CN107925733B - 固体摄像装置 - Google Patents

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Abstract

固体摄像装置(100)具有的多个像素(50A)具备，光电转换部(1A)、两个曝光控制部(6A)、两个读出部(12A1以及12A2)、以及两个电荷蓄积部(2A以及4A)，两个读出部(12A1以及12A2)的栅极电极，被配置为线对称，并且，被配置在光电转换部(1A)的受光区域的外周的同一个边上。

Description

固体摄像装置
技术领域
本发明涉及，用于测距摄像的固体摄像装置。
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公开如下现有技术，即，针对两个不同信号积蓄单元，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
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)}
在此，A2是反映了照射光OFF的状态下获得的背景光的信号，以下设为BG。
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，大致公开三个方式，哪个方式都是，若光源的脉冲宽度(Tp)变大，则测距范围D变大，但是，距离分辨率降低。也就是说，存在如下课题，即，测距精度与光源的脉冲宽度(Tp)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变大，反而，则测距精度变坏。并且，对于消除背景光的方法，公开如下的方法，即，(a)利用三个电荷蓄积节点，(b)利用两个电荷蓄积节点读出照射光ON的图像和照射光OFF的图像这两个，求出其差分，(c)利用积分器和电压控制脉冲延迟电路。但是，对于(a)，需要三个电荷蓄积节点，并且，若考虑暗电流则优选为CCD存储器，在此情况下开口率大幅度降低。进而，存在如下的课题，即，由TX宽度决定曝光期间，因此，在缩短光源的脉冲宽度的情况下，TX宽度也变短，为了脉冲的布线延迟抑制而需要使三个TX布线宽度变大，因布线而发生入射光的渐晕等，从而导致灵敏度降低。对于(c)，电路复杂，据此也不能获得充分的开口率。因此，存在难以实现像素的细微化的课题，即，若同一像素数则难以实现小型化，若同一光学尺寸则难以实现高分辨率化。并且，对于(b)，存在如下的课题，即，两个图像的背景光不同，因此，测距精度降低。
发明内容
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。
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，其特征是，具备半导体基板上被配置为矩阵状的多个像素，所述多个像素分别具备：光电转换部，接受来自对象物的光，并且，将该光转换为电荷；电荷排出部，排出所述光电转换部的电荷；两个曝光控制部，对向所述光电转换部的所述电荷的蓄积以及来自所述光电转换部的所述电荷的排出进行切换；两个读出部，从所述光电转换部读出所述电荷；以及两个电荷蓄积部，分别蓄积由所述两个读出部读出的所述光电转换部的电荷，所述两个曝光控制部以及所述两个读出部分别具有，被形成在所述半导体基板上的栅极电极，在俯视所述半导体基板的情况下，所述两个读出部的所述栅极电极，被配置为线对称，并且，被配置在所述光电转换部的受光区域的外周的同一个边上。
根据本发明涉及的固体摄像装置，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。
附图说明
图1是示出实施例1涉及的测距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涉及的测距摄像装置的像素电路结构的图。
图3是示出实施例1涉及的固体摄像装置的曝光时的工作的驱动时序图。
图4是示出实施例1涉及的固体摄像装置的测距信号输出定时的时序图。
图5是2i行以及(2i+1)行的蓄积部、传送控制部、输出部、以及FD的电势图。
图6是示出实施例1涉及的固体摄像装置的像素的布置结构的概略平面图。
图7是示出实施例1涉及的光电转换部以及其周边的电势的分布的图。
图8是示出实施例1的变形例涉及的光电转换部以及其周边的电势的分布的图。
图9是示出实施例1涉及的光电转换部以及其周边的水平方向的电势的分布的图。
图10A是示出被配置为相互错开的像素布置的图。
图10B是示出条纹配置的像素布置的图。
图11A是示出被配置为相互错开的像素布置的距离数据的重心的图。
图11B是示出条纹配置的像素布置的距离数据的重心的图。
图12是示出被配置为相互错开的像素布置的FD的共享配置布置的图。
图13是实施例1涉及的曝光控制部的栅极布线的结构图。
图14A是示出实施例1涉及的曝光控制脉冲的摄像区域端部的延迟的图。
图14B是示出实施例1涉及的曝光控制脉冲的摄像区域中央的延迟的图。
图15是示出实施例2涉及的固体摄像装置的驱动方法的时序图。
图16是实施例2涉及的说明固体摄像装置中按每个像素列执行不同的曝光控制的摄像区域的概略平面图。
图17是示出实施例2的变形例涉及的固体摄像装置的驱动方法的时序图。
图18是示出实施例3涉及的固体摄像装置的像素的布置结构的概略平面图。
图19是示出实施例4涉及的固体摄像装置的像素的布置结构的概略平面图。
图20是示出实施例4涉及的固体摄像装置的曝光时的工作的驱动时序图。
图21是示出实施例4的变形例1涉及的测距摄像装置的曝光时的工作的驱动时序图。
图22A是示出实施例4的变形例2涉及的固体摄像装置的像素的布置结构的概略平面图。
图22B是示出实施例4的变形例2涉及的固体摄像装置的曝光时的工作的驱动时序图。
图23是示出实施例4涉及的光电转换部以及其周边的水平方向的电势的分布的图。
图24是示出实施例4涉及的固体摄像装置的像素布置的变形例的图。
图25是示出实施例5涉及的固体摄像装置的曝光时的工作的驱动时序图。
具体实施方式
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，参照附图进行说明。因此，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.测距摄像装置的结构]
图1是示出实施例1涉及的测距摄像装置1000的概略结构的一个例子的功能框图。如该图示出，测距摄像装置1000具备，固体摄像装置100、光源驱动器200、TOF处理器300、光学透镜400、以及光源部500。并且，固体摄像装置100，摄像部101、AD转换部102、定时生成部103、以及快门驱动器104。
定时生成部103，产生指示向对象物600的光照射的发光信号，经由光源驱动器200驱动光源部500，并且，产生指示来自对象物600的反射光的曝光的曝光信号。
摄像部101，针对包括对象物600的区域，根据定时生成部103产生的曝光信号示出的定时进行多次曝光，获得与多次的曝光量的总和对应的信号。
TOF处理器300，根据从固体摄像装置100接受的信号，运算到对象物600的距离。
如图1示出，向对象物600，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101。入射到摄像部101的反射光，成像，该成像后的图像被转换为电信号。光源部500以及固体摄像装置100的工作，由固体摄像装置100的定时生成部103控制。固体摄像装置100的输出，由TOF处理器300转换为距离图像，根据用途也会转换为可见图像。对于固体摄像装置100，示出所谓CMOS图像传感器的例子。
[1－2.像素电路结构]
图2是示出实施例1涉及的测距摄像装置1000的像素电路结构的图。该图示出，被设置在固体摄像装置100的摄像部101的摄像区域的像素50A以及像素50B的电路结构。在摄像部101的摄像区域，以二维状排列像素50A以及像素50B的多个组合，但是，在图2中示出，排列在摄像区域的多个像素50A以及像素50B之中的、一组像素50A以及像素50B。像素50A是，第一像素组中包含的第一像素，像素50B是，第二像素组中包含的第二像素。
像素50A具备，光电转换部1A、读出部12A1及12A2、电荷蓄积部2A及4A、传送控制部9A、输出部11A、以及曝光控制部6A。并且，像素50B具备，光电转换部1B、读出部12B1及12B2、电荷蓄积部3B及5B、传送控制部9B、输出部11B、以及曝光控制部7B。并且，配置有像素50A以及50B所共同的、浮动扩散区域(FD)10、放大晶体管13、复位FD10的复位晶体管14、以及选择晶体管15。
在本实施例中，由垂直方向上相邻的两个像素50A以及50B，共享FD10以及放大晶体管13。
[1－3.驱动方法]
接着，参照图2以及图3，说明本实施例涉及的固体摄像装置100的曝光时的驱动方法。
图3是示出实施例1涉及的固体摄像装置100的曝光时的工作的驱动时序图。
在图2的曝光控制部6A以及7B的栅极，分别施加驱动脉冲信号ODG1以及ODG2。在图2的读出部12A1、12A2、12B1以及12B2的栅极，分别施加驱动脉冲信号TG1、TG3、TG2以及TG4。在图2的电荷蓄积部2A、4A、3B以及5B的栅极，分别施加驱动脉冲信号VG1、VG3、VG2以及VG4。
并且，从光源部500，反复照射以一定周期反复成为开和关的照射光(PT)。在图3中，T0是，从光源部500照射的照射光(PT)的脉冲宽度。从对象物600反射的反射光(PR)，按照从光源的距离发生Td的延迟并达到摄像部101，由光电转换部1A以及1B转换为信号电荷。
在图3中，测距范围1、测距范围2、以及测距范围3分别是，根据反射光(PR)的延迟时间Td分类的，将Td是0至T0的情况设为测距范围1，将Td是T0至2T0的情况设为测距范围2，将Td是2T0至3T0的情况设为测距范围3。并且，时刻t1至t5，全部以同一个时间间隔排列，该时间间隔与照射脉冲宽度T0相等。
首先，说明测距范围1的情况。
作为初始状态，驱动脉冲信号ODG1以及ODG2是High状态，像素50A的光电转换部1A以及像素50B的光电转换部1B产生的电荷，分别排出到溢出漏极(VDD)。并且，驱动脉冲信号TG1至TG4是Low状态。并且，驱动脉冲信号VG1至VG4是High状态。据此，电荷蓄积部2A及4A，与光电转换部1A电遮断，电荷蓄积部3B及5B，与光电转换部1B电遮断。在该状态下，在光电转换部1A以及1B生成的信号电荷，分别经由曝光控制部6A以及7B排出到溢出漏极(VDD)，不蓄积到光电转换部1A以及1B。
接着，与照射光(PT)成为开的时刻t1同步，驱动脉冲信号ODG1成为Low状态，从光电转换部1A向溢出漏极(VDD)的电荷排出停止。此时，驱动脉冲信号TG1，相对于驱动脉冲信号ODG1按照(T0/2)先行从Low状态转变为High状态，包含背景光的反射光(PR)的入射所生成的信号电荷的、经由读出部12A1(第一读出部)向电荷蓄积部2A的传送开始。
接着，在时刻t2，驱动脉冲信号ODG1成为High状态，光电转换部1A生成的信号电荷，排出到溢出漏极(VDD)。根据该工作，包含背景光的反射脉冲光的先行成分(A0)由电荷蓄积部2A保持。同时，驱动脉冲信号ODG2成为Low状态，从光电转换部1B向溢出漏极(VDD)的电荷排出停止。此时，驱动脉冲信号TG2，相对于驱动脉冲信号ODG2按照(T0/2)先行从Low状态转变为High状态，包含背景光的反射光(PR)的入射所生成的信号电荷的、经由读出部12B1(第三读出部)向电荷蓄积部3B的传送开始。
接着，在时刻t3，驱动脉冲信号ODG2成为High状态，光电转换部1B生成的信号电荷，排出到溢出漏极(VDD)。根据该工作，包含背景光的反射脉冲光的后行成分(A1)由电荷蓄积部3B保持。同时，驱动脉冲信号ODG1成为Low状态，从光电转换部1A向溢出漏极(VDD)的电荷排出停止。此时，驱动脉冲信号TG3，相对于驱动脉冲信号ODG1按照(T0/2)先行从Low状态转变为High状态，背景光的入射所生成的信号电荷的、经由读出部12A2(第二读出部)向电荷蓄积部4A的传送开始。
接着，在时刻t4，驱动脉冲信号ODG1成为High状态，光电转换部1A生成的信号电荷，排出到溢出漏极(VDD)。根据该工作，仅背景光成分(A2＝BG)由电荷蓄积部4A保持。同时，驱动脉冲信号ODG2成为Low状态旁边，从光电转换部1B向溢出漏极(VDD)的电荷排出停止。此时，驱动脉冲信号TG4，相对于驱动脉冲信号ODG2按照(T0/2)先行从Low状态转变为High状态，背景光的入射所生成的信号电荷的、经由读出部12B2(第四读出部)向电荷蓄积部5B的传送开始。
最后，在时刻t5，驱动脉冲信号ODG2成为High状态，光电转换部1B生成的信号电荷，排出到溢出漏极(VDD)。根据该工作，仅背景光成分(A3＝BG)由电荷蓄积部5B保持。
根据以上的工作，在电荷蓄积部2A蓄积包含背景光的反射脉冲光的先行成分A0，在电荷蓄积部4A蓄积背景光成分BG，在电荷蓄积部3B蓄积包含背景光的反射脉冲光的后行成分A1，在电荷蓄积部5B蓄积背景光成分BG。
根据这些信号，求出反射脉冲光的延迟量Td(＝T0×((A1－BG)/(A0+A1－2×BG)))。在测距范围1中，A0＞A2，A1＞A3，到对象物600的距离L，由下述的式1算出。而且，在此情况下，作为背景光的曝光量的BG也可以是，A2、A3、以及(A2+A3)/2的任一个。
[数式1]
Figure GDA0001566483110000101
如上所述，信号电荷的积蓄开始以及结束，仅由驱动脉冲信号ODG1以及ODG2决定。
而且，在适用于一般的TOF原理的固体摄像装置中，电荷读出用的驱动脉冲X从Low转变为High电平的定时、与溢出漏极的栅极驱动脉冲Y从High转变为Low电平的驱动定时相同。但是，例如，会有发生即使在摄像区域的端部两者的延迟差少、也在摄像区域的中央部由栅极驱动脉冲Y决定开始位置、由驱动脉冲X决定结束位置那样的情况，因此，不仅需要定时调整，还需要设计上的延迟的调整。
对此，在本实施例涉及的测距摄像装置1000中，仅由驱动脉冲信号ODG1以及2决定蓄积开始以及结束，因此，能够高精度地调整延迟时间。
对于测距范围2以及测距范围3，也利用与测距范围1同样的驱动定时。但是，反射光(PR)的延迟量不同，因此，各个电荷蓄积部保持的信号成分不同，具体而言，成为图3的表所示那样。
在测距范围2中，A2＞A0，A1＞A3，距离L由下述的式2算出。而且，在此情况下，作为背景光的曝光量的BG也可以是，A0、A3以及(A0+A3)/2的任一个。
[数式2]
Figure GDA0001566483110000111
在测距范围3中，A2＞A0，A3＞A1，距离L由下述的式3算出。而且，在此情况下，作为背景光的曝光量的BG也可以是，A0、A1以及(A0+A1)/2的任一个。
[数式3]
Figure GDA0001566483110000112
在所述测距范围1至3的哪个情况下，都选择适当的信号，从而能够计算到对象物600的距离。
根据所述测距摄像装置的结构以及测距方法，在以往的测距摄像装置中，测距范围是c×T0/2，对此，在本实施例涉及的测距摄像装置中，不损坏距离精度，也能够将测距范围扩大为3c×T0/2。
接着，对于输出电荷蓄积部所蓄积的测距信号的次序，利用图4以及图5进行说明。
图4是示出实施例1涉及的固体摄像装置100的测距信号输出定时的时序图。在图4中，在由垂直方向上相邻的两个像素50A以及50B共享FD10的结构中，以后缀2i示出包含像素50A以及50B的两个行，以后缀2(i+1)示出与该两个行相邻的下两个行。而且，i是自然数。详细而言，后缀2i所示的像素示出，2i行和(2i+1)行的垂直方向上相邻的两个像素，后缀2(i+1)所示的像素示出，(2i+2)行和(2i+3)行的垂直方向上相邻的两个像素。并且，在图4中，RS示出施加到复位晶体管14的栅极的驱动脉冲信号，SEL示出施加到选择晶体管15的栅极的驱动脉冲信号。
并且，图5是2i行以及(2i+1)行的蓄积部、传送控制部、输出部、以及FD的电势图。在此，施加到传送控制部9A以及9B的栅极的驱动信号VB、施加到输出部11A以及11B的栅极的驱动信号OG，分别是具有适当的直流电位的信号，被设定为针对High状态的电荷蓄积部成为势垒，针对Low状态的电荷蓄积部成为传送路。并且，在电荷蓄积部，以使电荷传送变得容易为目的，而设定有电势的台阶。变更电荷蓄积部的杂质浓度的一部分从而能够形成该电势台阶。
首先，作为初始状态的时刻t1是，曝光工作结束，由电荷蓄积部2A、4A、3B以及5B分别蓄积信号电荷的状态。以下，与测距范围1对应，将电荷蓄积部2A蓄积(A0+BG)、电荷蓄积部3B蓄积(A1+BG)、电荷蓄积部4A以及5B蓄积BG的状态作为初始状态进行说明。
接着，在时刻t2，驱动脉冲信号VG3变化为Low状态。据此，电荷蓄积部4A保持的信号电荷BG，由驱动信号OG传送到FD10。在FD10中信号电荷被转换为电压，通过由放大晶体管13以及选择晶体管15构成的源极跟随电路，读出到外部。
接着，在时刻t3，High电平的驱动脉冲信号RS输入到复位晶体管14，FD10被复位为电源电位。
接着，在时刻t4，驱动脉冲信号VG2变化为Low状态。据此，电荷蓄积部3B保持的信号电荷(A1+BG)，由驱动信号OG传送到FD10。对于信号电荷的输出，由于是所述那样，因此，在此省略说明。
接着，在时刻t5，驱动脉冲信号VG3以及VG2变化为High状态，接着，驱动脉冲信号VG1以及VG4变化为Low状态。据此，电荷蓄积部2A以及电荷蓄积部5B保持的信号电荷(A0+BG)以及BG，分别传送到电荷蓄积部4A以及电荷蓄积部3B(时刻t6)。
进而，在时刻t7，FD10复位后，在时刻t8，驱动脉冲信号VG3成为Low状态，从而信号电荷(A0+BG)传送到FD10，如上所述进行输出。
接着，在时刻t9，FD10复位，接着，在时刻t10，驱动脉冲信号VG2成为Low状态，输出信号电荷BG。
通过以上的时刻t1至t10的工作，2i行以及(2i+1)行的信号电荷输出结束，以后，以两个行单位依次进行所述的工作，从而完成帧输出。
而且，如图4所示，驱动脉冲信号VG1以及VG4，进行同一个工作。因此，能够将向电荷蓄积部2A以及5B的栅极传递驱动脉冲信号VG1以及VG4的栅极布线，设为同一个布线。并且，被施加驱动信号VB的传送控制部9A以及9B、和被施加驱动信号OG的输出部11A以及11B，从电荷蓄积部的势垒形成以及传送路形成的观点具有相同的作用，因此，也能够将传递驱动信号VB以及驱动信号OG的栅极布线，设为同一个布线。
进而，也能够将这些栅极电位设为共同的GND电位。在此情况下，需要将传送控制部以及输出部的栅极下电位变深，以即使VG1、VG2、VG3、VG4为Low电平也能够传送，因此，电荷蓄积部能够保持的电子数与所述驱动方法相比减少，但是，电荷蓄积部的High电平由设置在固体摄像装置内的升压电路变高，从而能够抑制电子数的减少。
据此，能够减少像素内的布线的数量，能够实现伴随于开口面积的扩大的高灵敏度化，能够提高测距精度。
[1－4.像素布置结构]
图6是示出实施例1涉及的固体摄像装置100的像素的布置结构的概略平面图。摄像部101的多个像素，以二维状配置在半导体基板上的摄像区域，将第一像素组中包含的像素50A以及第二像素组中包含的像素50B，设为作为测距的最小单位的一个像素单元。图6示出，由具有图2所示的电路结构的像素50A以及50B构成的一个像素单元的布置结构。
如图6示出，像素50A具备，光电转换部1A、读出部12A1及12A2、电荷蓄积部2A及4A、传送控制部9A、输出部11A、以及曝光控制部6A。并且，像素50B具备，光电转换部1B、读出部12B1及12B2、电荷蓄积部3B及5B、传送控制部9B、输出部11B、以及曝光控制部7B。并且，像素50A以及50B，共享FD10以及溢出漏极8。
光电转换部1A以及1B，接受来自对象物600的反射光，蓄积通过光电转换生成的信号电荷。
电荷蓄积部2A以及4A分别是，保持光电转换部1A蓄积的信号电荷的第一电荷蓄积部以及第三电荷蓄积部。电荷蓄积部2A以及4A，被设置在形成有光电转换部1A的区域的外周的同一个边。电荷蓄积部3B以及5B分别是，保持光电转换部1B蓄积的信号电荷的第二电荷蓄积部以及第四电荷蓄积部。电荷蓄积部3B以及5B，被设置在形成有光电转换部1B的区域的外周的同一个边。
读出部12A1以及12A2分别是，从光电转换部1A向电荷蓄积部2A以及4A读出信号电荷的读出部。读出部12B1以及12B2分别，从光电转换部1B向电荷蓄积部3B以及5B读出信号电荷。
传送控制部9A，被设置在电荷蓄积部2A与4A之间。传送控制部9B，被设置在电荷蓄积部3B与5B之间。
输出部11A被设置为，与作为像素50A内的两个电荷蓄积部的一方的电荷蓄积部4A邻接。输出部11B被设置为，与作为像素50B内的两个电荷蓄积部的一方的电荷蓄积部3B邻接。
FD10，经由输出部11A与电荷蓄积部4A邻接，并且，经由输出部11B与电荷蓄积部3B邻接，将信号电荷转换为电压。
曝光控制部6A，被设置在与设置有电荷蓄积部2A以及4A的光电转换部1A的边正交的两个边。曝光控制部7B，被设置在与设置有电荷蓄积部3B以及5B的光电转换部1B的边正交的两个边。
溢出漏极8被设置为，经由曝光控制部6A或7B，与光电转换部1A相邻，将光电转换部1A或1B蓄积的信号电荷，经由曝光控制部6A或7B排出。
并且，电荷蓄积部2A、4A、3B及5B、读出部12A1、12A2、12B1及12B2、传送控制部9A及9B、以及输出部11A及11B分别是，在半导体基板的上方层叠栅极绝缘层以及栅极电极层而形成的。
而且，优选的是，在相邻的像素之间共享溢出漏极8。
FD10，与源极跟随电路连接，电荷电压转换后的信号被放大并输出，但是，由于是与通常的MOS图像传感器同样的结构，因此，在此省略说明。
第一像素(像素50A)：具有第一读出部以及第二读出部，以作为所述两个读出部；具有第一曝光控制部以及第二曝光控制部，以作为所述两个曝光控制部，所述第一曝光控制部，被配置在与所述第一读出部及所述第二读出部之中的所述第一读出部相同的一侧，所述第二曝光控制部，被配置在与所述第一读出部及所述第二读出部之中的所述第二读出部相同的一侧，所述第二像素(像素50B)：具有第三读出部以及第四读出部，以作为所述两个读出部；具有第三曝光控制部以及第四曝光控制部，以作为所述两个曝光控制部，所述第三曝光控制部，被配置在与所述第三读出部及所述第四读出部之中的所述第四读出部相同的一侧，所述第四曝光控制部，被配置在与所述第三读出部及所述第四读出部之中的所述第四读出部相同的一侧。
在此，读出部12A1以及12A2的栅极电极，被配置为线对称，并且，被配置在光电转换部1A的受光区域的外周的同一个边上。更具体而言，在本实施例中，读出部12A1以及12A2的栅极电极，在俯视半导体基板的情况下，被配置为相对于通过光电转换部1A的受光区域的中心的中心线HA彼此对称，并且，被配置在该受光区域的外周的同一个边上。并且，曝光控制部6A的两个栅极电极，被配置为线对称，并且，被配置在与光电转换部1A的受光区域的外周的同一个边正交的两个边。曝光控制部6A的一方(第一曝光控制部)的栅极电极，被配置在与读出部12A1(第一读出部)以及12A2(第二读出部)之中的读出部12A1相同的一侧，曝光控制部6A的另一方(第二曝光控制部)的栅极电极，被配置在与读出部12A1以及12A2之中的读出部12A2相同的一侧。更具体而言，在本实施例中，曝光控制部6A的两个栅极电极，在所述俯视时，分别与读出部12A1以及12A2接近，被配置在与所述同一个边正交的两个边，并且，被配置为相对于中心线HA彼此对称。
并且，读出部12B1以及12B2的栅极电极，被配置为线对称，并且，被配置在光电转换部1B的受光区域的外周的同一个边上。更具体而言，在本实施例中，读出部12B1以及12B2的栅极电极，在所述俯视时，被配置为相对于通过光电转换部1B的受光区域的中心的中心线HB彼此对称，并且，被配置在该受光区域的外周的同一个边上。并且，曝光控制部7B的两个栅极电极，被配置为线对称，并且，被配置在与光电转换部1B的受光区域的外周的同一个边正交的两个边。曝光控制部7B的一方(第三曝光控制部)的栅极电极，被配置在与读出部12B1(第三读出部)以及12B2(第四读出部)之中的读出部12B1相同的一侧，曝光控制部7B的另一方(第四曝光控制部)的栅极电极，被配置在与读出部12B1以及12B2之中的读出部12B2相同的一侧。更具体而言，在本实施例中，曝光控制部7B的两个栅极电极，在所述俯视时，分别与读出部12B1以及12B2接近，被配置在与所述同一个边正交的两个边，并且，被配置为相对于中心线HB彼此对称。对于该理由，以下进行说明。
在读出部的栅极电极没有被设置为彼此对称的情况下，在因背景光等而发生漏入信号的情况下，不被均匀分配，以不同的比率读出。据此，在距离运算中在背景光减去后的值中产生误差，因此，导致测距精度降低。为了抑制该现象，而将读出部的栅极配置为彼此对称，使基于背景光等的漏入信号量均匀。
图7是示出实施例1涉及的光电转换部以及其周边的电势的分布的图。图7示出图6的A－B截面的电势的分布。在本实施例中，在曝光控制部的栅极为High状态(图7的ODG＝on)时，优选的是，光入射所生成的信号电荷，全部排出到溢出漏极8。然而，很少一部分的电荷，受到光电转换区域内形成的电势分布的影响，移动到读出部的栅极侧。此时，若读出部栅极为High状态(图7的TG＝on，ODG＝on：没有对策)，则不需要的电荷漏入到电荷蓄积部，重叠于原来的信号电荷，损坏测距精度。
并且，在因背景光而发生漏入信号的情况下，漏入成分重叠于背景光信号，因此，在高亮度的背景光环境下，耐光性降低。而且，即使经由两个读出部12A1以及12A2蓄积到不同的电荷蓄积部2A以及4A的漏入信号具有大的差异，也损坏测距精度。并且，经由两个读出部12B1以及12B2蓄积到不同的电荷蓄积部3B以及5B的漏入信号具有大的差异的情况也是同样的。
为了抑制这些现象，读出部12A1以及12A2的栅极电极，被设置为相对于光电转换部1A的水平方向的中心线HA对称，并且，曝光控制部6A的两个栅极电极，分别被设置为与读出部12A1以及12A2的栅极电极接近。
据此，如图7示出，能够将曝光控制部以及读出部都成为High状态时(图7的TG＝on，ODG＝on：有对策)的光电转换部的电势的顶点，偏在读出部侧。因此，能够使向读出部侧的电荷的漏入成分，在同一个像素内存在的两个读出部之间相等，并且，能够抑制不需要的电荷漏入到电荷蓄积部。
并且，为了获得同样的效果，也可以将曝光控制部的栅极下电势(驱动脉冲信号ODG)形成为，比读出部的栅极下电势(驱动脉冲信号TG)深。
图8是示出实施例1的变形例涉及的光电转换部以及其周边的电势的分布的图。据此，能够将驱动脉冲信号TG以及ODG都成为High电平时的光电转换部的电势的顶点，偏在读出部侧，能够获得同样的效果。对于用于实现它的手段，除了使曝光控制部的杂质浓度，与读出部的杂质浓度不同的方法以外，还可以举出将DC偏压重叠于驱动脉冲信号ODG的方法等。
并且，在本实施例中，在光电转换部的水平方向上形成电势的梯度。
图9是示出实施例1涉及的光电转换部以及其周边的水平方向的电势的分布的图。图9示出，图6的C－D截面的电势的分布，实线表示本实施例的电势分布，虚线表示以往例的电势分布。如图9的(a)示出，在本实施例中，在驱动脉冲信号TG为Low电平的情况下，在光电转换部的电势形成有梯度，以使读出部的栅极电极附近存在深的部分。据此，如图9的(b)示出，在驱动脉冲信号TG成为High电平的情况下，得到从光电转换部到电荷蓄积部的光滑的电势倾斜，能够在短时间内完全传送光电转换部的电荷。据此，能够实现需要高速且完全传送电荷的测距用固体摄像装置的测距精度的提高。
接着，说明多个像素的配置布置。
图10A是示出被配置为相互错开的像素布置的图，图10B是示出条纹配置的像素布置的图。图6示出的像素50A(第一像素)和像素50B(第二像素)也可以是，如图10A以及图10B示出的、被配置为相互错开或被条纹配置。
并且，图11A是示出被配置为相互错开的像素布置的距离数据的重心的图，图11B是示出条纹配置的像素布置的距离数据的重心的图。在图11A以及图11B中，作为摄像区域内的距离数据计算的一个例子，以虚线示出从由像素50A以及50B构成的像素单元输出的距离运算用的信号的运算范围，并且，以黑圆示出据此计算出的距离数据的重心。
在图10B所示的条纹配置的情况下，有用于仅重视水平分辨率的应用，但是，在需要水平以及垂直双方的分辨率的情况下，优选的是，图10A所示被配置为相互错开。并且，如图11A示出，在被配置为相互错开的情况下，距离运算后的距离数据的重心位置被配置为相互错开，因此，相互错开的排列的垂直以及水平分辨率，与按每个像素存在距离数据的情况相等。
并且，为了确保按每个像素具有距离数据的情况且与本实施例同样的距离范围，以往，对于一个像素内的电荷蓄积部以及读出部的数量，分别需要四个。进而，需要高速驱动四个读出部，因此，布线宽度也变宽，在以相同的像素尺寸实现它的情况下，存在开口率降低的课题，为了维持开口率并获得高灵敏度，像素尺寸变大，难以实现小型化。并且，需要高速驱动读出部，因此，布线宽度变宽，驱动电路的规模也变大。进而，若考虑到距离运算用的信号数增加一倍，帧率降低这一点，则可以说，分开为像素50A以及像素50B，获得四个距离运算用信号的本实施例的结构是非常有效的结构。
而且，对于被配置为相互错开(图10A)时的FD10的共享方法，例如，也可以是图12所示的共享配置。
图12是示出被配置为相互错开的像素布置的FD的共享配置布置的图。如该图示出，将FD共享配置与距离运算范围一致，据此，用于相互错开的形状的距离数据的距离运算用信号，从同一个FD放大器输出。因此，在不接受检测容量的像素间不均匀以及放大器的增益不均匀的影响的状态下能够进行运算。因此，与根据从不同的FD放大器输出的距离运算用信号计算距离的情况相比，能够获得高距离精度。
图13是实施例1涉及的以被配置为相互错开时为例子的曝光控制部的栅极布线的结构图。在此，为了附图的简略化，而省略像素50A以及50B的结构。在曝光控制部的栅极布线，施加驱动脉冲信号ODG1以及ODG2，因此，在该栅极布线上产生延迟的情况下，运算后的距离在摄像面内发生变化，导致精度恶化。并且，若驱动脉冲信号ODG1以及ODG2的上升以及下降慢，则难以进行信号电荷的读出。因此，对于曝光控制部的栅极布线，优选的是，被设置为与摄像区域的短边平行，还优选的是，从栅极布线的两侧供给驱动脉冲信号。
并且，在本实施例中也可以，将DC偏压重叠于施加到对曝光时间进行控制的曝光控制部的栅极的驱动脉冲信号ODG1以及ODG2。对于其效果，以下进行说明。
图14A是示出实施例1涉及的驱动脉冲信号ODG的摄像区域端部的延迟的图，图14B是示出实施例1涉及的驱动脉冲信号ODG的摄像区域中央的延迟的图。
对于驱动脉冲信号ODG的复位电平，移动用途等的电源电压为2.8V，因此，需要成为低电压，但是，会有成为电源电压附近的情况。若将该复位电平设为Vth，则如图14A以及图14B的左边(没有DC偏压)示出，在Vth高的情况下，曝光ON期间和曝光OFF期间的Duty不同，并且，根据波形迟钝，摄像区域端部和中央的Duty错开。在该状态下，由两个驱动脉冲信号ODG1以及ODG2决定的两个曝光OFF期间中产生重叠，因此，即使同一个被摄体距离，中央和端部的运算后的计算值也不同。并且，即使进行校正，在为了避免中央部的重叠而使一方的曝光脉冲延迟的情况，端部的曝光ON期间远离，在端部不能进行距离运算。
对此，如图14A以及图14B的中央(有DC偏压)示出，向驱动脉冲信号ODG1以及ODG2提供DC偏压、以使Vth配置在脉冲宽度的振幅中央。据此，在摄像区域端部以及中央的双方，能够使Duty成为1:1，能够提高面内的测距精度。
而且，如图14A以及图14B的右边(Vth调整)示出，使曝光控制部的杂质浓度与读出部的杂质浓度不同来将曝光控制部的电势设定为比读出部的电势高，从而也能够获得与DC偏压相同的效果。此时，优选的是，将Vth设为驱动脉冲信号ODG1以及ODG2振幅的50％。
如上详细说明，根据本实施例涉及的固体摄像装置以及其驱动方法，实现能够获得测距范围的扩大、测距精度的高精度化以及稳定化的测距信号。
(实施例2)
对于实施例2涉及的固体摄像装置以及其驱动方法，以与实施例1不同之处为中心进行说明。
图15是示出实施例2涉及的固体摄像装置的驱动方法的时序图。图16是实施例2涉及的说明固体摄像装置中按每个像素列执行不同的曝光控制的摄像区域的概略平面图。
在实施例1涉及的固体摄像装置100中，曝光控制部的驱动脉冲信号ODG，仅在像素50A(第一像素组)和像素50B(第二像素组)之间不同。在利用了近红外光的TOF方式的测距摄像装置中，受到对象物600的反射率的大影响。对于反射率低的对象物600，反射光微弱，因此，需要提高光源功率、或使曝光期间变长，但是，在被摄体中同时存在反射率高的对象物600的情况下，蓄积反射率高的对象物600的信号的电荷蓄积部饱和，不能高精度地计算距离运算用的信号。
对此，在实施例2中，为了对应广泛的对象物600的反射率，而按每个列使施加到曝光控制部的栅极的驱动脉冲信号ODG的次数变化，据此，以针对反射率高的对象物600也不使电荷蓄积部饱和的方式进行曝光控制。具体而言，如图15示出，使2j列以及2j+1列的驱动脉冲信号ODG1(2j)和ODG1(2j+1)的曝光次数不同，并且，使驱动脉冲信号ODG2(2j)和ODG2(2j+1)的曝光次数不同。图16示出，曝光控制部被配置在短边方向(图中的垂直方向)上的情况，在此情况下按每个列改变曝光次数的大小。
图17是示出实施例2的变形例涉及的固体摄像装置的驱动方法的时序图。在图17的时序图中，驱动脉冲信号ODG1以及ODG2的曝光次数，在摄像区域内相同，但是，也可以对读出部的驱动脉冲信号TG1至TG4的读出次数进行控制。而且，在实施例2中，读出部的栅极布线为横方向，因此，能够按每个行调整实际读出到电荷蓄积部的信号量。
而且，如图15以及图17示出，对于曝光次数少的像素行或像素列，优选为在曝光期间整体均匀进行曝光期间的间隔剔除，这是因为，与例如偏向在曝光开始前半部分进行曝光的情况相比，能够维持同时性的缘故。
以上，根据实施例2涉及的固体摄像装置，在反射率大不同的对象物600混在一起的环境下，也能够高精度地获得距离图像。
(实施例3)
对于实施例3涉及的固体摄像装置以及其驱动方法，以与实施例1以及2不同之处为中心进行说明。
图18是示出实施例3涉及的固体摄像装置的像素的布置结构的概略平面图。本实施例涉及的固体摄像装置，与实施例1涉及的固体摄像装置100相比，仅不同之处是，在摄像区域形成有遮光膜20A以及20B。本实施例涉及的固体摄像装置，遮光膜20A被设置为，覆盖电荷蓄积部2A及4A、以及传送控制部9A，遮光膜20B被设置为，覆盖电荷蓄积部3B及5B、以及传送控制部9B。
像通常的CMOS过程那样，仅根据金属的布线层，即使由上部布线遮光，斜入射光也进入到电荷蓄积部，被光电转换，导致耐光性恶化、或背景光成分增大，精度降低。
为了对应它，在本实施例涉及的固体摄像装置中，以覆盖电荷蓄积部以及传送控制部的栅极电极的形式配置遮光膜20A以及20B。另一方面，在曝光控制部的栅极电极上有选择地没有配置遮光膜。据此，能够抑制需要高速驱动的曝光控制部的寄生电容增加。
以上，根据实施例3涉及的固体摄像装置，电荷蓄积部以及传送控制部的遮光性提高，因此，能够提高耐光性，并且，抑制背景光成分，从而能够提高距离精度。
(实施例4)
对于实施例4涉及的固体摄像装置以及其驱动方法，以与实施例1至3不同之处为中心进行说明。
图19是示出实施例4涉及的固体摄像装置的像素的布置结构的概略平面图，图20是示出实施例4涉及的固体摄像装置的曝光时的工作的驱动时序图。
在本实施例涉及的固体摄像装置，设置有滤色器，如图19示出，具有RGB－IR排列，能够进行彩色摄像和利用了IR像素的测距的双方。本实施例涉及的固体摄像装置，与实施例1涉及的固体摄像装置100不同，使用IR受光用的像素50ir(第三像素)的光电转换部1IR的两侧的读出部12IR1至12IR4，获得四个距离运算用信号。如图20示出，具有如下优点，即，在一个照射光(PT)期间，依次使驱动脉冲信号TG1至TG4成为High电平，从而能够获得四个距离运算用信号。并且，具有如下优点，即，能够削减发光脉波数，因此，能够减少消耗电力。然而，由读出部12IR1至12IR4控制曝光，因此，需要四次读出高速的驱动脉冲信号TG1至TG4。因此，需要扩大布线宽度，并且，固体摄像装置内构成的驱动器的规模也变大。
而且，在图20中，在ODG从High变为Low的定时摄像面内存在ODG的延迟变大的部位的情况，会有由驱动脉冲信号TG1读出的信号的曝光期间变短的可能性，因此，也可以将ODG从High变为Low的定时设为PT的发光开始定时之前。据此，能够将由TG1至TG4读出的信号的曝光期间一致，但是，在几乎没有延迟的摄像面内端部，会有仅由TG1读出的信号的背景光成分变大的可能性，在本实施例中，需要抑制了延迟的设计。
图21是示出实施例4的变形例1涉及的测距摄像装置的曝光时的工作的驱动时序图。本变形例涉及的固体摄像装置的驱动方法是，在一个照射光(PT)期间，使驱动脉冲信号TG1以及TG3、或驱动脉冲信号TG2以及TG4成为High电平，从而获得两个距离运算用信号的驱动方法。读出部12IR1至12IR4，不对曝光进行控制，而仅读出由曝光控制部7IR的驱动脉冲信号ODG控制的信号。而且，驱动脉冲信号ODG也可以是一个，但是，曝光序列被分开为两个。也就是说，在第一曝光序列中，由驱动脉冲信号TG1以及TG3读出距离运算用信号，在第二曝光序列中，按照照射光(PT)的脉冲宽度，使驱动脉冲信号ODG的曝光定时延迟，按照电荷蓄积状态，由驱动脉冲信号TG2以及TG4读出距离运算用信号。与照射脉冲同一个脉冲宽度的驱动脉冲信号仅是ODG，与图19、20示出的实施例相比，TG1至TG4的脉冲宽度为两倍，并且，不是由TG脉冲对曝光进行控制，因此，允许的延迟量大。因此，具有能够使TG1至TG4的布线宽度变小，并且，也能够使驱动器的规模变小的优点。在全像素读出时，利用读出部12IR1、12IR3、12R1、12R2、12G1、12G2、12B1、以及12B2读出信号。根据该结构，在全像素读出中，为了获得曝光期间不同的两个信号而设为利用两个读出部的结构，但是，在仅获得一个信号的情况下，RGB像素也可以是只有读出部12R1、12G1、12B1的结构。
图22A是示出实施例4的变形例2涉及的固体摄像装置的像素的布置结构的概略平面图，图22B是示出实施例4的变形例2涉及的固体摄像装置的曝光时的工作的驱动时序图。在图22A所示的与实施例1涉及的测距摄像装置的像素的布置结构同样的结构中也可以，如图22B示出，在第一曝光序列获得A0以及A2，在读出一个帧之后，在第二曝光序列获得A1以及A3。在此情况下，具有读出部少的优点，但是，在第一以及第二曝光序列之间存在一个帧读出期间，因此，对于高速移动的对象物600会有产生误差的情况。
图23是示出实施例4涉及的光电转换部以及其周边的水平方向的电势的分布的图。但是，实施例4的变形例2除外。图23示出，图19的E－F截面的电势的分布，实线表示本实施例的电势分布，虚线表示以往例的电势分布。与实施例1的图9的说明不同，读出部的栅极电极被配置在光电转换部的两侧，因此，以能够进行双向的电荷传输的方式，两侧的栅极电极附近的电势为平坦。据此，在图23的(b)所示那样驱动脉冲信号TG1成为High电平的情况下，以及在图23的(c)所示那样驱动脉冲信号TG2成为High电平的情况下，得到光电转换部至电荷蓄积部的光滑的电势倾斜，能够在短时间内完全传送光电转换部的电荷。据此，能够实现需要高速且完全传送电荷的测距用固体摄像装置的测距精度的提高。
而且，在本实施例中，FD10A以及10B，分别由两个像素50r(第五像素)及50ir(第三像素)、以及两个像素50g(第六像素)及50b(第四像素)共享，但是，也可以由这些四个像素共享一个FD。在此情况下，不同的驱动脉冲信号施加的电荷蓄积部的数量增加两个，但是，检测容量的不均匀不存在，因此，能够提高测距精度。
图24是示出实施例4涉及的固体摄像装置的像素布置的变形例的图。也可以针对该图所示的4×4的RGB－IR排列，适用本实施例涉及的像素电路的配置结构。在这样的4×4的RGB－IR排列的情况下，IR像素被配置为相互错开，因此，具有与图19示出的2×2的排列相比水平、垂直方向的分辨率都成为两倍的优点。
以上，根据实施例4涉及的固体摄像装置，在RGB－IR排列中，也能够进行利用四个电荷蓄积部的TOF工作，因此，能够同时实现测距范围和测距精度，并且，也能够获得RGB－IR图像。
(实施例5)
对于实施例5涉及的固体摄像装置以及其驱动方法，以与实施例1至4不同之处为中心进行说明。
图25是示出实施例5涉及的固体摄像装置的曝光时的工作的驱动时序图。与实施例1的图3示出的驱动方法不同，在本实施例中，如图25示出，在第一次的曝光序列后，一次读出一个帧的信号电荷，然后进行第二次的曝光序列后，读出一个帧，最后将两个帧的信号的同一个信号彼此相加。而且，对于本实施例涉及的固体摄像装置的像素的布置结构，设想为实施例1所示的图6的结构。
进而，在第二次的曝光序列中，以第一次曝光序列中驱动脉冲信号TG1施加到读出部12IR1的栅极电极的定时，驱动脉冲信号TG3施加到读出部12IR3的栅极电极，以第一次曝光序列中施加驱动脉冲信号TG3的定时，施加驱动脉冲信号TG1。并且，在第二次的曝光序列中，以第一次曝光序列中驱动脉冲信号TG2施加到读出部12IR2的栅极电极的定时，驱动脉冲信号TG4施加到读出部12IR4的栅极电极，以第一次曝光序列中施加驱动脉冲信号TG4的定时，施加驱动脉冲信号TG2。
在本实施例中，作为电荷蓄积部，利用嵌入通道电容耦合元件。然而，会有如下情况，即，若温度上升则在曝光期间中发生暗电流，各个电荷蓄积部的暗电流不同。特别是，若存在暗电流大的电荷蓄积部，则影响到运算结果，因此，需要使运算中彼此减去的暗电流成分彼此相同。在本驱动方法中，第二次的曝光序列中更换读出用的驱动脉冲信号TG的施加定时，从而能够解决该课题。
首先，如图25示出，将第一电荷蓄积部的暗电流设为SD(A)，将第三电荷蓄积部的暗电流设为SD(B)，将第二电荷蓄积部的暗电流设为SD(C)，以及将第四电荷蓄积部的暗电流设为SD(D)。此时，在第一次的曝光完成之后蓄积到各个电荷蓄积部并读出的读出信号，分别成为A0+SD(A)、A2+SD(B)、A1+SD(C)、以及A3+SD(D)。接着，在第二次的曝光完成之后蓄积到各个电荷蓄积部并读出的读出信号，分别成为A2+SD(A)、A0+SD(B)、A3+SD(C)、A1+SD(D)。若将它们的相同的距离计算用信号彼此相加，则成为如下。
(1)第一以及第三电荷蓄积部：2A0+SD(A)+SD(B)
(2)第三以及第一电荷蓄积部：2A2+SD(B)+SD(A)
(3)第二以及第四电荷蓄积部：2A1+SD(C)+SD(D)
(4)第四以及第二电荷蓄积部：2A3+SD(D)+SD(C)
对于A0以及A2，任一方是具有距离信息的信号，另一方是背景光信息的信号(BG)，对于A1和A3，也可以说同样的内容。利用该四个信号的距离的运算方法是，实施例1示出那样的。在本实施例中，以不同的帧变更驱动脉冲信号TG的施加定时，并相加，彼此具有距离的信息的信号、和与它对应的BG信号的暗电流一致，因此，即使像素内的电荷蓄积部的暗电流不同，也能够消去它。并且，在现有专利文献中在利用两个帧的情况下，会有背景光的变化成为课题的情况，但是，在本实施例中，以两个帧将同一个像素的不同时间的背景光信息的信号、或包含背景光信息和距离信息的信号相加，因此，即使背景光在帧之间不同，相加后的背景光信息的结果，也在前者和后者之间相同，能够通过减法运算消去。
而且，对于获得相同的效果的方法，在将驱动脉冲信号TG1至TG4固定为低电平的状态下且不改变曝光期间的状态下停止发光，将TG1至TG4以及发光脉冲以外的驱动脉波设为图3以及图4示出的序列相同，仅读出电荷蓄积部的暗电流成分来进行与距离信号的减法运算，从而也可以消去暗电流成分。该方法具有如下优点，即，光源不发光，因此能够减少消耗电力，并且，对于高速移动的对象物也能够维持测距精度。并且，利用了两个帧，但是，不会减去现有专利文献中成为课题的背景光成分，因此，在帧之间发生背景的变化也没有问题。
而且，即使在实施例4示出的RGB－IR排列的TOF工作中，也若是如图19示出，读出部12IR1和12IR3排列配置在光电转换部1IR的同一个边上，读出部12IR2和12IR4排列配置的结构，则与本实施例同样，能够通过两个帧的相加进行暗电流输出的消去。
以上，根据实施例涉及的固体摄像装置以及其驱动方法，即使在高温时由电荷蓄积部发生的暗电流输出中产生差距，也能够抑制其影响，即使在高温下也能够提高测距精度。
(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。
而且，本公开的固体摄像装置，使用不同像素获得测距信号。因此，(1)起因于芯片上透镜以及开口尺寸等的制造不均匀的灵敏度电子数的像素间差，(2)起因于检测容量差起等的放大器增益差，成为测距误差。对此，如图11A以及图12的相互错开的配置示出，若在距离运算范围内设置FD共享位置，则能够解决所述(2)，但是，依然存在所述(1)。若是运动图像，则因散粒噪声所产生的测距不均匀而不显着，但是，在采用利用多个帧来平均化从而抑制散粒噪声的方法的情况下，会有成为课题的可能性。
对于其解决方法，事先获得多个帧，消去散粒噪声的影响来将灵敏度平均化，计算距离运算范围内的像素的灵敏度比α，并使运算装置侧具有(执行校准)。理想而言，若A2＞A0，A3＞A1，则距离为LL∝(A3－A1)/(A2+A3－A0－A1)，但是，在A1以及A3像素和A0及A2像素的灵敏度比为1:α的情况下，成为L∝(A3－A1)/(αA2+A3－αA0－A1)，发生误差。因此，例如，使运算处理侧具有α，在计算L之前，A0以及A2信号乘以1/α进行校正即可。
而且，当然，所述(1)以及(2)都是，依赖于过程以及设计技术，因此，也会有不成为问题的情况。
本发明涉及的固体摄像装置，能够实现小型且高测距精度、并且实现宽广的测距范围的三维测量，因此，例如，有用于人物、建筑物等的三维测量。
符号说明
1A、1B 光电转换部
2A、2G、2R、3B、3IR、4A、4R、5B、5IR 电荷蓄积部
6A、6G、6R、7B、7IR 曝光控制部
8 溢出漏极
9A、9B、9G、9IR、9R 传送控制部
10、10A、10B 浮动扩散区域(FD)
11A、11B、11G、11IR、11R 输出部
12A1、12A2、12B1、12B2、12G1、12G2、12IR1、12IR2、12IR3、12IR4、12R1、12R2 读出部
13 放大晶体管
14 复位晶体管
15 选择晶体管
20A、20B 遮光膜
50A、50B、50b、50g、50ir、50r 像素
100 固体摄像装置
101 摄像部
102AD 转换部
103 定时生成部
104 快门驱动器
200 光源驱动器
300TOF 处理器
400 光学透镜
500 光源部
600 对象物
1000 测距摄像装置

Claims (22)

1.一种固体摄像装置，具备在半导体基板上被配置为矩阵状的多个像素，
所述多个像素分别具备：
光电转换部，接受来自对象物的光，并且将该光转换为电荷；
多个读出部，从所述光电转换部读出所述电荷；
多个电荷蓄积部，分别蓄积由所述多个读出部读出的所述光电转换部的电荷；以及
传送控制部，进行传送控制，该传送控制包括将所述多个电荷蓄积部的一方所蓄积的电荷利用作为所述电荷的传送路的所述多个电荷蓄积部的所述一方而传送到所述多个电荷蓄积部的另一方的控制，或者，利用作为所述电荷的势垒的所述多个电荷蓄积部的所述一方而阻止所述电荷的传送的控制，
所述传送控制部，被配置在所述多个电荷蓄积部之间。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，
读出到所述电荷蓄积部的所述电荷，被传送到垂直方向上，
所述光电转换部的所述电荷，被读出到与所述垂直方向不同的方向上。
3.如权利要求1所述的固体摄像装置，
所述传送控制部具有的栅极电极被设定为，相同的基准电位。
4.如权利要求1所述的固体摄像装置，
在俯视所述半导体基板的情况下，所述多个读出部的栅极电极，分别被配置在所述光电转换部的受光区域的外周的相同的边上。
5.如权利要求1所述的固体摄像装置，
所述固体摄像装置具备多个曝光控制部，该曝光控制部，对向所述光电转换部的所述电荷的蓄积以及来自所述光电转换部的所述电荷的排出进行切换。
6.如权利要求5所述的固体摄像装置，
在俯视所述半导体基板的情况下，所述多个曝光控制部的栅极电极，分别被配置在所述光电转换部的受光区域的外周的不同的边。
7.如权利要求5所述的固体摄像装置，
所述多个像素分别还具备遮光膜，
所述遮光膜，对所述多个电荷蓄积部具有的栅极电极各自的至少一部分进行遮光，不对所述曝光控制部具有的栅极电极进行遮光。
8.如权利要求5所述的固体摄像装置，
所述固体摄像装置具备驱动控制部，该驱动控制部，对施加到所述多个曝光控制部以及所述多个读出部分别具有的栅极电极的驱动脉冲信号进行驱动控制。
9.如权利要求8所述的固体摄像装置，
所述固体摄像装置，按每个像素行、或每个像素列具备多个曝光控制栅极布线，该曝光控制栅极布线用于向所述曝光控制部的栅极电极传递所述驱动脉冲信号，
所述多个曝光控制栅极布线被配置为，与作为配置有所述多个像素的区域的所述半导体基板上的摄像区域的短边平行。
10.如权利要求8所述的固体摄像装置，
所述固体摄像装置具备读出栅极布线，该读出栅极布线用于向所述读出部的所述栅极电极传递所述驱动脉冲信号，
所述读出栅极布线成为高电平的次数在多个所述读出栅极布线之间不同。
11.如权利要求8所述的固体摄像装置，
所述固体摄像装置具备曝光控制栅极布线，该曝光控制栅极布线用于从所述驱动控制部向所述曝光控制部的所述栅极电极传递驱动脉冲信号，
曝光控制栅极布线成为低电平的次数在多个所述曝光控制栅极布线之间不同。
12.如权利要求8所述的固体摄像装置，
DC偏压电压重叠于驱动脉冲信号。
13.如权利要求1所述的固体摄像装置，
所述多个像素，至少具备接受红外光的第一像素以及第二像素，
所述第一像素以及第二像素，共享将所述多个电荷蓄积部的电荷转换为电压的浮动扩散区域。
14.如权利要求13所述的固体摄像装置，
所述第一像素具有的所述多个电荷蓄积部之中的被配置在离所述浮动扩散区域远的一侧的电荷蓄积部的驱动脉冲信号、以及所述第二像素具有的所述多个电荷蓄积部之中的被配置在离所述浮动扩散区域远的一侧的电荷蓄积部的驱动脉冲信号，在相同的定时被驱动控制。
15.如权利要求13所述的固体摄像装置，
所述第一像素和所述第二像素，在俯视所述半导体基板时被配置为相互错开，
所述浮动扩散区域，在所述俯视时被配置为相互错开。
16.如权利要求13所述的固体摄像装置，
所述第一像素和所述第二像素，在俯视所述半导体基板时被配置为条纹状，
所述浮动扩散区域，在所述俯视时被配置为条纹状。
17.如权利要求1所述的固体摄像装置，
所述多个像素具备，接受可见光的第四像素、以及接受红外光的第三像素，
所述第四像素具备M个读出部，其中，M为2以上的自然数，
所述第三像素具备N个读出部，其中，N为比M大的自然数。
18.如权利要求17所述的固体摄像装置，
所述第四像素具备的所述电荷蓄积部，蓄积从所述第三像素读出的电荷、以及从所述第四像素读出的电荷。
19.如权利要求17所述的固体摄像装置，
所述固体摄像装置具备驱动控制部，该驱动控制部，对施加到多个曝光控制部以及多个读出部分别具有的栅极电极的驱动脉冲信号进行驱动控制，
所述驱动控制部，执行图像驱动模式以及测距驱动模式，
所述图像驱动模式是，利用所述第四像素获得可见图像的模式，所述测距驱动模式是，根据向所述对象物照射的脉冲光，利用所述第三像素的光电转换部将来自所述对象物的所述光转换为电荷，利用所述第三像素以及所述第四像素的所述电荷蓄积部获得用于距离运算的信号的模式。
20.如权利要求17所述的固体摄像装置，
所述第三像素以及所述第四像素，构成纵4像素×横4像素的像素组，在俯视所述半导体基板时，所述第三像素，在所述像素组中被配置为相互错开。
21.如权利要求13所述的固体摄像装置，
所述多个电荷蓄积部和所述传送控制部，作为所述传送路而将从所述第一像素读出的所述电荷和从所述第二像素读出的所述电荷传送到所述浮动扩散区域。
22.如权利要求13所述的固体摄像装置，
所述多个像素分别具备输出部，该输出部位于所述浮动扩散区域与所述多个电荷蓄积部中的靠近所述浮动扩散区域的电荷蓄积部之间，
所述多个电荷蓄积部、所述传送控制部以及所述输出部，作为所述传送路而将从所述第一像素读出的所述电荷和从所述第二像素读出的所述电荷传送到所述浮动扩散区域。
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Patentee after: Nuvoton Technology Corporation Japan

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Patentee before: Panasonic semiconductor solutions Co.,Ltd.

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