CN106471391A - 测距装置以及测距装置的驱动方法 - Google Patents

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Abstract

测距装置(10)中，控制部(CONT)按每个帧周期(TF)交替地更换第一脉冲传输信号(S1)与第二脉冲传输信号(S2)的时间序列上的顺序并输出第一以及第二脉冲传输信号(S1,S2)，并且运算部(ART)基于对应于按时间序列连续的2个帧周期(TF)中的相位成为相同的第一以及第二脉冲传输信号(S1,S2)而被存储于第一电荷存储区域(FD1)和第二电荷存储区域(FD2)的信号电荷的总电荷量(Q1,Q2)，运算到对象物(OJ)的距离(d)。

Description

测距装置以及测距装置的驱动方法
技术领域
本发明涉及测距装置以及测距装置的驱动方法。
背景技术
已知有具备TOF(Time-of-Flight(飞行时间))型的距离图像传感器的测距装置(例如参照专利文献1)。在专利文献1所记载的测距装置中，多个距离传感器被配置于一维方向。各个距离传感器包含矩形的电荷产生区域、一对传输电极、一对电荷存储区域。一对传输电极分别沿着电荷产生区域的一对相对的两边进行设置。一对电荷存储区域分别存储被传输电极传输的信号电荷。
在该测距装置中，各个传输电极将产生于电荷产生区域的电荷作为信号电荷并对应于相位不同的传输信号而分配到各个电荷存储区域。被分配的信号电荷分别被存储于所对应的各个电荷存储区域。被存储于各个电荷存储区域的信号电荷作为对应于被存储的电荷量的输出来进行读出。基于这些输出的比率，计算到对象物的距离。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2007/026779号小册子
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明人们的调查研究的结果，在上述专利文献1所记载的那样的测距装置中，在测定距离应该为同等的2个距离传感器中，存在测定距离根据距离传感器而不同的情况是清楚的。
本发明的目的在于，提供一种减少测定距离应该为同等的2个距离传感器中的测定距离的不同的测距装置以及测距装置的驱动方法。
解决问题的技术手段
本发明人们关于减少测定距离应该为同等的2个距离传感器中的测定距离的不同的测距装置以及测距装置的驱动方法，进行了调查研究。其结果，本发明人们发现了以下的事实。
在上述专利文献1所记载的那样的测距装置中，即使是光入射的距离传感器(以下，称为入射距离传感器)以外的其他的距离传感器，也会有检测到信号的情况。可以认为这是因为产生在入射距离传感器的电荷产生区域生成的电荷流入到其他的距离传感器的各个电荷存储区域的串扰。对其他的距离传感器的各个电荷存储区域的串扰的影响根据该各个电荷存储区域的配置而不同。串扰的影响根据其他的距离传感器的各个电荷存储区域的配置是否为入射距离传感器侧而不同。即，在其他的距离传感器中被配置于光入射距离传感器侧的电荷存储区域中，串扰的影响大。在被配置于与光入射距离传感器侧相反侧的电荷存储区域，串扰的影响小。
在电荷分配方式的距离传感器中，如上所述，基于各个电荷存储区域的输出的比率，计算到对象物的距离。因此，如果从周围的距离传感器向各个电荷存储区域有电荷的漏入的话，则由距离传感器计算出的距离产生变化。例如，在光被入射的2个距离传感器的各个电荷存储区域中，即使是对应于一方的相位的传输信号进行分配的电荷量和对应于另一方的相位进行分配的电荷量成为相同的情况下，也因为串扰的影响不同，所以会有测定距离不同的情况。即，在2个光入射距离传感器中，即使是测定距离应该为同等的情况下，对应于相同的相位的传输信号而存储信号电荷的各个电荷存储区域彼此的配置根据是否为另一方的光入射距离传感器侧而互相不同的情况下，测定距离也根据距离传感器而会不同。
本发明人们着眼于自己发现的这些事实，关于减少测定距离应该为同等的2个距离传感器中的测定距离的不同的结构进一步进行了深入研究，直至想到本发明。
本发明的一个方式所涉及的测距装置具备距离图像传感器、控制部、以及运算部。距离图像传感器为在一维方向上配置有多个距离传感器的距离图像传感器。距离传感器具有以按每个帧周期朝着对象物射出脉冲光的方式驱动光源的驱动部、对应于对象物上的脉冲光的反射光的入射而产生电荷的电荷产生区域、从电荷产生区域分开且在一维方向上夹着电荷产生区域而配置并且存储电荷的第一以及第二电荷存储区域、被配置于第一电荷存储区域与电荷产生区域之间的第一传输电极、被配置于第二电荷存储区域与电荷产生区域之间的第二传输电极。驱动部以与脉冲光的射出相同步的方式，按每个帧周期，将第一脉冲传输信号输出至第一传输电极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电荷存储区域，将相位与第一脉冲传输信号不同的第二脉冲传输信号输出至第二传输电极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电荷存储区域。运算部按每个帧周期分别读出被存储于第一以及第二电荷存储区域的信号电荷，基于所读出的信号电荷运算到对象物的距离。控制部按每个帧周期，交替地更换第一脉冲传输信号与第二脉冲传输信号的时间序列上的顺序，并输出第一以及第二脉冲传输信号。运算部基于对应于按时间序列连续的2个帧周期中的相位成为相同的第一以及第二脉冲传输信号而被存储于第一电荷存储区域和第二电荷存储区域的信号电荷的总电荷量，运算到对象物的距离。
本发明的一个方式所涉及的测距装置的驱动方法是具备朝着对象物射出脉冲光的光源、在一维方向上配置有多个距离传感器的距离图像传感器的测距装置的驱动方法。距离传感器具有对应于对象物上的脉冲光的反射光的入射而产生电荷的电荷产生区域、从电荷产生区域分开且在一维方向上夹着电荷产生区域而配置并且存储电荷的第一以及第二电荷存储区域、被配置于第一电荷存储区域与电荷产生区域之间的第一传输电极、被配置于第二电荷存储区域与电荷产生区域之间的第二传输电极。在本方式所涉及的测距装置的驱动方法中，以按每个帧周期射出脉冲光的方式驱动光源，以与脉冲光的射出相同步的方式，按每个帧周期，将第一脉冲传输信号输出至第一传输电极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电荷存储区域，将相位与第一脉冲传输信号不同的第二脉冲传输信号输出至第二传输电极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电荷存储区域，按每个帧周期，分别读出被存储于第一以及第二电荷存储区域的信号电荷，基于所读出的信号电荷运算到对象物的距离，在输出第一以及第二脉冲传输信号的时候，按每个帧周期交替地更换第一脉冲传输信号与第二脉冲传输信号的时间序列上的顺序并输出第一以及第二脉冲传输信号，在运算到对象物的距离的时候，基于对应于按时间序列连续的2个帧周期中的相位成为相同的第一以及第二脉冲传输信号而被存储于第一电荷存储区域和第二电荷存储区域的信号电荷的总电荷量，运算到对象物的距离。
在本方式中，按每个帧周期，从光源射出脉冲，对象物上的脉冲光的反射光入射到距离图像传感器。在距离图像传感器中，具有电荷产生区域、在一维方向上夹着电荷产生区域而配置的第一以及第二电荷存储区域的多个距离传感器在一维方向上进行配置。在反射光入射了的距离传感器中，电荷对应于反射光而产生于电荷产生区域。产生了的电荷按每个帧周期对应于第一以及第二脉冲传输信号而作为信号电荷被存储于第一以及第二电荷存储区域。第一以及第二脉冲传输信号，相位互相不同并且按每个帧周期交替地更换时间序列上的顺序来进行输出。因此，在按时间序列连续的2个帧周期中，一方的帧周期中，在信号电荷被存储于第一电荷存储区域之后，信号电荷被存储于第二电荷存储区域。另外，在另一方的帧周期中，在信号电荷被存储于第二电荷存储区域之后，信号电荷被存储于第一电荷存储区域。到对象物的距离基于对应于按时间序列连续的2个帧周期中的相位成为相同的第一以及第二脉冲传输信号而被存储于第一电荷存储区域和第二电荷存储区域的信号电荷的总电荷量来进行运算。该总电荷量被用于到对象物的距离的运算，所以即使是从其他的距离传感器漏入到第一以及第二电荷存储区域的电荷量互相不同的情况下，由电荷的漏入产生的影响也会平衡良好地被分配到对应于一方的相位的脉冲传输信号的总电荷量和对应于另一方的相位的脉冲传输信号的总电荷量。其结果，在一维方向上相邻的距离传感器彼此中相对于距离测量的电荷的串扰的影响成为相同。由此，在测定距离应该为同等的2个距离传感器中，能够减少测定距离的不同。
发明的效果
根据本发明的一个方式，能够提供一种减少测定距离应该为同等的2个距离传感器中的测定距离的不同的测距装置以及测距装置的驱动方法。
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中的IV-IV线的截面结构的图。
图5是表示半导体基板的第二主面附近的电势分布的图。
图6是关于距离传感器中的电荷的漏入进行说明的图。
图7是各种信号的时序图。
图8是现有的测距装置中的各种信号的时序图。
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10是测定到对象物OJ的距离d的装置。测距装置10具备距离图像传感器RS、光源LS、显示器DSP、控制单元。控制单元具备驱动部DR、控制部CONT、运算部ART。光源LS朝向对象物OJ射出脉冲光Lp。光源LS例如由激光照射装置、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CPU(Central ProcessingUnit(中央处理器))等运算电路、RAM(Random Access 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、以及包含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施加于光源LS。由此，驱动部DRV以按每个帧周期朝着对象物OJ射出脉冲光Lp的方式驱动光源LS。控制部CONT控制驱动部DRV并且将第一以及第二脉冲传输信号S1,S2输出至距离图像传感器RS。控制部CONT进一步使运算部ART的运算结果显示于显示器DSP。运算部ART从距离图像传感器RS分别读出信号电荷的电荷量q1,q2，基于读出的电荷量q1,q2运算距离d。运算部ART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7来进行说明。显示器DSP是从控制部CONT输入运算部ART的运算结果并显示该运算结果的显示器。
在测距装置10中，通过驱动信号SD被施加于光源LS从而按每个帧周期脉冲光LP从光源LS被射出。从光源LS被射出的脉冲光Lp如果入射到对象物OJ的话，则通过反射作为脉冲光的反射光Lr从对象物OJ被射出。从对象物OJ被射出的反射光Lr入射到距离图像传感器RS的电荷产生区域。
与第一以及第二脉冲传输信号S1,S2同步地被收集于每个像素的电荷量q1,q2从距离图像传感器RS被输出。被输出的电荷量q1,q2与驱动信号Sp同步地被输入至运算部ART。在运算部ART中，基于被输入的电荷量q1,q2，按每个像素运算距离d。距离d的运算结果被输入到控制部CONT。被输入到控制部CONT的运算结果被传输并被显示于显示器DSP。
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为表面入射型的距离图像传感器，具备半导体基板1以及遮光层LI。半导体基板1具有互相相对的第一以及第二主面1a,1b。第二主面1b为光入射面。距离图像传感器RS以使半导体基板1的第一主面1a侧与配线基板WB相对的状态经由粘结区域FL而被贴附于配线基板WB。粘结区域FL具有绝缘性的粘结剂或填料。反射光Lr从半导体基板1的第二主面1b侧入射到距离图像传感器RS。遮光层LI被设置于第二主面1b上。遮光层LI例如由铝等金属构成。
接着，参照图3以及图4，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中的IV-IV线的截面结构的图。
距离图像传感器RS是成为具有在一维方向A上配置的多个距离传感器P1～PN(N为2以上的自然数)的阵列结构的线传感器。多个距离传感器P1～PN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。在本实施方式中，多个距离传感器P1～PN分别以1个构成距离图像传感器RS的一个像素。在图3中，只表示距离传感器Pn(n为N以下的自然数)的结构。多个距离传感器P1～PN分别具有与距离传感器Pn相同的结构。
如以上所述，距离图像传感器RS具备遮光层LI。遮光层ZI被设置于光入射面即第二主面1b的前方。在遮光层LI，在对应于多个距离传感器P1～PN的各个区域，开口LIa在一维方向A上被形成。开口LIa呈现矩形状。在本实施方中，开口LIa呈现长方形状。光通过遮光层LI的开口LIa而入射到半导体基板1。因此，受光区域由开口LIa而被规定在半导体基板1。还有，在图3中，省略遮光层LI的图示。
半导体基板1由p型的第一半导体区域3和p-型的第二半导体区域5构成。p型的第一半导体区域3位于第一主面1a侧。P-型的第二半导体区域5，其杂质浓度低于第一半导体区域3并且位于第二主面1b侧。半导体基板1例如能够通过在p型的半导体基板上使杂质浓度低于该半导体基板的p-型的外延层生长来取得。在半导体基板1的第二主面1b(第二半导体区域5)上形成有绝缘层7。
多个距离传感器P1～PN在半导体基板1上在一维方向A上进行配置。即，多个距离传感器P1～PN在半导体基板1上，以沿着一维方向A排列的方式进行配置。多个距离传感器P1～PN分别具备光栅电极PG、第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2、第一以及第二传输电极TX1,TX2、p型的阱区W。还有，在图3中，省略被配置于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2上的导体13(参照图4)的图示。
光栅电极PG对应于开口LIa进行配置。半导体基板1(第二半导体区域5)上的对应于光栅电极PG的区域(在图4中，位于光栅电极PG的下方的区域)作为对应于对象物OJ上的脉冲光Lp的反射光Lr的入射而产生电荷的电荷产生区域来发挥功能。光栅电极PG也对应于开口LIa的形状，在俯视时呈现矩形状。在本实施方式中，光栅电极PG与开口LIa相同呈现长方形状。即，光栅电极PG在俯视时具有与一维方向A正交并且互相相对的第一以及第二长边L1,L2、与一维方向A相平行并且互相相对的第一以及第二短边S1,S2。光栅电极PG在一维方向A的一方侧具有第一长边L1，在一维方向A的另一方侧具有第二长边L2。
第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2在一维方向A上夹着光栅电极PG而配置。第一电荷存储区域FD1在光栅电极PG的第一长边L1侧从光栅电极PG分开而配置。第二电荷存储区域FD2在光栅电极PG的第二长边L2侧从光栅电极PG分开而配置。多个距离传感器P1～PN分别具有与距离传感器Pn相同的结构，所以在相邻的2个距离传感器Pn,Pn+1上，第一电荷存储区域FD1和第二电荷存储区域FD2在一维方向A上相邻。
第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2是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存储。第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2在俯视时呈现矩形状。在本实施方式中，第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2在俯视时呈现正方形状并且形成互相相同的形状。
第一传输电极TX1被配置于绝缘层7上，并且被配置于第一电荷存储区域FD1与光栅电极PG之间。第一传输电极TX1分别从第一电荷存储区域FD1和光栅电极PG分开而配置。第一传输电极TX1使对应于第一脉冲传输信号S1(参照图7)而在电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷流入到第一电荷存储区域FD1。
第二传输电极TX2被配置于绝缘层7上，并且被配置于第二电荷存储区域FD2与光栅电极PG之间。第二传输电极TX2分别从第二电荷存储区域FD2和光栅电极PG分开而配置。第二传输电极TX2使对应于相位与第一脉冲传输信号S1不同的第二脉冲传输信号S2(参照图7)而在电荷产生区域产生的电荷作为信号电荷流入到第二电荷存储区域FD2。多个距离传感器P1～PN分别具有与距离传感器Pn相同的结构，所以在相邻的2个距离传感器Pn,Pn+1上，第一传输电极TX1和第二传输电极TX2在一维方向A上相邻。
第一以及第二传输电极TX1,TX2在俯视时呈现矩形状。在本实施方式中，第一以及第二传输电极TX1,TX2呈现将与一维方向A正交的方向作为长边的长方形状，并且成为互相相同的形状。第一以及第二传输电极TX1,TX2的长边的长度短于光栅电极PG的第一以及第二长边L1,L2的长度。
阱区W被形成于第二半导体区域5。阱区W从与第二主面1b正交的方向看，包围光栅电极PG、第一以及第二传输电极TX1,TX2、第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2。阱区W从与第二主面1b正交的方向看，与第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2各自的一部分相重叠。阱区W的外缘与多个距离传感器P1～PN的外缘大致一致。阱区W为与第二半导体区域5的导电类型相同的导电类型。阱区W具有高于第二半导体区域5的杂质浓度的杂质浓度。阱区W抑制由于对光栅电极PG的电压的施加而扩展的耗尽层与从第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2扩展的耗尽层的结合。由此，抑制了串扰。
在绝缘层7，设置有用于使第二半导体区域5的表面露出的接触孔。在接触孔内配置有用于将第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2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“+”标注于导电类型来表示。另一方面，所谓“杂质浓度低”是指例如杂质浓度为1×1015cm-3左右以下，并将“-”标注于导电类型来表示。
各个半导体区域的厚度/杂质浓度如以下所述。
第一半导体区域3：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
第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2：厚度0.1～1μm/杂质浓度1×1018～1020cm-3
阱区W：厚度0.5～5μm/杂质浓度1×1016～1018cm-3
经由背栅或者贯通电极将接地电位等基准电位提供给半导体基板1(第一以及第二半导体区域3,5)。
半导体基板由Si构成，绝缘层7由SiO2构成，光栅电极PG和第一以及第二传输电极TX1,TX2由多晶硅构成，但是，这些构件也可以由其他材料构成。
被施加于第一传输电极TX1的第一脉冲传输信号S1的相位和被施加于第二传输电极TX2的第二脉冲传输信号S2的相位错开180度。分别入射到多个距离传感器P1～PN的光在半导体基板1(第二半导体区域5)内被转换成电荷。这样产生的电荷中的一部分作为信号电荷而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传输电极TX1或者第二TX2的话则第一传输电极TX1或者第二传输电极TX2之下的电势比光栅电极PG之下的部分的半导体基板1(第二半导体区域5)的电势，相对于电子而言变低。由此，负的电荷(电子)在第一传输电极TX1或者第二传输电极TX2的方向上被拉进来，并且被存储于由第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2形成的电势阱内。n型的半导体包含正离子化了的施主并且具有正的电势，所以吸引电子。如果将低于上述正电位的电位(例如接地电位)提供给第一传输电极TX1或者第二传输电极TX2的话则产生由第一传输电极TX1或者第二传输电极TX2引起的势垒。因此，在半导体基板1上产生的电荷不会被拉入到第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2。
图5是表示沿着图3的IV-IV线的半导体基板的第二主面附近的电势分布的图。在图5中，向下是电势的正方向。在图5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、光栅电极PG的正下方的电荷产生区域的电势φPG、第一电荷存储区域FD1的电势φFD1、第二电荷存储区域FD2的电势φFD2。
光栅电极PG的正下方的区域(电荷产生区域)的电势φPG，如果将无偏压(bias)时的邻接的第一以及第二传输电极TX1,TX2正下方的区域的电势(φTX1,φTX2)作为基准电位的话，则被设定为高于该基准电位。该电荷产生区域的电势φPG高于电势φTX1,φTX2，电势分布在电荷产生区域上成为向附图的向下方向进行凹陷的形状。
参照图5，说明信号电荷的存储动作。在被施加于第一传输电极TX1的第一脉冲传输信号S1的相位为0度的时候，正的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5(a)所示，第一传输电极TX1正下方的半导体的电势φTX1比电荷产生区域的电势φPG更下降。由此，在电荷产生区域产生的负的电荷e流入到第一电荷存储区域FD1的电势阱内。
另一方面，第二传输电极TX2正下方的半导体的电势φTX2不下降。因此，电荷不会流入到第二电荷存储区域FD2的电势阱内。由此，信号电荷被收集并被存储于第一电荷存储区域FD1的电势阱内。在第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2中，因为添加有n型的杂质，所以在正方向上电势凹陷。
在被施加于第二传输电极TX2的第二脉冲传输信号S2的相位为0度的时候，正的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5(b)所示，第二传输电极TX2正下方的半导体的电势φTX2比电荷产生区域的电势φPG更下降。由此，在电荷产生区域产生的负的电荷e流入到第二电荷存储区域FD2的电势阱内。
另一方面，第一传输电极TX1正下方的半导体的电势φTX1不下降。因此，电荷不会流入到第一电荷存储区域FD1的电势阱内。由此，信号电荷被收集并被存储于第二电荷存储区域FD2的电势阱内。
根据以上所述，信号电荷被收集并被存储于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2的电势阱。被存储于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2的电势阱的信号电荷被读出至外部。
图6是关于距离传感器上的电荷的漏入进行说明的图。在图6中，特别是表示相邻的2个距离传感器Pn,Pn+1。
距离传感器Pn,Pn+1其结构相同，分别在光栅电极PG的一维方向A的一方侧具备第一电荷存储区域FD1以及第一传输电极TX1，并且在另一方侧具备第二电荷存储区域FD2以及第二传输电极TX2。在相邻的2个距离传感器Pn,Pn+1上，第一电荷存储区域FD1和第二电荷存储区域FD2在一维方向A上相邻。
在距离图像传感器RS中，例如如果反射光Lr被入射到距离传感器Pn的话则在距离传感器Pn上对应于反射光Lr而产生电荷。所产生的电荷按照第一以及第二脉冲传输信号S1,S2向距离传感器Pn的第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2进行分配。此时，电荷的一部分漏入到其他距离传感器Pm(m≠n)的第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2。漏入量根据其他距离传感器Pm上的第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2的配置是否为距离传感器Pn侧而大幅不同。
在距离传感器Pn+1中，第一电荷存储区域FD1被配置于距离传感器Pn侧，第二电荷存储区域FD2被配置于与距离传感器Pn相反侧。因此，在光入射到距离传感器Pn并且电荷从距离传感器Pn漏入到距离传感器Pn+1的情况下，向第一电荷存储区域FD1的漏入量B％大于向第二电荷存储区域FD2的漏入量A％。同样，在光入射到距离传感器Pn+1并且电荷从距离传感器Pn+1漏入到距离传感器Pn的情况下，在距离传感器Pn中，因为第二电荷存储区域FD2被配置于距离传感器Pn+1侧，所以向第二电荷存储区域FD2的漏入量D％大于向第一电荷存储区域FD1的漏入量C％。
这样，由于在相邻的2个距离传感器Pn,Pn+1上电荷互相漏入，因而分别被存储于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2的电荷量会有在距离传感器Pn和距离传感器Pn+1中不同的情况。
接着，参照图7，对距离d的运算方法进行说明。图7是各种信号的时序图。在图7中，表示多个帧周期TF中按时间序列连续的2个帧周期TF。
在图7中，表示光源LS的驱动信号SD、对象物OJ上的脉冲光Lp的反射光Lr返回到摄像区域的时候的反射光Lr的强度信号SLr、被施加于第一传输电极TX1的第一脉冲传输信号S1、被施加于第二传输电极TX2的第二脉冲传输信号S2、以及重置信号reset。2个帧周期TF分别由存储信号电荷的期间(存储期间)Tacc和读出信号电荷的期间(读出期间)Tro构成。驱动信号SD、强度信号SLr、第一脉冲传输信号S1、以及第一脉冲传输信号S1都是脉冲宽度Tp的脉冲信号。
在存储期间Tacc，首先，在距离测定之前，重置信号reset被施加于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2。由此，被存储于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2的内部的电荷被排出至外部。在本例中，重置信号reset一瞬间开启(ON)，接着在关断(OFF)之后，将驱动信号SD施加于光源LS。与驱动信号SD的施加同步，第一以及第二脉冲传输信号S1,S2以互相相反相位被施加于第一以及第二传输电极TX1,TX2。由此，进行电荷传输，信号电荷被存储于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2。之后，在读出期间Tro，读出被存储于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2内的信号电荷。
第一以及第二脉冲传输信号S1,S2按每个帧周期TF交替地更换第一脉冲传输信号S1与第二脉冲传输信号S2的时间序列上的顺序而被输出。因此，在按时间序列连续的2个帧周期TF中的一方的帧周期TF(在此，时间序列上前面的帧周期TF)中，第一脉冲传输信号S1以相位差0与驱动信号SD同步地被输出，并且第二脉冲传输信号S2以相位差180度与驱动信号SD同步地被输出。在另一方的帧周期TF(在此，时间序列上后面的帧周期TF)中，第二脉冲传输信号S2以相位差0与驱动信号SD同步地被输出，并且第一脉冲传输信号S1以相位差180度与驱动信号SD同步地被输出。
还有，这样的第一以及第二脉冲传输信号S1,S2的输出控制由控制部CONT进行。即，控制部CONT，以与脉冲光Lp的射出相同步的方式，将第一脉冲传输信号S1输出至第一传输电极TX1。由此，在电荷产生区域产生的电荷按每个帧周期TF作为信号电荷流入到第一电荷存储区域FD1。另外，控制部CONT，以与脉冲光的射出相同步的方式，将相位与第一脉冲传输信号S1不同的第二脉冲传输信号S2输出至第二传输电极TX2。由此，在电荷产生区域产生的电荷按每个帧周期TF作为信号电荷流入到第二电荷存储区域FD2。控制部CONT进一步按每个帧周期TF交替地更换第一脉冲传输信号S1与第二脉冲传输信号S2的时间序列上的顺序并输出第一以及第二脉冲传输信号S1,S2。
相当于强度信号SLr与以相位差0与驱动信号SD同步地被输出的信号的重叠的部分的电荷量q1在一方的帧周期TF中被存储于第一电荷存储区域FD1，在另一方的帧周期TF中被存储于第二电荷存储区域FD2。相当于反射光Lr的强度信号SLr与以相位差180度与驱动信号SD同步地被输出的信号的重叠的部分的电荷量q2在一方的帧周期TF中被存储于第二电荷存储区域FD2，在另一方的帧周期TF中被存储于第一电荷存储区域FD1。
强度信号SLr与以相位差0与驱动信号SD同步地被输出的信号的相位差Td为光的飞行时间，其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，使用按时间序列连续的2个帧周期TF中的电荷量q1的总电荷量Q1、以及电荷量q2的总电荷量Q2的比率，并根据下述式(1)进行运算。还有，c为光速。
距离d＝(c/2)×(Tp×Q2/(Q1+Q2))…(1)
即，运算部ART按每个帧周期TF分别读出被存储于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2的信号电荷的电荷量q1,q2，基于所读出的电荷量q1,q2运算到对象物OJ的距离d。运算部ART此时基于总电荷量Q1,Q2运算到对象物OJ的距离d。总电荷量Q1,Q2为对应于按时间序列连续的2个帧周期TF中的相位成为相同的第一以及第二脉冲传输信号S1,S2而被存储于第一电荷存储区域FD1和第二电荷存储区域FD2的信号电荷的总电荷量。
更加具体来说，总电荷量Q1为按时间序列连续的2个帧周期TF中的一方的帧周期TF中被存储于第一电荷存储区域FD1的信号电荷的电荷量q1与另一方的帧周期TF中被存储于第二电荷存储区域FD2的信号电荷的电荷量q1的总电荷量。另外，总电荷量Q2为一方的帧周期TF中被存储于第二电荷存储区域FD2的信号电荷的电荷量q2与另一方的帧周期TF中被存储于第一电荷存储区域FD1的信号电荷的电荷量q2的总电荷量。
这样，用于距离d的运算的总电荷量Q1,Q2都是被存储于第一电荷存储区域FD1的信号电荷的电荷量q1,q2与被存储于第二电荷存储区域FD2的信号电荷的电荷量q1,q2之和。因此，如以上所述，通过电荷的漏入，即使是分别被存储于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2的电荷量在距离传感器Pn和距离传感器Pn+1上不同的情况下，由电荷的漏入产生的影响也平衡良好地被分配到总电荷量Q1,Q2。
其结果，在一维方向A上相邻的距离传感器Pn,Pn+1彼此中相对于距离测量的电荷的串扰的影响变得相同。因此，在距离传感器Pn,Pn+1中，在由第一传输电极TX1而被分配到第一电荷存储区域FD1的电荷量与由第二传输电极TX2而被分配到第二电荷存储区域FD2的电荷量之比成为相同的情况、即被测定的距离在距离传感器Pn和距离传感器Pn+1中应该为同等的情况下，可以减少由距离传感器Pn,Pn+1上的电荷的漏入引起的测定距离的不同。
距离d的运算基于按时间序列连续的2个帧周期TF中被存储于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2的信号电荷的电荷量来进行。该距离d运算的下一距离d的运算也可以基于在获得了用于先前的距离d的运算的电荷量的2个帧周期TF之后继续并且按时间序列连续的2个帧周期TF中被存储于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2的信号电荷的电荷量来进行。上述下一距离d的运算也可以基于在获得了用于先前的距离d的运算的电荷量的2个帧周期TF中的后一个的帧周期TF和与该帧周期TF按时间序列连续的一个帧周期TF中被存储于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2的信号电荷的电荷量来进行。
图8是现有的测距装置中的各种信号的时序图。
现有的测距装置，控制部CONT除了不是按每个帧周期交替地更换第一脉冲传输信号S1与第二脉冲传输信号S2的时间序列上的顺序并输出第一以及第二脉冲传输信号S1,S2的方面、以及运算部ART基于一个帧周期TF中被存储于第一电荷存储区域FD1的信号电荷的电荷量q1和被存储于第二电荷存储区域FD2的信号电荷的电荷量q2运算到对象物OJ的距离d的方面之外，具备与本实施方式所涉及的测距装置10相同的结构。即，在现有的测距装置中，距离d使用一个帧周期TF中的电荷量q1,q2的比率，并由下述式(2)来进行运算。
距离d＝(c/2)×(Tp×q2/(q1+q2))…(2)
在现有的测距装置中，相当于强度信号SLr与以相位差0与驱动信号SD同步地被输出的信号的重叠的部分的电荷量q1为只被存储于第一电荷存储区域FD1的信号电荷量。另一方面，相当于强度信号SLr与以相位差180度与驱动信号SD同步地被输出的信号的重叠的部分的电荷量q2为只被存储于第二电荷存储区域FD2的信号电荷量。因此，如以上所述，通过电荷的漏入，分别被存储于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2的电荷量在距离传感器Pn和距离传感器Pn+1上不同的情况下，由电荷的漏入产生的影响在电荷量q1,q2之间变得不平衡。
其结果，在距离传感器Pn,Pn+1上，由第一传输电极TX1而被分配到第一电荷存储区域FD1的电荷量与由第二传输电极TX2而被分配到第二电荷存储区域FD2的电荷量之比成为相同，即使是被测定的距离在距离传感器Pn和距离传感器Pn+1中应该为同等的情况下，测定距离也会由于距离传感器Pn,Pn+1上的电荷的漏入而变得不同。
如以上所说明的那样，在本实施方式所涉及的测距装置10以及测距装置10的驱动方法中，按每个帧周期TF从光源LS射出脉冲光Lp，对象物OJ上的脉冲光Lp的反射光Lr入射到距离图像传感器RS。在距离图像传感器RS中，具有电荷产生区域、在一维方向A上夹着电荷产生区域而配置的第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2的多个距离传感器P1～PN被配置在一维方向A上。在反射光Lr入射了的距离传感器Pn中，电荷对应于反射光Lr而在电荷产生区域产生。所产生的电荷按每个帧周期TF对应于第一以及第二脉冲传输信号S1,S2作为信号电荷被存储于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2。第一以及第二脉冲传输信号S1,S2其相位互相不同，并且按每个帧周期TF交替地更换时间序列上的顺序来进行输出。因此，在按时间序列连续的2个帧周期TF中，在一方的帧周期TF中，在信号电荷被存储于第一电荷存储区域FD1之后，信号电荷被存储于第二电荷存储区域FD2。另外，在另一方的帧周期TF中，在信号电荷被存储于第二电荷存储区域FD2之后，信号电荷被存储于第一电荷存储区域FD1。到对象物OJ的距离d基于对应于按时间序列连续的2个帧周期TF中的相位成为相同的第一以及第二脉冲传输信号S1,S2而被存储于第一电荷存储区域FD1和第二电荷存储区域FD2的信号电荷的总电荷量Q1,Q2来进行运算。这些总电荷量Q1,Q2因为被用于到对象物OJ的距离d的运算，所以即使是在从其他距离传感器漏入到第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2的电荷量互相不同的情况下，由电荷的漏入产生的影响也会平衡良好地被分配到对应于一方的相位的脉冲传输信号的总电荷量Q1和对应于另一方的相位的脉冲传输信号Q2的总电荷量。其结果，在一维方向A上相邻的距离传感器彼此中相对于距离测量的电荷的串扰的影响成为相同。由此，在测定距离应该为同等的2个距离传感器Pn,Pn+1中，能够减少测定距离的不同。
具体来说，基于按时间序列连续的2个帧周期TF中的一方的帧周期TF中被存储于第一电荷存储区域FD1的信号电荷的电荷量q1和另一方的帧周期TF中被存储于第二电荷存储区域FD2的信号电荷的电荷量q1的总电荷量Q1、以及一方的帧周期TF中被存储于第二电荷存储区域FD2的信号电荷的电荷量q2和另一方的帧周期TF中被存储于第一电荷存储区域FD1的信号电荷的电荷量q2的总电荷量Q2，运算到对象物OJ的距离d。总电荷量Q1,Q2都是被存储于第一电荷存储区域FD1的信号电荷的电荷量q1,q2与被存储于第二电荷存储区域FD2的信号电荷的电荷量q1,q2之和。因此，即使是分别被存储于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2的电荷量在距离传感器Pn和距离传感器Pn+1上不同的情况下，由电荷的漏入产生的影响也会平衡良好地被分配到总电荷量Q1,Q2。其结果，在被测定的距离在距离传感器Pn和距离传感器Pn+1上应该为同等的情况下，可以减少由距离传感器Pn+1上的电荷的漏入引起的测定距离的不同。
本发明并不限定于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，在多个距离传感器P1～PN各个中，第一以及第二传输电极TX1,TX2以及第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2的数量为1，但是，也可以是2个以上。
多个距离传感器P1～PN也可以分别进一步具备将在电荷产生区域产生的电荷作为不需要电荷来进行收集的不需要电荷收集区域、被配置于不需要电荷收集区域与电荷产生区域之间并且将对应于相位与第一以及第二脉冲传输信号不同的第三脉冲传输信号而在电荷产生区域产生的电荷作为不需要电荷流入到不需要电荷收集区域的第三传输电极。在此情况下，因为能够将不需要电荷排出至外部，所以可以提高距离的测定精度。还有，不需要电荷收集区域以及第三传输电极的数量也可以是2个以上。
也可以在各个帧周期TF中逐次施加多个驱动信号SD，与此同步地逐次输出第一脉冲传输信号S1以及第二脉冲传输信号S2。在此情况下，信号电荷累积并被存储于第一以及第二电荷存储区域FD1,FD2。
距离图像传感器RS为多个距离传感器P1～PN分别被一维地配置的线传感器，但是，也可以是多个距离传感器P1～PN分别被二维地配置。在此情况下，能够容易地获得二维图像。还有，通过使线传感器旋转从而能够获得二维图像，或者通过使用2个线传感器来进行扫描从而也能够获得二维图像。
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也可以是背面入射型的距离图像传感。
也可以由光电二极管(例如埋入型的光电二极管等)构成对应于入射光而产生电荷的电荷产生区域。
本实施方式所涉及的距离图像传感器RS中的p型以及n型的各个导电型也可以以成为与上述的导电型相反的方式被更换。
产业上的利用可能性
本发明能够利用于具有TOF型的距离图像传感器的测距装置以及测距装置的驱动方法。
符号的说明
10…测距装置、A…一维方向、FD1…第一电荷存储区域、FD2…第二电荷存储区域、P1～PN…距离传感器、PG…光栅电极、RS…距离图像传感器、S1…第一脉冲传输信号、S2…第二脉冲传输信号、TX1…第一传输电极、TX2…第二传输电极、LS…光源、DRV…驱动部、ART…运算部、OJ…对象物、Lp…脉冲光、Lr…反射光、TF…帧周期、q1,q2…电荷量、Q1,Q2…总电荷量、d…距离。

Claims (4)

1.一种测距装置，其特征在于：
具备：
驱动部，以按每个帧周期朝着对象物射出脉冲光的方式驱动光源；
距离图像传感器，在一维方向上配置有具有对应于所述对象物上的脉冲光的反射光的入射而产生电荷的电荷产生区域、从所述电荷产生区域分开且在所述一维方向上夹着所述电荷产生区域而配置并且存储电荷的第一以及第二电荷存储区域、被配置于所述第一电荷存储区域与所述电荷产生区域之间的第一传输电极、以及被配置于所述第二电荷存储区域与所述电荷产生区域之间的第二传输电极的多个距离传感器；
控制部，以与所述脉冲光的射出相同步的方式，按所述每个帧周期，将第一脉冲传输信号输出至所述第一传输电极以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一电荷存储区域，将相位与所述第一脉冲传输信号不同的第二脉冲传输信号输出至所述第二传输电极以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电荷存储区域；以及
运算部，按所述每个帧周期，分别读出被存储于所述第一以及第二电荷存储区域的信号电荷的电荷量，基于所读出的电荷量，运算到所述对象物的距离，
所述控制部按所述每个帧周期交替地更换所述第一脉冲传输信号与所述第二脉冲传输信号的时间序列上的顺序，并输出所述第一以及第二脉冲传输信号，
所述运算部基于对应于按时间序列连续的2个所述帧周期中的相位成为相同的所述第一以及第二脉冲传输信号而被存储于所述第一电荷存储区域和所述第二电荷存储区域的信号电荷的总电荷量，运算到所述对象物的距离。
2.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于：
所述运算部基于按时间序列连续的2个所述帧周期中的一方的帧周期中被存储于所述第一电荷存储区域的信号电荷的电荷量与另一方的帧周期中被存储于所述第二电荷存储区域的信号电荷的电荷量的总电荷量、以及所述一方的帧周期中被存储于所述第二电荷存储区域的信号电荷的电荷量与所述另一方的帧周期中被存储于所述第一电荷存储区域的信号电荷的电荷量的总电荷量，运算到所述对象物的距离。
3.一种测距装置的驱动方法，其特征在于：
所述测距装置具备：光源，朝着对象物射出脉冲光；以及距离图像传感器，在一维方向上配置有具有对应于所述对象物上的脉冲光的反射光的入射而产生电荷的电荷产生区域、从所述电荷产生区域分开且在所述一维方向上夹着所述电荷产生区域而配置并且存储电荷的第一以及第二电荷存储区域、被配置于所述第一电荷存储区域与所述电荷产生区域之间的第一传输电极、以及被配置于所述第二电荷存储区域与所述电荷产生区域之间的第二传输电极的多个距离传感器，
以按每个帧周期射出所述脉冲光的方式驱动所述光源，
以与所述脉冲光的射出相同步的方式，按所述每个帧周期，将第一脉冲传输信号输出至所述第一传输电极以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一电荷存储区域，将相位与第一脉冲传输信号不同的第二脉冲传输信号输出至所述第二传输电极以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电荷存储区域，
按所述每个帧周期，分别读出被存储于所述第一以及第二电荷存储区域的信号电荷的电荷量，基于所读出的电荷量，运算到所述对象物的距离，
在输出第一以及第二脉冲传输信号的时候，按所述每个帧周期，交替地更换所述第一脉冲传输信号与所述第二脉冲传输信号的时间序列上的顺序并输出所述第一以及第二脉冲传输信号，
在运算到所述对象物的距离的时候，基于对应于按时间序列连续的2个所述帧周期中的相位成为相同的所述第一以及第二脉冲传输信号而被存储于所述第一电荷存储区域和所述第二电荷存储区域的信号电荷的总电荷量，运算到所述对象物的距离。
4.如权利要求3所述的测距装置的驱动方法，其特征在于：
在运算到所述对象物的距离的时候，基于按时间序列连续的2个所述帧周期中的一方的帧周期中被存储于所述第一电荷存储区域的信号电荷的电荷量与另一方的帧周期中被存储于所述第二电荷存储区域的信号电荷的电荷量的总电荷量、以及所述一方的帧周期中被存储于所述第二电荷存储区域的信号电荷的电荷量与所述另一方的帧周期中被存储于所述第一电荷存储区域的信号电荷的电荷量的总电荷量，运算到所述对象物的距离。
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