DE112017002292T5

DE112017002292T5 - Abstandssensor und Ansteuerverfahren eines Abstandssensors

Info

Publication number: DE112017002292T5
Application number: DE112017002292.4T
Authority: DE
Inventors: Akihiro Shimada; Mitsuhito Mase; Jun Hiramitsu; Takashi Suzuki
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2016-05-02
Filing date: 2017-04-19
Publication date: 2019-01-17
Also published as: KR102289224B1; US11493337B2; CN109073734A; US20190145767A1; JP6659448B2; CN109073734B; WO2017191758A1; CH713891B1; KR20190002418A; JP2017201245A

Abstract

Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf einen Abstandssensor, der konfiguriert ist, eine gleiche Strommenge in Speicherknoten zu injizieren, die jeweils mit Ladungssammelbereichen gekoppelt sind, in denen die Ladungen eines lichtempfindlichen Bereichs durch Ansteuern der ersten und zweiten Übertragungselektroden verteilt werden und einen Abstand zu einem Objekt basierend auf Differenzinformationen über Ladungsmengen der jeweiligen Speicherknoten erhalten. Die durch Störlicht verursachte Sättigung jedes Speicherknotens wird durch Injizieren der gleichen Strommenge in jeden Speicherknoten vermieden, und die Differenzinformation über die Ladungsmengen der jeweiligen Speicherknoten, die durch die Strominjektion nicht leicht beeinflusst wird, wird durch Ansteuern der ersten und zweiten Übertragungselektroden gemäß der Vielzahl von Rahmen, die jeweils das Elektrodenansteuerungsmuster darstellen, erhalten.

Description

Technisches Feld
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Abstandssensor und ein Ansteuerverfahren eines Abstandssensors.
Technischer Hintergrund
Ein Flugzeitverfahren (TOF-Verfahren) zum Messen eines Abstandes zu einem Objekt basierend auf einer Zeitdifferenz zwischen einem Zeitpunkt des Ausstrahlens von Licht von einer Lichtquelle und einem Zeitpunkt, zu dem reflektiertes Licht von dem Objekt empfangen wurde, ist bekannt. So beschreibt beispielsweise das folgende Patentdokument 1 einen Abstandssensor, der auf einem TOF-Verfahren basiert. Der in Patentdokument 1 offenbarte Abstandssensor weist eine Konfiguration des Ladungsverteilungstyps auf, bei der Ladungen, die während einer ersten Periode nach der Bestrahlung mit gepulstem Licht erzeugt werden, und Ladungen, die während einer zweiten Periode nach der ersten Periode erzeugt werden, in Speicherknoten gespeichert werden, die jeweils mit verschiedenen Ladungssammelbereichen gekoppelt sind. Anschließend wird der Abstand zum Objekt aus einem Verhältnis der in diesen Speicherknoten gespeicherten Ladungsmengen berechnet.
Darüber hinaus beschreibt das Nicht-Patentdokument 1 ein Verfahren zum Messen eines Abstandes zu einem Objekt basierend auf einer Phasendifferenz zwischen Bestrahlungslicht und dessen reflektiertem Licht durch Ausstrahlung von dreieckigem Wellenlicht.
Referenzliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: JP 2011-133464 (A )
Nicht-Patentliteratur
Nicht-Patentdokument 1: David Stoppa et al., Introduction to 3D Time-of-Fight Image Sensors, European Solid-State Circuits Conference (ESSCIRC), European Solid-State Device Conference (ESSDERC), 2015
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Als Ergebnis der Untersuchung des oben genannten Stands der Technik haben die Erfinder die folgenden Probleme herausgefunden. Dies bedeutet generell, dass im Abstandssensor nicht nur Ladungen durch das reflektierte Licht, sondern auch Ladungen durch Störlicht im Speicherknoten gespeichert werden. In dem in Patentdokument 1 beschriebenen Abstandssensor wird bei der Berechnung des Abstands von der in jedem der Speicherknoten erhaltenen Ladungsmenge eine dem Störlicht entsprechende Ladungsmenge abgezogen. Daher werden sowohl die durch das reflektierte Licht verursachten Ladungen als auch die durch das Störlicht verursachten Ladungen in jedem der Speicherknoten gespeichert, so dass es ein Problem gibt, dass der Speicherknoten leicht gesättigt ist. Übrigens wird das gepulste Licht nach dem in Patentdokument 1 beschriebenen Verfahren ausgegeben, und somit hat man den Vorteil, dass man eine Intensität des Bestrahlungslichts in Bezug auf eine Intensität des Störlichts (also einen Signal-Rausch-Abstand) erhöhen kann.
Zusätzlich wird das Objekt mit dem dreieckigen Wellenlicht nach dem in Nicht-Patentdokument 1 beschriebenen Verfahren bestrahlt, so dass es notwendig ist, jede Übertragungselektrode während eines Zyklus konstant auf ein Ein-Potenzial (Potenzial, das die Ladungsübertragung ermöglicht) einzustellen, um alle während eines Zyklus erzeugten Ladungen aufzunehmen. In diesem Fall wird eine große Menge an Ladung durch Störlicht entnommen, so dass jeder Speicherknoten leicht gesättigt ist. Darüber hinaus ist ein Lichtausstrahlzustand einer Lichtquelle im Vergleich zu dem Fall, in dem das gepulste Licht ausgegeben wird, kontinuierlich, und somit besteht das Problem, dass eine Intensität des Bestrahlungslichts als niedrig unterdrückt wird und die Intensität des Bestrahlungslichts in Bezug auf eine Intensität des Störlichts (also ein Signal-Rausch-Abstand) niedrig ist.
Hierbei ist es vorstellbar, in jeden Speicherknoten Strom einzuspeisen, um Ladungen auszugleichen, um eine Sättigung eines Speicherknotens zu vermeiden. In einem solchen System ist es notwendig, die Strominjektion in einem Zustand durchzuführen, in dem eine Intensität des Störlichts unbekannt ist, und daher ist es wünschenswert, jedem Speicherknoten eine gleiche Menge an Strom zuzuführen und ein Abstand zu einem Objekt zu erhalten, basierend auf einer Differenz der in jedem Speicherknoten gespeicherten Ladungsmenge. Denn die Differenz der Ladungsmenge wird durch den eingespeisten Strom nicht beeinflusst. Es ist jedoch schwierig, die in der Patentliteratur 1 und der Nicht-Patentliteratur 1 beschriebenen Abstandssensoren in einem solchen Verfahren zu verwenden.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und ein Ziel ist es, einen Abstandssensor und ein Ansteuerverfahrens für einen Abstandssensor mit einer Struktur bereitzustellen, die es ermöglicht, eine gleiche Strommenge in elektrisch gekoppelte Speicherknoten einzuspeisen, um Sammelbereiche zu laden, in denen die Ladungen eines lichtempfindlichen Bereichs durch Ansteuern einer Vielzahl von Übertragungselektroden und Erhalten eines Abstandes zu einem Objekt basierend auf Differenzinformationen über Ladungen der jeweiligen Speicherknoten verteilt werden.
Lösung des Problems
Ein Abstandssensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Abstandssensor, der konfiguriert ist, um ein Objekt mit Licht zu bestrahlen und einen Abstand zu dem Objekt durch Erfassen von reflektiertem Licht vom Objekt zu messen, und als ein Aspekt davon eine Lichtbestrahlungseinheit, ein Halbleitersubstrat, eine erste Übertragungselektrode, eine zweite Übertragungselektrode und eine Ansteuereinheit umfasst. Die Lichtbestrahlungseinheit bestrahlt das Objekt wiederholt mit gepulstem Licht. Das Halbleitersubstrat weist einen lichtempfindlichen Bereich sowie einen ersten und zweiten Ladungssammelbereich auf. Der lichtempfindliche Bereich ist ein Bereich, der Ladungen erzeugt, die einer Lichtmenge des reflektierten Lichts entsprechen. Jeder erste und zweite Ladungssammelbereich ist ein Bereich, der in einem Zustand der Trennung vom lichtempfindlichen Bereich durch einen vorbestimmten Abstand angeordnet ist und die Ladungen aus dem lichtempfindlichen Bereich sammelt. Die erste Übertragungselektrode ist eine Elektrode, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem ersten Ladungssammelbereich angeordnet ist und auf ein Ein-Potenzial oder ein Aus-Potenzial eingestellt werden kann. Hier ist das Ein-Potenzial ein Potenzial, das den Ladungstransfer von dem lichtempfindlichen Bereich zum ersten Ladungssammelbereich ermöglicht, und das Aus-Potenzial ein Potenzial, das diesen Ladungstransfer stoppt. Die zweite Übertragungselektrode ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem zweiten Ladungssammelbereich angeordnet und ist ein Potenzial, das eine Ladungsübertragung vom lichtempfindlichen Bereich zum zweiten Ladungssammelbereich ermöglicht, und das Aus-Potenzial ist ein Potenzial, um diesen Ladungstransfer zu stoppen. Die Ansteuereinheit führt nacheinander eine Vielzahl von Rahmen aus, von denen jeder ein Elektrodenansteuerungsmuster zum Ansteuern der ersten und zweiten Übertragungselektrode bildet und durch die gleichmäßigen Zeiten t₀ , t₁ , .... und t₉ definiert ist, und steuert die erste und zweite Übertragungselektrode an. In der vorstehend beschriebenen Konfiguration strahlt die Lichtbestrahlungseinheit in jedem der Vielzahl von Rahmen Licht für die Zeiten t₁ bis t₃ aus. Zusätzlich stellt die Ansteuereinheit in einem ersten Rahmen unter der Vielzahl von Rahmen die erste Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₀ und t₂ und zwischen den Zeiten t₄ und t₆ ein und stellt die zweite Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₂ und t₄ und zwischen den Zeiten t₆ und t₈ . Weiterhin stellt die Ansteuereinheit in einem zweiten, vom ersten Rahmen verschiedenen Rahmen die erste Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₁ und t₃ und zwischen den Zeiten t₅ und t₇ ein und stellt die zweite Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₃ und t₅ und zwischen den Zeiten t₇ und t₉ .
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Der Abstandssensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Abstandssensor, der konfiguriert ist, um das Objekt mit dem gepulsten Licht zu bestrahlen, und der die Struktur aufweist, um die gleiche Strommenge in die Speicherknoten einzuspeisen, die jeweils elektrisch mit den Ladungssammelbereichen gekoppelt sind, in denen die Ladungen des lichtempfindlichen Bereichs durch Ansteuern der Vielzahl von Übertragungselektroden und Erhalten des Abstandes zum Objekt basierend auf den Differenzinformationen zu den Ladungsmengen der jeweiligen Speicherknoten verteilt wird. So wird gemäß dem Abstandssensor und dem Ansteuerverfahren des Abstandssensors eine durch Störlicht verursachte Sättigung jedes Speicherknotens vermieden, indem die gleiche Strommenge in jeden Speicherknoten eingespeist wird, und die Differenzinformation über die Ladungsmengen der jeweiligen Speicherknoten, die durch die Strominjektion nicht leicht beeinflusst wird, wird durch Ansteuern der ersten und zweiten Übertragungselektrode gemäß der Vielzahl von Rahmen erhalten, die jeweils das Elektrodenansteuerungsmuster darstellen.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration eines Abstandssensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine Draufsicht auf eine Lichtempfangseinheit jedes Pixels des in 1 dargestellten Abstandssensors.
3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III von 2.
4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV von 2.
5A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine zeitliche Änderung der Intensität des auf ein bestimmtes Pixel einfallenden reflektierten Lichts darstellt, und 5B und 5C sind Diagramme, die eine zeitliche Änderung einer an jede von zwei Übertragungselektroden angelegten Spannung darstellen.
6 ist eine Ansicht, die ein Ansteuersystem eines Abbildungsbereichs unter Verwendung einer Sensoransteuerschaltung veranschaulicht.
7A ist ein Zeitdiagramm, das die Vorgänge von Übertragungselektroden in einem Speicherrahmen eines ersten Rahmens darstellt, und 7B ist ein Zeitdiagramm, das die Vorgänge der Übertragungselektroden in einem Speicherrahmen eines zweiten Rahmens darstellt.
8 ist eine Ansicht, die Zeitdiagramme des ersten Rahmens und des zweiten Rahmens für einen einmaligen Treibtakt in überlappender Weise darstellt.
9 ist eine Ansicht, die ein Diagramm der Empfangslichtimpulswellenformen des reflektierten Lichts in dem in 8 dargestellten Zeitdiagramm weiter veranschaulicht.
10 ist eine Ansicht, die ein Diagramm der Empfangslichtimpulswellenformen des reflektierten Lichts in dem in 8 dargestellten Zeitdiagramm weiter veranschaulicht.
11A ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Ausgabewert von jedem Pixel und einer Zeit von der Bestrahlung des Lichts bis zum Einfall des reflektierten Lichts veranschaulicht, 11B ist ein Diagramm, das die Vorzeichen der Ausgabewerte im ersten Rahmen und im zweiten Rahmen veranschaulicht, und 11C ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum Berechnen einer Gesamtladungsmenge veranschaulicht.
Die 12A bis 12C sind Diagramme, die ein Verfahren zum Berechnen eines Abstands von Ausgabewerten im ersten Rahmen und im zweiten Rahmen veranschaulichen.
13 ist ein Schaltplan, der eine detaillierte Konfiguration einer Strominjektionsschaltung darstellt.
Die 14A und 14B sind Ansichten, die ein Zeitdiagramm eines Ansteuerverfahrens gemäß einer ersten Änderung veranschaulichen.
Die 15A bis 15C sind Ansichten zur Beschreibung eines Abstandsberechnungsverfahrens gemäß der ersten Modifikation.
16 ist eine Draufsicht, die eine Lichtempfangseinheit gemäß einer zweiten Modifikation darstellt.
17 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XVII-XVII von 16.
18 ist eine Ansicht, die ein Ansteuersystem einer Sensoransteuerschaltung gemäß der zweiten Modifikation darstellt.
19 ist ein Zeitdiagramm, das das Ansteuern einer Übertragungselektrode in einem Speicherrahmen veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsformen
[Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung der vorliegenden Anmeldung]
Zunächst werden diejenigen, die den Ausführungsformen der Erfindung der vorliegenden Anmeldung entsprechen, einzeln aufgeführt und beschrieben.

(1) Ein Abstandssensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Abstandssensor, der konfiguriert ist, um ein Objekt mit Licht zu bestrahlen und einen Abstand zu dem Objekt durch Erfassen von reflektiertem Licht vom Objekt zu messen, und als ein Aspekt davon eine Lichtbestrahlungseinheit, ein Halbleitersubstrat, eine erste Übertragungselektrode, eine zweite Übertragungselektrode und eine Ansteuereinheit umfasst. Die Lichtbestrahlungseinheit bestrahlt das Objekt wiederholt mit gepulstem Licht. Das Halbleitersubstrat weist einen lichtempfindlichen Bereich sowie einen ersten und zweiten Ladungssammelbereich auf. Der lichtempfindliche Bereich ist ein Bereich, der Ladungen erzeugt, die einer Lichtmenge des reflektierten Lichts entsprechen. Jeder erste und zweite Ladungssammelbereich ist ein Bereich, der in einem Zustand der Trennung vom lichtempfindlichen Bereich durch einen vorbestimmten Abstand angeordnet ist und die Ladungen aus dem lichtempfindlichen Bereich sammelt. Die erste Übertragungselektrode ist eine Elektrode, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem ersten Ladungssammelbereich angeordnet ist und auf ein Ein-Potenzial oder ein Aus-Potenzial eingestellt werden kann. Hier ist das Auf-Potenzial ein Potenzial, das den Ladungstransfer vom lichtempfindlichen Bereich zum ersten Ladungssammelbereich ermöglicht, und das Aus-Potenzial ist ein Potenzial, das diesen Ladungstransfer stoppt. Die zweite Übertragungselektrode ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem zweiten Ladungssammelbereich angeordnet, das Ein-Potenzial ist ein Potenzial, das den Ladungstransfer vom lichtempfindlichen Bereich zum zweiten Ladungssammelbereich ermöglicht, und das Aus-Potenzial ist ein Potenzial, um diesen Ladungstransfer zu stoppen. Die Ansteuereinheit führt nacheinander eine Vielzahl von Rahmen aus, von denen jeder ein Elektrodenansteuerungsmuster zum Ansteuern der ersten und zweiten Übertragungselektroden bildet und durch die gleichmäßigen Zeiten t₀ , t₁ , .... und t₉ definiert ist, und steuert die erste und zweite Übertragungselektrode an. In der vorstehend beschriebenen Konfiguration strahlt die Lichtbestrahlungseinheit in jedem der Vielzahl von Rahmen Licht für die Zeiten t₁ bis t₃ aus. Darüber hinaus stellt die Ansteuereinheit in einem ersten Rahmen unter der Vielzahl von Rahmen die erste Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₀ und t₂ und zwischen den Zeiten t₄ und t₆ ein, während sie die zweite Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₂ und t₄ und zwischen den Zeiten t₆ und t₈ einstellt. Weiterhin stellt die Ansteuereinheit in einem zweiten Rahmen, der sich vom ersten Rahmen unterscheidet, die erste Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₁ und t₃ und zwischen den Zeiten t₅ und t₇ ein, während sie die zweite Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₃ und t₅ und zwischen den Zeiten t₇ und t₉ setzt.
(2) Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform kann die Ansteuereinheit des Abstandssensors nacheinander eine Vielzahl von Rahmen ausführen, von denen jeder ein Elektrodenansteuerungsmuster zum Ansteuern der ersten und zweiten Übertragungselektrode bildet und durch die gleichmäßigen Zeiten t₀ , t₁ , .... und t₈ zum Ansteuern der ersten und zweiten Übertragungselektrode definiert ist. In diesem Fall bestrahlt die Lichtbestrahlungseinheit die Vielzahl der Rahmen jeweils für die Zeiten t₁ bis t₃ mit Licht. Darüber hinaus stellt die Ansteuereinheit in einem ersten Rahmen unter der Vielzahl von Rahmen die erste Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₀ und t₁ und zwischen den Zeiten t₄ und t₅ ein, während sie die zweite Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₂ und t₃ und zwischen den Zeiten t₆ und t₇ setzt. Weiterhin stellt die Ansteuereinheit in einem zweiten Rahmen, der sich vom ersten Rahmen unterscheidet, die erste Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₁ und t₂ und zwischen den Zeiten t₅ und t₆ ein, während sie die zweite Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₃ und t₄ und zwischen den Zeiten t₇ und t₈ setzt.
(3) Als eine Ausführungsform der vorliegenden Ausführungsform kann der Abstandssensor eine Lichtbestrahlungseinheit, ein Halbleitersubstrat, erste bis vierte Übertragungselektrode und eine Ansteuereinheit beinhalten. Die Lichtbestrahlungseinheit bestrahlt das Objekt wiederholt mit gepulstem Licht. Das Halbleitersubstrat weist einen lichtempfindlichen Bereich und erste bis vierte Ladungssammelbereiche auf. Hier erzeugt der lichtempfindliche Bereich Ladungen, die einer Lichtmenge des reflektierten Lichts entsprechen. Jeder der ersten bis vierten Ladungssammelbereiche ist in einem Zustand angeordnet, in dem er durch einen vorbestimmten Abstand von dem lichtempfindlichen Bereich getrennt ist, und sammelt die Ladungen aus dem lichtempfindlichen Bereich. Die erste Übertragungselektrode ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem ersten Ladungssammelbereich angeordnet, die zweite Übertragungselektrode ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem zweiten Ladungssammelbereich angeordnet, die dritte Übertragungselektrode ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem dritten Ladungssammelbereich angeordnet, und die vierte Übertragungselektrode ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem vierten Ladungssammelbereich angeordnet. Jede der ersten bis vierten Übertragungselektroden kann auf ein Ein-Potenzial eingestellt werden, das einen Ladungstransfer vom lichtempfindlichen Bereich in den entsprechenden Ladungssammelbereich ermöglicht, oder auf ein Aus-Potenzial, das diesen Ladungstransfer stoppt. Die Ansteuereinheit führt nacheinander eine Vielzahl von Rahmen aus, von denen jeder ein Elektrodenansteuerungsmuster zum Ansteuern der erste bis vierte Übertragungselektrode bildet und durch die gleichmäßigen Zeiten t₀ , t₁ , .... und t₈ definiert ist, um die erste bis vierten Übertragungselektroden anzusteuern. In der vorstehend beschriebenen Konfiguration strahlt die Lichtbestrahlungseinheit in jedem der Vielzahl von Rahmen Licht für die Zeiten t₁ bis t₃ aus. In jedem der Vielzahl von Rahmen stellt die Ansteuereinheit die erste Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₀ und t₁ und zwischen den Zeiten t₄ und t₅ ein, stellt die zweite Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₁ und t₂ und zwischen den Zeiten t₅ und t₆ ein, stellt die dritte Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₂ und t₃ und zwischen den Zeiten t₆ und t₇ ein und setzt die vierte Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₃ und t₄ und zwischen den Zeiten t₇ und t₈ .
(4) In einem Ansteuerverfahren eines Abstandssensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein Abstandssensor angesteuert, der konfiguriert ist, um ein Objekt mit Licht zu bestrahlen und einen Abstand zu einem Objekt durch Erfassen von reflektiertem Licht von dem Objekt zu messen. Der anzusteuernde Abstandssensor umfasst eine Lichtbestrahlungseinheit, ein Halbleitersubstrat, eine erste Übertragungselektrode und eine zweite Übertragungselektrode. Die Lichtbestrahlungseinheit bestrahlt das Objekt wiederholt mit gepulstem Licht. Das Halbleitersubstrat weist einen lichtempfindlichen Bereich sowie einen ersten und zweiten Ladungssammelbereich auf. Der lichtempfindliche Bereich ist ein Bereich, der Ladungen erzeugt, die einer Lichtmenge des reflektierten Lichts entsprechen. Jeder ersten und zweiten Ladungssammelbereich ist ein Bereich, der in einem Zustand der Trennung vom lichtempfindlichen Bereich durch einen vorbestimmten Abstand angeordnet ist und die Ladungen aus dem lichtempfindlichen Bereich sammelt. Die erste Übertragungselektrode ist eine Elektrode, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem ersten Ladungssammelbereich angeordnet ist und auf ein Ein-Potenzial oder ein Aus-Potenzial eingestellt werden kann. Hier ist das Ein-Potenzial ein Potenzial, das den Ladungstransfer von dem lichtempfindlichen Bereich zum ersten Ladungssammelbereich ermöglicht, und das Aus-Potenzial ein Potenzial, das diesen Ladungstransfer stoppt. Die zweite Übertragungselektrode ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem zweiten Ladungsammelsbereich angeordnet, das Ein-Potenzial ist ein Potenzial, das den Ladungstransfer vom lichtempfindlichen Bereich zum zweiten Ladungsammelbereich ermöglicht, und das Aus-Potenzial ist ein Potenzial, um diesen Ladungstransfer zu stoppen. In einem Aspekt des Ansteuerverfahrens wird eine Vielzahl von Rahmen, von denen jeder ein Elektrodenansteuerungsmuster zum Ansteuern der ersten und zweiten Übertragungselektroden bildet und durch gleichmäßige Zeiten t₀ , t₁ , .... und t₉ definiert ist, nacheinander ausgeführt. Insbesondere wird von der Lichtbestrahlungseinheit für die Zeiten t₁ bis t₃ in jedem der Vielzahl von Rahmen im Ansteuerverfahren Licht ausgestrahlt. Darüber hinaus wird in einem ersten Rahmen aus der Vielzahl von Rahmen die erste Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₀ und t₂ und zwischen den Zeiten t₄ und t₆ eingestellt, und die zweite Übertragungselektrode wird im Ansteuerverfahrens auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₂ und t₄ und zwischen den Zeiten t₆ und t₈ eingestellt. Weiterhin wird in einem zweiten Rahmen, der sich vom ersten Rahmen unterscheidet, die erste Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₁ und t₃ und zwischen den Zeiten t₅ und t₇ und die zweite Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₃ und t₅ und zwischen den Zeiten t₇ und t₉ im Ansteuerverfahren eingestellt.
(5) Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform kann bei dem Ansteuerverfahren der Abstandssensor mit der obigen Struktur als ein anzusteuerndes Objekt eingestellt werden, und eine Vielzahl von Rahmen, von denen jeder ein Elektrodenansteuerungsmuster zum Ansteuern der ersten und zweiten Übertragungselektroden bildet und durch gleichmäßigen Zeiten t0, t1, .... und t8 definiert ist, können nacheinander ausgeführt werden. In diesem Fall wird in jedem der Vielzahl von Rahmen Licht von der Lichtbestrahlungseinheit für die Zeiten t1 bis t3 jedes Rahmens im Ansteuerverfahren ausgestrahlt. Darüber hinaus wird in einem ersten Rahmen aus der Vielzahl von Rahmen die erste Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t0 und t1 und zwischen den Zeiten t4 und t5 eingestellt, und die zweite Übertragungselektrode wird im Ansteuerverfahrens auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t2 und t3 und zwischen den Zeiten t6 und t7 eingestellt. Weiterhin wird in einem zweiten Rahmen, der sich vom ersten Rahmen unterscheidet, die erste Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t1 und t2 und zwischen den Zeiten t5 und t6 eingestellt, und die zweite Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t3 und t4 und zwischen den Zeiten t7 und t8 im Ansteuerverfahren.
(6) Als ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform kann der Abstandssensor als das anzusteuernde Objekt des Ansteuerverfahrens eine Lichtbestrahlungseinheit, ein Halbleitersubstrat und eine erste bis vierte Übertragungselektrode umfassen. Die Lichtbestrahlungseinheit bestrahlt das Objekt wiederholt mit gepulstem Licht. Das Halbleitersubstrat weist einen lichtempfindlichen Bereich und einen ersten bis vierten Ladungssammelbereich auf. Hierbei erzeugt der lichtempfindliche Bereich Ladungen, die einer Lichtmenge des reflektierten Lichts entsprechen. Jeder der ersten bis vierten Ladungssammelbereiche ist in einem Zustand der Trennung von dem lichtempfindlichen Bereich durch einen vorbestimmten Abstand angeordnet und sammelt die Ladungen aus dem lichtempfindlichen Bereich. Die erste Übertragungselektrode ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem ersten Ladungssammelbereich angeordnet, die zweite Übertragungselektrode ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem zweiten Ladungssammelbereich angeordnet, die dritte Übertragungselektrode ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem dritten Ladungssammelbereich angeordnet, und die vierte Übertragungselektrode ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem vierten Ladungssammelbereich angeordnet. Jede der ersten bis vierten Übertragungselektroden kann auf ein Ein-Potenzial eingestellt werden, das einen Ladungstransfer vom lichtempfindlichen Bereich in den entsprechenden Ladungssammelbereich ermöglicht, oder auf ein Aus-Potenzial, das diesen Ladungstransfer stoppt. Im Ansteuerverfahren, wobei der Abstandssensor mit der obigen Struktur als anzusteuerndes Objekt eingestellt ist, wird eine Vielzahl von Rahmen, von denen jeder ein Elektrodenansteuerungsmuster zum Ansteuern der ersten bis vierten Übertragungselektroden bildet und durch gleichmäßigen Zeiten t0, t1, .... und t8 definiert ist, sequentiell ausgeführt. Insbesondere wird im Ansteuerverfahrens Licht von der Lichtbestrahlungseinheit für die Zeiten t1 bis t3 abgegeben, die erste Übertragungselektrode wird zwischen den Zeiten t0 und t1 und zwischen den Zeiten t4 und t5 auf das Ein-Potenzial eingestellt, die zweite Übertragungselektrode wird zwischen den Zeiten t1 und t2 und zwischen den Zeiten t5 und t6 auf das Ein-Potenzial eingestellt, die dritte Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t2 und t3 und zwischen den Zeiten t6 und t7 eingestellt ist, und die vierte Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t3 und t4 und zwischen den Zeiten t7 und t8 in jedem der Vielzahl von Rahmen eingestellt ist.
(7) Entsprechend dem Abstandssensor und dem Fahrverfahren jedes der verschiedenen vorstehend beschriebenen Aspekte ist es möglich, den Abstand basierend auf einer Differenz der Menge der in jedem Speicherknoten gespeicherten Ladungen zu erhalten, wie in den später zu beschreibenden Ausführungsformen beschrieben. Daher ist es möglich, die Sättigung jedes einzelnen Speicherknotens zu vermeiden, indem man in jeden Speicherknoten eine gleiche Menge an Strom injiziert.
(8) Als ein Aspekt jedes Abstandssensors und des Ansteuerverfahrens desselben gemäß den vorliegenden Ausführungsformen kann das Halbleitersubstrat ferner einen fünften Ladungssammelbereich umfassen, der in einem Zustand angeordnet ist, in dem er von einem lichtempfindlichen Bereich durch einen vorbestimmten Abstand getrennt und konfiguriert ist, um Ladungen aus dem lichtempfindlichen Bereich zu sammeln, und der Abstandssensor kann ferner eine fünfte Übertragungselektrode beinhalten, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem fünften Ladungssammelbereich entsprechend dieser Konfiguration angeordnet ist. In diesem Fall stellt die Ansteuereinheit im Abstandssensor die fünfte Übertragungselektrode auf ein Ein-Potenzial ein, mit Ausnahme eines Zeitraums, in dem die anderen Übertragungselektroden zunächst auf das Ein-Potenzial und dann schließlich auf das Aus-Potenzial eingestellt werden. Währenddessen wird bei dem Ansteuerverfahren die fünfte Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial eingestellt, mit Ausnahme der Zeit, in der die anderen Übertragungselektroden zunächst auf das Ein-Potenzial und dann schließlich auf das Aus-Potenzial eingestellt werden.
(9) Nach dem Abstandssensor und dem Ansteuerverfahren jedes der verschiedenen vorstehend beschriebenen Aspekte ist es möglich, durch Störlicht erzeugte Ladungen mit der fünften Übertragungselektrode zu entladen, mit Ausnahme eines Zeitraums, in dem die erste und zweite Übertragungselektrode (oder die erste bis vierte Übertragungselektrode) angesteuert wird. Dadurch ist es möglich, die durch das Störlicht verursachte Sättigung weiter zu unterdrücken und das durch das Störlicht verursachte Schrotrauschen zu reduzieren und somit einen Widerstand gegen das Störlicht und die Abstandsmessgenauigkeit weiter zu verbessern.

Wie vorstehend beschrieben, kann jeder in [Beschreibung der Ausführungsform der Erfindung der vorliegenden Anmeldung] aufgeführte Aspekt auf jeden der verbleibenden Aspekte oder auf alle Kombinationen dieser verbleibenden Aspekte angewendet werden.
[Details der Ausführungsform der Erfindung der vorliegenden Anmeldung]
Nachfolgend werden eine spezifische Struktur des Abstandssensors und das Ansteuerverfahren des Abstandssensors gemäß den vorliegenden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Im Übrigen ist die Erfindung nicht auf diese verschiedenen Beispiele beschränkt, sondern wird durch die Ansprüche veranschaulicht, und jede Änderung im gleichwertigen Sinne und im gleichwertigen Umfang der Ansprüche soll darin aufgenommen werden. Darüber hinaus werden in der Beschreibung der Zeichnungen dieselben Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und redundante Beschreibungen weggelassen.
1 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration eines Abstandssensors 1A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Abstandssensor 1A misst einen Abstand zu einem Objekt, indem er das Objekt mit Licht bestrahlt und reflektiertes Licht vom Objekt erfasst. Wie in 1 dargestellt, beinhaltet der Abstandssensor 1A einen auf einem Halbleitersubstrat 3 gebildeten Abbildungsbereich 5, eine Sensoransteuerschaltung 7 (Ansteuereinheit) und eine Verarbeitungsschaltung 8. Die Sensoransteuerschaltung 7 steuert den Abbildungsbereich 5. Die Verarbeitungsschaltung 8 verarbeitet eine Ausgabe des Abbildungsbereichs 5. Der Abbildungsbereich 5 weist eine Vielzahl von Pixeln P auf, die ein- oder zweidimensional auf dem Halbleitersubstrat 3 angeordnet sind. In 1 sind die Pixel P(m, n) in m Zeilen und n Spalten dargestellt (m und n sind natürliche Zahlen). Jedes der Pixel P(m, n) beinhaltet eine Lichtempfangseinheit 9 und eine Strominjektionsschaltung 20. Der Abbildungsbereich 5 erfasst das reflektierte Licht vom Objekt für jedes der Pixel P. Dann wird der Abstand für jedes der Pixel P des Bildes des Objekts durch Erhalten der Zeit von der Bestrahlung des Lichts bis zur Ankunft des reflektierten Lichts für jedes der Pixel P erhalten. Der Abstandssensor 1A ist ein Abstandssensor vom Ladungsverteilungstyp und erhält die Zeit von der Bestrahlung des Lichts bis zur Ankunft des reflektierten Lichts gemäß einem Verhältnis von Ladungsmengen, die auf zwei Positionen innerhalb jedes der Pixel P verteilt sind.
2 ist eine Draufsicht auf die Lichtempfangseinheit 9 jedes der Pixel P(m, n) des in 1 dargestellten Abstandssensors 1A. Die 3 und 4 sind Querschnittsansichten entlang einer Linie III-III bzw. einer Linie IV-IV der 2 und veranschaulichen Querschnittskonfigurationen der Lichtempfangseinheit 9. Darüber hinaus veranschaulicht 3 auch eine Lichtquelleneinheit 30.
Wie in 2 dargestellt, beinhaltet die Lichtempfangseinheit 9 der vorliegenden Ausführungsform eine Übertragungselektrode 11 (erste Übertragungselektrode), eine Übertragungselektrode 12 (zweite Übertragungselektrode), eine Übertragungselektrode 13 (fünfte Übertragungselektrode), eine Fotogatterelektrode 14, Signalextraktionselektroden 15 und 16 und eine Ladungsentladeelektrode 17. In 2 ist die Anzahl der Übertragungselektroden 11 und 12 und der Signalextraktionselektroden 15 und 16 jeweils zwei, kann aber auch eins sein. In 2 ist die Anzahl der Übertragungselektrode 13 und der Ladungsentladeelektrode 17 jeweils zwei, kann aber auch eins sein.
Wie in 3 dargestellt, weist die Lichtempfangseinheit 9 weiterhin einen lichtempfindlichen Bereich 9a, einen Ladungssammelbereich 9b (erster Ladungssammelbereich) und einen Ladungssammelbereich 9c (zweiter Ladungssammelbereich) auf. Der lichtempfindliche Bereich 9a empfängt reflektiertes Licht L2 und erzeugt Ladungen entsprechend der Lichtmenge. Die Ladungssammelbereiche 9b und 9c sind so angeordnet, dass sie an den lichtempfindlichen Bereich 9a in einem Zustand des Einschiebens des lichtempfindlichen Bereichs 9a angrenzen. Jeder der Ladungssammelbereiche 9b und 9c sammelt Ladungen aus dem lichtempfindlichen Bereich 9a, so dass die Ladungen in jedem damit verbundenen Speicherknoten gespeichert werden. Im Übrigen ist der lichtempfindliche Bereich 9a zwischen den Ladungssammelbereichen 9b und 9c in 3 angeordnet, aber die Ladungssammelbereiche 9b und 9c können an einer Seite des lichtempfindlichen Bereichs 9a angrenzen, und es gibt keine Einschränkung für eine Positionsbeziehung zwischen ihnen.
Insbesondere ist das Halbleitersubstrat 3 aus einem hochkonzentrierten P-Typ (zweiter Leitfähigkeitstyp) Halbleiter hergestellt, und die Lichtempfangseinheit 9 jedes der Pixel P(m, n) weist einen niederkonzentrierten P-Typ (zweiter Leitfähigkeitstyp) Oberflächenbereich 3c auf, der auf einer Oberflächenseite 3a des Halbleitersubstrats 3 vorgesehen ist. Darüber hinaus wird auf der Oberfläche 3a des Halbleitersubstrats 3 eine Isolierschicht 41 und auf dem Oberflächenbereich 3c zwischen den Ladungssammelbereichen 9b und 9c die Fotogatterelektrode 14 gebildet, wobei die Isolierschicht 41 dazwischen angeordnet ist. Ein Bereich innerhalb des Oberflächenbereichs 3c, der unmittelbar unter der Fotogatterelektrode 14 angeordnet ist, ist der lichtempfindliche Bereich 9a. Ein Potenzial des lichtempfindlichen Bereichs 9a wird durch eine an die Fotogatterelektrode 14 angelegte Spannung gesteuert. An die Fotogatterelektrode 14 wird bei Bedarf eine leicht positive Gleichspannung angelegt. Dadurch werden als Reaktion auf den Lichteinfall auf den lichtempfindlichen Bereich 9a Elektronen-Loch-Paare erzeugt.
Die Ladungssammelbereiche 9b und 9c sind hochkonzentrierte n-Typ (erster Leitfähigkeitstyp) Bereiche, die auf der Oberflächenbereich 3c-Seite des Halbleitersubstrats 3 gebildet sind. Die Ladungssammelbereiche 9b und 9c werden auch als gleitende Diffusionsbereiche oder Ladungsspeicherbereiche bezeichnet. Ein Halbleiter vom n-Typ weist Elektronen als Träger im elektrisch neutralen Zustand auf und wird bei Fehlen der Träger positiv ionisiert. Das heißt, jede Bandstruktur der hochkonzentrierten n-Ladungssammelbereiche 9b und 9c hat eine nach unten stark ausgesparte Form und bildet einen Potenzialtopf. Die Signalextraktionselektrode 15 ist auf dem Ladungssammelbereich 9b und die Signalextraktionselektrode 16 auf dem Ladungssammelbereich 9c ausgebildet. Die Signalextraktionselektroden 15 und 16 sind durch in der Isolationsschicht 41 gebildete Öffnungen mit den Ladungssammelbereichen 9b und 9c in Kontakt.
Die Übertragungselektrode 11 ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich 9a und dem Ladungssammelbereich 9b angeordnet. Die Übertragungselektrode 12 ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich 9a und dem Ladungssammelbereich 9c angeordnet. Wenn ein positives Potenzial (Ein-Potenzial) an die Übertragungselektrode 11 angelegt wird, weist ein Potenzial des Bereichs unmittelbar unter der Übertragungselektrode 11 eine mittlere Größe zwischen einem Potenzial des lichtempfindlichen Bereichs 9a und einem Potenzial des Ladungssammelbereichs 9b auf. Auf diese Weise werden Potenzialschritte vom lichtempfindlichen Bereich 9a zum Ladungssammelbereich 9b gebildet, und Elektronen fallen in den Potenzialtopf des Ladungssammelbereichs 9b (die Ladungen werden im Topf gespeichert). Ebenso, wenn ein positives Potenzial (Ein-Potenzial) an die Übertragungselektrode 12 angelegt wird, hat ein Potenzial des Bereichs unmittelbar unter der Übertragungselektrode 12 eine mittlere Größe zwischen dem Potenzial des lichtempfindlichen Bereichs 9a und einem Potenzial des Ladungssammelbereichs 9c. Daher werden Potenzialschritte vom lichtempfindlichen Bereich 9a zum Ladungssammelbereich 9c gebildet, und Elektronen fallen in den Potenzialtopf des Ladungssammelbereichs 9c.
Übrigens wird die Struktur der Bereitstellung der Signalextraktionselektroden 15 und 16 auf den Ladungssammelbereichen 9b und 9c zum Extrahieren von Signalen in der vorliegenden Ausführungsform übernommen, aber es ist auch möglich, separat einen hochkonzentrierten Bereich für die Signalextraktion bereitzustellen, der an die Ladungssammelbereiche 9b und 9c angrenzt, und andere Übertragungselektroden auf Bereichen zwischen dem hochkonzentrierten Bereich und jedem der Ladungssammelbereiche 9b und 9c anzuordnen, und eine Signalextraktionselektrode auf dem hochkonzentrierten Bereich bereitzustellen, um ein Signal zu extrahieren.
Die Lichtquelleneinheit 30 ist eine Lichtbestrahlungseinheit, die konfiguriert ist, um ein Objekt B mit Licht L1 zu bestrahlen, und umfasst eine Lichtquelle 31, eine Lichtquellenansteuerschaltung 32 und eine Steuerschaltung 33. Die Lichtquelle 31 beinhaltet ein Halbleiter-Lichtausstrahlelement, wie beispielsweise ein Laserelement oder eine Leuchtdiode. Die Lichtquellenansteuerschaltung 32 steuert die Lichtquelle 31 mit einer hohen Frequenz an. Die Steuerschaltung 33 gibt einen Treibertakt der Lichtquellenansteuerschaltung 32 aus. Darüber hinaus wird das Objekt B periodisch und wiederholt mit gepulstem Licht, das einer Intensitätsmodulation einer Rechteckwelle unterzogen wurde, aus der Lichtquelle 31 bestrahlt.
Das Bestrahlungslicht L1 von der Lichtquelle 31 wird von einer Oberfläche des Objekts B reflektiert und trifft auf jeden der Pixel P(m, n) im Abbildungsbereich 5 des Abstandssensors 1A von einer Rückfläche 3b Seite des Halbleitersubstrats 3 als reflektiertes Licht L2. Im Übrigen kann eine Vielzahl von Abbildungslinsen, die den Pixeln P(m, n) entsprechen, so angeordnet sein, dass sie der Rückfläche 3b des Halbleitersubstrats 3 gegenüberstehen.
Wie in 4 dargestellt, weist die Lichtempfangseinheit 9 weiterhin zwei Ladungssammelbereiche 9d (fünfte Ladungssammelbereiche) auf. Die Ladungssammelbereiche 9d sind im Oberflächenbereich 3c des Halbleitersubstrats 3 ausgebildet und angrenzend an den lichtempfindlichen Bereich 9a im Zustand des Einschiebens des lichtempfindlichen Bereichs 9a angeordnet. Anschließend wird die Ladungsentladungselektrode 17 auf dem Ladungssammelbereich 9d gebildet. Die Ladungsentladeelektrode 17 ist durch die in der Isolationsschicht 41 gebildete Öffnung mit dem Ladungssammelbereich 9d in Kontakt. Die Übertragungselektrode 13 ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich 9a und dem Ladungssammelbereich 9d angeordnet. Wenn ein positives Potenzial (Ein-Potenzial) an die Übertragungselektrode 13 angelegt wird, bewegt sich die Ladung vom lichtempfindlichen Bereich 9a zum Ladungssammelbereich 9d, und die Ladungen werden in einem Potenzialtopf des Ladungssammelbereichs 9d gespeichert. Im Übrigen ist eine spezifische Konfiguration des Ladungssammelbereiche 9d identisch mit denen der Ladungssammelbereiche 9b und 9c.
5A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine zeitliche Änderung der Intensität des reflektierten Lichts auf einem bestimmten Pixel P(m, n) veranschaulicht. 5B ist ein Diagramm, das eine zeitliche Änderung der an die Übertragungselektrode 11 angelegten Spannung darstellt. 5C ist ein Diagramm, das eine zeitliche Änderung der an die Übertragungselektrode 12 angelegten Spannung darstellt. Wie in 5A dargestellt, fällt das reflektierte Licht L2 auf den Pixel P (m, n), der von einem Lichtbeleuchtungszeitpunkt T1 um eine Zeit t verzögert wird, die einem Abstand zum Objekt B entspricht.
Wie in 5B dargestellt, wird die Übertragungselektrode 11 in einer ersten Zeitspanne H1 nach der Lichteinstrahlung auf das Ein-Potenzial und in einer zweiten Zeitspanne H2 nach der ersten Zeitspanne auf das Aus-Potenzial eingestellt. Zusätzlich wird die Übertragungselektrode 12 in der ersten Zeitspanne H1 auf das Aus-Potenzial und in der zweiten Zeitspanne H2 auf das Ein-Potenzial eingestellt, wie in 5C dargestellt. Dann wird davon ausgegangen, dass ein Teil des reflektierten Lichts L2 (ein Bereich A1 der Grafik in der Zeichnung) innerhalb der ersten Periode H1 auf das Pixel P(m, n) trifft. Da zu diesem Zeitpunkt die Übertragungselektrode 12 auf das Aus-Potenzial und die Übertragungselektrode 11 auf das Ein-Potenzial eingestellt ist, wandern die im lichtempfindlichen Bereich 9a erzeugten Ladungen in den Ladungssammelbereich 9b und werden dort gespeichert. Der verbleibende Teil des reflektierten Lichts L2 (ein Bereich A2 der Grafik in der Zeichnung) trifft innerhalb der zweiten Zeitspanne H2 auf das Pixel P(m, n). Da zu diesem Zeitpunkt die Übertragungselektrode 11 auf das Aus-Potenzial und die Übertragungselektrode 12 auf das Ein-Potenzial eingestellt ist, wandern die im lichtempfindlichen Bereich 9a erzeugten Ladungen in den Ladungssammelbereich 9c und werden dort gespeichert. Daher ist es möglich, die Verzögerungszeit t, also den Abstand zum Objekt B, zu erkennen, indem man ein Verhältnis zwischen einer im Ladungssammelbereich 9b gespeicherten Ladungsmenge (eine Ladungsmenge des Speicherknotens, die elektrisch mit dem Ladungssammelbereich 9b gekoppelt ist) und einer im Ladungssammelbereich 9c gespeicherten Ladungsmenge (eine Ladungsmenge des Speicherknotens, die elektrisch mit dem Ladungssammelbereich 9c gekoppelt ist) erhält.
Hier kann die Verarbeitungsschaltung 8 der vorliegenden Ausführungsform konfiguriert werden, um eine Differenz zwischen diesen Ladungsmengen auszugeben, indem sie bewirkt, dass sich die im Ladungssammelbereich 9b gespeicherten Ladungen und die im Ladungssammelbereich 9c gespeicherten Ladungen gegenseitig ausgleichen. Auch in diesem Fall ist es möglich, das Verhältnis zwischen der im Ladungssammelbereich 9b gespeicherten Ladungsmenge und der im Ladungssammelbereich 9c gespeicherten Ladungsmenge zu kennen, sofern die Summe der in den Ladungssammelbereichen 9b und 9c gespeicherten Ladungsmengen (die Summe der Ladungsmengen der jeweils mit den Ladungssammelbereichen 9b und 9c gekoppelten Speicherknoten) bekannt ist. Im Folgenden wird ein Ansteuersystem des Abbildungsbereichs 5 (ein Ansteuersystem des Abstandssensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform) beschrieben, das konfiguriert ist, um die Summe der in den Ladungssammelbereichen 9b und 9c gespeicherten Ladungsmengen zu kennen.
Die Sensoransteuerschaltung 7 steuert gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Übertragungselektroden 11 und 12 an, indem sie eine Vielzahl von zeitgeteilten Einzelbildern (von denen jedes ein Ansteuermuster einer Übertragungselektrode darstellt) nacheinander ausführt. 6 ist eine Ansicht, die das Ansteuersystem des Abbildungsbereichs 5 unter Verwendung der Sensoransteuerschaltung 7 veranschaulicht. Wie in 6 dargestellt, wird im Ansteuersystem der vorliegenden Ausführungsform die Verarbeitung in jedem der ersten und zweiten Rahmen F1 und F2 durchgeführt, während die Rahmen F1 und F2 abwechselnd wiederholt werden. 6 veranschaulicht auch die Verarbeitungsinhalte innerhalb der jeweiligen Rahmen F1 und F2. Innerhalb der Rahmen F1 und F2 werden abwechselnd ein Speicherrahmen F3 zur Ladungsspeicherung in die Ladungssammelbereiche 9b und 9c (Ladungsspeicherung in Speicherknoten, die jeweils mit den Ladungssammelbereichen 9b und 9c gekoppelt sind) und ein Leserahmen F4 zur Ladungsauslesung aus den Ladungssammelbereichen 9b und 9c wiederholt.
7A und 7B sind Zeitdiagramme, die die Funktionsweise der Übertragungselektroden 11 bis 13 im Speicherrahmen F3 veranschaulichen. 7A veranschaulicht das Zeitdiagramm im ersten Rahmen F1 und 7B das Zeitdiagramm im zweiten Rahmen F2. 7A und 7B veranschaulichen einen Treibtakt CL des Lichtquellen-Treibers 32, der von der Steuerschaltung 33 ausgegeben wird (also eine zeitliche Änderung einer Intensität der gepulsten Lichtleistung der Lichtquelle 31), eine an die Übertragungselektrode 11 angelegte Treibspannung Vtx₁ , eine an die Übertragungselektrode 12 angelegte Treibspannung Vtx₂ und eine an die Übertragungselektrode 13 angelegte Treibspannung Vtxr.
Im Speicherrahmen F3 werden die Treibspannungen Vtx1 und Vtx2 bei jedem einmaligen Anstieg des Treibertakts CL bei einem bestimmten Zyklus T wiederholt zwischen dem Ein-Potenzial und dem Aus-Potenzial zweimal umgeschaltet. Der Zyklus T wird auf die doppelte Einschaltzeit t_L des Treibtakts CL eingestellt (zum Beispiel T = 2t_L). Zusätzlich ist eine Einschaltzeit (eine Zeitspanne, in der eine Treibspannung auf das Ein-Potenzial eingestellt wird) der Treibspannungen Vtx1 und Vtx₂ in jedem Zyklus gleich der Einschaltzeit t_L des Treibtakts CL.
Insbesondere sind die gleichmäßigen Zeitabstände t₀ , t₁ , .... und t₉ im Speicherrahmen F3 des jeweils ersten Rahmens F1 und des zweiten Rahmens F2 definiert, wie in den 7A und 7B dargestellt. Ein Intervall zwischen diesen Zeiten ist die Hälfte der einmaligen Bestrahlungszeit t_L des Bestrahlungslichts L1. Zu diesem Zeitpunkt strahlt die Lichtquelleneinheit 30 das Bestrahlungslicht L1 für die Zeiten t₁ bis t₃ aus. Anschließend stellt die Sensoransteuerschaltung 7 die Treibspannung Vtx1 auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₀ und t₂ und zwischen den Zeiten t₄ und t₆ und die Treibspannung Vtx₂ auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₂ und t₄ und zwischen den Zeiten t₆ und t₈ im ersten Rahmen F1 ein, wie in 7A dargestellt. Darüber hinaus stellt die Sensoransteuerschaltung 7 die Treibspannung Vtx1 auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₁ und t₃ und zwischen den Zeiten t₅ und t₇ und die Treibspannung Vtx₂ auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₃ und t₅ und zwischen den Zeiten t₇ und t₉ im zweiten Rahmen F2 ein, wie in 7B dargestellt.
Übrigens wird die an die Übertragungselektrode 13 angelegte Treibspannung Vtxr auf das Ein-Potenzial eingestellt, außer für einen Zeitraum, in dem die anderen Treibspannungen Vtx1 und Vtx₂ zunächst auf das Ein-Potenzial und dann schließlich auf das Aus-Potenzial eingestellt werden. Das heißt, die Treibspannung Vtxr wird im ersten Rahmen F1 auf das Aus-Potenzial zwischen den Zeiten t₀ und t₈ gesetzt, im zweiten Rahmen F2 auf das Aus-Potenzial zwischen den Zeiten t₁ und t₉ und in den anderen Perioden auf das Ein-Potenzial.
Mit anderen Worten, der vorstehende Vorgang wird wie folgt durchgeführt. Im ersten Rahmen F1 steigt die Treibspannung Vtx1 zu einem Zeitpunkt, der um (tL/2) früher ist als der Anstiegszeitpunkt des Treibtakts CL. Im Folgenden wird eine Phase der Treibspannung Vtx1 im ersten Rahmen F1 auf 0° eingestellt. Die Treibspannung Vtx₂ steigt zu einem späteren Zeitpunkt um t_L als der Anstiegszeitpunkt der Treibspannung Vtx₁ . Mit anderen Worten, eine Phase der Treibspannung Vtx₂ im ersten Rahmen F1 beträgt 180°. Im zweiten Rahmen F2 steigt die Treibspannung Vtx1 zum gleichen Zeitpunkt wie der Anstiegszeitpunkt des Treibtakts CL an. Mit anderen Worten, eine Phase der Treibspannung Vtx₁ im zweiten Rahmen F2 ist 90°. Zusätzlich steigt die Treibspannung Vtx₂ zu einem späteren Zeitpunkt um t_L als der Anstiegszeitpunkt der Treibspannung Vtx₁ an. Mit anderen Worten, eine Phase der Treibspannung Vtx₂ im zweiten Rahmen F2 beträgt 270°.
8 ist hier eine Ansicht, die die Zeitdiagramme des ersten Rahmens F1 und des zweiten Rahmens F2 in den 7A und 7B für den einmalige Treibtakt CL überlappend darstellt, um das Verständnis zu erleichtern. Eine Treibspannung Vtx₁(1) und eine Treibspannung Vtx₂(1) stellen jeweils die Treibspannungen Vtx₁ und Vtx₂ im ersten Rahmen F1 dar, und eine Treibspannung Vtx₁(2) und eine Treibspannung Vtx₂(2) stellen jeweils die Treibspannungen Vtx₁ und Vtx₂ im zweiten Rahmen F2 dar.
Die 9 und 10 veranschaulichen ferner ein Diagramm einer Lichtempfangsimpulswellenform des reflektierten Lichts L2 in dem in 8 dargestellten Zeitdiagramm. Wie in 9 dargestellt, wird davon ausgegangen, dass das reflektierte Licht L2 nach einer Zeit (t_L/3), die seit der Bestrahlung des Objekts B mit Licht L1 vergangen ist, auf den Pixel P(m, n) trifft. Zu diesem Zeitpunkt werden im ersten Rahmen F1 Ladungen entsprechend der Fläche eines Bereichs A3 in 9 im Ladungssammelbereich 9b und eine Ladung entsprechend der Fläche eines Bereichs A4 im Ladungssammelbereich 9c gespeichert. Unter der Annahme, dass die durch das reflektierte Licht L2 erzeugte Gesamtladungsmenge Q ist, ist eine in dem Ladungssammelbereich 9b gespeicherte Ladungsmenge Q/6 und eine in dem Ladungssammelbereich 9c gespeicherte Ladungsmenge (5 × Q/6). Darüber hinaus werden im zweiten Rahmen F2 im Ladungssammelbereich 9b Ladungen entsprechend der Fläche eines Bereichs A5 in der Zeichnung und im Ladungssammelbereich 9c Ladungen entsprechend der Fläche eines Bereichs A6 gespeichert. Zu diesem Zeitpunkt ist ein im Ladungssammelbereich 9b gespeicherte Ladungsmenge (2 × Q/3) und ein im Ladungssammelbereich 9c gespeicherte Ladungsmenge ist Q/3. Anschließend wird die Ladungsmenge Q/6 des Ladungssammelbereichs 9b im ersten Rahmen F1 von der Ladungsmenge (5 × Q/6) des Ladungssammelbereichs 9c im ersten Rahmen F1 abgezogen, wodurch ein Wert von (2 × Q/3) erhalten wird. Ebenso wird die Ladungsmenge (2 × Q/3) des Ladungssammelbereichs 9b im zweiten Rahmen F2 von der Ladungsmenge Q/3 des Ladungssammelbereichs 9c im zweiten Rahmen F2 abgezogen, wodurch ein Wert von -Q/3 erhalten wird. Wenn dann Absolutwerte dieser Werte addiert werden, erhält man den durch das reflektierte Licht L2 erzeugten Gesamtladungsbetrag Q.
Als nächstes wird davon ausgegangen, dass das reflektierte Licht L2 nach einer Zeit (3 × t_L/4), die seit der Bestrahlung des Objekts mit dem Licht L1 vergangen ist, auf das Pixel P(m, n) trifft, wie in 10 dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt werden im ersten Rahmen F1 im Ladungssammelbereich 9b Ladungen entsprechend der Fläche eines Bereichs A7 in der Zeichnung und im Ladungssammelbereich 9c Ladungen entsprechend der Fläche eines Bereichs A8 gespeichert. Zu diesem Zeitpunkt ist eine im Ladungssammelbereich 9b gespeicherter Ladungsmenge Q/4 und eine im Ladungssammelbereich 9c gespeicherter Ladungsmenge (3 × Q/4). Darüber hinaus werden im zweiten Rahmen F2 im Ladungssammelbereich 9b Ladungen entsprechend der Fläche eines Bereichs A9 in der Zeichnung und im Ladungssammelbereich 9c Ladungen entsprechend der Fläche eines Bereichs A10 gespeichert. Zu diesem Zeitpunkt ist eine im Ladungssammelbereich 9b gespeicherter Ladungsmenge Q/4 und eine im Ladungssammelbereich 9c gespeicherte Ladungsmenge (3 × Q/4). Anschließend wird die Ladungsmenge Q/4 des Ladungssammelbereichs 9b im ersten Rahmen F1 von der Ladungsmenge (3 × Q/4) des Ladungssammelbereichs 9c im ersten Rahmen F1 abgezogen, wodurch ein Wert von Q/2 erhalten wird. Ebenso wird die Ladungsmenge Q/4 des Ladungssammelbereichs 9b im zweiten Rahmen F2 von der Ladungsmenge (3 × Q/4) des Ladungssammelbereichs 9c im zweiten Rahmen F2 abgezogen, wodurch ein Wert von Q/2 erhalten wird. Wenn dann Absolutwerte dieser Werte addiert werden, erhält man die durch das reflektierte Licht L2 erzeugte Gesamtladungsmenge Q.
Wie aus dem obigen Beispiel ersichtlich ist, ist es möglich, die gesamte Ladungsmenge Q, die durch das reflektierte Licht L2 erzeugt wird, zu erhalten, indem man den Absolutwert des Wertes, der durch Subtraktion der in der Phase 0° gesammelten Ladungsmenge, also der Zeiten t₀ bis t₂ und t₄ bis t₆ , von der in Phase 180° gesammelten Ladungsmenge, also der Zeiten t₂ und t₄ und t₆ und t₈ , erhalten wird und den Absolutwert des Wertes, der durch Subtraktion der in der Phase 90° gesammelten Ladungsmenge, also der Zeiten t₁ und t₃ und t₅ und t₇ , von der in der Phase 270° gesammelten Ladungsmenge, also der Zeiten t₃ und t₅ und t₇ und t₉ , erhalten wird, addiert. Daher ist es möglich, die Verzögerungszeit t, also den Abstand zum Objekt B, zu kennen, indem man das Verhältnis der in den Ladungssammelbereichen 9b und 9c gespeicherten Ladungsmengen (das Verhältnis der in den Speicherknoten gespeicherten Ladungsmengen, die jeweils zu den Ladungssammelbereichen 9b und 9c gekoppelt sind) basierend auf der auf diese Weise erhaltenen Gesamtladungsmenge Q und der Differenz zwischen den in den Speicherknoten gespeicherten Ladungsmengen, die jeweils zu den von der Verarbeitungsschaltung 8 erhaltenen Ladungssammelbereichen 9b und 9c gekoppelt sind.
Das oben beschriebene Abstandsberechnungsverfahren soll allgemeiner beschrieben werden. 11A ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Wert veranschaulicht, der durch Subtraktion der Ladungsmenge des mit dem Ladungssammelbereich 9b gekoppelten Speicherknotens von der Ladungsmenge des mit dem Ladungssammelbereich 9c gekoppelten Speicherknotens (also einem Ausgabewert von jedem der Pixel P(m, n)) und der Zeit t von der Bestrahlung des Lichts L1 bis zum Einfall des reflektierten Lichts L2 (also der Abstand zum Objekt B) erhalten wird. In 11A zeigt ein Diagramm G11 den Ausgabewert im ersten Rahmen F1 und ein Diagramm G12 den Ausgabewert im zweiten Rahmen F2 an. Im Übrigen wird der Ausgabewert normiert, um einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von -1 zu erhalten.
Wie das Diagramm G11 von 11A zeigt, erhöht sich im ersten Rahmen F1 der Ausgabewert von 0 auf 1 in einem Abschnitt D1 von 0 < t < t < t_L/2, der Ausgabewert sinkt von 1 auf 0 in einem Abschnitt D2 von t_L/2 < t < t < t_L, der Ausgabewert sinkt weiter von 0 auf -1 in einem Abschnitt D3 von t_L < t < t < (3 × t_L/2), und der Ausgabewert steigt von - 1 auf 0 in einem Abschnitt D4 von (3 × t_L/2) < t < 2t_L. Zusätzlich erhöht sich, wie im Diagramm G12 dargestellt, im zweiten Rahmen F2 der Ausgabewert von -1 auf 0 im Abschnitt D1, der Ausgabewert steigt weiter von 0 auf 1 im Abschnitt D2, der Ausgabewert sinkt von 1 auf 0 im Abschnitt D3 und der Ausgabewert sinkt weiter von 0 auf -1 im Abschnitt D4.
Das heißt, wie in einer Grafik von 11B dargestellt, werden die Vorzeichen der Ausgabewerte im ersten Rahmen F1 und im zweiten Rahmen F2 im Abschnitt D1 zu (-) bzw. (+), werden (+) bzw. (+) im Abschnitt D2 zu (+) bzw. (-) im Abschnitt D3 zu (+) bzw. (-) und werden (-) bzw. werden (-) im Abschnitt D4. Daher ist es möglich, den Abschnitt unter den Abschnitten D1 bis D4 zu bestimmen, in dem die Zeit t von der Bestrahlung des Lichts L1 bis zum Einfall des reflektierten Lichts L2 basierend auf einer Kombination der Vorzeichen der Ausgangswerte im ersten Rahmen F1 und im zweiten Rahmen F2 vorliegt.
Anschließend werden die Absolutwerte der jeweiligen Ausgangswerte des ersten Rahmens F1 und des zweiten Rahmens F2 erhalten, wie in 11C dargestellt. Konkret wird das Vorzeichen des Ausgabewertes (Grafik G12) des zweiten Rahmens F2 im Abschnitt D1 invertiert, das Vorzeichen des Ausgabewertes (Grafik G11) des ersten Rahmens F1 im Abschnitt D2 invertiert, die Vorzeichen der Ausgabewerte des ersten Rahmens F1 und des zweiten Rahmens F2 (Grafik G13 und G14 in der Zeichnung) im Abschnitt D3 invertiert. Danach ergibt sich ein Diagramm G21 mit einem konstanten Wert unabhängig von der Zeit t durch Addition der Absolutwerte der jeweiligen Ausgangswerte des ersten Rahmens F1 und des zweiten Rahmens F2. Dieses Diagramm G21 stellt den gesamten Ladungsbetrag (den oben beschriebenen Ladungsbetrag Q) dar, der durch das reflektierte Licht L2 erzeugt wird.
Anschließend wird das Vorzeichen des Ausgabewertes des zweiten Rahmens F2 in den Abschnitten D3 und D4 (Grafik G12 in 11A) invertiert, wie in 12A dargestellt. Dadurch weisen sowohl der Ausgabewert des zweiten Rahmens F2 in den Abschnitten D1 und D2 als auch der Ausgabewert des zweiten Rahmens F2 in den Abschnitten D3 und D4 eine positive Flanke in Bezug auf die Zeit t auf. Dann werden sowohl der Ausgabewert des zweiten Rahmens F2 in den Abschnitten D1 und D2 als auch der Ausgabewert des zweiten Rahmens F2 in den Abschnitten D3 und D4 mit 1/4 multipliziert, wie in 12B dargestellt. Abschließend wird zu jedem der Ausgabewerte des zweiten Rahmens F2 in den Abschnitten D1 und D2 und des Ausgabewertes des zweiten Rahmens F2 in den Abschnitten D3 und D4 ein entsprechender Offsetwert addiert, wodurch ein lineares Diagramm G22 erhalten wird, in dem der Ausgabewert von 0 bis 1 in einem Bereich von 0 ≤ t ≤ 2t_L steigt, wie in 12C dargestellt. Dadurch ist es möglich, die Zeit t, also den Abstand zum Objekt B, basierend auf dem Diagramm G21 und dem Diagramm G22 zu kennen. Im Übrigen ist die in den 12A bis 12C dargestellte Reihenfolge der jeweiligen Operationen nicht auf die oben beschriebene beschränkt und kann in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Alternativ können die in den 12A bis 12C dargestellten Operationen auch gleichzeitig durchgeführt werden. Darüber hinaus wird in der Beschreibung der 12A bis 12C der Ausgabewert des zweiten Rahmens F2 verwendet, aber der Graph G22 von 12C kann mit dem Ausgabewert des ersten Rahmens F1 berechnet werden.
Gemäß dem Abstandssensor 1A und dem Ansteuerverfahren nach der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die Zeit t, das heißt der Abstand zum Objekt B, basierend auf der Differenz zwischen den in den Speicherknoten gespeicherten Ladungsmengen zu erhalten, die jeweils wie vorstehend beschrieben mit den Ladungssammelbereichen 9b und 9c gekoppelt sind. Daher ist es möglich, das Verwendungsverfahren der Injektion der gleichen Strommenge in jeden Speicherknoten zu übernehmen, und als Ergebnis ist es möglich, die Sättigung jedes Speicherknotens zu vermeiden. Im Folgenden wird ein Beispiel für eine Schaltungskonfiguration zum Injizieren der gleichen Strommenge in jeden Speicherknoten ausführlich beschrieben.
13 ist ein Schaltplan, der eine detaillierte Konfiguration der in 1 dargestellten Strominjektionsschaltung 20 darstellt. Wie in 13 dargestellt, beinhaltet die Strominjektionsschaltung 20 der vorliegenden Ausführungsform eine Spannungserzeugungsschaltung 21 und die Transistoren 22a, 22b, 23a und 23b. Die Transistoren 22a, 22b, 23a und 23b sind Feldeffekttransistoren, zum Beispiel p-Kanal-MOSFETs.
Die Spannungserzeugungsschaltung 21 ist zwischen einer Versorgungspotenzialleitung 34 und einer Bezugspotenzialleitung GND mit einem niedrigeren Potenzial als die Versorgungspotenzialleitung 34 geschaltet. Die Spannungserzeugungsschaltung 21 erzeugt Steuerspannungen VC₁ und VC₂ , die einer größeren zwischen den in den Ladungssammelbereichen 9b und 9c gespeicherten Ladungsmengen entsprechen. Insbesondere beinhaltet die Spannungserzeugungsschaltung 21 ein Transistorpaar 24 und eine Stromquelle 25, die in Reihe zwischen der Versorgungspotenzialleitung 34 und der Bezugspotenzialleitung GND geschaltet sind. Darüber hinaus verfügt die Spannungserzeugungsschaltung 21 über die Pufferschaltungen 27 und 28.
Das Transistorpaar 24 umfasst die Transistoren 24a und 24b. Die Transistoren 24a und 24b sind Feldeffekttransistoren, zum Beispiel p-Kanal-MOSFETs. Eine Stromklemme (erste Stromklemme) der Transistoren 24a und 24b ist kurzgeschlossen und über die Stromquelle 25 elektrisch mit der Versorgungspotenzialleitung 34 verbunden. Die anderen Stromklemmen (zweite Stromklemmen) der Transistoren 24a und 24b sind gegeneinander kurzgeschlossen und elektrisch mit der Bezugspotenzialleitung GND verbunden. Eine Steuerklemme des Transistors 24a ist über einen Speicherknoten 26a elektrisch mit der Signalextraktionselektrode 15 im Ladungssammelbereich 9b verbunden. Eine Steuerklemme des Transistors 24b ist über einen Speicherknoten 26b elektrisch mit der Signalextraktionselektrode 16 auf dem Ladungssammelbereich 9c verbunden. Der Speicherknoten 26a speichert die im Ladungssammelbereich 9b und der Speicherknoten 26b die im Ladungssammelbereich 9c gesammelte Ladung.
Die Stromquelle 25 beinhaltet einen Transistor 25a. Der Transistor 25a ist ein Feldeffekttransistor, zum Beispiel ein p-Kanal-MOSFET. Eine Stromklemme (erste Stromklemme) des Transistors 25a ist elektrisch mit der Versorgungspotenzialleitung 34 verbunden. Die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) des Transistors 25a ist elektrisch mit der ersten Stromklemme jedes der Transistoren 24a und 24b verbunden. An eine Steuerklemme des Transistors 25a wird eine vorgegebene Vorspannung V₁ angelegt. Im Übrigen kann die Stromquelle auch einen anderen Transistor beinhalten, der parallel zum Transistor 25a geschaltet ist.
Der Transistor 22a liefert einen Strom zur Beseitigung einer Störlichtkomponente, um eine Sättigung des Speicherknotens 26a auf den Speicherknoten 26a zu vermeiden. Eine Stromklemme (erste Stromklemme) des Transistors 22a ist mit der Versorgungspotenzialleitung 34 und die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) ist über den Transistor 23a mit dem Speicherknoten 26a verbunden. Eine Steuerklemme des Transistors 22a ist über die Pufferschaltung 27 elektrisch mit einem Knoten N1 zwischen dem Transistorpaar 24 und der Stromquelle 25 verbunden.
Der Transistor 22b liefert einen Strom zur Beseitigung der Störlichtkomponente an den Speicherknoten 26b. Eine Stromklemme (erste Stromklemme) des Transistors 22b ist mit der Versorgungspotenzialleitung 34 und die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) ist über den Transistor 23b mit dem Speicherknoten 26b verbunden. Eine Steuerklemme des Transistors 22b ist über die Pufferschaltung 28 mit dem Knoten N1 verbunden.
Der Transistor 23a ist mit dem Transistor 22a kaskodenartig verbunden und verhindert, dass ein Betrieb des Transistors 22a durch eine Potenzialschwankung des Speicherknotens 26a beeinträchtigt wird. Insbesondere ist eine Stromklemme (erste Stromklemme) des Transistors 23a mit der zweiten Stromklemme des Transistors 22a verbunden, und die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) des Transistors 23a ist mit dem Speicherknoten 26a verbunden. Eine vorgegebene Vorspannung V₃ wird an einen Steueranschluss des Transistors 23a angelegt.
Der Transistor 23b ist kaskadenartig mit dem Transistor 22b verbunden und verhindert, dass ein Betrieb des Transistors 22b durch eine Potenzialschwankung des Speicherknotens 26b beeinträchtigt wird. Insbesondere ist eine Stromklemme (erste Stromklemme) des Transistors 23b mit der zweiten Stromklemme des Transistors 22b verbunden, und die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) des Transistors 23b ist mit dem Speicherknoten 26b verbunden. Eine vorgegebene Vorspannung V₄ wird an einen Steueranschluss des Transistors 23b angelegt. Im Übrigen sind die Vorspannung V₃ und die Vorspannung V₄ in einem Beispiel gleich.
Die Pufferschaltung 27 verschiebt ein Potenzial des Knotens N1 zum Erzeugen einer Steuerspannung VC₁ und stellt die erzeugte Steuerspannung dem Steueranschluss des Transistors 22a bereit. Die Pufferschaltung 27 ist konfiguriert, um beispielsweise eine Quellenfolgeschaltung aufzunehmen. Insbesondere die Pufferschaltung 27 hat die Transistoren 27a und 27b in Reihe geschaltet. Eine Stromklemme (erste Stromklemme) des Transistors 27a ist mit der Versorgungspotenzialleitung 34 verbunden, und die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) ist mit einer Stromklemme (erste Stromklemme) des Transistors 27b verbunden. Die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) des Transistors 27b ist mit der Bezugspotenzialleitung GND verbunden. An einen Steueranschluss des Transistors 27a wird eine vorgegebene Vorspannung V₅ angelegt. Das Potenzial des Knotens N1 wird an eine Steuerklemme des Transistors 27b eingespeist. Die Pufferschaltung 27 gibt die Steuerspannung VC₁ mit einer Größe aus, die dem Potenzial des Knotens N1 aus dem Knoten zwischen den Transistoren 27a und 27b entspricht.
Die Pufferschaltung 28 verschiebt das Potenzial des Knotens N1 zum Erzeugen einer Steuerspannung VC₂ und stellt die erzeugte Steuerspannung dem Steueranschluss des Transistors 22b bereit. Die Pufferschaltung 28 ist konfiguriert, um beispielsweise eine Quellenfolgeschaltung aufzunehmen. Insbesondere die Pufferschaltung 28 hat die Transistoren 28a und 28b in Reihe geschaltet. Eine Stromklemme (erste Stromklemme) des Transistors 28a ist mit der Versorgungspotenzialleitung 34 verbunden, und die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) ist mit einer Stromklemme (erste Stromklemme) des Transistors 28b verbunden. Die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) des Transistors 28b ist mit der Bezugspotenzialleitung GND verbunden. An einen Steueranschluss des Transistors 28a wird eine vorgegebene Vorspannung V₆ angelegt. Das Potenzial des Knotens N1 wird an eine Steuerklemme des Transistors 28b eingespeist. Die Pufferschaltung 28 gibt die Steuerspannung VC₂ mit einer Größe aus, die dem Potenzial des Knotens N1 aus dem Knoten zwischen den Transistoren 28a und 28b entspricht. Die Größen der Vorspannungen V₅ und V₆ sind so eingestellt, dass die vom Transistor 22a dem Speicherknoten 26a zugeführte Strommenge und die vom Transistor 22b dem Speicherknoten 26b zugeführte Strommenge gleich sind und beispielsweise V₅ = V₆ eingestellt werden kann.
Im Übrigen können die Pufferschaltungen 27 und 28 ausgelassen werden. In diesem Fall sind die Steuerklemmen der Transistoren 22a und 22b direkt mit dem Knoten N1 verbunden, und das Potenzial des Knotens N1 wird diesen Steuerklemmen als Steuerspannung VC₁ und VC₂ zugeführt.
Die Strominjektionsschaltung 20 beinhaltet weiterhin die Rücksetzschaltungen 35 und 36. Die Rücksetzschaltung 35 hat einen Transistor 35a, und die Rücksetzschaltung 36 hat einen Transistor 36a. Ein Rücksetzpotenzial Vr wird an eine Stromklemme (erste Stromklemme) der Transistoren 35a und 36a angelegt. Die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) des Transistors 35a ist mit dem Speicherknoten 26a und die andere Stromklemme (zweite Stromklemme) des Transistors 36a mit dem Speicherknoten 26b verbunden. Ein Rücksetzsignal Sr wird in die Steuerklemmen der Transistoren 35a und 36a eingespeist, und die Ladungen der Speicherknoten 26a und 26b werden entladen, wenn die Transistoren 35a und 36a in den Ein-Zustand versetzt werden.
Ein Betrieb der Strominjektionsschaltung 20 mit der oben genannten Konfiguration wird beschrieben. Wenn das reflektierte Licht L2 auf das Pixel P(m, n) trifft, fließen die Ladungen in die Ladungssammelbereiche 9b und 9c in dem Verhältnis, das dem Abstand zum Objekt B entspricht (siehe 5A bis 5C). Darüber hinaus fließen die Ladungen, die der Größe des auf das Pixel P(m, n) einfallenden Störlichts entsprechen, auch in die Ladungssammelbereiche 9b und 9c. Wenn jedoch die Ein-Zeit der an die Übertragungselektrode 11 angelegten Treibspannung und die Ein-Zeit der an die Übertragungselektrode 12 angelegten Treibspannung gleich sind, sind die Ladungsmengen, die aufgrund des Störlichts in die Ladungssammelbereiche 9b und 9c fließen, gleich.
Infolgedessen weisen die Potenziale der Speicherknoten 26a und 26b Größen auf, die den Ladungsmengen entsprechen, die in die Ladungssammelbereiche 9b bzw. 9c fließen. Wenn dann die Ladungen weiter in die Ladungssammelbereiche 9b und 9c im Speicherrahmen F3 fließen (siehe 6) und eines der Potenziale der Speicherknoten 26a und 26b eine Einschaltspannung überschreitet, beginnt einer der Transistoren 24a und 24b, einen Strom entsprechend dem Potenzial des einen Speicherknotens zu fließen. Daher weist das Potenzial des Knotens N1 eine Größe auf, die einer größeren zwischen den in den Ladungssammelbereichen 9b und 9c (Speicherknoten 26a und 26b) gespeicherten Ladungsmengen entspricht. Die Steuerspannungen VC₁ und VC₂ mit Größen, die dem Potenzial des Knotens N1 entsprechen, werden jeweils an die Steuerklemmen der Transistoren 22a und 22b ausgegeben.
Die Transistoren 22a und 22b empfangen die oben genannten Steuerspannungen VC₁ und VC₂ an ihren Steuerklemmen und bewirken, dass Strom entsprechend jeder Größe der Steuerspannungen VC₁ und VC₂ fließt. Da die vorgegebenen Vorspannungen V3 und V4 ständig an die Steueranschlüsse der Transistoren 23a und 23b angelegt werden, wird der Strom aus jedem der Transistoren 23a und 23b in jeden der Speicherknoten 26a und 26b eingespeist. Dadurch wird die gleiche Ladungsmenge an den Speicherknoten 26a und 26b ausgeglichen und die durch das Störlicht verursachte Sättigung der Speicherknoten 26a und 26b (Ladungssammelbereiche 9b und 9c) vermieden.
Effekte, die durch den Abstandssensor 1A und das Ansteuerverfahren des Abstandssensors 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform wie vorstehend beschrieben erzielt werden können, werden beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform kann der Abstand zum Objekt B basierend auf der Differenz zwischen den in den Speicherknoten gespeicherten Ladungsmengen erhalten werden, die wie vorstehend beschrieben mit den Ladungssammelbereichen 9b und 9c gekoppelt sind. Daher ist es möglich, die Anwendungsmethode des Injizierens der gleichen Strommenge in jeden Speicherknoten unter Verwendung der Strominjektionsschaltung 20 zu verwenden, und als Ergebnis ist es möglich, die Sättigung jedes Speicherknotens zu vermeiden.
Darüber hinaus ist es in der vorliegenden Ausführungsform, da gepulstes Licht als Bestrahlungslicht L1 verwendet wird, einfach, eine Zeitspanne für die Entladung der Ladungen im Vergleich zu dem im Nicht-Patentdokument 1 beschriebenen Verfahren, in dem das dreieckige Wellenlicht verwendet wird, festzulegen. Somit ist es möglich, das Schrotrauschen in der vorliegenden Ausführungsform zu reduzieren. Darüber hinaus ist der Lichtausstrahlungszustand der Lichtquelle in der vorliegenden Ausführungsform im Vergleich zur Ausgabe des Dreieckslichts stoßweise, so dass es möglich ist, die Intensität des Bestrahlungslichts zu erhöhen. Das heißt, es ist möglich, die Intensität des Bestrahlungslichts in Bezug auf die Intensität des Störlichts (also ein Signal-Rausch-Abstand) zu erhöhen. Darüber hinaus hat die Selektivität der Lichtquelle, wie zum Beispiel ein Tastverhältnis und eine Lichtmenge, bei der Ausgabe von stoßartigem Licht, wie zum Beispiel der gepulsten Form, den Vorteil einer hohen Selektivität (Auswahl ist einfach) gegenüber Dauerlicht, wie zum Beispiel dem Dreieckwellenlicht.
Darüber hinaus ist es bei einem in Patentdokument 1 beschriebenen Abstandssensor nur möglich, bis zu einem Abstand zu messen, die einer Verzögerungszeit entspricht, die der Bestrahlungszeit des Bestrahlungslichts L1 entspricht. Andererseits ist es nach der vorliegenden Ausführungsform möglich, bis zu einem Abstand zu messen, die einer Verzögerungszeit entspricht, die dem Doppelten der Bestrahlungszeit des Bestrahlungslichts L1 (der Zeit t_L in den 7A und 7B) entspricht.
Darüber hinaus kann die Sensoransteuerschaltung 7 die Übertragungselektrode 13 in jedem der Rahmen F1 und F2 wie vorstehend beschrieben wie in der vorliegenden Ausführungsform ansteuern. Dadurch ist es möglich, die durch das Störlicht erzeugten Ladungen mit der Übertragungselektrode 13 zu entladen, außer für einen Zeitraum, in dem die Übertragungselektroden 11 und 12 angesteuert werden. Dadurch ist es möglich, die durch das Störlicht verursachte Sättigung weiter zu unterdrücken und das durch das Störlicht verursachte Schrotrauschen zu reduzieren und so eine Resistenz gegen das Störlicht und die Genauigkeit der Abstabdsmessung zu verbessern.
Darüber hinaus sind in der Strominjektionsschaltung 20 der vorliegenden Ausführungsform Kaskodenvorrichtungen wie die Transistoren 23a und 23b zwischen jedem der Transistoren 22a und 22b und jedem der Speicherknoten 26a und 26b verbunden. Dadurch werden die jeweiligen Potenziale der Transistoren 22a und 22b und der Speicherknoten 26a und 26b getrennt. Somit wird auch bei einer Potenzialdifferenz zwischen dem Speicherknoten 26a und dem Speicherknoten 26b der Einfluss auf die Quell-Senke-Spannungen der Transistoren 22a und 22b unterdrückt und es ist möglich, die Quell-Senke-Spannungen dieser Transistoren 22a und 22b gleich zu setzen. Darüber hinaus wird die Differenz in den Strommengen, die von jedem der Transistoren 22a und 22b zu jedem der Speicherknoten 26a und 26b (Ladungssammelbereiche 9b und 9c) eingespeist werden, reduziert, und es ist möglich, diese Injektionsstrommengen in einer im Wesentlichen einheitlichen Größe genau zu steuern. Daher ist es möglich, einen Fehler zum Zeitpunkt der Ausgabe der Differenz zwischen den in den Ladungssammelbereichen 9b und 9c im Verarbeitungskreis 8 gespeicherten Ladungsmengen zu reduzieren und die Genauigkeit des gemessenen Abstands zu verbessern.
(Erste Modifikation)
14A und 14B sind Ansichten, die Zeitdiagramme eines Ansteuerungsverfahrens gemäß einer ersten Modifikation der obigen Ausführungsform darstellen. Die Sensoransteuerschaltung 7 der obigen Ausführungsform kann die Übertragungselektroden 11 und 12 basierend auf den in den 14A und 14B dargestellten Zeitdiagrammen anstelle der in den 7A und 7B dargestellten Zeitdiagramme ansteuern.
Ein Unterschied zwischen dem Zeitdiagramm der ersten Modifikation und dem Zeitdiagramm der obigen Ausführungsform ist die Länge einer Ein-Zeit der Treibspannungen Vtx₁ und Vtx₂ . In der obigen Ausführungsform ist die Ein-Zeit der Treibspannungen Vtx₁ und Vtx₂ gleich der Ein-Zeit des Treibtaktes CL (also der Bestrahlungszeit des Bestrahlungslichts L1) t_L; die Ein-Zeit der Treibspannungen Vtx₁ und Vtx₂ ist jedoch die Hälfte der Zeit t_L (t_L/2) bei der ersten Änderung.
Insbesondere sind die gleichmäßigen Zeitabstände t₀ , t₁ , .... und t₈ im Speicherrahmen F3 des jeweils ersten Rahmens F1 und des zweiten Rahmens F2 definiert, wie in den 14A und 14B dargestellt. Ein Intervall zwischen diesen Zeiten ist die Hälfte der einmaligen Bestrahlungszeit t_L des Bestrahlungslichts L1. Zu diesem Zeitpunkt strahlt die Lichtquelleneinheit 30 das Bestrahlungslicht L1 für die Zeiten t₁ bis t3 aus. Anschließend stellt die Sensoransteuerschaltung 7 die Treibspannung Vtx₁ auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₀ und t₁ und zwischen den Zeiten t₄ und t₅ und die Treibspannung Vtx₂ auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₂ und t₃ und zwischen den Zeiten t₆ und t₇ im ersten Rahmen F1 ein, wie in 14A dargestellt. Darüber hinaus stellt die Sensoransteuerschaltung 7 die Treibspannung Vtx₁ auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₁ und t₂ und zwischen den Zeiten t₅ und t₆ und die Treibspannung Vtx₂ auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₃ und t₄ und zwischen den Zeiten t₇ und t₈ im zweiten Rahmen F2 ein, wie in 14B dargestellt.
Im Übrigen wird die an die Übertragungselektrode 13 angelegte Treibspannung Vtxr auf das Ein-Potenzial eingestellt, mit Ausnahme einer Zeitspanne, in der die anderen Treibspannungen Vtx₁ und Vtx₂ zunächst auf das Ein-Potenzial und dann schließlich auf das Aus-Potenzial eingestellt werden. Das heißt, die Treibspannung Vtxr wird im ersten Rahmen F1 auf das Aus-Potenzial zwischen den Zeiten t₀ und t₇ , im zweiten Rahmen F2 auf das Aus-Potenzial zwischen den Zeiten t₁ und t₈ und in den anderen Perioden auf das Ein-Potenzial gesetzt.
Die 15A und 15C sind Ansichten zur Beschreibung eines Abstandsberechnungsverfahrens in der ersten Modifikation. 15A ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Wert veranschaulicht, der durch Subtrahieren einer Ladungsmenge eines mit dem Ladungssammelbereich 9b gekoppelten Speicherknotens von einer Ladungsmenge eines mit dem Ladungssammelbereich 9c gekoppelten Speicherknotens (also einem Ausgabewert von jedem der Pixel P(m, n)) und der Zeit t von der Bestrahlung des Lichts L1 bis zum Einfall des reflektierten Lichts L2 (also einem Abstand zum Objekt B) erhalten wird. In 15A zeigt ein Diagramm G41 den Ausgabewert im ersten Rahmen F1 und ein Diagramm G42 den Ausgabewert im zweiten Rahmen F2 an. Im Übrigen wird der Ausgabewert normiert, um einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von -1 zu erreichen.
Wie das Diagramm G41 von 15A zeigt, ist im ersten Rahmen F1 der Ausgabewert konstant als 1 in einem Abschnitt D1 von 0 < t < t < t_L/2, der Ausgabewert sinkt von 1 auf -1 in einem Abschnitt D2 von t_L/2 < t < t < t_L, der Ausgabewert ist konstant als -1 in einem Abschnitt D3 von t_L < t < t < (3 × t_L/2), und der Ausgabewert steigt von -1 auf 1 in einem Abschnitt D4 von (3 × t_L/2) < t < 2tL. Darüber hinaus erhöht sich, wie im Diagramm G42 dargestellt, im zweiten Rahmen F2 der Ausgabewert von -1 auf 1 im Abschnitt D1, der Ausgabewert ist konstant als 1 im Abschnitt D2, der Ausgabewert sinkt von 1 auf -1 im Abschnitt D3, und der Ausgabewert ist konstant als -1 im Abschnitt D4.
Hier werden Absolutwerte der jeweiligen Ausgabewerte des ersten Rahmens F1 und des zweiten Rahmens F2 erhalten, und der Ausgabewert des größeren zwischen den Ausgabewerten des ersten Rahmens F1 und des zweiten Rahmens F2 wird ausgewählt. Anschließend erhält man ein Diagramm G51 mit einem konstanten Wert unabhängig von der Zeit t, wie in 15B dargestellt. Dieses Diagramm G51 stellt die Hälfte der gesamten Ladungsmenge dar, die durch das reflektierte Licht L2 erzeugt wird.
Unterdessen wird in einem Abschnitt, in dem der Ausgabewert (Graph G41) des ersten Rahmens F1 kleiner ist als der Ausgabewert (Graph G42) des zweiten Rahmens F2 unter den jeweiligen Abschnitten D1 bis D4, ein Vorzeichen eines kleineren Absolutwertes zwischen den Ausgabewerten des ersten Rahmens F1 und des zweiten Rahmens F2 invertiert. Im Beispiel von 15A werden die Vorzeichen des Ausgabewertes des ersten Rahmens F1 im Abschnitt D2 und des Ausgabewertes des zweiten Rahmens F2 im Abschnitt D3 invertiert. Dadurch weisen sowohl der Ausgabewert des zweiten Rahmens F2 in den Abschnitten D1 und D3 als auch der Ausgabewert des ersten Rahmens F1 in den Abschnitten D2 und D4 eine positive Flanke in Bezug auf die Zeit t auf. Dann werden sowohl der Ausgabewert des zweiten Rahmens F2 in den Abschnitten D1 und D3 als auch der Ausgabewert des ersten Rahmens F1 in den Abschnitten D2 und D4 mit 1/4 multipliziert, wie in 15B dargestellt. Abschließend wird zu jedem der Ausgabewerte des zweiten Rahmens F2 in den Abschnitten D1 und D3 und des Ausgabewertes des ersten Rahmens F1 in den Abschnitten D2 und D4 ein entsprechender Verschiebungswert addiert, wodurch ein lineares Diagramm G52 erhalten wird, in dem der Ausgabewert von 0 bis 1 in einem Bereich von 0 ≤ t ≤ 2tL steigt, wie in 15C dargestellt. Dadurch ist es möglich, die Zeit t, also den Abstand zum Objekt B, basierend auf dem Diagramm G51 und dem Diagramm G52 zu kennen. Im Übrigen ist die Reihenfolge der in den 15A bis 15C dargestellten Operationen nicht auf die oben beschriebene beschränkt und kann in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Alternativ können die in den 15A bis 15C dargestellten Arbeitsschritte gleichzeitig durchgeführt werden.
Gemäß dieser ersten Modifikation kann der Abstand zum Objekt B basierend auf der Differenz zwischen den in den Speicherknoten gespeicherten Ladungsmengen erhalten werden, die jeweils mit den Ladungssammelbereichen 9b und 9c gekoppelt sind, ähnlich wie bei der obigen Ausführungsform. Daher ist es möglich, das Verwendungsverfahren der Injektion der gleichen Strommenge in jeden Speicherknoten zu übernehmen, und als Ergebnis ist es möglich, die Sättigung jedes Speicherknotens zu vermeiden. Darüber hinaus ist es auch möglich, die anderen Effekte der obigen Ausführungsform angemessen zu erreichen.
Darüber hinaus kann die Sensoransteuerschaltung 7 die Übertragungselektrode 13 in jedem der Rahmen F1 und F2 wie vorstehend in der ersten Modifikation beschrieben ansteuern. Dadurch ist es möglich, die durch Störlicht verursachte Sättigung weiter zu unterdrücken und das durch das Störlicht verursachte Schrotrauschen zu reduzieren und somit eine Resistenz gegen das Störlicht und die Genauigkeit der Abstandsmessung zu verbessern.
(Zweite Modifikation)
16 ist eine Draufsicht, die eine Lichtempfangseinheit 9A gemäß einer zweiten Modifikation der obigen Ausführungsform darstellt. Wie in 16 dargestellt, beinhaltet die Lichtempfangseinheit 9A der zweiten Modifikation jeweils die Übertragungselektrode 11 (erste Übertragungselektrode), die Übertragungselektrode 12 (zweite Übertragungselektrode), eine Übertragungselektrode 51 (dritte Übertragungselektrode) und eine Übertragungselektrode 52 (vierte Übertragungselektrode). Diese Übertragungselektroden 11, 12, 51 und 52 sind um die Fotogatterelektrode 14 herum angeordnet, um mit der Fotogatterelektrode 14 ausgerichtet zu werden. Übrigens ist die Fotogatterelektrode 14 in der vorliegenden Ausführungsform zwischen der Übertragungselektrode 11 und der Übertragungselektrode 12 angeordnet, und die Fotogatterelektrode 14 ist zwischen der Übertragungselektrode 51 und der Übertragungselektrode 52 angeordnet, wobei eine Positionsbeziehung zwischen den Übertragungselektroden 11, 12, 51 und 52 nicht eingeschränkt ist, solange die Übertragungselektroden mit der Fotogatterelektrode 14 ausgerichtet sind.
Darüber hinaus weist die Lichtempfangseinheit 9A jeweils eine der Signalextraktionselektroden 15, 16, 55 und 56 auf. Die Übertragungselektrode 11 ist zwischen der Signalextraktionselektrode 15 und der Fotogatterelektrode 14 angeordnet, die Übertragungselektrode 12 ist zwischen der Signalextraktionselektrode 16 und der Fotogatterelektrode 14 angeordnet, die Übertragungselektrode 51 ist zwischen der Signalextraktionselektrode 55 und der Fotogatterelektrode 14 angeordnet, und die Übertragungselektrode 52 ist zwischen der Signalextraktionselektrode 56 und der Fotogatterelektrode 14 angeordnet. Zusätzlich hat die Lichtempfangseinheit 9A die Übertragungselektrode 13 und die Ladungsentladeelektrode 17.
In der Lichtempfangseinheit 9A ist eine Konfiguration unmittelbar unterhalb der Übertragungselektroden 11 und 12 und der Signalextraktionselektroden 15 und 16 die gleiche wie in 3, und eine Konfiguration unmittelbar unterhalb der Übertragungselektrode 13 und der Ladungsentladeelektrode 17 ist die gleiche wie in 4. 17 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie XVII-XVII von 16 aufgenommen wurde, einschließlich einer Konfiguration unmittelbar unter den Übertragungselektroden 51 und 52 und den Signalextraktionselektroden 55 und 56. Wie in 17 dargestellt, weist die Lichtempfangseinheit 9A weiterhin einen Ladungssammelbereich 9e (dritter Ladungssammelbereich) und einen Ladungssammelbereich 9f (vierter Ladungssammelbereich) auf. Die Ladungssammelbereiche 9e und 9f sind angrenzend an den lichtempfindlichen Bereich 9a im Zustand des Einschiebens des lichtempfindlichen Bereichs 9a angeordnet, sammeln Ladungen aus dem lichtempfindlichen Bereich 9a und speichern die Ladungen jeweils in Speicherknoten. Im Übrigen sind die Konfigurationen der Ladungssammelbereiche 9e und 9f identisch mit denen der in 3 dargestellten Ladungssammelbereiche 9b und 9c.
Die Signalextraktionselektrode 55 ist auf dem Ladungssammelbereich 9e und die Signalextraktionselektrode 56 auf dem Ladungssammelbereich 9f ausgebildet. Die Signalextraktionselektroden 55 und 56 sind durch in der Isolationsschicht 41 gebildete Öffnungen mit den jeweiligen Ladungssammelbereichen 9e bzw. 9f in Kontakt.
Die Übertragungselektrode 51 ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich 9a und dem Ladungssammelbereich 9e angeordnet. Die Übertragungselektrode 52 ist auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich 9a und dem Ladungssammelbereich 9f angeordnet. Wenn ein positives Potenzial (Ein-Potenzial) an die Übertragungselektrode 51 angelegt wird, fallen Elektronen aus dem lichtempfindlichen Bereich 9a in einen Potenzialtopf des Ladungssammelbereichs 9e (Ladungen werden in dem Topf gespeichert). Ebenso fallen Elektronen, wenn ein positives Potenzial (Ein-Potenzial) an die Übertragungselektrode 52 angelegt wird, aus dem lichtempfindlichen Bereich 9a in einen Potenzialtopf des Ladungssammelbereichs 9f.
Eine Sensoransteuerschaltung der zweiten Modifikation steuert die Übertragungselektroden 11, 12, 51 und 52 an, indem sie nacheinander eine Vielzahl von zeitgeteilten Rahmen ausführt. 18 ist eine Ansicht, die ein Ansteuersystem der Sensoransteuerschaltung gemäß der zweiten Modifikation veranschaulicht. Wie in 18 dargestellt, wird ein identischer Rahmen F5 wiederholt und die Verarbeitung im Rahmen F5 im Ansteuersystem der zweiten Modifikation durchgeführt. 18 veranschaulicht auch die Verarbeitungsinhalte innerhalb des Rahmens F5. Innerhalb des Rahmens F5 wird abwechselnd ein Speicherrahmen F6 zum Durchführen von Ladungsspeicherung in Speicherknoten, die jeweils mit den Ladungssammelbereichen 9b, 9c, 9e und 9f gekoppelt sind, und ein Leserahmen F4 zum Durchführen von Ladungslesungen aus den Ladungssammelbereichen 9b, 9c, 9e und 9f wiederholt.
19 ist ein Zeitdiagramm, das die Funktionsweise der Übertragungselektroden 11, 12, 13, 51 und 52 im Speicherrahmen F6 veranschaulicht. 19 veranschaulicht den Treibertakt CL, die an die Transferelektrode 11 angelegte Treibspannung Vtx₁ , die an die Transferelektrode 12 angelegte Treibspannung Vtx₂ , eine an die Transferelektrode 51 angelegte Treibspannung Vtx₃ , eine an die Transferelektrode 52 angelegte Treibspannung Vtx₄ und die an die Transferelektrode 13 angelegte Treibspannung Vtxr.
Im Speicherrahmen F6 werden die Treibspannungen Vtx1 bis Vtx4 bei jedem Anstieg des Treibtakts CL einmalig wiederholt zwischen dem Ein-Potenzial und dem Aus-Potenzial zweimal bei einem bestimmten Zyklus T umgeschaltet. Der Zyklus T wird auf die doppelte Ein-Zeit t_L des Treibtakts CL eingestellt (z.B. T = 2t_L). Darüber hinaus ist eine Ein-Zeit der Treibspannungen Vtx1 bis Vtx2 in jedem Zyklus die Hälfte der Ein-Zeit t_L (t_L/2) des Treibtakts CL.
Insbesondere sind die gleichmäßigen Zeiten t₀ , t₁ , .... und t₈ im Speicherrahmen F6 jedes der Bilder F5 definiert, wie in 19 dargestellt. Ein Intervall zwischen diesen Zeiten ist die Hälfte der einmaligen Bestrahlungszeit t_L des Bestrahlungslichts L1. Zu diesem Zeitpunkt strahlt die Lichtquelleneinheit 30 das Bestrahlungslicht L1 für die Zeiten t₁ bis t₃ aus. Dann stellt die Sensoransteuerschaltung 7 in jedem der Rahmen F5 die Treibspannung Vtx₁ auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₀ und t₁ und zwischen den Zeiten t₄ und t₅ , die Treibspannung Vtx₂ auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₁ und t₂ und zwischen den Zeiten t₅ und t₆ , die Treibspannung Vtx₃ zum Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₂ und t₃ und zwischen den Zeiten t₆ und t₇ und die Treibspannung Vtx₄ zum Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₃ und t₄ und zwischen den Zeiten t₇ und t₈ wie in 19.
Im Übrigen wird die an die Transferelektrode 13 angelegte Treibspannung Vtxr auf das Ein-Potenzial eingestellt, außer für einen Zeitraum, in dem die anderen Treibspannungen Vtx₁ bis Vtx₄ zunächst auf das Ein-Potenzial und dann schließlich auf das Aus-Potenzial eingestellt werden. Das heißt, in jedem der Rahmen F5 wird die Treibspannung Vtxr zwischen den Zeiten t₀ und t₈ auf das Aus-Potenzial und in den anderen Perioden auf das Ein-Potenzial eingestellt.
Die zweite Modifikation ist ein Beispiel in dem der erste Rahmen F1 und der zweite Rahmen F2 der ersten Modifikation kollektiv zusammen in einem einzigen Rahmen F5 ausgeführt werden. Demnach ist ein Abstandsberechnungsverfahren nach der zweiten Modifikation dasselbe wie das Abstandsberechnungsverfahren der ersten Modifikation (siehe 15A bis 15C). Das heißt, der Ausgabewert des ersten Rahmen F1 der ersten Modifikation, kann als ein Wert in dieser zweiten Modifikation gesetzt werden, der durch Subtraktion einer Ladungsmenge eines mit einem Ladungssammelbereich 9b verbundenen Speicherknoten, von einer Ladungsmenge eines mit einem Ladungssammelbereich 9c verbundenen Speicherknoten, erhalten wird und der Ausgabewert des zweiten Rahmen F2 der ersten Modifikation kann in dieser zweiten Modifikation als ein Wert gesetzt werden, der durch Subtraktion einer Ladungsmenge einer mit einem Ladungssammelbereich 9e verbundenen Speicherknoten, von einer Ladungsmenge einer mit einem Ladungssammelbereich 9f verbundenen Speicherknoten, erhalten wird.
Nach der zweiten Modifikation ist es möglich einen Abstand zu einem Objekt B zu erhalten, basierend auf einer Differenz zwischen den Ladungsmengen, die in den jeweils mit den Ladungssammelbereichen 9b und 9c verbundenen Speicherknoten, gespeichert sind und einer Differenz zwischen den Ladungsmengen, die in jeweils mit den Ladungssammelbereichen 9e und 9f verbundenen Speicherknoten, gespeichert sind, vergleichbar zu der obigen Ausführungsform. Demnach ist es möglich das Verwendungsverfahren zur Injektion der gleichen Ladungsmenge in jeden Speicherknoten anzupassen und als ein Ergebnis ist es möglich, eine Sättigung jeder der Speicherknoten zu vermeiden. Zusätzlich ist es auch möglich, die anderen Effekte der oben genannten Ausführungsform zu erzielen.
Zusätzlich, kann die Sensoransteuerschaltung 7 die Übertragungselektrode 13 in jedem der Rahmen F5 wie oben beschrieben in der zweiten Modifikation ansteuern. Als ein Ergebnis ist es möglich, durch Störlicht erzeugte Sättigung weiter zu unterdrücken und durch Störlicht erzeugtes Schrotrauschen zu reduzieren und somit ist es möglich eine Resistenz gegen das Störlicht und die Genauigkeit der Abstandsmessung zu verbessern.
Der Abstandssensor und das Ansteuerverfahren des Abstandssensors nach der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und andere weitere Modifikationen können gemacht werden. Zum Beispiel wurde in der obigen Ausführungsform der beispielsweise Fall beschrieben, in dem jeder Transistor der Sensorsteuerschaltung ein MOSFET ist, aber jeder Transistor kann auch ein anderer FET oder ein Bipolar-Transistor sein.
Bezugszeichenliste

1A: Abstandssensor;
3: Halbleitersubstrat;
5: Abbildungsbereich;
7: Sensoransteuerschaltung;
8: Verarbeitungsschaltung;
9, 9A: Lichtempfangseinheit;
9a: lichtempfindlicher Bereich;
9b bis 9f: Ladungssammelbereich;
11, 12, 13, 51, 52: Übertragungselektrode..;
14: Fotogatterelektrode;
15, 16, 55, 56: Signal-Extraktionselektrode;
17: Ladungsentladeelektrode;
20: Strominjektionsschaltung;
21: Spannungserzeugungsschaltung;
25: Stromquelle;
26a, 26b: Speicherknoten;
27, 28: .... Pufferschaltung;
30: Lichtquelleneinheit;
31: Lichtquelle;
32: Lichtquellenansteuerung;
33: Steuerschaltung;
34: Versorgungspotenzialleitung;
35, 36: .... Rücksetzstromkreis;
41: Isolierschicht;
B: Objekt;
CL: Treibtakt;
F1.: erster Rahmen;
F2: zweiter Rahmen;
F3, F6: Speicherrahmen;
F4: Leserahmen;
F5: Rahmen;
GND: Referenzpotenzialleitung;
L1: Bestrahlungslicht;
L2: reflektiertes Licht;
N1: Knoten;
P: Pixel; und
Vtx1 bis Vtx4: Treibspannung.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011133464 A [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

David Stoppa et al., Introduction to 3D Time-of-Fight Image Sensors, European Solid-State Circuits Conference (ESSCIRC), European Solid-State Device Conference (ESSDERC), 2015 [0005]

Claims

Abstandssensor, der konfiguriert ist, ein Objekt mit Licht zu bestrahlen und einen Abstand zu dem Objekt durch Detektion von reflektiertem Licht von dem Objekt zu messen, wobei der Abstandssensor umfasst: eine Lichtbestrahlungseinheit, die konfiguriert ist, das Objekt wiederholt mit dem Licht in einem gepulsten Zustand zu bestrahlen; ein Halbleitersubstrat mit einem lichtempfindlichen Bereich, der Ladungen erzeugt, die einer Lichtmenge des reflektierten Lichts entsprechen, und einem ersten und zweiten Ladungssammelbereich, die jeweils die Ladungen aus dem lichtempfindlichen Bereich erfassen, wobei der erste und zweite Ladungssammelbereich in einem Zustand angeordnet sind, in dem sie durch einen vorbestimmten Abstand von dem lichtempfindlichen Bereich getrennt sind; eine erste Übertragungselektrode, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem ersten Ladungssammelbereich angeordnet ist, wobei die erste Übertragungselektrode auf ein Ein-Potenzial einstellbar ist, das konfiguriert ist, eine Ladungsübertragung von dem lichtempfindlichen Bereich zu dem ersten Ladungssammelbereich zu ermöglichen, oder ein Aus-Potenzial, das konfiguriert ist, die Ladungsübertragung zu stoppen; eine zweite Übertragungselektrode, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem zweiten Ladungssammelbereich angeordnet ist, wobei die zweite Übertragungselektrode auf ein Ein-Potenzial einstellbar ist, das konfiguriert ist, eine Ladungsübertragung von dem lichtempfindlichen Bereich zu dem zweiten Ladungssammelbereich zu ermöglichen, oder ein Aus-Potenzial, das konfiguriert ist, die Ladungsübertragung zu stoppen; und eine Ansteuereinheit, die konfiguriert ist, eine Vielzahl von Rahmen nacheinander auszuführen, von denen jeder ein Elektrodenansteuerungsmuster zum Ansteuern der ersten und zweiten Übertragungselektroden bildet und durch gleichmäßige Zeitabstände von t₀, t₁, .... und t₉ definiert ist, um die erste und zweite Übertragungselektrode anzusteuern, wobei die Lichtbestrahlungseinheit das Licht für die Zeiten t₁ bis t₃ in jedem der Vielzahl von Rahmen ausstrahlt, die Ansteuereinheit in einem ersten Rahmen aus der Vielzahl von Rahmen die erste Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₀ und t₂ und zwischen den Zeiten t₄ und t₆ einstellt, während die zweite Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₂ und t₄ und zwischen den Zeiten t₆ und t₈ eingestellt wird, und die Ansteuereinheit in einem zweiten, vom ersten Rahmen verschiedenen Rahmen die erste Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₁ und t₃ und zwischen den Zeiten t₅ und t₇ einstellt, während die zweite Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₃ und t₅ und zwischen den Zeiten t₇ und t₉ eingestellt wird.
Abstandssensor, der konfiguriert ist, ein Objekt mit Licht zu bestrahlen und einen Abstand zu dem Objekt durch Detektion von reflektiertem Licht von dem Objekt zu messen, wobei der Abstandssensor umfasst: eine Lichtbestrahlungseinheit, die konfiguriert ist, das Objekt wiederholt mit dem Licht in einem gepulsten Zustand zu bestrahlen; ein Halbleitersubstrat mit einem lichtempfindlichen Bereich, der Ladungen erzeugt, die einer Lichtmenge des reflektierten Lichts entsprechen, und einem ersten und zweiten Ladungssammelbereich, die jeweils die Ladungen aus dem lichtempfindlichen Bereich erfassen, wobei der erste und zweite Ladungssammelbereich in einem Zustand angeordnet sind, in dem sie durch einen vorbestimmten Abstand von dem lichtempfindlichen Bereich getrennt sind; eine erste Transferelektrode, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem ersten Ladungssammelbereich angeordnet ist, wobei die erste Transferelektrode auf ein Ein-Potenzial einstellbar ist, das konfiguriert ist, eine Ladungsübertragung von dem lichtempfindlichen Bereich zu dem ersten Ladungssammelbereich zu ermöglichen, oder ein Aus-Potenzial, das konfiguriert ist, die Ladungsübertragung zu stoppen; eine zweite Transferelektrode, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem zweiten Ladungssammelbereich angeordnet ist, wobei die zweite Transferelektrode auf ein Ein-Potenzial einstellbar ist, das konfiguriert ist, eine Ladungsübertragung von dem lichtempfindlichen Bereich zu dem zweiten Ladungssammelbereich zu ermöglichen, oder ein Aus-Potenzial, das konfiguriert ist, die Ladungsübertragung zu stoppen; und eine Ansteuereinheit, die konfiguriert ist, eine Vielzahl von Rahmen nacheinander auszuführen, von denen jeder ein Elektrodenansteuerungsmuster zum Ansteuern der ersten und zweiten Übertragungselektroden bildet und durch gleichmäßige Zeitabstände t₀, t₁, .... und t₈ definiert ist, um die erste und zweite Übertragungselektrode anzusteuern, wobei die Lichtbestrahlungseinheit das Licht für die Zeiten t₁ bis t₃ in jedem der Vielzahl von Rahmen ausstrahlt, die Ansteuereinheit in einem ersten Rahmen aus der Vielzahl von Rahmen die erste Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₀ und t₁ und zwischen den Zeiten t₄ und t₅ einstellt, während die zweite Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₂ und t₃ und zwischen den Zeiten t₆ und t₇ eingestellt wird, und die Ansteuereinheit in einem zweiten, vom ersten Rahmen verschiedenen Rahmen die erste Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₁ und t₂ und zwischen den Zeiten t₅ und t₆ einstellt, während die zweite Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₃ und t₄ und zwischen den Zeiten t₇ und t₈ eingestellt wird.
Abstandssensor, der konfiguriert ist, ein Objekt mit Licht zu bestrahlen und einen Abstand zu dem Objekt durch Detektion von reflektiertem Licht von dem Objekt zu messen, wobei der Abstandssensor umfasst: eine Lichtbestrahlungseinheit, die konfiguriert ist, das Objekt wiederholt mit dem Licht in einem gepulsten Zustand zu bestrahlen; ein Halbleitersubstrat mit einem lichtempfindlichen Bereich, der Ladungen erzeugt, die einer Lichtmenge des reflektierten Lichts entsprechen, und einem ersten und bis vierten Ladungssammelbereich, die jeweils die Ladungen aus dem lichtempfindlichen Bereich erfassen, wobei der erste und bis vierte Ladungssammelbereich in einem Zustand angeordnet sind, in dem sie durch einen vorbestimmten Abstand von dem lichtempfindlichen Bereich getrennt sind; eine erste Transferelektrode, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem ersten Ladungssammelbereich angeordnet ist, wobei die erste Transferelektrode auf ein Ein-Potenzial einstellbar ist, das konfiguriert ist, eine Ladungsübertragung von dem lichtempfindlichen Bereich zu dem ersten Ladungssammelbereich zu ermöglichen, oder ein Aus-Potenzial, das konfiguriert ist, die Ladungsübertragung zu stoppen; eine zweite Transferelektrode, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem zweiten Ladungssammelbereich angeordnet ist, wobei die zweite Transferelektrode auf ein Ein-Potenzial einstellbar ist, das konfiguriert ist, eine Ladungsübertragung von dem lichtempfindlichen Bereich zu dem zweiten Ladungssammelbereich zu ermöglichen, oder ein Aus-Potenzial, das konfiguriert ist, die Ladungsübertragung zu stoppen; eine dritte Transferelektrode, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem dritten Ladungssammelbereich angeordnet ist, wobei die dritte Transferelektrode auf ein Ein-Potenzial einstellbar ist, das konfiguriert ist, eine Ladungsübertragung von dem lichtempfindlichen Bereich zu dem dritten Ladungssammelbereich zu ermöglichen, oder ein Aus-Potenzial, das konfiguriert ist, die Ladungsübertragung zu stoppen; eine vierte Transferelektrode, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem vierten Ladungssammelbereich angeordnet ist, wobei die vierte Transferelektrode auf ein Ein-Potenzial einstellbar ist, das konfiguriert ist, eine Ladungsübertragung von dem lichtempfindlichen Bereich zu dem vierten Ladungssammelbereich zu ermöglichen, oder ein Aus-Potenzial, das konfiguriert ist, die Ladungsübertragung zu stoppen; und eine Ansteuereinheit, die konfiguriert ist, eine Vielzahl von Rahmen nacheinander auszuführen, von denen jeder ein Elektrodenansteuerungsmuster zum Ansteuern der ersten bis vierten Übertragungselektroden bildet und durch gleichmäßige Zeitabstände t0, t1, .... und t8 definiert ist, um die erste bis vierte Übertragungselektrode anzusteuern, wobei die Lichtbestrahlungseinheit das Licht für die Zeiten t1 bis t3 in jedem der Vielzahl von Rahmen ausstrahlt, und die Ansteuereinheit in jedem der Vielzahl von Rahmen die erste Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₁ und t₂ und zwischen den Zeiten t₄ und t₅ einstellt, die zweite Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₁ und t₂ und zwischen den Zeiten t₅ und t₆ einstellt, die dritte Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₂ und t₃ und zwischen den Zeiten t₆ und t₇ einstellt und die vierte Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₃ und t₄ und zwischen den Zeiten t₇ und t₈ einstellt.
Der Abstandssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter umfasst eine fünfte Übertragungselektrode, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und einem fünften Ladungssammelbereich angeordnet ist, wobei das Halbleitersubstrat weiter den fünften Ladungssammelbereich aufweist, der in einem Zustand angeordnet ist, in dem er durch einen vorbestimmten Abstand von dem lichtempfindlichen Bereich getrennt ist, und die Ladungen von dem lichtempfindlichen Bereich sammelt, und die Ansteuereinheit die fünfte Übertragungselektrode auf ein Ein-Potenzial einstellt, mit Ausnahme eines Zeitraums, in dem andere Übertragungselektroden zunächst auf das Ein-Potenzial und dann schließlich auf das Aus-Potenzial eingestellt werden.
Ansteuerverfahren für einen Abstandssensor, der konfiguriert ist, um ein Objekt mit Licht zu bestrahlen und einen Abstand zu dem Objekt zu messen, indem reflektiertes Licht von dem Objekt erfasst wird, wobei der Abstandssensor umfasst: eine Lichtbestrahlungseinheit, die konfiguriert ist, um das Objekt wiederholt mit dem Licht in einem gepulsten Zustand zu bestrahlen; ein Halbleitersubstrat mit einem lichtempfindlichen Bereich, der Ladungen erzeugt, die einer Lichtmenge des reflektierten Lichts entsprechen, und einem ersten und zweiten Ladungssammelbereich, die jeweils die Ladungen aus dem lichtempfindlichen Bereich erfassen, wobei der erste und zweite Ladungssammelbereich in einem Zustand angeordnet sind, in dem sie durch einen vorbestimmten Abstand von dem lichtempfindlichen Bereich getrennt sind; eine erste Übertragungselektrode, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem ersten Ladungssammelbereich angeordnet ist, wobei die erste Übertragungselektrode auf ein Ein-Potenzial einstellbar ist, das konfiguriert ist, eine Ladungsübertragung von dem lichtempfindlichen Bereich zu dem ersten Ladungssammelbereich zu ermöglichen, oder ein Aus-Potenzial, das konfiguriert ist, die Ladungsübertragung zu stoppen; und eine zweite Übertragungselektrode, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem zweiten Ladungssammelbereich angeordnet ist, wobei die zweite Übertragungselektrode auf ein Ein-Potenzial einstellbar ist, das konfiguriert ist, eine Ladungsübertragung von dem lichtempfindlichen Bereich zu dem zweiten Ladungssammelbereich zu ermöglichen, oder ein Aus-Potenzial, das konfiguriert ist, um die Ladungsübertragung zu stoppen, wobei das Ansteuerverfahren, das nacheinander eine Vielzahl von Rahmen ausführt, von denen jeder ein Elektrodenansteuerungsmuster zum Ansteuern der ersten und zweiten Übertragungselektrode bildet und durch gleichmäßige Zeitabstände t₀, t₁, .... und tg definiert ist, umfasst: Abstrahlen des Lichts von der Lichtbestrahlungseinheit für die Zeiten t₁ bis t₃ in jedem der Vielzahl von Rahmen; Einstellen der ersten Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₀ und t₂ und zwischen den Zeiten t₄ und t₆, während die zweite Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₂ und t₄ und zwischen den Zeiten t₆ und t₈ in einem ersten Rahmen aus der Vielzahl von Rahmen eingestellt wird; und Einstellen der ersten Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₁ und t₃ und zwischen den Zeiten t₅ und t₇, während die zweite Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₃ und t₅ und zwischen den Zeiten t₇ und t₉ in einem zweiten Rahmen, der sich vom ersten Rahmen unterscheidet, eingestellt wird.
Ansteuerverfahren für einen Abstandssensor, der konfiguriert ist, um ein Objekt mit Licht zu bestrahlen und einen Abstand zu dem Objekt zu messen, indem reflektiertes Licht von dem Objekt erfasst wird, wobei der Abstandssensor umfasst: eine Lichtbestrahlungseinheit, die konfiguriert ist, um das Objekt wiederholt mit dem Licht in einem gepulsten Zustand zu bestrahlen; ein Halbleitersubstrat mit einem lichtempfindlichen Bereich, der Ladungen erzeugt, die einer Lichtmenge des reflektierten Lichts entsprechen, und einem ersten und zweiten Ladungssammelbereich, die jeweils die Ladungen aus dem lichtempfindlichen Bereich erfassen, wobei der erste und zweite Ladungssammelbereich in einem Zustand angeordnet sind, in dem sie durch einen vorbestimmten Abstand von dem lichtempfindlichen Bereich getrennt sind; eine erste Übertragungselektrode, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem ersten Ladungssammelbereich angeordnet ist, wobei die erste Übertragungselektrode auf ein Ein-Potenzial einstellbar ist, das konfiguriert ist, eine Ladungsübertragung von dem lichtempfindlichen Bereich zu dem ersten Ladungssammelbereich zu ermöglichen, oder ein Aus-Potenzial, das konfiguriert ist, die Ladungsübertragung zu stoppen; und eine zweite Übertragungselektrode, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem zweiten Ladungssammelbereich angeordnet ist, wobei die zweite Übertragungselektrode auf ein Ein-Potenzial einstellbar ist, das konfiguriert ist, eine Ladungsübertragung von dem lichtempfindlichen Bereich zu dem zweiten Ladungssammelbereich zu ermöglichen, oder ein Aus-Potenzial, das konfiguriert ist, um die Ladungsübertragung zu stoppen, wobei das Ansteuerverfahren, das nacheinander eine Vielzahl von Rahmen ausführt, von denen jeder ein Elektrodenansteuerungsmuster zum Ansteuern der ersten und zweiten Übertragungselektroden bildet und durch gleichmäßige Zeitabstände t₀, t₁, .... und t₈ definiert ist, umfasst: Abstrahlen des Lichts von der Lichtbestrahlungseinheit für die Zeiten t₁ bis t₃ in jedem der Vielzahl von Rahmen; Einstellen der ersten Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₀ und t₁ und zwischen den Zeiten t₄ und t₅, während die zweite Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₂ und t₃ und zwischen den Zeiten t₆ und t₇ in einem ersten Rahmen aus der Vielzahl von Rahmen eingestellt wird; und Einstellen der ersten Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₁ und t₂ und zwischen den Zeiten t₅ und t₆, während die zweite Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₃ und t₄ und zwischen den Zeiten t₇ und t₈ in einem zweiten, vom ersten Rahmen verschiedenen Rahmen eingestellt wird.
Ansteuerverfahren für einen Abstandssensor, der konfiguriert ist, um ein Objekt mit Licht zu bestrahlen und einen Abstand zu dem Objekt zu messen, indem reflektiertes Licht von dem Objekt erfasst wird, wobei der Abstandssensor umfasst: eine Lichtbestrahlungseinheit, die konfiguriert ist, um das Objekt wiederholt mit dem Licht in einem gepulsten Zustand zu bestrahlen; ein Halbleitersubstrat mit einem lichtempfindlichen Bereich, der Ladungen erzeugt, die einer Lichtmenge des reflektierten Lichts entsprechen, und einem ersten bis vierten Ladungssammelbereich, die jeweils die Ladungen aus dem lichtempfindlichen Bereich erfassen, wobei der erste bis vierte Ladungssammelbereich in einem Zustand angeordnet sind, in dem sie durch einen vorbestimmten Abstand von dem lichtempfindlichen Bereich getrennt sind; eine erste Übertragungselektrode, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem ersten Ladungssammelbereich angeordnet ist, wobei die erste Übertragungselektrode auf ein Ein-Potenzial einstellbar ist, das konfiguriert ist, eine Ladungsübertragung von dem lichtempfindlichen Bereich zu dem ersten Ladungssammelbereich zu ermöglichen, oder ein Aus-Potenzial, das konfiguriert ist, die Ladungsübertragung zu stoppen; und eine zweite Übertragungselektrode, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem zweiten Ladungssammelbereich angeordnet ist, wobei die zweite Übertragungselektrode auf ein Ein-Potenzial einstellbar ist, das konfiguriert ist, eine Ladungsübertragung von dem lichtempfindlichen Bereich zu dem zweiten Ladungssammelbereich zu ermöglichen, oder ein Aus-Potenzial, das konfiguriert ist, die Ladungsübertragung zu stoppen; eine dritte Übertragungselektrode, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem dritten Ladungssammelbereich angeordnet ist, wobei die dritte Übertragungselektrode auf ein Ein-Potenzial einstellbar ist, das konfiguriert ist, eine Ladungsübertragung von dem lichtempfindlichen Bereich zu dem dritten Ladungssammelbereich zu ermöglichen, oder ein Aus-Potenzial, das konfiguriert ist, die Ladungsübertragung zu stoppen; und eine vierte Übertragungselektrode, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem vierten Ladungssammelbereich angeordnet ist, wobei die vierte Übertragungselektrode auf ein Ein-Potenzial einstellbar ist, das konfiguriert ist, eine Ladungsübertragung von dem lichtempfindlichen Bereich zu dem vierten Ladungssammelbereich zu ermöglichen, oder ein Aus-Potenzial, das konfiguriert ist, die Ladungsübertragung zu stoppen, wobei das Ansteuerverfahren, das nacheinander eine Vielzahl von Rahmen ausführt, von denen jeder ein Elektrodenansteuerungsmuster zum Ansteuern der ersten bis vierten Transferelektroden bildet und durch gleichmäßige Zeitabstände t₀, t₁, .... und t₈ definiert ist, umfasst: Ausstrahlen des Lichts aus der Lichtbestrahlungseinheit für die Zeiten t₁ bis t₃; Einstellen der ersten Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₀ und t₁ und zwischen den Zeiten t₄ und t₅; Einstellen der zweiten Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₁ und t₂ und zwischen den Zeiten t₅ und t₆; Einstellen der dritten Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₂ und t₃ und zwischen den Zeiten t₆ und t₇; und Einstellen der vierten Übertragungselektrode auf das Ein-Potenzial zwischen den Zeiten t₃ und t₄ und zwischen den Zeiten t₇ und t₈.
Ansteuerverfahren für den Abstandssensor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Halbleitersubstrat weiter einen fünften Ladungssammelbereich aufweist, der in einem Zustand angeordnet ist, in dem er durch einen vorbestimmten Abstand von dem lichtempfindlichen Bereich getrennt ist, und die Ladungen von dem lichtempfindlichen Bereich sammelt, der Abstandssensor ferner eine fünfte Übertragungselektrode umfasst, die auf einem Bereich zwischen dem lichtempfindlichen Bereich und dem fünften Ladungssammelbereich angeordnet ist, und die fünfte Übertragungselektrode auf ein Ein-Potenzial eingestellt ist, mit Ausnahme eines Zeitraums, in dem andere Übertragungselektroden zunächst auf das Ein-Potenzial und dann schließlich auf das Aus-Potenzial eingestellt sind.