DE112020002523T5 - Festkörper-bildgebungsvorrichtung und abstandsmessvorrichtung - Google Patents

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Sozo Yokogawa
Yusuke Moriyama
Nobuhiro Kawai
Yuhi Yorikado
Fumihiko Koga
Yoshiki Ebiko
Suzunori Endo
Hayato Wakabayashi
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Abstract

Eine Abstandsmessgenauigkeit wird verbessert. Eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform enthält einen Pixel-Arrayteil (101), in dem eine Vielzahl von Pixeln (20-1) in einer Matrix angeordnet ist, worin jedes der Pixel eine Vielzahl fotoelektrischer Umwandlungseinheiten (211, 212) enthält, die jeweils einfallendes Licht fotoelektrisch umwandeln, um eine Ladung zu erzeugen, ein Floating-Diffusionsgebiet (27), das die Ladung akkumuliert, eine Vielzahl von Übertragungsschaltungen (23, 24, 25), die die in jeder der Vielzahl fotoelektrischer Umwandlungseinheiten erzeugte Ladung zum Floating-Diffusionsgebiet übertragen, und einen ersten Transistor (28), der veranlasst, dass ein Pixelsignal eines Spannungswerts, der einer Ladungsmenge der im Floating-Diffusionsgebiet akkumulierten Ladung entspricht, in einer Signalleitung erscheint.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung und eine Abstandsmessvorrichtung.
  • HINTERGRUND
  • In der verwandten Technik ist ein Abstandsmesssensor (worauf hier im Folgenden als indirekter ToF-Sensor verwiesen wird) bekannt, der ein indirektes Laufzeit-(ToF-)Verfahren nutzt. Im indirekten ToF-Sensor wird ein Abstand zu einem Objekt basierend auf einer Signalladung gemessen, die erhalten wird, indem Licht von einer Lichtquelle in einer bestimmten Phase emittiert und das reflektierte Licht empfangen wird.
  • ZITATLISTE
  • Patentliteratur
  • Patentliteratur 1: JP 2019-4149 A
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Technisches Problem
  • Als Pixel-Architektur eines indirekten ToF-Sensors ist eine Pixel-Architektur vom 2-Tap-Typ bekannt, bei der ein Pixel zwei Speicher aufweist. In der Pixel-Architektur vom 2-Tap-Typ wird ein Abstandsbild, das einen Abstand zu einem Objekt angibt, basierend auf einem Verhältnis von Ladungen erzeugt, die in jedem der zwei Speicher jedes Pixels akkumuliert werden.
  • Hier besteht gewöhnlich eine charakteristische Differenz zwischen den zwei, in jedem Pixel enthaltenen Speichern. Diese charakteristische Differenz verursacht eine individuelle Differenz in einer Ladungsmenge, die im Speicher jedes Pixels akkumuliert wird, und verursacht somit ein Problem, dass eine Abstandsmessgenauigkeit des indirekten ToF-Sensors verringert wird.
  • Daher schlägt die vorliegende Offenbarung eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung und eine Abstandsmessvorrichtung vor, die imstande sind, eine Abstandsmessgenauigkeit zu verbessern.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel eines ToF-Sensors als Abstandsmessvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 2 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel einer als lichtempfangende Einheit dienenden Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels, das als Basis eines Einheitspixels dient, gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 4 ist eine Draufsicht, die ein Layout-Beispiel des in 3 beispielhaft veranschaulichten Einheitspixels veranschaulicht.
    • 5 ist ein Diagramm, um eine Skizze eines Abstandsmessverfahrens mittels eines indirekten ToF-Verfahrens zu beschreiben (Teil 1).
    • 6 ist ein Diagramm, um die Skizze des Abstandsmessverfahrens mittels des indirekten ToF-Verfahrens zu beschreiben (Teil 2).
    • 7 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels gemäß einem ersten Konfigurationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 8 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines planaren Layouts des Einheitspixels gemäß dem ersten Konfigurationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 9 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels gemäß einem zweiten Konfigurationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 10 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines planaren Layouts des Einheitspixels gemäß dem zweiten Konfigurationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 11 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines planaren Layouts eines Einheitspixels gemäß einem dritten Konfigurationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 12 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels gemäß einem vierten Konfigurationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 13 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines planaren Layouts des Einheitspixels gemäß dem vierten Konfigurationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 14 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels gemäß einem fünften Konfigurationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 15 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels gemäß einem sechsten Konfigurationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 16 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels gemäß einem siebten Konfigurationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 17 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines planaren Layouts eines Pixel-Trennbereichs gemäß einem ersten Layout-Beispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 18 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines planaren Layouts eines Pixel-Trennbereichs gemäß einem zweiten Layout-Beispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 19 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines planaren Layouts eines Pixel-Trennbereichs gemäß einem dritten Layout-Beispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 20 ist eine entlang einer Linie I-I genommene Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Querschnittsstruktur eines Einheitspixels gemäß einem ersten Beispiel einer Querschnittsstruktur der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 21 ist eine entlang einer Linie II-II genommene Querschnittsansicht, die das Beispiel einer Querschnittsstruktur des Einheitspixels gemäß dem ersten Beispiel einer Querschnittsstruktur der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 22 ist eine entlang einer Linie I-I genommene Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Querschnittsstruktur eines Einheitspixels gemäß einem zweiten Beispiel einer Querschnittsstruktur der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 23 ist eine entlang einer Linie II-II genommene Querschnittsansicht, die das Beispiel einer Querschnittsstruktur des Einheitspixels gemäß dem zweiten Beispiel einer Querschnittsstruktur der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 24 ist eine entlang einer Linie I-I genommene Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Querschnittsstruktur eines Einheitspixels gemäß einem dritten Beispiel einer Querschnittsstruktur der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 25 ist eine entlang einer Linie II-II genommene Querschnittsansicht, die das Beispiel einer Querschnittsstruktur des Einheitspixels gemäß dem dritten Beispiel einer Querschnittsstruktur der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 26 ist eine entlang einer Linie I-I genommene Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Querschnittsstruktur eines Einheitspixels gemäß einem vierten Beispiel einer Querschnittsstruktur der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 27 ist eine entlang einer Linie II-II genommene Querschnittsansicht, die das Beispiel einer Querschnittsstruktur des Einheitspixels gemäß dem vierten Beispiel einer Querschnittsstruktur der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 28 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer ersten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 29 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer zweiten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 30 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer dritten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 31 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer vierten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 32 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer fünften Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 33 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer sechsten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 34 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer siebten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 35 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer achten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 36 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer neunten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 37 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer zehnten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 38 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer elften Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 39 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer zwölften Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 40 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer dreizehnten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 41 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer vierzehnten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 42 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer fünfzehnten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 43 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer sechzehnten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 44 ist ein Diagramm, um eine Differenz in Mengen an akkumulierter Ladung zwischen Speichern zu beschreiben, die in einem Vergleichsbeispiel erzeugt wird.
    • 45 ist ein Diagramm, um einen Effekt zum Aufheben einer charakteristischen Differenz für jeden Speicher gemäß der ersten Ausführungsform zu beschreiben.
    • 46 ist ein Zeitablaufdiagramm, das die Leseoperation des Tiefen-Frame in einem Fall veranschaulicht, in dem das Einheitspixel, das keine FD-Sharing-Struktur bzw. Struktur zur gemeinsamen FD-Nutzung enthält, gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird.
    • 47 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Tiefen-Frame-Leseoperation in dem Fall veranschaulicht, in dem ein Einheitspixel mit der Struktur zur gemeinsamen FD-Nutzung gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird, zum Beispiel die Einheitspixel gemäß den oben beschriebenen ersten bis dritten Konfigurationsbeispielen.
    • 48 ist ein Zeitablaufdiagramm, das die Tiefen-Frame-Leseoperation in einem Fall veranschaulicht, in dem ein Einheitspixel mit einer Struktur zur gemeinsamen FD-Nutzung gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird, zum Beispiel das Einheitspixel gemäß dem oben beschriebenen vierten Konfigurationsbeispiel.
    • 49 ist ein Wellenformdiagramm, um ein erstes Beispiel eines Ansteuerungsimpulses der ersten Ausführungsform zu beschreiben.
    • 50 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel einer Verbindungsbeziehung gemäß einem Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 51 ist ein schematisches Diagramm, das ein anderes Beispiel der Verbindungsbeziehung gemäß dem Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 52 ist ein schematisches Diagramm, das noch ein anderes Beispiel der Verbindungsbeziehung gemäß dem Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 53 ist ein schematisches Diagramm, das noch ein weiteres Beispiel der Verbindungsbeziehung gemäß dem Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 54 ist ein schematisches Diagramm, das noch ein weiteres Beispiel der Verbindungsbeziehung gemäß dem Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 55 ist ein schematisches Diagramm, das noch ein anderes Beispiel der Verbindungsbeziehung gemäß dem Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 56 ist ein Wellenformdiagramm, um ein zweites Beispiel eines Ansteuerungsimpulses der ersten Ausführungsform zu beschreiben.
    • 57 ist ein Diagramm, um Rauschen zu beschreiben, das durch Hintergrundlicht, das ein Interferenzlicht ist, erzeugt wird.
    • 58 ist ein Diagramm, um einen Fall zu beschreiben, in dem reflektiertes Licht (Interferenzlicht) von einem anderen ToF-Sensor während einer Periode ohne Akkumulation einfällt.
    • 59 ist ein Diagramm, um einen Fall zu beschreiben, in dem reflektiertes Licht (Interferenzlicht) von einem anderen ToF-Sensor während einer Akkumulationsperiode einfällt.
    • 60 ist ein Diagramm, um eine Rauschunterdrückung gemäß der ersten Ausführungsform zu beschreiben, falls sich eine Modulationsfrequenz eines Interferenzlichts von einem anderen ToF-Sensor von einer Modulationsfrequenz seines eigenen Bestrahlungslichts unterscheidet.
    • 61 ist ein Diagramm, um die Rauschunterdrückung gemäß der ersten Ausführungsform in einem Fall zu beschreiben, in dem die Modulationsfrequenz eines Interferenzlichts von einem anderen ToF-Sensor die gleiche wie die Modulationsfrequenz seines eigenen Bestrahlungslichts ist.
    • 62 ist ein Diagramm, um die Rauschunterdrückung gemäß der ersten Ausführungsform in einem Fall zu beschreiben, in dem die Modulationsfrequenz und eine Phase eines Interferenzlichts von einem anderen ToF-Sensor die gleichen wie die Modulationsfrequenz und eine Phase seines eigenen Bestrahlungslichts sind.
    • 63 ist ein Wellenformdiagramm, das einen Fall veranschaulicht, in dem ein ToF-Sensor und ein Objekt miteinander in Kontakt sind.
    • 64 ist ein Wellenformdiagramm, das einen Fall veranschaulicht, in dem der ToF-Sensor und das Objekt voneinander getrennt sind.
    • 65 ist ein Wellenformdiagramm, um ein Beispiel einer Rauschunterdrückungsoperation zur Zeit einer Phasenumschaltung gemäß der ersten Ausführungsform (2-Tap-Typ) zu beschreiben.
    • 66 ist ein Wellenformdiagramm, um ein Beispiel einer Rauschunterdrückungsoperation zur Zeit einer Phasenumschaltung gemäß einem Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform zu beschreiben.
    • 67 ist ein Wellenformdiagramm, um ein Beispiel der Rauschunterdrückungsoperation zur Zeit der Phasenumschaltung gemäß der ersten Ausführungsform (Multi-Tap-Typ) zu beschreiben.
    • 68 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels gemäß einem ersten Konfigurationsbeispiel der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 69 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels gemäß einem zweiten Konfigurationsbeispiel der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 70 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels gemäß einem dritten Konfigurationsbeispiel der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 71 ist ein Diagramm, das eine Skizze eines Konfigurationsbeispiels einer nicht-laminierten Festkörper-Bildgebungsvorrichtung veranschaulicht, für die eine Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
    • 72 ist ein Diagramm, das eine Skizze eines Konfigurationsbeispiels einer laminierten Festkörper-Bildgebungsvorrichtung veranschaulicht, für die die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann (Teil 1).
    • 73 ist ein Diagramm, das eine Skizze eines Konfigurationsbeispiels der laminierten Festkörper-Bildgebungsvorrichtung veranschaulicht, für die die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann (Teil 2).
    • 74 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel einer elektronischen Vorrichtung veranschaulicht, für die eine Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann (Vorderseite).
    • 75 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel der elektronischen Vorrichtung veranschaulicht, für die die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann (Rückseite).
    • 76 ist ein schematisches Diagramm, das einen Fall veranschaulicht, in dem die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
    • 77 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems veranschaulicht.
    • 78 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel von Installationspositionen einer Einheit zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs und einer Bildgebungseinheit veranschaulicht.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden wird hierin mit Verweis auf die Zeichnungen eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung im Detail beschrieben. Man beachte, dass in den folgenden Ausführungsformen die gleichen Teile bzw. Bereiche mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind und eine redundante Beschreibung weggelassen wird.
  • Außerdem wird die vorliegende Offenbarung in der folgenden Reihenfolge von Punkten beschrieben.
    • 1. Erste Ausführungsform
      • 1.1 Abstandsmessvorrichtung (ToF-Sensor)
      • 1.2 Konfigurationsbeispiel einer Festkörper-Bildgebungsvorrichtung
      • 1.3 Beispiel einer Basiskonfiguration eines Einheitspixels
      • 1.4 Beispiel eines Basis-Layouts eines Einheitspixels
      • 1.5 Skizze eines indirekten ToF-Verfahrens
      • 1.6 Konfigurationsbeispiel eines Einheitspixels
      • 1.6.1 Erstes Konfigurationsbeispiel
      • 1.6.2 Zweites Konfigurationsbeispiel
      • 1.6.3 Drittes Konfigurationsbeispiel
      • 1.6.4 Viertes Konfigurationsbeispiel
      • 1.6.5 Fünftes Konfigurationsbeispiel
      • 1.6.6 Sechstes Konfigurationsbeispiel
      • 1.6.7 Siebtes Konfigurationsbeispiel
      • 1.7 Pixel-Isolierungsstruktur
      • 1.7.1 Erstes Layout-Beispiel
      • 1.7.2 Zweites Layout-Beispiel
      • 1.7.3 Drittes Layout-Beispiel
      • 1.8 Beispiel einer Querschnittsstruktur eines Einheitspixels
      • 1.8.1 Erstes Beispiel einer Querschnittsstruktur
      • 1.8.2 Zweites Beispiel einer Querschnittsstruktur
      • 1.8.3 Drittes Beispiel einer Querschnittsstruktur
      • 1.8.4 Viertes Beispiel einer Querschnittsstruktur
      • 1.9. Layout für FD-Sharing bzw. eine gemeinsame FD-Nutzung
      • 1.9.1 Erste Variation
      • 1.9.2 Zweite Variation
      • 1.9.3 Dritte Variation
      • 1.9.4 Vierte Variation
      • 1.9.5 Fünfte Variation
      • 1.9.6 Sechste Variation
      • 1.9.7 Siebte Variation
      • 1.9.8 Achte Variation
      • 1.9.9 Neunte Variation
      • 1.9.10 Zehnte Variation
      • 1.9.11 Elfte Variation
      • 1.9.12 Zwölfte Variation
      • 1.9.13 Dreizehnte Variation
      • 1.9.14 Vierzehnte Variation
      • 1.9.15 Fünfzehnte Variation
      • 1.9.16 Sechzehnte Variation
      • 1.10 Aufhebung einer charakteristischen Differenz
      • 1.11 Beispiel einer Leseoperation eines Abstandsmessbildes (Tiefen-Frame)
      • 1.12 Beispiel eines Ansteuerungsimpulses
      • 1.12.1 Erstes Beispiel eines Ansteuerungsimpulses
      • 1.12.1.1 Modifikationsbeispiel
      • 1.12.2 Zweites Beispiel eines Ansteuerungsimpulses
      • 1.13 Codierung einer Akkumulationsperiode
      • 1.13.1 Rauschen aufgrund von Interferenz
      • 1.13.1.1 Interferenz aufgrund von Hintergrundlicht
      • 1.13.1.2 Interferenz von einem anderen ToF-Sensor
      • 1.13.1.2.1 Wenn reflektiertes Licht von einem anderen ToF-Sensor während einer Periode ohne Akkumulation einfällt
      • 1.13.1.2.2 Wenn reflektiertes Licht von einem anderen ToF-Sensor während einer Akkumulationsperiode einfällt
      • 1.13.2 Rauschunterdrückung durch Interferenz
      • 1.13.2.1 Beispiel einer Rauschunterdrückung durch Codierung einer Akkumulationsperiode
      • 1.13.2.1.1 Fall, in dem eine Modulationsfrequenz eines Interferenzlichts von einem anderen ToF-Sensor von einer Modulationsfrequenz seines eigenen Bestrahlungslichts verschieden ist
      • 1.13.2.1.2 Beispiel, in dem eine Modulationsfrequenz eines Interferenzlichts von einem anderen ToF-Sensor die gleiche wie die Modulationsfrequenz seines eigenen Bestrahlungslichts ist
      • 1.13.2.1.3 Fall, in dem eine Modulationsfrequenz und eine Phase eines Interferenzlichts von einem anderen ToF-Sensor die gleichen wie die Modulationsfrequenz und Phase seines eigenen Bestrahlungslichts sind
      • 1.13.3 Zur Zeit einer Phasenumschaltung erzeugtes Rauschen
      • 1.13.3.1 Beispiel einer Operation zur Rauschunterdrückung zur Zeit einer Phasenumschaltung (im Fall eines 2-Tap-Typs)
      • 1.13.3.2 Modifikationsbeispiel einer Rauschunterdrückungsoperation zur Zeit einer Phasenumschaltung
      • 1.13.3.3 Modifikationsbeispiel einer Rauschunterdrückungsoperation zur Zeit einer Phasenumschaltung (im Fall eines Multi-Tap-Typs mit drei Taps oder mehr)
      • 1.14 Aktion und Wirkung
    • 2. Zweite Ausführungsform
      • 2.1 Erstes Konfigurationsbeispiel
      • 2.2 Zweites Konfigurationsbeispiel
      • 2.3 Drittes Konfigurationsbeispiel
    • 3. Konfigurationsbeispiel einer laminierten Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, für die die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann
    • 4. Beispiel einer elektronischen Vorrichtung, für die die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann
    • 5. Verschiedene Anwendungsbeispiele
    • 6. Anwendungsbeispiel für einen mobilen Körper
  • 1. Erste Ausführungsform
  • Zunächst wird unten mit Verweis auf die Zeichnungen eine erste Ausführungsform im Detail beschrieben. Man beachte, dass in der ersten Ausführungsform beispielsweise eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung und eine Abstandsmessvorrichtung, die einen Abstand zu einem Objekt mittels eines indirekten ToF-Verfahrens messen, mit einem Beispiel beschrieben werden.
  • Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung und die Abstandsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform und den Ausführungsformen, die unten beispielhaft dargelegt werden, können zum Beispiel für ein System in einem Fahrzeug, das an einem Fahrzeug montiert ist und einen Abstand zu einem Objekt außerhalb des Fahrzeugs misst, ein System zur Erkennung von Gesten, das einen Abstand zu einem Objekt wie etwa einer Hand eines Nutzers misst und eine Geste des Nutzers basierend auf einem Messergebnis erkennt, oder dergleichen verwendet werden. In diesem Fall kann das Ergebnis der Gestenerkennung auch für beispielsweise eine Bedienung eines Fahrzeugnavigationssystems genutzt werden.
  • 1.1 Abstandsmessvorrichtung (ToF-Sensor)
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel eines ToF-Sensors als Abstandsmessvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 1 veranschaulicht ist, enthält ein ToF-Sensor 1 eine Steuerungseinheit 11, eine lichtemittierende Einheit 13, eine lichtempfangende Einheit 14, eine Berechnungseinheit 15 und eine externe Schnittstelle (I/F) 19.
  • Die Steuerungseinheit 11 enthält beispielsweise eine Informationsverarbeitungsvorrichtung wie etwa eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) und steuert jede Einheit des ToF-Sensors 1.
  • Die externe I/F 19 kann beispielsweise ein Kommunikationsadapter zum Einrichten einer Kommunikation mit einem externen Host 80 über ein Kommunikationsnetzwerk sein, das einem beliebigen Standard entspricht, wie etwa einem Controller Area Network (CAN), einem Local Interconnect Network (LIN), FlexRay (eingetragenes Warenzeichen), einer mobilen Industrieprozessorschnittstelle (MIPI; engl.: Mobile Industry Processor Interface) oder einem Low-Voltage-Differential-Signaling (LVDS) zusätzlich zu einem drahtlosen Lokalbereichsnetzwerk (LAN; engl.: Local Area Network) oder einem drahtgebundenen LAN.
  • Beispielsweise kann hier, wenn der ToF-Sensor 1 an einem Automobil oder dergleichen montiert ist, der Host 80 eine am Automobil montierte Motorsteuerungseinheit (ECU) oder dergleichen sein. Falls der ToF-Sensor 1 an einem autonomen mobilen Roboter wie etwa einem Haustierroboter oder einem autonomen mobilen Körper wie etwa einem Reinigungsroboter, einem unbemannten Luftfahrzeug oder einem nachfolgenden Transportroboter montiert ist, kann der Host 80 eine Steuerungsvorrichtung oder dergleichen sein, die den autonomen mobilen Körper steuert. Falls der ToF-Sensor 1 an einer elektronischen Vorrichtung wie etwa einem Mobiltelefon, einem Smartphone oder einem Tablet-Endgerät montiert ist, kann darüber hinaus der Host 80 eine in der elektronischen Vorrichtung integrierte CPU, ein über ein Netzwerk mit der elektronischen Vorrichtung verbundener Server (einschließlich eines Cloud-Servers oder dergleichen) oder dergleichen sein.
  • Die lichtemittierende Einheit 13 enthält als Lichtquelle zum Beispiel eine oder eine Vielzahl von Halbleiterlaserdioden und emittiert gepulstes Laserlicht (worauf hier im Folgenden als Bestrahlungslicht verwiesen wird) L1 mit einer vorbestimmten zeitlichen Breite in einem vorbestimmten Zyklus (worauf auch als Lichtemissionszyklus verwiesen wird). Die lichtemittierende Einheit 13 emittiert das Bestrahlungslicht L1 zumindest in Richtung eines Winkelbereichs, der gleich einem Blickwinkel der lichtempfangenden Einheit 14 oder größer ist. Außerdem emittiert die lichtemittierende Einheit 13 beispielsweise das Bestrahlungslicht L1 mit einer zeitlichen Breite von mehreren Nanosekunden (ns) bis 5 ns in einem Zyklus von 100 Megahertz (MHz). Falls sich beispielsweise ein Objekt 90 innerhalb des Abstandsmessbereichs befindet, wird das von der lichtemittierenden Einheit 13 emittierte Bestrahlungslicht L1 vom Objekt 90 reflektiert und fällt als reflektiertes Licht L2 auf die lichtempfangende Einheit 14.
  • Wenngleich Details später beschrieben werden, enthält die lichtempfangende Einheit 14 beispielsweise eine Vielzahl von in einem Muster eines zweidimensionalen Gitters angeordneten Pixeln und gibt eine Signalintensität (worauf im Folgenden auch als Pixelsignal verwiesen wird) aus, die in jedem Pixel nach einer Lichtemission der lichtemittierenden Einheit 13 detektiert wird.
  • Die Berechnungseinheit 15 erzeugt ein Tiefen-Bild innerhalb des Blickwinkels der lichtempfangenden Einheit 14 basierend auf dem von der lichtempfangenden Einheit 14 abgegebenen Pixelsignal. Zu dieser Zeit kann die Berechnungseinheit 15 eine vorbestimmte Verarbeitung wie etwa eine Rauschentfernung am erzeugten Tiefen-Bild ausführen. Das durch die Berechnungseinheit 15 erzeugte Tiefen-Bild kann über die externe I/F 19 beispielsweise an den Host 80 oder dergleichen ausgegeben werden.
  • 1.2 Konfigurationsbeispiel einer Festkörper-Bildgebungsvorrichtung
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung als die lichtempfangende Einheit gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
  • Eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 100, die in 2 veranschaulicht ist, ist ein rückseitig beleuchteter indirekter ToF-Sensor und ist in einer Abstandsmessvorrichtung mit einer Abstandsmessfunktion vorgesehen.
  • Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 100 enthält einen Pixel-Arrayteil 101 und eine periphere Schaltung. Die periphere Schaltung kann zum Beispiel eine vertikale Ansteuerungsschaltung 103, eine Spaltenverarbeitungsschaltung 104, eine horizontale Ansteuerungsschaltung 105 und eine System-Steuerungseinheit 102 enthalten.
  • Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 100 enthält ferner eine Signalverarbeitungseinheit 106 und eine Daten-Speichereinheit 107. Man beachte, dass die Signalverarbeitungseinheit 106 und die Daten-Speichereinheit 107 auf dem gleichen Substrat wie die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 100 montiert sein können oder auf einem von der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 100 verschiedenen Substrat in der Abstandsmessvorrichtung angeordnet sein können.
  • Der Pixel-Arrayteil 101 hat eine Konfiguration, in der Pixel (worauf im Folgenden hier auch als Einheitspixel verwiesen wird) 20, die Ladungen gemäß der Menge an empfangenem Licht erzeugen und Signale gemäß den Ladungen abgeben, in einer Reihen-Richtung und einer Spalten-Richtung, das heißt in einer Matrix (worauf auch als zweidimensionale Gitterform verwiesen wird), angeordnet sind.
  • Hier bezieht sich die Reihen-Richtung auf eine Anordnungsrichtung (laterale Richtung in den Zeichnungen) der Einheitspixel 20 in der Pixel-Reihe und bezieht sich die Spalten-Richtung auf eine Anordnungsrichtung (longitudinale Richtung in den Zeichnungen) der Einheitspixel 20 in der Pixel-Spalte.
  • Im Pixel-Arrayteil 101 ist eine Pixel-Ansteuerungsleitung LD entlang der Reihen-Richtung für jede Pixel-Reihe verdrahtet und sind zwei vertikale Signalleitungen VSL entlang der Spalten-Richtung für jede Pixel-Spalte in Bezug auf das Pixel-Array in der Matrixform verdrahtet. Die Pixel-Ansteuerungsleitung LD überträgt ein Ansteuerungssignal zum Ansteuern, wenn ein Signal vom Einheitspixel 20 gelesen wird. Man beachte, dass in 2 die Pixel-Ansteuerungsleitung LD als ein Draht veranschaulicht ist, aber nicht auf einen beschränkt ist. Ein Ende der Pixel-Ansteuerungsleitung LD ist mit einem je einer Reihe entsprechenden Ausgangsanschluss der vertikalen Ansteuerungsschaltung 103 verbunden.
  • Die vertikale Ansteuerungsschaltung 103 enthält ein Schieberegister, einen Adressdecodierer und dergleichen und steuert jedes Einheitspixel 20 des Pixel-Arrayteils 101 zur gleichen Zeit für alle Pixel oder in Einheiten von Reihen bzw. reihenweise an. Das heißt, die vertikale Ansteuerungsschaltung 103 bildet zusammen mit der System-Steuerungseinheit 102, die die vertikale Ansteuerungsschaltung 103 steuert, eine Ansteuerungseinheit, die den Betrieb jedes Einheitspixels 20 des Pixel-Arrayteils 101 steuert.
  • Man beachte, dass bei einer Abstandsmessung mittels des indirekten ToF-Verfahrens die Anzahl von mit hoher Geschwindigkeit anzusteuernden Elementen, die mit einer Pixel-Ansteuerungsleitung LD verbunden sind, die Steuerbarkeit einer Hochgeschwindigkeitsansteuerung und eine Ansteuerungsgenauigkeit beeinflusst. In den meisten Fällen ist hier der Pixel-Arrayteil der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, die für eine Abstandsmessung mittels des indirekten ToF-Verfahrens genutzt wird, ein in der Reihen-Richtung langes rechteckiges Gebiet. In solch einem Fall kann daher die vertikale Signalleitung VSL oder eine andere Steuerungsleitung, die sich in der Spalten-Richtung erstreckt, als die Pixel-Ansteuerungsleitung LD des mit hoher Geschwindigkeit anzusteuernden Elements genutzt werden. Im Fall solch einer Konfiguration ist beispielsweise die in der Spalten-Richtung angeordnete Vielzahl von Einheitspixeln 20 mit der vertikalen Signalleitung VSL und anderen Steuerungsleitungen verbunden, die sich in der Spalten-Richtung erstrecken, und eine Ansteuerung der Einheitspixel 20, das heißt eine Ansteuerung der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 100, wird mittels der Ansteuerungseinheit, der horizontalen Ansteuerungsschaltung 105 und dergleichen, die getrennt von der vertikalen Ansteuerungsschaltung 103 vorgesehen sind, über die vertikale Signalleitung VSL oder andere Steuerungsleitungen durchgeführt.
  • Ein von jedem Einheitspixel 20 der Pixel-Reihe gemäß der Steuerung zur Ansteuerung durch die vertikale Ansteuerungsschaltung 103 abgegebenes Signal wird über die vertikale Signalleitung VSL in die Spaltenverarbeitungsschaltung 104 eingespeist. Die Spaltenverarbeitungsschaltung 104 führt eine vorbestimmte Signalverarbeitung am von jedem Einheitspixel 20 über die vertikale Signalleitung VSL abgegebenen Signal durch und hält nach der Signalverarbeitung vorübergehend das Pixelsignal.
  • Konkret führt die Spaltenverarbeitungsschaltung 104 eine Verarbeitung zur Rauschentfernung, eine Verarbeitung einer Analog-Digital-(AD-)Umwandlung und dergleichen als Signalverarbeitung durch.
  • Die horizontale Ansteuerungsschaltung 105 enthält ein Schieberegister, einen Adressdecodierer und dergleichen und wählt sequentiell Einheitsschaltungen entsprechend Pixel-Spalten der Spaltenverarbeitungsschaltung 104 aus. Durch selektives Scannen mittels der horizontalen Ansteuerungsschaltung 105 werden einer Signalverarbeitung für jede Einheitsschaltung in der Spaltenverarbeitungsschaltung 104 unterzogene Pixelsignale sequentiell abgegeben.
  • Die System-Steuerungseinheit 102 enthält einen Zeitsteuerungsgenerator, der verschiedene Zeitsteuerungssignale und dergleichen erzeugt und eine Steuerung zur Ansteuerung der vertikalen Ansteuerungsschaltung 103, der Spaltenverarbeitungsschaltung 104, der horizontalen Ansteuerungsschaltung 105 und dergleichen auf der Basis der durch den Zeitsteuerungsgenerator erzeugten verschiedenen Zeitsteuerungssignale durchführt.
  • Die Signalverarbeitungseinheit 106 weist zumindest eine Funktion zur arithmetischen Verarbeitung auf, führt verschiedene Arten einer Signalverarbeitung wie etwa eine arithmetische Verarbeitung auf der Basis des von der Spaltenverarbeitungsschaltung 104 abgegebenen Pixelsignals aus und gibt eine Abstandsinformation für jedes Pixel, die damit berechnet wird, nach außen aus. Die Daten-Speichereinheit 107 speichert für eine Signalverarbeitung in der Signalverarbeitungseinheit 106 notwendige Daten vorübergehend.
  • 1.3 Beispiel einer Basiskonfiguration eines Einheitspixels
  • Hier wird ein Beispiel einer Basiskonfiguration des Einheitspixels 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Verwendung einer Schaltungskonfiguration des Einheitspixels 920 als dessen Basis beschrieben. 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels veranschaulicht, das als Basis des Einheitspixels gemäß der ersten Ausführungsform dient.
  • Wie in 3 veranschaulicht ist, weist das Einheitspixel 920 eine sogenannte Schaltungskonfiguration vom 2-Tap-Typ auf, die eine Fotodiode 21, einen Transistor 22 mit Überlauf-Gate (OFG) und zwei Ausleseschaltungen 920A und 920B aufweist. Man beachte, dass der 2-Tap-Typ eine Konfiguration sein kann, in der zwei Übertragungs-Gate-Transistoren (worauf auch als Taps verwiesen wird) 23A und 23B für eine Fotodiode 21 vorgesehen sind.
  • Die Fotodiode 21 kann ein fotoelektrisches Umwandlungselement sein, das einfallendes Licht fotoelektrisch umwandelt, um eine Ladung zu erzeugen. Eine Source des OFG-Transistors 22 ist mit einer Kathode der Fotodiode 21 verbunden. Ein Drain des OFG-Transistors 22 ist mit beispielsweise einer Stromversorgungsleitung VDD verbunden. Darüber hinaus ist das Gate des OFG-Transistors 22 über die (nicht veranschaulichte) Pixel-Ansteuerungsleitung LD mit der vertikalen Ansteuerungsschaltung 103 verbunden.
  • Die Ausleseschaltung 920A enthält beispielsweise den Übertragungs-Gate-Transistor 23A, einen Speicher (worauf ebenfalls als Tap verwiesen wird) 24A, einen Übertragungstransistor 25A, einen Rücksetztransistor 26A, einen Verstärkungstransistor 28A und einen Auswahltransistor 29A.
  • In der vorliegenden Beschreibung wird auf den Übertragungs-Gate-Transistor, den Speicher und den Übertragungstransistor in jeder Ausleseschaltung auch als beispielsweise Übertragungsschaltung verwiesen, die die in der Fotodiode 21 erzeugte Ladung zu einem Floating-Diffusionsgebiet 27 überträgt.
  • Eine Source des Übertragungs-Gate-Transistors 23A ist mit der Kathode der Fotodiode 21 verbunden, und dessen Drain ist mit dem Speicher 24A verbunden.
  • Der Speicher 24A ist beispielsweise ein Speicher vom Metall-Oxid-Halbleiter-(MOS-)Typ, der einen Transistor und einen Kondensator enthält, und hält vorübergehend die über den Übertragungs-Gate-Transistor 23A von der Fotodiode 21 fließende Ladung im Kondensator unter der Steuerung der vertikalen Ansteuerungsschaltung 103.
  • Eine Source des Übertragungstransistors 25A ist mit dem Speicher 24A verbunden, dessen Drain ist mit einem Gate des Verstärkungstransistors 28A verbunden, und dessen Gate ist über die (nicht veranschaulichte) Pixel-Ansteuerungsleitung LD mit der vertikalen Ansteuerungsschaltung 103 verbunden.
  • Ein Knoten, der den Drain des Übertragungstransistors 25A und das Gate des Verstärkungstransistors 28A verbindet, bildet ein Floating-Diffusionsgebiet (FD) 27A, das eine Ladung in eine Spannung mit einem Spannungswert umwandelt, der der Ladungsmenge entspricht.
  • Eine Source des Verstärkungstransistors 28A ist mit der Stromversorgungsleitung VDD verbunden, und dessen Drain ist über den Auswahltransistor 29A mit einer vertikalen Signalleitung VSLA verbunden. Der Verstärkungstransistor 28A veranlasst, dass ein Spannungswert der Spannung, die an das Gate angelegt wird, das heißt ein Spannungswert, der der im Floating-Diffusionsgebiet 27A akkumulierten Ladungsmenge entspricht, in der vertikalen Signalleitung VSLA als Pixelsignal erscheint.
  • Eine Source des Auswahltransistors 29A ist mit dem Drain des Verstärkungstransistors 28A verbunden, dessen Drain ist mit der vertikalen Signalleitung VSLA verbunden, und dessen Gate ist über eine (nicht veranschaulichte) Pixel-Ansteuerungsleitung LD mit der vertikalen Ansteuerungsschaltung 103 verbunden. Unter der Steuerung der vertikalen Ansteuerungsschaltung 103 veranlasst der Auswahltransistor 29A, dass ein Pixelsignal mit einem Spannungswert, der der im Floating-Diffusionsgebiet 27A akkumulierten Ladungsmenge entspricht, in der vertikalen Signalleitung VSLA erscheint.
  • Eine Source des Rücksetztransistors 26A ist mit einem Knoten, der den Drain des Übertragungstransistors 25A und das Gate des Verstärkungstransistors 28A verbindet, das heißt dem Floating-Diffusionsgebiet 27A, verbunden. Ein Drain des Rücksetztransistors 26A ist mit der Stromversorgungsleitung VDD verbunden, und dessen Gate ist über eine (nicht veranschaulichte) Pixel-Ansteuerungsleitung LD mit der vertikalen Ansteuerungsschaltung 103 verbunden. Der Rücksetztransistor 26A setzt die im Floating-Diffusionsgebiet 27A akkumulierte Ladung unter der Steuerung der vertikalen Ansteuerungsschaltung 103 frei. Das heißt, der Rücksetztransistor 26A initialisiert das Floating-Diffusionsgebiet 27A gemäß der Steuerung der vertikalen Ansteuerungsschaltung 103 (setzt es zurück).
  • Indes enthält die Ausleseschaltung 920B ähnlich einen Übertragungs-Gate-Transistor 23B, einen Speicher 24B, einen Übertragungstransistor 25B, einen Rücksetztransistor 26B, einen Verstärkungstransistor 28B und einen Auswahltransistor 29B. Eine Verbindungsbeziehung und eine Funktion jedes Schaltungselements können ähnlich jenen der Ausleseschaltung 920A sein.
  • 1.4 Beispiel eines Basis-Layouts eines Einheitspixels
  • 4 ist eine Draufsicht, die ein Layout-Beispiel des in 3 veranschaulichten Einheitspixels veranschaulicht. Man beachte, dass 4 ein Beispiel eines planaren Layouts einer Elementausbildungsoberfläche eines Halbleitersubstrats veranschaulicht, worauf die Fotodioden 21 der Einheitspixel 920 ausgebildet sind.
  • Wie in 4 veranschaulicht ist, hat jedes Einheitspixel 920 ein Layout, in dem die Fotodiode 21, der OFG-Transistor 22 und die zwei Ausleseschaltungen 920A und 920B in einem rechteckigen Gebiet angeordnet sind, wenn man die Elementausbildungsoberfläche des Halbleitersubstrats aus einer vertikalen Richtung betrachtet.
  • Das rechteckige Gebiet (worauf hier im Folgenden auch als Pixel-Gebiet verwiesen wird) auf der Elementausbildungsoberfläche des Halbleitersubstrats ist jedem Einheitspixel 920 zugeordnet. Die Fotodiode 21 ist beispielsweise in einer Mitte des Pixel-Gebiets angeordnet. Die OFG-Transistoren 22 sind unter vier Seiten der Fotodiode 21 auf zwei gegenüberliegenden Seiten angeordnet, und die Übertragungs-Gate-Transistoren 23A und 23B der zwei Ausleseschaltungen 920A und 920B sind auf den verbleibenden zwei Seiten angeordnet.
  • Die verbleibenden Schaltungselemente von jeder der Ausleseschaltungen 920A und 920B sind um die Fotodiode 21 so gelegt bzw. angeordnet, dass sie die Fotodiode 21 umgeben. In diesem Fall ist es, indem man den Speicher 24A der Ausleseschaltung 920A und den Speicher 24B der Ausleseschaltung 920B so anordnet, dass sie um die Fotodiode 21 als Mitte punktsymmetrisch oder liniensymmetrisch sind (worauf hier im Folgenden als „Gewährleistung der Symmetrie“ verwiesen wird), möglich, eine charakteristische Differenz zwischen den zwei Speichern 24A und 24B zu reduzieren. Indem man die verbleibenden Schaltungselemente der Ausleseschaltung 920A und die verbleibenden Schaltungselemente der Ausleseschaltung 920B so angeordnet, dass sie um die Fotodiode 21 als Mitte punktsymmetrisch oder liniensymmetrisch sind, ist es ähnlich möglich, eine charakteristische Differenz zwischen den Ausleseschaltungen 920A und 920B zu reduzieren.
  • 1.5 Skizze eines indirekten ToF-Verfahrens
  • Hier wird eine Skizze eines Abstandsmessverfahrens mittels des indirekten ToF-Verfahrens beschrieben. 5 und 6 sind Diagramme, um die Skizze des Abstandsmessverfahrens gemäß dem indirekten ToF-Verfahren zu beschreiben.
  • Wie in 5 veranschaulicht ist, werden in dem indirekten ToF-Verfahren eine Lichtmenge Q0 des reflektierten Lichts L2 mit einem Phasenwinkel (worauf hier im Folgenden auch als Phasendifferenz verwiesen wird) von 0 Grad in Bezug auf ein von der lichtemittierenden Einheit 13 emittiertes Bestrahlungslicht L1, eine Lichtmenge Q90 des reflektierten Lichts L2 mit einem Phasenwinkel von 90 Grad, eine Lichtmenge Q180 des reflektierten Lichts L2 mit einem Phasenwinkel von 180 Grad und eine Lichtmenge Q270 des reflektierten Lichts L2 mit einem Phasenwinkel von 270 Grad durch die lichtempfangende Einheit 14 detektiert. Die Phase hier ist ein Phasenwinkel zwischen einem Impuls des Bestrahlungslichts L1 und einem Impuls des reflektierten Lichts L2.
  • Ein Phasenwinkel α des Impulses des reflektierten Lichts L2 bezüglich des Bestrahlungslichts L1 kann unter Verwendung wie in 6 veranschaulicht beispielsweise eines Kreises ausgedrückt werden. In 6 repräsentiert eine horizontale Achse eine Differenz zwischen der Lichtmenge Q0 des reflektierten Lichts L2 mit dem Phasenwinkel von 0 Grad und der Lichtmenge Q180 des reflektierten Lichts L2 mit dem Phasenwinkel von 180 Grad, und eine vertikale Achse repräsentiert eine Differenz zwischen der Lichtmenge Q90 des reflektierten Lichts L2 mit dem Phasenwinkel von 90 Grad und der Lichtmenge Q270 des reflektierten Lichts L2 mit dem Phasenwinkel von 270 Grad.
  • Der Phasenwinkel α kann dann beispielsweise erhalten werden, indem die wie oben beschrieben detektierten Lichtmengen Q0, Q90, Q180 und Q270 in die folgende Formel (1) substituiert werden. α = a r c t a n ( Q 90 − Q 270 Q 0 − Q 180 )
    Figure DE112020002523T5_0001
  • Der Phasenwinkel α des Impulses des reflektierten Lichts L2 bezüglich des Bestrahlungslichts L1 entspricht hier einem Hin- und Herlauf über einen Abstand D vom ToF-Sensor 1 zum Objekt 90. Daher kann der Abstand D vom ToF-Sensor 1 zum Objekt 90 berechnet werden, indem der mittels der Formel (1) berechnete Phasenwinkel α in die folgende Formel (2) substituiert wird. In der Formel (2) ist Δt eine Zeitdifferenz von einer Emission des Bestrahlungslichts L1 bis zu einem Empfang des reflektierten Lichts L2, ist ω eine Kreisfrequenz der Modulationsfrequenz fmod und ist c die Lichtgeschwindigkeit. D = c × Δ t 2 = c × α 2 ω = c × α 4 π ƒ m o d
    Figure DE112020002523T5_0002
  • Im obigen Verfahren kann jedoch, da die Unbestimmtheit des Phasenwinkels von 360 Grad entartet ist, der Abstand D zum Objekt 90, in dem der Phasenwinkel α 360 Grad übersteigt, nicht genau gemessen werden. Falls beispielsweise die Modulationsfrequenz fmod des Bestrahlungslichts L1 100 Megahertz (MHz) beträgt, kann der Abstand D für das sich an einer etwa 1,5 Meter (m) übertreffenden Position befindende Objekt 90 unter Berücksichtigung des Abstands für einen Hin- und Herlauf zum Objekt 90 nicht erhalten werden.
  • Daher wird in solch einem Fall der Abstand zum Objekt 90 unter Verwendung unterschiedlicher Modulationsfrequenzen fmod gemessen. Da die Entartung auf der Basis des Ergebnisses aufgelöst bzw. behoben werden kann, ist es dementsprechend möglich, den Abstand D zum sich in einem bestimmten Abstand oder weiter befindenden Objekt 90 zu spezifizieren.
  • Wie oben beschrieben wurde, wird im ToF-Sensor 1 ein Abstandsbild erzeugt, indem vier Arten einer Phaseninformation von 0 Grad, 90 Grad, 180 Grad und 270 Grad erfasst werden.
  • Als die Pixel-Architektur ist eine Pixel-Architektur vom 2-Tap-Typ, in der wie oben mit Verweis auf 3 und 4 beschrieben ein Einheitspixel zwei Speicher enthält, üblich, und in diesem Fall sind vier Subframes erforderlich, um ein Abstandsmessbild (worauf hier im Folgenden als Tiefen-Karte oder Tiefen-Frame verwiesen wird) zu erfassen.
  • Konkret sind vier Subframes von 0 Grad/180Grad, 90 Grad/270 Grad, 180 Grad/0 Grad und 270 Grad/90 Grad erforderlich. Man beachte, dass der Subframe von 0 Grad/180 Grad ein Subframe ist, der erhalten wird, indem die Lichtmenge Q180 von 180 Grad von der Lichtmenge Q0, den Phasenwinkel α 0 Grad ist, subtrahiert wird. Ähnlich ist der Subframe von 90 Grad/270 Grad ein Subframe, der erhalten wird, indem die Lichtmenge Q270 von 270 Grad von der Lichtmenge Q90 von 90 Grad des Phasenwinkels α subtrahiert wird, ist der Subframe von 180 Grad/0 Grad ein Subframe, der erhalten wird, indem die Lichtmenge Q0 von 0 Grad von der Lichtmenge Q180 von 180 Grad des Phasenwinkels α subtrahiert wird, und ist der Subframe von 270 Grad/90 Grad ein Subframe, der erhalten wird, indem die Lichtmenge Q90 von 90 Grad von der Lichtmenge Q270 von 270 Grad des Phasenwinkels α subtrahiert wird.
  • Der Grund, warum beispielsweise ein Subframe von 0 Grad/180 Grad und ein Subframe von 180 Grad/0 Grad, welche gegenphasige Daten des Subframe sind, erforderlich ist, besteht darin, dass die in den zwei Speichern jedes Einheitspixels akkumulierten Ladungen aufgrund der Anordnung (einschließlich eines Verdrahtungsabstands und dergleichen) der Ausleseschaltung, eines Einfallswinkels (das heißt einer Bildhöhe) des einfallenden Lichts und dergleichen eine Differenz (worauf hier im Folgenden als charakteristische Differenz verwiesen wird) aufweisen. Das heißt, um einen genauen Tiefen-Frame zu erfassen, ist es notwendig, die in den zwei Speichern auftretende charakteristische Differenz auszugleichen, indem die gegenphasigen Daten erfasst und die Gegenphasen-Daten addiert oder subtrahiert werden.
  • Wie oben beschrieben wurde, besteht in der Pixel-Architektur vom 2-Tap-Typ, da die charakteristische Differenz in den beiden Speichern auftritt, ein Problem, dass die Anzahl an Subframes, die erforderlich sind, um einen Tiefen-Frame (engl.: depth frame) zu erfassen, zunimmt.
  • Daher wird in der folgenden Beschreibung mit einigen Beispielen eine Konfiguration, um eine effizientere Erfassung von Subframes zu ermöglichen, beschrieben.
  • 1.6 Konfigurationsbeispiel eines Einheitspixels
  • Im Folgenden wird hierin ein Konfigurationsbeispiel des Einheitspixels 20 gemäß der ersten Ausführungsform mit einigen Beispielen beschrieben.
  • 1.6.1 Erstes Konfigurationsbeispiel
  • 7 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels gemäß einem ersten Konfigurationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht. 8 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines planaren Layouts des Einheitspixels gemäß dem ersten Konfigurationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Man beachte, dass 8 ein Beispiel eines planaren Layouts der Elementausbildungsoberfläche des Halbleitersubstrats veranschaulicht, worauf Fotodioden 211 und 212 eines Einheitspixels 20-1 ausgebildet sind. In der folgenden Beschreibung ist, wenn die Fotodioden 211 und 212 nicht voneinander unterschieden werden, deren Bezugsziffer 21.
  • Wie in 7 veranschaulicht ist, enthält das Einheitspixel 20-1 gemäß dem ersten Konfigurationsbeispiel zwei Sätze von Schaltungskonfigurationen vom 2-Tap-Typ und weist eine Schaltungskonfiguration auf, in der vier Ausleseschaltungen 20A1, 20A2, 20B1 und 20B2, die die Schaltung bilden, sich ein Floating-Diffusionsgebiet 27 teilen bzw. gemeinsam nutzen. In der folgenden Beschreibung wird, wenn die Ausleseschaltungen 20A1 und 20A2 nicht voneinander unterschieden werden, auf sie als Ausleseschaltung A verwiesen, und, wenn die Ausleseschaltungen 20B1 und 20B2 nicht voneinander unterschieden werden müssen, wird auf sie als Ausleseschaltung B verwiesen.
  • Die Ausleseschaltung 20A1 enthält einen Übertragungs-Gate-Transistor 23A1, einen Speicher 24A1, einen Übertragungstransistor 25A1, den Rücksetztransistor 26, das Floating-Diffusionsgebiet 27, den Verstärkungstransistor 28 und den Auswahltransistor 29. Ähnlich enthält die Ausleseschaltung 20A2 einen Übertragungs-Gate-Transistor 23A2, einen Speicher 24A2, einen Übertragungstransistor 25A2, den Rücksetztransistor 26, das Floating-Diffusionsgebiet 27, den Verstärkungstransistor 28 und den Auswahltransistor 29, enthält die Ausleseschaltung 20B1 einen Übertragungs-Gate-Transistor 23B1, einen Speicher 24B1, einen Übertragungstransistor 25B1, den Rücksetztransistor 26, das Floating-Diffusionsgebiet 27, den Verstärkungstransistor 28 und den Auswahltransistor 29 und enthält die Ausleseschaltung 20B2 einen Übertragungs-Gate-Transistor 23B2, einen Speicher 24B2, einen Übertragungstransistor 25B2, den Rücksetztransistor 26, das Floating-Diffusionsgebiet 27, den Verstärkungstransistor 28 und den Auswahltransistor 29.
  • Eine Kathode der Fotodiode 211 ist mit den Ausleseschaltungen 20A1 und 20B1 verbunden, und eine Kathode der Fotodiode 212 ist mit den Ausleseschaltungen 20A2 und 20B2 verbunden.
  • Darüber hinaus ist ein OFG-Transistor 221 mit der Kathode der Fotodiode 211 verbunden und ist ein OFG-Transistor 222 mit der Kathode der Fotodiode 212 verbunden.
  • Unter den vier Ausleseschaltungen 20A1, 20A1, 20B1 und 20B2 ist die Ausleseschaltung A dafür konfiguriert, die Lichtmenge Q0 oder Q90 von Komponenten mit dem Phasenwinkel α von 0 Grad oder 90 Grad in Bezug auf das Bestrahlungslicht L1 im reflektierten Licht L2 zu detektieren, und ist die Ausleseschaltung B dafür konfiguriert, die Lichtmenge Q180 oder Q270 von Komponenten mit dem Phasenwinkel α von 180 Grad oder 270 Grad in Bezug auf das Bestrahlungslicht L1 im reflektierten Licht L2 zu detektieren. Man beachte, dass die Lichtmenge Q90 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 90 Grad und die Lichtmenge Q270 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 270 Grad und die Lichtmenge Q0 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 0 Grad und die Lichtmenge Q180 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 180 Grad zeitlich geteilt gelesen werden können, indem beispielsweise das Einheitspixel 20-1 abwechselnd geschaltet und aus selbigem gelesen wird.
  • Darüber hinaus sind die zwei Ausleseschaltungen A mit den Kathoden der Fotodioden 211 verbunden und sind die verbleibenden zwei Ausleseschaltungen B mit den Kathoden der Fotodioden 212 verbunden.
  • Überdies nutzen die vier Ausleseschaltungen 20A1, 20A2, 20B1 und 20B2 das Floating-Diffusionsgebiet 27, den Rücksetztransistor 26, den Verstärkungstransistor 28 und den Auswahltransistor 29 gemeinsam. Die Verbindungsbeziehung der Schaltungselemente in jeder der Ausleseschaltungen 20A1, 20A2, 20B1 und 20B2 kann der Verbindungsbeziehung der Schaltungselemente in den Ausleseschaltungen 20A und 20B des Einheitspixels 920, das oben in Verweis auf 3 beschrieben wurde, ähnlich sein.
  • Wie in 8 veranschaulicht ist, sind im planaren Layout des Einheitspixels 20-1 die Ausleseschaltungen A und B zum Detektieren von Komponenten mit dem gleichen Phasenwinkel α in einem einem Einheitspixel 20-1 zugeordneten Pixel-Gebiet so angeordnet, dass sie bezüglich der Mitte oder einer geraden Linie, die durch die Mitte des Pixel-Gebiets als Achse hindurchgeht, punktsymmetrisch oder liniensymmetrisch sind. Beispielsweise sind die Ausleseschaltungen 20A1 und 20A2 in dem einem Einheitspixel 20-1 zugeordneten Pixel-Gebiet diagonal angeordnet und sind die Ausleseschaltungen 20B1 und 20B2 in dem einem Einheitspixel 20-1 zugeordneten Pixel-Gebiet ebenfalls diagonal angeordnet.
  • Konkret ist in dem in 8 veranschaulichten Beispiel im Pixel-Gebiet die Ausleseschaltung 20A1 oben links angeordnet und ist die Ausleseschaltung 20A2 unten rechts angeordnet. Indes ist unter den Ausleseschaltungen 20B1 und 20B2 im Pixel-Gebiet die Ausleseschaltung 20B1 oben rechts angeordnet und ist die Ausleseschaltung 20B2 unten links angeordnet.
  • Wie oben beschreiben wurde, sind im ersten Konfigurationsbeispiel die vier Ausleseschaltungen 20A1, 20A2, 20B1 und 20B2 so ausgelegt bzw. angeordnet, dass die Ausleseschaltungen zum Detektieren der Lichtmenge Q mit dem gleichen Phasenwinkel α gekreuzt angeordnet sind.
  • Man beachte, dass die Fotodioden 211 und 212 zwischen Ausleseschaltungen zum Erzeugen des gleichen Subframe angeordnet sein können. Beispielsweise kann die Fotodiode 211 zwischen den Ausleseschaltungen 20A1 und 20B1 angeordnet sein und kann die Fotodiode 212 zwischen den Ausleseschaltungen 20A2 und 20B2 angeordnet sein.
  • In solch einer Konfiguration werden, wenn die Lichtmenge Q0 oder Q90 mit dem Phasenwinkel α von 0 Grad oder 90 Grad detektiert wird, sowohl die im Speicher 24A1 der Ausleseschaltung 20A1 gespeicherte Ladung als auch die im Speicher 24A2 der Ausleseschaltung 20A2 gespeicherte Ladung zum Floating-Diffusionsgebiet 27 übertragen. Wenn die Lichtmenge Q180 oder Q270 mit dem Phasenwinkel α von 180 Grad oder 270 Grad detektiert wird, werden ähnlich sowohl die im Speicher 24B1 der Ausleseschaltung 20B1 gespeicherte Ladung als auch die im Speicher 24B2 der Ausleseschaltung 20B2 gespeicherte Ladung zum Floating-Diffusionsgebiet 27 übertragen.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist in einem Einheitspixel 20-1 die Ausleseschaltung zum Detektieren der Komponente mit dem gleichen Phasenwinkel α diagonal positioniert, und die im Speicher zur Zeit des Auslesens gespeicherte Ladung wird gleichzeitig zum gemeinsamen Floating-Diffusionsgebiet 27 übertragen, und somit ist es möglich, eine Differenz in Mengen an akkumulierter Ladung aufgrund der durch die Position (Bildhöhe) der Ausleseschaltung oder dergleichen verursachten charakteristischen Differenz zu reduzieren. Infolgedessen ist es möglich, einen Tiefen-Frame hoher Qualität zu erzeugen, ohne Gegenphasen zu erfassen, und folglich ist es möglich, einen Tiefen-Frame mit hoher Qualität mit einer hohen Frame-Rate zu erzeugen.
  • Indem man die Konfiguration (Rücksetztransistor 26, Verstärkungstransistor 28, Auswahltransistor 29, vertikale Signalleitung VSL, AD-Wandler in der Spaltenverarbeitungsschaltung 104 und dergleichen) dem Floating-Diffusionsgebiet 27 nachgelagert bzw. stromabwärts davon in jeder der Ausleseschaltungen 20A1, 20A2, 20B1 und 20B2 gemeinsam nutzt, ist es außerdem möglich, die durch die stromabwärtige Konfiguration hervorgerufene charakteristische Differenz zu eliminieren, und folglich ist es möglich, einen Tiefen-Frame höherer Qualität zu erzeugen. Man beachte, dass nachgelagert bzw. stromabwärts im Fluss von Signalen und Daten meint.
  • 1.6.2 Zweites Konfigurationsbeispiel
  • 9 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels gemäß einem zweiten Konfigurationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht. 10 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines planaren Layouts des Einheitspixels gemäß dem Konfigurationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Man beachte, dass 10 ein Bespiel eines planaren Layouts einer Elementausbildungsoberfläche eines Halbleitersubstrats veranschaulicht, worauf Fotodioden 211 bis 214 eines Einheitspixels 20-2 ausgebildet sind.
  • Wie in 9 veranschaulicht ist, enthält das Einheitspixel 20-2 gemäß dem zweiten Konfigurationsbeispiel vier Sätze von Schaltungskonfigurationen vom 2-Tap-Typ und weist eine Schaltungskonfiguration auf, in der acht Ausleseschaltungen 20A1 bis 20A4 und 20B1 bis 20B4, die die Schaltung bilden, ein Floating-Diffusionsgebiet 27 gemeinsam nutzen. In der folgenden Beschreibung wird, wenn die Ausleseschaltungen 20A1 bis 20A4 nicht voneinander unterschieden werden, auf sie als die Ausleseschaltung A verwiesen, und, wenn die Ausleseschaltungen 20B1 bis 20B4 nicht voneinander unterschieden werden, wird auf sie als die Ausleseschaltung B verwiesen.
  • Die Schaltungen der Ausleseschaltungen 20A1, 20A2, 20B1 und 20B2 sind ähnlich der mit Verweis auf 7 im ersten Konfigurationsbeispiel beschriebenen Schaltungskonfiguration. Darüber hinaus enthält die Ausleseschaltung 20A3 einen Übertragungs-Gate-Transistor 23A3, einen Speicher 24A3, einen Übertragungstransistor 25A3, den Rücksetztransistor 26, das Floating-Diffusionsgebiet 27, den Verstärkungstransistor 28 und den Auswahltransistor 29, enthält die Ausleseschaltung 20A4 einen Übertragungs-Gate-Transistor 23A4, einen Speicher 24A4, einen Übertragungstransistor 25A4, den Rücksetztransistor 26, das Floating-Diffusionsgebiet 27, den Verstärkungstransistor 28 und den Auswahltransistor 29, enthält die Ausleseschaltung 20B3 einen Übertragungs-Gate-Transistor 23B3, einen Speicher 24B3, einen Übertragungstransistor 25B3, den Rücksetztransistor 26, das Floating-Diffusionsgebiet 27, den Verstärkungstransistor 28 und den Auswahltransistor 2, und enthält die Ausleseschaltung 20B4 einen Übertragungs-Gate-Transistor 23B4, einen Speicher 24B4, einen Übertragungstransistor 25B4, den Rücksetztransistor 26, das Floating-Diffusionsgebiet 27, den Verstärkungstransistor 28 und den Auswahltransistor 29.
  • Die Kathode der Fotodiode 211 ist mit den Ausleseschaltungen 20A1 und 20B1 verbunden, die Kathode der Fotodiode 212 ist mit den Ausleseschaltungen 20A2 und 20B2 verbunden, eine Kathode der Fotodiode 213 ist mit den Ausleseschaltungen 20A3 und 20B3 verbunden, und eine Kathode der Fotodiode 214 ist mit den Ausleseschaltungen 20A4 und 20B4 verbunden.
  • Darüber hinaus ist der OFG-Transistor 221 mit der Kathode der Fotodiode 211 verbunden, ist der OFG-Transistor 222 mit der Kathode der Fotodiode 212 verbunden, ist der OFG-Transistor 223 mit der Kathode der Fotodiode 213 verbunden und ist der OFG-Transistor 224 mit der Kathode der Fotodiode 214 verbunden.
  • Unter den acht Ausleseschaltungen 20A1 bis 20A4 und 20B1 bis 20B4 ist die Ausleseschaltung A dafür konfiguriert, die Lichtmenge Q0 oder Q90 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 0 Grad oder 90 Grad in Bezug auf das Bestrahlungslicht L1 im reflektierten Licht L2 zu detektieren, und ist die Ausleseschaltung B dafür konfiguriert, die Lichtmenge Q180 oder Q270 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 180 Grad oder 270 Grad bezüglich des Bestrahlungslichts L1 im reflektierten Licht L2 zu detektieren.
  • Außerdem nutzen die acht Ausleseschaltungen 20A1 bis 20A4 und 20B1 bis 20B4 gemeinsam das Floating-Diffusionsgebiet 27, den Rücksetztransistor 26, den Verstärkungstransistor 28 und den Auswahltransistor 29. Die Verbindungsbeziehung der Schaltungselemente in jeder der Ausleseschaltungen 20A1 bis 20A4 und 20B1 bis 20B4 kann der Verbindungsbeziehung der Schaltungselemente in den Ausleseschaltungen 20A und 20B des Einheitspixels 920, das oben mit Verweis auf 3 beschrieben wurde, ähnlich sein.
  • Wie in 10 veranschaulicht ist, sind im planaren Layout des Einheitspixels 20-2 die Ausleseschaltungen A oder B zum Detektieren von Komponenten mit dem gleichen Phasenwinkel α in einem Einheitspixel 20-2 zugeordneten Pixel-Gebiet so angeordnet, dass sie bezüglich der Mitte oder einer durch die Mitte des Pixel-Gebiets als Achse hindurchgehenden geraden Linie punktsymmetrisch oder liniensymmetrisch sind.
  • Zu dieser Zeit sind unter den acht Ausleseschaltungen 20A1 bis 20A4 und 20B1 bis 20B4 die Ausleseschaltungen zum Erzeugen des gleichen Subframe so angeordnet, dass sie über die Fotodioden, mit denen sie verbunden sind, einander benachbart sind. Beispielsweise sind die Ausleseschaltungen 20A1 und 20B1 mit der dazwischen angeordneten Fotodiode 211 einander benachbart, sind die Ausleseschaltungen 20A2, 20B2 mit der dazwischen angeordneten Fotodiode 212 einander benachbart, sind die Ausleseschaltungen 20A3 und 20B3 mit der dazwischen angeordneten Fotodiode 213 einander benachbart und sind die Ausleseschaltungen 20A4 und 20B4 mit den dazwischen angeordneten Fotodioden 214 einander benachbart.
  • In dem in 10 veranschaulichten Beispiel ist unter den Ausleseschaltungen 20A1 bis 20A4 zum Detektieren der Lichtmenge Q0 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 0 Grad oder 90 Grad die Ausleseschaltung 20A1 oben links im Pixel-Gebiet angeordnet, ist die Ausleseschaltungen 20A3 oben rechts angeordnet und sind die Ausleseschaltungen 20A2 und 20A4 an der unteren Seite nahe der Mitte des Pixel-Gebiets angeordnet. Indes ist unter den Ausleseschaltungen 20B1 bis 20B4 zum Detektieren der Lichtmenge Q180 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 180 Grad oder 270 Grad die Ausleseschaltung 20B1 unten links im Pixel-Gebiet angeordnet, ist die Ausleseschaltung 20B3 oben rechts angeordnet und sind die Ausleseschaltungen 20B2 und 20B4 an der oberen Seite nahe der Mitte im Pixel-Gebiet angeordnet.
  • Das heißt, in dem in 10 veranschaulichten Beispiel ist das Layout derart, dass zwei der in 8 veranschaulichten quer verlaufenden Anordnung und der Anordnung, die durch Invertieren der quer verlaufenden Anordnung erhalten wird, angeordnet sind.
  • In solch einer Konfiguration werden, wenn die Lichtmenge Q0 mit dem Phasenwinkel α von 0 Grad oder 90 Grad detektiert wird, die in den Speichern 24A1 bis 20A4 der Ausleseschaltungen 20A1 bis 20A4 gespeicherten Ladungen gleichzeitig zum Floating-Diffusionsgebiet 27 übertragen. Ähnlich werden, wenn die Lichtmenge Q180 mit dem Phasenwinkel α von 180 Grad oder 270 Grad detektiert wird, die in den Speichern 24B1 bis 24B4 der Ausleseschaltungen 20B1 bis 20b4 gespeicherten Ladungen gleichzeitig zum Floating-Diffusionsgebiet 27 übertragen.
  • Mit solch einer Operation ist es zusätzlich zu dem im ersten Konfigurationsbeispiel erhaltenen Effekt möglich, im Vergleich mit dem ersten Konfigurationsbeispiel die Differenzen in den Mengen an akkumulierten Ladungen aufgrund der durch die Position (Bildhöhe) der Ausleseschaltung oder dergleichen hervorgerufene charakteristische Differenz weiter zu reduzieren. Dies macht es möglich, einen Tiefen-Frame höherer Qualität zu erzeugen, ohne Gegenphasen-Daten zu erfassen.
  • 1.6.3 Drittes Konfigurationsbeispiel
  • Das Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels 20-3 gemäß einem dritten Konfigurationsbeispiel kann beispielsweise dem mit Verweis auf 9 im zweiten Konfigurationsbeispiel beschriebenen Schaltungskonfigurationsbeispiel ähnlich sein. 11 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines planaren Layouts des Einheitspixels gemäß dem dritten Konfigurationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Man beachte, dass 11 ein Beispiel eines planaren Layouts der Elementausbildungsoberfläche des Halbleitersubstrats veranschaulicht, worauf die Fotodioden 211 bis 214 der Einheitspixel 20-3 ausgebildet sind.
  • Wie man durch Vergleichen der 10 und 11 sehen kann, sind im zweiten Konfigurationsbeispiel der Rücksetztransistor 26, der Verstärkungstransistor 28 und der Auswahltransistor 29 in separaten Diffusionsgebieten 26a, 28a bzw. 29a vorgesehen, wohingegen im dritten Konfigurationsbeispiel der Rücksetztransistor 26, der Verstärkungstransistor 28 und der Auswahltransistor 29 im gemeinsamen Diffusionsgebiet 26b vorgesehen sind.
  • Gemäß solch einer Konfiguration kann eine Schaltungsfläche in jedem Einheitspixel 20-3 reduziert werden. Infolgedessen ist es möglich, die lichtempfangenden Flächen der Fotodiode 211 bis 214 zu vergrößern, Speicherkapazitäten der Speicher 24A1 bis 24A4 und 24B1 bis 24B4 und dergleichen zu erhöhen, und folglich ist es möglich, zusätzlich zu den im zweiten Konfigurationsbeispiel erhaltenen Effekten einen Tiefen-Frame höherer Qualität zu erzeugen.
  • 1.6.4 Viertes Konfigurationsbeispiel
  • In den ersten bis dritten, oben beschriebenen Konfigurationsbeispielen werden, indem ein Einheitspixel 20 abwechselnd geschaltet und genutzt wird, die Lichtmenge Q90 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 90 Grad und die Lichtmenge Q270 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 270 Grad und die Lichtmenge Q0 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 0 Grad und die Lichtmenge Q180 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 180 Grad zeitlich geteilt gelesen.
  • Indes wird im vierten Konfigurationsbeispiel mit einem Beispiel ein Fall beschrieben, in dem die Lichtmenge Q90 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 90 Grad und die Lichtmenge Q270 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 270 Grad und die Lichtmenge Q90 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 0 Grad und die Lichtmenge Q180 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 180 Grad von einem Einheitspixel 20 gleichzeitig gelesen werden können.
  • 12 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels gemäß einem vierten Konfigurationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht. 13 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines planaren Layouts des Einheitspixels gemäß dem vierten Konfigurationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Man beachte, dass 13 ein Beispiel eines planaren Layouts der Elementausbildungsoberfläche des Halbleitersubstrats veranschaulicht, worauf die Fotodioden 211 bis 214 des Einheitspixels 20-4 ausgebildet sind.
  • Wie in 12 veranschaulicht ist, weist das Einheitspixel 20-4 gemäß dem vierten Konfigurationsbeispiel beispielsweise eine Schaltungskonfiguration auf, die jener des mit Verweis auf 9 im zweiten Konfigurationsbeispiel beschriebenen Einheitspixels 20-2 ähnlich ist. Im vierten Konfigurationsbeispiel werden jedoch unter den acht Ausleseschaltungen 20A1 bis 20A4 und 20B1 bis 20B4 im zweiten Konfigurationsbeispiel die beiden Ausleseschaltungen 20A1 und 20A4 als die Ausleseschaltung A zum Lesen der Lichtmenge Q0 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 0 Grad verwendet und werden die beiden Ausleseschaltungen 20B1 und 20B4 als die Ausleseschaltung B zum Lesen der Lichtmenge Q180 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 180 Grad verwendet. Unter den verbleibenden Ausleseschaltungen 20A2, 20A3, 20B2 und 20B3 im zweiten Konfigurationsbeispiel werden dann die Ausleseschaltungen 20A2 und 20B3 als die Ausleseschaltungen 20C1 und 20C2 zum Lesen der Lichtmenge Q90 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 90 Grad verwendet und werden die Ausleseschaltungen 20A3 und 20B2 als die Ausleseschaltungen 20D1 und 20D2 zum Lesen der Lichtmenge Q270 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 270 Grad verwendet. In der folgenden Beschreibung wird, wenn die Ausleseschaltungen 20C1 und 20C2 nicht voneinander unterschieden werden, auf sie als Ausleseschaltung C verwiesen, und, wenn die Ausleseschaltungen 20D1 und 20D2 nicht voneinander unterschieden werden, wird auf sie als Ausleseschaltung D verwiesen.
  • Indem man zwei der acht Ausleseschaltungen 20A1, 20A4, 20B1, 20B4, 20C1, 20C2, 20D1 und 20D2 zum Auslesen der Lichtmengen Q0, Q90, Q180 und Q270 der Komponenten mit den Phasenwinkeln α von 0 Grad, 90 Grad, 180 Grad bzw. 270 Grad zuordnet, wird es auf diese Weise möglich, jeweils vier Subframes von 0 Grad/180 Grad, 90 Grad/270 Grad, 180 Grad/0 Grad und 270 Grad/90 Grad zu erfassen. Mit anderen Worten ist es, indem die acht Ausleseschaltungen 20A1, 20A4, 20B1, 20B4, 20C2, 20C3, 20D2 und 20D3 in Bezug auf die Komponenten der Phasenwinkel α von 0 Grad, 90 Grad, 180 Grad und 270 Grad räumlich geteilt werden, möglich, jeweils vier Subframes von 0 Grad/180 Grad, 90 Grad/270 Grad, 180 Grad/0 Grad und 270 Grad/90 Grad zu erfassen.
  • Infolgedessen ist es möglich, die Leseoperation signifikant zu verkürzen, wenn ein Abstandsbild erzeugt wird, und folglich ist es möglich, einen Tiefen-Frame hoher Qualität mit einer hohen Frame-Rate zu erzeugen.
  • Man beachte, dass es, wie in 13 veranschaulicht ist, auch im vierten Konfigurationsbeispiel im planaren Layout des Einheitspixels 20-4, indem man die Ausleseschaltungen zum Detektieren der Komponenten des gleichen Phasenwinkels α innerhalb des einem Einheitspixel 20-4 zugeordneten Pixel-Gebiets, so anordnet, dass sie bezüglich der Mitte des Pixel-Gebiets oder einer durch die Mitte hindurchgehenden geraden Linie als Achse punktsymmetrisch oder liniensymmetrisch sind, möglich, die Differenz in den Mengen der akkumulierten Ladungen aufgrund der durch die Position (Bildhöhe) der Ausleseschaltung oder dergleichen verursachten charakteristischen Differenz zu reduzieren, und somit ist es möglich, einen Tiefen-Frame hoher Qualität mit einer hohen Frame-Rate zu erzeugen.
  • 1.6.5 Fünftes Konfigurationsbeispiel
  • In einem fünften Konfigurationsbeispiel wird eine Basiskonfiguration des Einheitspixels 20 vom 2-Tap-Typ, das ein Floating-Diffusionsgebiet 27 gemeinsam nutzt, beispielhaft dargestellt.
  • 14 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels gemäß dem fünften Konfigurationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 14 veranschaulicht ist, weist das Einheitspixel 20-5 gemäß dem fünften Konfigurationsbeispiel eine Schaltungskonfiguration auf, in der zwei Ausleseschaltungen 20A und 20B mit einer Fotodiode 21 verbunden sind und die zwei Ausleseschaltungen 20A und 20B sich ein Floating-Diffusionsgebiet 27 teilen.
  • Gemäß solch einer Schaltungskonfiguration wie oben beschrieben ist es, indem die im Speicher zur Zeit des Auslesens gespeicherten Ladungen zum gemeinsamen Floating-Diffusionsgebiet 27 gleichzeitig übertragen werden, möglich, die Differenz in den Mengen der akkumulierten Ladungen aufgrund der durch die Position (Bildhöhe) der Ausleseschaltung oder dergleichen hervorgerufenen charakteristischen Differenz zu reduzieren. Infolgedessen ist es möglich, einen Tiefen-Frame hoher Qualität zu erzeugen, ohne Gegenphasen-Daten zu erfassen, und folglich ist es möglich, einen Tiefen-Frame hoher Qualität mit einer hohen Frame-Rate zu erzeugen.
  • Indem man die Konfiguration (Rücksetztransistor 26, Verstärkungstransistor 28, Auswahltransistor 29, vertikale Signalleitung VSL, AD-Wandler in der Spaltenverarbeitungsschaltung 104 und dergleichen) stromabwärts des Floating-Diffusionsgebiets 27 in jeder der Ausleseschaltungen 20A und 20B gemeinsam nutzt, ist es außerdem möglich, die durch die stromabwärtige Konfiguration hervorgerufene charakteristische Differenz zu eliminieren, und somit ist es möglich, einen Tiefen-Frame hoher Qualität zu erzeugen.
  • 1.6.6 Sechstes Konfigurationsbeispiel
  • In den oben beschriebenen ersten bis fünften Konfigurationsbeispielen wurde eine Schaltungskonfiguration vom sogenannten 2-Tap-Typ, in der eine Fotodiode 21 von zwei Ausleseschaltungen gemeinsam genutzt wird, beispielhaft veranschaulicht; die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf solch eine Konfiguration beschränkt. Beispielsweise ist es auch möglich, eine Schaltungskonfiguration eines sogenannten 3-Tap-Typs zu übernehmen, in der eine Fotodiode 21 von drei Ausleseschaltungen gemeinsam genutzt wird.
  • 15 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels gemäß einem sechsten Konfigurationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 15 veranschaulicht ist, weist das Einheitspixel 20-6 gemäß dem sechsten Konfigurationsbeispiel eine Schaltungskonfiguration auf, in der drei Ausleseschaltungen 20A, 20B und 20C mit einer Fotodiode 21 verbunden sind und die drei Ausleseschaltungen 20A, 20B und 20C ein Floating-Diffusionsgebiet 27 gemeinsam nutzen.
  • Selbst in solch einem Einheitspixel 20-6 vom 3-Tap-Typ ist es ähnlich dem oben beschriebenen Konfigurationsbeispiel möglich, einen Tiefen-Frame hoher Qualität ohne Erfassen gegenphasiger Daten zu erzeugen, und folglich ist es möglich, einen Tiefen-Frame hoher Qualität mit einer hohen Frame-Rate zu erzeugen.
  • Indem man die Konfiguration (Rücksetztransistor 26, Verstärkungstransistor 28, Auswahltransistor 29, vertikale Signalleitung VSL, AD-Wandler in der Spaltenverarbeitungsschaltung 104 und dergleichen) stromabwärts des Floating-Diffusionsgebiets 27 in jeder der Ausleseschaltungen 20A, 20B und 20C gemeinsam nutzt, ist es außerdem möglich, die durch die stromabwärtige Konfiguration verursachte charakteristische Differenz zu eliminieren, und folglich ist es möglich, einen Tiefen-Frame höherer Qualität zu erzeugen.
  • 1.6.7 Siebtes Konfigurationsbeispiel
  • Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich, eine Schaltungskonfiguration eines sogenannten 4-Tap-Typs zu übernehmen, in der vier Ausleseschaltungen eine Fotodiode 21 gemeinsam nutzen.
  • 16 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels gemäß einem siebten Konfigurationsbeispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 16 veranschaulicht ist, weist das Einheitspixel 20-7 gemäß dem siebten Konfigurationsbeispiel eine Schaltungskonfiguration auf, in der vier Ausleseschaltungen 20A, 20B, 20C und 20D mit einer Fotodiode 21 verbunden sind und die vier Ausleseschaltungen 20A, 20B, 20C und 20D ein Floating-Diffusionsgebiet 27 gemeinsam nutzen.
  • Selbst in solch einem Einheitspixel 20-7 vom 4-Tap-Typ ist es ähnlich den oben beschriebenen Konfigurationsbeispielen möglich, einen Tiefen-Frame hoher Qualität ohne Erfassung gegenphasiger Daten zu erzeugen, und folglich ist es möglich, einen Tiefen-Frame hoher Qualität mit einer hohen Frame-Rate zu erzeugen.
  • Indem die Konfiguration (Rücksetztransistor 26, Verstärkungstransistor 28, Auswahltransistor 29, vertikale Signalleitung VSL, AD-Wandler in der Spaltenverarbeitungsschaltung 104 und dergleichen) stromabwärts des Floating-Diffusionsgebiets 27 in jeder der Ausleseschaltungen 20A, 20B, 20C und 20D gemeinsam genutzt wird, ist es außerdem möglich, die durch die stromabwärtige Konfiguration verursachte charakteristische Differenz zu eliminieren, und folglich ist es möglich, einen Tiefen-Frame höherer Qualität zu erzeugen.
  • 1.7 Pixel-Isolierungsstruktur
  • Als Nächstes wird eine Struktur beschrieben, um die Vielzahl von im Pixel-Arrayteil 101 einander benachbart angeordneten Einheitspixeln 20 optisch zu trennen.
  • Indem man benachbarte Einheitspixel 20 optisch voneinander trennt, ist es möglich, Nebensprechen zu reduzieren, das durch auf ein bestimmtes Einheitspixel 20 einfallendes Licht verursacht wird, das auf ein anderes benachbartes Einheitspixel 20 fällt, und folglich ist es möglich, den Tiefen-Frame mit höherer Genauigkeit zu erzeugen.
  • Für die optische Trennung der benachbarten Einheitspixel 20 kann beispielsweise ein Pixel-Trennbereich genutzt werden, der gebildet wird, indem ein Graben in einem Halbleitersubstrat, in dem die Fotodiode 21 ausgebildet ist, gebildet wird und ein vorbestimmtes Material im Graben eingebettet wird.
  • Daher wird ein Beispiel eines planaren Layouts des Pixel-Trennbereichs mit einigen Beispielen beschrieben. Man beachte, dass angenommen wird, dass das Beispiel eines planaren Layouts in der folgenden Beschreibung ein Beispiel eines planaren Layouts auf der Elementausbildungsoberfläche des Halbleitersubstrats ist, worauf die Fotodiode 21 ausgebildet ist.
  • 1.7.1 Erstes Layout-Beispiel
  • 17 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines planaren Layouts des Pixel-Trennbereichs gemäß dem ersten Layout-Beispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Man beachte, dass im ersten Layout-Beispiel ein Fall beschrieben wird, in dem die Einheitspixel 20-1 gemäß dem mit Verweis auf 7 und 8 beschriebenen ersten Konfigurationsbeispiel unter Verwendung des Pixel-Trennbereichs optisch getrennt werden.
  • Wie in 17 veranschaulicht ist, ist für die in einer Matrix im Pixel-Arrayteil 101 angeordneten Einheitspixel 20-1 ein Pixel-Trennbereich 31 entlang einem Grenzbereich 30 zwischen den benachbarten Einheitspixeln 20-1 vorgesehen. Daher ist jedes Einheitspixel 20-1 aus allen Richtungen vom Pixel-Trennbereich 31 umgeben.
  • 1.7.2 Zweites Layout-Beispiel
  • 18 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines planaren Layouts des Pixel-Trennbereichs gemäß dem zweiten Layout-Beispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Man beachte, dass im zweiten Layout-Beispiel ein Fall beschrieben wird, in dem die Einheitspixel 20-2 gemäß dem mit Verweis auf 9 und 10 beschriebenen zweiten Konfigurationsbeispiel unter Verwendung des Pixel-Trennbereichs optisch getrennt sind.
  • Wie in 18 veranschaulicht ist, ist für die in einer Matrix im Pixel-Arrayteil 101 angeordneten Einheitspixel 20-2 ähnlich dem in 17 veranschaulichten ersten Layout-Beispiel der Pixel-Trennbereich 31 entlang dem Grenzbereich 30 zwischen den benachbarten Einheitspixeln 20-2 vorgesehen. Daher ist jedes Einheitspixel 20-2 aus allen Richtungen vom Pixel-Trennbereich 31 umgeben.
  • Darüber hinaus sind im zweiten Layout-Beispiel in dem vom Pixel-Trennbereich 31 umgebenen Pixel-Gebiet die Grenzbereiche 30 der gepaarten Ausleseschaltungen 20A1 und 20B1, 20B2 und 20A2, 20B3 und 20A3 und 20A4 und 20B4 durch einen Element-Trennbereich 32 optisch getrennt.
  • Konkret ist der Element-Trennbereich 32 jeweils zwischen den Ausleseschaltungen 20A1 und 20B1 und den Ausleseschaltungen 20B2 und 20A2, zwischen den Ausleseschaltungen 20A1 und 20B1 und den Ausleseschaltungen 20B3 und 20A3, zwischen den Ausleseschaltungen 20B2 und 20A2 und den Ausleseschaltungen 20A4 und 20B4 und zwischen den Ausleseschaltungen 20B3 und 20A3 und den Ausleseschaltungen 20A4 und 20B4 vorgesehen.
  • Indem man die gepaarten Ausleseschaltungen optisch trennt, ist es möglich, Nebensprechen von Licht zwischen der Vielzahl von Fotodioden 211 bis 214, die in dem Einheitspixel 20 enthalten sind, zu reduzieren, und folglich ist es möglich, einen Tiefen-Frame mit höherer Genauigkeit zu erzeugen.
  • Man beachte, dass die Struktur des Element-Trennbereichs 32 beispielsweise ähnlich jener des Pixel-Trennbereichs 31 sein kann.
  • 1.7.3 Drittes Layout-Beispiel
  • 19 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines planaren Layouts des Pixel-Trennbereichs gemäß dem dritten Layout-Beispiel der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Man beachte, dass im dritten Layout-Beispiel ein Fall beschrieben wird, in dem das Einheitspixel 20-3 gemäß dem mit Verweis auf 9 und 11 beschriebenen dritten Konfigurationsbeispiel unter Verwendung des Pixel-Trennbereichs optisch getrennt ist, aber eine ähnliche Struktur auch für das Einheitspixel 20-4 gemäß dem mit Verweis auf 12 und 13 beschriebenen vierten Konfigurationsbeispiel verwendet werden kann.
  • Wie in 19 veranschaulicht ist, weisen der Pixel-Trennbereich 31 und der Element-Trennbereich 32 gemäß dem dritten Layout-Beispiel Strukturen auf, die jenen des Pixel-Trennbereichs 31 und des Element-Trennbereichs 32, die im zweiten Layout-Beispiel beispielhaft dargelegt wurden, ähnlich sind. Im dritten Layout-Beispiel ist jedoch der Element-Trennbereich 32 beim zentralen Bereich des Pixel-Gebiets geteilt, das durch den Pixel-Trennbereich 31 unterteilt ist.
  • Der Rücksetztransistor 26, das Floating-Diffusionsgebiet 27, der Verstärkungstransistor 28 und der Auswahltransistor 29, die von der Vielzahl von Ausleseschaltungen 20A1 bis 20A4 und 20B1 bis 20B4 gemeinsam genutzt werden, sind im zentralen Bereich des durch den Pixel-Trennbereich 31 unterteilten Pixel-Gebiets angeordnet. Dies verhält sich so, da durch Anordnen dieser Schaltungselemente im zentralen Bereich des Pixel-Gebiets Variationen im Verdrahtungsabstand von jeder Fotodiode 211 bis 214 zu den Schaltungselementen minimiert werden können.
  • Selbst mit solch einer Struktur ist es, da die gepaarten Ausleseschaltungen optisch getrennt sind, möglich, Nebensprechen zu reduzieren und einen Tiefen-Frame mit höherer Genauigkeit zu erzeugen.
  • 1.8 Beispiel einer Querschnittsstruktur eines Einheitspixels
  • Als Nächstes wird mit einigen Beispielen ein Beispiel einer Querschnittsstruktur des Einheitspixels 20 beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden beispielsweise Querschnittsstrukturen eines entlang einer Linie I-I genommenen Querschnitts und eines entlang einer Linie II-II in 17 genommenen Querschnitts beschrieben. In der Querschnittsstruktur des entlang der Linie II-II genommenen Querschnitts sind jedoch zur Vereinfachung der Beschreibung eine Konfiguration um eine Fotodiode 212 der zwei Fotodioden 211 und 212 und das Diffusionsgebiet zwischen dem Verstärkungstransistor 28 und dem Rücksetztransistor 26 weggelassen.
  • 1.8.1 Erstes Beispiel einer Querschnittsstruktur
  • 20 ist eine entlang einer Linie I-I genommene Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Querschnittsstruktur des Einheitspixels gemäß dem ersten Beispiel einer Querschnittsstruktur der ersten Ausführungsform veranschaulicht, und 21 ist eine entlang einer Linie II-II genommene Querschnittsansicht, die ein Beispiel der Querschnittsstruktur des Einheitspixels gemäß dem ersten Beispiel einer Querschnittsstruktur der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
  • Wie in 20 und 21 veranschaulicht ist, hat das Einheitspixel 20 beispielsweise eine Konfiguration, in der eine Fotodiode 211 (und 212) in dem durch den Pixel-Trennbereich 31 unterteilten Gebiet in einem Halbleitersubstrat 40 ausgebildet ist.
  • Die Fotodiode 211 (und 212) umfasst zum Beispiel ein Halbleitergebiet 42 vom (n-)-Typ, in dem ein Donator in einer niedrigen Konzentration diffundiert ist, ein Halbleitergebiet 43 vom n-Typ, in dem eine Donatorkonzentration höher als jene des Halbleitergebiets 42 vom (n-)-Typ ist, und ein Halbleitergebiet 44 vom (n+)-Typ, in dem ein Donator in einer höheren Konzentration diffundiert ist. Durch fotoelektrische Umwandlung in den Halbleitergebieten 42 und 43 vom n-Typ erzeugte Ladungen werden in das Halbleitergebiet 44 vom (n+)-Typ mit einem tiefen Potential entlang einem Potentialgradienten übernommen und zu dem Zeitpunkt, zu dem sich das Übertragungs-Gate 23A oder 23B mit einem Dug-Bereich (engl.: dug portion) öffnet, zum Speicher 24A oder 24B übertragen.
  • Die mit Verweis auf 7 und 8 beschriebenen Schaltungselemente, das heißt die OFG-Transistoren 221 (und 222), die Übertragungs-Gate-Transistoren 23A1, 23A2, 23B1 und 23B2, die Speicher 24A1, 24A2, 24B1 und 24B2, die Übertragungstransistoren 25A1, 25A2, 25B1 und 25B2, der Rücksetztransistor 26, das Floating-Diffusionsgebiet 27, der Verstärkungstransistor 28 und der Auswahltransistor 29 sind auf der Elementausbildungsoberfläche (in der Zeichnung die untere Oberfläche) des Halbleitersubstrats 40 ausgebildet. Unter ihnen veranschaulicht 20 die Übertragungs-Gate-Transistoren 23A1 und 23B1, die Speicher 24A1 und 24B1, die Übertragungstransistoren 25A1 und 25B1 und das Floating-Diffusionsgebiet 27 und veranschaulicht 21 den OFG-Transistor 221 (und 222). Man beachte, dass obgleich die Floating-Diffusionsgebiete 27 in 20 getrennt veranschaulicht sind, die Floating-Diffusionsgebiete über einen Draht 52 in einer später beschriebenen Verdrahtungsschicht 50 verbunden sein können.
  • Wie in 20 veranschaulicht ist, können die Übertragungs-Gate-Transistoren 23A1 und 23B1 (und 23A2 und 23B2) vertikale Transistoren mit einer vertikalen Struktur sein, die in Richtung der Substratdicke des Halbleitersubstrats 40 ausgebildet ist. Wie in 21 veranschaulicht ist, können darüber hinaus die OFG-Transistoren 221 (und 222) vertikale Zwillings-Transistoren sein, die in der Richtung der Substratdicke des Halbleitersubstrats 40 ausgebildet sind. Überdies können die Übertragungs-Gate-Transistoren 23A1 und 23B1 (und 23A2 und 23B2) und der OFG-Transistor 221 (und 222) vertikale Transistoren mit einer Zwillingsstruktur sein, die die oben beschriebenen zwei vertikalen Strukturen umfasst. Jedoch sind diese nur Beispiele und können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden. Man beachte, dass ein Isolierfilm 51 in 20 und 21 ein Gate-Isolierfilm jedes Schaltungselements ist, das auf dem Halbleitersubstrat 40 ausgebildet ist.
  • Auf der Elementausbildungsoberfläche des Halbleitersubstrats 40 ist die Verdrahtungsschicht 50 ausgebildet, die den mit jedem, im Halbleitersubstrat 40 ausgebildeten Schaltungselement verbundenen Draht 52 enthält.
  • Beispielsweise ist eine ungleichmäßige Struktur 45 auf einer rückwärtigen Oberfläche (obere Oberfläche in den Zeichnungen) des Halbleitersubstrats 40, das heißt der Lichteinfallsoberfläche, ausgebildet. Auf diese Weise kann, indem man die ungleichmäßige Struktur 45 auf der Lichteinfallsoberfläche vorsieht, die Einfallsoberfläche eine Struktur aufweisen, in der sich ein Brechungsindex allmählich ändert. Infolgedessen wird das einfallende Licht effizient gebeugt, um eine optische Weglänge des einfallenden Lichts im Halbleitersubstrat 40 zu verlängern, und wird ein Reflexionsgrad des einfallenden Lichts reduziert, und somit kann mehr Licht auf die Fotodiode 211 (und 212) fallen. Da eine Quantenausbeute bzw. Quanteneffizienz der Fotodiode 211 (und 212) verbessert wird, kann infolgedessen ein Tiefen-Frame mit höherer Genauigkeit erzeugt werden. Man beachte, dass eine Periode der periodischen ungleichmäßigen Struktur 45 beispielsweise 300 nm oder mehr betragen kann.
  • Auf der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 40 sind ein Isolierfilm 61, ein Einebnungsfilm 63 auf dem Isolierfilm 61 und eine On-Chip-Linse 64 auf dem Einebnungsfilm 63 vorgesehen.
  • Darüber hinaus ist ein lichtabschirmender Film 62, um eine Lichtmischung zwischen benachbarten Pixeln zu verhindern, beim Grenzbereich 30 zwischen den benachbarten Einheitspixeln 20 auf dem Einebnungsfilm 63 vorgesehen. Für den lichtabschirmenden Film 62 kann beispielsweise ein Material mit einer lichtabschirmenden Eigenschaft wie etwa Wolfram (W) verwendet werden.
  • Als das Halbleitersubstrat 40 kann beispielsweise ein Siliziumsubstrat vom p-Typ oder dergleichen verwendet werden, und dessen Substratdicke wird auf beispielsweise eine Dicke von 20 µm (Mikrometer) oder weniger reduziert. Man beachte, dass die Dicke des Halbleitersubstrats 40 20 µm oder mehr betragen kann und die Dicke entsprechend Zielcharakteristiken oder dergleichen der lichtempfangenden Einheit 14 geeignet bestimmt werden kann.
  • Der Isolierfilm 61 hat zusätzlich zu einer Funktion zum Fixieren (engl.: pinning) der Einfallsoberfläche des Halbleitersubstrats 40 eine Funktion eines Antireflexionsfilms für einfallendes Licht. Der Isolierfilm 61 besteht aus beispielsweise Siliziumnitrid (SiN), Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumoxid (SiO2), Hafniumoxid (HfO2), Tantaloxid (Ta2O5) oder dergleichen. Eine Dicke des Isolierfilms 61 ist eine optische Dicke von etwa einer 1/4-Wellenplatte bezüglich Strahlen von nahem Infrarot und kann beispielsweise 50 nm oder mehr und 150 nm oder weniger betragen. Der Einebnungsfilm 63 kann beispielsweise ein Film sein, der unter Verwendung eines isolierenden Materials wie etwa Siliziumoxid (SiO2) oder Siliziumnitrid (SiN) gebildet wird.
  • Für die On-Chip-Linse 64 kann beispielsweise Siliziumoxid (SiO2), ein transparentes Harz oder dergleichen verwendet werden, und deren Krümmung wird so festgelegt, dass das einfallende Licht in der Nähe der Mitte der Fotodiode 211 (oder 212) gebündelt wird.
  • Der Pixel-Trennbereich 31 gemäß dem ersten Beispiel einer Querschnittsstruktur hat beispielsweise eine Struktur des sogenannten Typs einer vollständigen vorderen Grabenisolierung (FFTI; engl.: full front trench isolation), die gebildet wird, indem ein isolierendes Material wie etwa Siliziumoxid (SiO2) in einem Graben eingebettet wird, der von der Elementausbildungsoberfläche aus bis zur rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 40 hindurchgeht.
  • 1.8.2 Zweites Beispiel einer Querschnittsstruktur
  • 22 ist eine entlang einer Linie I-I genommene Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Querschnittsstruktur eines Einheitspixels gemäß einem zweiten Beispiel einer Querschnittsstruktur der ersten Ausführungsform veranschaulicht, und 23 ist eine entlang einer Linie II-II genommene Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Querschnittsstruktur des Einheitspixels gemäß dem zweiten Beispiel einer Querschnittsstruktur der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
  • Wie man durch Vergleichen der 20 und 21 mit 22 und 23 sehen kann, hat das Einheitspixel 20 gemäß dem zweiten Beispiel einer Querschnittsstruktur eine Querschnittsstruktur, in der ein Pixel-Trennbereich 31 vom FFTI-Typ durch einen Pixel-Trennbereich 33 eines sogenannten Typs einer umgekehrten tiefen Grabenisolierung (RDTI; engl.: reverse deep trench isolation) in einer Querschnittsstruktur ähnlich jener des Einheitspixels 20 gemäß dem ersten Beispiel einer Querschnittsstruktur ersetzt ist.
  • Der Pixel-Trennbereich 33 vom RDTI-Typ kann gebildet werden, indem beispielsweise ein isolierendes Material wie etwa Siliziumoxid (SiO2) in einem Graben eingebettet wird, der von der Elementausbildungsoberfläche des Halbleitersubstrats 40 aus in solch einem Maße eingraviert bzw. vertieft ist, dass der Graben das Halbleitersubstrat 40 nicht durchdringt.
  • Man beachte, dass die Konfiguration des Pixel-Trennbereichs 33 ebenfalls für den Element-Trennbereich 32 verwendet werden kann.
  • 1.8.3 Drittes Beispiel einer Querschnittsstruktur
  • 24 ist eine entlang einer Linie I-I genommene Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Querschnittsstruktur eines Einheitspixels gemäß einem dritten Beispiel einer Querschnittsstruktur der ersten Ausführungsform veranschaulicht, und 25 ist eine entlang einer Linie II-II genommene Querschnittsansicht, die das Beispiel einer Querschnittsstruktur des Einheitspixels gemäß dem dritten Beispiel einer Querschnittsstruktur der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
  • Wie man durch Vergleichen der 20 und 21 mit 24 und 25 sehen kann, hat das Einheitspixel 20 gemäß dem dritten Beispiel einer Querschnittsstruktur eine Querschnittsstruktur, in der der Pixel-Trennbereich 31 vom FFTI-Typ durch einen Pixel-Trennbereich 34 vom FFTI-Typ in einer Querschnittsstruktur ersetzt ist, die jener des Einheitspixels 20 gemäß dem ersten Beispiel einer Querschnittsstruktur ähnlich ist.
  • Der Pixel-Trennbereich 34 enthält beispielsweise einen Isolierfilm 341, der eine innere Oberfläche eines Grabens bedeckt, der die vorderen und rückseitigen Oberflächen des Halb- leitersubstrats 40 durchdringt, und einen lichtabschirmenden Bereich 342, der im durch den Isolierfilm 341 ausgebildeten Graben eingebettet ist.
  • Beispielsweise kann ein Isoliermaterial wie etwa Siliziumoxid (SiO2) für den Isolierfilm 341 verwendet werden. Indes kann beispielsweise Wolfram (W), Aluminium (Al) oder dergleichen für den lichtabschirmenden Bereich 342 verwendet werden.
  • Indem man den lichtabschirmenden Bereich 342 innerhalb des Pixel-Trennbereichs 34 vorsieht, ist es auf diese Weise möglich, die benachbarten Einheitspixel 20 optisch mehr zu trennen, und folglich ist es möglich, einen Tiefen-Frame mit höherer Genauigkeit zu erzeugen.
  • Man beachte, dass die Konfiguration des Pixel-Trennbereichs 34 auch für den Element-Trennbereich 32 verwendet werden kann.
  • 1.8.4 Viertes Beispiel einer Querschnittsstruktur
  • 26 ist eine entlang einer Linie I-I genommene Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Querschnittsstruktur eines Einheitspixels gemäß einem vierten Beispiel einer Querschnittsstruktur der ersten Ausführungsform veranschaulicht, und 27 ist eine entlang einer Linie II-II genommene Querschnittsansicht, die das Beispiel einer Querschnittsstruktur des Einheitspixels gemäß dem vierten Beispiel einer Querschnittsstruktur der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
  • Wie man durch Vergleichen der 24 und 25 mit 26 und 27 sehen kann, hat das Einheitspixel 20 gemäß dem vierten Beispiel einer Querschnittsstruktur eine Querschnittsstruktur, in der der Pixel-Trennbereich 34 vom FFTI-Typ durch einen Pixel-Trennbereich 35 vom RDTI-Typ in einer Querschnittsstruktur ähnlich jener des Einheitspixels 20 gemäß dem dritten Beispiel einer Querschnittsstruktur ersetzt ist.
  • Der Pixel-Trennbereich 35 vom RDTI-Typ enthält beispielsweise einen Isolierfilm 351, der eine innere Oberfläche eines Grabens bedeckt, der aus einer Elementausbildungsoberfläche des Halbleitersubstrats 40 in solch einem Maße herausgearbeitet ist, dass der Graben das Halbleitersubstrat 40 nicht durchdringt, und einen lichtabschirmenden Bereich 352, der im durch den Isolierfilm 351 ausgebildeten Graben eingebettet ist.
  • Beispielsweise kann ein Isoliermaterial wie etwa Siliziumoxid (SiO2) für den Isolierfilm 351 verwendet werden. Indes kann beispielsweise Wolfram (W), Aluminium (Al) oder dergleichen für den lichtabschirmenden Bereich 352 verwendet werden.
  • Man beachte, dass die Konfiguration des Pixel-Trennbereichs 35 auch für den Element-Trennbereich 32 verwendet werden kann.
  • 1.9 Layout für FD-Sharing bzw. eine gemeinsame FD-Nutzung
  • Als Nächstes wird beschrieben, ob ein FD-Sharing bzw. eine gemeinsame FD-Nutzung (gemeinsame Nutzung des Floating-Diffusionsgebiets 27) für jede Variation der Anordnung ermöglicht ist. Man beachte, dass in der folgenden Beschreibung eine H-Richtung eine Reihen-Richtung in einem Matrix-Array der Einheitspixel 20 angibt und eine V-Richtung eine SpaltenRichtung angibt. Außerdem sind in den Zeichnungen, auf die in der folgenden Beschreibung Bezug genommen wird, die Ausleseschaltungen A und B oder C und D, die ein Paar zum Erfassen eines Subframe bilden, von einer durchgezogenen Linie und/oder einer gestrichelten Linie umgeben. Gebiete, die durch eine durchgezogene Linie getrennt sind, geben einen Fall an, in dem eine gemeinsame FD-Nutzung unmöglich ist, und Gebiete, die durch eine gestrichelte Linie getrennt sind, geben einen Fall an, in dem eine gemeinsame FD-Nutzung möglich ist.
  • Darüber hinaus ist in jeder der im Folgenden beispielhaft veranschaulichten ersten bis sechzehnten Variationen ein Pixel-Gebiet 70 jedes Einheitspixels 20 in vier Gebiete (worauf hier im Folgenden als geteiltes Gebiet verwiesen wird) 71 bis 74 von 2 × 2 geteilt. In jedem der geteilten Gebiete 71 bis 74 sind zusätzlich zu den zwei gepaarten Ausleseschaltungen A und B oder C und D eine (nicht veranschaulichte) Fotodiode 21 und ein (nicht veranschaulichter) OFG-Transistor 22 angeordnet.
  • 1.9.1 Erste Variation
  • 28 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer ersten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 28 veranschaulicht ist, ist in der ersten Variation in jedem geteilten Gebiet 71 bis 74 eine Ausleseschaltung A zum Detektieren einer Lichtmenge Q0 (oder Q90) einer Komponente mit einem Phasenwinkel α von 0 Grad (oder 90 Grad) auf der linken Seite angeordnet und ist eine Ausleseschaltung B zum Detektieren einer Lichtmenge Q180 (oder Q270) einer Komponente mit einem Phasenwinkel α von 180 Grad (oder 270 Grad) auf der rechten Seite angeordnet. Das heißt, in der ersten Variation sind die Einheitspixel 920 der oben mit Verweis auf 3 beschriebenen Basiskonfiguration in einer Matrix angeordnet.
  • In solch einem Layout ist es, da die Symmetrie der Speicher 24A und 24B in jeder der insgesamt vier Ausleseschaltungen A und B, die in der H-Richtung, das heißt den geteilten Gebieten 71 und 73, angeordnet sind und der insgesamt vier Ausleseschaltungen A und B, die in den geteilten Gebieten 72 und 74 angeordnet sind, nicht gewährleistet ist, nicht möglich, ein Floating-Diffusionsgebiet 27 gemeinsam zu nutzen.
  • Außerdem ist es ähnlich in der V-Richtung, da die Symmetrie der Speicher 24A und 24B in jeder der insgesamt vier Ausleseschaltungen A und B, die in den geteilten Gebieten 71 und 72 angeordnet sind, und der insgesamt vier Ausleseschaltungen A und B, die in den geteilten Gebieten 73 und 74 angeordnet sind, nicht gewährleistet ist, nicht möglich, ein Floating-Diffusionsgebiet 27 gemeinsam zu nutzen.
  • 1.9.2 Zweite Variation
  • 29 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer zweiten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 29 veranschaulicht ist, ist in der zweiten Variation in den geteilten Gebieten 71 und 73 die Ausleseschaltung A auf der linken Seite angeordnet und ist die Ausleseschaltung B auf der rechten Seite angeordnet. Indes ist in den geteilten Gebieten 72 und 74 die Ausleseschaltung A auf der rechten Seite angeordnet und ist die Ausleseschaltung B auf der linken Seite angeordnet.
  • In solch einem Layout können, da die Symmetrie des Speichers in der H-Richtung nicht gewährleistet ist, die insgesamt vier Ausleseschaltungen A und B, die in den geteilten Gebieten 71 und 73 angeordnet sind, und die insgesamt vier Ausleseschaltungen A und B, die in den geteilten Gebieten 72 und 74 angeordnet sind, ein Floating-Diffusionsgebiet 27 nicht gemeinsam nutzen.
  • Indes kann in der V-Richtung, da die Symmetrie des Speichers gewährleistet ist, ein Floating-Diffusionsgebiet 27 von jeder der insgesamt vier Ausleseschaltungen A und B, die in den geteilten Gebieten 71 und 72 angeordnet sind, und insgesamt vier Ausleseschaltungen A und B, die in den geteilten Gebieten 73 und 74 angeordnet sind, gemeinsam genutzt werden.
  • 1.9.3 Dritte Variation
  • 30 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer dritten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 30 veranschaulicht ist, ist in der dritten Variation in den geteilten Gebieten 71 und 72 die Ausleseschaltung A auf der linken Seite angeordnet und ist die Ausleseschaltung B auf der rechten Seite angeordnet. Indes ist in den geteilten Gebieten 73 und 74 die Ausleseschaltung A auf der rechten Seite angeordnet und ist die Ausleseschaltung B auf der linken Seite angeordnet.
  • In solch einem Layout kann, da die Symmetrie des Speichers in der H-Richtung gewährleistet ist, ein Floating-Diffusionsgebiet 27 von jeder von insgesamt vier Ausleseschaltungen A und B, die in den geteilten Gebieten 71 und 73 angeordnet sind, und insgesamt vier Ausleseschaltungen A und B, die in den geteilten Gebieten 72 und 74 angeordnet sind, gemeinsam genutzt werden.
  • Da die Symmetrie des Speichers in der V-Richtung nicht gewährleistet ist, können indes die insgesamt vier Ausleseschaltungen A und B, die in den geteilten Gebieten 71 und 72 angeordnet sind, und die insgesamt vier Ausleseschaltungen A und B, die in den geteilten Gebieten 73 und 74 angeordnet sind, ein Floating-Diffusionsgebiet 27 nicht gemeinsam nutzen.
  • 1.9.4 Vierte Variation
  • 31 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer vierten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 31 veranschaulicht ist, ist in der vierten Variation in den geteilten Gebieten 71 und 74 die Ausleseschaltung A auf der linken Seite angeordnet und ist die Ausleseschaltung B auf der rechten Seite angeordnet. Indes ist in den geteilten Gebieten 72 und 73 die Ausleseschaltung A auf der rechten Seite angeordnet und ist die Ausleseschaltung B auf der linken Seite angeordnet.
  • In solch einem Layout kann, da die Symmetrie des Speichers in der H-Richtung gewährleistet ist, ein Floating-Diffusionsgebiet 27 von jeder von insgesamt vier Ausleseschaltungen A und B, die in den geteilten Gebieten 71 und 73 angeordnet sind, und insgesamt vier Ausleseschaltungen A und B, die in den geteilten Gebieten 72 und 74 angeordnet sind, gemeinsam genutzt werden.
  • Überdies kann ähnlich in der V-Richtung, da die Symmetrie des Speichers gewährleistet ist, ein Floating-Diffusionsgebiet 27 von jeder von insgesamt vier Ausleseschaltungen A und B, die in den geteilten Gebieten 71 und 72 angeordnet sind, und insgesamt vier Ausleseschaltungen A und B, die in den geteilten Gebieten 73 und 74 angeordnet sind, gemeinsam genutzt werden.
  • 1.9.5 Fünfte Variation
  • 32 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer fünften Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 32 veranschaulicht ist, ist in der fünften Variation in jedem der geteilten Gebiete 71 bis 74 die Ausleseschaltung A auf der oberen Seite angeordnet und ist die Ausleseschaltung B auf der unteren Seite angeordnet.
  • In solch einem Layout kann ähnlich der ersten Variation, da die Symmetrie des Speichers in sowohl der H-Richtung als auch der V-Richtung nicht gewährleistet ist, das Floating-Diffusionsgebiet 27 nicht gemeinsam genutzt werden.
  • 1.9.6 Sechste Variation
  • 33 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer sechsten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 33 veranschaulicht ist, ist in der sechsten Variation in den geteilten Gebieten 71 und 74 die Ausleseschaltung A auf der oberen Seite angeordnet und ist die Ausleseschaltung B auf der unteren Seite angeordnet. Indes ist in den geteilten Gebieten 72 und 74 die Ausleseschaltung A auf der unteren Seite angeordnet und ist die Ausleseschaltung B auf der oberen Seite angeordnet.
  • In solch einem Layout kann ähnlich der zweiten Variation, da die Symmetrie des Speichers in der H-Richtung gewährleistet ist, das Floating-Diffusionsgebiet 27 gemeinsam genutzt werden. Da die Symmetrie des Speichers in der V-Richtung jedoch nicht gewährleistet ist, kann das Floating-Diffusionsgebiet 27 nicht gemeinsam genutzt werden.
  • 1.9.7 Siebte Variation
  • 34 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer siebten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 34 veranschaulicht ist, ist in der siebten Variation in den geteilten Gebieten 71 und 72 die Ausleseschaltung A auf der oberen Seite angeordnet und ist die Ausleseschaltung B auf der unteren Seite angeordnet. Indes ist in den geteilten Gebieten 73 und 74 die Ausleseschaltung A auf der unteren Seite angeordnet und ist die Ausleseschaltung B auf der oberen Seite angeordnet.
  • In solch einem Layout kann ähnlich der dritten Variation, da die Symmetrie des Speichers in der H-Richtung gewährleistet ist, ein Floating-Diffusionsgebiet 27 gemeinsam genutzt werden; da aber die Symmetrie des Speichers in der V-Richtung nicht gewährleistet ist, kann das Floating-Diffusionsgebiet 27 nicht gemeinsam genutzt werden.
  • 1.9.8 Achte Variation
  • 35 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer achten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 35 veranschaulicht ist, sind in der achten Ausführungsform in den geteilten Gebieten 71 und 74 die Ausleseschaltungen 20A1 und 20A4 auf der oberen Seite angeordnet und sind die Ausleseschaltungen 20B1 und 20B4 auf der unteren Seite angeordnet. Indes sind in den geteilten Gebieten 72 und 73 die Ausleseschaltungen 20A2 und 20A3 auf der unteren Seite angeordnet und sind die Ausleseschaltungen 20B2 und 20B3 auf der oberen Seite angeordnet.
  • In solch einem Layout kann ähnlich der vierten Variation, da die Symmetrie des Speichers in sowohl der H-Richtung als auch der V-Richtung gewährleistet ist, das Floating-Diffusionsgebiet 27 gemeinsam genutzt werden.
  • 1.9.9 Neunte Variation
  • 36 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer neunten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 36 veranschaulicht ist, sind in der neunten Variation in jedem geteilten Gebiet 71 bis 74 die Ausleseschaltungen A und C zum Detektieren der Lichtmenge Q0 oder Q90 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 0 Grad oder 90 Grad auf der linken Seite angeordnet und sind die Ausleseschaltungen B und D zum Detektieren der Lichtmenge Q180 oder Q270 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 180 Grad oder 270 Grad auf der rechten Seite angeordnet.
  • In solch einem Layout ist nicht nur die Symmetrie des Speichers in der H-Richtung und der V-Richtung nicht gewährleistet, sondern ist auch die Symmetrie des Speichers bezüglich der Mitte des Pixel-Gebiets 70 oder einer durch die Mitte als Achse durchgehenden geraden Linie gewährleistet. Daher kann die charakteristische Differenz des Speichers nicht aufgehoben werden und ist deren Effekt gering.
  • 1.9.10 Zehnte Variation
  • 37 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer zehnten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 37 veranschaulicht ist, sind in der zehnten Variation in den geteilten Gebieten 71 und 73 die Ausleseschaltungen A und C auf der linken Seite angeordnet und sind die Ausleseschaltungen B und D auf der rechten Seite angeordnet. Indes sind in den geteilten Gebieten 72 und 74 die Ausleseschaltungen A und C auf der rechten Seite angeordnet und sind die Ausleseschaltungen B und D auf der linken Seite angeordnet.
  • In solch einem Layout kann, da die Symmetrie des Speichers in der H-Richtung und der V-Richtung nicht gewährleistet ist, das Floating-Diffusionsgebiet 27 in sowohl der H-Richtung als auch der V-Richtung nicht gemeinsam genutzt werden; da aber die Symmetrie des Speichers bezüglich der Mitte des Pixel-Gebiets 70 oder der durch die Mitte als Achse durchgehenden geraden Linie gewährleistet ist, ist es möglich, die charakteristische Differenz des Speichers aufzuheben.
  • 1.9.11 Elfte Variation
  • 38 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer elften Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 38 veranschaulicht ist, sind in den geteilten Gebieten 71 und 72 die Ausleseschaltungen A und C auf der linken Seite angeordnet und sind die Ausleseschaltungen B und D auf der rechten Seite angeordnet. Indes sind in den geteilten Gebieten 73 und 74 die Ausleseschaltungen A und C auf der rechten Seite angeordnet und sind die Ausleseschaltungen B und D auf der linken Seite angeordnet.
  • In solch einem Layout kann, da die Symmetrie des Speichers in der H-Richtung gewährleistet ist, das Floating-Diffusionsgebiet 27 gemeinsam genutzt werden; da aber die Symmetrie des Speichers in der V-Richtung nicht gewährleistet ist, kann das Floating-Diffusionsgebiet 27 nicht gemeinsam genutzt werden.
  • Man beachte, dass, da eine Symmetrie des Speichers bezüglich der durch die Mitte des Pixel-Gebiets 70 als Achse durchgehenden geraden Linie gewährleistet ist, es möglich ist, die charakteristische Differenz des Speichers aufzuheben.
  • 1.9.12 Zwölfte Variation
  • 39 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer zwölften Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 39 veranschaulicht ist, ist in der zwölften Variation in den geteilten Gebieten 71 und 74 die Ausleseschaltung A auf der linken Seite angeordnet und ist die Ausleseschaltung B auf der rechten Seite angeordnet. Indes ist in den geteilten Gebieten 72 und 74 die Ausleseschaltung C auf der rechten Seite angeordnet und ist die Ausleseschaltung D auf der linken Seite angeordnet.
  • In solch einem Layout ist nicht nur die Symmetrie des Speichers in der H-Richtung und der V-Richtung nicht gewährleistet, sondern ist auch die Symmetrie des Speichers bezüglich der Mitte des Pixel-Gebiets 70 oder einer durch die Mitte als Achse durchgehenden geraden Linie nicht gewährleistet. Deshalb kann die charakteristische Differenz des Speichers nicht aufgehoben werden oder ist deren Effekt gering.
  • 1.9.13 Dreizehnte Variation
  • 40 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer dreizehnten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 40 veranschaulicht ist, sind in der dreizehnten Variation in jedem geteilten Gebiet 71 bis 74 die Ausleseschaltungen A und C auf der oberen Seite angeordnet und sind die Ausleseschaltungen B und D auf der unteren Seite angeordnet.
  • In solch einem Layout ist ähnlich der neunten Variation nicht nur die Symmetrie des Speichers in der H-Richtung und der V-Richtung nicht gewährleistet, sondern ist auch die Symmetrie des Speichers bezüglich der Mitte des Pixel-Gebiets 70 oder der durch die Mitte als Achse durchgehenden geraden Linie nicht gewährleistet. Deshalb kann die charakteristische Differenz des Speichers nicht aufgehoben werden oder ist deren Effekt gering.
  • 1.9.14 Vierzehnte Variation
  • 41 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer vierzehnten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 41 veranschaulicht ist, sind in der vierzehnten Variation in den geteilten Gebieten 71 und 73 die Ausleseschaltungen A und C auf der oberen Seite angeordnet und sind die Ausleseschaltungen B und D auf der unteren Seite angeordnet. Indes sind in den geteilten Gebieten 72 und 74 die Ausleseschaltungen A und C auf der unteren Seite angeordnet und sind die Ausleseschaltungen B und D auf der oberen Seite angeordnet.
  • In solch einem Layout kann ähnlich der zehnten Variation, da die Symmetrie des Speichers in der H-Richtung und der V-Richtung nicht gewährleistet ist, das Floating-Diffusionsgebiet 27 in sowohl der H-Richtung als auch der V-Richtung nicht gemeinsam genutzt werden; da aber die Symmetrie des Speichers bezüglich der Mitte des Pixel-Gebiets 70 oder der durch die Mitte als Achse durchgehenden geraden Linie gewährleistet ist, ist es möglich, die charakteristische Differenz des Speichers aufzuheben.
  • 1.9.15 Fünfzehnte Variation
  • 42 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer fünfzehnten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 42 veranschaulicht ist, sind in der fünfzehnten Variation in den geteilten Gebieten 71 und 73 die Ausleseschaltungen A und C auf der oberen Seite angeordnet und sind die Ausleseschaltungen B und D auf der unteren Seite angeordnet. Indes sind in den geteilten Gebieten 72 und 74 die Ausleseschaltungen A und C auf der unteren Seite angeordnet und sind die Ausleseschaltungen B und D auf der oberen Seite angeordnet.
  • In solch einem Layout kann im Gegensatz zur elften Variation, da die Symmetrie des Speichers in der H-Richtung nicht gewährleistet ist, das Floating-Diffusionsgebiet 27 nicht gemeinsam genutzt werden; da aber die Symmetrie des Speichers in der V-Richtung gewährleistet ist, kann das Floating-Diffusionsgebiet 27 gemeinsam genutzt werden.
  • Man beachte, dass, da eine Symmetrie des Speichers bezüglich der durch die Mitte des Pixel-Gebiets 70 als Achse durchgehenden geraden Linie gewährleistet ist, es möglich ist, die charakteristische Differenz des Speichers aufzuheben.
  • 1.9.16 Sechzehnte Variation
  • 43 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines planaren Layouts eines Speichers gemäß einer sechzehnten Variation der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 43 veranschaulicht ist, ist in der sechzehnten Variation in den geteilten Gebieten 71 und 74 die Ausleseschaltung A auf der oberen Seite angeordnet und ist die Ausleseschaltung B auf der unteren Seite angeordnet. Indes ist in den geteilten Gebieten 72 und 73 die Ausleseschaltung C auf der unteren Seite angeordnet und ist die Ausleseschaltung D auf der oberen Seite angeordnet.
  • In solch einem Layout ist ähnlich der zwölften Variation nicht nur die Symmetrie des Speichers in der H-Richtung und der V-Richtung nicht gewährleistet, sondern ist auch die Symmetrie des Speichers bezüglich der Mitte des Pixel-Gebiets 70 oder der durch die Mitte als Achse durchgehenden geraden Linie nicht gewährleistet. Daher kann die charakteristische Differenz des Speichers nicht aufgehoben werden und ist deren Effekt gering.
  • 1.10 Aufhebung einer charakteristischen Differenz
  • Als Nächstes wird mit einem Beispiel eine Aufhebung der charakteristischen Differenz gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Man beachte, dass in der vorliegenden Beschreibung als Vergleichsbeispiel die in 28 veranschaulichte erste Variation oder die in 32 veranschaulichte fünfte Variation (eine gemeinsame FD-Nutzung in der H-Richtung und der V-Richtung ist unmöglich) zitiert wird und als Beispiel die in 31 veranschaulichte vierte Variation oder die in 35 veranschaulichte achte Variation (eine gemeinsame FD-Nutzung in der H-Richtung und der V-Richtung ist möglich) zitiert wird, um den Effekt der Aufhebung einer charakteristischen Differenz gemäß der vorliegenden Ausführungsform zu beschreiben.
  • Darüber hinaus wird in der vorliegenden Beschreibung das Vergleichsbeispiel beschrieben, indem das mit Verweis auf 3 und 4 beschriebene Einheitspixel 920 verwendet wird, und wird die vorliegende Ausführungsform beschrieben, indem das Einheitspixel 20-1 gemäß dem ersten Konfigurationsbeispiel verwendet wird, das mit Verweis auf 7 und 8 beschrieben wurde.
  • 44 ist ein Diagramm, um die Differenz in den Mengen akkumulierter Ladungen für jeden Speicher, die im Vergleichsbeispiel erzeugt wird, zu beschreiben. 45 ist Diagramm, um einen Effekt einer Aufhebung der charakteristischen Differenz für jeden Speicher gemäß der ersten Ausführungsform zu beschreiben.
  • Wie in 44 veranschaulicht ist, kann im Vergleichsbeispiel das Floating-Diffusionsgebiet 27 in sowohl der H-Richtung als auch der V-Richtung nicht gemeinsam genutzt werden (siehe 28 oder 32). Daher werden die in jedem Floating-Diffusionsgebiet 27A akkumulierten Ladungen 81A und die im Floating-Diffusionsgebiet 27B akkumulierten Ladungen 81B die von einem Speicher 24A oder 24B jeweils übertragenen Ladungen, und der Effekt einer Aufhebung der charakteristischen Differenz durch Akkumulieren der Ladungen, die aus der Vielzahl von Speichern gelesen werden, in denen die Symmetrie in dem gemeinsamen Floating-Diffusionsgebiet 27 gewährleistet ist, kann nicht erhalten werden.
  • Diese erscheint nicht als große charakteristische Differenz, da die beiden Speicher 24A und 24B bezüglich der optischen Mitte der On-Chip-Linse 64 in einem Einheitspixel 920M symmetrisch angeordnet sind, das zu einem Gebiet mit einer geringen Bildhöhe, das heißt einem Gebiet nahe der Mitte des Pixel-Arrayteils 101, gehört.
  • Indes sind in einem Gebiet, in dem die optische Achse des einfallenden Lichts stark geneigt ist und die Bildhöhe hoch ist, das heißt in den Einheitspixeln 920UL, 920UR, 920LL und 920LR, die zum peripheren Gebiet des Pixel-Arrayteils 101 gehören, die beiden Speicher 24A und 24B bezüglich der optischen Mitte der On-Chip-Linse 64 durch eine Pupillenkorrektur sehr exzentrisch angeordnet, und somit erscheint eine große charakteristische Differenz.
  • Wie in 45 veranschaulicht ist, ist es daher, indem man eine Konfiguration übernimmt, in der Ladungen von zwei (den Speichern 24A1 und 24A2 oder den Speichern 24B1 und 24B2 entsprechenden) Speichern, in denen eine Symmetrie gewährleistet ist, zum gemeinsam genutzten Floating-Diffusionsgebiet 27 übertragen werden, möglich, eine Differenz in der Menge akkumulierter Ladungen aufgrund der charakteristischen Differenz, die im Floating-Diffusionsgebiet 27 akkumuliert werden, zu reduzieren.
  • Beispielsweise werden im Einheitspixel 20UL (zwei von einer gestrichelten Linie umgebene Blöcke), das ein Floating-Diffusionsgebiet 27 gemeinsam nutzt, im oberen linken Gebiet des Pixel-Arrayteils 101, wenn die Lichtmenge Q0 (oder Q90) der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 0 Grad (oder 90 Grad) detektiert wird, die Ladungen A81 und A82, die in den beiden Speichern 24A1 und 24A2 akkumuliert werden, für die die Symmetrie gewährleistet ist, zum gemeinsam genutzten Floating-Diffusionsgebiet 27 übertragen, und, wenn die Lichtmenge Q180 (oder Q270) der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 180 Grad (oder 270 Grad) detektiert wird, werden die Ladungen B81 und B82, die in den beiden Speichern 24B1 und 24B2 akkumuliert werden, für die die Symmetrie gewährleistet ist, zum gemeinsam genutzten Floating-Diffusionsgebiet 27 übertragen.
  • Ähnlich werden in dem Einheitspixel 20LL, das ein Floating-Diffusionsgebiet 27 gemeinsam nutzt, im unteren linken Gebiet des Pixel-Arrayteils 101, dem Einheitspixel 20UR, das ein Floating-Diffusionsgebiet 27 gemeinsam nutzt, im oberen rechten Gebiet des Pixel-Arrayteils 101, dem Einheitspixel 20LR, das ein Floating-Diffusionsgebiet 27 gemeinsam nutzt, im unteren rechten Gebiet des Pixel-Arrayteils 101 und dem Einheitspixel 20M, das ein Floating-Diffusionsgebiet 27 gemeinsam nutzt, im zentralen Gebiet des Pixel-Arrayteils 101 die Ladungen A81 und A82 oder die Ladungen B81 und B82, die in den beiden Speichern 24A1 und 24A2 oder 24B1 und 24B2, für die Symmetrie gewährleistet ist, akkumuliert werden, zum gemeinsam genutzten Floating-Diffusionsgebiet 27 übertragen.
  • Infolgedessen wird die Differenz im Ladungsakkumulationsbetrag aufgrund der charakteristischen Differenz des Speichers im Floating-Diffusionsgebiet 27 aufgehoben, und somit ist es möglich, einen Subframe mit höherer Genauigkeit zu erzeugen. Als Folge ist es möglich, einen Tiefen-Frame mit höherer Genauigkeit zu erfassen.
  • 1.11 Beispiel einer Leseoperation eines Abstandsmessbildes (Tiefen-Frame)
  • Als Nächstes wird mit einem Beispiel eine Leseoperation des Abstandsmessbildes (Tiefen-Frame) gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • 46 ist ein Zeitablaufdiagramm, das die Leseoperation des Tiefen-Frames in einem Fall veranschaulicht, in dem das Einheitspixel, das keine FD-Sharing-Struktur bzw. Struktur zur gemeinsamen FD-Nutzung enthält, gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird. Man beachte, dass das Einheitspixel, das die Struktur zur gemeinsamen FD-Nutzung nicht enthält, gemäß der ersten Ausführungsform beispielsweise das oben mit Verweis auf 3 beschriebene Einheitspixel 920 sein kann.
  • Indes ist 47 ein Zeitablaufdiagramm, das eine Leseoperation des Tiefen-Frame in einem Fall veranschaulicht, in dem das Einheitspixel, das die Struktur zur gemeinsamen FD-Nutzung aufweist, gemäß der ersten Ausführungsform, zum Beispiel die Einheitspixel gemäß den ersten bis dritten Konfigurationsbeispielen, die oben beschrieben wurden, verwendet wird. Darüber hinaus ist 48 ein Zeitablaufdiagramm, das eine Leseoperation des Tiefen-Frame in einem Fall veranschaulicht, in dem das Einheitspixel, das die Struktur zur gemeinsamen FD-Nutzung aufweist, gemäß der ersten Ausführungsform, zum Beispiel das Einheitspixel gemäß dem vierten Konfigurationsbeispiel, das oben beschrieben wurde, verwendet wird.
  • Wie in 46 bis 48 veranschaulicht ist, umfasst die Leseoperation zum Lesen eines Subframe ein Zurücksetzen jedes Einheitspixels 20, eine Akkumulation von Ladungen, die durch fotoelektrische Umwandlung in jedem Einheitspixel 20 erzeugt werden, in den Speichern 24A und 24B, ein Lesen der in den Speichern 24A und 24B akkumulierten Ladungen und eine Totperiode (Totzeit), wenn die Phase umgeschaltet wird. Man beachte, dass die Phase eine Phase einer Periode eines Impulses sein kann, der basierend auf der Impulsperiode des Bestrahlungslichts L1 die in der Fotodiode 21 erzeugte Ladung auf den Speicher 24A und den Speicher 24B verteilt und die Phasenumschaltung eine Operation zum Umschalten der Phase (entsprechend dem Phasenwinkel α) sein kann.
  • Wie in 46 veranschaulicht ist, ist es darüber hinaus in einem Fall, in dem das Einheitspixel 20 die Struktur zur gemeinsamen FD-Nutzung nicht aufweist, wie oben beschrieben wurde, um die charakteristische Differenz aufzuheben, notwendig, vier Subframes eines Subframe #1 bei 0 Grad/180 Grad, eines Subframe #2 bei 90 Grad/270 Grad, eines Subframe #3 bis 180 Grad/0 Grad und eines Subframe #4 bei 270 Grad/90 Grad zu erfassen. Daher ist die Zeit, die erforderlich ist, um einen Tiefen-Frame zu erfassen, etwa das Vierfache der Zeit, die erforderlich ist, um vier Subframes zu erfassen.
  • Wie in 47 veranschaulicht ist, ist es indes in den ersten bis dritten Strukturbeispielen, in denen das Einheitspixel 20 die Struktur zur gemeinsamen FD-Nutzung aufweist, da die Differenz in den Mengen akkumulierter Ladungen, die auf der charakteristischen Differenz basiert, im Floating-Diffusionsgebiet 27 reduziert ist, nicht notwendig, die Gegenphasen-Subframes #3 und #4 zu erfassen, wie in 47 veranschaulicht ist. Deshalb ist die Zeit, die erforderlich ist, um einen Tiefen-Frame zu erfassen, das Doppelte der Zeit, die erforderlich ist, um zwei Subframes zu erfassen, das heißt die Hälfte der in 46 veranschaulichten Zeit.
  • Darüber hinaus weist, wie in 48 veranschaulicht ist, im vierten Strukturbeispiel das Einheitspixel 20 die Struktur zur gemeinsamen FD-Nutzung auf und ist es möglich, die Lichtmenge Q0 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 0 Grad, die Lichtmenge Q90 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 90 Grad, die Lichtmenge Q180 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 180 Grad und die Lichtmenge Q270 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 270 Grad in einer Leseoperation zu lesen. Daher ist die Zeit, die erforderlich ist, um einen Tiefen-Frame zu erfassen, der Zeit äquivalent, die erforderlich ist, um einen Subframe zu lesen, das heißt 1/4 der in 46 beispielhaften veranschaulichten Zeit.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, ein Abstandsmessbild (Tiefen-Frame) hoher Qualität in kurzer Zeit zu erfassen.
  • 1.12 Beispiel eines Ansteuerungsimpulses
  • Als Nächstes wird mit einigen Beispielen ein Ansteuerungsimpuls beschrieben, wenn die in der Fotodiode 21 erzeugte Ladung auf jeden Speicher verteilt wird. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass der Abstand von der lichtemittierenden Einheit 13 und der lichtempfangenden Einheit 14 zum Objekt 90 1 Meter (m) beträgt und der Abstand (2 m) von der lichtemittierenden Einheit 13 bis zur lichtempfangenden Einheit 14 über das Objekt 90 einer Impulsperiode des von der lichtemittierenden Einheit 13 emittierten Bestrahlungslichts L1 entspricht. Darüber hinaus geben in den in der folgenden Beschreibung verwendeten Zeichnungen schraffierte Gebiete, die Ansteuerungsimpulsen VGA bis VGD überlagert sind, Beispiele der Ladungsmenge an, die in dem Speicher akkumuliert wird, an den die Ansteuerungsimpulse angelegt werden.
  • 1.12.1 Erstes Beispiel eines Ansteuerungsimpulses
  • Zunächst wird als ein erstes Beispiel eines Ansteuerungsimpulses ein Beispiel eines Ansteuerungsimpulses des Einheitspixels 20 beschrieben, das als die zweiten bis vierten und sechsten bis achten Variationen beispielhaft beschrieben wurde. 49 ist ein Wellenformdiagramm, um das erste Beispiel eines Ansteuerungsimpulses der ersten Ausführungsform zu beschreiben.
  • In den zweiten bis vierten und sechsten bis achten Variationen, die in 29 bis 31 und 33 bis 35 veranschaulicht sind, sind die Speicher 24A1 bis 24A4 in den Ausleseschaltungen 20A1 bis 20A4 mit einer gemeinsamen Ansteuerungsleitung (ein Bezugszeichen dieser Ansteuerungsleitung ist auch VGA) verbunden, an die der Ansteuerungsimpuls VGA angelegt wird, und die Speicher 24B1 bis 24B4 in den Ausleseschaltungen 20B1 bis 20B4 sind mit einer gemeinsamen Ansteuerungsleitung (ein Bezugszeichen dieser Ansteuerungsleitung ist ebenfalls VGB) verbunden, an die der Ansteuerungsimpuls VGB angelegt wird.
  • Wie in 49 veranschaulicht ist, kann der Ansteuerungsimpuls VGA, um die Lichtmenge Q0 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 0 Grad in Bezug auf das Bestrahlungslicht L1 zu erfassen, ein Impuls mit der gleichen Frequenz und der gleichen Phase wie das von der lichtemittierenden Einheit 13 emittierte Bestrahlungslicht L1, das heißt der Ansteuerungsimpuls zum Ansteuern der lichtemittierenden Einheit 13, sein.
  • Indes kann der Ansteuerungsimpuls VGB zum Erfassen der Lichtmenge Q180 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 180 Grad bezüglich des Bestrahlungslichts L1 das von der lichtemittierenden Einheit 13 emittierte Bestrahlungslicht L1, das heißt ein Impuls mit der gleichen Frequenz wie der Ansteuerungsimpuls zum Ansteuern der lichtemittierenden Einheit 13 und mit einer um 180 Grad verschobenen Phase, sein.
  • Wie in 49 veranschaulicht ist, wird in der vorliegenden Ausführungsform, wenn ein Subframe erfasst wird, eine Operation (zum Beispiel Zeitpunkte T10 bis T11 und Zeitpunkte T20 bis T21), um die in der Fotodiode 21 erzeugte Ladung eine Vielzahl von Malen (viermal in 49) auf die Speicher 24A1 bis 24A4 und die Speicher 24B1 bis 24B4 zu verteilen, eine Vielzahl von Malen (zweimal in 49) ausgeführt. In der vorliegenden Beschreibung wird auf eine Periode (zum Beispiel Zeitpunkte T10 bis T11 und Zeitpunkte T20 bis T21), in der die in der Fotodiode 21 erzeugte Ladung eine Vielzahl von Malen (viermal in 49) auf die Speicher 24A1 bis 24A4 und die Speicher 24B1 bis 24B4 verteilt wird, als Ladungsübertragungsperiode verwiesen.
  • In dem in 49 veranschaulichten Beispiel lässt man zunächst, nachdem die Ladungsübertragungsperiode (T10 bis T11), in der die in der Fotodiode 21 erzeugte Ladung auf die Speicher 24A1 bis 24A4 und die Speicher 24B1 bis 24B4 verteilt wird, eine Periode ohne Lichtemission (Zeitpunkte T11 bis T20) des Bestrahlungslichts L1 verstreichen. Als Nächstes lässt man dann, nachdem die Ladungsübertragungsperiode (Zeitpunkte T20 bis T21), in der die in der Fotodiode 21 erzeugte Ladung auf die Speicher 24A1 bis 24A4 und die Speicher 24B1 bis 24B4 in einem Zustand verteilt wird, in dem die Phasen des Bestrahlungslichts L1 und der Ansteuerungsimpulse VGA und VGB invertiert sind, eine Periode ohne Lichtemission (Zeitpunkte T21 bis T30) des Bestrahlungslichts L1 verstreichen.
  • Indem man die Ladungsübertragung zu jedem Speicher in solch einem Ablauf ausführt, kann die Ladung für jede Komponente mit dem Phasenwinkel α (= 0 Grad und 180 Grad oder 90 Grad und 270 Grad) bezüglich des Bestrahlungslichts L1 in jedem Speicher akkumuliert werden. Man beachte, dass ein Punkt, dass die Phasen des Bestrahlungslichts L1 und der Ansteuerungsimpulse VGA und VGB in verschiedenen Ladungsübertragungsperioden invertiert sind, in der später beschriebenen „Codierung einer Akkumulationsperiode“ beschrieben wird.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist darüber hinaus in der vorliegenden Ausführungsform eine emissionsfreie Periode (engl.: unissued period) (Zeitpunkte T11 bis T20 und Zeitpunkte T21 bis T30), in der kein Subframe erfasst wird, zwischen den Perioden (zum Beispiel der Periode zwischen den Zeitpunkten T10 bis T11 und T20 bis T21), in denen Subframes erfasst werden, vorgesehen.
  • In der emissionsfreien Periode (Zeitpunkte T11 bis T20 und Zeitpunkte T21 bis T30) wird der an das Gate des OFG-Transistors 22 (221 bis 222 oder 221 bis 224) angelegte Ansteuerungsimpuls OFG auf einen hohen Pegel gesetzt. Infolgedessen wird die in der Fotodiode 21 in der emissionsfreien Periode erzeugte Ladung über den OFG-Transistor 22 entladen.
  • 1.12.1.1 Modifikationsbeispiel
  • Man beachte, dass der Ansteuerungsimpuls gemäß dem in 49 veranschaulichten ersten Beispiel eines Ansteuerungsimpulses nicht auf die in 29 bis 31 und 33 bis 35 als die zweiten bis vierten und sechsten bis achten Variationen veranschaulichten Verbindungsbeziehungen beschränkt ist und für andere Verbindungsbeziehungen wie in 50 bis 55 veranschaulicht verwendet werden kann.
  • In den in 50 bis 55 veranschaulichten Beispielen sind zwei Ansteuerungsleitungen VGA1 und VGA2 als Ansteuerungsleitungen, an die der Ansteuerungsimpuls VGA angelegt wird, vorgesehen und sind zwei Ansteuerungsleitungen VGB1 und VGB2 als Ansteuerungsleitungen, an die der Ansteuerungsimpuls VGB angelegt wird, vorgesehen.
  • Jeder der Speicher 24A1 bis 24A4 und 24B1 bis 24B4 ist mit einer der Ansteuerungsleitungen VGA1, VGA2, VGB1 und VGB2 so verbunden, dass die das Floating-Diffusionsgebiet 27 gemeinsam nutzenden Speicher mit verschiedenen Ansteuerungsleitungen verbunden sind. In den vierten und achten Variationen (siehe 49 und 55), in denen ein Floating-Diffusionsgebiet 27 von all den acht Speichern 24A1 bis 24A4 und 24B1 bis 24B4 gemeinsam genutzt wird, sind jedoch zwei Speicher mit je einer Ansteuerungsleitung verbunden, ohne durch diese Bedingung gebunden zu sein.
  • Selbst in solch einer Verbindungsbeziehung ist es möglich, den Subframe zu erfassen, indem das erste Beispiel eines Ansteuerungsimpulses wie mit Verweis auf 49 beschrieben verwendet wird.
  • 1.12.2 Zweites Beispiel eines Ansteuerungsimpulses
  • Als Nächstes wird als ein zweites Beispiel eines Ansteuerungsimpulses ein Beispiel eines Ansteuerungsimpulses des Einheitspixels 20 beschrieben, das als die zehnten bis zwölften und vierzehnten bis sechzehnten Variationen beispielhaft beschrieben wurde. 56 ist ein Wellenformdiagramm, um das zweite Beispiel eines Ansteuerungsimpulses der ersten Ausführungsform zu beschreiben.
  • In den zehnten bis zwölften und vierzehnten bis sechzehnten Variationen, die in 37 bis 39 und 41 bis 42 veranschaulicht sind, sind die Speicher 24A1 und 24A2 mit der gemeinsamen Ansteuerungsleitung VGA verbunden, an die der Ansteuerungsimpuls VGA angelegt wird, sind die Speicher 24B1 und 24B2 mit der gemeinsamen Ansteuerungsleitung VGB verbunden, an die der Ansteuerungsimpuls VGB angelegt wird, sind die Speicher 24C1 und 24C2 mit der gemeinsamen Ansteuerungsleitung VGC verbunden, an die der Ansteuerungsimpuls VGC angelegt wird, und sind die Speicher 24D1 und 24D2 mit der gemeinsamen Ansteuerungsleitung VGD verbunden, an die der Ansteuerungsimpuls VGD angelegt wird.
  • Wie in 56 veranschaulicht ist, können die Ansteuerungsimpulse VGA und VGB den Ansteuerungsimpulsen VGA und VGB im ersten Beispiel eines Ansteuerungsimpulses ähnlich sein.
  • Der Ansteuerungsimpuls VGC zum Erfassen der Lichtmenge Q90 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 90 Grad bezüglich des Bestrahlungslichts L1 kann ein Impuls mit der gleichen Frequenz wie das von der lichtemittierenden Einheit 13 emittierte Bestrahlungslicht L1, das heißt der Ansteuerungsimpuls zum Ansteuern der lichtemittierenden Einheit 13 mit einer um 90 Grad verschobenen Phase, sein.
  • Außerdem kann der Ansteuerungsimpuls VGD zum Erfassen der Lichtmenge Q270 der Komponente mit dem Phasenwinkel α von 270 Grad bezüglich des Bestrahlungslichts L1 das von der lichtemittierenden Einheit 13 emittierte Bestrahlungslicht L1, das heißt ein Impuls mit der gleichen Frequenz wie der Ansteuerungsimpuls zum Ansteuern der lichtemittierenden Einheit 13 und mit einer um 270 Grad verschobenen Phase, sein.
  • Wie in 56 veranschaulicht ist, kann die Ladungsübertragung zu jedem Speicher, der jeden der Ansteuerungsimpulse VGA bis VGD nutzt, eine Operation zum abwechselnden Wiederholen der Ladungsverteilung (Zeitpunkte T10 bis T11 und T20 bis T21), die eine Vielzahl von Malen unterteilt ist, und der Ladungsentladung (Zeitpunkte T11 bis T20 und T21 bis T30) ähnlich der Ladungsübertragung sein, die mit Verweis auf 49 im ersten Beispiel eines Ansteuerungsimpulses beschrieben wurde.
  • Indem man die Ladungsübertragung zu jedem Speicher in solch einem Ablauf ausführt, kann in jedem Speicher die Ladung für jede Komponente des Phasenwinkels α (= 0 Grad, 90 Grad, 180 Grad, 270 Grad) in Bezug auf das Bestrahlungslicht L1 akkumuliert werden.
  • 1.13 Codierung einer Akkumulationsperiode
  • Als Nächstes wird eine Codierung der Akkumulationsperiode mit Verweis auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.
  • Das ToF-Verfahren ist ein Verfahren zum Messen eines Abstands zu einem Objekt, indem reflektiertes Licht eines von der im ToF-Verfahren enthaltenen lichtemittierenden Einheit emittierten Bestrahlungslichts empfangen wird. Wenn anderes Licht (worauf hier im Folgenden als Interferenzlicht verwiesen wird) als das reflektierte Licht auf die lichtempfangende Einheit fällt, erscheint daher das Licht als Rauschen, was eine genaue Abstandsmessung behindert.
  • 1.13.1 Rauschen aufgrund von Interferenz
  • Hier wird mit einigen Beispielen von Interferenzlicht erzeugtes Rauschen beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird ähnlich der Beschreibung des „Beispiels eines Ansteuerungsimpulses“ angenommen, dass der Abstand von der lichtemittierenden Einheit 13 und der lichtempfangenden Einheit 14 zum Objekt 90 1 Meter (m) beträgt und der Abstand (2 m) von der lichtemittierenden Einheit 13 zur lichtempfangenden Einheit 14 über das Objekt 90 einer Impulsperiode des von der lichtemittierenden Einheit 13 emittierten Bestrahlungslichts L1 entspricht. Darüber hinaus geben in den Zeichnungen, die in der folgenden Beschreibung genutzt werden, den Ansteuerungsimpulsen VGA und VGB überlagerte schraffierte Gebiete Beispiele der Ladungsmenge an, die in dem Speicher akkumuliert wird, an den die Ansteuerungsimpulse angelegt werden. Darüber hinaus wird in der vorliegenden Beschreibung durch Interferenz erzeugtes Rauschen unter Verwendung des Einheitspixels 20 beschrieben, das als die zweiten bis vierten und sechsten bis achten Variationen als Beispiel beispielhaft beschrieben wurde.
  • 1.13.1.1 Interferenz aufgrund von Hintergrundlicht
  • Als eine der vom ToF-Sensor empfangenen Interferenzen gibt es eine Interferenz, die durch Hintergrundlicht (worauf auch als Störlicht verwiesen wird) wie etwa Sonnenlicht oder Beleuchtungslicht, das auf die lichtempfangende Einheit 14 fällt, verursacht wird. 57 ist ein Diagramm, um Rauschen zu beschreiben, das durch Hintergrundlicht, das ein Interferenzlicht ist, erzeugt wird.
  • Wie in (a) von 57 veranschaulicht ist, kann das Hintergrundlicht, wenn es in einer Spanne betrachtet wird, in der ein Tiefen-Frame erfasst wird, gewöhnlich als Licht (das heißt DC-Gleichstromkomponentenlicht) mit einer konstanten Intensität betrachtet werden. In diesem Fall enthalten wie in (b) von 57 veranschaulicht die in den Speichern 24A1 bis 24A4 akkumulierten Ladungen zusätzlich zu der Ladung (worauf hier im Folgenden als Ladung des reflektierten Lichts L2 verwiesen wird) 91A, die erzeugt wird, indem das reflektierte Licht L1 fotoelektrisch umgewandelt wird, die Ladung (worauf hier im Folgenden als die Ladung des Hintergrundlichts verwiesen wird) 92A, die erzeugt wird, indem das Hintergrundlicht fotoelektrisch umgewandelt wird. Indes wird nur die Ladung 92B des Hintergrundlichts in den Speichern 24B1 bis 24B4 akkumuliert, in denen die Komponente des reflektierten Lichts L2 nicht akkumuliert wird.
  • Wie oben beschrieben wurde, weisen hier, da das Hintergrundlicht Licht einer DC- bzw. Gleichstromkomponente ist, die Ladung 92A in den Speichern 24A1 bis 24A4 und die Ladung 92B in den Speichern 24B1 bis 24B4 die gleiche Ladungsmenge auf. Daher ist es, wie in (b) von 57 veranschaulicht ist, indem man die Ladungsmenge der Ladung 92B in den Speichern 24B1 bis 24B4 von der gesamten Ladungsmenge (der Gesamtmenge der Ladung 91A und der Ladung 92A) in den Speichern 24A1 bis 24A4 subtrahiert, möglich, die Ladungsmenge der Ladung 91A von allein dem reflektierten Licht L2 zu erfassen, das heißt das Rauschen aufgrund des Interferenzlichts (Hintergrundlichts) zu unterdrücken.
  • 1.13.1.2 Interferenz von einem anderen ToF-Sensor
  • Ein anderes Beispiel der vom ToF-Sensor 1 empfangenen Interferenz ist eine Interferenz (auf diese wird als „Interferenz von einem anderen ToF-Sensor“ verwiesen), die durch das reflektierte Licht des von der lichtemittierenden Einheit eines anderen, vom ToF-Sensor 1 verschiedenen ToF-Sensors emittierten Bestrahlungslichts hervorgerufen wird, das auf die lichtempfangende Einheit 14 des ToF-Sensors 1 fällt.
  • Falls eine Interferenz von einem anderen ToF-Sensor empfangen wird, hängt, ob die Interferenz als Rauschen erscheint oder nicht, davon ab, ob reflektiertes Licht (Interferenzlicht) von einem anderen ToF-Sensor innerhalb einer Periode (worauf hier im Folgenden als Akkumulationsperiode verwiesen wird), in der eine Ladungsübertragung zum Speicher 24A1 bis 24A4 oder 24B1 bis 24B4 ausgeführt wird, auf die lichtempfangende Einheit 14 fällt oder nicht. Man beachte, dass in der folgenden Beschreibung auf eine Periode, während der eine Übertragung einer Ladung zu den Speichern 24A1 bis 24A4 oder 24B1 bis 24B4 nicht ausgeführt wird, als Nicht-Akkumulationsperiode bzw. Periode ohne Akkumulation verwiesen wird.
  • 1.13.1.2.1 Wenn reflektiertes Licht von einem anderen ToF-Sensor während einer Periode ohne Akkumulation einfällt
  • 58 ist ein Diagramm, um einen Fall zu beschreiben, in dem reflektiertes Licht (Interferenzlicht) von einem anderen ToF-Sensor während der Periode ohne Akkumulation einfällt.
  • Wie in (a) von 58 veranschaulicht ist, wird in einem Fall, in dem das Interferenzlicht während der Periode ohne Akkumulation auf die lichtempfangende Einheit 14 fällt, die Ladung, die in der Fotodiode 21 erzeugt wird, indem das Interferenzlicht fotoelektrisch umgewandelt wird, nicht zu den Speichern 24A1 bis 24A4 und 24B1 bis 24B4 übertragen und wird über die OFG-Transistoren 221 und 222 oder 221 bis 224 entladen.
  • Wie in (b) von 58 veranschaulicht ist, wird daher nur die Ladung 91A des reflektierten Lichts L2 in den Speichern 24A1 bis 24A4 akkumuliert und wird in den Speichern 24B1 bis 24B4, in denen die Komponente des reflektierten Lichts L2 nicht akkumuliert wird, keine Ladung akkumuliert.
  • Wie in (b) von 58 veranschaulicht ist, ist in einem Fall, in dem die Ladungsmenge der Ladungen in den Speichern 24B1 bis 24B4 von der Ladungsmenge der Ladungen (Ladungen 91A und 92A) in den Speichern 24A1 bis 24A4 subtrahiert wird, die Ladungsmenge die Ladungsmenge der Ladung 91A des reflektierten Lichts L2. Dies bedeutet, dass durch das Interferenzlicht Rauschen nicht erzeugt wird.
  • 1.13.1.2.2 Wenn reflektiertes Licht von einem anderen ToF-Sensor während einer Akkumulationsperiode einfällt
  • 59 ist ein Diagramm, um einen Fall zu beschreiben, in dem reflektiertes Licht (Interferenzlicht) von einem anderen ToF-Sensor während der Akkumulationsperiode einfällt. 59 veranschaulicht beispielhaft einen Fall, in dem die Impulsperiode des Bestrahlungslichts L1 mit der Impulsperiode des Interferenzlichts übereinstimmt und die Phase des Bestrahlungslichts L1 mit der Phase des Interferenzlichts übereinstimmt.
  • Wie in (a) von 59 veranschaulicht ist, wird in einem Fall, in dem das Interferenzlicht während der Akkumulationsperiode auf die lichtempfangende Einheit 14 fällt, die Ladung, die in der Fotodiode 21 erzeugt wird, indem sowohl das reflektierte Licht L2 als auch das Interferenzlicht fotoelektrisch umgewandelt werden, zu den Speichern 24A1 bis 24A4 und 24B1 bis 24B4 übertragen.
  • In diesem Fall enthält, wie in (b) von 59 veranschaulicht ist, die in den Speichern 24A1 bis 24A4 akkumulierte Ladung zusätzlich zu der Ladung (worauf hier im Folgenden als Ladung des reflektierten Lichts L2 verwiesen wird) 91A, die erzeugt wird, indem das reflektierte Licht L2 fotoelektrisch umgewandelt wird, die Ladung (worauf hier im Folgenden als Ladung des Interferenzlichts verwiesen wird) 93A, die erzeugt wird, indem das Interferenzlicht fotoelektrisch umgewandelt wird. Indes wird keine Ladung in den Speichern 24B1 bis 24B4 akkumuliert, in denen die Komponente des reflektierten Lichts L2 nicht akkumuliert wird.
  • Wie in (b) von 59 veranschaulicht ist, ist daher in einem Fall, in dem die Ladungsmenge der Ladungen in den Speichern 24B1 bis 24B4 von der Ladungsmenge der Ladungen (Ladungen 91A und 93A) in den Speichern 24A1 bis 24A4 subtrahiert wird, die Ladungsmenge die gesamte Ladungsmenge der Ladung 91A des reflektierten Lichts L2 und der Ladung 93A des Interferenzlichts. Dies bedeutet, dass, wenn das reflektierte Licht von einem anderen ToF-Sensor während der Akkumulationsperiode einfällt, das Rauschen aufgrund des Interferenzlichts nicht unterdrückt werden kann, es sei denn, die in den Speichern 24A1 bis 24A4 akkumulierte Ladungsmenge des Interferenzlichts stimmt mit der in den Speichern 24B1 bis 24B4 akkumulierten Ladungsmenge des Interferenzlichts überein.
  • 1.13.2 Rauschunterdrückung durch Interferenz
  • Wie oben beschrieben wurde, besteht im Abstandsmesssensor des indirekten ToF-Verfahrens eine Möglichkeit, dass Rauschen durch den Einfall des Interferenzlichts erzeugt wird und dementsprechend die Abstandsmessgenauigkeit verschlechtert wird.
  • Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform während der Periode zum Erfassen eines Subframe die Phase des Bestrahlungslichts L1 (und der Ansteuerungsimpulse VGA und VGB) in einer anderen Akkumulationsperiode in Bezug auf die Phase des Bestrahlungslichts L1 (und der Ansteuerungsimpulse VGA und VGB) in einer bestimmten Akkumulationsperiode umgekehrt. In der vorliegenden Beschreibung wird darauf als Codierung der Akkumulationsperiode verwiesen.
  • Die Codierung der Akkumulationsperiode kann beispielsweise bewerkstelligt werden, indem eine Akkumulationsperiode einem Bit zugeordnet wird. In diesem Fall kann beispielsweise die Phase des Bestrahlungslichts L1 (und der Ansteuerungsimpulse VGA und VGB) in der dem Bit (worauf hier im Folgenden als Code 0 verwiesen wird) ‚0‘ zugeordnete Akkumulationsperiode nicht invertiert werden und kann die Phase des Bestrahlungslichts L1 (und der Ansteuerungsimpulse VGA und VGB) in der dem Bit (worauf hier im Folgenden als Code 1 verwiesen wird) ‚1‘ zugeordneten Akkumulationsperiode invertiert werden.
  • Konkret können in einem Fall, in dem acht Akkumulationsperioden ausgeführt werden, um einen Subframe zu erfassen, 8-Bit-Codes wie etwa ‚01010101‘ und ‚00101011‘ als Codes zum Codieren der Akkumulationsperioden verwendet. Der die Akkumulationsperiode codierende Code ist vorzugsweise ein Code, in dem das Tastverhältnis zwischen Code 0 und Code 1 50:50 beträgt.
  • Man beachte, dass als eine Code-Folge zum Codieren der Akkumulationsperiode beispielsweise eine Pseudozufallszahl, die unter Verwendung eines Pseudozufallszahlengenerators oder dergleichen erzeugt wird, eine vorher vorbereitete Code-Folge oder dergleichen verwendet werden kann.
  • 1.13.2.1 Beispiel einer Rauschunterdrückung durch Codierung einer Akkumulationsperiode
  • Hier wird mit einigen Beispielen eine Rauschunterdrückung durch Codieren der Akkumulationsperiode beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird ähnlich der Beschreibung des „Beispiels eines Ansteuerungsimpulses“ angenommen, dass der Abstand von der lichtemittierenden Einheit 13 und der lichtempfangenden Einheit 14 zum Objekt 90 1 Meter (m) beträgt und der Abstand (2 m) von der lichtemittierenden Einheit 13 über das Objekt 90 zur lichtempfangenden Einheit 14 einer Impulsperiode des von der lichtemittierenden Einheit 13 emittierten Bestrahlungslichts L1 entspricht. Darüber hinaus geben in den in der folgenden Beschreibung verwendeten Zeichnungen den Ansteuerungsimpulsen VGA und VGB überlagerte schraffierte Gebiete Beispiele der Ladungsmenge an, die im Speicher akkumuliert wird, an den die Ansteuerungsimpulse angelegt werden. Überdies wird in der vorliegenden Beschreibung durch Interferenz erzeugtes Rauschen unter Verwendung des Pixels 20 beschrieben, das als ein Beispiel als die zweiten bis vierten und sechsten bis achten Variationen beispielhaft veranschaulicht wurde. Jedoch wird hier angenommen, dass keine Periode ohne Akkumulation vorgesehen ist.
  • 1.13.2.1.1 Fall, in dem eine Modulationsfrequenz eines Interferenzlichts von einem anderen ToF-Sensor von einer Modulationsfrequenz seines eigenen Bestrahlungslichts verschieden ist
  • 60 ist ein Diagramm, um eine Rauschunterdrückung gemäß der ersten Ausführungsform in einem Fall zu beschreiben, in dem eine Modulationsfrequenz des Interferenzlichts von einem anderen ToF-Sensor von einer Modulationsfrequenz seines eigenen Bestrahlungslichts verschieden ist. Man beachte, das 60 einen Fall veranschaulicht, in dem vier Akkumulationsperioden wiederholt werden, wenn ein Subframe erfasst wird. Darüber hinaus ist in 60 der Code zum Codieren der vier Akkumulationsperioden auf ‚0101‘ gesetzt.
  • Wie in (a) von 60 veranschaulicht ist, kann in einem Fall, in dem die Modulationsfrequenz des reflektierten Lichts von einem anderen ToF-Sensor von der Modulationsfrequenz seines eigenen Bestrahlungslichts L1 verschieden ist, die Ladung, die erzeugt wird, indem das Interferenzlicht (reflektierte Licht) von einem anderen ToF-Sensor fotoelektrisch umgewandelt wird, im Wesentlichen gleichmäßig auf die Speicher 24A1 bis 24A4 und die Speicher 24B1 bis 24B4 verteilt werden, indem die vier Akkumulationsperioden unter Verwendung des Codes mit dem gleichen Tastverhältnis codiert werden.
  • Infolgedessen werden, wie in (b) von 60 veranschaulicht ist, die Ladungsmenge der Ladung 94A des Interferenzlichts, die in der in den Speichern 24A1 bis 24A4 akkumulierten Ladung enthalten ist, und die Ladungsmenge der Ladung 94B des Interferenzlichts, die in der in den Speichern 24B1 bis 24B4 akkumulierten Ladung enthalten ist, einander im Wesentlichen gleich.
  • Wie in (b) von 60 veranschaulicht ist, ist daher in einem Fall, in dem die Ladungsmenge der Ladung 94B in den Speichern 24B1 bis 24B4 von der Ladungsmenge der Ladungen (Ladungen 91A und 94A) in den Speichern 24A1 bis 24A4 subtrahiert wird, die Ladungsmenge im Wesentlichen gleich der Ladungsmenge der Ladung 91A des reflektierten Lichts L2. Dies bedeutet, dass das durch das Interferenzlicht erzeugte Rauschen bis auf ein vernachlässigbares Maß unterdrückt werden kann.
  • 1.13.2.1.2 Fall, in dem eine Modulationsfrequenz eines Interferenzlichts von einem anderen ToF-Sensor die gleiche wie die Modulationsfrequenz seines eigenen Bestrahlungslichts ist
  • 61 ist ein Diagramm, um eine Rauschunterdrückung gemäß der ersten Ausführungsform in einem Fall zu beschreiben, in dem eine Modulationsfrequenz eines Interferenzlichts von einem anderen ToF-Sensor die gleiche wie eine Modulationsfrequenz seines eigenen Bestrahlungslichts ist. Man beachte, dass ähnlich 60 61 einen Fall veranschaulicht, in dem vier Akkumulationsperioden wiederholt werden, wenn ein Subframe erfasst wird, und ein Code (Code) zum Codieren der vier Akkumulationsperioden ‚0101‘ ist.
  • Wie in (a) von 61 veranschaulicht ist, ist in einem Fall, in dem die Modulationsfrequenz des reflektierten Lichts von einem anderen ToF-Sensor die gleiche wie die Modulationsfrequenz seines eigenen Bestrahlungslichts L1 ist, die gesamte Ladungsmenge der Ladung 94A0, die während der Akkumulationsperiode des Codes 0 zu den Speichern 24A1 bis 24A4 übertragen wird, und der Ladung 94A1, die während der Akkumulationsperiode des Codes 1 zu den Speichern 24A1 bis 24A4 übertragen wird, unter den Ladungen, die erzeugt werden, indem die fotoelektrische Umwandlung des Interferenzlichts (reflektierten Lichts) von einem anderen ToF-Sensor durchgeführt wird, indem die vier Akkumulationsperioden unter Verwendung des Codes mit dem gleichen Tastverhältnis codiert werden, gleich der gesamten Ladungsmenge der Ladung 94B0, die während der Akkumulationsperiode des Codes 0 zu den Speichern 24B1 bis 24B4 übertragen wird, und der Ladung 94B1, die während der Akkumulationsperiode des Codes 1 zu den Speichern 24B1 bis 24B4 übertragen wird.
  • Wie in (b) von 61 veranschaulicht ist, ist daher in einem Fall, in dem die Ladungsmenge der Ladungen (Ladungen 94B0 und 94B1) in den Speichern 24B1 bis 24B4 von der Ladungsmenge der Ladungen (91A, 94A0 und 94A1) in den Speichern 24A1 bis 24A4 subtrahiert wird, die Ladungsmenge die Ladungsmenge der Ladung 91A des reflektierten Lichts L2. Dies bedeutet, dass das durch das Interferenzlicht erzeugte Rauschen unterdrückt wird.
  • 1.13.2.1.3 Fall, in dem eine Modulationsfrequenz und Phase eines Interferenzlichts von einem anderen ToF-Sensor die gleichen wie die Modulationsfrequenz und Phase seines eigenen Bestrahlungslichts sind
  • 62 ist ein Diagramm, um die Rauschunterdrückung gemäß der ersten Ausführungsform in einem Fall zu beschreiben, in dem die Modulationsfrequenz und die Phase des Interferenzlichts von einem anderen ToF-Sensor die gleichen wie die Modulationsfrequenz und die Phase seines eigenen Bestrahlungslichts sind. Man beachte, dass, wie in 60 oder 61 62 einen Fall veranschaulicht, in dem vier Akkumulationsperioden wiederholt werden, wenn ein Subframe erfasst wird, und ein Code (Code) zum Codieren der vier Akkumulationsperioden ‚0101‘ ist.
  • Wie in (a) von 62 veranschaulicht ist, wird in einem Fall, in dem die Modulationsfrequenz und die Phase des reflektierten Lichts von einem anderen ToF-Sensor die gleichen wie die Modulationsfrequenz und die Phase seines eigenen Bestrahlungslichts L1 sind, die Ladung, die erzeugt wird, indem das Interferenzlicht (reflektierte Licht) von einem anderen ToF-Sensor fotoelektrisch umgewandelt wird, während der Akkumulationsperiode des Codes 0 zu den Speichern 24A1 bis 24A4 übertragen und wird die Ladung, die erzeugt wird, indem das Interferenzlicht (reflektierte Licht) von einem anderen ToF-Sensor fotoelektrisch umgewandelt wird, während der Akkumulationsperiode des Codes 1 zu den Speichern 24B1 bis 24B4 übertragen.
  • Daher kann, indem man die vier Akkumulationsperioden unter Verwendung des Codes mit dem gleichen Tastverhältnis codiert, die Ladung, die erzeugt wird, indem das Interferenzlicht (reflektierte Licht) von einem anderen ToF-Sensor fotoelektrisch umgewandelt wird, gleichmäßig auf die Speicher 24A1 bis 24A4 und die Speicher 24B1 bis 24B4 verteilt werden.
  • Infolgedessen werden, wie in (b) in 62 veranschaulicht ist, die Ladungsmenge der Ladung 94A des Interferenzlichts, die in der in den Speichern 24A1 bis 24A4 akkumulierten Ladung enthalten ist, und die Ladungsmenge der Ladung 94B des Interferenzlichts, die in der in den Speichern 24B1 bis 24B4 akkumulierten Ladung enthalten ist, einander gleich.
  • Wie in (b) von 62 veranschaulicht ist, wird daher in einem Fall, in dem die Ladungsmenge der Ladung 94B in den Speichern 24B1 bis 24B4 von der Ladungsmenge der Ladungen (Ladungen 91A und 94A) in den Speichern 24A1 bis 24A4 subtrahiert wird, die Ladungsmenge die Ladungsmenge der Ladung 91A des reflektierten Lichts. Dies bedeutet, dass das durch das Interferenzlicht erzeugte Rauschen unterdrückt wird.
  • 1.13.3 Zur Zeit einer Phasenumschaltung erzeugtes Rauschen
  • Bei der Codierung der Akkumulationsperiode wie oben beschrieben tritt jedoch, wenn die Periode ohne Akkumulation während der Akkumulationsperiode nicht vorgesehen ist, ein Phänomen auf, bei dem ein Teil des reflektierten Lichts L2 des Bestrahlungslichts L1, das vor der Phasenumschaltung emittiert wurde, auf die lichtempfangende Einheit 14 nach der Phasenumschaltung durch die Codierung der Akkumulationsperiode fällt. Infolgedessen wird ein Teil der Ladungen, die ursprünglich zu den Speichern 24A1 bis 24A4 oder 24B1 bis 24B4 übertragen werden sollen, zu den Speichern 24B1 bis 24B4 oder 24A1 bis 24A4 übertragen und besteht infolgedessen eine Möglichkeit, dass die Abstandsmessgenauigkeit reduziert wird.
  • 63 ist ein Wellenformdiagramm, das einen Fall veranschaulicht, in dem der ToF-Sensor und das Objekt miteinander in Kontakt sind, das heißt der Abstand vom ToF-Sensor zum Objekt 0 ist, und 64 ist ein Wellenformdiagramm, das einen Fall veranschaulicht, in dem der ToF-Sensor und das Objekt voneinander getrennt sind (als ein Beispiel ein Fall, in dem der Abstand vom ToF-Sensor zum Objekt ein Abstand ist, der einer Impulsperiode des Bestrahlungslichts entspricht). Man beachte, dass 63 und 64 einen Fall veranschaulichen, in dem die Periode ohne Akkumulation während der Akkumulationsperiode nicht vorgesehen ist.
  • Wie in (a) von 63 veranschaulicht ist, fällt in einem Fall, in dem der ToF-Sensor 1 mit dem Objekt 90 in Kontakt ist, bevor die Phase der lichtempfangenden Einheit 14 umgeschaltet wird, das heißt bevor die Phasen der Ansteuerungsimpulse VGA und VGB gemäß der Codierung der Akkumulationsperiode umgeschaltet werden, das gesamte reflektierte Licht L2 des Bestrahlungslichts L1, das vor der Phasenumschaltung emittiert wurde, auf die lichtempfangende Einheit 14. Daher wird ein Teil der Ladungen, die ursprünglich zu den Speichern 24A1 bis 24A4 oder 24B1 bis 24B4 übertragen werden sollen, nicht zu den Speichern 24B1 bis 24B4 oder 24A1 bis 24A4 übertragen. Wie in (b) von 63 veranschaulicht ist, ist die Ladungsmenge der Ladungen 96, die erhalten wird, indem die in den Speichern 24B1 bis 24B4 akkumulierten Ladungen von den in den Speichern 24A1 bis 24A4 akkumulierten Ladungen 95A subtrahiert werden, eine wirkliche Ladungsmenge, die der Menge des reflektierten Lichts L2 entspricht.
  • Wie in (a) von 64 veranschaulicht ist, fällt indes in einem Fall, in dem der ToF-Sensor 1 und das Objekt 90 voneinander getrennt sind, zum Beispiel in einem Fall, in dem der Abstand vom ToF-Sensor 1 zum Objekt 90 ein Abstand (zum Beispiel 2 m) ist, der einer Impulsperiode des Bestrahlungslichts L1 entspricht, der letzte eine Impuls des reflektierten Lichts L2 auf die lichtempfangende Einheit 14 nach einem Umschalten der Phasen der Ansteuerungsimpulse VGA und VGB auf der Basis der Codierung der Akkumulationsperiode. Daher wird ein Teil der Ladung, die ursprünglich zu den Speichern 24A1 bis 24A4 oder 24B1 bis 24B4 übertragen werden soll, zu den Speichern 24B1 bis 24B4 oder 24A1 bis 24A4 übertragen, und, wie in (b) von 64 veranschaulicht ist, ist die Ladungsmenge der Ladung 96, die erhalten wird, indem die in den Speichern 24B1 bis 24B4 akkumulierte Ladung 95B von der in den Speichern 24A1 bis 24A4 akkumulierten Ladung 95A subtrahiert wird, eine Ladungsmenge, die einen Fehler in Bezug auf die wirkliche Ladungsmenge gemäß der Menge des reflektierten Lichts L2 enthält.
  • 1.13.3.1 Beispiel einer Operation zur Rauschunterdrückung zur Zeit einer Phasenumschaltung (im Fall eines 2-Tap-Typs)
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird daher, wie in (a) von 65 veranschaulicht ist, die Periode ohne Akkumulation zwischen den Akkumulationsperioden vorgesehen. In dieser Periode ohne Akkumulation wird ein Ansteuerungsimpuls OFG mit hohem Pegel an die Gates der OFG-Transistoren 221 bis 224 angelegt. Infolgedessen wird die Ladung, die durch einen Teil des reflektierten Lichts L2 des vor der Phasenumschaltung emittierten Bestrahlungslichts L1 erzeugt wird, der nach der Phasenumschaltung durch die Codierung der Akkumulationsperiode auf die lichtempfangende Einheit 14 fällt, über die OFG-Transistoren 221 bis 224 entladen, und somit ist es möglich, ein Phänomen zu vermeiden, indem ein Teil der Ladung, die ursprünglich zu den Speichern 24A1 bis 24A4 oder 24B1 bis 24B4 übertragen werden soll, zu den Speichern 24B1 bis 24B4 oder 24A1 bis 24A4 übertragen wird. Infolgedessen wird, wie in (b) von 65 veranschaulicht ist, die Ladungsmenge der Ladung 96, die erhalten wird, indem die in den Speichern 24B1 bis 24B4 akkumulierte Ladung von der in den Speichern 24A1 bis 24A4 akkumulierten Ladung 95A subtrahiert wird, eine wirkliche Ladungsmenge gemäß der Ladungsmenge des reflektierten Lichts L2.
  • 1.13.3.2 Modifikationsbeispiel einer Operation zur Rauschunterdrückung zur Zeit einer Phasenumschaltung
  • 65 veranschaulicht einen Fall, in dem die zwei OFG-Transistoren 221 und 222 während der Periode ohne Akkumulation durchgehend eingeschaltet sind; aber die vorliegende Offenbarung ist nicht auf solch einen Betrieb beschränkt. Wie in 66(a) veranschaulicht ist, können beispielsweise der Ansteuerungsimpuls OFG1, der an das Gate des OFG-Transistors 221 angelegt wird, und der Ansteuerungsimpuls OFG2, der an das Gate des OFG-Transistors 222 angelegt wird, während der Periode ohne Akkumulation Impulse mit dem gleichen Zyklus wie die Ansteuerungsimpulse VGA und VGB sein.
  • Infolgedessen kann die vertikale Ansteuerungsschaltung 103, die die Ansteuerungsimpulse VGA, VGB, OFG1 und OFG2 bereitstellt, den gleichen Betrieb in der Akkumulationsperiode und der Periode ohne Akkumulation fortführen, und somit kann der Zustand des Spannungsabfalls (IR-Abfall) in jeder der Ausleseschaltungen A und B einheitlich beibehalten werden. Infolgedessen wird zur Zeit einer Phasenumschaltung erzeugtes Rauschen reduziert und kann folglich ein Tiefen-Frame mit höherer Genauigkeit erfasst werden.
  • 1.13.3.3 Modifikationsbeispiel einer Operation zur Rauschunterdrückung zur Zeit einer Phasenumschaltung (im Fall eines Multi-Tap-Typs mit drei Taps oder mehr)
  • Falls die mit einer Fotodiode 21 verbundene Ausleseschaltung ein Multi-Tap-Typ mit drei Taps oder mehr ist, worin es drei oder mehr Ausleseschaltungen gibt, können überdies andere Ausleseschaltungen als zwei der drei oder mehr Taps verwendet werden, um die Fotodiode 21 zurückzusetzen (Ladungen zu entladen). Beispielsweise kann die Ausleseschaltung 20C in 15 oder können die Ausleseschaltungen 20C und 20D in 16 genutzt werden, um die Fotodiode 21 zurückzusetzen (Ladungen zu entladen).
  • In diesem Fall wird beispielsweise, wie in (a) von 67 veranschaulicht ist, während der Periode ohne Akkumulation ein Ansteuerungsimpuls VGC (oder VGC und VGD) mit hohem Pegel an das Gate des Übertragungs-Gate-Transistors 23C (oder 23C und 23D) der Ausleseschaltung 20C (oder 20C und 20D) angelegt.
  • Auf diese Weise kann die während der Periode ohne Akkumulation in der Fotodiode 21 erzeugte Ladung effizient entladen werden und kann folglich ein genauerer Tiefen-Frame erfasst werden.
  • 1.14 Aktion und Effekt
  • Wie oben beschrieben wurde, ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform, da die im Speicher gespeicherten Ladungen zur Zeit des Lesevorgangs zu dem gemeinsamen Floating-Diffusionsgebiet 27 übertragen werden, möglich, die Differenz in der akkumulierten Ladungsmenge aufgrund der charakteristischen Differenz für jede Ausleseschaltung zu reduzieren. Infolgedessen ist es möglich, einen Tiefen-Frame hoher Qualität ohne Erfassen gegenphasiger Daten zu erzeugen, und somit ist es möglich, einen Tiefen-Frame hoher Qualität mit einer hohen Frame-Rate zu erzeugen.
  • Darüber hinaus ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform, da die Konfiguration (Rücksetztransistor 26, Verstärkungstransistor 28, Auswahltransistor 29, vertikale Signalleitung VSL, AD-Wandler in der Spaltenverarbeitungsschaltung 104 und dergleichen) stromabwärts des Floating-Diffusionsgebiets 27 von der Vielzahl von Ausleseschaltungen gemeinsam genutzt wird, möglich, die charakteristische Differenz zu eliminieren, die durch die stromabwärtige Konfiguration verursacht wird, und somit ist es möglich, einen Tiefen-Frame höherer Qualität zu erzeugen.
  • Außerdem ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform, da eine Vielzahl von Akkumulationsperioden, wenn ein Subframe erfasst wird, codiert ist, möglich, durch eine Interferenz mit anderen ToF-Sensoren erzeugtes Rauschen zu reduzieren und einen Tiefen-Frame mit höherer Genauigkeit zu erfassen.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist überdies eine Periode ohne Akkumulation zwischen der Akkumulationsperiode und der Akkumulationsperiode vorgesehen, und die in der Fotodiode 21 während der Periode ohne Akkumulation erzeugte Ladung wird über die OFG-Transistoren 221 und 222 oder 221 bis 224 entladen. Deshalb kann zur Zeit einer Phasenumschaltung erzeugtes Rauschen reduziert werden und kann ein Tiefen-Frame mit höherer Genauigkeit erfasst werden.
  • 2. Zweite Ausführungsform
  • Als Nächstes wird mit Verweis auf die Zeichnungen eine zweite Ausführungsform im Detail beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden die gleichen Konfigurationen und Operationen wie jene der oben beschriebenen Ausführungsform mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und wird deren redundante Beschreibung weggelassen.
  • In der ersten Ausführungsform ist mit einigen Beispielen das Einheitspixel 20 mit einer Konfiguration beschrieben, in der die in der Fotodiode 21 erzeugte Ladung im Speicher vorübergehend akkumuliert wird und dann die Ladung im Speicher zum gemeinsam genutzten Floating-Diffusionsgebiet 27 übertragen wird. Indes wird in der zweiten Ausführungsform mit einigen Beispielen ein Einheitspixel beschrieben, das dafür konfiguriert ist, die in der Fotodiode 21 erzeugte Ladung direkt zum Floating-Diffusionsgebiet zu übertragen.
  • 2.1 Erstes Konfigurationsbeispiel
  • 68 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels gemäß einem ersten Konfigurationsbeispiel der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 68 veranschaulicht ist, weist das Einheitspixel 120-1 gemäß dem ersten Konfigurationsbeispiel eine Konfiguration auf, in der die Übertragungs-Gate-Transistoren 23A und 23B und die Speicher 24A und 24B in den Ausleseschaltungen 20A und 20B in einer Konfiguration ähnlich dem Einheitspixel 20-5 gemäß dem fünften Konfigurationsbeispiel weggelassen sind, das mit Verweis auf 14 der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Darüber hinaus sind im Einheitspixel 120-1 die einzelnen Rücksetztransistoren 26A oder 26B, die Floating-Diffusionsgebiete 27A oder 27B, die Verstärkungstransistoren 28A oder 28B und die Auswahltransistoren 29A oder 29B für die Ausleseschaltungen 20A bzw. 20B vorgesehen.
  • Ein dem Einheitspixel 120-1 mit solch einer Schaltungskonfiguration bereitgestellter Ansteuerungsimpuls kann beispielsweise dem mit Verweis auf 65 oder 66 in der ersten Ausführungsform beschriebenen Ansteuerungsimpuls ähnlich sein.
  • Infolgedessen wird bei der Codierung der Akkumulationsperiode die in der Fotodiode 21 während der Periode ohne Akkumulation erzeugte Ladung über die OFG-Transistoren 221 und 222 oder 221 bis 224 entladen, und somit ist es ebenfalls möglich, zur Zeit einer Phasenumschaltung erzeugtes Rauschen zu reduzieren und einen Tiefen-Frame mit höherer Genauigkeit zu erfassen.
  • 2.2 Zweites Konfigurationsbeispiel
  • 69 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels gemäß einem zweiten Konfigurationsbeispiel der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 69 veranschaulicht ist, weist ein Einheitspixel 120-2 gemäß dem zweiten Konfigurationsbeispiel eine Konfiguration auf, in der die Übertragungs-Gate-Transistoren 23A, 23B und 23C und die Speicher 24A, 24B und 24C in den Ausleseschaltungen 20A, 20B und 20C in einer Konfiguration ähnlich dem Einheitspixel 20-6 gemäß dem sechsten Konfigurationsbeispiel weggelassen sind, das mit Verweis auf 15 in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Darüber hinaus sind im Einheitspixel 120-2 die einzelnen Rücksetztransistoren 26A, 26B oder 26C, die Floating-Diffusionsgebiete 27A, 27B oder 27C, die Verstärkungstransistoren 28A, 28B oder 28C und die Auswahltransistoren 29A, 29B oder 29C für die Ausleseschaltungen 20A, 20B bzw. 20C vorgesehen.
  • Ein dem Einheitspixel 120-2 mit solch einer Schaltungskonfiguration bereitgestellter Ansteuerungsimpuls kann beispielsweise dem mit Verweis auf 67 in der ersten Ausführungsform beschriebenen Ansteuerungsimpuls ähnlich sein.
  • Infolgedessen kann die in der Fotodiode 21 während der Periode ohne Akkumulation erzeugte Ladung über den OFG-Transistor 22 und die Ausleseschaltung 20C effizient entladen werden und kann somit ein genauerer Tiefen-Frame erfasst werden.
  • 2.3 Drittes Konfigurationsbeispiel
  • 70 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel eines Einheitspixels gemäß einem dritten Konfigurationsbeispiel der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 70 veranschaulicht ist, weist ein Einheitspixel 120-3 gemäß dem dritten Konfigurationsbeispiel eine Konfiguration auf, in der die Übertragungs-Gate-Transistoren 23A, 23B, 23C und 23D und die Speicher 24A, 24B, 24C und 24D in den Ausleseschaltungen 20A, 20B, 20C und 20D in einer Konfiguration ähnlich dem Einheitspixel 20-7 gemäß dem siebten Konfigurationsbeispiel weggelassen sind, das mit Verweis auf 16 der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Darüber hinaus sind im Einheitspixel 120-3 die einzelnen Rücksetztransistoren 26A, 26B, 26C oder 26D, die Floating-Diffusionsgebiete 27A, 27B, 27C oder 27D, die Verstärkungstransistoren 28A, 28B, 28C oder 28D und die Auswahltransistoren 29A, 29B, 29C oder 29D für die Ausleseschaltungen 20A, 20B, 20C bzw. 20D vorgesehen.
  • Ein dem Einheitspixel 120-3 mit solch einer Schaltungskonfiguration bereitgestellter Ansteuerungsimpuls kann beispielsweise dem mit Verweis auf 67 in der ersten Ausführungsform beschriebenen Ansteuerungsimpuls ähnlich sein.
  • Infolgedessen kann die in der Fotodiode 21 während der Periode ohne Akkumulation erzeugte Ladung über den OFG-Transistor 22 und die Ausleseschaltungen 20C und 20D effizient entladen werden und kann somit ein genauerer Tiefen-Frame erfasst werden.
  • Andere Konfigurationen, Operationen und Effekte können jenen der oben beschriebenen Ausführungsform ähnlich sein, und deren detaillierte Beschreibung wird hier weggelassen.
  • 3. Konfigurationsbeispiel einer laminierten Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, für die die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann
  • 71 ist ein Diagramm, das eine Skizze eines Konfigurationsbeispiels einer nicht-laminierten Festkörper-Bildgebungsvorrichtung veranschaulicht, für die eine Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann. 72 und 73 sind Diagramme, die eine Skizze eines Konfigurationsbeispiels einer laminierten Festkörper-Bildgebungsvorrichtung veranschaulichen, für die die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
  • 71 veranschaulicht ein schematisches Konfigurationsbeispiel der nicht-laminierten Festkörper-Bildgebungsvorrichtung. Wie in 71 veranschaulicht ist, umfasst eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 23010 ein Die (Halbleitersubstrat) 23011. Das Die 23011 ist mit einem Pixel-Gebiet 23012, in dem Pixel in einem Array angeordnet sind, einer Steuerungsschaltung 23013, die verschiedene Steuerungen wie etwa eine Ansteuerung der Pixel durchführt, und einer Logikschaltung 23014 für eine Signalverarbeitung zusammengebaut.
  • 72 und 73 veranschaulichen ein schematisches Konfigurationsbeispiel der laminierten Festkörper-Bildgebungsvorrichtung. Wie in 72 und 73 veranschaulicht ist, ist eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 23020 als ein Halbleiterchip konfiguriert, in dem zwei Dies eines Sensor-Die 23021 und eines Logik-Die 23024 laminiert und elektrisch verbunden sind.
  • In 72 sind ein Pixel-Gebiet 23012 und eine Steuerungsschaltung 23013 auf dem Sensor-Die 23021 montiert und ist eine Logikschaltung 23014, die eine Signalverarbeitungsschaltung enthält, die eine Signalverarbeitung durchführt, auf dem Logik-Die 23024 montiert.
  • In 73 ist ein Pixel-Gebiet 23012 auf dem Sensor-Die 23021 montiert und sind eine Steuerungsschaltung 23013 und eine Logikschaltung 23014 auf dem Logik-Die 23024 montiert.
  • 4. Beispiel einer elektronischen Vorrichtung, für die die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann
  • 74 und 75 sind schematische Diagramme, die ein Beispiel einer elektronischen Vorrichtung veranschaulichen, für die die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann. Man beachte, dass in der vorliegenden Beschreibung als eine elektronische Vorrichtung, für die die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann, ein Smartphone beispielhaft angeführt wird.
  • 74 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel einer Vorderseite des Smartphone. Wie in 74 veranschaulicht ist, enthält ein Smartphone 1000 eine aktive Lichtquelle 1131 für Infrarotstrahlung (IR) als die lichtemittierende Einheit 13 und Frontkameras 1141 und 1142 als die lichtempfangende Einheit 14 auf der Vorderseite, wo eine Anzeige 1001 angeordnet ist.
  • Wie in 75 veranschaulicht ist, enthält ferner das Smartphone 1000 eine aktive IR-Lichtquelle 1133 als die lichtemittierende Einheit 13 und rückwärtige Kameras 1143 und 1144 als die lichtempfangende Einheit 14 auf einer Rückseite, die der Vorderseite entgegengesetzt ist, auf der die Anzeige 1001 angeordnet ist.
  • 5. Verschiedene Anwendungsbeispiele
  • Als Nächstes wird ein Anwendungsbeispiel der vorliegenden Technologie beschrieben.
  • Wie beispielsweise in 76 veranschaulicht ist, kann die vorliegende Technologie für verschiedene Fälle zum Erfassen von Licht wie etwa sichtbarem Licht, Infrarotlicht, Ultraviolettlicht und Röntgenstrahlen verwendet werden.
    • · Eine Vorrichtung, die ein Bild aufnimmt, das zur Wahrnehmung bzw. Betrachtung verwendet werden soll, wie etwa eine Digitalkamera oder eine tragbare Vorrichtung mit einer Kamerafunktion
    • · Eine Vorrichtung, die für den Verkehr verwendet wird, wie etwa ein bordeigener Sensor, der Bilder des vorderen Bereichs, des rückwärtigen Bereichs, der Umgebung, des Inneren und dergleichen eines Automobils für ein sicheres Fahren wie etwa einen automatischen Stopp, eine Erkennung eines Zustands des Fahrers und dergleichen aufnimmt, eine Überwachungskamera, die fahrende Fahrzeuge und Straßen überwacht, und einen Abstandsmesssensor, der einen Abstand zwischen den Fahrzeugen und dergleichen misst
    • · Eine Vorrichtung, die für elektrische Haushaltsgeräte wie etwa ein TV-Gerät, einen Kühlschrank und eine Klimaanlage verwendet wird, um ein Bild einer Geste eines Nutzers aufzunehmen und einen Betrieb der Vorrichtung entsprechend gemäß der Geste durchzuführen
    • · Eine Vorrichtung, die für die medizinische Versorgung oder das Gesundheitswesen verwendet wird, wie etwa ein Endoskop oder eine Vorrichtung, die eine Angiographie durch Empfang von Infrarotlicht durchführt
    • · Eine Vorrichtung, die für den Sicherheitsbereich verwendet wird, wie etwa eine Überwachungskamera zur Verbrechensvorbeugung oder eine Kamera zur Personenauthentifizierung
    • · Eine Vorrichtung, die für den Schönheitsbereich verwendet wird, wie etwa ein Hautmessinstrument zum Fotografieren der Haut oder ein Mikroskop zum Fotografieren der Kopfhaut
    • · Eine Einrichtung, die für den Sport verwendet wird, wie etwa eine Aktion-Kamera oder eine tragbare Kamera für den Sport oder dergleichen
    • · Eine Vorrichtung, die für die Landwirtschaft genutzt wird, wie etwa eine Kamera zum Überwachen von Zuständen von Feldern und Feldfrüchten
  • 6. Anwendungsbeispiel für einen mobilen Körper
  • Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann für verschiedene von Produkten verwendet werden. Beispielsweise kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung als eine Vorrichtung realisiert werden, die an jedem beliebigen Typ eines mobilen Körpers wie etwa einem Automobil, einem Elektrofahrzeug, einem Hybrid-Elektrofahrzeug, einem Motorrad, einem Fahrrad, einer Vorrichtung zur persönlichen Mobilität, einem Flugzeug, einer Drohne, einem Schiff und einem Roboter montiert ist.
  • 77 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel eines Fahrzeugsteuerungssystems darstellt, das ein Beispiel eines Systems zur Steuerung sich bewegender Körper ist, für das die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
  • Ein Fahrzeugsteuerungssystem 12000 umfasst eine Vielzahl elektronischer Steuerungseinheiten, die über ein Kommunikationsnetzwerk 12001 verbunden sind. In dem in 77 dargestellten Beispiel umfasst das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 eine Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010, eine Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020, eine Einheit 12030 zur Detektion von Information außerhalb des Fahrzeugs, eine Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs und eine integrierte Steuerungseinheit 12050. Ferner sind als funktionale Konfiguration der integrierten Steuerungseinheit 12050 ein Mikrocomputer 12051, eine Audio-Bild-Ausgabeeinheit 12052 und eine Schnittstelle (I/F) 12053 des bordeigenen Netzwerks veranschaulicht.
  • Die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 steuert gemäß verschiedenen Programmen einen Betrieb von Vorrichtungen in Bezug auf ein Antriebssystem eines Fahrzeugs. Beispielsweise dient die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 als Steuerungsvorrichtung einer Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer Antriebskraft eines Fahrzeugs wie etwa eines Verbrennungsmotors oder eines Antriebsmotors, eines Antriebskraft-Übertragungsmechanismus zum Übertragen der Antriebskraft auf die Räder, eines Lenkmechanismus zum Einstellen eines Lenkwinkels des Fahrzeugs, einer Bremsvorrichtung zum Erzeugen einer Bremskraft des Fahrzeugs und dergleichen.
  • Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 steuert Operationen verschiedener Vorrichtungen, die an der Fahrzeugkarosserie montiert sind, gemäß verschiedenen Programmen. Beispielsweise fungiert die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 als eine Steuerungsvorrichtung eines schlüssellosen Zugangssystems, eines Systems für intelligente Schlüssel, einer automatischen Fenstervorrichtung oder verschiedener Leuchten wie etwa eines Frontscheinwerfers, eines Heckscheinwerfers, einer Bremsleuchte, eines Fahrtrichtungsanzeigers oder einer Nebelleuchte. In diesem Fall können in die die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 Funkwellen, die von einer tragbaren Vorrichtung, die einen Schlüssel ersetzt, übertragen werden, oder Signale verschiedener Schalter eingespeist werden. Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 empfängt eine Einspeisung dieser Funkwellen oder Signale und steuert eine Türverriegelungsvorrichtung, eine automatische Fenstervorrichtung, die Leuchte und dergleichen des Fahrzeugs.
  • Die Einheit 12030 zur Detektion von Information außerhalb des Fahrzeugs detektiert Information außerhalb des Fahrzeugs, an dem das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 montiert ist. Beispielsweise ist eine Bildgebungseinheit 12031 mit der Einheit 12030 zur Detektion von Information außerhalb des Fahrzeugs verbunden. Die Einheit 12030 zur Detektion von Information außerhalb des Fahrzeugs veranlasst die Bildgebungseinheit 12031, ein Bild der äußeren Umgebung des Fahrzeugs aufzunehmen, und empfängt das aufgenommene Bild. Die Einheit 12030 zur Detektion von Information außerhalb des Fahrzeugs kann auf der Basis des empfangenen Bildes eine Verarbeitung zur Detektion eines Objekts oder eine Verarbeitung zur Detektion eines Abstands einer Person, eines Fahrzeugs, eines Hindernisses, eines Verkehrsschilds, eines Zeichens auf einer Straßenoberfläche oder dergleichen ausführen.
  • Die Bildgebungseinheit 12031 ist ein optischer Sensor, der Licht empfängt und ein der Menge an empfangenem Licht entsprechendes elektrisches Signal abgibt. Die Bildgebungseinheit 12031 kann das elektrische Signal als ein Bild abgeben oder kann ein elektrisches Signal als Information einer Abstandsmessung abgeben. Darüber hinaus kann das mittels der Bildgebungseinheit 12031 empfangene Licht sichtbares Licht sein oder kann unsichtbares Licht wie etwa Infrarotstrahlen sein.
  • Die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs detektiert Information im Innern des Fahrzeugs. Mit der Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs ist zum Beispiel eine Einheit 12041 zur Detektion des Fahrerzustands verbunden, die einen Zustand des Fahrers detektiert. Die Einheit 12041 zur Detektion des Fahrerzustands umfasst zum Beispiel eine Kamera, die den Fahrer aufnimmt bzw. abbildet, und auf der Basis der von der Einheit 12041 zur Detektion des Fahrerzustands eingegebenen Detektionsinformation kann die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs den Ermüdungsgrad oder den Konzentrationsgrad des Fahrers berechnen oder kann bestimmen, ob der Fahrer eindöst.
  • Auf der Basis der durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information außerhalb des Fahrzeugs oder die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs erfassten Information aus dem Innern und der der äußeren Umgebung kann der Mikrocomputer 12051 einen Steuerungszielwert der Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, des Lenkmechanismus oder der Bremsvorrichtung berechnen und kann einen Steuerungsbefehl an die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 ausgeben. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung zum Zweck der Realisierung von Funktionen eines fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystems (ADAS) ausführen, die eine Kollisionsvermeidung oder Aufprallabschwächung des Fahrzeugs, eine Nachfolgefahrt basierend auf dem Abstand zwischen Fahrzeugen, eine Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Warnung vor einer Fahrzeugkollision, eine Warnung vor einem Verlassen der Spur des Fahrzeugs oder dergleichen einschließen.
  • Ferner steuert der Mikrocomputer 12051 eine Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, einen Lenkmechanismus, eine Bremsvorrichtung oder dergleichen auf der Basis der Information um das Fahrzeug, die mittels der Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs oder der Einheit 12040 zur Detektion von Information von innerhalb des Fahrzeugs erfasst bzw. erlangt wird, wodurch eine kooperative Steuerung zum Zweck eines automatischen Fahrens oder dergleichen ausgeführt wird, bei der das Fahrzeug unabhängig von der Bedienung durch den Fahrer autonom fährt.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann überdies einen Steuerungsbefehl an die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 auf der Basis der Information von außerhalb des Fahrzeugs ausgeben, die durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information außerhalb des Fahrzeugs erlangt wird. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung zu dem Zweck, eine Blendung zu verhindern, durchführen, wie etwa ein Umschalten von Fernlicht auf Abblendlicht, indem eine Position der Frontleuchte entsprechend der Position eines vorausfahrenden Fahrzeugs oder eines entgegenkommenden Fahrzeugs gesteuert wird, die durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information außerhalb des Fahrzeugs detektiert wird.
  • Die Audio-Bild-Ausgabeeinheit 12052 überträgt ein Ton- und/oder ein Bild-Ausgangssignal zu einer Ausgabevorrichtung, die einem Insassen des Fahrzeugs oder der äußeren Umgebung des Fahrzeugs eine Information optisch oder akustisch mitteilen kann. Im Beispiel in 77 sind als die Ausgabevorrichtung ein Lautsprecher 12061, eine Anzeigeeinheit 12062 und ein Armaturenbrett 12063 veranschaulicht. Die Anzeigeeinheit 12062 kann beispielsweise eine bordeigene Anzeige und/oder ein Head-Up-Display umfassen.
  • 78 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Installationsposition der Bildgebungseinheit 12031 veranschaulicht.
  • In 78 sind Bildgebungseinheiten 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 als die Bildgebungseinheit 12031 enthalten.
  • Die Bildgebungseinheiten 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 sind beispielsweise an Positionen wie etwa einer Frontpartie, einem Seitenspiegel, einer hinteren Stoßstange, einer Hecktür und einem oberen Teil einer Windschutzscheibe im Fahrzeuginnern des Fahrzeugs 12100 vorgesehen. Die an der Frontpartie vorgesehene Bildgebungseinheit 12101 und die am oberen Teil der Windschutzscheibe im Innern des Fahrzeugs vorgesehene Bildgebungseinheit 12105 nehmen vorwiegend Bilder vor dem Fahrzeug 12100 auf. Die an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildgebungseinheiten 12102 und 12103 nehmen vorwiegend Bilder von den Seiten des Fahrzeugs 12100 auf. Die an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehene Bildgebungseinheit 12104 nimmt vorwiegend Bilder hinter dem Fahrzeug 12100 auf. Die am oberen Teil der Windschutzscheibe im Fahrzeuginnern vorgesehene Bildgebungseinheit 12105 wird vorwiegend genutzt, um ein vorausfahrendes Fahrzeug, einen Fußgänger, ein Hindernis, eine Verkehrsampel, ein Verkehrszeichen, eine Fahrspur oder dergleichen zu detektieren.
  • Man beachte, dass 78 ein Beispiel von Abbildungsbereichen der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 veranschaulicht. Ein Abbildungsbereich 12111 gibt einen Abbildungsbereich der an der Frontpartie vorgesehenen Bildgebungseinheit 12101 an, Abbildungsbereiche 12112 und 12113 geben Abbildungsbereiche der an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildgebungseinheiten 12102 bzw. 12103 an, und ein Abbildungsbereich 12114 gibt einen Abbildungsbereich der an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehenen Bildgebungseinheit 12104 an. Beispielsweise wird ein Bild aus der Vogelperspektive des Fahrzeugs 12100, wie es von oben gesehen wird, erhalten, indem durch die Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 aufgenommene Bilddaten überlagert werden.
  • Zumindest eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 kann eine Funktion, um eine Abstandsinformation zu erlangen, aufweisen. Beispielsweise kann zumindest eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 eine Stereokamera sein, die eine Vielzahl von Bildgebungselementen enthält, oder kann ein Bildgebungselement mit Pixeln für eine Detektion von Phasendifferenzen sein.
  • Beispielsweise erhält der Mikrocomputer 12051 einen Abstand zu jedem dreidimensionalen Objekt in den Abbildungsbereichen 12111 bis 12114 und eine zeitliche Änderung (Relativgeschwindigkeit zum Fahrzeug 12100) des Abstands auf der Basis der Abstandsinformation, die von den Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 erhalten wird, wobei als vorausfahrendes Fahr- zeug ein dreidimensionales Objekt extrahiert wird, das mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (zum 0 km/h oder mehr) fährt, insbesondere das am nächsten befindliche dreidimensionale Objekt auf einem Fahrweg des Fahrzeugs 12100. Außerdem kann der Mikrocomputer 12051 einen sicherzustellenden Abstand zwischen Fahrzeugen zum vorausfahrenden Fahrzeug vorher festlegen und eine automatische Bremssteuerung (einschließlich einer Nachfolge-Stopp-Steuerung), eine automatische Beschleunigungssteuerung (einschließlich einer Nachfolge-Start-Steuerung) und dergleichen durchführen. Wie oben beschrieben wurde, ist es möglich, eine kooperative Steuerung zum Zweck eines automatischen Fahrens oder dergleichen, durchzuführen, bei der das Fahrzeug autonom fährt, ohne vom Eingriff des Fahrers abhängig zu sein.
  • Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 auf der Basis der von den Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 erhaltenen Abstandsinformation dreidimensionale Objektdaten in Bezug auf dreidimensionale Objekte in zweirädrige Fahrzeuge, gewöhnliche Autos, großer Fahrzeuge, Fußgänger und andere dreidimensionale Objekte wie etwa Strommasten klassifizieren, die dreidimensionalen Daten extrahieren und die dreidimensionalen Objektdaten zum automatischen Vermeiden bzw. Umgehen von Hindernissen nutzen. Beispielsweise identifiziert der Mikrocomputer 12051 die Hindernisse um das Fahrzeug 12100 als Hindernisse, die vom Fahrer des Fahrzeugs 12100 erkannt werden können, und Hindernisse, die optisch schwer zu erkennen sind. Der Mikrocomputer 12051 bestimmt dann ein Kollisionsrisiko, das ein Kollisionsrisiko mit jedem Hindernis angibt, und, wenn das Kollisionsrisiko ein bestimmter Wert oder größer ist und eine Kollisionsmöglichkeit besteht, kann der Mikrocomputer eine Fahrassistenz zur Kollisionsvermeidung ausführen, indem über den Lautsprecher 12061 oder die Anzeigeeinheit 12062 eine Warnung an den Fahrer ausgegeben wird oder über die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 eine erzwungene Abbremsung oder Ausweichlenkbewegung durchgeführt wird.
  • Zumindest eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 kann eine Infrarotkamera sein, die Infrarotstrahlen detektiert. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 den Fußgänger erkennen, indem bestimmt wird, ob in den aufgenommenen Bildern der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 er Fußgänger vorhanden ist oder nicht. Eine solche Erkennung eines Fußgängers wird ausgeführt mittels beispielsweise eines Prozesses zum Extrahieren von Merkmalspunkten in den aufgenommenen Bildern der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104, als die Infrarotkameras und eines Prozesses zum Durchführen einer Verarbeitung für einen Musterabgleich an einer Reihe von Merkmalspunkten, die die Kontur eines Objekts angeben, um zu bestimmen, ob das Objekt ein Fußgänger ist oder nicht. Wenn der Mikrocomputer 12051 bestimmt, dass ein Fußgänger in den aufgenommenen Bildern der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 vorhanden ist, und den Fußgänger erkennt, steuert die Audio-Bild-Ausgabeeinheit 12052 die Anzeigeeinheit 12062, um eine viereckige Konturlinie zur Hervorhebung auf dem erkannten Fußgänger zu überlagern und anzuzeigen. Die Audio-Bild-Ausgabeeinheit 12052 kann darüber hinaus die Anzeigeeinheit 12062 steuern, um ein einen Fußgänger repräsentierendes Symbol oder dergleichen an einer gewünschten Position anzuzeigen.
  • Oben wurde ein Beispiel des Fahrzeugsteuerungssystems beschrieben, für das die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann. Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann für die Bildgebungseinheit 12031, die Einheit 12041 zur Detektion des Fahrerzustands und dergleichen unter den oben beschriebenen Konfigurationen verwendet werden. Konkret kann der ToF-Sensor 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung für die Bildgebungseinheiten 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 und dergleichen verwendet werden. Infolgedessen kann die Situation um das Fahrzeug 12100 herum genauer detektiert werden und können somit eine genauere Steuerung beim automatischen Fahren und dergleichen, eine genauere Erfassung des Zustands des Fahrers und dergleichen verwirklicht werden.
  • Obgleich die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung oben beschrieben wurden, ist der technische Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen wie sie sind beschränkt und können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Kern der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Außerdem können Komponenten verschiedener Ausführungsformen und Modifikationsbeispiele geeignet kombiniert werden.
  • Darüber hinaus sind die Effekte jeder Ausführungsform, die in der vorliegenden Beschreibung beschrieben wurden, nur Beispiele und nicht eingeschränkt und können andere Effekte geliefert werden.
  • Überdies kann jede der oben beschriebenen Ausführungsformen allein verwendet werden oder kann in Kombination mit einer anderen Ausführungsform verwendet werden.
  • Man beachte, dass die vorliegende Technologie auch die folgenden Konfigurationen aufweisen kann.
    • (1) Eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, aufweisend einen Pixel-Arrayteil, in dem eine Vielzahl von Pixeln in einer Matrix angeordnet ist, wobei jedes der Pixel eine Vielzahl fotoelektrischer Umwandlungseinheiten, die jeweils einfallendes Licht fotoelektrisch umwandeln, um Ladungen zu erzeugen, ein Floating-Diffusionsgebiet, das Ladungen akkumuliert, eine Vielzahl von Übertragungsschaltungen, die in jeder der Vielzahl fotoelektrischer Umwandlungseinheiten erzeugte Ladungen zu dem Floating-Diffusionsgebiet übertragen, und einen ersten Transistor enthält, der veranlasst, dass ein Pixelsignal eines Spannungswerts, der einer Ladungsmenge der im Floating-Diffusionsgebiet akkumulierten Ladungen entspricht, in einer Signalleitung erscheint.
    • (2) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß (1), wobei jedes der Vielzahl von Pixeln in einem Pixel-Gebiet angeordnet ist, das auf einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats individuell zugeordnet ist, die Vielzahl von Übertragungsschaltungen eine Vielzahl erster Übertragungsschaltungen, die bezüglich einer Mitte des Pixel-Gebiets oder einer geraden, durch die Mitte hindurchgehenden Linie als Achse punktsymmetrisch oder liniensymmetrisch angeordnet sind, und eine Vielzahl zweiter Übertragungsschaltungen enthält, die bezüglich der Mitte oder der geraden Linie als Achse punktsymmetrisch oder liniensymmetrisch angeordnet sind, und jede der fotoelektrischen Umwandlungseinheiten auf einer Eins-zu-Eins-Basis für eine Kombination einer ersten Übertragungsschaltung und einer zweiten Übertragungsschaltung, die in einer vorbestimmten Richtung in der Matrixanordnung angeordnet sind, vorgesehen ist.
    • (3) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß (2), wobei jede der Übertragungsschaltungen einen zweiten Transistor mit einer vertikalen Struktur enthält, die die fotoelektrische Umwandlungseinheit, die im Halbleitersubstrat angeordnet ist, von der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats aus erreicht.
    • (4) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß (3), worin der zweite Transistor zwei der vertikalen Strukturen aufweist.
    • (5) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von (2) bis (4), ferner aufweisend eine Ansteuerungseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Übertragung der Ladung durch die Vielzahl von Übertragungsschaltungen anzusteuern, wobei die Ansteuerungseinheit die ersten und zweiten Übertragungsschaltungen so ansteuert, dass eine Übertragung der Ladung über die erste Übertragungsschaltung von einer Übertragung der Ladung über die zweite Übertragungsschaltung zeitlich verschieden ist.
    • (6) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß (5), wobei die Ansteuerungseinheit einen ersten Ansteuerungsimpuls mit einem ersten Phasenwinkel bezüglich eines Impulses eines vorbestimmten Zyklus und dem vorbestimmten Zyklus in die erste Übertragungseinheit einspeist und einen zweiten Ansteuerungsimpuls, dessen Phase um 180 Grad bezüglich des ersten Ansteuerungsimpulses verschoben ist, in die zweite Übertragungsschaltung einspeist.
    • (7) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß (6), wobei die Ansteuerungseinheit die Vielzahl erster Übertragungsschaltungen in der gleichen Phase ansteuert und die Vielzahl zweiter Übertragungsschaltungen in der gleichen Phase ansteuert.
    • (8) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß (7), wobei die Vielzahl erster Übertragungsschaltungen und die Vielzahl zweiter Übertragungsschaltungen bezüglich der Mitte oder der geraden Linie als Achse punktsymmetrisch oder liniensymmetrisch angeordnet sind.
    • (9) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß (7) oder (8), wobei die Vielzahl von Übertragungsschaltungen ferner eine Vielzahl dritter Übertragungsschaltungen und eine Vielzahl vierter Übertragungsschaltungen enthält und die Ansteuerungseinheit einen dritten Ansteuerungsimpuls, dessen Phase um 90 Grad bezüglich des ersten Ansteuerungsimpulses verschoben ist, in jede der Vielzahl dritter Übertragungsschaltungen einspeist und den dritten Ansteuerungsimpuls in der gleichen Phase ansteuert und einen vierten Ansteuerungsimpuls, dessen Phase um 180 Grad bezüglich des dritten Ansteuerungsimpulses verschoben ist, in jede der Vielzahl vierter Übertragungsschaltungen einspeist und den vierten Ansteuerungsimpuls in der gleichen Phase ansteuert.
    • (10) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß (9), wobei der erste Ansteuerungsimpuls einen ersten Phasenwinkel von 0 Grad bezüglich des Impulses des vorbestimmten Zyklus aufweist, der zweite Ansteuerungsimpuls den zweiten Phasenwinkel von 180 Grad bezüglich des Impulses des vorbestimmten Zyklus aufweist, der dritte Ansteuerungsimpuls einen dritten Phasenwinkel von 90 Grad bezüglich des Impulses des vorbestimmten Zyklus aufweist und der vierte Ansteuerungsimpuls einen vierten Phasenwinkel von 270 Grad bezüglich des Impulses des vorbestimmten Zyklus aufweist.
    • (11) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß (9) oder (10), wobei die Vielzahl erster Übertragungsschaltungen, die Vielzahl zweiter Übertragungsschaltungen, die Vielzahl dritter Übertragungsschaltungen und die Vielzahl vierter Übertragungsschaltungen bezüglich der Mitte oder der geraden Linie als Achse punktsymmetrisch oder liniensymmetrisch angeordnet sind.
    • (12) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von (9) bis (11), wobei jede der Übertragungsschaltungen einen Speicher enthält, der die in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit erzeugte Ladung hält, und die Ansteuerungseinheit einen ersten Ansteuerungsimpuls mit einem Phasenwinkel von 0 Grad bezüglich des Impulses des vorbestimmten Zyklus und dem vorbestimmten Zyklus in die Vielzahl erster Übertragungsschaltungen einspeist, um die Ladung im Speicher von jeder der Vielzahl erster Übertragungsschaltungen zu akkumulieren, einen zweiten Ansteuerungsimpuls mit einem Phasenwinkel von 180 Grad bezüglich des Impulses des vorbestimmten Zyklus und dem vorbestimmten Zyklus in die Vielzahl zweiter Übertragungsschaltungen einspeist, um die Ladung im Speicher von jeder der Vielzahl zweiter Übertragungsschaltungen zu akkumulieren, einen dritten Ansteuerungsimpuls mit einem Phasenwinkel von 90 Grad bezüglich des Impulses des vorbestimmten Zyklus und dem vorbestimmten Zyklus in die Vielzahl dritter Übertragungsschaltungen einspeist, um die Ladung im Speicher von jeder der Vielzahl dritter Übertragungsschaltungen zu akkumulieren, und einen vierten Ansteuerungsimpuls mit einem Phasenwinkel von 270 Grad bezüglich des Impulses des vorbestimmten Zyklus und dem vorbestimmten Zyklus in die Vielzahl vierter Übertragungsschaltungen einspeist, um die Ladung im Speicher von jeder der Vielzahl vierter Übertragungsschaltungen zu akkumulieren.
    • (13) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß (12), worin der Speicher ein Speicher vom Metall-Oxid-Halbleiter-(MOS-)Typ ist.
    • (14) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von (9) bis (13), ferner aufweisend eine Signalverarbeitungseinheit, die eine Abstandsinformation auf Basis eines Verhältnisses zwischen einer Differenz zwischen der über die erste Übertragungsschaltung übertragenen Ladung und der über die zweite Übertragungsschaltung übertragenen Ladung und einer Differenz zwischen der über die dritte Übertragungsschaltung übertragenen Ladung und der über die vierte Übertragungsschaltung übertragenen Ladung erzeugt.
    • (15) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß (2), wobei jedes der Pixel ferner einen dritten Transistor enthält, der eine in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit erzeugte Ladung entlädt.
    • (16) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß (15), wobei der dritte Transistor eine vertikale Struktur aufweist, die von der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats aus die im Halbleitersubstrat angeordnete fotoelektrische Umwandlungseinheit erreicht.
    • (17) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß (16), worin der dritte Transistor zwei der vertikalen Strukturen aufweist.
    • (18) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß (6), wobei die Ansteuerungseinheit die in jeder der fotoelektrischen Umwandlungseinheiten erzeugte Ladung in eine Vielzahl von Akkumulationsperioden teilt und die geteilte Ladung zum Floating-Diffusionsgebiet überträgt und die Ansteuerungseinheit eine Phase jedes des ersten und zweiten Ansteuerungsimpulses für jede der Akkumulationsperioden invertiert.
    • (19) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß (18), wobei jedes der Pixel ferner einen dritten Transistor enthält, der die in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit erzeugte Ladung entlädt, die Ansteuerungseinheit eine Periode ohne Akkumulation einstellt, in der die in jeder der fotoelektrischen Umwandlungseinheiten erzeugte Ladung während der Akkumulationsperiode nicht zu dem Floating-Diffusionsgebiet übertragen wird, und die Ansteuerungseinheit die in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit erzeugte Ladung über den dritten Transistor während der Periode ohne Akkumulation entlädt.
    • (20) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von (2) bis (19), ferner aufweisend einen Pixel-Trennbereich, der entlang einem Grenzbereich des Pixel-Gebiets vorgesehen ist und die benachbarten Pixel voneinander optisch trennt.
    • (21) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß (20), worin der Pixel-Trennbereich in einem Graben vorgesehen ist, der das Halbleitersubstrat von der ersten Oberfläche aus bis zu einer der ersten Oberfläche entgegengesetzten zweiten Oberfläche durchdringt oder der von der ersten Oberfläche aus bis zu einer Mitte des Halbleitersubstrats reicht.
    • (22) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß (20) oder (21), worin der Pixel-Trennbereich ein Siliziumoxid als Hauptkomponente enthaltendes Dielektrikum und/oder ein Metall mit einer optischen Charakteristik zum Reflektieren von Strahlen im nahen Infrarot enthält.
    • (23) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von (20) bis (22), ferner aufweisend einen Element-Trennbereich, der zumindest teilweise zwischen der Vielzahl fotoelektrischer Umwandlungselemente im Pixel-Gebiet vorgesehen ist und benachbarte fotoelektrische Umwandlungselemente voneinander optisch trennt.
    • (24) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß (23), worin der Element-Trennbereich in einem Graben vorgesehen ist, der das Halbleitersubstrat von der ersten Oberfläche aus bis zu einer der ersten Oberfläche entgegengesetzten zweiten Oberfläche durchdringt oder der von der ersten Oberfläche bis zu einer Mitte des Halbleitersubstrats reicht.
    • (25) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung (23) oder (24), worin der Element-Trennbereich ein Siliziumoxid als Hauptkomponente enthaltendes Dielektrikum und/oder ein Metall mit einer optischen Charakteristik zum Reflektieren von Strahlen im nahen Infrarot enthält.
    • (26) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von (1) bis (25), wobei eine periodische ungleichmäßige Struktur auf einer lichtempfangenden Oberfläche von jeder der fotoelektrischen Umwandlungseinheiten vorgesehen ist.
    • (27) Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß (26), worin eine Periode der periodischen ungleichmäßigen Struktur 300 Nanometer (nm) oder mehr beträgt.
    • (28) Eine Abstandsmessvorrichtung, aufweisend: eine lichtempfangende Einheit, die einen Pixel-Arrayteil enthält, in dem eine Vielzahl von Pixeln in einer Matrix angeordnet ist; und eine lichtemittierende Einheit, die gepulstes Bestrahlungslicht eines vorbestimmten Zyklus emittiert, wobei jedes der Pixel eine Vielzahl fotoelektrischer Umwandlungseinheiten, die jeweils einfallendes Licht fotoelektrisch umwandeln, um Ladungen zu erzeugen, ein Floating-Diffusionsgebiet, das Ladungen akkumuliert, eine Vielzahl von Übertragungsschaltungen, die in jeder der Vielzahl fotoelektrischer Umwandlungseinheiten erzeugte Ladungen zu dem Floating-Diffusionsgebiet übertragen, und einen ersten Transistor enthält, der veranlasst, dass ein Pixelsignal eines Spannungswerts, der einer Ladungsmenge der im Floating-Diffusionsgebiet akkumulierten Ladungen entspricht, in einer Signalleitung erscheint.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    ToF-SENSOR
    11
    STEUERUNGSEINHEIT
    13
    LICHTEMITTIERENDE EINHEIT
    14
    LICHTEMPFANGENDE EINHEIT
    15
    BERECHNUNGSEINHEIT
    19
    EXTERNE I/F
    20, 20-1 TO 20-7, 120-1, 120-2, 120-3, 920
    EINHEITSPIXEL
    20A, 20A1 TO 20A4, 20B, 20B1 TO 20B4, 20C, 20C1, 20C2, 20D1, 20D2, 120A, 120B, 120C, 120D, 920A, 920B
    AUSLESESCHALTUNG
    21, 211 TO 214
    FOTODIODE
    22, 221 TO 224
    OFG-TRANSISTOR
    23A, 23A1 TO 23A4, 23B, 23B1 TO 23B4, 23C1, 23C2, 23D1, 23D2
    ÜBERTRAGUNGS-GATE-TRANSISTOR
    24A, 24A1 TO 24A4, 24B, 24B1 TO 24B4, 24C, 24C1, 24C2, 24D, 24D1, 24D2
    SPEICHER
    25A, 25A1 TO 25A4, 25B, 25B1 TO 25B4, 25C, 25C1, 25C2, 25D, 25D1, 25D2
    ÜBERTRAGUNGSTRANSISTOR
    26, 26A, 26B
    RÜCKSETZTRANSISTOR
    27, 27A, 27B
    FLOATING-DIFFUSIONSGEBIET
    28, 28A, 28B
    VERSTÄRKUNGSTRANSISTOR
    29, 29A, 29B
    AUSWAHLTRANSISTOR
    30
    GRENZBEREICH
    31, 33, 34, 35
    PIXEL-TRENNBEREICH
    32
    ELEMENT-TRENNBEREICH
    40
    HALBLEITERSUBSTRAT
    42
    HALBLEITERGEBIET VOM (n-)-TYP
    43
    HALBLEITERGEBIET VOM (n)-TYP
    44
    HALBLEITERGEBIET VOM (n+)-TYP
    45
    UNGLEICHMÄSSIGE STRUKTUR
    50
    VERDRAHTUNGSSCHICHT
    51
    ISOLIERFILM
    52
    DRAHT
    61
    ISOLIERFILM
    62
    LICHTABSCHIRMENDER FILM
    63
    EINEBNUNGSFILM
    64
    ON-CHIP-LINSE
    70
    PIXEL-GEBIET
    71 bis 74
    GETEILTES GEBIET
    80
    HOST
    90
    OBJEKT
    100
    FESTKÖRPER-BILDGEBUNGSVORRICHTUNG
    101
    PIXEL-ARRAYTEIL
    102
    SYSTEM-STEUERUNGSEINHEIT
    103
    VERTIKALE ANSTEUERUNGSSCHALTUNG
    104
    SPALTENVERARBEITUNGSSCHALTUNG
    105
    HORIZONTALE ANSTEUERUNGSSCHALTUNG
    106
    SIGNALVERARBEITUNGSEINHEIT
    107
    DATEN-SPEICHEREINHEIT
    341, 351
    ISOLIERFILM
    342, 352
    LICHTABSCHIRMENDER BEREICH
    LD
    PIXEL-ANSTEUERUNGSLEITUNG
    VGA, VGB, VGC, VGD
    ANSTEUERUNGSLEITUNG (ANSTEUERUNGSIMPULS)
    VSL, VSLA, VSLB
    VERTIKALE SIGNALLEITUNG
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2019004149 A [0003]

Claims (20)

  1. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, aufweisend einen Pixel-Arrayteil, in dem eine Vielzahl von Pixeln in einer Matrix angeordnet ist, wobei jedes der Pixel eine Vielzahl fotoelektrischer Umwandlungseinheiten, die jeweils einfallendes Licht fotoelektrisch umwandeln, um Ladungen zu erzeugen, ein Floating-Diffusionsgebiet, das Ladungen akkumuliert, eine Vielzahl von Übertragungsschaltungen, die in jeder der Vielzahl fotoelektrischer Umwandlungseinheiten erzeugte Ladungen zu dem Floating-Diffusionsgebiet übertragen, und einen ersten Transistor enthält, der veranlasst, dass ein Pixelsignal eines Spannungswerts, der einer Ladungsmenge der im Floating-Diffusionsgebiet akkumulierten Ladungen entspricht, in einer Signalleitung erscheint.
  2. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes der Vielzahl von Pixeln in einem Pixel-Gebiet angeordnet ist, das auf einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats individuell zugeordnet ist, die Vielzahl von Übertragungsschaltungen eine Vielzahl erster Übertragungsschaltungen, die bezüglich einer Mitte des Pixel-Gebiets oder einer geraden, durch die Mitte hindurchgehenden Linie als Achse punktsymmetrisch oder liniensymmetrisch angeordnet sind, und eine Vielzahl zweiter Übertragungsschaltungen enthält, die bezüglich der Mitte oder der geraden Linie als Achse punktsymmetrisch oder liniensymmetrisch angeordnet sind, und jede der fotoelektrischen Umwandlungseinheiten auf einer Eins-zu-Eins-Basis für eine Kombination einer ersten Übertragungsschaltung und einer zweiten Übertragungsschaltung, die in einer vorbestimmten Richtung in der Matrixanordnung angeordnet sind, vorgesehen ist.
  3. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei jede der Übertragungsschaltungen einen zweiten Transistor mit einer vertikalen Struktur enthält, die die fotoelektrische Umwandlungseinheit, die im Halbleitersubstrat angeordnet ist, von der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats aus erreicht.
  4. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, ferner aufweisend eine Ansteuerungseinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Übertragung der Ladung durch die Vielzahl von Übertragungsschaltungen anzusteuern, wobei die Ansteuerungseinheit die ersten und zweiten Übertragungsschaltungen so ansteuert, dass eine Übertragung der Ladung über die erste Übertragungsschaltung von einer Übertragung der Ladung über die zweite Übertragungsschaltung zeitlich verschieden ist.
  5. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Ansteuerungseinheit einen ersten Ansteuerungsimpuls mit einem ersten Phasenwinkel bezüglich eines Impulses eines vorbestimmten Zyklus und dem vorbestimmten Zyklus in die erste Übertragungseinheit einspeist und einen zweiten Ansteuerungsimpuls, dessen Phase um 180 Grad bezüglich des ersten Ansteuerungsimpulses verschoben ist, in die zweite Übertragungsschaltung einspeist.
  6. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Ansteuerungseinheit die Vielzahl erster Übertragungsschaltungen in der gleichen Phase ansteuert und die Vielzahl zweiter Übertragungsschaltungen in der gleichen Phase ansteuert.
  7. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Vielzahl erster Übertragungsschaltungen und die Vielzahl zweiter Übertragungsschaltungen bezüglich der Mitte oder der geraden Linie als Achse punktsymmetrisch oder liniensymmetrisch angeordnet sind.
  8. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Vielzahl von Übertragungsschaltungen ferner eine Vielzahl dritter Übertragungsschaltungen und eine Vielzahl vierter Übertragungsschaltungen enthält und die Ansteuerungseinheit einen dritten Ansteuerungsimpuls, dessen Phase um 90 Grad bezüglich des ersten Ansteuerungsimpulses verschoben ist, in jede der Vielzahl dritter Übertragungsschaltungen einspeist und den dritten Ansteuerungsimpuls in der gleichen Phase ansteuert und einen vierten Ansteuerungsimpuls, dessen Phase um 180 Grad bezüglich des dritten Ansteuerungsimpulses verschoben ist, in jede der Vielzahl vierter Übertragungsschaltungen einspeist und den vierten Ansteuerungsimpuls in der gleichen Phase ansteuert.
  9. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der erste Ansteuerungsimpuls einen ersten Phasenwinkel von 0 Grad bezüglich des Impulses des vorbestimmten Zyklus aufweist, der zweite Ansteuerungsimpuls den zweiten Phasenwinkel von 180 Grad bezüglich des Impulses des vorbestimmten Zyklus aufweist, der dritte Ansteuerungsimpuls einen dritten Phasenwinkel von 90 Grad bezüglich des Impulses des vorbestimmten Zyklus aufweist und der vierte Ansteuerungsimpuls einen vierten Phasenwinkel von 270 Grad bezüglich des Impulses des vorbestimmten Zyklus aufweist.
  10. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Vielzahl erster Übertragungsschaltungen, die Vielzahl zweiter Übertragungsschaltungen, die Vielzahl dritter Übertragungsschaltungen und die Vielzahl vierter Übertragungsschaltungen bezüglich der Mitte oder der geraden Linie als Achse punktsymmetrisch oder liniensymmetrisch angeordnet sind.
  11. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei jede der Übertragungsschaltungen einen Speicher enthält, der die in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit erzeugte Ladung hält, und die Ansteuerungseinheit einen ersten Ansteuerungsimpuls mit einem Phasenwinkel von 0 Grad bezüglich des Impulses des vorbestimmten Zyklus und dem vorbestimmten Zyklus in die Vielzahl erster Übertragungsschaltungen einspeist, um die Ladung im Speicher von jeder der Vielzahl erster Übertragungsschaltungen zu akkumulieren, einen zweiten Ansteuerungsimpuls mit einem Phasenwinkel von 180 Grad bezüglich des Impulses des vorbestimmten Zyklus und dem vorbestimmten Zyklus in die Vielzahl zweiter Übertragungsschaltungen einspeist, um die Ladung im Speicher von jeder der Vielzahl zweiter Übertragungsschaltungen zu akkumulieren, einen dritten Ansteuerungsimpuls mit einem Phasenwinkel von 90 Grad bezüglich des Impulses des vorbestimmten Zyklus und dem vorbestimmten Zyklus in die Vielzahl dritter Übertragungsschaltungen einspeist, um die Ladung im Speicher von jeder der Vielzahl dritter Übertragungsschaltungen zu akkumulieren, und einen vierten Ansteuerungsimpuls mit einem Phasenwinkel von 270 Grad bezüglich des Impulses des vorbestimmten Zyklus und dem vorbestimmten Zyklus in die Vielzahl vierter Übertragungsschaltungen einspeist, um die Ladung im Speicher von jeder der Vielzahl vierter Übertragungsschaltungen zu akkumulieren.
  12. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 8, ferner aufweisend eine Signalverarbeitungseinheit, die eine Abstandsinformation auf Basis eines Verhältnisses zwischen einer Differenz zwischen der über die erste Übertragungsschaltung übertragenen Ladung und der über die zweite Übertragungsschaltung übertragenen Ladung und einer Differenz zwischen der über die dritte Übertragungsschaltung übertragenen Ladung und der über die vierte Übertragungsschaltung übertragenen Ladung erzeugt.
  13. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei jedes der Pixel ferner einen dritten Transistor enthält, der eine in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit erzeugte Ladung entlädt.
  14. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei der dritte Transistor eine vertikale Struktur aufweist, die von der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats aus die im Halbleitersubstrat angeordnete fotoelektrische Umwandlungseinheit erreicht.
  15. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Ansteuerungseinheit die in jeder der fotoelektrischen Umwandlungseinheiten erzeugte Ladung in eine Vielzahl von Akkumulationsperioden teilt und die geteilte Ladung zum Floating-Diffusionsgebiet überträgt und die Ansteuerungseinheit eine Phase jedes des ersten und zweiten Ansteuerungsimpulses für jede der Akkumulationsperioden invertiert.
  16. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei jedes der Pixel ferner einen dritten Transistor enthält, der die in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit erzeugte Ladung entlädt, die Ansteuerungseinheit eine Periode ohne Akkumulation einstellt, in der die in jeder der fotoelektrischen Umwandlungseinheiten erzeugte Ladung während der Akkumulationsperiode nicht zu dem Floating-Diffusionsgebiet übertragen wird, und die Ansteuerungseinheit die in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit erzeugte Ladung über den dritten Transistor während der Periode ohne Akkumulation entlädt.
  17. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, ferner aufweisend einen Pixel-Trennbereich, der entlang einem Grenzbereich des Pixel-Gebiets vorgesehen ist und die benachbarten Pixel voneinander optisch trennt.
  18. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 17, ferner aufweisend einen Element-Trennbereich, der zumindest teilweise zwischen der Vielzahl fotoelektrischer Umwandlungselemente im Pixel-Gebiet vorgesehen ist und benachbarte fotoelektrische Umwandlungselemente voneinander optisch trennt.
  19. Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine periodische ungleichmäßige Struktur auf einer lichtempfangenden Oberfläche von jeder der fotoelektrischen Umwandlungseinheiten vorgesehen ist.
  20. Abstandsmessvorrichtung, aufweisend: eine lichtempfangende Einheit, die einen Pixel-Arrayteil enthält, in dem eine Vielzahl von Pixeln in einer Matrix angeordnet ist; und eine lichtemittierende Einheit, die gepulstes Bestrahlungslicht eines vorbestimmten Zyklus emittiert, wobei jedes der Pixel eine Vielzahl fotoelektrischer Umwandlungseinheiten, die jeweils einfallendes Licht fotoelektrisch umwandeln, um Ladungen zu erzeugen, ein Floating-Diffusionsgebiet, das Ladungen akkumuliert, eine Vielzahl von Übertragungsschaltungen, die in jeder der Vielzahl fotoelektrischer Umwandlungseinheiten erzeugte Ladungen zu dem Floating-Diffusionsgebiet übertragen, und einen ersten Transistor enthält, der veranlasst, dass ein Pixelsignal eines Spannungswerts, der einer Ladungsmenge der im Floating-Diffusionsgebiet akkumulierten Ladungen entspricht, in einer Signalleitung erscheint.
DE112020002523.3T 2019-05-24 2020-04-27 Festkörper-bildgebungsvorrichtung und abstandsmessvorrichtung Pending DE112020002523T5 (de)

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