CN107852470B

CN107852470B - 固体摄像装置的驱动方法

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Publication number: CN107852470B
Application number: CN201680045243.4A
Authority: CN
Inventors: 山田徹; 铃木静; 清水靖之
Original assignee: Panasonic Semiconductor Solutions Co Ltd
Current assignee: Nuvoton Technology Corp Japan
Priority date: 2015-08-04
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2020-11-03
Anticipated expiration: 2036-07-28
Also published as: JP6799538B2; JPWO2017022219A1; US10928493B2; EP3334151B1; EP3334151A4; EP3334151A1; CN107852470A; WO2017022219A1; US20180156899A1

Abstract

固体摄像装置(1000)的单位像素，具备：光电转换部，接受来自对象物(600)的反射光，并且，将该反射光转换为电荷；电荷排出部，排出光电转换部的电荷；曝光复位部，对向光电转换部的电荷的蓄积定时以及向电荷排出部的电荷的排出定时进行切换；n个(n为自然数)电荷蓄积部，蓄积电荷；以及n个(n为自然数)读出部，用于进行电荷的读出，固体摄像装置(1000)的驱动方法，进行具有如下步骤的曝光序列，即：曝光开始步骤，使读出部成为导通状态后经过规定的期间后，使曝光复位部成为非导通状态，使光电转换部开始曝光；以及曝光结束步骤，在开始该曝光后，使读出部成为非导通状态的规定的期间之前，使曝光复位部成为导通状态，使光电转换部结束曝光。

Description

固体摄像装置的驱动方法

技术领域

本发明涉及，用于测距摄像的固体摄像装置的驱动方法。

背景技术

检测物体的多个方式之中，利用光到测量对象物往返的飞行时间进行测距的TOF(time of flight)方式已经被周知。

专利文献1公开一种距离图像传感器，针对两个不同信号蓄积单元，与来自光源的光的断续工作同步以互不相同的相位传送电荷来进行信号蓄积，根据蓄积信号的分配比求出到对象物的距离，进而，针对第三信号蓄积单元进行只有背景光的信号蓄积，从而进行背景光消除，来排除背景光的影响。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004－294420号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在一般的脉冲TOF法中，在将从脉冲宽度Tp的照射光的上升时刻开始的第一曝光期间设为T1、将照射光的下降时刻开始的第二曝光期间设为T2、将照射光OFF的状态下执行的第三曝光期间设为T3的情况下，曝光期间T1至T3，被设定为与脉冲宽度Tp相同的长度。并且，若将在第一曝光期间T1由摄像部获得的信号量设为A0、将在第二曝光期间T2由摄像部获得的信号量设为A1、将在第三曝光期间T3由摄像部获得的信号量设为A2、将光速(299,792,458m/s)设为c，则由以下的算式得到距离L。

L＝c×Tp/2×{(A1－A2)/(A0－A2+A1－A2)}

并且，用于该TOF方式的测距摄像装置的固体摄像装置，反复多次进行针对照射光的一个周期进行的取样。在所述TOF方式中，如下表示测距范围D。

D＝c×Tp/2

另一方面，在专利文献1中，若考虑获得背景光的像素，则将三个像素作为一个测距单位计算距离，计算距离的一个测距单位大，难以实现摄像元件的小型化。进而，一个像素仅具有一个电荷蓄积部，因此，若光源的脉冲宽度(To)变大，则测距范围D变大，但是，距离分辨率降低。也就是说，测距精度与光源的脉冲宽度(To)成反比例，若为了扩大测距范围(界限)D而使光源的脉冲宽度(To)变大，反而，测距精度变低。进而，起因于每个像素的制造不均匀所产生的背景光的信号不均匀的测距不均匀变大。

鉴于所述课题，本发明的目的在于，提供小型且高测距精度、并且获得实现宽广的测距范围的测距信号的固体摄像装置的其驱动方法。

用于解决课题的手段

为了解决所述问题，本发明的实施方案之一涉及的固体摄像装置的驱动方法，其特征是，该测距摄像用于测量与具有规定的脉冲宽度的脉冲光照射的对象物的距离，所述固体摄像装置具备，被配置在半导体基板的单位像素，所述单位像素，具备：光电转换部，接受来自所述对象物的反射光，并且，将该反射光转换为电荷；电荷排出部，排出所述光电转换部的电荷；曝光复位部，对向所述光电转换部的所述电荷的蓄积定时以及从所述光电转换部向所述电荷排出部的所述电荷的排出定时进行切换；n个电荷蓄积部，蓄积所述光电转换部的电荷，其中，n为自然数；以及n个读出部，被配置在所述光电转换部与所述电荷蓄积部之间，用于进行从所述光电转换部向所述电荷蓄积部的所述电荷的读出，其中，n为自然数，所述固体摄像装置的驱动方法，进行具有如下步骤的曝光序列，即：曝光开始步骤，使所述读出部成为导通状态后经过规定的期间后，使所述曝光复位部成为非导通状态，使所述光电转换部开始曝光；以及曝光结束步骤，在开始所述曝光后，使所述读出部成为非导通状态的规定的期间之前，使所述曝光复位部成为导通状态，使所述光电转换部结束曝光。

发明的效果

根据本发明涉及的固体摄像装置的其驱动方法，小型且高测距精度、并且能够获得实现宽广的测距范围的测距信号。

附图说明

图1是示出实施例1涉及的固体摄像装置的概略结构的一个例子的功能框图。

图2是示出实施例1涉及的固体摄像装置的测距像素的电路结构的图。

图3是实施例1涉及的单位像素的截面结构图。

图4A是实施例1涉及的固体摄像装置的近距离测量的测距驱动时序图。

图4B是实施例1涉及的固体摄像装置的中距离测量的测距驱动时序图。

图4C是实施例1涉及的固体摄像装置的远距离测量的测距驱动时序图。

图4D是示出近距离测量、中距离测量以及远距离测量中获得的信号的组合的图。

图5是示出实施例1涉及的单位像素的测距驱动时的像素电位分布的转变状态的图。

图6A是示出实施例1涉及的固体摄像装置能够缩小光学尺寸的图。

图6B是示出实施例1涉及的固体摄像装置能够扩大单位像素尺寸的图。

图7A是实施例1的变形例涉及的固体摄像装置的远远距离测量的测距驱动时序图。

图7B是追加了远远距离测量中获得的信号的组合的图。

图8是示出实施例2涉及的固体摄像装置的测距像素的电路结构的图。

图9A是实施例2涉及的固体摄像装置的近距离测量的测距驱动时序图。

图9B是实施例2涉及的固体摄像装置的中距离测量的测距驱动时序图。

图9C是实施例2涉及的固体摄像装置的远距离测量的测距驱动时序图。

图9D是示出近距离测量、中距离测量以及远距离测量中获得的信号的组合的图。

图10是测距驱动的发光、曝光以及读出的序列的比较图。

图11是示出实施例2涉及的单位像素的测距驱动时的像素电位分布的转变状态的图。

图12A是示出实施例2涉及的固体摄像装置能够缩小光学尺寸的图。

图12B是示出实施例2涉及的固体摄像装置能够将单位像素尺寸扩大为两倍的图。

图12C是示出实施例2涉及的固体摄像装置能够将单位像素尺寸扩大为三倍的图。

图13A是实施例2的变形例涉及的固体摄像装置的远远距离测量的测距驱动时序图。

图13B是追加了远远距离测量中获得的信号的组合的图。

图14是其他的实施例涉及的单位像素的截面结构图。

图15A是使用三个单位像素获得测距信息的以往的测距像素的概略结构图。

图15B是说明以往的测距装置的测距驱动的时序图。

图16是示出以往的测距装置的测距驱动时的像素电位分布的转变状态的图。

图17是示出使用三个单位像素获得测距信息的以往的测距像素的排列的图。

图18是说明以往的测距装置的测距驱动的驱动定时的错开的时序图。

具体实施方式

(成为本发明的基础的知识)

本发明人员，关于“背景技术”的栏中记载的距离图像传感器，发现了会发生如下问题。以下，利用附图说明该问题。

专利文献1所记载的距离图像传感器，使用三个单位像素组，针对一次的发光和其反射光，错开定时进行三个曝光，从该三个曝光信号按每三个单位像素(＝测距像素)获得距离信息。

图15A是使用三个单位像素获得测距信息的以往的测距像素的概略结构图。并且，图15B是说明以往的测距装置的测距驱动的时序图。并且，图16是示出以往的测距装置的测距驱动时的像素电位分布的转变状态的图。图15A示出，三个单位像素70A、70B以及70C的构成要素，由三个单位像素70A、70B以及70C构成一个测距像素70。单位像素70A，由一个光电转换元件50A、读出栅极TG0、电荷蓄积栅极SG0、输出栅极OG0、以及曝光复位栅极PRS0构成。单位像素70B，由一个光电转换元件50B、读出栅极TG1、电荷蓄积栅极SG1、输出栅极OG1、以及曝光复位栅极PRS1构成。单位像素70C，由一个光电转换器50C、读出栅极TG2、电荷蓄积栅极SG2、输出栅极OG2、以及曝光复位栅极PRS2构成。并且，测距像素70具有，三个单位像素70A、70B以及70C所共用的浮动扩散区域(FD)61、放大晶体管63、复位晶体管64、以及选择晶体管65。

在具有所述结构的测距像素70中，如图15B示出，在各个光电转换元件曝光时，同时执行从电转换元件向电荷蓄积栅极的信号读出开始工作、和从光电转换元件向漏极VPRD的信号排出结束工作。并且，同时执行从光电转换元件向电荷蓄积栅极的信号读出结束工作、和从光电转换元件向漏极VPRD的信号排出开始工作。以下，说明以往的测距装置的测距驱动。

如图15B示出，首先，在期间P1中，在单位像素70A(S0曝光像素)的读出栅极TG0为截止状态且曝光复位栅极PRS0为接通状态下，将光电转换元件50A的信号电荷排出到漏极VPRD(图16的P1：排出)。

接着，在期间P2中，与发光脉冲ON的定时同步，使读出栅极TG0接通(VL→VH)，使曝光复位栅极PRS0截止(VH→VL)，将光电转换元件50A的信号电荷传送并蓄积到电荷蓄积栅极SG0(图16的P2：蓄积)。

接着，与发光脉冲OFF的定时同步，再次使读出栅极TG0截止(VH→VL)，使曝光复位栅极PRS0接通(VL→VH)，将光电转换元件50A的电荷排出到漏极VPRD，从而单位像素70A的S0曝光序列完成。

接着，在期间P3中，在单位像素70B(S1曝光像素)中，以与单位像素70A相同的要领，在读出栅极TG1为截止状态且曝光复位栅极PRS1为接通状态下，将光电转换元件50B的信号电荷排出到漏极VPRD(图16的P3：排出)。

接着，在期间P3中，与发光脉冲OFF的定时同步，使读出栅极TG1接通(VL→VH)，使曝光复位栅极PRS1截止(VH→VL)，将光电转换元件50B的信号电荷传送并蓄积到电荷蓄积栅极SG1。

接着，在与单位像素70A的S0曝光相同的曝光期间经过后，再次使读出栅极TG1截止(VH→VL)，使曝光复位栅极PRS1接通(VL→VH)，将光电转换元件50B的电荷排出到漏极VPRD，从而单位像素70B的S1曝光序列完成。

接着，在单位像素70C(BG曝光像素)中，以与单位像素70A相同的要领，在读出栅极TG2截止状态且曝光复位栅极PRS2为接通状态下，将光电转换元件50C的信号电荷排出到漏极VPRD。

接着，在反射光脉冲没有存在的期间(仅存在背景(BG)光)，使读出栅极TG2接通(VL→VH)，使曝光复位栅极PRS2截止(VH→VL)，将光电转换元件50C的信号电荷传送并蓄积到电荷蓄积栅极SG2。

接着，在与单位像素70A的S0曝光期间相同的期间以及与单位像素70B的S1曝光期间相同的期间经过后，再次使读出栅极TG2截止(VH→VL)，使曝光复位栅极PRS2接通(VL→VH)，将光电转换元件50C的电荷排出到漏极VPRD，从而单位像素70C的BG曝光序列完成。

数百至数十万次反复进行所述的S0曝光序列、S1曝光序列、以及BG曝光序列，增加形成有电荷蓄积栅极SG的电荷蓄积晶体管的蓄积信号量后，使输出栅极OG接通，传送电荷蓄积晶体管的蓄积电荷，依次，使电荷蓄积栅极SG截止，使输出栅极OG截止，将所有的蓄积电荷传送并输出到FD61。

也就是说，所述以往的测距驱动，由三个单位像素构成一个测距像素，以一次的发光以及三个单位像素，进行三次曝光，从而进行测距运算。

利用所述测距驱动获得的信号、以及以下的式1至式4，能够以各个测距像素单位计算被摄体的距离L。而且，S0’示出，单位像素70A的S0曝光序列中电荷蓄积栅极SG0所蓄积的信号电荷，S1’示出，单位像素70B的S1曝光序列中电荷蓄积栅极SG1所蓄积的信号电荷，BG2示出，单位像素70C的BG曝光序列中电荷蓄积栅极SG2所蓄积的信号电荷。

[数式1]

Tp：TOF＝S0+S1:S1 　　　(式2)

除去背景光(BG2)的成分的S0+S1，与发光脉冲宽度Tp对应，S1与反射光的飞行时间TOF(Time of Flight)成比例，因此，能够由式1至式4，与各个测距像素单位计算被摄体的距离L。

然而，所述以往的测距装置具有，以下的问题。

[课题1]

图17是示出使用三个单位像素获得测距信息的以往的测距像素的排列的图。近几年，TOF传感器，面向移动及机器人、车载领域的机器视觉用途以及姿势输入用途，对小型化、高分辨率(QVGA以上)的要求急剧增加。因此，需要实现以更细微的测距像素能够测距的小型、高分辨率的TOF传感器。

然而，根据现有技术，如图17示出，由于是一单位像素一蓄积，因此，为了获得测距所需要的三个信号(S0’，S1’，BG)，而需要三个单位像素，导致测距像素变大。因此，为了获得近几年被要求的VGA以及SXGA那样的高分辨率，如图17示出，需要使TOF传感器的光学尺寸变大。

[课题2]

如图15A的测距像素电路图以及图15B的测距驱动定时示出，在由式1导出计算距离L的式4所使用的S0以及S1的情况下，BG成分，利用单位像素70C的电荷蓄积晶体管所蓄积的BG2而被进行减法运算。对此，S0’，S1’中实际包括的背景光成分，分别是由与单位像素70C不同的单位像素70A以及70B曝光的信号BG0以及BG1。

因此，在由式1计算S0以及S1的情况下，根据因每单位像素的制造不均匀而引起的光电转换元件灵敏度、暗电流以及曝光复位脉冲的不均匀(曝光不均匀)，BG0、BG1以及BG2受到不均匀的影响，结果上导致测距不均匀变大。

[课题3]

在被摄体的距离远的情况下，反射光的延迟量变大，在基于曝光复位栅极PRS1的曝光期间的结束之后，则反射光混入到BG中，式1的BG的减法运算后的S0以及S1的值发生变化，导致测距运算不准确。

因此，根据现有技术，仅能够进行1Tp的短距离(c·Tp/2)的测距。例如，在Tp＝11nsec的情况下，最大测距范围Zmax被限制为1.65m。

[课题4]

图18是说明以往的测距装置的测距驱动的驱动定时的错开的时序图。如图15B示出，根据现有技术，读出栅极TG接通的定时与曝光复位栅极PRS截止的定时相同，读出栅极截止的定时与曝光复位栅极PRS脉冲接通的定时相同。这些脉冲从像素区域周边施加到像素区域内部，因此，如图17示出，根据脉冲波形的迟钝以及定时延迟，读出栅极TG的ON/OFF定时相对于曝光复位栅极PRS向前后错开，会有产生曝光时间以及曝光定时的大幅度的错开的情况(若错开1ns则测距离错开15cm)。其结果为，摄像面内产生S0、S1、BG的信号量的不均匀、产生测距不均匀、偏离以及阴影。

本发明，为了解决这样的课题，本发明提供，获得实现小型且高测距精度、并且宽广的测距范围的测距信号的固体摄像装置以及其驱动方法。

以下，对于本公开的实施例涉及的固体摄像装置以及其驱动方法的优选的实施例，参照附图进行说明。而且，以下的实施例都示出本发明的一个具体例子，数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接形态等是一个例子而不是限定本发明的宗旨。

(实施例1)

[1－1.固体摄像装置的结构]

图1是示出实施例1涉及的固体摄像装置1000的概略结构的一个例子的功能框图。如该图示出，固体摄像装置1000具备，摄像部100、光源驱动器200、驱动控制部300、光学透镜400、以及光源部500。

本实施例涉及的固体摄像装置1000，从光源部500向对象物600照射红外光等，由摄像部100接受来自对象物600的反射光，从而作为测量对象物600的距离的测距摄像装置发挥功能。

光源驱动器200，发生指示向对象物600的光照射的发光信号。

光源部500，根据驱动控制部300所发生的发光信号，通过光源驱动器200所产生的发光电流，向对象物600进行光照射。

摄像部100，具有包括光电转换元件的单位像素二维状配置的摄像区域，针对包括对象物600的区域，根据驱动控制部300发生的曝光信号所示的定时进行多次曝光，生成与多次曝光量的总和对应的测距信号。

驱动控制部，发生指示来自对象物600的反射光的曝光的曝光信号，根据从摄像部100受到的测距信号，运算到对象物600的距离。

如图1示出，向对象物600，例如，从光源部500照射具有背景光的状态下的近红外光。来自对象物600的反射光，经由光学透镜400，入射到摄像部100。入射到摄像部100的反射光，成像，该成像后的图像被转换为电信号。光源部500以及摄像部100的工作，由驱动控制部300控制。摄像部100的输出，由驱动控制部300转换为距离图像，根据用途也会转换为可见图像。对于摄像部100，示出所谓CMOS图像传感器等的固体摄像元件的例子。

而且，本发明的固体摄像装置也可以不是，本实施例涉及的固体摄像装置1000那样，具有向对象物600主动地照射光的光源部500以及光源驱动器200。本发明的固体摄像装置也可以是，接受外部照射光(包括自然光)等所产生的来自对象物600的反射光获得对象物600的亮度信息等的固体摄像装置。

[1－2.测距像素结构]

图2是示出实施例1涉及的固体摄像装置的测距像素的电路结构的图。该图示出，本实施例涉及的在摄像部100的摄像区域以二维状配置的测距像素的电路结构。如图2示出，测距像素10具备：两个单位像素10A以及10B，接受反射光，进行光电转换、蓄积、输出；一个浮游扩散层(FD)21，将信号电荷转换为电压；复位(RST)晶体管24，将FD21的信号电荷排出到复位漏极(VRD)；放大晶体管23，与VDD电源连接，放大来自FD21的信号；以及选择(SEL)晶体管25，根据来自外部的选择信号，进行来自放大晶体管23的信号的输出控制。

两个单位像素10A以及10B分别具备：一个受光部，接受反射光，进行光电转换；一个电荷复位晶体管，将受光部的信号排出到电荷排出部；两个读出晶体管，读出受光部的信号；两个电荷蓄积晶体管，蓄积两个读出晶体管读出的信号；以及一个或两个输出晶体管，输出电荷蓄积晶体管所蓄积的信号。所述各个晶体管，具有在半导体基板上依次形成栅极绝缘膜以及栅极电极的结构，根据供给到该栅极电极的驱动脉冲信号，源极－漏极间的导通以及非导通被切换。以后，会有将各个晶体管或其栅极电极，单纯地记载为栅极的情况。

更具体而言，单位像素10A，由一个光电转换元件1A、读出栅极TG0及TG2、电荷蓄积栅极SG0及SG2、输出栅极OG0及OG2、以及电荷复位栅极PRS0构成。单位像素10B，由一个光电转换元件1B、读出栅极TG1及TG3、电荷蓄积栅极SG1及SG3、输出栅极OG1及OG3、以及电荷复位栅极PRS1构成。

而且，对于本实施例的测距像素的结构，与现有技术相比，一个单位像素具有的读出晶体管、电荷蓄积晶体管、以及输出晶体管的数量增加了一倍。然而，在TOF传感器中一般所使用的像素尺寸2μm至50μm的范围内，根据近几年的CMOS过程技术的细微化，能够将这些晶体管形成在光电转换元件间的元件分离区域内，能够充分确保光电转换元件的面积。

并且，这些晶体管的数量增加，因此，即使光电转换元件的面积稍微小，也如后述的单位像素的截面结构(图3)示出，导入像素上的芯片上微透镜以及波导，从而能够将照射到受光部的反射光效率地引导到光电转换元件。据此，能够抑制灵敏度劣化以及饱和等的像素特性的降低。

[1－3.单位像素的截面结构]

图3是实施例1涉及的单位像素的截面结构图。具体而言，图3示出，单位像素10A的读出栅极TG2所属的电荷传送路径的截面结构。如图3示出，光电转换元件1A(PD0)，被形成在p型基板或p－well上的n型区域，与光电转换元件1A(PD0)邻接的读出晶体管(TG2)以及电荷复位晶体管(PRS0)被形成在p型区域。与电荷复位晶体管(PRS0)邻接的漏极(VPRD)被形成在n+型区域。漏极(VPRD)，为了将来自光电转换元件1A(PD0)的信号电荷经由电荷复位晶体管(PRS0)排出，而与VH电源连接。

并且，电荷蓄积晶体管(SG2)所蓄积的信号电荷，以与电荷耦合元件相同的原理经由输出晶体管(OG2)传送到FD21，因此，与读出晶体管(TG2)邻接的电荷蓄积晶体管(SG2)以及输出晶体管(OG2)，由n型的埋设通道形成。至少在电荷蓄积晶体管(SG2)上，形成有由钨(W)、铝(Al)、以及铜(Cu)等的金属或金属化合物构成的遮光膜30，以在信号蓄积时不使反射光背景光直接进入。

在遮光膜30上，经由波导LP形成有微透镜40，能够使照射到单位像素10A的反射光高效率地聚光于光电转换元件1A(PD0)。而且，也可以在电荷复位晶体管(PRS0)上形成遮光膜30。然而，在本实施例中，需要使电荷复位晶体管进行非常高速的ON/OFF工作，因此，优选的是，优先降低寄生电容的特性，而不形成遮光膜30。

[1－4.测距驱动定时]

利用图4A至图4D以及图5，说明本实施例涉及的测距像素的驱动定时。

图4A是实施例1涉及的固体摄像装置的近距离对象物测量的测距驱动时序图。并且，图4B是实施例1涉及的固体摄像装置的中距离对象物测量的测距驱动时序图。并且，图4C是实施例1涉及的固体摄像装置的远距离对象物测量的测距驱动时序图。并且，图4D是示出近距离对象物测量、中距离对象物测量以及远距离对象物测量中获得的信号的组合的图。进而，图5是示出实施例1涉及的单位像素的测距驱动时的像素电位分布的转变状态的图。

而且，在将照射光的脉冲宽度设为Tp的情况下，近距离对象物测量是，对照射光的反射光的延迟量为0至1Tp(近距离)的对象物时的测量，中距离对象物测量是，对照射光的反射光的延迟量为1Tp至2Tp(中距离)的对象物时的测量，远距离对象物测量是，对照射光的反射光的延迟量为2Tp至3Tp(远距离)的对象物时的测量。

如图4A至图4C示出，首先，在期间P1中，驱动控制部300，使单位像素10A的读出栅极TG0成为截止状态且使曝光复位栅极PRS0成为接通状态。据此，光电转换元件1A的信号电荷排出到漏极VPRD(图5的P1)。

接着，在期间P2中，驱动控制部300，使读出栅极TG0成为接通状态(VL→VH)(图5的P3)。

接着，在期间P3中，驱动控制部300，与照射脉冲光的发光开始同步，使曝光复位栅极PRS0转变为截止(VH→VL)。据此，光电转换元件1A的第一次的曝光开始(图5的P3)。

接着，在期间P4中，驱动控制部300，与照射脉冲光的发光结束同步，使曝光复位栅极PRS0转变为接通(VL→VH)。据此，光电转换元件1A的第一次的曝光结束(图5的P4)。

接着，在期间P5中，驱动控制部300，使读出栅极TG0转变为截止(VH→VL)(图5的P5)。

据此，使第一曝光序列完成。也就是说，第一曝光序列，在期间P1至P5中，相当于单位像素10A具有的光电转换元件1A的第一次的曝光工作。

接着，驱动控制部300，在单位像素10B的读出栅极TG1为接通状态(VL→VH)的状态下，在不重新进行照射脉冲光的发光的状态下，与所述期间P3的照射脉冲光的发光结束同步，使曝光复位栅极PRS1转变为截止(VH→VL)。据此，光电转换元件1B的第一次的曝光开始。

接着，驱动控制部300，在从曝光复位栅极PRS1的截止定时开始经过期间Tp(第一规定的期间)的定时，使曝光复位栅极PRS1转变为接通(VL→VH)。据此，光电转换元件1B的第一次的曝光结束。

接着，驱动控制部300，使读出栅极TG1转变为截止(VH→VL)。

据此，使第二曝光序列完成。也就是说，第二曝光序列，相当于单位像素10B具有的光电转换元件1B的第一次的曝光工作。

接着，驱动控制部300，在单位像素10A的读出栅极TG2为接通状态(VL→VH)的状态下，使曝光复位栅极PRS0转变为截止(VH→VL)。据此，光电转换元件1A的第二次的曝光开始。

接着，驱动控制部300，在从曝光复位栅极PRS0的截止定时开始经过期间Tp(第一规定的期间)的定时，使曝光复位栅极PRS0转变为接通(VL→VH)。据此，光电转换元件1A的第二次的曝光结束。

接着，驱动控制部300，使读出栅极TG2转变为截止(VH→VL)。

据此，使第三曝光序列完成。也就是说，第三曝光序列，相当于单位像素10A具有的光电转换元件1A的第二次的曝光工作。

接着，驱动控制部300，在单位像素10B的读出栅极TG3为接通状态(VL→VH)的状态下，使曝光复位栅极PRS1转变为截止(VH→VL)。据此，光电转换元件1B的第二次的曝光开始。

接着，驱动控制部300，在从曝光复位栅极PRS1的截止定时开始经过期间Tp(第一规定的期间)的定时，使曝光复位栅极PRS1转变为接通(VL→VH)。据此，光电转换元件1B的第二次的曝光结束。

接着，驱动控制部300，使读出栅极TG3转变为截止(VH→VL)。

据此，使第四曝光序列完成。也就是说，第四曝光序列，相当于单位像素10B具有的光电转换元件1B的第二次的曝光工作。

据此，通过执行第一曝光序列至第四曝光序列，驱动控制部300，获得测距所需要的信号。

图4D示出，电荷蓄积晶体管(SG0，SG1，SG2，SG3)蓄积的信号和测距范围的对应。例如，在近距离(0至1Tp)测量中，电荷蓄积晶体管(SG0)蓄积S0’的反射光信号，电荷蓄积晶体管(SG1)蓄积S1’的反射光信号，电荷蓄积晶体管(SG2)蓄积BG0的背景光信号，电荷蓄积晶体管(SG3)蓄积BG1的背景光信号。

S0’以及S1’(反射光信号)的信号量，比BG0以及BG1(背景光信号)大，因此，判断哪个两个组的电荷蓄积晶体管(SG)的信号大的组合，从而能够利用图4D所示的表，区别为近、中、远距离来分别使用测距计算式，能够无缝地进行近距离至远距离的宽范围的测距。

以下，示出用于求出每个近、中、远距离的对象物600的距离L的测距计算式。

(1)在反射光延迟为0至1Tp的情况下，距离L由以下的式5以及式6求出。

[数式2]

(2)在反射光延迟为1Tp至2Tp的情况下，距离L由以下的式7以及式8求出。

[数式3]

(3)在反射光延迟为2Tp至3Tp的情况下，距离L由以下的式9以及式10求出。

[数式4]

在此，利用图5，说明曝光时的单位像素的电位变化。

在期间P1中，读出栅极TG0被设定为VL，曝光复位栅极PRS0被设定为VH，由光电转换元件1A光电转换后的信号电荷，全部经由曝光复位栅极PRS0排出到漏极(VPRD)。接着，读出栅极TG0先接通(VH)后，在一定的期间P2后，曝光复位栅极PRS0截止(VL)。

在期间P2中，读出栅极TG0和曝光复位栅极PRS0都接通(VH)，但是，曝光复位栅极PRS0的电位被设定为比读出栅极TG0的电位高。因此，由光电转换元件1A光电转换后的信号电荷的大部分，在边缘场流向曝光复位栅极PRS0侧，排出到漏极(VPRD)。而且，为了将曝光复位栅极PRS0的电位设定为，比读出栅极TG0的电位高，例如，将曝光复位栅极PRS0的阈值电压设定为，比读出栅极TG0的阈值电压低。对于该对策，可以举出将曝光复位栅极PRS0的p型杂质浓度设定为，比读出栅极TG0的p型杂质浓度低等。或者，也可以将0至(VH－VL)/2左右的DC电压重叠于曝光复位栅极PRS0。对于该对策，例如，可以举出将曝光复位栅极PRS0的高电平的电位VH’设定为，比读出栅极TG0的电位VH高等。

在期间P3中，读出栅极TG0接通，曝光复位栅极PRS0截止，由光电转换元件1A光电转换后的信号电荷，全部经由读出栅极TG0传送到电荷蓄积晶体管(SG0)，并被蓄积在此，从而进行0至1Tp期间的曝光。

接着，使曝光复位栅极PRS0接通后，在一定的期间P4后，使读出栅极TG0截止，从而结束第一曝光序列。而且，期间P4的电位状态与期间P2的电位状态相同，期间P5的电位状态与期间P1的电位状态相同，进行同样的工作。

而且，说明了所述的单位像素10A的读出栅极TG0以及曝光复位栅极PRS0的电荷传送路径，但是，读出栅极TG1以及曝光复位栅极PRS1的电荷传送路径，读出栅极TG2以及曝光复位栅极PRS0的电荷传送路径，读出栅极TG3以及曝光复位栅极PRS1的电荷传送路径也进行同样的电位变化。

[1－5.实施例1的效果]

(1)与以往的3像素3蓄积不同，本实施例涉及的驱动方法，是1单位像素2蓄积，能够以2单位像素获得测距所需要的4信号。

图6A是示出实施例1涉及的固体摄像装置能够缩小光学尺寸的图，图6B是示出实施例1涉及的固体摄像装置能够扩大单位像素尺寸的图。如图6A所示，在与以往相比将单位像素尺寸相同的情况下，能够将测距像素尺寸变小，因此，能够实现光学尺寸的小型化。并且，如图6B示出，在与以往相比将光学尺寸相等的情况下，能够将1测距像素中占有的单位像素数变少，因此，能够将单位像素尺寸扩大为两倍，能够大幅度地提高灵敏度以及饱和等的像素特性。

(2)在从S0’以及S1’中减去BG成分，分别导出S0以及S1的情况下，从相同的单位像素10A的S0’(＝S0+BG0)中减去BG0得到S0，从相同的单位像素10B的S1’(＝S1+BG1)中减去BG1得到S1。因此，因单位像素的物理上的不同(因单位像素10A以及单位像素10B的制造不均匀而引起的物理上的不同)而引起的光电转换元件的灵敏度、光电转换元件的暗电流、以及曝光不均匀被相抵，测距不均匀减少。

(3)本实施例涉及的驱动方法，能够由2单位像素4蓄积获得4信号，判断S0’、S1’、BG0以及BG1信号的大小关系，从而能够区别近、中、远距离。因此，能够将测距范围扩大到3Tp(在Tp＝11nsec的情况下，测距范围Zmax为4.95m)。

(4)在使读出栅极TG接通后，在一定的期间后，使曝光复位栅极PRS截止，以及，在使曝光复位栅极PRS接通后，在一定的期间后，使读出栅极T截止，据此，曝光期间由曝光复位栅极PRS的接通/截止决定。据此，曝光时间，不受到读出栅极TG的接通/截止的定时不均匀的影响，因此，能够改善测距不均匀、偏离以及阴影。

[1－6.变形例的测距驱动定时]

在实施例1中设想，从照射脉冲光的发光开始直到下个发光开始为止，按照比4Tp长的期间反复进行发光的情况。对此，在本变形例中，说明将从照射脉冲光的发光开始直到下个发光开始为止的期间设为4Tp，按照4Tp周期反复进行发光以及曝光时的驱动方法。

图7A是实施例1的变形例涉及的固体摄像装置的远远距离对象物测量的测距驱动时序图。并且，图7B是追加了远远距离对象物测量中获得的信号的组合的图。图7A示出，反射光的延迟时间为3Tp至4Tp(远远距离)的对象物的情况，此时的测距运算表是，图7B的表所示那样的。

如图7示出，在电荷蓄积晶体管(SG0)以及电荷蓄积晶体管(SG3)的信号，比电荷蓄积晶体管(SG1)以及电荷蓄积晶体管(SG2)的信号大的情况下，能够判断为反射光的延迟量为3Tp至4Tp之间。并且，此时，对象物600的距离L，能够由以下的式11以及式12计算。而且，基于电荷蓄积晶体管(SG0至SG3)的信号的大小的近、中、远距离的判断以及测距计算式，与式5至式10示出的情况同样。

(1)反射光延迟为3Tp至4Tp的情况

[数式5]

[1－7.变形例的效果]

与电荷蓄积晶体管(SG3)的曝光结束同步，开始电荷蓄积晶体管(SG0)的曝光，因此，即使反射光的延迟量成为3Tp至4Tp，也能够由电荷蓄积晶体管(SG3)以及电荷蓄积晶体管(SG0)获得S0’以及S1’。其结果为，能够将测距范围扩大到4Tp(在Tp＝11nsec的情况下，测距范围Zmax为6.6m)。

(实施例2)

[2－1.测距像素结构]

图8是示出实施例2涉及的固体摄像装置的测距像素的电路结构的图。如图8示出，测距像素11具备：一个单位像素11A，接受反射光，进行光电转换、蓄积、输出；一个FD21，将信号电荷转换为电压；复位(RST)晶体管24，将FD21的信号电荷排出到复位漏极(VRD)；放大晶体管23，与VDD电源连接，放大来自FD21的信号；以及选择(SEL)晶体管25，根据来自外部的选择信号，进行来自放大晶体管23的信号的输出控制。

一个单位像素11A具备：一个受光部，接受反射光，进行光电转换；一个电荷复位晶体管，将受光部的信号排出到电荷排出部；四个读出晶体管，读出受光部的信号；四个电荷蓄积晶体管，蓄积四个读出晶体管读出的信号；以及一个、两个或四个输出晶体管，输出电荷蓄积晶体管所蓄积的信号(图8示出四个输出晶体管的情况)。

更具体而言，单位像素11A，由一个光电转换元件1、读出栅极TG0、TG2、TG1及TG3、电荷蓄积栅极SG0、SG2、SG1及SG3、输出栅极OG0、OG2、OG1及OG3、以及电荷复位栅极PRS构成。

[2－2.测距像素结构的效果]

实施例2的测距像素11，与实施例1的测距像素10相比，读出栅极TG以及电荷蓄积栅极SG的数量相同，但是，光电转换元件以及电荷复位栅极PRS的数量，分别从两个减少到一个。因此，能够将光电转换元件的面积扩大为大致两倍，因此，每一个光电转换元件的灵敏度提高到大致两倍。

并且，对于电荷复位栅极PRS，为了决定测距曝光时间，而需要以数nsec至数百nsec的脉冲宽度接通、截止。特别是，在为了提高测距精度，而需要短的脉冲宽度的情况下，需要将上升时间、下降时间抑制到数nsec以下。

为了对应它，通常，扩大金属的布线宽度，或者，进行布线的复线化，从而试图低电阻化，但是，据此，光电转换元件的开口变窄，存在灵敏度降低的课题。

对此，根据本实施例涉及的测距像素11的结构，形成一个电荷复位栅极PRS即可，因此，与实施例1相比，能够将光电转换元件的开口形成为宽。因此，能够将每一个光电转换元件的灵敏度提高到两倍以上。

[2－3.测距驱动定时]

利用图9A至图9D以及图10，说明本实施例涉及的测距像素的驱动定时。

图9A是实施例2涉及的固体摄像装置的近距离对象物测量的测距驱动时序图。并且，图9B是实施例2涉及的固体摄像装置的中距离对象物测量的测距驱动时序图。并且，图9C是实施例2涉及的固体摄像装置的远距离对象物测量的测距驱动时序图。并且，图9D是示出近距离对象物测量、中距离对象物测量以及远距离对象物测量中获得的信号的组合的图。进而，图10是测距驱动的发光、曝光以及读出的序列的比较图。

如图9A至图9C示出，首先，在期间P1中，驱动控制部300，使单位像素11A的读出栅极TG0成为截止状态且使曝光复位栅极PRS0成为接通状态。据此，光电转换元件1的信号电荷排出到漏极VPRD。

接着，在期间P2中，驱动控制部300，使读出栅极TG0成为接通状态(VL→VH)。

接着，在期间P3中，驱动控制部300，与第一次的照射脉冲光(发光1)的发光开始同步，使曝光复位栅极PRS转变为截止(VH→VL)。据此，光电转换元件1的第一次的曝光开始。

接着，在期间P4中，驱动控制部300，与第一次的照射脉冲光(发光1)的发光结束同步，使曝光复位栅极PRS转变为接通(VL→VH)。据此，光电转换元件1的第一次的曝光结束。

接着，在期间P5中，驱动控制部300，使读出栅极TG0转变为截止(VH→VL)。

据此，使第一曝光序列完成。也就是说，第一曝光序列，在期间P1至P5中，相当于单位像素11A具有的光电转换元件1的第一次的曝光工作。

接着，驱动控制部300，在单位像素11A的读出栅极TG2为接通状态(VL→VH)的状态下，在不重新进行照射脉冲光的发光的状态下，在从第一曝光序列的曝光复位栅极PRS的接通定时开始经过期间Tp的定时，使曝光复位栅极PRS转变为截止(VH→VL)。据此，光电转换元件1的第二次的曝光开始。

接着，驱动控制部300，在从曝光复位栅极PRS的截止定时开始经过期间Tp(第二规定的期间)的定时，使曝光复位栅极PRS转变为接通(VL→VH)。据此，光电转换元件1的第二次的曝光结束。

接着，驱动控制部300，使读出栅极TG2转变为截止(VH→VL)。

据此，使第三曝光序列完成。也就是说，第三曝光序列，相当于单位像素11A具有的光电转换元件1的第二次的曝光工作。

接着，驱动控制部300，在单位像素11A的读出栅极TG1为接通状态(VL→VH)的状态下，与第二次的照射脉冲光(发光2)的发光结束同步，使曝光复位栅极PRS转变为截止(VH→VL)。据此，光电转换元件1的第三次的曝光开始。

接着，驱动控制部300，在从曝光复位栅极PRS的截止定时开始经过期间Tp(第三规定的期间)的定时，使曝光复位栅极PRS转变为接通(VL→VH)。据此，光电转换元件1的第三次的曝光结束。

接着，驱动控制部300，使读出栅极TG1转变为截止(VH→VL)。

据此，使第二曝光序列完成。也就是说，第二曝光序列，相当于单位像素11A具有的光电转换元件1的第三次的曝光工作。

接着，驱动控制部300，在单位像素11A的读出栅极TG3为接通状态(VL→VH)的状态下，在不重新进行照射脉冲光的发光的状态下，在从第二曝光序列的曝光复位栅极PRS的接通定时开始经过期间Tp的定时，使曝光复位栅极PRS转变为截止(VH→VL)。据此，光电转换元件1的第四次的曝光开始。

接着，驱动控制部300，在从曝光复位栅极PRS的截止定时开始经过期间Tp(第三规定的期间)的定时，使曝光复位栅极PRS转变为接通(VL→VH)。据此，光电转换元件1的第四次的曝光结束。

接着，驱动控制部300，使读出栅极TG3转变为截止(VH→VL)。

据此，使第四曝光序列完成。也就是说，第四曝光序列，相当于单位像素11A具有的光电转换元件1的第四次的曝光工作。

如上所述，通过依次执行第一曝光序列、第三曝光序列、第二曝光序列、以及第四曝光序列，驱动控制部300，获得测距所需要的信号。

如图10的发光、曝光、以及读出的序列的比较示出，根据实施例2涉及的测距驱动方法，与现有技术以及实施例1的测距驱动方法相比，需要至少两次发光。

但是，如上所述的测距像素结构的效果(2－2)，每一个光电转换元件的灵敏度，与实施例1的灵敏度相比提高到两倍以上，因此，能够将第一次的照射脉冲光(发光1)、以及第二次的照射脉冲光(发光2)各自的发光时间缩短到一半以下。因此，能够将总发光时间抑制到与现有技术以及实施例1的总发光时间同等以下。

而且，优选的是，第二次的照射脉冲光(发光2)具有，与第一次的照射脉冲光(发光1)相同的脉冲宽度。

而且，关于实施例2的发光序列，首先，数百至数万次反复进行第一次的照射脉冲光(发光1)后，接着，该次数反复进行第二次的照射脉冲光(发光2)后，转变为读出。

或者，如图10的下段示出也可以，以少的反复次数交替多次进行发光1以及发光2后，转变为读出(实施例2的变形例)。在此情况下，在进行运动快的对象物的测距时能够，与实施例2相比将发光1的曝光和发光2的曝光的时间上的差异变小。其结果为，能够抑制起因于该时间上的差异的对象物边缘部分的测距错误。

而且，图9D所示的信号的组合，与实施例1的图4D所示的信号的组合同样。

并且，在本实施例以及其变形例中，用于求出每个近、中、远距离的对象物600的距离L的测距计算式，与实施例1中示出的式5至式10同样。

也就是说，例如，在近距离(0至1Tp)测量中，电荷蓄积晶体管(SG0)蓄积S0’的反射光信号，电荷蓄积晶体管(SG1)蓄积S1’的反射光信号，电荷蓄积晶体管(SG2)蓄积BG0的背景光信号，电荷蓄积晶体管(SG3)蓄积BG1的背景光信号。

S0’以及S1’(反射光信号)的信号量，比BG0以及BG1(背景光信号)的信号量大，因此、判断哪个两个组的电荷蓄积晶体管(SG)的信号大的组合，从而能够利用图9D所示的表，区别为近、中、远距离来分别使用测距计算式，能够无缝地进行近距离至远距离的宽范围的测距。

在此，利用图11，说明曝光时的单位像素的电位变化。

图11是示出实施例2涉及的单位像素的测距驱动时的像素电位分布的转变状态的图。实施例2的曝光时的单位像素的电位变化，基本上与实施例1同样。

也就是说，在期间P1中，读出栅极TG0被设定为VL，曝光复位栅极PRS被设定为VH，由光电转换元件1光电转换后的信号电荷，全部经由曝光复位栅极PRS排出到漏极(VPRD)。接着，读出栅极TG0先接通(VH)后，在一定的期间P2后，曝光复位栅极PRS截止(VL)。

在期间P2中，读出栅极TG0和曝光复位栅极PRS都接通(VH)，但是，曝光复位栅极PRS的电位被设定为比读出栅极TG0的电位高。因此，由光电转换元件1光电转换后的信号电荷的大部分，在边缘场流向曝光复位栅极PRS侧，排出到漏极(VPRD)。

而且，为了将曝光复位栅极PRS的电位设定为，比读出栅极TG0的电位高，例如，将曝光复位栅极PRS的阈值电压设定为，比读出栅极TG0的阈值电压低。对于该对策，可以举出将曝光复位栅极PRS的p型杂质浓度设定为，比读出栅极TG0的p型杂质浓度低等。或者，也可以将0至(VH－VL)/2左右的DC电压重叠于曝光复位栅极PRS0。对于该对策，例如，可以举出将曝光复位栅极PRS0的高电平的电位VH’设定为，比读出栅极TG0的电位VH高等。

在期间P3中，读出栅极TG0接通，曝光复位栅极PRS截止，由光电转换元件1光电转换后的信号电荷，全部经由读出栅极TG0传送到电荷蓄积晶体管(SG0)，并被蓄积在此，从而进行0至1Tp期间的曝光。

接着，使曝光复位栅极PRS接通后，在一定的期间P4后，使读出栅极TG0截止，从而结束第一曝光序列。而且，期间P4的电位状态与期间P2的电位状态相同，期间P5的电位状态与期间P1的电位状态相同，进行同样的工作。

而且，说明了所述的单位像素11A的读出栅极TG0以及曝光复位栅极PRS的电荷传送路径，但是，读出栅极TG1以及曝光复位栅极PRS的电荷传送路径，读出栅极TG2以及曝光复位栅极PRS的电荷传送路径，读出栅极TG3以及曝光复位栅极PRS的电荷传送路径也进行同样的电位变化。

[2－4.实施例2的效果]

(1)与以往的3单位像素3蓄积不同，本实施例涉及的驱动方法，是1单位像素四蓄积，能够以1单位像素获得测距所需要的4信号。

图12A是示出实施例2涉及的固体摄像装置能够缩小光学尺寸的图，图12B是示出实施例2涉及的固体摄像装置能够将单位像素尺寸扩大为以往技术的两倍的图，图12C是示出实施例2涉及的固体摄像装置能够将单位像素尺寸扩大为以往技术的三倍的图。如图12A示出，在与以往相比将像素尺寸相同的情况下，能够将测距像素尺寸变小，因此，能够实现光学尺寸的小型化。或者，如图12B示出，在将光学尺寸设为与实施例1相等的情况下，能够将单位像素尺寸扩大为现有技术的两倍。或者，如图12C示出，在将光学尺寸设为与现有技术相等的情况下，能够将单位像素尺寸扩大为现有技术的三倍，能够大幅度地提高灵敏度以及饱和等的像素特性。

在此，在图12B中，将光学尺寸设为与实施例相等时的差异是，测距像素结构的效果(2－2)中说明那样的。

也就是说，实施例2的测距像素11，与实施例1的测距像素10相比，读出栅极TG以及电荷蓄积栅极SG的数量相同，但是，光电转换元件以及电荷复位栅极PRS的数量，分别从两个减少到一个。因此，能够将光电转换元件的面积扩大为大致两倍，因此，每一个光电转换元件的灵敏度提高到大致两倍。并且，对于电荷复位栅极PRS，为了决定测距曝光时间，而需要以数nsec至数百nsec的脉冲宽度接通、截止。特别是，在为了提高测距精度，而需要短的脉冲宽度的情况下，需要将上升时间、下降时间抑制到数nsec以下。

(2)在从S0’以及S1’中减去BG成分，分别导出S0以及S1的情况下，从相同的发光1期间的S0’(＝S0+BG0)中减去BG0得到S0，从相同的发光2期间的S1’(＝S1+BG1)中减去BG1得到S1。因此，因BG光曝光定时的时间上的差异(发光1期间和发光2期间那样的时间上的差异)而引起的光电转换元件的灵敏度、光电转换元件的暗电流、以及曝光不均匀被相抵，测距不均匀减少。

(3)本实施例涉及的驱动方法，能够由1单位像素4蓄积获得4信号，判断S0’、S1’、BG0以及BG1信号的大小关系，从而能够区别近、中、远距离。因此，与实施例1同样，能够将测距范围扩大到3Tp(在Tp＝11nsec的情况下，测距范围Zmax为4.95m)。

(4)在使读出栅极TG接通后，在一定的期间后，使曝光复位栅极PRS截止，以及，在使曝光复位栅极PRS接通后，在一定的期间后，使读出栅极T截止，据此，曝光期间由曝光复位栅极PRS的接通/截止决定。据此，曝光时间，不受到读出栅极TG的接通/截止的定时不均匀的影响，因此，与实施例1同样，能够改善测距不均匀、偏离以及阴影。

[2－5.变形例的测距驱动定时]

图13A是实施例2的变形例涉及的固体摄像装置的远远距离测量的测距驱动时序图。并且，图13B是追加了远远距离测量中获得的信号的组合的图。图13A示出，反射光的延迟时间为3Tp至4Tp(远远距离)的对象物的情况，此时的测距运算表是，图13B的表所示那样的。

在实施例2中示出了，从发光开始直到下个发光开始为止，按照比4Tp长的期间反复发光的情况，但是，在本变形例中示出，将从发光开始直到下个发光开始为止的期间设为4Tp，以4Tp周期反复进行发光、曝光的情况。

如图13A示出，在电荷蓄积晶体管(SG0)以及电荷蓄积晶体管(SG3)的信号，比电荷蓄积晶体管(SG1)以及电荷蓄积晶体管(SG2)的信号大的情况下，能够判断为反射光的延迟量处于3Tp至4Tp之间。并且，此时，对象物600的距离L，能够由实施例1示出的式11以及式12计算。而且，基于电荷蓄积晶体管(SG0至SG3)的信号的大小的近、中、远距离的判断以及测距计算式，与式5至式10示出的情况同样。

[2－6.变形例的效果]

(其他的实施例)

以上，对于本公开的固体摄像装置以及其驱动方法，根据所述实施例进行了说明，但是，本公开的固体摄像装置以及其驱动方法，不仅限于所述实施例。组合所述实施例的任意的构成要素而实现的其他的实施例、对所述实施例在不脱离本发明的主旨的范围内实施本领域的技术人员想到的各种变形而得到的变形例、以及内置有本公开的固体摄像装置的测距摄像装置等的各种设备也包含在本发明中。

例如，如图3示出，本实施例2的将单位像素的受光部的信号排出到电荷排出部的电荷复位晶体管，由形成在半导体基板上的绝缘膜、栅极电极膜组成的MOS晶体管构成，但是，该电荷复位晶体管也可以，如图14示出，由行间传送型电容耦合元件中常用的npn型双极晶体管构成。

图14是其他的实施例涉及的单位像素的截面结构图。如该图示出，n型的光电转换元件1A(PD0)成为发射极部，p－well成为基极部，n型基板电极(VSUB)成为集电极部。若使基极部的p－well接地，将高电平的电压VH’施加到集电极部的n型基板电极(VSUB)，则由光电转换元件1A光电转换后的信号电荷，经由p－well排出到n型基板电极VSUB。若将低电平的电压VL’施加到VSUB，则在p－well形成电位势垒，由光电转换元件1B光电转换后的信号电荷，经由读出栅极TG0传送到电荷蓄积晶体管(SG0)，进行曝光。如此，在电荷复位晶体管由双极晶体管构成的情况下，p－well和n型基板电极VSUB之间的寄生电容，与实施例2的曝光复位栅极PRS0和漏极(VPRD)之间的寄生电容相比大幅度减少，进而，将n型基板电极的n型杂质浓度形成为高，据此，大幅度降低n型基板电极的基板电阻，能够大幅度改善起因于该寄生电容和基板电阻的曝光复位脉冲的波形迟钝以及定时延迟。并且，不需要如实施例2那样，形成与光电转换元件1A邻接的曝光复位栅极PRS0以及漏极(VPRD)，因此，能够扩大光电转换元件1A的面积以及开口，与实施例2相比能够提高灵敏度以及饱和。

也就是说，固体摄像装置的驱动方法，该固体摄像装置具备，被配置在半导体基板的多个单位像素，该多个单位像素分别具备：光电转换部；电荷排出部；曝光复位部，对向光电转换部的电荷的蓄积定时以及从光电转换部向电荷排出部的电荷的排出定时进行切换；n个(n为自然数)电荷蓄积部，蓄积光电转换部的电荷；n个读出部，被配置在光电转换部与n个电荷蓄积部的每一个之间，用于进行从光电转换部向电荷蓄积部的电荷的读出；以及输出部，用于输出n个电荷蓄积部所蓄积的电荷，固体摄像装置的驱动方法，反复执行n次曝光序列，第n次的第曝光序列可以包括：第一读出导通步骤，使第n所述读出部成为导通状态；第一曝光开始步骤，从第一读出导通步骤经过规定的期间后，使曝光复位部成为非导通状态，使光电转换部的曝光开始；第一曝光结束步骤，在第一曝光开始步骤之后，使曝光复位部成为导通状态，使光电转换部的曝光结束；以及第一读出非导通步骤，从第一曝光结束步骤经过规定的期间后，使第n读出部成为非导通状态。

并且，也可以是，所述多个单位像素包括m个单位像素，在m个单位像素的每一个中，n次执行曝光序列，从而获得最大m×n个曝光期间的不同信号。

据此，能够获得实现小型且高测距精度、并且宽广的测距范围的测距信号。

产业上的可利用性

根据本发明涉及的固体摄像装置的驱动方法，能够实现用于实现小型且高测距精度、并且宽广的测距范围的三维测量，因此，例如，有用于检测人的运动的姿势用户界面、检测侵入测距范围内的物体以及人的侵入检测传感器、以及实时且高精度地读出对象物的形状的三维输入设备等。

符号说明

1、1A、1B、50A、50B、50C光电转换元件；

10、11、70测距像素；

10A、10B、11A，、70A、70B、70C单位像素；

21、61浮动扩散区域(FD)；

23、63放大晶体管；

24、64复位晶体管；

25、65选择晶体管；

30遮光膜；

40微透镜；

100摄像部；

200光源驱动器；

300驱动控制部；

400光学透镜；

500光源部；

600对象物；

1000固体摄像装置。

Claims

1.一种固体摄像装置的驱动方法，该固体摄像装置进行用于测量与具有规定的脉冲宽度的脉冲光所照射的对象物的距离的测距摄像，其具备多个像素，

所述多个像素至少具备第一像素，该第一像素具有：

光电转换部，接受来自所述对象物的反射光，并且，将该反射光转换为电荷；

电荷排出部，排出所述光电转换部的电荷；

曝光复位栅极，对向所述光电转换部的所述电荷的蓄积定时以及从所述光电转换部向所述电荷排出部的所述电荷的排出定时进行切换；

多个电荷蓄积部，蓄积所述光电转换部的所述电荷；以及

多个读出栅极，被配置在所述光电转换部与所述多个电荷蓄积部之间，从所述光电转换部读出所述电荷，至少具有第一读出栅极以及第二读出栅极，

所述固体摄像装置的驱动方法包括：

所述读出栅极成为接通状态而经过规定的期间后，使所述曝光复位栅极成为截止状态，从而使所述光电转换部开始曝光；

在开始所述曝光后，所述读出栅极成为截止状态的规定的期间之前，使所述曝光复位栅极成为接通状态，从而使所述光电转换部结束所述曝光；

在所述第一读出栅极成为接通状态的第一期间、以及与所述第一期间的结束建立关联来开始的所述第二读出栅极成为接通状态的第二期间，进行在所述第一期间执行所述曝光的第一曝光、以及在所述第二期间执行所述曝光的第二曝光。

2.如权利要求1所述的固体摄像装置的驱动方法，

在与照射所述脉冲光的期间重叠的期间进行所述第一曝光，

在没有照射所述脉冲光的期间进行所述第二曝光。

3.如权利要求1所述的固体摄像装置的驱动方法，

进行所述第二曝光的期间，与进行所述第一曝光的期间的长度相同。

4.如权利要求1所述的固体摄像装置的驱动方法，

所述多个像素还至少具备第二像素，

该第二像素具有：所述光电转换部；所述曝光复位栅极；以及多个读出栅极，所述多个读出栅极从所述光电转换部读出所述电荷，至少具有第三读出栅极(TG1)和第四读出栅极(TG3)，

在所述第三读出栅极成为接通状态的第三期间、以及与所述第三期间的结束建立关联来开始的所述第四读出栅极成为接通状态的第四期间，进行在所述第三期间执行所述曝光的第三曝光、以及在所述第四期间执行所述曝光的第四曝光。

5.如权利要求4所述的固体摄像装置的驱动方法，

与使所述第一像素的所述曝光复位栅极接通以结束所述第一曝光建立关联地使所述第二像素的所述曝光复位栅极截止以开始所述第三曝光。

6.如权利要求4所述的固体摄像装置的驱动方法，

与使所述第一像素的所述曝光复位栅极接通以结束所述第二曝光建立关联地使所述第二像素的所述曝光复位栅极截止以开始所述第四曝光。

7.如权利要求4所述的固体摄像装置的驱动方法，

从使所述第三读出栅极或所述第四读出栅极接通的定时经过规定的期间后，使所述第二像素的所述曝光复位栅极截止来开始所述第三曝光或所述第四曝光，

在开始所述曝光后，在使所述第三读出栅极或所述第四读出栅极截止的定时的规定的期间之前，使所述第二像素的所述曝光复位栅极接通来结束所述第三曝光或所述第四曝光。

8.如权利要求4所述的固体摄像装置的驱动方法，

进行所述第四曝光的期间，与进行所述第三曝光的期间的长度相同。

9.如权利要求1所述的固体摄像装置的驱动方法，

与所述脉冲光的发光的开始建立关联来进行所述第一曝光的开始。

10.如权利要求1所述的固体摄像装置的驱动方法，

与所述脉冲光的发光的结束建立关联来进行所述第一曝光的开始。

11.如权利要求4所述的固体摄像装置的驱动方法，

与所述脉冲光的发光的开始建立关联来进行所述第一曝光的开始，

与所述脉冲光的发光的结束建立关联来进行所述第三曝光的开始。

12.如权利要求1所述的固体摄像装置的驱动方法，

向所述曝光复位栅极供给的驱动脉冲信号，被重叠DC偏压电压。

13.如权利要求1所述的固体摄像装置的驱动方法，

所述曝光复位栅极，由被形成在形成所述光电转换部的半导体基板深度方向上的npn型双极晶体管构成，

所述多个读出栅极，由MOS晶体管构成。

14.如权利要求1所述的固体摄像装置的驱动方法，

所述曝光复位栅极、所述多个读出栅极，由MOS型晶体管构成，

所述曝光复位栅极的MOS型晶体管的阈值被设定为，比所述多个读出栅极的MOS型晶体管的阈值低。

15.如权利要求1所述的固体摄像装置的驱动方法，

进行形成，以使所述曝光复位栅极的p型扩散层浓度，比所述多个读出栅极的p型扩散层浓度成为低浓度。

16.如权利要求1所述的固体摄像装置的驱动方法，

所述固体摄像装置，还具备：

多个电荷蓄积部，蓄积所述光电转换部的电荷；以及

浮动扩散区域，将电荷信号转换为电压信号。

17.如权利要求16所述的固体摄像装置的驱动方法，

所述多个像素还具备遮光膜，

该遮光膜对所述多个电荷蓄积部进行遮光。

18.如权利要求1所述的固体摄像装置的驱动方法，

所述固体摄像装置的驱动方法，

反复n次进行所述曝光。

19.如权利要求1所述的固体摄像装置的驱动方法，

所述多个像素包括，m个像素，

在所述m个像素的每一个中，n次执行所述曝光，从而获得最大m×n个曝光期间不同的信号。