DE112015003846T5 - Abstandsmessverfahren und Abstandsmessvorrichtung - Google Patents

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Mitsuhito Mase
Akihiro Shimada
Jun Hiramitsu
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Abstract

Ein Abstandsmessverfahren verwendet eine Lichtquelle LS und einen Abstandssensor P(m, n). Der Abstandssensor P(m, n) beinhaltet eine ladungserzeugende Fläche und erste und zweite ladungsakkumulierende Flächen FD1, FD2. In der ladungserzeugenden Fläche erzeugte Ladungen werden während einer ersten Periode T1 an die erste ladungsakkumulierende Fläche FD1 transferiert, um so in der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 akkumuliert zu werden, und die zweite ladungsakkumulierende Fläche FD2 während einer zweiten Periode T2, um so in der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche FD2 akkumuliert zu werden. Eine Distanz d zu einem Objekt OJ wird basierend auf einer Menge von Ladungen Q1, die in der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 akkumuliert sind, und eine Menge an Ladungen Q2, die in der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche FD2 akkumuliert sind, arithmetisiert. Wenn Impulslicht Lp aus der Lichtquelle LS emittiert wird, wird das Impulslicht Lp, dessen lichtintensitätsstabile Periode TS innerhalb der Emissionsperiode TT des Impulslichts Lp vorab eingestellt wird, länger als jede der ersten und zweiten Perioden T1, T2 zu sein, die aus der Lichtquelle LS emittiert werden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abstandsmessverfahren und eine Abstandsmessvorrichtung.
  • Hintergrund
  • Bekannte Abstandsmessvorrichtungen beinhalten Distanzsensoren vom Flugzeit-(TOF, time-of-flight)Typ (siehe beispielsweise Patentliteratur 1). Eine Abstandsmessvorrichtung, die in Patentliteratur 1 offenbart ist, beinhaltet einen Distanzsensor, der mit einer Lichtempfangsschicht, einer Foto-Gatter-Elektrode zum Übertragen von Ladungen und einer flottierenden Diffusionsschicht zur Aufnahme der Ladungen versehen ist. In dieser Abstandsmessvorrichtung wird in der Lichtempfangsschicht aufgrund von einfallendem Impulslicht erzeugten Ladungen gestattet, in die flottierende Diffusionsschicht zu fließen, indem der Foto-Gatter-Elektrode Impulssignale verliehen werden. Die fließenden Ladungen werden in der flottierenden Diffusionsschicht als Signalladungen akkumuliert. Die in der flottierenden Diffusionsschicht akkumulierten Ladungen werden als Ausgabe entsprechend einer Menge der akkumulierten Ladungen ausgelesen. Es wird eine Distanz zu einem Objekt basierend auf der Ausgabe berechnet.
  • Zitateliste
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichungsnummer 2005-235893
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • In einer Abstandsmessvorrichtung wie einer in der oben erwähnten Patentliteratur 1 offenbarten Vorrichtung, selbst wenn ein Antriebssignal einer Lichtquelle eine Rechteckwellen-Wellenform aufweist, wird ein Lichtintensitätssignal von aus der Lichtquelle abgestrahltem Impulslicht eine Trapezwellen-Wellenform aufweisen, die eine Anstiegsperiode, eine lichtintensitätsstabile Periode und eine abfallende Periode beinhaltet. Während der ansteigenden Periode steigt die Lichtintensität graduell an und erreicht einen vorbestimmten Wert. Während der lichtintensitätsstabilen Periode bleibt die Lichtintensität auf dem vorbestimmten Wert oder größer. Während der abfallenden Periode fällt die Lichtintensität unter den vorbestimmten Wert und sinkt graduell. Die hiesigen Erfinder haben dies intensiv untersucht und herausgefunden, dass eine solche trapezoide Welle des Lichtintensitätssignals des Impulslichts die Abstandsmessgenauigkeit der Abstandsmessvorrichtung beeinträchtigen kann.
  • Daher gibt es einen Bedarf an Verbesserungen der Abstandsmessgenauigkeit auf dem vorliegenden technischen Gebiet.
  • Problemlösung
  • Ein Abstandsmessverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Abstandsmessverfahren, in welchem eine Lichtquelle, die konfiguriert ist, Impulslicht in Bezug auf ein Objekt zu emittieren, und ein Distanzsensor verwendet werden, wobei der Distanzsensor eine ladungserzeugende Fläche, in welcher Ladungen gemäß Einfallsreflexionslicht des vom Objekt reflektierten Impulslichtes erzeugt werden, und eine ladungsakkumulierende Fläche, in welcher die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen akkumuliert werden, beinhaltet, wobei das Abstandsmessverfahren beinhaltet: Übertragen der in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an die ladungsakkumulierte Fläche während einer ersten Periode in Bezug auf eine Emissionsperiode des Impulslichts, um so die Ladungen in der ladungsakkumulierenden Fläche während der ersten Periode zu akkumulieren; Übertragen der in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an die ladungsakkumulierende Fläche während einer zweiten Periode, die sich im Timing von der ersten Periode unterscheidet und in der Breite ähnlich zur ersten Periode ist, um so die Ladungen in der ladungsakkumulierenden Fläche während der zweiten Periode zu akkumulieren; Arithmetisieren einer Distanz zu einem Objekt, basierend auf einer in der ladungsakkumulierenden Fläche während der ersten Periode akkumulierten Menge an Ladungen und einer in der ladungsakkumulierenden Fläche während der zweiten Periode akkumulierten Menge an Ladungen; und beim Emittieren des Impulslichtes aus der Lichtquelle, Emittieren des Impulslichts, dessen lichtintensitätsstabile Periode innerhalb der Emissionsperiode des Impulslichts vorab eingestellt wird, länger zu sein als jede der ersten und zweiten Perioden, aus der Lichtquelle.
  • Eine Abstandsmessvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Abstandsmessvorrichtung, die enthält eine Lichtquelle, die konfiguriert ist, Impulslicht in Bezug auf ein Objekt zu emittieren, und einen Abstandssensor, der konfiguriert ist, eine ladungserzeugende Fläche, in der Ladungen gemäß Einfallsreflexionslicht des vom Objekt reflektierten Impulslichtes erzeugt werden, und eine ladungsakkumulierende Fläche, in welcher die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen akkumuliert werden, zu enthalten, wobei die Abstandsmessvorrichtung beinhaltet: eine Ladungsübertragungseinheit, die konfiguriert ist, die in der ladungserzeugenden Fläche in Bezug auf eine Emissionsperiode des Impulslichts erzeugten Ladungen während einer ersten Periode an die ladungsakkumulierende Fläche zu übertragen, um so die Ladungen in der ladungsakkumulierenden Fläche während der ersten Periode zu akkumulieren, und konfiguriert ist, die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen während einer zweiten, anderen Periode als der ersten Periode im Timing und ähnlich zur ersten Periode in der Breite an die ladungsakkumulierende Fläche zu übertragen, um so die Ladungen in der ladungsakkumulierenden Fläche während der zweiten Periode zu akkumulieren; ein Distanz-Arithmetikelement, das konfiguriert ist, eine Distanz zum Objekt zu arithmetisieren, basierend auf einer in der ladungsakkumulierenden Fläche während der ersten Periode akkumulierten Menge an Ladungen und einer in der ladungsakkumulierenden Fläche während der zweiten Periode akkumulierten Menge an Ladungen; und ein Lichtquellen-Antriebselement, das konfiguriert ist, die Lichtquelle anzutreiben, so dass sie das Impulslicht, dessen lichtintensitätsstabile Periode innerhalb der Emissionsperiode des Impulslichts vorab eingestellt ist, länger zu sein als jede der ersten und zweiten Perioden, aus der Lichtquelle zu emittieren.
  • In solchen Erfindungen wird das Impulslicht aus der Lichtquelle emittiert und dringt das reflektierte Licht des vom Objekt reflektierten Impulslichts in den Abstandssensor ein. In der ladungserzeugenden Fläche des Abstandssensors werden die Ladungen gemäß dem Einfalls-Reflexionslicht erzeugt. Die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen werden an die ladungsakkumulierende Fläche während der ersten und zweiten Perioden transferiert, um so in der ladungsakkumulierenden Fläche akkumuliert zu werden. Die ersten und zweiten Perioden unterscheiden sich im Timing und sind von ähnlicher Breite. Die Distanz zum Objekt wird basierend auf jeder der während der ersten und zweiten Periode akkumulierten Menge an Ladungen ermittelt.
  • In einem Fall, bei dem das Lichtintensitätssignal des aus der Lichtquelle emittierten Impulslichtes eine Trapezwellen-Wellenform aufweist, die eine Anstiegsperiode und eine Abfallperiode beinhaltet, wie oben erwähnt, im Vergleich zu einem Fall, bei dem das Lichtintensitätssignal eine Rechteckwellen-Wellenform aufweist, nimmt die Menge an in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen in der Anstiegsperiode ab und steigt in der abfallenden Periode. Entsprechend, beispielsweise in einem Fall, bei dem die erste Periode mit der Anstiegsperiode überlappt und bei dem die zweite Periode mit der abfallenden Periode überlappt, nimmt die Menge an in der ladungsakkumulierenden Fläche während der ersten Periode akkumulierten Ladungen ab, im Vergleich zu dem Fall der Rechteckwelle, und steigt die Menge an in der ladungsakkumulierenden Fläche während der zweiten Periode akkumulierten Ladungen an, im Vergleich zum Fall der Rechteckwelle. Auf solche Weise können sich die Mengen an Ladungen, die verwendet werden, um die Distanz zum Objekt zu ermitteln, aufgrund von Einflüssen der steigenden Periode und fallenden Periode ändern. Als Ergebnis kann die Abstandsmessgenauigkeit beeinträchtigt werden.
  • Hierin wird bezüglich dem aus der Lichtquelle emittierten Impulslicht die lichtintensitätsstabile Periode innerhalb der Emissionsperiode des Impulslichtes vorab so eingestellt, dass sie länger ist als sowohl die erste als auch die zweite Periode. Entsprechend steigt in Bezug auf die Menge an in der ladungsakkumulierenden Fläche in jeder der ersten und zweiten Perioden akkumulierten Ladungen ein Prozentsatz der Menge an in Übereinstimmung mit der lichtintensitätsstabilen Periode akkumulierten Ladungen an und sinken die Prozentsätze der Mengen an in Übereinstimmung mit der Anstiegsperiode und Abfallperiode akkumulierten Ladungen ab. Daher ist es möglich, die Einflüsse der Anstiegsperiode und Abfallperiode in Bezug auf die Abstandsmessgenauigkeit zu reduzieren. Als Ergebnis kann die Abstandsmessgenauigkeit verbessert werden.
  • Wenn Impulslicht aus der Lichtquelle emittiert wird, kann das Impulslicht nach einer Startzeit der ersten Periode emittiert werden. In einem solchen Fall, in Bezug auf die Menge an in der ladungsakkumulierenden Fläche während der zweiten Periode akkumulierten Ladungen steigt der Prozentsatz der Menge an gemäß der lichtintensitätsstabile Periode des Impulslichts akkumulierten Ladungen mehr an. Als Ergebnis kann die Abstandsmessgenauigkeit insbesondere im Hinblick auf eine Kurzdistanz verbessert werden.
  • Eine Verzögerungszeit des Emissionstimings des Impulslichts in Relation zur Startzeit der ersten Periode kann vorab auf eine Zeit eingestellt werden, die einem Minimalwert eines Linearitätsbereichs eines Abstandsmessprofils entspricht, welches eine Korrelation zwischen einer Ist-Distanz und einer durch den Abstandssensor ermittelten Distanz angibt. In einem solchen Fall ist es möglich, unter einer Bedingung zu messen, dass eine Distanz Null zu einer Distanz beim Minimalwert versetzt wird. Daher, selbst in Bezug auf einen Distanzbereich unter dem Minimalwert kann die Abstandsmessgenauigkeit verbessert werden.
  • Der Abstandssensor kann eine Mehrzahl von ladungsakkumulierenden Flächen und eine Mehrzahl von Transferelektroden enthalten, die konfiguriert sind, die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an die Mehrzahl von ladungsakkumulierenden Flächen zu transferieren. Der Mehrzahl von Ladungselektroden können Transfersignale mit zueinander unterschiedlichen Phasen verliehen werden. In einem solchen Fall, jedes Mal, wenn das Impulslicht einmal emittiert wird, werden die erzeugten Ladungen in anderen ladungsakkumulierenden Flächen auf solche Weise akkumuliert, dass die Distanz zum Objekt ermittelt werden kann. Daher ist es möglich, eine Verschlechterung der Abstandsmessgenauigkeit aufgrund von Zeitvariation der Distanz zum Objekt zu verhindern.
  • Der Abstandssensor kann eine Transferelektrode, die konfiguriert ist, die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an die ladungsakkumulierende Fläche zu transferieren, beinhalten, und der Transferelektrode kann ein Transfersignal mit einer intermittent zu einem vorbestimmten Timing verschobenen Phase verliehen werden. In einem solchen Fall kann die Abstandsmessung durch zumindest eine Transferelektrode und eine ladungsakkumulierende Fläche ausgeführt werden. Entsprechend ist es möglich, den Abstandssensor zu verkleinern.
  • Vorteilhafte Erfindungseffekte
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Abstandsmessverfahren und eine Abstandsmessvorrichtung bereitzustellen, die zur Verbesserung der Abstandsmessgenauigkeit fähig sind.
  • Kurze Beschreibung von Zeichnungen
  • 1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Abstandsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Konfiguration eines Abstandsbildsensors illustriert.
  • 3 ist eine schematische Aufsicht des Abstandsbildsensors.
  • 4 ist eine Ansicht, welche eine Konfiguration des Abstandssensors illustriert.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht der Konfiguration längs der Linie V-V in 4.
  • 6 ist eine Ansicht, die Potentialprofile in der Umgebung einer zweiten Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats längs der Linie V-V in 4 illustriert.
  • 7 ist eine Ansicht, die eine Beeinträchtigung der Abstandsmessgenauigkeit im Abstandsmessverfahren gemäß einem Vergleichsbeispiel illustriert.
  • 8 ist ein Abstandsmessprofil, das eine Korrelation zwischen einer Ist-Distanz und einer Distanz, die durch das Abstandsmessverfahren gemäß dem Vergleichsbeispiel ermittelt wird, illustriert.
  • 9 ist ein Beispiel eines Timing-Diagramms von verschiedenen Signalen in einem Abstandsmessverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • 10 ist ein anderes Beispiel eines Timing-Diagramms der verschiedenen Signale im Abstandsmessverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • 11 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren des Einstellens einer lichtintensitätsstabilen Periode und einer verzögerten Bestrahlungszeit illustriert.
  • 12 ist ein Beispiel des Abstandsmessprofils.
  • 13 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Abstandssensors gemäß einer Modifikation illustriert.
  • 14 ist ein Timing-Diagramm verschiedener Signale in einem Abstandsmessverfahren gemäß der Modifikation.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es sollte angemerkt werden, dass Elemente mit gemeinsamen Elementen und Leistungen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet werden und redundante Erläuterungen hier weggelassen werden.
  • 1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Abstandsmessvorrichtung gemäß der Ausführungsform.
  • Eine Abstandsmessvorrichtung 10 misst eine Distanz d zu einem Objekt OJ. Die Abstandsmessvorrichtung 10 beinhaltet einen Abstandsbildsensor RS, Lichtquelle LS, Anzeige DSP und Steuereinheit. Die Steuereinheit beinhaltet ein Antriebselement (Lichtquellen-Antriebselement) DRV, Steuerelement CONT und Arithmetikelement (Distanz-Arithmetikelement) ART. Die Lichtquelle LS emittiert Impulslicht Lp in Bezug auf das Objekt OJ. Die Lichtquelle LS beinhaltet beispielsweise eine Laserbestrahlungsvorrichtung und LED. Der Abstandsbildsensor RS ist ein Abstandsbildsensor vom Ladungsverteilungstyp. Der Abstandsbildsensor RS wird auf einem Verdrahtungsboard WB angeordnet.
  • Die Steuereinheit (das Antriebselement DRV, Steuerelement CONT und Arithemtikelement ART) beinhalten eine Arithmetikschaltung, wie etwa eine Zentraleinheit (CPU), einen Speicher, wie etwa einen Wahlfrei-Zugriffsspeicher (RAM) und nur Lesespeicher (ROM), eine Stromversorgungsschaltung und Hardware wie etwa eine Ausleseschaltung, die einen A/D-Wandler enthält. Diese Steuereinheit kann partiell oder insgesamt eine integrierte Schaltung beinhalten, wie etwa eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA).
  • Das Antriebselement DRV legt ein Antriebssignal SD an die Lichtquelle LS in Übereinstimmung mit einer Steuerung des Steuerungselements CONT an und treibt die Lichtquelle LS auf solche Weise, dass das Impulslicht Lp zum Objekt OJ emittiert wird. Das Steuerungselement CONT steuert nicht nur das Antriebselement DRV, sondern gibt auch erste und zweite Transfersignale S1 und S2 an den Abstandssensor RS aus. Das Steuerungselement CONT steuert die Anzeige DSP zur Anzeige von Arithmetikergebnissen des Arithmetikelements ART. Das Arithmetikelement ART liest jede Menge von Ladungen Q1, Q2 aus dem Abstandsbildsensor RS aus. Das Arithmetikelement ART arithmetisiert die Distanz D, basierend auf den ausgelesenen Mengen von Ladungen Q1, Q2 und gibt die Arithmetikergebnisse an das Steuerungselement CONT aus. Ein Arithmetikverfahren zur Distanz D wird später unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Die Arithmetikergebnisse des Arithemtikelements ART werden aus dem Steuerelement CONT an die Anzeige eingegeben. Die Anzeige DSP zeigt die Arithmetiksignale an.
  • In der Abstandsmessvorrichtung 10 wird das Antriebssignal SD an die Lichtquelle LS auf solche Weise angelegt, dass Impulslicht Lp aus der Lichtquelle LS emittiert wird. Wenn das aus der Lichtquelle LS emittierte Impulslicht Lp in das Objekt OJ eindringt, wird reflektiertes Impulslicht Lr vom Objekt OJ reflektiert und davon emittiert. Das reflektierte Licht Lr, das vom Objekt OJ emittiert ist, dringt in die ladungserzeugende Fläche des Abstandsbildsensors RS ein.
  • Der Abstandsbildsensor RS gibt die Mengen an Ladungen Q1, Q2, die mit den ersten und zweiten Transfersignalen S1, S2 synchronisieren, und pro Pixel gesammelt werden, aus. Die Ausgabemengen von Ladungen Q1, Q2 werden am Arithmetikelement ART synchronisierend mit dem Antriebssignal SD eingegeben. Das Arithmetikelement ART arithmetisiert die Distanz D pro Pixel basierend auf der eingegebenen Menge von Ladungen Q1, Q2 und die Arithmetikergebnisse werden am Steuerungselement CONT eingegeben. Die am Steuerungselement CONT eingegebenen Arithmetikergebnisse werden übertragen an und angezeigt auf der Anzeige DSP.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht einer Konfiguration des Abstandsbildsensors.
  • Der Abstandsbildsensor RS ist ein frontbeleuchteter Abstandsbildsensor. Der Abstandsbildsensor RS beinhaltet ein Halbleitersubstrat 1 und eine Lichtabfangschicht LI. Das Halbleitersubstrat 1 beinhaltet erste und zweite Hauptoberflächen 1a, 1b einander gegenüberliegend. Die zweite Hauptoberfläche 1b ist eine Lichteinfallsoberfläche. Der Abstandsbildsensor RS wird an der Verdrahtungsplatine WB durch eine Adhäsivfläche FL bondiert, wobei die Seite der ersten Hauptoberfläche 1a des Halbleitersubstrats 1 zur Verdrahtungsplatine WB gegenüberliegt. Die Adhäsivfläche FL beinhaltet ein isolierendes Adhäsiv und einen Füller. Die Lichtabfangschicht LI ist vor der zweiten Hauptoberfläche 1b des Halbleitersubstrats 1 angeordnet. Das reflektierte Licht LR dringt aus der zweiten Hauptoberfläche 1b des Halbleitersubstrats 1 in den Abstandsbildsensor RS ein.
  • 3 ist eine schematische Aufsicht des Abstandsbildsensors. Es sollte angemerkt werden, dass die Lichtabfangschicht LI in 3 weggelassen wird.
  • Das Halbleitersubstrat 1 des Abstandsbildsensor RS beinhaltet eine Bildaufnahmefläche 1A, die eine Mehrzahl von Abstandssensoren P(m, n) enthält, die in zweidimensionaler Weise angeordnet sind. Jede der Abstandssensoren P(m, n) gibt die oben erwähnten zwei Größen von Ladungen Q1, Q2 aus. Entsprechend wird das vom Objekt OJ reflektierte Reflexionslicht LR in der Bildaufnahmefläche 1A geformt und es wird ein Distanzbild des Objekt OJ ermittelt. Ein Abstandssensor P(m, n) fungiert als ein Pixel. Es sollte angemerkt werden, dass zwei oder mehr Abstandssensoren P(m, n) als ein Pixel fungieren können.
  • 4 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration des Abstandssensors illustriert. 5 ist eine Querschnittsansicht der Konfiguration längs der Linie V-V in 4. Es sollte angemerkt werden, dass die Lichtabfangschicht LI in 4 weggelassen ist.
  • Wie oben erwähnt, beinhaltet der Abstandsbildsensor RS die Lichtabfangschicht LI vor der zweiten Hauptoberfläche 1b, welche die Lichteinfallsoberfläche ist. Es wird eine Blende LIa in einem Bereich entsprechend jedem der Abstandssensoren P(m, n) der Lichtabfangschicht LI gebildet. Die Blende LIa ist von rechteckiger Form. Hier ist die Blende LIa in einem Rechteck ausgebildet. Das Licht passiert die Blende LIa der Lichtabfangschicht LI und dringt in das Halbleitersubstrat 1 ein. Entsprechend definiert die Blende LIa eine Lichtempfangsfläche im Halbleitersubstrat 1. Die Lichtabfangschicht LI beinhaltet ein Metall, wie etwa Aluminium und dergleichen.
  • Das Halbleitersubstrat 1 beinhaltet eine erste Halbleiterfläche 3 vom p-Typ und eine zweite Halbleiterfläche 5 vom p–-Typ mit einer niedrigeren Fremdstoffkonzentration als der ersten Halbleiterfläche 3. Die erste Halbleiterfläche 3 ist auf der Seite der ersten Hauptoberfläche 1a angeordnet. Die zweite Halbleiteroberfläche 5 ist auf der zweiten Hauptoberfläche 1b angeordnet. Das Halbleitersubstrat 1 kann beispielsweise, durch Wachsenlassen, auf einem p-Typ-Halbleitersubstrat, einer p–-Typ-Epitaxie-Schicht mit einer niedrigeren Fremdstoffkonzentration als derjenigen des Halbleitersubstrats erhalten werden. Eine Isolierschicht 7 ist auf der zweiten Hauptoberfläche 1b (zweite Halbleiterfläche 5) des Halbleitersubstrats 1 ausgebildet.
  • Jeder der Abstandssensoren p(m, n) ist ein Abstandssensor vom Ladungsverteilungstyp. Jeder der Abstandssensoren p(m, n) beinhaltet eine Foto-Gatter-Elektrode PG, erste und zweite ladungsakkumulierende Flächen FD1, FD2 und erste und zweite Transferelektroden TX1, TX2. Die Foto-Gatter-Elektrode PG ist entsprechend der Blende LIa angeordnet. Eine der Foto-Gatter-Elektrode PG im Halbleitersubstrat 1 entsprechende Fläche (zweite Halbleiterfläche 5) (eine unter Foto-Gatter-Elektrode PG in 5 lokalisierte Fläche) wirkt als eine ladungserzeugende Fläche, in der Ladungen gemäß dem einfallenden Reflexionslicht LR des Impulslicht Lp, das vom Objekt OJ reflektiert ist, erzeugt werden. Die Foto-Gatter-Elektrode PG entspricht der Form der Blende LIa und ist bei Aufsicht von rechteckiger Form. Hier ist die Foto-Gatter-Elektrode PG in einem Rechteck ähnlich der Blende LIa geformt.
  • Die ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 sind angeordnet, um die Foto-Gatter-Elektrode PG zu sandwichen. Die ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 sind getrennt von der Foto-Gatter-Elektrode PG angeordnet. Jede der ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 ist bei Aufsicht von rechteckiger Form. In der vorliegenden Ausführungsform ist jede der ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 von bei Aufsicht einer quadratischen Form und sie sind zueinander in der Form ähnlich. Die ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 sind n-Typ-Halbleiterflächen mit hohen Verunreinigungs-Konzentrationen, die in der zweiten Halbleiterfläche 5 ausgebildet sind. Die ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 akkumulieren in der ladungserzeugenden Fläche erzeugte Ladungen als Signalladungen.
  • Die erste Transferelektrode TX1 ist auf der isolierenden Schicht 7 und zwischen der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 und der Foto-Gatter-Elektrode PG angeordnet. Die erste Transferelektrode TX1 ist getrennt sowohl von der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 als auch der Foto-Gatter-Elektrode PG angeordnet. Die erste Transferelektrode TX1 überträgt die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an die erste ladungsakkumulierende Fläche FD1 während einer ersten Periode T1 (siehe 7) in Übereinstimmung mit dem ersten Transfersignal S1 (siehe 7). Die erste Periode T1 entspricht einer Emissionsperiode TT des Impulslichts Lp (siehe 7).
  • Die zweite Transferelektrode TX2 ist auf der isolierenden Schicht 7 und zwischen der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche FD2 und der Foto-Gatter-Elektrode PG angeordnet. Die zweite Transferelektrode TX2 ist getrennt von sowohl der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche FD2 als auch der Foto-Gatter-Elektrode PG angeordnet. Die zweite Transferelektrode TX2 transferiert die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an die zweite ladungsakkumulierende Fläche FD2 während einer zweiten Periode T2 (siehe 7), in Übereinstimmung mit dem zweiten Transfersignal S2 (siehe 7 mit einer anderen Phase als derjenigen des ersten Transfersignals S1. Die zweite Periode T2 unterscheidet sich von der ersten Periode T1 im Timing und ähnelt in der Breite der ersten Periode T1.
  • Wie oben erwähnt, gibt das Steuerungselement CONT die ersten und zweiten Transfersignale S1, S2 aus. Die ersten und zweiten Transfersignale S1, S2, die durch das Steuerungselement CONT ausgegeben werden, werden an die ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 angelegt. Entsprechend verteilen die ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen und transferieren die an die ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2. Daher fungiert ein Teil des Steuerungselements CONT und die ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 als eine Ladungstransfereinheit.
  • Jede der ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 ist bei Aufsicht von rechteckiger Form. Hier ist jede der ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 in einem Rechteck gebildet und sie ähneln einander in der Form. Längen von langen Seiten der ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 sind kürzer als Längen von langen Seiten der Foto-Gatter-Elektrode PG.
  • Die isolierende Schicht 7 wird mit Kontaktlöchern zum exponieren der Oberfläche der zweiten Halbleiterfläche 5 versehen. Leiter 13 zum Verbinden der ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 mit deren Außenseite sind in den Kontaktlöchern angeordnet.
  • Hier repräsentiert der Ausdruck „Fremdstoffkonzentrat ist hoch“, dass die Fremdstoffkonzentration beispielsweise gleich oder größer als 1 × 1017 cm–3 ist, und wird durch am Leitfähigkeitstyp angebrachtes „+“ angegeben. Andererseits repräsentiert ein Ausdruck „Fremdstoffkonzentration ist niedrig“, dass die Fremdstoffkonzentration beispielsweise gleich oder kleiner 10 × 1015 cm–3 hoch, und wird durch an dem Leitfähigkeitstyp angebrachtes „–„ angezeigt.
  • Eine Dicke/Fremdstoffkonzentration jeder Halbleiterfläche ist wie folgt. Erste Halbleiterfläche 3: Dicke 10 bis 1000 μm / Fremdstoffkonzentration 1 × 1012 bis 1019 cm–3; zweite Halbleiterfläche 5: Dicke 1 bis 50 μm / Fremdstoffkonzentration 1 × 1012 bis 1015 cm–3; erste und zweite ladungsakkumulierende Flächen FD1, FD2: Dicke 0,1 bis 1 μm / Fremdstoffkonzentration 1 × 1018 bis 1020 cm–3.
  • Dem Halbleitersubstrat 1 (erste und zweite Halbleiterflächen 3, 5) wird ein Referenzpotential, wie ein Erdungspotential, durch ein Rückgatter oder ein Durchgangselektrode oder dergleichen verliehen. Das Halbleitersubstrat 1 beinhaltet Si, die isolierende Schicht 7 beinhaltet SiO2 und die Foto-Gatter-Elektrode PG und die ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 enthalten Poly-Silizium. Es sollte angemerkt werden, dass andere Materialien in diesen Elementen beinhaltet sein können.
  • Es gibt eine 180-Grad-Verschiebung zwischen der Phase des ersten Transfersignals S1, welches an die erste Transferelektrode TX1 angelegt wird, und der Phase des zweiten Transfersignals S2, welches an die zweite Transferelektrode TX2 angelegt wird. Das auf jeden der Abstandssensoren P(m, n) einfallende Licht wird in Ladungen im Halbleitersubstrat 1 umgewandelt (zweite Halbleiterfläche 5). Einem Teil der auf solche Weise erzeugten Ladungen wird gestattet, als die Signalladungen zur ersten Transferelektrode TX1 oder zweiten Transferelektrode TX2 anhand Potential-Gradienten zu wandern. Der Potential-Gradient wird durch Spannung gebildet, die an die Foto-Gatter-Elektrode PG und die ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 angelegt wird.
  • Wenn ein positives Potential an die ersten Transferelektrode TX1 oder die zweite Transferelektrode TX2 angelegt wird, wird ein Potential einer Fläche des Halbleitersubstrats 1 (zweite Halbleiterfläche 5) unter der ersten Transferelektrode TX1 oder der zweiten Transferelektrode TX2 niedriger in Bezug auf Elektronen als ein Potential einer Fläche des Halbleitersubstrats 1 (zweite Halbleiterfläche 5) unter der Foto-Gatter-Elektrode PG. Entsprechend werden negative Ladungen (Elektronen) in der Richtung der ersten Transferelektrode TX1 oder der zweiten Transferelektrode TX2 gezogen und werden die negativen Ladungen in Potentialnäpfen akkumuliert, die durch die ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 gebildet sind. Jeder der n-Typ-Halbleiter enthält einen positiv-ionisierten Donor und weist das positive Potential auf und zieht die Elektronen an. Wenn ein niedrigeres Potential als das positive Potential (beispielsweise das Erdungspotential) an die erste Transferelektrode TX1 oder die zweite Transferelektrode TX2 angelegt wird, wird eine Potentialbarriere durch die erste Transferelektrode TX1 oder die zweite Transferelektrode TX2 verursacht. Daher werden die in dem Halbleitersubstrat 1 erzeugten Ladungen nicht in die ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 gezogen.
  • 6 ist eine Ansicht, die Potentialprofile in der Umgebung der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats längs der Linie V-V in 4 illustriert.
  • In 6 repräsentieren Abwärtsrichtungen positive Richtungen von Potentialen. 6 zeigt ein Potential φTX1 einer Fläche genau unter der Transferelektrode TX1, ein Potential φTX1 einer Fläche genau unter der zweiten Transferelektrode TX2, ein Potential φPG der ladungserzeugenden Fläche genau unter der Foto-Gatter-Elektrode PG, ein Potential φFD1 der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 und ein Potential φFD2 der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche FD2.
  • Wenn die Potentiale (φTX1, φTX2) der Flächen unter den angrenzenden ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 ohne Vorspannung als Referenzpotentiale definiert werden, wird das Potential φPG der Fläche (ladungserzeugende Fläche) genau unter der Foto-Gatter-Elektrode PG höher eingestellt als die Referenzpotentiale. Das Potential φPG der ladungserzeugenden Fläche ist höher als die Potentiale φTX1, φTX2. Daher wird das Potentialprofil wie eine Vertiefung ausgebildet, die abwärts weist in den Zeichnungen in der ladungserzeugenden Fläche.
  • Ein akkumulierender Betrieb der Ladungen wird unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Wenn die Phase des ersten Transfersignals S1, das an die Transferelektrode TX1 angelegt wird, null Grad ist, wird der ersten Transferelektrode TX1 das positive Potential verliehen. Der zweiten Transferelektrode TX2 wird ein Potential in entgegengesetzter Phase verliehen, nämlich ein Potential in einer Phase von 180 Grad (beispielsweise das Erdungspotential). Der Foto-Gatter-Elektrode PG wird ein Potential zwischen dem der ersten Transferelektrode TX1 gegebenen Potential und dem der zweiten Transferelektrode TX2 gegebenen Potential verliehen. In einem solchen Fall, wie in 6a illustriert, fällt das Potential φTX des Halbleiters unter der ersten Transferelektrode TX1 unter das Potential φPG der ladungserzeugenden Fläche. Daher wird den in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen e gestattet, in den Potentialnapf der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 zu fließen.
  • Andererseits wird das Potential φTX2 des Halbleiters unter der zweiten Transferelektrode TX2 nicht fallen. Daher fließen die Ladungen nicht in den Potentialnapf der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche FD2. Entsprechend werden die Ladungen im Potentialnapf der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 gesammelt und akkumuliert. Da die ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1 und FD2 mit Fremdstoffen vom n-Typ dotiert sind, sind deren Potentiale in Positivrichtung rückgesetzt.
  • Wenn die Phase des zweiten Transfersignals S2, das an die zweite Transferelektrode TX2 angelegt wird, Null Grad beträgt, wird der zweiten Transferelektrode TX2 das positive Potential verliehen. Der ersten Transferelektrode TX1 wird ein Potential in der entgegengesetzten Phase verliehen, das heißt, ein Potential in einer Phase von 180 Grad (beispielsweise ein Erdungspotential). Der Foto-Gatter-Elektrode PG wird ein Potential zwischen dem der ersten Transferelektrode TX1 gegebenem Potential und dem der zweiten Transferelektrode TX2 gegebenem Potential verliehen. In einem solchen Fall, wie in 6 illustriert, fällt das Potential φTX2 des Halbleiters gerade unter der zweiten Transferelektrode TX2 unter das Potential φPG der ladungserzeugenden Fläche. Daher wird den in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten negativen Ladungen e gestattet, in den Potentialnapf der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche FD2 zu fließen.
  • Andererseits fällt das Potential φTX1 des Halbleiters unter der ersten Transferelektrode TX1 nicht. Daher werden die Ladungen nicht in den Potentialnapf der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 fallen. Entsprechend werden die Ladungen im Potentialnapf der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche FD2 gesammelt und akkumuliert.
  • Auf solche Weise werden die Ladungen in den Potentialnäpfen der ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1 und FD2 gesammelt und akkumuliert. Die in den Potentialnäpfen der ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD1 akkumulierten Ladungen werden an deren Außenseite hin ausgelesen.
  • 7 ist eine Ansicht, die Abweichung der Abstandsmessgenauigkeit in einem Abstandsmessverfahren gemäß einem Vergleichsbeispiel illustriert. Spezifisch ist 7(a) ein Timing-Diagramm verschiedener Signale in einem Fall, bei dem ein Lichtintensitätssignal von Impulslicht zu einer Zeit, wenn das Impulslicht aus der Lichtquelle emittiert wird, eine ideale Rechteckwellen-Wellenform aufweist. 7(b) ist ein Timing-Diagramm, der verschiedenen Signale in einem tatsächlichen Fall. 7(c) ist eine Ansicht, die ein Lichtintensitätssignal von Reflexionslicht, wenn das Licht zu einer Bildaufnahmefläche zurückkehrt, vergleicht.
  • Zuerst wird unter Bezugnahme auf 7(a) ein Fall beschrieben, bei dem ein Lichtintensitätssignal SLp von Impulslicht Lp zu einer Zeit, wenn das Impulslicht Lp aus der Lichtquelle LS emittiert wird, die ideale Rechteckwellen-Wellenform aufweist. 7(a) illustriert ein Antriebssignal SD, das an die Lichtquelle LS angelegt wird, durch das Steuerungselement CONT, das Lichtintensitätssignal SLp des Impulslicht Lp, wenn das Impulslicht Lp aus der Lichtquelle LS emittiert wird, ein Intensitätssignal SLr reflektierten Lichts Lr, wenn das reflektierte Licht Lr zu einer Bildaufnahmefläche 1A rückkehrt, ein erstes Transfersignal S1, das an die erste Transferelektrode TX1 anzulegen ist, und ein zweites Transfersignal S2, das an die zweite Transferelektrode TX2 anzulegen ist.
  • Wie in 7(a) beschrieben, sind das Antriebssignal SD, das Lichtintensitätssignal SLp, SLr und erste und zweite Transfersignal S1, S2 alles Pulssignale, welche die ideale Rechteckwellen-Wellenform aufweisen. Diese Signale sind alle eingerichtet, auf einem niedrigen Pegel in einem Zustand zu sein, bevor das Antriebssignal SD an die Lichtquelle LS angelegt wird.
  • Das Antriebssignal SD ist ein Impulssignal einer Impulsbreite Tp. Die Impulsbreite Tp des Antriebssignals SD ist äquivalent einem Einstellwert einer Impulsbreite des Lichtintensitätssignals SLp. In einem solchen Fall, da das Lichtintensitätssignal SLp die ideale Rechteckwellen-Wellenform aufweist, wird die Impulsbreite des Lichtintensitätssignal SLp äquivalent zu der Impulsbreite Tp des Antriebssignals SD gemäß der Einstellung. Das Antriebssignal SD wird auf einen niedrigen Pegel eingestellt, nachdem es während der Impulsbreite Tp auf einen hohen Pegel eingestellt war. Das Lichtintensitätssignal SLp steigt simultan mit einer Startzeit zum Anlegen des Antriebssignals SD an und das Lichtintensitätssignal SLp wird auf einen Pegel entsprechend der Lichtintensität des Impulslichts Lp eingestellt. Das Lichtintensitätssignal SLp fällt nach der Impulsbreite Tp und wird auf einen niedrigen Pegel eingestellt.
  • Synchronisierend mit der Emission des Impulslichts Lp werden die ersten und zweiten Transfersignale S1, S2 an die ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 in Antiphase angelegt. Spezifisch synchronisiert das erste Transfersignal S1 mit dem Lichtintensitätssignal SLp durch eine Phasendifferenz von Null Grad und wird an die erste Transferelektrode TX1 während der Impulsbreite Tp angelegt, um so auf hohes Pegel eingestellt zu sein. Das zweite Transfersignals S2 synchronisiert mit dem Lichtintensitätssignal SLp durch eine Phasendifferenz von 180 Grad und wird an die zweite Transferelektrode TX2 während der Impulsbreite Tp angelegt, um so auf hohes Pegel eingestellt zu sein. Perioden, wenn die ersten und zweiten Transfersignale S1, S2 auf hohes Pegel eingestellt werden, sind erste bzw. zweite Perioden T1, T2. Die ersten und zweiten Perioden T1, T2 unterscheiden sich im Timing und sind in der Breite ähnlich. In solch einem Fall ist jede Breite der ersten und zweiten Perioden T1, T2 äquivalent zur Impulsbreite Tp des Antriebssignals SD.
  • Das Lichtintensitätssignal SLr steigt simultan mit der Zeit an, wenn das Reflexionslicht Lr zu der Bildaufnahmefläche 1A rückkehrt, und das Lichtintensitätssignal SLr wird auf einen Pegel entsprechend der Lichtintensität des Reflexionslichts SLr eingestellt. Das Lichtintensitätssignal SLr fällt, nach der Impulsbreite Tp und wird auf das niedrige Niveau eingestellt. In einem solchen Fall ist die Impulsbreite des Lichtintensitätssignals SLr äquivalent zur Impulsbreite Tp des Antriebssignals SD. Eine Phasendifferenz Td zwischen dem Lichtintensitätssignal SLp und dem Lichtintensitätssignal SLr ist eine Flugzeit von Licht. Die Phasendifferenz Td entspricht der Distanz d ab dem Abstandsbildsensor RS bis zum Objekt OJ.
  • Die in der ladungserzeugenden Fläche in Übereinstimmung mit dem einfallenden Reflexionslicht Lr erzeugten Ladungen werden an die erste ladungsakkumulierende Fläche FD1 während der ersten Periode T1 transferiert, wenn das erste Transfersignal S1 auf hohes Pegel in Bezug auf eine Emissionsperiode TT des Impulslichts Lp eingestellt wird, um so in der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 während der ersten Periode T1 akkumuliert zu werden. Die Emissionsperiode TT des Impulslichts Lp ist eine Periode, wenn das Lichtintensitätssignal SLp nicht auf dem niedrigen Pegel ist. In einem solchen Fall ist die Breite der Emissionsperiode TT äquivalent zur Impulsbreite Tp des Antriebssignals SD.
  • Die in der ladungserzeugenden Fläche in Übereinstimmung mit dem einfallendenden Reflektionslicht Lr erzeugten Ladungen werden während der zweiten Periode T2 an die zweite ladungsakkumulierende Fläche FD2 transferiert, wenn das zweite Transfersignal S2 auf den hohen Pegel eingestellt wird, um so in der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche FD2 während der zweiten Periode T2 akkumuliert zu werden.
  • Die Ladungen werden in der ladungsakkumulierenden Fläche während einer Periode erzeugt, wenn das reflektierte Licht Lr in die Fläche eindringt. Daher wird eine Menge an in der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 akkumulierten Ladungen Q1 eine Menge an Ladungen sein, die während einer Periode zu akkumulieren sind, innerhalb der ersten Periode T1, wenn das Lichtintensitätssignal SLr und das erste Transfersignal S1 überlappen. Weiterhin wird eine Menge an in der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche FD2 akkumulierten Ladungen Q2 eine Menge an Ladungen sein, die während einer Periode zu akkumulieren sind, innerhalb der zweiten Periode T2, wenn das Lichtintensitätssignal SLr und das zweite Transfersignal S2 überlappen.
  • Die Distanz d wird durch die nachfolgende Formel (1) arithmetisiert, basierend auf einer Rate (Verteilungsrate) der Menge von Ladungen Q1 und Menge von Ladungen Q2. Es sollte angemerkt werden, dass c die Lichtgeschwindigkeit repräsentiert. Distanz d = (c/2) × (Tp × Q2/(Q1 – Q2)) (1)
  • Ein messbarer Distanzbereich d in einem solche Fall hängt von der Breite jeder der ersten und zweiten Perioden T1, T2 ab und der messbare Abstand ist ein Abstand, in welchem die Phasendifferenz Td innerhalb der Breite jeder der ersten und zweiten Perioden T1, T2 eingestellt wird. Mit anderen Worten wird die Distanz d, wenn die Phasendifferenz Td äquivalent zur Breite jeder der ersten und zweiten Perioden T1, T2 wird, ein Maximalwert der messbaren Distanz d. Daher kann ein Abstandsmessbereich, der eine Breite eines Distanzbereichs ist, der zu messen ist, basierend auf der Breite jeder der ersten und zweiten Perioden T1, T2 eingestellt werden. Es sollte angemerkt werden, dass „messbar“ angibt, dass die Distanz d theoretisch durch die oben erwähnte Formel (1) berechnet werden kann.
  • Unter Bezugnahme auf 7(b) und 7(c) wird der tatsächliche Fall nachfolgend beschrieben. Wie in 7(b) illustriert, weisen das Lichtintensitätssignal SLp, SLr Trapezwellen-Wellenformen auf. Jedes der Lichtintensitätssignale SLp, SLr steigt graduell und erreicht einen vorbestimmten Wert während einer Anstiegsperiode TR und bleibt auf dem vorbestimmten Wert oder größer während einer lichtintensitätsstabilen Periode TS und fällt dann unter den vorbestimmten Wert und sinkt graduell während einer fallenden Periode TF. In solch einem Fall wird die Emissionsperiode TT des Impulslicht Lp länger als die Impulsbreite Tp des Antriebssignals SD.
  • Es sollte angemerkt werden, dass die lichtintensitätsstabile Periode TS nicht nur eine Periode anzeigt, wenn die Lichtintensitätssignale SLp, SLR konstant werden, sondern auch eine Periode anzeigt, wenn die Lichtintensitätssignale SLp, SLr gehalten werden, zum Beispiel bei oder innerhalb 5% des Maximalwerts. In einem Fall, bei dem die Periode, wenn die Lichtintensitätssignale SLp, SLr konstant werden, als die lichtintensitätsstabile Periode TS bezeichnet wird, ist eine Periode, in der die ansteigende Periode TR und fallende Periode TF von der Emissionsperiode TT des Impulslichts Lp subtrahiert werden, die lichtintensitätsstabile Periode TS. In einem solchen Fall ist die Emissionsperiode TT des Impulslichts Lp äquivalent zu einer Summe der Breite der fallenden Periode TF und der Impulsbreite Tp des Antriebssignals SD.
  • Wie in 7(c) illustriert, sinkt im tatsächlichen Fall im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Lichtintensitätssignale SLp, SLr die idealen Rechteckwellen-Wellenformen auf, die Menge von Ladungen Q1 um eine Menge von Ladungen Q1 aufgrund eines Einflusses der ansteigenden Periode TR. Weiterhin steigt die Menge an Ladungen Q2 um eine Menge von Ladungen Q2 aufgrund eines Einflusses der fallenden Periode TF. Auf solche Weise ist im Abstandsmessverfahren gemäß dem Vergleichsbeispiel die Abstandsmessgenauigkeit beeinträchtigt, da das Ladungsverteilungsverhältnis sich vom Idealfall unterscheidet.
  • 8 ist ein Abstandsmessprofil, welches eine Korrelation zwischen einer tatsächlichen Distanz und einer Distanz, welche durch das Abstandsmessverfahren gemäß dem Vergleichsbeispiel ermittelt wird, illustriert.
  • In 8 wird eine tatsächliche Distanz d längs der Abszisse genommen und wird eine durch das Abstandsmessverfahren gemäß dem Vergleichsbeispiel ermittelte Distanz (eine berechnete Distanz) dcal längs der Ordinate genommen. Das Impulslicht Lp, dessen Impulsbreite Tp des Antriebssignals SD 30 ns beträgt, wird für die Messung ermittelt und verwendet. Abstände in der Abszisse und Ordinate sind abstandsmessbare Bereiche, wenn die Breite wie bei der ersten und zweiten Perioden T1, T2 auf 30 ns eingestellt ist, ähnlich der Impulsbreite Tp des Antriebssignals SD. Eine lineare Linie B ist eine gerade Linie, die den Ursprung der Koordinaten passiert und eine Neigung von 1 aufweist.
  • Wie in 8 illustriert, ist das Abstandsmessprofil in eine Linearitätsfläche Aline und Nicht-Linearitätsflächen Ashort, Along unterteilt. Die Linearitätsfläche Aline ist eine Fläche, wo die Ist-Distanz d und berechnete Distanz dcal im Wesentlichen ähnlich (äquivalent) sind und wobei eine Differenz der berechneten Distanz dcal von der Ist-Distanz d (|d – dcal|/d × 100(%)) auf oder unter einer Toleranzgrenze ist. Die Linearitätsfläche Aline ist beispielsweise eine Fläche, wo die Differenz mehrere % oder weniger beträgt. In der Linearitätsfläche Aline ist die Differenz so klein, dass die Abstandsmessgenauigkeit hoch ist. In der Linearitätsfläche Aline sind gemessene Daten im Wesentlichen auf der linearen Linie B geplottet.
  • Andererseits sind die Nicht-Linearitätsflächen Ashort, Along andere Flächen als die Linearitätsfläche Aline. Jene Flächen beinhalten eine Fläche, wo die Ist-Distanz d und berechnete Distanz dcal nicht in einer Fläche äquivalent sind, , an zumindest die Linearitätsfläche Aline angrenzt. Mit anderen Worten können die Nicht-Linearitätsflächen Ashort, Along eine Fläche enthalten, wo die Ist-Distanz d und berechnete Distanz dcal in einer Fläche äquivalent sind, die nicht angrenzend an die Linearitätsfläche Aline ist. Die Fläche, wo die Ist-Distanz d und die berechnete Distanz dcal nicht äquivalent sind, gibt eine Fläche an, wo die Differenz die Toleranzgrenze übersteigt, beispielsweise die Differenz mehrere % übersteigt. Die Nicht-Linearitätsfläche Ashort wird an einer näheren Position zur kurzen Distanz als Linearitätsfläche Aline geplottet. Die Nicht-Linearitätsfläche Along wird in einer näheren Position zu einer langen Distanz geplottet als die Linearitätsfläche Aline.
  • In den Nicht-Linearitätsflächen Ashort, Along werden die gemessenen Daten in gegenüber der linearen Linie B versetzten Positionen geplottet. In den Nicht-Linearitätsflächen Ashort, Along ist die Differenz so groß, dass die Abstandsmessgenauigkeit niedrig ist. Dies liegt daran, dass der Einfluss der Menge von Ladungen q2 in Bezug auf die Menge von Ladungen Q2 in der Nicht-Linearitätsfläche Ashort groß wird. Weiterhin liegt es daran, dass der Einfluss der Menge von Ladungen q1 in Bezug auf die Menge von Ladungen Q1 in der Nicht-Linearitätsfläche Along groß wird.
  • 9 ist ein Beispiel eines Timing-Diagramms verschiedener Signale in einem Abstandsmessverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • Wie in 9 illustriert, im Beispiel des Abstandsmessverfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Impulsbreite Tp des Antriebssignals SD vorab eingestellt, um eine Erweiterungszeit Tx länger zu sein als die Breite jeder der ersten und zweiten Perioden T1, T2. Entsprechend wird die Breite der lichtintensitätsstabilen Periode TS des Impulslichts Lp, das aus der Lichtquelle LS emittiert wird, vorab eingestellt, länger zu sein als die Breite jeder der ersten und zweiten Perioden T1, T2. Ähnlich zum Vergleichsbeispiel sollte angemerkt werden, dass die ersten und zweiten Perioden T1, T2 im Timing unterschiedlich und von ähnlicher Breite sind.
  • In einem solchen Fall steigt in Bezug auf die Mengen von Ladungen von Q1, Q2, die in den ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 akkumuliert sind, ein Prozentsatz von in Übereinstimmung mit der lichtintensitätsstabilen Periode TS des Impulslichts Lp akkumulierten Ladungen an. Daher, in Bezug auf die Menge von Ladungen q1, die gegenüber dem Idealfall aufgrund der Anstiegsperiode TR sinkt, wird der Einfluss einer solchen Menge von Ladungen q1 in Bezug auf die Menge von Ladungen Q1 klein. Weiterhin, hinsichtlich der Menge von Ladungen q2, die gegenüber dem Idealfall aufgrund der fallenden Periode TF ansteigt, wird der Einfluss einer solchen Menge von Ladungen q2 in Bezug auf die Menge von Ladungen Q2 klein. Als Ergebnis werden die Einflüsse der steigenden Periode TR und fallenden Periode TF des Lichtintensitätssignals SLp in Bezug auf die Abstandsmessgenauigkeit reduziert. Entsprechend kann die Abstandsmessgenauigkeit verbessert werden.
  • 10 ist ein anderes Beispiel des Timing-Diagramms der verschiedenen Signale im Abstandsmessverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • Wie in 10 illustriert, wird in einem anderen Beispiel des Abstandsmessverfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Impulsbreite Tp des Antriebssignals SD vorab eingestellt, länger als die Breite jeder der ersten und zweiten Perioden T1, T2 um die Erweiterungszeit Tx zu sein. Zusätzlich wird das Antriebssignal SD vorab eingestellt, später angelegt zu werden als das erste Transfersignal S1, um eine verzögerte Ausstrahlungszeit (Verzögerungszeit) Ty.
  • In einem solchen Fall steigt in Bezug auf die Menge von Ladungen Q2, die in der zweiten Ladungsakkumulierungsfläche FD2 akkumuliert sind, der Prozentsatz der in Übereinstimmung mit der lichtintensitätsstabilen Periode TF des Impulslichts Lp akkumulierten Ladungen weiter an. Entsprechend wird im Hinblick auf die Menge von Ladungen q2, die Idealfall aufgrund der fallenden Periode TF ansteigt, der Einfluss einer solchen Menge an Ladungen q2 in Bezug auf die Menge an Ladungen Q2 weiter klein. Dies reduziert den Einfluss der fallenden Periode TF des Lichtintensitätssignals SLp in Bezug auf die Abstandsmessgenauigkeit insbesondere hinsichtlich der kurzen Distanz. Als Ergebnis kann die Abstandsmessgenauigkeit insbesondere hinsichtlich der Kurzdistanz verbessert werden. Wenn die Distanz d berechnet wird, sollte angemerkt werden, dass eine Distanz entsprechend der verzögerten Ausstrahlungszeit Ty notwendiger Weise versetzt ist.
  • Unter Bezugnahme auf 11 wird ein Verfahren des Einstellens, vorab, der lichtintensitätsstabilen Periode TF und der verzögerten Ausstrahlungszeit Ty beschrieben. 11 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren des Einstellens der lichtintensitätsstabilen Periode und verzögerten Ausstrahlungszeit illustriert. 12 ist ein Beispiel des Abstandsmessprofils.
  • Wie in 11 illustriert, werden zuerst als Anfangseinstellung verschiedene Messbedingungen eingestellt, ähnlich dem Abstandsmessverfahren gemäß dem Vergleichsbeispiel (Schritt S01). Spezifisch wird die Breite jeder der ersten und zweiten Perioden T1, T2 auf einen Wert T0 entsprechend dem zu messenden Distanzbereich eingestellt und wird der Abstandsmessbereich eingestellt. Die Impulsbreite Tp des Antriebssignals SD wird ähnlich auf T0 eingestellt. Die verzögerte Ausstrahlungszeit Ty wird auf Null eingestellt. Entsprechend der verzögerten Ausstrahlungszeit Ty wird ein Versatz dofs der verzögerten Ausstrahlungszeit Ty in Bezug auf die berechnete Distanz dcal auf Null eingestellt.
  • Als Nächstes wird das Abstandsmessprofil, welches die Beziehung zwischen der berechneten Distanz dcal und der Ist-Distanz d angibt, vorbereitet (Schritt S02). Wie in 12 illustriert, wird das Abstandsmessprofil in die Linearitätsfläche Aline und die Nicht-Linearitätsflächen Ashort, Along unterteilt.
  • Als Nächstes werden im Abstandsmessprofil ein Distanzabstand dline der Linearitätsfläche Aline und ein Minimalwert dshort des Distanzbereichs dline geprüft und werden ein Zeitbereich Tline und ein Minimalwert Tshort davon entsprechend dem vorgenannten Distanzbereich dline und dem Minimalwert dshort berechnet (Schritt S03). Hier entspricht der Minimalwert dshort der Linearitätsfläche Aline einem Wert des Distanzbereichs der Nicht-Linearitätsfläche Ashort.
  • Als Nächstes werden die Messbedingungen wieder eingestellt (Schritt S04). Spezifisch wird die Impulsbreite Tp des Antriebssignals SD auf T0 + (T0 – Tline) eingestellt. Die verzögerte Ausstrahlungszeit Ty wird auf Tshort eingestellt. Entsprechend der verzögerten Ausstrahlungszeit Ty wird der Versatz dofs der verzögerten Ausstrahlungszeit Ty in Bezug auf die berechnete Distanz dcal auf dshort eingestellt. Die Breite jeder der ersten und zweiten Perioden T1, T2 wird nicht verändert.
  • Als Nächstes wird das Abstandsmessprofil wieder vorbereitet (Schritt S05). Als Nächstes wird festgestellt, ob gewünschte Linearitätseigenschaften in dem Abstandsmessprofil ermittelt werden (Schritt S06). Spezifisch wird vom Distanzbereich dline der Linearitätsfläche Aline und dem Minimalwert dshort der Linearitätsfläche Aline festgestellt, ob sie innerhalb gewünschter Bereiche liegen. Je breiter der Distanzbereich dline, desto breiter wird der mit hoher Genauigkeit messbare Distanzbereich. Weiterhin, je kleiner der Minimalwert dshort, desto kürzer wird die mit hoher Genauigkeit messbare Minimaldistanz.
  • In einem Fall, bei dem die Antwort im Schritt S06 Ja ist, wird der Prozess abgeschlossen. Entsprechend wird der Minimalwert Tshort des Zeitbereichs Tline vorab als verzögerte Ausstrahlungszeit Ty eingestellt. Weiterhin wird der Zeitbereich Tline entsprechend der Linearitätsfläche Aline vorab als die lichtintensitätsstabile Periode TS eingestellt. Es sollte angemerkt werden, dass die Impulsbreite Tp der Transferelektroden vorab selbstverständlich eingestellt wird, wenn die lichtintensitätsstabile Periode TS vorab eingestellt wird. In einem Fall, bei dem die Antwort im Schritt S06 Nein ist, bewegt sich der Prozess weiter zum Schritt S03 und werden die Prozesse ab Schritt S03 bis S06 wiederholt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform mag es sein, dass die Einflüsse der ansteigenden Periode TR und abfallenden Periode TF nicht vollständig verschwinden und der gesamte Abstandsmessbereich nicht als die Linearitätsfläche Aline mit hoher Abstandsmessgenauigkeit eingestellt werden kann. Jedoch, indem die lichtintensitätsstabile Periode TS vorab lang eingestellt wird, reduzieren sich die Prozentsätze der ansteigenden Periode TR und fallenden Periode TF innerhalb der Emissionsperiode TT des Impulslichts Lp relativ. Daher ist es möglich, die Einflüsse der ansteigenden Periode TR und fallenden Periode TF zu reduzieren. Entsprechend steigt ein Prozentsatz der Linearitätsfläche Aline mit hoher Abstandsmessgenauigkeit im gesamten Abstandsmessbereich an. Als Ergebnis wird die Abstandsmessgenauigkeit verbessert.
  • Wie oben erwähnt, im Abstandsmessverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn das Impulslicht Lp aus der Lichtquelle LS emittiert wird, wird das Impulslicht Lp emittiert, dessen lichtintensitätsstabile Periode TS innerhalb der Emissionsperiode TT des Impulslichts Lp aus der Lichtquelle LS vorab eingestellt ist, länger zu sein als jede der ersten und zweiten Perioden T1, T2.
  • Die Abstandsmessvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet das Antriebselement DRV, das konfiguriert ist, die Lichtquelle LS anzutreiben, das Impulslicht Lp, dessen lichtintensitätsstabile Periode TS innerhalb der Emissionsperiode TT des Impulslichts Lp vorab eingestellt ist, länger zu sein als jeder der ersten und zweiten Perioden T1, T2, zu emittieren.
  • Entsprechend, hinsichtlich den Mengen an Ladungen Q1, Q2, die in den ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 während jeder der ersten und zweiten Perioden T1, T2 akkumuliert sind, steigt der Prozentsatz der Menge an gemäß der lichtintensitätsstabilen Periode TS akkumulierten Ladungen an und sinken die Prozentsätze der Mengen an in Übereinstimmung mit der steigenden Periode TR und fallenden Periode TF akkumulierten Ladungen ab. Daher wird hinsichtlich der Menge an Ladungen Q1, die vom Idealfall aufgrund der Anstiegsperiode TR abnimmt, der Einfluss einer solchen Menge an Ladungen q1 in Bezug auf die Menge an Ladungen Q1 klein. Weiterhin wird hinsichtlich der Menge an Ladungen q2, die gegenüber dem Idealfall aufgrund der abfallenden Periode TF ansteigen, der Einfluss einer solchen Menge an Ladungen q2 in Bezug auf die Menge an Ladungen Q2 klein. Als Ergebnis werden die Einflüsse der Anstiegsperiode TR und abfallenden Periode TF des Lichtintensitätssignals SLp in Bezug auf die Abstandsmessgenauigkeit reduziert. Entsprechend kann die Abstandsmessgenauigkeit verbessert werden.
  • Im Abstandsmessverfahren, das auf der oben erwähnten Formel (1) basiert, werden die Impulsbreiten Tp des Antriebssignals SD solange, wie die Breite jeder der ersten und zweiten Perioden T1, T2 eingestellt sind, ist es möglich, ab der Distanz, wo die Phasendifferenz Td Null ist, bis zur Distanz, wo die Phasendifferenz Td äquivalent zur Breite jeder der ersten und zweiten Perioden T1, T2 misst, zu messen. Jedoch, selbst obwohl die Impulsbreite Tp des Antriebssignals SD eingestellt ist solang wie die Breite jeder der ersten und zweiten Impulsperioden T1, T2 sinkt tatsächlich die Breite der lichtintensitätsstabilen Periode TS aufgrund der Einflüsse der ansteigenden Periode TR und fallenden Periode TF. Wenn andererseits die Impulsbreite TP des Antriebssignals SD absichtlich vorab lang eingestellt wird, auf solche Weise, dass die Breite der lichtintensitätsstabilen Periode TS absichtlich vorab lang eingestellt ist, ist es möglich, den Einfluss zu kompensieren, der durch das Abnehmen bei der Breite der lichtintensitätsstabilen Periode TS verursacht wird.
  • Weiterhin, wenn das Impulslicht Lp aus der Lichtquelle LS emittiert wird, wird das Impulslicht Lp später emittiert als die Startzeit der ersten Periode T1 um die verzögerte Strahlungszeit Ty. Entsprechend steigen hinsichtlich der Menge von in der zweiten ladungsakkumulierenden Fläche FD2 während der zweiten Periode T2 akkumulierten Ladungen Q2 der Prozentsatz der Menge an in Übereinstimmung mit der lichtintensitätsstabilen Periode TS akkumulierten Ladungen weiter an. Als Ergebnis kann die Abstandsmessgenauigkeit verbessert werden, insbesondere hinsichtlich der Kurzdistanz.
  • Weiterhin wird die verzögerte Strahlungszeit Ty des Emissions-Timings des Impulslichts Lp in Bezug auf die Startzeit der ersten Periode T1 vorab auf den Minimalwert Tshort entsprechend dem Minimalwert dshort der Linearitätsfläche Aline des Abstandsmessprofils, welches die Korrelation zwischen der durch die tatsächliche Distanz d ermittelten Distanz dcal und dem Abstandssensor P(m, n) anzeigt, eingestellt. In einem solchen Fall ist es möglich, unter einer Bedingung zu messen, bei der die Distanz Null zum Minimalwert dshort versetzt ist. Daher ist es möglich, die Abstandsmessgenauigkeit selbst in Bezug auf den Distanzbereich unter dem Minimalwert dshort zu verbessern.
  • Weiterhin beinhalten die Abstandssensoren P(m, n) die ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 und die ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2, die konfiguriert sind, die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an die ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 zu transferieren. Den ersten und zweiten Transferelektroden TX1, TX2 werden die ersten bzw. zweiten Transfersignale S1, S2 verliehen. Es gibt eine 180 Grad Verschiebung zwischen den Phasen der ersten und zweiten Transfersignale S1, S2. Entsprechend, jedes Mal, wenn das Impulslicht Lp einmal emittiert wird, werden die erzeugten Ladungen in jeder der ersten und zweiten ladungsakkumulierenden Flächen FD1, FD2 akkumuliert und kann die Distanz d zum Objekt OJ ermittelt werden. Daher ist es möglich, eine Beeinträchtigung der Abstandsmessgenauigkeit aufgrund der Zeitvariation der Distanz d zum Objekt OJ zu verhindern.
  • Nachfolgend wird eine Modifikation der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 13 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Abstandssensors gemäß der Modifikation illustriert. Es sollte angemerkt werden, dass eine Lichtabfangschicht LI in 13 weggelassen wird.
  • Wie in 13 illustriert, beinhaltet ein Abstandssensor P(m, n) gemäß der Modifikation eine Foto-Gatter-Elektrode PG, erste ladungsakkumulierende Fläche FD1, und erste Transferelektrode TX1. Der Abstandssensor P(m, n) gemäß der Modifikation unterscheidet sich von der oben erwähnten Ausführungsform darin, dass er die zweite ladungsakkumulierende Fläche FD2 und die zweite Transferelektrode TX2 nicht enthält.
  • Die Foto-Gatter-Elektrode PG ist von einer rechteckigen Ringform bei Aufsicht. In der vorliegenden Modifikation ist die Foto-Gatter-Elektrode PG eine quadratische Ringform bei Aufsicht. Eine Peripherie der Foto-Gatter-Elektrode PG entspricht einer Peripherie des Abstandssensors P(m, n). Die erste ladungsakkumulierende Fläche FD1 ist innerhalb des Quadratrings der Foto-Gatter-Elektrode PG ausgebildet. Die erste ladungsakkumulierende Fläche FD1 ist bei Aufsicht von rechteckiger Form. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste ladungsakkumulierende Fläche FD1 von einer quadratischen Form. Die erste ladungsakkumulierende Fläche FD1 bei Aufsicht ist in einem wesentlichen Zentrum des Abstandssensors P(m, n) angeordnet.
  • Die erste Transferelektrode TX1 ist zwischen der Foto-Gatter-Elektrode PG und der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 angeordnet. Die erste Transferelektrode TX1 ist von bei Aufsicht einer rechteckigen Ringform. In der vorliegenden Modifikation ist die erste ladungsakkumulierende Fläche FD1 bei Aufsicht von einer Quadratringform.
  • 14 ist ein Timing-Diagramm verschiedener Signale in einem Bereichsverfahren gemäß der Modifikation.
  • Wie in 14 illustriert, wird dem ersten Transfersignal S1, das an die erste Transferelektrode TX1 angelegt ist, eine intermittent zu einem vorbestimmten Timing verschobene Phase verliehen. In der vorliegenden Modifikation wird dem ersten Transfersignal S1 eine um 180 Grad zu einem Zeitpunkt von 180 Grad verschobene Phase verliehen. Das erste Transfersignal S1 synchronisiert mit einem Antriebssignals SD zu einem Zeitpunkt von Null Grad und weist eine Phasendifferenz von 180 Grad gegenüber dem Antriebssignals SD zum Zeitpunkt von 180 Grad auf.
  • In der vorliegenden Modifikation werden eine Menge an in der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 zum Zeitpunkt von 0 Grad akkumulierte Ladungen Q1 und eine Menge von in der ersten ladungsakkumulierenden Fläche FD1 zu einem Zeitpunkt von 180 Grad akkumulierten Ladungen Q2 abwechselnd ausgelesen. Eine Distanz d wird basierend auf diesen Ladungsmengen Q1, Q2 berechnet.
  • Auf solche Weise beinhaltet der Abstandssensor P(m, n) die erste Transferelektrode TX1, die konfiguriert ist, die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an die erste ladungsakkumulierende Fläche FD1 zu transferieren. Der erste Transferelektrode TX1 wird das erste Transfersignal S1 mit der intermittent um 180 Grad zum Zeitpunkt von 180 Grad verschobenen Phase verliehen. In einem solchen Fall kann das Abstandsmessen zumindest durch eine Transferelektrode TX1 und eine erste ladungsakkumulierende Fläche FD1 ausgeführt werden. Daher kann der Abstandssensor P(m, n) verkleinert werden.
  • Die vorliegende Erfindung sollte nicht auf die vorgenannte Ausführungsform beschränkt sein. Beispielsweise werden in der oben erwähnten Ausführungsform die Erweiterungszeit Tx und die verzögerte Ausstrahlungszeit Ty unter Vorbereitung des Abstandsmessprofiles eingestellt, jedoch sollte die Ausführungsform nicht darauf beschränkt sein. Falls es bekannte Information hinsichtlich einer Signalwellenform des Lichtintensitätssignals SLp des Impulslichts Lp geben, wenn das Impulslicht Lp aus der Lichtquelle LS emittiert wird, können die Erstreckungszeit Tx und verzögerte Ausstrahlungszeit Ty basierend auf der Information eingestellt werden. Falls beispielsweise die Breite der lichtintensitätsstabilen Periode TS bekannt ist, kann eine Differenz zwischen der Breite jeder der ersten und zweiten Perioden T1, T2 und der Breite der lichtintensitätsstabilen Periode TS als die Erweiterungszeit Tx eingestellt werden.
  • Weiterhin, falls die Breite der Anstiegsperiode TR des Lichtintensitätssignals SLp bekannt ist, kann ein Wert, der die Breite der Anstiegsperiode TR von der Impulsbreite Tp des Antriebssignals SD subtrahiert, als die Breite der lichtintensitätsstabilen Periode TS erwogen werden. Ähnlich kann die Erweiterungszeit Tx basierend auf der erwogenen Breite der lichtintensitätsstabilen Periode TS eingestellt werden.
  • Weiterhin, wenn das Impulslicht Lp aus der Lichtquelle LS emittiert wird, kann das Impulslicht Lp emittiert werden, vor der Startzeit der ersten Periode T1. In einem solchen Fall ist der Wert der verzögerten Ausstrahlungszeit Ty negativ. In einem Bereich nahe dem Maximalwert des Distanzbereichs, der durch die oben erwähnte Formel (1) abstandsmessbar ist, das heißt z. B. die Nicht-Linearitätsfläche Along, ist der Einfluss der Anstiegsperiode TR des Lichtintensitätssignals SLp groß. Mit anderen Worten ist in dieser Fläche der Einfluss der Menge von Ladungen q1 in Bezug auf die Menge von Ladungen Q1, die vom Ideal absinkt, groß. Durch Einstellen der verzögerten Strahlungszeit Ty auf einen Negativwert wird der Einfluss der Menge an Ladungen q1 in Bezug auf die Menge an Ladungen Q1 klein, was die Abstandsmessgenauigkeit in diesem Bereich verbessert.
  • Im Abstandsbildsensor RS ist jeder der Abstandssensoren P(m, n) zweidimensional angeordnet, aber jeder von ihnen kann ein Liniensensor sein, der eindimensional angeordnet ist. Es sollte angemerkt werden, dass ein zweidimensionales Bild auch erhalten werden kann, indem ein Liniensensor rotiert wird oder mit zwei Liniensensoren abgetastet wird.
  • Der Abstandsbildsensor RS ist nicht auf den frontbeleuchteten Abstandsbildsensor beschränkt. Der Abstandsbildsensor RS kann ein rückbeleuchteter Abstandsbildsensor sein.
  • Die ladungserzeugende Fläche, wo die Ladungen in Übereinstimmung mit dem Einfallslicht erzeugt werden, kann eine Fotodiode enthalten (beispielsweise eine eingebettete Fotodiode).
  • Die Leitfähigkeitstypen (d. h. p-Typ und n-Typ des Abstandsbildsensors RS gemäß der vorliegenden Ausführungsform können miteinander ersetzt werden, um entgegengesetzt zu jenen oben beschriebenen zu sein.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung ist auf ein Abstandsmessverfahren und eine Abstandsmessvorrichtung anwendbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Abstandsmessvorrichtung
    Aline
    Linearitätsfläche
    d
    Distanz
    dshort
    Minimalwert von Linearitätsfläche
    FD1
    erste ladungsakkumulierende Fläche
    FD2
    zweite ladungsakkumulierende Fläche
    P
    Abstandssensor
    PG
    Foto-Gatter-Elektrode
    S1
    erstes Transfersignal
    S2
    zweites Transfersignal
    T1
    erste Periode
    T2
    zweite Periode
    TX1
    erste Transferelektrode (Ladungstransfereinheit)
    TX2
    zweite Transferelektrode (Ladungstransfereinheit)
    LS
    Lichtquelle
    CONT
    Steuerungselement (Ladungstransfereinheit)
    DRV
    Antriebselement (Lichtquellen-Antriebselement)
    ART
    Arithmetikelement (Distanz-Arithmetikelement)
    OJ
    Objekt
    Lp
    Impulslicht
    Lr
    Reflexionslicht
    TS
    lichtintensitätsstabile Periode
    TT
    Emissionsperiode von Impulslicht
    Ty
    verzögerte Ausstrahlungszeit (Verzögerungszeit
    Q1, Q2
    Menge von Ladungen

Claims (6)

  1. Abstandsmessverfahren, in welchem eine Lichtquelle, die konfiguriert ist, Impulslicht in Bezug auf ein Objekt zu emittieren, und ein Distanzsensor verwendet werden, wobei der Distanzsensor eine ladungserzeugende Fläche, in welcher Ladungen gemäß Einfallsreflexionslicht des vom Objekt reflektierten Impulslichtes erzeugt werden, und eine ladungsakkumulierende Fläche, in welcher die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen akkumuliert werden, beinhaltet, wobei das Abstandsmessverfahren umfasst: Übertragen der in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an die ladungsakkumulierte Fläche während einer ersten Periode in Bezug auf eine Emissionsperiode des Impulslichts, um so die Ladungen in der ladungsakkumulierenden Fläche während der ersten Periode zu akkumulieren; Übertragen der in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an die ladungsakkumulierende Fläche während einer zweiten Periode, die sich im Timing von der ersten Periode unterscheidet und in der Breite ähnlich zur ersten Periode ist, um so die Ladungen in der ladungsakkumulierenden Fläche während der zweiten Periode zu akkumulieren; Arithmetisieren einer Distanz zu einem Objekt, basierend auf einer in der ladungsakkumulierenden Fläche während der ersten Periode akkumulierten Menge an Ladungen und einer in der ladungsakkumulierenden Fläche während der zweiten Periode akkumulierten Menge an Ladungen; und beim Emittieren des Impulslichtes aus der Lichtquelle, Emittieren des Impulslichts, dessen lichtintensitätsstabile Periode innerhalb der Emissionsperiode des Impulslichts vorab eingestellt wird, länger zu sein als jede der ersten und zweiten Perioden, aus der Lichtquelle.
  2. Abstandsmessverfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Impulslicht nach einer Startzeit der ersten Periode emittiert wird, wenn das Impulslicht aus der Lichtquelle emittiert wird.
  3. Abstandsmessverfahren gemäß Anspruch 2, wobei eine Verzögerungszeit des Emissions-Timings des Impulslichts in Bezug auf die Startzeit der ersten Periode vorab auf eine Zeit eingestellt wird, die einem Minimalwert einer Linearitätsfläche eines Abstandsmessprofils entspricht, welches eine Korrelation zwischen einer Ist-Distanz und einer durch den Abstandssensor ermittelten Distanz angibt.
  4. Abstandsmessverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Abstandssensor eine Mehrzahl von ladungsakkumulierenden Flächen und eine Mehrzahl von Transferelektroden beinhaltet, die konfiguriert sind, die Ladungen, die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugt werden, an die Mehrzahl von ladungsakkumulierenden Flächen zu transferieren, und der Mehrzahl von Transferelektroden Transfersignale mit verschiedenen Phasen verliehen werden.
  5. Abstandsmessverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Abstandssensor eine Transferelektrode, die konfiguriert ist, die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen an die ladungsakkumulierende Fläche zu transferieren, beinhaltet, und der Transferelektrode ein Transfersignal verliehen wird, das eine intermittent bei einem vorbestimmten Timing verschobene Phase aufweist.
  6. Abstandsmessvorrichtung, die enthält: eine Lichtquelle, die konfiguriert ist, Impulslicht in Bezug auf ein Objekt zu emittieren, und einen Abstandssensor, der konfiguriert ist, eine ladungserzeugende Fläche, in der Ladungen gemäß Einfallsreflexionslicht des vom Objekt reflektierten Impulslichtes erzeugt werden, und eine ladungsakkumulierende Fläche, in welcher die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen akkumuliert werden, zu enthalten, wobei die Abstandsmessvorrichtung umfasst: eine Ladungsübertragungseinheit, die konfiguriert ist, die in der ladungserzeugenden Fläche in Bezug auf eine Emissionsperiode des Impulslichts erzeugten Ladungen während einer ersten Periode an die ladungsakkumulierende Fläche zu übertragen, um so die Ladungen in der ladungsakkumulierenden Fläche während der ersten Periode zu akkumulieren, und konfiguriert ist, die in der ladungserzeugenden Fläche erzeugten Ladungen während einer zweiten, anderen Periode als der ersten Periode im Timing und ähnlich zur ersten Periode in der Breite an die ladungsakkumulierende Fläche zu übertragen, um so die Ladungen in der ladungsakkumulierenden Fläche während der zweiten Periode zu akkumulieren; ein Distanz-Arithmetikelement, das konfiguriert ist, eine Distanz zum Objekt zu arithmetisieren, basierend auf einer in der ladungsakkumulierenden Fläche während der ersten Periode akkumulierten Menge an Ladungen und einer in der ladungsakkumulierenden Fläche während der zweiten Periode akkumulierten Menge an Ladungen; und ein Lichtquellen-Antriebselement, das konfiguriert ist, die Lichtquelle anzutreiben, so dass sie das Impulslicht, dessen lichtintensitätsstabile Periode innerhalb der Emissionsperiode des Impulslichts vorab eingestellt ist, länger zu sein als jede der ersten und zweiten Perioden, aus der Lichtquelle zu emittieren.
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