DE112015002711T5 - Abstandsmessungsvorrichtung - Google Patents

Abstandsmessungsvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE112015002711T5
DE112015002711T5 DE112015002711.4T DE112015002711T DE112015002711T5 DE 112015002711 T5 DE112015002711 T5 DE 112015002711T5 DE 112015002711 T DE112015002711 T DE 112015002711T DE 112015002711 T5 DE112015002711 T5 DE 112015002711T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
signal
charges
charge
transfer
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE112015002711.4T
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuhito Mase
Jun Hiramitsu
Akihiro Shimada
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Publication of DE112015002711T5 publication Critical patent/DE112015002711T5/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/487—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection
    • H01L27/14603—
    • H01L27/14612—
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

In Übereinstimmung mit einer Bestrahlungsposition eines Pulslichts gibt eine Auswahleinheit ein erstes Transfersignal an erste Transferelektroden TX1 aus und gibt ein zweites Transfersignal an zweite Transferelektroden TX2 aus, so dass Signalladungen in erste und zweite Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a und 9b eines Pixels aus einer Vielzahl von Pixeln entsprechend der Bestrahlungsposition fließen können, und gibt ein drittes Transfersignal an dritte Transferelektroden TX3 aus, so dass nicht erforderliche Ladungen in einen Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitt 11 eines Pixels unter der Vielzahl von Pixeln mit Ausnahme des Pixels entsprechend der Bestrahlungsposition fließen können. Eine Arithmetikeinheit liest Signale entsprechend jeweiliger Größen von Signalladungen aus, die in den ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9a und 9b des durch die Auswahleinheit ausgewählten Pixels aus, und berechnet einen Abstand zu einem Objekt basierend auf einem Verhältnis zwischen einer Größe von Signalladungen, gesammelt in den ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9a, und einer Größe von Signalladungen, gesammelt in den zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9b.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entfernungsmessungsvorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Bekannte Entfernungsmessungsvorrichtungen enthalten eine Abtasteinheit zum Abtasten bzw. Scannen einer Bestrahlungsposition an einem Objekt von Pulslicht, das von einer Lichtquelle emittiert wird, einer Lichtempfangseinheit mit einer Vielzahl von Pixeln, die in einer eindimensionalen Richtung angeordnet sind, und in die reflektiertes Licht des von dem Objekt reflektierten Pulslichts einfällt, und eine Arithmetikeinheit zum Auslesen von Signalen aus der Vielzahl von Pixeln und zum Berechnen eines Abstands zu dem Objekt (siehe, zum Beispiel, Patentliteratur 1). Die in der Patentliteratur 1 beschriebene Entfernungsmessungsvorrichtung führt eine Time-Of-Flight-(TOF)Typ-Entfernungsmessung durch.
  • Liste der Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: Internationale Veröffentlichung mit der Nummer 2013/121267
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • In der Entfernungsmessungsvorrichtung, die in der Patentliteratur 1 beschrieben wird, wird ein Reset-Betrieb jedes Mal dann durchgeführt, wenn Ladungen akkumulieren, und nicht erforderliche Ladungen aus Pixeln entladen werden. Dies kann verhindern, dass Ladungen (nicht erforderliche Ladungen), die in Übereinstimmung mit dem Einfall von Umgebungslicht erzeugt werden, als Signalladungen akkumuliert werden, und verhindert Komponenten eines Umgebungslichts daran, in der Signalauslese aus den Pixeln wiedergegeben zu werden.
  • Um eine Entfernungsmessungsgenauigkeit zu erhöhen, muss darüber hinaus eine ausreichende Signalquantität sichergestellt werden, wenn die Signale von den Pixeln ausgelesen werden. In der Entfernungsmessungsvorrichtung, die in der Patentliteratur 1 beschrieben wird, wird, wie oben erläutert, ein Reset-Betrieb jedes Mal dann ausgeführt, wenn Ladungen akkumulieren. Es ist daher erforderlich, eine Ladungsakkumulationsperiode in jedem Pixel auf eine relativ lange Periode einzustellen, um eine ausreichende Signalquantität sicherzustellen. Eine Abtastperiode, die durch die Abtasteinheit ausgeführt wird, muss ebenfalls auf eine lange Periode in Übereinstimmung mit der Ladungsakkumulationsperiode eingestellt werden. Wenn sich das Objekt bewegt, kann es daher in der Entfernungsmessungsvorrichtung, die in der Patentliteratur 1 beschrieben wird, schwierig werden, den Abstand genau zu messen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Entfernungsmessungsvorrichtung, die einen Abstand geeignet und genau messen kann.
  • Lösung des Problems
  • Eine Entfernungsmessungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Abtasteinheit zum Abtasten einer Bestrahlungsposition an einem Objekt von Pulslicht, das von einer Lichtquelle emittiert wird, eine Lichtempfangseinheit mit einer Vielzahl von Pixeln, die in einer eindimensionalen Richtung angeordnet sind, und ein die reflektiertes Licht des von dem Objekt reflektierten Pulslichts einfällt, eine Auswahleinheit zum Auswählen, aus der Vielzahl von Pixeln, eines Pixels, aus dem ein Signal auszulesen ist, in Übereinstimmung mit der Bestrahlungsposition des durch die Abtasteinheit abgetasteten Pulslichts, und eine Arithmetikeinheit zum Auslesen eines Signals aus dem durch die Auswahleinheit ausgewählten Pixels, und zum Berechnen eines Abstands zu dem Objekt. Jedes der Vielzahl von Pixeln enthält einen Ladungserzeugungsabschnitt zum Erzeugen von Ladungen in Übereinstimmung mit einem einfallenden Licht, erste und zweite Signalladungs-Sammlungsabschnitte, die von dem Ladungserzeugungsabschnitt entfernt angeordnet sind, und zum Sammeln der in dem Ladungserzeugungsabschnitt erzeugten Ladungen als Signalladungen, einen Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitt, der von dem Ladungserzeugungsabschnitt entfernt angeordnet ist, und zum Entladen von Ladungen, die in dem Ladungserzeugungsabschnitt erzeugt werden, als nicht erforderliche Ladungen, eine erste Transferelektrode, die zwischen dem ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitt und dem Ladungserzeugungsabschnitt angeordnet ist, und zum Ermöglichen, dass die in dem Ladungserzeugungsabschnitt erzeugten Ladungen in den ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitt als die Signalladungen fließen, in Übereinstimmung mit einem ersten Transfersignal, eine zweite Transferelektrode, die zwischen dem zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitt und dem Ladungserzeugungsabschnitt angeordnet ist, und zum Ermöglichen, dass Ladungen, die in dem Ladungserzeugungsabschnitt erzeugt werden, in den zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitt als Signalladungen fließen, in Übereinstimmung mit einem zweiten Transfersignal, das sich in einer Phase von dem ersten Transfersignal unterscheidet, und eine dritte Transferelektrode, die zwischen dem Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitt und dem Ladungserzeugungsabschnitt angeordnet ist, und zum Ermöglichen, dass die im dem Ladungserzeugungsabschnitt erzeugten Ladungen in den Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitt als nicht erforderliche Ladungen fließen, in Übereinstimmung mit einem dritten Transfersignal, das sich in einer Phase von den ersten und zweiten Transfersignalen unterscheidet. In Übereinstimmung mit einer Bestrahlungsposition des durch die Abtasteinheit abgetasteten Pulslichts gibt die Auswahleinheit das erste Transfersignal an die erste Transferelektrode aus und gibt das zweite Transfersignal an die zweite Transferelektrode aus, um zu ermöglichen, dass die Signalladungen in die ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte des Pixels entsprechend der Bestrahlungsposition fließen, unter der Vielzahl von Pixeln, und gibt das dritte Transfersignal an die dritte Transferelektrode aus, um zu ermöglichen, dass die nicht erforderlichen Ladungen in den Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitt des Pixels mit Ausnahme des Pixels entsprechend der Bestrahlungsposition fließen, unter der Vielzahl von Pixeln. Die Arithmetikeinheit liest Signale entsprechend jeweiliger Größen der Signalladungen aus, die in den ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten des Pixels werden, das durch die Auswahleinheit ausgewählt wird, und berechnet einen Abstand zu dem Objekt basierend auf einem Verhältnis zwischen der Größe der in dem ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitt gesammelten Ladungen und der Größe der in dem zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitt gesammelten Signalladungen.
  • In dem einen Aspekt der vorliegenden Erfindung gibt die Auswahleinheit das erste Transfersignal an die erste Transferelektrode des Pixels entsprechend der Bestrahlungsposition des Pulslichts aus, so dass die Signalladungen in den ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitt des Pixels fließen können. Die Auswahleinheit gibt das zweite Transfersignal, das sich in einer Phase von dem ersten Transfersignal unterscheidet, an die zweite Transferelektrode des oben beschrieben Pixels entsprechend der Bestrahlungsposition des Pulslichts aus, so dass die Signalladungen in dem zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitt des Pixels fließen können. Die Ladungen, die in dem Ladungserzeugungsabschnitt des durch die Auswahleinheit ausgewählten Pixels erzeugt werden, werden mit anderen Worten in den ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitt und den zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitt als die Signalladungen verteilt, und die Signalladungen werden in den entsprechenden Signalladungs-Sammlungsabschnitten gesammelt. Die Auswahleinheit gibt das dritte Transfersignal an die dritte Transferelektrode des Pixels mit Ausnahme des oben beschriebenen Pixels entsprechend der Bestrahlungsposition des Pulslichts aus, so dass die nicht erforderlichen Ladungen in den Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitt des Pixels fließen können. In dem Pixel mit Ausnahme des Pixels, in dem Signalladungen gesammelt werden, werden die in dem Ladungserzeugungsabschnitt des Pixels erzeugten Ladungen mit anderen Worten aus dem Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitt als nicht erforderliche Ladungen entladen. Die Arithmetikeinheit liest die Signale entsprechend der jeweiligen Größen der Signalladungen, gesammelt in den ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten des durch die Auswahleinheit ausgewählten Pixels aus, und berechnet den Abstand zu dem Objekt basierend auf dem Verhältnis zwischen der Größe der Signalladungen, gesammelt in dem ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitt, und der Größe der Signalladungen, gesammelt in dem zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitt. In Anbetracht dieser Aspekte werden in dem Pixel mit Ausnahme des Pixels, in dem Signalladungen gesammelt werden, Ladungen, die in dem Ladungserzeugungsabschnitt des Pixels erzeugt werden, als nicht erforderliche Ladungen entladen. Eine Ladungsgröße, die auf nicht erforderlichen Ladungen basiert, wird daher schwierig in der Berechnung des Abstands zu dem Objekt wiedergegeben. Eine Entfernungsmessung kann daher geeignet und genau ausgeführt werden.
  • In einer Ausführungsform kann die Auswahleinheit in dem ausgewählten Pixel das erste Transfersignal an die erste Transferelektrode ausgeben und das zweite Transfersignal an die zweite Transferelektrode ausgeben, so dass Ladungen in den ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitt fließen können, zu einem Zeitpunkt, der sich von einem Zeitpunkt unterscheidet, zu dem bewirkt wird, dass Signalladungen in die ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte fließen, und zu einem Zeitpunkt, zu dem das Pulslicht nicht von der Lichtquelle emittiert wird, und die Arithmetikeinheit kann einen Abstand zu dem Objekt berechnen basierend auf einem Verhältnis zwischen einer Größe von Signalladungen, gesammelt in dem ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitt, die erhalten wird durch Subtrahieren einer Größe von Signalladungen, die in dem ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitt zu einem Zeitpunkt gesammelt werden, zu dem das Pulslicht nicht von der Lichtquelle emittiert wird, und einer Größe von Signalladungen, gesammelt in dem zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitt, die erhalten wird durch Subtrahieren einer Größe von Ladungen, die in dem zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitt zu einem Zeitpunkt gesammelt werden, zu dem das Pulslicht nicht von der Lichtquelle emittiert wird.
  • Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform gibt die Auswahleinheit in dem ausgewählten Pixel das erste Transfersignal aus, so dass die Ladungen in den ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitt fließen können, zu einem Zeitpunkt, der sich von dem Zeitpunkt unterscheidet, zu dem bewirkt wird, dass die Signalladungen in die ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte fließen, und zu einem Zeitpunkt, zu dem das Pulslicht nicht von der Lichtquelle emittiert wird. In dem oben beschriebenen ausgewählten Pixel gibt die Auswahleinheit das zweite Transfersignal aus, so dass Ladungen in den zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitt fließen können, zu dem Zeitpunkt, der sich von dem Zeitpunkt unterscheidet, an dem bewirkt wird, dass die Signalladungen in die ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte fließen, und zu dem Zeitpunkt, zu dem das Pulslicht nicht von der Lichtquelle emittiert wird. In dem Ladungserzeugungsabschnitt des durch die Auswahleinheit ausgewählten Pixels werden die Ladungen, die nicht durch die Emission des Pulslichts entsprechend dem Pixel erzeugt werden, mit anderen Worten an den ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitt und den zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitt verteilt, und in den entsprechenden Abschnitten gesammelt. Die Arithmetikeinheit berechnet den Abstand zu dem Objekt basierend auf dem Verhältnis zwischen der Größe der Signalladungen, die in dem ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitt gesammelt werden, die erhalten wird durch Subtrahieren der Größe der Ladungen, die in dem ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitt zu dem Zeitpunkt gesammelt werden, zu dem das Pulslicht nicht von der Lichtquelle emittiert wird, und der Größe der Signalladungen, die in dem zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitt gesammelt werden, die erhalten wird durch Subtrahieren der Größe der Ladungen, gesammelt in dem zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitt zu dem Zeitpunkt, zu dem das Pulslicht nicht von der Lichtquelle emittiert wird. Durch Subtrahieren der Ladungen, die nicht durch die Emission des Pulslichts entsprechend dem ausgewählten Pixel erzeugt werden, kann die Ladungsgröße, die auf einem Umgebungslicht, wie zum Beispiel dem Hintergrundlicht basiert, schwierig in der Berechnung des Abstands zu dem Objekt wiedergegeben werden. Eine Entfernungsmessung kann daher besser und genauer ausgeführt werden.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Gemäß dem oben beschriebenen einen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Entfernungsmessungsvorrichtung bereitgestellt werden, die einen Abstand geeignet und genau messen kann.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein erläuterndes Diagramm zur Darstellung einer Konfiguration einer Entfernungsmessvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Querschnittskonfiguration eines Entfernungsmessvorrichtungs-Bildsensors.
  • 3 ist ein Konfigurationsdiagramm des Entfernungsmessungs-Bildsensors.
  • 4 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Konfiguration eines Querschnitts entlang einer in 3 dargestellten Linie IV-IV.
  • 5 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Konfiguration eines Querschnitts entlang einer in 3 dargestellten Linie V-V.
  • 6 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Potentialprofils in der Nähe einer zweiten Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats.
  • 7 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Potentialprofils in der Nähe der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats.
  • 8 ist ein Zeitdiagramm verschiedener Signale.
  • 9 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einem Zeitdiagramm verschiedener Signale und auszuwählender Pixel.
  • 10 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer Bewegung eines Reflexionselements und einem Pixel.
  • 11 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einem Zeitdiagramm verschiedener Signale und einem auszuwählenden Pixel, gemäß einem modifizierten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform.
  • 12 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer Bewegung eines Reflexionselements und einem Pixel gemäß dem modifizierten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. In der Beschreibung werden die gleichen Elemente oder Elemente mit der gleichen Funktionalität ohne eine redundante Beschreibung durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
  • 1 ist ein erläuterndes Diagramm zur Darstellung einer Konfiguration einer Entfernungsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • Eine Entfernungsmessvorrichtung 1 ist eine Vorrichtung zum Messen eines Abstands d zu einem Objekt OJ. Die Entfernungsmessvorrichtung 1 enthält einen Entfernungsmessungs-Bildsensor RS mit einer Vielzahl von Pixeln, einer Lichtquelle LS, ein Reflexionselement MR, eine Anzeige DSP und eine Steuereinheit. Die Steuereinheit enthält eine Treibereinheit DRV, eine Steuerungseinheit CONT und eine Arithmetikeinheit ART. Die Lichtquelle LS emittiert Pulslicht Lp in Richtung des Reflexionselements MR. Die Lichtquelle LS enthält, zum Beispiel, eine Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung oder eine LED. Der Entfernungsmessungs-Bildsensor RS ist ein Entfernungsmessungs-Bildsensor vom TOF-Typ. Der Entfernungsmessungs-Bildsensor RS ist auf einer Leiterplatter bzw. einer Platine WB angeordnet.
  • Die Steuereinheit (die Treibereinheit DRV, die Steuerungseinheit CONT und die Arithmetikeinheit ART) enthalten eine Hardware mit einer Arithmetikschaltung, wie zum Beispiel einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU), einen Speicher, wie zum Beispiel einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und einen Festwertspeicher (ROM), einen Stromkreis und eine Ausleseschaltung mit einem A/D-Wandler. Die Gesamtheit oder ein Teil der Steuereinheit kann durch eine integrierte Schaltung ausgebildet sein, wie zum Beispiel eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder ein Field-Programmable-Gate-Array (FPGA).
  • Die Treibereinheit DRV führt ein Treibersignal SD zu der Lichtquelle LS in Übereinstimmung mit einer Steuerung der Steuerungseinheit CONT. Insbesondere treibt die Treibereinheit DRV die Lichtquelle LS zum Emittieren des Pulslichts Lp in Richtung des Reflexionselements MR pro Frame-Periode. Die Treibereinheit DRV liefert ein Treibersignal an einen Aktuator des Reflexionselements MR in Übereinstimmung mit der Steuerung der Steuerungseinheit CONT. D. h., dass die Treibereinheit DRV den Aktuator zum Ändern eines Lichtpfads des Pulslichts Lp treibt, das von der Lichtquelle LS in Richtung des Reflexionselements MR emittiert wird. Das Reflexionselement MR reflektiert das Pulslicht Lp, das von der Lichtquelle LS emittiert wird. Das reflektierte Pulslicht Lp wird auf das Objekt OJ gestrahlt. Der Aktuator lenkt einen Winkel des Reflexionselements MR in Übereinstimmung mit dem Treibersignal von der Treibereinheit DRV um. Als ein Ergebnis wird eine Bestrahlungsposition Pi auf dem Objekt OJ des von der Lichtquelle LS emittierten Pulslichts Lp abgetastet bzw. gescannt. In der vorliegenden Ausführungsform arbeiten die Treibereinheit DRV und das Reflexionselement MR als eine Abtast- bzw. Scannereinheit zum Abtasten der Bestrahlungsposition auf dem Objekt OJ des von der Lichtquelle LS emittierten Pulslichts Lp. Das Reflexionselement MR ist zum Beispiel ein Mikro-Elektro-Mechanical-System-(MEMS)Spiegel.
  • Die Steuerungseinheit CONT steuert die Treibereinheit DRV und gibt ein erstes bis drittes Transfersignal STX1, STX2 und STX3 an den Entfernungsmessungs-Bildsensor RS aus. Die Steuerungseinheit CONT zeigt ein arithmetisches Resultat der Arithmetikeinheit ART an der Anzeige DSP an. Die Steuerungseinheit CONT enthält eine Auswahleinheit SEL. Die Auswahleinheit SEL wählt ein Pixel, aus dem ein Signal auszulesen ist, aus der Vielzahl von Pixeln aus, die in dem Entfernungsmessungs-Bildsensor RS enthalten sind, gemäß der Bestrahlungsposition an dem Objekt OJ des Pulslichts Lp. Die Arithmetikeinheit ART liest Ladungsgrößen Q1 und Q2 (Gesamtladungsgrößen QT1 und QT2) von Signalladungen aus dem durch die Auswahleinheit SEL ausgewählten Pixel aus. Auf Grundlage der ausgelesenen Ladungsgrößen Q1 und Q2 (Gesamtladungsgrößen QT1 und QT2), berechnet die Arithmetikeinheit ART den Abstand d für jedes Pixel und gibt das erhaltene arithmetische Resultat an die Steuerungseinheit CONT aus. Das Berechnungsverfahren des Abstands d wird später mit Bezug auf 8 erläutert. Die Anzeige DSP zeigt das arithmetische Resultat der Arithmetikeinheit ART an, dass von der Steuerungseinheit CONT ausgegeben wird.
  • In der Entfernungsmessvorrichtung 1 wird durch Anwenden des Treibersignals SD an der Lichtquelle LS das Pulslicht Lp von der Lichtquelle LS pro Frame-Periode emittiert. Das von der Lichtquelle LS emittierte Pulslicht Lp wird durch das Reflexionselement MR abgetastet. Das Pulslicht Lp, das auf das Objekt OJ eingefallen ist, wird durch das Objekt OJ reflektiert. Das Pulslicht Lp, das auf das Objekt OJ eingefallen ist, wird daher von dem Objekt OJ als reflektiertes Licht Lr emittiert. Das von dem Objekt OJ emittierte reflektierte Licht Lr fällt auf einen Ladungserzeugungsabschnitt des Entfernungsmessungs-Bildsensors RS ein.
  • Die Ladungsgrößen QT1 und QT2 (Gesamtladungsgrößen QT1 und QT2), die synchron mit dem ersten und zweiten Transfersignal STX1 und STX2 gesammelt werden, werden für jedes Pixel von dem Entfernungsmessungs-Bildsensor RS ausgegeben. Die ausgegebenen Ladungsgrößen QT1 und QT2 (Gesamtladungsgrößen QT1 und QT2) werden synchron mit dem Treibersignal SD an die Arithmetikeinheit ART eingegeben. Auf Grundlage der eingegebenen Ladungsgrößen QT1 und QT2 (Gesamtladungsgrößen QT1 und QT2), berechnet die Arithmetikeinheit ART den Abstand d für jedes Pixel. Die Steuerungseinheit CONT erhält das Arithmetikresultat der Arithmetikeinheit ART von der Arithmetikeinheit ART. Die Steuerungseinheit CONT transferiert das eingegebene arithmetische Resultat der Arithmetikeinheit ART an die Anzeige DSP. Die Anzeige DSP zeigt das arithmetische Resultat der Arithmetikeinheit ART an.
  • 2 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Querschnittskonfiguration des Entfernungsmessungs-Bildsensors.
  • Der Entfernungsmessungs-Bildsensor RS ist ein von vorn beleuchteter Entfernungsmessungs-Bildsensor und enthält ein Halbleitersubstrat 2. Das Halbleitersubstrat 2 weist erste und zweite Hauptoberflächen 2a und 2b auf, die sich gegenüber liegen. Die zweite Hauptoberfläche 2b ist eine Lichteinfallsoberfläche. Der Entfernungsmessungs-Bildsensor RS ist über einen Adhäsionsabschnitt FL an der Leiterplatter WB befestigt, in einem Zustand, in dem die Seite der ersten Hauptoberfläche 2a des Halbleitersubstrats 2 der Leiterplatte WB gegenüber liegt. Der Adhäsionsabschnitt FL enthält ein isolierendes Haftmittel oder Füllmaterial. Das reflektierte Licht Lr fällt auf den Entfernungsmessungs-Bildsensor RS von der Seite der zweiten Hauptoberfläche 2b des Halbleitersubstrats 2 ein.
  • Im Folgenden wird der Entfernungsmessungs-Bildsensor RS detailliert mit Bezug auf die 3 bis 5 erläutert. 3 ist ein Konfigurationsdiagramm des Entfernungsmessungs-Bildsensors. 4 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Konfiguration eines Querschnitts entlang einer in 3 dargestellten Linie IV-IV. 5 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Konfiguration eines Querschnitts entlang einer in 3 dargestellten Linie V-V.
  • Wie in 3 dargestellt, ist der Entfernungsmessungs-Bildsensor RS ein Linien- bzw. Zeilensensor mit einer Array-Struktur, in der eine Vielzahl von Entfernungsmessungssensoren (fünf Entfernungsmessungssensoren in der vorliegenden Ausführungsform) P in einer eindimensionalen Richtung A angeordnet sind. Ein oder zwei oder mehr Sensoren der Vielzahl von Entfernungsmessungssensoren P bilden ein Pixel (Kanal: ch) des Entfernungsmessungs-Bildsensors RS aus. In der vorliegenden Ausführungsform bildet jeder der Entfernungsmessungssensoren P ein Pixel des Entfernungsmessungs-Bildsensors RS aus. In der vorliegenden Ausführungsform arbeitet der Entfernungsmessungs-Bildsensor RS als eine Lichtempfangseinheit mit einer Vielzahl von Pixeln, die in einer eindimensionalen Richtung angeordnet sind, und in die das reflektierte Licht Lr des von dem Objekt OJ reflektierten Pulslichts einfällt.
  • Der Entfernungsmessungs-Bildsensor RS enthält eine Lichtabfangschicht LI vor der zweiten Hauptoberfläche 2b, wobei es sich um eine Lichteinfallsoberfläche handelt. Eine Vielzahl von Aperturen LIa sind in der Lichtabfangschicht LI in einer eindimensionalen Richtung A ausgebildet. Die Vielzahl von Aperturen LIa sind in Abschnitten entsprechend der Vielzahl von Entfernungsmessungssensoren P ausgebildet. Die Aperturen LIa weisen eine rechteckige Form auf. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die Aperturen LIa eine längliche Form auf. Licht geht durch die Aperturen LIa der Lichtabfangschicht LI und fällt auf das Halbleitersubstrat 2 ein. Ein Lichtempfangsabschnitt auf dem Halbleitersubstrat 2 wird daher durch die Apertur LIa definiert. Die Lichtabfangschicht LI besteht aus einem Metall, wie zum Beispiel aus Aluminium. In 3 wird darüber hinaus die Darstellung der Lichtabfangschicht LI weggelassen.
  • Das Halbleitersubstrat 2 enthält einen p-Typ ersten Halbleiterabschnitt 4, der an der Seite der ersten Halbleiteroberfläche 2a positioniert ist, und einen p–-Typ zweiten Halbleiterabschnitt 5 mit einer geringeren Störstellenkonzentration als der des ersten Halbleiterabschnitts 4 und ist an der Seite der zweiten Hauptoberfläche 2b positioniert. Das Halbleitersubstrat 2 kann zum Beispiel durch Wachsen, auf einem p-Typ-Halbleitersubstrat, einer p–-Typ-Epitaxie-Schicht erhalten werden, die eine geringere Störstellenkonzentration als die des p-Typ-Halbleitersubstrats aufweist. Eine Isolationsschicht 7 wird auf der zweiten Hauptoberfläche 2b des Halbleitersubstrats 2 (dem zweiten Halbleiterabschnitt 5) ausgebildet. Die Vielzahl von Entfernungsmessungssensoren P ist auf dem Halbleitersubstrat in der eindimensionalen Richtung A angeordnet. D. h., dass die Vielzahl von Entfernungsmessungssensoren P auf dem Halbleitersubstrat 2 positioniert sind, so dass diese entlang der eindimensionalen Richtung A ausgerichtet sind.
  • Wie in den 3 bis 5 dargestellt, enthält jeder der Entfernungsmessungssensoren P eine Photogate-Elektrode PG, ein Paar von ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9a, ein Paar von zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9b, ein Paar von Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitten 11 und ein Paar erster bis dritter Transferelektroden TX1, TX2 und TX3. In 3 werden elektrische Leitungselemente 13 (bezugnehmend auf die 4 und 5), die auf den ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9a und 9b angeordnet sind, und die Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11 weggelassen.
  • Die Photogate-Elektrode PG ist entsprechend der Apertur LIa angeordnet. Ein Abschnitt entsprechend der Photogate-Elektrode PG (ein Abschnitt, der sich unterhalb der Photogate-Elektrode PG in den 4 und 5 befindet) in dem Halbleitersubstrat 2 (dem zweiten Halbleiterabschnitt 5) arbeitet als ein Ladungserzeugungsabschnitt (ein photosensitiver bzw. lichtempfindlicher Abschnitt), der Ladungen in Übereinstimmung mit einem Einfall des reflektierten Lichts Lr des von dem Objekt OJ reflektierten Pulslichts Lp erzeugt. Die Photogate-Elektrode PG entspricht ebenso der Form der Apertur LIa, und weist in einer Draufsicht eine rechteckige Form auf. In der vorliegenden Ausführungsform weist die Photogate-Elektrode PG eine längliche Form auf, vergleichbar zu der Apertur LIa. D. h., dass die Photogate-Elektrode PG eine planare Form aufweist, wobei die ersten und zweiten langen Seitenkanten L1 und L2 parallel zu der eindimensionalen Richtung A sind und sich gegenüber voneinander befinden, und wobei die ersten und zweiten kurzen Seitenkante S1 und S2 orthogonal zu der eindimensionalen Richtung A sind und sich gegenüber voneinander befinden.
  • Das Paar erster Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a ist an der Seite einer ersten langen Seitenkante L1 der Photogate-Elektrode PG entlang der ersten langen Seitenkante L1 angeordnet. Das Paar erster Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a ist entfernt von der Photogate-Elektrode PG angeordnet. Das Paar zweiter Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9b ist an der Seite einer zweiten langen Seitenkante L2 der Photogate-Elektrode PG entlang der zweiten lagen Seitenkante L2 angeordnet. Das Paar zweiter Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9b ist entfernt von der Photogate-Elektrode PG angeordnet. In jedem der Entfernungsmessungssensoren P ist der erste und zweite Signalladungs-Sammlungsabschnitt 9a und 9b entfernt von dem Ladungserzeugungsabschnitt (dem Abschnitt, der sich unterhalb der Photogate-Elektrode PG befindet) angeordnet. Die ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a und die zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9b liegen gegenüber voneinander, wobei sich dazwischen die Photogate-Elektrode PG in einer Richtung befindet, in der sich die erste und zweite lange Seitenkante L1 und L2 einander gegenüber liegen (eine Richtung orthogonal zu der eindimensionalen Richtung A).
  • Der erste und zweite Signalladungs-Sammlungsabschnitt 9a und 9b sind n-Typ-Halbleiterabschnitte, die auf dem zweiten Halbleiterabschnitt 5 ausgebildet sind und eine hohe Störstellenkonzentration aufweisen. Der erste und zweite Signalladungs-Sammlungsabschnitt 9a und 9b sammeln die in dem Ladungserzeugungsabschnitt erzeugten Ladungen, als Signalladungen, und akkumulieren die gesammelten Ladungen. Der erste und zweite Signalladungs-Sammlungsabschnitt 9a und 9b weisen in einer Draufsicht eine rechteckige Form auf. Der ersten und zweite Signalladungs-Sammlungsabschnitt 9a und 9b weisen in der vorliegenden Ausführungsform in einer Draufsicht eine quadratische Form auf, und beide haben die gleiche Form. Der erste und zweite Signalladungs-Sammlungsabschnitt 9a und 9b sind Floating-Diffusions-Abschnitte.
  • Die ersten Transferelektroden TX1 sind auf der Isolationsschicht 7 und zwischen der Photogate-Elektrode PG und den ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9a angeordnet. Die ersten Transferelektroden TX1 sind entfernt von den ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9a und der Photogate-Elektrode PG angeordnet. In Übereinstimmung mit dem ersten Transfersignal STX1 ermöglichen die ersten Transferelektroden TX1, dass die in dem Ladungserzeugungsabschnitt erzeugten Ladungen als Signalladungen in die ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a fließen.
  • Die zweiten Transferelektroden TX2 sind auf der Isolationsschicht 7 und zwischen der Photogate-Elektrode PG und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9b bereitgestellt. Die zweiten Transferelektroden TX2 sind entfernt von den zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9b und der Photogate-Elektrode PG angeordnet. Gemäß dem zweiten Transfersignal STX2 erlauben die zweiten Transferelektroden TX2, dass die in dem Ladungserzeugungsabschnitt erzeugten Ladungen als Signalladungen in die zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9b fließen.
  • Die ersten und zweiten Transferelektroden TX1 und TX2 weisen in einer Draufsicht eine rechteckige Form auf. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die ersten und zweiten Transferelektroden TX1 und TX2 eine längliche Form auf mit einer Langseiten-Kantenrichtung, die in eine Richtung eingestellt ist, in der sich die ersten und zweiten kurzen Kantenseiten S1 und S2 der Photogate-Elektrode PG gegenüber befinden. Die Längen in der langen Seitenkantenrichtung der ersten und zweiten Transferelektroden TX1 und TX2 sind auf die gleiche Länge eingestellt.
  • An der Seite der ersten langen Seitenkante L1 der Photogate-Elektrode PG ist der Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitt 11 entfernt von dem ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitt 9a angeordnet, so dass dieser durch das Paar erster Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a in der Richtung eingeschlossen ist, in der sich die ersten und zweiten kurzen Seitenkanten S1 und S2 gegenüber voneinander befinden (die eindimensionale Richtung A). An der Seite der zweiten langen Seitenkante L2 der Photogate-Elektrode PG ist der Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitt 11 entfernt von den zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9b angeordnet, so dass dieser durch das Paar zweiter Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9b in der Richtung eingeschlossen ist, in der sich die ersten und zweiten kurzen Seiten S1 und S2 gegenüber voneinander befinden (die eindimensionale Richtung A). Jeder der Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11 ist mit einem Abstand von der Photogate-Elektrode PG angeordnet. Jeder der Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11 ist entfernt von dem Ladungserzeugungsabschnitt (der Abschnitt, der sich unterhalb der Photogate-Elektrode PG befindet) angeordnet. Die Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11 sind gegenüber voneinander, so dass die Photogate-Elektrode PG in der Richtung eingeschlossen ist, in der sich die ersten und zweiten langen Seiten L1 und L2 gegenüber voneinander befinden.
  • Die Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11 sind n-Typ-Halbleiterabschnitte, die auf dem zweiten Halbleiterabschnitt 5 ausgebildet sind und eine hohe Störstellenkonzentration aufweisen. Die Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11 entladen die in dem Ladungserzeugungsabschnitt erzeugten Ladungen als nicht erforderliche Ladungen. Die Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11 weisen in einer Draufsicht eine rechteckige Form auf. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11 in einer Draufsicht eine quadratische Form auf. Die Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11 sind zum Beispiel mit einem festen Potential Vdd verbunden.
  • Jede der dritten Transferelektroden TX3 sind auf der Isolationsschicht 7 und zwischen der Photogate-Elektrode PG und einem entsprechendem der Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11 bereitgestellt. Die dritten Transferelektroden TX3 sind entfernt von den Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitten 11 und der Photogate-Elektrode PG angeordnet. In Übereinstimmung mit dem dritten Transfersignal STX3 erlauben die dritten Transferelektroden TX3, dass die in dem Ladungserzeugungsabschnitt erzeugten Ladungen als nicht erforderliche Ladungen in die Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11 fließen. Die dritten Transferelektroden TX3 weisen in einer Draufsicht eine rechteckige Form auf. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die dritten Transferelektroden TX3 eine längliche Form auf, wobei eine lange Seitenkantenrichtung in die Richtung eingestellt ist, in der sich die ersten und zweiten kurzen Seiten S1 und S2 der Photogate-Elektrode PG gegenüber voneinander befinden. Die Längen in der langen Seitenkantenrichtung der dritten Transferelektroden TX3 sind auf die gleichen Längen eingestellt, wie die Längen in der langen Seitenkantenrichtung der ersten und zweiten Transferelektroden TX1 und TX2.
  • Die Isolationsschicht 7 ist mit Kontaktlöchern bereitgestellt, um die Oberfläche des zweiten Halbleiterabschnitts 5 zu exponieren. Die elektrischen Leiter 13 sind in den Kontaktlöchern angeordnet, um die ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a und 9b und die Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11 mit der Außenseite zu verbinden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform bedeutet eine „hohe Störstellenkonzentration” zum Beispiel eine Störstellenkonzentration von circa 1 × 1017 cm–3 oder mehr, und wird mit einem „+” angegeben, das einem Leitfähigkeitstyp hinzugefügt ist. Eine „geringe Störstellenkonzentration” bedeutet zum Beispiel eine Störstellenkonzentration von circa 10 × 1015 cm–3 oder weniger, und wird durch ein „–” angegeben, das einem Leitfähigkeitstyp hinzugefügt ist.
  • Ein Beispiel einer Dicken/Störstellen-Konzentration von jedem Halbleiterabschnitt ist wie folgt.
    Erster Halbleiterabschnitt 4: Dicke 10 bis 1000 μm/Störstellenkonzentration 1 × 1012 to 1019 cm–3
    Zweiter Halbleiterabschnitt 5: Dicke 1 bis 50 μm/Störstellenkonzentration 1 × 1012 to 1015 cm–3
    Erste und zweite Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a und 9b: Dicke 0,1 bis 1 μm/Störstellenkonzentration 1 × 1018 bis 1020 cm–3
    Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11: Dicke 0,1 bis 1 μm/Störstellenkonzentration 1 × 1018 to 1020 cm–3
  • Ein Referenzpotential, wie zum Beispiel ein Massepotential wird über ein Back-Gate an das Halbleitersubstrat 2 (die ersten und zweiten Halbleiterabschnitte 4 und 5) über eine Durchgangskontaktierungselektrode (engl. through-via electrode) oder dergleichen geliefert. Das Halbleitersubstrat ist aus Si, die Isolationsschicht ist aus SiO2 und die Photogate-Elektrode PG und die ersten bis dritten Transferelektroden TX1, TX2 und TX3 sind aus Polysilicium, können jedoch aus anderen Materialien bestehen.
  • Die Phase des ersten Transfersignals STX1, das an den ersten Transferelektroden TX1 angelegt wird, und die Phase des zweiten Transfersignals STX2, das an den zweiten Transferelektroden TX2 angelegt wird, unterscheiden sich in der Phase voneinander. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Phase des ersten Transfersignals STX1 und die Phase des zweiten Transfersignals STX2 zum Beispiel um 180 Grad verschoben. Die Phase des dritten Transfersignals STX3, das an die dritten Transferelektroden TX3 angelegt wird, unterscheidet sich von den Phasen der ersten und zweiten Transfersignale STX1 und STX2. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Phase des dritten Transfersignals STX3 entgegengesetzt zu den Phasen der ersten und zweiten Transfersignale STX1 und STX2. D. h., dass das dritte Transfersignal STX3 gering ist, wenn das erste oder zweite Transfersignal STX1 oder STX2 hoch ist, und das dritte Transfersignal STX3 hoch ist, wenn das erste oder zweite Transfersignal STX1 oder STX2 gering ist.
  • Das in jedem Entfernungsmessungssensor P einfallende Licht wird in dem Halbleitersubstrat 2 (dem zweiten Halbleiterabschnitt 5) in Ladungen gewandelt. Ein Teil der gewandelten Ladungen bewegt sich, als die Signalladungen, in eine Richtung der ersten Transferelektroden TX1 oder der zweiten Transferelektroden TX2, d. h. in eine Richtung parallel zu den ersten und zweiten kurzen Seitenkanten S1 und S2 der Photogate-Elektrode PG, in Übereinstimmung mit einem Potentialgradienten, der durch eine Spannung ausgebildet wird, die an der Photogate-Elektrode PG und den ersten und zweiten Transferelektroden TX1 und TX2 angelegt wird.
  • Wenn ein positives Potential an die ersten oder zweiten Transferelektroden TX1 oder TX2 geliefert wird, wird ein Potential unterhalb der ersten oder zweiten Transferelektroden TX1 oder TX2 mit Bezug auf Elektroden geringer als ein Potential in einem Abschnitt des Halbleitersubstrats 2 (den zweiten Halbleiterabschnitt 5), der sich unterhalb der Photogate-Elektrode PG befindet. Negative Ladungen (Elektronen) werden daher in Richtung der ersten oder zweiten Transferelektroden TX1 oder TX2 gezogen, und in einem Potentialgraben gesammelt und akkumuliert, der durch die ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a und 9b ausgebildet wird. Ein n-Typ-Halbleiter enthält einen positiv ionisierten Donator und weist ein positives Potential zum Anziehen von Elektronen auf. Wenn ein Potential (zum Beispiel Massepotential), das geringer ist als das oben beschriebenen positive Potential, an die ersten oder zweiten Transferelektroden TX1 oder TX2 geliefert wird, wird eine Potentialbarriere durch die ersten oder zweiten Transferelektroden TX1 oder TX2 erzeugt. Die an dem Halbleitersubstrat 2 erzeugten Ladungen werden daher nicht in die ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a und 9b gezogen.
  • Ein Teil der Ladungen, die durch einen Lichteinfall in jedem Entfernungsmessungssensor P erzeugt wird, bewegt sich als die nicht erforderlichen Ladungen in die Richtung der dritten Transferelektroden TX3, gemäß einem Potentialgradienten, der durch eine Spannung ausgebildet wird, die an der Photogate-Elektrode PG und den dritten Transferelektroden TX3 angelegt wird.
  • Wenn ein positives Potential an die dritten Transferelektroden TX3 geliefert wird, wird ein Potential unterhalb der dritten Transferelektroden TX3 geringer als das Potential in dem Abschnitt des Halbleitersubstrats 2 (der zweite Halbleiterabschnitt 5), der sich unterhalb der Photogate-Elektrode PG befindet. Negative Ladungen (Elektronen) werden daher in Richtung der dritten Transferelektroden TX3 gezogen, und in einem Potentialgraben gesammelt, der durch die Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11 ausgebildet wird, und werden dann entladen. Wenn ein Potential (zum Beispiel Massepotential), das geringer ist als das oben beschriebene positive Potential, an den dritten Transferelektroden TX3 anliegt, wird eine Potentialbarriere durch die dritten Transferelektroden TX3 erzeugt, und die an dem Halbleitersubstrat 2 erzeugten Ladungen werden nicht in die Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11 gezogen.
  • Die 6 und 7 sind Diagramme, die jeweils ein Potentialprofil in der Umgebung der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats zeigen. 6 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Sammelbetriebs (eines Akkumulationsbetriebs) der Signalladungen. 7 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Entladebetriebs der nicht erforderlichen Ladungen. Die 6(a), 6(b) und 7(a) zeigen Potentialprofile in der Umgebung der zweiten Hauptoberfläche 2b des Halbleitersubstrats 2, entlang der in 3 dargestellten Linie IV-IV. Die 6(c) und 7(b) zeigen Potentialprofile in der Umgebung der zweiten Hauptoberfläche 2b des Halbleitersubstrats 2, entlang der in 3 dargestellten Linie V-V.
  • Die 6 und 7 zeigen ein Potential φTX1 in einem Abschnitt unmittelbar unterhalb der ersten Transferelektroden TX1, ein Potential φTX2 in einem Abschnitt unmittelbar unterhalb der zweiten Transferelektrode TX2, ein Potential φTX3 in einem Abschnitt unmittelbar unterhalb der dritten Transferelektrode TX3, ein Potential φPG in einem Ladungserzeugungsabschnitt unmittelbar unterhalb der Photogate-Elektrode PG, ein Potential φFD1 in den ersten Signalladung-Sammlungsabschnitten 9a, ein Potential φFD2 in den zweiten Signalladung-Sammlungsabschnitten 9b und Potential φOFD1 und φOFD2 in den Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitten 11. In den 6 und 7 entspricht eine Abwärtsrichtung einer positiven Richtung der Potentiale.
  • Wenn die Potentiale φTX1, φTX2, und φTX3 in den Abschnitten unmittelbar unterhalb der benachbarten ersten bis dritten Transferelektroden TX1 bis TX3 ohne eine Bias-Spannung als Referenzpotentiale definiert sind, ist das Potential φPG in dem Abschnitt (Ladungserzeugungsabschnitt) unmittelbar unterhalb der Photogate-Elektrode PG höher als die Referenzpotentiale eingestellt. Wenn Licht einfällt, bedeutet dies, dass das Potential φPG in dem Abschnitt unmittelbar unterhalb der Photogate-Elektrode PG etwas höher als ein Substratpotential eingestellt ist, aufgrund eines Potentials, das an die Photogate-Elektrode PG geliefert wird (zum Beispiel ein Zwischenpotential zwischen einem höheren Potential und einem niedrigeren Potential, geliefert an die ersten Transferelektroden TX1). Das Potenetial φPG in dem Ladungserzeugungsabschnitt ist höher als die Potentiale φTX1, φTX2, und φTX3. Das Potentialprofil weist eine Form auf, die in den Zeichnungen in dem Ladungserzeugungsabschnitt nach unten vertieft ist.
  • Der Sammlungsbetrieb (Akkumulationsbetrieb der Signalladungen wird mit Bezug auf 6 erläutert.
  • Wenn die Phase des an den ersten Transferelektroden TX1 anliegenden ersten Transfersignals STX1 0 Grad ist, wird ein positives Potential an die ersten Transferelektroden TX1 geliefert. Ein inverses Phasenpotential, d. h. ein Potential mit einer Phase von 180 Grad (zum Beispiel Massepotential) wird an die zweiten Transferelektroden TX2 geliefert. Ein Zwischenpotential zwischen dem an die ersten Transferelektroden TX1 gelieferten Potential und dem an die zweiten Transferelektroden TX2 gelieferten Potential wird an die Photogate-Elektrode PG geliefert. In diesem Fall wird das Potential φTX1 in dem Halbleiter unmittelbar unterhalb der ersten Transferelektroden TX1, wie in 6(a) dargestellt, geringer als das Potential φPG in dem Ladungserzeugungsabschnitt, und eine negative Ladung e, die in dem Ladungerzeugungsabschnitt erzeugt wird, fließt daher in den Potentialgraben der ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a.
  • Das Potential φTX2 in dem Halbleiter untmittelbar unterhalb der zweiten Transferelektroden TX2 wird nicht geringer, und die Ladung fließt nicht in den Potentialgraben der zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9b. Die Signalladungen werden daher in dem Potentialgraben der ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a gesammelt und akkumuliert. Da die ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a und 9b mit n-Typ-Störstellen dotiert sind, sind die Potentiale in der positiven Richtung vertieft.
  • Wenn die Phase des an den zweiten Transferelektroden TX2 anliegenden zweiten Transfersignals STX2 0 Grad ist, wird ein positives Potential an die zweiten Transferelektroden TX2 geliefert, und ein inverses Phasenpotential, d. h. ein Potential mit einer Phase von 180 Grad (zum Beispiel Massepotential) wird an die ersten Transferelektroden TX1 geliefert. Ein Zwischenpotential zwischen dem an die ersten Transferelektroden TX1 gelieferten Potential und dem an die zweiten Transferelektroden TX2 gelieferten Potential wird an die Photogate-Elektrode PG gegeben. Das Potential φTX2 in dem Halbleiter unmittelbar unterhalb der zweiten Transferelektroden TX2 wird in diesem Fall, wie in 6(b) dargestellt, geringer als das Potential φPG in dem Ladungserzeugungsabschnitt, und eine negative Ladung e, die in dem Ladungserzeugungsabschnitt erzeugt wird, fließt daher in den Potentialgraben der zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9b.
  • Das Potential φTX1 des Halbleiters unmittelbar unterhalb der ersten Transferelektroden TX1 wird daher nicht geringer, und die Ladung fließt nicht in den Potentialgraben der ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a. Die Signalladungen werden daher in dem Potentialgraben der zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9b gesammelt und akkumuliert.
  • Während die ersten und zweiten Transfersignale STX1 und STX2, deren Phasen voneinander um 180 Grad verschoben sind, an die ersten und zweiten Transferelektroden TX1 und TX2 angelegt werden, wird das Massepotential an die dritten Transferelektroden TX3 geliefert. Wie in 6(c) dargestellt, wird daher das Potential φTX3 des Halbleiters unmittelbar unterhalb der dritten Transferelektroden TX3 nicht geringer, und die Ladung fließt nicht in die Potentialgräben der Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11.
  • Auf diese Art und Weise werden die Signalladungen in den Potentialgräben der ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a und 9b gesammelt und akkumuliert. Die in den Potentialgräben der ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9a und 9b akkumulierten Signalladungen werden nach Außen ausgelesen.
  • Der Entladebetrieb der nicht erforderlichen Ladungen wird mit Bezug auf 7 erläutert.
  • Das Massepotential wird an die ersten und zweiten Transferelektroden TX1 und TX2 geliefert. Wie in 7(a) dargestellt, werden daher die Potentiale φTX1 und φTX2 in den Halbleitern unmittelbar unterhalb der ersten und zweiten Transferelektroden TX1 und TX2 nicht geringer, und die Ladung fließt nicht in die Potentialgräben der ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a und 9b. Ein positives Potential wird an die dritten Transferelektroden TX3 geliefert. In diesem Fall wird das Potential φTX3 in dem Halbleiter unmittelbar unterhalb der dritten Transferelektroden TX3, wie in 7(b) dargestellt, geringer als das Potential φPG in dem Ladungserzeugungsabschnitt, und eine negative Ladung e, die in dem Ladungserzeugungsabschnitt erzeugt wird, fließt daher in die Potentialgräben der Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11. Auf diese Art und Weise werden die nicht erforderlichen Ladungen in den Potentialgräben der Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11 gesammelt. Die in den Potentialgräben der Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11 gesammelten nicht erforderlichen Ladungen werden nach Außen entladen.
  • Ein Verfahren zum Berechnen des Abstands d wird jetzt mit Bezug auf 8 erläutert. 8 ist ein Zeitdiagramm verschiedener Signale. 8 zeigt verschiedene Signale in einer Periode, in der die Signalladungen gesammelt und akkumuliert werden (Akkumulationsperiode). Die Frame-Periode enthält eine Periode, in der die Signalladungen ausgelesen werden (Auslesperiode), zusätzlich zu der Akkumulationsperiode.
  • 8 zeigt das Treibersignal SD der Lichtquelle, ein Intensitätssignal SP des reflektierten Lichts Lr, das erhalten werden kann, wenn das reflektierte Licht Lr auf den Entfernungsmessungs-Bildsensor RS einfällt, das an den ersten Transferelektroden TX1 an liegende erste Transfersignal STX1, und das an den zweiten Transferelektroden TX2 angelegte zweite Transfersignal STX2. Das Treibersignal SD, das Intensitätssignal SP, das erste Transfersignal STX1 und das zweite Transfersignal STX2 sind jeweils Pulssignale mit einer Pulsbreite Tp.
  • In der Akkumulationsperiode werden bei Anlegen des Treibersignals SD an der Lichtquelle LS, synchron mit der Anwendung des Treibersignals SD, die ersten und zweiten Transfersignale STX1 und STX2 an den ersten und zweiten Transferelektroden TX1 und TX2 mit Phasen angelegt, die entgegengesetzt zueinander sind. In der vorliegenden Ausführungsform wird in einer Akkumulationsperiode das Treibersignal SD an der Lichtquelle LS zwei Mal angelegt, und die ersten und zweiten Transfersignale STX1 und STX2 werden an die ersten und zweiten Transferelektroden TX1 und TX2 jedes Mal dann angelegt, wenn das Treibersignal SD angelegt wird. Durch das Anlegen der ersten und zweiten Transfersignale STX1 und STX2 an den ersten bzw. zweiten Transferelektroden TX1 und TX2 wird ein Ladungstransfer ausgeführt, und die Signalladungen werden in den ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9a und 9b akkumuliert. D. h., dass das Treibersignal SD und die ersten und zweiten Transfersignale STX1 und STX2 nacheinander in einer Zeitreihe angelegt werden, und der Sammlungsbetrieb (Akkumulationsbetrieb) der Signalladungen ebenso nacheinander in Zeitreihen ausgeführt wird. In der Ausleseperiode werden dann die in den ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9a und 9b akkumulierten Signalladungen ausgelesen.
  • Die Ausgabesteuerung der ersten und zweiten Transfersignale STX1 und STX2 wird durch die Steuerungseinheit CONT ausgeführt. Synchron mit der Emission des Pulslichts Lp gibt die Steuerungseinheit CONT das erste Transfersignal STX1 an die ersten Transferelektroden TX1 aus, so dass die in dem Ladungserzeugungsabschnitt erzeugten Ladungen als Signalladungen in die ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a fließen können, und gibt das zweite Transfersignal STX2 an die zweiten Transferelektroden TX2 aus, so dass die in dem Ladungserzeugungsabschnitt erzeugten Ladungen als die Signalladungen in die zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9b fließen können.
  • Die Ladungsgröße Q1 entsprechend einer Überlappungsperiode des Intensitätssignals SP und des ersten Transfersignals STX1, das synchron mit dem Treibersignal SD bei einer Phasendifferenz 0 ausgegeben wird, wird in den ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9a akkumuliert. Die Ladungsgröße Q2 entsprechend einer Überlappungsperiode des Intensitätssignals SP und des zweiten Transfersignals STX2, das synchron mit dem Treibersignal SD bei einer Phasendifferenz von 180 ausgegeben wird, wird in den zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9b akkumuliert.
  • Eine Phasendifferenz Td zwischen dem Intensitätssignal SP und einem synchron mit dem Treibersignal SD bei einer Phasendifferenz von 0 ausgegebenen Signal entspricht einer Flugzeigt des Lichts. Die Phasendifferenz Td zeigt den Abstand d von dem Entfernungsmessungs-Bildsensor RS zu dem Objekt OJ an. Der Abstand d wird durch die Arithmetikeinheit ART gemäß der folgenden Gleichung (1) unter Verwendung eines Verhältnisses zwischen einer Gesamtladungsgröße QT1 der Ladungsgrößen Q1, akkumuliert in nachfolgenden Zeitreihen, und einer Gesamtladungsgröße QT2 von Ladungsgrößen Q2 berechnet. Darüber hinaus zeichnet c eine Lichtgeschwindigkeit. Abstand d = (c/2) × (TP × QT2/(QT1 + QT2)) (1)
  • D. h., dass die Arithmetikeinheit ART die jeweiligen Ladungsgrößen Q1 und Q2 der in den ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9a und 9b akkumulierten Signalladungen ausliest, und den Abstand d zu dem Objekt OJ basierend auf den ausgelesenen Ladungsgrößen Q1 und Q2 berechnet. Die Arithmetikeinheit ART berechnet hier den Abstand d zu dem Objekt OJ basierend auf den Gesamtladungsgrößen QT1 und QT2 der Signalladungen, die nacheinander in Zeitreihen in den ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9a und den zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9b akkumuliert werden.
  • Nachfolgend wird ein Auswahlbetrieb von Pixeln (Kanäle: ch), die durch die jeweiligen Entfernungsmessungssensoren P ausgebildet sind, mit Bezug auf die 9 und 10 erläutert. 9 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einem Zeitdiagramm verschiedener Signale und einem auszuwählenden Pixel. 10 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer Bewegung eines Reflexionselements und einem Pixel.
  • Signale, die in Pixeln (Kanäle 1ch bis 5ch) angewendet werden, die durch die jeweiligen Entfernungsmessungssensoren P des Entfernungsmessungs-Bildsensors RS ausgebildet sind, d. h. die ersten bis dritten Signale STX1, STX2 und STX3 sind zusammen mit dem Treibersignal SD in 9(a) dargestellt. Die Entfernungsmessungssensoren P (Kanäle 1ch bis 5ch) auf die das reflektierte Licht Lr als ein Resultat des Abtastens bzw. Scannens einer Bestrahlungsposition auf dem Objekt OJ des Pulslichts Lp einfällt, sind in 9(b) als Abschnitte angezeigt, die durch fett gedruckte Linien umgeben sind. In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 10 dargestellt, ein Abtasten der Bestrahlungsposition auf dem Objekt OJ des Pulslichts Lp derart wiederholt, dass das reflektierte Licht Lr in die Kanäle 1ch bis 5ch sequentiell in dieser Reihenfolge einfällt, und dann das reflektierte Licht Lr in die Kanäle 5ch bis 1ch sequentiell in dieser Reihenfolge einfällt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 10(a) dargestellt, ein Abtasten der Bestrahlungsposition auf dem Objekt OJ des Pulslichts Lp derart wiederholt, dass das reflektierte Licht Lr in die Kanäle 1ch bis 5ch sequentiell in dieser Reihenfolge einfällt, und dann das reflektierte Licht Lr in die Kanäle 5ch bis 1ch sequentiell in dieser Reihenfolge einfällt. 10(a) zeigt schematisch die Bewegung des Reflexionselements MR als ein Liniendiagramm. 10(b) zeigt die Entfernungsmessungssensoren P (Kanäle 1ch bis 5ch), in die das reflektierte Licht Lr einfällt, in Zeitreihen als gestrichelte Abschnitte. 10(b) zeigt Entfernungsmessungssensoren P (Kanäle 1ch bis 5ch), aus denen die Gesamtladungsgrößen QT1 und QT2 ausgelesen werden, in c Zeitreihen als Abschnitte, die durch fett gedruckte Linien umgeben sind.
  • Die Pixel (Kanäle 1ch bis 5ch), in die das reflektierte Licht Lr einfällt, variieren gemäß der Bestrahlungsposition auf dem Objekt OJ des Pulslichts Lp. Wenn zum Beispiel, wie in 9(b) gezeigt, das reflektierte Licht Lr in den Entfernungsmessungssensor P einfällt, der das Pixel entsprechend dem Kanal 1ch ausbildet, gibt die Auswahleinheit SEL die ersten bis dritten Transfersignale STX1, STX2 und STX3 an den Entfernungsmessungssensor P derart aus, dass der oben beschriebene Sammlungsbetrieb (Akkumulationsbetrieb) der Signalladungen in dem Entfernungsmessungssensor P ausgeführt wird, der das Pixel entsprechend dem Kanal 1ch ausbildet. Wenn zum Beispiel das reflektierte Licht Lr in den Entfernungsmessungssensor P einfällt, der das Pixel entsprechend dem Kanal 5ch ausbildet, gibt die Auswahleinheit SEL die ersten bis dritten Transfersignale STX1, STX2 und STX3 an den Entfernungsmessungssensor P derart aus, dass der oben beschriebene Sammlungsbetrieb (Akkumulationsbetrieb) der Signalladungen in dem Entfernungsmessungssensor P ausgeführt wird, der das Pixel entsprechend dem Kanal 5ch ausbildet. D. h., dass die Auswahleinheit SEL aus der Vielzahl von Pixeln (Kanäle 1ch bis 5ch) das Pixel auswählt, aus dem die Signale auszulesen sind, gemäß der Bestrahlungsposition auf dem Objekt OJ des Pulslichts Lp.
  • Die Arithmetikeinheit ART liest Signale aus dem Pixel aus, das durch die Auswahleinheit SEL ausgewählt wird, und berechnet den Abstand zu dem Objekt OJ für jedes Pixel. In der vorliegenden Ausführungsform führt die Arithmetikeinheit ART ein kollektives Auslesen der Signalladungen durch, die durch eine Hin- und Herbewegung (engl. reciprocation) des Abtastens bzw. Scannens erzeugt werden, d. h. die Signalladungen, die dadurch erzeugt werden, dass das reflektierte Licht Lr zwei Mal auf die Entfernungsmessungssensoren P einfällt, die Pixel entsprechend der jeweiligen Kanäle 1ch bis 5ch zwei Mal ausbilden, und durch das zwei Malige Auftreten des reflektierten Lichts Lr erzeugt werden. Die Arithmetikeinheit ART liest daher zwei Gesamtladungsgrößen QT1 und QT2 in einer Ausleseperiode aus.
  • Die Auswahleinheit SEL gibt die ersten bis dritten Transfersignale STX1, STX2 und STX3 an den Entfernungsmessungssensor P derart aus, dass der oben beschriebene Entladebetrieb der nicht erforderlichen Ladungen in dem Entfernungsmessungssensor P ausgeführt wird, der die Pixel (Kanäle 1ch bis 5ch) ausbildet, in die das reflektierte Licht Lr nicht einfällt. D. h., dass in dem Entfernungsmessungssensor P, in den das reflektierte Licht Lr nicht einfällt, die erzeugten Ladungen entladen werden, so dass die Ladungen nicht akkumulieren.
  • Auf diese Art und Weise gibt die Auswahleinheit SEL (die Steuerungseinheit CONT) in der vorliegenden Ausführungsform das erste Transfersignal STX1 an die ersten Transferelektroden TX1 des Entfernungsmessungssensors P aus, der die Pixel (Kanäle 1ch bis 5ch) entsprechend der Bestrahlungsposition des Pulslichts Lp ausbildet, so dass die Signalladungen in die ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a des Entfernungsmessungssensors P fließen können. Die Auswahleinheit SEL gibt das zweite Transfersignal STX2 an die zweiten Transferelektroden TX2 des oben beschriebenen Entfernungsmessungssensors P entsprechend der Bestrahlungsposition des Pulslichts Lp aus, so dass die Signalladungen in die zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9b des Entfernungsmessungssensors P fließen können. D. h., dass die Ladungen, die erzeugt werden in dem Ladungserzeugungsabschnitt (dem Abschnitt, der sich unterhalb der Photogate-Elektrode PG befindet) des Entfernungsmessungssensors P, ausgewählt durch die Auswahleinheit SEL, an die ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a und die zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9b als die Signalladungen verteilt werden, und die Signalladungen in den entsprechenden Abschnitten 9a und 9b gesammelt werden.
  • Die Auswahleinheit SEL (die Steuerungseinheit CONT) gibt das dritte Transfersignal STX3 an die dritten Transferelektroden TX3 des Entfernungsmessungssensors P mit Ausnahme des oben beschriebenen Entfernungsmessungssensors P aus, entsprechend einer Bestrahlungsposition des Pulslichts Lp, so dass nicht erforderliche Ladungen in die Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11 des Entfernungsmessungssensors P fließen können. D. h., dass in dem Entfernungsmessungssensor P mit Ausnahme des Entfernungsmessungssensors P, in dem die Signalladungen gesammelt werden, die in dem Ladungserzeugungsabschnitt (dem Abschnitt, der sich unterhalb der Photogate-Elektrode PG befindet) des Entfernungsmessungssensors P erzeugten Ladungen von dem Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitt 11 als nicht erforderliche Ladungen entladen werden. Die Arithmetikeinheit ART liest Signale entsprechend den jeweiligen Größen der Signalladungen aus, die in den ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9a und 9b des durch die Auswahleinheit SEL ausgewählten Entfernungsmessungssensors P gesammelt werden, und berechnet den Abstand zu dem Objekt OJ basierend auf dem Verhältnis zwischen der Größe bzw. Anzahl der Signalladungen, die in den ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9a gesammelt werden, und der Größe bzw. Anzahl der Signalladungen, die in den zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9b gesammelt werden.
  • In dem Entfernungsmessungssensor P mit Ausnahme des Entfernungsmessungssensors P, in dem die Signalladungen gesammelt werden, werden die Ladungen, die in dem Ladungserzeugungsabschnitt (dem Abschnitt, der sich unterhalb der Photogate-Elektrode PG befindet) des Entfernungsmessungssensors P erzeugten Ladungen vor diesem Hintergrund als nicht erforderliche Ladungen entladen. Eine Ladungsgröße, die auf nicht erforderlichen Ladungen basiert, kann daher mit Schwierigkeiten in der Berechnung des Abstands zu dem Objekt OJ wiedergegeben werden. Die Entfernungsmessungsvorrichtung 1 kann daher den Abstand geeignet und genau messen. Gemäß der Entfernungsmessungsvorrichtung 1 kann ein Entfernungsmessungsbild mit einer unterdrückten Bewegungsverzerrung erhalten werden, selbst dann, wenn es sich bei dem Objekt OJ um einen beweglichen Körper handelt.
  • Im Folgenden wird ein modifiziertes Beispiel der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf die 11 und 12 beschrieben. 11 ist ein Diagramm zum Darstellen einer Beziehung zwischen einem Zeitdiagramm verschiedener Signale und einem auszuwählenden Pixel, gemäß diesem modifizierten Beispiel. 12 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer Bewegung eines Reflexionselements und einem Pixel gemäß diesem modifizierten Beispiel.
  • In der 11(a), vergleichbar zu 9(a), sind die ersten bis dritten Transfersignale STX1, STX2 und STX3, die in Pixeln (Kanäle 1ch bis 5ch) angelegt werden, die durch die jeweiligen Entfernungsmessungssensoren P ausgebildet werden, zusammen mit dem Treibersignal SD dargestellt. In 11(b) sind, vergleichbar zu 9(b), die Entfernungsmessungssensoren P (Kanäle 1ch bis 5ch), in die das reflektierte Licht Lr aufgrund des Abtastens des Pulslichts Lp einfällt, als Abschnitte gezeigt, die durch fett gedruckte Linien umgeben sind. Auch in diesem modifizierten Beispiel wird, wie in 12 dargestellt, ein Abtasten bzw. Scannen der Bestrahlungsposition auf dem Objekt OJ des Pulslichts Lp derart wiederholt, dass das reflektierte Licht Lr in die Kanäle 1ch bis 5ch sequentielle in dieser Reihenfolge einfällt, und dann das reflektierte Licht Lr in die Kanäle 5ch bis 1ch sequentiell in dieser Reihenfolge einfällt.
  • Auch in diesem modifizierten Beispiel wird, wie in 12(a) gezeigt, ein Abtasten bzw. Scannen der Bestrahlungsposition auf dem Objekt OJ des Pulslichts LP derart wiederholt, dass das reflektierte Licht Lr in die Kanäle 1ch bis 5ch sequentiell in dieser Reihenfolge einfällt, und dann das reflektierte Licht Lr in die Kanäle 5ch bis 1ch sequentiell in dieser Reihenfolge einfällt. Vergleichbar zu 10(a) zeigt 12(a) schematisch die Bewegung des Reflexionselements MR als ein Liniendiagramm. 12(b) zeigt die Entfernungsmessungssensoren P (Kanäle 1ch bis 5ch), in die das reflektierte Licht Lr einfällt, in Zeitreihen als gestrichelte Abschnitte. 12(b) zeigt Entfernungsmessungssensoren P (Kanäle 1ch bis 5ch), aus denen Ladungsgrößen zu Zeitpunkten ausgelesen werden, zu denen das reflektierte Licht Lr nicht einfällt, in Zeitreihen als Abschnitte, die durch fett gedruckte Linien umgeben sind.
  • Wenn zum Beispiel, wie in 11(b) gezeigt, das reflektierte Licht LR in den Entfernungsmessungssensor P einfällt, der das Pixel entsprechend dem Kanal 1ch ausbildet, gibt die Auswahleinheit SEL die ersten bis dritten Transfersignale STX1, STX2 und STX3 an den Entfernungsmessungssensor P derart aus, dass der oben beschriebene Sammlungsbetrieb (Akkumulationsbetrieb) der Signalladungen in dem Entfernungsmessungssensor P ausgeführt wird, der das Pixel entsprechend dem Kanal 1ch ausbildet.
  • Vor dem Sammlungsbetrieb der Signalladungen, zu einem Zeitpunkt, zu dem das reflektierte Licht Lr nicht in den Entfernungsmessungssensor P einfällt, der das Pixel entsprechend dem Kanal 1ch ausbildet, gibt die Auswahleinheit SEL die ersten bis dritten Transfersignale STX1, STX2 und STX3 an den Entfernungsmessungssensor P derart aus, dass der Sammlungsbetrieb (Akkumulationsbetrieb) der Ladungen ausgeführt wird. Der Zeitpunkt, zu dem das reflektierte Licht Lr nicht in den Entfernungsmessungssensor P einfällt, der das Pixel entsprechend dem Kanal 1ch ausbildet, entspricht einem Zeitpunkt, zu dem das Pulslicht Lp nicht auf die Bestrahlungsposition emittiert wird, an der das reflektierte Licht Lr in den Entfernungsmessungssensor P einfällt. Die Ladungen, die zu einem Zeitpunkt gesammelt werden, zu dem das reflektierte Licht Lr nicht einfällt, sind Ladungen, die durch ein Hintergrundlicht oder ein Umgebungslicht erzeugt werden, wie zum Beispiel ein Teil des reflektierten Lichts Lr, das in die Entfernungsmessungssensoren P einfällt, die die Pixel entsprechend anderer Kanäle 2ch bis 5ch ausbilden, und sind Rauschkomponenten für die Signalladungen.
  • Die Auswahleinheit SEL gibt gleichermaßen die ersten bis dritten Transfersignale STX1, STX2 und STX3 an entsprechende Entfernungsmessungssensoren P der Kanäle 2ch bis 5ch mit Ausnahme des Kanals 1ch aus, um den Sammlungsbetrieb der Signalladungen auszuführen, und den Sammlungsbetrieb der Ladungen, der vor dem Sammlungsbetrieb der Signalladungen ausgeführt wird. Die durch den Sammlungsbetrieb vor dem Sammlungsbetrieb der Signalladungen gesammelten Ladungen werden in den ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9a und den zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9b vergleichbar zu den Signalladungen gesammelt. Die Zeitpunkte, zu denen das reflektierte Licht Lr auf die Entfernungsmessungssensoren P einfällt, die die Pixel entsprechend der jeweiligen Kanäle 1chc bis 5ch ausbilden, sind Zeitpunkte, die sich von einem Zeitpunkt unterscheiden, zu dem die Signalladungen in die ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a und 9b fließen können.
  • Die Arithmetikeinheit ART liest Signale aus dem durch die Auswahleinheit SEL ausgewählten Pixel aus, und berechnet den Abstand zu dem Objekt OJ für jedes Pixel. In diesem modifizierten Beispiel liest die Arithmetikeinheit ART, für jeden der Entfernungsmessungssensoren P, die die Pixel entsprechend den jeweiligen Kanälen 1ch bis 5ch ausbilden, Ladungsgrößen Q1 und Q2 aus, die auf dem Sammlungsbetrieb von Signalladungen basieren, und Ladungsgrößen, die auf dem Sammlungsbetrieb von Ladungen basieren, der vor dem Sammlungsbetrieb von Signalladungen ausgeführt wird. Die Arithmetikeinheit ART berechnet den Abstand zu dem Objekt OJ basierend auf einem Verhältnis zwischen einer Ladungsgröße (Q1 – q1) erhalten durch Subtrahieren einer Ladungsgröße q1, die in den ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9a durch den Sammlungsbetrieb der Ladungen gesammelt werden, der vor dem Sammlungsbetrieb der Signalladungen ausgeführt wird, von der Ladungsgröße Q1, die auf dem Sammlungsbetrieb der Signalladungen basiert, und einer Ladungsgröße (Q2 – q2), die erhalten wird durch Subtrahieren einer Ladungsgröße q2, die in den zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9b durch den Sammlungsbetrieb der Ladungen gesammelt wird, der vor dem Sammlungsbetrieb der Signalladungen ausgeführt wird, von der Ladungsgröße Q2, die auf dem Sammlungsbetrieb der Signalladungen basiert.
  • Auch in diesem modifizierten Beispiel gibt die Auswahleinheit SEL die ersten bis dritten Transfersignale STX1, STX2 und STX3 derart aus, dass der oben beschriebene Entladungsbetrieb von nicht erforderlichen Ladungen in Entfernungsmessungssensoren P ausgeführt wird, mit Ausnahme des Entfernungsmessungssensors P, der den oben beschriebenen Sammlungsbetrieb von Ladungen vor dem Sammlungsbetrieb von Signalladungen ausführt, aus Entfernungsmessungssensoren P, die Pixel (Kanäle 1ch bis 5ch) ausbilden, in die das reflektierte Licht Lr nicht einfällt, an die Entfernungsmessungssensoren P. In den Entfernungsmessungssensoren P, in die das reflektierte Licht Lr nicht einfällt, und die den Sammlungsbetrieb der Ladungen vor dem Sammlungsbetrieb der Signalladungen nicht ausführen, werden die erzeugten Ladungen entladen, so dass die Ladungen nicht akkumulieren.
  • In diesem modifizierten Beispiel gibt die Auswahleinheit SEL (die Steuerungseinheit CONT) in dem ausgewählten Entfernungsmessungssensor P das erste Transfersignal STX1 an die ersten Transferelektroden TX1 des Entfernungsmessungssensors P aus, so dass die Ladungen in die ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a fließen können, vor dem Einfluss der Signalladungen in die ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a und 9b, zu einem Zeitpunkt, zu dem das Pulslicht Lp nicht von der Lichtquelle Ls emittiert wird. In dem oben beschriebenen ausgewählten Entfernungsmessungssensor P gibt die Auswahleinheit SEL das zweite Transfersignal STX2 an die zweiten Transferelektroden TX2 des Entfernungsmessungssensors P aus, so dass die Ladungen in die zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9b fließen können, vor dem Einfluss der Signalladungen in die ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a und 9b, zu einem Zeitpunkt, zu dem das Pulslicht nicht von der Lichtquelle Ls emittiert wird. D. h., dass in dem Ladungserzeugungsabschnitt (dem Abschnitt, der sich unterhalb der Photogate-Elektrode PG befindet) des Entfernungsmessungssensors P, der durch die Auswahleinheit SEL ausgewählt wird, die Ladungen, die nicht durch die Emission des Pulslichts Lp entsprechend dem Entfernungsmessungssensors P erzeugt werden, in die ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a und die zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9b verteilt werden, und in den entsprechenden Abschnitten 9a und 9b gesammelt werden.
  • Die Arithmetikeinheit ART berechnet einen Abstand zu dem Objekt OJ basierend auf einem Verhältnis zwischen einer Größe (Q1 – q1) von Signalladungen, die in den ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9a gesammelt werden, die erhalten wird durch Subtrahieren einer Größe q1 von Ladungen, die in den ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9a zu einem Zeitpunkt gesammelt werden, zu dem das Pulslicht Lp nicht von der Lichtquelle Ls emittiert wird, und einer Größe (Q2 – q2) von Signalladungen, die in den zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9b gesammelt werden, die erhalten wird durch Subtrahieren einer Größe q2 von Ladungen, die in den zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten 9b zu einem Zeitpunkt gesammelt werden, zu dem das Pulslicht Lp nicht von der Lichtquelle Ls emittiert wird. Durch Subtrahieren von Ladungen, die nicht durch die Emission des Pulslichts Lp entsprechend dem ausgewählten Entfernungsmessungssensor P erzeugt werden, ist, mit anderen Worten, eine Ladungsgröße, die auf dem oben beschriebenen Umgebungslicht basiert, schwierig in der Berechnung des Abstands zu dem Objekt OJ wiederzugeben. In diesem modifizierten Beispiel kann die Abstandsmessung daher besser und genauer ausgeführt werden.
  • Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und das modifizierte Beispiel der Ausführungsform wurden oben erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht notwendigerweise auf die oben beschriebene Ausführungsform begrenzt, und verschiedene Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • In der oben beschriebenen Ausführungsform und dem modifizierten Beispiel enthält jeder Entfernungsmessungssensor P, zum Beispiel, Paar erster Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a, zweiter Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9b, Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11, erster Transferelektroden TX1, zweiter Transferelektroden TX2 und dritter Transferelektroden TX3. Die Anzahl erster Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a, zweiter Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9b, Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11 und erster bis dritter Transferelektroden TX1, TX2 und TX3, die in jedem Entfernungsmessungssensor P enthalten sind, ist nicht darauf beschränkt. Die Anzahl erster Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a, zweiter Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9b, Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitte 11 und erster bis dritter Transferelektroden TX1, TX2 und TX3, die in jedem Entfernungsmessungssensor P enthalten sind, können eins, drei oder mehr sein. Die Anzahl von Entfernungsmessungssensoren P, die in dem Entfernungsmessungs-Bildsensor RS enthalten sind, ist nicht auf fünf beschränkt, und es ist nur erforderlich, dass diese in der Vielzahl sind. In der vorliegenden Ausführungsform und diesem modifizierten Beispiel ist die Anzahl von Pixeln (Entfernungsmessungssensoren P), die durch die Auswahleinheit SEL ausgewählt werden, eins. Die Anzahl kann jedoch zwei oder mehr sein.
  • In der vorliegenden Ausführungsform und diesem modifizierten Beispiel wird der Lichtpfad des Pulslichts Lp, das von der Lichtquelle LS emittiert wird unter Verwendung des Reflexionselements MR geändert, und die Bestrahlungsposition auf dem Objekt OJ des Pulslichts Lp wird abgetastet. Die Konfiguration ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Bestrahlungsposition auf dem Objekt OJ des Pulslichts Lp kann durch Bewegung der Lichtquelle LS ohne Verwendung des Reflexionselements MR abgetastet werden.
  • In diesem modifizierten Beispiel gibt die Auswahleinheit SEL (die Steuerungseinheit CONT) die ersten und zweiten Transfersignale STX1 und STX2 aus, so dass die Ladungen in die ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a und 9b fließen können, vor dem Einfluss der Signalladungen in die ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a und 9b, zu einem Zeitpunkt, zu dem das Pulslicht Lp nicht von der Lichtquelle emittiert wird. Die Konfiguration ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Auswahleinheit SEL (die Steuerungseinheit CONT) kann die ersten und zweiten Transfersignale STX1 und STX2 ausgeben, so dass die Ladungen in die ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a und 9b fließen können, nach dem Einfluss der Signalladungen in die ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte 9a und 9b, und zu einem Zeitpunkt, zu dem das Pulslicht Lp nicht von der Lichtquelle LS emittiert wird.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird in jedem Entfernungsmessungssensor P die durch zwei Sammlungsoperationen (Akkumulationsoperationen) gesammelten Ladungsgrößen in Zeitreihen kontinuierlich ausgelesen. Die Konfiguration ist jedoch nicht darauf beschränkt. In jedem Entfernungsmessungssensor P kann die Ladungsgröße kontinuierlich in Zeitreihen ausgewählt werden, die durch drei oder mehr Sammlungsoperationen (Akkumulationsoperationen) gesammelt werden. Auf diese Art und Weise wird die Größe bzw. Anzahl der gesammelten Ladungen auch in Übereinstimmung mit der Erhöhung der Anzahl von Sammlungsoperation erhöht, so dass eine ausreichende Signalgröße sichergestellt wird. Die ausreichende Signalgröße wird selbstverständlich durch die Ladungsgröße sichergestellt, die in zwei Sammlungsoperationen gesammelt werden.
  • Der Entfernungsmessungs-Bildsensor RS ist nicht auf einen Linien- bzw. Zeilensensor beschränkt, bei dem die Vielzahl von Entfernungsmessungssensoren P eindimensional angeordnet sind. Der Entfernungsmessungs-Bildsensor RS kann ein Linien- bzw. Zeilensensor sein, in dem die Vielzahl von Entfernungsmessungssensoren P zweidimensional angeordnet sind. In diesem Fall kann ein zweidimensionales Bild leicht erhalten werden.
  • Der Entfernungsmessungs-Bildsensor RS ist nicht auf einen von vorn beleuchteten Entfernungsmessungs-Bildsensor beschränkt. Der Entfernungsmessungs-Bildsensor RS kann ein von hinten beleuchteter Entfernungsmessungs-Bildsensor sein.
  • Ein Ladungserzeugungsabschnitt, der die Ladungen in Übereinstimmung mit einem Lichteinfall erzeugt, kann eine Photodiode enthalten (zum Beispiel, eine eingebettete Photodiode).
  • Die p-Typ- und n-Typ-Leitfähigkeitstypen in dem Entfernungsmessungs-Bildsensor RS gemäß der vorliegenden Ausführungsform können gegenseitig ersetzt werden, so dass die in der obigen Beschreibung angegebene invertiert wird.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung kann in einer Entfernungsmessungsvorrichtung zum Messen eines Abstands zu einem Objekt verwendet werden.
  • Liste der Bezugszeichen
    • 1: Entfernungsmessungsvorrichtung, 9a: erster Signalladungs-Sammlungsabschnitt, 9b: zweiter Signalladungs-Sammlungsabschnitt, 11: Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitt, A: eindimensionale Richtung, ART: Arithmetikeinheit, CONT: Steuerungseinheit, DRV: Treibereinheit, Lp: Pulslicht, Lr: reflektiertes Licht, LS: Lichtquelle, MR: Reflexionselement, OJ: Objekt, P: Entfernungsmessungssensor, PG: Photogate-Elektrode, Pi: Bestrahlungsposition, RS: Entfernungsmessungs-Bildsensor, SEL: Auswahleinheit, STX1: erstes Transfersignal, STX2: zweites Transfersignal, STX3: drittes Transfersignal, TX1: erste Transferelektrode, TX2: zweite Transferelektrode, TX3: dritte Transferelektrode.

Claims (2)

  1. Entfernungsmessungsvorrichtung, umfassend: eine Abtasteinheit zum Abtasten einer Bestrahlungsposition an einem Objekt von Pulslicht, das von einer Lichtquelle emittiert wird; eine Lichtempfangseinheit mit einer Vielzahl von Pixeln, die in einer eindimensionalen Richtung angeordnet sind, und in die reflektiertes Licht des von dem Objekt reflektierten Pulslichts einfällt; eine Auswahleinheit zum Auswählen, aus der Vielzahl von Pixeln, eines Pixels, von dem ein Signal auszulesen ist, in Übereinstimmung mit der Bestrahlungsposition des durch die Abtasteinheit abgetasteten Pulslichts; und eine Arithmetikeinheit zum Auslesen eines Signals aus dem durch die Auswahleinheit ausgewählten Pixels, und zum Berechnen eines Abstands zu dem Objekt, wobei jede der Vielzahl von Pixeln enthält: einen Ladungserzeugungsabschnitt zum Erzeugen von Ladungen in Übereinstimmung mit einem einfallenden Licht; erste und zweite Signalladungs-Sammlungsabschnitte, die entfernt von dem Ladungserzeugungsabschnitt angeordnet sind, und zum Sammeln der in dem Ladungserzeugungsabschnitt erzeugten Ladungen als Signalladungen; einen Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitt, der von dem Ladungserzeugungsabschnitt entfernt angeordnet ist, und zum Entladen der in dem Ladungserzeugungsabschnitt erzeugten Ladungen als nicht erforderliche Ladungen; eine erste Transferelektrode, die zwischen dem ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitt und dem Ladungserzeugungsabschnitt angeordnet ist, und zum Ermöglichen, dass die in dem Ladungserzeugungsabschnitt erzeugten Ladungen in den ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitt als die Signalladungen fließen können, in Übereinstimmung mit einem ersten Transfersignal; eine zweite Transferelektrode, die zwischen dem zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitt und dem Ladungserzeugungsabschnitt angeordnet ist, und zum Ermöglichen, dass die in dem Ladungserzeugungsabschnitt erzeugten Ladungen in den zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitt als die Signalladungen fließen können, in Übereinstimmung mit einem zweiten Transfersignal, das sich in einer Phase von dem ersten Transfersignal unterscheidet; und eine dritte Transferelektrode, die zwischen dem Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitt und dem Ladungserzeugungsabschnitt angeordnet ist, und zum Erlauben, dass in dem Ladungserzeugungsabschnitt erzeugten Ladungen in den Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitt als die nicht erforderlichen Ladungen fließen können, in Übereinstimmung mit einem dritten Transfersignal, das sich in einer Phase von dem ersten und zweiten Transfersignal unterscheidet, wobei, in Übereinstimmung mit einer Bestrahlungsposition des durch die Abtasteinheit abgetasteten Pulslichts, die Auswahleinheit das erste Transfersignal an die erste Transferelektrode ausgibt und das zweite Transfersignal an die zweite Transferelektrode ausgibt, um zu ermöglichen, dass die Signalladungen in die ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte des Pixels entsprechend der Bestrahlungsposition fließen können, unter der Vielzahl von Pixeln, und das dritte Transfersignal an die dritte Transferelektrode ausgibt, um zu erlauben, dass die nicht erforderlichen Ladungen in den Nicht-Erforderliche-Ladungen-Entladungsabschnitt des Pixels mit Ausnahme des Pixels entsprechend der Bestrahlungsposition fließen können, unter der Vielzahl von Pixeln, und wobei die Arithmetikeinheit Signale entsprechend jeweiliger Größen der Signalladungen ausgibt, die in den ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitten des Pixels gesammelt werden, das durch die Auswahleinheit ausgewählt wird, und einen Abstand zu dem Objekt auf Grundlage eines Verhältnisses zwischen der Größe der Signalladungen, gesammelt in dem ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitt, und der Größe der Signalladungen, gesammelt in dem zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitt, berechnet.
  2. Entfernungsmessungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei in dem ausgewählten Pixel, die Auswahleinheit das erste Transfersignal an die erste Transferelektrode ausgibt, und das zweite Transfersignal an die zweite Transferelektrode ausgibt, um zu ermöglichen, dass Ladungen in den ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitt fließen, zu einem Zeitpunkt, der sich von einem Zeitpunkt unterscheidet, zu dem die Signalladungen in die ersten und zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitte fließen können, und zu einem Zeitpunkt, zu dem das Pulslicht nicht von der Lichtquelle emittiert wird, und wobei die Arithmetikeinheit einen Abstand zu dem Objekt basierend auf einem Verhältnis zwischen einer Größe von Signalladungen, gesammelt in dem ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitt, die erhalten wird durch Subtrahieren einer Größe von in dem ersten Signalladungs-Sammlungsabschnitt gesammelten Ladungen zu einem Zeitpunkt, zu dem das Pulslicht nicht von der Lichtquelle emittiert wird, und einer Größe von Signalladungen, die in dem zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitt gesammelt werden, die erhalten wird durch Subtrahieren einer Größe von in dem zweiten Signalladungs-Sammlungsabschnitt gesammelten Ladungen zu dem Zeitpunkt, zu dem das Pulslicht nicht von der Lichtquelle emittiert wird.
DE112015002711.4T 2014-06-09 2015-05-28 Abstandsmessungsvorrichtung Pending DE112015002711T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-118623 2014-06-09
JP2014118623A JP6386798B2 (ja) 2014-06-09 2014-06-09 測距装置
PCT/JP2015/065458 WO2015190308A1 (ja) 2014-06-09 2015-05-28 測距装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112015002711T5 true DE112015002711T5 (de) 2017-02-23

Family

ID=54833410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112015002711.4T Pending DE112015002711T5 (de) 2014-06-09 2015-05-28 Abstandsmessungsvorrichtung

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11054522B2 (de)
JP (1) JP6386798B2 (de)
KR (1) KR102291769B1 (de)
CN (1) CN106461781B (de)
CH (1) CH711394B1 (de)
DE (1) DE112015002711T5 (de)
WO (1) WO2015190308A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10816667B2 (en) 2016-02-16 2020-10-27 Sony Corporation Imaging apparatus and imaging control method

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3232224B1 (de) * 2016-04-12 2018-06-13 Sick Ag Entfernungsmessender optoelektronischer sensor und verfahren zur erfassung und abstandsbestimmung von objekten
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
JP6659447B2 (ja) * 2016-05-02 2020-03-04 浜松ホトニクス株式会社 距離センサ
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
JP2020009883A (ja) * 2018-07-06 2020-01-16 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 受光素子、測距モジュール、および、電子機器
EP3614174B1 (de) 2018-08-21 2021-06-23 Omron Corporation Distanzmessvorrichtung und distanzmessverfahren
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

Family Cites Families (17)

* 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
JP4613406B2 (ja) * 1999-11-05 2011-01-19 株式会社デンソー 受光素子、距離測定装置及び距離・画像測定装置
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
US7781811B2 (en) 2005-08-30 2010-08-24 National University Corporation Shizuoka University Semiconductor range-finding element and solid-state imaging device
JP3956991B2 (ja) * 2006-01-20 2007-08-08 ソニー株式会社 撮像装置
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
JP2008122223A (ja) * 2006-11-13 2008-05-29 Suzuki Motor Corp 距離計測装置
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
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
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
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
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
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
WO2013121267A1 (en) 2012-02-15 2013-08-22 Mesa Imaging Ag Time of flight camera with stripe illumination
EP2955539B1 (de) * 2014-06-12 2018-08-08 Delphi International Operations Luxembourg S.à r.l. Vorrichtung zur Distanzmessung
US10890649B2 (en) * 2016-08-11 2021-01-12 Qualcomm Incorporated System and method for measuring reference and returned light beams in an optical system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10816667B2 (en) 2016-02-16 2020-10-27 Sony Corporation Imaging apparatus and imaging control method

Also Published As

Publication number Publication date
CH711394B1 (de) 2018-03-15
KR20170015941A (ko) 2017-02-10
JP2015232452A (ja) 2015-12-24
WO2015190308A1 (ja) 2015-12-17
JP6386798B2 (ja) 2018-09-05
KR102291769B1 (ko) 2021-08-23
CN106461781A (zh) 2017-02-22
US11054522B2 (en) 2021-07-06
US20170115392A1 (en) 2017-04-27
CN106461781B (zh) 2020-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112015002711T5 (de) Abstandsmessungsvorrichtung
DE112012006401B4 (de) Bereichssensor und Bereichsbildsensor
DE69835240T2 (de) Photonendetektor in form einer pixel-matrix
DE112015005053B4 (de) Laufzeitabstandsmessvorrichtung und verfahren für eine solche
EP2743724B1 (de) TOF Entfernungssensor sowie Verfahren zum Betrieb
CH711639B1 (de) Abstandsmessverfahren und Abstandsmessvorrichtung.
DE102014108310B4 (de) Optisches Laufzeitsystem
DE112019003597T5 (de) Photodetektionsvorrichtung, Halbleiter-Photodetektionselement und Verfahren zum Ansteuern eines Halbleiter-Photodetektionselements
DE102011076635B3 (de) Detektor zur Detektion elektromagnetischer Strahlung mit Transfersteuerelektrode und Abflusssteuerelektrode
DE112010003984B4 (de) Photoelektrisches Umwandlungselement, Lichtempfangseinrichtung, Lichtempfangssystem und Abstandsmesseinrichtung
DE102014113037B4 (de) Bildgebende Schaltungen und ein Verfahren zum Betrieb einer bildgebenden Schaltung
DE112017000381T5 (de) Eine Detektorvorrichtung mit Majoritätsstrom und Isolationsmittel
DE102016209319A1 (de) Pixelzelle für einen Sensor sowie entsprechender Sensor
DE102012204512A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Phasenmessung eines modulierten Lichts
WO2013087608A1 (de) Halbleiterbauelement mit trench gate
DE112017002292T5 (de) Abstandssensor und Ansteuerverfahren eines Abstandssensors
CH711151B1 (de) Entfernungsabbildungssensor.
DE102013208804B4 (de) Lichtlaufzeitsensor mit zuschaltbarer Hintergrundlichtunterdrückung
CH709088B1 (de) Distanzsensor und Distanzbildsensor.
DE112017002290T5 (de) Abstandssensor
EP2942812B1 (de) Detektoranordnung und entsprechendes betriebsverfahren
DE102013208805B4 (de) Lichtlaufzeitsensor mit Zwischenspeicher
DE112012005967T5 (de) Bereichssensor und Bereichsbildsensor
DE102012109548B4 (de) Auslesegate
DE102013102061A1 (de) Subpixel

Legal Events

Date Code Title Description
R082 Change of representative

Representative=s name: HOFFMANN - EITLE PATENT- UND RECHTSANWAELTE PA, DE

R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication