX1被设置于绝缘层7上，即，被配置于光栅电极PG与第一信号电荷收集区域9a之间。第一传输电极TX1分别从第一信号电荷收集区域9a和光栅电极PG分开而配置。第一传输电极TX1对应于第一传输信号STX1使在电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷流入到第一信号电荷收集区域9a。
第二传输电极TX2被配置于绝缘层7上，即，被配置于光栅电极PG与第二信号电荷收集区域9b之间。第二传输电极TX2分别从第二信号电荷收集区域9b和光栅电极PG分开而配置。第二传输电极TX2对应于第二传输信号STX2使在电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷流入到第二信号电荷收集区域9b。
第一以及第二传输电极TX1,TX2在俯视图中呈矩形状。在本实施方式中，第一以及第二传输电极TX1,TX2呈将光栅电极PG上的第一以及第二短边S1,S2的相对方向作为其长边方向的长方形状。第一以及第二传输电极TX1,TX2的长边方向上的长度被设定成相同。
不要电荷排出区域11以在光栅电极PG的第一长边L1侧，在第一以及第二短边S1,S2的相对方向(一维方向A)上被一对第一信号电荷收集区域9a夹着的方式从第一信号电荷收集区域9a分开而配置。不要电荷排出区域11在光栅电极PG的第二长边L2侧，在第一以及第二短边S1,S2的相对方向(一维方向A)上被一对第二信号电荷收集区域9b夹着的方式从第二信号电荷收集区域9b分开而配置。各个不要电荷排出区域11从光栅电极PG分开而配置。各个不要电荷排出区域11从电荷产生区域(位于光栅电极PG的下方的区域)分开而配置。不要电荷排出区域11彼此在第一以及第二长边L1,L2的相对方向上夹着光栅电极PG而相对。
不要电荷排出区域11为被形成于第二半导体区域5的杂质浓度高的n型的半导体区域，将在电荷产生区域产生的电荷作为不要电荷进行排出。不要电荷排出区域11在俯视图中呈矩形状。在本实施方式中，不要电荷排出区域11在俯视图中呈正方形状。不要电荷排出区域11例如被连接于固定电位Vdd。
各个第三传输电极TX3被配置于绝缘层7上，即，被设置于光栅电极PG与所对应的不要电荷排出区域11之间。第三传输电极TX3分别从不要电荷排出区域11和光栅电极PG分开而配置。第三传输电极TX3对应于第三传输信号STX3使在电荷产生区域产生的电荷作为不要电荷流入到不要电荷排出区域11。第三传输电极TX3在俯视图中呈矩形状。在本实施方式中，第三传输电极TX3呈将光栅电极PG上的第一以及第二短边S1,S2的相对方向作为其长边方向的长方形状。第三传输电极TX3的长边方向上的长度被设定成与第一以及第二传输电极TX1,TX2的长边方向上的长度相同。
在绝缘层7上设置用于使第二半导体区域5的表面露出的接触孔。在接触孔内配置用于将第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b以及不要电荷排出区域11连接于外部的导体13。
在本实施方式中，所谓“杂质浓度高”是指例如杂质浓度为1×1017cm-3左右以上，并将“+”标注于导电类型。所谓“杂质浓度低”是指例如杂质浓度为10×1015cm-3左右以下，并将“-”标注于导电类型。
各个半导体区域的厚度/杂质浓度的一个例子如以下所述。
第一半导体区域4：厚度10～1000μm/杂质浓度1×1012～1019cm-3
第二半导体区域5：厚度1～50μm/杂质浓度1×1012～1015cm-3
第一以及第二电荷收集区域9a,9b：厚度0.1～1μm/杂质浓度1×1018～1020cm-3
不要电荷排出区域11：厚度0.1～1μm/杂质浓度1×1018～1020cm-3
经由背栅或者贯通电极等将接地电位等基准电位提供给半导体基板2(第一以及第二半导体区域4,5)。半导体基板由Si构成，绝缘层7由SiO2构成，光栅电极PG以及第一～第三传输电极TX1,TX2,TX3由多晶硅构成，但是，这些构件也可以使用其他材料。
被施加于第一转移电极TX1的第一传输信号STX1的相位和被施加于第二传输电极TX2的第二传输信号STX2的相位，相位不同。在本实施方式中，第一传输信号STX1的相位和第二传输信号STX2的相位例如偏差180度。被施加于第三传输电极TX3的第三传输信号STX3的相位与第一以及第二传输信号STX1,STX2的相位不同。在本实施方式中，第三传输信号STX3的相位与第一以及第二传输信号STX1,STX2的相位相翻转。即，在第一或者第二传输信号STX1,STX2为高相位的时候第三传输信号STX3为低相位，在第一或者第二传输信号STX1,STX2为低相位的时候第三传输信号STX3为高相位。
入射到各个距离传感器P的光在半导体基板2(第二半导体区域5)内被转换成电荷。所产生的电荷中的一部分作为信号电荷按照由被施加于光栅电极PG和第一以及第二传输电极TX1,TX2的电压而形成的电势梯度在第一传输电极TX1或者第二传输电极TX2的方向即平行于光栅电极PG的第一以及第二短边S1,S2的方向上行进。
如果将正电位提供给第一或者传输电极TX1,TX2的话则第一或者第二传输电极TX1,TX2之下的电势相较于由光栅电极PG之下的部分的半导体基板2(第二半导体区域5)的电势而相对于电子变低。因此，负电荷(电子)在第一或者第二传输电极TX1,TX2的方向上被拉进来，并且被收集于由第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b形成的电势阱内并被存储。n型的半导体包含正离子化的施主(donor)且具有正电势，并且会吸引电子。如果将低于上述正电位的电位(例如接地电位)提供给第一或者第二传输电极TX1,TX2的话则会产生由第一或者第二传输电极TX1,TX2引起的势垒。因此，在半导体基板2上产生的电荷不会被拉入到第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b。
通过光入射到各个距离传感器P而产生的电荷中的一部分作为不要电荷按照由被施加于光栅电极PG以及第三传输电极TX3的电压而形成的电势梯度在第三传输电极TX3的方向上行进。
如果将正电位提供给第三传输电极TX3的话则第三传输电极TX3之下的电势相较于光栅电极PG之下的部分的半导体基板2(第二半导体区域5)的电势而相对于电子变低，负的电荷(电子)在第三传输电极TX3的方向上被拉进来并被收集于由不要电荷排出区域11形成的电势阱内，并且被排出。如果将低于上述正电位的电位(例如接地电位)提供给第三传输电极TX3的话则会产生由第三传输电极TX3引起的势垒，在半导体基板2上产生的电荷不会被拉入到不要电荷排出区域11。
图6以及图7是表示半导体基板的第二主面附近的电势分布的图。图6是用于说明信号电荷的收集动作(存储动作)的图。图7是用于说明不要电荷的排出动作的图。图6(a)以及图6(b)、图7(a)表示沿着图3所表示的IV-IV线的半导体基板2的第二主面2b附近的电势分布。图6(c)以及图7(b)表示沿着图3所表示的V-V线的半导体基板2的第二主面2b附近的电势分布。
在图6以及图7中，表示第一传输电极TX1的正下方的区域的电势φTX1、第二传输电极TX2的正下方的区域的电势φTX2、第三传输电极TX3的正下方的区域的电势φTX3、光栅电极PG的正下方的电荷产生区域的电势φPG、第一信号电荷收集区域9a的电势φFD1、第二信号电荷收集区域9b的电势φFD2、不要电荷排出区域11的电势φOFD1,φOFD2。在图6以及图7中，朝下是电势的正方向。
光栅电极PG的正下方的区域(电荷产生区域)的电势φPG如果将无偏置(Bias)时的所邻接的第一～第三传输电极TX1～TX3正下方的区域的电势φTX1,φTX2,φTX3作为基准电位的话则设定为高于该基准电位。即，在光入射时，光栅电极PG的正下方的区域的电势φPG根据被提供给光栅电极PG的电位(例如，被提供给第一传输电极TX1的较高一方的电位与较低一方的电位的中间的电位)设定为稍微高于基板电位。该电荷产生区域的电势φPG高于电势φTX1,φTX2,φTX3。电势分布在电荷产生区域是朝图面的下方凹陷的形状。
参照图6，对信号电荷的收集动作(存储动作)进行说明。
在被施加于第一传输电极TX1的第一传输信号STX1的相位为0度的时候，正电位被提供给第一传输电极TX1。反相的电位即相位为180度的电位(例如接地电位)被提供给第二传输电极TX2。被提供给第一传输电极TX1的电位与被提供给第二传输电极TX2的电位之间的电位被提供给光栅电极PG。在此情况下，如图6(a)所示在电荷产生区域产生的负电荷e通过第一传输电极TX1正下方的半导体的电势φTX1相较于电荷产生区域的电势φPG更下降，从而流入到第一信号电荷收集区域9a的电势阱内。
第二传输电极TX2正下方的半导体的电势φTX2不会下降，且电荷不会流入到第二信号电荷收集区域9b的电势阱内。由此，信号电荷被收集于第一信号电荷收集区域9a的电势阱内并被存储。在第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b，因为添加有n型杂质所以电势向正方向凹陷。
在被施加于第二传输电极TX2的第二传输信号STX2的相位为0度的时候，正电位被提供给第二传输电极TX2，反相的电位即相位为180度的电位(例如接地电位)被提供给第一传输电极TX1。被提供给第一传输电极TX1的电位与被提供给第二传输电极TX2的电位之间的电位被提供给光栅电极PG。在此情况下，如图6(b)所示，在电荷产生区域产生的负电荷e通过第二传输电极TX2正下方的半导体的电势φTX2相较于电荷产生区域的电势φPG更下降，从而流入到第二信号电荷收集区域9b的电势阱内。
第一传输电极TX1正下方的半导体的电势φTX1不会下降，且电荷不会流入到第一信号电荷收集区域9a的电势阱内。由此，信号电荷被收集于第二信号电荷收集区域9b的电势阱内并被存储。
在相位偏差180度的第一以及第二传输信号STX1,STX2被施加到第一以及第二传输电极TX1,TX2的期间，接地电位被提供于第三传输电极TX3。因此，如图6(c)所示，第三传输电极TX3正下方的半导体的电势φTX3不会下降，且电荷不会流入到不要电荷排出区域11的电势阱内。
根据以上所述，信号电荷被收集于第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b的电势阱并被存储。被存储于第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b的电势阱的信号电荷被读出至外部。
参照图7，对不要电荷的排出动作进行说明。
接地电位被提供给第一以及第二传输电极TX1,TX2。因此，如图7(a)所示，第一以及第二传输电极TX1,TX2正下方的半导体的电势φTX1,φTX2不下降，且电荷不会流入到第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b的电势阱内。正电位被提供给第三传输电极TX3。在此情况下，如图7(b)所示，在电荷产生区域产生的负电荷e通过第三传输电极TX3正下方的半导体的电势φTX3相较于电荷产生区域的电势φPG更下降，从而流入到不要电荷排出区域11的电势阱内。根据以上所述，不要电荷被收集于不要电荷收集区域11的电势阱。被收集于不要电荷排出区域11的电势阱的不要电荷被排出至外部。
在此，参照图8，对距离d的运算方法进行说明。图8是各种信号的时序图。在图8中表示在收集并且存储信号电荷期间(存储期间)上的各种信号。帧周期除了存储期间之外还包含读出信号电荷的期间(读出期间)。
在图8中表示光源的驱动信号SD、反射光Lr入射到距离图像传感器RS的时候的反射光Lr的强度信号SP、被施加于第一传输电极TX1的第一传输信号STX1、以及被施加于第二传输电极TX2的第二传输信号STX2.驱动信号SD、强度信号SP、第一传输信号STX1、以及第二传输信号STX2均是脉冲宽Tp的脉冲信号。
在存储期间，如果驱动信号SD被施加于光源LS的话则第一以及第二传输信号STX1,STX2同步于驱动信号SD的施加并以互相相反相位被施加于第一以及第二传输电极TX1,TX2。在本实施方式中，在一个存储期间驱动信号SD被2次施加于光源LS，按每个驱动信号SD第一以及第二传输信号STX1,STX2被施加于第一以及第二传输电极TX1,TX2。通过第一以及第二传输信号STX1,STX2分别被施加于第一以及第二传输电极TX1,TX2从而进行电荷传输，并且信号电荷被存储于第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b。即，以时间序列进行连续并进行驱动信号SD和第一以及第二传输信号STX1,STX2的施加，信号电荷的收集动作(存储动作)也以时间序列连续地进行。之后，在读出期间，读出被存储于第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b内的信号电荷。
第一以及第二传输信号STX1,STX2的输出控制由控制部CONT来执行。即，控制部CONT以与脉冲光Lp的出射相同步的方式并且以使在电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷流入到第一信号电荷收集区域9a的方式将第一传输信号STX1输出至第一传输电极TX1，以使在电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷流入到第二信号电荷收集区域9b的方式将第二传输信号STX2输出至第二传输电极TX2。
相当于强度信号SP与以相位差为0同步于驱动信号SD进行输出的第一传输信号STX1的互相重叠的部分的电荷量Q1被存储于第一信号电荷收集区域9a。相当于强度信号SP与以相位差为180°同步于驱动信号SD进行输出的第二信号STX2的互相重叠的部分的电荷量Q2被存储于第二信号电荷收集区域9b。
强度信号SP与以相位差为0同步于驱动信号SD进行输出的信号的相位差Td为光的飞行时间。相位差Td表示从距离图像传感器RS到对象物OJ的距离d。距离d由运算部ART使用以时间序列进行连续存储的电荷量Q1的总电荷量QT1以及电荷量Q2的总电荷量QT2的比率并根据以下所述式(1)进行运算。还有，c为光速。
距离d＝(c/2)×(Tp×QT2/(QT1+QT2)) (1)
即，运算部ART分别读出被存储于第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b的信号电荷的电荷量Q1,Q2，根据所读出的电荷量Q1,Q2运算出到对象物OJ为止的距离d。运算部ART此时根据以时间序列进行连续并被存储于第一信号电荷收集区域9a和第二信号电荷收集区域9b的信号电荷的总电荷量QT1,QT2运算出到对象物OJ为止的距离d。
接着，参照图9以及图10，对由各个距离传感器P构成各个像素(通道：ch)的选择动作进行说明。
图9是用于说明各种信号的时序图与被选择的像素的关系的图。图10是用于说明反射构件的移动与像素的关系的图。
在图9(a)中表示在由距离图像传感器RS的各个距离传感器P构成的各个像素(通道1ch～5ch)上被施加的信号即第一～第三传输信号STX1,STX2,STX3与驱动信号SD一起被显示出。在图9(b)中作为由粗线围起来的区域来表示扫描脉冲光Lp的向对象物OJ的照射位置的结果、反射光Lr进行入射的距离传感器P(通道1ch～5ch)。在本实施方式中，也如图1所示以按从通道1ch到通道5ch的顺序反射光Lr进行入射，之后按从通道5ch到通道1ch的顺序反射光Lr进行入射的方式重复脉冲光Lp的向对象物OJ的照射位置的扫描。
在本实施方式中，也如图10(a)所示以按从通道1ch到通道5ch的顺序反射光Lr进行入射，之后按从通道5ch到通道1ch的顺序反射光Lr进行入射的方式重复脉冲光Lp的向对象物OJ的照射位置的扫描。在图10(a)中作为线图示意性地表示反射构件MR的移动。在图10(b)中，反射光Lr进行入射的距离传感器P(通道1ch～5ch)按时间序列顺序作为附有阴影线的区域来进行表示。在图10(b)中，总电荷量QT1,QT2被读出的距离传感器P(通道1ch～5ch)也按时间序列顺序作为由粗线围起来的区域来进行表示。
对应于对象物OJ上的脉冲光Lp的照射位置，反射光Lr入射的像素(通道1ch～5ch)不同。例如，如图9(b)所示，在反射光Lr入射到构成对应于通道1ch的像素的距离传感器P的情况下，选择部SEL以在构成对应于通道1ch的像素的距离传感器P上进行上述的信号电荷的收集动作(存储动作)的方式将第一～第三传输信号STX1,STX2,STX3输出至该距离传感器P。例如，在反射光Lr入射到构成对应于通道5ch的像素的距离传感器P的情况下，选择部SEL以在构成对应于通道5ch的像素的距离传感器P上进行上述的信号电荷的收集动作(存储动作)的方式将第一～第三传输信号STX1,STX2,STX3输出至该距离传感器P。即，选择部SEL对应于对象物OJ上的脉冲光Lp的照射位置从多个像素(通道1ch～5ch)选择读出信号的像素。
运算部ART从被选择部SEL选择的像素读出信号并运算出每个像素到对象物OJ的距离。在本实施方式中，运算部ART一个往返的扫描即反射光Lr两次入射到构成对应于各个通道1ch～5ch的像素的距离传感器P，集中起来读出由该两次反射光Lr的入射产生的信号电荷。因此，运算部ART以一个读出周期分别读出两个总电荷量QT1,QT2。
选择部SEL以在构成反射光Lr不入射的像素(通道1ch～5ch)的距离传感器P中进行上述的不要电荷的排出动作的方式将第一～第三传输信号STX1,STX2,STX3输出至该距离传感器P。即，在反射光Lr不入射的距离传感器P中，因为所产生的电荷被排出，所以该电荷不会被存储。
如上所述，在本实施方式中，由选择部SEL(控制部CONT)以使信号电荷流入到该距离传感器P的第一信号电荷收集区域9a的方式将第一传输信号STX1输出至构成对应于脉冲光Lp的照射位置的像素(通道1ch～5ch)的距离传感器P的第一传输电极TX1。由选择部SEL以使信号电荷流入到该距离传感器P的第二信号电荷收集区域9b的方式将第二传输信号STX2输出至构成对应于脉冲光Lp的照射位置的上述距离传感器P的第二传输电极TX2。即，在被选择部SEL选择的距离传感器P的电荷产生区域(位于光栅电极PG下方的区域)产生的电荷作为信号电荷被分配至第一信号电荷收集区域9a和第二信号电荷收集区域9b，信号电荷在所对应的区域9a,9b被收集。
由选择部SEL(控制部CONT)以使不要电荷流入到该距离传感器P的不要电荷排出区域11的方式将第三传输信号STX3输出至构成对应于脉冲光Lp的照射位置的上述距离传感器P以外的距离传感器P的第三传输电极TX3。即，在信号电荷被收集的距离传感器P以外的距离传感器P中，在该距离传感器P的电荷产生区域(位于光栅电极PG的下方的区域)产生的电荷作为不要电荷从不要电荷排出区域11被排出。由运算部ART读出对应于分别被收集于被选择部SEL选择的距离传感器P的第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b的信号电荷的量的信号，根据被收集于第一信号电荷收集区域9a的信号电荷的量与被收集于第二信号电荷收集区域9b的信号电荷的量的比率运算出到对象物OJ为止的距离。
由此，在信号电荷被收集的距离传感器P以外的距离传感器P中，因为在该距离传感器P的电荷产生区域(位于光栅电极PG的下方的区域)产生的电荷作为不要电荷被排出，所以，相对于到对象物OJ的距离的运算难以反映出基于不要电荷的电荷量。因此，测距装置1能够恰当且高精度地进行距离测量。根据测距装置1，即使是在对象物OJ为移动体的情况下也能够取得移动失真被抑制了的距离图像。
接着，参照图11以及图12，对本实施方式的变形例进行说明。图11是用于说明本变形例中的各种信号的时序图与被选择的像素的关系的图。图12是用于说明本变形例中的反射构件的移动与像素的关系的图。
在图11(a)中与图9(a)相同表示在由各个距离传感器P构成的各个像素(通道1ch～5ch)上被施加的第一～第三传输信号STX1,STX2,STX3、驱动信号SD。在图11(b)中与图9(b)相同作为由粗线围起来的区域来表示脉冲光Lp的扫描结果、反射光Lr进行入射的距离传感器P(通道1ch～5ch)。在本变形例中也如图12所示以按从通道1ch到通道5ch的顺序反射光Lr进行入射，之后按从通道5ch到通道1ch的顺序反射光Lr进行入射的方式重复脉冲光Lp的向对象物OJ的照射位置的扫描。
在本变形例中也如图12(a)所示以按从通道1ch到通道5ch的顺序反射光Lr进行入射，之后按从通道5ch到通道1ch的顺序反射光Lr进行入射的方式重复脉冲光Lp的向对象物OJ的照射位置的扫描。在图12(b)中与图10(a)相同作为线图示意性地表示反射构件MR的移动。在图12(b)中，反射光Lr进行入射的距离传感器P(通道1ch～5ch)按时间数列顺序作为附有阴影线的区域来进行表示。在图12(b)中，以反射光Lr不进行入射的时机读出电荷量的距离传感器P(通道1ch～5ch)按时间数列顺序作为由粗线围起来的区域来进行表示。
例如，如图11(b)所示在反射光Lr入射到构成对应于通道1ch的像素的距离传感器P的情况下，选择部SEL以在构成对应于通道1ch的像素的距离传感器P上进行上述的信号电荷的收集动作(存储动作)的方式将第一～第三传输信号STX1,STX2,STX3输出至该距离传感器P。
选择部SEL以先于信号电荷的收集动作在反射光Lr不入射到构成对应于通道1ch的像素的距离传感器P的时机进行电荷的收集动作(存储动作)的方式将第一～第三传输信号STX1,STX2,STX3输出至该距离传感器P。反射光Lr不入射到构成对应于通道1ch的像素的距离传感器P的时机是脉冲光Lp不向反射光Lr入射到该距离传感器P的照射位置出射的时机。在反射光Lr不进行入射的时机被收集的电荷是由背景光或者入射到构成对应于其他通道2ch～5ch的像素的距离传感器P的反射光Lr的一部分等环境光而产生的电荷，并且相对于信号电荷是噪声成分。
同样的，选择部SEL即使相对于通道1ch以外的通道2ch～5ch也以进行信号电荷的收集动作、以及先于信号电荷的收集动作的电荷收集动作的方式将第一～第三传输信号STX1,STX2,STX3输出至所对应的距离传感器P。由先于信号电荷的收集动作的电荷收集动作来进行收集的电荷与信号电荷相同，被收集于第一信号电荷收集区域9a和第二信号电荷收集区域9b。在反射光Lr不入射到构成对应于各个通道1ch～5ch的像素的距离传感器P的时机，均是与使信号电荷流向第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b的时机不相同的时机。
运算部ART从被选择部SEL选择的像素中读出信号，并运算出每个像素到对象物OJ的距离。在本变形例中，运算部ART读出构成对应于各个通道1ch～5ch的像素的每个距离传感器P基于信号电荷收集动作的电荷量Q1,Q2、基于先于信号电荷收集动作的电荷收集动作的电荷量。运算部ART根据从基于信号电荷收集动作的电荷量Q1减去在先于信号电荷收集动作的电荷收集动作中被收集于第一信号电荷收集区域9a的电荷量q1的电荷量(Q1-q1)与从基于信号电荷收集动作的电荷量Q1减去在先于信号电荷收集动作的电荷收集动作中被收集于第二信号电荷收集区域9b的电荷量q2的电荷量(Q2-q2)的比率运算到对象物OJ为止的距离。
即使是在本变形例中，选择部SEL也以由构成反射光Lr不进行入射的像素(通道1ch～5ch)的距离传感器P中进行先于上述的信号电荷收集动作的电荷收集动作的距离传感器P被除去的距离传感器P来进行上述的不要电荷的排出动作的方式将第一～第三传输信号STX1,STX2,STX3输出至该距离传感器P。即，反射光Lr不进行入射，并且在不进行先于信号电荷收集动作的电荷收集动作的距离传感器中，因为所产生的电荷被排出，所以该电荷不会被存储。
如以上所述，在本变形例中，由选择部SEL(控制部CONT)以在被选择的距离传感器P上先于向第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b的信号电荷的流入以脉冲光Lp没有从光源LS被出射的时机使电荷流入到第一信号电荷收集区域9a的方式将第一传输信号STX1输出至该距离传感器P的第一传输电极TX1。由选择部SEL以在被选择的距离传感器P上先于向第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b的信号电荷的流入以脉冲光Lp没有从光源LS被出射的时机使电荷流入到第二信号电荷收集区域9b的方式将第二传输信号STX2输出至该距离传感器P的第二传输电极TX2。即，在被选择部SEL选择的距离传感器P的电荷产生区域(位于光栅电极PG下方的区域)，不取决于对应于该距离传感器P的脉冲光Lp出射的电荷被分成第一信号电荷收集区域9a和第二信号电荷收集区域9b并在所对应的区域9a,9b被收集。
由运算部ART根据在减去了以脉冲光Lp没有从光源LS被出射的时机被收集于第一信号电荷收集区域9a的电荷的量q1的第一信号电荷收集区域9a进行收集的信号电荷的量(Q1-q1)与在减去了以脉冲光Lp没有从光源LS被出射的时机被收集于第二信号电荷收集区域9b的电荷的量q2的第二信号电荷收集区域9b进行收集的信号电荷的量(Q2-q2)的比率运算到对象物OJ为止的距离。即，通过减少不取决于对应于被选择的距离传感器P的脉冲光Lp出射的电荷，从而相对于到达对象物OJ的距离的运算难以反映出基于上述的环境光的电荷量。因此，在本变形例中能够更进一步恰当且高精度地进行距离测量。
以上，对本发明的实施方式以及实施方式的变形例进行了说明，但是，本发明并不一定限定于上述的实施方式，只要是在不脱离本发明宗旨的范围内可以进行各种变更。
例如，在上述实施方式以及变形例中各个距离传感器P分别具备一对第一信号电荷收集区域9a、一对第二信号电荷收集区域9b、一对不要电荷排出区域11、一对第一传输电极TX1、一对第二传输电极TX2、以及一对第三传输电极TX3，但是，各个距离传感器P所具有的第一信号电荷收集区域9a、第二信号电荷收集区域9b、不要电荷排出区域11、以及第一～第三传输电极TX1,TX2,TX3的数量并不限定于上述的一对。各个距离传感器P所具有的第一信号电荷收集区域9a、第二信号电荷收集区域9b、不要电荷排出区域11、以及第一～第三传输电极TX1,TX2,TX3的数量可以是一个也可以是三个以上。距离图像传感器RS所具有的距离传感器P的数量也可以不是五个，只要是多个即可。在本实施方式以及本变形例中，被选择部SEL选择的像素(距离传感器P)的数量为一个，但是，也可以是两个以上。
在本实施方式以及本变形例中，由反射构件MR来变更从光源LS出射的脉冲光Lp的光路，扫描脉冲光Lp的向对象物OJ照射的照射位置，但是并不限定于此。也可以不使用反射构件MR，且通过使光源LS移动从而扫描脉冲光Lp的向对象物OJ照射的照射位置。
在本变形例中，选择部SEL(控制部CONT)以先于向第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b的信号电荷的流入以不从光源LS出射脉冲光Lp的时机使电荷流入到第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b的方式输出第一以及第二传输信号STX1,STX2，但是，并不限定于此。选择部SEL(控制部CONT)也可以以在向第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b的信号电荷的流入之后并且以不从光源LS出射脉冲光Lp的时机使电荷流入到第一以及第二信号电荷收集区域9a,9b的方式输出第一以及第二传输信号STX1,STX2。
在本实施方式中，在各个距离传感器P上读出由以时间序列进行连续的二次收集动作(存储动作)来进行收集的电荷的量，但是，并不限定于此。也可以在各个距离传感器P上读出由以时间序列进行连续的三次以上收集动作来进行收集的电荷的量。这样，收集动作次数增加并且被收集的电荷的量也会增加，因而确保了充分的信号量。当然，由以二次收集动作进行收集的电荷的量也确保了充分的信号量。
距离图像传感器RS并不限于多个距离传感器P被一维配置的线传感器。距离图像传感器RS也可以是多个距离传感器P被二维配置的传感器。在此情况下，能够容易获得二维图像。
距离图像传感器RS并不限于表面入射型的距离图像传感器。距离图像传感器RS也可以是背面照射型的距离图像传感器。
对应于入射光产生电荷的电荷产生区域也可以由光电二极管(例如埋入型的光电二极管等)构成。
本实施方式所涉及的距离图像传感器RS中的p型以及n型的各个导电类型也可以以成为与上述的相反的方式被更换。
产业上的利用可能性
本发明能够被利用于测定到对象物为止的距离的测距装置。
符号的说明
1…测距装置、9a…第一信号电荷收集区域、9b…第二信号电荷收集区域、11…不要电荷排出区域、A…一维方向、ART…运算部、CONT…控制部、DRV…驱动部、Lp…脉冲光、Lr…反射光、LS…光源、MR…反射构件、OJ…对象物、P…距离传感器、PG…光栅电极、Pi…照射位置、RS…距离图像传感器、SEL…选择部、STX1…第一传输信号、STX2…第二传输信号、STX3…第三传输信号、TX1…第一传输电极、TX2…第二传输电极、TX3…第三传输电极。

Claims (2)

1.一种测距装置，其特征在于：
具备：
扫描部，对从光源出射的脉冲光的向对象物的照射位置进行扫描；
受光部，具有在一维方向上配置的多个像素并且所述对象物上的脉冲光的反射光进行入射；
选择部，对应于所述扫描部所取得的脉冲光的照射位置，从所述多个像素中选择读出信号的像素；以及
运算部，从被所述选择部选择的像素中读出信号并运算到所述对象物为止的距离，
所述多个像素分别具备：
电荷产生区域，对应于入射光产生电荷；
第一以及第二信号电荷收集区域，从所述电荷产生区域分别分开而配置，将在所述电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷来进行收集；
不要电荷排出区域，从所述电荷产生区域分开而配置，将在所述电荷产生区域产生的电荷作为不要电荷来进行排出；
第一传输电极，被配置于所述第一信号电荷收集区域与所述电荷产生区域之间，对应于第一传输信号使在电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷流入到所述第一信号电荷收集区域；
第二传输电极，被配置于所述第二信号电荷收集区域与所述电荷产生区域之间，对应于相位与所述第一传输信号不同的第二传输信号使在所述电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷流入到所述第二信号电荷收集区域；以及
第三传输电极，被配置于所述不要电荷排出区域与所述电荷产生区域之间，对应于相位与所述第一以及第二传输信号不同的第三传输信号使在电荷产生区域产生的电荷作为不要电荷流入到所述不要电荷排出区域，
所述选择部对应于所述扫描部所取得的脉冲光的照射位置，以使信号电荷流入到所述多个像素中对应于照射位置的像素的所述第一以及第二信号电荷收集区域的方式将所述第一传输信号输出至所述第一传输电极并且将所述第二传输信号输出至所述第二传输电极，以使不要电荷流入到所述多个像素中对应于所述照射位置的像素以外的像素的所述不要电荷排出区域的方式将所述第三传输信号输出至所述第三传输电极，
所述运算部读出对应于分别被收集于被所述选择部选择的像素的所述第一以及第二信号电荷收集区域的信号电荷的量的信号，根据被收集于所述第一信号电荷收集区域的信号电荷的量与被收集于所述第二信号电荷收集区域的信号电荷的量的比率，运算到所述对象物为止的距离。
2.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于：
所述选择部以在所选择的像素中，在与使信号电荷向所述第一以及第二信号电荷收集区域流入的时机不同并且脉冲光不从所述光源出射的时机，使电荷流入到所述第一以及第二信号电荷收集区域的方式将所述第一传输信号输出至所述第一传输电极并且将所述第二传输信号输出至所述第二传输电极，
所述运算部根据在脉冲光不从所述光源出射的时机被收集于所述第一信号电荷收集区域的电荷的量被减少的被收集于所述第一信号电荷收集区域的信号电荷的量与在脉冲光不从所述光源出射的时机被收集于所述第二信号电荷收集区域的电荷的量被减少的被收集于所述第二信号电荷收集区域的信号电荷的量的比率，运算到对象物为止的距离。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110888140A (zh) * 2018-08-21 2020-03-17 欧姆龙株式会社 测距装置以及测距方法
CN112219280A (zh) * 2018-07-06 2021-01-12 索尼半导体解决方案公司 光接收元件、测距模块和电子设备

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017146155A (ja) 2016-02-16 2017-08-24 ソニー株式会社 撮像装置及び撮像制御方法
EP3232224B1 (de) * 2016-04-12 2018-06-13 Sick Ag Entfernungsmessender optoelektronischer sensor und verfahren zur erfassung und abstandsbestimmung von objekten
JP6659447B2 (ja) 2016-05-02 2020-03-04 浜松ホトニクス株式会社 距離センサ
JP6659448B2 (ja) 2016-05-02 2020-03-04 浜松ホトニクス株式会社 距離センサ及び距離センサの駆動方法
JP6950276B2 (ja) * 2017-05-19 2021-10-13 株式会社デンソーウェーブ 距離測定装置
JP7464260B2 (ja) * 2020-03-23 2024-04-09 国立大学法人静岡大学 距離画像センサ

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001194458A (ja) * 1999-11-05 2001-07-19 Denso Corp 受光素子、距離測定装置及び距離・画像測定装置
JP2008122223A (ja) * 2006-11-13 2008-05-29 Suzuki Motor Corp 距離計測装置
CN101310522A (zh) * 2006-01-20 2008-11-19 索尼株式会社 摄像装置
US20090134396A1 (en) * 2005-08-30 2009-05-28 National University Corporation Shizuoka Univ. Semiconductor range-finding element and solid-state imaging device

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4843565A (en) * 1987-07-30 1989-06-27 American Electronics, Inc. Range determination method and apparatus
US7352454B2 (en) * 2000-11-09 2008-04-01 Canesta, Inc. Methods and devices for improved charge management for three-dimensional and color sensing
JP2003247809A (ja) 2002-02-26 2003-09-05 Olympus Optical Co Ltd 距離情報入力装置
JP4395150B2 (ja) * 2006-06-28 2010-01-06 富士フイルム株式会社 距離画像センサ
DE102009037596B4 (de) * 2009-08-14 2014-07-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Pixelstruktur, System und Verfahren zur optischen Abstandsmessung sowie Steuerschaltung für die Pixelstruktur
JP5558999B2 (ja) * 2009-11-24 2014-07-23 浜松ホトニクス株式会社 距離センサ及び距離画像センサ
JP5244076B2 (ja) * 2009-11-24 2013-07-24 浜松ホトニクス株式会社 距離センサ及び距離画像センサ
JP5502694B2 (ja) * 2010-10-12 2014-05-28 浜松ホトニクス株式会社 距離センサ及び距離画像センサ
JP5518667B2 (ja) * 2010-10-12 2014-06-11 浜松ホトニクス株式会社 距離センサ及び距離画像センサ
JP5858688B2 (ja) 2011-08-30 2016-02-10 スタンレー電気株式会社 距離画像生成装置
EP2815251B1 (en) 2012-02-15 2017-03-22 Heptagon Micro Optics Pte. Ltd. Time of flight camera with stripe illumination
EP2955539B1 (en) * 2014-06-12 2018-08-08 Delphi International Operations Luxembourg S.à r.l. Distance measuring device
US10890649B2 (en) * 2016-08-11 2021-01-12 Qualcomm Incorporated System and method for measuring reference and returned light beams in an optical system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001194458A (ja) * 1999-11-05 2001-07-19 Denso Corp 受光素子、距離測定装置及び距離・画像測定装置
US20090134396A1 (en) * 2005-08-30 2009-05-28 National University Corporation Shizuoka Univ. Semiconductor range-finding element and solid-state imaging device
CN101310522A (zh) * 2006-01-20 2008-11-19 索尼株式会社 摄像装置
JP2008122223A (ja) * 2006-11-13 2008-05-29 Suzuki Motor Corp 距離計測装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112219280A (zh) * 2018-07-06 2021-01-12 索尼半导体解决方案公司 光接收元件、测距模块和电子设备
CN110888140A (zh) * 2018-08-21 2020-03-17 欧姆龙株式会社 测距装置以及测距方法
CN110888140B (zh) * 2018-08-21 2023-08-25 欧姆龙株式会社 测距装置以及测距方法
US11762070B2 (en) 2018-08-21 2023-09-19 Omron Corporation Distance measuring device and distance measuring method

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Publication number Publication date
KR102291769B1 (ko) 2021-08-23
JP2015232452A (ja) 2015-12-24
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